AT505507A1 - METHOD AND DEVICE FOR LIMITING THE INDUCTION IN THE CORE OF CHANGING TRANSFORMERS SWITCHED ON A DC VOLTAGE - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR LIMITING THE INDUCTION IN THE CORE OF CHANGING TRANSFORMERS SWITCHED ON A DC VOLTAGE Download PDF

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AT505507A1
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Description

       

  Verfahren und Vorrichtung zur Begrenzung der Induktion im Kern von wechselweise an eine Gleichspannung geschalteten Transformatoren.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von wechselweise an eine Gleichspannung geschalteten Transformatoren, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist.
Die wirtschaftliche Bedeutung von Gegentaktwandlern bzw. Wechselrichtern, die eine Gleichspannung wechselweise in positiver und negativer Richtung an einen Transformator schalten, besteht in der Hauptsache darin, dass der Leistungstransformator, der die Gestehungskosten wesentlich beeinflusst, bei gleicher Baugrösse theoretisch doppelt so viel Leistung übertragen kann, weil der Kern des Transformators in beide Richtungen, anstatt nur in eine Richtung, magnetisiert wird.

   Praktisch wiegt der Vorteil eher schwerer, weil sich beim Vorwärtswandler die nach einer Treibphase im Transformator erreichte Magnetisierung im Lastfall aufgrund der Kommutierung des Magnetisierungsstromes auf die Sekundärseite nicht vollständig abbaut. Deshalb ist die maximale Einschaltdauer der Leistungsschalter bzw. maximale Pulsbreite von theoretisch einer halben Periodendauer der Schaltfrequenz vermindert, weshalb der Vorwärtswandler in erster Näherung proportional dieser Verminderung weniger Leistung übertragen kann.

   Bei den Gegentaktwandlern beträgt die maximale Einschaltdauer nahezu 50%, etwas vermindert allein aufgrund der endlichen Schaltgeschwindigkeit der Leistungsschalter.
Der Ausnützung dieses Kostenvorteils steht in vielen Anwendungen allerdings das noch nicht zufriedenstellend gelöste Sättigungsproblem des Leistungstransformators gegenüber, der aufgrund seiner grossen Hauptinduktivität LHund seines geringen Innenwiderstandes R[tau]auch unter Berücksichtigung der Schalterund Dioden-, bzw. Ventilflussspannungen eine nur sehr schwach gedämpfte integrierende Strecke darstellt.

   Sind nun die durch die Gegentaktstruktur an den Transformator gelegten positiven Impulse auch nur geringfügig grösser, als die negativen, oder umgekehrt, so integriert sich dieser Fehler auf, sodass insbesondere bei dynamisch anspruchsvolleren Anwendungen der Transformator plötzlich sättigt und zu einem Kurzschluss wird, der unmittelbar zur Abschaltung des Gerätes oder zu dessen Zerstörung führt.
Nun ist die Erfassung beginnender Transformatorsättigung, etwa mittels Differenzbildung der zu messenden Primär- und Sekundärströme sehr aufwendig und würde hochpräzise Hallsensoren erforderlich machen. Auf jeden FallG aber stellt die Erfassung beginnender Sättigung hohe Anforderungen an die Genauigkeit und Schnelligkeit der Messung.

   Dieses Problem bleibt auch beim Halbbrückengegentaktwandler bestehen, dessen Transformator an einen kapazitiven Spannungsmittelpunkt, also mit einem Kondensator in Serie geschaltet ist, der im stationären Zustand den Spannungsgleichanteil ungleich langer positiver und negativer Impulse am Transformator kompensiert, weil der Transformator bei genügend grossem Unterschied der Dauer zweier aufeinanderfolgender positiver und negativer Impulse zufolge etwa einer schnellen Änderung des Sollwertes der Ausgangsgrösse und somit der diesen Ausgangsgrössen entsprechenden Pulsweiten sättigt, bevor sich die Mittelpunktspannung verschiebt.

   Deshalb hatten Gegentaktstrukturen zunächst hauptsächlich theoretische Bedeutung.
Die wirtschaftliche Bedeutung der Gegentaktwandler hat erst um 1990 beginnend zugenommen, aufgrund der Verfügbarkeit moderner, robuster, vergleichbar nahezu leistungslos steuerbarer Leistungshalbleiter, wie beispielsweise FET oder IGBT, mit ausreichend konstanten, jitterfreien Schaltverzögerungs- und Treiberdurchlaufzeiten und Treiberschaltungen, die mit einer ausreichend schnellen Überstromabschaltung ausgerüstet sind.
Trotzdem blieb der Anwendungsbereich bis 1993 auf Anwendungen mit geringen dynamischen Ansprüchen begrenzt, weil sich die abwechselnd positiven und negativen Impulse am Leistungstransformator nur langsam, bezogen auf die Schaltfreqenz, verändern dürfen, um der Gefahr einer Gleichmagnetisierung und Sättigung des Transformators vorzubeugen.

   Wenn ab einem bestimmten positiven oder negativen Impuls die Pulsbreite der folgenden Impulse gegenüber den verherigen deutlich grösser oder kleiner ist, so tritt am Leistungstransformator eine resultierende Gleichmagnetisierung auf, die sich nur sehr langsam, grössenordnungsmässig mit der Zeitkonstante TH= LH/R[iota] abbaut. Inzwischen können auch schon kleinere Pulsänderungen zur sofortigen Sättigung führen.
Um der mit der Schaltfrequenz verbundenen theoretisch erreichbaren Dynamik näher zu kommen, behilft man sich derzeit auch damit, dem Leistungstransformator einen pulsfesten Kondensator geringer Kapazität in Serie zu schalten. Beim Halbbrückenwechselrichter können die Stützkondensatoren entsprechend klein gewählt werden, sodass nicht mehr von einer festen Mittelpunktspannung ausgegangen werden kann.

   Eine Gleichmagnetisierung wird dann zwar schneller kompensiert, allerdings ist die Spannung am Leistungstransformator um den kapazitiven Spannungsabfall verringert, weshalb umso weniger Leistung übertragen werden kann, je dynamischer der Wechselrichter ausgelegt ist. Aufgrund des kapazitiven Spannungsverlustes kann weniger Leistung übertragen werden.

   Zugleich muss der Leistungstransformator überdimensioniert werden, um die transiente Gleichmagnetisierung auszuhalten, bis die Spannung am Koppelkondensator die Gleichmagnetisierung abbaut .
Die Vollbrücke mit Phasenverschiebungssteuerung ist insoferne ein besonderer Gegentaktwandler, weil die Magnetisierung des Transformators ausschliesslich zugleich mit der Leistungsübertragung erfolgt und seine Magnetisierung in den dazwischen liegenden Pausen - den sogenannten Freilaufintervallen - nahezu unvermindert erhalten bleibt.
- 2 Praktische Erfahrungen mit der Vollbrücke mit
Phasenverschiebungssteuerung und bereits verfügbaren modernen Treibern und Leistungsschaltern haben gezeigt, dass es genügt, ausreichend genaue Steuerimpulse zu erzeugen,

   aufgrund denen theoretisch - vorausermittelnde Annahme - eine Überschreitung der maximal zulässigen Magnetisierung des
Leistungstransformators nicht auftritt. Diese Wirkung wird dadurch erzielt, dass aus der Sollwertspannung bzw. Reglerausgangsspannung jene Frequenzanteile herausgefiltert werden, die ein stetiges Anwachsen der Magnetisierung verursachen würden, wobei auf eine direkte Sättigungserfassung am Transformator zugunsten eines kostengünstigen Vorfilters zwischen Reglerausgang und Pulsweitenmodulatoreingang verzichtet werden kann.

   Laut Offenlegungsschrift des deutschen Patentamtes DE 196 34 713 AI funktionieren sogar Verfahren, die beim Auftreten periodischer Sollwertänderungen eine stationäre Gleichmagnetisierung zulassen, wobei das Abklingen derselben nicht berücksichtigt wird.
In der Offenlegungsschrift werden Verfahren dargestellt, bei denen zunächst exakt die halbe Pulsweitenänderung weitergegeben wird, sodass theoretisch die maximale Magnetisierung nicht überschritten wird, wobei abhängig von der Höhe einer periodischen Sollwertschwankung eine Gleichmagnetisierung auftreten kann.

   Die Verfahren haben sich praktisch bewährt und zu einer deutlichen Steigerung der dynamischen Eigenschaften der Vollbrücke geführt, ohne die übertragbare Leistung vermindernden Koppelkondensator und ohne Überdimensionierung des Leistungstransformators, dessen Kern allerdings für die grösste Betriebsspannung ausgelegt werden muss.
Die darin vorgestellten Verfahren setzen die prinzipiell erreichbare Dynamik des Leistungsteiles jedoch immer noch herab, weil verfahrensgemäss zunächst immer die halbe Sollwertänderung vom Leistungsteil zu verarbeiten ist. Die erreichbare Dynamik einer solcherart ertüchtigten Vollbrücke ist daher in etwa vergleichbar mit jener, die mit zwei um 180[deg.] versetzt arbeitenden Vorwärtswandlern, die mit der halben Schaltfrequenz arbeiten, erzielt werden kann.

   Weiters muss der alte Sollwert gespeichert werden, um die auszugebende Pulsbreite nach der Formel Us= (US/a[iota]t + Us,neu) /2 zu berechnen, weshalb auch aufgrund der geforderten Genauigkeit nur eine digitale Realisierung sinnvoll erscheint.
Bei herkömmlicher PWM-Regelung der Vollbrücke, sowie beispielsweise auch beim Halbbrückengegentaktwandler, erfolgt nach Beendigung einer leistungsübertragenden Zeitdauer ein lastabhängiges Entmagnetisierungsintervall in dem der verbliebene Magnetisierungsstrom auf die Sekundärseite kommutiert. Bei hohen dynamischen Anforderungen an den Wechselrichter wird daher eventuell ein rückgekoppeltes Vorgehen notwendig, während die Vollbrücke mit Phasenverschiebungssteuerung jedenfalls mit dem ohne Rückkoppelung auskommenden Vorfilterverfahren bereits für hohe dynamische Anforderungen ertüchtigt werden konnte.

   Jedenfalls gewährleistet das erfindungsgemässe Vorgehen mit Rückkoppelung der Transformatorspannung auch den Schutz des Transformators bei einer höheren und schwankenden Versorgungsspannung, der bei dem Vorfilterverfahren naturgemäss nicht gegeben ist. Bei Anwendungen beispielsweise im Bahnversorgungsnetz, wo mit einer in weitem Bereich schwankenden Versorgungsspannung gerechnet werden muss, ist das Vorfilterverfahren ungeeignet, weil der Transformator strommässig für die minimale Betriebsspannung, der Kern des Transformators jedoch auf die maximale Betriebsspannung, der Transformator also für eine viel grössere Leistung ausgelegt werden müsste,

   wohingegen bei erfindungsgemässem Vorgehen der Transformatorkern vorteilhaft ebenfalls nur auf die minimale Betriebsspannung ausgelegt werden und der Transformator für die Nennleistung des Gerätes ausgelegt werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Anwendungsbereich der Gegentaktstrukturen zu erweitern und ohne Einbussen bei der Betriebssicherheit deren dynamische Resourcen voll nutzbar zu machen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9 und durch die Vorrichtungen nach den Ansprüchen 10 bis 14 gelöst.
Im Verfahren nach Anspruch 1 erübrigt sich vorteilhaft die Erfassung der nichtlinearen Transformatorsättigung und gegenüber den bekannten Verfahren wird vorteilhaft nur im Falle einer drohenden Sättigung des Transformators nicht auf den Reglerausgang sondern auf den Ausgang des Pulsweitenmodulators 

  eingegriffen. Dadurch wird die theoretisch erreichbare Dynamik des Wechselrichters nochmals deutlich erhöht. Ausserdem wird das Vorgehen nach Anspruch 2 möglich, weil der Transformator im linearen Bereich betrieben wird.
Beim Vorgehen nach Anspruch 2 wird die Magnetisierung des Transformators kostengünstig durch Integration eines Signals ermittelt, dessen Verlauf dem der Transformatorprimärspannung entspricht .
Beim Vorgehen nach Anspruch 3 kann kostengünstig ein magnetischer Spannungswandler zum Einsatz kommen, der ebenfalls im linearen Bereich betrieben wird. Weiters werden dadurch fluktuierende Schaltverzögerungszeiten berücksichtigt, weshalb besonders vorteilhaft nicht nur kostengünstige Pulsweitenmodulatoren, sondern auch kostengünstige Treiberschaltungen eingesetzt werden können.

   Weiters werden auch eventuell auftretende Entmagnetisierungsintervalle, sowie auch parasitäre Effekte, wie beispielsweise die symmetrierende Wirkung parasitärer Schalterkapazitäten und die Verminderung der Transformatorspannung um die Flussspannungen der stromführenden Ventile und die Spannungsabfälle an den parasitären Widerständen und somit auch die abnehmende Tendenz der eventuell vorhandenen Gleichmagnetisierung bei zurückgenommener Pulsbreite rüchgekoppelt, weshalb das Verfahren vorteilhaft auf alle Gegentaktstrukturen angewendet werden kann.

   Jedenfalls kann der Wechselrichter bereits wirtschaftlich an variabler Versorgungsspannung betrieben werden, weil der Transformator nur mehr für eine entsprechend der Schwankungsbreite der Versorgungsspannung über der Nennleistung des Gerätes liegende Leistung dimensioniert werden muss, beispielsweise auf 120% der Nennleistung für Versorgungsspannungsschwankungen von +-10%.
Durch das Vorgehen nach Anspruch 4 oder 5 wird vorteilhaft erreicht, dass der Transformatorkern auf die Untergrenze der Zwischenkreisspannung ausgelegt werden kann.

   Das Vorgehen nach Anspruch 4 ist für digitale Realisierung besonders geeignet, während das Vorgehen nach Anspruch 5 auf analoge Weise besonders einfach ist.
Das Vorgehen nach Anspruch 6 wird sinnvoll, bei nur geringfügig schwankender Versorgungsspannung des Wechselrichters, z.B. +-10% und speziell beim phasenverschiebungsgesteuerten Vollbrückenwechselrichter. Vorteilhaft wird keine Rückkoppelung und somit auch keinen Spannungswandler benötigt. Kostengünstig wird die Transformatormagnetisierung durch Integration eines Signales gewonnen, das sich direkt aus den Steuersignalen ableitet.

   Auch kann vorteilhaft ein kostengünstiger Pulweitenmodulator zum Einsatz kommen.
Beim Vorgehen nach Anspruch 7 wird für den unwahrscheinlichen Fall, dass längere quasistationäre Zustände durch schnelle Sollwertänderungen beendet oder unterbrochen werden, das Abklingen der Gleichmagnetisierung kostengünstig mitberücksichtigt .
Das Vorgehen nach Anspruch 8 ist vorteilhaft, wenn es sich dabei wesentlich um eine lineare Entmagnetisierung des Transformators gegen die Summe der im Freilaufkreis liegenden Ventilspannungen handelt.

   Dies ist auch kostengünstig mittels digitalem Zähler realisierbar.
Das Vorgehen nach Anspruch 9 ist vorteilhaft, wenn ein exponentielles Abklingen in den Freilaufphasen bzw. ein exponentiell schwächer werdendes Zunehmen der Magnetisierung zufolge der im jeweiligen Stromkreis liegenden Innenwiderstände für die Entmagnetisierung des Transformators bestimmend ist. Bei Ausführung in herkömmlicher Analogtechnik kann die eventuell bestimmende Dämpfung durch die parasitären Widerstände einfach und kostengünstig durch Parallelschaltung eines entsprechend hochohmigen Widerstandes zum Integrationskondensator mitberücksichtigt werden.

   Auch dieses Vorgehen ist in Digitaltechnik bereits kostengünstig ausführbar.
Bei dem Vorgehen nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9 kann der Leistungstransformator vorteilhaft auf die maximale Betriebsspannung ausgelegt werden.
Anspruch 10 beschreibt eine Vorrichtung 40, die für alle Gegentaktwandler und variable Versorgungsspannung eingesetzt werden kann.

   Anspruch 11 beschreibt eine Vorrichtung 40 nach Anspruch 10, bei der der Transformator möglichst gut ausgenützt wird.
Das Vorgehen nach Anspruch 12 verringert vorteilhaft die Überdimensionierung des Transformators über die geforderte Nennleistung des Gerätes hinaus, insbesondere bei Anwendungen für einen weiten Versorgungsspannungsbereich.
Durch das Vorgehen nach Anspruch 13 entfällt vorteilhaft die Notwendigkeit der Festlegung zweier weiterer Werte für die Begrenzung der Amplitude der rückgekoppelten Transformatorspannung.
Das Vorgehen nach Anspruch 14 stellt eine kostengünsige Realisierung von Anspruch 12 dar.
Durch das Vorgehen nach Anspruch 15 wird die erforderliche Überdimensionierung des Transformators insbesondere zufolge einer schwankenden Versorgungsspannung vermieden.
Anspruch 16 beschreibt eine prinzipiell für alle Gegentaktwandler in Anwendungsbereichen,

   wo eine annähernd unveränderliche Versorgungsspannung vorliegt, geeignete Vorrichtung 50, die kostengünstig ohne die Erfassung der
Transformatorprimärspannung auskommt .
Das Vorgehen nach Anspruch 17 macht es möglich, den Kern des Transformators nicht weit über jenen magnetischen Fluss auszulegen, als den, der im stationären Betrieb maximal an der maximalen Versorgungsspannung auftreten kann.
Das Vorgehen nach den Ansprüchen 17, 18 und 19 ermöglicht eine weitere Reduzierung des Kernquerschnittes des Transformators, bzw.

   schliesslich dessen Auslegung auf den Betrieb an der maximalen Versorgungsspannung, auch für den unwahrscheinlichen Fall, dass der Anwendungsprozess schnelle Änderungen der Ausgangsgrösse verlangt, die von längeren quasistationären Betriebszuständen unterbrochen sind.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese im nachfolgenden anhand des Halbbrücken- und Vollbrückenkonverters näher beschrieben.
Es zeigen;
Fig.1: das Prinzipschaltbild des Halbbrückenwechselrichters;
Fig.2: das Prinzipschaltbild des Vollbrückenwechselrichters mit PhasenverschiebungsSteuerung;
Fig.3:

   Verfahrensschaltbild eines leistungselektronischen DC-DC-Wandlers nach DE 196 34 713 A 1;
Fig.4: einen von einem Wechselrichter, der über eine primärseitig rückgekoppelte Korrekturschaltung gesteuert wird, wechselseitig an eine Gleichspannung geschalteten Transformator mit sekundär angeschlossenem Gleichrichter und einen an diesen Gleichrichter angeschlossenen Verbraucher bzw. das Verfahrensschaltbild für Anspruch 1;
Fig.5: Prinzipschaltbild der
InduktionsbegrenzungsVorrichtung;
Fig.6: Schaltbild für Integrator und
Induktionsbegrenzungsvorrichtung für den Halbbrückengegentaktwandler;
Fig.7: Zeitverläufe von Steuersignalen, resultierender
Transformatorspannung und Transformatormagnetisierung für den Halbbrückenwechselrichter in Fig.1 mit erfindungsgemässer Induktionsbegrenzung nach Fig.6;
Fig.8:

   Magnetisierungsverläufe bei maximaler Pulsbreite für verschiedene VersorgungsSpannungen;
Fig.9: Schaltungserweiterung für die Integratorschaltung in Fig.6 zur Berücksichtigung einer variablen Versorgungsspannung;
Fig.10: Zeitverläufe von Steuersignalen, resultierender
Transformatorspannung und Transformatormagnetisierung für den Vollbrückenwechselrichter mit Phasenverschiebungssteuerung in Fig.2 mit erfindungsgemässer Induktionsbegrenzung nach Fig.6 mit Logikschaltung nach Fig.11;
Fig.11: Schaltbild für eine beispielhafte Logikschaltung für den Vollbrückenwechselrichter mit Phasenverschiebungssteuerung in Fig.2;
Fig.12: das Verfahrensschaltbild für ein nicht rückgekoppeltes Vorgehen;
Fig.13:

   Schaltungsbeispiel für Integrator und eine nicht rückgekoppelte Induktionsbegrenzungsvorrichtung für den Halbbrückenkonverter in Fig.1;
Fig.14: beispielhaft erweiterte Integratorschaltung für den Vollbrückenwechselrichter mit
Phasenverschiebungssteuerung mit Berücksichtigung der Transformatorentmagnetisierungstendenz;
Fig.15: zeitliche Verläufe der wesentlichen Grössen während einer Periode der Schaltfrequenz des Wechselrichters in Fig.2 zur Erklärung der Schaltung in Fig.14.
Fig.1 zeigt den Wechselrichter 13, dessen Versorgungsleitungen 1 und 2 an den Ausgang eines Spannungszwischenkreises, etwa an den Kondensator am Ausgang eines Netzgleichrichters, angeschlossen ist.

   An die Leitungen 1 und 2 sind zwei mittels Leitung 3 in Serie geschaltete Kondensatoren oder Spannungsquellen 27 und 28 angeschlossen, damit die Spannungsdifferenz zwischen Leitung 1 und Leitung 3, sowie zwischen den Leitungen 3 und 2 jeweils die halbe Zwischenkreisspannung beträgt. Die positiven Kraftanschlüsse von Schalter 8 und der Diode 9 sind mit Leitung 1, die negativen Kraftanschlüsse mit Leitung 4 verbunden. Die positiven Kraftanschlüsse von Schalter 11 und Diode 12 sind mit Leitung 4, die negativen Kraftanschlüsse mit Leitung 2 verbunden. Die Steuerleitung 5 ist an den Eingang der Treiberschaltung 7 angeschlossen, deren Ausgang mit dem Steuereingang des Schalters 8 verbunden ist.

   Die Steuerleitung 6 ist an den Eingang der Treiberschaltung 10 angeschlossen, deren Ausgang mit dem Steuereingang des Schalters 11 verbunden ist.
In die Treiberschaltungen 7 und 10 sei auch die
Einschaltverzögerungszeit eingebaut, wenn die Leistungsschalter etwa eine grössere Ausschaltverzögerung aufweisen, damit es bei Vollaussteuerung - der Einschaltbefehl auf Steuerleitung 5 kommt gleichzeitig mit dem Ausschaltbefehl auf Steuerleitung 6 und umgekehrt - zu keinem Brückenkurzschluss kommen kann.
Zwischen den Leitungen 4 und 3 steht die
Ausgangswechselspannung 29, die positiv gleich gross der halben Zwischenkreisspannung ist, wenn Schalter 8 geschlossen ist, die halbe negative Zwischenkreisspannung beträgt, solange Schalter 11 geschlossen ist, und vorwiegend Null ist,

   wenn beide Schalter geöffnet sind.
In Fig.2 ist die Prinzipschaltung eines
Vollbrückenwechselrichters mit Phasenverschiebungssteuerung dargestellt. Die positiven Anschlüsse der Schalter 14 und 20, sowie der Dioden 15 und 21 sind mit Leitung 1 verbunden. Die negativen Anschlüsse der Schalter 17 und 23 und der Dioden 18 und 24 sind mit Leitung 2 verbunden. Den positiv gezählten Ausgang des Wechselrichters bildet Leitung 4, mit der die negativen Anschlüsse von Schalter 14 und Diode 15 und die positiven Anschlüsse von Schalter 17 und Diode 18 verbunden sind. Den negativ gezählten Ausgang des Wechselrichters bildet Leitung 3, die die negativen Anschlüsse von Schalter 20 und Diode 21 und die positiven Anschlüsse von Schalter 23 und Diode 24 verbindet.

