CN204046422U - 升压调压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种升压调压器(1)，该升压调压器带有一个HSS电感器(2)和一个与该HSS电感器串联连接的HSS二极管以及一个第一横向支路(9)和一个第二横向支路(14)，这些横向支路在该HSS电感器(2)与该HSS二极管(3)之间分支出来。在该第一横向支路(9)中安排有一个HSS开关器(4)，其中该HSS开关器(4)具有一个规则的电流方向，并且其中该第一横向支路(9)阻挡与该HSS开关器(4)的规则的电流方向反向的电流。在该第二横向支路(14)中安排有一个谐振电路，该谐振电路具有一个电容器(16)和一个与该电容器(16)并联连接的串联连接件(17)，该串联连接件由一个线圈(18)和一个开关器(19)组成。此外该第二横向支路(14)具有一个二极管(20)，该二极管与该谐振电路(15)串联连接。其中，该二极管(20)的通过方向从该HSS电感器(2)来看是与该开关器(19)的一个自由运行二极管(21)的通过方向反向地取向的并且是与通过该HSS开关器(4)的规则的电流方向相同地取向的。

Description

升压调压器

技术领域

本申请涉及一种升压调压器(Hochsetzsteller(HSS))，带有：一个HSS电感器，一个与该HSS电感器串联连接的HSS二极管，一个HSS开关器，该HSS开关器安排在该HSS电感器与HSS二极管之间分支的一个第一横向支路中并且具有一个规则的电流方向，以及一个谐振电路，该谐振电路安排在该HSS电感器与HSS二极管之间分支的一个第二横向支路中并且包括一个电容器和一个与该电容器并联连接的串联连接件，该串联连接件由一个线圈和一个开关器组成。本申请还涉及一种此类的升压调压器的用途。 

背景技术

一种此类的升压调压器可以例如在铁路技术中用于车载转换器(用来为传动器、空调系统、照明器等所用的额外系统供电)，以便在一个例如从电池、牵引转换器或直接由高架线传导提供的电压与用于供应直流耗用器的或作为后续逆变器级的中间电路电压的一个更高的电压之间进行匹配。此外，一种此类的升压调压器用于在一个由光伏发电机提供的电压与一个逆变器的输入中间电路的更高的电压之间进行匹配，通过该升压调压器，将来自光伏发电机的电能储存在一个交流电网中。在此，该升压调压器还可以设置为，在横定的中间电路电压下如此设定光伏发电机的工作点，使得光伏发电机提供一个在实际的工作条件下最大的电功率。 

HSS开关器的规则的电流方向在此是指电流穿过HSS开关器流动以激励HSS电感器的方向。在一种常规的升压调压器的工作中，通过打开HSS开关器将在该规则的电流方向上流动的电流中断。 

当在下文中提及从一个参照点来看两个或更多个二极管的通过方向是相同地取向时，由此是指，所有这些二极管允许从该参照点出发通过这些二极管流动的电流或者通过这些二极管朝向该参考点流动的电流通过。与此同义的是，它们的阻挡方向从该参照点来看是相同地取向的。当两个二极管从该参照点来看具有反向取向的通过方向时，这反之意味 着，一个二极管允许一个从该参照点朝向这些二极管流动的电流或者一个从这些二极管朝向该参照点流动的电流通过，然而另一个二极管阻挡该电流。 

在一种通常的升压调压器的情况下，在两个连接到直流电压源的导线之一中串联连接有一个带有HSS二极管的HSS电感器。在HSS二极管之后，在这条导线和另一条没有设置电部件的导线之间连接有一个中间电路电容器，在该中间电路电容器处该升压调压器施加了一个相对于其输入电压而言升高的输出电压。在HSS电感器与HSS二极管之间，由这一条导线向另一条导线引出一个横向支路，该HSS开关器安排在该横向支路中。通过闭合HSS开关器，用通过该HSS开关器流动的电流来激励HSS电感器。通过打开HSS开关器，这个能力通过HSS二极管输出到中间电路电容器。 

由US 2006/0018138 A1已知一种具有权利要求1前序部分特征的升压调压器。该升压调压器具有两个用于输入电压的输入接口。在这些输入接口之间连接一个串联连接件，该串联连接件由一个HSS电感器、一个HSS二极管和一个中间电路电容器组成。在该HSS电感器与该HSS二极管之间分支出一个带有一个HSS开关器的第一横向支路。该HSS开关器通过一个IGBT开关器和一个与之并联连接的自由运行二极管(Freilaufdiode)形成。为了在闭合该HSS开关器时使开关损失最小，与该第一横向支路并联地连接一个带有谐振电路的第二横向支路。该谐振电路具有一个电容器，由一个IGBT开关器和一个线圈组成的一个串联连接件并联地连接到该电容器。在该谐振电路的线圈与IGBT开关器之间，向输出侧的、与该中间电路电容器相连的HSS二极管的接口分支出一个带有一个二极管的路径。在此，该HSS二极管或该路径的二极管的通过方向从该输出侧的HSS二极管的接口看是相同地取向的。在该升压调压器的工作中，首先接通该谐振电路的IGBT开关器，使得该谐振电路闭合并且该电容器通过该线圈和IGBT开关器放电。在电容器放电之后，在该HSS开关器处不再存在任何电压。然后该开关器可以无电压地接通，也就是说被闭合，由此能够使得一个电流通过该HSS开关器以及该HSS电感器。相反，通过HSS开关器随后的打开引起的断开损失无法通过该第二横向支路来抵消。 

实用新型内容

本实用新型的基本目的在于，提供一种升压调压器，其效率以很小 的耗费得以改进。本实用新型的基本目的还在于，展示一种升压调压器的用途，其中该升压调压器的效率以很小的耗费得以改进。 

