DE102013007077A1 - Circuit arrangement for conversion between DC and AC voltage - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Wandlung zwischen einer Gleichspannung und einer Wechselspannung, bei der ein Pol des Gleichspannungsanschlusses mit einem Pol des Wechselspannungsanschlusses verbunden ist. Die Schaltungsanordnung ist so ausgestaltet, dass über einen Tiefsetz- bzw. Hochsetzsteller von der Gleichspannungs- zur Wechselspannungsseite oder umgekehrt Energie übertragen wird, solange das Vorzeichen der Gleichspannung dem Vorzeichen der Wechselspannung entspricht und im anderen Fall die Energie durch Zwischenspeicherung in einem Kondensator zwischen den beiden Seiten übertragen wird. Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung kommt mit einer geringen Anzahl an Leistungshalbleitern aus, weist geringe Verluste auf und lässt sich als Wechselrichter für Dünnschicht-Solarzellen oder rückseitenkontaktierte Solarzellen einsetzen.The present invention relates to a circuit arrangement for converting between a DC voltage and an AC voltage, in which a pole of the DC voltage connection is connected to a pole of the AC voltage connection. The circuit arrangement is designed in such a way that energy is transferred from the DC voltage side to the AC voltage side or vice versa via a step-down or step-up converter, as long as the sign of the DC voltage corresponds to the sign of the AC voltage and in the other case the energy is stored temporarily in a capacitor between the two Pages is transferred. The proposed circuit arrangement manages with a small number of power semiconductors, has low losses and can be used as an inverter for thin-film solar cells or rear-contacted solar cells.

Description

Technisches AnwendungsgebietTechnical application

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Wandlung zwischen einer Gleichspannung und einer Wechselspannung, bei der ein Pol des Gleichspannungsanschlusses mit einem Pol des Wechselspannungsanschlusses verbunden ist.The present invention relates to a circuit arrangement for converting between a DC voltage and an AC voltage, wherein one pole of the DC voltage terminal is connected to one pole of the AC voltage terminal.

Eine derartige Schaltungsanordnung lässt sich beispielsweise einsetzen, um photovoltaisch erzeugte Energie ins Stromnetz einzuspeisen oder damit ein elektrisches Inselnetz zu betreiben. So ist es beim Betrieb von Dünnschicht-Solarzellen notwendig, dass der Minuspol des Solargenerators auf Erdpotential liegt, um eine irreversible Schädigung der Solarzellen durch TCO-Korrosion (TCO: Transparent Conductive Oxide) zu verhindern. Beim Betrieb von rückseitenkontakierten Solarzellen ist es dagegen erforderlich, dass der Pluspol des Solargenerators auf Erdpotential liegt, weil sich sonst der Zellenwirkungsgrad durch einen reversiblen Polarisationseffekt verschlechtert. Diese Forderungen werden mit einer Schaltungsanordnung zur Wandlung der Gleichspannung aus dem Solargenerator in Wechselspannung erfüllt, bei dem ein Pol des Gleichspannungsanschlusses mit einem Pol des Wechselspannungsanschlusses verbunden ist. Durch diese Verbindung werden auch Anforderungen an den Personenschutz erfüllt, da keine kapazitiven Ableitströme über den Solargenerator fließen.Such a circuit arrangement can be used, for example, to feed photovoltaically generated energy into the power grid or thus to operate an electrical stand-alone grid. Thus, when operating thin-film solar cells, it is necessary for the negative pole of the solar generator to be at earth potential in order to prevent irreversible damage to the solar cells due to TCO (Transparent Conductive Oxide) corrosion. When operating back-contacted solar cells, however, it is necessary that the positive pole of the solar generator is at ground potential, because otherwise the cell efficiency deteriorates due to a reversible polarization effect. These requirements are met with a circuit arrangement for converting the DC voltage from the solar generator into AC voltage, wherein one pole of the DC voltage terminal is connected to one pole of the AC voltage terminal. This connection also meets requirements for personal protection, since no capacitive leakage currents flow through the solar generator.

Stand der TechnikState of the art

Zahlreiche bekannte Schaltungsanordnungen zur Wandlung von Gleich- in Wechselspannung ermöglichen es entweder nicht, einen Pol des Solargenerators auf Erdpotential zu legen oder nutzen Transformatoren, um das Eingangspotential vom Ausgangspotential zu trennen. Wechselrichter mit Transformatoren haben jedoch den Nachteil eines höheren Gewichtes, eines höheren Bauvolumens und eines geringeren Wirkungsgrades gegenüber transformatorlosen Schaltungen.Many known circuits for converting DC into AC voltage either do not allow one pole of the solar generator to be grounded or use transformers to separate the input potential from the output potential. However, inverters with transformers have the disadvantage of a higher weight, a larger overall volume and a lower efficiency compared to transformerless circuits.

Aus der DE 10 2008 048 841 B3 ist eine Schaltungsanordnung zur Wandlung zwischen einer Gleichspannung und einer Wechselspannung bekannt, die die obigen Anforderungen an den Betrieb eines Solargenerators erfüllt und das Solargeneratorpotential vom Ausgangspotential über Trennschalter isolieren kann. Für die Energieübertragung zwischen dem Gleichspannungsanschluss und dem Wechselspannungsanschluss wird für beide Halbwellen der Wechselspannung ein Kondensator zur Zwischenspeicherung der Energie eingesetzt. Diese Schaltungsanordnung benötigt jedoch eine hohe Zahl an Leistungsbauteilen und generiert durch ihren Aufbau zusätzliche Verluste.From the DE 10 2008 048 841 B3 a circuit arrangement for the conversion between a DC voltage and an AC voltage is known, which meets the above requirements for the operation of a solar generator and can isolate the solar generator potential from the output potential via disconnectors. For the energy transfer between the DC voltage connection and the AC voltage connection, a capacitor for buffering the energy is used for both half cycles of the AC voltage. However, this circuit requires a large number of power components and generated by their construction additional losses.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung zur Wandlung zwischen einer Gleichspannung und einer Wechselspannung anzugeben, die sich für den Betrieb von Dünnschicht-Solarzellen oder rückseitenkontaktierten Solarzellen eignet, ein geringes Bauvolumen und Gewicht sowie niedrige Verluste aufweist und sich mit einer geringen Anzahl an Leistungsbauelementen realisieren lässt. Die Schaltungsanordnung soll auch in der Lage sein, Blindleistung am Wechselspannungsanschluss zu liefern.The object of the present invention is to provide a circuit arrangement for the conversion between a DC voltage and an AC voltage, which is suitable for the operation of thin-film solar cells or back-contacted solar cells, a small volume and weight and low losses and has a small number Can realize power components. The circuit should also be able to provide reactive power at the AC voltage port.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe wird mit der Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.The object is achieved with the circuit arrangement according to claim 1. Advantageous embodiments of the circuit arrangement are the subject of the dependent claims or can be found in the following description and the exemplary embodiments.

Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung zur Wandlung zwischen einer Gleichspannung und einer Wechselspannung weist in bekannter Weise eine Gleichspannungsseite mit einem Gleichspannungsanschluss und eine Wechselspannungsseite mit einem Wechselspannungsanschluss auf. Ein erster Pol des Gleichspannungsanschlusses ist bei der Schaltungsanordnung mit einem ersten Pol des Wechselspannungsanschlusses verbunden, so dass beim Betrieb der Schaltungsanordnung an einer Dünnschicht-Solarzelle oder einer rückseitenkontaktierten Solarzelle der Minus- bzw. Pluspol des Solargenerators auf Erdpotential gelegt werden kann. Zwischen dem Gleichspannungs- und dem Wechselspannungsanschluss ist über mehrere Schalter ein Tiefsetzsteller vom Gleichspannungs- zum Wechselspannungsanschluss oder ein Hochsetzsteller vom Wechselspannungs- zum Gleichspannungsanschluss gebildet, durch den Energie vom Gleichspannungs- zum Wechselspannungsanschluss oder umgekehrt übertragbar ist, solange das Vorzeichen der Gleichspannung am Gleichspannungsanschluss dem Vorzeichen der Wechselspannung am Wechselspannungsanschluss entspricht. Wenigstens ein erster Kondensator ist bei der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung so zwischen dem Gleichspannungs- und dem Wechselspannungsanschluss verschaltet, dass die Energie durch Zwischenspeicherung in diesem Kondensator vom Gleichspannungs- zum Wechselspannungsanschluss oder umgekehrt übertragbar ist, solange das Vorzeichen der Gleichspannung am Gleichspannungsanschluss nicht dem Vorzeichen der Wechselspannung am Wechselspannungsanschluss entspricht. Vorzugsweise weist die Schaltungsanordnung auch mindestens einen zweiten Kondensator auf, der parallel zum Gleichspannungsanschluss geschaltet ist.The proposed circuit arrangement for the conversion between a DC voltage and an AC voltage has, in a known manner, a DC voltage side with a DC voltage connection and an AC voltage side with an AC voltage connection. A first pole of the DC voltage terminal is connected in the circuit arrangement with a first pole of the AC voltage terminal, so that when operating the circuit arrangement on a thin-film solar cell or a back-contacted solar cell of the negative or positive pole of the solar generator can be set to ground potential. Between the DC voltage and the AC voltage connection, a step-down converter from the DC voltage to the AC voltage connection or a step-up converter from the AC voltage to the DC voltage terminal is formed by a plurality of switches, can be transmitted by the energy from the DC voltage to the AC voltage terminal or vice versa, as long as the sign of the DC voltage at the DC voltage terminal the sign corresponds to the AC voltage at the AC voltage terminal. At least a first capacitor is connected in the proposed circuit arrangement between the DC voltage and the AC voltage terminal, that the energy is transferable by caching in this capacitor from the DC voltage to the AC terminal or vice versa, as long as the sign of the DC voltage at the DC voltage terminal does not follow the sign of the AC voltage AC voltage connection corresponds. Preferably, the circuit arrangement also has at least one second capacitor, which is connected in parallel to the DC voltage connection.