   Die Ausgangswechselspannung 29 liegt zwischen den Leitungen 4 und 3 an.
Der Steuereingang von Schalter 14 ist mit dem Ausgang der Treiberschaltung 16 verbunden. Am Eingang der Treiberschaltung 16 ist die Steuerleitung 5 angeschlossen. Schalter 17 wird von Treiber 19 angesteuert. Der Eingang des Treibers 19 ist mit dem Ausgang eines Inverters 51 verbunden, dessen Eingang ebenfalls an Leitung 5 angeschlossen ist. Der Steuereingang von Schalter 20 ist mit dem Ausgang der Treiberschaltung 22 verbunden. Am Eingang der Treiberschaltung 22 ist die Steuerleitung 6 angeschlossen. Schalter 23 wird von Treiber 25 angesteuert. Der Eingang des Treibers 25 ist mit dem Ausgang des Inverters 52 verbunden, dessen Eingang ebenfalls an Leitung 6 angeschlossen ist .
Die Signale auf den Steuerleitungen 5 und 6 sind Rechteckspannungen mit einem Tastverhältnis von 50% im stationären Zustand.

   Die notwendige Einschaltverzögerung ist in den Treiberschaltungen realisiert. Das Signal auf der Steuerleitung 5 eilt dem Signal auf Steuerleitung 6 voraus. Das Signal auf Leitung 5 steuert den voreilenden Brückenzweig 14, 17 und das Signal auf Leitung 6 steuert den nacheilenden Brückenzweig 20, 23.
Den Leistungsschaltern 14, 17, 20, 23 sind die Dioden 15, 18, 21, 24 antiparallel geschaltet, weil die gängigen Leistungsschalter im eingeschalteten Zustand nur in Richtung vom positiven zum negativen Leistungsanschluss Strom führen können.
Durch das Schliessen der Schalter 14 und 23 wird die positive Zwischenkreisspannung an den Ausgang gelegt, durch das Schliessen der Schalter 17 und 20 die negative.

   Die Breite der positiven und negativen Impulse der Ausgangwechselspannung 29 ergibt sich aus der Phasenverschiebung der Signale 5 und 6, ebenso wie die Dauer der dazwischenliegenden Freilaufphasen Schalter 14 und 20 oder Schalter 17 und 23 sind gleichzeitig geschlossen bzw. offen.
Fig.3 zeigt die Verfahrensschritte bei der DC-DC-Wandlung nach dem in der Offenlegungsschrift DE 196 34 713 AI beschriebenen Verfahren. Der Netzgleichrichter 32 ist eingangsseitig an das Netz 31 angeschlossen, sein positiver Ausgang ist mit Leitung 1 und sein negativer Ausgang mit Leitung 2 verbunden. Der Zwischenkreiskondensator ist einerseits mit Leitung 1 verbunden, andererseits an Leitung 2 angeschlossen. Leitung 1 und 2 sind die Versorgungsleitungen des Wechselrichters 26, an dessen Ausgang, gebildet durch die Leitungen 4 und 3, die Primärseite des Leistungstransformators 30 angeschlossen ist.

   Die Pulsbreiten der Ausgangswechselspannung 29 wird durch die Signale auf den Steuerleitungen 5 und 6 bestimmt. Die Sekundärseite des Transformators 30 ist mit dem Eingang des Sekundärgleichrichters 33 verbunden, an dessen Ausgang die Last 34 angeschlossen ist.
Die Lastspannung wird mit der Spannungsmesseinrichtung 35 erfasst und mit der Leitungen 36 dem Regler 41 zugeführt. Auf Leitung 38 erhält der Regler 41 den Istwert des Laststromes. Der Regler 41 vergleicht den Stromistwert auf Leitung 38 mit dem Stromsollwert auf Leitung 39 oder die Lastspannung auf Leitung 36 mit dem Spannungssollwert auf Leitung 40 und reguliert mit seiner Ausgangsspannung auf Leitung 42, der eine gewisse Pulsbreite der positiven und negativen Impulse an Transformator 30 entspricht, den Leistungsfluss.

   Der Regler 41 ist ausgangsseitig durch Leitung 42 mit dem Eingang des Vorfilters 83 verbunden, dessen Ausgang über Leitung 82 mit dem Eingang des Pulsweitenmodulators 43 verbunden ist. An den Ausgang des Pulsweitenmodulators 43 sind die Steuerleitungen 5 und 6 des Wechselrichters 26 angeschlossen.
Nach dem derzeitigen Stand der Technik legt das Vorfilter 83 an seinen Ausgang auf Leitung 82 einen Wert, der nur einem Teil der Änderunq an seinem Eingang auf Leitunq 42 entspricht, sodass der Pulsbreitenmodulator 43 Steuersignale 5 und 6 für den Wechselrichter dergestalt erzeugt, sodass bei beliebigen Änderungen des Reglerausgangs auf Leitung 42 der Leistungstransformator voraussichtlich nicht sättigt, bzw. eine maximal zulässige Transformatormagnetisierung nicht überschritten wird.

   Der Vorfilter 83 erfüllt dergestalt seine Aufgabe, die eventuell im Sollwertsignal 42 enthaltenen harmonischen und subharmonischen Schwingungen der Schaltfrequenz des Wechselrichters herauszufiltern, die zu einem steten Ansteigen der Transformatorgleichmagnetisierung führen würden. Ohne Vorfilter 83 und ohne weitere Massnahmen, gefährlich wiederkehrende Sollwertänderungen zu unterbinden, z.B. durch Reduzierung der Systemdynamik etwa mittels dem besprochenen Vorfilterverfahren, würde sich der gefährliche Transformatorkurzschluss aufgrund der Sättigung seines Kernes auch bei einem deutlich überdimensionierten Transformator nur eben etwas später einstellen.
In Fig 4 sind gegenüber dem Stand der Technik in Fig.

   3 die Steuerleitungen 5 und 6 an den Ausgang der nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeitenden Vorrichtung 40 angeschossen, deren Signaleingänge über die Leitungen 45 und 46 mit den Ausgängen des Pulsweitenmodulators 43 verbunden sind. Zwei weitere Eingänge der Vorrichtung 40 sind über die Leitungen 47 und 48 mit der Sekundärseite des Spannungswandlers 49 verbunden, dessen Primärseite mit den Ausgangsleitungen 3 und 4 des Wechselrichters 13 verbunden ist.
Fig. 5 zeigt das Prinzipschaltbild der Vorrichtung 40.

   Diese besteht aus dem Integrator 73, einem Schaltungsteil, der die kritischen Werte der Transformatormagnetisierung in positiver und negativer Richtung auf den Leitungen 55 und 56 festlegt, den Komperatoren 63, 64 und einer Logikschaltung 78 oder 79.
Die rückgekoppelte Transformatorspannung 72 wird mit den Leitungen 47 und 48 dem Eingang des Integrators 73 zugeführt. Leitung 62 verbindet den Ausgang des Integrators 73 mit dem negativen Eingang des Komperators 63 und mit dem positiven Eingang des Komperators 64. Der positive Eingang von Komperator 63 ist mit Leitung 55 verbunden, an der der positive kritische Wert des Magnetisierungsstromes abgegriffen wird.

   Das ebenfalls feststehende Potential auf Leitung 56, die mit dem negativen Eingang des Komperators 64 verbunden ist, bestimmt den negativen kritischen Wert der Transformatormagnetisierung.
Leitung 80 vom Ausgang des Komperators 63, Leitung 81 vom Ausgang des Komperators 64, sowie die Leitungen 45 und 46 von den Ausgängen des Pulsweitenmodulators 43 sind an die Eingänge einer Logikschaltung 78 oder 79 angeschlossen, die die Steuersignale 45 und 46 an ihre Ausgänge an den Leitungen 5, und 6 durchschaltet, solange die Spannungen auf den Leitungen 80 und 81 anzeigen, dass sich die Magnetisierung von Transformator 30 innerhalb der erlaubten Grenzen bewegt, die auf den Leitungen 55 und 56 festgelegt sind.

   Logikschaltung 78 bzw. 79 leitet die Signale 45 und 46 des Pulsweitenmodulators 43, die aufgrund der Belastung des Transformators 30 durch den Anwendungsprozess vorgegeben sind, unverändert auf die Steuerleitungen 5 und 6 des Wechselrichters 13 oder 26, der die versorgende Gleichspannung wechselweise die vom Anwendungsprozess bestimmte Zeitdauer in positiver und negativer Richtung an die Primärwicklung von Transformator 30 legt, es sei denn, dass das auf Leitung 62 abnehmbare, von Integrator 73 der Magnetisierung von Transformator 30 bzw.

   des parallel geschalteten Spannungswandlers 49 nachgebildete Magnetisierungssignal den kritischen Wert in positiver oder negativer Richtung erreicht hat.
Im Falle des Wechselrichters 13 gibt Logikschaltung 78 gegenüber dem Steuerimpuls auf Leitung 45 auf Leitung 5 einen entsprechend verkürzten Steuerimpuls aus, wenn das Magnetisierungssignal den positiven kritischen Wert auf Leitung 55 erreicht und Komperator 63 angesprochen hat. Es wird der Steuerimpuls auf Leitung 46 auf Leitung 6 verkürzt ausgegeben, wenn Komperator 64 feststellt, dass das Magnetisierungssignal von Transformator 30 seinen negativen kritischen Wert, der auf Leitung 56 festgelegt ist, erreicht hat.
Beim Vollbrückenkonverter sind die Kondensatoren 27, 28 ebenfalls durch Leistungsschalter ersetzt.

   Bei herkömmlicher PWM-Regelung wird der anstelle des Kondensators 27 eingebaute Schalter zugleich mit Schalter 11 ein- und ausgeschaltet und der Schalter an der Stelle von Kondensator 28 wird gemeinsam mit Schalter 8 angesteuert. Unterschiedlich zum Halbbrückenwechselrichter wird bei Durchschalten eines Schalterpaares nun die volle Zwischenkreisspannung in positiver oder negativer Richtung an den Transformator 30 gelegt. Auch hier kann Logikschaltung 78 unverändert eingesetzt werden.
In Fig.9 ist beispielhaft eine Logikschaltung 79 für den Vollbrückenwechselrichter mit Phasenverschiebungssteuerung 26 in Fig.2 dargestellt.

   Die Logikschaltung 78 ist in Fig.6 enthalten.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der nach Verfahrensanspruch 1 arbeitende Vorrichtung 40 mit einer Logikschaltung 78 für den Halbbrückengegentaktwandler und den Vollbrückengegentaktwandler mit PWM-Regelung.
Vorrichtung 40 wird von der Spannung 74 versorgt, beispielsweise mit 15 Volt. Die Magnetisierungsgrenzen, sowie das Bezugspotential für das Magnetisierungssignal werden mittels der Serienschaltung der gleich grossen Widerstände 221, 54 mit den Zenerdioden 222, 53 festgelegt.
Widerstand 221 ist mit der positiven Elektronikversorgung 74 verbunden. Leitung 55 verbindet seinen zweiter Anschluss mit dem Eingang der Zenerdiode 222 und dem positiven Differenzeingang des Komperators 63.

   Leitung 57 verbindet den Ausgang der Zenerdiode 222 mit dem Eingang der Zenerdiode 53 und dem positiven Differenzeingang des Operationsverstärkers 71. Leitung 56 verbindet den Ausgang der Zenerdiode 53 mit dem Widerstand 54 und dem negativen Differenzeingang des Komperators 64. Der zweite Anschluss des Widerstandes 54 ist mit der Elektronikmasse 77 verbunden. Die Zenerspannung der Dioden 222 und 53 beträgt beispielsweise 1,8 Volt. Operationsverstärker 71 puffert das Nullpotential für das Magnetisierungssignal, das auf Leitung 48 ansteht.

   Das Potential von Leitung 55 liegt z.B. 1,8 Volt über dem Bezugspotential von Leitung 48, das Potential auf Leitung 56 liegt 1,8 Volt darunter.
Integrator 73 wird beispielhaft als Umkehrintegrator, bestehend aus Operationsverstärker 61, Widerstand 58 und Kondensator 59 ausgeführt, an dessen Eingang die Spannung 72, die der negativen Spannung an Transformator 30 proportional ist, rückgekoppelt wird, damit die Spannung am Integratorausgang dem tatsächlichen Verlauf der Magnetisierung in Transformator 30 folgt.
Der positive Anschluss der Primärseite des Spannungswandlers 49 ist mit Leitung 4, der negative Primäranschluss ist mit Leitung 3 verbunden, sodass an der Primärseite des Spannungswandlers 49 die Wechselrichterausgangsspannung bzw. die Primärspannung des Leistungstransformators 30 anliegt.

   Spannungswandler 49 ist so gekoppelt, dass ein in Zählrichtung 29 positiver Primärspannungsimpuls, bezogen auf das Potential von Leitung 48, einen in Zählrichtung 72 negativen Spannungsimpuls am Integratoreingang auf leitung 47 erzeugt.
An Leitung 48 sind der positive Anschluss der Sekundärseite des Spannungswandlers 49, der Ausgang und der negative Differenzeingang des Operationsverstärkers 71, sowie der positive Differenzeingang des Operationsverstärkers 61 angeschlossen. Leitung 47 verbindet den negativen Anschluss der sekundärseite des Spannungswandlers 49 mit Widerstand 58, dessen weiterer Anschluss von Leitung 60 mit einem Anschluss des Integrationskondensators 59 und dem negativen Differenzeingang des Operationsverstärkers 61 verbunden ist.

   Der zweite Anschluss des Kondensators 59 ist an Leitung 62 angeschlossen, die vom Ausgang des Operationsverstärkers 61 versorgt wird. Das am Ausgang des Operationsverstärkers 61 gebildete
Magnetisierungssignal wird von Leitung 62 weiters dem negativen Differenzeingang des Komperators 63 und dem positiven Differenzeingang des Komperators 64 zugeführt.
Zufolge Spannung 72 fliesst ein Strom durch Widerstand 58 und weiter durch Kondensator 59, weshalb auf Leitung 62 eine Spannung ansteht, die dem Integral von Spannung 72 multipliziert mit -1, bzw. dem Verlauf des zeitlichen Integrales der Transformatorspannung 29 folgt. Die Ausgänge der Komperatoren 63, 64 sind HIGH, wenn sich die Spannung auf Leitung 62 innerhalb der mittels Leitungen 55, 56 festgelegten Grenzen bewegt.

   Wird das Potential auf Leitung 55 überschritten, spricht Komperator 63 an und das Signal auf Leitung 80 wird LOW. Wird bei Anliegen eines negativen Impulses an Transformator 30 das Potential auf Leitung 56 unterschritten, so erzeugt Komperator 64 ein LOW-Signal auf Leitung 81.
Die Signale auf den Leitungen 80, 81 und die Steuersignale auf den Leitungen 45, 46 werden der Logikschaltung 78 zugeführt, an deren Ausgänge die Steuerleitungen 5, 6 für die Schalter 8 und 11 angeschlossen sind. Die Logikschaltung 78 besteht aus den Invertern 67, 68, den negativ flankengetriggerten RS-Flipflops 65, 66 und zwei UND-Gattern 69, 70.
Der Reseteingang von Flipflop 65 ist über Leitung 80 mit dem Ausgang des Komperators 63 verbunden. Der Ausgang des FF 65 ist über Leitung 75 mit einem Eingang des UND-Gatters 69 verbunden, dessen zweiter Eingang an Leitung 45 angeschlossen ist.

   Der Seteingang von Flipflop 65 ist mit dem Ausgang des Signalinverters 67, dessen Eingang an Leitung 46 angeschlossen ist, verbunden.
Der Reseteingang von Flipflop 66 ist über Leitung 81 mit dem Ausgang des Komperators 64 verbunden, sein Seteingang mit dem Ausgang des Signalinverters 68 und sein Ausgang über Leitung 76 mit einem Eingang des UND-Gatters 70, dessen zweiter Eingang an Leitung 46 angeschlossen ist. Der Eingang des Inverters 68 ist an Leitung 45 angeschlossen.
Die Leitungen 45 und 46 sind mit den Ausgängen des Pulsbreitenmodulators 43 verbunden.

   Der Pulsbreitenmodulator 43 erzeugt aus dem Sollwert 42, den der Anwendungsprozess fordert, das Signal 45 für den oberen Schalter 8, der die positive Impulsdauer am Leistungstransformator 30 bestimmt, und das Signal 46 für den unteren Schalter 11 des Wechselrichters 13 (Fig.1), der die negative Impulsdauer am Leistungstransformator 30 bestimmt.
Während des Einschaltzustandes von Schalter 8 (11) zufolge des Steuersignals auf Leitung 45 (46) kann Komperator 63 (64) ansprechen. In diesem Fall wird Flipflop 65 (66) zurückgesetzt, Leitung 75 (76) wird LOW und das UND-Gatter 69 (70) nimmt das Spannungssignal von der Steuerleitung 5 (6), wodurch der Stromfluss durch Schalter 8 (11) unterbrochen und der positive (negative) Spannungsimpuls an Transformator 30 vorzeitig beendet wird. Der Rücksetzimpuls auf Leitung 80 (81) kann sehr kurz ausfallen.

   Der an Leitung 75 (76) angeschlossene Ausgang des Flipflops 65 (66) bleibt jedoch LOW, bis Flipflop 65 (66) wieder gesetzt wird. Dies geschieht erst durch den folgenden Einschaltbefehl für Schalter 11 (8) auf Leitung 46 (45), wodurch das vorzeitige Wiedereinschalten von Schalter 8 (11) zuverlässig unterbunden wird.
Der Spannungsteiler 221, 222, 53, 54 erzeugt die Integrationsobergrenze auf Leitung 55, die
Integrationsuntergrenze auf Leitung 56 und das in deren Mitte liegende Potential auf Leitung 57, das von Operationsverstärker 71 gepuffert wird und auf Leitung 48 belastbar ansteht. Widerstand 58, Kondensator 59 und Operationsverstärker 61 bilden den Umkehrintegrator 73, der die Spannung 72, ein Abbild der invertierten Transformatorspannung 29, integriert.

   Bewegt sich der Ausgang auf Leitung 62 innerhalb der durch die Leitungen 55 und 56 vorgegebenen Grenzen, so sind die Ausgänge der Komperatoren 63 und 64 HIGH. Die Ausgänge der Flipflops 65 und 66 sind dann ebenfalls HIGH, zumal sie laufend durch die positiven Flanken bzw. Einschaltbefehle der Steuersignale 45 und 46 gesetzt werden. In diesem Fall erscheint das Steuersignale 45 unverändert am Ausgang des UND-Gatters 69 auf Leitung 5 und das Steuersignal 46 unverändert am Ausgang des UND-Gatters 70, der an Leitung 6 angeschlossen ist.
Der Komperator 63 spricht an bzw. sein Ausgang wird LOW, wenn ein positiver Impuls bzw. Einschaltbefehl auf Leitung 45 zu lange ist, und Komperator 64 kann nur bei einem negativen Impuls der Transformarorspannung 29 bzw. während des Einschaltbefehls auf Leitung 46 ansprechen.

   Aufgrund der auf jeden Ausschaltvorgang im Wechselrichter folgenden Entmagnetisierungsphase, siehe Fig.7, sind die Ausgangsimpulse der Komperatoren 63 und 64 sehr kurz, weshalb sie mittels der RS-Flipflops 65 und 66 bis zum Einschaltbefehl des anderen Schalters verlängert werden. Spricht Komperator 63 an, so wird Flipflop 65 zurückgesetzt, sein an Leitung 75 angeschlossener Ausgang wird LOW, wodurch das UND-Gatter 69 das Einschaltsignal 45 von Leitung 5 wegnimmt.

   Spricht Komperator 64 an, so wird über die Leitung 76 das Einschaltsignal von Leitung 46 am Ausgang des UND-Gatters 70 auf Leitung 6 zurück genommen.
In Fig. 7 wird die Funktion des Halbbrückenwechselrichters 13 in Fig.1 mit erfindungsgemässer Steuerung und Logikschaltung nach Fig.6 durch die Diagramme 84 bis 92 dargestellt.
Diagramm 84 zeigt die Funktionsweise des Pulsweitenmodulators 43, der beispielsweise zwei um 180[deg.] versetzten Rampensignale 93 und 94 erzeugt.

   Weiters ist in Diagramm 84 die Sollwertspannung 95 auf seiner Eingangsleitung 42 aufgetragen, die durch den Prozess im Anwandungsgebiet des Wechselrichters 13 bestimmt wird.
Aus den Diagrammen 85 und 86 sind die Steuersignale auf den Leitungen 45 und 46 mit den Schaltzuständen 96 und 97 der Schalter 8 und 11 ersichtlich, wobei das Diagramm 85 die Schalterzustände 96, 97 des Schalters 8 und Diagramm 86 die Schalterzustände 96, 97 des Schalter 11 darstellt.
In Diagramm 87 ist die Spannung 29 der an die Leitungen 4 und 3 angeschlossenen Primärwicklung des Transformators 30 gezeigt und in Diagramm 88 ist der zeitliche Verlauf 98 der Magnetisierung des Transformators 30 bzw.

   des Magnetisierungssignales auf Leitung 62 dargestellt.
Wird der Wechselrichter 13 in Betrieb genommen, erzeugt Modulator 43 aus der Reglerausgangsspannung 95 das Steuersignal für Schalter 8, das die erfindungsgemässe Vorrichtung 40 in Fig.6 von Leitung 45 auf Leitung 5 durchschaltet, wenn sich Spannung 98 und somit der magnetische Fluss im Transformatorkern innerhalb der festgelegten Grenzen bewegt. Ebenso leitet Vorrichtung 40 die Schalterzustände 96, 97 für Schalter 11 von Leitung 46 auf Leitung 6 weiter. Schliesst sich zufolge des Einschaltbefehls auf Leitung 5 Schalter 8, so liegt die Spannung von Kondensator 27 in positiver Zählrichtung von Spannung 29 an der Primärwicklung von Transformator 30. Bei geschlossenem Schalter 11 liegt die Spannung von Kondensator 28 in negativer Zählrichtung an der Primärseite des Leistungstransformators.

   Die Kondensatoren 27, 28 laden sich bei Inbetriebnahme auf die halbe Zwischenkreisspannung auf, die zwischen den Leitungen 1 und 2 ansteht.
Aufgrund des wechselweisen Einschaltens der Schalter 8, 11, wird an die Primärseite des Transformators 30 die Primärspannung 29 gelegt, das übertragen und anschliessend z.B. über den Sekundärgleichrichter 33 wieder gleichgerichtet wird und den Verbraucher 34 mit Strom und Spannung versorgt.
Wie aus den Diagrammen 85, 86 ersichtlich, legt Modulator 43 den Einschaltzeitpunkt von Schalter 8 mit dem Start des Rampensignals 93 und den Einschaltzeitpunkt von Schalter 11 mit dem Start des Rampensignals 94 fest. Den Ausschaltzeitpunkt für Schalter 8 ermittelt Modulator 43 bei Spannungsgleichheit von Rampensignal 93 und Reglerausgangsspannung 95, der Ausschaltzeitpunkt für Schalter 11 ist bei Spannungsgleichheit der Signale 94 und 95 gegeben.

