AT514288A2 - DC/DC-Wandler - Google Patents
DC/DC-Wandler Download PDFInfo
- Publication number
- AT514288A2 AT514288A2 AT505372014A AT505372014A AT514288A2 AT 514288 A2 AT514288 A2 AT 514288A2 AT 505372014 A AT505372014 A AT 505372014A AT 505372014 A AT505372014 A AT 505372014A AT 514288 A2 AT514288 A2 AT 514288A2
- Authority
- AT
- Austria
- Prior art keywords
- inductance
- converter
- partial
- short
- current
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 26
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 8
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 8
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 6
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
- G05F1/10—Regulating voltage or current
- G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is DC
- G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices
- G05F1/59—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
- H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
- H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
- H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
- H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33569—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft einen DC/DC-Wandler und ein Verfahren zu dessen Betrieb. Um bei einem DC/DC-Wandler (1) im gesamten Ausgangsspannungsbereich mit geringem Aufwand eine hohe Stromänderungsrate dt diL zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Induktivität (L1, L2, L3, L4) einer Phase des DC/DC-Wandlers (1) zumindest zwei Teilinduktivitäten (L11, L12, L21, L22, L31, L32, L41, L42) umfasst, wobei zumindest eine Teilinduktivität (L12, L22, L32, L42) mittels eines parallel dazu angeordneten Schalters (K1, K2, K3, K4) kurzschließbar ist.
Description
AV-3656 AT DC/DC-Wandler
Die gegenständliche Erfindung betrifft einen DC/DC-Wandler mit zumindest einer Halbbrücke mit zwei in Serie geschalteten Halbleiterschaltern und einer mit einem ersten Ausgangsanschluss verbundenen Ausgangsleitung, die zwischen den Halbleiterschaltern 5 abzweigt und in der zumindest eine Induktivität angeordnet ist, und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen DC/DC-Wandlers. DC/DC-Wandler sind häufig als sogenannte Synchronwandler ausgeführt, bei denen eingangsseitig eine Halbbrücke aus zwei Halbleiterschaltern, beispielsweise IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect 10 Transistor), vorgesehen ist. Zwischen den beiden Halbleiterschaltern der Halbbrücke zweigt die Ausgangsleitung ab, in der eine Induktivität L angeordnet ist. Die Ausgangsspannung wird durch die Einschalt- und Ausschaltzeit der Halbleiterschalter bestimmt, wobei die Halbleiterschalter der Halbbrücke immer im Gegentakt gesteuert sind. Parallel zum Ausgang des Synchronwandlers ist häufig noch eine Ausgangskapazität zur Glättung der 15 Ausgangsspannung angeordnet. Ein solcher Synchronwandler kann bekanntermaßen auch mehrphasig ausgeführt sein, wobei für jede Phase eine Halbbrücke und eine Induktivität vorgesehen sind. Die Halbbrücken der einzelnen Phasen werden dabei um einen Phasenwinkel versetzt gesteuert.
Solche DC/DC-Wandler müssen dabei mitunter auch große Ausgangsspannungsbereiche 20 abdecken. Das Problem dabei ist, dass die mögliche Dynamik des DC/DC-Wandlers aufgrund der Induktivität L bei kleinen Spannungen durch den bekannten Zusammenhang di, u = L—- beschränkt ist. Wenn nur der an der Eingangsspannung Ue anliegende dt
Halbleiterschalter der Halbbrücke geschlossen ist, ändert sich der Strom über die Induktivität L mit di|_/dt = UE-UA / L, mit der Ausgangsspannung UA des DC/DC-Wandlers. Wenn nur der 25 andere Halbleiterschalter geschlossen ist, ändert sich der Strom mit diL/dt = -UA / L. Durch Modulation der Halbbrücke kann die Stromänderung nur zwischen diesen beiden Werten eingestellt werden. D.h. insbesondere bei kleiner Ausgangsspannung UA ist die Stromänderung nach unten mit diL/dt > -UA / L begrenzt. Dadurch ergibt sich der möglich Betriebsbereich zwischen diesen beiden Grenzen, wie in Fig.1 dargestellt. 30 Damit sind bei kleinen Ausgangsspannungen UA in negativer Richtung nur langsame Stromänderungen des DC/DC-Wandlers realisierbar. Für viele Anwendungen ist das aber unerwünscht. Dies trifft insbesondere auf DC/DC-Wandler zu, die als Batterietester oder Batterieemulator zum Testen von Batterien oder Hybridantriebssträngen verwendet werden,
AV-3656 AT da für realitätsnahe Tests eine hohe Stromänderungsrate in allen Spannungsbereichen erwünscht bzw. erforderlich ist.