Bei der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung wird somit im Gegensatz zu der vorangehend genannten DE 10 2008 048 841 B3 nicht die komplette Leistung beider Halbwellen über den ersten Kondensator zwischengespeichert, sondern nur die Energie während einer Halbwelle. Die Energieübertragung in der zweiten Halbwelle erfolgt dann über den Tief- bzw. Hochsetzsteller ohne Zwischenspeicherung in dem ersten Kondensator. Durch diese Ausgestaltung werden die Verluste gegenüber der Schaltungsanordnung der genannten Druckschrift reduziert, so dass sich ein höherer Wirkungsgrad der Spannungswandlung ergibt. Weiterhin lässt sich die vorgeschlagene Schaltungsanordnung mit einer geringeren Anzahl von Leistungsbauelementen realisieren und führt damit zu einem kostengünstigen Aufbau. Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung benötigt keinen Transformator, der zusätzliches Gewicht und zusätzliche Verluste verursachen würde. Beim Einsatz als Solarwechselrichter kann ein Pol des Solargenerators mit dem Neutralleiter verbunden werden, der quasi auf Erdpotential liegt. Dies ermöglicht den Betrieb von Dünnschicht-Solarzellen oder rückseitenkontaktierten Solarzellen mit der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung. Weiterhin wirkt sich das feste Potential auch günstig auf die elektromagnetische Verträglichkeit aus und verhindert, dass kapazitive Ableitströme über den Solargenerator fließen können. Die Schaltung ist in der Lage, neben Wirkleistung sowohl kapazitive als auch induktive Blindleistung zu liefern, wie dies laut VDE-AR-N 4105 für Solarwechselrichter, die ins Stromnetz einspeisen, ab einer Leistung von 3,68 kVA erforderlich ist. Neben der Einspeisung von Energie ins Stromnetz können mit der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung auch Wechselstromverbraucher in einem Inselnetz gespeist werden. Die Schaltungsanordnung lässt sich dabei je nach Ausgestaltung als Wechselrichter, als Gleichrichter oder als Gleich- und Wechselrichter betreiben.In the proposed circuit arrangement is thus in contrast to the above-mentioned DE 10 2008 048 841 B3 not the full power of both half-waves cached across the first capacitor, but only the energy during a half-wave. The energy transfer in the second half-wave then takes place via the buck or boost converter without intermediate storage in the first capacitor. This refinement reduces the losses compared with the circuit arrangement of the cited document, resulting in a higher efficiency of the voltage conversion. Furthermore, the proposed circuit arrangement can be realized with a smaller number of power components and thus leads to a cost-effective design. The proposed circuit does not require a transformer which would add weight and additional losses. When used as a solar inverter, one pole of the solar generator can be connected to the neutral conductor, which is virtually at ground potential. This allows the operation of thin-film solar cells or back-contacted solar cells with the proposed circuit arrangement. Furthermore, the fixed potential also has a favorable effect on the electromagnetic compatibility and prevents capacitive leakage currents from flowing via the solar generator. The circuit is capable of providing both active and reactive capacitive and inductive reactive power, as loudly VDE-AR-N 4105 for solar inverters that feed into the grid, from a capacity of 3.68 kVA is required. In addition to the feeding of energy into the power grid, the proposed circuit arrangement can also supply AC consumers in an isolated grid. Depending on the configuration, the circuit arrangement can be operated as an inverter, as a rectifier or as a DC and an inverter.

Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung weist zusätzlich zum ersten Kondensator zumindest vier Schalter, eine erste Spule zur Begrenzung des Kondensatorstromes des ersten Kondensators sowie eine zweite Spule zur Glättung des Wechselstromes am Wechselspannungsanschluss auf. Ein grundsätzlicher Aufbau der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung wird bei der Beschreibung der Ausführungsbeispiele in den 1a und 1b dargestellt, aus denen zum einen die minimal eingesetzten Bauelemente ersichtlich sind und zum anderen optionale Bauelemente durch gestrichelte Verbindungen angedeutet sind. Die Schaltungsanordnung umfasst somit mehrere Schalter, die durch abschaltbare Leistungshalbleiter gebildet sind, Dioden, Spulen und Kondensatoren. Als abschaltbare Leistungshalbleiter können beispielsweise IGBTs, MOSFETs, JFETs oder Bipolartransistoren mit parallel geschalteter Diode zum Einsatz kommen. Die Diode kann in das Bauteil integriert sein. Selbstverständlich können auch weitere für den jeweiligen Anwendungsfall vorteilhafte Bauelemente in den Schaltungsaufbau integriert sein. Beispiele für derartige Bauelemente sind EMV-Filter (EMV: elektromagnetische Verträglichkeit), Trennelemente bzw. Trennrelais, DC-DC-Steller (DC: Direct Current), eine Kondensatorvorladeschaltung oder auch eine Messeinrichtung. Unter der Verbindung eines Bauelementes mit einem anderen Bauelement oder einem der Gleich- oder Wechselspannungsanschlüsse ist dementsprechend neben einer direkten elektrischen Verbindung ohne zwischengeschaltetes elektrisches Bauelement auch eine Verbindung über ein oder mehrere der oben genannten Bauelemente oder über ein rein resistives elektrisches Bauelement zu verstehen.The proposed circuit arrangement has, in addition to the first capacitor, at least four switches, a first coil for limiting the capacitor current of the first capacitor, and a second coil for smoothing the alternating current at the AC voltage terminal. A basic structure of the proposed circuit arrangement is in the description of the embodiments in the 1a and 1b shown, on the one hand, the minimum components used are visible and the other optional components are indicated by dashed connections. The circuit arrangement thus comprises a plurality of switches, which are formed by turn-off power semiconductors, diodes, coils and capacitors. The turn-off power semiconductors used can be, for example, IGBTs, MOSFETs, JFETs or bipolar transistors with a parallel-connected diode. The diode can be integrated in the component. Of course, other advantageous for the particular application components can be integrated into the circuit structure. Examples of such components are EMC filters (EMC: electromagnetic compatibility), separating elements or separation relays, DC-DC regulators (DC: Direct Current), a capacitor pre-charge circuit or a measuring device. Accordingly, in addition to a direct electrical connection without an intermediate electrical component, the connection of a component to another component or one of the DC or AC voltage terminals also means a connection via one or more of the above-mentioned components or via a purely resistive electrical component.

In allen vorgeschlagenen Ausgestaltungen der vorliegenden Schaltungsanordnung ist vorzugsweise ein erster Anschluss des ersten Kondensators über die erste Spule sowie einen ersten Schalter oder eine erste Diode – oder alternativ eine Reihenschaltung aus einem ersten Schalter oder einer ersten Diode und einer zweiten Diode – mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden. Parallel zum ersten Kondensator ist eine Reihenschaltung aus einem zweiten und einem dritten Schalter, jeweils mit parallel geschalteter Diode, ausgebildet. Ein Mittenabgriff zwischen dem zweiten und dritten Schalter ist mit dem ersten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden. Der zweite Anschluss des ersten Kondensators ist über eine Reihenschaltung aus einem fünften und vierten Schalter, jeweils mit parallel geschalteter Diode, direkt oder über den ersten Schalter oder die erste Diode mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle und über einen Mittenabgriff zwischen dem vierten und dem fünften Schalter über eine zweite Spule mit dem zweiten Pol der Wechselspannungsquelle verbunden. Durch eine derartige Anordnung wird bei entsprechender Ansteuerung der Schalter erreicht, dass die Energie vom Gleichspannungsanschluss zum Wechselspannungsanschluss oder umgekehrt mittels eines Tiefsetzstellers bzw. Hochsetzstellers, bestehend aus dem vierten und fünften Schalter, übertragen wird, solange das Vorzeichen der Spannung am Wechselspannungsanschluss dem Vorzeichen der Spannung am Gleichspannungsanschluss entspricht. In dem Zeitraum, in dem die Spannung am Wechselspannungsanschluss das umgekehrte Vorzeichen der Spannung am Gleichspannungsanschluss hat, erfolgt die Energieübertragung vom Gleichspannungsanschluss zum Wechselspannungsanschluss oder umgekehrt dadurch, dass die Energie im ersten Kondensator zwischengespeichert wird. Die einzelnen Schalter werden bei der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung in bekannter Weise über pulsweitenmodulierte Schaltsignale angesteuert, um die Wandlung zwischen der Gleich- und der Wechselspannung zu erreichen.In all proposed embodiments of the present circuit arrangement is preferably a first terminal of the first capacitor via the first coil and a first switch or a first diode - or alternatively a series connection of a first switch or a first diode and a second diode - with the second pole of DC voltage source connected. Parallel to the first capacitor, a series circuit of a second and a third switch, each with parallel-connected diode is formed. A center tap between the second and third switches is connected to the first pole of the DC voltage source. The second terminal of the first capacitor is connected via a series circuit of a fifth and fourth switch, each with a diode connected in parallel, directly or via the first switch or the first diode to the second pole of the DC voltage source and via a center tap between the fourth and the fifth switch connected via a second coil to the second pole of the AC voltage source. By such an arrangement is achieved with appropriate control of the switch that the energy from the DC voltage connection to the AC voltage terminal or vice versa by means of a buck converter or boost converter, consisting of the fourth and fifth switch, transmitted as long as the sign of the voltage at the AC voltage terminal the sign of the voltage corresponds to the DC voltage connection. In the period in which the voltage at the AC terminal has the opposite sign of the voltage at the DC terminal, the energy transfer from the DC terminal to the AC terminal or vice versa, by the fact that the energy in the first capacitor is cached. The individual switches are known in the proposed circuit arrangement Mode driven via pulse width modulated switching signals to achieve the conversion between the DC and AC voltage.

Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung arbeitet bei der Wandlung von Gleich- in Wechselspannung bzw. umgekehrt als sogenannter Dreipunkt-Umrichter. Die Spannung an demjenigen Pol der zweiten Spule, der mit dem Mittelabgriff von viertem und fünftem Schalter verbunden ist, kann dabei gegenüber dem ersten Pol der Wechselspannungsquelle drei Spannungsstufen annehmen, positive Spannung, null und negative Spannung. Gegenüber einem Zweipunkt-Umrichter verursacht dies geringere Verluste und die zweite Spule kann kleiner ausfallen. Beim Nachladen des ersten Kondensators kann der erste Schalter stromlos abgeschaltet werden, so dass Schaltverluste verringert werden.The proposed circuit arrangement operates in the conversion of DC into AC voltage or vice versa as a so-called three-step converter. The voltage at that pole of the second coil, which is connected to the center tap of the fourth and fifth switches, can assume three voltage levels with respect to the first pole of the AC voltage source, positive voltage, zero and negative voltage. Compared to a two-position inverter this causes lower losses and the second coil can be smaller. When reloading the first capacitor, the first switch can be de-energized, so that switching losses are reduced.