根据本实用新型的升压调压器具有一个HSS电感器和一个可与该HSS电感器串联连接的HSS二极管，以及一个HSS开关器，该HSS开关器安排在HSS电感器与HSS二极管之间分支出的一个第一横向支路中并且可具有一个规则的电流方向。一个谐振电路可被安排在HSS电感器与HSS二极管之间分支出的一个第二横向支路中并且可包括一个电容器和一个与电容器并联连接的串联连接件，串联连接件可由一个线圈和一个开关器组成。第一横向支路可阻挡与HSS开关器的规则的电流方向反向的电流。一个自由运行二极管可与谐振电路的开关器并联连接，并且在第二横向支路中一个二极管可与谐振电路串联连接，其中二极管的通过方向从HSS电感器来看可以是与自由运行二极管的通过方向反向地取向的并且可以是与通过HSS开关器的规则的电流方向相同地取向的。 

根据本申请的升压调压器具有一个HSS开关器和一个谐振电路，该开关器安排在一个第一横向支路中，该谐振电路安排在一个第二横向支路中。在此第一和第二横向支路在该升压调压器的一个HSS电感器与一个HSS二极管之间分支出来。 

根据本申请，该HSS开关器如下地形成，使得一个电流能够在HSS开关器的一个规则的电流方向中流动通过该HSS开关器，其中该第一横向支路阻挡与该HSS开关器的规则的电流方向反向的电流。尤其即便在HSS开关器闭合的情况下也阻止在第一横向支路中与该规则的电流方向反向的电流。 

在该第二横向支路中的谐振电路具有一个电容器和一个与该电容器并联连接的串联连接件，该串联连接件由一个线圈和一个开关器组成，一个自由运行二极管与该开关器并联连接。第二横向支路还具有一个二极管，该二极管与该谐振电路串联连接。在此该二极管如此地安排，使其通过方向从HSS电感器看是与自由运行二极管的通过方向反向的，而其通过方向从该HSS电感器看是与通过该HSS开关器的规则的电流方向相同地取向的。由此一方面确保，在谐振电路的开关器打开时，由于在该自由运行二极管的通过方向上的电流，能够进行电容器的充电或放电。反之，由于在相反的方向上的一个电流造成的充电或放电可以仅在开关器闭合的情况下进行。另一方面，通过从HSS电感器看第二横向支 路中的二极管的通过方向与通过HSS开关器的规则的电流方向的相同取向，确保了谐振电路的电容器不能、尤其即使是当HSS开关器闭合时也不能通过第一横向支路来放电。对于一个在电容器放电时通过第一横向支路流动的电流，该二极管的通过方向是与通过HSS开关器的规则的电流方向反向地取向的。 

当谐振电路的电容器在其起始电荷状态中被如下地充电使得对于其放电而言与自由运行二极管的通过方向反向的电流是必需的时，其放电只能再该谐振电路的开关器闭合的情况下进行。然后，在一个谐振的第一个四分之一过程中，该电容器通过该线圈和该谐振电路的开关器来放电。在谐振的第二个四分之一中，电容器用相反的极性来充电。从其起始电荷状态放电以及用相对于其起始电荷状态相反的极性来充电在下文也被称为该电容器的“电荷转移(Umladen)”。 

通过电容器的放电，在打开的HSS开关器处施加的电压降低，该电压能够在通过闭合的HSS开关器的规则电流方向上驱动电流。通过随后电容器以相对于其起始电荷状态相反的极性进行充电，虽然在第一横向支路上形成了一个极性相反的电压，但是该第一横向支路根据本申请阻挡了与该HSS开关器的规则的电流方向反向的电流。当因此该HSS开关器在电容器放电之后被闭合时，在最初的瞬间还没有电流流动。而是只有当谐振电路的电容器不再相对于其起始电荷状态相反地荷电时才出现通过该HSS开关器的新的电流，因为在该第一横向支路上的降低的电压只有在这时才可能再度产生电流，也就是说在通过HSS开关器的规则的电流方向上驱动电流。因此该HSS开关器可以在电容器以相对于其起始状态相反的极性荷电的整个时间区间内无电流地且因此无损失地(也就是说没有功率损失)被闭合。 

当电容器相对于其起始电荷状态相反地荷电时，也就是说当在该电容器处施加的电压已经交换其符号时，可以在该谐振的第三和第四个四分之一中，也就是说当电容器现在在相反的方向上放电并且然后再度在其起始状态中充电时，还可以通过谐振电路的开关器的自由运行二极管进行电流动。该开关器因此可以在谐振的后一半周期过程中打开，而并不中断电容器向其起始电荷状态的返回。也就是，在开关器打开之后，该电容器自动地再度返回到其起始电荷状态。为了另一个谐振且因此该电容器的一次新的电荷转移，谐振电路的开关器必须重新闭合。 

当在HSS开关器闭合的情况下谐振电路的开关器被闭合时，也就是说，在电流流动通过HSS开关器时，进行(类似于上述实施方式)电容器的电荷转移。电容器的电荷转移的结果是，通过闭合的HSS开关器流动的电流消失，由此施加在HSS开关器上的电压(该电压在通过HSS开关器的规则的电流方向上驱动电流)也回到零。HSS开关器然后可以无损失地被打开，只要电容器在一个相对于起始电荷状态相反地荷电的状态下，因为第一横向支路阻挡与该HSS开关器的规则的电流方向反向的电流。 

也就是总体上通过本申请的升压调压器的谐振电路能够无电流地闭合和打开该HSS开关器。因此可以使在连接本申请的升压调压器时、也就是说不仅在闭合还有在打开该HSS开关器时的开关损失最小化。 

