DE102021201103A1 - DC VOLTAGE CONVERTER - Google Patents
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Abstract
Ein erfindungsgemäßer Gleichspannungswandler umfasst zumindest eine Stufe. Jede Stufe umfasst eine Parallelschaltung aus einem Eingangskondensator (CIn) und einer Reihenschaltung, welche zumindest eine Induktivität (L) und zumindest einen Schalter (S1) aufweist. Die Parallelschaltung der Stufe umfasst einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss. Der erste Anschluss ist mit dem Eingangskondensator (CIn) und der Induktivität (L) der Stufe verbunden, und der zweite Anschluss der Parallelschaltung ist mit dem Eingangskondensator (CIn) und dem Schalter (S1) der Primärstufe verbunden. Zumindest eine der Stufen umfasst eine Klemmschaltung. Die Klemmschaltung umfasst einen Energiepuffer (Csn), welcher einen ersten Anschluss, welcher mit einem Knoten zwischen der Induktivität (L) und dem Schalter (S1) der Stufe verbunden ist, und einen zweiten Anschluss aufweist. Die Klemmschaltung ist ausgebildet, den zweiten Anschluss des Energiepuffers (Csn)
• während zumindest eines Teils eines sperrenden Zustandes des Schalters (S1) der Stufen mit dem ersten Anschluss der Parallelschaltung einer der Stufen zu verbinden, und
• während zumindest eines Teils eines leitenden Zustandes des Schalters (S1) der Stufen über einen von dem Schalter der Stufe separaten Pfad mit dem zweiten Anschluss der Parallelschaltung einer der Stufen zu verbinden.
A DC-DC converter according to the invention comprises at least one stage. Each stage comprises a parallel circuit made up of an input capacitor (C In ) and a series circuit which has at least one inductance (L) and at least one switch (S 1 ). The parallel connection of the stage includes a first connection and a second connection. The first terminal is connected to the input capacitor (C In ) and the inductor (L) of the stage, and the second terminal of the parallel circuit is connected to the input capacitor (C In ) and the switch (S 1 ) of the primary stage. At least one of the stages includes a clamp circuit. The clamp circuit includes an energy buffer (C sn ) having a first terminal connected to a node between the inductor (L) and the switch (S 1 ) of the stage and a second terminal. The clamping circuit is designed to connect the second terminal of the energy buffer (C sn )
• during at least part of a blocking state of the switch (S 1 ) of the stages to connect to the first terminal of the parallel circuit of one of the stages, and
• to connect during at least part of a conducting state of the switch (S 1 ) of the stages to the second connection of the parallel circuit of one of the stages via a separate path from the switch of the stage.
Description
Gebiet der Erfindungfield of invention
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Gleichspannungswandler, insbesondere auf ein- oder mehrstufige Wandlertopologien, z.B. Sperrwandler, Durchflusswandler oder Gegentaktwandler, ohne galvanische Trennung, welche induktive Bauelemente, z.B. Speicherdrosseln, als energieübertragende Bauelemente einsetzen, oder mit galvanischer Trennung, welche gekoppelte induktive Bauelemente, z.B. Transformatoren, als energieübertragende Bauelemente einsetzen.The present invention relates to the field of DC-DC converters, in particular to single- or multi-stage converter topologies, e.g. flyback converters, forward converters or push-pull converters, without galvanic isolation, which use inductive components, e.g Use components, e.g. transformers, as energy-transmitting components.
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
Eine bekannte Topologie eines Gleichspannungswandler in Form eines Sperrwandlers mit galvanischer Trennung wird z.B. von U. Tietze und C. Schenk in Halbleiter-Schaltungstechnik, Springer-Verlag, 12. Auflage, Jahr 2002, Kapitel 16.7.1 Eintakt-Wandler, Seiten 952 - 954, ISBN3540428496 beschrieben und ist in
Der in
Bei der anhand der
Ein weiterer limitierender Faktor für die Nutzung des Sperrwandlers bei höheren Leistungen ist sein relativ niedriger Übertragungs-Wirkungsgrad, welcher den Aufwand zur Abfuhr der Verlustwärme erhöht. Ein Grund für den limitierten Wirkungsgrad der Topologie wird im Folgenden Beschrieben.When using the
Another limiting factor for using the flyback converter at higher power levels is its relatively low transfer efficiency, which increases the effort required to dissipate the heat loss. One reason for the limited efficiency of the topology is described below.
Bei einem realen Transformator sind Primär- und Sekundärwicklungen nicht ideal gekoppelt. Ein Teil der Energie wird daher nicht auf die Sekundärseite des Transformators übertragen, sondern in den Streuinduktivitäten gespeichert. Die Streuinduktivitäten bildet zusammen mit parasitären Kapazitäten, wie z.B. der Kapazität des primärseitigen Schalters, oder auch der Wicklungskapazität des Transformators, einen Schwingkreis.In a real transformer, the primary and secondary windings are not ideally coupled. Some of the energy is therefore not transferred to the secondary side of the transformer but is stored in the leakage inductances. Together with parasitic capacitances, such as the capacitance of the primary-side switch or the winding capacitance of the transformer, the stray inductances form an oscillating circuit.
Beim Abschalten bzw. beim Übergang in den sperrenden Zustand des primärseitigen Schalters kommt es innerhalb dieses Schwingkreises und somit auch über dem Schalter zu Oszillationen. Die Amplitude der Oszillationen kann erheblich sein und die Frequenz der Schwingung liegt oftmals mehr als eine Dekade über der Schaltfrequenz des Wandlers. Ohne geeignete Maßnahmen, welche die Schwingung dämpfen oder die Höhe der Schalterspannung begrenzen, kann es zum Ausfall bzw. Defekt des Schalters kommen.When the switch on the primary side is switched off or when it changes to the blocking state, oscillations occur within this oscillating circuit and thus also across the switch. The amplitude of the oscillations can be significant and the frequency of the oscillation is often more than a decade above the switching frequency of the converter. Without suitable measures to dampen the vibration or limit the magnitude of the switch voltage, the switch can fail or become defective.
Eine aus dem Stand der Technik bekannte Gegenmaßnahme zur Dämpfung der Schwingung, ist die sogenannte Snubber-Schaltung, welche die Energie aus der Streuinduktivität aufnimmt, hierdurch die Höhe der Spannungsüberschwinger begrenzt und gleichzeitig die Dauer der Schwingung reduziert. Eine Vielzahl von Snubber-Schaltungen ist bekannt. Einige wandeln die Energie aus den Streuinduktivitäten zu 100% in Wärme um und erhöhen hierdurch die Verluste des Wandlers. Viele Snubber-Schaltungen reagieren unflexibel auf Spannungsänderungen am Eingang des Wandlers, und ihre dämpfende Wirkung lässt sich daher nicht in allen Arbeitsbereichen alleine auf die unerwünschte Schwingung beschränken. Einen Teil der primär zur Verfügung stehenden Energie wird daher unmittelbar in Wärme umgewandelt, ohne dass diese zuvor in der Streuinduktivität eingespeichert wurde. Mit verlustarmen Snubbern, auch als verlustfreie oder regenerative Snubber bezeichnet, gelingt es, einen Teil der elektrischen Energie aus den Streuinduktivitäten für den Schaltkreis wiederzugewinnen, was aber mit erheblichem Mehraufwand und Mehrkosten einhergeht.A countermeasure known from the prior art for damping the oscillation is the so-called snubber circuit, which absorbs the energy from the leakage inductance, thereby limiting the magnitude of the voltage overshoot and at the same time reducing the duration of the oscillation. A variety of snubber circuits are known. Some convert 100% of the energy from the leakage inductances to heat, thereby increasing the converter's losses. Many snubber circuits react inflexibly to voltage changes at the input of the converter, and their dampening effect cannot therefore be limited to the undesired oscillation alone in all work areas. A part of the primarily available energy is therefore immediately converted into heat without being stored in the leakage inductance beforehand. With low-loss snubbers, also referred to as lossless or regenerative snubbers, it is possible to recover part of the electrical energy from the leakage inductances for the circuit, but this is associated with considerable additional effort and additional costs.