Besonders vorteilhaft lässt sich eine Schaltungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform realisieren, die nur fünf Schalter bzw. aktiv schaltbare Leistungshalbleiter, benötigt. Die Sperrspannungen aller Halbleiter übersteigen die Spannung eines am Gleichspannungsanschluss angeschlossenen Solargenerators nicht wesentlich, so dass der Einsatz konventioneller Halbleiter ermöglicht wird. Diese Ausgestaltung führt zu einem relativ kostengünstigen Aufbau und zu geringen Schaltverlusten. Bei dieser Ausgestaltung ist der erste Anschluss des ersten Kondensators über die erste Spule, eine erste Diode sowie einen ersten Schalter mit paralleler Diode mit dem zweiten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden. Eine zweite Diode verbindet den ersten Pol der Gleichspannungsquelle mit einem Mittenabgriff zwischen erstem Schalter und erster Diode. Die Reihenschaltung aus fünftem und viertem Schalter ist über diesen Mittenabgriff und den ersten Schalter mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden.It is particularly advantageous to realize a circuit arrangement according to a first embodiment which requires only five switches or actively switchable power semiconductors. The blocking voltages of all semiconductors do not significantly exceed the voltage of a solar generator connected to the DC voltage connection, so that the use of conventional semiconductors is made possible. This embodiment leads to a relatively inexpensive construction and low switching losses. In this embodiment, the first terminal of the first capacitor via the first coil, a first diode and a first switch with a parallel diode is connected to the second pole of the DC voltage terminal. A second diode connects the first pole of the DC voltage source to a center tap between the first switch and the first diode. The series connection of the fifth and fourth switches is connected via this center tap and the first switch to the second pole of the DC voltage source.

Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung ist in der Ausgestaltung als Wechselrichter besonders für den Betrieb von Dünnschicht-Solarzellen oder rückseitenkontaktierten Solarzellen geeignet. Die Anwendung der Schaltungsanordnung ist jedoch nicht nur auf das Gebiet der Photovoltaik beschränkt. Die Schaltung kann überall dort eingesetzt werden, wo es notwendig ist, Gleichspannung in Wechselspannung oder Wechselspannung in Gleichspannung umzuformen. Außer Solargeneratoren können an die Gleichspannungsseite beispielsweise auch Batterien oder Brennstoffzellen angeschlossen werden. Bei einem gleichspannungsseitigen Verbund eines Solargenerators und eines elektrischen Energiespeichers kann Energie sowohl in das wechselspannungsseitig angeschlossene Stromnetz eingespeist werden, als auch der Energiespeicher aus dem Netz geladen werden. Die Schaltungsanordnung eignet sich auch nicht nur für den Betrieb an einphasigen Wechselstromquellen bzw. Wechselstromlasten, sondern auch für den Betrieb an mehrphasigen Quellen bzw. Lasten. Dazu müssen lediglich mehrere der vorgeschlagenen Schaltungsanordnungen für die einzelnen Phasen miteinander verbunden werden. Zur Erweiterung des zulässigen Spannungsbereiches an der Gleichspannungsseite kann die Schaltungsanordnung auch einen zusätzlichen DC-DC-Steller aufweisen.The proposed circuit arrangement is suitable in the embodiment as an inverter particularly for the operation of thin-film solar cells or back-contacted solar cells. However, the application of the circuit arrangement is not limited only to the field of photovoltaics. The circuit can be used wherever it is necessary to convert DC voltage into AC voltage or AC voltage into DC voltage. Apart from solar generators, batteries or fuel cells can also be connected to the DC side, for example. In a DC side composite of a solar generator and an electrical energy storage energy can be fed into both the AC side connected power grid, as well as the energy storage are charged from the network. The circuit arrangement is also suitable not only for operation on single-phase AC sources or AC loads, but also for operation on multi-phase sources or loads. For this purpose, only several of the proposed circuit arrangements for the individual phases must be connected to each other. To extend the permissible voltage range on the DC side, the circuit arrangement may also have an additional DC-DC controller.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:The proposed circuit arrangement will be explained in more detail using exemplary embodiments in conjunction with the drawings. Hereby show:

1 zwei mögliche Ausgestaltungsvarianten der Schaltungsanordnung mit zum Teil optionalen Bauelementen; 1 two possible design variants of the circuit arrangement with partially optional components;

2 eine erste Schaltungsvariante der Schaltungsanordnung für den Betrieb als Wechselrichter; 2 a first circuit variant of the circuit arrangement for operation as an inverter;

3 eine zweite Schaltungsvariante der Schaltungsanordnung für den Betrieb als Wechselrichter; 3 a second circuit variant of the circuit arrangement for operation as an inverter;

4 eine dritte Schaltungsvariante der Schaltungsanordnung für den Betrieb als Wechselrichter; 4 a third circuit variant of the circuit arrangement for operation as an inverter;

5 eine vierte Schaltungsvariante der Schaltungsanordnung für den Betrieb als Gleich- und Wechselrichter; 5 a fourth circuit variant of the circuit arrangement for operation as a DC and inverter;

6 eine fünfte Schaltungsvariante der Schaltungsanordnung für den Betrieb als Gleichrichter; 6 a fifth circuit variant of the circuit arrangement for operation as a rectifier;

7 eine sechste Schaltungsvariante der Schaltungsanordnung für den Betrieb als Gleichrichter; 7 a sixth circuit variant of the circuit arrangement for operation as a rectifier;

8 eine siebte Schaltungsvariante der Schaltungsanordnung für den Betrieb als Gleich- und Wechselrichter; 8th a seventh circuit variant of the circuit arrangement for operation as a DC and inverter;

9 eine Darstellung der unterschiedlichen Schaltungszustände beim Betrieb der ersten oder zweiten Schaltungsvariante; 9 a representation of the different circuit states in the operation of the first or second circuit variant;

10 ein Beispiel für die Schaltmuster der ersten Schaltungsvariante für die Schalter S1 bis S5 in schematischer Darstellung; 10 an example of the circuit patterns of the first circuit variant for the switches S1 to S5 in a schematic representation;

11 eine Darstellung des Ladevorgangs des ersten Kondensators C2 im Zustand 4 der 9; 11 a representation of the charging of the first capacitor C2 in the state 4 of 9 ;

12 eine Darstellung der unterschiedlichen Schaltungszustände beim Betrieb der dritten oder vierten Schaltungsvariante; 12 a representation of the different circuit states in the operation of the third or fourth circuit variant;

13 ein Beispiel für die Schaltmuster der dritten Schaltungsvariante für die Schalter S1 bis S5 in schematischer Darstellung; 13 an example of the circuit patterns of the third circuit variant for the switches S1 to S5 in a schematic representation;

14 eine Darstellung der unterschiedlichen Schaltungszustände beim Betrieb der fünften Schaltungsvariante; 14 a representation of the different circuit states in the operation of the fifth circuit variant;

15 ein Beispiel für die Schaltmuster der fünften Schaltungsvariante für die Schalter S2 bis S6 in schematischer Darstellung; 15 an example of the circuit patterns of the fifth circuit variant for the switches S2 to S6 in a schematic representation;

16 ein Beispiel für die unterschiedlichen Schaltungszustände beim Betrieb der siebten Schaltungsvariante; 16 an example of the different circuit states in the operation of the seventh circuit variant;

17 ein Beispiel für Schaltmuster der siebten Schaltungsvariante im Gleichrichterbetrieb für die Schalter S1 bis S6 in schematischer Darstellung; 17 an example of switching patterns of the seventh circuit variant in rectifier operation for the switches S1 to S6 in a schematic representation;

18 ein Beispiel für die Nutzung von drei der beschriebenen Schaltungsanordnungen für den Betrieb an dreiphasigen Wechselstromquellen bzw. -lasten; und 18 an example of the use of three of the described circuit arrangements for operation on three-phase AC sources and loads; and

19 ein Beispiel für eine Ausgestaltung der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung mit einem zusätzlichen DC-DC-Steller. 19 an example of an embodiment of the proposed circuit arrangement with an additional DC-DC controller.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention

Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung kann in verschiedenen Varianten als Gleichrichter, als Wechselrichter oder als Gleich- und Wechselrichter aufgebaut werden. 1 zeigt hierzu in den Teilabbildungen a) und b) den grundsätzlichen Aufbau der Schaltungsanordnung, wobei optionale Bauteile über die gestrichelt dargestellten Verbindungen angedeutet sind. Die unterschiedlichen Schaltungsvarianten unterscheiden sich darin, welche der gestrichelt gezeichneten Verbindungen jeweils realisiert werden. Bei der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung kann entweder der Minuspol oder der Pluspol der Gleichspannungsseite mit einem Pol der Wechselspannungsseite verbunden werden. 1a zeigt hierzu die Verbindung des negativen Pols der Gleichspannungsseite mit der Wechselspannungsseite, 1b die Verbindung des positiven Pols der Gleichspannungsseite mit der Wechselspannungsseite. In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen sind jeweils nur noch die Varianten dargestellt, bei denen der Minuspol mit der Wechselspannungsseite verbunden ist. Um den Pluspol mit der Wechselspannungsseite zu verbinden, muss dann lediglich die Polarität aller Halbleiter und Kondensatoren umgedreht werden. Eventuell erforderliche EMV-Filter sind der Übersichtlichkeit halber in den Figuren nicht dargestellt.The proposed circuit arrangement can be constructed in different variants as a rectifier, as an inverter or as a DC and inverter. 1 shows in the sub-figures a) and b) the basic structure of the circuit arrangement, wherein optional components are indicated by the connections shown in dashed lines. The different circuit variants differ in which of the dashed connections are each realized. In the proposed circuit arrangement, either the negative pole or the positive pole of the DC side can be connected to a pole of the AC side. 1a shows the connection of the negative pole of the DC side with the AC side, 1b the connection of the positive pole of the DC side with the AC side. In the following embodiments, only the variants are shown in each case, in which the negative pole is connected to the AC voltage side. In order to connect the positive pole to the AC side, then only the polarity of all semiconductors and capacitors has to be reversed. Any required EMC filters are not shown in the figures for the sake of clarity.

