DE202020101549U1 - Circuit arrangement with several power electronics modules - Google Patents

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Abstract

Schaltungsanordnung (1) mit
- einem ersten zweipoligen Gleichspannungsanschluss (9) und einem zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschluss (14),
- wobei zwischen die beiden Pole (7, 8) des ersten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses (9) drei erste Halbbrücken (6) einer ersten Brückenschaltung (5) parallel geschaltet sind,
- wobei zwischen die beiden Pole (12, 13) des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses (14) drei zweite Halbbrücken (11) einer zweiten Brückenschaltung (10) parallel geschaltet sind und
- wobei erste Brückenmittelpunkte (15) der ersten Halbbrücken (6) mit zweiten Brückenmittelpunkten (16) der zweiten Halbbrücken (11) verbunden sind,
- wobei die erste Brückenschaltung (5) und die zweite Brückenschaltung (10) baugleich sind und jede der ersten und zweiten Halbbrücken (6, 11) jeweils einen aktiv ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter (3) zwischen jedem Pol (7, 8, 12, 13) des jeweiligen Gleichspannungsanschlusses (9, 14) und dem jeweiligen Brückenmittelpunkt (15, 16) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
- dass an die beiden Pole (12, 13) des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses (14) eine dritte Brückenschaltung (20) angeschlossen ist, die baugleich mit der ersten Brückenschaltung (5) und der zweiten Brückenschaltung (10) ist und deren drei dritte Halbbrücken (21) parallel zwischen die Pole (12, 13) des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses (14) geschaltet sind.

Figure DE202020101549U1_0000
Circuit arrangement (1) with
- a first two-pole DC voltage connection (9) and a second two-pole DC voltage connection (14),
- Three first half bridges (6) of a first bridge circuit (5) are connected in parallel between the two poles (7, 8) of the first two-pole DC voltage connection (9),
- Wherein between the two poles (12, 13) of the second two-pole DC voltage connection (14) three second half bridges (11) of a second bridge circuit (10) are connected in parallel and
- First bridge centers (15) of the first half bridges (6) are connected to second bridge centers (16) of the second half bridges (11),
- The first bridge circuit (5) and the second bridge circuit (10) are identical and each of the first and second half bridges (6, 11) each have an actively controllable power semiconductor switch (3) between each pole (7, 8, 12, 13) of the each DC connection (9, 14) and the respective bridge center (15, 16), characterized in that
- That a third bridge circuit (20) is connected to the two poles (12, 13) of the second two-pole DC voltage connection (14), which is structurally identical to the first bridge circuit (5) and the second bridge circuit (10) and their three third half bridges ( 21) are connected in parallel between the poles (12, 13) of the second two-pole DC voltage connection (14).
Figure DE202020101549U1_0000

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit einem ersten zweipoligen Gleichspannungsanschluss und einem zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschluss, wobei zwischen die beiden Pole des ersten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses drei erste Halbbrücken einer ersten Brückenschaltung parallel geschaltet sind, wobei zwischen die beiden Pole des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses drei zweite Halbbrücken einer zweiten Brückenschaltung parallel geschaltet sind und wobei erste Brückenmittelpunkte der ersten Halbbrücken mit zweiten Brückenmittelpunkten der zweiten Halbbrücken verbunden sind. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf Verwendungen einer solchen Schaltungsanordnung.The invention relates to a circuit arrangement with a first two-pole DC voltage connection and a second two-pole DC voltage connection, three first half bridges of a first bridge circuit being connected in parallel between the two poles of the first two-pole DC voltage connection, three third half bridges of one between the two poles of the second two-pole DC voltage connection second bridge circuit are connected in parallel and first bridge centers of the first half bridges are connected to second bridge centers of the second half bridges. Furthermore, the invention relates to uses of such a circuit arrangement.

Wenn hier und im Folgenden davon die Rede ist, dass Punkte der Schaltungsanordnung - wie die ersten und zweiten Brückenmittelpunkte - miteinander verbunden sind, so bedeutet dies, soweit nichts anderes angegeben ist, dass die jeweiligen Punkte elektrisch leitend und insbesondere galvanisch miteinander verbunden sind. Dies schließt jedoch nicht aus, dass in einer elektrischen Verbindungsleitung zwischen den Punkten ein elektrisches Bauteil, wie beispielsweise eine Drossel angeordnet ist.If here and in the following it is mentioned that points of the circuit arrangement - like the first and second bridge center points - are connected to one another, this means, unless otherwise stated, that the respective points are electrically conductive and in particular galvanically connected to one another. However, this does not rule out that an electrical component, such as a choke, is arranged in an electrical connecting line between the points.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Aus der DE 10 2006 016 501 A1 ist ein Leistungshalbleitermodul insbesondere für einen Solar-Wechselrichter bekannt. Das Leistungshalbleitermodul weist sechs in einer Drehstrom-Brückenschaltung verschaltete Dioden, drei abschaltbare Halbleiterschalter, die jeweils einer der Dioden einer unteren Brückenseite der Drehstrom-Brückenschaltung elektrisch parallel geschaltet sind, und eine die Brückenstränge der Drehstrom-Brückenschaltung kurzschließende Kurzschlussbrücke auf. Die Leistungshalbleiterschalter dieses Leistungshalbleitermoduls sind in einer B6-Brückenschaltung verschaltet, und das Leistungshalbleitermodul wird als „Sixpack“ bezeichnet. Das Leistungshalbleitermodul kann anstelle eines herkömmlichen IGBT-Sixpack-Leistungshalbleitermoduls eines lastseitigen Stromrichters eines kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichters angeordnet werden, um aus einem kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichter der Antriebstechnik einen Solar-Wechselrichter zu generieren. Bei einem herkömmlichen kondensatorlosen Spannungszwischenkreis-Umrichter sind zwei Leistungshalbleitermodule über einen Gleichspannungszwischenkreis miteinander verbunden, wobei die Brückenstränge der Drehstrom-Brückenschaltungen einen Drehstromeingang und einen Drehstromausgang des Spannungszwischenkreis-Umrichters ausbilden. Wenn ein solcher Spannungszwischenkreis-Umrichter durch Austausch eines seiner Sixpack-Leistungshalbleitermodule durch das eingangs dieses Absatzes definierte Leistungshalbleitermodul zu einem Solar-wechselrichter umgebaut ist, wird der Solargenerator zwischen die Kurzschlussbrücke und einen der Pole des Gleichspannungszwischenkreises angeschlossen.From the DE 10 2006 016 501 A1 a power semiconductor module is known in particular for a solar inverter. The power semiconductor module has six diodes connected in a three-phase bridge circuit, three semiconductor switches that can be switched off, each of which is electrically connected in parallel to one of the diodes of a lower bridge side of the three-phase bridge circuit, and a short-circuit bridge that short-circuits the bridge strands of the three-phase bridge circuit. The power semiconductor switches of this power semiconductor module are connected in a B6 bridge circuit, and the power semiconductor module is referred to as a “six pack”. The power semiconductor module can be arranged instead of a conventional IGBT six-pack power semiconductor module of a load-side converter of a capacitor-free voltage intermediate circuit converter in order to generate a solar inverter from a capacitor-free voltage intermediate circuit converter in drive technology. In a conventional capacitor-less voltage intermediate circuit converter, two power semiconductor modules are connected to one another via a direct voltage intermediate circuit, the bridge strands of the three-phase bridge circuits forming a three-phase input and a three-phase output of the voltage intermediate circuit converter. If such a DC link converter is converted to a solar power inverter by replacing one of its sixpack power semiconductor modules with the power semiconductor module defined at the beginning of this paragraph, the solar generator is connected between the short circuit bridge and one of the poles of the DC link.

