AT524793A4 - Limited duty cycle converter - Google Patents

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AT524793A4
AT524793A4 ATA95/2021A AT952021A AT524793A4 AT 524793 A4 AT524793 A4 AT 524793A4 AT 952021 A AT952021 A AT 952021A AT 524793 A4 AT524793 A4 AT 524793A4
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
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    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load

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Abstract

Konverter, bestehend aus einem ersten Klemmenpaar, gebildet aus einer ersten (1) und einer zweiten Klemme (2), einem zweiten Klemmenpaar, bestehend aus einer dritten (3) und einer vierten Klemme (4), einem ersten (S1) und einem zweiten Schalter (S2), die als aktive, passive, strombidirektionale, spannungsbidirektionale oder als AC-Schalter ausgeführt sind, einem ersten (C1) und einem zweiten Kondensator (C2), einer ersten (L1) und einer zweiten Spule (L2). Der Konverter stellt je nach unterschiedlicher Ausformung durch die verwendeten Schalter, der entsprechenden Ansteuerung und der Lage von Ein- und Ausgang einen tiefsetzenden, hochsetzenden oder hoch-tiefsetzenden uni- oder bidirektionalen DC/DC Konverter, einen Gleich- oder Wechselrichter, oder einen AC/AC Wandler dar. Auch können beide Spulen miteinander magnetisch verkoppelt werden. Durch eingangsseitiges Parallelschalten zweier oder mehrerer Konverter und versetzte Taktung kann der Eingangsstrom geformt werden.Converter consisting of a first pair of terminals consisting of a first (1) and a second terminal (2), a second pair of terminals consisting of a third (3) and a fourth terminal (4), a first (S1) and a second Switches (S2), which are designed as active, passive, bidirectional current, bidirectional voltage or AC switches, a first (C1) and a second capacitor (C2), a first (L1) and a second coil (L2). Depending on the different design of the switches used, the corresponding control and the position of the input and output, the converter represents a step-down, step-up or step-up-step-down unidirectional or bidirectional DC/DC converter, a rectifier or inverter, or an AC/ AC converters. Both coils can also be magnetically coupled to one another. The input current can be shaped by connecting two or more converters in parallel on the input side and staggered clocking.

Description

Die Erfindung betrifft Konverter, bestehend aus einem ersten Klemmenpaar, gebildet aus einer ersten (1) und einer zweiten Klemme {2}, einem zweiten Klemmenpaar, bestehend aus einer dritten {3} und einer vierten Klemme (4), einem ersten (S1) und einem zweiten Schalter {$2}, die als aktive, passive, strombidirektionale, spannungsbidirektionale oder als AC-Schalter ausgeführt sind, einem The invention relates to converters consisting of a first pair of terminals consisting of a first (1) and a second terminal {2}, a second pair of terminals consisting of a third {3} and a fourth terminal (4), a first (S1) and a second switch {$2}, which are designed as active, passive, current bidirectional, voltage bidirectional or AC switches, a

ersten (C1} und einem zweiten Kondensator (CZ), einer ersten {L1} und einer zweiten Spule {LZ}X first (C1} and a second capacitor (CZ), a first {L1} and a second coil {LZ}X

Die hier vorgestellte Könverterstruktur eignet sich je nach der Ausgestaltung als DC/DC Wandler, Depending on the design, the converter structure presented here is suitable as a DC/DC converter,

Gleich- oder Wechselrichter oder als AC/AC Wandler. Rectifier or inverter or as AC/AC converter.

Die Erfindung wird an Hand von Bildern beschrieben. Fig. 1 stellt die Grundstruktur dar, die Fig. Z und Fig, 3 steilen DC/DC Wandler dar, Fig. 4 sind Wechselrichter, Fig. 5 Gleichrichter, oder man kann die Schaltungen in Fig. 4 und Fig, 5 auch als bidirektionale DC/DC Wandler interpretieren und Fig.6 stellt AC/AC Wandler dar, Alle konkreten Ausformungen sind beispielhaft mit MOSFETs gezeichnet, aber keineswegs auf diese Schaltelemente beschränkt. Man beachte, dass MOÖSFETS eine Bodydiode implizit haben, die und der MOSFET dadurch einen strombidirektionalen Schalter bildet, Bei The invention is described with reference to pictures. Fig. 1 represents the basic structure, Fig. Z and Fig. 3 represent steep DC/DC converters, Fig. 4 are inverters, Fig. 5 rectifiers, or the circuits in Fig. 4 and Fig. 5 can also be used as bidirectional Interpret DC/DC converters and Fig. 6 represents AC/AC converters. All concrete forms are drawn as examples with MOSFETs, but are in no way limited to these switching elements. Note that MOSFETS implicitly have a body diode which and the MOSFET thereby forms a current bidirectional switch, Bei

Verwendung von IGBTS ist jeweils eine Diode antiparallel zu schalten um die Strombidirektionalität When using IGBTS, one diode must be connected in anti-parallel in order to ensure current bidirectionality

zu erzielen, to achieve,

Fig, 1 zeigt die Grundstruktur gezeichnet mit symbolischen Schaltern, Die Schalter takten dabei FIG. 1 shows the basic structure drawn with symbolic switches. The switches clock here

gegengleich, Entweder leitet im Betrieb S1 oder 52, Fig. 2 und Fig. 3 stellen DC/DC Wandler dar, die alle einen begrenzten Tastverhältnisbereich haben, oppositely equal, either S1 or S2 conducts in operation, Fig. 2 and Fig. 3 represent DC/DC converters, all of which have a limited duty cycle range,