在一个优选的实施方式中，在该第一横向支路中，一个辅助二极管与该HSS开关器串联地连接，其中该辅助二极管如下地取向，使其对于与通过HSS开关器的规则的电流方向反向的电流而言阻挡该第一横向支路。然而，该HSS开关器还可以是一个双向的开关器，单独地通过该开关器(至少当它闭合时)，与通过HSS开关器的规则的电流方向反向的电流也会是有可能的。通过将该辅助二极管与该双向的开关器串联地连接，还可以保证，通过该第一横向支路且因此还通过该HSS开关器的电流仅在其规则的电流方向(对应于该辅助二极管的通过方向)上是可能的。 

当该辅助二极管与该HSS开关器串联连接时，在电容器从其起始电荷状态放电之后，在HSS开关器处施加的电压保持为零或近似零，直到在该电容器处施加的电压的极性再度与其起始电荷状态下的电压的极性相同。在此情况下该HSS开关器在一个较长的时间区间内不仅可以无电流且没有(能够在通过闭合的HSS开关器的规则的电流方向上驱动电流的)电压地、而且还完全无电压地被闭合。 

然而，该HSS开关器并非必须强制地具有一个与该HSS开关器串联连接的辅助二极管，即可确保在该第一横向支路中阻挡与通过该HSS开关器的电流的规则流动方向反向的电流。例如，这当本申请的升压调压器的HSS开关器形成有一个单向的开关器(如IGBT半导体开关器)时并非是必需的。在此情况下，一旦该电容器已经电荷转移到相反的极性，就不可能完全无电压地闭合该HSS开关器。然而，此时施加在HSS 开关器上的极性相反的电压不能在通过闭合的HSS开关器的规则电流方向上驱动电流，并且对于在反向取向的方向中的电流，第一横向支路是被阻挡的。在此情况下，HSS开关器的闭合因此还如下地进行，使得并不立即使用通过HSS开关器的电流，并且因此是无损失的。 

根据一个优选的实施方式，将一个对于半导体开关器而言常规的自由运行二极管与该HSS开关器并联连接。例如该HSS开关器可以形成有一个IGBT半导体开关器，该半导体开关器与该HSS开关器的自由运行二极管并联地连接。该自由运行二极管在此可以使一个半导体开关器的固有的自由运行二极管。当在该第一横向支路中该辅助二极管与该HSS开关器并联连接时，自由运行二极管的通过方向和辅助二极管的通过方向是彼此反向地取向的，由此在HSS开关器打开的情况下阻止了通过第一横向支路的电流。然而，本申请的升压调压器的HSS开关器还可以形成为没有自由运行二极管，而没有因此不利地影响该升压调压器的工作方式。 

当谐振电路的开关器在电容器的电荷转移过程中已经打开时，也就是说一个与该谐振电路的开关器的自由运行二极管的通过方向反向地取向的电流流动通过该开关器的过程中，其结果可以是在该开关器处的一个超压。为了抵消这种情况，可以设置一个用于该开关器的电压限制器。例如该升压调压器可以具有一个带有一个另外的二极管的放电路径，该放电路径在该谐振电路的线圈与开关器之间分支并且与该HSS二极管的输出侧的接口相连。该另外的二极管的通过方向在此是，从该HSS二极管的输出侧的接口看，与该HSS二极管的通过方向相同的。然而，在本申请的HSS中并非必需的并且为了最小化开关损失也不优选的是，在电容器的电荷转移过程中已经打开该谐振电路的开关器。当排除这样的打开时，可以取消放电路径。 

在本申请的升压调压器的工作中提出，该电容器从其起始电荷状态的放电和电荷转移首先通过该谐振电路的开关器的闭合而进行。为了确保电容器在本申请HSS的工作结束之后不停留在其充电的状态下，而是通过使其终止工作(Auβerbetriebnahme)而自动地放电，该升压调压器可以具有一个用于该电容器的放电连接件。根据本申请的升压调压器的一个特别简单的实施方式，此外还可以设置一个放电电阻，该放电电阻与该电容器并联地连接。当在该升压调压器处没有施加输入电压时，通过这个放电电阻，该电容器自动地放电。 

为了该升压调压器的工作可能要求的是，这个升压调压器具有快速的连接行为，使得该HSS开关器即使在短间隔下也可以被接通。为了在此确保该HSS开关器在其“无电流”的状态下总是可接通的，在该状态下没有电流流过该HSS开关器并且也没有(能够在通过闭合的HSS开关器的规则电流方向上驱动电流的)电压施加在该HSS开关器处，该电容器必须对应地被快速电荷转移并且还能够快速地返回其起始电荷状态。然后有利的是，该谐振电路具有一个与该升压调压器的开关循环的长度成比例的、较短的振动周期。此类相对较短的振动周期可以通过设定该谐振电路的线圈和电容器的适合的尺寸来实现。该谐振电路的优选的振动周期处于ms至μs的范围内，由此该HSS开关器的开关频率能够达到最多几百kHz。 

在本申请的升压调压器的一个特别的实施方式中，该谐振电路的开关器设计为用于比HSS开关器更大的电流。优选地该谐振电路的开关器如下地设计，使得该开关器(在不对其造成损伤的情况下)可以引导一个电流，该电流比对于HSS开关器锁设计的电流大至少两倍、优选至少三倍、也就是例如约四倍。于是，可以将以下情况纳入考虑，即在一个谐振的放电连接件中典型地可以出现一个与输入电流相比更大的电流。 

本申请的升压调压器可以具有一个单一的第一横向支路和一个单一的第二横向支路，或者多个第一横向支路以及还有多个第二横向支路。在此，可以对每一个第一横向支路设置一个分开的第二横向支路。然而，当通过一个控制装置交错式(versetzt)控制多个第一横向支路时，将该多个第一横向支路配属于一个单一的、公用的第二横向支路就是充分的。此时第二横向支路的谐振电路是如下设计的，使得该第二横向支路具有的振动周期小于在该多个第一横向支路的HSS开关器的这些开关之间的时间间隔。此时确保了，该电容器在下一次开关之前返回到其起始电荷状态并且因此对于准备好一次新的电荷转移，以便使对应的HSS开关器进入其无电流的状态以用于无损失的开关。 

根据本申请的升压调压器的另一个实施方式，该升压调压器包括一对部分升压调压器(Teilhochsetzstellern)，这些部分升压调压器具有一个公用的HSS电感器和一个带有两个串联连接的中间电路电容器的直流电压中间电路。这对部分升压调压器中的一个包括该第一和第二横向支路和该HSS二极管。在此，第一和第二横向支路导向这两个中间电路电 容器之间的直流电压中间电路的中点，并且该对部分升压调压器中的这一个将这两个中间电路电容器中的一个荷电。这对部分升压调压器中的另一个将这两个中间电路电容器中的另一个荷电。在此，第一和第二横向支路以及另一个部分升压调压器的一个HSS二极管相对于该直流电压中间电路的中点安排，直到其电流方向和通过方向对该第一和第二横向支路以及该对部分升压调压器的这一个的HSS二极管呈镜像。在另外的设计中，在该直流电压中间电路处可以连接一个桥连接件(Brückenschaltung)，其中该桥连接件的一个中点连接在一个变压器的初级绕组的一端并且其中该初级绕组的另一端连接在该直流电压中间电路的中点处。 

根据带有多个部分升压调压器的升压调压器的一个替代的实施方式，每个部分升压调压器(在其他方面相同地实施的情况下)具有一个自己的HSS电感器。 

本申请还设计一种本申请的升压调压器的用途，其中为了闭合或打开该HSS开关器，将该谐振电路的开关闭合，以便将电容器(如上面已经说明的)电荷转移。在电容器以相对于其起始电荷状态相反地荷电的整个时间过程中，在该HSS开关器上没有施加能够在通过HSS开关器的规则电流方向上驱动电流的电压。因此，当现在首先将打开的HSS开关器闭合时，电流并不立刻流过该HSS开关器。在首先闭合HSS开关器的情况下，当该HSS开关器在这一时间被打开时，该电流减少到零。也就是，当该HSS开关器在处于其上面定义的无电流状态中时该HSS开关器被闭合以及打开，其方式为可以将其无功率地且因此无损失地开关。 

在电容器的电荷转移之后，谐振电路的开关器再度被打开，使得该电容器虽然能够返回其起始电荷状态，但是然后不被重新电荷转移。为此直到该电容器再度返回到其起始电荷状态有一个时间。在该电容器再度返回到期起始电荷状态之后，该电容器准备好用于下一次的电荷转移以及因此用于该HSS开关器的后续的开关过程。 

对于HSS开关器的闭合或打开而言充分的是，当该电容器被单一地一次电荷转移，由此使在该打开的HSS开关器处的电压消失及在极性上反转、或者由此使通过该闭合的HSS开关器的电流消失。因此，对于特别快速的开关行为，该谐振电路的开关优选是如下进行控制的，使得在 该谐振电路中电流流动持续正好该谐振电路的一个完整的振动周期。这意味着，将该电容器电荷转移一次以开关该HSS开关器并且然后返回到其起始电荷状态，使其然后准备好用于新的电荷转移并因此用于HSS开关器的新的开关。通常，该谐振电路被设计为，使其振动周期处于5到100μs的范围内。对应地，该谐振电路的开关器典型地在2.5至50μs的时长内关闭。由此，该HSS开关器的开关频率可达到kHz范围、尤其最高几百kHz。为了在时间上受控地进行开关，该开关器可以例如用一个具有对应信号宽度的控制信号进行控制，该控制信号是由一个为此目的设置的控制装置提供的。 

于是，当电容器由其起始电荷状态完全地放电并且开始其向相对于该起始电荷状态相反地荷电的状态中的电荷转移时，打开的或闭合的HSS开关器实现其无电流的状态。一旦该电荷转移的电容器重新放电并且再度在其起始的电荷状态中充电之后，HSS开关的无电流的状态就结束。也就是，该HSS开关不需要在一个准确的时间点开关，而是在很长的时间区间内都是可用的，其中该HSS开关能够无损失地开关。对应地，对于该升压调压器的工作而言，也强制要求使用时间上特别准确的用于该HSS开关器的控制装置。 

详细地说，该HSS开关器的无电流状态分别开始和结束于在该电容器处所施加的电压的符号交换。这对应于该谐振电路的振动周期的一个四分之一和四分之三。根据一个优选的实施方式，该HSS开关器因此被控制为，使得该HSS开关器在一个时间点被开关，在电流已经在该谐振电路中流动持续该振动周期的四分之一之后、但是在该电流在该谐振电路中流动持续该振动周期的四分之三之前。在此，精确地保持用于该无电压或无电流的开关的准确时间点是不需要的。反而当该开关在半个振动周期的时间跨度之内进行就是充分的。因此，对于该HSS开关器的开关，有一个相对较大的时间窗口可供使用。 

