AT524426B1 - Flexible Konverterstruktur mit kontinuierlichem Eingangsstrom - Google Patents

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AT524426B1
AT524426B1 ATA12/2021A AT122021A AT524426B1 AT 524426 B1 AT524426 B1 AT 524426B1 AT 122021 A AT122021 A AT 122021A AT 524426 B1 AT524426 B1 AT 524426B1
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Abstract

Konverter, bestehend aus einem ersten Klemmenpaar, gebildet aus einer ersten (1) und einer zweiten Klemme (2), einem zweiten Klemmenpaar, bestehend aus einer dritten (3) und einer vierten Klemme (4), einem ersten (S1) und einem zweiten Schalter (S2), die als Diode, elektronische, strombidirektionale, spannungsbidirektionale oder als AC-Schalter ausgeführt sind, einem ersten (C1) und einem zweiten Kondensator (C2), einer ersten (L1) und einer zweiten Spule (L2). Der Konverter stellt je nach unterschiedlicher Ausformung durch die verwendeten Schalter, der entsprechenden Ansteuerung und der Lage von Ein- und Ausgang einen tiefsetzenden, hochsetzenden oder hochtiefsetzenden uni- oder bidirektionalen DC/DC Konverter, einen Gleich- oder Wechselrichter, oder einen AC/AC Wandler dar. Besonders vorteilhaft ist, dass immer ein kontinuierlicher Eingangsstrom auftritt. Auch können beide Spulen miteinander magnetisch verkoppelt werden.

Description

Beschreibung
FLEXIBLE KONVERTERSTRUKTUR MIT KONTINUIERLICHEM EINGANGSSTROM
[0001] Die Erfindung betrifft Konverter, bestehend aus einem ersten Klemmenpaar, gebildet aus einer ersten (1) und einer zweiten Klemme (2), einem zweiten Klemmenpaar, bestehend aus einer dritten (3) und einer vierten Klemme (4), einem ersten (S1) und einem zweiten elektronischen Schalter (S2), die als Diode, elektronische, strombidirektionale, spannungsbidirektionale oder als AC-Schalter ausgeführt sind, einem ersten (C1) und einem zweiten Kondensator (C2), einer ersten (L1) und einer zweiten Spule (L2).
[0002] Die hier vorgestellte Konverterstruktur eignet sich je nach der Ausgestaltung als DC/DC Wandler, Gleich- oder Wechselrichter oder als AC/AC Wandler.
[0003] In der Patentschrift AT 408293 B werden Schaltungen zur Umformung von Gleichspannungen in Wechsel-, Gleich- oder Mischspannungen beschrieben, bei denen der zweite Kondensator parallel zum Ausgangsport der Schaltung geschaltet ist und im Rahmen von AT 409567 B wird die Anwendung in einer Schaltung zur Veränderung des Induktivitätswerts einer Induktivität mit elektronischen Mitteln gezeigt. Bei der gegenständlichen Erfindung liegt der zweite Kondensator nicht parallel zu den Ausgangsklemmen der Schaltung, sondern zwischen einer Eingangsund einer Ausgangsklemme. Dies bringt eine wesentliche Anderung im Verhalten der Schaltung. Einerseits ändert sich dadurch die Spannungsbelastung des zweiten Kondensators und damit auch sein Energieinhalt, andererseits, und das ist noch viel entscheidender, ändert sich die Form des Eingangsstroms. Der Eingangsstrom in den Schaltungen gemäß AT 408293 B ist innerhalb einer Periode (im eingeschwungenen Zustand) sowohl positiv als auch negativ. Der Eingangsquelle wird ein Mischstrom entnommen. Das bedeutet, dass im ersten Teil der Schaltperiode eine gewisse Energie der Quelle entzogen wird wobei dann im zweiten Teil ein Teil davon wieder zurückgespeist wird. Es wird also nur ein Teil der entnommenen Energie letztlich an die Last abgegeben. Dadurch pendelt ein Teil der Leistung am Eingang hin und her. Man kann das analog zur Blindleistung in einem sinusförmigen Netz sehen. Dadurch wird die Strombelastung der Bauteile größer und es entstehen zusätzliche Verluste. Bei den gegenständlichen Schaltungen jedoch kommt es zu keinem Rückspeisen von Energie und zu einem kontinuierlichen Eingangsstrom. Es verbessert sich somit der Wirkungsgrad, da nun die entnommene Energie vollständig zur Deckung des Energiebedarfs der Last und den Verlusten des Konverters verwendet wird. Durch die geringere Strombelastung der Bauteile verringern sich die Verluste im Konverter und der Wirkungsgrad steigt. Der kontinuierliche Eingangsstrom verringert auch die Größe eines Kondensators am Eingang des Konverters, der zur Beseitigung des Einflusses der Zuleitungsinduktivität dient. Die Umstellung der topologischen Lage des zweiten Kondensators bringt also eine wesentliche Verbesserung! (Der Unterschied im Eingangsstrom wird in Fig. 7 gezeigt.)
