AT515851B1

AT515851B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Unterdrückung von parasitären Schwingungen im diskontinuierlichen Betrieb von Konvertern

Info

Publication number: AT515851B1
Application number: ATA439/2014A
Authority: AT
Inventors: Dipl Ing Dr Himmelstoss Felix; Dipl Ing Dr Edelmoser Karl
Original assignee: Fachhochschule Technikum Wien
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2018-02-15
Also published as: AT515851A1

Abstract

Ein Verfahren zur Unterdrückung von Schwingungen im diskontinuierlichen Betrieb eines Konverters wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass mit dem oder den magnetischen Bauelement/en je eine weitere potentialfreie Wicklung N2 verkoppelt ist und diese während der Zeit, während der weder der aktive Schalter noch der passive Schalter leiten, kurzgeschlossen ist. Dabei ist es sinnvoll dass ein Anschluss der weiteren potentialfreien Wicklung N2 auf Bezugspotential geschaltet ist oder beim Kurzschluss derselben auf Bezugspotential geschaltet ist.

Description

Beschreibung

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR UNTERDRÜCKUNG VON PARASITÄREN SCHWINGUNGEN IM DISKONTINUIERLICHEN BETRIEB VON KONVERTERN

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrückung von Schwingungen im diskontinuierlichen Betrieb eines Konverters und Vorrichtungshinweise dazu.

[0002] Die Aufgabenstellung soll an Hand eines Tiefsetzstellers erläutert werden. Der Konverter durchläuft drei Moden. Im ersten Mode ist der aktive Schalter (Transistor) S eingeschaltet. Damit liegt eine positive Spannung an der Wicklung N-ι und der Strom in dieser nimmt zu. Schaltet der aktive Schalter S aus, so beginnt die Freilaufdiode zu leiten, es liegt eine negative Spannung an der Wicklung Ni und der Strom sinkt. Wenn der Strom null erreicht, schaltet die Diode D aus. Die Spannung an der Diode (Zählrichtung in Flussrichtung der Diode) muss nun die negative Ausgangsspannung annehmen. Dazu muss die Diodenkapazität geladen werden. Dies geschieht über die Wicklung Ni. Die erforderliche Energie wird aus der Ausgangskapazität entnommen. Es entsteht ein Schwingkreis, bestehend aus der Wicklung ^ und der Diodenka-pazität und damit kommt es zu einer hochfrequenten Schwingung. Diese hochfrequente Schwingung kann Probleme bei der elektromagnetischen Verträglichkeit hervorrufen.

[0003] Wird nun auf demselben Magnetkern auf dem sich die Wicklung N-ι befindet eine zweite Wicklung N2 aufgebracht und wird diese Wicklung während der Zeit, während der weder der aktive Schalter S noch der passive Schalter D leiten, kurzgeschlossen, so wird diese Schwingung unterbunden. Diese Wicklung kann aus dünnem Draht gewickelt werden, da kaum Strom über diese Wicklung fließt.

[0004] Dieses Konzept lässt sich grundsätzlich auch bei anderen Konverterstrukturen verwirklichen. Fig. 2 zeigt das Verfahren angewandt auf einen Hochsetzsteller. Die Funktionsweise ist analog zum Tiefsetzsteller. Durch den Kurzschluss dieser Wicklung wird die sonst typisch im diskontinuierlichen Betrieb auftretende Schwingung an der Diode (Tiefsetzsteller) oder am aktiven Schalter (Hochsetzsteller) unterbunden.

[0005] Auch bei einem Sperrwandler müsste man eine weitere Wicklung im Sperrwandlertrafo vorsehen. Das Verfahren ist auch bei einem Durchflusswandler einsetzbar. Neben Primär-Sekundär- und Entmagnetisierungswicklung wird noch die weitere Wicklung aufgebracht. Nach dem Ende der Entmagnetisierphase wird diese Wicklung kurzgeschlossen und verhindert so das Schwingen am aktiven Schalter. Auch bei Konvertern mit mehreren aktiven Schaltern, wie beispielhaft dem asymmetrischen Brückenwandler, kann man mit diesem Konzept die parasitären Schwingungen im diskontinuierlichen Betrieb vermeiden (unterdrücken). Es ist weiters anzumerken, dass in dieser Hilfswicklung es zu praktisch nur geringem Stromfluss kommt.

