CH707553A2

CH707553A2 - Dual active bridge converter central or high voltage application, has bridge circuits to generate constant alternating voltage successively so that different level direct voltages are applied to alternating voltage intermediate circuit

Info

Publication number: CH707553A2
Application number: CH00402/13A
Authority: CH
Inventors: Jordi Everts; Johann Walter Kolar
Original assignee: Eth Zürich Eth Transfer
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2014-08-15
Also published as: CH707553B1

Abstract

A first bridge circuit converts a first direct voltage into a first alternating voltage, and a second bridge circuit converts a second direct voltage into a second alternating voltage. The first and second alternating voltages are applied to first terminals (A, B) and second terminals (P,Q) of alternating-voltage intermediate circuit. The bridge circuits include controlled switching elements to generate constant alternating voltage successively so that the direct voltages of five different levels are applied to corresponding sides of alternating voltage intermediate circuit. An independent claim is included for a method for operating electronic data processing device for determination of control method of bridge converter.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft einen elektrischen DC/DC-Wandler mit dualen aktiven Brücken, ein Verfahren zum Bestimmen eines Steuerverfahrens zur Steuerung von aktiven Schaltelementen in einem solchen Wandler. The invention relates to an electrical DC / DC converter with dual active bridges, a method for determining a control method for controlling active switching elements in such a converter.

Duale aktive BrückenwandlerDual active bridge converters

[0002] Die Erfindung bezieht sich auf einen Wandler, welcher eine Gleichspannungsleistung auf der einen Seite des Wandlers in eine geregelte oder gesteuerte Gleichspannungsleistung auf der anderen Seite des Wandlers bei einer vorgegebenen Spannungs- und/oder Stromstufe umwandelt. Eine Eingangsbrücke des DC/DC-Wandlers weist eine Eingangsbrückenschaltung zur Wandlung der Eingangsgleichspannung in eine Wechselspannung auf. Diese Wechselspannung ist einem hochfrequenten Wechselspannungskreis zugeführt, welcher einen Transformator und optional eine externe serielle Induktivität aufweist. Eine Ausgangswechselspannung des Wechselspannungszwischenkreises ist einer Ausgangsbrückenschaltung zugeführt, welche zum Gleichrichten der Ausgangswechselspannung und zum geregelten Speisen einer Last angeordnet ist. Die Eingangs- wie auch die Ausgangsbrückenschaltung weisen aktive (gate-) gesteuerte Schaltelemente mit oder ohne passiv gesteuerten Dioden auf, und können mit «Soft-Switching» zur Reduktion von Schaltverlusten gesteuert sein. Die aktiven Brücken können geregelt sein um einen vorgegebenen Eingangsgleichstrom und/oder Ausgangsgleichstrom zu erreichen (im Folgenden und ) um die Ausgangsspannung an der Last zu halten. Ein solcher Wandler wird als «Dualer aktiver Brückenwandler» bezeichnet, kurz DAB-Wandler (»Dual Active Bridge Converter», «DAB Converter»). The invention relates to a converter which converts a DC power on one side of the converter into a regulated or controlled DC power on the other side of the converter at a predetermined voltage and / or current level. An input bridge of the DC / DC converter has an input bridge circuit for converting the input DC voltage into an AC voltage. This alternating voltage is fed to a high-frequency alternating voltage circuit which has a transformer and optionally an external series inductance. An output AC voltage of the AC voltage intermediate circuit is fed to an output bridge circuit which is arranged to rectify the output AC voltage and to supply a load in a regulated manner. The input and output bridge circuits have active (gate) controlled switching elements with or without passively controlled diodes and can be controlled with "soft switching" to reduce switching losses. The active bridges can be regulated in order to achieve a specified input direct current and / or output direct current (hereinafter and) in order to maintain the output voltage at the load. Such a converter is referred to as a “dual active bridge converter”, or DAB converter (“dual active bridge converter”, “DAB converter”) for short.

[0003] Bei der herkömmlichen Realisierung von DAB-Wandlern (Fig. 1 – 4 ) sind die Schaltelemente der aktiven Brücke (Eingangs- und Ausgangsseite) entweder mit einer Halbbrückenkonfiguration (Fig. 1 ), einer Vollbrückenkonfiguration (Fig. 4 ) oder einer Kombination aus Vollbrückenkonfiguration und Halbbrückenkonfiguration (Fig. 2 , 3 ) verbunden. Des Weiteren wird bei allen Realisierungen das Schalten von Schaltelementen in Eingangs- und Ausgangsbrücken so gesteuert, dass Rechteckspannungen mit resonanten Übergängen ( and ) an den Anschlüssen Knoten A, B, Q, P der hochfrequenten Wechselspannungszwischenkreise entstehen, diese werden im Weiteren als Quasirechteckspannungen bezeichnet. Dabei nimmt man an, dass die Übergangsdauer deutlich kürzer ist als die Periode der Quasirechteckspannung. Im Idealfall einer unendlich grossen magnetischen Induktivität des Transformators und eines Null Widerstandes des Wechselspannungszwischenkreises kann der Wechselspannungszwischenkreis als eine äquivalente serielle Induktivität dargestellt werden, bei welcher die an die Induktivität angelegten Spannungen die Anschlussspannungen des Zwischenkreises sind, welche auf die eine oder die andere Seite des Transformators bezogen sind (z.B. and , wenn sie auf die Eingangsseite bezogen sind, siehe Fig. 5 ). Der Wert der äqivalenten Induktivität wird durch die Streuinduktivität des Transformators und im Falle einer zusätzlichen externen seriellen Induktivität durch den Wert der externen Induktivität bestimmt. Der Wechselstrom im Zwischenkreis wird durch die entsprechenden Spannung über die äqivalente serielle Induktivität und ihren Induktivitätswert bestimmt (Fig. 5 ). Sowohl die aktive Eingangsbrücke als auch die aktive Ausgangsbrücke wirken auf ihrer Gleichspannungsseite als AC/DC-Wandler, wobei der Wechselspannungszwischenkreisstrom auf der jeweiligen Seite in Nettogleichströme umgewandelt werden. Der hochfrequente Anteil dieser Ströme kann mit Hilfe von Hochfrequenz-Filterkapazitäten and gefiltert werden, wodurch die Glättung der Gleichströme und und Gleichspannungen und verbessert wird. Durch geeignete Modulation der Quasirechteckspannungen und welche mit Hilfe der aktiven Brücken auf die Anschlüsse A, B, Q, P des Zwischenkreises angelegt werden, können die Stromwerte und gesteuert werden. In the conventional implementation of DAB converters (Fig. 1 - 4), the switching elements of the active bridge (input and output side) are either with a half-bridge configuration (Fig. 1), a full-bridge configuration (Fig. 4) or a combination from full bridge configuration and half bridge configuration (Fig. 2, 3) connected. Furthermore, in all implementations, the switching of switching elements in input and output bridges is controlled in such a way that square-wave voltages with resonant transitions (and) arise at the connections nodes A, B, Q, P of the high-frequency AC voltage intermediate circuits; these are hereinafter referred to as quasi-rectangular voltages. It is assumed that the transition duration is significantly shorter than the period of the quasi-rectangular voltage. In the ideal case of an infinitely large magnetic inductance of the transformer and a zero resistance of the AC voltage intermediate circuit, the AC voltage intermediate circuit can be represented as an equivalent serial inductance, in which the voltages applied to the inductance are the connection voltages of the intermediate circuit which are applied to one or the other side of the transformer are related (e.g. and, if they are related to the input side, see Fig. 5). The value of the equivalent inductance is determined by the leakage inductance of the transformer and, in the case of an additional external series inductance, by the value of the external inductance. The alternating current in the intermediate circuit is determined by the corresponding voltage across the equivalent series inductance and its inductance value (FIG. 5). Both the active input bridge and the active output bridge act on their DC voltage side as AC / DC converters, with the AC voltage intermediate circuit current being converted into net DC currents on the respective side. The high-frequency component of these currents can be filtered with the help of high-frequency filter capacitances, which improves the smoothing of the direct currents and DC voltages and. The current values and can be controlled by suitable modulation of the quasi-square voltages and which are applied to the connections A, B, Q, P of the intermediate circuit with the help of the active bridges.

Regelziele und Grenzen für DAB-Wandler gemäss dem Stand der TechnikControl objectives and limits for DAB converters according to the state of the art

[0004] Die wissenschaftlichen Bemühungen konzentrierten sich hauptsächlich auf die Entwicklung von Strategien zum Erreichen eines vorgegebenen Eingangsgleichstroms und/oder Ausgangsgleichstroms und auf die möglichst effiziente Aufrechterhaltung des Ausgangsspannungsniveaus, das auf die Last wirkt. Bei jeder Realisierung der DAB-Wandler können die Betriebsbereiche identifiziert und durch Gleichungen beschrieben werden, welche einen soft-switching-Betrieb für alle Geräte in beiden aktiven Brücken ermöglichen (Erklärung von soft-switching: siehe unten) mit quasi keinen Schaltverlusten. Meistens versuchen die vorgeschlagenen Strategien, die Spannungen an den Anschlüssen des Zwischenkreises, welche durch die aktiven Brücken erzeugt werden, zu modulieren, so dass der RMS-Wert des Zwischenkreisstroms minimiert wird, ohne dass die Grenzen des soft-switching überschritten werden. Der RMS-Wert ist für die Leitungsverluste des Schaltkreises verantwortlich. Diese Bedingungen sind im ganzen Betriebsbereich des Wandlers zu erfüllen. Jedoch hängt der Umfang, in dem dies erzielt werden kann, von den für die Modulation von und verfügbaren Freiheitsgraden ab. Daher besteht auch eine Abhängigkeit von den Freiheitsgraden für die Modulationsspannung, welche über die äquivalente serielle Induktivität auftritt, und für die Wellenformung des entsprechenden Zwischenkreisstroms Die Realisierungen der herkömmlichen DAB-Wandler beinhalten meist Vollbrücken, d.h. die Vollbrücke – Vollbrücken-DAB-Wandler (Fig. 4 ) bieten die höchste Flexibilität zur Erreichung dieser Ziele. Demzufolge ermöglicht das Hinzufügen von Freiheitsgraden zur Modulation der Spannungen und am Zwischenkreis mehr Flexibilität bei der Erreichung der Regel- oder Steuerziele (z.B. minimale RMS-Werte des Wechselspannungszwischenkreisstroms und soft-switching-Betrieb). Das letztere ist besonders wichtig, wenn ein grosser Betriebsspannungsbereich für den Wandler benötigt wird (z.B. ein Gleichspannungseingang im Bereich von 0 V bis 400 V). The scientific efforts have mainly focused on developing strategies for achieving a given DC input and / or DC output and on maintaining the output voltage level acting on the load as efficiently as possible. With each implementation of the DAB converter, the operating ranges can be identified and described by equations that enable soft-switching operation for all devices in both active bridges (explanation of soft-switching: see below) with virtually no switching losses. Most of the proposed strategies try to modulate the voltages at the connections of the intermediate circuit, which are generated by the active bridges, so that the RMS value of the intermediate circuit current is minimized without the limits of soft switching being exceeded. The RMS value is responsible for the conduction losses of the circuit. These conditions must be met over the entire operating range of the converter. However, the extent to which this can be achieved depends on the degrees of freedom available for modulating and. Therefore, there is also a dependency on the degrees of freedom for the modulation voltage, which occurs via the equivalent series inductance, and for the waveforming of the corresponding intermediate circuit current. The realizations of conventional DAB converters mostly contain full bridges, i.e. the full bridge - full bridge DAB converters (Fig. 4) offer the highest flexibility to achieve these goals. As a result, adding degrees of freedom for modulating the voltages and at the intermediate circuit allows more flexibility in achieving the regulation or control objectives (e.g. minimum RMS values of the AC voltage intermediate circuit current and soft switching operation). The latter is particularly important if a large operating voltage range is required for the converter (e.g. a DC voltage input in the range from 0 V to 400 V).