[0004] Die Erfindung wird an Hand von Bildern beschrieben. Fig. 1 stellt die Grundstruktur dar, die Fig. 2 und Fig. 3 stellen DC/DC Wandler dar, Fig. 4 sind Wechselrichter, Fig. 5 Gleichrichter, oder man kann die Schaltungen in Fig. 4 und Fig. 5 auch als bidirektionale DC/DC Wandler interpretieren und Fig.6 stellt AC/AC Wandler dar. Alle konkreten Ausformungen sind beispielhaft mit MOSFETs gezeichnet, aber keineswegs auf diese Schaltelemente beschränkt. In Fig. 7 ist der Eingangsstrom I(linneu) in einen Konverter gemäß Fig. 2.a und einen entsprechenden Konverter mit der Lage des zweiten Kondensators parallel zu den Ausgangsklemmen |I(linalt) dargestellt. Zusätzlich ist auch das Steuersignal V(sigma) gezeigt.
[0005] Fig. 1 zeigt die Grundstruktur gezeichnet mit symbolischen Schaltern. Die Schalter takten dabei gegengleich. Entweder leitet im Betrieb S1 oder S2.
[0006] Fig. 2 und Fig. 3 stellen DC/DC Wandler dar, die alle einen begrenzten Tastverhältnisbereich haben.
[0007] Fig. 2.a zeigt eine Ausformung, bei der S1 als MOSFET Transistor gezeichnet ist. Mit dem Tastverhältnis d, das ist die Einschaltzeit des elektronischen Schalters (Transistor) zur Perioden-
dauer und unter der Annahme idealer Bauteile, lässt sich das Spannungsübersetzungsverhältnis im eingeschwungenen Zustand bestimmen. Die Berechnung soll zum besseren Verständnis der nachfolgenden Formeln kurz skizziert werden. Im eingeschwungenem Zustand muss der Mittelwert der Spulenspannungen null sein. Daher lässt sich das Spannung-Zeit Gleichgewicht für die beiden Spulen anschreiben gemäß
U,d = |—Uc41 — U2|(1—d) Uc1d = |—-Uc2IC1 — d).
[0008] Zusätzlich erkennt man aus dem Kirchhoffschen Maschengesetz Uc> = U, +U-.
[0009] Dies führt zu dem Spannungsübersetzungsverhältnis von
=. 2 4>05. Ur 1-d [0010] Man beachte, dass das Spannungsübersetzungsverhältnis auf Werte größer gleich 0,5 und (natürlich kleiner eins) eingeschränkt ist. Die Ausgangsspannung ist je nach dem verwendeten Tastverhältnis größer oder kleiner als die Eingangsspannung. Mit dieser Ausgestaltung der
allgemeinen Struktur nach Fig.1 kann man einen invertierenden Hoch-Tiefsetzsteller realisieren.
[0011] Die Ausformung Fig. 2.b ergibt einen Hochsetzsteller mit begrenztem Tastverhältnis. Wie man leicht erkennen kann, stellt sich der Mittelwert der Kondensatorspannung an C1 auf die Ausgangsspannung ein. Es ergibt sich weiter
Yı_ 10 4q<05.
