AT528649A4 - Hochsetzsteller mit spezieller Verschaltung der Eingangskondensatoren - Google Patents
Hochsetzsteller mit spezieller Verschaltung der EingangskondensatorenInfo
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- AT528649A4 AT528649A4 ATA13/2025A AT132025A AT528649A4 AT 528649 A4 AT528649 A4 AT 528649A4 AT 132025 A AT132025 A AT 132025A AT 528649 A4 AT528649 A4 AT 528649A4
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Hochsetzsteller mit spezieller Verschaltung der Eingangskondensatoren, bestehend aus einer positiven (1) und einer negativen Eingangsklemme (2), an welchen die Eingangsspannung (U1) angeschaltet ist, einer positiven (3) und einer negativen Ausgangsklemme (4), an welchen die Last (R) angeschaltet ist, einem ersten elektronischen Schalter (S1) und einem zweiten elektronischen Schalter (S2) jeweils mit Treiberstufen, einer ersten Diode (D1) und einer zweiten Diode (D2), einer ersten (L1) und zweiten Spule (L2) und einem erstem (C1), einem zweiten (C2) und einem dritten Kondensator (C3). Die übertragene Leistung wird gleichmäßig auf die beiden Stufen verteilt. Durch die versetzte Ansteuerung der beiden Stufen um 180° wird die wirksame Frequenz verdoppelt. Es entsteht ein Hochsetzsteller mit stark hochsetzenden Spannungsübersetzungsverhältnis.
Description
HOCHSETZSTELLER MIT SPEZIELLER VERSCHALTUNG DER EINGANGSKONDENSATOREN
[0001] Die Erfindung betrifft einen Hochsetzsteller mit spezieller Verschaltung der Eingangskondensatoren, bestehend aus einer positiven (1) und einer negativen Eingangsklemme (2), an welchen die Eingangsspannung (U1) angeschaltet ist, einer positiven (3) und einer negativen Ausgangsklemme (4), an welchen die Last (R) angeschaltet ist, einem ersten elektronischen Schalter ($1) und einem zweiten elektronischen Schalter (S2) jeweils mit Treiberstufen, einer ersten Diode (D1) und einer zweiten Diode (D2), einer ersten (L1) und zweiten Spule (L2) und einem erstem (C1), einem zweiten (C2) und einem dritten Kondensator (C3).
[0002] Die Erfindung wird anhand von drei Abbildungen beschrieben. Fig. 1 stellt den gegenständlichen Gleichspannungswandler (DC-DC-Konverter) dar. Fig. 2 zeigt eine Erweiterung durch eine Vorstufe und Fig. 3 zeigt das Spannungsübersetzungsverhältnis des Konverters. Die Beschreibung der Schaltung erfolgt im nicht-Iückenden Betrieb, wobei der Strom durch die Spulen größer null, mit idealen Bauelementen im eingeschwungenen Zustand angenommen wird. Die Ausgangsspannung wird innerhalb einer Taktperiode als konstant angesehen, was durch einen ausreichend groß dimensionierten Ausgangskondensator erreicht wird. Gleiches gilt für die Eingangskondensatoren und deren Spannungen.
[0003] Die Schaltung hat zwei Betriebsmoden und wird durch Ansteuerung der elektronischen Schalter (S1 und S2) mit phasenversetzten Taktsignalen betrieben. Es gilt darüber hinaus, dass wenn der aktive Schalter S1 an ist, sperrt die Diode D1 und wenn der elektronische Schalter S2 an, ist sperrt die Diode D2. Durch die versetzte Taktung ist es aber durchaus möglich, dass beide elektronische Schalter (S1 und S2) für einen begrenzten Zeitraum gleichzeitig an sind.
[0004] Ist der aktive Schalter S1 geschlossen, liegt die Spannung UC1 an der Induktivität L1. Dadurch, dass die Spannung UC1 positiv ist, steigt der Strom durch die Induktivität L1. Wenn der Schalter S1 abgeschaltet wird, wird die Diode D1 leitend und übernimmt den Strom iL1. Es liegt nun UC1 reduziert um die Ausgangsspannung U2 an der Induktivität L1. Diese Spannung hat einen negativen Wert, was zu einem sinkenden Strom durch L1 führt.