Beschreibung des soft-switching-Prinzips (Nullspannungsschaltung/ Zero Voltage Switching, ZVS)Description of the soft-switching principle (Zero Voltage Switching, ZVS)

[0005] Die aktiven Schaltvorrichtungen des DAB-Wandlers können durch eine Vielzahl von herkömmlich verwendeten Schaltelementen mit gate-gesteuerter Ausschaltfähigkeit realisiert werden. Ein Beispiel einer im Allgemeinen benutzten Schaltungskomponente für Spannungen bis zu 600 V ist ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET, Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) (Fig. 7A ). Dadurch kann ein Schaltelement durch einen Leistungstransistor eine Diode und einen nichtlinearen parasitären Kondensator dargestellt werden. Soft-switching-Betrieb eines Brückenzweigs (Fig. 7B ) findet statt, wenn ein Wechsel der drain-to-source-Spannung (vDS) des Transistors durch das Ausschalten des entsprechenden Schalters initiiert wird, beispielsweise des Schalters wobei der Strom vom Transistor zur der gegenüberliegenden Diode des Brückenzweiges (»bridge leg», Fig. 7B ) kommutiert. Quasi verlustfreies Ausschalten des Transistors wird erreicht, wenn sich der leitende Kanal zwischen Drain- und Source-Anschlüssen des Transistors öffnet bevor die parasitären Kondensatoren aufgeladen, beziehungsweise entladen, sind und bevor die Spannung zwischen den Drain- und Source-Anschlüssen des Transistors auf ein höheres Niveau angestiegen ist (Zero Voltage Switching, ZVS). Nachdem der leitende Kanal vollständig geöffnet ist, werden die parasitären Kapazitäten weiter durch den Strom welcher in den Brückenzweig fliesst, geladen respektive entladen. Sobald dieser kurzzeitige resonante Übergang (quasi-Resonanz-ZVS) abgeschlossen ist, kann der gegenüberliegende Transistor unter ZVS eingeschaltet werden (die anti-parallele Diode leitet, wird mit ZVS eingeschaltet). Um das Einschalten des Transistors unter Nullspannung zu erreichen, ist es wichtig, dass die Übergangsdauer des resonanten Übergangs kleiner/kürzer ist als die Totzeit des Brückenzweigs. Deshalb wird ein minimaler Kommutierungsstrom über eine gewisse Zeit, genauer gesagt, eine minimale Kommutierungsladung ( ) benötigt. Diese minimale Kommutierungsladung hängt vom Wert der nichtlinearen parasitären Ausgangskapazitäten C11und C12der Halbleiterschalter ab und muss im Brückenzweigstrom (Fig. 7B ) während des Kommutierungsintervalles geliefert werden um den resonanten Übergang während der Totzeit des Brückenzweiges abzuschliessen. The active switching devices of the DAB converter can be realized by a variety of conventionally used switching elements with gate-controlled switch-off capability. An example of a generally used circuit component for voltages up to 600 V is a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET, metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) (FIG. 7A). As a result, a switching element can be represented by a power transistor, a diode and a non-linear parasitic capacitor. Soft-switching operation of a bridge arm (FIG. 7B) takes place when a change in the drain-to-source voltage (vDS) of the transistor is initiated by turning off the corresponding switch, for example the switch where the current from the transistor to the opposite diode of the bridge arm ("bridge leg", Fig. 7B) commutates. Quasi loss-free switching off of the transistor is achieved when the conductive channel between the drain and source connections of the transistor opens before the parasitic capacitors are charged or discharged and before the voltage between the drain and source connections of the transistor increases Level has risen (Zero Voltage Switching, ZVS). After the conductive channel is completely open, the parasitic capacitances are charged or discharged further by the current flowing into the bridge branch. As soon as this brief resonant transition (quasi-resonance ZVS) is completed, the opposite transistor under ZVS can be switched on (the anti-parallel diode conducts, is switched on with ZVS). In order to achieve the switching on of the transistor under zero voltage, it is important that the transition duration of the resonant transition is shorter / shorter than the dead time of the bridge branch. Therefore, a minimal commutation current is required over a certain period of time, more precisely, a minimal commutation charge (). This minimum commutation charge depends on the value of the non-linear parasitic output capacitances C11 and C12 of the semiconductor switches and must be supplied in the bridge branch current (Fig. 7B) during the commutation interval in order to complete the resonant transition during the dead time of the bridge branch.

[0006] Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten DAB-Wandler zu schaffen. Diese Aufgabe löst ein DAB-Wandler mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs. It is an object of the invention to provide an improved DAB converter. A DAB converter with the features of the first claim solves this problem.

[0007] Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für die Bestimmung eines Verfahrens zum Betreiben von aktiven Brücken eines DAB-Wandlers zu schaffen und insbesondere ein Verfahren zum Betrieb einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung zur Bestimmung eines Steuerverfahrens zum Ansteuerung eines solchen Brückenumrichters. Another object of the invention is to provide a method for determining a method for operating active bridges of a DAB converter and, in particular, a method for operating an electronic data processing device for determining a control method for driving such a bridge converter.

[0008] Ein solcher dualer aktiver Brückenumrichter weist also eine erste Brückenschaltung zur Wandlung einer ersten Gleichspannung in eine erste Wechselspannung und eine zweite Brückenschaltung zur Wandlung einer zweiten Gleichspannung in eine zweite Wechselspannung und einen Wechselspannungszwischenkreis mit einem Transformator, wobei die erste Wechselspannung einer ersten Seite des Wechselspannungszwischenkreises anliegt und die zweite Wechselspannung einer zweiten Seite des Wechselspannungszwischenkreises anliegt, und wobei sowohl die erste Brückenschaltung als auch die zweite Brückenschaltung gesteuerte Schaltelemente aufweisen. Dabei ist mindestens eine der beiden Brückenschaltungen eine mehrstufige Brückenschaltung, mit welcher die entsprechende Wechselspannung aus aufeinander folgenden Abschnitten mit jeweils gleich bleibender Spannung erzeugbar ist (typischerweise als unterschiedliche Anteile der entsprechenden Gleichspannung) und dabei mindestens fünf unterschiedlich hohe Gleichspannungen an die entsprechende Seite des Wechselspannungszwischenkreises anlegbar sind. Such a dual active bridge converter thus has a first bridge circuit for converting a first DC voltage into a first AC voltage and a second bridge circuit for converting a second DC voltage into a second AC voltage and an AC voltage intermediate circuit with a transformer, the first AC voltage being a first side of the AC voltage intermediate circuit is applied and the second AC voltage is applied to a second side of the AC voltage intermediate circuit, and wherein both the first bridge circuit and the second bridge circuit have controlled switching elements. At least one of the two bridge circuits is a multi-stage bridge circuit with which the corresponding AC voltage can be generated from successive sections with constant voltage (typically as different components of the corresponding DC voltage) and at least five different DC voltages can be applied to the corresponding side of the AC voltage intermediate circuit are.

[0009] Gemäss einer Ausführungsform sind mit der mehrstufigen Brückenschaltung (respektive den mehrstufigen Brückenschaltungen) jeweils ausgehend von einer Gleichspannung die volle positive und die volle negative Gleichspannung, die halbe positive und die halbe negative Gleichspannung, sowie die Spannung Null an die entsprechende Seite des Wechselspannungszwischenkreises anlegbar. According to one embodiment, with the multi-stage bridge circuit (or the multi-stage bridge circuits), starting from a direct voltage, the full positive and full negative direct voltage, half the positive and half negative direct voltage, and the zero voltage to the corresponding side of the alternating voltage intermediate circuit applicable.

[0010] Ein Unterschied zur herkömmlichen Realisierung von DAB-Wandlern liegt somit in den unterschiedlichen Amplituden und Formen der Quasirechteckspannungen and welche von jeder aktiven Brücke erzeugt und an die Anschlüsse des Wechselspannungszwischenkreises angelegt werden können. Durch die Verwendung einer Halbbrückenkonfiguration kann eine aktive Brücke eine zweistufige ( Volt, Volt) Anschlussspannung erzeugen, mit einem Tastverhältnis (respektive. Einschaltdauer oder «duty-cycle») von 50% und mit einer Amplitude gleich der halben Gleichspannung über der entsprechenden Brücke. Durch die Verwendung einer Vollbrückenkonfiguration kann eine aktive Brücke eine dreistufige ( Volt, Null, Volt) Anschlussspannung erzeugen, mit einem Tastverhältnis ≤ 50% und einer Amplitude gleich der Gleichspannung über der entsprechenden Brücke. Insgesamt können also mehrstufige Quasirechteckspannungen erzeugt werden. Daraus folgt, dass die zur Verfügung stehenden Freiheitgrade zur Spannungsmodulation welche über die äquivalente serielle Induktivität wirken, und demzufolge die zur Verfügung stehenden Freiheitgrade zur Wellenformung des resultierenden Zwischenkreisstroms mit der Anzahl der verwendeten Vollbrücken im DAB-Wandler ansteigt. Darüber hinaus verringert sich im Allgemeinen der Zwischenkreisstrom mit der Anzahl der Vollbrücken, da die von der Vollbrücke erzeugte Anschlussspannungsamplitude doppelt so gross ist wie die erzeugte Amplitude durch eine Halbbrücke, und zur Erreichung der gleichen Leistungsübertragung somit der Strom halbiert werden kann. Fig. 6A–6C zeigen einige Beispiele für typische Spannungs- und Stromwellenformen für drei der oben erwähnten Realisierungen für DAB-Wandler gemäss dem Stand der Technik. Tabelle 1 (A–C) gibt einen Überblick über die Freiheitsgrade für die Modulation dieser Wellenformen (die Modulationsparameter können unabhängig voneinander definiert werden). Es ist festzuhalten, dass abhängig von der zeitlichen Abfolge der fallenden und steigenden Spannungsflanken and ebenfalls unterschiedlich geformte Zwischenkreisströme ermöglicht werden, diese werden auch als «switching modes» oder Schaltmodi des DAB-Wandlers bezeichnet. Die mögliche Anzahl an unterschiedlichen switching modes für einen DAB-Wandler steigt mit den vorhandenen Freiheitsgraden zur Modulation der Spannungs- und Stromwellenformen, und daher mit der Anzahl an verwendeten Vollbrücken im DAB-Wandler. In allen Realisierungen des Stands der Technik, wie in Fig. 1 – 4 gezeigt, ist ein bidirektionaler Leistungsfluss möglich und sind Ein- und Ausgangsseite galvanisch voneinander getrennt. A difference to the conventional implementation of DAB converters is thus in the different amplitudes and shapes of the quasi-rectangular voltages and which can be generated by each active bridge and applied to the connections of the AC voltage intermediate circuit. By using a half-bridge configuration, an active bridge can generate a two-stage (volts, volts) connection voltage with a duty cycle (or duty cycle) of 50% and an amplitude equal to half the DC voltage across the corresponding bridge. By using a full bridge configuration, an active bridge can generate a three-stage (volt, zero, volt) connection voltage, with a duty cycle of ≤ 50% and an amplitude equal to the DC voltage across the corresponding bridge. Overall, multi-level quasi-rectangular stresses can be generated. From this it follows that the available degrees of freedom for voltage modulation, which act via the equivalent serial inductance, and consequently the available degrees of freedom for wave shaping of the resulting intermediate circuit current increases with the number of full bridges used in the DAB converter. In addition, the intermediate circuit current generally decreases with the number of full bridges, since the connection voltage amplitude generated by the full bridge is twice as large as the amplitude generated by a half bridge, and the current can thus be halved to achieve the same power transmission. 6A-6C show some examples of typical voltage and current waveforms for three of the above-mentioned implementations for DAB converters according to the prior art. Table 1 (A – C) gives an overview of the degrees of freedom for modulating these waveforms (the modulation parameters can be defined independently of one another). It should be noted that depending on the chronological sequence of the falling and rising voltage edges and likewise differently shaped intermediate circuit currents are made possible, these are also referred to as "switching modes" of the DAB converter. The possible number of different switching modes for a DAB converter increases with the existing degrees of freedom for modulating the voltage and current waveforms, and therefore with the number of full bridges used in the DAB converter. In all implementations of the prior art, as shown in FIGS. 1-4, a bidirectional power flow is possible and the input and output sides are galvanically separated from one another.