Beim Betrieb eines Batterieemulators mit kleiner Ausgangsspannung UA und mit großem Laststrom kann ein plötzlicher Lastabwurf dazu führen, dass der Ausgangsstrom iA schneller 5 abnimmt als der Strom iL in der Induktivität L abnehmen kann. Mit der resultierenden Ladungsdifferenz wird die Ausgangskapazität aufgeladen. Das hat wiederum eine Erhöhung der Ausgangsspannung UA zur Folge, die mit der Regelung des DC/DC-Wandlers nicht verhindert werden kann. Dies ist eine unerwünschte Abweichung vom Sollwert und kann zur Zerstörung des Prüflings durch Überspannung führen. 10 Beim Betrieb eines Batterietesters ist es erforderlich, einen möglichst schnellen Wechsel von vollem Ladestrom zu vollem Entladestrom zu vollziehen. Bei kleiner Batteriespannung wird aber die für die Stromumkehr notwendige Stromänderungsrate von der Induktivität L begrenzt.
Um dieses Problem zu beheben wurden bisher im DC/DC-Wandler mehrere Garnituren von 15 Induktivitäten L vorgesehen, die je nach Bedarf im DC/DC-Wandler zugeschaltet wurden. Das bedingt aber das Vorsehen von vielen verschiedenen Induktivitäten L in der benötigten Anzahl (je Phase eine Anzahl verschiedener Induktivitäten L) und eine damit verbundene komplexe Verkabelung und Relaisschaltung, um die richtigen Induktivitäten L zu- und wegschalten zu können. Solche Systeme sind daher aufwendig und teuer. 20 Die US 8,278,783 B2 beschreibt einen DC/DC-Wandler, der zwischen verschiedenen Ausgangsspannungen hin- und herschalten kann, um die Effizienz des DC/DC-Wandlers zu erhöhen. Dazu sind im Wesentlichen zwei Synchronwandler implementiert, deren Bauteile jeweils auf einen bestimmten Spannungsbereich optimiert sind. Das erfordert aber eine Verdoppelung aller elektrischen Bauteile des Synchronwandlers, was einen solchen DC/DC-25 Wandler ebenfalls wieder aufwendig und teurer macht.
Es ist nun eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung einen DC/DC-Wandler anzugeben, der mit geringem Aufwand im gesamten Ausgangsspannungsbereich eine hohe Stromdynamik ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit einem eingangs erwähnten DC/DC-Wandler erfindungsgemäß 30 dadurch gelöst, dass die Induktivität zumindest zwei Teilinduktivitäten umfasst, wobei zumindest eine Teilinduktivität kurzschließbar ist.
Durch das Kurzschließen einer Teilinduktivität wird die Induktivität der Phase des DC/DC-Wandlers verringert, womit sich die mögliche Stromänderungsrate des Induktivitätsstromes, 3/152'
AV-3656 AT und damit auch des Ausgangsstromes des DC/DC-Wandlers, insbesondere bei kleiner Ausgangsspannung, erhöhen lässt. Damit kann der DC/DC-Wandler sehr einfach auf einen großen Spannungsbereich der Ausgangsspannung angepasst werden und es ist eine hohe Stromdynamik über diesen ganzen Spannungsbereich garantiert. Damit kann bei Anwendung des DC/DC-Wandlers in einem Batterieemulator auch die Gefahr der Überspannung nach einem plötzlichen Lastabwurf bei Betrieb mit kleiner Ausgangspannung beseitigt werden und es ist damit auch eine schnelle Stromumkehr möglich. Günstigerweise ist die zumindest eine kurzschließbare Teilinduktivität mittels eines parallel dazu angeordneten Schalters kurzschließbar, was eine besonders einfache Realisierung zum Kurzschließen einer Teilinduktivität ermöglicht.