[0005] Gleiches gilt sinngemäß für den aktiven Schalter S2, die Diode D2, die Induktivität L2 und den Kondensator C2.
[0006] Im eingeschwungenen Zustand ist die Spannung an der Spule L1 im Mittel null, es folgt Uc dT = |Uc1 - U2l (1 —QT. [0007] Es ergibt sich folgender Zusammenhang zwischen Kondensatorspannung UC1 und Ausgangsspannung U2 1 1—d‘
[0008] Gleiches gilt sinngemäß für den Zusammenhang zwischen Kondensatorspannung UC2 und Ausgangsspannung U2
U, = Uc1
U,„=U ! 27 Ve2TZq' [0009] Bei einem symmetrischen Aufbau der Gesamtschaltung (L1=L2 und C1=C2) ergibt sich Uc1 = Uc2-
[0010] Betrachtet man die gesamte Schaltung, so ergibt sich für die Ausgangsspannung U2 die Summe der beiden Kondensatorspannungen UC1 und UC2 abzüglich der Eingangsspannung U1
U, = Ue1 +Uc2-U4.
[0011] Aus diesen bisher genannten Gleichungen ergibt sich der Zusammenhang von Eingangs-
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spannung U1 zu Ausgangsspannung U2 in Abhängigkeit zum Tastverhältnis d
U, mit d < 0,5.
0 1—2d [0012] Aus der Formel erkennt man, dass das Tastverhältnis kleiner 0,5 sein muss.
[0013] Anstatt der hier beispielhaft gezeichneten MOSFETs (S1 und S2) können auch andere Schalter (z.B. IGBTs, SIC, GaN-MOSFETs) verwendet werden und statt der Dioden aktive Schalter.
[0014] Als Vorteil der Schaltung kann die höhere Frequenz des Stroms des Ausgangskondensators C3 gegenüber des klassischen Hochsetzstellers angesehen werden. Weiteres wird der Energiefluss auf zwei Zweige aufgeteilt und das Spannungsübersetzungsverhältnis vergrößert.
[0015] Wie auch beim konventionellen Hochsetzsteller stellt der Einschaltstromstoß beim Anschließen der Schaltung an die Versorgungsspannung ein Problem dar. Dies kann mit einer Vorstufe bestehend aus einem aktiven Schalter SIN, einer Diode DIN und einer Induktivität LIN vermieden werden.
[0016] Die Aufgabe einen Hochsetzsteller mit spezieller Verschaltung der Eingangskondensatoren zu realisieren, wird erfindungsgemäß dadurch bewerkstelligt, dass die erste Eingangsklemme (1) mit dem ersten Anschluss der ersten Spule (L1) und dem ersten Anschluss des ersten Kondensators (C1) verbunden ist, der zweite Anschluss der ersten Spule (L1) mit der Anode der ersten Diode (D1) und dem positiven Anschluss des ersten elektronischen Schalters (S1) verbunden ist, der zweite Anschluss des zweiten Kondensators (C2) mit dem zweiten Anschluss des zweiten Spule (L2) und der negativen Eingangsklemme (2) verbunden ist, der erste Anschluss der zweiten Spule (L2) mit dem negativen Anschluss des zweiten elektronischen Schalters (S2) und der Kathode der zweiten Diode D2 verbunden ist, die Kathode der ersten Diode (D1), der erste Anschluss des zweiten Kondensators (C2) und der positive Anschluss des zweiten elektronischen Schalters (S2) an die positive Ausgangsklemme (3) geschaltet ist, und die Anode der zweiten Diode (D2), der zweite Anschluss des ersten Kondensators (C1) und der der negative Anschluss des ersten elektronischen Schalters (S1) und die negative Ausgangsklemme (4) miteinander verbunden sind.
[0017] Weiters ist es sinnvoll, dass zwischen der positiven (3) und der negativen Ausgangsklemme (4) der dritte Kondensator (C3) geschaltet ist.
[0018] Um Überspannungen durch parasitäre Induktivitäten zu vermeiden, wird zwischen der positiven (1) und der negativen Eingangsklemme (2) ein Kondensator (C4) geschaltet.
