AT500921A1

AT500921A1 - Hochsetzsteller mit geringer spannungsbelastung des kondensators

Info

Publication number: AT500921A1
Application number: AT15622004A
Authority: AT
Inventors: Felix Dipl Ing Dr Himmelstoss
Original assignee: Fachhochschule Technikum Wien
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2006-04-15
Also published as: AT500921B1

Description

Hochsetzsteller mit geringer Spannungsbelastung des Kondensators
Die Erfindung betrifft Wandler zur Umwandlung einer unipolaren Spannungen in eine höhere unipolare Spannung. Hochsetzsteller dienen zur Erzeugung einer höheren Spannung aus einer niedrigeren Spannung z.B. einer Batterie. Man kann damit eine Elektronik, die eine höhere Spannung als die Eingangsspannung benötigt, betreiben. Weiters ist der Anschluss eines Aktuators oder einer Wicklung einer elektrischen Maschine oder ein elektrooptischer Wandler denkbar. Die Spannung ist über das Tastverhältnis stellbar, bzw. durch Einbeziehung in einen Regelkreis regelbar.
Im Gegensatz zur üblichen Hochsetzstellerstruktur, bei der der Kondensator mit einer Spannung
Uc= Uibelastet wird, kommt es hier beim kontinuierlichen Betrieb nur zu einer Belastung
\-d
von UcU, .

Dabei ist d das Tastverhältnis (Einschaltzeit des aktiven Schalters zur
Periodendauer der Schaltfrequenz) und Ul die Eingangssparmung. Beim diskontinuierlichen Betrieb kommt es genauso zu einer Reduktion der Spannung am Kondensator.
Das Grundkonzept des neuen Konverters lässt sich folgender Massen beschreiben. Der Konverter besteht wie der normale Hochsetzsteller aus einem aktiven Schalter (S), einem passiven Schalter (D), einer Spule (L) und einem Kondensator (C), diese Bauteile sind jedoch anders angeordnet. An die positive Anschlussklemme für die Eingangsspannung (Ul) ist ein Anschluss der Spule (L), deren zweiter Anschluss mit dem positiven Pol des aktiven Schalters (S) verbunden ist und ein Anschluss eines Kondensators (C) dessen zweiter Anschluss mit der positiven Anschlussklemme der Ausgangsspannung (U2) und der Kathode der Diode (D) verbunden ist, geschaltet.

Die Anode der Diode (D) ist mit dem positiven Pol des aktiven Schalters verbunden, dessen negativer Pol sowohl mit der negativen Klemme der Eingangsspannung (Ul), als auch mit der negativen Klemme der Ausgangsspannung (U2) verbunden ist. Die Schaltung lässt sich, wenn man dem aktiven Schalter eine Diode und dem passiven Schalter einen aktiven Schalter parallel schaltet, zu einem bidirektionalen Wandler erweitem. Dadurch ist ein Energietransport in beide Richtungen möglich. Einen zusätzlichen Freiheitsgrad erhält man, indem man die Spule mit einer Anzapfung versieht oder zwei magnetisch miteinander gekoppelte Wicklungen vorsieht und die Schaltung gemäss Abb. 3 a oder b gestaltet. Sinnvoll wird es zur Vermeidung der der Auswirkung der Streuinduktivität und des Innenwiderstandes der Eingangsquelle sein, parallel zu den Eingangsklemmen einen Kondensator vorzusehen.

Am Ausgang kann noch ein Filter, z.B. ein LC Filter vor die eigentliche Last geschaltet werden.
T02/fh/14.9.04 1 Die Figuren 1 bis 3 zeigen die grundlegenden Ausformungen der Erfindung. Sie sind beispielhaft mit IGBTs gezeichnet. Es kann natürlich jede andere Art von aktiven Schalter wie BJT, MOSFET oder MCT verwendet werde. Figur 1 zeigt das Grundkonzept, das in Fig. 2 zu einem bidirektionalen Wandler erweitert wird. Die Figuren 3.a und 3.b nutzen eine angezapfte Spule, bzw. zwei miteinander magnetisch gekoppelte Spulen.
B ezugszeichenaufstellung
Ul Eingangsspannung, kleinere Spannung
U2 Ausgangsspannung, grössere Spannung
S, S2 aktiver Schalter
D, D2 passiver Schalter, Diode
L Spule, Induktivität
L 1 , L2 gekopp elte Wicklungen
C, C2 Kondensator
1 , 2 Klemmen für die niedrigere Spannung
3, 4 Klemmen für die höhere Spannung
T02/ÜV14.9.04

Claims

Patentansprüche

1. Konverter zur Umwandlung einer unidirektionalen Spannung (Ul) in eine andere, grössere unidirektionale Spannung (U2), bestehend aus einem aktiven Schalter (S), einem passiven Schalter (D), einer Spule (L) und einem Kondensator (C) dadurch gekennzeichnet, dass an die positive Anschlussklemme für die Eingangsspannung (Ul) ein Anschluss der Spule (L), deren zweiter Anschluss mit dem positiven Pol des aktiven Schalters (S) verbunden ist und ein Anschluss eines Kondensators (C), dessen zweiter Anschluss mit der positiven Anschlussklemme der Ausgangsspannung (U2) und der Kathode der Diode (D) verbunden ist, geschaltet ist und die Anode der Diode (D) mit dem positiven Pol des aktiven Schalters verbunden ist, dessen negativer Pol sowohl mit der negativen Klemme der Eingangsspannung (Ul) als auch mit der negativen Klemme der Ausgangsspannung (U2) verbunden ist.