Durch das Kurzschließen der Teilinduktivität wird außerdem die Welligkeit der Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers verringert, was vorteilhaft dazu führt, dass es möglich ist, die Eingangsspannung des DC/DC-Wandlers zu verringern, indem beispielsweise ein Transformator mit einer kleineren Eingangsspannung verwendet wird. Darüber hinaus kann die Welligkeit der Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers weiter reduziert werden, indem die Schaltfrequenz der Halbleiterschalter vergrößert wird. Das hat den Vorteil, dass die Eingangsspannung des DC/DC-Wandlers verringert werden kann und mit der verringerten Eingangsspannung des DC/DC-Wandlers die auftretenden Schaltverluste ebenfalls verringert werden.
In einer Variante der Erfindung umfasst die Induktivität zumindest zwei induktiv gekoppelte Teilinduktivitäten. Bei Verwendung einer Induktivität bestehend aus zwei induktiv gekoppelten Teilinduktivitäten kann die Induktivität um einen hohen Faktor reduziert werden, wobei der Faktor einfach über den Kopplungsfaktor eingestellt werden kann. Darüber hinaus ermöglicht das eine sehr kompakte, platzsparende Ausführung der Induktivität, was für den Einsatz in einem DC/DC-Wandler von Vorteil ist.
Vorzugsweise umfasst die Induktivität zumindest zwei Teilinduktivitäten, welche seriell oder parallel geschaltet sind. In einer weiteren Variante der Erfindung umfasst die Induktivität zumindest zwei Teilinduktivitäten, welche zwischen serieller und paralleler Verschaltung umschaltbar ausgeführt sind.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiters mit einem eingangs erwähnten Verfahren zum Betreiben eines DC/DC-Wandlers mit zumindest einer Halbbrücke mit zwei in Serie geschalteten Halbleiterschaltern und einer mit einem ersten Ausgangsanschluss verbundenen Ausgangsleitung, die zwischen den Halbleiterschalen abzweigt und in der zumindest eine Induktivität angeordnet ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die 4/153·
AV-3656 AT
Induktivität zumindest zwei Teilinduktivitäten umfasst, wobei zumindest eine Teilinduktivität kurzgeschlossen wird, um eine erreichbare Stromänderungsrate des DC/DC-Wandlers anzupassen.
In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit dem Kurzschließen der Teilinduktivität auch eine Eingangsspannung des DC/DC-Wandlers verkleinert. Dies kann beispielsweise durch Verwendung eines entsprechenden Transformators realisiert werden.
In einerweiteren Variante der Erfindung wird mit dem Kurzschließen der Teilinduktivität auch eine Schaltfrequenz der Halbleiterschalter vergrößert.
Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt
Fig.1 der Betriebsbereich eines DC/DC-Wandlers gemäß dem Stand der Technik,
Fig.2 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen DC/DC-Wandlers,
Fig.3 eine Ausführung einer induktiv gekoppelten Induktivität einer Phase eines erfindungsgemäßen DC/DC-Wandlers,
Fig.4 die mögliche Reduktion des Induktivitätswertes einer erfindungsgemäß mit induktiv gekoppelten Teilinduktivitäten ausgeführten Induktivität und Fig.5 der Betriebsbereich eines erfindungsgemäßen DC/DC-Wandlers.
Anhand von Fig.2 wird nachfolgend eine vorteilhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen mehrphasigen DC/DC-Wandlers 1, hier ein DC/DC-Wandler 1 mit vier Phasen P1...P4, beschrieben. Jede Phase P1...P4 umfasst die hinlängliche bekannte Schaltung eines Synchronwandlers mit einer Halbbrücke H1...H4 bestehend jeweils aus zwei in Serie geschalteten Halbleiterschaltern S11, S12...S41, S42. Die Halbleiterschalter S11, S12...S41, S42 sind jeweils parallel zu den Eingangsanschlüssen 4, 4‘ geschaltet, wobei der erste Eingangsanschluss 4 mit jeweils einem der Halbleiterschaltern S11, S21, S31, S41 verbunden ist und der zweite Eingangsanschluss 4‘ auf Nullpotential liegt und direkt mit einem zweiten Ausgangsanschluss 3‘ verbunden ist. Zwischen den in Serie geschaltete Halbleiterschaltern S11, S12...S41, S42 zweigt jeweils eine Ausgangsleitung A1 ...A4 ab, in denen jeweils eine Induktivität L1 ...L4 angeordnet ist. Die Ausgangsleitungen A1...A4 sind mit einem ersten Ausgangsanschluss 3 des DC/DC-Wandlers 1 verbunden. Zwischen ersten und zweiten Ausgangsanschluss 3, 3‘ des DC/DC-Wandlers 1 liegt die Ausgangsspannung UA an und es fließt der Ausgangsstrom iA. Parallel zu den Ausgangsanschlüssen 3, 3‘ kann eine Ausgangskapazität CA angeordnet sein. Zwischen den -4- 5/15
AV-3656 AT
Eingangsanschlüssen 4, 4‘ des DC/DC-Wandlers 1 liegt die Eingangsspannung Ue an, wobei parallel dazu eine Eingangskapazität Ce angeordnet sein kann.