G1 stellt eine Gleichspannungsquelle bzw. eine Gleichspannungslast dar, die mit den Gleichspannungsanschlüssen der Schaltungsanordnung verbunden ist. W1 stellt eine Wechselspannungsquelle bzw. eine Wechselspannungslast dar, die mit den beiden Wechselspannungsanschlüssen der Schaltungsanordnung verbunden ist. S1 bis S6 sind Schalter in Form von abschaltbaren Leistungshalbleitern, jeweils mit parallel geschalteter Diode. Die Schalter S1 und S6 können dabei je nach Anwendungsfall durch die Dioden D1 bzw. D6 ersetzt werden. Der Schalter S6 kann auch ganz entfallen. Ein Kondensator C1, in der vorangehenden Beschreibung als zweiter Kondensator bezeichnet, ist parallel zur Gleichspannungsquelle G1 geschaltet. Dieser Kondensator könnte auch in die Gleichspannungsquelle integriert sein. Die zweite Spule L2 dient dazu, den Wechselstrom iA zu glätten. Die Diode D7 kann je nach Anwendungsfall in einer der beiden gezeichneten Richtungen eingesetzt oder durch eine direkte Verbindung ersetzt werden. Der Kondensator C3 ist zum Betrieb eines Inselnetzes erforderlich, kann jedoch bei einem Betrieb der Schaltungsanordnung am Stromnetz entfallen.G1 represents a DC voltage source or a DC load, which is connected to the DC voltage terminals of the circuit arrangement. W1 represents an AC voltage source or an AC load, which is connected to the two AC voltage terminals of the circuit arrangement. S1 to S6 are switches in the form of turn-off power semiconductors, each with parallel-connected diode. The switches S1 and S6 can be replaced by the diodes D1 and D6 depending on the application. The switch S6 can also be omitted altogether. A capacitor C1, referred to in the foregoing description as a second capacitor, is connected in parallel with the DC voltage source G1. This capacitor could also be integrated in the DC voltage source. The second coil L2 serves to smooth the alternating current i A. The diode D7 can be used depending on the application in one of the two directions drawn or replaced by a direct connection. The capacitor C3 is required for operating an isolated network, but can be omitted in an operation of the circuit arrangement on the power grid.

Charakteristisch für die vorgeschlagene Schaltungstopologie ist, dass Energie von G1 nach W1 bzw. umgekehrt mittels eines Tief-/Hochsetzstellers, bestehend aus S4 und S5, übertragen wird, solange das Vorzeichen der Spannung uA am Wechselspannungsanschluss dem Vorzeichen der Spannung UD am Gleichspannungsanschluss entspricht. In dem Zeitraum, in dem die Spannung uA das umgekehrte Vorzeichen der Spannung UD hat, erfolgt die Energieübertragung von G1 nach W1 bzw. umgekehrt dadurch, dass Energie im Kondensator C2 zwischengespeichert wird, in der vorangehenden Beschreibung als erster Kondensator bezeichnet. Die erste Spule L1 dient zur Begrenzung des Kondensatorstromes iC2. Characteristic of the proposed circuit topology is that energy from G1 to W1 or vice versa by means of a buck / boost converter, consisting of S4 and S5, is transmitted, as long as the sign of the voltage u A at the AC voltage terminal corresponds to the sign of the voltage U D at the DC voltage terminal , In the period in which the voltage u A has the opposite sign of the voltage U D , the energy transfer from G1 to W1 or vice versa, in that energy in the capacitor C2 is latched, referred to in the foregoing description as the first capacitor. The first coil L1 serves to limit the capacitor current i C2 .

In den folgenden Darstellungen der 2 bis 8 sind sieben unterschiedliche Schaltungsvarianten der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung beispielhaft dargestellt. Die 9 bis 17 zeigen die unterschiedlichen Betriebszustände dieser Schaltungsvarianten beim Betrieb als Gleich- oder Wechselrichter sowie die Schaltmuster für die Ansteuerung der jeweiligen Schalter.In the following representations of the 2 to 8th seven different circuit variants of the proposed circuit arrangement are exemplified. The 9 to 17 show the different operating states of these circuit variants when operating as a DC or inverter and the switching pattern for the control of the respective switch.

Die einfachsten Schaltungsvarianten zum Wechselrichterbetrieb sind die in den 2 bis 5 dargestellten Schaltungsvarianten 1 bis 4. Die Quelle G1 liefert elektrische Energie z. B. in Form eines Solargenerators. W1 ist eine Wechselspannungslast, ein Wechselstromnetz oder eine Phase des Drehstromnetzes. Um Blindleistung am Ausgang liefern zu können, kann Energie aus W1 in den Kondensatoren C1 bzw. C2 zwischengespeichert und zu einem anderen Zeitpunkt wieder an W1 abgegeben werden. Bei Schaltungsvariante 1 ist die erste Spule L1 über die Diode D7 und den Schalter S1 mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden. Eine Diode D6 ist zwischen dem ersten Pol der Gleichspannungsquelle und dem Mittenabgriff zwischen Schalter S1 und Diode D7 verschaltet. Der Schalter S4 ist ebenfalls mit diesem Mittenabgriff verbunden. Schaltungsvariante 3 zeigt einen sehr ähnlichen Aufbau, bei dem lediglich auf die Diode D7 verzichtet wurde. Schaltungsvariante 2 unterscheidet sich von Schaltungsvariante 1 dadurch, dass der Schalter S4 nicht über den Schalter 51, sondern direkt mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist. Damit können noch geringere Verluste erreicht werden Dies gilt auch für Schaltungsvariante 4, bei der wiederum die Diode D7 weggelassen ist.The simplest circuit variants for inverter operation are those in the 2 to 5 illustrated circuit variants 1 to 4. The source G1 provides electrical energy z. B. in the form of a solar generator. W1 is an AC load, an AC mains or a phase of the three-phase network. To supply reactive power at the output can be cached energy from W1 in the capacitors C1 and C2, respectively, and be returned to W1 at another time. In circuit variant 1, the first coil L1 is connected via the diode D7 and the switch S1 to the second pole of the DC voltage source. A diode D6 is connected between the first pole of the DC voltage source and the center tap between switch S1 and diode D7. The switch S4 is also connected to this center tap. Circuit variant 3 shows a very similar construction in which only the diode D7 was dispensed with. Circuit variant 2 differs from circuit variant 1 in that the switch S4 is not connected via the switch 51, but directly to the second pole of the DC voltage source. Thus, even lower losses can be achieved. This also applies to circuit variant 4, in which again the diode D7 is omitted.

Bei den Schaltungsvarianten 1 und 3 müssen die Leistungshalbleiter S1 bis S5 und D6 und D7 keine wesentlich höheren Spannungen als die Spannung UD sperren können. Bei den Schaltungsvarianten 2 und 4 ist die maximal auftretende Spannung am Schalter S4 größer und entspricht etwa dem doppelten Wert der Spannung UD. Die Schaltungsvarianten 3 und 4 eignen sich vor allem für den Betrieb an Solarzellen mit einer Spannung < ca. 500 V bei einer Netzspannung von 230 V.In circuit variants 1 and 3, the power semiconductors S1 to S5 and D6 and D7 need not be able to block significantly higher voltages than the voltage U D. In the case of the circuit variants 2 and 4, the maximum occurring voltage at the switch S4 is greater and corresponds approximately to twice the value of the voltage U D. The circuit variants 3 and 4 are particularly suitable for operation on solar cells with a voltage <approximately 500 V at a mains voltage of 230 V.

Die Bauteile L1 (erste Spule) und C2 (erster Kondensator) bilden einen Resonanzkreis. Bei den Schaltungsvarianten 1 und 2 geht nach dem Schließen des Schalters S1 der Ladestrom des Kondensators C2 wieder von selbst auf null zurück, da die Diode D7 verhindert, dass der Kondensator C2 über die Spule L1 wieder entladen wird. In den Schaltungsvarianten 3 und 4 ist diese Diode D7 nicht vorhanden. Der Ladestrom des Kondensators C2 muss dort aktiv über S1 ein- und ausgeschaltet werden.The components L1 (first coil) and C2 (first capacitor) form a resonant circuit. In the circuit variants 1 and 2, after the closing of the switch S1, the charging current of the capacitor C2 returns to zero by itself, since the diode D7 prevents the capacitor C2 from being discharged again via the coil L1. In circuit variants 3 and 4, this diode D7 is not present. The charging current of the capacitor C2 must be actively switched on and off via S1 there.

Zum Betrieb als Gleichrichter eignen sich die Schaltungsvarianten 4 bis 7 der 5 bis 8. Dabei wird Energie von der Wechselspannungsquelle W1 an die Gleichspannungslast G1 übertragen. Der Wechselspannungsquelle wird ein sinusförmiger Strom entnommen. Außerdem kann Blindleistung von der Wechselspannungsquelle entnommen werden. Die Schaltungsvarianten 4 und 7 ermöglichen dabei sowohl einen Wechselrichterbetrieb als auch einen Gleichrichterbetrieb, so dass Energie sowohl von G1 nach W1 als auch von W1 nach G1 übertragen werden kann. Schaltungsvariante 5 unterscheidet sich dabei von Schaltungsvariante 1 durch Ersatz des Schalters S1 durch eine Diode D1. Die Diode D7 ist in umgekehrter Richtung gepolt, die Diode D6 wird durch den Schalter S6 ersetzt. Bei Schaltungsvariante 7 ist im Unterschied zu Schaltungsvariante 4 die Diode D6 durch den Schalter S6 ersetzt. Schaltungsvariante 6 weist weder den Schalter S6 noch die Diode D6 auf. Die Spule L1 ist hierbei über die Diode D1 mit dem zweiten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden, der Schalter S4 ist direkt mit dem Gleichspannungsanschluss verbunden.For operation as a rectifier, the circuit variants 4 to 7 are the 5 to 8th , In this case, energy is transmitted from the AC voltage source W1 to the DC load G1. The AC voltage source is taken from a sinusoidal current. In addition, reactive power can be taken from the AC source. The circuit variants 4 and 7 allow both an inverter operation and a rectifier operation, so that energy can be transmitted both from G1 to W1 and from W1 to G1. Circuit variant 5 differs from circuit variant 1 by replacing the switch S1 with a diode D1. The diode D7 is polarized in the opposite direction, the diode D6 is replaced by the switch S6. In circuit variant 7, in contrast to circuit variant 4, the diode D6 is replaced by the switch S6. Circuit variant 6 has neither the switch S6 nor the diode D6. The coil L1 is in this case connected via the diode D1 to the second pole of the DC voltage terminal, the switch S4 is connected directly to the DC voltage terminal.

9 zeigt die unterschiedlichen Betriebszustände beim Betrieb der Wechselrichterschaltungsvariante 1 im Detail. In den vier Zuständen ist der Stromfluss jeweils durch die fett dargestellten Linien angedeutet. Schaltungsvariante 2 funktioniert nach dem gleichen Prinzip, die Sperrspannungen am Schalter S4 sind jedoch höher. 9 shows the different operating states when operating the inverter circuit variant 1 in detail. In the four states, the current flow is indicated by the bold lines. Circuit variant 2 works on the same principle, but the blocking voltages at switch S4 are higher.

