CH714426A2 - Transformatoranordnung und isolierter Konverter mit mehreren galvanisch getrennten AC- und/oder DC-Ausgängen für einen grossen Leistungsbereich. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Transformatoranordnung zur Verwendung in einem isolierten Konverter mit mehreren galvanisch getrennten Ausgängen. Die Transformatoranordnung weist auf: mindestens zwei Teiltransformatoren (2.1... 2.N); wobei jeder der Teiltransformatoren auf einem gemeinsamen Kern eine Primärwicklung, eine Sekundärwicklung, und mindestens eine von einer ersten Kopplungswicklung und einer zweiten Kopplungswicklung aufweist; wobei die Primärwicklungen der Teiltransformatoren in Serie zueinander geschaltet sind; wobei die Serienschaltung der Primärwicklungen durch ein Paar von primärseitigen Anschlussklemmen speisbar ist; wobei die Kopplungswicklungen der Teiltransformatoren miteinander verbunden sind und eine Kopplung der magnetischen Flüsse in den Kernen aller Teiltransformatoren aneinander bewirken. Ferner betrifft die Erfindung einen isolierten Konverter.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektronischen Schaltungstechnik und insbesondere auf Multilevel-Inverter mit mehreren in Serie geschalteten Transformatoren.

[0002] In vielen leistungselektronischen Systemen werden galvanisch getrennte DC/DC-Konverter eingesetzt, welche das Niveau einer Eingangs-Gleichspannung auf ein entsprechend gewünschtes Niveau einer Ausgangs-Gleichspannung Umsetzen. Das isolierende Element bildet dabei ein Hochfrequenztransformator. Für unidirektionalen Leistungsfluss erzeugt ein Schaltnetzwerk bestehend aus aktiven Schaltelementen eine mittelwertfreie Wechselspannung aus der Eingangs-Gleichspannung, welche an die Primärwicklung des Transformators angelegt wird. Die an der Sekundärwicklung des Transformators auftretende Wechselspannung wird mittels einer passiven Gleichrichterschaltung wiederum in eine Gleichspannung umgewandelt. Dies führt auf Topologien mit primär- und sekundärseitiger Halbbrückenschaltung sowie primär- und sekundärseitiger Vollbrückenschaltung einschliesslich von Resonanzkonvertern, welche neben dem Hochfrequenztransformator zusätzliche passive Elemente wie Induktivitäten und Kapazitäten im Kopplungsnetzwerk zwischen den beiden Schaltnetzwerken aufweisen [z.B. «A Comparative Evaluation of Isolated Bidirectional DC/DC Converters with Wide Input and Output Voltage Range», von Krismer, F.; Biela, J.; Kolar, J.W., veröffentlicht in Industry Applications Conference, 2005. 40th IAS Annual Meeting. Conference Record ofthe 2005, Volume 1, October 2005]. Über dem/den eingangsseitigen Brückenzweig/en liegt die Eingangs-Gleichspannung, über dem/den ausgangsseitigen Brückenzweig/en die Ausgangs-Gleichspannung an.

[0003] Um nun eine möglichst lastunabhängige Ausgangsspannung zu erhalten kann vor den Hochfrequenztransformator eine Kapazität in Serie geschälten werden (LLC Resonanzkonverter). Bei einer bestimmten Frequenz beträgt die Impedanz dieser Kapazität und der Streuinduktivität des Transformators null, sodass der Spannungsabfall über beide ebenfalls null und somit unabhängig vom geführten Strom ist. Wird die Sekundärseite des Transformators genauso beschältet, so ist die Ausgangsspannung immer gleich der Eingangsspannung multipliziert mit dem Windungsverhältnis des Transformators.