Die Halbbrücken H1...H4, bzw. die darin angeordneten Halbleiterschalter S11, S12...S41, S42 werden in bekannter Weise von einer Steuereinheit 2 phasenverschoben, hier z.B. mit 5 90° Phasenverzug, angesteuert, um die gewünschte Ausgangsspannung UA zu erzeugen.
Durch jede Phase P1...P2 des DC/DC-Wandlers 1 fließt ein Phasen-Induktivitätsstrom iLi· -ii_4j die sich zum Induktivitätsstrom iL überlagern. Der Ausgangsstrom iA des DC/DC-Wandlers 1 ergibt sich dann aus dem Induktivitätsstrom iL und dem Strom iCA über die Ausgangskapazität CA zu iA = iL - icA- Falls keine Ausgangskapazität CA vorgesehen ist, 10 entspricht der Ausgangsstrom iA natürlich dem Induktivitätsstrom iL, also iA = iL
Die Welligkeit ÄUA der Ausgangsspannung UA des DC/DC-Wandlers 1 ist bekanntermaßen abhängig von der Eingangsspannung UE, der Induktivität L1 ...L4 und von der Schaltfrequenz fsw mit der die Halbleiterschalter S11, S12...S41, S42 geschaltet werden, gemäß der
Beziehung AUÄ
Ebenso ist die Welligkeit ÄiA des Ausgangsstromes iA von diesen 15 Größen abhängig, gemäß der Beziehung AiL Die Änderungsrate des
Lfsw dt
Induktivitätsstromes iL, und damit indirekt auch des Ausgangsstromes iA, ergibt sich während der aktiven positiven Schaltphase (Schalter S11, S21, S31, S41 geschlossen) zu
dh^^dj.—^_α_ (jnc| während der negativen Schaltphase (Schalter S12, S22, S32, S42) dt L geschlossen zu = Daraus ist ersichtlich, dass die Stromänderungsrate — des dt L dt 20 Induktivitätsstromes iL insbesondere in der negativen Schaltphase bei kleiner Ausgangsspannung UA klein ist, was die erzielbare Dynamik des DC/DC-Wandlers 1 bei kleinen Ausgangsspannungen UA reduziert.
Aus den obigen Beziehungen ist aber auch ersichtlich, dass die Dynamik des DC/DC-
Wandlers 1 hinsichtlich der Stromänderungsrate verbessert werden kann, wenn die dt
Induktivität L1 ...L4 reduziert wird.
Nachdem in der Regel auch kleine Welligkeiten ÄiA, AUa von Ausgangsstrom iA und Ausgangsspannung UA angestrebt werden, wird bevorzugt mit der Verkleinerung der Induktivität L1...L4 auch gleichzeitig die Eingangsspannung Ue reduziert, was keine
Verschlechterung der Stromänderungsrate — des Ausgangsstromes bewirkt. Mit einer dt 6 / 155' 25 AV-3656 AT kleineren Eingangsspannung UE könnte ohne Einfluss auf die Stromänderungsrate — zu dt nehmen auch die Schaltfrequenz fsw der Halbleiterschalter S11, S12...S41, S42 erhöht werden, da die Schaltverluste proportional zu Eingangsspannung UE und umgekehrt proportional zur Schaltfrequenz fsw sind.