为了确保该电容器准备好用于该HSS开关器的另一次无损失的开关，必须保证该电容器在电荷转移之后再度返回其起始电荷状态并且停留在其中。这可以如下地实现：在电流至少部分地通过该谐振电路的开关器的自由运行二极管在该谐振电路中流动之后，将该谐振电路的开关器打开。然后如上所述，尽管该开关器打开，仍然进行电容器向其起始电荷状态的返回。然而，通过打开该开关器实现了该电容器在返回到其起始电荷状态之后不重新进行电荷转移。因此，最晚在返回到起始电荷 状态的时间点处，必须将该开关器打开。对于该谐振电路的开关器的打开，也有一个相对较大的时间窗口可供使用。 

此外，在本申请的升压调压器的用途中提出，如下地控制一个单一的第二横向支路的开关器，使得每一个交错地控制的HSS开关器在其无电流的状态下都连接多个第一横向支路。在此，HSS开关器的交错式控制和谐振电路的振动周期优选如下地彼此匹配，使得在该HSS开关器的开关之间存在一个时间跨度，该时间跨度为该谐振电路的至少一个完整的振动周期。由此确保了该电容器，在它已经对于HSS开关器的第一次无损失开关而被电荷转移之后，在对于HSS开关器的无损失开关的下一个开关过程开始之前，能够返回其起始电荷状态。 

本申请的有利的改进方案由权利要求书、说明书附图得出。在说明书中所述的特征的优点和多个特征的组合仅仅是示例性的并且可以替代性地或者累加性地起作用，而无需强制地实现本申请实施方式的优点。在并不由此改变所附权利要求书的主题的情况下，在原始申请文件和专利的公开内容方面，以下内容是适用的：其他特征可以从附图中得出。本申请不同实施方式的特征的组合或者不同专利权利要求的特征的组合同样可能与权利要求书的所选的回引部分不同并且是在此有所启示的。这还涉及在分开的附图中展示的或者在其说明中提及的特征。这些特征还可以与不同权利要求的特征相组合。同样，在权利要求书中详述的特征可能在本申请的其他实施方式中取消。在权利要求书中和说明书中所述的特征在其数量方面应理解为，存在正好这个数量或比所述数量更大的数量，而无需明确地使用副词“至少”。也就是当例如提到一个HSS开关器和/或一个横向支路时，这应当理解为存在正好一个HSS开关器和/或一个横向支路、或者多个HSS开关和/或多个横向支路。这些特征可以通过其他特征来补充或者是产生相应结果的单独的特征。在权利要求书中包含的参考符号对由权利要求书所保护的主题的范围并不造成任何限制。它们仅仅用于使权利要求书更容易理解的目的。 

附图说明

下面借助于附图中所展示的优选实施例进一步说明和描述本申请。 

图1示出本申请的一个升压调压器。 

图2示意性地示出一个用于HSS开关器和用于根据图1的升压调压器的谐振电路的开关器的控制信号的时间曲线，以及一个所获得的对于该HSS开关器和用于该谐振电路的开关器的电压和电流曲线。 

图3示出带有一个放电路径的本申请的升压调压器。 

图4示出带有一个放电路径和一个放电电阻的本申请的升压调压器。 

图5示出带有一对部分升压调压器的本申请的升压调压器。 

具体实施方式

图1示出了一个本申请的升压调压器1，该升压调压器具有一个HSS电感器2的一种用于升压调压器的典型转接方式、一个HSS二极管3和一个HSS开关器4。该HSS电感器2和HSS二极管3在升压调压器1的输入6与输出7之间的一条导线5中串联连接。在此一个输入电压或输出电压相对于接地8分别施加在输入6或输出7处。HSS开关器4安排在升压调压器1的一个第一横向支路9中，该第一横向支路在该HSS电感器2与HSS二极管3之间分支出来并且与接地8相连。在图1中所示的实施方式中，一个自由运行二极管10与该HSS开关器4并联连接。在输出7处，在导线5与接地8之间连接有一个中间电路电容器11。从由中间电路电容器11形成的直流电压中间电路来供应一个负载12。但是，与图1中所示不同的是，升压调压器1并非强制地必须具有接地的接口。 

在第一横向支路9中，一个辅助二极管13与该HSS开关器4串联连接。在此，该辅助二极管13的通过方向与通过该HSS开关器的电流的规则的流动方向相同。该HSS开关器4的自由运行二极管10的通过方向是与辅助二极管13的通过方向反向地取向的。通过辅助二极管13，阻止了在HSS开关器4打开时通过第一横向支路9的电流。在HSS开关器4闭合时，仅在辅助二极管13的通过方向上可能有电流。 

除了第一横向支路9以外，在该HSS电感器2与该HSS二极管3之间，从导线5分支出一个第二横向支路14。在该第二横向支路14中安排有一个谐振电路15，该谐振电路具有一个电容器16和一个与该电容器16并联连接的串联连接件17，该串联连接件由一个线圈18和一个开关器19组成。一个二极管20与该谐振电路15串联连接，通过该二极管，该谐振电路15与接地8相连。在此，二极管20的通过方向与辅助二极管13的通过方向从HSS电感器2来看是相同地取向的。通过辅助二极管13和二极管20的这种安排和取向实现了该电容器16自身(无论它是如何充电的)即使在HSS开关器4闭合时也不能通过第一横向支路9放电，因为在从该电容器16的一个接口在该导线5处通过第一横向支 路9向接地8并且从那里通过二极管20到电容器16的另一个接口的电流回路中，二极管20的通过方向和辅助二极管13的通过方向是彼此反向地取向的。另外，二极管20的通过方向从HSS电感器2来看是与谐振电路15的开关器19的一个自由运行二极管21的通过方向反向地取向的。于是在谐振电路15的开关器19打开时，也阻止了电容器16通过谐振电路15的放电，该电容器是被输入电压充电到其起始电荷状态的。只有在开关器19闭合时，电容器16才能通过谐振电路15进行放电。 