[0004] Schaltet man nun mehrere dieser Transformatoren in Serie um damit mehrere Ausgänge zu erhalten [Ausführungen z.B. in «Auxiliary Power Supply for Medium-Voltage Modular Multilevel Converters», von Peftitsis, D.; Antivachis M; Biela, J., veröffentlicht in 17th European Conference on Power Electronics and Applications, September 2015], so gelten gleiche Verhältnisse: Jeder der Transformatoren hat eine primärseitige Streuinduktivität, deren Impedanz mit einer Kapazität in Serie kompensiert werden kann. Sekundärseitig ergibt sich gleiches. Die Summe der Ausgangsspannungen wird auch hier immer gleich der Eingangsspannung multipliziert mit dem Windungsverhältnis des Transformators sein, unabhängig davon, wieviel Leistung an der jeweiligen Sekundärseite bezogen wird. Die einzelnen Ausgangsspannungen jedoch unterscheiden sich stark, je nach Leistungsbezug. Bei einem stärker belasteten Ausgang sinkt die Ausgangsspannung ab, bei allen anderen (weniger stark belasteten) Ausgängen steigt die Ausgangsspannung an.

[0005] Der Grund hierfür kann mit dem sich im Resonanzfall ergebenden Ersatzschaltbild (Fig. 1) dargestellt werden. Streuinduktivität und Resonanzkapazität ergeben zusammen eine Impedanz von null. Übrig bleiben die Magnetisierungsinduktivitäten Lm der einzelnen Transformatorkerne und die (im unidirektionalen Fall) einzelnen Lasten an den Ausgängen, die durch äquivalente Widerstände RAc,x dargestellt werden können. Eine höhere Leistungsübertragung hin zu beispielsweise Ausgang 1 bedeutet, dass der äquivalente Widerstand RAc,i kleiner ist als alle anderen. Daraus ergibt sich ein ohmsch induktiver Spannungsteiler. Die Spannung am Ausgang 1 muss also kleiner sein als an den anderen Ausgängen. Um nun nach wie vor die gleiche Leistung zu übertragen muss also der äquivalente Widerstand Rac,i weiter verkleinert werden, was zu einer noch geringeren Ausgangsspannung führt. Es ergibt sich ein instabiles Verhalten. Die Spannung am Ausgang 1 wird im Extremfall bis auf null absinken, sodass keine Leistungsübertragung mehr möglich ist.

[0006] Ein weiteres Problem sind Toleranzen der verwendeten Kerne (hauptsächlich bezüglich Abmessungen und Material). Diese resultieren in unterschiedlichen Magnetisierungsinduktivitäten, was insbesondere bei niedrigen Lasten, also bei grossen äquivalenten Widerständen RAC,X, grosse Auswirkungen auf die Spannungsaufteilung (gleiches Prinzip wie oben anhand Fig. 1 erläutert) der Ausgänge hat.

[0007] Eine mögliche Abmilderung dieses Problems wird z.B. in [,,A Galvanically Isolated Gate Driver with Low Coupling Capacitance for Medium Voltage SiC MOSFETs» von Gottschlich, J; Schäfer, M; Neubert, M; De Doncker, R. W. in I8th European Conference on Power Electronics and Applications, September 2016] präsentiert. Hier wird jede der Ausgangsspannungen durch eine Art Tiefsetzsteller mit Hystereseregelung in wählbar engen Grenzen gehalten. Hierbei entstehen zum einen Schaltverluste an den einzelnen Ausgangsspannungsreglern, zum anderen sind grössere Leistungsunterschiede zwischen den einzelnen Ausgängen auch mit diesem System nicht möglich.

[0008] Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Transformatoranordnung für einen isolierten Konverter und einen isolierten Konverter zur Verwendung als Konstantspannungsquelle mit mehreren galvanisch getrennten Ausgängen, beispielsweise AC(Wechselspannungs-) oder DC(Gleichspannungs)-Ausgängen der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher die oben genannten Nachteile behebt.

[0009] Insbesondere sollen die Spannungsausgänge eine möglichst konstante Spannung unabhängig von der bezogenen Leistung halten können.

[0010] Diese Aufgabe lösen eine Transformatoranordnung und ein isolierter Konverter mit den Merkmalen der Patentansprüche.