Mit diesen Überlegungen könnte die Stromänderungsrate bei kleiner dt
Ausgangsspannung UA um beispielsweise einen Faktor Acht erhöht werden, wenn die Induktivität L1...L4 um einen Faktor Acht verkleinert wird. Wird dabei gleichzeitig auch die Eingangsspannung UE um einen Faktor Vier verkleinert und die Schaltfrequenz fsw um einen Faktor zwei erhöht, würde sich dabei die Welligkeit ÄUA der Ausgangsspannung UA auf ungefähr die Hälfte reduzieren und die Welligkeit ÄiL des Induktivitätsstroms iL ungefähr gleich bleiben.
Um die Induktivität L1...L4 bei kleiner Ausgangsspannung UA zu verkleinern ist nun erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Induktivität L1...L4 aus zumindest zwei separaten, Teilinduktivitäten L11, L12...L41, L42 bestehen, wobei zumindest eine der Teilinduktivitäten L11, L12...L41, L42 jeder Induktivität L1...L4, vorzugsweise mit einem Schalter K1 ... K4, kurzschließbar ist, wie anhand von Fig.3 für die Induktivität L1 und seriell verschalteter Teilinduktivitäten L11, L12...L41, L42 näher veranschaulicht wird. Dieser Schalter K1 ... K4 kann beispielsweise als elektromechanischer Schalter oder als elektrischer oder elektronischer Schalter K1 ... K4 ausgeführt sei. Um eine entsprechende Funktionalität des Schalters K1 ... K4 zu erreichen, ist der Schalter K1 ... K4 vorteilhafterweise bidirektional schaltbar ausgeführt, d.h., dass der Schalter K1 ... K4 abwechselnd geöffnet und geschlossen werden kann.
Die Induktivität L1 besteht hier aus zwei Teilinduktivitäten L11, L12, die als induktiv gekoppelte Wicklungen mit einem Kopplungsfaktor k ausgeführt sind. Dazu sind die, die Induktivitäten L11, L12 ausbildenden Wicklungen z.B. auf einen gemeinsamen Eisenkern 5 gewickelt, wobei jede Wicklung jeweils auf einem Schenkel des Kerns angeordnet ist und der Kern die induktive Kopplung bewirkt. Natürlich sind auch andere Ausführungen einer gekoppelten Induktivität bekannt, beispielsweise mit einem Kern mit drei Schenkeln, wobei einzelne Schenkel zur Einstellung der Kopplung auch einen Luftspalt aufweisen können. Aufgrund der induktiven Kopplung wirkt jede Teilinduktivität L11, L12 über die Gegeninduktivität M=k*L auf die jeweils andere Teilinduktivität L11, L12. Die zweite Teilinduktivität L12 ist hier über einen parallelen Schalter K1 überbrückbar, wodurch die zweite Teilinduktivität L12 bei geschlossenem Schalter K1 kurzgeschlossen wird. Daraus
AV-3656 AT ergeben sich unter der Annahme gleicher Teilinduktivitäten L11=L12=Lx die folgenden Zusammenhänge:
Bei offenem Schalter K1: U1 =-U2 = U, ii =-i2 5 U = L diu/dt = 2(Lx-M) diLi/dt => L1 Ki0ffen = 2Lx (1 - k)
Bei geschlossenem Schalter K1: U2 = 0 U = L diu/dt = (Lx2-M2)/Lx diU/dt => L1 Κ1 geschlossen = Lx (1 - k2)
Daraus ergibt sich das Verhältnis V der Induktivität L1 bei offenen und geschlossenen 10 Schalter K1 zu V = ^ ^ . Dieser Zusammenhang ist in Fig.4 dargestellt. Handelsübliche, gekoppelte Induktivitäten sind mit einem Kopplungsfaktor k im Bereich von -0.7 bis -0.9 erhältlich. Mit einer solchen handelsüblichen gekoppelten Induktivität könnte man folglich gemäß dem Verhältnis V (Fig.4) die Induktivität L1 um einen Faktor im Bereich von sechs bis elf reduzieren. Für eine erwünschte Reduzierung der Induktivität L1 um einen Faktor Acht 15 müsste der Kopplungsfaktor k bei gleich großen Teilinduktivitäten L11, L12 ungefähr im Bereich von -0,75 liegen.