Aus der WO 2010/069620 A1 ist ein transformatorloser Wechselrichter zur Einspeisung elektrischer Energie einer Gleichstromquelle in ein Wechselstromnetz bekannt. Der Wechselrichter weist eine Wechselrichterbrücke und einen der Wechselrichterbrücke vorgeschalteten DC/DC-Wandler auf, der eine zwischen Eingangsleitungen des Wechselrichters anliegende Eingangsgleichspannung in eine zwischen Eingangsleitungen der Wechselrichterbrücke anliegende Zwischenkreisgleichspannung umwandelt. Die Wechselrichterbrücke richtet die an ihren Eingangsleitungen anliegende Zwischenkreisgleichspannung in eine Ausgangswechselspannung um. Der DC/DC-Wandler umfasst mindestens einen eine Resonanzinduktivität und eine Resonanzkapazität aufweisenden Resonanzkreis, der eingangsseitig über mindestens zwei getaktete Schalter jeweils mit einer der beiden Eingangsleitungen des Wechselrichters elektrisch leitend verbindbar ist. Die Eingangsleitungen des Wechselrichters und die Eingangsleitungen der Wechselrichterbrücke sind auf kapazitive Weise galvanisch voneinander getrennt. Der Resonanzkreis ist ungeteilt und wechselweise mit den beiden Eingangsleitungen der Wechselrichterbrücke elektrisch leitend verbindbar. Der DC/DC-Wandler weist eine eingangsseitige Brückenschaltung mit drei Halbbrücken auf, die jeweils zwei Leistungshalbleiterschalter umfassen, wobei an jeden Brückenmittelpunkt zwischen den beiden Leistungshalbleiterschaltern einer der Resonanzkreise angeschlossen ist. Die Resonanzkreise können jeweils zum Mittelpunkt einer Halbbrücke eines ausgangsseitigen Gleichrichters des DC/DC-Wandlers führen. Die ausgangsseitig an den DC/DC-Wandler angeschlossene Wechselrichterbrücke kann ebenfalls drei Halbbrücken mit jeweils zwei Leistungshalbleiterschaltern aufweisen, über deren Brückenmittelpunkte ein dreiphasiger Wechselstrom ausgegeben wird.From the WO 2010/069620 A1 a transformerless inverter is known for feeding electrical energy from a direct current source into an alternating current network. The inverter has an inverter bridge and a DC / DC converter connected upstream of the inverter bridge, which converts an input DC voltage present between input lines of the inverter into a DC link voltage present between input lines of the inverter bridge. The inverter bridge converts the DC link voltage applied to its input lines into an AC output voltage. The DC / DC converter comprises at least one resonance circuit which has a resonance inductance and a resonance capacitance and which can be connected in an electrically conductive manner to one of the two input lines of the inverter via at least two clocked switches on the input side. The input lines of the inverter and the input lines of the inverter bridge are electrically isolated from one another in a capacitive manner. The resonance circuit is undivided and can be connected in an electrically conductive manner to the two input lines of the inverter bridge. The DC / DC converter has an input-side bridge circuit with three half-bridges, each comprising two power semiconductor switches, one of the resonance circuits being connected to each bridge center between the two power semiconductor switches. The resonance circuits can each lead to the center of a half bridge of an output-side rectifier of the DC / DC converter. The inverter bridge connected on the output side to the DC / DC converter can also have three half bridges, each with two power semiconductor switches, via the bridge center of which a three-phase alternating current is output.

Die DE 11 2008 003 489 T5 offenbart ein Brennstoffzellensystem mit einem DC/DC-Wandler mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 und mit einem an die beiden Pole eines zweipoligen Gleichspannungsanschlusses des DC/DC-Wandlers angeschlossenen Wechselrichter.The DE 11 2008 003 489 T5 discloses a fuel cell system with a DC / DC converter with the features of the preamble of independent claim 1 and with an inverter connected to the two poles of a two-pole DC voltage connection of the DC / DC converter.

Aus der US 2014/0117963 A1 ist ein weiterer, bidirektionaler DC/DC-Wandler mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 bekannt.From the US 2014/0117963 A1 Another, bidirectional DC / DC converter with the features of the preamble of independent claim 1 is known.

Die DE 10 2018 120 378 A1 offenbart einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine. The DE 10 2018 120 378 A1 discloses a drive train for a motor vehicle with an electrical machine.

Die DE 10 2018 114 740 A1 offenbart ein elektrisches Antriebssystem unter Verwendung eines DC/DC-Wandlers.The DE 10 2018 114 740 A1 discloses an electric drive system using a DC / DC converter.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung mit einem ersten zweipoligen Gleichspannungsanschluss und einem zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschluss aufzuzeigen, die universell verwendbar und aufgrund dieser universellen Verwendbarkeit möglichen großen Stückzahlen kostengünstig herstellbar ist.The invention has for its object to provide a circuit arrangement with a first two-pole DC voltage connection and a second two-pole DC voltage connection, which can be used universally and because of this universal usability large quantities can be produced inexpensively.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wir durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 14 betreffen bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Die Ansprüche 15 bis 18 sind auf bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gerichtet.The object of the invention is achieved by a circuit arrangement with the features of independent claim 1. The dependent claims 2 to 14 relate to preferred embodiments of the circuit arrangement according to the invention. Claims 15 to 18 are directed to preferred use of the circuit arrangement according to the invention.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Eine Schaltungsanordnung mit einem ersten zweipoligen Gleichspannungsanschluss und einem zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschluss, wobei zwischen die beiden Pole des ersten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses drei erste Halbbrücken einer ersten Brückenschaltung parallel geschaltet sind, wobei zwischen die beiden Pole des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses drei zweite Halbbrücken einer zweiten Brückenschaltung parallel geschaltet sind, wobei erste Brückenmittelpunkte der ersten Halbbrücken zweiten Brückenmittelpunkten der zweiten Halbbrücken verbunden sind und wobei die erste Brückenschaltung und die zweite Brückenschaltung baugleich sind und jede der ersten und zweiten Halbbrücken jeweils einen aktiv ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter zwischen jedem Pol des jeweiligen Gleichspannungsanschlusses und dem jeweiligen Brückenmittelpunkt aufweist, ist an die beiden Pole des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses eine dritte Brückenschaltung angeschlossen, die baugleich mit der ersten Brückenschaltung und der zweiten Brückenschaltung ist und deren drei dritte Halbbrücken parallel zwischen die Pole des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses geschaltet sind.A circuit arrangement with a first two-pole DC voltage connection and a second two-pole DC voltage connection, wherein three first half bridges of a first bridge circuit are connected in parallel between the two poles of the first two-pole DC voltage connection, three third half bridges of a second bridge circuit being connected in parallel between the two poles of the second two-pole DC voltage connection , wherein first bridge midpoints of the first half bridges are connected to second bridge midpoints of the second half bridges and wherein the first bridge circuit and the second bridge circuit are identical and each of the first and second half bridges each has an actively controllable power semiconductor switch between each pole of the respective DC voltage connection and the respective bridge midpoint a third bridge circuit is attached to the two poles of the second two-pole DC voltage connection closed, which is identical to the first bridge circuit and the second bridge circuit and whose three third half bridges are connected in parallel between the poles of the second two-pole DC voltage connection.