Beispielhafte Snubber-Schaltungen werden z.B. in der
Für einstufige Wandler sei beispielhaft die
Ferner umfasst die Topologie primärseitig eine weitere Reihenschaltung umfassend einen Snubber-Kondensator Csn und einen Snubber-Schalter Ssn, welche parallel mit der primärseitigen Spule LWp verschaltet ist. Ein erster Anschluss des Snubber-Kondensator Csn ist mit dem ersten Anschluss der primärseitigen Spule LWp verbunden, ein zweiter Anschluss des Snubber-Kondensator Csn ist mit einem ersten Anschluss des Snubber-Schalters Ssn verbunden, und ein zweiter Anschluss des Snubber-Schalters Ssn ist mit dem zweiten Anschluss der primärseitigen Spule LWp verbunden. Sekundärseitig sind eine weitere Diode D2 und eine weitere Spule oder Induktivität L1 vorgesehen. Die Kathode der weiteren Diode D2 ist mit der Kathode der Diode D1 bzw. dem ersten Ausgangsanschluss 102a verbunden. Die Anode der weiteren Diode D2 ist mit dem zweiten Anschluss der sekundärseitigen Spule LWs verbunden. Ferner ist die Anode der weiteren Diode D2 bzw. der zweite Anschluss der sekundärseitigen Spule Lws über die weitere Spule L1 mit dem zweiten Ausgangsanschluss 102b verbunden.Furthermore, the topology includes, on the primary side, a further series circuit comprising a snubber capacitor C sn and a snubber switch S sn , which is connected up in parallel with the coil L Wp on the primary side. A first terminal of the snubber capacitor C sn is connected to the first terminal of the primary side coil L Wp , a second terminal of the snubber capacitor C sn is connected to a first terminal of the snubber switch S sn , and a second terminal of the snubber Switch S sn is connected to the second terminal of the primary-side coil L Wp . A further diode D 2 and a further coil or inductance L 1 are provided on the secondary side. The cathode of the further diode D 2 is connected to the cathode of the diode D 1 or the
In
Die in der vorliegenden Beschreibung erwähnten Schalter ermöglichen im leitenden Zustand einen bidirektionalen Stromfluss. Schalter, welche diesen bidirektionalen Stromfluss nicht selbst bewerkstelligen können, ist daher eine Diode parallel geschaltet. In der vorliegenden Beschreibung werden die verwendeten Schalter auch vereinfacht dargestellt, z.B. durch die in
Der DC/DC-Wandler gemäß
Ähnliche Schaltungen sind z.B. in der
Für mehrstufige Wandler sei beispielhaft die
Ferner umfasst die in
In der in
Wenn die Schalter zusammen in den leitenden Zustand wechseln, wird jeder Kondensator Ccn parallel zu einem der Eingangskondensatoren CInn geschaltet, wodurch sich die Spannung der Kondensatoren angleicht und die von den Kondensatoren Ccn aufgenommene Energie durch einen Ladungspumpen-Prozess über die leitenden Schalter Sn auf die Eingangskondensatoren CInn übertragen wird. Letzteres verhindert eine Überladung der Kondensatoren Ccn und sorgt des Weiteren für eine stabile Klemmspannung.When the switches turn conductive together, each capacitor C cn is connected in parallel with one of the input capacitors C Inn , equalizing the voltage of the capacitors and dissipating the energy absorbed by the capacitors C cn by a charge pumping process across the conductive switches S n is transferred to the input capacitors C Inn . The latter prevents overcharging of the capacitors C cn and also ensures a stable clamping voltage.
Die Symmetrierung der Spannungen an den Eingangskondensatoren CInn erfolgt auf zwei Wegen. Zum einen sorgt die magnetische Kopplung der Wicklungen LWpn während der leitenden Phase der Schalter Sn für ein Angleichen der Spannungen. Durch die magnetische Kopplung liegt an jeder Wicklung LWpn die gleiche Spannung an, Unterschiede sind nur durch das Vorhandensein einer Streuinduktivität zwischen den Wicklungen möglich und haben einen Stromfluss zur Folge. Dieser Stromfluss sorgt für einen Ladungsaustausch zwischen den Eingangskondensatoren CInn und somit zur Symmetrierung der Spannungen über den Eingangskondensatoren CInn.The voltages at the input capacitors C Inn are balanced in two ways. On the one hand, the magnetic coupling of the windings L Wpn ensures that the voltages are equalized during the conducting phase of the switches S n . Due to the magnetic coupling, the same voltage is applied to each winding L Wpn , differences are only possible due to the presence of a leakage inductance between the windings and result in a current flow. This current flow ensures a charge exchange between the input capacitors C Inn and thus the balancing of the voltages across the input capacitors C Inn .
Zum anderen sorgt auch der Ladungspumpen-Prozess für eine Symmetrierung der Spannungen an den Eingangskondensatoren CInn. So würde z.B. eine geringere Spannung an einem der Eingangskondensatoren CInn durch den Ladungspumpen-Prozess während der leitenden Phase der Schalter Sn auch zu einer geringeren Spannung über dem zugehörigen Kondensator Ccn führen. Dies hätte wiederum zu Folge, dass sich während der sperrenden Phase der Schalter Sn über der Streuinduktivität der zugehörigen Wicklung LWpn weniger Spannung aufbauen kann, folglich wird die Abgabe der Energie aus dieser Streuinduktivität mehr Zeit in Anspruch nehmen. Hierdurch fließt über den zugehörigen Kondensator Ccn länger ein Strom, sodass dieser mehr Ladung aufnimmt. Bei der nächsten leitenden Phase der Schalter Sn wird diese Ladung über den Ladungspumpen-Prozess an den zugehörigen Eingangskondensator CInn weitergegeben. Da der zugehörige Eingangskondensator CInn mehr Ladung erhält, als die der anderen Primärstufen, ist auch sein Spannungshub während dieses Ladungspumpenprozesses größer, wodurch die Symmetrierung der Spannungen über den Eingangskondensatoren vorangetrieben wird.On the other hand, the charge pump process also ensures that the voltages at the input capacitors C Inn are balanced. For example, a lower voltage across one of the input capacitors C Inn would cause the charge pump pen process during the conducting phase of the switches S n also lead to a lower voltage across the associated capacitor C cn . This would in turn mean that less voltage can build up across the leakage inductance of the associated winding L Wpn during the blocking phase of the switch S n , so it will take more time to release the energy from this leakage inductance. As a result, a current flows longer through the associated capacitor C cn , so that it absorbs more charge. During the next conducting phase of the switches S n , this charge is passed on to the associated input capacitor C Inn via the charge pump process. Since the associated input capacitor C Inn receives more charge than that of the other primary stages, its voltage swing is also larger during this charge pumping process, which promotes the balancing of the voltages across the input capacitors.
Ferner sei auf die
Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Gleichspannungswandler und ein Verfahren bereitzustellen, um die bei den zuvor beschriebenen, bekannten Gleichspannungswandlern mit zwischen die Stufen geschalteten Kondensatoren erkannten und nachfolgend beschriebenen Nachteile zu vermeiden.Proceeding from the prior art described above, the object of the present invention is to provide a DC-DC converter and a method to avoid the disadvantages identified in the above-described, known DC-DC converters with capacitors connected between the stages and described below.
Diese Aufgabe wird durch einen Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 1, und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 15 gelöst.This object is achieved by a DC-DC converter according to
Figurenlistecharacter list
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine bekannte Sperrwandler-Topologie mit galvanischer Trennung, -
2 eine Sperrwandler-Topologie mit galvanischer Trennung entsprechend derUS 4 959 764 A -
3 die in dieser Beschreibung verwendete, vereinfachte Darstellung eines Schalters, siehe3(a) und Beispiele von Halbleiter-Schaltern, welche in der Praxis eingesetzt werden können, siehe3(b) ,3(c) und3(d) , -
4 eine Sperrwandler-Topologie mit galvanischer Trennung entsprechend derDE 10 2016 117 936 A1 -
5 die Strompfade in der Schaltung nach4 , wenn nach einer leitenden Phase aller Schalter ein Schalter als letzter in den sperrenden Zustand übergeht, -
6 ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, gemäß dem die erfindungsgemäße Klemmschaltung in einer einstufigen Gleichspannungswandlerschaltung realisiert ist, -
7 ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, gemäß dem die erfindungsgemäße Klemmschaltung in einer mehrstufigen Gleichspannungswandlertopologie eingesetzt wird, -
8 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Klemmschaltung, -
9 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Klemmschaltung, -
10 verschiedene Ausführungsbeispiele der Schaltungsanordnung der Klemmschaltung gemäß8 oder9 , -
11 ein Ausführungsbeispiel eines einstufigen Gleichspannungswandlers, welcher die erfindungsgemäße Klemmschaltung gemäß9 aufweist, bei welcher die Schaltungsanordnung einen Aufbau gemäß10(a) hat, -
12 ein Ausführungsbeispiel eines Gleichspannungswandlers mit zwei Stufen, bei dem die zweite Stufe eine Klemmschaltung aufweist, welche gemäß8 in Verbindung mit10(a) aufgebaut ist, -
13 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mehrstufigen Gleichspannungswandlers gemäß der vorliegenden Erfindung, -
14 ein wiederum weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers mit mehreren Stufen, bei dem in mehreren der Stufen eine Klemmschaltung vorgesehen ist, -
15 die Strompfade der Schaltung gemäß13 , wenn beim Übergang von der leitenden Phase aller Schalter in die sperrende Phase ein Schalter kurzzeitig im leitenden Zustand verbleibt; -
16 dieSchaltung gemäß 13 , bei der nur ein Schalter leitet, -
17 ein Ausführungsbeispiel eines Gleichspannungswandlers, bei dem N, N≥2, Stufen in Reihe geschaltet sind, -
18 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gleichspannungswandlers mit drei Stufen, ähnlich der Ausführungsform gemäß14 , bei der anstelle der in14 beschriebenen Klemmschaltungen die zweite und dritte Stufe jeweils eine Klemmschaltung umfassen, welche gemäß9 in Verbindung mit 10(a) aufgebaut ist, -
19 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers mit zwei in Reihe geschalteten Primärstufen, welche jeweils eine Klemmschaltung gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung umfassen, -
20 einen dreistufigen Gleichspannungswandler mit den Klemmschaltungen, welche gemäß8 und10(a) bzw. gemäß9 und10(a) aufgebaut sind, -
21 ein Ausführungsbeispiel für die Symmetrierung der Spannungen an den Eingangskondensatoren durch eine magnetische Kopplung der primärseitigen Wicklungen von mehrstufigen Gleichspannungswandlern, -
22 ein Ausführungsbeispiel für die Symmetrierung der Spannungen an den Eingangskondensatoren durch eine elektrische Kopplung der Sekundärwicklungen von mehrstufigen Gleichspannungswandlern, -
23 ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zur Symmetrierung der Spannungen an den Eingangskondensatoren durch Parallelschaltung der DC-Ausgänge der Sekundärstufen, -
24 ein Ausführungsbeispiel zur Symmetrierung der Spannungen an den Eingangskondensatoren durch Regelung der Leistung jeder Stufe, und -
25 ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Symmetrierung der Spannungen an den Eingangskondensatoren durch Regelung der Leistung jeder Stufe, Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen gleichen oder ähnlichen Elementen die gleichen Bezugszeichen zugeordnet sind, näher beschrieben.