Anstelle von induktiv gekoppelten Teilinduktivitäten L11, L12 können natürlich auch nicht induktiv gekoppelte Teilinduktivitäten L11, L12 verwendet werden, wobei wiederum zumindest eine der Teilinduktivitäten L11, L12 der Induktivität L1, vorzugsweise mittels 20 Schalter K1, kurzschließbar ist. Auch hier kann am Beispiel seriell verschalteter Teilinduktivitäten L11, L12 einfach das Verhältnis V für die Induktivität L1 bei offenen und geschlossenen Schalter K1 (bzw. bei kurzgeschlossener und nicht kurzgeschlossener Teilinduktivitäten L12) zu V=(1 +L12/L11) abgeleitet werden. Auch daraus könnten nun einfach die Teilinduktivitäten L11, L12 dimensioniert werden, um durch Kurzschließen einer 25 Teilinduktivität L11, L12 eine erwünschte Reduzierung einer Induktivität L1 zu erzielen.
Anstelle einer seriellen Verschaltung der Teilinduktivitäten L11, L12, wie anhand der Flg.3 erläutert, ist es aber natürlich auch denkbar, die Teilinduktivitäten L11, L12 parallel zu schalten. Auch für eine parallele Verschaltung der Teilinduktivitäten L11, L12 kann in gleicher Weise ein Verhältnis V für die Induktivität L1 bei kurzgeschlossener und nicht 30 kurzgeschlossener Teilinduktivitäten L12 ermittelt werden. Gleichfalls könnte vorgesehen 8 /157'
AV-3656 AT sein, die Verschaltung der Teilinduktivitäten L11, L12 zwischen einer seriellen und parallelen Verschaltung umschaltbar auszuführen.
Dasselbe gilt natürlich analog auch für die Induktivitäten L2, L3, L4 der anderen Phasen P2, P3, P4 des DC/DC-Wandlers 1, die ebenfalls aus seriell oder parallel geschalteten oder 5 zwischen seriell und parallel umschaltbar ausgeführten Teilinduktivitäten L21, L22, L31, L32, L41, L42, mit oder ohne induktiver Kopplung, gebildet werden.
Werden mehrere Teilinduktivitäten L11,L12...L41,L42 je Induktivität L1...L4 vorgesehen, wobei mehrere der Teilinduktivitäten L11,L12...L41,L42, vorzugsweise durch Schalter K1...K4, kurzschließbar sind, so können die Induktivitäten L1...L4 natürlich noch weiter 10 abgestuft werden.
Um den DC/DC-Wandler 1 auf eine kleinere Ausgangspannung UA umzustellen, kann das im Betrieb des DC/DC-Wandlers 1 erfolgen, oder auch außerhalb des Betriebes des DC/DC-Wandlers 1. Hierzu werden die Schalter K1...K4 von der Steuereinheit 2 je nach Bedarf angesteuert, wobei natürlich bei einem mehrphasigen DC/DC-Wandler 1 die Induktivitäten 15 L1 ...L4 aller Phasen P1 ...P4 gemeinsam umgestellt werden.