   Auf diese Weise ermittelt Modulator 43 die Einschaltdauern 99 für Schalter 8 und die Einschaltdauern 100 für Schalter 11.
Beim Nullspannungspunkt des Rampensignals 93 zu einem Zeitpunkt
101 steuert Modulator 43 den Schalter 8 an, wodurch an den Transformator 30, wie aus Diagramm 87 ersichtlich, um die Treiber- und Schalterdurchlaufzeiten verzögert zum Zeitpunkt
102 eine in Zählrichtung von Spannung 29 positive Spannung, die der halben Zwischenkreisspannung entspricht, gelegt wird.

   Zum Zeitpunkt 103 tritt Spannungsgleichheit zwischen Rampensignal 93 und Reglerausgangsspannung 95 auf, wodurch Modulator 43 das Spannungssignal von der Steuerleitung 45 nimmt und etwas verzögert zum Zeitpunkt 104 der Stromfluss über den Schalter 8 unterbrochen wird.
Wie aus der Zusammenschau der Diagramme 87, 88 ersichtlich, wird durch Anlegen einer Spannung an den Transformator 30 dessen Kern magnetisiert, d.h. es bildet sich durch die Primärwicklung von Transformator 30 ein Magnetisierungsstrom aus, der spannungsproportional linear zu- bzw. abnimmt. Die Speicherung des Magnetisierungsstromes, bzw. Intervalle, in denen die Transformatorspannung Null ist, können nur auftreten, wenn sich bereits ein Laststrom ausgebildet hat. Die Last wird zu einem späteren Zeitpunkt 108 zugeschaltet und Wechselrichter bzw.

   Transformator 30 befinden sich zunächst im Leerlauf.
Durch das Anliegen einer positiven Spannung am Transformator 30, d.h. der Schalter 8 befindet sich im leitenden Zustand, wird ab dem Zeitpunkt 102 die Höhe der nagativen Magnetisierung des Transformators 30 während des Anliegens der positiven Spannung entsprechend einer linearen Funktion verkleinert bzw. auch umgepolt. Zum Zeitpunkt 104 weist der Magnetisierungsstrom in der Primärwicklung von Transformator 30 aufgrund des zuvor angesteuerten Schalters 8 die Amplitude 105 auf.

   Der
Magnetisierungsstrom, der zuvor von Kondensator 27 gespeist wurde, kommutiert während der Abschaltung von Schalter 8 in die
Diode 12, wodurch Kondensator 28 der Primärseite des
Transformators 30 antiparallel geschaltet ist und sich
Transformator 30 gegen die Spannung an Kondensator 28, die der halben Zwischenkreisspannung entspricht, entmagnetisiert, d.h. die negative Spannung steht am Transformator 30, bis der
Magnetisierungsstom linear bis auf den Wert Null, der zu einem
Zeitpunkt 108 erreicht wird, abgenommen hat.
Beim Nullspannungspunkt des Rampensignals 94 zu einem Zeitpunkt 106 steuert Modulator 43 den Schalter 11 an, wodurch an den
Transformator 30, um die Treiber- und SchalterdurchlaufZeiten  verzögert jedenfalls eine in Zählrichtung von Spannung 29 1 1 negative Spannung, die der halben Zwischenkreisspannung ,<*>'..',<*>entspricht, gelegt wird.

   Zum Zeitpunkt 107 tritt<*>....*
Spannungsgleichheit zwischen Rampensignal 94 und ; ;;
Reglerausgangsspannung 95 auf, wodurch Modulator 43, wie aus<*>..<*>'.
Diagramm 86 ersichtlich, das Spannungssignal von der ... '.
Steuerleitung 46 nimmt und etwas verzögert der Stromfluss über  den Schalter 11, so vorhanden, unterbrochen wird. [Iota]...I.
Wie aus den Diagramm 87 und 88 ersichtlich, ergibt sich im .'<>.*. dargestellten Fall die Dauer des negativen Spannungsimpulses an<*><*><*>Transformator 30 aufgrund des Magnetisierungsstromes 98 durch Diode 12.
Zum Zeitpunkt 108 ist der Transformator 30 entmagnetisiert, Spannung 29 bricht auf den Wert Null zusammen und an Diode 12 erscheint eine Sperrspannung, die der halben
Zwischenkreisspannung entspricht.

   Nach Zeitpunkt 108 und vor Zeitpunkt 109 wird nun die Last 34 zugeschaltet.
Zum Zeitpunkt 109 gibt der Pulsweitenmodulator 43 auf Leitung 45 einen Einschaltzustand 97 für Schalter 8 aus, der zum Zeitpunkt 110 durchschaltet und die halbe Zwischenkreisspannung in positiver Richtung an den Transformator 30 legt. Modulator 43 nimmt den Einschaltzustand 97 für Schalter 8 erst zum Zeitpunkt 114 zurück, die maximal zulässige Magnetisierung wird allerdings schon zum Zeitpunkt 111 erreicht. Der Ausgang von Komperator 63 wird LOW, infolge auch der Ausgang von Flipflop 65 der mit Leitung 75 verbunden ist.
Die Magnetisierung steigt bis Zeitpunkt 112, in dem Schalter 8 tatsächlich abschaltet und der Strom in die Diode 12 korrimutiert noch um B55*4*tv/T über die auf Leitung 55 festgelegte Grenze auf die tatsächlich auftretende maximale positive Magnetisierung mit der Amplitude 116 an.

   Rechnerisch ist für tvjene maximale Zeitdauer einzusetzen, die zwischen dem Ausschaltzeitpunkt 111 des Steuersignals und dem tatsächlichen Ausschalten von Schalter 8 zum Zeitpunkt 112 verstreichen kann.
Zufolge der nun ab Zeitpunkt 112 negativen Spannung am Transformator 30 nimmt der auf die Sekundärseite übertragene Strom nach einer linearen Funktion, deren Steigung durch die Streuinduktivität von Transformator 30 bestimmt wird, rasch auf Null ab. Sekundärseitig wird der Laststrom nun nicht mehr von der Primärseite gespeist, sondern wird von der induktiven Last und/oder einer in Serie zur Last geschalteten Glättungsinduktivität weiter getrieben, wodurch der Sekundärgleichrichter kurzgeschlossen wird.

   Deshalb beginnt gleichzeitig eine weitere Kommutierung des
Magnetisierungsstromes auf die Sekundärseite, die gleich nach Beginn des Zeitintervalls 112, 113 abgeschlossen ist, wenn der Magnetisierungsstrom nur einen Bruchteil des Laststromes ausmacht. Im Zeitindervall 112, 113 erfolgt aufgrund der negativen Spannung 29 eine teilweise Entmagnetisierung von Transformator 30. Wenn die Streuinduktivität von Transformator 30, die bis zum Zeitpunkt 112 auf den Laststom aufgeladen war, zum Zeitpunkt 113 entmagnetisiert und Diode 12 nicht mehr stromdurchflossen ist, bricht die Transformatorspannung zusammen.

   Die verbleibende Magnetisierung in Höhe des Wertes 117 speichert Transformator 30 auf der Sekundärseite.
Wie aus Diagramm 88 weiters ersichtlich, sinkt die Spannung auf Leitung 62 im Zeitintervall 112, 113 unter den Wert auf Leitung 55, weshalb der LOW-Impuls von Komperator 63 verlängert werden muss.
Diagramm 89 zeigt das Ausgangssignal von Flipflop 65 auf Leitung 75. Flipflop 65 wird von der fallenden Flanke des LOWImpulses auf Leitung 80 zurückgesetzt, und erst zum Einschaltzeitpunkt 115 vom Steuersignal auf Leitung 46 für Schalter 11, also bis zum Ende der maximalen Pulsbreite von Schalter 8, wieder gesetzt.
In Diagramm 90 ist das Steuersignal für Schalter 8 dargestellt.
Der Schaltzustand ist im Zeitintervall 101, 111 mit dem Steuersignal auf Leitung 45 in Diagramm 85 ident.

   Ab Zeitpunkt 111 wird es aufgrund des Signals auf Leitung 75 bis zum Ende der theoretisch möglichen maximalen Einschaltdauer zum Zeitpunkt 115 von der Leitung 5 genommen.
Eine Verzögerungszeit nach Zeitpunkt 115 wird Schalter 11 leitend. Modulator 43 gibt eine grosse Einschaltdauer aus, an deren Ende nach einer weiteren Verzögerungszeit bis zum Ausschalten von Schalter 11 zum Zeitpunkt 118 die Magnetisierung in Diagramm 88 die negative Amplitude 119 aufweist.

   Aufgrund der Änderung vom Sollwertsignal 95 gibt Modulator 43 eine kleine Einschaltdauer für den nun folgenden positiven Impuls an Transformator 30 aus, sodass Transformator 30 zum Zeitpunkt 120, in dem Modulator 43 Schalter 11 einschaltet und einen negativen Spannungsimpuls an Transformator 30 legt, bereits auf den negativen Wert 121 vormagnetisiert ist und in diesem Zustand keinen langen negativen [Xi]pannungsimpuls verträgt. Nach dem Durchschalten von Schalter 11 zum Zeitpunkt 122 steigt die Magnetisierung von Transformator 30 in negativer Richtung weiter an, sodass bereits zum Zeitpunkt 122 die auf Leitung 56 festgelegte negative Magnetisierungsgrenze erreicht ist, Komperator 64 anspricht und Flipflop 66 zurücksetzt.
Diagramm 91 zeigt das Ausgangssignal von Flipflop 66 auf Leitung 76 und in Diagramm 92 ist das Steuersignal für Schalter 11 auf Leitung 6 dargestellt.

   Flipflop 66 wird erst durch den anschliessenden Einschaltbefehl für Schalter 8 zum Zeitpunkt 123 gesetzt, wodurch das Steuersignal für Schalter 11 zum Zeitpunkt
122 bis zum Ende der maximalen Einschaltdauer zum Zeitpunkt 123 von der Steuerleitung 6 genommen wird.
Die Schaltzustände der Schalter 8, 11 vor und nach den Zeitintervallen 112, 115 und 122, 123 korrespondieren mit ihren von Modulator 43 erzeugten Steuersignalen auf den Leitungen 45, 46.

   Im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten 111 und 115 bzw. 122
123 werden die Steuersignale auf den Leitungen 45 bzw. 46 von den Leitungen 5 bzw. 6 genommen, sodass die Magnetisierung von Transformator 30 den maximalen Wert in positiver Richtung, der von der Spannung auf Leitung 55 festgelegt wird bzw. den maximalen Wert in negativer Richtung, der durch die Spannung auf Leitung 56 bestimmt wird, nicht überschreitet.
Der Signalverlauf in Diagramm 88 entspricht der Integratorausgangsspannung auf Leitung 62 und dem Verlauf der Induktion B bzw. des magnetischen Flusses [Phi] im Transformatorkern, dem der Magnetisierungsstrom proportional ist.

   Für die Dimensionierung des Transformatorkernes ist seine maximal zulässige Induktion BAmassgeblich, die durch den Induktionswert B55, der der Spannung auf Leitung 55 entspricht, festgelegt ist.
Fig.8 zeigt die einander entsprechenden Verläufe von Transformatormagnetisierung und Magnetisierungssignal für einen an Wechselrichter 13 oder 26 geschalteten Transformator zwischen den Zeitpunkten 110 und 112 für eine minimale Betriebsspannung UZK,MIN, Verauf 150 und Verlauf 151 bei beispielsweise doppelter Betriebsspannung UZK,MAX- = 2*UZK,MIN, bei Anwendung von Vorrichtung 40 in Fig.6 mit Logikschaltung 78 oder 79, sowie einen strichpunktiert eingetragenen korrigierten Verlauf 159 des Magnetisierungssignales, damit die maximale Kerninduktion bei doppelter Betriebsspannung nicht überschritten wird.
Der Einschatzustände auf den Steuerleitungen 5,

  6 treten um die Verzögerungszeit tvspäter als positiver bzw. negativer Impuls der Transformatorprimärspannung 29 auf. Die Integrationsgeschwindigkeit bzw. der Spannungsanstieg auf Leitung 62 ergibt sich aus dem Strom, mit dem Kondensator 59 CINge- bzw. entladen wird und ist mittels Widerstand 58 R[iota]NTso einzustellen, dass während der maximalen Pulsbreite der positiven und negativen Impulse der Transformatorspannung 29 von annähernd der Dauer der halben Periode der Schaltfrequenz k[iota]*T/2, kx< 1, in der Transformator 30 von -BMAXauf +BAXummagnetisiert wird und u72mit der Amplitude U72am Integratoreingang ansteht, sich die Ausgangsspannung des Integrators auf Leitung 62 gerade vom nagativen zum positiven Maximalwert, also um 2*UMAXändert.

   Diese Bedingung gilt für Gegentaktwechselrichter 13 und 26, wobei kxvorteilhaft mit 1 angenommen werden kann, weil die Verzögerungszeit die Pulsbreite nicht verändert. Bei minimaler Betriebsspannung verstreicht zwischen Zeitpunkt 110 und 112 die halbe maximale Einschaltdauer von T/4, in der Transformator 30 von Null auf den Maximalwert magnetisiert wird.

   Es gilt demnach Gleichung 1: dB/dt = 4*BMAX/T, und Gl .1 du62/dt = 4 *UMAX/ T = U72/ ( R[iota]N[tau]*CINT)
In der Verzögerungszeit tv111, 112 wächst die Induktion in Transformator 30 vom Wert 152 B55 zum Zeitpunkt 111 nach Gleichung 1 auf den Maximalwert 116 BMAXan, der zum Zeitpunkt 112 erreicht wird.
B '
'MAX
= B55+ k*B, , MAX mit k = 4*tv/T
G1.2
Analog errechnet sich die positive Begrenzungsspannung auf Leitung 55, damit UXvon u62nicht überschritten wird, nach Gleichung 2 zu
Ü55 = UMAx*d- ) G1.3
Gleichung 3 in Gleichung 1 und nach R[iota]NTaufgelöst ergibt: INT = (l-k)*U72*T/(4*U55*C[iota]NT) G1.4
Bei z.B. U55= 1,8V, C[iota]NT= InF, U72= 2V, T = 32[mu]s und tv= l[mu]s errechnet sich RINTzu R[iota]NT= 7,8 k[Omega].
Für doppelte Zwischenkreisspannung, k2= 2, ist in Fig.8 der Verlauf 151 eingetragen.

   Die maximale Magnetisierung 116 wird zum Zeitpunkt 155 erreicht, der genau in der Mitte zwischen den Zeitpunkten 110, in dem Schalter 8 durchschaltet, und Zeitpunkt 112, in dem er bei minimaler Zwischenkreisspannung wieder ausschaltet, liegt. Vorrichtung 40 hat nun zu gewährleisten, dass das Steuersignal für Schalter 8 schon zum Zeitpunkt 154 zurückgenommen wird, die Verzögerungszeit tvvor Zeitpunkt 155. Die dargestellten Verhältnisse entsprechen obigem realistischem Zahlenbeispiel .
Soll der Wechselrichter nun in einem weiten
Eingangsspannungsbereich UZK, MIN < Uz[kappa]< k2*Uz[kappa],MiN k2>l arbeiten , so ist zu berücksichtigen , dass sich die Differenz BMAX¯ B55um den Faktor k2auf
B '
'MAX
- B
55,2
= k7<r>k*B
MAX
G1.5 vergrössert.

   Transformator 30 würde ohne weitere Vorkehrung erst zum Zeitpunkt 157 ausschalten, weil die
Integratorausgangsspannung in Vorrichtung 40 den Wert 152 erst zum Zeitpunkt 156 erreicht.
Der Kern von Transformator 30 müsste auf den Maximalwert 158 BMAX,2ausgelegt werden, der sich zu BMAX, 2 - BMX¯ B55[iota]2+ B55errechnet. Der Faktor ÜD, um den der Kernquerschnitt vergrössert werden muss,
ÜD = BMAX,2/ BMAX - 1 G1 . 6 ergibt sich mit Gleichunqen 2 und 5 in diesem Fall zu
ÜD = k(k2-l) . G1.7 Im dargestellten Fall bei Verdoppelung der Versorgungsspannung beträgt ÜD = 12,5 %.

   Diese Überdimensionierung ist wirtschaftlich vertretbar, wodurch Gegentaktwandler auch in diesem Anwendungsbereich einsetzbar werden.
Kostengünstiger als eine vertretbare Überdimensionierung von Transformator 30, kann verfahrensgemäss beispielsweise die Spannung U55 nach
U55/2= UMA d" k2*k) Gl .8 proportional zur Erhöhung der Zwischenkreisspannung verringert werden, was digital besonders einfach zu realisieren ist.
Beispielsweise kann auch, ausgehend von Magnetisierungsverlauf 150 bei minimaler Versorgungsspannung des Wechselrichters, die Integrationsgeschwindigkeit der rückgekoppelten Transformatorspannung 72 proportional mit der Erhöhung der Zwischenkreisspannung 35 Uz[kappa]um den Faktor k2,

   gegenüber dem tatsächlichen Anwachsen der Magnetisierung im Kern von Transformator 30 geringfügig erhöht werden.
In Fig.8 ist auch der Verlauf 159 der
Integratorausgangsspannung U62,KORRauf Leitung 62 für den Fall der Versorgung des Wechselrichters mit doppelter Zwischenkreisspannung eingetragen, der sich vom tatsächlichen Magnetisierungsverlauf 151 unterscheidet.

   Weil auf den Spannungswert 152 auf Leitung 55 nicht eingegriffen wurde, steigt Verlauf 159 gegenüber dem tatsächlichen Magnetisierungsverlauf 151 geringfügig steiler an, damit der Wert 152 ebenfalls zum Zeitpunkt 154 erreicht wird.
Im Folgenden wird für diesen Lösungsansatz der Strom IKORRberechnet, der zusätzlich zum Strom IINT= U72/R[iota]N[tau], der der Amplitude U72der rückgekoppelten Transformatorspannung 72 entspricht, dem Integrator 73 einzuspeisen ist.
Der Verlauf der tatsächlichen Magnetisierung entspricht der Integration des Verlaufes von II T, der sich aus Gleichung 1 mit der Setzung von k aus Gleichung 2 zu
IINT /CINT = k2* k*UMA /tvGl . 9 errechnet.

   IINTist im Zeitintervall 100, 155 ausschliesslich eine Funktion der variablen Zwischenkreisspannung IINT=
I lN ( k2) , k2= UZK, MAX / UZK, MIN -
Aus der Steigung von U62,KORRergibt sich der benötigte Ladestrom von CIaus Gleichung 10.
( IKORR + I INT ) / CINT = k2* k* ( 1 - k ) UMAX/ ( ( l - k2* k ) * tv) G1 . 10
Aus den Gleichungen 9, 10 ergibt sich der nichtlineare Ausdruck für IKORR/ IINTaus Gleichung 11,
IKORR / I INT = k* ( k2- l ) / ( l - k2* k ) , Gl . l l der durch den linearen Ausdruck
IKORR . LIN / I INT = k* ( k2- l ) / ( l - k2 f MAx* k ) , G1 . 12 ersetzt wird.

   Mit k2aus Gleichung 2 errechnet sich der Korrekturstrom IKORR,LIN ZU IKORR, LIN = k* ( Uz[kappa]¯ UZK, MIN ) / ( Ü* RINT * d- k2,MAX* k ) ) mit Ü = N[iota] /N2,
G1 . 13 der auch mittels Analogschaltung auf einfachste Weise berücksichtigt werden kann, wobei ü das Übersetzungsverhältnis des Spannungswandlers 49 ist.
Offensichtlich stimmt der linearisierte Ausdruck aus Gleichung 12 für k2= 1, von dem bei der strommässigen Dimensionierung von Transformator 30 ausgegangen werden muss und k2= k2/MAx, wofür der Transformatorkern ausgelegt werden muss.
Nach Gleichung 11 nimmt IKORRiriit steigender
Zwischenkreisspannung überproportional zu, weshalb sich bei der linearen Annäherung in Gleichung 12, die kostengünstig realisierbar ist,

   für dazwischen liegende Werte der Zwischenkreisspannung ein etwas kleinerer Korrekturstrom und ergibt und BMAXgeringfügig überschritten wird.
Um den Faktor ÜD für die Überdimensionierung zu berechnen, wird zunächst der Wert von k2' ermittelt, bei dem der grösste Fehler    auftritt.<*><'>
Der Fehlerfunktion F ist in Gleichung 14 definiert. ....J.

F<">( IKORR<¯>IKORR, IN ) / IINT G1 . 14 I*t
Da schon IKORRwesentlich kleiner als II Tist, ist ein geringer Fehler zu erwarten.
Der Wert für k2' ergibt sich aus der Bedingung 16. Die Fehlerfunktion F mit den eingesetzten Ausdrücken für IKORRund IKORR,LINaus den Gleichungen 11, 12 muss nach k2abgeleitet und Null gesetzt werden. dF/dk2= 0, für k2= k2' G1.15
Für kleine Werte von k können Therme mit höheren Potenzen von k vernachlässigt werden.

   Diese Vernachlässigung ist zulässig, wenn aufgrund der Setzung von k in Gleichung 2 die Bedingung 16 erfüllt ist. tvT/4 G1.16
Die Verzögerungszeit darf nur einen Bruchteil von einem Viertel der Periodendauer der Schaltfrequenz ausmachen. Diese Bedingung ist üblicherweise erfüllt. Erwartungsgemäss tritt der grösste Fehler in der Mitte des Betriebsspannungsbereichs auf: k2' = (l*k2,MAx)/2 G1.17
Entweder wird die etwas geringere Ausnützung des Transformators 30 im mittleren Betriebsspannungsbereich zugelassen, oder er wird so ausgelegt, dass er auch in diesem Bereich die volle Leistung übertragen kann. Der Transformator ist dann nicht auf BMX, sondern auf die maximale Kerninduktion BMAX,2 auszulegen, die alsdann an den Betriebsspannungsbereichsgrenzen auftritt. Bei vollständiger Kompensation würde an den Bereichsgrenzen BMAXauftreten.

   Es gilt:
BMAX, 2 / BMAX<=>( I INT + I KORR, LIN ) / ( I INT + I KORR ) G1 . 18
 
Für ÜD aus Gleichung 6 errechnet sich mit den Gleichungen 9, 11 und 12 der Überdimensionierungsfaktor ÜD schliesslich zu:
ÜD = (1- k2<'>*k)<2>/( (.-k)*(l-k2,MR[chi]*k) ) - 1 G1.19
Mit den beispielhaften realistischen Werten, auf die auch Fig.8 abgestellt ist, ergibt sich der Wert für ÜD zu ÜD = 1/168 = 0,6%. Aus praktischer Sicht erlaubt dieses Verfahren gegenüber dem bekannten Vorfilterverfahren den Betrieb der Wechselrichters 13, 26 an variabler Versorgungsspannung, wobei der Kern von Transformator 30 vorteilhaft ebenfalls auf die kleinste Versorgungsspannung ausgelegt werden kann.

   Die dazu erforderliche Vorrichtung 40 im Verfahrensschaltbild Fig. 5 ist in Figs. 6, 9 ausgeführt.
Fig. 9 zeigt eine einfache Schaltung zur Korrektur des Magnetisierungssignals bei veränderlicher Zwischenkreisspannung nach Gleichung 13. Die dargestellt Schaltung ist eingangsseitig an die Leitungen 47, 48 und ausgangsseitig an Leitung 60, also parallel zum Integrationswiderstand 58 R[iota]NTin Fig.6 angeschlossen. Weiters wird angenommen, dass die gleich grosse positive und negative Amplitude der rückgekoppelten Transformatorspannung 72 bei minimaler Zwischenkreisspannung 2,5 Volt betrage.

   Dies ist die Zenerspannung an den Dioden 52 bzw. 53 in Fig.6, die die Potentiale festlegen, die von den Leitungen 55 und 56 abgegriffen werden, plus der Diodenflussspannung der Diode 162 bzw. 163.
Mit Leitung 47 wird der Schaltung die rückgekoppelte Transformatoreingangsspannung u72= u29/ü zugeführt, deren Amplitude der halben, im Falle des Halbbrückenwechselrichters, oder der vollen Zwischenkreisspannung entspricht. Das wird bei der Dimensionierung des Transformators 30 berücksichtigt, sodass die Beschriebenen Verhältnisse eintreten.
An Leitung 47 sind die Widerstände 160, 167 angeschlossen. Leitung 161 verbindet den zweiten Anschluss von Widerstand 160 mit dem negativen Differenzeingang des Pufferverstärkers 168, dem Eingang von Diode 162 und dem Ausgang von Diode 163.

   Der Ausgang von Diode 162 ist mit dem Ausgang des Verstärkers 165 verbunden, der die Spannung auf Leitung 55 puffert. Der Eingang von Diode 163 ist mit dem Ausgang von Verstärker 166 verbunden, an dem die Spannung von Leitung 56 belastbar ansteht.
Das Übersetzungsverhältnis ü des Spannungswandlers 49 ist so gewählt, dass die Dioden 162, 163 gerade nicht eingreifen, wenn der Wechselrichter an der minimalen Zwischenkreisspannung betrieben wird. Vorteilhaft entfällt dadurch ein weiterer Spannungsteiler.

   Liegt eine höhere Betriebsspannung an, so werden die positiven Impulse der rückgekoppelten Transformatorspannung 72 mittels Diode 162 auf das Potential der Leitung 55 geklemmt und Diode 163 verbindet während der negativen Impulse den Ausgang von Verstärker 166 mit Leitung 161, sodass die Spannung von Leitung 161 der minimalen Zwischenkreisspannung in positiver oder negativer Richtung
* 
entspricht. Die Spannung auf Leitung 161 steht am Ausgang des Verstärkers 168 belastbar an.
Widerstand 167 ist mit dem negativen Differenzeingan von Verstärker 164 und einem Anschluss des Widerstandes 169 verbunden, dessen zweiter Anschluss mit dem Ausgang von Verstärker 164 verbunden ist. Der positive Differenzeingang des Verstärkers 164 ist an Leitung 48 angeschlossen.

   Die Widerstände 167, 169 sind ideal gleich gross und betragen Ri, sodass am Ausgang von Verstärker 164 auf Leitung 170 eine Spannung ansteht, die während der positiven Impulse der Spannung 72 der aktuellen Zwischenkreisspannung in negativer Richtung und während der negativen Impulse der Spannung 72 der aktuellen Zwischenkreisspannung in positiver Richtung entspricht .
Der positive Differenzeingang von Summierverstärker 171 ist an Leitung 48 angeschlossen. Der negative Differenzeingang ist mit dem Summierpunkt verbunden, an den die Widerstände 172, 173 und 174 angeschlossen sind. Der zweite Anschluss von Wiederstand 172 ist mit dem Ausgang von Verstärker 168, der zweite Anschluss von Wiederstand 173 ist mit dem Ausgang von Verstärker 164 und der zweite Anschluss von Widerstand 174 ist mit dem Ausgang von Summierverstärker 171 verbunden.

   Der Ausgang des Summierverstärkers ist mit dem Widerstand 175 RKORRverbunden, dessen zweiter Anschluss auf Leitung 60 geht. Die Widerstände 172, 173 sind ideal gleich gross, Ri72= R[iota]3.
Die Amplitude UKORRder Ausgangsspannung des Summierverstärkers 171 errechnet sich zu:
UKORR = (U2K- UZK,MI)*RI74/(Ü*RI72) G1.20
Während der positiven Impulse der Spannung 72 wird der positive Strom IKORR,IN Integrator 73 zusätzlich eingespeist, während der negativen Impulse -IKORR, LIN-
IKORR, IN = +- ( Uz[kappa]- UZK, MIN ) *Ri74/ ( ü*R[iota]72* RRORR ) G1 . 21
Mit Gleichung 13 errechnet sich der Widerstand RKORRZU:

  
RKORR= i75 = RiN[tau]*R3* ( l-k2,MAX* k ) / ( k* R2) G1 . 22
Mit dem zuvor im Zahlenbei spiel gegebenen k = 1 / 8 und k2 MAX= 2 ergibt sich RKORRZU RKORR= 7 *RINT*R[iota]74/R1 2.
In Fig. 11 ist Logikschaltung 79 für den
Vollbrückenwechselrichter mit Phasenverschiebungssteuerung in Fig. 2 dargestellt. Fig. 10 zeigt die zeitlichen Verläufe der wesentlichen Grössen anhand der Diagramme 124 bis 131.
Diagramm 124 zeigt das Rampensignal 132 mit ideal linearem Anstieg und unendlicher Steilheit der fallenden Flanke, das von Modulator 43 erzeugt wird. Weiters ist das Reglerausgangssignal 95 eingetragen, das Modulator 43 vom Reglerausgang auf Leitung 42 zugeführt wird.

   Im dargestellten Fall steht die Reglerausgangsspannung an ihrer oberen Begrenzung an, die knapp unterhalb der Amplitude der Rampenspannung liegt, weil im dargestellten Fall für höhere Zwischenkreisspannung der
 
erfindungsgemäss geschützte Transformator beispielsweise die geforderte Leistung nicht übertragen kann.
Diagramm 125 zeigt die von Modulator 43 aufgrund von Spannung 95 ausgegebenen Schaltzustände 133, 134 auf Leitung 45 für den voreilenden Brückenzweig mit den Schaltern 14, 17. Diagramm 126 zeigt die auf Leitung 46 ausgegebenen Schaltzustände 133, 134 für den nacheilenden Brückenzweig mit den Schaltern 20, 23. Im Zustand 133 ist im voreilenden Zweig Schalter 17 geschlossen, Schalter 14 offen und Leitung 4 ist über Leitung 2 mit dem negativen Pol der Gleichspannungsversorgung verbunden.

   Im nacheilenden Zweig verbindet Schalter 23 Leitung 3 mit dem negativen Pol der Gleichspannungsversorgung und Schalter 20 ist offen. Zustand 134 des voreilenden Zweiges bedeutet, dass der geschlossene Schalter 14 Leitung 4 mit Leitung 1 verbindet, die  an den positiven Pol der Gleichspannungsversorgung  angeschlossen ist und Schalter 17 geöffnet ist. Beim
nacheilenden Zweig ist Leitung 3 durch Schalter 20 mit der Versorgungsleitung 1 verbunden und Schalter 23 offen (Fig.2).<">

Modulator 43 erzeugt z.B. das Steuersignal auf Leitung 45 für den voreilenden Brückenzweig, indem er die Umschaltzeitpunkte mit den Startzeitpunkten des Rampensignals 132 festlegt. Die Umschaltzeitpunkte des Signals auf Leitung 46 für den nacheilenden Brückenzweig werden z.B. bei Gleichheit der Reglerausgangsspannung 95 mit dem Rampensignal 132 ermittelt.

   Im dargestellten Fall erzeugt Modulator 43 auf diese Weise zwei schaltfrequente Rechteckspannungen mit den maximalen Einschaltdauern von 50%, wobei das Signal auf Leitung 46 dem Signal auf Leitung 45 um nahezu 180[deg.], bzw. eine halbe Periodendauer der Schaltfrequenz nacheilt.
Zum Zeitpunkt 135 hat der voreilende Zweig umgeschaltet und Leitung 4 mit Leitung 1 verbunden. Der nacheilende Zweig verbindet Leitung 3 mit Versorgungsleitung 2. Am Transformator 30 liegt die Zwischenkreisspannung in positiver Richtung an und es erfolgt eine Ummagnetisierung, die das Steuersignal auf Leitung 46 für den nacheilenden Zweig erst nach nahezu einer halben Periodendauer der Schaltfrequenz, zum Zeitpunkt 138 beenden würde.

   Die Kernmagnetisierung erreicht ihren kritischen Wert, der auf Leitung 55 festgelegt ist, jedoch schon im Zeitpunkt 136.
Es ist ersichtlich, dass die Magnetisierung von Transformator 30 in Diagramm 127, sowie die Transformatorprimärspannung 29 in Diagramm 131 gegenüber der von Modulator 43 auf den Leitungen 45, 46 festgelegten, einer geringeren Phasenverschiebung entsprechen, zufolge der sich nun dauerhaft im Eingriff befindlichen, Vorrichtung 40.
Diagramm 128 zeigt die Ausgangsspannung von Flipflop 65 auf Leitung 75. Flipflop 65 wird zum Zeitpunkt 136 gesetzt, in dem die Magnetisierung den auf Leitung 55 festgelegten positiven Wert erreicht hat und bleibt bis zum Ende der maximalen Pulsbreite zum Zeitpunkt 139 gesetzt.

   Aufgrund der ODERVerknüpfung der Signale auf den Leitungen 75 und 46 gibt das

a

 
Steuersignal für den nacheilenden Zweig auf Leitung 6 bereits ab Zeitpunkt 136 den Betriebszustand 134 aus.
Eine Verzögerungszeit später, die sich hauptsächlich aus der Treiberdurchlaufzeit und der Schaltverzögerungszeit der Leistungsschalter zusammensetz, zum Zeitpunkt 137, in dem der nacheilende Zweig umschaltet und Spannung 29 Null wird, ist die Magnetisierung auf ihren positiven Maximalwert angewachsen und bleibt bis zum nächsten Umschaltzeitpunkt 140 des voreilenden Zweiges gespeichert.
Durch das Umschalten des voreilenden Zweiges wird die negative Zwischenkreisspannung an Transformator 30 gelegt, wie aus Diagramm 131 ersichtlich, und es erfolgt die Ummagnetisierung in die negative Richtung.

   Der der Spannung auf Leitung 56 entsprechende kritische negative Induktionswert wird zum Zeitpunkt 141 erreicht. Komperator 64 spricht an und setzt mit seinem Ausgangssignal auf Leitung 81 Flipflop 66 zurück. Flipflop 66 wird erst am Ende der maximalen Einschaltdauer durch die steigende Flanke des Signals auf Leitung 45 im Zeitpunkt 143 wieder gesetzt. Die UND-Verknüpfung der Signale auf den Leitungen 46 und 76 bewirkt, dass auf Leitung 6 ab Zeitpunkt 141 der Betriebszustand 133 ausgegeben wird. Zum Zeitpunkt 144 schaltet der voreilende Zweig um, wodurch wieder die positive Zwischenkreisspannung an Transformator 30 anliegt.

   Eine Periode der Schaltfrequenz ist vergangen und es wiederholt sich der ab Zeitpunkt 135 beschriebene Ablauf von neuem.
Der Betriebszustand 134 auf Leitung 46 erscheint durch die Wirkungsweise der Logikschaltung 79 auf Leitung 6 um die gleich grossen Zeitspannen zwischen den Zeitpunkten 136, 138, bzw. 141, 142 nach vor verschoben, wodurch der positive und der negative Impuls von Spannung 29 gleichermassen verkürzt wird, sodass die maximale Induktion im Kern von Transformator 30 auch zufolge einer höheren Betriebsspannung und zu grosser Last nicht überschritten wird.

   Wenn in Vorrichtung 40 auch eine variable Zwischenkreisspannung berücksichtigt wird, sie z.B. die Schaltung in Fig. 9 enthält, so kann Transformator 30 auf die Nennleistung des Gerätes ausgelegt werden.
In Fig. 11 ist beispielhaft eine Logikschaltung 79 für den Vollbrückenwechselrichter mit Phasenverschiebungssteuerung dargestellt. Wie aus den Diagrammen 15, 126 ersichtlich, findet eine Verkürzung der Treibphasen statt, wenn der nacheilende Zweig vorzeitig umschaltet. Schaltung 79 verändert beispielhaft nur das von Modulator 43 auf Leitung 46 ausgegebene Steuersignal für den nacheilenden Brückenzweig mit den Schaltern 20,23. Leitung 45 ist mit Leitung 5 verbunden.

   Auf das Steuersignal für den voreilenden Zweig wird nicht eingegriffen.
Der positive Impuls von Spannung 29 wird verkürzt, indem das Steuersignal auf Leitung 6 gegenüber dem Signal auf Leitung 46 vorzeitig vom Betriebszustand 133 in den Betriebszustand 134 schaltet. Das ODER-Gatter 146 ist eingangsseitig an die Leitungen 46 und 75, ausgangsseitig an Leitung 145
- 25 angeschlossen. Leitung 75 ist mit dem Ausgang des negativ flankengetriggerten RS-Flipflops 65 verbunden, das beständig rückgesetzt wird, wenn das Steuersignal für den voreilenden Zweig auf Leitung 45 vom Betriebszustand 134 in den Betriebszustand 133 überwechselt. In Fig.10 geschieht dies zum Zeitpunkt 139, wodurch nach der Verzögerungszeit tvzum Zeitpunkt 140 die Zwischenkreisspannung in negativer Richtung an Transformator 30 gelegt wird.

   Zeitpunkt 139 markiert das Ende der theoretisch erreichbaren Länge des positiven Impulses von Primärspannung 29. Flipflop 65 wird vom Ausgangssignal des Komperators 63 auf Leitung 80 gesetzt. Komperator 63 kann nur innerhalb eines positiven Spannungsimpulses 29 ansprechen, während Leitung 46 den Betriebszustand 133 (LOW) aufweist. Nur wenn Komperator 63 angesprochen hat, etwa zum Zeitpunkt 136 undLeitung 75 den Betriebszustand 134 aufweist, gibt das Gatter<*><*>146 auf Leitung 145 gegenüber dem Signal auf Leitung 46 den   Betriebszustand 134 (HIGH) aus. Leitung 145 und Leitung 76 sindan den Eingang des UND-Gatters 147 angeschlossen, dessen    Ausgang auf Steuerleitung 6 geführt ist.

   Während eines   positiven Spannungsimpulses 29, Leitung 46 weist den a>   Betriebszustand 133 auf, befindet sich Leitung 76 im Betriebszustand 134, sodass die vorzeitige Änderung des Betriebszustandes von 133 auf 134 auf Leitung 75 gegenüber   Leitung 46 auf die Leitungen 145 und 6 durchgeschaltet wird. Der positive Impuls wird ab Zeitpunkt 137 bis zum Startzeitpunkt 140 des negativen Spannungsimpulses von Transformator 30 weggenommen, sodass er in positiver Richtung nicht sättigt.
Leitung 76 ist an den Ausgang vom negativ flankengetriggerten RS-Flipflop 66 angeschlossen. Leitung 149 verbindet den Ausgang von Inverter 148 mit dem SET-Eingang von Flipflop 66. Der Eingang von Inverter 148 ist mit Leitung 45 verbunden.

   Flipflop 66 wird vom Signal auf Leitung 45 ständig gesetzt, etwa zum Zeitpunkt 143, wenn es vom Betriebszustand 133 in den Zustand 134 übergeht und ein positiver Impuls von Primärspannung 29 gestartet wird. Der negative Impuls von Spannung 29 wird eine Verzögerungszeit nach Zeitpunkt 141, in dem Komperator 64 anspricht und Flipflop 66 vom Signal auf Leitung 81 rückgesetzt wird, bis Zeitpunkt 144, eine Verzögerungszeit nach Zeitpunkt 143, verkürzt. Dies kann wiederum nur während einem negativen Spannungsimpuls 29 geschehen, während die Leitungen 46, 145 den Betriebszustand 134 aufweisen. Das Signal auf Leitung 6 wechselt dann gemeinsam mit dem Signal auf Leitung 76 vorzeitig zum Zeitpunkt 141 gegenüber dem Signal auf den Leitungen 46 und 145 vom Betriebszustand 134 in den Zustand 133.

   Der negative Zwischenkreisspannung wird die Verzögerungszeit nach Zeitpunkt 141 bis zum Startzeitpunkt 144 des positiven Impulses von Transformator 30 weggenommen, sodass er in negativer Richtung nicht sättigt.

a>

Nun kann auch bei diesem Verfahren beim Betrieb des Wechselrichters an weitgehend konstanter Zwischenkreisspannung und konstanter Verzögerungszeit, insbesondere beim Vollbrückenwechselrichter mit Phasenverschiebungssteuerung, auf die Rückkoppelung verzichtet werden. In Fig. 12 entfällt gegenüber Fig.4 der Spannungswandler 49, weil [iota]nduktionsbegrenzungsvorrichtung 50 den Verlauf des Magnetisierungsstromes direkt aus den Signalen 5 und 6 vorausberechnet.

   Dieses Verfahren setzt eine ausreichende Konstanz der Verzögerungszeit tvvoraus, sodass die Betriebszustände 96, 97 des Halbbrückenwechselrichters und 133, 134 des Vollbrückenwechselrichters mit
Phasenverschiebungssteuerung, bzw. die Dauer vom positiven und negativen Impuls der Primärspannung 29 innerhalb einer Periode der Schaltfrequenz ausreichend genau mit der Dauer der Betriebszustände 96, 97, bzw. 133, 134 auf den Steuerleitungen 5, 6 übereinstimmt.

a

Fig. 13 zeigt das Schaltbild einer nach diesem Prinzip
arbeitenden Vorrichtung 50 für den Halbbrückenwechselrichter in Fig.1.

   Gegenüber Vorrichtung 40 in Fig.5 wird die zwischen den Eingangsleitungen 47, 48 des Integrators 73 anstehende *.J rückgekoppelte Transformatorspannung 72 durch eine mittels der Signale auf den Steuerleitungen 5, 6 für die Leistungsschalter 8, 11 nachgebildeten Spannung 199 ersetzt.
Leitung 47 verbindet den Integratoreingang mit dem Ausgang von Schalter 178 und dem Eingang von Schalter 180. Eingang von Schalter 178 ist an Leitung 55 angeschlossen, an der die positive Begrenzungsspannung ansteht. Der Ausgang von Schalter 180 ist mit Leitung 56 verbunden, an der die negative Begrenzungsspannung ansteht. Die Spannungen zwischen Leitung 55 und Leitung 48, sowie zwischen Leitung 48 und Leitung 56 sind gleich gross, siehe Fig.6.
Das Steuersignal auf Leitung 5 für Leistungsschalter 8 wird dem Eingang der Steuereinrichtung 177 für Schalter 178 zugeführt.

   Der Eingang der Steuervorrichtung 179 für Schalter 180 ist an Steuerleitung 6 für für Leistungsschalter 11 angeschlossen.
Wird auf Leitung 5 der Betriebszustand 97 für Schalter 8 ausgegeben, so wird Schalter 180 angesteuert und die Spannung auf Leitung 56 an den Eingang des Integrators, Leitung 47, gelegt, worauf zufolge des geschlossenen Schalters 8 die Magnetisierung von Transformator 30 anwächst, sowie zufolge des geschlossenen Schalters 180 auch das Magnetisierungssignal auf Leitung 62.

   Befindet sich Leitung 6 im Betriebszustand 97, so sind Leistungsschalter 11 und Schalter 178 im Eingriff, worauf die Magnetisierung von Transformator 30 und die Spannung auf Leitung 62 in negative Richtung zunehmen.
In Schaltung 197 aus Fig.5, welche gleichermassen eingangsseitig an die Leitungen 45, 46, 80,81 angeschlossen ist und ausgangsseitig die Steuerleitungen 5, 6 versorgt, ist Logikschaltung 78 in Fig.6 einzusetzen.
Zum Unterschied zum bekannten Vorfilterverfahren ist eine beliebige Verringerung der Pulsbreite von Spannung 29 zulässig,
a
.J 
wobei die Magnetisierung in Transformator 30 bei der verringerten Pulsbreite einen Gleichanteil aufweist, der zeitlich abklingt. Nun kann der theoretische Fall auftreten, dass nach vielen Schaltperioden der Regler 41 plötzlich wieder eine grosse Pulsbreite verlangt.

   War beispielsweise der Transformator 30 in negative Richtung magnetisiert, so ist zum Unterschied zum bekannten Vorfilterverfahren auch die Vergrösserung des folgenden positiven Impulses auf nahezu die volle Pulsbreite möglich. Ist die Magnetisierung zu diesem Zeitpunkt jedoch bereits weitgehend abgeklungen, so ist, wie bei den bekannten Verfahren, vorerst nur die Vergrösserung auf die halbe maximale Pulsbreite zulässig, andernfalls der Transformator 30 für diesen theoretischen Fall auf die doppelte Leistung ausgelegt werden müsste.

   Deshalb wird vorgeschlagen, entmagnetisierende Effekte, wie die primärseitige oder sekundärseitige lineare Entmagnetisierung gegen die Ventilflussspannungen in den Freilaufintervallen und/oder das  mit grosser Zeitkonstante exponentielle Abklingen der [iota]
Gleichmagnetisierung zufolge der Summe der im jeweiligen Stromkreis liegenden Wiederstände mit zu berücksichtigen.
Fig. 14 zeigt beispielhaft eine derartig erweiterte l
Integratorschaltung 73 in Fig.5 für den Vollbrückenkonverter mit Phasenverschiebungssteuerung in Fig.2. Die Schaltung ist<>anhand der Diagramme 200 bis 210 in Fig. 15 erklärt.

   Induktionsbegrenzungsvorrichtung 50 in Fig.5 besteht daher aus Begrenzungsvorrichtung 197, in welche nun die Logikschaltung 79 in Fig.11 einzusetzen ist und Integrator 73 aus Fig.14.
Schaltung 197 wird das Magnetisierungssignal auf Leitung 62, sowie auf Leitung 45 das Steuersignal für den voreilenden Zweig, die Schalter 14, 17, und auf Leitung 46 das Steuersignal für den nacheilenden Zweig, Schalter 20 und 23 zugeführt. Die an die Ausgänge von Schaltung 197 angeschlossenen Steuerleitungen 5, 6 sind an den Eingang der Integratorschaltung 73 in Fig. 14 zurückgeführt bzw. steuern Integrator 73 in den Treibphasen mittels der elektronischen Schalter 178, 180.
Fig.15 zeigt die wesentlichen Signalverläufe innerhalb einer Periode der Schaltfrequenz des Wechselrichters in Fig.2 für einen stationären Betriebszustand.

   Diagramm 200 zeigt das Steuersignal für den voreilenden Zweig auf den Leitungen 5, 45, die Loqikschaltung 79 verbindet. Diagramm 201 zeigt das Steuersignal für den nacheilenden Zweig, dessen Phasenverschiebung dem Wert am Reglerausgang entspricht. Die Transformatormagnetisierung ist unkritisch und Schaltung 197 ist nicht im Eingriff, das Signal auf Leitung 46 wird auf Leitung 6 durchgeschaltet.
Ein Eingang des XOR-Gatters 181 ist an Leitung 5, der andere an Leitung 6 angeschlossen. Leitung 182 verbindet einen Eingang des UND-Gatters 183 und einen Eingang des UND-Gatters 184 mit dem Ausgang des XOR-Gatters 181. Der andere Eingang von Gatter 183 ist an Leitung 5, der andere Eingang des Gatters 184 ist an Leitung 6 angeschlossen.