-
1 a known flyback converter topology with galvanic isolation, -
2 a flyback converter topology with galvanic isolation according to theU.S.A. 4,959,764 -
3 the simplified representation of a switch used in this description, see3(a) and examples of semiconductor switches which can be used in practice, see3(b) ,3(c) and3(d) , -
4 a flyback converter topology with galvanic isolation according to theDE 10 2016 117 936 A1 -
5 the current paths in the circuit4 , if, after a conducting phase of all switches, one switch is the last to switch to the blocking state, -
6 a first exemplary embodiment of the present invention, according to which the clamping circuit according to the invention is implemented in a single-stage DC-DC converter circuit, -
7 an embodiment of the present invention, according to which the clamping circuit according to the invention is used in a multi-stage DC-DC converter topology, -
8th an embodiment of the clamping circuit according to the invention, -
9 another embodiment of the clamp circuit according to the invention, -
10 various exemplary embodiments of the circuit arrangement of the clamping circuit according to FIG8th or9 , -
11 an embodiment of a single-stage DC-DC converter, which according to the clamp circuit of the invention9 has, in which the circuit arrangement has a structure according to10(a) Has, -
12 an embodiment of a DC-DC converter with two stages, in which the second stage has a clamp circuit, which according to8th combined with10(a) is constructed, -
13 a further embodiment of a multi-stage DC-DC converter according to the present invention, -
14 yet another exemplary embodiment of a DC/DC converter according to the invention with a plurality of stages, in which a clamping circuit is provided in a number of the stages, -
15 the current paths of the circuit according to13 , if during the transition from the conducting phase of all switches to the blocking phase one switch briefly remains in the conducting state; -
16 the circuit according to13 , where only one switch conducts, -
17 an embodiment of a DC-DC converter in which N, N≥2, stages are connected in series, -
18 another embodiment of a DC-DC converter with three levels, similar to the embodiment according to FIG14 , at which instead of in14 described clamping circuits, the second and third stages each comprise a clamping circuit, which according to9 is constructed in connection with 10(a), -
19 an embodiment of a DC-DC converter according to the invention with two series-connected primary stages, each of which comprises a clamping circuit according to the teachings of the present invention, -
20 a three-stage DC-DC converter with the clamping circuits, which according to8th and10(a) or according to9 and10(a) are built up -
21 an embodiment for balancing the voltages at the input capacitors by magnetic coupling of the primary-side windings of multi-stage DC-DC converters, -
22 an embodiment for balancing the voltages at the input capacitors by electrically coupling the secondary windings of multi-stage DC voltage converters, -
23 an embodiment of the present invention for balancing the voltages at the input capacitors by parallel connection of the DC outputs of the secondary stages, -
24 an embodiment for balancing the voltages on the input capacitors by controlling the power of each stage, and -
25 another embodiment for balancing the voltages on the input capacitors by controlling the power of each stage. Embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which the same reference numerals are assigned to the same or similar elements.
Nachteile von aus dem Stand der Technik bekannten SchaltungenDisadvantages of circuits known from the prior art
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die zuvor beschriebenen, bekannten Gleichrichterschaltungen untersucht und Nachteile festgestellt, welche erfindungsgemäß ausgeräumt werden.The inventors of the present invention have examined the known rectifier circuits described above and found disadvantages which are eliminated according to the invention.
Nachteile der aus der
Die aus der
Im Folgenden wird ein Beispiel betrachtet, bei dem zunächst alle Schalter der Primärstufen leitend waren und in der Magnetisierungsinduktivität einen Strom aufgebaut haben. Anschließend gehen die Schalter in den sperrenden Zustand über, ein Schalter allerdings verzögert.
Je nach Wahl der Schaltfrequenz bzw. dem Verhältnis von Umschaltdauer zur Taktperiode, können die Schaltverluste die dominierenden Verluste der Schalter sein und haben somit erheblichen Einfluss auf ihre Erwärmung. Wenn eine so entstehende Asymmetrie der Schaltverluste beim Entwickeln des Kühlkonzeptes nicht berücksichtigt wurde, kann dies zur Überhitzung einzelner Schalter führen. Verstärkt werden kann dies z.B. bei der Verwendung von MOSFETs als Schalter durch die thermische Abhängigkeit Ihrer Schwellenspannung. Ein MOSFET mit höherer Chip-Temperatur wechselt im Allgemeinen bei einer niedrigeren Schwellenspannung seinen Schaltzustand, was dazu führt, dass er früher einschaltet und später ausschaltet als ein Schalter mit niedrigerer Chip-Temperatur. Hierdurch kann es zu einer Mitkopplung bei den Schaltverlusten und letztendlich für den Schalter zu einem thermischen Runaway kommen.Depending on the choice of switching frequency or the ratio of switching time to clock period, the switching losses can be the dominant losses of the switches and thus have a significant influence on their heating. If such a resulting asymmetry of the switching losses when developing the If the cooling concept was not taken into account, this can lead to overheating of individual switches. This can be amplified, for example, when using MOSFETs as switches due to the thermal dependence of their threshold voltage. A higher chip temperature MOSFET will generally switch state at a lower threshold voltage, causing it to turn on earlier and turn off later than a lower chip temperature switch. This can lead to positive feedback on the switching losses and ultimately thermal runaway for the switch.
Ein weiterer Nachteil der direkten Kopplung aller Schalterspannungen ist, dass ein einzelnes Ansteuern der Transformatorwicklungen nicht möglich ist, was aber insbesondere in Fällen geringer Ausgangsleistung in Bezug auf die Nennleistung des Gesamtwandlers wünschenswert sein kann, um einen geringeren Strom in der Magnetisierungsinduktivität aufzubauen. Bei geringen Ausgangsleistungen kann, je nach sekundärseitiger Topologie, eine sehr kurze An-Zeit der Schalter erforderlich sein. Dies ist in mehrerlei Hinsicht problematisch für die Ansteuerung der Schalter. Grund hierfür ist, dass je nach Ansteuerschaltung Mindest-Anschaltzeiten erforderlich sind und zu kurze Pulse gar nicht an den Schalter weitergegeben werden. In jedem Fall benötigt die Ansteuerung eine gewisse Zeit, um den Schalter vollständig durchzuschalten, eine zu kurze An-Zeit führt daher zu einem Betrieb der Schalter, bei dem diese nicht ihre volle Leistungsfähigkeit erreichen, wodurch das Übertragen der Leistung auf die Sekundärseite ineffizienter wird.Another disadvantage of direct coupling of all switch voltages is that driving the transformer windings individually is not possible, but this can be desirable, especially in cases of low output power in relation to the rated power of the overall converter, in order to build up a lower current in the magnetizing inductance. At low output powers, depending on the topology on the secondary side, a very short on-time of the switches may be necessary. This is problematic for controlling the switches in several respects. The reason for this is that, depending on the control circuit, minimum switch-on times are required and pulses that are too short are not passed on to the switch at all. In any case, the driver needs a certain amount of time to turn on the switch completely, so too short an on-time leads to operation of the switches in which they do not reach their full capacity, making the transfer of power to the secondary side more inefficient.
Könnte man dagegen die Wicklungen der einzelnen Primärstufen unabhängig voneinander betreiben, wäre es möglich bei geringen Ausgangsleistungen die Wicklungen nicht gleichzeitig sondern zyklisch bzw. periodisch nacheinander anzusteuern, in dem z.B. innerhalb einer Schaltperiode nur ein Schalter einer Primärstufe aktiviert wird. Somit könnte die An-Zeit dieses einen Schalters entsprechend verlängert werden.If, on the other hand, the windings of the individual primary stages could be operated independently of one another, it would be possible with low output power to control the windings not simultaneously but cyclically or periodically one after the other, e.g. by activating only one switch of a primary stage within a switching period. Thus, the on-time of that one switch could be lengthened accordingly.