Zum Stellen einer positiven Spannung uA wird die Schaltung abwechselnd in die Zustände 1 und 2 versetzt. Es wird davon ausgegangen, dass die Spannung uC2 zunächst mindestens so groß wie die Spannung UD ist. Im Zustand 1 sind die Schalter S1, S3 und S4 geschlossen, die Schalter S2 und S5 geöffnet. Der Strom iA fließt über S1, S4 und L2. Bei positiven Strom iA fließt Energie von G1 bzw. C1 nach W1, bei negativem Strom iA fließt Energie von W1 in den Kondensator C1. Im Zustand 2 sind die Schalter S1, S3 und S5 geschlossen, die Schalter S2 und S4 geöffnet. Der Strom iA fließt über S3, S5 und L2.To set a positive voltage u A , the circuit is alternately set to states 1 and 2. It is assumed that the voltage u C2 is initially at least as great as the voltage U D. In state 1, the switches S1, S3 and S4 are closed, the switches S2 and S5 open. The current i A flows through S1, S4 and L2. In the case of positive current i A , energy flows from G1 or C1 to W1; in the case of negative current i A , energy flows from W1 into capacitor C1. In state 2, the switches S1, S3 and S5 are closed, the switches S2 and S4 open. The current i A flows through S3, S5 and L2.

Zum Stellen einer negativen Spannung uA wird die Schaltung abwechselnd in die Zustände 3 und 4 versetzt. Im Zustand 3 sind die Schalter S2 und S5 geschlossen, die Schalter S1, S3 und S4 geöffnet. Der Strom iA fließt über C2, S2, S5 und L2. Bei negativem Strom iA fließt Energie von C2 nach W1, bei positivem Strom iA fließt Energie von W1 nach C2. Im Zustand 4 sind die Schalter S1, S3 und S5 geschlossen, die Schalter S2 und S4 geöffnet. Der Strom iA fließt über S3, S5 und L2. Sofern die Kondensatorspannung uC2 kleiner als die Spannung UD ist, wird der Kondensator C2 über G1, S1, D7, L1 und S3 nachgeladen.To set a negative voltage u A , the circuit is alternately set to states 3 and 4. In state 3, the switches S2 and S5 are closed, the switches S1, S3 and S4 open. The current i A flows through C2, S2, S5 and L2. With negative current i A , energy flows from C2 to W1, with positive current i A , energy flows from W1 to C2. In state 4, the switches S1, S3 and S5 are closed, the switches S2 and S4 open. The current i A flows through S3, S5 and L2. If the capacitor voltage u C2 is smaller than the voltage U D , the capacitor C2 is recharged via G1, S1, D7, L1 and S3.

Die Zeitdauern, in denen sich die Schaltung in den Zuständen 1 bis 4 befindet, werden von einer Pulsweitenmodulation bestimmt, mit der die einzelnen Schalter S1 bis S5 angesteuert werden. 10 zeigt hierzu beispielhafte Schaltmuster der Schaltungsvariante 1 für die Schalter S1 bis S5. Die Phase des Stroms iA kann zur Phase der Spannung uA verschoben werden, wenn Blindleistung an der Wechselspannungsseite geliefert werden soll. Dies ist im oberen Teil der 10 mit dem Doppelpfeil angedeutet. Die Diode D6 führt betriebsmäßig keinen Strom, sondern dient in diesem Beispiel als Schutzdiode, um die Spannung über dem Schalter S1 während der Umschaltvorgänge und im Fehlerfall zu begrenzen.The periods in which the circuit is in states 1 to 4 are determined by a pulse width modulation, with which the individual switches S1 to S5 are driven. 10 shows exemplary switching pattern of the circuit variant 1 for the switches S1 to S5. The phase of the current i A may be shifted to the phase of the voltage u A when reactive power is to be supplied to the AC side. This is in the upper part of the 10 indicated by the double arrow. The diode D6 is operatively powered, but in this example serves as a protection diode to limit the voltage across the switch S1 during the switching operations and in the event of a fault.

11 zeigt bei der ersten Schaltungsvariante den Ladevorgang des Kondensators C2 im Zustand 4. Der entsprechende Stromverlauf im Schaltungsdiagramm ist im unteren Teil der Figur dargestellt. Der Ladestrom iC2 nimmt nach dem Einschalten der Schalter S1 und S3 zunächst zu, erreicht seinen höchsten Punkt, wenn uC2 ungefähr UD beträgt, und wird dann wieder zu null. Der Schalter S1 kann dann stromlos abgeschaltet werden. 11 shows in the first circuit variant, the charging of the capacitor C2 in the state 4. The corresponding current waveform in the circuit diagram is in the lower part of the figure shown. The charging current i C2 first increases after switching on the switches S1 and S3, reaches its highest point when u C2 is approximately U D , and then becomes zero again. The switch S1 can then be switched off without power.

12 zeigt die unterschiedlichen Betriebszustände beim Betrieb der Wechselrichterschaltungsvariante 3. Variante 4 funktioniert nach dem gleichen Prinzip, die Sperrspannungen an S4 sind jedoch höher und der Schalter S1 kann im Zustand 1 auch ausgeschaltet werden. Je nach Auslegung der Bauelemente kann die Schaltung nach Variante 4 auch in bestimmten Betriebspunkten als Gleichrichter verwendet werden, um Energie von W1 nach G1 zu übertragen. Der Stromfluss in den unterschiedlichen Betriebszuständen ist wiederum durch die fetten Linien angedeutet. 12 shows the different operating states when operating the inverter circuit variant 3. Variation 4 works on the same principle, the reverse voltages at S4, however, are higher and the switch S1 can also be switched off in state 1. Depending on the design of the components, the circuit according to variant 4 can also be used as a rectifier in certain operating points in order to transfer energy from W1 to G1. The current flow in the different operating states is again indicated by the bold lines.

Zum Stellen einer positiven Spannung uA wird die Schaltung abwechselnd in den Zustand 1 und einen der Freilaufzustände 3 und 4 versetzt. Im Zustand 1 sind die Schalter S1, S3 und S4 geschlossen, die Schalter S2 und S5 sind geöffnet. Der Strom iA fließt über S1, S4 und L2. Bei positivem Strom iA fließt Energie von G1 bzw. C1 nach W1, bei negativem Strom iA fließt Energie von W1 in den Kondensator C1. Sofern die Kondensatorspannung uC2 kleiner als die Spannung UD ist, baut sich über die Spule L1 der Kondensatorladestrom iC2 auf.To set a positive voltage u A , the circuit is alternately in the state 1 and one of the freewheeling states 3 and 4 offset. In state 1, the switches S1, S3 and S4 are closed, the switches S2 and S5 are open. The current i A flows through S1, S4 and L2. With positive current i A , energy flows from G1 or C1 to W1, with negative current i A , energy flows from W1 into the capacitor C1. If the capacitor voltage u C2 is smaller than the voltage U D , the capacitor charging current i C2 builds up via the coil L1.

Zum Stellen einer negativen Spannung uA wird die Schaltung abwechselnd in den Zustand 2 und einen der Freilaufzustände 3 und 4 versetzt. Im Zustand 2 sind die Schalter S2 und S5 geschlossen, die Schalter S1, S3 und S4 geöffnet. Der Strom iA fließt über C2, S2, S5 und L2. Bei negativem Strom iA fließt Energie von C2 nach W1, bei positivem Strom iA fließt Energie von W1 nach C2. Sofern beim Wechsel in den Zustand 2 noch Strom über die Spule L1 fließt, wird dieser Stromfluss über D6 und S2 aufrechterhalten.To set a negative voltage u A , the circuit is alternately in the state 2 and one of the freewheeling states 3 and 4 offset. In state 2, the switches S2 and S5 are closed, the switches S1, S3 and S4 open. The current i A flows through C2, S2, S5 and L2. With negative current i A , energy flows from C2 to W1, with positive current i A , energy flows from W1 to C2. If, when changing to state 2, current still flows through coil L1, this current flow is maintained via D6 and S2.

In den Freilaufzuständen 3 und 4 sind die Schalter S3 und S5 geschlossen, die Schalter S2 und S4 geöffnet. Der Strom iA fließt über S3, S5 und L2. Im Freilaufzustand 3 ist der Schalter S1 geschlossen und der Kondensatorladestrom iC2, der über die Bauteile G1, S1, L1, C2 und S3 fließt, steigt an, sofern die Spannung uC2 kleiner als die Spannung UD ist. Im Freilaufzustand 4 ist der Schalter S1 geöffnet und der Kondensatorladestrom iC2, der über die Bauteile D6, L1, C2 und S3 fließt, wird abgebaut. Sobald er den Wert null erreicht hat, sperrt die Diode D6.In the freewheeling states 3 and 4, the switches S3 and S5 are closed, the switches S2 and S4 open. The current i A flows through S3, S5 and L2. In the free-running state 3, the switch S1 is closed and the capacitor charging current i C2 , which flows through the components G1, S1, L1, C2 and S3, increases, provided that the voltage u C2 is smaller than the voltage U D. In the freewheeling state 4, the switch S1 is opened and the capacitor charging current i C2 , which flows through the components D6, L1, C2 and S3, is reduced. Once it reaches zero, diode D6 will turn off.

Die Zeitdauern, in denen sich die Schaltung in den Zuständen 1 bis 4 befindet, werden wiederum von einer Pulsweitenmodulation bestimmt, wie dies beispielhaft in der 13 dargestellt ist. Diese Figur zeigt die Schaltmuster der Schaltungsvariante 3 für die Schalter S1 bis S5 sowie den entsprechenden Verlauf der Wechselspannung uA sowie des Wechselstroms iA. Die Phase des Stroms iA kann auch hier zur Phase der Spannung uA verschoben werden, wenn Blindleistung an der Wechselspannungsseite geliefert werden soll. Dies ist durch den Doppelpfeil im Diagramm des Stroms iA angedeutet.The periods in which the circuit is in the states 1 to 4 are again determined by a pulse width modulation, as exemplified in the 13 is shown. This figure shows the circuit patterns of the circuit variant 3 for the switches S1 to S5 and the corresponding course of the AC voltage u A and the alternating current i A. The phase of the current i A can here also be shifted to the phase of the voltage u A , if reactive power is to be supplied to the AC voltage side. This is indicated by the double arrow in the diagram of the current i A.