[0019] Um den Einschaltstromstoß bei Anschluss an ein steife Eingangsspannung zu vermeiden und als elektronische Sicherung wird eine Vorstufe vorgeschaltet und zwar an die Eingangsklemme (1) der zweite Anschluss einer Induktivität (LIN), an den ersten Anschluss dieser Induktivität (LIN) die Kathode einer weiteren Diode (DIN) und der negative Anschluss eines weiteren elektronischen Schalters (SIN) geschaltet ist, an dem positiven Anschluss des weiteren elektronischen Schalters (SIN) ist die positive Eingangsklemme der Vorstufe (5) geschaltet, an den negativen Eingangsanschluss (2) die Anode der weiteren Anode (DIN) und die negative Anschlussklemme der Vorstufe (6) geschaltet.
[0020] Um die Auswirkungen der parasitären Zuleitungsinduktivität zu vermeiden, wird zwischen dem positiven Anschluss (5) und dem negativen Anschluss (6) ein Kondensator geschaltet.
[0021] Weiteres sei erwähnt, dass die Kapazitäten (C1, C2, C3, C4) durch Elektrolytkondensatoren mit parallel liegenden Folien- oder Keramikkondensatoren oder durch Folien- oder Keramikkondensatoren realisiert sind.
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Patentansprüche
1. Die Erfindung betrifft einen Hochsetzsteller mit spezieller Verschaltung der Eingangskondensatoren, bestehend aus einer positiven (1) und einer negativen Eingangsklemme (2), an welchen die Eingangsspannung (U1) angeschaltet ist, einer positiven (3) und einer negativen Ausgangsklemme (4), an welchen die Last (R) angeschaltet ist, einem ersten elektronischen Schalter (S1) und einem zweiten elektronischen Schalter (S2) jeweils mit Treiberstufen, einer ersten Diode (D1) und einer zweiten Diode (D2), einer ersten (L1) und zweiten Spule (L2) und einem erstem (C1), einem zweiten (C2) und einem dritten Kondensator (C3) dadurch gekennzeichnet, dass die erste Eingangsklemme (1) mit dem ersten Anschluss der ersten Spule (L1) und dem ersten Anschluss des ersten Kondensators (C1) verbunden ist, der zweite Anschluss der ersten Spule (L1) mit der Anode der ersten Diode (D1) und dem positiven Anschluss des ersten elektronischen Schalters (S1) verbunden ist, der zweite Anschluss des zweiten Kondensators (C2) mit dem zweiten Anschluss des zweiten Spule (L2) und der negativen Eingangsklemme (2) verbunden ist, der erste Anschluss der zweiten Spule (L2) mit dem negativen Anschluss des zweiten elektronischen Schalters (S2) und der Kathode der zweiten Diode D2 verbunden ist, die Kathode der ersten Diode (D1), der erste Anschluss des zweiten Kondensators (C2) und der positive Anschluss des zweiten elektronischen Schalters (S2) an die positive Ausgangsklemme (3) geschaltet ist und die Anode der zweiten Diode (D2), der zweite Anschluss des ersten Kondensators (C1) und der der negative Anschluss des ersten elektronischen Schalters (S1) und die negative Ausgangsklemme (4) miteinander verbunden sind.
2. Hochsetzsteller mit spezieller Verschaltung der Eingangskondensatoren, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der positiven (3) und der negativen Ausgangsklemme (4) der dritte Kondensator (C3) geschaltet ist.
3. Hochsetzsteller mit spezieller Verschaltung der Eingangskondensatoren, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der positiven (1) und der negativen Eingangsklemme (2) ein Kondensator (C4) geschaltet ist.
4. Hochsetzsteller mit spezieller Verschaltung der Eingangskondensatoren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass an die Eingangsklemme (1) der zweite Anschluss einer Induktivität (LIN), an den ersten Anschluss dieser Induktivität (LIN) die Kathode einer weiteren Diode (DIN) und der negative Anschluss eines weiteren elektronischen Schalters (SIN) geschaltet ist, an dem positiven Anschluss des weiteren elektronischen Schalters (SIN) ist die positive Eingangsklemme der Vorstufe (5) geschaltet, an den negativen Eingangsanschluss (2), die Anode der weiteren Diode (DIN) und die negative Anschlussklemme der Vorstufe (6) geschaltet ist.
5. Hochsetzsteller gemäß Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem positiven Anschluss (5) und dem negativen Anschluss (6) ein Kondensator geschaltet ist.
6. Hochsetzsteller gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazitäten (C1, C2, C3, C4) durch Elektrolytkondensatoren mit parallel liegenden Folien- oder Keramikkondensatoren oder durch Folien- oder Keramikkondensatoren realisiert sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Claims (6)
1. Hochsetzsteller mit spezieller Verschaltung der Eingangskondensatoren, bestehend aus einer positiven (1) und einer negativen Eingangsklemme (2), an welchen die Eingangsspannung (U1) angeschaltet ist, einer positiven (3) und einer negativen Ausgangsklemme (4), an welchen die Last (R) angeschaltet ist, einem ersten elektronischen Schalter (S1) und einem zweiten elektronischen Schalter (S2) jeweils mit Treiberstufen, einer ersten Diode (D1) und einer zweiten Diode (D2), einer ersten (L1) und zweiten Spule (L2), einem erstem (C1) und einem zweiten (C2) Kondensator dadurch gekennzeichnet, dass die erste Eingangsklemme (1) mit dem ersten Anschluss der ersten Spule (L1) und dem ersten Anschluss des ersten Kondensators (C1) verbunden ist, der zweite Anschluss der ersten Spule (L1) mit der Anode der ersten Diode (D1) und dem positiven Anschluss des ersten elektronischen Schalters (S1) verbunden ist, der zweite Anschluss des zweiten Kondensators (C2) mit dem zweiten Anschluss des zweiten Spule (L2) und der negativen Eingangsklemme (2) verbunden ist, der erste Anschluss der zweiten Spule (L2) mit dem negativen Anschluss des zweiten elektronischen Schalters (S2) und der Kathode der zweiten Diode D2 verbunden ist, die Kathode der ersten Diode (D1), der erste Anschluss des zweiten Kondensators (C2) und der positive Anschluss des zweiten elektronischen Schalters (S2) an die positive Ausgangsklemme (3) geschaltet ist und die Anode der zweiten Diode (D2), der zweite Anschluss des ersten Kondensators (C1) und der der negative Anschluss des ersten elektronischen Schalters (S1) und die negative Ausgangsklemme (4) miteinander verbunden sind.
2. Hochsetzsteller mit spezieller Verschaltung der Eingangskondensatoren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der positiven (3) und der negativen Ausgangsklemme (4) ein dritter Kondensator (C3) geschaltet ist.
3. Hochsetzsteller mit spezieller Verschaltung der Eingangskondensatoren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der positiven (1) und der negativen Eingangsklemme (2) ein vierter Kondensator (C4) geschaltet ist.
4. Hochsetzsteller gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren (C1, C2, C3, C4) durch Elektrolytkondensatoren mit parallel liegenden Folien- oder Keramikkondensatoren oder durch Folien- oder Keramikkondensatoren realisiert sind.
5. Serienschaltung eines Tiefsetzstellers mit einem Hochsetzsteller, wobei der Tiefsetzsteller einen elektronischen Schalter (SIN), eine weitere Diode (DIN) und eine weitere Induktivität (LIN) umfasst dadurch gekennzeichnet, dass der Hochsetzsteller nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildet ist.
6. Hochsetzsteller gemäß Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Tiefsetzsteller einen positiven Anschluss (5) und einen negativen Anschluss (6) aufweist, wobei zwischen dem positiven Anschluss (5) und dem negativen Anschluss (6) ein Kondensator geschaltet ist.
ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE
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| ATA13/2025A AT528649B1 (de) | 2025-01-21 | 2025-01-21 | Hochsetzsteller mit spezieller Verschaltung der Eingangskondensatoren |
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| AT528649B1 AT528649B1 (de) | 2026-04-15 |
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| ATA13/2025A AT528649B1 (de) | 2025-01-21 | 2025-01-21 | Hochsetzsteller mit spezieller Verschaltung der Eingangskondensatoren |
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| AT528649B1 (de) | 2026-04-15 |
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