Die Gleichartigkeit der beiden Brückenschaltungen und der aktiv ansteuerbare Leistungshalbleiterschalter in jedem Zweig jeder der Halbbrücken stellt eine bidirektionale erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sicher. Dabei bedeutet die aktive Ansteuerbarkeit jedes Leistungshalbleiterschalters insbesondere, dass er grundsätzlich unabhängig und damit zu anderen Zeitpunkten ansteuerbar ist als die anderen Leistungshalbleiterschalter. Dies schließt natürlich nicht aus, dass beispielsweise die mit demselben Pol eines der Gleichspannungsanschlüsse verbundenen Leistungshalbleiterschalter synchron getaktet, das heißt angesteuert werden. Diese an denselben Pol eines der Gleichspannungsanschlüsse angeschlossenen Leistungshalbleiterschalter können aber beispielsweise auch gezielt um 120° phasenversetzt zueinander getaktet werden. Dass die Leistungshalbleiterschalter aktiv ansteuerbar sind erfordert jedoch nicht, dass sie als bidirektionale Schalter ausgebildet sind. Vielmehr können und werden die Leistungshalbleiterschalter in der Regel antiparallele Bodydioden aufweisen oder mit antiparallelen Bypassdioden kombiniert sein.The similarity of the two bridge circuits and the actively controllable power semiconductor switch in each branch of each of the half bridges ensures a bidirectional circuit arrangement according to the invention. The active controllability of each power semiconductor switch means in particular that it is fundamentally independent and can therefore be controlled at different times than the other power semiconductor switches. Of course, this does not rule out the fact that, for example, the power semiconductor switches connected to the same pole of one of the DC voltage connections are clocked synchronously, that is to say driven. However, these power semiconductor switches connected to the same pole of one of the DC voltage connections can, for example, also be clocked in a specifically shifted manner by 120 ° to one another. However, the fact that the power semiconductor switches can be actively controlled does not require that they be designed as bidirectional switches. Rather, the power semiconductor switches can and will generally have anti-parallel body diodes or be combined with anti-parallel bypass diodes.

Wenn hier und im Folgenden davon die Rede ist, dass zum Beispiel die erste Brückenschaltung und die zweite Brückenschaltung baugleich sind, so bedeutet dies, dass diese zumindest im Wesentlichen identisch sind, so dass sie untereinander austauschbar sind. Die beiden Brückenschaltungen sind also insbesondere durch dieselben Schaltbilder darstellbar, und sie weisen dieselben Funktionalitäten auf. Vollkommen identisch sind die beiden Brückenschaltungen, wenn sie beispielsweise auch anhand des Fabrikats ihrer Bauteile nicht unterscheidbar sind. Dabei sind derartige vollkommen identische Brückenschaltungen bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nicht nur aus dem Gesichtspunkt einer absoluten Bidirektionalität der Schaltungsanordnung bevorzugt, sondern auch aus dem Aspekt einer Gleichteiligkeit, weil zum Aufbau der Schaltungsanordnung für beide Brückenschaltungen auf dieselbe Baugruppe zurückgegriffen werden kann. Eine Baugleichheit der und eine Gleichheit der Funktionalitäten bedeutet jedoch nicht, dass die die erste Brückenschaltung und die zweite Brückenschaltung im Betrieb der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in gleicher Weise angesteuert werden müssen. Durch die Baugleichheit der beiden Brückenschaltungen ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung insoweit modular, als dass sie zwei gleiche und zumindest potentiell austauschbare Module in Form der beiden Brückenschaltungen umfasst.If here and in the following it is mentioned that, for example, the first bridge circuit and the second bridge circuit are of identical construction, this means that these are at least essentially identical, so that they are interchangeable. The two bridge circuits can thus be represented in particular by the same circuit diagrams and they have the same functionalities. The two bridge circuits are completely identical if, for example, they cannot be distinguished based on the make of their components. Such completely identical bridge circuits are preferred in the circuit arrangement according to the invention not only from the point of view of an absolute bidirectionality of the circuit arrangement, but also from the aspect of uniformity, because the same assembly can be used for the construction of the circuit arrangement for both bridge circuits. However, an identical construction and an identical functionality does not mean that the first bridge circuit and the second bridge circuit have to be controlled in the same way during operation of the circuit arrangement according to the invention. Due to the identical construction of the two bridge circuits, the circuit arrangement according to the invention is modular in that it comprises two identical and at least potentially interchangeable modules in the form of the two bridge circuits.

Zusätzlich können alle Leistungshalbleiterschalter in den Zweigen der ersten und der zweiten Halbbrücke baugleich und damit von gleichem Fabrikat und Typ sein.In addition, all power semiconductor switches in the branches of the first and the second half bridge can be of the same construction and thus of the same make and type.

Weiterhin kann jede der ersten und zweiten Halbbrücken als ein Leistungselektronikbaustein ausgebildet sein, wobei dann die Leistungselektronikbausteine der Halbbrücken beider Brückenschaltungen baugleich oder identisch sind. Durch die Baugleichheit der Leistungselektronikbausteine ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch insoweit modular, als dass sie sechs gleiche und zumindest potentiell austauschbare Module in Form Leistungselektronikbausteine der beiden Brückenschaltungen umfasst.Furthermore, each of the first and second half bridges can be designed as a power electronics module, in which case the Power electronics components of the half bridges of both bridge circuits are identical or identical. Due to the identical construction of the power electronics modules, the circuit arrangement according to the invention is also modular in that it comprises six identical and at least potentially interchangeable modules in the form of power electronics modules of the two bridge circuits.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist jede der Brückenschaltungen als einer von zwei baugleichen Stacks ihrer Leistungshalbleiterschalter oder der Leistungselektronikbausteine ausgebildet. Jeder der Leistungshalbleiterschalter oder der Leistungselektronikbausteine kann dabei ein gleiches und zumindest potentiell austauschbares Modul des jeweiligen Stacks sein.In a preferred embodiment of the circuit arrangement according to the invention, each of the bridge circuits is designed as one of two identical stacks of its power semiconductor switches or the power electronics components. Each of the power semiconductor switches or the power electronics modules can be the same and at least potentially interchangeable module of the respective stack.