   Leitung 185 verbindet den Ausgang von

[iota]
 
Gatter 183 mit dem Eingang der Steuerschaltung 179 für Schalter 180, der ausgangsseitig an Leitung 56 und eingangsseitig an Leitung 47 angeschlossen ist. Leitung 186 verbindet den Ausgang von Gatter 184 mit dem Eingang der Steuerschaltung 177 für Schalter 178, der ausgangsseitig an Leitung 47 und eingangsseitig an Leitung 55 angeschlossen ist. Für die Transistoren 178, 180 sind aufgrund der Genauigkeit und weil dann auch die Steuerschaltungen 177, 178 sehr einfach ausfallen, gepaarte p- und n-Transistoren einsetzbar.
Diagramm 202 zeigt die zufolge der Steuersignale auf den Leitungen 5,6 an den Integratoreingang gelegte Spannung 199 auf Leitung 47 in negativer Zählpfeilrichtung.

   Es ist ersichtlich, dass die Gatter 181, 183 und 184 dazu dienen, von Zeitpunkt 219 bis 220 nicht beide Schalter 178, 180 gleichzeitig : einzuschalten und auf diese Weise das Potential von Leitung 48 an den Integratoreingang, Leitung 47, zu legen. Diagramm 203  zeigt den Ausgang des XOR-Gatters auf Leitung 182. Diagramm 204 ; zeigt den Ausgang des Gatters 183 auf Leitung 185, das Schalter 180 ansteuert und den negativen Impuls der Spannung 199  erzeugt, während am Leistungstransformator 30 - nur um eine Verzögerungszeit verschoben, der positive Impuls von Spannung l 29 anliegt. Zufolge der invertierenden
Operationsverstärkerschaltung 58, 59, 61, 48 steigt das<>
Magnetisierungssignal auf Leitung 62, entsprechend der tatsächlichen Magnetisierung von Transformator 30, an.

   Diagramm 205 zeigt den Steuerimpuls auf Leitung 186 für Schalter 178, der geschlossen wird, wenn Wechselrichter 26 negative Zwischenkreisspannung an Transformator 30 anlegt und die Transformatormagnetisierung und entsprechend die Ausgangsspannung des Integrators 73 zwischen den Leitungen 62, 48 abnimmt bzw. umgepolt wird.
Weiters ist ersichtlich, dass Spannung 199 gegenüber den Steuersignalen keine Verzögerungszeit aufweist und ihre Amplitude U55abzüglich der Schalterflussspannung UFdes Schalters 178 bzw. 180 beträgt.

   Der an die Leitungen 47, 60 angeschlossene Integrationswiderstand 58 R[tau]merrechnet sich daher aus Gl . 1 mit ki = 1, UMAX= U55und U72= U55- UFzu
RINT = T U55 - UF)/(4*U55*CINT) Gl. 24
Mit den beispielhaften Werten T = 3-2[mu]s, U55= 1,8V, C[iota]NT= InF und UF= 0,3V errechnet sich RTNZU RTNT = 6,7k[Omega].
Die Magnetisierung von Transformator 30 wird während der Treibphasen mittels Ansteuerung der Schalter 178, 180 ermittelt. Zwei weitere Schalter 187, 188 sind während der Freilaufintervalle im Eingriff.
Das Ausführungsbeispiel des Integrators 73 in Fig.14 weist einen weiteren Eingang auf, der an Leitung 193 angeschlossen ist, die entweder mittels Schalter 187 mit<'>Leitung 55 oder mittels Schalter 188 mit Leitung 56 verbunden wird, oder während der Treibphasen offen bleibt.

   Mit Widerstand 194 RNT, der einerseits an Leitung 193 und andererseits an Leitung 60 angeschlossen ist, wird die lineare Entmagnetisierung von
 
Transformator 30 in den Freilaufphasen gegen die Ventilflussspannungen UVFberücksichtigt. UVFsetzt sich jeweils, gleichgültig ob über Schalter 14 und Diode 21 oder Schalter 20 und Diode 15 im oberen Freilauf über Versorgungsleitung 1 oder in den Freilaufphasen über Versorgungsleitung 2, in denen entweder Schalter 17 und Diode 24 oder Schalter 23 und Diode 18 stro fürend sind, aus der Summe einer Dioden- und einer Schalterflussspannung zusammen.

   Die Richtung, in die Integrator 73 zufolge seines Eingangs auf Leitung 193 zu integrieren hat, hängt ausschliesslich von der momentanen Magnetisierung von Transformator 30 am Ende der Treibphase, bzw. zu Beginn der Freilaufphase ab, weil sie der Ursache entgegenwirkt.
Leitung 62 ist daher weiters an den negativen Differenzeingang von Komperator 213 geführt, dessen positiver Differenzeingang an Leitung 48 angeschlossen ist. Der auf Leitung 216 geführte Ausgang von Komperator 213 ist HIGH, wenn Transformator 30 negativ magnetisiert, bzw. die Integratorausgangsspannung von Leitung 62 auf Leitung 48 negativ ist und LOW bei positiver Magnetisierung. Weiters ist an Leitung 216 ein Eingang des UNDGatters 192 und der Eingang des Inverters 214 angeschlossen. Leitung 215 verbindet den Ausgang von Inverter 214 mit einem Eingang des UND-Gatters 191.

   Das Signal auf Leitung 215 ist in Diagramm 207 dargestellt. Es zeigt den Magnetisierungszustand von Transformator 30 an. Die anderen Eingänge der UND-Gatter 191, 192 sind an Leitung 217 angeschlossen, die vom Ausgang des Inverters 218 versorgt wird. Am Eingang von Inverter 218 liegt das Signal auf Leitung 182 in Diagramm 203.
In Diagramm 206 ist das Signal auf Leitung 217 dargestellt, das während der Freilaufphasen HIGH ist und während der Treibphasen LOW. Ist nun die Transformatormagnetisierung negativ, so schaltet das UND-Gatter 192 das FreilaufSignal von Leitung 217 auf seinen Ausgang auf Leitung 195 durch, wie in Diagramm 209 dargestellt. Schalter 188 wird von Steuervorrichtung 190 eingeschaltet und die negative Spannung von Leitung 56 wird an den Integratoreingang auf Leitung 193 gelegt.

   Bei negativer Magnetisierung von Transformator 30 erfolgt die Integration in positive Richtung.
Ist Transformator 30 positiv magnetisiert, so wird das Freilaufsignal von Leitung 217 vom UND-Gatter 191 auf Leitung 196 geführt, worauf Steuervorrichtung 189 Schalter 187 schliesst und die positive Spannung von Leitung 55 an den Eingang auf Leitung 193 gelegt wird, worauf zufolge dieses Eingangs eine Integration in negativer Richtung erfolgt. Diagramm 208 zeigt das Steuersignal auf Leitung 196 für die Integration in negative Richtung.
Wenn das Magnetisierungssignal innerhalb eines Freilaufintervalles aus positiver oder negativer Richtung kommend das Nullpotential überquert, so kehrt Komperator 213 die Integrationsrichtung um, wodurch das Magnetisierungssignal über die folgende Treibphase hinweg bis zum Beginn der nächsten Freilaufphase auf Null gehalten bzw.

   Integrator 73 angehalten
>

 
wird, wie es auch den tatsächlichen Gegebenheiten in Transformator 30 entspricht.
Diagramm 210 zeigt die Magnetisierung des Transformators 30 bzw. den der Magnetisierung weitgehend entsprechenden Verlauf des Magnetisierungssignales, das die Magnetisierung in den Treibphasen und die Entmagnetisierung in den Freilaufphasen nachbildet.
Strichpunktiert ist ein weiterer Verlauf 212 der Magnetisierung eingetragen, der sich ausschliesslich im negativen Bereich bewegt. Komperator 213 schaltet nicht um, wie in Diagramm 7 strichpunktiert dargestellt. Das Freilaufsignal in Diagramm 206 wird weiterhin auf Leitung 195 geführt, wie der strichpunktierte Verlauf in Diagramm 209 zeigt. Deshalb weist im Freilaufintervall von Zeitpunkt 119 bis 120 Verlauf 212 eine positive Steigung auf, während Verlauf 211 in diesem Zeitraum eine negative Steigung aufweist.

   Aus Verlauf 212 ist ersichtlich, dass die negative Gleichmagnetisierung zufolge der geringen Entmagnetisierung in den Freilaufintervallen stetig abnimmt .
 <EMI ID=31.1> 

 <EMI ID=31.2> 

Die Magnetisierungsgeschwindigkeit ist der angelegten Spannung proportional. Beträgt sie einen Faktor K in der Treibphase, so beträgt sie den Faktor K*UVF/UZKin der Freilaufphase. Ebenso hat sich die Integrationsgeschwindigkeit zu verhalten, die den Strömen
Wird die maximale Pulsbreite von 100% von einem Impuls zum nächsten dauerhaft auf 0% zurückgenommen, so baut sich die Transformatormagnetisierung zufolge der Entmagnetisierung gegen die Ventilflussspannungen in der Zeit TE= T*UZK/ (4*UVF) ab.

   Im Zahlenbeispiel beträgt TE20 Perioden der Schaltfrequenz des Wechselrichters. 
LH= lmH, Ri = lOOm[Omega], CINT= InF, ergibt sich Widerstand 198 RDzu RD= 10 M[Omega] .
Die Werte für REN[tau] und RDaus dem Zahlenbeispiel zeigen, dass hier die lineare Entmagnetisierung gegen die Ventilflussspannungen in den Freilaufphasen die Entmagnetisierung zufolge der schwachen Dämpfung um eine Grössenordnung überwiegt.
BezugsZeichenaufstellung:
1 Versorgungsleitung ....
2 Versorgungsleitung *....
3 Leitung .**.
4 Leitung *.....<>
5 Leitung :

   :*:
6 Leitung<*>
7 Ansteuerschaltung .
8 Schalter
9 Diode :.
10 Ansteuerschaltung      -
11 Schalter
12 Diode
13 Wechselrichter
14 Schalter
15 Diode
16 Ansteuerschaltung
17 Schalter
18 Diode
19 Ansteuerschaltung
20 Schalter
21 Diode
22 Ansteuerschaltung
23 Schalter
24 Diode
25 Ansteuerschaltung
26 Wechselrichter
27 Kondensator
28 Kondensator
29 Transformatorprimärspannung
30 Transformator
31 versorgendes Netz
32 Eingangsgleichrichter
33 Ausgangsgleichrichter
34 Last
35 Versorgungsspannung, Gleichspannung, Zwischenkreisspannung
36 Leitung
37 Leitung
38 Leitung
39 Leitung
40 Vorrichtung
41 Regler
42 Leitung 
 <EMI ID=33.1> 
 
118 Zeitpunkt
119 Amplitude
120 Zeitpunkt
121 Wert
122,

   123 Zeitpunkte 124-131 Diagramme
132 Rampensignal
133 Betriebszustand
134 Betriebszustand 135-144 Zeitpunkte 145 Leitung
146 ODER-Gatter
147 UND-Gatter
148 Inverter
149 Leitung
150 Magnetisierungsverlauf
151 Magnetisierungsverlauf
152 Wert
153 Wert
154157 Zeitpunkte
158 Wert
159 Magnetisierungsverlauf
160 Widerstand
161 Leitung
162, 163 Dioden
164166 Operationsverstärker
167 Widerstand
168 Operationsverstärker
169 Widerstand
170 Leitung
171 Operationsverstärker
172175 Widerstände
176 Leitung
177 AnsteuerSchaltung
178 Schalter
179 Ansteuerschaltung
180 Schalter
181 XOR-Gatter
182 Leitung
183, 184 UND-Gatter
185, 186 Leitungen
187, 188 Schalter
189, 190 Ansteuerschaltungen
191, 192 UND-Gatter
193 Leitung
194 Widerstand
195, 196 Leitungen
197 Induktionsbegrenzungsschaltung
198 Widerstand
199 Spannung
200210 Diagramme
211, 212 Magnetisierungsverläufe
219,

   220 Zeitpunkte
 <EMI ID=34.1> 
221 Widerstand

a 
222 Zenerdiode



  Method and device for limiting the induction in the core of alternately switched to a DC voltage transformers. 
The invention relates to a method for controlling alternately switched to a DC voltage transformers, as described in the preamble of claim 1. 
The economic importance of push-pull converters or  Inverters switching a DC voltage alternately in the positive and negative direction to a transformer consists, in the main, that the power transformer, which significantly affects the cost price, theoretically can transmit twice as much power with the same size, because the core of the transformer in both Directions, rather than being magnetized in one direction only. 

   Practically, the advantage weighs rather heavier, because in the case of the forward converter, the magnetization achieved after a drive phase in the transformer does not completely degrade in the load case due to the commutation of the magnetizing current to the secondary side.  Therefore, the maximum duty cycle of the circuit breaker or  reduces maximum pulse width of theoretically half a period of the switching frequency, which is why the forward converter can be transmitted in a first approximation proportional to this reduction less power. 

   For push-pull converters, the maximum duty cycle is nearly 50%, somewhat less due to the finite switching speed of the circuit breaker. 
The utilization of this cost advantage is in many applications, however, the unsatisfactory solved saturation problem of the power transformer, due to its large main inductance LH and its low internal resistance R [tau] also taking into account the switch and diode, or  Valve flow voltages represents a very weakly damped integrating route. 

   If the positive impulses applied to the transformer by the push-pull structure are only slightly larger than the negative ones, or vice versa, then this fault is integrated, so that in particular in dynamically demanding applications the transformer suddenly saturates and becomes a short circuit, which becomes instantaneous Shutdown of the device or leads to its destruction. 
Now, the detection of incipient transformer saturation, such as by subtraction of the primary and secondary currents to be measured very expensive and would require high-precision Hall sensors required.  In any case, the detection of incipient saturation places high demands on the accuracy and speed of the measurement. 

   This problem also persists in half-bridge balanced converters, whose transformer is connected in series with a capacitive voltage center, ie with a capacitor, which compensates for steady state voltage equalization of unequal length positive and negative pulses on the transformer, because the transformer is sufficiently large difference in the duration of two successive positive and negative pulses, for example, causes a rapid change in the setpoint value of the output variable and thus the pulse widths corresponding to these output variables, before the center point voltage shifts. 

   Therefore, push-pull structures initially had mainly theoretical significance. 
The economic importance of push-pull converters has only begun to increase since 1990, due to the availability of modern, robust, comparable nearly powerless controllable power semiconductors, such as FET or IGBT, with sufficiently constant, jitter-free switching delay and driver cycle times and driver circuits equipped with a sufficiently fast overcurrent shutdown are. 
Nevertheless, the range of application remained limited until 1993 to applications with low dynamic requirements, because the alternately positive and negative pulses on the power transformer may change only slowly with respect to the switching frequency, in order to prevent the danger of a steady magnetization and saturation of the transformer. 

   If, starting from a certain positive or negative pulse, the pulse width of the following impulses is significantly larger or smaller compared to the past, then the resulting power magnetization magnetization degrades only very slowly, in terms of order of magnitude, with the time constant TH = LH / R [iota] ,  In the meantime even smaller pulse changes can lead to immediate saturation. 
In order to come closer to the theoretically achievable dynamics associated with the switching frequency, it is currently also possible to connect the power transformer in series with a pulse-resistant capacitor of small capacitance.  In the case of the half-bridge inverter, the supporting capacitors can be selected to be correspondingly small so that it is no longer possible to assume a fixed center-point voltage. 

   Although a direct magnetization is then compensated faster, but the voltage across the power transformer is reduced by the capacitive voltage drop, so the less power can be transmitted, the more dynamically the inverter is designed.  Due to the capacitive voltage loss, less power can be transmitted. 

   At the same time, the power transformer must be oversized to withstand the transient DC magnetization until the voltage on the coupling capacitor degrades the DC magnetization. 
The full bridge with phase shift control is so far a special push-pull converter, because the magnetization of the transformer takes place exclusively at the same time as the power transmission and its magnetization in the intervening pauses - the so-called free-wheeling intervals - remains almost undiminished. 
- 2 Practical experiences with the full bridge with
Phase shift control and already available modern drivers and circuit breakers have shown that it is sufficient to generate sufficiently accurate control pulses,

   due to theoretically - presumptive assumption - exceeding of the maximum permissible magnetization of the
Power transformer does not occur.  This effect is achieved by the fact that from the setpoint voltage or  Controller output voltage those frequency components are filtered out, which would cause a steady increase in the magnetization, which can be dispensed with a direct saturation detection at the transformer in favor of a cost prefilter between controller output and pulse width modulator input. 

   According to the published patent specification of the German Patent Office DE 196 34 713 AI even methods that allow for the occurrence of periodic setpoint changes stationary steady magnetization, the decay of the same is not taken into account. 
In the published patent application methods are shown in which initially exactly half the pulse width change is passed, so theoretically the maximum magnetization is not exceeded, depending on the amount of a periodic setpoint fluctuation can occur a DC magnetization. 

   The methods have proven to be practical and led to a significant increase in the dynamic properties of the full bridge, without the transferable power reducing coupling capacitor and without oversizing of the power transformer, the core, however, must be designed for the largest operating voltage. 
However, the methods presented therein still reduce the achievable dynamics of the power unit because, according to the method, half the setpoint change from the power unit must always be processed first.  The achievable dynamics of such a full bridge is therefore comparable to that achieved with two by 180 °. ] offset working forward converters that operate at half the switching frequency, can be achieved. 

   Furthermore, the old setpoint must be stored in order to calculate the pulse width to be output according to the formula Us = (US / a [iota] t + Us, neu) / 2, which is why only a digital realization makes sense due to the required accuracy. 
In conventional PWM control of the full bridge, and also, for example, in the case of a half-bridge balanced transformer, a load-dependent demagnetization interval takes place after the end of a power-transmitting period in which the remaining magnetizing current commutates to the secondary side.  In the case of high dynamic inverter requirements, it may therefore be necessary to perform a feedback operation, while the full bridge with phase shift control could already be upgraded to high dynamic requirements, at least with the pre-filter procedure without feedback. 

   In any case, the inventive approach with feedback of the transformer voltage also ensures the protection of the transformer at a higher and fluctuating supply voltage, which is naturally not given in the pre-filter.  For example, in applications in the railway supply network, where must be expected with a wide range fluctuating supply voltage, the prefilter method is unsuitable because the transformer current for the minimum operating voltage, the core of the transformer, however, to the maximum operating voltage, the transformer for a much greater performance would have to be interpreted

   whereas, in accordance with the invention, the transformer core can advantageously also be designed only for the minimum operating voltage, and the transformer can be designed for the rated power of the device. 
The present invention has for its object to expand the scope of Gegentaktstrukturen and fully usable without sacrificing the reliability of their dynamic resources. 
The object of the invention is achieved by the method according to claims 1 to 9 and by the devices according to claims 10 to 14. 
Advantageously, in the method according to claim 1, the detection of the non-linear transformer saturation is unnecessary, and in contrast to the known methods, it is advantageous not only for the controller output but for the output of the pulse width modulator in the case of imminent saturation of the transformer

  intervened.  As a result, the theoretically achievable dynamics of the inverter is again significantly increased.  In addition, the procedure of claim 2 is possible because the transformer is operated in the linear range. 
In the procedure according to claim 2, the magnetization of the transformer is determined inexpensively by integration of a signal whose course corresponds to that of the transformer primary voltage. 
In the procedure according to claim 3, a magnetic voltage converter can be used cost-effectively, which is also operated in the linear range.  Furthermore, fluctuating switching delay times are taken into account, which is why it is particularly advantageous not only to use cost-effective pulse width modulators, but also cost-effective driver circuits. 

   Furthermore, any demagnetizing intervals that may occur, as well as parasitic effects, such as the balancing effect parasitic switch capacitances and the reduction of the transformer voltage to the forward voltages of the current-carrying valves and the voltage drops across the parasitic resistors and thus also the decreasing tendency of any existing DC magnetization with reduced pulse width Thus, the method can be advantageously applied to all push-pull structures. 

   In any case, the inverter can already be economically operated on variable supply voltage, because the transformer must be dimensioned only for a corresponding to the fluctuation of the supply voltage above the rated power of the device lying power, for example, to 120% of the rated power for supply voltage fluctuations of + -10%. 
By the procedure of claim 4 or 5 is advantageously achieved that the transformer core can be designed for the lower limit of the intermediate circuit voltage. 

   The procedure of claim 4 is particularly suitable for digital implementation, while the procedure of claim 5 in a similar manner is particularly simple. 
The procedure of claim 6 is useful, with only slightly fluctuating supply voltage of the inverter, z. B.  + -10% and especially for the phase-shift-controlled full-bridge inverter.  Advantageously, no feedback and thus no voltage converter is needed.  Inexpensive, the transformer magnetization is obtained by integration of a signal derived directly from the control signals. 

   It is also advantageous to use a cost-effective pulse width modulator. 
In the procedure according to claim 7, the decay of the direct magnetization is cost-effectively taken into account in the unlikely event that longer quasi-stationary states are terminated or interrupted by rapid setpoint changes. 
The procedure of claim 8 is advantageous if it is essentially a linear demagnetization of the transformer against the sum of the lying in the freewheel circle valve voltages. 

   This can also be realized inexpensively by means of a digital counter. 
The procedure of claim 9 is advantageous if an exponential decay in the freewheeling phases or  an exponentially decreasing increase in the magnetization is determined by the internal resistance in the respective circuit for the demagnetization of the transformer.  When executed in conventional analog technology, the possibly determining attenuation by the parasitic resistors can be easily and inexpensively by parallel connection of a correspondingly high-impedance resistor to the integration capacitor taken into account. 

   This procedure is already feasible in digital technology at low cost. 
In the procedure according to one or more of claims 7 to 9, the power transformer can be advantageously designed for the maximum operating voltage. 
Claim 10 describes a device 40 which can be used for all push-pull converters and variable supply voltage. 