In Fig.5 ist der geänderte Betriebsbereich des DC/DC-Wandlers 1 bei kurzgeschlossener Teilinduktivität L12, L22, L32, L42 dargestellt, woraus unmittelbar die erreichbare größere dir
Stromänderungsrate —- ersichtlich ist. dt
Ist dabei noch eine gleichzeitige Reduzierung der Eingangsspannung UE und/oder eine 20 Erhöhung der Schaltfrequenz fsw vorgesehen, so kann es auch erforderlich sein in einem übergeordneten Regler 6 zur Regelung der Ausgangsspannung UA Anpassungen vorzunehmen, vor allem um die geänderte Dynamik der Stromänderungsrate zu dt berücksichtigen, z.B. durch Anpassen der Parameter des implementierten Regelgesetzes. Dem Regler 6 können dazu in bekannterWeise ein Sollwert UAsoh der Ausgangsspannung UA 25 und ein Istwert UAiSt der Ausgangsspannung UA, z.B. erhalten durch Messen der Ausgangsspannung UA, zugeführt sein. Der Sollwert UAson der Ausgangsspannung UA kann z.B. von einer übergeordneten Steuereinheit, z.B. ein Batteriemanagementsystem, vorgegeben werden. Der Regler 6 berechnet daraus anhand des implementieren Regelgesetzes eine Stellgröße R für die Steuereinheit 2, die diese Stellgröße R in eine 30 geeignete Ansteuerung der Halbleiterschaltern S11, S12...S41, S42 und der Schalter K1...K4 umsetzt, wie in Fig.2 angedeutet. Der Regler 6 könnte aber die Schalter K1...K4 natürlich genauso direkt ansteuern. 9/158
AV-3656 AT
Beispielsweise kann der Regler 6 oder die Steuereinheit 2, eine Schaltschwelle UAgrenz überwachen und bei Unterschreiten dieser Schaltschwelle UAgrenz durch die Ausgangsspannung UA die Induktivitäten L1...L4 des DC/DC-Wandlers 1 wie oben erläutert reduzieren, die Stromänderungsrate des Induktivitätsstromes iL an die kleine 5 Ausgangsspannung UAanzupassen. -9- 10/15
Claims (8)
- AV-3656 AT Patentansprüche 1. DC/DC-Wandler mit zumindest einer Halbbrücke (H1, H2, H3, H4) mit zwei in Serie geschalteten Halbleiterschaltern (S11, S12, S21, S22, S31, S32, S41, S42) und einer mit einem ersten Ausgangsanschluss (3) verbundenen Ausgangsleitung (A1, A2, A3, A4), die zwischen den Halbleiterschaltern (S11, S12, S21, S22, S31, S32, S41, S42) abzweigt und in der zumindest eine Induktivität (L1, L2, L3, L4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität (L1, L2, L3, L4) zumindest zwei Teilinduktivitäten (L11, L12, L21, L22, L31, L32, L41, L42) umfasst, wobei zumindest eine Teilinduktivität (L12, L22, L32, L42) kurzschließbar ist.
- 2. DC/DC-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität (L1, L2, L3, L4) zumindest zwei induktiv gekoppelte Teilinduktivitäten (L11, L12, L21, L22, L31, L32, L41, L42) umfasst.
- 3. DC/DC-Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Teilinduktivitäten (L11, L12, L21, L22, L31, L32, L41, L42) seriell oder parallel geschaltet sind.
- 4. DC/DC-Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass die zumindest zwei Teilinduktivitäten (L11, L12, L21, L22, L31, L32, L41, L42) zwischen serieller und paralleler Verschaltung umschaltbar ausgeführt sind.
- 5. DC/DC-Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine kurzschließbare Teilinduktivität (L12, L22, L32, L42) mittels eines parallel dazu angeordneten Schalters (K1, K2, K3, K4) kurzschließbar ist.
- 6. Verfahren zum Betreiben eines DC/DC-Wandlers (1) mit zumindest einer Halbbrücke (H1, H2, H3, H4) mit zwei in Serie geschalteten Halbleiterschaltern (S11, S12, S21, S22, S31, S32, S41, S42) und einer mit einem ersten Ausgangsanschluss (3) verbundenen Ausgangsleitung (A1, A2, A3, A4), die zwischen den Halbleiterschaltern (S11, S12, S21, S22, S31, S32, S41, S42) abzweigt und in der zumindest eine Induktivität (L1, L2, L3, L4) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität (L1, L2, L3, L4) zumindest zwei Teilinduktivitäten (L11, L12, L21, L22, L31, L32, L41, L42) umfasst, wobei zumindest eine Teilinduktivität (L12, L22, L32, L42) kurzgeschlossen wird, um eine erreichbare Stromänderungsrate ) des DC/DC-Wandlers (1) anzupassen. dt -10- 11/15 AV-3656 AT
- 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Kurzschließen der Teilinduktivität (L11, L12, L21, L22, L31, L32, L41, L42) auch eine Eingangsspannung des DC/DC-Wandlers verkleinert wird.