14 zeigt die verschiedenen Betriebszustände der Gleichrichterschaltungsvariante 5. Der Stromverlauf ist wiederum durch die fett dargestellten Linien veranschaulicht. 14 shows the various operating states of the rectifier circuit variant 5. The current waveform is again illustrated by the bold lines.

Bei einer positiven Spannung uA wird die Schaltung abwechselnd in die Zustände 1 und 2 versetzt. Es wird davon ausgegangen, dass die Spannung uC2 zunächst kleiner als die Spannung UD ist. Im Zustand 1 sind die Schalter S3 und S4 geschlossen, die Schalter S2, S5 und S6 geöffnet. Bei positivem Strom iA fließt Energie vom Kondensator C2 über L1, D7, S4, L2 und S3 nach W1, bei negativem Strom iA fließt Energie von W1 über L2, S4 und D1 nach G1. Im Zustand 2 sind die Schalter S3 und S5 geschlossen, die Schalter S2, S4 und S6 geöffnet. Der Strom iA fließt über S3, S5 und L2.At a positive voltage u A , the circuit is alternately set to states 1 and 2. It is assumed that the voltage u C2 is initially smaller than the voltage U D. In state 1, the switches S3 and S4 are closed, the switches S2, S5 and S6 open. With positive current i A , energy flows from capacitor C2 via L1, D7, S4, L2 and S3 to W1, with negative current i A , energy flows from W1 via L2, S4 and D1 to G1. In state 2, the switches S3 and S5 are closed, the switches S2, S4 and S6 open. The current i A flows through S3, S5 and L2.

Bei einer negativen Spannung uA wird die Schaltung abwechselnd in die Zustände 3 und 4 versetzt. Im Zustand 3 sind die Schalter S2, S5 und S6 geschlossen, die Schalter S3 und S4 geöffnet. Der Strom iA fließt über C2, S2, S5 und L2. Bei negativem Strom iA fließt Energie von C2 nach W1, bei positivem Strom iA fließt Energie von W1 nach C2. Im Zustand 4 sind die Schalter S3 und S5 geschlossen, die Schalter S2, S4 und S6 geöffnet. Der Strom iA fließt über S3, S5 und L2. Sofern die Kondensatorspannung uC2 größer als die Spannung UD ist, wird der Kondensator C2 über G1, D1, D7, L1 und S3 entladen.At a negative voltage u A , the circuit is alternately set to states 3 and 4. In state 3, the switches S2, S5 and S6 are closed, the switches S3 and S4 open. The current i A flows through C2, S2, S5 and L2. With negative current i A , energy flows from C2 to W1, with positive current i A , energy flows from W1 to C2. In state 4, the switches S3 and S5 are closed, the switches S2, S4 and S6 open. The current i A flows through S3, S5 and L2. If the capacitor voltage u C2 is greater than the voltage U D , the capacitor C2 is discharged via G1, D1, D7, L1 and S3.

Der Schalter S6 dient dazu, die Spannung über dem Schalter S4 im Zustand 3 zu begrenzen, so dass S4 keine wesentlich höheren Spannungen als UD sperren muss.The switch S6 is used to limit the voltage across the switch S4 in state 3, so that S4 does not have to lock much higher voltages than U D.

Die Schaltungsvariante 6 funktioniert nach dem gleichen Prinzip. Die zu sperrenden Spannungen an S4 sind jedoch etwa doppelt so hoch als bei Variante 5. Die Bauteile S6 und D7 können entfallen, da sie in Variante 5 nur zur Spannungsbegrenzung über S4 dienen. Die Bereitstellung von Blindleistung auf der Wechselspannungsseite geschieht während der positiven Spannungshalbwelle nicht über C2, sondern wegen der direkten Verbindung zwischen S4 und C1 über C1.Circuit variant 6 works on the same principle. However, the voltages to be blocked at S4 are approximately twice as high as in Variant 5. The components S6 and D7 can be dispensed with, since in variant 5 they only serve to limit the voltage across S4. The provision of reactive power on the AC side is done during the positive voltage half cycle not via C2, but because of the direct connection between S4 and C1 via C1.

Die Zeitdauern, in denen sich die Schaltung in den Zuständen 1 bis 4 befindet, werden wiederum von einer Pulsweitenmodulation bestimmt, wie sie durch die Schaltmuster der 15 für die Schalter S2 bis S6 der Schaltungsvariante 5 beispielhaft dargestellt sind. Die Phase des Stroms iA kann zur Phase der Spannung uA verschoben sein, wenn Blindleistung an der Wechselspannungsseite entnommen werden soll. Dies ist auch hier über den Doppelpfeil im Diagramm des Stroms iA angedeutet.The periods in which the circuit is in the states 1 to 4 are again determined by a pulse width modulation, as determined by the switching pattern of the 15 for the switches S2 to S6 of the circuit variant 5 by way of example are shown. The phase of the current i A may be shifted to the phase of the voltage uA, if reactive power to be taken at the AC side. This is also indicated here via the double arrow in the diagram of the current i A.

16 zeigt ein Beispiel für die unterschiedlichen Betriebszustände beim Betrieb der Schaltungsvariante 7. Die Schaltungsvariante 7 ist sowohl dazu geeignet, im Wechselrichterbetrieb Energie von G1 nach W1 zu übertragen, als auch im Gleichrichterbetrieb Energie von W1 nach G1 zu übertragen. Zum Betrieb als Wechselrichter sind die Schalter S1 bis S5 genauso wie bei Variante 4 anzusteuern, der Schalter S6 bleibt geöffnet. 16 zeigt beispielhaft den Betrieb als Gleichrichter, wobei wiederum der Stromfluss durch die fett dargestellten Linien angedeutet ist. 16 shows an example of the different operating states when operating the circuit variant 7. The circuit variant 7 is both suitable to transfer energy from inverter G1 to W1 in inverter operation, as well as to transmit energy from W1 to G1 in rectifier operation. For operation as an inverter, the switches S1 to S5 are to be controlled exactly as in variant 4, the switch S6 remains open. 16 shows an example of the operation as a rectifier, again the current flow is indicated by the bold lines.

Bei einer positiven Spannung uA wird die Schaltung abwechselnd in den Zustand 1 und einen der Freilaufzustände 3 und 4 versetzt. Im Zustand 1 sind die Schalter S3 und S4 geschlossen, die Schalter S1, S2, S5 und S6 sind geöffnet. Der Strom iA fließt über S4 und L2. Bei positivem Strom iA fließt Energie von C1 nach W1, bei negativem Strom iA fließt Energie von W1 nach G1 bzw. C1.At a positive voltage u A , the circuit is alternately set in the state 1 and one of the freewheeling states 3 and 4. In state 1, the switches S3 and S4 are closed, the switches S1, S2, S5 and S6 are open. The current i A flows through S4 and L2. With positive current i A , energy flows from C1 to W1, with negative current i A , energy flows from W1 to G1 or C1.

Bei einer negativen Spannung uA wird die Schaltung abwechselnd in den Zustand 2 und einen der Freilaufzustände 3 und 4 versetzt. Im Zustand 2 sind die Schalter S2 und S5 geschlossen, die Schalter S1, S3, S4 und S6 geöffnet. Der Strom iA fließt über C2, S2, S5 und L2. Bei negativem Strom iA fließt Energie von C2 nach W1, bei positivem Strom iA fließt Energie von W1 nach C2.At a negative voltage u A , the circuit is alternately set to state 2 and one of the freewheeling states 3 and 4. In state 2, the switches S2 and S5 are closed, the switches S1, S3, S4 and S6 open. The current i A flows through C2, S2, S5 and L2. With negative current i A , energy flows from C2 to W1, with positive current i A , energy flows from W1 to C2.

In den Freilaufzuständen 3 und 4 sind die Schalter S3 und S5 geschlossen, die Schalter S1, S2 und S4 geöffnet. Der Strom iA fließt über S3, S5 und L2. Im Freilaufzustand 3 ist der Schalter S6 geschlossen und der Kondensatorstrom iC2, der über die Bauteile C2, L1, S6 und S3 fließt, wird negativ. Im Freilaufzustand 4 ist der Schalter S6 geöffnet und der Kondensatorstrom iC2, der über die Bauteile C2, L1, S1, G1 und S3 fließt, wird abgebaut. Es fließt Energie von C2 nach G1.In the freewheeling states 3 and 4, the switches S3 and S5 are closed, the switches S1, S2 and S4 open. The current i A flows through S3, S5 and L2. In the free-running state 3, the switch S6 is closed and the capacitor current i C2 , which flows through the components C2, L1, S6 and S3, is negative. In the free-running state 4, the switch S6 is opened and the capacitor current i C2 , which flows through the components C2, L1, S1, G1 and S3, is reduced. Energy flows from C2 to G1.

Die Zeitdauern, in denen sich die Schaltung in den Zuständen 1 bis 4 befindet, werden von einer Pulsweitenmodulation bestimmt. 17 zeigt hierzu ein Beispiel für die Schaltmuster der Schaltungsvariante 7 im Gleichrichterbetrieb für die Schalter S1 bis S6. Die Phase des Stroms iA kann wiederum zur Phase der Spannung uA verschoben werden, wenn Blindleistung an der Wechselspannungsseite entnommen werden soll. Dies ist im Stromdiagramm der 17 durch den Doppelpfeil angedeutet.The periods in which the circuit is in states 1 to 4 are determined by a pulse width modulation. 17 shows an example of the switching pattern of the circuit variant 7 in rectifier operation for the switches S1 to S6. The phase of the current i A can in turn be shifted to the phase of the voltage u A , if reactive power is to be taken at the AC voltage side. This is in the flow chart of 17 indicated by the double arrow.

Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung eignet sich nicht nur für den Betrieb an einphasigen Wechselstromquellen bzw. Wechselstromlasten, sondern auch für den Betrieb an mehrphasigen Wechselstromquellen bzw. Wechselstromlasten. Dazu sind lediglich mehrere der beschriebenen Schaltungen miteinander zu verbinden. Dies ist beispielhaft in 18 für drei Phasen P1 bis P3 dargestellt, wobei hier drei der Schaltungsanordnungen zum Einsatz kommen.The proposed circuit arrangement is suitable not only for operation on single-phase AC power sources or AC loads, but also for operation on multi-phase AC power sources or AC loads. For this purpose, only several of the circuits described are to be connected to each other. This is exemplary in 18 shown for three phases P1 to P3, where three of the circuits are used here.