   Claim 11 describes a device 40 according to claim 10, wherein the transformer is utilized as well as possible. 
The method according to claim 12 advantageously reduces the over-dimensioning of the transformer beyond the required nominal power of the device, in particular in applications for a wide supply voltage range. 
The procedure according to claim 13 advantageously eliminates the need to define two further values for limiting the amplitude of the fed-back transformer voltage. 
The procedure of claim 14 represents a cost-effective implementation of claim 12. 
By the procedure of claim 15, the required over-dimensioning of the transformer is avoided in particular due to a fluctuating supply voltage. 
Claim 16 describes a principle for all push-pull converters in application areas,

   where an approximately constant supply voltage is present, suitable device 50, the cost without the detection of
Transformer primary voltage gets by. 
The procedure of claim 17 makes it possible to interpret the core of the transformer not far above that magnetic flux, as that which can occur in steady state operation at the maximum supply voltage. 
The procedure according to claims 17, 18 and 19 allows a further reduction of the core cross-section of the transformer, or 

   finally, its design for operation at the maximum supply voltage, even in the unlikely event that the application process requires rapid changes in the output, which are interrupted by longer quasi-stationary operating conditions. 
For a better understanding of the invention, this will be described in more detail below with reference to the half-bridge and full-bridge converter. 
Show it;
FIG. 1: the block diagram of the half-bridge inverter;
FIG. 2: the block diagram of the full-bridge inverter with phase-shift control;
FIG. 3:

   Process diagram of a power electronic DC-DC converter according to DE 196 34 713 A 1;
FIG. 4: one of an inverter, which is controlled by a primary side feedback correction circuit, alternately connected to a DC voltage transformer with secondary rectifier connected and connected to this rectifier loads or  the process diagram for claim 1;
FIG. 5: Block diagram of
Induction limiting device;
FIG. 6: Circuit diagram for integrator and
Induction limiting device for the half-bridge differential converter;
FIG. 7: Time courses of control signals, resulting
Transformer voltage and transformer magnetization for the half-bridge inverter in FIG. 1 with induction limiting according to the invention according to FIG. 6;
FIG. 8th:

   Magnetization curves at maximum pulse width for different supply voltages;
FIG. 9: Circuit extension for the integrator circuit in FIG. 6 for consideration of a variable supply voltage;
FIG. 10: Time courses of control signals, resulting
Transformer voltage and transformer magnetization for the full-bridge inverter with phase shift control in FIG. 2 with induction limiter according to the invention according to FIG. 6 with logic circuit of FIG. 11;
FIG. 11: Circuit diagram for an exemplary logic circuit for the full-bridge inverter with phase shift control in FIG. 2;
FIG. 12: the process diagram for a non-feedback procedure;
FIG. 13:

   Circuit example for integrator and a non-feedback induction limiting device for the half-bridge converter in FIG. 1;
FIG. 14: exemplary extended integrator circuit for the full bridge inverter with
Phase shift control taking into account the transformer demagnetization tendency;
FIG. FIG. 15 shows time profiles of the essential variables during a period of the switching frequency of the inverter in FIG. 2 for explaining the circuit in FIG. 14th 
FIG. 1 shows the inverter 13 whose supply lines 1 and 2 are connected to the output of a voltage intermediate circuit, for example to the capacitor at the output of a mains rectifier. 

   To the lines 1 and 2 two connected by line 3 in series capacitors or voltage sources 27 and 28 are connected so that the voltage difference between line 1 and line 3, as well as between the lines 3 and 2 is half the DC link voltage.  The positive power connections of switch 8 and the diode 9 are connected to line 1, the negative power connections to line 4.  The positive power connections of switch 11 and diode 12 are connected to line 4, the negative power connections to line 2.  The control line 5 is connected to the input of the driver circuit 7, whose output is connected to the control input of the switch 8. 

   The control line 6 is connected to the input of the driver circuit 10, whose output is connected to the control input of the switch 11. 
In the driver circuits 7 and 10 is also the
Switch-on delay time built-in when the circuit breakers have about a greater off-delay, so that it can come at full scale - the switch-on on control line 5 comes simultaneously with the switch-off on control line 6 and vice versa - no bridge short circuit. 
Between the lines 4 and 3 is the
Output AC voltage 29, which is positively equal to half the DC link voltage when switch 8 is closed, is half the negative DC link voltage as long as switch 11 is closed, and is predominantly zero,

   when both switches are open. 
In Fig. 2 is the basic circuit of a
Full-bridge inverter with phase shift control shown.  The positive terminals of the switches 14 and 20, as well as the diodes 15 and 21 are connected to line 1.  The negative terminals of the switches 17 and 23 and the diodes 18 and 24 are connected to line 2.  The positively counted output of the inverter is line 4, to which the negative terminals of switch 14 and diode 15 and the positive terminals of switch 17 and diode 18 are connected.  The negatively counted output of the inverter forms line 3 which connects the negative terminals of switch 20 and diode 21 and the positive terminals of switch 23 and diode 24. 

   The output AC voltage 29 is applied between the lines 4 and 3. 
The control input of switch 14 is connected to the output of driver circuit 16.  At the input of the driver circuit 16, the control line 5 is connected.  Switch 17 is driven by driver 19.  The input of the driver 19 is connected to the output of an inverter 51 whose input is also connected to line 5.  The control input of switch 20 is connected to the output of driver circuit 22.  At the input of the driver circuit 22, the control line 6 is connected.  Switch 23 is driven by driver 25.  The input of the driver 25 is connected to the output of the inverter 52, whose input is also connected to line 6. 
The signals on the control lines 5 and 6 are square-wave voltages with a duty cycle of 50% in the steady state. 

   The necessary switch-on delay is realized in the driver circuits.  The signal on the control line 5 leads the signal on control line 6 ahead.  The signal on line 5 controls the leading bridge branch 14, 17 and the signal on line 6 controls the trailing bridge branch 20, 23. 
The circuit breakers 14, 17, 20, 23, the diodes 15, 18, 21, 24 are connected in anti-parallel because the common circuit breaker in the on state can only lead in the direction of positive to negative power connection current. 
By closing the switches 14 and 23, the positive DC link voltage is applied to the output, by closing the switches 17 and 20, the negative. 

   The width of the positive and negative pulses of the output AC voltage 29 results from the phase shift of the signals 5 and 6, as well as the duration of the intermediate freewheeling phases switch 14 and 20 or switches 17 and 23 are closed or  open. 
FIG. 3 shows the method steps in the DC-DC conversion according to the method described in the published patent application DE 196 34 713 AI.  The power rectifier 32 is connected to the input side of the network 31, its positive output is connected to line 1 and its negative output to line 2.  The DC link capacitor is on the one hand connected to line 1, on the other hand connected to line 2.  Line 1 and 2 are the supply lines of the inverter 26, at the output, formed by the lines 4 and 3, the primary side of the power transformer 30 is connected. 

   The pulse widths of the output AC voltage 29 is determined by the signals on the control lines 5 and 6.  The secondary side of the transformer 30 is connected to the input of the secondary rectifier 33, at whose output the load 34 is connected. 
The load voltage is detected by the voltage measuring device 35 and supplied to the controller 41 with the lines 36.  On line 38, the controller 41 receives the actual value of the load current.  The controller 41 compares the current actual value on line 38 with the current setpoint on line 39 or the load voltage on line 36 with the voltage setpoint on line 40 and regulates with its output voltage on line 42 corresponding to a certain pulse width of the positive and negative pulses on transformer 30. the power flow. 

   The controller 41 is connected on the output side by line 42 to the input of the pre-filter 83, whose output is connected via line 82 to the input of the pulse width modulator 43.  At the output of the pulse width modulator 43, the control lines 5 and 6 of the inverter 26 are connected. 
In the current state of the art, the pre-filter 83 applies to its output on line 82 a value corresponding to only a part of the change at its input to line 42, so that the pulse width modulator 43 generates control signals 5 and 6 for the inverter such that at arbitrary Changes to the controller output on line 42 of the power transformer is not expected to saturate, or  a maximum permissible transformer magnetization is not exceeded. 

   The pre-filter 83 thus fulfills its function of filtering out the harmonic and subharmonic oscillations of the switching frequency of the inverter possibly contained in the desired value signal 42, which would lead to a steady increase in the transformer DC magnetization.  Without pre-filter 83 and without further measures to prevent dangerously recurrent setpoint changes, eg. B.  By reducing the system dynamics, for example by means of the pre-filtering method discussed, the dangerous transformer short-circuit due to the saturation of its core, even with a significantly oversized transformer would only just adjust a little later. 
In FIG. 4, compared with the prior art in FIG. 

   3, the control lines 5 and 6 are fired at the output of the device 40 operating according to the method according to the invention, whose signal inputs are connected via the lines 45 and 46 to the outputs of the pulse width modulator 43.  Two further inputs of the device 40 are connected via the lines 47 and 48 to the secondary side of the voltage converter 49, whose primary side is connected to the output lines 3 and 4 of the inverter 13. 
FIG.  5 shows the block diagram of the device 40. 

   This consists of the integrator 73, a circuit part which defines the critical values of the transformer magnetization in the positive and negative directions on the lines 55 and 56, the comparators 63, 64 and a logic circuit 78 or 79th 
The feedback transformer voltage 72 is supplied with the lines 47 and 48 to the input of the integrator 73.  Line 62 connects the output of integrator 73 to the negative input of comparator 63 and to the positive input of comparator 64.  The positive input of comparator 63 is connected to line 55 at which the positive critical value of the magnetizing current is tapped. 

   The also fixed potential on line 56, which is connected to the negative input of the comparator 64, determines the negative critical value of the transformer magnetization. 
Line 80 from the output of the comparator 63, line 81 from the output of the comparator 64, as well as the lines 45 and 46 from the outputs of the pulse width modulator 43 are connected to the inputs of a logic circuit 78 or 79, the control signals 45 and 46 to their outputs to the Lines 5, and 6 turns on as long as the voltages on lines 80 and 81 indicate that the magnetization of transformer 30 is within the allowable limits set on lines 55 and 56. 

   Logic circuit 78 or  79 directs the signals 45 and 46 of the pulse width modulator 43, which are predetermined due to the load of the transformer 30 by the application process, unchanged on the control lines 5 and 6 of the inverter 13 or 26, the alternating DC voltage alternately determined by the application process time in positive and negative direction to the primary winding of transformer 30, unless that is removable on line 62, of integrator 73 of the magnetization of transformer 30 or 

   of the parallel-connected voltage converter 49 magnetized signal has reached the critical value in the positive or negative direction. 
In the case of the inverter 13, logic circuit 78 outputs a correspondingly shortened control pulse to the control pulse on line 45 on line 5 when the magnetization signal reaches the positive critical value on line 55 and the comparator 63 has responded.  The control pulse on line 46 on line 6 is truncated when comparator 64 determines that the magnetization signal from transformer 30 has reached its negative critical value set on line 56. 
When Vollbrückenkonverter the capacitors 27, 28 are also replaced by circuit breakers. 

   In conventional PWM control, the switch built in instead of the capacitor 27 is switched on and off at the same time as the switch 11 and the switch at the location of the capacitor 28 is actuated together with the switch 8.  Unlike the half-bridge inverter, when the switch pair is switched through, the full intermediate circuit voltage is now applied to the transformer 30 in the positive or negative direction.  Again, logic circuit 78 can be used unchanged. 
In Fig. 9 is an example of a logic circuit 79 for the full-bridge inverter with phase-shift control 26 in FIG. 2 shown. 

   The logic circuit 78 is shown in FIG. 6 included. 
FIG.  FIG. 6 shows an exemplary embodiment of the device 40 operating according to method claim 1 with a logic circuit 78 for the half-bridge balanced converter and the full-bridge balanced converter with PWM control. 
Device 40 is powered by voltage 74, for example at 15 volts.  The magnetization limits, as well as the reference potential for the magnetization signal are determined by means of the series connection of the same size resistors 221, 54 with the Zener diodes 222, 53. 
Resistor 221 is connected to the positive electronics supply 74.  Line 55 connects its second terminal to the input of zener diode 222 and the positive differential input of comparator 63. 

   Line 57 connects the output of Zener diode 222 to the input of Zener diode 53 and the positive differential input of operational amplifier 71.  Line 56 connects the output of Zener diode 53 to resistor 54 and the negative differential input of comparator 64.  The second terminal of the resistor 54 is connected to the electronic ground 77.  The zener voltage of the diodes 222 and 53 is for example 1.8 volts.  Operational amplifier 71 buffers the zero potential for the magnetization signal present on line 48. 

   The potential of line 55 is z. B.  1.8 volts above the reference potential of line 48, the potential on line 56 is 1.8 volts below. 
Integrator 73 is exemplified as a inverting integrator consisting of operational amplifier 61, resistor 58 and capacitor 59, at whose input the voltage 72, which is proportional to the negative voltage to transformer 30, is fed back, so that the voltage at the integrator output the actual course of the magnetization in Transformer 30 follows. 
The positive terminal of the primary side of the voltage converter 49 is connected to line 4, the negative primary terminal is connected to line 3, so that at the primary side of the voltage converter 49, the inverter output voltage or  the primary voltage of the power transformer 30 is applied. 

   Voltage converter 49 is coupled so that a 29 in positive counting direction primary voltage pulse, based on the potential of line 48, a negative in the counting direction 72 voltage pulse at the integrator input on line 47. 
On line 48, the positive terminal of the secondary side of the voltage converter 49, the output and the negative differential input of the operational amplifier 71, and the positive differential input of the operational amplifier 61 are connected.  Line 47 connects the negative terminal of the secondary side of the voltage converter 49 with resistor 58, the further terminal of line 60 is connected to a terminal of the integration capacitor 59 and the negative differential input of the operational amplifier 61. 

   The second terminal of the capacitor 59 is connected to line 62, which is supplied by the output of the operational amplifier 61.  The formed at the output of the operational amplifier 61
Magnetization signal is further supplied from line 62 to the negative differential input of the comparator 63 and the positive differential input of the comparator 64. 
By virtue of voltage 72, a current flows through resistor 58 and on through capacitor 59, so that there is a voltage on line 62 which is equal to the integral of voltage 72 multiplied by -1, resp.  the course of the temporal integral of the transformer voltage 29 follows.  The outputs of the comparators 63, 64 are HIGH as the voltage on line 62 moves within the limits defined by lines 55, 56. 

   When the potential on line 55 is exceeded, comparator 63 responds and the signal on line 80 goes low.  If the potential on line 56 is undershot when a negative pulse to transformer 30 is applied, comparator 64 generates a LOW signal on line 81. 
The signals on the lines 80, 81 and the control signals on the lines 45, 46 are supplied to the logic circuit 78, at whose outputs the control lines 5, 6 are connected for the switches 8 and 11.  The logic circuit 78 is comprised of the inverters 67, 68, the negative edge-triggered RS flip-flops 65, 66, and two AND gates 69, 70. 
The reset input of flip-flop 65 is connected via line 80 to the output of the comparator 63.  The output of the FF 65 is connected via line 75 to an input of the AND gate 69, whose second input is connected to line 45. 

   The input of flip-flop 65 is connected to the output of the signal inverter 67 whose input is connected to line 46. 
The reset input of flip-flop 66 is connected via line 81 to the output of comparator 64, its input to the output of signal inverter 68 and its output via line 76 to an input of AND gate 70 whose second input is connected to line 46.  The input of the inverter 68 is connected to line 45. 
The lines 45 and 46 are connected to the outputs of the pulse width modulator 43. 

   The pulse width modulator 43 generates from the set point 42 required by the application process the signal 45 for the upper switch 8 which determines the positive pulse duration at the power transformer 30 and the signal 46 for the lower switch 11 of the inverter 13 (FIG. 1), which determines the negative pulse duration at the power transformer 30. 
During the turn-on state of switch 8 (FIG. 11), the control signal on line 45 (46) may be responsive to comparator 63 (64).  In this case, flip-flop 65 (66) is reset, line 75 (76) goes low, and AND gate 69 (70) takes the voltage signal from control line 5 (6), thereby interrupting current flow through switch 8 (11) positive (negative) voltage pulse to transformer 30 is terminated prematurely.  The reset pulse on line 80 (81) may be very short. 

   However, the output of flip-flop 65 (66) connected to line 75 (76) remains LOW until flip-flop 65 (66) is reset.  This is done only by the following switch-on command for switch 11 (8) on line 46 (45), whereby the premature restart of switch 8 (11) is reliably prevented. 
The voltage divider 221, 222, 53, 54 generates the upper integration limit on line 55, the
Bottom of integration on line 56 and the mid-lying potential on line 57, which is buffered by operational amplifier 71 and pending on line 48.  Resistor 58, capacitor 59 and operational amplifier 61 form the inverting integrator 73, which integrates the voltage 72, an image of the inverted transformer voltage 29. 

   When the output on line 62 moves within the limits imposed by lines 55 and 56, the outputs of comparators 63 and 64 are high.  The outputs of the flip-flops 65 and 66 are then also HIGH, especially as they are constantly running through the positive edges or  Enable commands of the control signals 45 and 46 are set.  In this case, the control signal 45 appears unchanged at the output of the AND gate 69 on line 5 and the control signal 46 unchanged at the output of the AND gate 70 which is connected to line 6. 
The comparator 63 responds or  its output becomes LOW when a positive pulse or  On command on line 45 is too long, and comparator 64 can only with a negative pulse of the transformer voltage 29 and  during the switch-on command on line 46. 

   Due to the demagnetization phase following each switch - off process in the inverter, see Fig. 7, the output pulses of the comparators 63 and 64 are very short, so they are extended by means of the RS flip-flops 65 and 66 until the turn-on of the other switch.  If comparator 63 responds, flip-flop 65 is reset and its output connected to line 75 goes low, whereby AND gate 69 removes turn-on signal 45 from line 5. 

   If comparator 64 responds, then the turn-on signal of line 46 at the output of AND gate 70 on line 6 is taken back via line 76. 
In Fig.  7, the function of the half-bridge inverter 13 in FIG. 1 with inventive control and logic circuit of FIG. 6 represented by the diagrams 84 to 92. 
Diagram 84 shows the mode of operation of the pulse width modulator 43, which, for example, measures two by 180 [deg. ] offset ramp signals 93 and 94 generated. 

   Furthermore, in plot 84, the setpoint voltage 95 is plotted on its input line 42, which is determined by the process in the region of application of the inverter 13. 
From the diagrams 85 and 86, the control signals on the lines 45 and 46 with the switching states 96 and 97 of the switches 8 and 11 can be seen, wherein the diagram 85, the switch states 96, 97 of the switch 8 and diagram 86, the switch states 96, 97 of the switch 11 represents. 
In diagram 87, the voltage 29 of the lines 4 and 3 connected to the primary winding of the transformer 30 is shown and in diagram 88, the time course 98 of the magnetization of the transformer 30 and 

   of the magnetization signal on line 62. 
When the inverter 13 is put into operation, the modulator 43 generates from the regulator output voltage 95 the control signal for the switch 8 which constitutes the device 40 according to the invention in FIG. 6 switches from line 45 to line 5 when voltage 98, and thus the magnetic flux in the transformer core, is within the specified limits.  Similarly, device 40 forwards the switch states 96, 97 for switch 11 of line 46 on line 6.  If the switch-on command on line 5 closes switch 8, the voltage of capacitor 27 is in the positive counting direction of voltage 29 at the primary winding of transformer 30.  When switch 11 is closed, the voltage of capacitor 28 is in the negative counting direction on the primary side of the power transformer. 

   The capacitors 27, 28 charge during commissioning to half the DC link voltage, which is present between the lines 1 and 2. 
Due to the alternate switching of the switches 8, 11, the primary voltage 29 is applied to the primary side of the transformer 30, which is transmitted and then z. B.  is rectified again via the secondary rectifier 33 and supplies the load 34 with power and voltage. 
As can be seen from the diagrams 85, 86, modulator 43 sets the switch-on time of switch 8 with the start of the ramp signal 93 and the switch-on time of switch 11 with the start of the ramp signal 94.  The switch-off time for switch 8 determines modulator 43 at equal voltage of ramp signal 93 and regulator output voltage 95, the switch-off for switch 11 is given at voltage equality of the signals 94 and 95. 

   In this way, modulator 43 determines the turn-on durations 99 for switches 8 and the turn-on durations 100 for switches 11. 
At the zero voltage point of the ramp signal 93 at a time
101, modulator 43 drives switch 8, thereby delaying transformer and switch cycle times to transformer 30, as shown in Chart 87, at the time
102 a in the counting direction of voltage 29 positive voltage corresponding to half the intermediate circuit voltage is placed. 

   At time 103, voltage equality occurs between ramp signal 93 and regulator output voltage 95, whereby modulator 43 takes the voltage signal from control line 45 and, somewhat delayed at time 104, the current flow through switch 8 is interrupted. 
As can be seen from the synopsis of the diagrams 87, 88, by applying a voltage to the transformer 30, its core is magnetized, i. H.  It forms through the primary winding of transformer 30 from a magnetizing current, the voltage proportional linear increase or  decreases.  The storage of the magnetizing current, or  Intervals in which the transformer voltage is zero can only occur if a load current has already formed.  The load is switched on at a later time 108 and inverters or 

   Transformer 30 are initially idle. 
By applying a positive voltage to the transformer 30, d. H.  the switch 8 is in the conductive state, from the time 102, the level of the nagative magnetization of the transformer 30 during the application of the positive voltage according to a linear function is reduced or  also reversed.  At time 104, the magnetizing current in the primary winding of transformer 30 due to the previously controlled switch 8, the amplitude 105. 

   Of the
Magnetizing current, which was previously fed by capacitor 27, commutates during the shutdown of switch 8 in the
Diode 12, causing capacitor 28 of the primary side of the
Transformers 30 is connected in antiparallel and
Transformer 30 against the voltage across capacitor 28, which corresponds to half the DC link voltage, demagnetized, d. H.  the negative voltage is at the transformer 30 until the
Magnetization current linear up to the value zero, which leads to a
Time reaches 108, has decreased. 
At the zero voltage point of the ramp signal 94 at a time 106 modulator 43 controls the switch 11, whereby the
In any case, transformer 30 delays the driver and switch cycle times in a negative voltage in the counting direction of voltage 29 1 1, which is half the intermediate circuit voltage, <*> '..' <*> matches.

   At time 107 occurs <*> .... *
Voltage equality between ramp signal 94 and; ;;
Regulator output voltage 95, whereby modulator 43, as shown in FIG <*> .. <*> '.
Diagram 86, the voltage signal from the ... '.
Control line 46 increases and slightly delayed, the flow of current through the switch 11, if present, is interrupted. [Iota] ... I.
As can be seen from graphs 87 and 88, the results in FIG. <>. *. Case illustrated the duration of the negative voltage pulse <*> <*> <*> Transformer 30 due to the magnetizing current 98 through diode 12th
At time 108, the transformer 30 is demagnetized, voltage 29 breaks down to the value zero and diode 12 appears a reverse voltage, which is half
DC link voltage corresponds.

   After time 108 and before time 109, the load 34 is now switched on.
At time 109, the pulse width modulator 43 on line 45 outputs an on state 97 for switch 8, which turns on at time 110 and applies half the intermediate circuit voltage in the positive direction to the transformer 30. Modulator 43 only takes the switch-on state 97 for switch 8 back to time 114, but the maximum permissible magnetization is already reached at time 111. The output of comparator 63 becomes LOW, as a result of which the output of flip-flop 65 is also connected to line 75.
The magnetization increases until time 112, in which switch 8 actually turns off, and the current in diode 12 still increments by B55 * 4 * tv / T over the line 55 set limit to the actual maximum positive magnetization with amplitude 116 that occurs.

   Calculated for tvjene use maximum time that can elapse between the turn-off time 111 of the control signal and the actual switching off switch 8 at time 112.
As a result of the voltage at the transformer 30, which is now negative from time 112, the current transmitted to the secondary side decreases rapidly to zero in accordance with a linear function whose slope is determined by the leakage inductance of transformer 30. On the secondary side, the load current is now no longer supplied by the primary side, but is driven by the inductive load and / or a series-connected to the load smoothing inductance, whereby the secondary rectifier is short-circuited.

   Therefore, another commutation of the
Magnetizing current to the secondary side, which is completed just after the start of the time interval 112, 113, when the magnetizing current makes up only a fraction of the load current. In Zeitindervall 112, 113 occurs due to the negative voltage 29, a partial demagnetization of transformer 30. If the leakage inductance of transformer 30, which was charged up to the time 112 to the load current, demagnetized at time 113 and diode 12 is no longer current flowing breaks the Transformer voltage together.

   The remaining magnetization at the value 117 stores transformer 30 on the secondary side.
As can be seen from graph 88, the voltage on line 62 drops below the value on line 55 in time interval 112, 113, and therefore the LOW pulse of comparator 63 must be extended.
Diagram 89 shows the output signal of flip-flop 65 on line 75. Flip-flop 65 is reset by the falling edge of the LOW pulse on line 80 and only at turn-on time 115 by the control signal on line 46 for switch 11, ie until the end of the maximum pulse width of switch 8 , again set.
Diagram 90 shows the control signal for switch 8.
The switching state is identical in the time interval 101, 111 with the control signal on line 45 in diagram 85.

   From time 111, it is taken from line 5 due to the signal on line 75 until the end of the theoretically possible maximum duty cycle at time 115.
A delay time after time 115, switch 11 becomes conductive. Modulator 43 outputs a large duty cycle, at the end of which the magnetization in diagram 88 has the negative amplitude 119 at the end after a further delay time until switch 11 is switched off at instant 118.

   Due to the change from set point signal 95, modulator 43 outputs a small duty cycle to transformer 30 for the now following positive pulse, so that transformer 30 already switches to negative at time 120 in which modulator 43 turns on switch 11 and applies a negative voltage pulse to transformer 30 Value 121 is biased and in this state does not tolerate a long negative [Xi] voltage pulse. After switching through switch 11 to time 122, the magnetization of transformer 30 continues to increase in the negative direction, so that already at time 122, the negative magnetization limit set on line 56 is reached, comparator 64 responds and flip-flop 66 resets.
Diagram 91 shows the output of flip-flop 66 on line 76, and in Diagram 92 the control signal for switch 11 on line 6 is shown.

   Flip-flop 66 is set only by the subsequent turn-on command for switch 8 at time 123, whereby the control signal for switch 11 at the time
122 is taken from the control line 6 until the end of the maximum duty cycle at time 123.
The switching states of the switches 8, 11 before and after the time intervals 112, 115 and 122, 123 correspond to their control signals generated by the modulator 43 on the lines 45, 46th

   In the period between the times 111 and 115 or 122
123, the control signals on lines 45 and 46 are taken from lines 5 and 6, respectively, so that the magnetization of transformer 30 is the maximum value in the positive direction set by the voltage on line 55 and the maximum value in the negative direction, respectively , which is determined by the voltage on line 56 does not exceed.
The signal curve in diagram 88 corresponds to the integrator output voltage on line 62 and the course of the induction B or of the magnetic flux [Phi] in the transformer core to which the magnetizing current is proportional.

   For the dimensioning of the transformer core, its maximum allowable induction BA is definite, which is determined by the induction value B55, which corresponds to the voltage on line 55.
8 shows the mutually corresponding curves of transformer magnetization and magnetization signal for a transformer connected to inverter 13 or 26 between times 110 and 112 for a minimum operating voltage UZK, MIN, ramp 150 and curve 151 at, for example, twice the operating voltage UZK, MAX = 2 * UZK, MIN, when using device 40 in Figure 6 with logic circuit 78 or 79, and a dash-dotted registered corrected course 159 of the magnetization signal, so that the maximum core induction is not exceeded at twice the operating voltage.
The estimated states on the control lines 5,

  6 occur later by the delay time tv as positive or negative pulse of the transformer primary voltage 29. The integration speed or voltage increase on line 62 results from the current with which capacitor 59 is CIN or discharged and is to be set by means of resistor 58 R [iota] NTso that during the maximum pulse width of the positive and negative pulses of transformer voltage 29 of approximately the duration of half the period of the switching frequency k [iota] * T / 2, kx <1, in which transformer 30 is biased by -BMAX to + BAX and u72 is present at amplitude input U72 at the integrator input, the output voltage of the integrator on line 62 is changing from the negative to the positive maximum value, ie 2 * UMAX.

   This condition applies to push-pull inverters 13 and 26, where kx can advantageously be taken as 1 because the delay time does not change the pulse width. At a minimum operating voltage between time 110 and 112 half the maximum duty cycle of T / 4, in which transformer 30 is magnetized from zero to the maximum value.

   Equation 1 therefore applies: dB / dt = 4 * BMAX / T, and Eq. 1 du62 / dt = 4 * UMAX / T = U72 / (R [iota] N [tau] * CINT)
In the delay time tv111, 112, the induction in transformer 30 increases from the value 152 B55 at time 111 according to equation 1 to the maximum value 116 BMAXan, which is reached at time 112.
B '
'MAX
= B55 + k * B,, MAX with k = 4 * tv / T
G1.2
Analogously, the positive limiting voltage on line 55, so that UX is not exceeded by u62, is calculated according to Equation 2
Ü55 = UMAx * d-) G1.3
Equation 3 in Equation 1 and resolved after R [iota] NT yields: INT = (1-k) * U72 * T / (4 * U55 * C [iota] NT) G1.4
At e.g. U55 = 1.8V, C [iota] NT = InF, U72 = 2V, T = 32 [mu] s and tv = l [mu] s is calculated as RINT to R [iota] NT = 7.8 k [omega].
For double DC link voltage, k2 = 2, the curve 151 is entered in FIG.

   The maximum magnetization 116 is reached at time 155, which lies exactly in the middle between times 110, in which switch 8 turns on, and time 112, in which it switches off again at minimum DC link voltage. Device 40 now has to ensure that the control signal for switch 8 is already withdrawn at time 154, the delay time tv before time 155. The ratios shown correspond to the above realistic numerical example.
Should the inverter now in a wide
Input voltage range UZK, MIN <Uz [kappa] <k2 * Uz [kappa], MiN k2> l, it should be noted that the difference BMAX¯ B55 is the factor k2
B '
'MAX
- B
55.2
= k7 <R> k * B
MAX
G1.5 enlarged.

   Transformer 30 would turn off without further precaution until time 157, because the
Integratorausgangsspannung in device 40, the value 152 reached only at time 156.
The core of transformer 30 would have to be designed to the maximum value 158 BMAX, 2, which is calculated as BMAX, 2 - BMX¯ B55 [iota] 2+ B55. The factor ÜD, by which the core cross-section must be increased,
ÜD = BMAX, 2 / BMAX - 1 G1. 6 is given in Equations 2 and 5 in this case
ÜD = k (k2-l). G1.7 In the case shown, when the supply voltage is doubled, ÜD = 12.5%.

   This oversizing is economically justifiable, whereby push-pull converters can also be used in this field of application.
Cost-effective as a reasonable overdimensioning of transformer 30, according to the method, for example, the voltage U55 after
U55 / 2 = UMA d "k2 * k) Eq. 8 can be reduced in proportion to the increase in the intermediate circuit voltage, which is particularly easy to implement digitally.
For example, starting from magnetization curve 150 with minimum supply voltage of the inverter, the integration speed of the fed-back transformer voltage 72 may be proportional to the increase of the intermediate circuit voltage 35 Uz [kappa] by the factor k2.

   are slightly increased relative to the actual increase in magnetization in the core of transformer 30.
In Figure 8, the course is 159 of
Integrator output voltage U62, KORR entered on line 62 for the case of the supply of the inverter with double DC link voltage, which differs from the actual magnetization curve 151.

   Because the voltage value 152 on line 55 was not intervened, the curve 159 increases slightly steeper than the actual magnetization curve 151, so that the value 152 is also reached at the time point 154.
In the following, for this approach, the current IKORR is calculated which, in addition to the current IINT = U72 / R [iota] N [tau], which corresponds to the amplitude U72 of the fed-back transformer voltage 72, is to be fed to the integrator 73.
The course of the actual magnetization corresponds to the integration of the course of II T, which results from Equation 1 with the setting of k from Equation 2
IINT / CINT = k2 * k * UMA / tvGl. 9 calculated.

   IINT is in the time interval 100, 155 exclusively a function of the variable DC link voltage IINT =
I lN (k2), k2 = UZK, MAX / UZK, MIN -
From the slope of U62, KORR, the required charge current of CI is given by Equation 10.
(IKORR + I INT) / CINT = k2 * k * (1 - k) UMAX / ((1 - k2 * k) * tv) G1. 10
From Equations 9, 10, the nonlinear expression for IKORR / IINT is given by Equation 11,
IKORR / I INT = k * (k1-l) / (l-k2 * k), Eq. l l by the linear expression
I CORR. LIN / I INT = k * (k2-1) / (l-k2f MAx * k), G1. 12 is replaced.

   With k2 from Equation 2 the correction current IKORR, LIN TO IKORR, LIN = k * (Uz [kappa] ¯ UZK, MIN) / (Ü * RINT * dk2, MAX * k)) is calculated with Ü = N [iota] / N2,
G1. 13 which can be considered by analog circuit in the simplest way, where ü is the transmission ratio of the voltage converter 49.
Obviously, the linearized expression from Equation 12 is true for k2 = 1, which must be assumed in the current sizing of transformer 30, and k2 = k2 / MAx, for which the transformer core must be designed.
According to equation 11, IKORRiriit increases
DC link voltage disproportionately, which is why the linear approximation in equation 12, which is inexpensive to implement,

   for intervening values of the DC link voltage, a slightly smaller correction current and results and BMAX is slightly exceeded.
In order to calculate the factor ÜD for overdimensioning, first the value of k2 'is determined where the largest error occurs. <*> < '>
The error function F is defined in Equation 14. .... J.

F <"> (IKORR <¯> IKORR, IN) / IINT G1. 14 I * t
Since IKORR is considerably smaller than II Tist, a small error is to be expected.
The value for k2 'results from the condition 16. The error function F with the expressions used for IKORR and IKORR, LIN from the equations 11, 12 must be derived after k2 and set to zero. dF / dk2 = 0, for k2 = k2 'G1.15
For small values of k, thermals with higher powers of k can be neglected.

   This neglect is allowed if condition 16 is satisfied by the law of k in Equation 2. tvT / 4 G1.16
The delay time may only be a fraction of one quarter of the period of the switching frequency. This condition is usually met. As expected, the largest error occurs in the middle of the operating voltage range: k2 '= (l * k2, MAx) / 2 G1.17
Either the slightly lower utilization of the transformer 30 in the middle operating voltage range is allowed, or it is designed so that it can transmit the full power in this area. The transformer is then designed not to BMX, but to the maximum core inductance BMAX, 2, which then occurs at the operating voltage range limits. With complete compensation, BMAX would occur at the range limits.

   The following applies:
BMAX, 2 / BMAX <=> (I INT + I CORR, LIN) / (I INT + I CORR) G1. 18
 
For ÜD from equation 6, the overdimensioning factor ÜD is finally calculated using equations 9, 11 and 12 as:
ÜD = (1- k2 < '> * K) <2> / ((.-K) * (1-k2, MR [chi] * k)) - 1 G1.19
With the exemplary realistic values, to which FIG. 8 is also based, the value for ÜD is ÜD = 1/168 = 0.6%. From a practical point of view, this method allows the operation of the inverter 13, 26 at variable supply voltage compared to the known prefilter method, wherein the core of transformer 30 can advantageously also be designed for the smallest supply voltage.

   The device 40 required in the process diagram Fig. 5 is shown in Figs. 6, 9 executed.
Fig. 9 shows a simple circuit for correcting the magnetization signal with variable DC link voltage according to equation 13. The circuit shown is the input side to the lines 47, 48 and the output side to line 60, that is connected in parallel to the integration resistor 58 R [iota] NTin Figure 6. Furthermore, it is assumed that the same positive and negative amplitude of the fed-back transformer voltage 72 amounts to 2.5 volts with a minimum DC link voltage.

   This is the zener voltage across the diodes 52 and 53 in FIG. 6, respectively, which define the potentials tapped from the lines 55 and 56 plus the diode forward voltage of the diode 162 and 163, respectively.
With line 47 of the circuit, the feedback transformer input voltage u72 = u29 / ü is supplied, the amplitude of which corresponds to half, in the case of the half-bridge inverter, or the full DC link voltage. This is taken into account in the dimensioning of the transformer 30, so that the described conditions occur.
On line 47, the resistors 160, 167 are connected. Line 161 connects the second terminal of resistor 160 to the negative differential input of buffer amplifier 168, the input of diode 162 and the output of diode 163.

   The output of diode 162 is connected to the output of amplifier 165, which buffers the voltage on line 55. The input of diode 163 is connected to the output of amplifier 166, to which the voltage of line 56 is loaded.
The transmission ratio ü of the voltage converter 49 is selected so that the diodes 162, 163 just do not engage when the inverter is operated at the minimum intermediate circuit voltage. Advantageously, this eliminates another voltage divider.

   If a higher operating voltage, so the positive pulses of the fed-back transformer voltage 72 are clamped by diode 162 to the potential of the line 55 and diode 163 connects during the negative pulses the output of amplifier 166 to line 161, so that the voltage of line 161 of the minimum DC link voltage in positive or negative direction
*
equivalent. The voltage on line 161 is available at the output of the amplifier 168 on.
Resistor 167 is connected to the negative differential input of amplifier 164 and one terminal of resistor 169 whose second terminal is connected to the output of amplifier 164. The positive differential input of the amplifier 164 is connected to line 48.

   The resistors 167, 169 are ideally equal in magnitude and Ri, so that at the output of amplifier 164 on line 170, a voltage is present during the positive pulses of the voltage 72 of the current DC link voltage in the negative direction and during the negative pulses of the voltage 72 of the current DC link voltage in the positive direction corresponds.
The positive differential input of summing amplifier 171 is connected to line 48. The negative differential input is connected to the summing point to which resistors 172, 173 and 174 are connected. The second terminal of resistor 172 is connected to the output of amplifier 168, the second terminal of resistor 173 is connected to the output of amplifier 164 and the second terminal of resistor 174 is connected to the output of summing amplifier 171.

   The output of the summing amplifier is connected to the resistor 175 RKORR whose second terminal is on line 60. The resistors 172, 173 are ideally equal in size, Ri72 = R [iota] 3.
The amplitude UKORR of the output voltage of the summing amplifier 171 is calculated as:
UKORR = (U2K-UZK, MI) * RI74 / (Ü * RI72) G1.20
During the positive pulses of the voltage 72, the positive current IKORR, IN integrator 73 is additionally fed during the negative pulses -IKORR, LIN-
IKORR, IN = + - (Uz [kappa] - UZK, MIN) * Ri74 / (ü * R [iota] 72 * RRORR) G1. 21
Equation 13 calculates the resistance RKORRZU:

  
RKORR = i75 = RiN [tau] * R3 * (l-k2, MAX * k) / (k * R2) G1. 22
With the k = 1/8 and k2 MAX = 2 given previously in the game, RKORRZU RKORR = 7 * RINT * R [iota] 74 / R1 2.
In Fig. 11, logic circuit 79 for the
Full-bridge inverter with phase shift control shown in Fig. 2. FIG. 10 shows the time profiles of the essential quantities on the basis of the diagrams 124 to 131.
Diagram 124 shows the ramp signal 132 with ideal linear rise and infinite slope of the falling edge generated by modulator 43. Furthermore, the controller output signal 95 is entered, the modulator 43 is supplied from the controller output on line 42.

   In the case shown, the controller output voltage is at its upper limit, which is just below the amplitude of the ramp voltage, because in the case shown for higher DC link voltage of
 
For example, the transformer protected according to the invention can not transmit the required power.
Diagram 125 shows the switching states 133, 134 output by modulator 43 on the basis of voltage 95 on lead 45 for the leading bridge branch with the switches 14, 17. Diagram 126 shows the switching states 133, 134 for the trailing bridge branch with switches 20 output on line 46 23. In state 133, switch 17 is closed in the leading branch, switch 14 is open, and line 4 is connected via line 2 to the negative pole of the DC voltage supply.

   In the trailing branch, switch 23 connects line 3 to the negative pole of the DC power supply, and switch 20 is open. State 134 of the leading branch means that the closed switch 14 connects line 4 to line 1, which is connected to the positive pole of the DC voltage supply and switch 17 is open. At the
Trailing branch line 3 is connected by switch 20 to the supply line 1 and switch 23 open (Fig.2). < ">

Modulator 43 generates e.g. the control signal on the leading bridge branch line 45 by specifying the switching timings with the start times of the ramp signal 132. The switching times of the signal on lead 46 for the trailing bridge branch are e.g. determined at equality of the regulator output voltage 95 with the ramp signal 132.

   In the illustrated case, modulator 43 generates in this way two switching-frequency square-wave voltages with the maximum turn-on times of 50%, wherein the signal on line 46 lags the signal on line 45 by almost 180 [deg.], Or half a period of the switching frequency.
At time 135, the leading branch has switched and line 4 is connected to line 1. The trailing branch connects line 3 to supply line 2. The transformer circuit 30 is the DC link voltage in the positive direction and there is a re-magnetization, which would end the control signal on line 46 for the trailing branch after almost half a period of the switching frequency, at time 138 ,

   The nuclear magnetization reaches its critical value, which is fixed on line 55, but already at time 136.
It can be seen that the magnetization of transformer 30 in diagram 127, as well as the transformer primary voltage 29 in diagram 131 from the modulator 43 on lines 45, 46, correspond to a lower phase shift, according to the now permanently engaged device 40 ,
Diagram 128 shows the output voltage of flip-flop 65 on line 75. Flip-flop 65 is set at time 136 in which the magnetization has reached the positive value set on line 55 and remains set to the end of the maximum pulse width at time 139.

   Due to the ORing of the signals on lines 75 and 46, this gives

a

 
Control signal for the trailing branch on line 6 from time 136, the operating state 134 off.
A delay time later, composed mainly of the drive cycle time and the switch delay time of the power switches, at time 137, when the trailing branch switches and voltage 29 becomes zero, the magnetization has grown to its positive maximum value and remains at the leading time until the next time 140 Branch stored.
By switching the leading branch, the negative DC link voltage is applied to transformer 30, as shown in diagram 131, and the remagnetization takes place in the negative direction.

   The critical negative induction value corresponding to the voltage on line 56 is reached at time 141. Comparator 64 responds and resets flip-flop 66 with its output on line 81. Flip-flop 66 is set again only at the end of the maximum duty cycle by the rising edge of the signal on line 45 at time 143. The ANDing of the signals on the lines 46 and 76 causes the operating state 133 is output on line 6 from time 141. At time 144, the leading branch switches, causing the positive intermediate circuit voltage to be applied to transformer 30 again.

   One period of the switching frequency has passed and the sequence described from time 135 is repeated again.
The operating state 134 on line 46 appears to be shifted forward by the operation of the logic circuit 79 on line 6 by the same time periods between the times 136, 138, and 141, 142, whereby the positive and negative pulse of voltage 29 is shortened equally so that the maximum induction in the core of transformer 30 is also not exceeded due to a higher operating voltage and too high a load.

   If a variable DC link voltage is also considered in device 40, e.g. includes the circuit in Fig. 9, so transformer 30 can be designed for the rated power of the device.
FIG. 11 shows by way of example a logic circuit 79 for the full-bridge inverter with phase-shift control. As can be seen from the diagrams 15, 126, a shortening of the drive phases takes place when the trailing branch switches over prematurely. Circuit 79, for example, only changes the control signal for the trailing bridge branch output by modulator 43 on line 46 with the switches 20, 23. Line 45 is connected to line 5.

   The control signal for the leading branch is not intervened.
The positive pulse of voltage 29 is shortened by the control signal on line 6 against the signal on line 46 prematurely switched from the operating state 133 to the operating state 134. The OR gate 146 is the input side to the lines 46 and 75, the output side to line 145th
- 25 connected. Line 75 is connected to the output of negatively edge-triggered RS flip-flop 65, which is consistently reset when the leading branch control signal on line 45 transitions from operating state 134 to operating state 133. In FIG. 10, this takes place at the time 139, whereby, after the delay time tvzum at the time 140, the intermediate circuit voltage is applied to the transformer 30 in the negative direction.

   Time 139 marks the end of the theoretically achievable length of the positive pulse of primary voltage 29. Flip-flop 65 is set by the output of comparator 63 on line 80. Comparator 63 can only respond within a positive voltage pulse 29, while line 46 has the operating state 133 (LOW). Only when comparator 63 has responded, such as at time 136 and line 75 has the operating state 134, does the gate enter <*> <*> 146 on line 145 against the signal on line 46 the operating state 134 (HIGH) off. Line 145 and line 76 are connected to the input of AND gate 147 whose output is routed to control line 6.

   During a positive voltage pulse 29, line 46 has the a> operating state 133, line 76 is in operating state 134, so that the premature change of the operating state from 133 to 134 on line 75 compared to line 46 to the lines 145 and 6 is turned on. The positive pulse is removed from time 137 until start time 140 of the negative voltage pulse from transformer 30, so that it does not saturate in the positive direction.
Line 76 is connected to the output of the negative edge-triggered RS flip-flop 66. Line 149 connects the output of inverter 148 to the SET input of flip-flop 66. The input of inverter 148 is connected to line 45.

   Flip-flop 66 is constantly set by the signal on line 45 at about time 143 when it transitions from operating state 133 to state 134 and a positive pulse of primary voltage 29 is started. The negative pulse of voltage 29 will shorten a delay time after time 141 in which comparator 64 responds and flip-flop 66 is reset from the signal on line 81 until time 144, a delay time after time 143. This in turn can only happen during a negative voltage pulse 29, while the lines 46, 145 have the operating state 134. The signal on line 6, together with the signal on line 76, then prematurely changes from state 134 to state 133 at time 141 opposite the signal on lines 46 and 145.

   The negative DC link voltage, the delay time is removed after time 141 until the start time 144 of the positive pulse of transformer 30 so that it does not saturate in the negative direction.

a>

Now, in this method when operating the inverter to a substantially constant intermediate circuit voltage and constant delay time, in particular in the full-bridge inverter with phase shift control, can be dispensed with the feedback. In FIG. 12, the voltage converter 49 is omitted from FIG. 4 because [iota] induction limiting device 50 predicts the course of the magnetizing current directly from the signals 5 and 6.

   This method requires a sufficient constancy of the delay time tv, so that the operating states 96, 97 of the half-bridge inverter and 133, 134 of the full-bridge inverter with
Phase shift control, or the duration of the positive and negative pulse of the primary voltage 29 within a period of the switching frequency sufficiently accurate with the duration of the operating states 96, 97, and 133, 134 on the control lines 5, 6 matches.

a

Fig. 13 shows the circuit diagram of a according to this principle
working device 50 for the half-bridge inverter in Fig.1.

   Compared with device 40 in FIG. 5, the transformer voltage 72 fed back between the input lines 47, 48 of the integrator 73 is replaced by a voltage 199 reproduced by means of the signals on the control lines 5, 6 for the power switches 8, 11.
Line 47 connects the integrator input to the output of switch 178 and the input of switch 180. Input of switch 178 is connected to line 55, at which the positive limit voltage is present. The output of switch 180 is connected to line 56 at which the negative limit voltage is present. The voltages between line 55 and line 48, and between line 48 and line 56 are the same size, see Fig.6.
The control signal on line 5 for power switch 8 is supplied to the input of the control means 177 for switch 178.