- 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem 5 Kurzschließen der Teilinduktivität (L11, L12, L21, L22, L31, L32, L41, L42) auch eine Schaltfrequenz der Halbleiterschalter (S11, S12, S21, S22, S31, S32, S41, S42) vergrößert wird. -11 12/15
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATGM8047/2015U AT15037U1 (de) | 2014-07-29 | 2014-07-29 | DC/DC-Wandler |
| AT505372014A AT514288A2 (de) | 2014-07-29 | 2014-07-29 | DC/DC-Wandler |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AT505372014A AT514288A2 (de) | 2014-07-29 | 2014-07-29 | DC/DC-Wandler |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| AT514288A2 true AT514288A2 (de) | 2014-11-15 |
Family
ID=51862739
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| AT505372014A AT514288A2 (de) | 2014-07-29 | 2014-07-29 | DC/DC-Wandler |
| ATGM8047/2015U AT15037U1 (de) | 2014-07-29 | 2014-07-29 | DC/DC-Wandler |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ATGM8047/2015U AT15037U1 (de) | 2014-07-29 | 2014-07-29 | DC/DC-Wandler |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| AT (2) | AT514288A2 (de) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102022111459B4 (de) * | 2022-05-09 | 2024-03-07 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit einem Antriebssystem |
-
2014
- 2014-07-29 AT AT505372014A patent/AT514288A2/de active IP Right Grant
- 2014-07-29 AT ATGM8047/2015U patent/AT15037U1/de not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AT15037U1 (de) | 2016-11-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE102008034109B4 (de) | Schaltung zur Nachbildung einer elektrischen Last | |
| EP3132515B1 (de) | Umrichter zur blindleistungsabgabe sowie verfahren zu dessen regelung | |
| EP3129799A1 (de) | Verfahren und regler zur modellprädiktiven regelung eines mehrphasigen dc/dc-wandlers | |
| EP0396125A2 (de) | Durchflusswandler | |
| DE102018216236B4 (de) | Ladeschaltung für einen fahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher | |
| EP2760115A1 (de) | Verfahren zum Angleichen von Kondensatorspannungen in einem Zwischenkreis | |
| DE102019214978A1 (de) | Hybrid-Mehrpegel-Leistungsumsetzer mit Umgehung durch ein induktives Bauelement | |
| EP0161527A1 (de) | Wechselrichter | |
| EP3332466B1 (de) | Polwender und blindleistungsfähiger wechselrichter sowie polwendeverfahren | |
| EP2945257B1 (de) | Symmetrieren von elektrischen Spannungen an elektrischen Kondensatoren in einer Reihenschaltung | |
| EP3602762B1 (de) | Wechselrichter | |
| EP2792061B1 (de) | Wahlweise steuerung eines wechselstrommotors oder gleichstrommotors | |
| DE102018216233A1 (de) | Ladeschaltung für einen fahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher | |
| AT514288A2 (de) | DC/DC-Wandler | |
| DE102013212048A1 (de) | Z-Source-Inverter mit optimiertem Wirkungsgrad | |
| EP3360241B1 (de) | Gleichspannungswandler und verfahren zum betrieb eines gleichspannungswandlers | |
| EP2760103A1 (de) | Symmetrieren von Kondensatorspannungen in einer Reihenschaltung von Kondensatoren | |
| DE102007010819B4 (de) | DC-DC-Wandlersystem mit Stromsymmetierungsschaltung und Verfahren zur Symmetrierung der Phasenströme für ein mehrphasiges DC-DC-Wandlersystem | |
| EP3639352B1 (de) | Stromrichteranordnung mit einer abschaltungsfähigkeit eines fehlerstroms und ein verfahren zur abschaltung eines fehlerstroms bei einer solchen stromrichteranordnung | |
| DE102020201463A1 (de) | Hochvolt-Fahrzeugbordnetz mit erstem und zweiten Energiespeicher und Konfigurationsschaltung | |
| EP2928055B1 (de) | Modularer Stromrichter und Verfahren zur Erzeugung einer sinusförmigen Ausgangsspannung mit reduziertem Oberschwingungsgehalt | |
| DE102013018247A1 (de) | Halbgesteuerte Brückenschaltung | |
| DE102005047787B4 (de) | Ansteuerschaltung und Ansteuergerät | |
| DE102015113071B4 (de) | Potentialverschiebende Halbbrücke, Polwender und blindleistungsfähiger Wechselrichter sowie Polwendeverfahren | |
| AT329681B (de) | Schaltungsanordnung |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| UW | Change of intellectual property right |
Effective date: 20160515 |