Jeder der Leistungselektronikbausteine bzw. der Stacks kann einen parallel zu den ersten oder zweiten Halbbrücken zwischen die Pole des jeweiligen Gleichspannungsanschlusses geschalteten Kondensator umfassen, der eine Zwischenkreiskapazität bereitstellt.Each of the power electronics modules or the stacks can comprise a capacitor which is connected in parallel with the first or second half bridges between the poles of the respective DC voltage connection and which provides an intermediate circuit capacitance.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind die Brückenmittelpunkte der ersten Halbbrücke und der zweiten Halbbrücke miteinander verbunden. Dabei kann jeweils einer der ersten Brückenmittelpunkte der ersten Halbbrücke mit einem der zweiten Brückenmittelpunkte der zweiten Halbbrücke verbunden sein, oder alle ersten Brückenmittelpunkte der ersten Halbbrücken können zusammen mit allen zweiten Brückenmittelpunkten der zweiten Halbbrücken verbunden sein. Die miteinander verbundenen Brückenmittelpunkte der ersten und zweiten Halbbrücken bilden einen Stromzwischenkreis zwischen den beiden Brückenschaltungen aus. In der Verbindung der Brückenmittelpunkte der ersten Halbbrücken und der zweiten Halbbrücken kann mindestens eine Drossel angeordnet sein. Wenn es sich nur um eine Drossel handelt, ist diese zwischen den miteinander verbundenen Brückenmittelpunkten der ersten Halbbrücke einerseits und den miteinander Brückenmittelpunkten der zweiten Halbbrücke andererseits angeordnet. Vorzugsweise ist jedoch jeder der ersten Brückenmittelpunkte der ersten Halbbrücken mit einem der Brückenmittelpunkte einer der zweiten Halbbrücken über eine separate Drossel verbunden. In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, wenn eine Steuerung der Schaltungsanordnung so ausgebildet ist, dass sie zumindest in einem Betriebsmodus die Leistungshalbleiterschalter der ersten Halbbrücken und/oder der zweiten Halbbrücken um jeweils 120° zueinander phasenversetzt ansteuert. So wird ein Stromfluss zwischen den beiden zweipoligen Gleichspannungsanschlüssen der Schaltungsanordnung in vorteilhafter Weise vergleichmäßigt.In the circuit arrangement according to the invention, the bridge center points of the first half bridge and the second half bridge are connected to one another. One of the first bridge center points of the first half bridge can be connected to one of the second bridge center points of the second half bridge, or all first bridge center points of the first half bridge can be connected together with all second bridge center points of the second half bridge. The interconnected center points of the first and second half bridges form an intermediate circuit between the two bridge circuits. At least one throttle can be arranged in the connection of the bridge center points of the first half bridges and the second half bridges. If it is only a throttle, this is arranged between the interconnected bridge centers of the first half bridge on the one hand and the bridge centers of the second half bridge on the other hand. However, each of the first bridge center points of the first half bridges is preferably connected to one of the bridge center points of one of the second half bridges via a separate throttle. In this case, it is particularly preferred if a control of the circuit arrangement is designed in such a way that it controls the power semiconductor switches of the first half bridges and / or the second half bridges in each case at 120 ° out of phase with one another, at least in one operating mode. A current flow between the two two-pole DC voltage connections of the circuit arrangement is thus evened out in an advantageous manner.

Konkret kann die Steuerung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung so ausgebildet sein, dass sie die Leistungshalbleiterschalter der ersten Brückenschaltung und der zweiten Brückenschaltung ansteuert, um einen Gleichspannungssteller zwischen den beiden Polen des ersten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses und den beiden Polen des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses auszubilden. Das heißt, die Steuerung der Schaltungsanordnung kann die Leistungshalbleiterschalter so ansteuern, dass zwischen den beiden Gleichspannungsanschlüssen eine Spannungsdifferenz eingestellt wird. Daher kann ein Strom zwischen den Gleichspannungsanschlüssen in der oder gegen die Richtung des Spannungsunterschieds getrieben werden.Specifically, the control of the circuit arrangement according to the invention can be designed such that it controls the power semiconductor switches of the first bridge circuit and the second bridge circuit in order to form a DC voltage regulator between the two poles of the first two-pole DC voltage connection and the two poles of the second two-pole DC voltage connection. This means that the control of the circuit arrangement can control the power semiconductor switches in such a way that a voltage difference is set between the two DC voltage connections. Therefore, a current between the DC voltage terminals can be driven in or against the direction of the voltage difference.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist einer der beiden Pole des ersten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses in der Regel direkt mit einem der beiden Pole des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses verbunden. Die miteinander verbundenen Pole bilden einen gemeinsames Bezugspotential für die über den beiden Gleichspannungsanschlüssen anliegenden Spannungen aus.In the circuit arrangement according to the invention, one of the two poles of the first two-pole DC voltage connection is generally connected directly to one of the two poles of the second two-pole DC voltage connection. The poles connected to one another form a common reference potential for the voltages present across the two DC voltage connections.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist drei baugleiche und damit vorzugsweise identische Baugruppen auf, die jeweils eine Brückenschaltung ausbilden. So ist an die beiden Pole des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses eine dritte Brückenschaltung angeschlossen sein, die baugleich mit der ersten Brückenschaltung und der zweiten Brückenschaltung ist und deren drei dritte Halbbrücken parallel zwischen die Pole des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses geschaltet sind. Dabei kann zwischen die beiden Pole des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses ein zusätzlicher Kondensator als Zwischenkreiskapazität geschaltet sein, die die Spannung zwischen den beiden Polen des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses stabilisiert.The circuit arrangement according to the invention has three identical and therefore preferably identical assemblies, each of which forms a bridge circuit. A third bridge circuit is connected to the two poles of the second two-pole DC voltage connection, which is identical in construction to the first bridge circuit and the second bridge circuit and whose three third half-bridges are connected in parallel between the poles of the second two-pole DC voltage connection. In this case, an additional capacitor can be connected as an intermediate circuit capacitance between the two poles of the second two-pole DC voltage connection, which capacitor stabilizes the voltage between the two poles of the second two-pole DC voltage connection.

Die Steuerung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann insbesondere so ausgebildet sein, dass sie die Leistungshalbleiterschalter der dritten Brückenschaltung ansteuert, um einen dreiphasigen Wechselrichter zwischen den beiden Polen des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses und dritten Brückenmittelpunkten der dritten Halbbrücke auszubilden. Grundsätzlich können diese dritten Brückenmittelpunkte der dritten Halbbrücke aber auch miteinander verbunden sein, und die Steuerung der Schaltungsanordnung kann so ausgebildet sein, dass sie die Leistungshalbleiterschalter der dritten Brückenschaltung ansteuert, um einen einphasigen Wechselrichter zwischen den beiden Polen des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses und den miteinander verbundenen dritten Brückenmittelpunkten der dritten Halbbrücke auszubilden.The control of the circuit arrangement according to the invention can in particular be designed such that it controls the power semiconductor switches of the third bridge circuit in order to form a three-phase inverter between the two poles of the second two-pole DC voltage connection and third bridge centers of the third half bridge. In principle, however, these third bridge midpoints of the third half-bridge can also be connected to one another, and the control of the circuit arrangement can be designed such that it controls the power semiconductor switches of the third bridge circuit by a single-phase inverter between the two poles of the second two-pole DC voltage connection and the one another to form connected third bridge midpoints of the third half bridge.

Bei einer erfindungsgemäßen Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird an die beiden Pole des ersten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses eine erste Spannungsquelle und an die beiden Pole des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses eine zweite Spannungsquelle angeschlossen. So kann elektrische Leistung zwischen den beiden Spannungsquellen transferiert werden. Insbesondere kann die an einem der beiden Gleichspannungsanschlüsse von der direkt daran angeschlossenen Spannungsquelle bereitgestellte Spannung durch Zufuhr von elektrischer Leistung zu beziehungsweise Abfuhr von elektrischer Leistung von der an den anderen der Gleichspannungsanschlüsse angeschlossenen Spannungsquelle stabilisiert werden. Wenn die dritte Brückenschaltung an die beiden Pole des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses angeschlossen ist, kann in der Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung an die dritten Brückenmittelpunkte der dritten Halbbrücke ein Wechselstromnetz angeschlossen sein, in das über die dritte Brückenschaltung elektrische Leistung von den an den ersten und den zweiten Gleichspannungsanschluss angeschlossenen ersten und zweiten Spannungsquellen eingespeist wird.When the circuit arrangement according to the invention is used, a first voltage source is connected to the two poles of the first two-pole DC voltage connection and a second voltage source is connected to the two poles of the second two-pole DC voltage connection. This allows electrical power to be transferred between the two voltage sources. In particular, the voltage provided at one of the two DC voltage connections by the voltage source directly connected to it can be stabilized by supplying electrical power to or discharging electrical power from the voltage source connected to the other of the DC voltage connections. If the third bridge circuit is connected to the two poles of the second two-pole DC voltage connection, an AC network can be connected to the third bridge center points of the third half-bridge in the use of the circuit arrangement according to the invention, into which electrical power from the first to the second and the second can be connected via the third bridge circuit DC voltage connection connected first and second voltage sources is fed.