   The input of the control device 179 for switch 180 is connected to control line 6 for power switch 11.
When the operating state 97 for switch 8 is output on line 5, switch 180 is actuated and the voltage on line 56 is applied to the input of the integrator, line 47, whereupon, according to the closed switch 8, the magnetization of transformer 30 increases closed switch 180 and the magnetization signal on line 62nd

   If line 6 is in operating state 97, power switch 11 and switch 178 are engaged, whereupon the magnetization of transformer 30 and the voltage on line 62 increase in the negative direction.
In circuit 197 of Figure 5, which is equally connected on the input side to the lines 45, 46, 80,81 and the output side, the control lines 5, 6 supplies, logic circuit 78 in Fig.6 to use.
In contrast to the known prefilter method, any reduction of the pulse width of voltage 29 is permissible,
a
.J
wherein the magnetization in transformer 30 at the reduced pulse width has a DC component which decays in time. Now, the theoretical case can occur that after many switching periods, the controller 41 suddenly again requires a large pulse width.

   If, for example, the transformer 30 was magnetized in the negative direction, in contrast to the known prefilter method it is also possible to increase the following positive pulse to almost the full pulse width. However, if the magnetization at this time has already subsided to a large extent, then, as in the known methods, for the time being only the increase to half the maximum pulse width is permissible, otherwise the transformer 30 would have to be designed for twice the power for this theoretical case.

   Therefore, demagnetizing effects, such as the primary-side or secondary-side linear demagnetization, are proposed against the valve-line voltages in the freewheeling intervals and / or the exponential decay of the [iota] with a large time constant.
Equal magnetization according to the sum of the underlying in each circuit resistances to take into account.
Fig. 14 shows an example of such an extended 1
Integrator circuit 73 in Figure 5 for the full bridge converter with phase shift control in Fig.2. The circuit is <> with reference to diagrams 200 to 210 in FIG. 15.

   Induction limiting device 50 in Figure 5 therefore consists of limiting device 197, in which now the logic circuit 79 is to be used in Figure 11 and integrator 73 of FIG.
Circuit 197, the magnetization signal on line 62, as well as on line 45, the control signal for the leading branch, the switches 14, 17, and on line 46, the control signal for the trailing branch, switches 20 and 23 is supplied. The control lines 5, 6 connected to the outputs of circuit 197 are fed back to the input of the integrator circuit 73 in FIG. 14 or control integrator 73 in the drive phases by means of the electronic switches 178, 180.
Fig. 15 shows the essential waveforms within a period of the switching frequency of the inverter in Fig. 2 for a steady state operation.

   Diagram 200 shows the leading branch control signal on lines 5, 45 connecting loop circuit 79. Diagram 201 shows the control signal for the trailing branch whose phase shift corresponds to the value at the controller output. The transformer magnetization is not critical and circuit 197 is not engaged, the signal on line 46 is turned on on line 6.
One input of the XOR gate 181 is connected to line 5, the other to line 6. Line 182 connects one input of AND gate 183 and one input of AND gate 184 to the output of XOR gate 181. The other input of gate 183 is on line 5, the other input of gate 184 is connected to line 6.

   Line 185 connects the output of

[Iota]
 
Gate 183 with the input of the control circuit 179 for switch 180, which is connected to the output side to line 56 and the input side to line 47. Line 186 connects the output of gate 184 to the input of the control circuit 177 for switch 178, which is connected on the output side to line 47 and on the input side to line 55. For the transistors 178, 180 are due to the accuracy and because then the control circuits 177, 178 are very simple, paired p and n transistors used.
Diagram 202 shows the voltage 199 applied to lines 5, 6 to the integrator input, on line 47, in the negative count direction.

   It can be seen that the gates 181, 183 and 184 serve to not simultaneously turn on both switches 178, 180 from time 219 to 220 and thus to apply the potential of line 48 to the integrator input, line 47. Diagram 203 shows the output of the XOR gate on line 182. Diagram 204; shows the output of gate 183 on line 185, which drives switch 180 and generates the negative pulse of voltage 199, while on power transformer 30 - shifted only by a delay time, the positive pulse of voltage l 29. According to the inverting
Operational amplifier circuit 58, 59, 61, 48 rises <>
Magnetizing signal on line 62, corresponding to the actual magnetization of transformer 30, on.

   Diagram 205 shows the control pulse on line 186 for switch 178 which is closed when inverter 26 applies negative DC link voltage to transformer 30 and the transformer magnetization and accordingly the output voltage of integrator 73 between lines 62, 48 decreases.
Furthermore, it can be seen that voltage 199 has no delay time with respect to the control signals and its amplitude U55 minus the switch circuit voltage UF of the switch is 178 and 180, respectively.

   The integrating resistor 58 R [tau] connected to the lines 47, 60 is therefore calculated from Eq. 1 with ki = 1, UMAX = U55 and U72 = U55-UF
RINT = T U55 - UF) / (4 * U55 * CINT) Eq. 24
With the exemplary values T = 3-2 [mu] s, U55 = 1.8V, C [iota] NT = InF and UF = 0.3V, RTNZU RTNT = 6.7k [Omega] is calculated.
The magnetization of transformer 30 is determined during the drive phases by driving the switches 178, 180. Two further switches 187, 188 are engaged during the freewheeling intervals.
The embodiment of the integrator 73 in FIG. 14 has a further input which is connected to line 193, which is connected either by means of switch 187 <'> Line 55 or by means of switch 188 is connected to line 56, or remains open during the drive phases.

   With resistor 194 RNT, which is connected on the one hand to line 193 and on the other hand to line 60, the linear demagnetization of
 
Transformer 30 is considered in the freewheeling phases against the valve flux voltages UVF. UVF sets each, whether via switch 14 and diode 21 or switch 20 and diode 15 in the upper freewheel via supply line 1 or in the freewheeling phases via supply line 2, in which either switch 17 and diode 24 or switch 23 and diode 18 stro are end, from the sum of a diode and a switch voltage together.

   The direction in which integrator 73 has to integrate its input on line 193 depends solely on the instantaneous magnetization of transformer 30 at the end of the drive phase, or at the beginning of the freewheeling phase, because it counteracts the cause.
Line 62 is therefore further routed to the negative differential input of comparator 213 whose positive differential input is connected to line 48. The output of comparator 213 routed on line 216 is HIGH when transformer 30 is negatively magnetized, or the integrator output voltage of line 62 on line 48 is negative and LOW at positive magnetization. Furthermore, an input of the AND gate 192 and the input of the inverter 214 is connected to line 216. Line 215 connects the output of inverter 214 to an input of AND gate 191.

   The signal on line 215 is shown in diagram 207. It indicates the magnetization state of transformer 30. The other inputs of the AND gates 191, 192 are connected to line 217, which is supplied by the output of the inverter 218. At the input of inverter 218, the signal is on line 182 in diagram 203.
Diagram 206 shows the signal on line 217 which is high during the freewheeling phases and LOW during the freewheeling phases. If the transformer magnetization is now negative, the AND gate 192 switches the freewheeling signal of line 217 to its output on line 195, as shown in diagram 209. Switch 188 is turned on by controller 190 and the negative voltage of line 56 is applied to the integrator input on line 193.

   With negative magnetization of transformer 30, the integration takes place in the positive direction.
When transformer 30 is positively magnetized, the flywheel signal from line 217 is fed from AND gate 191 to line 196, whereupon controller 189 closes switch 187 and the positive voltage from line 55 is applied to the input on line 193, whereupon this input turns on Integration takes place in a negative direction. Diagram 208 shows the control signal on line 196 for integration in the negative direction.
When the magnetization signal crosses the zero potential within a freewheeling interval coming from positive or negative direction, comparator 213 reverses the direction of integration, whereby the magnetization signal is kept zero over the following drive phase until the beginning of the next freewheeling phase or

   Integrator 73 stopped
>

 
is, as it corresponds to the actual conditions in transformer 30.
Diagram 210 shows the magnetization of the transformer 30 or the magnetization largely corresponding course of the magnetization signal, which simulates the magnetization in the drive phases and the demagnetization in the freewheeling phases.
Dash-dotted another course 212 of the magnetization is registered, which moves only in the negative range. Comparator 213 does not switch, as shown in broken lines in Diagram 7. The freewheel signal in diagram 206 continues to be routed on line 195, as shown by the dot-dash line in diagram 209. Therefore, in the freewheeling interval from time 119 to 120, curve 212 has a positive slope, while curve 211 has a negative slope in this period.

   From trace 212, it can be seen that the negative DC magnetization steadily decreases due to the low demagnetization in the freewheeling intervals.
  <EMI ID = 31.1>

  <EMI ID = 31.2>

The magnetization speed is proportional to the applied voltage. If it is a factor K in the propellant phase, it is the factor K * UVF / UZK in the freewheeling phase. Similarly, the speed of integration has to behave the currents
If the maximum pulse width of 100% from one pulse to the next is permanently reduced to 0%, the transformer magnetization degrades as a result of the demagnetization against the valve flux voltages in time TE = T * UZK / (4 * UVF).

   In the numerical example, TE20 is periods of the switching frequency of the inverter.
LH = lmH, Ri = lOOm [omega], CINT = InF, gives resistance 198 RD to RD = 10 M [omega].
The values for REN [tau] and RD from the numerical example show that here the linear demagnetization against the valve flux voltages in the freewheeling phases outweighs the demagnetization due to the weak damping by an order of magnitude.
REFERENCE NUMBERS:
1 supply line ....
2 supply line * ....
3 line. **.
4 line * ..... <>
5 line:

   : *:
6 line <*>
7 drive circuit.
8 switches
9 diode:.
10 drive circuit -
11 switches
12 diode
13 inverters
14 switches
15 diode
16 drive circuit
17 switches
18 diode
19 drive circuit
20 switches
21 diode
22 drive circuit
23 switches
24 diode
25 drive circuit
26 inverters
27 capacitor
28 capacitor
29 transformer primary voltage
30 transformer
31 supplying network
32 input rectifiers
33 output rectifier
34 load
35 Supply voltage, DC voltage, DC link voltage
36 line
37 line
38 line
39 line
40 device
41 controllers
42 line
  <EMI ID = 33.1>
 
118 time
119 amplitude
120 time
121 value
122

   123 times 124-131 diagrams
132 ramp signal
133 operating state
134 Operating state 135-144 times 145 Line
146 OR gate
147 AND gate
148 inverters
149 direction
150 magnetization curve
151 magnetization course
152 value
153 value
154157 times
158 value
159 magnetization course
160 resistance
161 line
162, 163 diodes
164166 operational amplifier
167 resistance
168 operational amplifiers
169 resistance
170 line
171 operational amplifier
172175 resistors
176 line
177 drive circuit
178 switches
179 drive circuit
180 switches
181 XOR gates
182 line
183, 184 AND gate
185, 186 lines
187, 188 switches
189, 190 drive circuits
191, 192 AND gate
193 management
194 resistance
195, 196 lines
197 Induction limiting circuit
198 resistance
199 tension
200210 diagrams
211, 212 Magnetization gradients
219

   220 times
  <EMI ID = 34.1>
221 resistance

a
222 zener diode


    

Claims (21)

Patentansprücheclaims 1. Verfahren zur Steuerung von wechselweise an eine Gleichspannung geschalteten Transformatoren, insbesondere von pulsweitenmodulierten Halb- und Vollbrückenkonvertern oder von phasenverschiebungsgesteuerten Vollbrückenkonvertern bzw. Wechselrichtern, wobei entweder eine Primärspule des Transformators oder die versorgende Gleichspannung wechselweise umgepolt wird und eine Zeitdauer, über die die Primärspule positiv oder negativ an den Gleichspannungskreis angeschlossen ist, von einer benötigten Höhe einer Ausgangsgrösse eines an einer Sekundärwicklung des Transformators, bevorzugt über einen Gleichrichter angeschlossenen Verbrauchers abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung 40 oder 50 ein Signal erhält oder selbst erzeugt, das der Primärspannung am Transformator entspricht, daraus anschliessend ein Magnetisierungssignal erzeugt, 1. A method for controlling alternately switched to a DC voltage transformers, in particular of pulse width modulated half and full bridge converters or phase shift controlled full bridge converters or inverters, wherein either a primary coil of the transformer or the DC supply voltage is alternately reversed and a period of time over which the primary coil positive or negatively connected to the DC voltage circuit, depends on a required amount of output of a connected to a secondary winding of the transformer, preferably via a rectifier consumer, characterized in that a device 40 or 50 receives a signal or self-generated, that of the primary voltage at the transformer corresponds, then generates a magnetization signal, das der Magnetisierung des Transformators entspricht, das Magnetisierungssignal laufend mit einem positiven und einem negativen kritischen Wert vergleicht, die in Vorrichtung 40 oder 50 festgelegt sind und Vorrichtung 40 oder 50 eine Zeitdauer eines auf eine geforderte Änderung der Ausgangsgrösse generierten positiven oder negativen Impulses an der Primärwicklung des Transformators verkürzt, wenn das Magnetisierungssignal den positiven oder negativen kritischen Wert erreicht hat.  which corresponds to the magnetization of the transformer, continuously compares the magnetization signal with a positive and a negative critical value set in device 40 or 50, and device 40 or 50 a period of a positive or negative pulse generated at the required change in output magnitude at the primary winding of the transformer shortened when the magnetization signal has reached the positive or negative critical value. (Figs. 4, 5) (Figs 4, 5) 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass das Magnetisierungssignal ein Integrator erzeugt, der das Signal, das der Transformatorprimärspannung entspricht, integriert. 2. The method according to claim 1, characterized in that the magnetization signal generates an integrator which integrates the signal corresponding to the transformer primary voltage. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatorprimärspannung an Vorrichtung 40 rückgekoppelt ist. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the transformer primary voltage is fed back to the device 40. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vergrösserung der versorgenden Gleichspannung zu einer betragsmässigen Verkleinerung vom positiven und vom negativen kritischen Wert in Vorrichtung 40 führt. (Fig.8) 4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that an increase in the supplying DC voltage leads to a magnitude reduction in size of the positive and the negative critical value in device 40. (Fig.8) 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vergrösserung der versorgenden Gleichspannung in Vorrichtung 40 eine Erhöhung der Integrationsgeschwindigkeit bewirkt. (Figs.8, 9) 5. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that an increase in the supplying DC voltage in device 40 causes an increase in the integration speed. (Figs. 8, 9) 6 der Logikschaltung 78 oder 79 die Zeitdauern 99, 100 von positivem und negativem Spannungsimpuls am Transformator festlegt. (Figs. 6, 7)  6 of the logic circuit 78 or 79 determines the periods 99, 100 of positive and negative voltage pulses on the transformer. (Figs 6, 7) 6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Vorrichtung 50 den Integrator mit ihren Ausgangssignalen steuert. (Fig. 13) 6. The method according to claim 1 or 2, characterized in that device 50 controls the integrator with its output signals. (Fig. 13) 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetisierungssignal, wenn die Pulsbreite am Transformator zurückgenommen wird, betragsmässig abnimmt. 7. The method according to claim 6, characterized in that the magnetization signal, when the pulse width is withdrawn at the transformer decreases in terms of amount. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetisierungssignal in den Freilaufintervallen betragsmässig linear abnimmt. (Figs. 14, 15) 8. The method according to claim 7, characterized in that the magnetization signal decreases linearly in the freewheeling intervals. (Figs. 14, 15) 9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetisierungssignal während Auf- und Entmagnetisierung, bzw. während der ganzen Periode der Schaltfrequenz des Wechselrichters schwach gedämpft ist. (Fig. 14) 9. The method according to claim 7, characterized in that the magnetization signal is weakly attenuated during demagnetization, or during the entire period of the switching frequency of the inverter. (Fig. 14) 10. Vorrichtung 40 nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Eingang eines Integrators 73 vom Ausgang einer 10. Device 40 according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that at the input of an integrator 73 from the output of a Spannungserfassungseinrichtung, z.B. einem magnetischen Spannungswandler 49, die eingangsseitig der Primärwicklung von Transformator 30 parallel geschaltet ist, mit einem Signal 72 versorgt wird, das der Transformatorprimärspannung 29 entspricht, der Ausgang des Integrators 73 an den Eingang eines Komperators 63 geführt wird, an dessen zweiten Eingang ein positiver kritischer Wert 55 festgelegt ist, der Ausgang von Integrator 73 mit dem Eingang eines weiteren Komperators 64 verbunden ist, an dessen zweiten Eingang ein negativer kritischer Wert 56 festgelegt ist, die Ausgänge der Komperatoren 63, 64 jeweils mit einem Eingang einer Logikschaltung 78 oder 79 verbunden sind, die Logikschaltung 78 oder 79 auf weiteren Eingängen die Zeitdauern der auf eine geforderte Änderung der Ausgangsgrösse generierten Impulse 45, 46 erhält und Vorrichtung 40 mit ihren Ausgängen 5, Voltage detector, e.g. a magnetic voltage converter 49, which is connected in parallel on the input side of the primary winding of transformer 30, is supplied with a signal 72 corresponding to the transformer primary voltage 29, the output of the integrator 73 is fed to the input of a comparator 63, at its second input a positive critical Value 55, the output of integrator 73 is connected to the input of another comparator 64, to whose second input a negative critical value 56 is fixed, the outputs of the comparators 63, 64 are respectively connected to an input of a logic circuit 78 or 79 in that the logic circuit 78 or 79 on further inputs receives the durations of the pulses 45, 46 generated in response to a required change in the output quantity, and device 40 with its outputs 5, 11. Vorrichtung 40 nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingangswiderstand 58 von Integrator 73 so gewählt ist, dass das am Integratorausgang 62 auftretende Magnetisierungssignal bei Anliegen der maximalen Betriebsspannung an der Primärwicklung von Transformator 30 innerhalb einer halben Periodendauer der Schaltfrequenz des Wechselrichters vom negativen 56 auf den positiven kritischen Wert 55 anwächst. 11. The device 40 according to one or more of claims 1 to 5 and claim 10, characterized in that an input resistor 58 of integrator 73 is selected so that the magnetizing signal occurring at the integrator output 62 upon application of the maximum operating voltage to the primary winding of transformer 30 within half the period of the switching frequency of the inverter from the negative 56 to the positive critical value 55 increases. 12. Vorrichtung 40 nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Integrator 73 ein weiterer Eingangswiderstand 175 mit einem Eingang 176 hinzugefügt ist, an den von einem Verstärker 171 ein Signal gelegt wird, das ebenfalls dem Verlauf einer rückgekoppelten Transformatorspannung 72 folgt und dessen Amplitude der Höhe der versorgenden Gleichspannung abzüglich ihres unteren Grenzwertes, der Höhe der minimalen Betriebsspannung, proportional ist. (Fig. 9) 12. Device 40 according to claim 11, characterized in that integrator 73 is added a further input resistor 175 to an input 176 to which a signal from an amplifier 171 is applied, which also follows the course of a fed-back transformer voltage 72 and its amplitude of the height the DC supply voltage minus its lower limit, the amount of minimum operating voltage is proportional. (Fig. 9) 13. Vorrichtung 40 nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beträge der kritischen Werte 55, 56 gleich sind der Amplitude von Spannung 72 bei minimaler Betriebsspannung abzüglich der Flussspannung einer Klemmdiode 162 oder 163. Device 40 according to claim 12, characterized in that the magnitudes of the critical values 55, 56 are equal to the amplitude of voltage 72 at minimum operating voltage minus the forward voltage of a clamping diode 162 or 163. 14. Vorrichtung 40 nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet dadurch, dass die Dioden 162, 163 die Amplitude des Signals, das Spannung 72 folgt, am Eingang 161 eines Pufferverstärkers 168 auf jenen Betrag begrenzen, der der minimalen Betriebsspannung entspricht, ein Operationsverstärker 164 Spannung 72 invertiert und Operationsverstärker 171 die Ausgangssignale der Operationsverstärker 164, 168 invertiert und addiert, sodass die Amplitude des Signales an seinem Ausgang 176 der versorgenden Gleichspannung abzüglich ihres unteren Grenzwertes proportional ist. Device 40 according to claim 12 or 13, characterized in that the diodes 162, 163 limit the amplitude of the signal following voltage 72 at the input 161 of a buffer amplifier 168 to that amount corresponding to the minimum operating voltage, an operational amplifier 164 voltage 72 inverts and operational amplifier 171 inverts and adds the output signals of the operational amplifiers 164, 168, so that the Amplitude of the signal at its output 176 of the supplying DC voltage minus its lower limit is proportional. 15. Vorrichtung 40 nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet dadurch, dass Widerstand 175 nach Gleichung 22 dimensioniert ist. 15. Device 40 according to one or more of claims 12 to 14, characterized in that resistor 175 is dimensioned according to equation 22. 16. Vorrichtung 50 nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Ausgängen 5, 6 der Logikschaltung 78 oder 79 ausgegebene Zeitdauer für den positiven und den negativen Impuls an Transformator 30 auch Integrator 73 steuert. 16. Device 50 according to claim 1 or 2, characterized in that the output at the outputs 5, 6 of the logic circuit 78 or 79 period for the positive and the negative pulse to transformer 30 and integrator 73 controls. (Fig. 13) (Fig. 13) 17. Vorrichtung 50 nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangswiderstand 58 von Integrator 73 so gewählt ist, dass das am Integratorausgang 62 auftretende 17. Device 50 according to claim 16, characterized in that the input resistor 58 of integrator 73 is selected such that the occurring at the integrator output 62 Magnetisierungssignal bei Anliegen einer konstanten Spannung, vorteilhaft der positiven kritischen Spannung 55 an Widerstand 58 innerhalb einer halben Periodendauer der Schaltfrequenz des Wechselrichters vom negativen 56 auf den positiven kritischen Wert 55 anwächst. Magnetizing signal when applying a constant voltage, advantageously the positive critical voltage 55 to resistor 58 within half a period of the switching frequency of the inverter of the negative 56 to the positive critical value 55 increases. 18. Vorrichtung 50 nach einem oder mehreren der Ansprüche 8, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass Integrator 73 ein weiterer Eingang 193 mit Eingangswiderstand 194 hinzugefügt ist, dessen Eingriffsdauer von den Ausgängen 5, 6 der Logikschaltung 78 oder 79 bestimmt wird und dessen Eingriffsrichtung vom Ausgangssignal eines Komperators 213 gesteuert wird, dessen Ausgang 216 anzeigt, ob das Magnetisierungssignal positiv oder negativ ist. (Figs. 14, 15) 18. The device 50 according to one or more of claims 8, 16 or 17, characterized in that the integrator 73 is added to another input 193 with input resistor 194 whose duration of engagement of the outputs 5, 6 of the logic circuit 78 or 79 is determined and its direction of engagement is controlled by the output of a comparator 213 whose output 216 indicates whether the magnetization signal is positive or negative. (Figs. 14, 15) 19. Vorrichtung 50 nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass Eingangswiderstand 194 nach Gleichung 27 dimensioniert ist. 19. Device 50 according to claim 18, characterized in that input resistance 194 is dimensioned according to equation 27. 20. Vorrichtung 50 nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass Logikschaltung 79 eingesetzt ist und die Eingriffsdauer des Inte[sigma]ratoreinganges 193 durch eine XORVerknüpfung der Signale auf den Steuerleitungen 5, 6 bestimmt ist. 20. The device 50 according to claim 18 or 19, characterized in that the logic circuit 79 is used and the engagement time of the Inte [sigma] ratoreinganges 193 is determined by an XORVerknüpfung the signals on the control lines 5, 6. 21. Vorrichtung 50 nach Anspruch 9 und einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass einem Integrationskondensator 59 ein Dämpfungswiderstand 198 parallel geschaltet ist. 21. Device 50 according to claim 9 and one or more of claims 16 to 20, characterized in that an integration capacitor 59, a damping resistor 198 is connected in parallel.
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