在图2中非常示意性地展示，HSS开关器4和谐振电路15的开关器19如何借助于控制信号22、23而被开关(图2，上方)以及由此对于HSS开关器4(图2，中间)和对于开关器19(图2，下方)产生了哪种电压曲线24、25或电流曲线26、27。 

对于以下的说明，假设的是，在输入6处施加一个相对于接地8的正电压，并且电容器16通过这个电压在自由运行二极管21的通过方向的反向上被充电到其起始电荷状态。 

如通过用于开关器19的控制信号23和用于HSS开关器4的控制信号22所展示的，开关器19在时间上在该HSS开关器4之前闭合。通过开关器19的闭合，施加在开关器19处的电压25向零降低。同时，在该谐振电路15中与该自由运行二极管21的通过方向反向的电流变得可能。电容器16可以因此通过开关器19和线圈18放电，也就是说，通过开关器19的闭合，谐振电路15以振动周期T开始谐振。 

通过电容器16在第二横向支路14中的放电，施加在第一横向支路9处且因此施加在HSS开关器4处的电压24降低。当电容器16完全放电时，在HSS开关器4处施加的电压24最终消失。这对应于时间点28，在其中通过开关器19流动的电流27已经达到其正最大值。 

在谐振电路15的谐振的另一个曲线中，电容器16以相对于其起始电荷状态相反的极性来充电。在此辅助二极管13阻止了电容器16可能在其以相对于该起始电荷状态相反的极性荷电的状态下通过第一横向支路9放电，尤其是当HSS开关器4闭合时。在电容器16的完全电荷转移之后，也就是说在谐振的前一半周期之后，电容器16被再度放电。在此，使在HSS开关器4处施加的电压24消失，直至在电容器16处施加的电压重新交换其符号并且电容器16开始在其起始电荷状态中充 电。这对应于时间点29，在其中通过开关器19流动的电流27已经达到其负最大值。 

为了无损失的开关，HSS开关器4，如借助于用于HSS开关器4的控制信号22，在时间点28与29之间闭合，在其间在电容器16处施加一个具有与起始电荷状态相反设定的符号的电压。通过HSS开关器4的闭合，并不直接引起通过闭合的HSS开关器4的电流。而是通过辅助二极管13实现了：一个通过HSS电感器2作用的电流，只有当该电流在辅助二极管13的通过方向上进行时才能通过HSS开关器4进行。由此只有在时间点29电流26才开始通过HSS开关器4，也就是说，当施加在电容器16处的电压以及因此还有施加在第一横向支路9处的电压相对于接地8再度为正时。也就是，在时间点28与29之间，HSS开关器4在其无电流的状态下，在该状态下没有电流能够流过HSS开关器4、即便当该HSS开关器闭合时。电容器16通过第一横向支路9的放电通过二极管20来阻止。 

在谐振电路15的谐振结束时，也就是说在振动周期T之后，电容器16返回到其起始电荷状态。在此，返回到起始电荷状态是指，在谐振结束时必须在电容器16处施加一个电压，该电压在其值方面是与在谐振之前已经施加在电容器16处的电压完全相同的。 

当开关器19在第一次谐振结束之后将会再次被闭合时，谐振电路15可能会实施另一个谐振。另外地，当HSS开关器4在第一次谐振过程中尚未被闭合时，此时施加在仍然打开的HSS开关器4上的电压24在该振动周期T的一个四分之一与三个四分之一的时间宽度过程中重新消失，由此再度使打开的HSS开关器4的无损失的闭合变得可能。然而，优选HSS开关4在第一次谐振过程中已经闭合，使得另一次谐振是不希望的。因此，在图2中所示的实例中，在电容器16达到其起始电荷状态之前，开关器19被再度打开。此外，开关器19可以在如下的一个时间跨度中被打开，在该时间跨度中，谐振电路15中的电流在该自由运行二极管21的通过方向的方向上进行。开关器19在这个时间跨度中被打开，这对于在谐振电路15中保持电流直到电容器16返回到其起始电荷状态而言是不重要的，因为此时电流被引导通过自由运行二极管21。 

此外，在图2中展示了如何控制HSS开关器4和开关器19，以便 实现使闭合的HSS开关器4能够在无电流的状态下被打开。为此，首先将打开的开关器19闭合。通过在HSS开关器4闭合的情况下闭合开关器19，也就是说在电流26流动通过HSS开关器4的过程中，在谐振电路15的谐振期间进行如上所述的电容器16的电荷转移。在电容器16的放电之后，电流从第一横向支路9过渡到第二横向支路14，由此通过HSS开关器4流动的电流26消失。HSS开关器4然后可以无损失地被打开，只要电容器16处于一个相对于起始电荷状态相反地荷电的状态下。这对应于该谐振电路15的振动周期T的一个四分之一和三个四分之一之间的时间跨度。在电容器16的电荷转移之后，也就是说在谐振的后一半周期过程中，开关器19被再度打开。开关器19的打开在此优选从谐振电路15中的电流在自由运行二极管21的通过方向的方向上流动的时间点起进行。在开关器19打开之后，电容器16自动返回到其起始电荷状态并且保持在该状态中，由此谐振电路15准备好用于一个新的开关过程以便无损失地闭合HSS开关器4。 

在图3中示出了升压调压器1的另一个实施方式，该实施方式与图1中所示实施方式的区别在于额外地具有一个放电路径30。放电路径30在线圈18与开关器19之间分支出来并且与HSS二极管3的一个输出侧的接口31相连。在放电路径30中安排有一个另外的二极管32，其通过方向从HSS二极管3的输出侧接口31看是与HSS二极管3的通过方向相同地取向的。通过放电路径30阻止了在开关器19处出现超压，该超压可能在一个与自由运行二极管21的通过方向反向地取向的电流流过开关器19的过程中由闭合的开关器19的打开产生。 