[0011] Tabelle 1 Überblick über die Freiheitsgrade zur Modulation der Spannung und zur Wellenformung des Zwischenkreisstroms für die in Figur 6 gezeigten Beispiele Table 1 overview of the degrees of freedom for modulating the voltage and for wave shaping of the intermediate circuit current for the examples shown in FIG

[0012] [0012]

[0013] Insbesondere wird an der Eingangs- und/oder Ausgangsseite des DAB-Wandlers ein Brückenschaltkreis verwendet, welcher eine Quasirechteckspannung mit zweifach modulierten Einschaltzyklus (spannungsniveaumoduliert; z.B. eine Spannung mit fünf verschiedenen Spannungsniveaus) erzeugt (z.B. in Fig. 6D ). Im Vergleich zur herkömmlichen Realisierung des DAB-Wandlers ergeben sich eine grössere Flexibilität und mehr Freiheitsgrade für die Modulation der Spannung welche über die äquivalenten seriellen Induktivitäten entstehen, und daher auch für die Wellenformung des entstehenden Zwischenkreisstroms sowie für das Erreichen der erhofften Regel- oder Steuerziele (z.B. minimale RMS-Werte des Wechselspannungszwischenkreisstroms und soft-switching-Betrieb). Durch die Verwendung eines fünfstufigen Brückenschaltkreises, wie in Fig. 8 gezeigt, wird es möglich – eine dreistufige Spannung Volt, 0 Volt, Volt), am Zwischenkreis zu erzeugen, mit einem Tastverhältnis ≤ 50% und einer Amplitude entsprechend der halben Brückenspannung, – eine dreistufige Spannung ( Volt, 0 Volt, Volt), am Zwischenkreis zu erzeugen, mit einem Tastverhältnis ≤ 50% und einer Amplitude gleich der Brückenspannung, – oder eine beliebige Kombination dieser Spannungen. In particular, a bridge circuit is used on the input and / or output side of the DAB converter, which generates a quasi-square voltage with a double-modulated switch-on cycle (voltage level modulated; e.g. a voltage with five different voltage levels) (e.g. in Fig. 6D). Compared to the conventional implementation of the DAB converter, there is greater flexibility and more degrees of freedom for the modulation of the voltage that is created via the equivalent serial inductances, and therefore also for the waveforming of the intermediate circuit current and for achieving the hoped-for regulation or control goals ( e.g. minimum RMS values of the AC voltage intermediate circuit current and soft-switching operation). By using a five-stage bridge circuit as shown in Figure 8, it becomes possible - a three-stage voltage (volt, 0 volt, volt) to be generated at the intermediate circuit, with a pulse duty factor ≤ 50% and an amplitude corresponding to half the bridge voltage, - a three-stage voltage (volt, 0 volt, volt) to be generated at the intermediate circuit, with a duty cycle ≤ 50% and an amplitude equal to the bridge voltage, - or any combination of these voltages.

[0014] Dadurch wird es möglich, an den entsprechenden Zwischenkreisanschlüssen des DAB-Wandlers eine fünfstufige ( Volt, Volt, 0 Volt, Volt, Volt), bezüglich der Einschaltdauer zweifach modulierte Spannung bereitzustellen. This makes it possible to provide a five-step voltage (volt, volt, 0 volt, volt, volt), twice modulated with respect to the duty cycle, at the corresponding intermediate circuit connections of the DAB converter.

[0015] Bei der Verwendung von fünfstufigen Brückenschaltkreisen auf der Eingang- sowie der Ausgangsseite des Wandlers beträgt der Gesamtfreiheitsgrad zur Spannungsmodulierung welche über der äquivalenten seriellen Induktivität erscheint, und damit zur Wellenformung des entstehenden Wechselspannungszwischenkreisstroms sieben, wohingegen bei der Verwendung von zwei Vollbrücken der Freiheitsgrad drei beträgt. Daher steigt die Flexibilität für das Erreichen der angestrebten Steuerziele (z.B. minimale RMS-Werte des Wechselspannungszwischenkreisstroms ohne Überschreitung der soft-switching-Grenzen) beachtlich und erlaubt einen effizienterer Betrieb des Wandlers, insbesondere falls ein grosser Betriebsspannungsbereich des Wandlers mit soft-switching erforderlich ist (z.B. ein Gleichspannungseingang im Bereich von 0 V bis 400 V). Beispielsweise lassen sich die Spannungen am Eingang und/oder Ausgang in einem Bereich von theoretisch 0% bis 100% der jeweiligen Maximalspannung variieren, praktisch in einem Bereich von beispielsweise 5% oder 10% bis 100%. Da der fünfstufige Brückenschaltkreis jede Kombination der dreistufigen und zweistufigen Anschlussspannungen bereitstellen kann, wird diese Art von Brückenschaltung im Folgenden auch als Zweistufig-Dreistufig (two-level – three-level; 2L3L) hybride aktive Brücke bezeichnet, oder als hybride aktive Brücke mit gemischten Niveaus. Ein DAB-Wandler, der diese hybride Brücke an der Eingangs- und/oder Ausgangsseite aufweist, wird im Folgenden als Hybrider Dualer Aktiver Brückenwandler (»Hybrid Dual Active Bridge Converter», HDAB-Wandler) bezeichnet. When using five-stage bridge circuits on the input and the output side of the converter, the total degree of freedom for voltage modulation which appears above the equivalent serial inductance, and thus for waveforming of the resulting AC intermediate circuit current is seven, whereas when using two full bridges the degree of freedom is three amounts. Therefore, the flexibility for achieving the desired control goals (e.g. minimum RMS values of the AC voltage intermediate circuit current without exceeding the soft-switching limits) increases considerably and allows more efficient operation of the converter, especially if a large operating voltage range of the converter with soft-switching is required ( e.g. a DC voltage input in the range from 0 V to 400 V). For example, the voltages at the input and / or output can be varied in a range from theoretically 0% to 100% of the respective maximum voltage, practically in a range from, for example, 5% or 10% to 100%. Since the five-stage bridge circuit can provide any combination of the three-stage and two-stage connection voltages, this type of bridge circuit is also referred to below as a two-level - three-level; 2L3L hybrid active bridge, or as a hybrid active bridge with mixed levels . A DAB converter that has this hybrid bridge on the input and / or output side is referred to below as a hybrid dual active bridge converter (“Hybrid Dual Active Bridge Converter”, HDAB converter).

[0016] Gemäss einer Ausführungsform weisen die mehrstufige Brückenschaltung respektive die mehrstufigen Brückenschaltungen jeweils einen ersten Brückenzweig zum wahlweisen Verbinden eines ersten Anschlusses (Q) des Wechselspannungszwischenkreises mit einem positiven oder einem negativen Gleichspannungsanschluss auf, einen zweiten Brückenzweig zum wahlweisen Verbinden eines zweiten Anschlusses (P) des Wechselspannungszwischenkreises mit dem positiven oder dem negativen Gleichspannungsanschluss, und mindestens einen weiteren Pfad zur ein- und ausschaltbaren Verbindung eines der Anschlüsse des Wechselspannungszwischenkreises mit einem Anschluss (Y) mit Spannung Null. According to one embodiment, the multi-stage bridge circuit or the multi-stage bridge circuits each have a first bridge branch for optionally connecting a first connection (Q) of the AC voltage intermediate circuit to a positive or a negative DC voltage connection, a second bridge branch for optionally connecting a second connection (P) of the AC voltage intermediate circuit with the positive or the negative DC voltage connection, and at least one further path for the connection, which can be switched on and off, of one of the connections of the AC voltage intermediate circuit with a connection (Y) with zero voltage.

[0017] Dieser Anschluss mit Spannung Null ist beispielsweise ein künstlicher Mittelpunkt zwischen dem entsprechenden positiven und negativen Gleichspannungsanschluss. Er kann mit einem kapazitiven Spannungsteiler erzeugt werden. Ein solcher weiterer Pfad kann als Teil eines Brückenzweiges betrachtet werden. This connection with zero voltage is, for example, an artificial midpoint between the corresponding positive and negative DC voltage connection. It can be generated with a capacitive voltage divider. Such a further path can be viewed as part of a bridge branch.

[0018] Gemäss einer Ausführungsform sind mindestens eine der beiden Brückenschaltungen, sowie eine Steuerung des Umrichters, für «Soft-Switching» zur Reduktion von Schaltverlusten ausgelegt. According to one embodiment, at least one of the two bridge circuits and a controller of the converter are designed for “soft switching” to reduce switching losses.

[0019] Gemäss einer Ausführungsform weist der Brückenumrichter eine Steuerung auf, welche dazu ausgelegt ist, für jede der an einer oder beiden Seiten des Wechselspannungszwischenkreises angelegten Spannungen sowohl einen Einschaltzeitpunkt als auch einen Ausschaltzeitpunkt zu variieren (als Ausschaltzeitpunkt kann der Zeitpunkt des Umschaltens auf eine andere Spannung verstanden werden). Damit kann an einer oder beiden Seiten des Wechselspannungszwischenkreises jeweils ein zweifach modulierter Einschaltzyklus realisiert werden, insbesondere mit einer Modulation von Spannungsniveaus, z.B. eine Spannung mit fünf verschiedenen Spannungsniveaus. According to one embodiment, the bridge converter has a controller which is designed to vary both a switch-on time and a switch-off time for each of the voltages applied to one or both sides of the AC voltage intermediate circuit (the switch-off time can be the time of switching to another Voltage can be understood). A double modulated switch-on cycle can thus be implemented on one or both sides of the AC voltage intermediate circuit, in particular with a modulation of voltage levels, e.g. a voltage with five different voltage levels.

[0020] Die erhöhte Flexibilität des HDAB-Wandlers, in Bezug auf die Spannungsmodulation welche über die äquivalente serielle Induktivität auftritt (und daher für die Wellenformung des resultierenden Wechselspannungszwischenkreisstroms zur Verfügung steht) und in Bezug auf die Erreichung der vorgegebenen Ziele der Ansteuerung, bietet im Vergleich zum traditionellen DAB-Wandler bei einer typischen Anwendung dieser Art von Wandlern keine Vorteile: Bislang werden DAB-Wandler typischerweise als isolierte DC-DC-Wandler mit einem relativ schmalen Eingangs- und Ausgangsspannungsbereich eingesetzt, wobei die Wandlung sehr effizient erfüllt werden kann, und mit dem HDAB-Wandler keine deutliche/erhebliche Verbesserung erreicht werden kann. Daher gab es für die Benutzer des DAB-Wandlers keinen unmittelbaren Bedarf einer aktiven Suche nach weiteren Schaltkreisverbesserungen. The increased flexibility of the HDAB converter, in terms of the voltage modulation which occurs via the equivalent serial inductance (and is therefore available for the waveform shaping of the resulting AC voltage intermediate circuit current) and in terms of achieving the specified goals of the control, offers im No advantages compared to traditional DAB converters in a typical application of this type of converter: So far, DAB converters have typically been used as isolated DC-DC converters with a relatively narrow input and output voltage range, whereby the conversion can be performed very efficiently, and no significant / significant improvement can be achieved with the HDAB converter. Therefore, there was no immediate need for users of the DAB converter to actively seek further circuit improvements.

[0021] Durch die Einführung des HDAB-Wandlers ist nun eine Erweiterung des Anwendungsbereiches möglich. Insbesondere kann eine Wandlung, bei welcher sehr grosse Eingangs- und/oder Ausgangsspannungsbereiche benötigt werden, nun mit einer sehr hohen Effizienz und grosser Leistungsdichte durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein HDAB-Wandler in Serie mit einem synchronen Gleichrichter verwendet werden, wobei nur eine kleine hochfrequenzfilternde Kapazität dazwischen geschaltet ist. Dadurch wird ein einstufiger, isolierter, bidirektionaler Wechselspannungs-Gleichspannungswandler mit Leistungsfaktor eins realisiert, der eine hohe Leistungsdichte und einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Einstufige «solid State Transformatoren» können in ähnlicher Weise realisiert werden. With the introduction of the HDAB converter, an expansion of the field of application is now possible. In particular, a conversion in which very large input and / or output voltage ranges are required can now be carried out with very high efficiency and high power density. For example, an HDAB converter can be used in series with a synchronous rectifier, with only a small high frequency filtering capacitance interposed. As a result, a single-stage, isolated, bidirectional AC / DC voltage converter with a power factor of one is implemented, which has a high power density and high efficiency. Single-stage “solid state transformers” can be implemented in a similar way.

[0022] In dem Verfahren zum Betrieb einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung zur Bestimmung eines Steuerverfahrens zum Ansteuerung eines HDAB Brückenumrichters werden durch die Datenverarbeitungseinrichtung die folgenden Schritte ausgeführt: – Erfassen von Parametern des Brückenumrichters; – Erfassen von Randbedingungen zum Betrieb des Brückenumrichters nach Massgabe eines Betriebsmodus des Brückenumrichters; – Erfassen einer Zielfunktion; und – Bestimmen eines optimalen Steuerverfahrens durch Optimieren der Zielfunktion unter Erfüllung der Randbedingungen und unter Variation von Modulationsparametern welche Schaltzeitpunkte definieren, an denen die beiden Brückenschaltungen zwischen den jeweils zur Verfügung stehenden Gleichspannungen umschalten. In the method for operating an electronic data processing device for determining a control method for controlling an HDAB bridge converter, the following steps are carried out by the data processing device: - Acquisition of parameters of the bridge converter; - Detection of boundary conditions for the operation of the bridge converter in accordance with an operating mode of the bridge converter; - Detecting an objective function; and - Determination of an optimal control method by optimizing the target function while fulfilling the boundary conditions and varying modulation parameters which define switching times at which the two bridge circuits switch between the respectively available DC voltages.

[0023] Das Optimieren der Zielfunktion kann ein Maximieren oder Minimieren beinhalten, je nach Definition der Zielfunktion. Optimizing the objective function can include maximizing or minimizing, depending on the definition of the objective function.

[0024] Ein Betriebsmodus spezifiziert dabei, mit welcher Sequenz von Schaltvorgängen, die zu erzeugende quasirechteckförmige respektive treppenförmige Wechselspannung mit der jeweiligen Brückenschaltung realisiert wird: je nach Topologie der Brückenschaltung kann dies auf unterschiedliche Weise geschehen. An operating mode specifies the sequence of switching operations with which the quasi-rectangular or stepped alternating voltage to be generated is implemented with the respective bridge circuit: this can be done in different ways depending on the topology of the bridge circuit.

[0025] In einer Variante des Verfahrens geschieht – ein Wiederholen der Schritte «Erfassen von Randbedingungen», «Erfassen einer Zielfunktion» und «Bestimmen eines optimalen Steuerverfahrens» für verschiedene Betriebsmodi, – ein Vergleich der optimierten Werte der Zielfunktion für die verschiedenen Betriebsmodi und – eine Auswahl desjenigen Betriebsmodus, welcher den besten Wert der Zielfunktion liefert, sowie des optimalen Steuerverfahrens für diesen Betriebsmodus. In a variant of the method happens - a repetition of the steps «determining boundary conditions», «determining an objective function» and «determining an optimal control method» for different operating modes, - a comparison of the optimized values of the objective function for the various operating modes and A selection of that operating mode which delivers the best value of the objective function, as well as the optimal control method for this operating mode.

[0026] Der beste Wert kann ein grösster oder kleinster Wert sein, je nachdem, ob das Ziel der Optimierung die Maximierung oder die Minimierung der Zielfunktion war. The best value can be a largest or smallest value, depending on whether the goal of the optimization was the maximization or the minimization of the objective function.

[0027] In einer Variante des Verfahrens weist der Schritt des Erfassens der Randbedingungen das Erfassen einer oder mehrerer der folgenden Randbedingungen auf: – Abhängigkeit von Ein- und Ausgangsströmen respektive Zwischenkreisströmen und/oder von Ein- und Ausgangsleistungen respektive in den Zwischenkreis fliessenden Leistungen von den Modulationsparametern; – Physikalische Grenzen der Modulationsparameter; – durch den Betriebsmodus bestimmte Grenzen der Modulationsparameter; und – aus Anforderungen von Soft-Switching stammende Randbedingungen an die Modulationsparameter. In a variant of the method, the step of detecting the boundary conditions includes recording one or more of the following boundary conditions: - Dependency of input and output currents or intermediate circuit currents and / or of input and output powers or powers flowing into the intermediate circuit on the modulation parameters; - Physical limits of the modulation parameters; - Limits of the modulation parameters determined by the operating mode; and - Boundary conditions for the modulation parameters resulting from the requirements of soft switching.

[0028] In einer Variante des Verfahrens weist der Schritt des Erfassens der Zielfunktion das Erfassen mindestens einer der folgenden Grössen als Anteil der Zielfunktion auf: – RMS- Wert eines Zwischenkreisstromes; und – Schaltverluste. In a variant of the method, the step of detecting the objective function includes detecting at least one of the following variables as a proportion of the objective function: - RMS value of an intermediate circuit current; and - switching losses.

[0029] Unter «Erfassen» kann verstanden werden, dass Gleichungen zur Berechnung einer Grösse in maschinenlesbarer Form eingelesen werden, und dadurch durch das computerimplementierte Optimierungsverfahren verarbeitbar sind. Ausgabegrösse des Optimierungsverfahrens sind die Modulationsparameter für die optimale Lösung, und/oder entsprechende Schaltzeitpunkte. "Detecting" can be understood to mean that equations for calculating a variable are read in in machine-readable form and can thus be processed by the computer-implemented optimization method. The output variables of the optimization process are the modulation parameters for the optimal solution and / or corresponding switching times.

[0030] In einer Variante des Verfahrens variiert der Schritt des Bestimmens des optimalen Steuerverfahrens für mindestens eine der beiden Brückenschaltungen mindestens die folgenden Modulationsparameter: – Phasenverschiebung eines ersten Zeitabschnittes, während dem die von der Brückenspannung an den Zwischenkreis angelegte Spannung gleich oder höher einer ersten Spannungsstufe ist, gegenüber dem periodischen Verlauf der Spannung der jeweils anderen Brückenschaltung; – Phasenverschiebung eines zweiten Zeitabschnittes, während dem die von der Brückenspannung an den Zwischenkreis angelegte Spannung gleich oder höher einer zweiten Spannungsstufe ist, gegenüber dem periodischen Verlauf der Spannung der jeweils anderen Brückenschaltung; – Dauer des ersten Zeitabschnittes; und – Dauer des zweiten Zeitabschnittes. In one variant of the method, the step of determining the optimal control method varies at least the following modulation parameters for at least one of the two bridge circuits: Phase shift of a first time segment, during which the voltage applied by the bridge voltage to the intermediate circuit is equal to or higher than a first voltage level, compared to the periodic profile of the voltage of the respective other bridge circuit; Phase shift of a second time segment, during which the voltage applied by the bridge voltage to the intermediate circuit is equal to or higher than a second voltage level, compared to the periodic profile of the voltage of the respective other bridge circuit; - duration of the first period; and - Duration of the second period.

[0031] Die Schaltzeitpunkte sind durch diese Parameter eindeutig bestimmt und umgekehrt. Die Optimierung dieser Parameter entspricht also auch einer Optimierung durch Variation der Schaltzeitpunkte. Gemäss einer Variante des Verfahrens wird auch die Schaltfrequenz bei der Optimierung variiert. The switching times are clearly determined by these parameters and vice versa. The optimization of these parameters therefore also corresponds to an optimization by varying the switching times. According to a variant of the method, the switching frequency is also varied during the optimization.

[0032] Das Datenverarbeitungssystem zur Bestimmung des Steuerverfahrens weist Speichermittel mit darin gespeicherten Computerprogrammcodemitteln auf, welche ein Computerprogramm beschreiben, und Datenverarbeitungsmittel zur Ausführung des Computerprogramms, wobei die Ausführung des Computerprogramms zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung führt. The data processing system for determining the control method has storage means with stored therein computer program code means which describe a computer program, and data processing means for executing the computer program, the execution of the computer program leading to the execution of the method according to the invention.

[0033] Das Computerprogramm zur Bestimmung des Steuerverfahrens ist in einen internen Speicher einer digitalen Datenverarbeitungseinheit ladbar und weist Computerprogrammcodemittel auf, welche, wenn sie in einer digitalen Datenverarbeitungseinheit ausgeführt werden, diese zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens bringen. In einer Ausführungsform der Erfindung weist ein Computerprogrammprodukt einen Datenträger, respektive ein computerlesbares Medium auf, auf welchem die Computerprogrammcodemittel gespeichert sind. The computer program for determining the control method can be loaded into an internal memory of a digital data processing unit and has computer program code means which, when executed in a digital data processing unit, cause it to execute the method according to the invention. In one embodiment of the invention, a computer program product has a data carrier or a computer-readable medium on which the computer program code means are stored.

[0034] Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch: Fig. 1 Halbbrücken-Halbbrücken-Realisierung eines DAB-Wandlers gemäss den Stand der Technik; Fig. 2 Halbbrücken-Vollbrücken-Realisierung eines DAB-Wandlers gemäss den Stand der Technik; Fig. 3 Vollbrücken-Halbbrücken-Realisierung eines DAB-Wandlers gemäss den Stand der Technik; Fig. 4 Vollbrücken-Vollbrücken-Realisierung eines DAB-Wandlers gemäss den Stand der Technik; Fig. 5 Vereinfachte Darstellung eines hochfrequenten Wechselspannungszwischenkreises durch eine äquivalente serielle Induktivität Leq. Die Schaltkreiselemente, die Spannungen und die Ströme beziehen sich auf die Eingangsseite; Fig. 6 Beispiele für typische Spannungs- und Stromwellenformen für A: eine, wie in Fig. 1 gezeigte, Halbbrücken-Halbbrücken-Realisierung eines DAB-Wandlers, B: eine, wie in Fig. 2 gezeigte, Halbbrücken-Vollbrücken-Realisierung eines DAB-Wandlers, C: eine, wie in Fig. 4 gezeigte, Vollbrücken-Vollbrücken-Realisierung eines DAB-Wandlers, und D: eine, wie in Fig. 9 gezeigte, Vollbrücken-hybride Brücke-Realisierung eines DAB-Wandlers; Fig. 7 Darstellung eines aktiven Schaltelements Sx (A). Beispiel eines Brückenzweiges (B). Fig. 8 Drei mögliche Realisierungen einer hybriden Brückenschaltung zur Verwendung in einem hybriden dualen aktiven Brückenwandler. Die hybride Brückenschaltung kann an der Eingangs- und/oder der Ausgangsseite angeordnet sein, hier ist beispielhaft eine Ausgangsseite gezeigt; Fig. 9 Beispiel für eine mögliche Realisierung eines HDAB-Wandlers mit einer Vollbrücke am Eingang und einer hybriden aktiven Brücke am Ausgang; Fig. 10 Alternative Realisierungen eines Brückenzweiges in einer hybriden aktiven Brücke zur Verwendung im HDAB-Wandler; Fig. 11 Überblick über das Verfahren zum Bestimmen eines Steuerverfahrens für beide aktive Brücken eines HDAB-Wandlers; Fig. 12 Resultierende Spannungs- und Stromverläufe zum Vergleich: Fig. 12A für einen Vollbrücken – Vollbrücken DAB-Wandler gemäss Fig. 4 , Fig. 12B für einen HDAB-Wandler gemäss Fig. 9 ; Fig. 13 Resultierende Spannungs- und Stromverläufe für einen HDAB-Wandler mit einer Vollbrücke am Eingang und einer hybriden aktiven Brücke gemäss Fig. 8A (oder auch 8C ) am Ausgang; und Fig. 14 Resultierende Spannungs- und Stromverläufe für einen HDAB-Wandler mit einer Vollbrücke am Eingang und einer hybriden aktiven Brücke gemäss Fig. 8C (oder auch 8A oder 8B ) am Ausgang.In the following, the subject matter of the invention is explained in more detail with reference to exemplary embodiments which are shown in the accompanying drawings. They each show schematically: FIG. 1 half-bridge-half-bridge implementation of a DAB converter according to the prior art; 2 half-bridge / full-bridge implementation of a DAB converter according to the prior art; 3 full bridge / half bridge implementation of a DAB converter according to the prior art; 4 full bridge / full bridge implementation of a DAB converter according to the prior art; Fig. 5 Simplified representation of a high-frequency AC voltage intermediate circuit through an equivalent serial inductance Leq. The circuit elements, the voltages and the currents relate to the input side; 6 examples of typical voltage and current waveforms for A: a half-bridge-half-bridge implementation of a DAB converter, as shown in FIG. 1, B: a half-bridge-full-bridge implementation of a DAB, as shown in FIG. 2 Converter, C: a full bridge / full bridge implementation of a DAB converter, as shown in FIG. 4, and D: a full bridge hybrid bridge implementation of a DAB converter, as shown in FIG. 9; 7 shows an illustration of an active switching element Sx (A). Example of a bridge branch (B). Fig. 8 Three possible realizations of a hybrid bridge circuit for use in a hybrid dual active bridge converter. The hybrid bridge circuit can be arranged on the input and / or the output side; an output side is shown here as an example; 9 shows an example of a possible implementation of an HDAB converter with a full bridge at the input and a hybrid active bridge at the output; 10 shows alternative implementations of a bridge branch in a hybrid active bridge for use in the HDAB converter; 11 shows an overview of the method for determining a control method for both active bridges of an HDAB converter; FIG. 12 Resulting voltage and current curves for comparison: FIG. 12A for a full bridge-full bridge DAB converter according to FIG. 4, FIG. 12B for an HDAB converter according to FIG. 9; 13 shows the resultant voltage and current curves for an HDAB converter with a full bridge at the input and a hybrid active bridge according to FIG. 8A (or also 8C) at the output; and FIG. 14 shows the resulting voltage and current profiles for an HDAB converter with a full bridge at the input and a hybrid active bridge according to FIG. 8C (or also 8A or 8B) at the output.

[0035] Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche oder analoge Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In einigen der Figuren ist sowohl eine Darstellung mit Ersatzschaltbildern der aktiven Schaltelemente als auch eine vereinfachte Darstellung mit Schaltern anstelle der aktiven Schaltelemente angegeben. In principle, identical or analogous parts are provided with the same reference symbols in the figures. In some of the figures, both a representation with equivalent circuit diagrams of the active switching elements and a simplified representation with switches instead of the active switching elements are given.

[0036] Fig. 8 zeigt drei mögliche Realisierungen eines hybriden Brückenschaltkreises zur Verwendung in einem HDAB-Wandler. Es sei angemerkt, dass die in diesem Beispiel gezeigten aktiven Schaltelemente Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors, MOSFETs) sind, diese können jedoch durch jegliche herkömmlich verwendeten Schaltelemente mit gategesteuerter Abschaltfähigkeit realisiert werden. Es sei ebenfalls erwähnt, dass die Brückenschaltkreise in diesem Beispiel willkürlich and der Ausgangsseite des HDAB-Wandlers angeordnet sind. Analog kann also auch der Brückenschaltkreis nur an der Eingangsseite und sowohl an der Eingangsseite wie an der Ausgangsseite des HDAB-Wandlers angeordnet sein. Gemäss Fig. 8A kann eine dreistufige ( Volt, 0 Volt, Volt) Anschlussspannung mit ≤ 50% Tastverhältnis und mit einer Amplitude entsprechend der Gleichspannung der Brücke bereitgestellt werden, indem die Schalter zum Erzeugen der Spannung Volt sowie die Schalter zum Erzeugen der Spannung Volts betrieben werden. Zum Erzeugen einer Spannung von Volt befinden sich die Schalter oder die Schalter im leitenden Zustand. Die Schalter und sind immer im nicht-leitenden Zustand. Eine dreistufige ( Volt, 0 Volt, Volt) Anschlussspannung mit ≤ 50% Tastverhältnis kann mit einer Amplitude entsprechenden der halben Gleichspannung der Brücke bereitgestellt werden, indem die Schalter zum Erzeugen der Spannung Volt sowie die Schalter zum Erzeugen der Spannung Volt betrieben werden. Die Schalter und sind im nicht-leitenden Zustand. Zum Erzeugen einer Spannung von Volt befinden sich die Schalter oder die Schalter im leitenden Zustand, wobei die anderen Schalter im nicht leitenden Zustand sind. Demzufolge kann jede Kombination der zweistufigen und dreistufigen Spannungen (beispielsweise eine fünfstufige, bezüglich des Tastverhältnisses zweifach modulierte Anschlussspannung ) an den Wechselspannungszwischenkreisanschlüssen des HDAB-Wandlers, durch Betreiben der entsprechenden Schalter, bereitgestellt werden. Die in den Fig. 8B und 8C gezeigten Brückenschaltkreise können in analoger Weise betrieben werden. Fig. 8 shows three possible realizations of a hybrid bridge circuit for use in an HDAB converter. It should be noted that the active switching elements shown in this example are metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs), but these can be implemented by any conventionally used switching elements with gate-controlled shutdown capability. It should also be mentioned that the bridge circuits in this example are arranged arbitrarily on the output side of the HDAB converter. Similarly, the bridge circuit can also be arranged only on the input side and both on the input side and on the output side of the HDAB converter. According to FIG. 8A, a three-stage (volt, 0 volt, volt) connection voltage with ≤ 50% duty cycle and with an amplitude corresponding to the DC voltage of the bridge can be provided by operating the switches for generating the voltage volts and the switches for generating the voltage volts will. To generate a voltage of volts, the switches or the switches are in the conductive state. The switches and are always in the non-conductive state. A three-stage (volt, 0 volt, volt) connection voltage with ≤ 50% duty cycle can be provided with an amplitude corresponding to half the DC voltage of the bridge by operating the switches for generating the voltage volts and the switches for generating the voltage volts. The switches and are in the non-conductive state. To generate a voltage of volts, the switches or switches are in the conductive state, the other switches in the non-conductive state. As a result, any combination of the two-stage and three-stage voltages (for example a five-stage connection voltage modulated twice with regard to the duty cycle) can be provided at the AC voltage intermediate circuit connections of the HDAB converter by operating the corresponding switches. The bridge circuits shown in FIGS. 8B and 8C can be operated in an analogous manner.

[0037] Fig. 9 zeigt eine erste Umsetzung des HDAB-Wandlers, wobei eine Vollbrücke an der Eingangsseite des Wandlers und eine hybride aktive Brücke auf der Ausgangsseite des Wandlers angeordnet ist. Fig. 6D zeigt ein Beispiel typischer Spannungs- und Stromwellenformen für eine solche Umsetzung des HDAB-Wandlers. Die Freiheitsgrade für die Modulierung dieser Spannungs-und Stromwellenformen sind in Tabelle 1 angegeben. Es sei angemerkt, dass in Abhängigkeit der zeitlichen Abfolge der fallenden und steigenden Spannungsflanken and ebenfalls unterschiedlich geformte Wechselspannungszwischenkreisströme möglich sind, diese werden auch als Schaltmodi (»switching modes») des HDAB-Wandlers bezeichnet. Es ist festzustellen, dass die Freiheitgrade von drei auf fünf zunehmen, wenn die Ausgangsgansbrücke des Vollbrücken-Vollbrücken DAB-Wandlers (Fig. 4 ) durch eine hybride aktive Brücke ersetzt wird. Die Freiheitsgrade stehen zur Modulation der Spannung welche über die äquivalente serielle Induktivität wirkt, und daher zur Wellenformung des entsprechenden Wechselspannungszwischenkreisstroms zur Verfügung. Die zur Verfügung stehenden Freiheitsgrade nehmen auf sieben zu, falls die beiden Brücken des Vollbrücken- Vollbrücken DAB-Wandlers (Fig. 4 ) jeweils durch eine hybride aktive Brücke ersetzt werden. Tabelle 2 gibt einen Überblick über die Schaltelemente, welche im Laufe der verschiedenen Zeitintervalle in einer halben Schaltperiode aktiviert werden, um die in Fig. 6D (HDAB-Wandler mit einer Vollbrücke auf der Eingangsseite und einer aktiven Mischbrücke auf der Ausgangsseite, wie in Fig. 9 dargestellt) gezeigten Wellenformen zu erzeugen. Es sei daran erinnert, dass die in Fig. 6D gezeigten Wellenformen nur einen einzigen Betriebsmodus des HDAB-Wandlerbetriebs repräsentieren, welcher Fig. 9 entspricht. 9 shows a first implementation of the HDAB converter, with a full bridge being arranged on the input side of the converter and a hybrid active bridge being arranged on the output side of the converter. Figure 6D shows an example of typical voltage and current waveforms for such an implementation of the HDAB converter. The degrees of freedom for modulating these voltage and current waveforms are given in Table 1. It should be noted that depending on the chronological sequence of the falling and rising voltage edges and also differently shaped alternating voltage intermediate circuit currents are possible; these are also referred to as switching modes of the HDAB converter. It can be seen that the degrees of freedom increase from three to five if the output goose bridge of the full bridge-full bridge DAB converter (FIG. 4) is replaced by a hybrid active bridge. The degrees of freedom are available for modulating the voltage which acts via the equivalent series inductance and therefore for wave shaping of the corresponding AC voltage intermediate circuit current. The available degrees of freedom increase to seven if the two bridges of the full bridge-full bridge DAB converter (Fig. 4) are each replaced by a hybrid active bridge. Table 2 gives an overview of the switching elements which are activated in the course of the various time intervals in half a switching period in order to achieve the values shown in Fig. 6D (HDAB converter with a full bridge on the input side and an active mixing bridge on the output side, as in Fig. 9) to generate waveforms shown. Recall that the waveforms shown in FIG. 6D represent only a single mode of operation of the HDAB converter operation, which corresponds to FIG. 9.

[0038] Tabelle 2 zeigt Zeitintervalle einer halben Schaltperiode und die Schaltelemente, welche während den entsprechenden Zeitintervallen zur Wellenformung wie in Fig. 6D (HDAB-Wandler mit einer Vollbrücke auf der Eingangsseite und einer aktiven Mischbrücke auf der Ausgangsseite, wie in Fig. 9 dargestellt) aktiv sind. Table 2 shows time intervals of half a switching period and the switching elements which during the corresponding time intervals for waveform shaping as in FIG. 6D (HDAB converter with a full bridge on the input side and an active mixing bridge on the output side, as shown in FIG ) are active.

[0039] [0039]

Bemerkungen: Remarks:

[0040] 1. Die Schalter und (Fig. 8A – 8C ) müssen nur für die halbe Gleichspannung ausgelegt sein und werden im weiteren auch als Tiefspannungs- oder Niederspannungsschaltelemente bezeichnet. Dadurch wird es möglich, Schaltelemente mit besseren Schalteigenschaften und einen niedrigen Widerstand im eingeschalteten Zustand zu verwenden. Die Schaltelemente und müssen im Gegensatz dazu der gesamten Gleichspannung standhalten und werden daher auch als Hochspannungsschaltelemente bezeichnet. 2. Aus Tabelle 2 ist zu erkennen, dass die Einschaltelemente, welche während eines jeden Zeitintervalls aktiv sind, immer eine Kombination aus zwei Hochspannungsschaltelementen oder aus einem Hochspannungsschaltelement und zwei Niederspannungsschaltelementen sind. Beide Kombinationen weisen die im Wesentlichen gleiche Performance auf. 3. Alternativ kann der Brückenzweig von Fig. 10A durch den Brückenzweig von Fig. 10B ersetzt werden. In diesem Fall müssen die Schalter und nur für den halben Gleichspannungsstrom ausgelegt sein, wodurch Niederspannungsschaltelemente verwendet werden können. Wenn jeder Brückenzweig der hybriden aktiven Brücke auf diese Weise ersetzt wird, kann die Gleichspannung der Brücke doppelt so gross sein wie die Spannung, für welche die in der Brücke verwendeten Schaltelemente ausgelegt sind. Dies macht den HDAB-Wandler geeignet für Mittel- oder Hochspannungsanwendungen (heutzutage ist es schwierig einen einzelnen Leistungshalbleiterschalter direkt mit einem Mittelspannungsnetz zu verbinden.) Darüber hinaus erhöht dieses Merkmal den Leistungsfluss der Brücke für ein gegebenes Leistungshalbleiterelement signifikant. Die Dioden müssen ebenfalls für die halbe Gleichspannung ausgelegt sein und können beispielsweise als Hochleistungs-Siliconkarbid-Dioden realisiert werden. 4. In einer weiteren Alternative kann der Brückenzweig aus Fig. 10A durch einen der in Fig. 10C gezeigten Brückenzweige (bekannt aus dem Vienna-Gleichrichter) ersetzt werden. Dies ist zulässig, wenn ein Leistungsfluss nur in einer Richtung benötigt wird. 1. The switches and (FIGS. 8A-8C) only have to be designed for half the DC voltage and are also referred to below as low-voltage or low-voltage switching elements. This makes it possible to use switching elements with better switching properties and a low resistance when switched on. In contrast, the switching elements and must withstand the entire DC voltage and are therefore also referred to as high-voltage switching elements. 2. From Table 2 it can be seen that the switch-on elements which are active during each time interval are always a combination of two high-voltage switching elements or of one high-voltage switching element and two low-voltage switching elements. Both combinations have essentially the same performance. 3. Alternatively, the bridge arm of FIG. 10A can be replaced by the bridge arm of FIG. 10B. In this case, the switches and only have to be designed for half the DC current, which means that low-voltage switching elements can be used. If each branch of the hybrid active bridge is replaced in this way, the DC voltage of the bridge can be twice as great as the voltage for which the switching elements used in the bridge are designed. This makes the HDAB converter suitable for medium or high voltage applications (nowadays it is difficult to connect a single power semiconductor switch directly to a medium voltage network.) In addition, this feature significantly increases the power flow of the bridge for a given power semiconductor element. The diodes must also be designed for half the DC voltage and can, for example, be implemented as high-performance silicon carbide diodes. 4. In a further alternative, the bridge branch from FIG. 10A can be replaced by one of the bridge branches shown in FIG. 10C (known from the Vienna rectifier). This is permissible if power flow is only required in one direction.

Verfahren für die Bestimmung eines Steuerverfahrens zum Betrieb beider aktiven Brücken des HDAB-WandlersMethod for determining a control method for operating both active bridges of the HDAB converter

[0041] Die Vorrichtung weist also mindestens einen hybriden aktiven Brückenschaltkreis an der Eingang-und/oder Ausgangsseite des DAB-Wandlers auf, wodurch ein HDAB-Wandler (Hybrid Dual Active Bridge-Wandler) verwirklicht wird. Anschliessend wird ein Verfahren für die Bestimmung eines Verfahrens zum Betrieb der beiden aktiven Brücken des HDAB-Wandlers beschrieben: The device thus has at least one hybrid active bridge circuit on the input and / or output side of the DAB converter, as a result of which an HDAB converter (Hybrid Dual Active Bridge converter) is realized. A method for determining a method for operating the two active bridges of the HDAB converter is then described:

[0042] Dieses Verfahren ist allgemein anwendbar, wobei die Allgemeinheit in ihrer Unabhängigkeit von der Realisierungsweise des HDAB-Wandlers begründet liegt. Mögliche Realisierungen des HDAB-Wandlers sind (nicht abschliessend) folgende Kombinationen: – Halbbrücke auf der Eingangsseite des Wandlers, hybride Brücke auf der Ausgangsseite – Vollbrücke auf der Eingangsseite des Wandlers, hybride Brücke auf der Ausgangsseite – hybride Brücke auf der Eingangsseite des Wandlers, hybride Brücke auf der Ausgangsseite – hybride Brücke auf der Eingangsseite des Wandlers, Halbbrücke auf der Ausgangsseite – hybride Brücke auf der Eingangsseite des Wandlers, Vollbrücke auf der Ausgangsseite – hybride Brücke auf der Eingangsseite des Wandlers, hybride Brücke auf der Ausgangsseite This method is generally applicable, the generality being based on its independence from the implementation of the HDAB converter. Possible implementations of the HDAB converter are (not exhaustive) the following combinations: - Half bridge on the input side of the converter, hybrid bridge on the output side - Full bridge on the input side of the converter, hybrid bridge on the output side - hybrid bridge on the input side of the converter, hybrid bridge on the output side - hybrid bridge on the input side of the converter, half bridge on the output side - hybrid bridge on the input side of the converter, full bridge on the output side - hybrid bridge on the input side of the converter, hybrid bridge on the output side

[0043] Entsprechend der zeitlichen Abfolge der fallenden und steigenden Spannungsflanken and welche an den Zwischenkreisanschlüssen der aktiven Brücke anliegen, kann man eine Vielzahl von verschiedenen Schaltungsbetriebsarten oder Betriebsmodi realisieren. Diese Betriebsarten oder Betriebsmodi sind bei jeder Realisierung des HDAB-Wandlers verschieden, wobei für jede mögliche Realisierung die Betriebsart bei negativem Leistungsfluss analog zur Betriebsart mit positivem Leistungsfluss ist. According to the time sequence of the falling and rising voltage edges and which are present at the intermediate circuit connections of the active bridge, a large number of different circuit operating modes or operating modes can be implemented. These operating modes or operating modes are different for each implementation of the HDAB converter, the operating mode with negative power flow being analogous to the operating mode with positive power flow for each possible implementation.

[0044] Das weiter unten erklärte Verfahren für die Bestimmung eines Verfahrens zum Betrieb beider aktiven Brücken des HDAB-Wandlers ermöglicht es, eine «effizienteste» Betriebsart und die Parameter für den «effizientesten» Betrieb zu ermitteln. Die «Effizienz» ist jeweils durch eine Kostenfunktion oder Zielfunktion beschrieben. The method explained below for determining a method for operating both active bridges of the HDAB converter makes it possible to determine a “most efficient” operating mode and the parameters for the “most efficient” operation. The “efficiency” is described in each case by a cost function or target function.

[0045] Diese Betriebsparameter werden im weiteren auch als Modulationsparameter bezeichnet. Es sind dies beispielsweise die Phasenverschiebungswinkel und die Tastverhältnisse der Quasirechteckspannungen, welche von den aktiven Brücken erzeugt werden und an den Zwischenkreisanschlüssen des HDAB-Wandlers bereitgestellt werden, und beispielsweise auch die Schaltfrequenz Die Modulationsparameter können im Wesentlichen, innerhalb von physikalisch sinnvollen Grenzen, frei gewählt werden. These operating parameters are also referred to below as modulation parameters. These are, for example, the phase shift angles and the pulse duty factors of the quasi-rectangular voltages that are generated by the active bridges and made available at the intermediate circuit connections of the HDAB converter, and for example also the switching frequency.The modulation parameters can essentially be freely selected within physically sensible limits .

[0046] Die schlussendliche Betriebsart und die Modulationsparameter resultieren aus einem Optimierungsalgorithmus und sind von den Systemspezifikationen (z.B. Eingangsspannung, Leistungsniveau, Umwandlungsverhältnis, äquivalente serielle Induktivität, Schaltfrequenz (falls fest vorgegeben),...), von einer Zielfunktion, welche frei definierbar ist (z.B. Minimierung des RMS-Wertes des Wechselspannungszwischenkreisstroms um die Leitungsverluste des Schaltkreises zu minimieren), und von Randbedingungen abhängig. Die Randbedingungen können in Funktionen unterteilt werden, welche die Beziehung zwischen den Modulationsparametern und den Leistungsniveaus des Wandlers (z.B. ) beschreiben, in Einschränkungen der Modulationsparameter aufgrund von physikalischen Randbedingungen des Systems (z.B. die Tastverhältnisse der Quasirechteckspannungen können nicht grösser als 50 % werden), in Randbedingungen der unterschiedlichen möglichen Betriebsarten, sowie in frei definierbare Funktionen (z.B. Randbedingungen für den soft-switching-Betrieb). Dabei sind die Zielfunktion und mindestens einige der Randbedingungen abhängig vom Betriebsmodus. Für jeden Betriebsmodus wird ein Optimierer angewendet, um ein Minimum oder ein Maximum der Zielfunktion zu finden, wobei die Randbedingungen für diesen Betriebsmodus erfüllt werden. Dies wird im Allgemeinen auch nichtlineare Optimierung unter Randbedingungen («constrained nonlinear optimization») oder nichtlineare Programmierung («nonlinear programming») genannt. Für die Bestimmung, welcher Betriebsmodus die Randbedingungen erfüllt und den «besten Wert» für die Zielfunktion liefert, wird eine Selektionsfunktion verwendet. Diese wählt aus den durch Optimierung gefundenen optimalen Betriebsmodi denjenigen Betriebsmodus mit dem besten Wert und liefert diesen Betriebsmodus und die entsprechenden Modulationsparameter Die allgemeine Vorgehensweise zum Finden eines Verfahrens zum Betrieb beider aktiven Brücken des HDAB-Wandlers ist auch in einem Überblicksdiagramm in Fig. 11 dargestellt. The final operating mode and the modulation parameters result from an optimization algorithm and are dependent on the system specifications (e.g. input voltage, power level, conversion ratio, equivalent serial inductance, switching frequency (if fixed), ...), from a target function which is freely definable (e.g. minimization of the RMS value of the AC voltage intermediate circuit current in order to minimize the line losses of the circuit), and dependent on boundary conditions. The boundary conditions can be divided into functions that describe the relationship between the modulation parameters and the power level of the converter (e.g.), in restrictions of the modulation parameters due to physical boundary conditions of the system (e.g. the duty cycle of the quasi-rectangular voltages cannot be greater than 50%), in Boundary conditions of the different possible operating modes, as well as freely definable functions (e.g. boundary conditions for soft-switching operation). The objective function and at least some of the boundary conditions are dependent on the operating mode. An optimizer is used for each operating mode in order to find a minimum or a maximum of the objective function, the boundary conditions for this operating mode being met. This is generally also called nonlinear optimization under boundary conditions (“constrained nonlinear optimization”) or nonlinear programming (“nonlinear programming”). A selection function is used to determine which operating mode fulfills the boundary conditions and delivers the “best value” for the objective function. This selects the operating mode with the best value from the optimal operating modes found by optimization and supplies this operating mode and the corresponding modulation parameters. The general procedure for finding a method for operating both active bridges of the HDAB converter is also shown in an overview diagram in FIG.

[0047] Eine detaillierte Beschreibung der einzelnen Schritte, welche für das Finden der endgültigen Modulationsparameter und des Betriebsmodus zum Betreiben des HDAB-Wandlers durchgeführt werden können, wird in den folgenden Abschnitten gegeben. Diese Vorgehensweise ist für jede Realisierung des HDAB-Wandlers gültig und anwendbar. A detailed description of the individual steps which can be carried out to find the final modulation parameters and the operating mode for operating the HDAB converter is given in the following sections. This procedure is valid and applicable for every implementation of the HDAB converter.

Schritt 1: Definition der SystemspezifikationenStep 1: Definition of the system specifications

[0048] – Eingangsspannung - input voltage

– Ausgangsspannung - output voltage

– Leistungsniveau (beispielsweise ) – Umwandlungsverhältnis des Transformators - level of performance (for example) - Transformation ratio of the transformer

– äquivalente serielle Induktivität - equivalent serial inductance

– Ausgangskapazität der Halbleiterschalter - Output capacitance of the semiconductor switch

– Schaltfrequenz – nur falls fest vorgegeben und nicht zur Optimierung verwendbar, optional: minimale Kommutierungsladung - Switching frequency - only if fixed and cannot be used for optimization, optional: minimum commutation charge

– … - ...

Schritt 2: Bestimmung der Randbedingungen für jede BetriebsartStep 2: Determination of the boundary conditions for each operating mode

[0049] a. Funktionen, welche die Beziehung zwischen den Modulationsparametern und den Leistungsniveaus des Wandlers beschreiben A. Functions that describe the relationship between the modulation parameters and the power levels of the converter

[0050] Zuerst werden die verschiedenen Betriebsarten und die entsprechenden Leistungsflussgleichungen für eine gegebene Realisierung (also Schaltungstopologie) des HDAB-Wandlers bestimmt. In Abhängigkeit der zeitlichen Abfolge der fallenden und steigenden Spannungsflanken und welche an den Zwischenkreisanschlüssen der aktiven Brücke anliegen, kann eine Vielzahl von verschiedenen Betriebsarten unterschieden werden. Fig. 6D zeigt ein solches Beispiel für eine einzelne Betriebsart für eine Vollbrücken-Hybridbrückenrealisierung des HDAB-Wandlers, dargestellt in Fig. 9 . Es ist ersichtlich, dass die aktive Eingangsbrücke (Vollbrücke) eine dreistufige ( Volt, 0 Volt, Volt), Anschlussspannung mit modulierbarem Tastverhältnis am Zwischenkreis des HDAB-Wandlers anlegen respektive bereitstellen kann. Die aktive Ausgangsbrücke (eine zweistufige (2-level/2L) – dreistufige (3-level/3L) hybride aktive Brücke (2L3L Brücke)) kann eine fünfstufige ( Volt, Volt, 0 Volt, Volt, Volt), und bezüglich des Tastverhältnisses zweifach modulierte Anschlussspannung am Zwischenkreis des HDAB-Wandlers bereitstellen. Für diese Realisierung des HDAB-Wandlers ergeben sich somit fünf Modulationsparameter: – : zweifache Phasenverschiebungsmodulation, entspricht auch einer Amplitudenmodulation – : Modulation des Tastverhältnisses von First, the various operating modes and the corresponding power flow equations for a given implementation (that is, circuit topology) of the HDAB converter are determined. Depending on the time sequence of the falling and rising voltage edges and which are present at the intermediate circuit connections of the active bridge, a number of different operating modes can be distinguished. FIG. 6D shows such an example of a single operating mode for a full bridge hybrid bridge implementation of the HDAB converter, shown in FIG. 9. It can be seen that the active input bridge (full bridge) can apply or provide a three-stage (volt, 0 volt, volt) connection voltage with a modulable pulse duty factor at the intermediate circuit of the HDAB converter. The active output bridge (a two-level (2-level / 2L) - three-level (3-level / 3L) hybrid active bridge (2L3L bridge)) can be a five-level (volts, volts, 0 volts, volts, volts), and regarding the duty cycle Provide double modulated connection voltage at the intermediate circuit of the HDAB converter. There are five modulation parameters for this implementation of the HDAB converter: -: double phase shift modulation, also corresponds to an amplitude modulation -: modulation of the duty cycle of

– und zweifache Modulation der Tastverhältnisse von - and double modulation of the duty cycle of

[0051] Der Zwischenkreisstrom (ein Wechselstrom) im Zwischenkreis wird durch die sich über die äquivalenten seriellen Induktivitäten ergebenden Spannungen und durch deren Induktivitätswert bestimmt. Daraus resultiert eine stückweise lineare Gleichung für den Zwischenkreisstrom welcher in jeder Betriebsart verschieden ist. Die Dynamik des Stroms durch die Induktivität kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden: The intermediate circuit current (an alternating current) in the intermediate circuit is determined by the voltages resulting from the equivalent series inductances and by their inductance value. This results in a piecewise linear equation for the intermediate circuit current which is different in each operating mode. The dynamics of the current through the inductance can be represented by the following equation:

[0052] Die Ausdrücke für verschiedenen Schaltvorgänge der Schaltelemente ergeben sich aus dem Lösen der Gleichungen für in jedem der Zeitintervalle, die durch die zeitliche Abfolge der fallenden und steigenden Spannungsflanken und welche an den Zwischenkreisanschlüssen der aktiven Brücke anliegen, definiert sind, und aus der Auswertung des resultierenden Gleichungssystems. Diese Ausdrücke unterscheiden sich je nach der Betriebsart. Die Ströme und können, durch eine Analyse der Leitungszustandes der Schalter auf der entsprechenden Eingangs- und Ausgangsseite der aktiven Brücke des HDAB-Wandlers, von abgeleitet werden. Durch eine Mittelung der stückweisen Funktionen für und über eine Schaltperiode ergeben sich die Funktionen für die entsprechenden Eingangs- und Ausgangsströme ( beziehungsweise ), welche für die Berechnung der Eingangs- und Ausgangsleistung ( beziehungsweise ) verwendet werden können. The expressions for different switching operations of the switching elements result from solving the equations for in each of the time intervals, which are defined by the time sequence of the falling and rising voltage edges and which are present at the intermediate circuit connections of the active bridge, and from the evaluation of the resulting system of equations. These expressions differ depending on the operating mode. The currents and can be derived from an analysis of the line status of the switches on the corresponding input and output side of the active bridge of the HDAB converter. By averaging the piece-wise functions for and over a switching period, the functions for the corresponding input and output currents (or) are obtained, which can be used to calculate the input and output power (or).