Fig, 2.a zeigt eine Ausformung, bei der S1 als aktiver Schalter gezeichnet ist. Mit dem Tastverhältnis d, das ist die Einschaltzeit des aktiven Schalters zur Periodendauer und unter der Annahrne idealer Bauteile, lässt sich das Spannungsübersetzungsverhältnis im eingeschwungenen Zustand bestimmen. Die Berechnung soll zum besseren Verständnis der nachfolgenden Formeln kurz skizziert werden. Im eingeschwüngenem Zustand muss der Mittelwert der Spulernspannungen null sein. Daher lässt sich Fig. 2.a shows an embodiment in which S1 is drawn as an active switch. The duty cycle d, which is the switch-on time of the active switch in relation to the period and assuming ideal components, can be used to determine the voltage transformation ratio in the steady state. The calculation should be briefly outlined for a better understanding of the following formulas. In the steady state, the mean value of the coiler voltages must be zero. Therefore it is possible

das Spannung-Zeit Gleichgewicht für die beiden Spulen anschreiben gemäß Ude Ui U d) Ude U). write down the voltage-time balance for the two coils according to Ude Ui U d) Ude U).

Zusätzlich erkennt man aus dem Kirchhoffschen Maschengesetz Un =U AL. In addition, one recognizes from Kirchhoff's mesh law Un =U AL.

Dies führt zu dem Spannungsübersetzungsverhältnis von This leads to the voltage transformation ratio of

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nach Fig.1 kann man einen Invertierenden Hoch-Tiefsetzsteller realisieren. According to FIG. 1, an inverting high-low converter can be implemented.

Die Ausfarmung Fig. 2.b ergibt einen Hochsetzsteller mit begrenztem Tastverhältnis, Wie man leicht The outline of Fig. 2.b results in a boost converter with a limited duty cycle, as can easily be seen

erkennen kann, stellt sich der Mittelwert der Kondensatorspannung an C1 auf die Ausgangsspannung As can be seen, the mean value of the capacitor voltage at C1 adjusts to the output voltage

ein. Es ergibt sich weiter a. It keeps coming

Mean 1 dl ‚ d<05, U 1 2d Mean 1 dl 'd<05, U 1 2d

Fig. 2.c zeigt einen Tiefsetzsteller, Das Spannungsübersetzungsverhältnis ergibt sich zu Fig. 2.c shows a step-down converter. The voltage transformation ratio results in

„ZZ, d05, d "ZZ, d05, d

Man d d<0S U 1—2d Man d d<0S U 1—2d

In: Fig, 3 sind weitere DC/DC Konverter dargestellt, bei denen die Polarität des aktiven und des passiven Schalters vertauscht ist. Natürlich ändert sich damit auch die Polarität der Spannungen an den Klemmenpaaren, Die Spannungsübersetzungsverhältnisse entsprechen denen der Schaltungen In: Fig. 3 further DC/DC converters are shown in which the polarity of the active and the passive switch is reversed. Of course, this also changes the polarity of the voltages at the terminal pairs. The voltage transformation ratios correspond to those of the circuits

gemäß Fig, 2. according to Fig. 2.

Betrachtet man. die Schaltungen gemäß Fig. 2.a und Fig, 2.c so erkennt man, dass die Spannungen auf der Eingangsseite in die gleiche Richtung zeigen, aber auf der Lastseite in unterschiedliche Richtung. Weiters erkennt man, dass an der Position, bei der in Fig, 2.a ein Transistor eingebaut ist, bei Fig.2.c eine Diode geschaltet ist und ebenso, dass an der Position, bei der {in Fig, 2.a eine Diode eingebaut ist, bei Fig.Ze ein Transister geschaltet ist. Daher kann man die zwei Schaltungen entsprechend Fig.4.a kombinieren, Die Schaltung ermöglicht nun das Erzeugen einer positiven Wie einer negativen Spannung In Bezug zur Eingangsspannung, Mar kann ebenso durch entsprechende Ansteuerung der Transistoren eine Wechsel- oder Mischspannung {DC Spannung mit überlagerter Wechselspannung) erzeugen. Analog kann man aus den. Schaltungen Fig.3.a und 3.c für eine umgekehrte Polarität der If you look at. the circuits according to FIG. 2.a and FIG. 2.c, one can see that the voltages on the input side point in the same direction, but on the load side in different directions. Furthermore, one recognizes that at the position in which a transistor is installed in FIG. 2.a, a diode is connected in FIG. 2.c and also that at the position in which {in FIG. 2.a a Diode is installed, a transistor is connected in Fig.Ze. Therefore, the two circuits can be combined according to Fig.4.a. The circuit now enables the generation of a positive as well as a negative voltage in relation to the input voltage. An alternating or mixed voltage {DC voltage with superimposed alternating voltage can also be generated by appropriate control of the transistors ) generate. Analogously one can from the. Circuits Fig.3.a and 3.c for a reversed polarity of the

Eingangsspannung eine Ausgangsspannung in beide Richtungen erzeugen (Fig.4.b}. input voltage produce an output voltage in both directions (Fig.4.b}.

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Ausgangsspannung In umgekehrter Richtung als bei der Schaltung nach Fig.5.a erzeugt (Fig.5.b}. Output voltage generated in the opposite direction than in the circuit according to Fig.5.a (Fig.5.b}.