Ein weiterer Nachteil der Nutzung von Kondensatoren Ccn zur direkten Kopplung aller Schalterspannungen ist, dass über sie in Verbindung mit der magnetischen Kopplung der Wicklungen eine Parallelschaltung von Streuinduktivitäten und Kondensatoren Ccn erfolgt. Der dabei entstehende Parallelschwingkreis, welcher je nach Schalterzustand auch noch weitere Komponenten einschließt, kann wiederum Ausgangspunkt für neue unerwünschte Schwingungen im System sein. Angeregt wird dieser Schwingkreis dabei wieder von dem zuvor beschriebenen, und in der Praxis nie vollständig ausschließbaren geringem zeitlichen Versatz im Zustandswechsel der Schalter.Another disadvantage of using capacitors C cn for direct coupling of all switch voltages is that they, in conjunction with the magnetic coupling of the windings, result in a parallel connection of leakage inductances and capacitors C cn . The resulting parallel resonant circuit, which depending on the state of the switch also includes other components, can in turn be the starting point for new unwanted oscillations in the system. This oscillating circuit is again excited by the previously described slight time offset in the state change of the switches, which in practice can never be completely ruled out.
Erfindungsgemäße LösungSolution according to the invention
Die zuvor genannten Nachteile herkömmlicher Gleichstromwandler werden gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst, indem ein Energiepuffer, z.B. ein Kondensator, nicht länger fest verschaltet ist, sondern erfindungsgemäß zwischen unterschiedliche Knoten, abhängig vom Zustand des Schalters einer Stufe geschaltet wird, so dass für die Wicklung bzw. den Schalter einer jeden Stufe ein eigener Kommutierungspfad für den Strom bereitgestellt wird, welcher solange aktiv ist, bis die Energie in der jeweiligen Streuinduktivität abgebaut ist.The aforementioned disadvantages of conventional direct-current converters are solved according to the present invention in that an energy buffer, e.g. a capacitor, is no longer permanently connected, but instead is switched according to the invention between different nodes, depending on the state of the switch of a stage, so that the winding or the switch of each stage is provided with its own commutation path for the current, which is active until the energy in the respective leakage inductance has been dissipated.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Klemmschaltung, welche mindestens den Energiepuffer umfasst. Ein erster Anschluss des Energiepuffers ist mit dem Knoten zwischen der Induktivität und dem Schalter einer Stufe verbunden. Ein zweiter Anschluss des Energiepuffers wird wahlweise mit einer Parallelschaltung aus einem Eingangskondensator und einer Reihenschaltung, welche eine Induktivität und einen Schalter aufweist, einer beliebigen Stufe, z.B. mit einem ersten Anschluss oder einem zweiten Anschluss einer Parallelschaltung der Stufe, oder, im Fall von mehrstufigen Ausführungsformen, mit einem ersten Anschluss oder einem zweiten Anschluss von Parallelschaltungen beliebiger Stufen verbunden.Embodiments of the present invention provide a clamp circuit that includes at least the energy buffer. A first connection of the energy buffer is connected to the node between the inductance and the switch of a stage. A second terminal of the energy buffer is optionally connected to a parallel circuit of an input capacitor and a series circuit comprising an inductor and a switch of any stage, e.g. to a first terminal or a second terminal of a parallel circuit of the stage, or, in the case of multi-stage embodiments , connected to a first terminal or a second terminal of parallel circuits of any stages.
Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung wird hierdurch sichergestellt, dass während des leitenden Zustandes des Schalters einer Stufe, welche mit der Klemmschaltung ausgestattet ist, der Energiepuffer an seinem zweiten Anschluss mit einem Eingangsanschluss der Stufe oder, bei mehrstufigen Ausgestaltungen der Schaltung, mit einem Eingangsanschluss einer beliebigen der Stufen verbunden werden kann. Dabei wird für den zweiten Anschluss des Energiepuffers ein Strompfad bereitgestellt, welcher nicht über den bzw. die Schalter der Stufen verläuft, so dass also ein von dem Schalter bzw. den Schaltern separater Pfad bereitgestellt wird, um die Ableitung der Ladungen, welche der Energiepuffer während der sperrenden Phase des Schalters der Stufe durch den über ihn fließenden Strom aufgenommen hat, auf den Eingangskondensator bzw. die Eingangskondensatoren zu ermöglichen.According to the teachings of the present invention, this ensures that during the conducting state of the switch of a stage, which is equipped with the clamping circuit, the energy buffer at its second terminal with an input terminal of the stage or, in multi-stage configurations of the circuit, with an input terminal of a any of the stages can be connected. In this case, a current path is provided for the second connection of the energy buffer, which does not run via the switch or switches of the stages, so that a separate path is provided by the switch or switches to discharge the charges which the energy buffer carries out during the blocking phase of the stage switch through the current flowing through it, to allow the input capacitor or the input capacitors.
Während der sperrenden Phase des Schalters der Stufe, welche mit der Klemmschaltung ausgestattet ist, ist die Klemmschaltung in der Lage, den Stromfluss vom Schalter der Stufe zu übernehmen, um damit Spannungsspitzen am Schalter zu vermeiden, sowie Schwingungen zu dämpfen.During the blocking phase of the stage switch equipped with the clamp circuit, the clamp circuit is able to take over the current flow from the stage switch, thereby avoiding voltage spikes at the switch, as well as dampening oscillations.
Da die Klemmschaltung nur aktiv ist, wenn Strom vom Schalter auf sie kommutiert oder Ladung auf den Eingangskondensator übertragen wird, erreicht sie ihr Ziel der Begrenzung der Schalterspannung und der Dämpfung der Schwingung, ohne dabei alle Schalterspannungen dauerhaft zu symmetrieren und ohne einen weiteren, kontinuierlichen Schwingkreis aufzubauen. Hieraus ergeben sich die zuvor erwähnten Vorteile, die Möglichkeit einer getrennten Ansteuerung der Wicklungen, das Vermeiden eines Aufbaus einer schwingungsfähigen Parallelschaltung mit der Streuinduktivität, sowie bei unterschiedlichen Schaltzeitpunkten der primären Schalter das Verhindern der Kommutierung der Ströme von Stufen mit bereits sperrenden Schaltern auf Stufen mit noch leitenden Schaltern. Für letzteres sorgt die Energie in den Streuinduktivitäten, denn solange diese in der sperrenden Phase eines Schalters einer Stufe den Stromfluss über die Klemmschaltung aufrecht erhält, fließt dieser Anteil am Magnetisierungsstrom nicht über die noch im leitenden Zustand verbliebenen Schalter.Since the clamp circuit is only active when current is commutated to it from the switch or charge is transferred to the input capacitor, it achieves its goal of limiting the switch voltage and damping the oscillation without permanently balancing all the switch voltages and without building up another, continuous oscillating circuit. This results in the advantages mentioned above, the possibility of separate control of the windings, avoiding the construction of a parallel circuit with the leakage inductance that is capable of oscillating, and at different switching times of the primary switches, preventing the commutation of the currents from stages with switches that are already blocking to stages with switches that are still conductive switches. The latter is ensured by the energy in the leakage inductances, because as long as this maintains the flow of current via the clamping circuit in the blocking phase of a switch of a stage, this proportion of the magnetizing current does not flow via the switches that are still in the conducting state.
Die erfindungsgemäße Klemmschaltung wird gemäß Ausführungsbeispielen bei einstufigen Wandlertopologien oder bei mehrstufigen Wandlertopologien eingesetzt, wobei mehrstufige Wandlertopologien eine oder mehrere der Stufen mit der erfindungsgemäßen Klemmschaltung aufweisen können.According to exemplary embodiments, the clamp circuit according to the invention is used in single-stage converter topologies or in multi-stage converter topologies, it being possible for multi-stage converter topologies to have one or more of the stages with the clamp circuit according to the invention.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann die erfindungsgemäße Klemmschaltung in ein- oder mehrstufigen Wandlertopologien ohne galvanische Trennung eingesetzt werden, wobei in diesem Fall die Stufe bzw. Stufen eine Induktivität aufweisen, z. B. in Form einer Spule oder Speicherdrossel. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen wird die erfindungsgemäße Klemmschaltung in einem ein- oder mehrstufigen Gleichspannungswandler mit galvanischer Trennung verwendet, so dass die Schaltung eine oder mehrere in Reihe verschaltete Primärstufen sowie eine oder mehrere Sekundärstufen umfasst. Bei solchen Ausführungsbeispielen umfasst bzw. umfassen die Sekundärstufe bzw. Sekundärstufen jeweilige Induktivitäten, welche im Fall einer einstufigen Topologie einen Transformator bilden. Im Fall einer mehrstufigen Topologie bilden die primärseitigen und sekundärseitigen Induktivitäten die Wicklungen eines oder mehrerer Transformatoren, beispielsweise abhängig davon, ob primärseitig zwei oder mehr der Induktivitäten bzw. Wicklungen der Stufen magnetisch gekoppelt sind oder nicht.According to exemplary embodiments, the clamping circuit according to the invention can be used in single-stage or multi-stage converter topologies without electrical isolation, in which case the stage or stages have an inductance, e.g. B. in the form of a coil or storage choke. According to other exemplary embodiments, the clamping circuit according to the invention is used in a single-stage or multi-stage DC/DC converter with galvanic isolation, so that the circuit comprises one or more primary stages connected in series and one or more secondary stages. In such exemplary embodiments, the secondary stage or stages includes respective inductances, which form a transformer in the case of a single-stage topology. In the case of a multi-stage topology, the primary-side and secondary-side inductances form the windings of one or more transformers, for example depending on whether two or more of the inductances or windings of the stages are magnetically coupled on the primary side or not.
Einstufige GleichspannungswandlerschaltungSingle-stage DC-DC converter circuit
Bei sperrendem Schalter S1, was auch als geöffneter Schalterzustand oder Aus-Zeit des Schalters bezeichnet wird, bewirkt die Klemmschaltung 200 die Verbindung des zweiten Anschlusses 202b des Energiepuffers Csn mit dem Anschluss K1, der zweite Anschluss 202b des Energiepuffers Csn ist also mit dem Anschluss 104a der Stufe 104 verbunden. Bei sperrendem Schalter S1 bewirkt die Klemmschaltung 200 einen Stromfluss von dem Schalter S1 auf den Energiepuffer Csn und ist damit in der Lage, Spannungsspitzen am Schalter S1 zu vermieden.When the switch S 1 is off, which is also referred to as the open switch state or off-time of the switch, the
Bei leitendem Schalter S1, was auch als geschlossener Schalterzustand oder Ein-Zeit des Schalters bezeichnet wird, bewirkt die Klemmschaltung 200 die Verbindung des zweiten Anschlusses 202b des Energiepuffers Csn mit dem Anschluss K2, der zweite Anschluss 202b des Energiepuffers Csn ist also mit dem zweiten Anschluss 104b der Stufe verbunden. Bei leitendem Schalter S1 ist der Energiepuffer Csn zwischen die Anschlüsse K2 und K3 geschaltet, wodurch ein Ladungsabfluss von dem Energiepuffer Csn auf den Eingangskondensator CIn bewirkt wird, sofern die Spannung über den Energiepuffer Csn höher ist als die Spannung über dem Kondensator CIn. Wie aus
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Verbindung der jeweiligen hierin beschriebenen Bauelemente entweder direkt miteinander sein kann, oder dass ein oder mehrere zusätzliche Bauelemente in den Verbindungspfaden zwischen den jeweiligen Bauelementen vorgesehen sind. Beispielsweise kann gemäß Ausführungsbeispielen vorgesehen sein, den Energiepuffer, Csn direkt, also ohne Zwischenschaltung weiterer Bauelemente, mit dem Knoten K3 zu verbinden, wohingegen bei anderen Ausführungsbeispielen ein oder mehr zusätzliche Bauelemente, z. B. in Form einer Diode oder eines anderen Schaltelements, zwischen den ersten Anschluss 202a des Energiepuffers Csn und den dritten Anschluss 200c der Klemmschaltung 200 geschaltet sein können.At this point it is pointed out that the connection of the respective components described herein can either be directly to one another or that one or more additional components are provided in the connection paths between the respective components. For example, it can be provided according to exemplary embodiments to connect the energy buffer C sn directly, ie without the interposition of further components, to the node K3, whereas in other exemplary embodiments one or more additional components, e.g. in the form of a diode or other switching element, can be connected between the first terminal 202a of the energy buffer C sn and the third terminal 200c of the
Bei dem in
Mehrstufige GleichspannunaswandlerschaltungMulti-stage DC voltage converter circuit
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann bei einer mehrstufigen Ausgestaltung des Gleichspannungswandlers gemäß
Gemäß Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass bei einer mehrstufigen Ausgestaltung des Gleichspannungswandlers diejenigen Stufen, welche keine Klemmschaltung aufweisen, eine Diode aufweisen (siehe z.B.
Die Klemmschaltung 200 ist, wie zuvor bereits erwähnt, ausgebildet bzw. in der Lage, wahlweise den zweiten Anschluss des Energiepuffers Csn mit einem Anschluss K1 oder einem Anschluss K2 der Stufe, in welcher die Klemmschaltung angeordnet ist, oder, im Fall einer mehrstufigen Ausgestaltung gemäß
Erstes Ausführungsbeispiel der Klemmschaltung - Variante AFirst embodiment of the clamping circuit - Variant A
An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Energiepuffer bzw. Kondensator Csn auch als Spannungsbegrenzungs-Kondensator oder Snubber-Kondensator bezeichnet wird.At this point it should be noted that the energy buffer or capacitor C sn is also referred to as a voltage-limiting capacitor or snubber capacitor.
Zweites Ausführungsbeispiel der Klemmschaltung - Variante BSecond embodiment of the clamping circuit - variant B
Die Ausführungsbeispiele der Klemmschaltung gemäß
Die Klemmschaltung gemäß
Ein Vorteil der Klemmschaltung gemäß
Die Funktionsweisen der Klemmschaltungen gemäß
Ausführungsbeispiele der Schaltungsanordnung der KlemmschaltungEmbodiments of the circuit arrangement of the clamping circuit
Die Schaltungsanordnung 204 gemäß den
Die Schaltungsanordnung 204 kann beispielsweise durch Verwendung von Dioden oder Schaltern realisiert sein.
Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers beschrieben, welcher eine oder mehrere Klemmschaltungen umfasst.Further exemplary embodiments of the DC-DC converter according to the invention, which includes one or more clamping circuits, are described below.
Ausführungsbeispiel eines einstufigen Gleichspannungswandters mit einer Klemmschaltung nach Variante BExemplary embodiment of a single-stage DC voltage converter with a clamping circuit according to variant B
Anhand der
Mit der in
Wenn der Hauptschalters S in die sperrende Phase übergeht, lädt sich der Kondensator Csn mit Hilfe der Energie aus der Streuinduktivität des Transformators, sowie der Energie aus der Magnetisierungsinduktivität LWp auf. Dieser Aufladevorgang erfolgt z.B. in den ersten Schaltzyklen nach Inbetriebnahme der Schaltung. Der Strom fließt dabei über die Reihenschaltung bestehend aus Dsn, Csn und Dcl1. Gleichzeitig wird durch diese Reihenschaltung die Spannung über dem Schalter S begrenzt.When the main switch S goes into the blocking phase, the capacitor C sn charges with the help of the energy from the leakage inductance of the transformer and the energy from the magnetizing inductance L Wp . This charging process takes place, for example, in the first switching cycles after the circuit has been put into operation. The current flows through the series circuit consisting of D sn , C sn and D cl1 . At the same time, the voltage across the switch S is limited by this series connection.
Durch gelegentliches oder regelmäßiges Einschalten des Schalters Ssn während der leitenden Phase von S wird die Spannung des Kondensators Csn auf die Spannung über dem Eingangskondensator CIn begrenzt, hierbei ist die Reihenschaltung aus Ssn, Csn, Dcl2 und CIn aktiv. Gemäß Ausführungsbeispielen werden die Schalter S und Ssn mit dem gleichen Logiksignal angesteuert. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können beim Ansteuern des Schalters Ssn aber auch Pulse ausgelassen werden, um Schaltverluste einzusparen.By turning on the switch S sn occasionally or regularly during the conducting phase of S, the voltage of the capacitor C sn is limited to the voltage across the input capacitor C In , here the series connection of S sn , C sn , D cl2 and C In is active. According to embodiments, the switches S and S sn are driven with the same logic signal. According to other exemplary embodiments, however, pulses can also be omitted when driving the switch S sn in order to save on switching losses.
Auch eine asynchrone Ansteuerung des Schalters Ssn, also z.B. das Einschalten von Ssn, während der sperrenden Phase des Schalters S, ist zulässig. Je nach Fall kann es hierbei zu einem Rückleiten von Energie aus der Magnetisierungsinduktivität LWp in den Eingangskondensator CIn kommen, wodurch z.B. die Ausgangsspannung des Wandlers bei geringen Ausgangsleistungen bzw. geringen Ausgangsströmen reduziert werden kann, ohne dass hierfür die An-Zeit des Schalters S reduziert werden muss. Diese Betriebsart kann dabei dienlich sein, die An-Zeit des Schalters S über einem festgelegten, und von der Ansteuerung der Schalter in der Praxis benötigtem Minimum zu halten.An asynchronous activation of the switch S sn , ie for example the switching on of S sn during the blocking phase of the switch S, is permissible. Depending on the case, energy can be fed back from the magnetizing inductance L Wp into the input capacitor C In , which means that, for example, the output voltage of the converter can be reduced at low output powers or low output currents without the on-time of the switch S must be reduced. This mode of operation can be useful in keeping the on-time of the switch S above a fixed minimum that is required in practice for driving the switches.
Durch die Begrenzung der Spannung über Csn auf die Höhe der Eingangsspannung wird gleichzeitig die Schalterspannung über S auf das doppelte der Eingangsspannung begrenzt. Ebenso wird gleichzeitig die Spannung über dem Schalter Ssn durch die Reihenschaltung von Dcl1 und Csn auf die einfache Eingangsspannung begrenzt.By limiting the voltage across C sn to the level of the input voltage, the switch voltage across S is simultaneously limited to twice the input voltage. At the same time, the voltage across the switch S sn is limited to the single input voltage by the series connection of D cl1 and C sn .