M = , U, 1-2d
[0012] Fig. 2.c zeigt einen Tiefsetzsteller. Das Spannungsübersetzungsverhältnis ergibt sich zu
U» 2d-1
M == —, d >05. U, d
[0013] Fig. 2.d ergibt einen Hoch-Tiefsetzsteller mit dem Spannungsübersetzungsverhältnis
= 2 4<05. U, 1-2d [0014] In Fig. 3 sind weitere DC/DC Konverter dargestellt, bei denen die Polarität des elektronischen Schalters und der Diode vertauscht ist. Natürlich ändert sich damit auch die Polarität der Spannungen an den Klemmenpaaren. Die Spannungsübersetzungsverhältnisse entsprechen denen der Schaltungen gemäß Fig. 2.
[0015] Betrachtet man die Schaltungen gemäß Fig. 2.a und Fig. 2.c so erkennt man, dass die Spannungen auf der Eingangsseite in die gleiche Richtung zeigen, aber auf der Lastseite in unterschiedliche Richtung. Weiters erkennt man, dass an der Position, bei der in Fig. 2.a ein Transistor eingebaut ist, bei Fig.2.c eine Diode geschaltet ist und ebenso, dass an der Position, bei der in Fig. 2.a eine Diode eingebaut ist, bei Fig.2.c ein Transistor geschaltet ist. Daher kann man die zwei Schaltungen entsprechend Fig.4.a kombinieren. Die Schaltung ermöglicht nun das Erzeugen einer positiven wie einer negativen Spannung in Bezug zur Eingangsspannung. Man kann ebenso durch entsprechende Ansteuerung der Transistoren eine Wechsel- oder Mischspannung (DC Spannung mit überlagerter Wechselspannung) erzeugen. Analog kann man aus den Schaltungen Fig.3.a und 3.c für eine umgekehrte Polarität der Eingangsspannung eine Ausgangsspannung in beide Richtungen erzeugen (Fig.4.b).
[0016] Betrachtet man die Schaltungen gemäß Fig. 2.b und Fig. 2.d so erkennt man, dass die Spannung auf der Eingangsseite in unterschiedliche Richtungen zeigt, aber auf der Lastseite in gleiche Richtung. Weiters erkennt man, dass an der Position, bei der in Fig. 2.b ein Transistor eingebaut ist, bei Fig.2.d eine Diode geschaltet ist und ebenso, dass an der Position, bei der in Fig. 2.0 eine Diode eingebaut ist, bei Fig.2.d ein Transistor geschaltet ist. Daher kann man die zwei Schaltungen entsprechend Fig.5.a kombinieren. Die Schaltung ermöglicht nun das Erzeugen von Gleichspannung aus einer positiven wie einer negativen Spannung am Eingang. Man
kann ebenso durch entsprechende Ansteuerung der Transistoren eine Gleichspannung aus einer Wechsel- oder Mischspannung (DC Spannung mit überlagerter Wechselspannung) erzeugen. Analog kann man aus den Schaltungen Fig.3.b und 3.d eine Schaltung kombinieren, die für eine Eingangsspannung beliebiger Polarität eine Ausgangsspannung in umgekehrter Richtung als bei der Schaltung nach Fig.5.a erzeugt.
[0017] Ersetzt man die beiden Schalter in Fig. 1 durch einen elektronischen AC-Schalter, so kann man beliebige Eingangsspannungen entweder an das Klemmenpaar (1, 2) oder das Klemmenpaar (3, 4) anlegen und am entsprechendem anderen Klemmenpaar die Last anschalten. Damit lassen sich dann Gleich-, Wechsel- oder Mischspannungen erzeugen unabhängig von der Form der Eingangsspannung. In Fig.6.a ist der AC-Schalter aus zwei antiseriellen MOSFETs gebildet. Zu den Transistoren ist die antiparallele Diode nicht extra gezeichnet, da sie implizit als Bodydiode vorhanden ist. Wird der AC- Schalter z.B. mit IGBTs realisiert, muss natürlich eine antiparallele Diode vorhanden sein (Fig. 6.b).
[0018] Besonders bemerkenswert ist, dass bei allen Ausformungen ein kontinuierlicher Eingangsstrom auftritt. Da auch die Spannungen an den Spulen die gleichen Verläufe zeigen, kann man die beiden Spulen auf einen gemeinsamen Kern aufbringen und durch diese magnetische Kopplung nur ein magnetisches Bauelement verwenden.