Ersetzt man die beiden Schalter in Fig. 1 durch AC-Schalter, so kann man beliebige Eingangsspannungen entweder an das Kiemmenpaar (1, 2) oder das Klemmenpaar (3, 4) anlegen und am entsprechendem anderen Klemmenpaar die Last anschalten. Damit lassen sich dann Sleich-, Wechsel- oder Mischspannungen erzeugen unabhängig von der Form der Eingangsspannung, In Fig.6.a ist der AC Schalter aus zwei antiseriellen MOSFETS gebildet, Wird der AC Schalter z.B. mit IGBTs realisiert, muss natürlich eine antiparallele Diode vorhanden sein (Fig, 6.b}. Es sei hier angemerkt, dass es neuerdings fertige Halbleiterschalter mit zwei Steuereingängen als Bauteil If the two switches in FIG. 1 are replaced by AC switches, any input voltage can be applied either to the pair of terminals (1, 2) or to the pair of terminals (3, 4) and the load can be switched on at the other pair of terminals. This can then be used to generate slow-moving, alternating or mixed voltages, regardless of the form of the input voltage. In Fig. 6.a, the AC switch is made up of two anti-serial MOSFETS. If the AC switch is implemented with IGBTs, for example, an anti-parallel diode must of course be present be (Fig, 6.b}. It should be noted here that there are recently finished semiconductor switches with two control inputs as a component

erhältlich sind, are available

Durch die Lage des Kandensatars zwischen Eingang und Ausgang verändert sich der Eingangsstram der Schaltung gegenüber einem Konverter mit beschränktem Tastverhältnis bei dem dieser Kondensator parallel zum Ausgang geschaltet ist. Da auch die Spannungen an den Spulen die gleichen Verläufe zeigen, kann man die beiden Spulen auf einen gemeinsamen Kern aufbringen und Due to the position of the capacitor between input and output, the input current of the circuit changes compared to a converter with a limited duty cycle in which this capacitor is connected in parallel to the output. Since the voltages on the coils also show the same curves, you can apply the two coils to a common core and

durch diese magnetische Kopplung nur ein magnetisches Bauelement verwenden, use only one magnetic component due to this magnetic coupling,

Um eventuelle Rückspeisung innerhalb der Taktperiode zu vermeiden, kann man mehrere Konverter In order to avoid possible feedback within the clock period, one can use several converters

kombinieren und versetzt takten, combine and stagger,

Die Aufgabe Konverter zur Umformung einer Spannung In eine andere zu realisieren wird erfindungsgemäß dadurch bewerkstelligt, dass an die erste Klemme {1} je ein Anschluss des zweiten Schalters {S2}, der ersten Spule {L1} und des zweiten Kondensators (C2} geschaltet sind, an dem zweiten Anschluss des zweiten Schalters (SZ) je ein Anschluss der zweiten Spule {L2} und des ersten Kandensatars (C1) geschaltet sind, an dem zweiten Anschluss der ersten Spule {L1} der zweite Anschluss des ersten Kondensators {C1) und der erste Anschluss des ersten Schalters (S1} geschaltet The task of converting one voltage into another is achieved according to the invention in that one connection each of the second switch {S2}, the first coil {L1} and the second capacitor (C2} are connected to the first terminal {1} , at the second connection of the second switch (SZ) one connection each of the second coil {L2} and of the first capacitor (C1) are connected, at the second connection of the first coil {L1} the second connection of the first capacitor {C1) and the first connection of the first switch (S1} is switched

sind, an den zweiten Anschluss des zweiten Kondensators (C2) der zweite Anschluss der zweiten are, to the second terminal of the second capacitor (C2), the second terminal of the second

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Schalters {S1} die zweite {2} und die vierte Klemme (4) geschaltet sind, switch {S1} the second {2} and the fourth terminal (4) are connected,

Es lassen sich daraus verschiedene Realisierungen generieren, So dadurch, dass an die erste Klemme {1} der pösitive Pol und an die zweite Klemme {2) der negative Pal der Eingangsspannung (U1)} angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme {4} die Last angeschlossen ist, der erste Schalter {S1} durch einen aktiven Schalter gebildet wird, wobei der erste Anschluss des ersten Schalters {S1} der positive Anschluss des aktiven Schalters ist und der zweite Schalter (S2} durch einen passiven Schalter gebildet wird, dessen Kathode mit der ersten Klemme {1} verbunden ist {Fig.2.a), oder dass än die erste Klemme (1} der positive Pol und an die zweite Klemme {2} der hegative Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten {3} und der vierten Klemme {4} die Last angeschlosser ist, der erste Schalter {S1} durch einen passiven Schalter gebildet wird, wobei die Anode mit der zweiten Klemme {2} verbunden ist und der zweite Schalter {S2) durch einen aktiven Schalter gebildet wird, dessen positiver Anschluss mit der ersten Klemme.{1} verbunden ist {Fig;2.c}, oder dass an die dritte Klemme (3) der pösitive Pal und an die vierte Klemme (4) der negative Pol der Eingangsspannung (U1} angeschlossen ist, zwischen der ersten (1) und der zweiten Klemme (2) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter {S1} durch einen aktiven Schalter gebildet wird, wobei der erste Abschluss des ersten Schalters {S1) der positive Anschluss des aktiven Schalters ist und der zweite Schalter (S2} durch einen passiven Schalter gebildet wird, dessen Kathode mit der ersten Klemme {1} verbunden ist (Fig. 2.6), oder dass an die vierte Klemme {4} der positive Pol und an die dritte Klemme (3) der negative Pol der Eingangsspannung {U1} angeschlossen ist, zwischen der ersten {1} und der zweiten Klemme {2} die Last angeschlossen Ist, der erste Schalter (S1) durch einen passiven Schalter gebildet wird, wobei die Anode mit. der vierten Klemme {4} verbunden ist und der zweite Schalter (S2} durch einen aktiven Schalter gebildet wird, dessen Various realizations can be generated from this, such that the positive pole is connected to the first terminal {1} and the negative pole of the input voltage (U1)} is connected to the second terminal {2), between the third (3) and the fourth terminal {4} the load is connected, the first switch {S1} is formed by an active switch, the first terminal of the first switch {S1} being the positive terminal of the active switch and the second switch (S2} by a passive one switch is formed, the cathode of which is connected to the first terminal {1} {Fig.2.a), or that än the first terminal (1} the positive pole and the second terminal {2} the positive pole of the input voltage (U1 ) is connected, between the third {3} and the fourth terminal {4} the load is connected, the first switch {S1} is formed by a passive switch, the anode being connected to the second terminal {2} and the second switch {S2) by an active Sc holder is formed, the positive connection of which is connected to the first terminal.{1} {Fig;2.c}, or that the third terminal (3) is connected to the positive pole and the fourth terminal (4) to the negative pole of the input voltage (U1} is connected, between the first (1) and the second terminal (2) the load is connected, the first switch {S1} is formed by an active switch, the first termination of the first switch {S1) being the positive terminal of the active switch and the second switch (S2} is formed by a passive switch whose cathode is connected to the first terminal {1} (Fig. 2.6), or that the positive pole of the input voltage {U1} is connected to the fourth terminal {4} and the negative pole to the third terminal (3), the load is connected between the first {1} and the second terminal {2} Is, the first switch (S1) is formed by a passive switch, the anode with. is connected to the fourth terminal {4} and the second switch (S2} is formed by an active switch whose

positiver Anschluss. mit der ersten Klemme (1} verbunden ist {Fig.2.d}. positive connection. is connected to the first terminal (1} {Fig.2.d}.

Weiters durch Umpolen der Polarität der Schaltelemente, so dass an die erste Klemme {1} der negative Pol und an die zweite Klemme {2} der positive Pol der Eingangsspahnüung {01} angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme {4} die Last angeschlossen ist, der erste Schalter {S1} durch einen aktiven Schalter gebildet wird, wobel der erste Anschluss des ersten Schalters (S1} der negative Anschluss des aktiven Schalters ist, und der zweite Schalter {52} durch einen passiven Schalter gebildet wird, dessen Anode mit der ersten Klemme. (1) verbunden ist {(Fig.3.a}, oder dass an die zweite Klemme {2} der positive Pol und an die erste Klemme {1} der negative Pol der Eingangsspannung (U1} angeschlosser ist, zwischen der dritten (3} und der werten Klemme (4) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (51} durch einen passiven Schalter gebildet Furthermore, by reversing the polarity of the switching elements, so that the negative pole of the input voltage {01} is connected to the first terminal {1} and the positive pole to the second terminal {2}, between the third (3) and the fourth terminal { 4} the load is connected, the first switch {S1} is formed by an active switch, where the first terminal of the first switch (S1} is the negative terminal of the active switch, and the second switch {52} is formed by a passive switch whose anode is connected to the first terminal (1) {(Fig.3.a}, or that the second terminal {2} is connected to the positive pole and the first terminal {1} is connected to the negative pole of the input voltage (U1 } is connected, the load is connected between the third (3} and the valuable terminal (4), the first switch (51} is formed by a passive switch

wird, wobei die Kathode mit.der zweiten Klemme {2} verbunden ist und der zweite Schalter {52} with the cathode connected to the second terminal {2} and the second switch {52}

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negativer Anschluss mit der ersten Kiemme (1) verbunden ist {Fig.3.0}. negative terminal is connected to the first gill (1) {Fig.3.0}.

Man kann auch eine bipolare Ausgangsspannung erzeugen, dadurch dass an die erste Kiemme (1) der positive Pol und an die zweite Klemme (2) der negative Pal der Eingangsspannung {U1} angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme (4) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (51} durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, wobei der erste Anschluss des ersten Schalters (S1} der positive Anschluss des strombidirektionalen Schalters Ist und der zweite Schalter (S2} ebenfalls durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, dessen positiver Anschluss mit der ersten Klemme {1} verbunden ist {Fig.4.a), oder dass an die erste Klemme {1} der negative Pol und an die zweite Klemme (2) der positive Pol der Eingangssparnung {U1} angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme (4} die Last angeschlossen ist, der erste Schalter {S1} durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, wobel der erste Anschluss des ersten Schalters (51} der negative Anschluss des strambidirektionalen Schalters ist und der zweite Schalter (52) ebenfalls durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, dessen It is also possible to generate a bipolar output voltage by connecting the positive pole to the first terminal (1) and the negative pole of the input voltage {U1} to the second terminal (2), between the third (3) and the fourth terminal ( 4) the load is connected, the first switch (51} is formed by a current bidirectional switch, the first terminal of the first switch (S1} being the positive terminal of the current bidirectional switch and the second switch (S2} also being formed by a current bidirectional switch whose positive connection is connected to the first terminal {1} {Fig.4.a), or that the first terminal {1} is connected to the negative pole and the second terminal (2) is connected to the positive pole of the input voltage {U1} is connected, between the third (3) and the fourth terminal (4} the load is connected, the first switch {S1} is formed by a current bidirectional switch, whereby the first terminal of the first switch ( 51} is the negative terminal of the current bidirectional switch and the second switch (52) is also formed by a current bidirectional switch whose

negativer Anschluss mit der ersten Klemme (1) verbunden ist (Fig.4.6). negative terminal is connected to the first terminal (1) (Fig.4.6).