Konkret kann die eingespeiste elektrische Leistung im Wesentlichen von einem Photovoltaikgenerator stammen, der Teil der zweiten Spannungsquelle ist. Dabei kann die erste Spannungsquelle eine Batterie, das heißt allgemein ein Leistungspuffer oder auch eine Ersatzspannungsquelle sein, die Leistungsschwankungen des Photovoltaikgenerators kompensiert. Zudem kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in der erfindungsgemäßen Verwendung zur Spitzenlastkappung und/oder Regelleistungserbringung für das Wechselstromnetz betrieben werden, wobei eine Leistungsabgabe aus beiden Spannungsquellen erfolgen kann, während eine Leistungsaufnahme vorwiegend durch eine als Batterie ausgebildete erste Spannungsquelle erfolgt.Specifically, the electrical power fed in can essentially come from a photovoltaic generator which is part of the second voltage source. The first voltage source can be a battery, that is to say generally a power buffer or an alternative voltage source, which compensates for power fluctuations in the photovoltaic generator. In addition, the circuit arrangement according to the invention can be operated in the use according to the invention for peak load capping and / or provision of control power for the AC network, power being able to be output from both voltage sources, while power consumption is predominantly carried out by a first voltage source designed as a battery.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Ansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Gebrauchsmusters Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Ansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Ansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Ansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Ansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.Advantageous developments of the invention result from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the description are only examples and can have an alternative or cumulative effect without the advantages necessarily having to be achieved by embodiments according to the invention. Without changing the subject matter of the appended claims, the following applies with regard to the disclosure content of the original application documents and the utility model: Further features can be found in the drawings, in particular the geometries shown and the relative dimensions of a plurality of components to one another, as well as their relative arrangement and operative connection. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different claims is also possible, deviating from the selected back relationships of the claims and is hereby suggested. This also applies to those features which are shown in separate drawings or mentioned in the description. These features can also be combined with features of different claims. Features listed in the claims can also be omitted for further embodiments of the invention.

Die in den Ansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs „mindestens“ bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Kondensator die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Kondensator zwei Kondensatoren oder mehr Kondensatoren vorhanden sind. Die in den Ansprüchen angeführten Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, die das jeweilige Erzeugnis bzw. die jeweilige Verwendung aufweist.The number of features mentioned in the claims and the description are to be understood in such a way that precisely this number or a greater number than the number mentioned is present without the explicit use of the adverb “at least” being required. If, for example, a capacitor is mentioned, this should be understood to mean that exactly one capacitor has two capacitors or more capacitors. The features cited in the claims can be supplemented by other features or be the only features that the respective product or the respective use has.

Die in den Ansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Ansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Ansprüche leichter verständlich zu machen.The reference numerals contained in the claims do not limit the scope of the objects protected by the claims. They serve only the purpose of making the claims easier to understand.

FigurenlisteFigure list

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.

  • 1 ist ein Schaltbild einer ersten Schaltungsanordnung.
  • 2 ist ein Ansteuerschema für Halbleiterleistungsschalter der Schaltungsanordnung gemäß 1.
  • 3 ist ein Schaltbild einer zweiten Schaltungsanordnung.
  • 4 ist ein Ansteuerschema für Leistungshalbleiterschalter der Schaltungsanordnung gemäß 3 über ihre Verwendung als Tiefsetzsteller.
  • 5 ist ein Ansteuerschema für die Leistungshalbleiterschalter der Schaltungsanordnung gemäß 3 bei ihrer Verwendung als Hochsetzsteller.
  • 6 ist ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung; und
  • 7 ist ein Ansteuerschema für ein zusätzlichen Leistungshalbleiterschalter der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gemäß 6.
The invention is further explained and described below with reference to preferred exemplary embodiments illustrated in the figures.
  • 1 is a circuit diagram of a first circuit arrangement.
  • 2nd is a control diagram for semiconductor circuit breakers according to the circuit arrangement 1 .
  • 3rd is a circuit diagram of a second circuit arrangement.
  • 4th is a control diagram for power semiconductor switches according to the circuit arrangement 3rd about their use as a buck converter.
  • 5 is a control diagram for the power semiconductor switch according to the circuit arrangement 3rd when used as a step-up converter.
  • 6 is a circuit diagram of a circuit arrangement according to the invention; and
  • 7 is a control diagram for an additional power semiconductor switch of the embodiment of the circuit arrangement according to the invention 6 .

FIGURENBESCHREIBUNGFIGURE DESCRIPTION

Die in 1 dargestellte Schaltungsanordnung 1 umfasst zwei identische Stacks 2 von jeweils sechs Leistungshalbleiterschaltern 3 und einem Kondensator 4. Die Nummerierung S1 bis S6 beziehungsweise S7 bis S12 der Leistungshalbleiterschalter 3 in den beiden Stacks 2 dient ausschließlich der Unterscheidbarkeit bei der Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter 3 durch eine nicht dargestellte Steuerung. Trotz der unterschiedlichen Nummern S1 bis S12 sind alle Leistungshalbleiterschalter 3 identisch ausgebildet. Die Leistungshalbleiterschalter 3 mit den Nummern S1 bis S6 des einen Stacks 2 sind zu einer ersten Brückenschaltung 5 mit drei Halbbrücken 6 zwischen Polen 7 und 8 eines ersten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses 9 verschaltet. Dabei stellt der Kondensator 4 dieses Stacks 2 eine Zwischenkreiskapazität für einen eingangsseitigen Gleichspannungszwischenkreis der ersten Brückenschaltung 5 bereit. Entsprechend sind die Leistungshalbleiterschalter mit den Nummern S7 bis S12 zu einer zweiten Brückenschaltung 10 mit drei Halbbrücken 11 zwischen Polen 12 und 13 eines zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses 14 verschaltet, wobei der Kondensator 4 des entsprechenden Stacks 2 eine Zwischenkreiskapazität des eingangsseitigen Gleichspannungszwischenkreises der Brückenschaltung 10 ausbildet. Brückenmittelpunkte 15 der Halbbrücken 6 und Brückenmittelpunkte 16 der Halbbrücken 11 sind über eine Drossel 17 miteinander verbunden, wobei der eine Anschluss der Drossel 17 zu den Brückenmittelpunkten 15 und der andere Anschluss der Drossel 17 zu den Brückenmittelpunkten 16 verzweigt. Weiterhin sind die beiden Brückenschaltungen 5 und 10 durch eine Leitung 18 verbunden, die die Pole 8 und 13 der Gleichspannungsanschlüsse 9 und 14 miteinander verbindet. Auf diese Weise ist zwischen den beiden Brückenschaltungen 5 und 10 ein Stromzwischenkreis ausgebildet. Die Halbleiterschalter 3 sind jeweils so ausgebildet, dass sie nur in der Stromflussrichtung von plus nach minus sperren und in der Gegenrichtung aufgrund einer Bodydiode 19 permanent leitend sind.In the 1 circuit arrangement shown 1 comprises two identical stacks 2nd of six power semiconductor switches each 3rd and a capacitor 4th . The numbering S1 to S6 respectively S7 to S12 the power semiconductor switch 3rd in the two stacks 2nd only serves to differentiate between the control of the power semiconductor switches 3rd by a controller, not shown. Despite the different numbers S1 to S12 are all power semiconductor switches 3rd identically trained. The power semiconductor switches 3rd with the numbers S1 to S6 of one stack 2nd are to a first bridge circuit 5 with three half bridges 6 between poles 7 and 8th a first two-pole DC voltage connection 9 interconnected. The capacitor provides 4th this stack 2nd an intermediate circuit capacitance for an input-side direct voltage intermediate circuit of the first bridge circuit 5 ready. The power semiconductor switches with the numbers are corresponding S7 to S12 to a second bridge circuit 10th with three half bridges 11 between poles 12th and 13 a second two-pole DC voltage connection 14 interconnected, the capacitor 4th the corresponding stack 2nd an intermediate circuit capacitance of the input-side direct voltage intermediate circuit of the bridge circuit 10th trains. Bridge centers 15 the half bridges 6 and bridge centers 16 the half bridges 11 are about a throttle 17th connected to each other, the one connection of the choke 17th to the bridge centers 15 and the other connection of the throttle 17th to the bridge centers 16 branches. Furthermore, the two bridge circuits 5 and 10th through a line 18th connected that the poles 8th and 13 of the DC voltage connections 9 and 14 connects with each other. This way is between the two bridge circuits 5 and 10th an intermediate circuit is formed. The semiconductor switch 3rd are each designed so that they only block in the current flow direction from plus to minus and in the opposite direction due to a body diode 19th are permanently conductive.