在图4中展示的升压调压器1的实施方式中，在图3展示的实施方式的改进方案中设置了一个用于电容器16的放电电阻33，该放电电阻与电容器16并联连接。当在该输入6处没有施加输入电压时，通过这个放电电阻33该电容器16可以自己放电。由此可以确保，当升压调压器1停止工作时，电容器16自动地放电。 

在图5中将本申请的升压调压器1的实施方式示出为带有下游连接的桥连接件的三点升压调压器，其中该升压调压器1具有一对部分升压调压器34、35，这些部分升压调压器连接在升压调压器1的两个输入接口36、37之间。带有下游连接的桥连接件的三点升压调压器的理论构造及其理论工作方式是例如由文献DE 197 50 041 C1已知的。 

部分升压调压器34、35具有HSS电感器2作为公用的HSS电感器，并且每个部分升压调压器34、35将一个中间电路电容器11a、11b荷电。在此，这两个中间电路电容器11a、11b串联连接并且共同形成一个直流电压中间电路。一个部分升压调压器34包括两个第一横向支路9a和9b和一个第二横向支路14，对于每一个第一横向支路9a、9b有一个HSS二极管3a、3b，这些HSS二极管也可能组合成这一个部分升压调压器34的一个单一的HSS二极管。在此，第一横向支路9a、9b和第二横向支路14导向该直流电压中间电路的一个中点39。另一个部分升压调压器35同样包括两个带有HSS开关器4c、4d的第一横向支路46a和46b和一个第二横向支路47，对于每一个第一横向支路46a、46b有一个HSS二极管3c、3d，这些HSS二极管也可能组合成这另一个部分升压调压器35的一个单一的HSS二极管。这另一个部分升压调压器35的第一横向支路46a和46b、第二横向支路47和HSS二极管3c、3d相对于该直流电压中间电路的中点39被形成为，直到其电流方向和通过方向与这一个部分升压调压器34的第一横向支路9a、9b、第二横向支路14和HSS二极管3a、3b呈镜像。在这两个部分升压调压器34和35中的电流方向和通过方向是彼此反向地取向的。对于在中间电路电容器11a和11b上降低的中间电路电压，设置有一个桥连接件38，其中该桥连接件38的一个中点40通过一个变压器42的一个初级绕组41与这些中间电路电容器11a与11b之间的中点39相连。通过变压器42传递到次级侧上的电压，在图5中所示的实施方式中与一个整流器43相同地取向并且然后作为直流电压施加在一个输出电容器44处。在输出电容器44处施加的直流电压可以，如图5中所展示的，借助于一个逆变器45例如转换成一个三相地交流电压。 

当第一横向支路9a、9b或46a、46b的HSS开关器4a、4b或4c、4d通过一个在此未展示的控制装置分别交错地控制时，对于每一个部分升压调压器34和35的第一横向支路9a、9b或46a、46b分别设置有一个单一的第二横向支路14或47就是充分的，如在图5中所展示的。当在HSS开关器4a、4b或4c、4d的交错的开关之间的间距为谐振电路15a、15b的至少一个完整的振动周期T时，确保了相应的第二横向支路14或47的电容器16a、16b在下一次开关之前处于其起始电荷状态中。电容器16a、16b此时准备好重新用于电荷转移，以便将有待开关的HSS开关器4a、4b或4c、4d进入其无电流的状态并因此能够无损失地进行开关。 

任选地，可以额外地设置在图5中未展示的、用于第二横向支路14a、14b的放电路径。此外，任选地可以与每一个电容器16a、16b并联连接一个放电电阻，通过该放电电阻，当在升压调压器1的输入36、37之间没有施加输入电压时，该电容器16a、16b可以自己放电。 

参考符号清单

1   升压调压器 

2   HSS电感器 

3   HSS二极管 

4   HSS开关器 

5   导线 

6   输入 

7   输出 

8   接地 

9   (第一)横向支路 

10  自由运行二极管 

11  中间电路电容器 

12  负载 

13  辅助二极管 

14  (第二)横向支路 

15  谐振电路 

16  电容器 

17  串联连接件 

18  线圈 

19  开关 

20  二极管 

21  自由运行二极管 

22  控制信号 

23  控制信号 

24  电压曲线 

25  电压曲线 

26  电流曲线 

27  电流曲线 

28  时间点 

29  时间点 

30  放电路径 

31  接口 

32  二极管 

33  放电电阻 

34  部分升压调压器 

35  部分升压调压器 

36  输入接口 

37  输入接口 

38  桥连接件 

39  中点 

40  中点 

41  初级线圈 

42  变压器 

43  整流器 

44  输出电容器 

45  逆变器 

46  横向支路 

47  横向支路 

Claims (15)

1.升压调压器(1)，具有 

-一个HSS电感器(2)； 

-一个与该HSS电感器(2)串联连接的HSS二极管(3)； 

-一个HSS开关器(4)，该HSS开关器安排在该HSS电感器(2)与该HSS二极管(3)之间分支出的一个第一横向支路(9)中并且具有一个规则的电流方向；以及 

-一个谐振电路(15)，该谐振电路安排在该HSS电感器(2)与该HSS二极管(3)之间分支出的一个第二横向支路(14)中并且包括一个电容器(16)和一个与该电容器(16)并联连接的串联连接件(17)，该串联连接件由一个线圈(18)和一个开关器(19)组成， 