Um aus einer bipolaren Eingangsspanhüng eine unipolare Ausgangsspannung zu gewinnen, MUSS man die Konverterschaltung so gestalten, dass an die dritte Klemme (3) und an die vierte Kiemme {4} eine Eingangsspannung (U1} angeschlossen ist, zwischen der ersten {1} und der zweiten Klemme (2) die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (S1) durch einen strambidirektianalen Schalter gebildet wird, wobel der zweite Anschluss des ersten Schalters {S1} der negative Anschluss des strombidirektionalen Schalters ist und der zweite Schalter (52) ebenfalls durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, dessen positiver Anschluss mit der ersten Klemme {1} verbunden ist {Fig.5.a), oder dass an die dritte Klemme {3} und an die vierte Klemme {4} eine In order to obtain a unipolar output voltage from a bipolar input voltage, the converter circuit MUST be designed in such a way that an input voltage (U1} is connected to the third terminal (3) and the fourth terminal {4}, between the first {1} and the second terminal (2) the load is connected, the first switch (S1) is formed by a current bidirectional switch, where the second terminal of the first switch {S1} is the negative terminal of the current bidirectional switch and the second switch (52) also by a current bidirectional switch is formed, the positive terminal of which is connected to the first terminal {1} {Fig.5.a), or that to the third terminal {3} and to the fourth terminal {4} a

Eingangsspannung {U1} angeschlossen ist, zwischen der ersten {1} und der zweiten Klemme {2} die Input voltage {U1} is connected between the first {1} and the second terminal {2}

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verbunden ist {Fig 5.b). connected {Fig 5.b).

Die größte Flexibilität erreicht man dadurch, dass an die erste Klemme. {1} und an die zweite Klemme {2) die Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme (4) die Last angeschlossen ist, der erste (51) und der zweite Schalter (52} durch AC-Schalter gebildet werden {Fig.6a}, oder dass an die dritte Klemme (3) und an die vierte Klemme (4) die Eingangsspannung (U1} angeschlossen ist, zwischen der ersten {1} und der zweiten Klemme {2} die Last angeschlossen ist. und der erste {S1} und der zweite Schalter {S2} durch AC-Schalter gebildet The greatest flexibility is achieved by attaching the first clamp. {1} and the input voltage (U1) is connected to the second terminal {2), the load is connected between the third (3) and the fourth terminal (4), the first (51) and the second switch (52} through AC switches are formed {Fig.6a}, or that the third terminal (3) and the fourth terminal (4) the input voltage (U1} is connected, between the first {1} and the second terminal {2} the load is connected, and the first {S1} and the second switch {S2} are formed by AC switches

werden. will.

Eine für spezielle Nischenanwendungen sinnvolle Struktur erhält man dadurch, dass an die erste Klemme {1} und an die zweite Klemme {2} die Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten (3} und der vierten Klemme {4} die Last angeschlossen ist, der erste (S1} und der zweite Schalter (SZ) durch spannungsbidirektionale Schalter gebildet werden oder dass an die äritte Klemme {3} und an die vierte Klemme (4) die Eingangsspannung {U1} angeschlossen ist, zwischen der ersten {1} und der zweiten Klemme {2} die Last angeschlossen ist, und der erste {51} und der zweite Schalter {S2) durch spannungsbidirektionale Schalter gebildet werden, Ein spannungsbidirektionaler Schalter A structure that makes sense for special niche applications is obtained by connecting the input voltage (U1) to the first terminal {1} and the second terminal {2}, and connecting the load between the third (3} and the fourth terminal {4} is, the first (S1} and the second switch (SZ) are formed by voltage-bidirectional switches or that the input voltage {U1} is connected to the third terminal {3} and to the fourth terminal (4), between the first {1} and the second terminal {2} the load is connected, and the first {51} and the second switch {S2) are formed by voltage bidirectional switches, A voltage bidirectional switch

wäre dabei z.B. eine Serjenschaltung einer Diode mit einem aktiven Schalter oder ein GTO. would be e.g. a series connection of a diode with an active switch or a GTO.

Ein besonderes interessantes Verhalten der Kanverter ergibt sich, wenn die erste {L1} und die zweite A particularly interesting behavior of the converters arises when the first {L1} and the second

Spule {L2} magnetisch gekoppelt sind, Dadurch benötigt man nur ein magnetisches Bauelement. Coil {L2} are magnetically coupled, so you only need one magnetic component.

Um den Einfluss der Zuleitungsinduktivität zu vermeiden, ist es sinnvoll, dass parallei zu den Klemmen {1, 2} oder (3, 4} an denen die Eingangsspannung angeschaltet ist ein Kondensator oder In order to avoid the influence of the supply line inductance, it makes sense to connect a capacitor or

eine Kombination von Kondensatoren geschaltet ist. a combination of capacitors is connected.