Die Schaltungsanordnung 1 ist zwischen den Gleichspannungsanschlüssen 9 und 14 als Hochsetzsteller oder Tiefsetzsteller verwendbar, das heißt ihre Leistungshalbleiterschalter 3 sind ansteuerbar, um einen Strom und damit einen Energiefluss von einer höheren Eingangsspannung U1 an dem ersten Gleichspannungsanschluss 9 in Richtung zu einer niedrigeren Ausgangsgleichspannung U2 an dem zweiten Gleichspannungsanschluss 14 hervorzurufen oder auch zu einer höheren Gleichspannung U2 an dem zweiten Gleichspannungsanschluss 14. 2 zeigt ein Ansteuerschema, bei dem konkret die Leistungshalbleiterschalter S1, S3 und S5 synchron getaktet werden, um einen Energiefluss von einer höheren Eingangsspannung U1 zu einer niedrigeren Ausgangsspannung U2 hervorzurufen, das heißt die Schaltungsanordnung 1 als Tiefsetzsteller zu betreiben.The circuit arrangement 1 is between the DC voltage connections 9 and 14 usable as a step-up converter or step-down converter, that is, their power semiconductor switches 3rd are controllable for a current and thus an energy flow from a higher input voltage U1 at the first DC voltage connection 9 towards a lower DC output voltage U2 at the second DC voltage connection 14 or to a higher DC voltage U2 at the second DC voltage connection 14 . 2nd shows a control diagram, in which the power semiconductor switch S1 , S3 and S5 be clocked synchronously to an energy flow from a higher input voltage U1 to a lower output voltage U2 to cause, that is, the circuit arrangement 1 to operate as a buck converter.

Die Schaltungsanordnung 1 gemäß 3 unterscheidet sich von der Schaltungsanordnung 1 gemäß 1 dadurch, dass hier die Brückenmittelpunkte 15 der Halbbrücken 6 der ersten Brückenschaltung 5 und die Brückenmittelpunkte 16 der Halbbrücken 11 der zweiten Brückenschaltung 10 nicht jeweils untereinander verbunden sind, sondern jeweils ein Brückenmittelpunkt 15 mit einem Brückenmittelpunkt 16 über eine separate Drossel 17 verbunden ist. Ansonsten sind die Schaltungsanordnungen 1 identisch. Insbesondere können auch dieselben Stacks 2 zu ihrer Realisierung verwendet werden, wie zu Realisierung der Schaltungsanordnung 1 gemäß 1.The circuit arrangement 1 according to 3rd differs from the circuit arrangement 1 according to 1 in that here the bridge centers 15 the half bridges 6 the first bridge circuit 5 and the bridge centers 16 the half bridges 11 the second bridge circuit 10th are not connected to each other, but rather a bridge center 15 with a bridge center 16 via a separate choke 17th connected is. Otherwise, the circuit arrangements 1 identical. In particular, the same stacks can also be used 2nd be used for their implementation, as for the implementation of the circuit arrangement 1 according to 1 .

4 zeigt ein Ansteuerschema für die Leistungshalbleiterschalter 3 der Schaltungsanordnung 1 gemäß 3, um dann, wenn die Eingangsgleichspannung U1 größer als die Ausgangsgleichspannung U2 ist, einen Energiefluss von dem ersten Gleichspannungsanschluss 9 zu dem zweiten Gleichspannungsanschluss 14 hervorzurufen. Dazu werden die Leistungshalbleiterschalter 3 mit den Nummern S1, S3 und S5 hier versetzt zueinander getaktet. In der Folge fließen zeitlich zueinander versetzte Teilströme durch die Drosseln 17, und entsprechend fließen zeitlich versetzt zueinander Ladungen aus dem eingangsseitigen Gleichspannungszwischenkreis zwischen den Polen 7 und 8 in den ausgangsseitigen Gleichspannungszwischenkreis zwischen den Polen 12 und 13 ab. Der auf diese Weise vergleichmäßigte Stromfluss bedeutet einen reduzierten Stromrippel bei dieser Verwendung der Schaltungsanordnung 1 als Tiefsetzsteller. 4th shows a control scheme for the power semiconductor switch 3rd the circuit arrangement 1 according to 3rd to then when the input DC voltage U1 greater than the DC output voltage U2 is an energy flow from the first DC voltage connection 9 to the second DC voltage connection 14 to evoke. To do this, the power semiconductor switches 3rd with the numbers S1 , S3 and S5 here clocked offset to each other. As a result, partial currents staggered in time flow through the chokes 17th , and accordingly, charges flow from the input DC link between the poles at different times 7 and 8th in the output DC link between the poles 12th and 13 from. The current flow which is evened out in this way means a reduced current ripple when the circuit arrangement is used 1 as a buck converter.

5 zeigt ein Ansteuerschema bei Verwendung der Schaltungsanordnung 1 als Hochsetzsteller, also um einen Energiefluss von dem Gleichspannungsanschluss 9 zu dem Gleichspannungsanschluss 14 hervorzurufen, wenn die eingangsseitige Gleichspannung U1 kleiner als die ausgangsseitige Gleichspannung U2 ist. In diesem Fall werden die Leistungshalbleiterschalter 3 mit den Nummern S8, S10 und S12 um 120° phasenversetzt zueinander getaktet, was auch hier wieder einen vergleichmäßigten Stromfluss mit reduziertem Stromrippel zur Folge hat. 5 shows a control scheme when using the circuit arrangement 1 as a step-up converter, i.e. an energy flow from the DC voltage connection 9 to the DC voltage connection 14 cause if the input side DC voltage U1 less than the DC voltage on the output side U2 is. In this case, the power semiconductor switches 3rd with the numbers S8 , S10 and S12 clocked at 120 ° out of phase with each other, which again results in a more uniform current flow with reduced current ripple.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 gemäß 6 ist gegenüber der Ausführungsform gemäß 3 ein zusätzlicher Stack 2 vorgesehen, der identisch mit den beiden Stacks 2 zwischen den beiden Gleichspannungsanschlüssen 9 und 14 ist. Die Leistungshalbleiterschalter 3 mit den Nummern S13 bis S18 dieses zusätzlichen Stacks 2 bilden eine dritte Brückenschaltung 20 aus, deren Halbbrücken 21 zwischen den Polen 12 und 13 des zweiten Gleichspannungsanschlusses verlaufen. Brückenmittelpunkte 22 dieser Halbbrücken 21 führen zu einem Wechselstromnetz 23. Die Leistungshalbleiterschalter 3 mit den Nummern S13 bis S18 werden so angesteuert, dass die dritte Brückenschaltung 20 als DC/AC-Wandler zwischen einem Gleichspannungszwischenkreis 24 zwischen den Polen 12 und 13 und dem Wechselstromnetz 23 dient. In diesem Gleichspannungszwischenkreis 24 kann zusätzlich zu den Zwischenkreiskondensatoren 4 der angrenzenden Stacks 2 ein Zwischenkreiskondensator 25 angeordnet sein. Geladen wird der Zwischenkreis 24 durch einen Photovoltaikgenerator 26, der an den zweiten Gleichspannungsanschluss 14 angeschlossen ist. An den ersten Gleichspannungsanschluss 9 ist hingegen eine Batterie 27 angeschlossen, die über den bidirektionalen DC/DC-Wandler aus der ersten Brückenschaltung 5 und der zweiten Brückenschaltung 10 bedarfsweise geladen und entladen werden kann. Die Leistungshalbleiterschalter 3 der Schaltungsanordnung 1 gemäß 6 können insgesamt auch so angesteuert werden, dass mit der Schaltungsanordnung 1 eine Spitzenlast-Kappung und/oder eine Regelleistungserbringung für das Wechselstromnetz 23 betrieben wird.In the circuit arrangement according to the invention 1 according to 6 is compared to the embodiment 3rd an additional stack 2nd provided the identical to the two stacks 2nd between the two DC voltage connections 9 and 14 is. The power semiconductor switches 3rd with the numbers S13 to S18 of this additional stack 2nd form a third bridge circuit 20th from whose half bridges 21 between the poles 12th and 13 of the second DC voltage connection. Bridge centers 22 these half bridges 21 lead to an AC network 23 . The power semiconductor switches 3rd with the numbers S13 to S18 are controlled so that the third bridge circuit 20th as a DC / AC converter between a DC voltage intermediate circuit 24th between the poles 12th and 13 and the AC network 23 serves. In this DC link 24th can in addition to the intermediate circuit capacitors 4th of the adjacent stacks 2nd an intermediate circuit capacitor 25th be arranged. The intermediate circuit is loaded 24th through a photovoltaic generator 26 connected to the second DC voltage connection 14 connected. To the first DC voltage connection 9 is a battery 27 connected via the bidirectional DC / DC converter from the first bridge circuit 5 and the second bridge circuit 10th can be loaded and unloaded as needed. The power semiconductor switches 3rd the circuit arrangement 1 according to 6 can also be controlled overall so that with the circuit arrangement 1 peak load capping and / or balancing power for the AC grid 23 is operated.

7 illustriert ein Ansteuerschema für die Leistungshalbleiterschalter S13 bis S18 der dritten Brückenschaltung 20 um einen möglich sinusförmigen dreiphasigen Wechselstrom über die Brückenmittelpunkte 22 in das Wechselstromnetz 23 einzuspeisen. 7 illustrates a control scheme for the power semiconductor switches S13 to S18 the third bridge circuit 20th around a possible sinusoidal three-phase alternating current over the bridge centers 22 into the AC network 23 feed.

In der hier geschilderten Ausführungsform basiert die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung im Wesentlichen auf den identischen Stacks 2. Aufgrund dieser hohen Gleichteiligkeit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist diese kostengünstig bereitstellbar und einfach zu konfektionieren.In the embodiment described here, the circuit arrangement according to the invention is essentially based on the identical stacks 2nd . Because of the high degree of uniformity of the circuit arrangement according to the invention, it is inexpensive to provide and easy to assemble.

BezugszeichenlisteReference list

11
SchaltungsanordnungCircuit arrangement
22nd
StackStack
33rd
LeistungshalbleiterschalterPower semiconductor switch
44th
ZwischenkreiskondensatorDC link capacitor
55
erste Brückenschaltungfirst bridge circuit
66
(erste) Halbbrücke(first) half bridge
77
Polpole
88th
Polpole
99
erster Gleichspannungsanschlussfirst DC voltage connection
1010th
zweite Brückenschaltungsecond bridge circuit
1111
(zweite) Halbbrücke(second) half bridge
1212th
Polpole
1313
Polpole
1414
zweiter Gleichspannungsanschlusssecond DC voltage connection
1515
(erster) Brückenmittelpunkt(first) bridge center
1616
(zweiter) Brückenmittelpunkt(second) bridge center
1717th
Drosselthrottle
1818th
Leitungmanagement
1919th
BodydiodeBody diode
2020th
dritte Brückenschaltungthird bridge circuit
2121
(dritte) Halbbrücke(third) half bridge
2222
(dritter) Brückenmittelpunkt(third) bridge center
2323
WechselstromnetzAC network
2424th
GleichspannungszwischenkreisDC link
2525th
ZwischenkreiskondensatorDC link capacitor
2626
PhotovoltaikgeneratorPhotovoltaic generator
2727
Batteriebattery

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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Claims (18)

Schaltungsanordnung (1) mit - einem ersten zweipoligen Gleichspannungsanschluss (9) und einem zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschluss (14), - wobei zwischen die beiden Pole (7, 8) des ersten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses (9) drei erste Halbbrücken (6) einer ersten Brückenschaltung (5) parallel geschaltet sind, - wobei zwischen die beiden Pole (12, 13) des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses (14) drei zweite Halbbrücken (11) einer zweiten Brückenschaltung (10) parallel geschaltet sind und - wobei erste Brückenmittelpunkte (15) der ersten Halbbrücken (6) mit zweiten Brückenmittelpunkten (16) der zweiten Halbbrücken (11) verbunden sind, - wobei die erste Brückenschaltung (5) und die zweite Brückenschaltung (10) baugleich sind und jede der ersten und zweiten Halbbrücken (6, 11) jeweils einen aktiv ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter (3) zwischen jedem Pol (7, 8, 12, 13) des jeweiligen Gleichspannungsanschlusses (9, 14) und dem jeweiligen Brückenmittelpunkt (15, 16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, - dass an die beiden Pole (12, 13) des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses (14) eine dritte Brückenschaltung (20) angeschlossen ist, die baugleich mit der ersten Brückenschaltung (5) und der zweiten Brückenschaltung (10) ist und deren drei dritte Halbbrücken (21) parallel zwischen die Pole (12, 13) des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses (14) geschaltet sind.Circuit arrangement (1) with - a first two-pole direct voltage connection (9) and a second two-pole direct voltage connection (14), - between the two poles (7, 8) of the first two-pole direct voltage connection (9) three first half bridges (6) of a first bridge circuit ( 5) are connected in parallel, - with three second half bridges (11) of a second bridge circuit (10) being connected in parallel between the two poles (12, 13) of the second two-pole DC voltage connection (14) and - with first bridge centers (15) of the first half bridges (6) are connected to second bridge centers (16) of the second half-bridges (11), - the first bridge circuit (5) and the second bridge circuit (10) being of identical construction and each of the first and second half-bridges (6, 11) being active controllable power semiconductor switch (3) between each pole (7, 8, 12, 13) of the respective DC voltage connection (9, 14) and the respective bridge mi ttelpunkt (15, 16), characterized in that - a third bridge circuit (20) is connected to the two poles (12, 13) of the second two-pole DC voltage connection (14), which is structurally identical to the first bridge circuit (5) and the second Bridge circuit (10) and whose three third half bridges (21) are connected in parallel between the poles (12, 13) of the second two-pole DC voltage connection (14). Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die beiden Pole (12, 13) des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses (14) eine Zwischenkreiskapazität (25) geschaltet ist.Circuit arrangement (1) after Claim 1 , characterized in that an intermediate circuit capacitance (25) is connected between the two poles (12, 13) of the second two-pole DC voltage connection (14). Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung der Schaltungsanordnung (1) so ausgebildet ist, dass sie die Leistungshalbleiterschalter (3) der dritten Brückenschaltung (20) ansteuert, um einen optional dreiphasigen Wechselrichter zwischen den beiden Polen (12, 13) des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses (14) und dritten Brückenmittelpunkten (22) der dritten Halbbrücken (21) auszubilden.Circuit arrangement (1) after Claim 1 or 2nd , characterized in that a control of the circuit arrangement (1) is designed such that it controls the power semiconductor switches (3) of the third bridge circuit (20) in order to provide an optionally three-phase inverter between the two poles (12, 13) of the second two-pole DC voltage connection ( 14) and third bridge centers (22) of the third half bridges (21). Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Leistungshalbleiterschalter (3) der ersten, zweiten und dritten Halbbrücken (6, 11, 21) baugleich sind.Circuit arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that all power semiconductor switches (3) of the first, second and third half bridges (6, 11, 21) are identical in construction. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Brückenschaltungen (5, 10, 21) als Stack (2) ihrer Leistungshalbleiterschalter (3) ausgebildet ist.Circuit arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that each of the bridge circuits (5, 10, 21) is designed as a stack (2) of its power semiconductor switch (3). Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Stacks (2) einen parallel zu den ersten oder zweiten Halbbrücken (6, 11, 21) zwischen die Pole (7, 8, 12, 13) des jeweiligen Gleichspannungsanschlusses (9, 14) geschalteten Kondensator (4) umfasst.Circuit arrangement (1) after Claim 5 , characterized in that each of the stacks (2) has a capacitor (4.) connected in parallel with the first or second half bridges (6, 11, 21) between the poles (7, 8, 12, 13) of the respective DC voltage connection (9, 14) ) includes. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Brückenmittelpunkte (15) der ersten Halbbrücken (6) mit den zweiten Brückenmittelpunkten (16) der zweiten Halbbrücken (11) über mindestens eine Drossel (17) verbunden sind.Circuit arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first bridge center points (15) of the first half bridges (6) are connected to the second bridge center points (16) of the second half bridges (11) via at least one choke (17). Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der ersten Brückenmittelpunkte (15) der ersten Halbbrücken (6) mit einem der zweiten Brückenmittelpunkte (16) einer der zweiten Halbbrücken (11) über eine Drossel (17) verbunden ist.Circuit arrangement (1) after Claim 7 , characterized in that each of the first bridge center points (15) of the first half bridges (6) is connected to one of the second bridge center points (16) of one of the second half bridges (11) via a throttle (17). Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder die Steuerung der Schaltungsanordnung (1) so ausgebildet ist, dass sie die Leistungshalbleiterschalter (3) der drei ersten Halbbrücken (6) und/oder der drei zweiten Halbbrücken (11) um jeweils 120° zueinander phasenversetzt ansteuert.Circuit arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that one or the control of the circuit arrangement (1) is designed such that it switches the power semiconductor switches (3) of the three first half bridges (6) and / or the three second half bridges (11 ) is driven out of phase with each other by 120 °. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder die Steuerung der Schaltungsanordnung (1) so ausgebildet ist, dass sie die Leistungshalbleiterschalter (3) der ersten Brückenschaltung (5) und der zweiten Brückenschaltung (10) ansteuert, um einen Gleichspannungssteller zwischen den beiden Polen (7, 8) des ersten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses (9) und den beiden Polen (12, 13) des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses (14) auszubilden.Circuit arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that one or the control of the circuit arrangement (1) is designed such that it controls the power semiconductor switches (3) of the first bridge circuit (5) and the second bridge circuit (10) to form a DC voltage regulator between the two poles (7, 8) of the first two-pole DC voltage connection (9) and the two poles (12, 13) of the second two-pole DC voltage connection (14). Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die beiden Pole (7, 8) des ersten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses (9) eine erste Spannungsquelle und an die beiden Pole (12, 13) des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses (14) eine zweite Spannungsquelle angeschlossen ist.Circuit arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a first voltage source is connected to the two poles (7, 8) of the first two-pole DC voltage connection (9) and to the two poles (12, 13) of the second two-pole DC voltage connection (14) a second voltage source is connected. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Brückenmittelpunkte (22) der dritten Halbbrücken (21) ein Wechselstromnetz (23) angeschlossen sind.Circuit arrangement (1) after Claim 11 , characterized in that the third bridge center points (22) of the third half bridges (21) are connected to an AC network (23). Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spannungsquelle eine Batterie (27) ist und die zweite Spannungsquelle einen Photovoltaikgenerator (26) umfasst.Circuit arrangement (1) after Claim 11 or 12th , characterized in that the first Voltage source is a battery (27) and the second voltage source comprises a photovoltaic generator (26). Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (1) zur Spitzenlast-Kappung und/oder Regelleistungserbringung für das Wechselstromnetz (23) ausgebildet ist.Circuit arrangement (1) after Claim 11 , 12th or 13 , characterized in that the circuit arrangement (1) is designed for peak load capping and / or provision of control power for the AC network (23). Verwendung der Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an die beiden Pole (7, 8) des ersten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses (9) eine erste Spannungsquelle und an die beiden Pole (12, 13) des zweiten zweipoligen Gleichspannungsanschlusses (14) eine zweite Spannungsquelle angeschlossen wird.Use of the circuit arrangement (1) according to one of the Claims 1 to 10th , characterized in that a first voltage source is connected to the two poles (7, 8) of the first two-pole direct voltage connection (9) and a second voltage source is connected to the two poles (12, 13) of the second two-pole direct voltage connection (14). Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass an die dritten Brückenmittelpunkte (22) der dritten Halbbrücken (21) ein Wechselstromnetz (23) angeschlossen wird.Use after Claim 15 , characterized in that an alternating current network (23) is connected to the third bridge center points (22) of the third half bridges (21). Verwendung nach Anspruch einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spannungsquelle eine Batterie (27) ist und die zweite Spannungsquelle einen Photovoltaikgenerator (26) umfasst.Use according to one of the claims Claims 15 or 16 , characterized in that the first voltage source is a battery (27) and the second voltage source comprises a photovoltaic generator (26). Verwendung nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (1) zur Spitzenlast-Kappung und/oder Regelleistungserbringung für das Wechselstromnetz (23) betrieben wird.Use after Claim 15 , 16 or 17th , characterized in that the circuit arrangement (1) for peak load capping and / or provision of control power for the AC network (23) is operated.
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