Gegenüber der aus der
Vorzugsweise erfolgt die Auslegung des Eingangskondensators CIn so, dass die Spannungsänderung über selbigen während einer Schaltperiode vernachlässigt werden kann. Somit gestaltet sich die Ansteuerung beider Schalter sehr einfach, eine aufwendige Versorgung der Schalteransteuerung ist nicht notwendig.The input capacitor C In is preferably designed in such a way that the voltage change across it during a switching period can be neglected. The control of both switches is thus very simple, and a complex power supply for the switch control is not necessary.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele von mehrstufigen Gleichspannungswandlern beschrieben, welche entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung eine oder mehrere erfindungsgemäße Klemmschaltungen umfassen, z. B. eine oder mehrere Klemmschaltungen, welche einen Aufbau entsprechend den anhand der
Ausführungsbeispiel eines zweistufigen Gleichspannunaswandlers mit einer Klemmschaltung nach Variante AExemplary embodiment of a two-stage DC voltage converter with a clamping circuit according to variant A
Der elektrische Eingang des Gleichspannungswandlers, umfassend die zwei Eingangsanschlüsse 100a und 100b, wird bei dem in
Mit der in
Für die folgende Betrachtung wird davon ausgegangen, dass alle Schalter Sn gleichzeitig ihren Schaltzustand ändern, die Primärstufen in einem Sperrwandler Einsatz finden und die Wicklungen LWpn auf einem gemeinsamen magnetischen Kern eines Transformators untergebracht sind.For the following consideration it is assumed that all switches S n change their switching state at the same time, the primary stages are used in a flyback converter and the windings L Wpn are accommodated on a common magnetic core of a transformer.
Im leitenden Zustand der Schalter baut sich ein Strom in der gemeinsamen Magnetisierungsinduktivität des Transformators, aber auch in den Streuinduktivitäten einer jeden Wicklung auf. Beim Wechsel in den sperrenden Zustand der Schalter beginnt die Kommutierung des Stromes der Magnetisierungsinduktivität auf die sekundärseitige Sperrwandler-Diode. Zunächst fließt aber auf Grund der Streuinduktivitäten der Primärwicklungen auch primärseitig noch Strom. Da die Schalter sperren, fließt der Strom der unteren Wicklung LWp1 über die Diode Dsn1 und den Eingangskondensator CIn2, der Strom der oberen Wicklung LWp2 über den Kondensator Csn1, die Diode Dcl1 und den Kondensator CIn2. Die Schalterspannung des unteren Schalters S1 wird durch die aufgezeigte Masche auf die Summenspannung der beiden Eingangskondensatoren CIn1 und CIn2 geklemmt, die des oberen Schalters S2 auf die Summe der Spannungen von Csn1 und CIn2. Die Streuinduktivitäten wirken als Stromquellen und bauen dadurch ihre gespeicherte Energie ab. Die Energie wird in die Eingangskondensatoren CIn1, CIn2 sowie den Kondensator Csn1 übertragen.When the switches are conducting, a current builds up in the common magnetizing inductance of the transformer, but also in the leakage inductances of each winding. When the switch changes to the blocking state, the commutation of the current of the magnetizing inductance to the flyback converter diode on the secondary side begins. However, due to the stray inductances of the primary windings, current still flows at first on the primary side. Since the switches are off, the current in the lower winding L Wp1 flows via the diode D sn1 and the input capacitor C In2 , the current in the upper winding L Wp2 via the capacitor C sn1 , the diode D cl1 and the capacitor C In2 . The switching voltage of the lower switch S 1 is clamped by the mesh shown to the sum voltage of the two input capacitors C In1 and C In2 , that of the upper switch S 2 to the sum of the voltages of C sn1 and C In2 . The leakage inductances act as current sources and thereby reduce their stored energy. The energy is transferred into the input capacitors C In1 , C In2 and the capacitor C sn1 .
Wenn sich dabei die Spannung über dem Kondensator Csn1 auf eine höhere als die am Kondensator CIn1 aufgebaut hat, wird in der nächsten Schaltperiode, wenn die Schalter S1 und S2 wieder leitend werden, die Diode Dcl2 leitend, wodurch die beiden Kondensatoren CIn1 und Csn1 parallel liegen und Ladung aus dem Kondensator Csn1 in den Eingangskondensator CIn1 fließt. Im kontinuierlichen Betrieb führt dies dazu, dass am Kondensator Csn1 und am Eingangskondensator CIn1 die gleiche Spannung anliegt. Hieraus folgt, dass die Spannung beider Schalter auf die doppelte Spannung eines Eingangskondensators CInn begrenzt wird.When the voltage across capacitor C sn1 has built up to be higher than that across capacitor C In1 , in the next switching period when switches S 1 and S 2 become conductive again, diode D cl2 becomes conductive, causing the two capacitors C In1 and C sn1 are in parallel and charge flows from the capacitor C sn1 into the input capacitor C In1 . In continuous operation, this means that the same voltage is present at the capacitor C sn1 and at the input capacitor C In1 . It follows that the voltage of both switches is limited to twice the voltage of an input capacitor C Inn .
Die Schaltung gemäß
Ausführunasbeispiel eines N-stufigen Gleichspannungswandlers mit einer Klemmschaltung nach Variante AExample of an N-stage DC-DC converter with a clamping circuit according to variant A
Ähnlich wie anhand der
Die Schaltung gemäß
Ausführungsbeispiel eines dreistufigen Gleichspannungswandlers mit zwei Klemmschaltungen nach Variante A zum Klemmen auf das dreifache der Spannung eines EingangskondensatorsEmbodiment of a three-stage DC-DC converter with two clamping circuits according to variant A for clamping to three times the voltage of an input capacitor
Durch die Parallelschaltung der Dioden Dcl13 und Dcl23 mit den drei in Reihe geschalteten Eingangskondensatoren CInn, wird die Klemmspannung auf das dreifache der Spannung eines Eingangskondensators erhöht. Hierdurch wird zum einen der nutzbare Bereich der Ausgangsspannung vergrößert, zum anderen kann die Energie in den Streuinduktivitäten beim Wechsel der Schalter Sn in den sperrenden Zustand schneller abgebaut werden, wodurch wiederum weniger Energie aus der Magnetisierungsinduktivität auf die Primärseite zurückgeholt wird.By connecting the diodes D cl13 and D cl23 in parallel with the three input capacitors C Inn connected in series, the clamping voltage is increased to three times the voltage of an input capacitor. On the one hand, this increases the usable range of the output voltage and, on the other hand, the energy in the leakage inductances can be dissipated more quickly when the switch Sn changes to the blocking state, which in turn means that less energy is retrieved from the magnetizing inductance to the primary side.
Bei der untersten Primärstufe 1041 wird wieder eine Diode Dsn1 zum Klemmen der Schalterspannung genutzt, in dem sie zwischen dem ersten Anschluss 108a1 des Schalters S1 und dem ersten Anschluss 104a3 der Stufe 1043 geschaltet ist.In the lowest
Gegenüber der aus der
Gemäß den dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Tatsache, dass die Schalter- bzw. Wicklungs-Spannungen nicht gleichgeschaltet sein müssen, vorteilhaft wie folgt genutzt. Da die Wicklungen der einzelnen Primärstufen unabhängig voneinander betrieben werden können, ist es möglich bei geringen Ausgangsleistungen die Wicklungen nicht gleichzeitig sondern zyklisch bzw. periodisch nacheinander anzusteuern, in dem z.B. innerhalb einer Schaltperiode nur ein Schalter einer Primärstufe aktiviert wird, wie es anhand der
Anhand der
Ausführungsbeispiel eines N-stufigen Gleichspannungswandlers mit einer Klemmschaltung nach Variante BExemplary embodiment of an N-stage DC-DC converter with a clamping circuit according to variant B
Die Schaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel in
Ausführungsbeispiel eines dreistufigen Gleichspannunaswandlers mit zwei Klemmschaltungen nach Variante B zum Klemmen auf das dreifache der Spannung eines EingangskondensatorsEmbodiment of a three-stage DC voltage converter with two clamping circuits according to variant B for clamping to three times the voltage of an input capacitor
Durch die Verwendung von mehr als einer Primärstufe kann auf mehr als die doppelte Spannung eines Eingangskondensators CInn geklemmt werden. Dies kann z.B. bei einer Sperrwandler-Topologie genutzt werden, um einen größeren Ausgangsspannungsbereich abdecken zu können. Bei dem in
Ausführungsbeispiel eines zwei stufigen Gleichspannungswandlers mit zwei Klemmschaltungen nach Variante B zum Klemmen auf das dreifache der Spannung eines EingangskondensatorsEmbodiment of a two-stage DC-DC converter with two clamping circuits according to variant B for clamping to three times the voltage of an input capacitor
Bei dem anhand der in
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen umfasst der Gleichspannungswandler eine oder mehrere Klemmschaltungen, wobei die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele umfassend eine Reihenschaltung aus einer Mehrzahl von Stufen mit zumindest zwei Klemmschaltungen jeweils Klemmschaltungen verwendeten, welche den gleichen Aufbau haben, also entweder einen Aufbau gemäß
Bei der Ausführungsform gemäß
Bei Verwendung einer Klemmschaltung gemäß
Bei der zweiten Variante, welche in
In the second variant, which in
Ausführungsbeispiel eines dreistufigen Gleichspannunaswandlers mit einer Klemmschaltung nach Variante A und einer Klemmschaltung nach Variante B zum Klemmen auf das dreifache der Spannung eines EingangskondensatorsEmbodiment of a three-stage DC voltage converter with a clamping circuit according to variant A and a clamping circuit according to variant B for clamping to three times the voltage of an input capacitor
Die vorliegende Erfindung ist ferner nicht auf Ausführungsformen beschränkt, bei der bei mehrstufigen Gleichspannungswandlern die Klemmschaltungen den gleichen Aufbau haben, also entweder gemäß
Bei dem in
Wie bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen kann auch bei
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass bei der Beschreibung der obigen Ausführungsbeispiele alle Stufen, welche keine erfindungsgemäße Klemmschaltung aufweisen, die gerade erwähnte Diode zur Begrenzung der Schalterspannung besitzen. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann auf diese Diode auch verzichtet werden, d. h., die Stufen ohne erfindungsgemäße Klemmschaltungen weisen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen keine zusätzlichen Dioden zum Klemmen der Schalterspannung auf, oder besitzen andere, nach dem Stand der Technik bekannte Klemmschaltungen, wie z.B. RLC-Snubber.At this point it should be pointed out that in the description of the above exemplary embodiments, all stages which do not have a clamping circuit according to the invention have the diode just mentioned for limiting the switch voltage. According to other embodiments, this diode can also be omitted, i. That is, the stages without clamping circuits according to the invention, according to further exemplary embodiments, have no additional diodes for clamping the switch voltage, or have other clamping circuits known from the prior art, such as RLC snubbers.
Ausführungsbeispiele zur Symmetrierung der Spannung an an den Eingangskondensatoren der GleichspannungswandlerschaltungEmbodiments for balancing the voltage at the input capacitors of the DC-DC converter circuit
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben, welche die Symmetrierung der Spannungen an den Eingangskondensatoren CIn der Gleichspannungswandlerschaltung ermöglichen. Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele ermöglichen die Symmetrierung der Spannungen an den Eingangskondensatoren eines Gleichspannungswandlers mit galvanischer Trennung, also mit Sekundärseite, wenn mehrere Primärseiten bzw. Primärstufen verwendet werden.Exemplary embodiments of the present invention are described below, which enable the balancing of the voltages at the input capacitors C In of the DC-DC converter circuit. The following exemplary embodiments enable the balancing of the voltages at the input capacitors of a DC/DC converter with galvanic isolation, that is to say with a secondary side, if a plurality of primary sides or primary stages are used.
Magnetische Kopplung der primärseitigen Induktivitäten bzw. WicklungenMagnetic coupling of the inductances or windings on the primary side
Gemäß Ausführungsbeispielen können die primärseitigen Induktivitäten bzw. Wicklungen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele Primärwicklungen eines oder mehrerer Transformatoren sein, und zur Symmetrierung kann gemäß Ausführungsbeispielen eine magnetische Kopplung der primärseitigen Wicklungen vorgesehen sein.
Bei dem in
Wenn die Schalter Sn der Primärstufen gleichzeitig leitend sind, wird an jede Primärwicklung die Spannung des Eingangskondensators CInn der jeweiligen Primärstufe angelegt. Sollten die Eingangskondensatoren unterschiedliche Spannungen aufweisen, bildet sich über die magnetisch gekoppelten Wicklungen ein Ausgleichstrom, wodurch eine Symmetrierung der Spannungen vorangetrieben wird. Der Ausgleichstrom fließt hierbei nur in den Primärwicklungen, weswegen auf die Darstellung der Sekundärwicklungen in
Bei Wandlern mit mehreren Transformatoren, also ohne magnetische Kopplung der Wicklungen ist eine unterschiedliche Windungsanzahl bei den Primärstufen grundsätzlich möglich, da in diesem Fall das Übersetzungsverhältnis mitentscheidend ist. Mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen der Transformatoren verschiedener Stufen kann man daher unterschiedliche Windungsanzahlen in den Primärstufen kompensieren und so trotzdem auf eine symmetrische Aufteilung der Wandler-Eingangsspannung auf die einzelnen Stufen erreichen.In the case of converters with several transformers, i.e. without magnetic coupling of the windings, a different number of turns in the primary stages is possible in principle, since the transformation ratio is also decisive in this case. With different transformation ratios of the transformers of different stages, you can therefore compensate for different numbers of turns in the primary stages and still achieve a symmetrical distribution of the converter input voltage to the individual stages.
Grundsätzlich ermöglicht die erfindungsgemäße Klemmschaltung auch die Nutzung unterschiedlicher Windungsanzahlen, hierdurch wird sich eine, entsprechend dem Verhältnis der Windungsanzahlen proportionale Aufteilung der Wandler-Eingangsspannung auf die einzelnen Stufen ergeben.In principle, the clamp circuit according to the invention also enables the use of different numbers of turns, which results in a distribution of the converter input voltage to the individual stages that is proportional to the ratio of the number of turns.
Elektrische Kopplung der sekundärseitigen Induktivitäten bzw. WicklungenElectrical coupling of the inductances or windings on the secondary side
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Symmetrierung der Spannungen an den Eingangskondensatoren durch eine direkte elektrische Kopplung der Sekundärwicklungen in Form einer Parallelschaltung erreicht werden.
Wie in
Wenn die Schalter Sn der Primärzweige gleichzeitig leitend sind, wird an jede Primärwicklung die Spannung des Eingangskondensators CInn der jeweiligen Primärstufe angelegt. Sollten die Eingangskondensatoren unterschiedliche Spannungen aufweisen, wird sich über die elektrisch gekoppelten Sekundärwicklungen ein Ausgleichstrom ausbilden, wodurch sich auch auf der Primärseite ein Ausgleichstrom ausbildet und somit eine Symmetrierung der Spannungen bewirkt wird.If the switches S n of the primary branches are conductive at the same time, the voltage of the input capacitor C Inn of the respective primary stage is applied to each primary winding. If the input capacitors have different voltages, a compensating current will form via the electrically coupled secondary windings, as a result of which a compensating current will also form on the primary side and the voltages will thus be balanced.
Gemäß einem wiederum weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfolgt die Symmetrierung der Spannungen an den Eingangskondensatoren durch eine Parallelschaltung der DC-Ausgänge der Sekundärstufen. Ähnlich wie
Durch die Parallelschaltung der DC-Ausgänge 1121, ... 112N der Wandlerausgangsstufen kann eine Symmetrierung bzw. Stabilisierung der Spannungen über den Eingangskondensatoren herbeigeführt werden, wobei sich das Funktionsprinzip aber von dem bei der magnetischen Kopplung oder bei der bei Parallelschaltung der Sekundärwicklungen unterscheidet. Die Symmetrierung erfolgt gemäß diesem Ausführungsbeispiel über die Leistungsaufnahme der Primärstufen aus ihren jeweiligen Eingangskondensatoren. Unter der Annahme gleicher Übersetzungsverhältnisse bei allen Transformatoren, führt eine höhere Spannung eines Eingangskondensators für diese Primärstufe zur Übernahme eines größeren Anteils des Ausgangsstromes, wodurch auch die Stromaufnahme dieser Stufe auf der Primärseite steigt. Da durch die Reihenschaltung der Primärstufen nur ein gemeinsamer Strom von der Quelle bezogen werden kann, muss die Stromdifferenz in diesem Szenario von den Eingangskondensatoren übernommen werden, wodurch eine Umladung dieser und somit ein Angleichen Ihrer Spannungen stattfindet.By connecting the DC outputs 112 1 , ... 112 N of the converter output stages in parallel, the voltages across the input capacitors can be balanced or stabilized, although the functional principle differs from that of magnetic coupling or parallel connection of the secondary windings . According to this exemplary embodiment, balancing takes place via the power consumption of the primary stages from their respective input capacitors. Assuming the same transformation ratios for all transformers, a higher voltage of an input capacitor for this primary stage leads to the takeover of a larger proportion of the output current, which also increases the current consumption of this stage on the primary side. Since the series connection of the primary stages means that only a common current can be drawn from the source, the current difference in this scenario must be taken over by the input capacitors, which means that they are recharged and their voltages are adjusted.
Gemäß wiederum weiteren Ausführungsbeispielen kann die Symmetrierung der Spannungen an den einzelnen Primärstufen durch die unabhängige Einregelung der Eingangsleistung einer jeden Primärstufe erfolgen. According to further exemplary embodiments, the balancing of the voltages at the individual primary stages can take place by independently adjusting the input power of each primary stage.