Die Schaltungen können weiter dadurch verbessert werden, dass parallel zu den Schaltern (51, S2) Snubber Netzwerke geschaltet sind oder Vorrichtungen zur Erzielung von ZCS oder ZVS der Schalter The circuits can be further improved in that snubber networks are connected in parallel with the switches (51, S2) or devices for achieving ZCS or ZVS of the switches

(S1, 52) vorgesehen sind, (S1, 52) are provided,

P123/fh/20210501/0504/0505/0507 7114 P123/fh/20210501/0504/0505/0507 7114

Claims (1)

1. Konverter, bestehend aus einem ersten Klemmenpaar, gebildet aus einer ersten (1} und einer zweiten Klemme (2}, einem zweiten Klemmenpaar, bestehend aus einer dritten (3) und einer vierten Klemme (4), einem ersten (S1} und einem zweiten Schalter (52}, die als aktive, passive, strambidirektionale, spannungsbidirektionale oder als AC-Schalter ausgeführt sind, einem ersten (C1} und einem zweiten Kondensator {C2), einer ersten {L1} und einer zweiten Spule (LZ) dadurch gekennzeichnet, dass an die erste Klemme {1} je ein Anschluss des zweiten Schalters {52}, der ersten Spule {L1} und des zweiten Kondensators (C2} geschaltet sind, an dem zweiten Anschluss des zweiten Schalters {52} je ein Anschluss der zweiten Spule {L2}) und des ersten Kondernsatörs (C1} geschaltet sind, an dem zweiten Anschluss der ersten Spule (L1) der zweite Anschluss des ersten Kondensatars {C1} und der erste Anschluss des ersten Schalters {51} geschaltet sind, an den zweiten Anschluss des zweiten Kondensators {C2) der zweite Anschluss der zweiten Spule {L2} und die dritte Klemme {3} geschaltet sind und an den zweiten Anschluss des ersten Schalters (S1} die zweite {2} und die Werte Klemme {4} geschaltet sind. 1. Converter, consisting of a first pair of terminals, formed from a first (1} and a second terminal (2}, a second pair of terminals, consisting of a third (3) and a fourth terminal (4), a first (S1} and a second switch (52}, which is designed as an active, passive, current bidirectional, voltage bidirectional or AC switch, a first (C1} and a second capacitor {C2), a first {L1} and a second coil (LZ) thereby characterized in that one connection each of the second switch {52}, the first coil {L1} and the second capacitor (C2} are connected to the first terminal {1}, one connection each of the second coil {L2}) and the first capacitor (C1} are connected, the second connection of the first capacitor {C1} and the first connection of the first switch {51} are connected to the second connection of the first coil (L1), to the second terminal of the second capacitor {C2) of second terminal of the second coil {L2} and the third terminal {3} are connected and to the second terminal of the first switch (S1} the second {2} and the value terminal {4} are connected. 2. Konverter gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an die erste Klemme {1} der positive Pal und an die zweite Klemme {2} der negative Pal der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten (3} und der vierten Klemme (4} die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (51) durch einen aktiven Schalter gebildet wird, wobei der erste Anschluss des ersten Schalters {S1} der positive Anschluss des aktiven Schalters ist und der zweite Schalter {S2} durch einen passiven Schalter gebildet wird, dessen Kathode mit der ersten Klemme (1) verbunden ist (Fig.2.a), oder dass an die erste Klemme {1} der positive Pol und an die zweite Klemme {2} der negative Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten {3} und der vierten Klemme (4} die Last angeschlossen ist, der erste Schalter {S1} durch einen passiven Schalter gebildet wird, wobei die Anode mit der zweiten Klemme {2} verbunden ist. und der zweite Schalter (52) durch einen aktiven Schalter gebildet wird, dessen positiver Anschluss mit der ersten Klemme (1) verbunden ist (Fig.2.c), oder dass an die dritte Klemme {3} der positive Pol und an die vierte Klemme (4) der negative Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der ersten {1} und der zweiten Klemme {2} die Last angeschlossen ist, der erste Schalter (51} durch einen aktiven Schalter gebildet wird, wobei der erste Anschluss des ersten Schalters {S1} der positive Anschluss des aktiven Schalters ist und der zweite Schalter {52} durch einen passiven Schalter gebildet wird, dessen Kathode mit der ersten Klemme (1} verbunden ist {Fig.2.b), oder dass an die vierte Klemme (4) der pasitive Pol und an die dritte Klemme (3) der negative Pol der Eingangsspannung (U1)} 2. Converter according to claim 1, characterized in that the positive Pal is connected to the first terminal {1} and the negative Pal of the input voltage (U1) is connected to the second terminal {2}, between the third (3} and the fourth terminal ( 4} the load is connected, the first switch (51) is formed by an active switch, the first terminal of the first switch {S1} is the positive terminal of the active switch and the second switch {S2} is formed by a passive switch , whose cathode is connected to the first terminal (1) (Fig.2.a), or that the positive pole of the input voltage (U1) is connected to the first terminal {1} and the negative pole to the second terminal {2} , between the third {3} and the fourth terminal (4} the load is connected, the first switch {S1} is formed by a passive switch with the anode connected to the second terminal {2}. and the second switch ( 52) is formed by an active switch , whose positive connection is connected to the first terminal (1) (Fig.2.c), or that the positive pole is connected to the third terminal {3} and the negative pole of the input voltage (U1) is connected to the fourth terminal (4). is, between the first {1} and the second terminal {2} the load is connected, the first switch (51} is formed by an active switch, the first terminal of the first switch {S1} being the positive terminal of the active switch and the second switch {52} is formed by a passive switch whose cathode is connected to the