19 zeigt schließlich ein weiteres Beispiel der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung, wie sie in 1a veranschaulicht ist. Hierbei wird zur Erweiterung des zulässigen Spannungsbereiches an der Gleichspannungsseite ein zusätzlicher DC-DC-Steller eingesetzt. Je nach Spannungsbereich kann dann der Schalter S4 direkt an G1 oder aber nach dem DC-DC-Steller angeschlossen werden. Um Verluste zu vermeiden, kann der DC-DC-Steller auch mit dem in der Figur optional dargestellten Schalter S8 komplett überbrückt werden, wenn er nicht benötigt wird. Die Überbrückung kann z. B. über ein Relais vorgenommen werden. 19 finally shows another example of the proposed circuit arrangement as shown in FIG 1a is illustrated. In this case, an additional DC-DC controller is used to expand the permissible voltage range on the DC voltage side. Depending on the voltage range, switch S4 can then be connected directly to G1 or to the DC-DC controller. In order to avoid losses, the DC-DC controller can also be completely bypassed with the switch S8, which is optionally shown in the figure, when it is not needed. The bridging can z. B. be made via a relay.

Im Folgenden werden beispielhafte Dimensionierungen der Bauteile für das Beispiel eines Wechselrichters der Schaltungsvariante 1 beim Betrieb an einem Solargenerator angegeben. Dabei wird von einem Effektivwert der Netzspannung von 230 V (+15%/–20%), einer Netzfrequenz von 50 Hz, einer Spannung an der Solarzelle von mindestens 500 V bei einer Leistung des Solarwechselrichters von 3 kVA und einer Schaltfrequenz von 16 kHz ausgegangen. In der Schaltungsvariante 1 puffert der Kondensator C2 die Energie, die ans Netz abgegeben wird, solange uA das entgegengesetzte Vorzeichen von UD hat. Der Ladevorgang von C2, wie er in Verbindung mit den 9 und 11 beschrieben wird, muss innerhalb der Zeit abgeschlossen sein, in der die Schalter S1 und S3 eingeschaltet sind. Die minimale Einschaltzeit von S1 und S3 lässt sich näherungsweise über das PWM-Schema berechnen:

Figure DE102013007077A1_0002
In the following, exemplary dimensions of the components for the example of an inverter of the circuit variant 1 are indicated during operation on a solar generator. It is assumed that an effective value of the mains voltage of 230 V (+15% / - 20%), a grid frequency of 50 Hz, a voltage at the solar cell of at least 500 V at a power of the solar inverter of 3 kVA and a switching frequency of 16 kHz , In the circuit variant 1, the capacitor C2 buffers the energy that is released to the network as long as u A has the opposite sign of U D. The charging process of C2, as he in conjunction with the 9 and 11 must be completed within the time in which the switches S1 and S3 are turned on. The minimum on-time of S1 and S3 can be calculated approximately using the PWM scheme:
Figure DE102013007077A1_0002

U ^Amax ist dabei die höchste Amplitude der Ausgangsspannung, UC2min die kleinste Spannung am Kondensator C2 und fSchalt die Schaltfrequenz. Es wird angenommen, dass UC2min ungefähr der kleinsten Spannung an der Solarzelle UDmin entspricht. U ^ Amax is the highest amplitude of the output voltage, U C2min the smallest voltage across the capacitor C2 and f switching the switching frequency. It is assumed that U C2min corresponds approximately to the lowest voltage on the solar cell U Dmin .

Mit U ^Amax = √2·UAeff,max = √2·230 V·1,15 = 374,1 V und UC2min ≈ UDmin = 500 V ergibt sich die minimale Einschaltzeit von S1/S3 zu TS1min = TS3min ≈ 15,8 μs With U ^ Amax = √ 2 · U Aeff, max = √ 2 · 230V · 1.15 = 374.1V and U C2min ≈ U Dmin = 500V This results in the minimum switch-on time of S1 / S3 T S1min = T S3min ≈ 15.8 μs

Der in 11 dargestellte Stromverlauf von iC2 ist eine Halbschwingung des Resonanzkreises aus L1 und C2. Die Dauer der Halbschwingung darf höchstens TS1min betragen. Damit muss die folgende Bedingung erfüllt sein:

Figure DE102013007077A1_0003
The in 11 illustrated current waveform of i C2 is a half-wave of the resonant circuit of L1 and C2. The duration of the half- oscillation may not exceed T S1min . This must satisfy the following condition:
Figure DE102013007077A1_0003

Durch die Resonanzfrequenz von L1 und C2 ist damit das Produkt der Werte der beiden Bauelemente bestimmt. Das Verhältnis von L1/C2 stellt dann noch einen Freiheitsgrad zur Optimierung bezüglich Verlusten und Baugröße dar. Für die Schaltungsvariante 1 können dann die folgenden Bauteilwerte für die Kondensatoren und Spulen der Schaltungsvariante 1 verwendet werden:
L1 = 470 nH
C2 = 47 μF
C1 = 1000 μF
L2 = 5 mH.
The resonant frequency of L1 and C2 determines the product of the values of the two components. The ratio of L1 / C2 then represents one more degree of freedom for optimization with regard to losses and size. For circuit variant 1, the following component values can then be used for the capacitors and coils of circuit variant 1:
L1 = 470 nH
C2 = 47 μF
C1 = 1000 μF
L2 = 5 mH.

Grundsätzlich ist die Netzfrequenz des vorgeschlagenen Umrichters frei wählbar. Er funktioniert somit sowohl am 50 Hz-Netz als auch beispielsweise an einem 60 Hz-Netz. Die Schaltfrequenz ist abhängig von der Technologie der eingesetzten Leistungshalbleiter. Beim Aufbau mit Silizium-IGBTs oder Silizium-MOSFETs bewegt sich diese im unteren zweistelligen kHz-Bereich. Werden Siliziumcarbid-Halbleiter eingesetzt, kann die Schaltfrequenz bis in den dreistelligen kHz-Bereich erhöht werden. Die Schalter S1 bis S6 sowie die Dioden D1 bis D7 können bei der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung aus einzelnen Leistungshalbleitern oder auch aus einer Reihenschaltung mehrerer Leistungshalbleiter bestehen, gegebenenfalls in Verbindung mit einer geeigneten Beschaltung zur Spannungsbegrenzung an den Einzelhalbleitern. Auch weitere Bauelemente können bei Bedarf in die Schaltungsanordnung integriert sein.Basically, the mains frequency of the proposed inverter is freely selectable. It thus works both on the 50 Hz network and, for example, on a 60 Hz network. The switching frequency depends on the technology of the power semiconductors used. When built with silicon IGBTs or silicon MOSFETs, this moves in the lower double-digit kHz range. If silicon carbide semiconductors are used, the switching frequency can be increased up to the three-digit kHz range. The switches S1 to S6 and the diodes D1 to D7 may consist in the proposed circuit arrangement of individual power semiconductors or from a series circuit of several power semiconductors, optionally in conjunction with a suitable circuit for limiting the voltage to the individual semiconductors. Further components can be integrated into the circuit arrangement as needed.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS

G1G1
Gleichspannungsquelle/-lastDC voltage source / load
W1W1
Wechselspannungsquelle/-lastAC voltage source / load
S1 bis S6S1 to S6
Abschaltbare LeistungshalbleiterSwitchable power semiconductors
D1 bis D7D1 to D7
Diodendiodes
C1C1
zweiter Kondensatorsecond capacitor
C2C2
erster Kondensatorfirst capacitor
C3C3
dritter Kondensatorthird capacitor
L1L1
erste Spulefirst coil
L2L2
zweite Spulesecond coil
S8S8
Leistungshalbleiter/RelaiskontaktPower semiconductor / relay contact
DCDC
DC-DC-StellerDC-DC regulator
P1–P3P1-P3
Phasenphases
NN
Neutralleiterneutral

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102008048841 B3 [0004, 0008] DE 102008048841 B3 [0004, 0008]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • VDE-AR-N 4105 [0008] VDE-AR-N 4105 [0008]

Claims (12)