Gemäß den in
Weitere AusführugsbeispieleMore examples
Die vorliegende Erfindung schafft, wie zuvor anhand der beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wurde, einen Gleichspannungswandler der ein Klemmen der Schalterspannung/en und ein Rückgewinnen der Energie aus der/den Streuinduktivität/en unter Verwendung der Klemmschaltungen gemäß
Gemäß Ausführungsbeispielen
- - kann die Gesamtschaltung aus einer oder mehreren Primärstufen bestehen,
- - wird beim Klemmen der Schalterspannung auf das n-fache der Eingangsspannung UInn einer Stufe, n*UInn, nur bei n-1 Primärstufen eine Klemmschaltung gemäß
8 oder9 benötigt, - - können alle anderen Primärstufen mit einer Diode vom ersten Anschluss 108an des Schalters Sn auf einen der Eingangskondensatoren einer höheren Primärstufe geklemmt werden, wobei beim Klemmen der Schalterspannung auf das n-fache der Eingangsspannung UInn einer Stufe, n*UIn, auf den Pluspol des Eingangskondensators CInn einer Stufe geklemmt wird, welcher n-1 Primärstufen höher liegt,
- - kann je nach Anzahl der Primärstufen nicht nur auf das doppelte der Eingangsspannung UInn einer Stufe geklemmt werden, mit der Klemmschaltung gemäß
8 kann bei n Stufen auf bis zu n*UIn geklemmt werden, mit der Klemmschaltung gemäß9 auf bis zu (n+1)*UIn, wobei- o bei der Klemmschaltung gemäß
8 die Reihenschaltung der beiden Dioden Dcl1n und Dcl2n beim Klemmen auf n*UIn jeweils zwischen n Eingangskondensatoren geschaltet ist, - o bei der Ausgestaltung der Klemmschaltung gemäß
9 nicht nur die Anzahl der Eingangskondensatoren, welche parallel zu ihrem ersten und zweiten Anschluss 200a und 200b in Reihe liegen, eine Rolle spielen, sondern auch, wie viele Stufen höher die Verbindung des ersten Anschlusses 200a im Vergleich zum drittenAnschluss 200c der Klemmschaltung gemäß9 erfolgt (siehe z.B. die Ausführungsform gemäß19 ), wobei die Summe C aus der Anzahl A von Eingangskondensatoren und der Anzahl B von Eingangskondensatoren dem Faktor entspricht, um welchen die Klemmspannung höher als die Spannung eines Eingangskondensators einer Stufe liegt, wobei- • die Anzahl A von Eingangskondensatoren diejenigen Eingangskondensatoren umfasst, welche parallel zum ersten und zweiten Anschluss 200a und 200b der Klemmschaltung gemäß
9 in Reihe liegen, und - • die Anzahl B von Eingangskondensatoren diejenigen Eingangskondensatoren umfasst, welche zwischen dem ersten Anschluss K1n einer Parallelschaltung der Stufe, mit welchem der erste Anschluss 200a der Klemmschaltung verbunden ist, und dem zweiten Anschluss K2n einer Parallelschaltungen der Stufe, deren Knotenpunkt K3n mit
dem dritten Anschluss 200c der Klemmschaltung gemäß9 verbunden ist, liegt, und
- • die Anzahl A von Eingangskondensatoren diejenigen Eingangskondensatoren umfasst, welche parallel zum ersten und zweiten Anschluss 200a und 200b der Klemmschaltung gemäß
- o bei der Klemmschaltung gemäß
- - kann die Symmetrierung der Spannungen über den Eingangskondensatoren auf verschiedene Weise erfolgen, z.B. durch
- o eine magnetische Kopplung der Wicklungen,
- o eine elektrische. Kopplung der Sekundärwicklungen,
- o eine elektrische. Kopplung auf der Sekundärseite nach der Gleichrichtung,
- o im Mittel gleiche Leistungsaufnahme der einzelnen Primärstufen,
- - können die Klemmschaltungen gemäß
8 und9 kombiniert werden.
- - the overall circuit can consist of one or more primary stages,
- - When the switch voltage is clamped to the n-fold of the input voltage U Inn of a stage, n*U Inn , a clamping circuit is only used in accordance with n-1 primary stages
8th or9 needed, - - All other primary stages can be clamped with a diode from the first terminal 108an of the switch S n to one of the input capacitors of a higher primary stage, with clamping of the switch voltage to n times the input voltage U Inn of a stage, n*U In , to the positive pole of the input capacitor C Inn of a stage is clamped, which is n-1 primary stages higher,
- - Depending on the number of primary stages, it can not only be clamped to twice the input voltage U Inn of a stage, with the clamping circuit according to
8th can be clamped at n levels up to n*U In , with the clamping circuit according to9 up to (n+1)*U In , where- o according to the clamping circuit
8th the series connection of the two diodes D cl1n and D cl2n is connected between n input capacitors when clamped to n*U In , - o according to the design of the clamping circuit
9 not only the number of input capacitors connected in series parallel to their first and 200a and 200b play a role, but also how many levels higher the connection of the first terminal 200a compared to the third terminal 200c of the clamp circuit according tosecond terminals 9 takes place (see, for example, the embodiment according to19 ), where the sum C of the number A of input capacitors and the number B of input capacitors corresponds to the factor by which the clamping voltage is higher than the voltage of an input capacitor of a stage, where- • the number A of input capacitors includes those input capacitors which are connected in parallel to the first and
200a and 200b of the clamping circuit according to FIGsecond terminals 9 line up, and - • the number B of input capacitors includes those input capacitors which are connected between the first terminal K1 n of a parallel circuit of the stage to which the first terminal 200a of the clamping circuit is connected and the second terminal K2 n of a parallel circuit of the stage whose node K3 n is connected to the third terminal 200c of the clamp circuit according to
9 connected, lies, and
- • the number A of input capacitors includes those input capacitors which are connected in parallel to the first and
- o according to the clamping circuit
- - the balancing of the voltages across the input capacitors can be done in different ways, eg by
- o a magnetic coupling of the windings,
- o an electric one. coupling of the secondary windings,
- o an electric one. coupling on the secondary side after rectification,
- o the same average power consumption of the individual primary stages,
- - can the clamping circuits according to
8th and9 be combined.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Induktivität Ln bzw. LWpn und der Schalter Sn einer Stufe so in Reihe verschaltet, dass der Schalter Sn einer Stufe zwischen den zweiten Anschluss 104bn der Stufe 104n und der Induktivität Ln bzw. LWpn geschaltet ist. Ein solcher Aufbau wird z.B. gewählt, wenn der Schalter Sn durch einen N-Ch-MOSFET realisiert wird.In the exemplary embodiments described above, the inductor L n or L Wpn and the switch S n of a stage are connected in series in such a way that the switch S n of a stage is connected between the second terminal 104b n of the
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen sind die Induktivität Ln bzw. LWpn und der Schalter Sn einer Stufe so in Reihe verschaltet, dass der Schalter Sn einer Stufe zwischen den ersten Anschluss 104an der Stufe 104n und der Induktivität Ln bzw. LWpn geschaltet ist. Ein solcher Aufbau wird z.B. gewählt, wenn der Schalter Sn durch einen P-Ch-MOSFET realisiert wird.According to further exemplary embodiments, the inductor L n or L Wpn and the switch S n of a stage are connected in series such that the switch S n of a stage is connected between the
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen umfasst ein erfindungsgemäßer Gleichspannungswandler eine Steuerung, welche mit Steueranschlüssen der aktiv ansteuerbaren Schaltelementen verbunden ist, um geeignete Signale zum Schalten derselben in den leitenden oder sperrenden Zustand anzulegen. Die Steuerung kann z.B. in Form eines Mikrocontrollers ausgestaltet sein.According to further exemplary embodiments, a DC-DC converter according to the invention includes a controller which is connected to control terminals of the actively controllable switching elements in order to apply suitable signals for switching the same to the conducting or blocking state. The controller can be designed, for example, in the form of a microcontroller.
Obwohl einige Aspekte des beschriebenen Konzepts im Kontext eines Geräts beschrieben wurden, ist es klar, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, wobei ein Block oder ein Gerät einem Verfahrensschritt oder einem Merkmal eines Verfahrensschritts entspricht. Analog dazu stellen Aspekte, welche im Zusammenhang mit einem Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder einer Vorrichtung oder eines Merkmals eines entsprechenden Geräts dar.Although some aspects of the concept described have been described in the context of a device, it is clear that these aspects also represent a description of the corresponding method, where a block or a device corresponds to a method step or a feature of a method step. Analogously, aspects that have been described in connection with a method step also represent a description of a corresponding block or a device or a feature of a corresponding device.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich illustrativ für die Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Details für Fachleute offensichtlich sind. Die Erfindung wird daher nur durch den Umfang der nachstehenden Patentansprüche begrenzt, nicht durch die spezifischen Details in der obigen Beschreibung und Erläuterung der Ausführungsführungsbeispiele.The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It is understood that modifications and variations to the arrangements and details described herein will be apparent to those skilled in the art. The invention is therefore only to be limited by the scope of the patent claims below, not by the specific details in the above description and explanation of the exemplary embodiments.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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