first terminal (1} {Fig.2.b), or that to the fourth terminal (4) the passive pole and to the third terminal (3) the negative pole of the input voltage (U1)} angeschlossen ist, zwischen der ersten {1} und der zweiten Klemme (2) die Last is connected, between the first {1} and the second terminal (2) the load P123/fh/20210501/0504/0505/0507 8/14 P123/fh/20210501/0504/0505/0507 8/14 3. Konverter gemäß Anspruch 1.dadurch gekennzeichnet, dass an die erste Klemme {1} der negative Pal und an die zweite Klemme (2) der positive Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme {4} die Last angeschlossen ist, der erste Schalter {51} durch einen aktiven Schalter gebildet wird, wobei der erste Anschluss des ersten Schalters (51) der negative Anschluss des aktiven Schalters ist, und der zweite Schalter (52) durch einen passiven Schalter gebildet wird, dessen Anode mit der ersten Klemme {1} verbunden ist {Fig.3.a}, oder dass an die zweite Klemme {2} der positive Pol und an die erste Klemme {1} der negative Pol der Eingangsspannung (U3) angeschlossen ist, zwischen der dritten {3} und der vierten. Klemme {4} die Last angeschlossen ist, der erste Schalter {51} durch einen passiven Schalter gebildet wird, wobei die Kathode mit der zweiten Klemme {2} verbunden ist und der zweite Schalter {S2} durch einen aktiven Schalter gebildet wird, dessen negativer Anschluss mit der ersten Klemme {1} verbunden ist (Fig.3.c), oder dass an die vierte Klemme (4} der positive Pol und an die dritte Klemme {3} der negative Pol der Eingangsspannung {U1} angeschlossen ist, zwischen der ersten {1} und der zweiten Klemme {2} die Last angeschlossen ist, der erste Schalter {S1} durch einen aktiven Schalter gebildet wird, wobel der erste Anschluss des ersten Schalters {S1} der negative Anschluss des aktiven Schalters ist und der zweite Schalter (52) durch einen passiven Schalter gebildet wird, dessen Anode mit der ersten Klemme {1} verbunden ist {Fig.3.b}, eder dass an die dritte Klemme {3} der positive Pol und an die vierte Klemme {4} der negative Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen ist, zwischen der ersten {1} und der zweiten Klemme {2} die Last angeschlossen ist, der erste Schalter {51} durch einen passiven Schalter gebildet wird, wobei die Kathode mit der zweiten Klemme (2} verbunden ist und der zweite Schalter (S2} durch einen aktiven Schalter gebildet wird, dessen negativer Anschluss mit der ersten Klemme {1} verbunden ist {Fig.3.d} 3. Converter according to claim 1. characterized in that the negative pole is connected to the first terminal {1} and the positive pole of the input voltage (U1) is connected to the second terminal (2), between the third (3) and the fourth terminal {4} the load is connected, the first switch {51} is formed by an active switch, the first terminal of the first switch (51) being the negative terminal of the active switch, and the second switch (52) by a passive switch is formed, the anode of which is connected to the first terminal {1} {Fig.3.a}, or that the second terminal {2} is connected to the positive pole and the first terminal {1} is connected to the negative pole of the input voltage (U3) connected, between the third {3} and the fourth. Terminal {4} the load is connected, the first switch {51} is formed by a passive switch with the cathode connected to the second terminal {2} and the second switch {S2} is formed by an active switch whose negative Connection is connected to the first terminal {1} (Fig.3.c), or that the positive pole is connected to the fourth terminal (4} and the negative pole of the input voltage {U1} is connected to the third terminal {3}, between the first {1} and the second terminal {2} the load is connected, the first switch {S1} is formed by an active switch, where the first terminal of the first switch {S1} is the negative terminal of the active switch and the second Switch (52) is formed by a passive switch, the anode of which is connected to the first terminal {1} {Fig.3.b}, or that the third terminal {3} has the positive pole and the fourth terminal {4} the negative pole of the input voltage (U1) is connected between d he first {1} and the second terminal {2} the load is connected, the first switch {51} is formed by a passive switch, the cathode being connected to the second terminal (2} and the second switch (S2} through forming an active switch whose negative terminal is connected to the first terminal {1} {Fig.3.d} 4. Konverter gemäß Ansprüch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an die erste Klemme {1} der positive Pol und an die zweite Klemme {2} der negative Pol der Eingangsspannung (U1) angeschlossen Ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme (4} die Last angeschlossen ist, der erste Schalter {51} durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, wobei der erste Anschluss des ersten Schalters {S1) der positive Anschluss des strombidirektionalen Schalters ist und der zweite Schalter (S2} ebenfalls durch einen 4. Converter according to claim 1, characterized in that the positive pole is connected to the first terminal {1} and the negative pole of the input voltage (U1) is connected to the second terminal {2}, between the third (3) and the fourth terminal ( 4} the load is connected, the first switch {51} is formed by a current bidirectional switch, the first terminal of the first switch {S1) being the positive terminal of the current bidirectional switch and the second switch (S2} also by a strambidirektionalen Schalter gebildet wird, dessen positiver Anschluss mit.der ersten strabidirectional switch is formed, the positive connection mit.der first P123/fh/20210501/0504/0505/0507 9/14 P123/fh/20210501/0504/0505/0507 9/14 5. Konverter gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an die dritte Klemme (3} und an die vierte Klemme (4} eine Eingangsspannung (U1} angeschlossen ist, zwischen der ersten (1} und der zweiten Klemme {2} die Last angeschlossen ist, der