Schaltungsanordnung zur Wandlung zwischen einer Gleichspannung und einer Wechselspannung mit – einem Gleichspannungsanschluss und einem Wechselspannungsanschluss, wobei ein erster Pol des Gleichspannungsanschlusses mit einem ersten Pol des Wechselspannungsanschlusses verbunden ist, – einem Tiefsetzsteller vom Gleichspannungs- zum Wechselspannungsanschluss oder einem Hochsetzsteller vom Wechselspannungs- zum Gleichspannungsanschluss, durch den Energie vom Gleichspannungs- zum Wechselspannungsanschluss oder vom Wechselspannungs- zum Gleichspannungsanschluss übertragbar ist, solange das Vorzeichen einer Gleichspannung am Gleichspannungsanschluss dem Vorzeichen einer Wechselspannung am Wechselspannungsanschluss entspricht, und – wenigstens einem Kondensator, über den durch Zwischenspeicherung Energie vom Gleichspannungs- zum Wechselspannungsanschluss oder vom Wechselspannungs- zum Gleichspannungsanschluss übertragbar ist, solange das Vorzeichen der Gleichspannung am Gleichspannungsanschluss nicht dem Vorzeichen der Wechselspannung am Wechselspannungsanschluss entspricht.Circuit arrangement for the conversion between a DC voltage and an AC voltage with A DC voltage terminal and an AC voltage terminal, wherein a first pole of the DC voltage terminal is connected to a first pole of the AC voltage terminal, A buck converter from the DC to the AC voltage terminal or a boost converter from the AC to DC terminal through which energy can be transferred from the DC to AC terminal or from the AC to DC terminal as long as the sign of a DC voltage at the DC terminal corresponds to the sign of an AC voltage at the AC terminal, and - At least one capacitor via which energy can be transferred from the DC voltage to the AC voltage terminal or from the AC voltage to the DC voltage terminal by means of intermediate storage, as long as the sign of the DC voltage at the DC voltage terminal does not correspond to the sign of the AC voltage at the AC voltage terminal. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung wenigstens vier Schalter, eine erste Spule zur Begrenzung eines Kondensatorstromes des Kondensators und eine zweite Spule zur Glättung eines Wechselstromes am Wechselspannungsanschluss aufweist.Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the circuit arrangement comprises at least four switches, a first coil for limiting a capacitor current of the capacitor and a second coil for smoothing an alternating current at the AC voltage terminal. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Anschluss des Kondensators über die erste Spule sowie einen ersten Schalter oder eine erste Diode mit dem zweiten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, dass parallel zum Kondensator eine Reihenschaltung aus einem zweiten und einem dritten Schalter, die jeweils parallele Dioden aufweisen, ausgebildet ist, wobei ein Mittenabgriff zwischen dem zweiten und dem dritten Schalter mit dem ersten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, und dass ein zweiter Anschluss des Kondensators über eine Reihenschaltung aus einem vierten und einem fünften Schalter, die jeweils parallele Dioden aufweisen, direkt oder über den ersten Schalter oder die erste Diode mit dem zweiten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, wobei ein Mittenabgriff zwischen dem vierten und dem fünften Schalter über die zweite Spule mit dem zweiten Pol des Wechselspannungsanschlusses verbunden ist.Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that a first terminal of the capacitor via the first coil and a first switch or a first diode to the second pole of the DC voltage terminal is connected, that parallel to the capacitor, a series circuit of a second and a third switch, the each having parallel diodes is formed, wherein a center tap between the second and the third switch to the first pole of the DC voltage terminal is connected, and that a second terminal of the capacitor via a series circuit of a fourth and a fifth switch, each having parallel diodes , is connected directly or via the first switch or the first diode to the second pole of the DC voltage terminal, wherein a center tap between the fourth and the fifth switch via the second coil is connected to the second pole of the AC voltage terminal. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Anschluss des Kondensators über die erste Spule sowie eine Reihenschaltung aus einem ersten Schalter oder einer ersten Diode und einer zweiten Diode mit dem zweiten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, dass parallel zum Kondensator eine Reihenschaltung aus einem zweiten und einem dritten Schalter, die jeweils parallele Dioden aufweisen, ausgebildet ist, wobei ein Mittenabgriff zwischen dem zweiten und dem dritten Schalter mit dem ersten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, und dass ein zweiter Anschluss des Kondensators über eine Reihenschaltung aus einem vierten und einem fünften Schalter, die jeweils parallele Dioden aufweisen, direkt oder über den ersten Schalter oder die erste Diode mit dem zweiten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, wobei ein Mittenabgriff zwischen dem vierten und dem fünften Schalter über die zweite Spule mit dem zweiten Pol des Wechselspannungsanschlusses verbunden ist.Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that a first terminal of the capacitor via the first coil and a series circuit of a first switch or a first diode and a second diode to the second pole of the DC voltage terminal is connected, that parallel to the capacitor, a series circuit of a a second tap and a third switch, each having parallel diodes, is formed, wherein a center tap between the second and the third switch to the first pole of the DC voltage terminal is connected, and that a second terminal of the capacitor via a series circuit of a fourth and a fifth Switch, each having parallel diodes, is connected directly or via the first switch or the first diode to the second pole of the DC voltage terminal, wherein a center tap between the fourth and the fifth switch via the second coil with the second pole of the Wechselspannu ngsanschlusses is connected. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss des Kondensators über die erste Spule und einen sechsten Schalter, der eine parallele Diode aufweist, oder eine zweite Diode mit dem ersten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist.Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the first terminal of the capacitor via the first coil and a sixth switch, which has a parallel diode, or a second diode is connected to the first pole of the DC voltage terminal. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss des Kondensators über die erste Spule, die zweite Diode und einen sechsten Schalter, der eine parallele Diode aufweist, oder eine dritte Diode mit dem ersten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist.Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that the first terminal of the capacitor via the first coil, the second diode and a sixth switch, which has a parallel diode, or a third diode is connected to the first pole of the DC voltage terminal. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Anschluss des Kondensators über die erste Spule sowie eine Reihenschaltung aus einem ersten Schalter und einer ersten Diode mit dem zweiten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, dass der erste Anschluss des Kondensators über die erste Spule, die erste Diode und eine zweite Diode mit dem ersten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, dass parallel zum Kondensator eine Reihenschaltung aus einem zweiten und einem dritten Schalter, die jeweils parallele Dioden aufweisen, ausgebildet ist, wobei ein Mittenabgriff zwischen dem zweiten und dem dritten Schalter mit dem ersten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, dass ein zweiter Anschluss des Kondensators über eine Reihenschaltung aus einem vierten und einem fünften Schalter, die jeweils parallele Dioden aufweisen, und den ersten Schalter mit dem zweiten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, und dass der zweite Anschluss des Kondensators über die Reihenschaltung aus dem vierten und dem fünften Schalter und die zweite Diode mit dem ersten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, wobei ein Mittenabgriff zwischen dem vierten und dem fünften Schalter über die zweite Spule mit dem zweiten Pol des Wechselspannungsanschlusses verbunden ist.Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that a first terminal of the capacitor via the first coil and a series circuit of a first switch and a first diode with the second pole of the DC voltage terminal is connected, that the first terminal of the capacitor via the first coil, the first diode and a second diode is connected to the first pole of the DC voltage terminal, that in parallel to the capacitor, a series connection of a second and a third switch, respectively parallel diodes is formed, wherein a center tap between the second and the third switch is connected to the first pole of the DC voltage terminal, that a second terminal of the capacitor via a series circuit of a fourth and a fifth switch, each having parallel diodes, and the first switch is connected to the second pole of the DC voltage terminal, and that the second terminal of the capacitor is connected via the series circuit of the fourth and the fifth switch and the second diode to the first pole of the DC voltage terminal, wherein a center tap between the the fourth and the fifth switch is connected via the second coil to the second pole of the AC voltage terminal. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Anschluss des Kondensators über die erste Spule sowie eine Reihenschaltung aus einem ersten Schalter und einer ersten Diode mit dem zweiten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, dass der erste Anschluss des Kondensators über die erste Spule, die erste Diode und eine zweite Diode mit dem ersten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, dass parallel zum Kondensator eine Reihenschaltung aus einem zweiten und einem dritten Schalter, die jeweils parallele Dioden aufweisen, ausgebildet ist, wobei ein Mittenabgriff zwischen dem zweiten und dem dritten Schalter mit dem ersten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, dass ein zweiter Anschluss des Kondensators über eine Reihenschaltung aus einem vierten und einem fünften Schalter, die jeweils parallele Dioden aufweisen, mit dem zweiten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, wobei ein Mittenabgriff zwischen dem vierten und dem fünften Schalter über die zweite Spule mit dem zweiten Pol des Wechselspannungsanschlusses verbunden ist.Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that a first terminal of the capacitor via the first coil and a series circuit of a first switch and a first diode to the second pole of the DC voltage terminal is connected, that the first terminal of the capacitor via the first coil, the first diode and a second diode is connected to the first pole of the DC voltage terminal, that parallel to the capacitor, a series circuit of a second and a third switch, each having parallel diodes, is formed, wherein a center tap between the second and the third switch with the connected to the first pole of the DC voltage terminal, that a second terminal of the capacitor via a series circuit of a fourth and a fifth switch, each having parallel diodes connected to the second pole of the DC voltage terminal, wherein a center tap between the fourth and de m fifth switch is connected via the second coil to the second pole of the AC voltage terminal. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Anschluss des Kondensators über die erste Spule sowie einen ersten Schalter mit dem zweiten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, dass der erste Anschluss des Kondensators über die erste Spule und eine erste Diode mit dem ersten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, dass parallel zum Kondensator eine Reihenschaltung aus einem zweiten und einem dritten Schalter, die jeweils parallele Dioden aufweisen, ausgebildet ist, wobei ein Mittenabgriff zwischen dem zweiten und dem dritten Schalter mit dem ersten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, dass ein zweiter Anschluss des Kondensators über eine Reihenschaltung aus einem vierten und einem fünften Schalter, die jeweils parallele Dioden aufweisen, mit dem zweiten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, wobei ein Mittenabgriff zwischen dem vierten und dem fünften Schalter über die zweite Spule mit dem zweiten Pol des Wechselspannungsanschlusses verbunden ist.Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that a first terminal of the capacitor via the first coil and a first switch to the second pole of the DC voltage terminal is connected, that the first terminal of the capacitor via the first coil and a first diode to the first pole of the DC terminal is connected, that parallel to the capacitor, a series circuit of a second and a third switch, each having parallel diodes is formed, wherein a center tap between the second and the third switch is connected to the first pole of the DC voltage terminal that a second terminal of the capacitor via a series circuit of a fourth and a fifth switch, each having parallel diodes connected to the second pole of the DC voltage terminal, wherein a center tap between the fourth and the fifth switch via the second coil to the second pole of AC voltage connection is connected. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Anschluss des Kondensators über die erste Spule sowie einen ersten Schalter mit dem zweiten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, dass der erste Anschluss des Kondensators über die erste Spule und eine erste Diode mit dem ersten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, dass parallel zum Kondensator eine Reihenschaltung aus einem zweiten und einem dritten Schalter, die jeweils parallele Dioden aufweisen, ausgebildet ist, wobei ein Mittenabgriff zwischen dem zweiten und dem dritten Schalter mit dem ersten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, dass ein zweiter Anschluss des Kondensators über eine Reihenschaltung aus einem vierten und einem fünften Schalter, die jeweils parallele Dioden aufweisen, und den ersten Schalter mit dem zweiten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, und dass der zweite Anschluss des Kondensators über die Reihenschaltung aus dem vierten und dem fünften Schalter und die erste Diode mit dem ersten Pol des Gleichspannungsanschlusses verbunden ist, wobei ein Mittenabgriff zwischen dem vierten und dem fünften Schalter über die zweite Spule mit dem zweiten Pol des Wechselspannungsanschlusses verbunden ist.Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that a first terminal of the capacitor via the first coil and a first switch to the second pole of the DC voltage terminal is connected, that the first terminal of the capacitor via the first coil and a first diode to the first pole of the DC terminal is connected, that parallel to the capacitor, a series circuit of a second and a third switch, each having parallel diodes is formed, wherein a center tap between the second and the third switch is connected to the first pole of the DC voltage terminal that a second terminal of the capacitor via a series circuit of a fourth and a fifth switch, each having parallel diodes, and the first switch is connected to the second pole of the DC voltage terminal, and that the second terminal of the capacitor via the series circuit of the fourth and the fifth switch and the first diode is connected to the first pole of the DC voltage terminal, wherein a center tap between the fourth and the fifth switch is connected via the second coil to the second pole of the AC voltage terminal. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Kondensator parallel zum Gleichspannungsanschluss geschaltet ist.Circuit arrangement according to one of claims 1 to 10, characterized in that a second capacitor is connected in parallel with the DC voltage connection. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Kondensator parallel zum Wechselspannungsanschluss geschaltet ist.Circuit arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that a further capacitor is connected in parallel to the AC voltage terminal.
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