[0011] Die Transformatoranordnung zur Verwendung in einem isolierten Konverter (welcher wiederum zur Verwendung als Konstantspannungsquelle dienen kann) mit mehreren galvanisch getrennten Ausgängen weist also auf: - mindestens zwei Teiltransformatoren; - wobei jeder der Teiltransformatoren auf einem gemeinsamen Kern eine Primärwicklung, eine Sekundärwicklung, und mindestens eine von einer ersten Kopplungswicklung und einer zweiten Kopplungswicklung aufweist: - wobei die Primärwicklungen der Teiltransformatoren in Serie zueinander geschaltet sind; - wobei die Serienschaltung der Primärwicklungen durch ein Paar von primärseitigen Anschlussklemmen speisbar ist; - wobei die Kopplungswicklungen der Teiltransformatoren miteinander verbunden sind und eine Kopplung der magnetischen Flüsse in den Kernen aller Teiltransformatoren aneinander bewirken.

[0012] Die Kopplungswindungen sorgen dafür, dass das Verhältnis der Leistungsaufnahme der jeweiligen Primärwicklun gen für alle Transformatoren gleichbleibend ist, unabhängig von der Leistungsaufnahme/-abgabe der jeweiligen Sekundärwicklungen. Wird beispielsweise an einer der Sekundärwicklungen mehr Leistung benötigt als an den anderen, so wird dieser Leistungsunterschied über die Kopplungswindungen auf alle Primärwicklungen gemäss ihrer Primärwindungszahl gleichmässig verteilt. Dies wird über die Balancierung der Flüsse in den Teiltransformatoren gewährleistet. Vernachlässigt man die Streuung der Kopplungswicklung des Transformators mit Index x, so ergibt sich an der Kopplungswicklung eine Spannung Vc,x = n0 d<px/dt, welche aufgrund der Parallelschaltung mit der Kopplungswicklung des gekoppelten Transformators x + 1 gleichzeitig ebenso an dieser anliegen muss. Hieraus resultiert wiederum der Fluss des gekoppelten Transformators, welcher dann ebenfalls V0,x+1 = genügen muss. Somit gilt Die Flüsse in den Kernen sind also nach dem Verhältnis ihrer Kopplungswindungen untereinander balanciert. Über die gleiche Beziehung ergeben sich so genauso balancierte Primärspannungen, was aufgrund der primärseitigen Serienschaltung der Transformatoren zu einer balancierten Leistungsaufnahme aus dem Primärkreis führt.

[0013] Die Erfindung erlaubt gegenüber den eingangsbeschriebenen Topologien extrem unterschiedliche Leistungsbezüge an den Sekundärseiten der Teiltransformatoren bei gleichzeitig ausgeglichenen Ausgangsspannungen an allen Sekundärseiten, ohne auf komplizierte Regelalgorithmen oder auf zusätzliche (leistungs-)elektronische Schaltungen zurückzugreifen. So werden bei niedriger Systemkomplexität weitere Verluste vermieden.

[0014] Wenn die Ausgangsspannungen variieren, dann geschieht dies an allen Ausgängen gleichermassen bzw. im Verhältnis des Windungsverhältnisses zwischen den jeweiligen Primär- und Sekundärwindungen.

Der isolierte Konverter weist eine solche Transformatoranordnung auf, und mindestens zwei Teilkonverter, wobei jeder Teilkonverter einen der Teiltransformatoren und einen zugeordneten Gleichrichter aufweist, und jeder der Gleichrichter eine Wechselspannungsseite und eine Gleichspannungsseite aufweist und an seiner Wechselspannungsseite an die Sekundärwicklung des zugeordneten Teiltransformators angeschlossen ist, und an seiner Gleichspannungsseite einen von mehreren galvanisch getrennten Ausgängen des Konverters als DC-Ausgang bildet.

[0015] In Ausführungsformen weist mindestens einer der Teiltransformatoren einen zugeordneten Gleichrichter auf, und mindestens einer weist keinen zugeordneten Gleichrichter auf. Es liegt dann also mindestens ein AC-Ausgang und mindestens ein DC-Ausgang vor.

[0016] Die Primärwicklungen sind insbesondere dazu vorgesehen, durch eine periodische Spannung gespeist zu werden.

[0017] In Ausführungsformen ist diese periodische Spannung von konstanter Frequenz.

[0018] In Ausführungsformen sind die Kopplungswicklungen der Teiltransformatoren miteinander verbunden und bewirken ein gleichbleibendes Verhältnis, d.h. eine Balancierung der magnetischen Flüsse in den Kernen der Teiltransformatoren.

[0019] Das System von Teiltransformatoren gelangt damit automatisch in einen Arbeitspunkt, in welchem die magnetischen Flüsse in den Teiltransformatoren ein vorgebbares, gleichbleibendes Verhältnis zueinander aufweisen, d.h. balanciert sind.

[0020] Insbesondere kann das gleichbleibende Verhältnis zwischen den Flüssen aller Teiltransformatoren eins sein. D.h. dass die magnetischen Flüsse in den Kernen aller Teiltransformatoren gleich sind.

[0021] Diese Flussbalancierung kann beispielsweise für DC/DC Konverter mit mehreren galvanisch getrennten DC-Aus-gängen eingesetzt werden um die einzelnen DC-Ausgangsspannungen zu balancieren.

[0022] In Ausführungsformen sind die Windungsverhältnisse der Sekundärwicklungen und Primärwicklungen der Teiltransformatoren jeweils gleich. Dadurch sind im Betrieb der Anordnung wiederum die Sekundärspannungen der Teiltransformatoren gleich.

[0023] Damit sind auch Sekundärspannungen der Teiltransformatoren gleich, und dadurch wiederum die Ausgangspannungen der Teilkonverter gleich.

[0024] Die Transformatoranordnung weist mindestens zwei, oder mindestens drei oder mindestens vier Teiltransformatoren oder Teilkonverter auf.

[0025] In Ausführungsformen sind die Teiltransformatoren einer linearen Folge miteinander gekoppelt. Die Teiltransformatoren an den beiden Enden einer solchen Folge benötigen jeweils nur eine Kopplungswicklung. D.h. dass eine zweite Kopplungswicklung nicht vorliegt, oder vorliegt aber nicht angeschlossen ist.

[0026] Es ist in anderen Ausführungsformen möglich, die Teiltransformatoren in anderen Topologien als linear zu koppeln, indem einzelne Teiltransformatoren mehr als zwei Kopplungswicklungen aufweisen.

[0027] Das heisst beispielsweise, dass bei einer Anzahl von N Teiltransformatoren bei N-2 Teiltransformatoren jeweils genau eine erste Kopplungswicklung und genau eine zweite Kopplungswicklung vorliegt und die N-2 Teiltransformatoren eine lineare Folge bilden, in welcher bei jeweils zwei benachbarten Teiltransformatoren die erste Kopplungswicklung eines der zwei Teiltransformatoren mit der zweiten Kopplungswicklung des anderen der zwei Teiltransformatoren verbunden ist. Beim einem ersten und einem letzten Teiltransformator der Folge kann jeweils nur eine Kopplungswicklung vorliegen. Diese sind mit den verbleibenden Kopplungswicklungen der ersten und letzten Teiltransformatoren der N-2 Teiltransformatoren verbunden.

[0028] Damit ist eine einfache Struktur des Gesamtsystems unter Verwendung von baugleichen Teiltransformatoren möglich.

[0029] In Ausführungsformen sind jeweils zwei Teiltransformatoren paarweise miteinander gekoppelt, indem die erste Kopplungswicklung des ersten Teiltransformators und die zweite Kopplungswicklung des zweiten Teiltransformators einen Stromkreis bilden.

[0030] In Ausführungsformen bewirkt, wenn ein in dem Stromkreis fliessender Strom in der ersten Kopplungswicklung des ersten Teiltransformators eine Durchflutung in die gleiche Richtung wie die Primärwicklung des ersten Teiltransformators bewirkt, dann die zweite Kopplungswicklung des zweiten Teiltransformators eine Durchflutung in die entgegengesetzte Richtung wie die Primärwicklung des zweiten Teiltransformators.

[0031] Diese Aussage enthält, wenn der erste und der zweite Teiltransformator vertauscht werden, auch die Aussage, dass wenn ein in dem Stromkreis fliessender Strom in der ersten Kopplungswicklung des ersten Teiltransformators eine Durchflutung in die entgegengesetzte Richtung wie die Primärwicklung des ersten Teiltransformators bewirkt, die zweite Kopplungswicklung des zweiten Teiltransformators eine Durchflutung in die gleiche Richtung wie die Primärwicklung des zweiten Teiltransformators bewirkt.

[0032] Diese Aussage verknüpft die Stromflussrichtungen in den jeweils paarweise zusammengeschalteten Kopplungswicklungen und den in Serie geschalteten Primärwicklungen, und definiert dadurch die Polarität der Verbindungen der Kopplungswicklungen.

[0033] Die Wirkung dieser Verbindungen der Kopplungswicklungen ist, dass das System in einen stabilen Arbeitspunkt, in welchem die Flüsse in den Kernen aller Teiltransformatoren ausgeglichen sind. Insbesondere sind die Flüsse, bei entsprechender Dimensionierung der Komponenten, gleich.

[0034] In Ausführungsformen sind die Teiltransformatoren baugleich.

[0035] In diesem Fall sind die Teiltransformatoren untereinander austauschbar. Sie weisen also denselben Aufbau und dasselbe Material des Kerns auf, dieselben Wicklungszahlen und Streuinduktivitäten etc.

[0036] In Ausführungsformen weist jeder der Teilkonverter eine zugeordnete sekundärseitige Resonanzkapazität auf, welche in Serie zwischen den Teilkonverter und den zugeordneten Gleichrichter geschaltet ist. Die Impedanz der sekundärseitigen Streuinduktivität wird dann durch die Impedanz der sekundärseitigen Resonanzkapazität kompensiert, sodass die Eingangsspannungen der Ausgangsgleichrichter der Eingangsspannung der jeweiligen Teiltransformatoren entsprechen.

[0037] In Ausführungsformen sind die Primärwicklungen der Teiltransformatoren in Serie zu einer primärseitigen Resonanzkapazität geschaltet sind. Die Impedanz der primärseitigen Streuinduktivität wird dann durch die Impedanz der primärseitigen Resonanzkapazität kompensiert werden, sodass die Summe der Eingangsspannungen der Teiltransformatoren der Ausgangsspannung der Umschaltvorrichtung entspricht.

[0038] In Ausführungsformen weist der Konverter eine Umschaltvorrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, aus einer an den primärseitigen Anschlussklemmen angeschlossenen Gleichspannung eine Rechteckspannung zur Speisung der in Serie geschalteten Primärwicklungen zu erzeugen.

[0039] Wenn diese Umschaltvorrichtung sowie die bereits genannten Gleichrichter Teil des Konverters sind, so ist der Konverter ein DC/DC-Konverter.

[0040] Begriffe wie «Eingang» und «Ausgang» beziehen sich auf einen Leistungsfluss von der Primär- auf die Sekundärseite. Mit aktiven Elementen in den Gleichrichtern kann auch ein Leistungsfluss in die Gegenrichtung realisiert werden.

[0041] Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welches in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Transformatorstruktur für einen Multilevel-Inverter gemäss dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine Transformatorstruktur; und

Fig. 3 einen Teiltransformator der Transformatorstruktur von Fig. 2.

[0042] Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche oder gleich wirkende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

[0043] Fig. 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung. Eine Spannungsquelle 1 stelle eine periodische Ausgangsspannung zur Verfügung. Die Spannungsquelle 1 kann beispielsweise durch eine DC-Quelle realisiert werden in Kombination mit einer Umschaltvorrichtung, welche eine Verbindung zwischen Ausgängen der DC-Quelle und dem Ausgang der Spannungsquelle 1 herstellt und mit einer bestimmten Frequenz die Polarität der Verbindung umschaltet. Dann folgen N Teiltransformatoren 2.1 bis 2.N mit in Serie geschalteten Primärwicklungen 2.1.1 bis 2.N.I. Fig. 3 zeigt eine Detailansicht eines Teiltransformators. Dabei steht x = 1 bis N für einen Index eines jeweiligen Teiltransformators. Alle Teiltransformatoren haben neben der obligatorischen Sekundärwicklung (2.1.2 bis 2.N.2) zusätzlich zwei Kopplungswicklungen 2.1.3a und 2.1.3b bis 2.N.3a und 2.N.3b. Die Windungszahlen aller vier Wicklungen sind hierbei zunächst nicht einzugrenzen, sodass sich für den Teiltransformator x je np,x Primärwindungen, ns,x Sekundärwindungen und nc,a,x bzw. nc,b,x Kopplungswindungen ergeben. Die Kopplungswindungen 2.x.3b und 2.(x+1).3a sind jeweils miteinander verbunden (für x = 1..N-1), sodass sich N-1 Verbindungen ergeben. Es sind also jeweils Kopplungswindungen von gekoppelten Teiltransformatoren miteinander verbunden, so dass sie einen geschlossenen Stromkreis bilden und somit die gleiche Spannung an beiden Kopplungswindungen anliegt. In den gekoppelten Kopplungswicklungen fliesst der gleiche Strom. Eine Orientierung der Wicklungen richtet sich nach folgender Vorschrift: Erzeugt in einem ersten (x) der Teiltransformatoren der in der Verbindung fliessende Strom lc,x,y dabei in Wicklung 2.x.3b eine Durchflutung in die gleiche Richtung, wie es die Primärwicklung 2.x. 1 tut, so muss in einem zweiten, gekoppelten der Teiltransformatoren (y) die von Wicklung 2.y.3a resultierende Durchflutung entgegen der von der Primärwicklung 2.x. 1 erzeugten gerichtet sein.

[0044] An jeder der Kopplungswicklungen ergibt sich eine Spannung Vc,x = nc dq>x/dt, welche aufgrund der Parallelschal tung mit der Kopplungswicklung des gekoppelten Transformators y gleichzeitig ebenso an dieser anliegen muss. Hieraus resultiert wiederum der Fluss des gekoppelten Transformators, welcher dann ebenfalls

genügen muss.

Somit gilt Im eingeschwungenen Zustand des Systems ist also das Verhältnis der Flüsse in den gekoppelten Kernen gleich dem reziproken Wert des Verhältnisses der Anzahl Windungen der Kopplungswicklungen. Mit anderen Worten: Die Flüsse in den Kernen sind also nach dem Verhältnis ihrer Kopplungswindungen untereinander balanciert.

[0045] Diese Flussbalancierung führt zu ebenfalls balancierten Sekundärspannungen V0,ac,x unabhängig von der Belastung der einzelnen Sekundärspannungen.

[0046] Fig. 3 zeigt die Detailansicht eines Teiltransformators. Abhängig von der genauen Ausführung des Teiltransformators x ergeben sich an Primär-, Sekundär- und Kopplungswicklung(en) Streuinduktivitäten Ls,p,x, Ls,s,x, U,c,a,xUnd Ls,c,b,x- Die Streuinduktivitäten sind als separate Elemente gezeichnet, sind aber in Realität Teil der jeweils zugeordneten Wicklung.

[0047] Der primärstromabhängige Spannungsabfall an den primären Streuinduktivitäten kann nun zu einer Änderung der Primärspannungen der einzelnen Teiltransformatoren führen. Dieser Spannungsabfall lässt sich mit einer optionalen primärseitigen Resonanzkapazität 5 mit dem Wert Cr,p kompensieren. Stellt die Spannungsquelle 1 eine Spannung mit einer Frequenz

zur Verfügung, wobei

so liegt an den Primärwicklungen aller Teiltransformatoren zusammen die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 1 an. Die Fluss- und Primärwindungsverhältnisse der Kerne untereinander bestimmen dann die einzelnen Primärspannungen an den Teiltransformatoren.