其特征在于， 

-该第一横向支路(9)阻挡与该HSS开关器(4)的规则的电流方向反向的电流， 

-一个自由运行二极管(21)与该谐振电路(15)的开关器(19)并联连接，并且 

-在该第二横向支路(14)中一个二极管(20)与该谐振电路(15)串联连接， 

-其中该二极管(20)的通过方向从该HSS电感器(2)来看是与该自由运行二极管(21)的通过方向反向地取向的并且是与通过该HSS开关器(4)的规则的电流方向相同地取向的。 

2.根据权利要求1所述的升压调压器(1)，其特征在于，在该第一横向支路(9)中一个辅助二极管(13)与该HSS开关器(4)串联连接，该辅助二极管对于与该HSS开关器(4)的规则的电流方向反向的 电流阻挡该第一横向支路(9)。 

3.根据权利要求1所述的升压调压器(1)，其特征在于，一个自由运行二极管(10)与该HSS开关器(4)并联连接。 

4.根据权利要求1所述的升压调压器(1)，其特征在于，在该谐振电路(15)的线圈(18)与开关器(19)之间分支出一个带有一个另外的二极管(32)的放电路径(30)，该放电路径与该HSS二极管(3)的输出侧的接口(31)相连，其中该另外的二极管(32)和该HSS二极管(3)的通过方向从该HSS二极管(3)的输出侧的接口(31)来看是相同地取向的。 

5.根据权利要求1所述的升压调压器(1)，其特征在于，一个放电电阻(33)与该电容器(16)并联连接。 

6.根据权利要求1所述的升压调压器(1)，其特征在于，该谐振电路(15)的开关器(19)被设计为用于比该HSS开关器(4)更大的电流。 

7.根据权利要求1所述的升压调压器(1)，其特征在于，设置有多个第一横向支路(9)和一个单一的第二横向支路(14)，并且设置有一个用于交错地控制该多个第一横向支路(9)的HSS开关器(4)的控制装置。 

8.根据权利要求1所述的升压调压器(1)，其特征在于，该升压调压器(1)具有一对部分升压调压器(34，35)和一个直流电压中间电 路，该直流电压中间电路带有两个串联连接的中间电路电容器(11)，其中 

-这些部分升压调压器(34，35)具有一个公用的HSS电感器(2)， 

-这对中的一个部分升压调压器(34)具有这些第一和第二横向支路(9，14)和该HSS二极管(3)，其中该第一和第二横向支路(9，14)导向在这两个中间电路电容器(11)之间该直流电压中间电路的一个中点(3)，并且其中该一个部分升压调压器(34)被设置为用于使这两个中间电路电容器(11)中的一个荷电，并且 

-该对中的另一个部分升压调压器(35)的第一和第二横向支路(46，47)和一个HSS二极管相对于该直流电压中间电路的中点(39)被形成为直至其电流方向和通过方向对于该一个部分升压调压器(34)的第一和第二横向支路(9，14)和HSS二极管(3)是呈镜像的，其中该另一个部分升压调压器(35)被设置为用于使这两个中间电路电容器(11)中的另一个荷电。 

9.根据权利要求8所述的升压调压器(1)，其特征在于，设置有一个桥连接件(38)，该桥连接件在输入侧连接到该直流电压中间电路并且其中点(40)连接到一个变压器(42)的一个初级绕组(41)的一端，其中该初级绕组(41)的另一端连接到该直流电压中间电路的中点(39)。 

10.根据权利要求1所述的升压调压器(1)，其特征在于，该升压调压器(1)具有一个控制装置，该控制装置被适配为用于， 

-闭合该谐振电路(15)的开关器(19)，以便使该谐振电路(15) 的电容器(16)放电并且然后以相对于其起始电荷状态相反的极性来将其充电， 

-在该电容器(16)以相对于其起始电荷状态相反的极性充电之后将该谐振电路(15)的开关器(19)再度打开，并且 

-在该电容器(16)以相对于其起始电荷状态相反的极性荷电的过程中闭合或打开该HSS开关器(4)。 

11.根据权利要求1所述的升压调压器(1)，其特征在于，该升压调压器(1)具有一个控制装置，该控制装置被适配为用于， 

-闭合该谐振电路(15)的开关器(19)，以便使该谐振电路(15)的电容器(16)放电并且然后以相对于其起始电荷状态相反的极性来将其充电， 

-在该电容器(16)以相对于其起始电荷状态相反的极性充电之后将该谐振电路(15)的开关器(19)再度打开，并且 

-在一个状态下打开或闭合该HSS开关器(4)，在该状态下没有电流流动通过该HSS开关器和/或没有能够在该规则的电流方向上驱动电流通过该HSS开关器的电压施加在该HSS开关器上。 

12.根据权利要求10或11所述的升压调压器(1)，其特征在于，该控制装置被适配为用于控制该谐振电路(15)的开关器(19)，使得在该谐振电路(15)中在该谐振电路(15)的正好一个完整的振动周期(T)中有电流流动。 

13.根据权利要求12所述的升压调压器(1)，其特征在于，该控制装置被适配为控制该HSS开关器(4)，使得在电流在该谐振电路(15)中流动持续该谐振电路(15)的振动周期(T)的四分之一后，但是在 该电流在该谐振电路(15)中流动该振动周期(T)的四分之三前，该HSS开关器被关闭和/或打开。 

14.根据权利要求10或11所述的升压调压器(1)，其特征在于，该控制装置被适配为如下地控制该谐振电路(15)的开关器(19)，使得当在该谐振电路(15)中流动的电流至少部分地被引导通过该开关器(19)的自由运行二极管(21)时，将该开关器打开。 

15.根据权利要求10或11所述的升压调压器(1)，其特征在于，该控制装置被适配为如下地控制一个单一的第二横向支路(14)的开关器(19)，使得这些HSS开关器(4)能够由多个第一横向支路(9)交错地无损失地开关。