DE102005019822A1

DE102005019822A1 - Leistungswandler in einem interaktiven Anwendungssystem

Info

Publication number: DE102005019822A1
Application number: DE102005019822A
Authority: DE
Inventors: James P. Washington Johnson
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2004-08-16
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2006-03-02
Also published as: US20060034106A1; CN1738171B; US7280377B2; CN1738171A

Abstract

In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist beispielsweise eine Notstrom-Brennstoffzelle (10) mit einem Anwendungsleistungsgitter durch eine Leistungsumwandlungsschaltung (100) gekoppelt. Die Leistungsumwandlungsschaltung (100) kann eine Inverterschaltung (40), eine Impulserzeugungsschaltung (80) und eine Steuerschaltung (50) erzeugen. Die Inverterschaltung (40) ist konfiguriert, um ein Gleichstromsignal aufzunehmen und ein erstes Wechselstromsignal auszugeben, und die Impulserzeugungsschaltung (80) erzeugt ein Impulssignal (85), ansprechend auf eine Veränderung eines Parameters, der mit einem zweiten anwendungserzeugten Wechselstromsignal assoziiert ist. Die Steuerschaltung (50) ist mit der Inverterschaltung (40) gekoppelt und ist konfiguriert, um das Impulssignal (85) aufzunehmen. Zusätzlich liefert die Steuerschaltung (50) ein Steuersignal an die Inverterschaltung (40), um einen Parameter, der mit dem ersten Wechselstromsignal assoziiert ist, ansprechend auf den Impuls einzustellen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung ist auf einen Leistungswandler gerichtet, der ein Gleichstromsignal in ein Wechselstromsignal umwandelt, und auf ein Verfahren zur Steuerung und Synchronisierung des Wechselstromsignals mit einem durch eine Anwendung erzeugten Wechselstromsignal.
Hintergrund
Unterstützungsleistungsversorgungen bzw. Notstromaggregate werden oft verwendet, um Leistung zu liefern, wenn ein Anwendungsleistungsgitter außer Betrieb ist. Von Verbrennungsmotoren angetriebene Generatoren werden oft als Notstromaggregate eingesetzt. Diese Generatoren sind jedoch relativ groß und laut und stoßen giftige Emissionen aus.
Brennstoffzellen erzeugen bekannterweise elektrische Leistung durch chemische Prozesse mit relativ minimalen Emissionen mit wenig Einfluss auf die Umwelt. Entsprechend sind Brennstoffzellen als eine attraktive Alternative zu herkömmlichen unterstützenden Generatoren eingesetzt worden. Anders als Generatoren können jedoch Brennstoffzellen typischerweise nicht in einer kurzen Zeitperiode aktiviert werden. Entsprechend geben bei Notstromanwendungen Brennstoffzellen oft elektrische Leistung kontinuierlich aus, und zwar ungeachtet dessen, ob das Leistungsgitter in Betrieb ist. In dem Fall, dass die Leistung abgeschnitten wird, liefert die Brennstoffzelle Unterstützungsleistung, die von dem Gitter an kritische Komponenten oder an ausgewählte Bereiche des Gitters verteilt werden kann.

Das US-Patent 6 700 804 beschreibt eine Notstrom-Brennstoffzelle, die mit einem Anwendungsgitter gekoppelt ist. Die Brennstoffzelle liefert eine Gleichstromspannung zu einem Inverter, der wiederum ein Wechselstromsignal zu einem Anwendungsverteilungssystem liefert. Jedoch sollte das Wechselstromsignal, welches aus dem Inverter ausgegeben wird, mit dem Wechselstromsignal synchronisiert werden, welches von der Anwendung erzeugt wird, um eine Kompatibilität mit Komponenten sicherzustellen, die mit dem Verteilungssystem verbunden sind. Darüber hinaus sollten der quadratische Mittelwert (RMS = root mean square) und die Phase der Ausgangsgröße des Wechselstrominverters relativ zum Wechselstromsignal der Anwendung steuerbar sein, um eine effiziente Leistungsübertragung aufrecht zu erhalten, auch wenn Variationen bei dem Wechselstromsignal der Anwendung auftreten. Somit ist eine synchronisierbare und einstellbare Gleichstrom/Wechselstrom-Umwandlungsschaltung erforderlich, um Übertragungscharakteristiken zu verbessern.

Die vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, einen oder mehrere der Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.

Zusammenfassung der Erfindung

In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Leistungsumwandlungsschaltung vorgesehen, die eine Inverterschaltung, eine Impulserzeugungsschaltung und eine Steuerschaltung aufweist. Die Inverterschaltung ist konfiguriert, um ein Gleichstromsignal aufzunehmen und ein erstes Wechselstromsignal auszugeben, und die Impulserzeugungsschaltung erzeugt ein Impulssignal ansprechend auf eine Veränderung eines Parameters, der mit einem zweiten von einer Anwendung erzeugten Wechselstromsignal assoziiert ist. Die Steuerschaltung ist mit der Inverterschaltung gekoppelt und ist konfiguriert, um das Impulssignal aufzunehmen. Zusätzlich liefert die Steuerschaltung ein Steuersignal an die Inverterschaltung, um einen Parameter einzustellen, der mit dem ersten Wechselstromsignal assoziiert ist, und zwar ansprechend auf das Impulssignal.

In Übereinstimmung mit einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren vorgesehen, um eine Wechselstromsignalausgabe aus einer Inverterschaltung zu steuern. Das Verfahren weist die Lieferung eines Gleichstromsignals zu der Inverterschaltung auf, und das Abfühlen des Wechselstromsignals, wobei das Wechselstromsignal aus der Inverterschaltung ansprechend auf das Gleichstromsignal ausgegeben wird. Das Verfahren weist auch auf, einen Wert eines Parameters des Wechselstromsignals mit einem erwünschten Wert zu vergleichen und das Gleichstromsignal einzustellen, um dadurch den Parameter des Wechselstromsignals einzustellen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein System zur Steuerung eines Wechselstromsignals vorgesehen, welches eine Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltung, eine Inverterschaltung und eine Steuerschaltung aufweist. Die Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltung nimmt eine Gleichstromeingangsspannung auf und liefert eine Gleichstromausgangsspannung. Die Inverterschaltung ist konfiguriert, um die Gleichstromausgangsspannung aufzunehmen und das Wechselstromsignal ansprechend darauf zu erzeugen. Zusätzlich ist die Steuerschaltung konfiguriert, Steuersignale zu der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltung zu liefern, um dadurch einen Pegel der Gleichstromausgleichsspannung einzustellen.

In Übereinstimmung mit einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Leistungsumwandlungsschaltung vorgesehen, die eine Inverterschaltung, eine Induktorschaltung und eine Kondensatorschaltung aufweist. Die Inverterschaltung ist konfiguriert, um ein Gleichstromsignal aufzunehmen und ein Wechselstromsignal auszugeben. Die Induktorschaltung ist konfiguriert, um den Leistungsfluss zu steuern, der mit dem Wechselstromsignal assoziiert ist. Die Induktorschaltung und die Kondensatorschaltung sind konfiguriert, um das Wechselstromsignal zu filtern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen, die in dieser Beschreibung mit eingeschlossen sind und einen Teil davon bilden, veranschaulichen verschiedene Aus führungsbeispiele der Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Offenbarung zu erklären.
1 veranschaulicht ein Blockdiagrammsystem zur Umwandlung eines Gleichstromsignals in ein Wechselstromsignal in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
2 ist ein detailliertes Schaltungsschemadiagramm des in 1 gezeigten Systems;
3 veranschaulicht verschiedene Wellenformen in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
4 veranschaulicht eine Tabelle, die Informationen speichert, die in Verbindung mit den in 3 gezeigten Wellenformen verwendet werden;
5 veranschaulicht eine Reihe von Punkten, die mit einer in 3 gezeigten Wellenform assoziiert sind;
6 veranschaulicht ein Flussdiagramm, welches Schritte eines Verfahrens in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung darlegt;
7 veranschaulicht ein Flussdiagramm, welches Schritte eines Verfahrens in Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung darlegt;
8 veranschaulicht ein Wechselstromsignal in Übereinstimmung mit einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
9 veranschaulicht ein Flussdiagramm, welches Schritte eines Verfahrens in Übereinstimmung mit noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung darlegt;
10A u. 10B veranschaulichen ein Zeitsteuerdiagramm von Signalen in Verbindung mit einer Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandlungsschaltung, wie in den 1 und 2 gezeigt; und
11 veranschaulicht ein Wechselstromsignal in Übereinstimmung mit einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
Detaillierte Beschreibung
Es wird nun im Detail auf beispielhafte Ausführungsbeispiele der Offenbarung Bezug genommen, wobei Beispiele davon in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Wo es immer möglich ist, werden die gleichen Bezugszeichen in den gesamten Zeichnungen verwendet, um sich auf die gleichen oder auf ähnliche Teile zu beziehen.
1 veranschaulicht eine Leistungsumwandlungsschaltung 100 in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Eine Brennstoffzelle 10 kann eine Unterstützungsbrennstoffzelle bzw. Notstrom-Brennstoffzelle zur Lieferung von zusätzlicher Leistung zu einem Anwendungsgitter sein. Die Ausgabe der Brennstoffzelle 10 ist typischerweise ein Gleichstromsignal mit hohem Strom und niedriger Spannung. Die Gleichstromspannung wird an eine Filterschaltung 20 angelegt, die eine Kontaktvorrichtung 25 aufweist, um selektiv die Ausgangsgröße der Brennstoffzelle zu der Umwandlungsschaltung 100 zu liefern. Die Filterschaltung 20 ist vorgesehen, um irgendwelche Variationen der Ausgangsgröße der Brennstoffzelle 10 zu glätten.
Die Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltung 30 nimmt das gefilterte Gleichstromsignal vom Filter 20 auf und wandelt das aufgenommene Signal mit niedriger Spannung zu einem Gleichstromsignal mit höherer Spannung um. Die Größe oder der Pegel der ausgegebenen Spannung der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltung 30 entspricht einer Amplitude des Wechselstromsignals, das aus der Umwandlungsschaltung 100 ausgegeben wurde. Der Pegel der Gleichstromspannung kann ansprechend auf Steuersignale gesteuert werden, die aus der Steuerschaltung 50 ausgegeben werden, wie genauer unten besprochen. Die Steuerschaltung 50 kann einen Mikroprozessor, einen Digitalsignalprozessor (DSP) oder eine andere geeignete Kombination aus Hardware bzw. Komponenten und/oder Software bzw. Programmen aufweisen.