[0019] Die Aufgabe Konverter zur Umformung einer Spannung in eine andere zu realisieren wird erfindungsgemäß dadurch bewerkstelligt, dass an die erste Klemme (1) je ein Anschluss des ersten Schalters (S 1), der zweiten Spule (L2) und des zweiten Kondensators (C2) geschaltet sind, an dem zweiten Anschluss des ersten Schalters (S1) je ein Anschluss der ersten Spule (L1) und des ersten Kondensators (C1) geschaltet sind, an dem zweiten Anschluss der zweiten Spule (L2) der zweite Anschluss des ersten Kondensators (C1) und der erste Anschluss des zweiten Schalters (S2) geschaltet sind, an den zweiten Anschluss des zweiten Kondensators (C2) der zweite Anschluss des zweiten Schalters (S2) und die dritte Klemme (3) geschaltet sind und an den zweiten Anschluss der ersten Spule (L1) die zweite (2) und die vierte Klemme (4) geschaltet sind.
[0020] Es lassen sich daraus verschiedene Realisierungen generieren. So dadurch, dass an die erste Klemme (1) der positive Pol und an die zweite Klemme (2) der negative Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme (4) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch einen elektronischen Schalter gebildet wird, wobei der erste Anschluss des ersten Schalters (S1) der positive Anschluss des elektronischen Schalters ist und der zweite Schalter (S2) durch einen Diode gebildet wird, deren Anode mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.2.a), oder dass an die erste Klemme (1) der positive Pol und an die zweite Klemme (2) der negative Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme (4) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch eine Diode gebildet wird, wobei die Kathode mit der ersten Klemme (1) verbunden ist und der zweite Schalter (S2) durch einen elektronischen Schalter gebildet wird, dessen negativer Anschluss mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.2.c), oder dass an die dritte Klemme (3) der positive Pol und an die vierte Klemme (4) der negative Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der ersten (1) und der zweiten Klemme (2) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch einen elektronischen Schalter gebildet wird, wobei der erste Anschluss des ersten Schalters (S1) der positive Anschluss des elektronischen Schalters ist und der zweite Schalter (S2) durch eine Diode gebildet wird, deren Anode mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.2.b), oder dass an die vierte Klemme (4) der positive Pol und an die dritte Klemme (3) der negative Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der ersten (1) und der zweiten Klemme (2) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch eine Diode gebildet wird, wobei die Kathode mit der dritten Klemme (3) verbunden ist und der zweite Schalter (S2) durch einen elektronischen Schalter gebildet wird, dessen negativer Anschluss mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.2.d).
[0021] Weiters durch Umpolen der Polarität der Schaltelemente, so dass an die erste Klemme (1) der negative Pol und an die zweite Klemme (2) der positive Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme (4) die Last angeschlossen
ist, der erste Schalter (S1) durch einen elektronischen Schalter gebildet wird, wobei der zweite Anschluss des ersten Schalters (S1) der negative Anschluss des elektronischen Schalters ist, und der zweite Schalter (S2) durch eine Diode gebildet wird, deren Kathode mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.3.a), oder dass an die zweite Klemme (2) der positive Pol und an die erste Klemme (1) der negative Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme (4) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch eine Diode gebildet wird, wobei die Anode mit der ersten Klemme (1) verbunden ist und der zweite Schalter (S2) durch einen elektronischen Schalter gebildet wird, dessen negativer Anschluss mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.3.c), oder dass an die vierte Klemme (4) der positive Pol und an die dritte Klemme (3) der negative Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der ersten (1) und der zweiten Klemme (2) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch einen elektronischen Schalter gebildet wird, wobei der erste Anschluss des ersten Schalters (S1) der negative Anschluss des elektronischen Schalters ist und der zweite Schalter (S2) durch eine Diode gebildet wird, deren Kathode mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.3.b), oder dass an die dritte Klemme (3) der positive Pol und an die vierte Klemme (4) der negative Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der ersten (1) und der zweiten Klemme (2) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch eine Diode gebildet wird, wobei die Anode mit der ersten Klemme (1) verbunden ist und der zweite Schalter (S2) durch einen elektronischen Schalter gebildet wird, dessen positiver Anschluss mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.3.d).
[0022] Man kann auch eine bipolare Ausgangsspannung erzeugen, dadurch dass an die erste Klemme (1) der positive Pol und an die zweite Klemme (2) der negative Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme (4) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch einen strombidirektionalen Schalter (ein elektronischer Schalter mit antiparalleler Diode) gebildet wird, wobei der erste Anschluss des ersten Schalters (S1) der positive Anschluss des strombidirektionalen Schalters ist und der zweite Schalter (S2) ebenfalls durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, dessen negativer Anschluss mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.4.a), oder dass an die erste Klemme (1) der negative Pol und an die zweite Klemme (2) der positive Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme (4) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, wobei der erste Anschluss des ersten Schalters (S1) der negative Anschluss des strombidirektionalen Schalters ist und der zweite Schalter (S2) ebenfalls durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, dessen positiver Anschluss mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.4.b).
[0023] Um aus einer bipolaren Eingangsspannung eine unipolare Ausgangsspannung zu gewinnen, muss man die Konverterschaltung so gestalten, dass an die dritte Klemme (3) und an die vierte Klemme (4) eine Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der ersten (1) und der zweiten Klemme (2) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, wobei der erste Anschluss des ersten Schalters (S1) der negative Anschluss des strombidirektionalen Schalters ist und der zweite Schalter (S2) ebenfalls durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, dessen negativer Anschluss mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.5.a), oder dass an die dritte Klemme (3) und an die vierte Klemme (4) eine Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der ersten (1) und der zweiten Klemme (2) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, wobei der erste Anschluss des ersten Schalters (S1) der negative Anschluss des strombidirektionalen Schalters ist und der zweite Schalter (S2) ebenfalls durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, dessen negativer Anschluss mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.5.b).
[0024] Die größte Flexibilität erreicht man dadurch, dass an die erste Klemme (1) und an die zweite Klemme (2) die Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme (4) die Last angeschlossen ist, der erste (S1) und der zweite Schalter (S2) durch AC-Schalter gebildet werden (Fig.6a), oder dass an die dritte Klemme (3) und an die vierte Klemme (4) die Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der ersten (1) und der zwei-
ten Klemme (2) die Last angeschlossen ist und der erste (S1) und der zweite Schalter (S2) durch AC-Schalter gebildet werden.
[0025] Eine für spezielle Nischenanwendungen sinnvolle Struktur erhält man dadurch, dass an die erste Klemme (1) und an die zweite Klemme (2) die Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme (4) die Last angeschlossen ist, der erste (S1) und der zweite Schalter (S2) durch spannungsbidirektionale Schalter (z.B. ein elektronischer Schalter mit antiserieller Diode) gebildet werden oder dass an die dritte Klemme (3) und an die vierte Klemme (4) die Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der ersten (1) und der zweiten Klemme (2) die Last angeschlossen ist, und der erste (S1) und der zweite Schalter (S2) durch spannungsbidirektionale Schalter gebildet werden.
[0026] Ein besonderes interessantes Verhalten der Konverter ergibt sich, wenn die erste (L1) und die zweite Spule (L2) magnetisch gekoppelt sind.
[0027] Um den Einfluss der Zuleitungsinduktivität zu vermeiden, ist es sinnvoll, dass parallel zu den Klemmen (1, 2) oder (3, 4) an denen die Eingangsspannung angeschaltet ist ein Kondensator oder eine Kombination von Kondensatoren geschaltet ist.
[0028] Die Schaltungen können weiter dadurch verbessert werden, dass parallel zu den Schaltern (S1, S2) Snubber Netzwerke geschaltet sind oder Vorrichtungen zur Erzielung von ZCS oder ZVS der Schalter (S1, S2) vorgesehen sind.

Claims (10)

Patentansprüche
1. Konverter, bestehend aus einem ersten Klemmenpaar, gebildet aus einer ersten (1) und einer zweiten Klemme (2), einem zweiten Klemmenpaar, bestehend aus einer dritten (3) und einer vierten Klemme (4), einem ersten (S1) und einem zweiten Schalter (S2), die als Diode, elektronische, strombidirektionale, spannungsbidirektionale oder als AC-Schalter ausgeführt sind, einem ersten (C1) und einem zweiten Kondensator (C2), einer ersten (L1) und einer zweiten Spule (L2), dadurch gekennzeichnet, dass an die erste Klemme (1) je ein Anschluss des ersten Schalters (S1), der zweiten Spule (L2) und des zweiten Kondensators (C2) geschaltet sind, an dem zweiten Anschluss des ersten Schalters (S1) je ein Anschluss der ersten Spule (L1) und des ersten Kondensators (C1) geschaltet sind, an dem zweiten Anschluss der zweiten Spule (L2) der zweite Anschluss des ersten Kondensators (C1) und der erste Anschluss des zweiten Schalters (S2) geschaltet sind, an den zweiten Anschluss des zweiten Kondensators (C2) der zweite Anschluss des zweiten Schalters (S2) und die dritte Klemme (3) geschaltet sind und an den zweiten Anschluss der ersten Spule (L1) die zweite (2) und die vierte Klemme (4) geschaltet sind.
2. Konverter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die erste Klemme (1) der positive Pol und an die zweite Klemme (2) der negative Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme (4) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch einen elektronischen Schalter gebildet wird, wobei der erste Anschluss des ersten Schalters (S1) der positive Anschluss des elektronischen Schalters ist und der zweite Schalter (S2) durch eine Diode gebildet wird, deren Anode mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.2.a), oder dass an die erste Klemme (1) der positive Pol und an die zweite Klemme (2) der negative Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme (4) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch eine Diode gebildet wird, wobei die Kathode mit der ersten Klemme (1) verbunden ist und der zweite Schalter (S2) durch einen elektronischen Schalter gebildet wird, dessen negativer Anschluss mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.2.c), oder dass an die dritte Klemme (3) der positive Pol und an die vierte Klemme (4) der negative Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der ersten (1) und der zweiten Klemme (2) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch einen elektronischen Schalter gebildet wird, wobei der erste Anschluss des ersten Schalters (S1) der positive Anschluss des elektronischen Schalters ist und der zweite Schalter (S2) durch eine Diode gebildet wird, deren Anode mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.2.b), oder dass an die vierte Klemme (4) der positive Pol und an die dritte Klemme (3) der negative Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der ersten (1) und der zweiten Klemme (2) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch eine Diode gebildet wird, wobei die Kathode mit der dritten Klemme (3) verbunden ist und der zweite Schalter (S2) durch einen elektronischen Schalter gebildet wird, dessen negativer Anschluss mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.2.d).
3. Konverter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die erste Klemme (1) der negative Pol und an die zweite Klemme (2) der positive Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme (4) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch einen elektronischen Schalter gebildet wird, wobei der zweite Anschluss des ersten Schalters (S1) der negative Anschluss des elektronischen Schalters ist, und der zweite Schalter (S2) durch eine Diode gebildet wird, deren Kathode mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.3.a), oder dass an die zweite Klemme (2) der positive Pol und an die erste Klemme (1) der negative Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme (4) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch eine Diode gebildet wird, wobei die Anode mit der ersten Klemme (1) verbunden ist und der zweite Schalter (S2) durch einen elektronischen Schalter gebildet wird, dessen negativer Anschluss mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.3.c), oder dass an die vierte Klemme (4) der positive Pol und an die dritte Klemme (3) der negative Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der ersten (1) und der zweiten
Klemme (2) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch einen elektronischen Schalter gebildet wird, wobei der erste Anschluss des ersten Schalters (S1) der negative Anschluss des elektronischen Schalters ist und der zweite Schalter (S2) durch eine Diode gebildet wird, deren Kathode mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.3.D), oder dass an die dritte Klemme (3) der positive Pol und an die vierte Klemme (4) der negative Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der ersten (1) und der zweiten Klemme (2) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch eine Diode gebildet wird, wobei die Anode mit der ersten Klemme (1) verbunden ist und der zweite Schalter (S2) durch einen elektronischen Schalter gebildet wird, dessen positiver Anschluss mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.3.d).
