AT524065A1 - Hochsetzsteller mit reduziertem Tastverhältnis - Google Patents
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Abstract
Hochsetzsteller mit reduziertem Tastverhältnis, bestehend aus zwei elektronischen Schaltern (S, S) mit Treiberstufen die gleichzeitig getaktet werden, zwei Dioden (D,, D), zwei Spulen (L, L) und zwei Kondensatoren (C1, C2). Das Tastverhältnis muss weniger als 50 % betragen. Bedingt durch den induktiven Eingang der Schaltung wird die Quelle mit einem stetigen Strom belastet und eignet sich daher besonders für Batterie-, Solar- und Brennstoffzellenanwendung. Stromgeregelt kann der Konverter als Ladevorrichtung für Batterien oder Superkapazitäten verwendet werden, ebenso zum Ansteuern von Leuchtmitteln. Bei Leuchtmitteln kann es sinnvoll sein, auf den zweiten Kondensator (C,) zu verzichten.
Description
Die Erfindung betrifft einen Hochsetzsteller mit reduziertem Tastverhältnis, bestehend aus einer positiven (1) und einer negativen Eingangsklemme (2), an denen die Eingangsspannung (U:) angeschaltet ist, einer positiven (3) und einer negativen Ausgangsklemme (4), an denen die Last (R) angeschaltet ist, wobei die negative Eingangsklemme (2) mit der negativen Ausgangsklemme (4) verbunden ist, zwei aktiven Schaltern (S;, S2) mit Treiberstufen, zwei passiven Schaltern (D1, D>), zwei
Spulen (L1, L2) und zwei Kondensatoren (C;, C;).
Der Konverter (Fig. 1) wird mit idealisierten Bauelementen im eingeschwungenen Zustand beschrieben. Weiters wird angenommen, dass der Strom in den Spulen nicht lückt und die Kondensatoren so groß dimensioniert sind, dass die Spannung an ihnen während einer Taktperiode als konstant angenommen werden kann (ist dies nicht der Fall, so muss man den Mittelwert der Kondensatorspannung über eine Periode einsetzen). Natürlich funktioniert die Schaltung auch wenn der Strom in den Spulen lückt, es ergibt sich dann aber ein anderer Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung, der Eingangsspannung und dem Tastverhältnis, da in diesem Fall auch die
Schaltfrequenz, die Größe der Induktivitäten und die Last in die Formel eingehen.
Die Schaltung hat im nichtlückenden Betrieb zwei Modi. Im Modus M1 leiten beide Transistoren (daher sperren die Dioden) und im Modus M2 sind die Transistoren gesperrt und daher leiten die
Dioden die Spulenströme. Die Schaltung des Konverters zeigt Fig. 1.
An der Spule L; liegt im Modus M1 die Summe aus Eingangsspannung U: und der Spannung an C; Ucı. Der Strom in der Spule L; steigt daher. Schaltet man die Transistoren Sı und S2, ab, so kommutiert der Strom von L; in die beiden Dioden D:; und D,. An der Spule L; liegt nun die Spannung U: reduziert um
die Spannung an C:. Damit liegt nun eine negative Spannung an L: und der Strom durch sie sinkt.
Da im eingeschwungenen Zustand die Spannung an Spulen im Mittel null sein muss, kann man aus
dem Spannungszeitgleichgewicht Uecı +U, )d = IC U +U, Ja - d)
den Spannungszusammenhang zwischen der Eingangsspannung U;, der Spannung an C, und dem Tastverhältnis (das ist das Verhältnis zwischen der Einschaltzeit der Transistoren und der
Schaltperiode, dem Kehrwert der Schaltfrequenz) bestimmen zu U =U(1-2d).
Während die Transistoren leiten, liegt an der zweiten Spule L, die negative Ausgangsspannung U>;,
der Strom in L; nimmt daher ab. Im Modus M2 liegt an L, die Spannung an C; reduziert um die
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Spannungszeitgleichgewicht |- U,|d = (Ucı -U, Xi - d)
ergibt sich der Zusammenhang zwischen Spannung am Kondensator C; und der Ausgangsspannung
U2 U, =U (1-4).
Damit erhält man für die Ausgangsspannung in Abhängigkeit zu der Eingangsspannung und dem
Tastverhältnis
U, =1-7 7 mit d<0,5. 1-2d
Man erkennt, dass das Tastverhältnis kleiner als 50 % sein muss.
Die Figuren sind beispielhaft mit MOSFETs als aktive Schalter gezeichnet. Natürlich kann man auch andere aktive Schalter wie IGBTs und rückwärtssperrende IGBTs verwenden. Weiters sind natürlich auch aktive Schalter auf Basis anderer Halbleiter wie z.B. GaN oder SiC geeignet. Fig. 1 stellt die Grundschaltung dar. Als Last ist ein Widerstand gezeichnet, der den Verbraucher (z.B. eine Elektronik die versorgt werden soll) darstellt. Natürlich kann man den hier vorgeschlagenen Konverter stromgeregelt auch als Ladevorrichtung für Batterien oder Superkapazitäten verwenden. Auch zum Ansteuern von Leuchtmitteln eignet sich dieser Konverter. Bei Leuchtmitteln kann es sinnvoll sein, auf den zweiten Kondensator (C,) zu verzichten. In Fig. 2 ist daher der Konverter für sich ohne Last dargestellt. Das Spannungsübersetzungsverhältnis M
U, _ 1-d U, 1-2d
bei idealen Bauelementen zeigt Fig. 3.