[0048] Der sekundärstromabhängige Spannungsabfall an den sekundären Streuinduktivitäten kann zu einer Änderung der Sekundärspannungen der einzelnen Teiltransformatoren führen. Diese Spannungsabfälle lassen sich mit 1 bis N optionalen sekundärseitigen Resonanzkapazitäten 6.1 bis 6.N mit dem Kapazitätswert Cr,s,x(für x = 1...N) kompensieren. Die Resonanzkapazitäten 6.1 bis 6.N sind, mit einer Eingangsklemme, jeweils an eine erste Klemme einer zugeordneten Sekundärwicklung geschaltet. Stellt die Spannungsquelle 1 nun eine Spannung mit einer Frequenz fO = c· zur Verfügung, so liegt an einer Ausgangsklemme der sekundärseitigen Resonanzkapazität 6.x bezüglich einer zweiten Klemme der Sekundärwicklung die der jeweiligen Primärspannung entsprechende Spannung an, ohne abhängig von der sekundärseitigen Belastung zu sein.

[0049] Der in den Kopplungswicklungen fliessende Strom kann auch hier einen Spannungsabfall an den Streuinduktivi täten LS|C>b|X und LS|C>aiy hervorrufen, welcher die Flussbalancierung beeinflussen könnte. Hier können ebenfalls optionale Resonanzkapazitäten Cr,c,x(für x = 1... N) zum Einsatz kommen. Stellt die Spannungsquelle 1 nun eine Spannung mit einer Frequenz

zur Verfügung, so liegt an beiden Kopplungswicklung die gleiche Spannung an, unabhängig davon, wieviel Strom in den beiden Kopplungswicklungen fliesst.

[0050] Die Spannungen an den Ausgängen der Teiltransformatoren können mittels Gleichrichtern 7.1 bis 7.N gleichgerichtet werden. In Kombination mit der Umschalteinrichtung mit welcher die Spannungsquelle 1 ausgeführt werden kann, ergibt sich dann ein DC-DC-Konverter. Eine bidirektionale Ausführung der Gleichrichter erlaubt zudem einen Leistungsaustausch zwischen den DC Ausgängen untereinander und zur Quelle 1, die in diesem Fall auch bidirektional ausgeführt sein muss.

[0051] Die Magnetisierungsinduktivitäten Lm>x (für x= 1...N) haben, da sie parallel zu den Primärwindungen liegen, keinen Einfluss auf die Balancierung der Sekundärspannungen. Die Spannungen an den Primärwindungen werden über die jeweiligen Flüsse diktiert.

[0052] Sind alle Streuinduktivitäten auf die beschriebene Art und Weise mii Resonanzkapazitäten kompensiert, so hat die Leistungsaufnahme (oder Abgabe) der einzelnen Ausgänge/Teiltransformatoren keinerlei Einfluss auf die Ausgangs- und

Eingangsspannung. Bei hinreichend kleinen Streuinduktivitäten wird dies auch ohne Resonanzkapazitäten mindestens näherungsweise erreicht.

Claims (11)