erste Schalter {S1) durch einen strombidirektianalen Schalter gebildet wird, wobei der zweite Anschluss des ersten Schalters {S1} der negative Anschluss des strombidirektionalen Schalters ist und der zweite Schalter {52) ebenfalls durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, dessen positiver Anschluss mit der ersten Klemme (1) verbunden ist (Fig,5.a}), oder dass an die dritte Klemme {3} und an die Werte Klemme {4} eine Eingangsspannung (U1}) angeschlossen ist, zwischen der ersten {1} und der zweiten Klemme {2} die Last angeschlossen ist, der erste Schalter {51} durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, wobei der erste Anschluss des ersten Schalters (S1} der negative Anschluss des strombidirektionalen Schalters ist und der zweite Schalter (52) ebenfalls durch einen strombidirektionalen Schalter gebildet wird, dessen negativer Anschluss mit der ersten Klemme {1} verbunden ist {Fig,5.b} 5. Converter according to claim 1, characterized in that an input voltage (U1} is connected to the third terminal (3) and to the fourth terminal (4}, the load is connected between the first (1} and the second terminal {2}). , the first switch {S1) is formed by a current bidirectional switch, the second terminal of the first switch {S1} being the negative terminal of the current bidirectional switch and the second switch {52) also being formed by a current bidirectional switch whose positive terminal is connected to is connected to the first terminal (1) (Fig,5.a}), or that an input voltage (U1}) is connected to the third terminal {3} and to the value terminal {4}, between the first {1} and the load is connected to the second terminal {2}, the first switch {51} is formed by a current bidirectional switch, the first terminal of the first switch (S1} being the negative terminal of the current bidirectional switch and the second switch (52) is also formed by a current bidirectional switch whose negative terminal is connected to the first terminal {1} {Fig, 5.b} 6. Konverter gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an die erste Klemme {1} und an die zweite Klemme {2} die Eingangsspannung {U1) angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten Klemme (4) die Last angeschlossen ist, der erste (S1} und der zweite Schalter {852} durch AC-Schalter gebildet werden (Fig.6a}, oder dass an die dritte Klemme {3} und an die vierte Klemme (4) die Eingangsspannung (U1} angeschlassen ist, zwischen der ersten (1} und der zweiten Klemme (2) die Last angeschlossen ist und der erste (51} und der zweite Schalter (S2} durch AC-Schalter gebildet werden, 6. Converter according to claim 1, characterized in that the input voltage {U1) is connected to the first terminal {1} and to the second terminal {2}, and the load is connected between the third (3) and the fourth terminal (4). , the first (S1} and the second switch {852} are formed by AC switches (Fig. 6a}, or that the input voltage (U1} is connected to the third terminal {3} and to the fourth terminal (4), between the first (1} and the second terminal (2) the load is connected and the first (51} and the second switch (S2} are formed by AC switches, 7. Korwverter gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an die erste Klemme {1} und an die zweite. Klemme {2} die Eingangsspannung {U1} angeschlossen ist, zwischen der dritten (3) und der vierten. Klemme (4} die Last angeschlossen ist, der erste {51} und der zweite Schalter {S2} durch spannungsbidirektionale Schalter gebildet werden oder dass an die dritte Klemme {3} und an. die vierte Klemme {4} die Eingangsspannung {U1} angeschlossen ist, zwischen der ersten {1} und der zweiten Klemme {2} die Last angeschlossen ist, und der erste {51} und der 7. Korwverter according to claim 1, characterized in that the first terminal {1} and the second. Terminal {2} the input voltage {U1} is connected between the third (3) and the fourth. Terminal (4} the load is connected, the first {51} and the second switch {S2} are formed by voltage bidirectional switches or that the input voltage {U1} is connected to the third terminal {3} and to the fourth terminal {4} is, between the first {1} and the second terminal {2} the load is connected, and the first {51} and the zweite Schalter (S2} durch spahnungsbidirektionale Schalter gebildet werden. second switches (S2} are formed by voltage bidirectional switches. P123/fh/20210501/0504/0505/0507 10/14 P123/fh/20210501/0504/0505/0507 10/14 S. Konverter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu den Klemmen (1, 2} oder (3, 4} an denen die Eingangssparnnung angeschaltet ist ein Kondensator oder eine Kombination von Kondensatoren geschaltet ist, S. Converter according to one of Claims 1 to 8, characterized in that a capacitor or a combination of capacitors is connected in parallel with the terminals (1, 2) or (3, 4) to which the input voltage is connected, 10. Konverter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu den Schaltern (S1, 52} Snubber Netzwerke geschaltet sind oder Vorrichtungen zur Erzielung von 10. Converter according to one of claims 1 to 9, characterized in that parallel to the switches (S1, 52} snubber networks are connected or devices for achieving ZCS oder ZVS der Schalter (51, 52} vorgesehen sind, ZCS or ZVS the switch (51, 52} are provided, 10 P123/fh/20210501/0504/0505/0507 11/14 10 P123/fh/20210501/0504/0505/0507 11/14
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AT412377B (en) * 2001-07-02 2005-01-25 Felix Dipl Ing Dr Himmelstoss HIGH-DYNAMIC CHANGING CURRENT SOURCES
AT412920B (en) * 2003-01-07 2005-08-25 Felix Dipl Ing Dr Himmelstoss CIRCUITS TO REFORM ALTERNATING, MIXING OR MIXING VOLTAGES IN ALTERNATING, MIXING OR MIXING VOLTAGES (AC / AC CONVERTER)
AT514027A2 (en) * 2013-03-07 2014-09-15 Felix Dipl Ing Dr Himmelstoss Method for obtaining converter structures for the generation of high-slope current pulses

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