[0006] Sinnvoll ist es nun die Wicklung N2 einseitig auf Bezugspotential zu legen wie in Fig. 4 zu sehen. Der Kurzschluss wird durch Einschalten des aktiven Schalters Si erzielt. Die Ansteuerung des aktiven Schalters Si ist einfach, da der Schalter gegen Bezugspotential (auf das die Steuerelektronik bezogen ist) schaltet. Eine weitere Möglichkeit den Kurzschluss zu bewerkstelligen zeigt die Fig. 3. Statt der Diode Di (die verhindert, dass die Bodydiode während der Leitphase der Diode unerwünscht leitend wird) wird ein zweiter aktiver Schalter S2 verwendet. Dieser wird mit demselben Steuersignal wie der erste aktive Schalter Si angesteuert.

[0007] Der Hilfsschalter Si oder die beiden Hilfsschalter Si, S2 werden, wenn der Hauptschalter S des Konverters wieder einschaltet, ausgeschaltet. Das Einschalten der Hilfsschalter erfolgt beim Ausschalten der Diode D. Dies ist durch Spannungsanstieg an dieser oder auch an der Wicklung N2 zu erkennen (die Spannung an der Wicklung ^ steigt von einem negativen Wert in Richtung null). Das Ausschalten der Diode ist daher auf der potentialgetrennten Wicklung N2 leicht zu erkennen.

[0008] Ein Verfahren zur Unterdrückung von Schwingungen im diskontinuierlichen Betrieb eines Konverters wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass mit dem oder den magnetischen Bau element/en je eine weitere potentialfreie Wicklung N2 verkoppelt ist und diese während der Zeit, während der weder der aktive Schalter noch der passive Schalter leiten, kurzgeschlossen ist. Dabei ist es sinnvoll dass ein Anschluss der weiteren potentialfreien Wicklung N2 auf Bezugspotential geschaltet ist oder beim Kurzschluss derselben auf Bezugspotential geschaltet ist.

[0009] Eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Schwingungen im diskontinuierlichen Betrieb eines Konverters wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass auf das oder die induktive/n Bauteil/e eine weitere Wicklung N2 magnetisch gut gekoppelt aufgebracht ist, ein Anschluss dieser Wicklung mit Bezugspotential verbunden ist und der zweite Anschluss dieser Wicklung mit einer Serienschaltung einer Diode Di und eines aktiven Schalters Si mit Bezugspotential verbunden ist oder beide Anschlüsse dieser Wicklung über je einen aktiven Schalter (Su S2) an das Bezugspotential geschaltet sind.

[0010] Man kann aber auch statt der Serienschaltung von Diode Di und aktivem Schalter Si einen spannungsbidirektionalen aktiven Schaltervenwenden.

[0011] Der aktive Schalter Si oder die beiden aktiven Schalter (Su S2) wird/werden bei Erkennung des diskontinuierlichen Betriebs eingeschaltet und vor dem Einschalten des oder der aktiven Schalters/Schalter des Konverters wieder ausgeschaltet. Dabei wird der Beginn des diskontinuierlichen Modes mittels eines Komparators aus der Spannung an der weiteren Wicklung (N2) detektiert.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Unterdrückung von Schwingungen im diskontinuierlichen Betrieb eines Konverters, dadurch gekennzeichnet, dass mit der oder den Spule/n (Ni) je eine weitere potentialfreie Wicklung (N2) verkoppelt ist und diese während der Zeit, während der weder der aktive Schalter noch der passive Schalter leiten, kurzgeschlossen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschluss der weiteren potentialfreien Wicklung (N2) auf Bezugspotential geschaltet ist oder beim Kurzschluss auf Bezugspotential geschaltet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Schalter (Si) oder die beiden aktiven Schalter (Si, S2) bei Erkennung des diskontinuierlichen Betriebs eingeschaltet wird/werden und vor dem Einschalten des oder der aktiven Schal-ters/Schalter des Konverters wieder ausgeschalten wird/werden.
4. Vorrichtung zur Unterdrückung von Schwingungen im diskontinuierlichen Betrieb eines Konverters, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer oder mehreren Spulen (Ni) eine weitere Wicklung (N2) magnetisch gut gekoppelt aufgebracht ist, ein Anschluss dieser Wicklung (N2) mit Bezugspotential verbunden ist und der zweite Anschluss dieser Wicklung (N2) mit einer Serienschaltung einer Diode (Di) und eines aktiven Schalters (S^ mit Bezugspotential verbunden ist, oder der zweite Anschluss dieser Wicklung (N2) mit einem spannungsbidirektionalen aktiven Schalter mit Bezugspotential verbunden ist, oder beide Anschlüsse dieser Wicklung (N2) über je einen aktiven Schalter (Si, S2) an das Bezugspotential geschaltet sind.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn des diskontinuierlichen Modes mittels eines Komparators aus der Spannung an der weiteren Wicklung (N2) durch Vergleich mit null detektiert wird. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen