AT517341A4 - Transformatorloser Hochsetzsteller mit hohem Spannungsübersetzungsverhältnis - Google Patents

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AT517341A4
AT517341A4 ATA379/2015A AT3792015A AT517341A4 AT 517341 A4 AT517341 A4 AT 517341A4 AT 3792015 A AT3792015 A AT 3792015A AT 517341 A4 AT517341 A4 AT 517341A4
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Abstract

HochsetzsteHer zur Erzielung eines großen Gleichspannungsübersetzungsverhältnisses, bestehend aus einer asymmetrischen Halbbrücke AHB, gebildet aus dem ersten aktiven Schalter S1 und der Diode D1, einer Halbbrücke HB bestehend aus zwei in Serie geschalteten aktiven Schaltern S2 und S3, einem Kondensator C1, zwei Spulen L1 und L2, einer positiven El und einer negativen E2 Eingangsklemme, an der die Eingangsspannung U1 geschaltet ist, einer positiven Al und einer negativen A2 Ausgangsklemme, an der die Last LAST oder die Parallelschaltung der Last LAST und eines zweiten Kondensators C2 geschaltet ist. Die asymmetrische Halbbrücke AHB und die Halbbrücke HB können durch integrierte Module gebildet werden, wobei die Halbbrücke (HB) durch einen Halbbrückentreiber angesteuert wird.

Description

Transformatorloser Hochsetzsteiler mit hohem Spannungsübersetzungsverhältnis
Die Erfindung betrifft einen Hochsetzsteiler, bestehend aus einer asymmetrischen Halbbriicke (AHB), gebildet aus dem ersten aktiven Schalter (Si) und der Diode (Di), einer Halbbriicke (HB) bestehend aus zwei in Serie geschalteten aktiven Schaltem (S2, S3), einem Kondensator (Ci), zwei Spulen (Li, L2), einer positiven (El) und einer negativen (E2) Eingangsklemme, an der die Eingangsspannung (Ui) geschaltet ist, einer positiven (Al) und einer negativen (A2) Ausgangsklemme, an der die Last (LAST) oder die Parallelschaltung der Last (LAST) und eines zweiten Kondensators (C2) geschaltet ist
Hochsetzsteiler dienen zur Erzeugung einer höheren Gleichspannung aus einer niedrigeren. Dazu wurden viele Schaltungen publiziert und patentiert. Die hier dargestellte Schaltung besteht aus drei aktiven Schaltem und einem passiven, zwei Spulen und einem oder mehreren Kondensatoren.
Die Schaltung eignet sich besonders, wenn hohe Spannungsübersetzungsverhältnisse erforderlich sind.
Die Figuren stellen die Schaltung des Hochsetzstellers (Fig. 1) und die Last des Hochsetzstellers (Fig. 2) dar.
Die Schaltung wird an Hand von Fig. 1 erklärt.
Im kontinuierlichen Betrieb der Schaltung gibt es zwei Moden. Im ersten Mode sind der erste Schalter Si und der zweite aktive Schalter S2 eingeschaltet. Dadurch liegt die Eingangsspannung Ui an der ersten Spule Li und die Kondensatorspannung an der zweiten Spule L2, jeweils positiv an den entsprechenden Spulen und der Strom steigt in diesen. Dabei wird Energie aus der Eingangsspannungsquelle Ui und dem Kondensator Ci entnommen. Im zweiten Mode werden die beiden Schalter Si und S2 abgeschaltet und der aktive Schalter S3 eingeschaltet. Dadurch kommutiert der Strom der ersten Spule Li in die Diode Di und schließt sich über den Kondensator Q und S3 und die Eingangsspannung Ui. Der Strom von L2 fließt nun in die Last und schließt sich über S3 und dem Kondensator Ci. An den beiden Spulen liegen nun negative Spannungen (an der Spule Li die Differenz aus Eingangsspannung Ui und Kondensatorspannung, an der Spule L2 die Differenz aus Kondensatorspannung und Ausgangsspannung U2. Dadurch sinkt der Strom in den beiden Spulen ebenso wie deren Energieinhalt. Der Quelle Ui wird weiterhin Energie entnommen und der Kondensator Ci wird wieder nachgeladen. Für den eingeschwungenen Zustand und bei idealen Bauelementen lässt sich das Spannungsübersetzungsverhältnis gemäß
bestimmen. Die Schaltung hat also das gleiche Spannungsübersetzungsverhältnis wie zwei kaskadierte normale Hochsetzsteller, die Bauteilbelastung ist aber etwas unterschiedlich.
Die Last kann direkt angeschlossen werden (Fig. 2.b) oder es wird zur Glättung noch ein Kondensator C2 parallel geschaltet werden (Fig. 2.a).
Die Ansteuerung der aktiven Schalter erfolgt gemäß dem Stand der Technik und wird hier nicht weiter behandelt. Die Regelung erfolgt entweder als Spannungsregelung der Ausgangsspanmmg oder als Stromregelung. Hier empfiehlt sich besonders die Regelung des Stroms in der ersten Spule. Dabei empfiehlt sich besonders ein Zweipunktregler mit Hysterese, Sliding Mode Control, oder Zustandsregler.
Die Aufgabe, eine Gleichspannung hochzusetzen wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass an die positive Eingangsklemme (El) die erste Spule (Li) geschaltet ist, der zweite Anschluss der ersten Spule (Li) an den Verbindungspunkt zwischen positivem Anschluss des ersten aktiven Schalters (Si) und der Anode der Diode (Di) der asymmetrischen Halbbrücke (AHB) geschaltet ist, wobei der negative Anschluss des ersten aktiven Schalters (Si) mit der negativen Eingangsklemme (E2) verbunden ist, die Kathode der Diode (Di) an einen Anschluss der zweiten Induktivität (L2) und an den positiven Anschluss des Kondensators (Ci) geschaltet ist, an den negativen Anschluss des Kondensators (Q) der Verbindungspunkt zwischen positivem Anschluss des dritten aktiven Schalters (S3) und negativem Anschluss des zweiten aktiven Schalters (S2) der Halbbrücke (HB) geschaltet ist, der zweite Anschluss der zweiten Spule (L2) mit dem positiven Anschluss des zweiten aktiven Schalters (S2) und der positiven Ausgangsklemme (Al) geschaltet ist und der negative Anschluss des dritten aktiven Schalters (S3) mit der negativen Ausgangsklemme (A2) und der negativen Eingangsklemme (E2) verbunden ist.
Weiters kann zwischen der ersten (El) und der zweiten (E2) Eingangsklemme ein weiterer Kondensator geschaltet werden. Die asymmetrische Halbbriicke (AHB) und die Halbbmcke (HB) können durch integrierte Module gebildet werden und die Halbbmcke (HB) durch einen Halbbriickentreiber angesteuert werden.

Claims (4)

  1. Patentanspriiche
    1. Hochsetzsteller bestehend aus einer asymmetrischen Halbbrücke (AHB), gebildet aus dem ersten aktiven Schalter (Si) und der Diode (Dj), einer Halbbrücke (HB) bestehend aus zwei in Serie geschalteten aktiven Schaltem (S2, S3), einem Kondensator (Ci), zwei Spulen (Li, L2), einer positiven (El) und einer negativen (E2) Eingangsklemme, an der die Eingangsspannung (Ui) geschaltet ist, einer positiven (Al) und einer negativen (A2) Ausgangsklemme, an der die Last (LAST) oder die Parallelschaltung der Last (LAST) und eines zweiten Kondensators (C2) geschaltet ist dadurch gekennzeichnet, dass an die positive Eingangsklemme (El) die erste Spule (Li) geschaltet ist, der zweite Anschluss der ersten Spule (Lj) an den Verbindungspunkt zwischen positivem Anschluss des ersten aktiven Schalters (Si) und der Anode der Diode (Di) der asymmetrischen Halbbriicke (AHB) geschaltet ist, wobei der negative Anschluss des ersten aktiven Schalters (Si) mit der negativen Eingangsklemme (E2) verbunden ist, die Kathode der Diode (Di) an einen Anschluss der zweiten Induktivität (L2) und an den positiven Anschluss des Kondensators (Ci) geschaltet ist, an den negativen Anschluss des Kondensators (Ci) der Verbindungspunkt zwischen positivem Anschluss des dritten aktiven Schalters (S3) und negativem Anschluss des zweiten aktiven Schalters (S2) der Halbbriicke (HB) geschaltet ist, der zweite Anschluss der zweiten Spule (L2) mit dem positiven Anschluss des zweiten aktiven Schalters (S2) und der positiven Ausgangsklemme (Al) geschaltet ist und der negative Anschluss des dritten aktiven Schalters (S3) mit der negativen Ausgangsklemme (A2) und der negativen Eingangsklemme (E2) verbunden ist.
  2. 2. Hochsetzsteller gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten (El) und der zweiten (E2) Eingangsklemme ein weiterer Kondensator geschaltet ist.
  3. 3. Hochsetzsteller gemäß Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die asymmetrische Halbbriicke (AHB) und die Halbbriicke (HB) durch integrierte Module gebildet werden.
  4. 4. Hochsetzsteller gemäß Anspruch 1,2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Halbbriicke (HB) durch einen Halbbriickentreiber angesteuert wird.
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