4. Konverter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die erste Klemme (1) der positive Pol und an die zweite Klemme (2) der negative Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme (4) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, wobei der erste Anschluss des ersten Schalters (S1) der positive Anschluss des strombidirektionalen Schalters ist und der zweite Schalter (S2) ebenfalls durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, dessen negativer Anschluss mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.4.a), oder dass an die erste Klemme (1) der negative Pol und an die zweite Klemme (2) der positive Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme (4) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, wobei der erste Anschluss des ersten Schalters (S1) der negative Anschluss des strombidirektionalen Schalters ist und der zweite Schalter (S2) ebenfalls durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, dessen positiver Anschluss mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.4.b).
5. Konverter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die dritte Klemme (3) und an die vierte Klemme (4) eine Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der ersten (1) und der zweiten Klemme (2) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, wobei der erste Anschluss des ersten Schalters (S1) der negative Anschluss des strombidirektionalen Schalters ist und der zweite Schalter (S2) ebenfalls durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, dessen negativer Anschluss mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.5.a), oder dass an die dritte Klemme (3) und an die vierte Klemme (4) eine Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der ersten (1) und der zweiten Klemme (2) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, wobei der erste Anschluss des ersten Schalters (S1) der negative Anschluss des strombidirektionalen Schalters ist und der zweite Schalter (S2) ebenfalls durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, dessen negativer Anschluss mit der dritten Klemme (3) verbunden ist (Fig.5.b).
6. Konverter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die erste Klemme (1) und an die zweite Klemme (2) die Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme (4) die Last angeschlossen ist, der erste (S1) und der zweite Schalter (S2) durch AC-Schalter gebildet werden (Fig.6a), oder dass an die dritte Klemme (3) und an die vierte Klemme (4) die Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der ersten (1) und der zweiten Klemme (2) die Last angeschlossen ist und der erste (S1) und der zweite Schalter (S2) durch AC-Schalter gebildet werden.
7. Konverter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die erste Klemme (1) und an die zweite Klemme (2) die Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme (4) die Last angeschlossen ist, der erste (S1) und der zweite Schalter (S2) durch spannungsbidirektionale Schalter gebildet werden oder dass an die dritte Klemme (3) und an die vierte Klemme (4) die Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der ersten (1) und der zweiten Klemme (2) die Last angeschlossen ist, und der erste (S1) und der zweite Schalter (S2) durch spannungsbidirektionale Schalter gebildet werden.
8. Konverter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (L1) und die zweite Spule (L2) magnetisch gekoppelt sind.
9. Konverter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu den Klemmen (1, 2) oder (3, 4) an denen die Eingangsspannung angeschaltet ist ein Kondensator oder eine Kombination von Kondensatoren geschaltet ist.
10. Konverter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu den Schaltern (S1, S2) Snubber Netzwerke geschaltet sind oder Vorrichtungen zur Erzielung von ZCS oder ZVS der Schalter (S1, S2) vorgesehen sind.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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AT527694A1 (de) * 2023-10-20 2025-05-15 Felix Himmelstoss Dipl Ing Dr Konverterstruktur mit drei Zuständen

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT408293B (de) * 1996-07-11 2001-10-25 Felix Dipl Ing Dr Himmelstoss Schaltungen zur umformung von gleichspannungen in wechsel-, gleich- oder mischspannungen
AT409567B (de) * 1999-08-09 2002-09-25 Felix Dipl Ing Dr Himmelstoss Schaltungen zur veränderung des induktivitätswertes einer induktivität mit elektronischen mitteln

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT408293B (de) * 1996-07-11 2001-10-25 Felix Dipl Ing Dr Himmelstoss Schaltungen zur umformung von gleichspannungen in wechsel-, gleich- oder mischspannungen
AT409567B (de) * 1999-08-09 2002-09-25 Felix Dipl Ing Dr Himmelstoss Schaltungen zur veränderung des induktivitätswertes einer induktivität mit elektronischen mitteln

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT527694A1 (de) * 2023-10-20 2025-05-15 Felix Himmelstoss Dipl Ing Dr Konverterstruktur mit drei Zuständen

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