Die Inverterschaltung 40 nimmt das Gleichstromsignal auf, welches aus der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltung 30 ausgegeben wurde, und gibt ein Wechselstromsignal ansprechend darauf aus. Das Wechselstromsignal kann dreiphasig sein, so dass drei getrennte Wechselstromspannungen jeweils auf den Leitungen 40-1, 40-2 und 40-3 ausgegeben werden. Jede Wechselstromspannung wird ansprechend auf weitere Steuersignale ausgegeben, die aus der Steuerschaltung 50 ausgegeben werden, und wird zu einer Drei-Phasen-Leistungsflussinduktorschaltung 60 geliefert, die einen Induktor aufweist, der mit jeder Leitung 40-1 bis 40-3 assoziiert ist. Jeder der Induktoren 60-1, 60-2 und 60-3 bildet auch einen Teil einer Drei-Phasen-Ausgangsfilterkondensatorschaltung 70, die konfiguriert ist, um Verzerrungen in dem Wechselstromsignal zu glätten und zu entfernen, das aus der Wandlerschaltung 100 ausgegeben wird. Das Wechselstromsignal wird dann an ein Anwendungsleistungsgitter ausgegeben.
Ein von einer Anwendung erzeugtes Wechselstromsignal ("Anwendungswechselstromsignal") 95 wird von einer Phase des Anwendungsleistungsgitters abgezogen und wird zu einer Impulserzeugungsschaltung 80 geliefert. Das Anwendungswechselstromsignal 95 ist im wesentlichen von sinusförmiger Spannungswellenform, wie allgemein verständlich und in 1 gezeigt. Das Anwendungswechselstromsignal 95 hat eine augenblickliche Spannung, die sich mit der Zeit verändert. An den Punkten 95-1 und 95-3 ändert sich die augenblickliche Spannung von einem positiven Wert zu einem negativen Wert. An den Punkten 95-2 und 95-4, den "Nulldurchgängen" verändert sich die augenblickliche Spannung des Anwendungswechselstromsignals 95 von einem negativen Wert zu einem positiven Wert. Eine Impulserzeugungsschaltung 80 fühlt diese Nulldurchgänge des Anwendungswechselstromsignals 95 ab und gibt typischerweise einen Impuls (siehe Impulssignal 85) ansprechend darauf aus. Die Impulse werden zu der Steuerschaltung 50 ge speist, die geeignete Steuersignale an die Inverterschaltung 40 ansprechend darauf ausgibt. Das Impulssignal 85 wird von der Steuerschaltung 50 verwendet, um das Wechselstromausgangssignal mit dem Wechselstromanwendungssignal 95 zu synchronisieren, genauso wie die Phase des Wechselstromausgangssignals relativ zu dem Wechselstromanwendungssignal 95, wie genauer unten besprochen.
Obwohl das Impulssignal 85, das aus der Schaltung 80 ausgegeben wurde, verwendet wird, um die Phase des Wechselstromsignals einzustellen, das aus der Inverterschaltung 40 ausgegeben wurde, kann das Impulssignal 85 verwendet werden, um andere Parameter einzustellen, die mit dem Wechselstromsignal assoziiert sind, wie beispielsweise Zeitsteuerung und Polarität.
Die Steuerschaltung 50 kann konfiguriert sein, um einen Strom und/oder eine Spannung beim Ausgang der Inverterschaltung 40 auf der Leitung 7 abzufühlen. Die Leitung 6 führt ein Signal, welches die Wechselstromanwendungsspannung und Wechselstromanwendungsausgangsgröße der Schaltung 70 anzeigt, und die Leitung 5 kann vorgesehen werden, um ein Signal zu liefern, welches die Spannung und/oder den Strom des Wechselstromanwendungssignals 95 an die Steuerschaltung 50 anzeigt.
2 veranschaulicht die Umwandlungs- bzw. Wandlerschaltung 100 genauer. Die Wandlerschaltung 100 weist einen Eingangsabschnitt 19 auf, der Anschlüsse 32 und 34 aufweist, an denen die eingegebene Brennstoffzellen-Gleichstromspannung angelegt wird. Der Eingangsabschnitt 19 weist die Kontaktvorrichtung 25 auf, die parallel mit einer Diode 27 verbunden ist, und einen Vorladungswiderstand 28. Eine zusätzliche Diode 29 ist angeschlossen, um elektrisch den Anschluss 32 vom Anschluss 34 zu isolieren. Wenn die Brennstoffzellen-Gleichstromspannung anfänglich an den Anschlüssen 32 und 34 angelegt wird, bleibt die Kontaktvorrichtung 25 offen, um Komponenten in der Umwandlungsschaltung 100 vor möglichen