[0053] Diese Ausdrücke sind Funktionen der Modulationsparameter, sie sind typischerweise nicht linear und können zu einer nichtlinearen Gleichung als Basis für die Optimierung umgeformt werden. These expressions are functions of the modulation parameters, they are typically non-linear and can be transformed into a non-linear equation as a basis for the optimization.

[0054] b. Funktionen, welche die Einschränkungen der Modulationsparameter aufgrund von physikalischen Randbedingungen des Systems beschreiben B. Functions that describe the limitations of the modulation parameters due to the physical boundary conditions of the system

[0055] Diese Gleichungen respektive Funktionen stellen sicher, dass die erhaltenen Modulationsparameter innerhalb der physikalischen Randbedingungen des Systems liegen, z.B. können die Tastverhältnisse der Quasirechteckspannungen nicht grösser als 50% werden. Typischerweise wird eine Reihe von unteren und oberen Grenzen ( respektive ) für die Modulationsparameter (oder Designvariablen) in definiert, damit die Lösung der Optimierung immer im Bereich liegt, wobei und Vektoren sind. These equations or functions ensure that the modulation parameters obtained lie within the physical boundary conditions of the system, e.g. the pulse duty factors of the quasi-square voltages cannot be greater than 50%. Typically, a series of lower and upper limits (respectively) for the modulation parameters (or design variables) is defined in, so that the solution to the optimization is always in the range, where and are vectors.

[0056] Beispiel für eine Gleichung entsprechend einer physikalische Randbedingung: Example for an equation corresponding to a physical boundary condition:

[0057] c. Funktionen, welche die die Randbedingungen der unterschiedlichen möglichen Betriebsarten beschreiben C. Functions that describe the boundary conditions of the different possible operating modes

[0058] Der Optimierer für die Modulationsparameter für eine einzelne Betriebsart kann nur einen Satz an gültigen Modulationsparametern liefern, solange sichergestellt ist, dass diese Modulationsparameter nicht zu einer anderen Betriebsart führen. Typischerweise resultiert daraus ein Satz von linearen Ungleichungen: wobei und Vektoren sind und A eine Matrix ist. The optimizer for the modulation parameters for a single operating mode can only supply one set of valid modulation parameters, as long as it is ensured that these modulation parameters do not lead to a different operating mode. Typically this results in a set of linear inequalities: where and are vectors and A is a matrix.

[0059] d. Funktionen, welche frei definiert werden können (z.B. die Randbedingungen für den soft-switching-Betrieb) D. Functions that can be freely defined (e.g. the boundary conditions for soft-switching operation)

[0060] Die Eingangs- sowie die Ausgangsbrückenschaltkreise des HDAB-Wandlers können in einer soft-switching-Weise geschälten werden, wodurch eine Verringerung der Schaltverluste ermöglicht wird. Um das zu erreichen, werden Gleichungen benötigt, welche die Grenzen des soft-switching-Betriebs beschreiben. Das soft-switching eines Brückenzweiges (Fig. 7B ) tritt auf, wenn der Übergang der Drain-Source Spannung durch das Ausschalten des entsprechenden Schalters initiiert wird, beispielsweise kommutiert der Schalter den Strom vom Transistor zur gegenüberliegenden Diode des Brückenzweiges. Wie schon weiter oben beschrieben, wird eine minimale Kommutierungsladung benötigt um den resonanten Übergang innerhalb des Totzeitintervalls zu beenden, wobei ein «hartes» Einschalten, ein Durchschiessen (»shoot through») und eine Spannungsübergangsverzögerung vermieden werden. Durch die Auswertung dieser Randbedingungen, welche den Brückenzweigstrom betreffen, wobei die Ausdrücke für in den verschiedenen Schaltzeitpunkten der Schaltelements verwendet werden, können die Randbedingungen zum Realisieren des soft-switching-Betriebs hergeleitet werden. Wie bereits erwähnt, sind diese Funktionen für jede Betriebsart verschieden. Typischerweise resultiert daraus ein Satz von nichtlinearen Ungleichungen: , wobei und Vektoren sind und C eine Matrix ist. Es sei erwähnt, dass der Betrieb des HDAB-Wandlers vorteilhafterweise ein soft-switching-Betrieb ist, jedoch ist er nicht zwingend darauf beschränkt. Daher sind die Einschränkungsfunktionen des soft-switching willkürlich im Optimierungsalgorithmus. Nebst den Funktionen, welche die Soft-switching-Grenzen beschreiben, können auch beliebige andere Randbedingungen definiert werden. The input and output bridge circuits of the HDAB converter can be peeled in a soft-switching manner, which enables a reduction in the switching losses. To achieve this, equations are required that describe the limits of soft switching operation. The soft-switching of a bridge branch (FIG. 7B) occurs when the transition of the drain-source voltage is initiated by turning off the corresponding switch, for example the switch commutates the current from the transistor to the opposite diode of the bridge branch. As already described above, a minimal commutation charge is required to end the resonant transition within the dead time interval, avoiding a “hard” switch-on, a “shoot through” and a voltage transition delay. By evaluating these boundary conditions, which relate to the bridge arm current, the expressions for being used in the various switching times of the switching element, the boundary conditions for realizing the soft-switching operation can be derived. As already mentioned, these functions are different for each operating mode. Typically this results in a set of nonlinear inequalities:, where and are vectors and C is a matrix. It should be mentioned that the operation of the HDAB converter is advantageously a soft-switching operation, but it is not necessarily restricted to this. Therefore, the constraint functions of soft switching are arbitrary in the optimization algorithm. In addition to the functions that describe the soft-switching limits, any other boundary conditions can also be defined.

Schritt 3: Bestimmung der ZielfunktionStep 3: Determination of the objective function

[0061] Das Ziel beim Finden eines Verfahrens zum Betrieb beider aktiven Brücken des HDAB-Wandlers besteht in der Bestimmung der «effektivsten» Betriebsart und der «effektivsten» Betriebsparameter. Um den «effektivesten» Betrieb zu spezifizieren, kann eine Zielfunktion definiert werden. Dies kann grundsätzlich frei respektive willkürlich geschehen. The aim in finding a method for operating both active bridges of the HDAB converter is to determine the “most effective” operating mode and the “most effective” operating parameters. In order to specify the “most effective” operation, an objective function can be defined. In principle, this can be done freely or arbitrarily.

[0062] Eine typische Zielfunktion ist beispielsweise ein gewichteter RMS (»root mean Square») -Wert des Zwischenkreisstroms, welcher so klein wie möglich sein soll, um die Leitungsverluste des HDAB-Wandlers zu verringern. Die Wahl dieser Zielfunktion (»objective function») kann durch die Tatsache gerechtfertigt werden, dass im soft-switching-Betrieb in erster Linie diese Leitungsverluste zu den Gesamtverluste beitragen, und die Schaltungsverluste vergleichsweise gering sind. Zum Beispiel ist die Zielfunktion A typical objective function is, for example, a weighted RMS (root mean square) value of the intermediate circuit current, which should be as small as possible in order to reduce the conduction losses of the HDAB converter. The choice of this objective function can be justified by the fact that in soft-switching operation it is primarily these line losses that contribute to the total losses, and the switching losses are comparatively low. For example is the objective function

[0063] Es ist zu betonen, dass die Wahl der Zielfunktion grundsätzlich frei ist. Die verwendete Zielfunktion kann auch Schaltungsverluste oder andere schaltungsspezifische Grössen beinhalten. It should be emphasized that the choice of the objective function is fundamentally free. The target function used can also include circuit losses or other circuit-specific variables.

Schritt 4: Lösen des Optimierungsproblems für jede der BetriebsartenStep 4: Solve the optimization problem for each of the operating modes

[0064] Die gesuchten (effizientesten) Modulationsparameter jeweils für eine Betriebsart kann durch das Finden eines Minimums (oder Maximums) des Optimierungsproblems bestimmt werden. Das Optimierungsproblem kann beschrieben sein durch: The (most efficient) modulation parameters sought in each case for an operating mode can be determined by finding a minimum (or maximum) of the optimization problem. The optimization problem can be described by:

so dass: – so that: -

– -

[0065] Wenn eine Lösung gefunden werden kann, das heisst wenn sie den Randbedingungen gerecht wird, gibt der Modulationsparameteroptimierer die optimalen Modulationsparameter für diese Betriebsart und die entsprechenden Werte der Zielfunktion aus: – If a solution can be found, that is if it meets the boundary conditions, the modulation parameter optimizer outputs the optimal modulation parameters for this operating mode and the corresponding values of the objective function: -

– -

Schritt 5: Finden/Bestimmen der «effektivsten» Betriebsart Step 5: Finding / determining the «most effective» operating mode

[0066] Ein Selektor respektive eine Selektionsfunktion (mit anderen Worten: ein Auswahl verfahren) wird verwendet, um zu ermitteln welche Betriebsart den Einschränkungsfunktionen gerecht wird und den besten Wer» (ein Maximum oder Minium, je nach Problemstellung) für die Zielfunktion hat. Der Selektor gibt die endgültigen Modulationsparameter und die Betriebsart aus. A selector or a selection function (in other words: a selection procedure) is used to determine which operating mode meets the restriction functions and has the best who (a maximum or minimum, depending on the problem) for the objective function. The selector outputs the final modulation parameters and the operating mode.

Vergleich: BeispielComparison: example

[0067] Um die Vorteile der zusätzlichen Freiheitsgrade des HDAB-Wandlers aufzuzeigen, wird die in Fig. 9 gezeigte HDAB-Realisierung mit dem Vollbrücken-Vollbrücken-D AB-Wandler aus Fig. 4 gemäss dem Stand der Technik verglichen. Die Freiheitsgrade stehen für die Spannungsmodulation welche über die äquivalenten seriellen Induktivitäten anliegen, und daher für die Wellenformung des resultierenden Zwischenkreisstroms zur Verfügung steht. Das Verfahren für die Bestimmung eines Verfahrens zum Betrieb beider aktiven Brücken des HDAB-Wandlers, wie oben beschrieben, wird für das Bestimmen der effektivsten Betriebsart und der entsprechenden effektivsten Modulationsparameter verwendet. Jedes System wird optimiert, um die unten angegebene Zielfunktion («objective fimction») zu minimieren (das heisst, eine vereinfachte Darstellung der Hauptleitungsverluste im Schaltkreis), wobei ein soft-switching in jedem Schaltelement sichergestellt wird (es wird ein minimaler Kommutierungstrom von 2 Ampere in jedem Schalter angenommen). In order to show the advantages of the additional degrees of freedom of the HDAB converter, the HDAB implementation shown in FIG. 9 is compared with the full-bridge-full-bridge D AB converter from FIG. 4 according to the prior art. The degrees of freedom represent the voltage modulation which is applied via the equivalent series inductances and is therefore available for the waveform shaping of the resulting intermediate circuit current. The method for determining a method for operating both active bridges of the HDAB converter, as described above, is used for determining the most effective operating mode and the corresponding most effective modulation parameters. Each system is optimized in order to minimize the objective fimction given below (i.e. a simplified representation of the main line losses in the circuit), whereby soft-switching is ensured in each switching element (a minimum commutation current of 2 amperes is achieved accepted in each counter).