1. Patentansprüche 1. 1. Transformatoranordnung zur Verwendung in einem isolierten Konverter mit mehreren galvanisch getrennten Ausgängen, wobei die Transformatoranordnung aufweist: • mindestens zwei Teiltransformatoren (2.1... 2.N); • wobei jeder der Teiltransformatoren (2.1... 2.N) auf einem gemeinsamen Kern eine Primärwicklung (2.x. 1), eine Sekundärwicklung (2.x.2), und mindestens eine von einer ersten Kopplungswicklung (2.x.3a) und einer zweiten Kopplungswicklung (2.x.3b) aufweist; •wobei die Primärwicklungen (2.x. 1) der Teiltransformatoren (2.1... 2.N) in Serie zueinander geschaltet sind; • wobei die Serienschaltung der Primärwicklungen (2.x. 1) durch ein Paar von primärseitigen Anschlussklemmen speisbar ist; •wobei die Kopplungswicklungen (2.x.3a; 2.x.3b) der Teiltransformatoren (2.1... 2.N) miteinander verbunden sind und eine Kopplung der magnetischen Flüsse in den Kernen aller Teiltransformatoren (2.1... 2.N) aneinander bewirken.
2. 2. Transformatoranordnung gemäss Anspruch 1, wobei die Kopplungswicklungen (2.x.3a; 2.x.3b) der Teiltransformatoren miteinander verbunden sind und ein gleichbleibendes Verhältnis der magnetischen Flüsse in den Kernen der Teiltransformatoren bewirken.
3. 3. Transformatoranordnung gemäss Anspruch 1 oder 2. wobei die Verhältnisse der Windungszahlen der Primärwicklungen (2.X.1) und der Sekundärwicklungen (2.X.2) der Teiltransformatoren (2.1... 2.N) jeweils gleich sind, und dadurch wiederum im Betrieb der Anordnung die Sekundärspannungen der Teiltransformatoren (2.1... 2.N) gleich sind.
4. 4. Transformatoranordnung gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Teiltransformatoren einer linearen Folge miteinander gekoppelt sind.
5. 5. Transformatoranordnung gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeweils zwei Teiltransformatoren paarweise miteinander gekoppelt sind, indem die erste Kopplungswicklung (2.x.3a) des ersten Teiltransformators und die zweite Kopplungswicklung (2.x.3b) des zweiten Teiltransformators einen Stromkreis bilden.
6. 6. Transformatoranordnung gemäss Anspruch 5, wobei, wenn ein in dem Stromkreis fliessender Strom in der ersten Kopplungswicklung (2.x.3a) des ersten Teiltransformators eine Durchflutung in die gleiche Richtung wie die Primärwicklung (2.x. 1) des ersten Teiltransformators bewirkt, dann die zweite Kopplungswicklung (2.x.3b) des zweiten Teiltransformators eine Durchflutung in die entgegengesetzte Richtung wie die Primärwicklung (2.x. 1) des zweiten Teiltransformators bewirkt.
7. 7. Transformatoranordnung gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Teiltransformatoren baugleich sind.
8. 8. Isolierter Konverter mit einer Transformatoranordnung gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend mindestens zwei Teilkonverter, wobei jeder Teilkonverter einen der Teiltransformatoren (2.1... 2.N) und einen zugeordneten Gleichrichter (7.1... 7.N) aufweist, und jeder der Gleichrichter (7.1... 7.N) eine Wechselspannungsseite und eine Gleichspannungsseite aufweist und an seiner Wechselspannungsseite an die Sekundärwicklung (2.X.2) des zugeordneten Teiltransformators (2.1... 2.N) angeschlossen ist, und an seiner Gleichspannungsseite einen von mehreren galvanisch getrennten Ausgängen des Konverters als DC-Ausgang bildet.
9. 9. Isolierter Konverter gemäss Anspruch 8, wobei jeder der Teilkonverter eine zugeordnete sekundärseitige Resonanzkapazität (6.1... 6.N) aufweist, welche in Serie zwischen den Teilkonverter und den zugeordneten Gleichrichter (7.1... 7.N) geschaltet ist.
10. 10. Isolierter Konverter gemäss Anspruch 8 oder 9, wobei die Primärwicklungen (2.x. 1) der Teiltransformatoren in Serie zu einer primärseitigen Resonanzkapazität (5) geschaltet sind.
11. 11. Isolierter Konverter gemäss einem der Ansprüche 8 bis 10, aufweisend eine Umschaltvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, aus einer an den primärseitigen Anschlussklemmen angeschlossenen Gleichspannung eine Rechteckspannung zur Speisung der in Serie geschalteten Primärwicklungen (2.x. 1) zu erzeugen.