Stromwellen zu schützen. Entsprechend lädt ein Kondensator 18 durch den Vorladungswi derstand 28 mit einer RC-Zeitkonstanten, die im wesentlichen gleich dem Produkt des Widerstandes 28 und der Kapazität des Kondensators 18 ist. Sobald die Spannung am Kondensator 18 einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht, beispielsweise 50 V, schließt die Kontaktvorrichtung 25, wobei somit der Widerstand 28 umgangen wird, so dass der Kondensator 18 sich weiter bis zur vollen Brennstoffzellen-Gleichstromeingangsspannung auflädt, jedoch mit einer Zeitkonstanten basierend auf der Kapazität eines Filterkondensators 22, dem Brennstoffzellenausgangswiderstand und den parasitären Leitungs- und Verbindungswiderständen.
Je höher die vorbestimmte Schwellenspannung ist, desto mehr Zeit ist erforderlich, bevor die Kontaktvorrichtung 25 schließt. Jedoch ist weniger Strom erforderlich, um vollständig den Kondensator 18 zu laden, sobald die Schwelle erreicht ist. Zusätzlich wird eine Spitzenstromwelle während einer solchen Aufladung reduziert.
Um die Umwandlungsschaltung 100 von der Brennstoffzelle 10 zu trennen, wird die Kontaktvorrichtung 25 geöffnet, und die Diode 27 wirkt als ein Kurzschluss über dem Widerstand 28, wodurch die Zeit verringert wird, die zur Aufladung des Kondensators 18 erforderlich ist.
Wenn die Kontaktvorrichtung 25 geschlossen ist, wird jedoch die Brennstoffzellen-Gleichstromspannung an die Filterschaltung 20 angelegt, die einen Induktor bzw. eine Spule 21 und einen Kondensator 22 aufweist. Die Filterschaltung 20 ist vorgesehen, um im wesentlichen Variationen der Brennstoffzellen-Gleichstromspannung zu eliminieren, so dass ein im wesentlichen geglättetes Gleichstromspannungssignal an die Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltung 30 angelegt wird. Die Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltung 30 weist Transistoren 36 und 38 auf, die in einer herkömmlichen "Push-Pull-Konfiguration" bzw. "Druck-Zug-Konfiguration" mit dem Transformatorschaltungsteil 125 konfiguriert sind. Die Dioden 31 und 132 sind parallel mit den Transistoren 36 und 38 verbunden, um einen ordnungsgemäßen Stromfluss zum Transformator 125 sicherzustellen. Typi scherweise legt die Steuerschaltung 50 Steuersignale an die Gates 33 und 35 der Transistoren 36 bzw. 38 an, so dass einer dieser Transistoren leitend gemacht wird, während der andere ausgeschaltet wird. Somit wird beispielsweise der Transistor 36 angeschaltet, wenn ein relativ hohes Steuersignal an das Gate 33 angelegt wird, während ein niedriges Steuersignal den Transistor 38 ausschaltet. Als eine Folge fließt Strom herunter (in 2) durch die Primärwicklungen des Transformators 125, und eine positive Spannung wird aus dem Transformator 125 ausgegeben. Wenn die Transistoren 36 und 38 aus- bzw. angeschaltet werden, fließt jedoch Strom durch die Transformatorwicklungen in einer entgegengesetzten Richtung, wodurch eine negative Spannungsausgabe aus dem Transformator 125 erzeugt wird.
Eine Brückenschaltung 42 weist Dioden 42-1, 42-2, 42-3 und 42-4 auf, um die Ausgangsgröße der Transformatorschaltung 125 in bekannter Weise gleichzurichten. Der Filter 44, der den Induktor bzw. die Spule 44-1 und den Kondensator 44-2 aufweist, ist weiter vorgesehen, um eine im wesentlichen konstante Gleichstromspannung am Kondensator 44-2 auszugeben, und zwar durch Durchschnittsbildung von gepulsten Spannungen, die an den Punkten 101 und 102 der Brückenschaltung 42 erzeugt werden. Typischerweise hält die Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltung 30 die Schiene 107 auf einem positiven Potenzial +Vdc, und die Schiene 109 wird auf einem negativen Potenzial -Vdc gehalten.
Der Betrieb der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltung 30 wird als nächstes mit Bezug auf die 10A und 10B beschrieben, die beispielhafte Zeitsteuerdiagramme der Signale VGATE33, VGATE35, VRECT und V0 sind. VGATE33 und VGATE35 entsprechen Steuersignalen, die an den Gates 33 bzw. 35 angelegt sind. VRECT ist die Spannung, die an den Punkten 101 und 102 der Brückenschaltung 42 ausgegeben wird, und V0 ist die Spannung am Kondensator 44-2, d.h. die Spannung, die als eine Eingangsgröße an die Inverterschaltung 40 angelegt wird.