Bedingt durch den induktiven Eingang der Schaltung wird die Quelle mit einem stetigen Strom
belastet und eignet sich daher besonders für Batterie-, Solar- und Brennstoffzellenanwendung.
Die Aufgabe einen Hochsetzsteller mit beschränktem (reduziertem) Tastverhältnis zu realisieren, wird erfindungsgemäß dadurch bewerkstelligt, dass der erste Anschluss der ersten Spule (L:) mit der positiven Eingangsklemme (1) verbunden ist, der zweite Anschluss der ersten Spule (L1) mit dem positiven Anschluss des ersten aktiven Schalters (Sı) und der Anode der zweiten Diode (D;) verschaltet ist, der negative Anschluss des ersten aktiven Schalters (Sı) an den negativen Anschluss
des ersten Kondensators (C;) und die Anode der ersten Diode geschaltet ist, die Kathode der zweiten
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Eingangsklemme (2) und die negative Ausgangsklemme (4) miteinander verschaltet sind.
In den meisten Anwendungen wird zwischen der positiven (3) und der negativen Ausgangsklemme
(4) der zweite Kondensator (C;) geschaltet.
Weiters sei erwähnt, dass die Kapazitäten (C,, C2) durch Elektrolytkondensatoren mit parallel
liegenden Folien- oder Keramikkondensatoren oder durch Folien- oder Keramikkondensatoren
realisiert sind.
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Claims (3)
1. Hochsetzsteller mit reduziertem Tastverhältnis, bestehend aus einer positiven (1) und einer negativen Eingangsklemme (2), an denen die Eingangsspannung (U1) angeschaltet ist, einer positiven (3) und einer negativen Ausgangsklemme (4), an denen die Last (R} angeschaltet ist, wobei die negative Eingangsklemme (2) mit der negativen Ausgangsklemme (4) verbunden ist, zwei aktiven Schaltern (S1, S2) mit Treiberstufen, zwei passiven Schaltern (D.4, D>), zwei Spulen (L;, L2) und zwei Kondensatoren (C;, C,) dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss der ersten Spule (L;) mit der positiven Eingangsklemme (1) verbunden ist, der zweite Anschluss der ersten Spule (L,) mit dem positiven Anschluss des ersten aktiven Schalters (S;) und der Anode der zweiten Diode (D;) verschaltet ist, der negative Anschluss des ersten aktiven Schalters (Sı) an den negativen Anschluss des ersten Kondensators (C;) und die Anode der ersten Diode geschaltet ist, die Kathode der zweiten Diode (D,) an den positiven Anschluss des ersten Kondensators (C:), den positiven Anschluss des zweiten aktiven Schalters (S2) und den ersten Anschluss der zweiten Spule (L,) geschaltet ist, der zweite Anschluss der zweiten Spule (L2) an die positive Ausgangsklemme (3) geschaltet ist, und die Kathode der ersten Diode (Dj), der negative Anschluss des zweiten aktiven Schalters (S2), die negative Eingangsklemme (2) und die negative Ausgangsklemme (4) miteinander verschaltet sind.
2. Hochsetzsteller mit reduziertem Tastverhältnis gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der positiven (3) und der negativen Ausgangsklemme (4) der zweite Kondensator (C,) geschaltet ist.
3. Hochsetzsteller mit reduziertem Tastverhältnis gemäß Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazitäten (C;, C2) durch Elektrolytkondensatoren mit parallel liegenden Folien- oder Keramikkondensatoren oder durch Folien- oder
Keramikkondensatoren realisiert sind.
T54_Hochsetzsteller/fh/20200730/0803/0804
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATA178/2020A AT524065B1 (de) | 2020-08-05 | 2020-08-05 | Hochsetzsteller mit reduziertem Tastverhältnis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| ATA178/2020A AT524065B1 (de) | 2020-08-05 | 2020-08-05 | Hochsetzsteller mit reduziertem Tastverhältnis |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| AT524065A1 true AT524065A1 (de) | 2022-02-15 |
| AT524065B1 AT524065B1 (de) | 2022-05-15 |
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ID=80219814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| ATA178/2020A AT524065B1 (de) | 2020-08-05 | 2020-08-05 | Hochsetzsteller mit reduziertem Tastverhältnis |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| AT (1) | AT524065B1 (de) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4018930A1 (de) * | 1990-06-13 | 1992-01-09 | Klug Rolf Dieter Dipl Ing Univ | Brueckenzweig von gleichstromstellern und pulswechselrichtern mit geregeltem querstrom |
| AT508808A1 (de) * | 2009-10-14 | 2011-04-15 | Felix Dipl Ing Dr Himmelstoss | Ein- und zweiquadrantenstellglieder mit spartrafo |
| DE102011088457A1 (de) * | 2011-12-13 | 2013-06-13 | Robert Bosch Gmbh | Schaltungsanordnung |
-
2020
- 2020-08-05 AT ATA178/2020A patent/AT524065B1/de active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4018930A1 (de) * | 1990-06-13 | 1992-01-09 | Klug Rolf Dieter Dipl Ing Univ | Brueckenzweig von gleichstromstellern und pulswechselrichtern mit geregeltem querstrom |
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| DE102011088457A1 (de) * | 2011-12-13 | 2013-06-13 | Robert Bosch Gmbh | Schaltungsanordnung |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AT524065B1 (de) | 2022-05-15 |
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