1. Konverter zur Umwandlung einer unidirektionalen Spannung (Ul) in eine andere, grössere unidirektionale Spannung (U2), bestehend aus einem aktiven Schalter (S), einem passiven Schalter (D), einer Spule (L) und einem Kondensator (C) dadurch gekennzeichnet, dass an die positive Anschlussklemme für die Eingangsspannung (Ul) ein Anschluss der Spule (L), deren zweiter Anschluss mit dem positiven Pol des aktiven Schalters (S) verbunden ist und ein Anschluss eines Kondensators (C) dessen zweiter Anschluss mit der positiven Anschlussklemme der Ausgangsspannung (U2) und der Kathode der Diode (D) verbunden ist, geschaltet ist und die Anode der Diode (D) mit dem positiven Pol des aktiven Schalters verbunden ist, dessen negativer Pol sowohl mit der negativen Klemme der Eingangsspannung (Ul), als auch mit der negativen Klemme der Ausgangsspannung (U2) verbunden ist.

2. Konverter gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an die Kathode der Diode (D) der positive Pol und an die Anode der Diode (D) der negative Pol eines zweiten aktiven Schalters (S2) und an den positiven Pol des Schalters (S) die Kathode und an den negativen Pol des aktiven Schalters (S) die Anode einer zweiten Diode (D2) geschaltet ist.

3. Konverter gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Schalter (S) und der passive Schalter (D) in einem asymmetrischen Halbbrückenmodul zusammengefasst sind.

4. Konverter gemäss Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Schalter (S, S2) und die passiven Schalter (D, D2) in einem symmetrischen Halbbrückenmodul zusammengefasst sind.

5. Konverter zur Umwandlung einer unidirektionalen Spannung (Ul) in eine andere, grössere unidirektionale Spannung (U2), bestehend aus einem aktiven Schalter (S), einem passiven Schalter (D), einer Spule mit Anzapfung (L) oder zwei magnetisch gekoppelten Windungen (L1,L2) und einem Kondensator (C) dadurch gekennzeichnet, dass an die positive Anschlussklemme für die Eingangsspannung (Ul) der Wicklungsanfang der Spule (L) oder der Anfang der ersten Teilwicklung (Ll), deren Anzapfung bzw. das Ende der ersten Teilwicklung (Ll) mit dem positiven Pol des aktiven Schalters (S) verbunden ist und ein Anschluss eines Kondensators (C), dessen zweiter Anschluss mit der positiven Anschlussklemme der Ausgangsspannung (U2) und der Kathode der Diode (D) verbunden ist, geschaltet ist und die Anode der Diode (D) mit dem Wicklungsende der angezapften

T02V/fh/8.8.05

NACHGEREICHT Spule (L) bzw. dem Wicklungsende der zweiten Teilwicklung (L2), deren Wicklungsanfang mit dem Ende der ersten Teilwicklung verbunden ist, geschaltet ist und der negative Pol des aktiven Schalters (S) sowohl mit der negativen Klemme der Eingangsspannung (Ul) als auch mit der negativen Klemme der Ausgangsspannung (U2) verbunden ist.

5. Konverter zur Umwandlung einer unidirektionalen Spannung (Ul) in eine andere, grössere unidirektionale Spannung (U2), bestehend aus einem aktiven Schalter (S), einem passiven Schalter (D), einer Spule mit Anzapfung (L) oder zwei magnetisch gekoppelte Windungen (L1,L2) und einem Kondensator (C) dadurch gekennzeichnet, dass an die positive Anschlussklemme für die Eingangsspannung (Ul) der Wicklungsanfang der Spule (L) oder der Anfang der ersten Teilwicklung (Ll), deren Anzapfung bzw. das Ende der ersten Teilwicklung (Ll) mit dem positiven Pol des aktiven Schalters (S) verbunden ist und ein Anschluss eines Kondensators (C) dessen zweiter Anschluss mit der positiven Anschlussklemme der Ausgangsspannung (U2) und der Kathode der Diode (D) verbunden ist, geschaltet ist und die Anode der Diode (D) mit dem Wicklungsende der angezapften

T02/fh/l 4.9.04 Spule (L) bzw. dem Wicklungsende der zweiten Teilwicklung (L2) deren Wicklungsanfang mit dem Ende der ersten Teilwicklung verbunden ist, geschaltet ist und der negative Pol des aktiven Schalters (S) sowohl mit der negativen Klemme der Eingangsspannung (Ul), als auch mit der negativen Klemme der Ausgangsspannung (U2) verbunden ist.

6. Konverter gemäss Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass an die Kathode der Diode (D) der positive Pol und an die Anode der Diode (D) der negative Pol eines zweiten aktiven Schalters (S2) und an den positiven Pol des Schalters (S) die Kathode und an den negativen Pol des aktiven Schalters (S) die Anode einer zweiten Diode (D2) geschaltet ist.

7. Konverter gemäss Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Klemmen für die Eingangsspannung ein Kondensator (C2) geschaltet ist.

8. Konverter gemäss Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Klemmen für die Ausgangsspannung (U2) und der Last ein Filter geschaltet ist.

9. Konverter gemäss Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass er als Stellglied für einen Aktuator oder zur Ansteuerung einer Wicklung einer elektrischen Maschine verwendet wird.

10. Konverter gemäss Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass er als Stellglied für einen elektrooptischen Wandler verwendet wird.

T02/fh/14.9.04 Patentansprüche

T02V/fh/8.8.05

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