[0068] Für jeden Wandler werden die gleichen Betriebsbedingungen und Schaltkreiselemente vorausgesetzt, welche in Tabelle 3 aufgelistet sind. Die resultierenden Modulationsparameter, der RMS-Wert der der primären und der sekundären Seite zugeordneten Zwischenkreisströme ( beziehungsweise ) und die Spitzenwerte des Zwischenkreisstromes sind in Tabelle 4 für jeden Wandler angegeben. In Fig. 12 sind die resultierenden Spannungs- und Stromwellenformen für den Vollbrücken-Vollbrücken-D AB-Wandler (Fig. 12A ) und den HDAB-Wandler (Fig. 12B ) gezeigt. Es ist klar ersichtlich, dass der HDAB-Wandler den Vollbrücken-Vollbrücken-DAB-Wandler übertrifft, da die Zwischenkreis-RMS-Ströme niedriger sind. Die Werte für die Zielfunktion des HDAB-Wandlers sind um 34 % niedriger als die Werte des Vollbrücken-Vollbrücken-DAB-Wandlers, was wesentlich kleineren Leitungsverlusten entspricht. Des Weiteren ist der Spitzenstrom im Zwischenkreis des HDAB-Wandlers um 44% niedriger. Dies kann auch aus den in Fig. 12 gezeigten Stromwellenformen gefolgert werden. The same operating conditions and circuit elements, which are listed in Table 3, are assumed for each converter. The resulting modulation parameters, the RMS value of the intermediate circuit currents assigned to the primary and secondary side (or) and the peak values of the intermediate circuit current are given in Table 4 for each converter. Referring to Figure 12, the resulting voltage and current waveforms for the full bridge to full bridge D AB converter (Figure 12A) and the HDAB converter (Figure 12B) are shown. It can be clearly seen that the HDAB converter outperforms the full-bridge-full-bridge DAB converter because the intermediate circuit RMS currents are lower. The values for the target function of the HDAB converter are 34% lower than the values of the full-bridge-full-bridge DAB converter, which corresponds to significantly smaller conduction losses. In addition, the peak current in the intermediate circuit of the HDAB converter is 44% lower. This can also be inferred from the current waveforms shown in FIG.

[0069] Die nachfolgende Tabelle 3 zeigt Betriebsbedingungen und Schaltkreiselemente, welche im Vergleich des HDAB-Wandlers (Fig. 9 ) und des Vollbrücken-Vollbrücken-DAB-Wandlers gemäss dem Stand der Technik (Fig. 4 ) Verwendung finden Table 3 below shows operating conditions and circuit elements which are used in a comparison of the HDAB converter (FIG. 9) and the full-bridge-full-bridge DAB converter according to the prior art (FIG. 4)

[0070] Die nachfolgende Tabelle 4 zeigt resultierenden ModulationswinkeI, RMS-Werte der primären und der sekundären Seite zugeordneten Zwischenkreisströme ( beziehungsweise ) und Spitzenwerte des Zwischenkreisstromes The following Table 4 shows the resulting modulation angles, RMS values of the primary and the secondary side assigned intermediate circuit currents (or) and peak values of the intermediate circuit current

Bemerkungen Remarks

[0071] – Die Magnetisierungsinduktivität des Transformators kann zur Vergrösserung des Ausschaltstroms («turn-off current») der Schalter verwendet werden. Dadurch wird das soft-switching beschleunigt und/oder der soft-switching-Betriebsbereich des Wandlers vergrössert. – Zusätzliche Induktivitäten auf der primären und/oder sekundären Seite (jeweils zwischen den primären Zwischenkreisanschlüssen A, B, beziehungsweise zwischen den sekundären Zwischenkreisanschlüssen Q, P) können für die Vergrösserung des Ausschaltstroms der Schalter verwendet werden, wodurch das soft-switching beschleunigt wird und/oder der soft-switching-Betriebsbereich des Wandlers vergrössert wird. – Die mehrstufige hybride aktive Brücke, welche in einem HDAB-Wandler verwendet wird, bietet den Vorteil eines «Stapelns» der Schaltelemente in Reihe, womit eine höhere Gleichspannungsbusspannung erhalten wird als mit jeder anderen Realisierung eines konventionellen DAB-Wandlers. Daher ist der HDAB-Wandler insbesondere für Hochspannungs- und Hochleistungsanwendungen von Interesse. Darüber hinaus gestattet die bessere Steuerbarkeit (mit mehr Freiheitsgraden) einen effizienteren Betrieb, wenn ein grosser Eingangs- und/oder Ausgangsspannungsbereich benötigt wird (z.B. einstufiger Wechselspannungs-Gleichspannungs-, Gleichspannungs-Wechselspannungs- und Wechselspannungs-Wechselspannungs-Wandler («solid-state Transformator»). – Die Nachteile des HDAB-Wandlers sind: – erhöhte Komplexität der Steuerung – evtl. Probleme mit Ungleichgewicht der Brückenteilspannungen (an den Kapazitäten), dies erfordert eine Neutralpunktbalancierung – eine zu grosse/hohe Spannung könnte an den Schaltelementen anliegen – höhere Anzahl an Schaltern, Klemmdioden, Gatetreibern,... – Um die in Fig. 6D gezeigte Wellenform mit ZVS zu realisieren, kann eine wie in Fig. 8C gezeigte Brücke verwendet werden. Um die in Fig. 12B (ganzer Schritt in in einigen Flanken) gezeigte Wellenform mit ZVS zu realisieren, kann eine wie in Fig. 8A oder 8B gezeigte, Brücke verwendet werden. Zudem kann die in Fig. 12B gezeigte Wellenform auch durch eine Brücke realisiert werden, wie sie in Fig. 8C gezeigt ist. Sind solche wie in Fig. 12B gezeigten, ganzen -Schritte zu realisieren, müssen die Schalter für die volle Gleichspannung ausgelegt sein, auch wenn zwei NPC (»Neutral Point Clamped»)-Brückenzweige verwendet werden. Zum Beispiel: bei Kommutation von unteren zum oberen Schaltern, entsprechend Fig. 10B , wird die Spannung über zu weil man nicht gleichzeitig mit öffnen kann. Ausser, es wird erst geöffnet wird leitend danach sofortiges Öffnen von ergibt ein kleines Plateau mit The magnetizing inductance of the transformer can be used to increase the turn-off current of the switches. As a result, the soft-switching is accelerated and / or the soft-switching operating range of the converter is enlarged. - Additional inductances on the primary and / or secondary side (in each case between the primary intermediate circuit connections A, B, or between the secondary intermediate circuit connections Q, P) can be used to increase the switch-off current of the switches, which accelerates soft-switching and / or the soft-switching operating range of the converter is increased. - The multi-stage hybrid active bridge, which is used in an HDAB converter, offers the advantage of «stacking» the switching elements in series, with which a higher DC bus voltage is obtained than with any other implementation of a conventional DAB converter. Therefore, the HDAB converter is of particular interest for high voltage and high power applications. In addition, the better controllability (with more degrees of freedom) allows more efficient operation when a large input and / or output voltage range is required (e.g. single-stage AC-DC, DC-AC and AC-AC converters (solid-state transformer »). - The disadvantages of the HDAB converter are: - increased complexity of the control - Possible problems with imbalance of the bridge partial voltages (at the capacities), this requires a neutral point balance - Too high / too high a voltage could be applied to the switching elements - higher number of switches, clamping diodes, gate drivers, ... In order to realize the waveform shown in FIG. 6D with ZVS, a bridge as shown in FIG. 8C can be used. In order to realize the waveform shown in FIG. 12B (whole step in some edges) with ZVS, a bridge as shown in FIG. 8A or 8B can be used. In addition, the waveform shown in Fig. 12B can also be realized by a bridge as shown in Fig. 8C. If complete steps such as those shown in FIG. 12B are to be implemented, the switches must be designed for full DC voltage, even if two NPC (“Neutral Point Clamped”) bridge branches are used. For example: with commutation from the lower to the upper switch, according to Fig. 10B, the voltage becomes over to because you cannot open at the same time. Unless it is opened until it is conductive, then immediate opening of results in a small plateau

– Es ist natürlich auch möglich, die hybride aktive Brücke des HDAB-Wandlers mit zwei, drei oder vier Niveaus anstatt mit fünf Niveaus zu schalten. Diese Bedingungen sind grundsätzlich im Verfahren für die Bestimmung eines Verfahrens zum Betrieb beider aktiven Brücken des HDAB-Wandlers inbegriffen. It is of course also possible to switch the hybrid active bridge of the HDAB converter with two, three or four levels instead of five levels. These conditions are fundamentally included in the procedure for determining a procedure for operating both active bridges of the HDAB converter.

Claims

1.Dual active bridge converter, having a first bridge circuit () for converting a first DC voltage into a first AC voltage and a second bridge circuit () for converting a second DC voltage into a second AC voltage and an AC voltage intermediate circuit with a transformer, the first AC voltage being a first side (A, B) of the AC voltage intermediate circuit is applied and the second AC voltage is applied to a second side (Q, P) of the AC voltage intermediate circuit, and both the first bridge circuit () and the second bridge circuit () have controlled switching elements, characterized in that At least one of the two bridge circuits is a multi-stage bridge circuit () with which the corresponding AC voltage can be generated from successive sections with constant voltage, and at least five DC voltages of different levels can be applied to the corresponding side (Q, P) of the AC voltage intermediate circuit.

2. Bridge converter according to claim 1, wherein with the multi-stage bridge circuit or the multi-stage bridge circuit, starting from a direct voltage, the full positive and full negative direct voltage, half positive and half negative direct voltage, and zero voltage can be applied to the corresponding side of the alternating voltage intermediate circuit are.

3. Bridge converter according to claim 1 or 2, wherein the multi-stage bridge circuit or the multi-stage bridge circuits each have a first bridge branch () for optionally connecting a first connection (Q) of the AC voltage intermediate circuit with a positive or a negative DC voltage connection, a second bridge branch () for optional Connecting a second connection (P) of the AC voltage intermediate circuit to the positive or negative DC voltage connection, and at least one further path () for connecting one of the connections of the AC voltage intermediate circuit to a connection (Y) with zero voltage, which can be switched on and off

4. Bridge converter according to one of claims 1 to 3, wherein at least one of the two bridge circuits, as well as a controller of the converter, are designed for “soft switching” to reduce switching losses.

5. Bridge converter according to one of claims 1 to 4, having a control of the converter which is designed to vary both a switch-on time and a switch-off time for each of the applied voltages.

6. A method for operating an electronic data processing device for determining a control method for controlling a bridge converter according to one of claims 1 to 5, in which the following steps are carried out by the data processing device - Acquisition of parameters of the bridge converter; - Detection of boundary conditions for the operation of the bridge converter in accordance with an operating mode of the bridge converter; - Detecting an objective function; and - Determination of an optimal control method by optimizing the target function while fulfilling the boundary conditions and varying modulation parameters which define switching times at which the two bridge circuits switch between the respectively available DC voltages.

7. The method according to claim 6, with - Repeating the steps «determining boundary conditions», «determining an objective function» and «determining an optimal control method» for different operating modes, - Comparison of the optimized values of the objective function for the various operating modes and - Selection of that operating mode which delivers the best value of the target function, as well as the optimal control method for this operating mode.

8. The method according to any one of claims 6 or 7, wherein the step of recording the boundary conditions comprises recording one or more of the following boundary conditions: - Dependence of intermediate circuit currents and / or of the power flowing into the intermediate circuit on the modulation parameters; - Dependence of input and output currents and / or of input and output powers on the modulation parameters; - Physical limits of the modulation parameters; - Limits of the modulation parameters determined by the operating mode; and - Boundary conditions for the modulation parameters resulting from the requirements of soft switching.

9. The method according to claim 6 to 8, wherein the step of determining the objective function comprises determining at least one of the following variables as a proportion of the objective function: - RMS value of an intermediate circuit current; and - switching losses.

10. The method according to any one of claims 6 to 9, wherein the step of determining the optimal control method for at least one of the two bridge circuits varies at least the following modulation parameters: - Phase shift () of a first time segment, during which the voltage applied by the bridge voltage to the intermediate circuit is equal to or higher than a first voltage level, compared to the periodic profile of the voltage of the respective other bridge circuit; - Phase shift () of a second time segment, during which the voltage applied by the bridge voltage to the intermediate circuit is equal to or higher than a second voltage level, compared to the periodic profile of the voltage of the respective other bridge circuit; - Duration of the first period: and - Duration of the second period.