In 10A ist VGATE33 während der Zeitperiode T1 relativ niedrig, während VGATE35 auf einem relativ hohen Potential ist. In der Zeitperiode T2 ist jedoch VGATE35 hoch, während VGATE33 hoch ist. Somit sind während im wesentlichen der gesamten Zeitperiode T1 oder der gesamten Zeitperiode T2 entweder VGATE33 oder VGATE35 auf einem hohen Niveau, und die Steuersignale VGATE33 und VGATE35 haben einen 100%igen Lastzyklus. Als eine Folge fließt Strom durch die Wicklungen des Transformators 125 in einer ersten Richtung während der Zeitperiode T1 und in einer zweiten Richtung während der Zeitperiode T2, und VRECT ist eine relativ hohe Spannung für im wesentlichen beide Zeitperioden T1 und T2. Der Filter 44 bildet den Durchschnitt VRECT während der Zeitperioden T1 und T2, so dass die resultierende Ausgangsspannung auf einem maximalen Wert V0 ist.
In 10B ist VGATE35 nur für ungefähr die Hälfte der Dauer der Zeitperiode T1 hoch, und VGATE33 ist für im wesentlichen die Hälfte der Zeitperiode T2 hoch. Entsprechend haben VGATE35 und VGATE33 einen 50%igen Lastzyklus in diesem Fall, und VRECT ist eine relativ hohe Spannung für die Hälfte der Zeitperioden T1 und T2. Als eine Folge ist die Spannung, die an dem Eingang zum Inverter 40 angelegt wird, wenn sie vom Filter 44 gemittelt wird, ½V0 oder die Hälfte von dem, was mit dem 100%igen Lastzyklus assoziiert ist, wie oben besprochen. Entsprechend kann beispielsweise durch Einstellung des Lastzyklus der Steuersignale, die an die Gates 33 und 35 angelegt werden, der Spannungspegel verändert werden, der an die Inverterschaltung 40 angelegt wird.
Wiederum mit Bezug auf 2 wird als nächstes die Inverterschaltung 40 beschrieben. Die Inverterschaltung 40 weist eine Vielzahl von Schaltelementen auf, beispielsweise Transistoren 46, 50-3, 52, 54, 56, 58 und 60-7. Dioden 46-1, 50-1, 52-1, 54-1, 57-1, 59-1 und 60-5 sind jeweils mit dem Emitter und mit dem Kollektor von jedem der Transistoren 46, 50-3, 52, 54, 56, 58 und 60-7 gekoppelt. Die Diode 46-1 liefert beispielsweise einen Strompfad alternativ zu einem Pfad durch den Transistor 46 in dem Fall, dass Strom nicht durch den Transistor 46 fliegt, auch wenn der Transistor angeschaltet ist. Die Dioden 50-1, 52-1, 54-1, 57-1, 59-1 und 60-5 liefern genauso alternative Strompfade, die die Transistoren 50-3 bzw. 52 bzw. 54 bzw. 56 bzw. 58 bzw. 60-7 überbrücken. Die Diode 48-2 ist vorgesehen, um einen Pfad mit niedrigem Widerstand parallel zum Widerstand 48-1 in dem Fall zu liefern, dass das Potential an der Schiene 109 höher ist als das Potential an einem Punkt zwischen dem Widerstand 48-1 und dem Transistor 46.
Der Transistor 46 und der Widerstand 48-1 und die Diode 48-2 bilden einen Schenkel der Inverterschaltung 40, um den "Widerstandsgitterbetriebszustand" der Inverterschaltung 40 zu erleichtern. Im Widerstandsgitterbetriebszustand kann eine Gleichstromspannung aus einer Verbindung zwischen dem Transistor 46 und dem Widerstand 48-1 ausgegeben werden. Die Widerstandsgitter-Gleichstromspannung kann verwendet werden, um unabhängig die Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltung 30 und den Betrieb der Umwandlungsschaltung 100 als eine Gleichstromleistungsquelle zu testen, wie beispielsweise wenn man die Haltbarkeit der Brennstoffzelle bewertet. Alternativ kann der Widerstandsgitterbetriebszustand eingesetzt werden, wenn keine Anwendungsverbindung verfügbar ist.
Während des Widerstandsgitterbetriebszustandes werden Steuersignale, die aus der Steuerschaltung 50 ausgegeben werden, zu den Basen 51, 53, 55, 57, 59 und 61 der Transistoren 50-3 bzw. 52 bzw. 54 bzw. 56 bzw. 58 bzw. 60-7 geliefert, um jeden dieser Transistoren auszuschalten und nicht leitend zu machen. Ein relativ hohes Potential wird zur Basis 105 geliefert, um den Transistor 46 anzuschalten. Strom fließt daher durch den Transistor 46 und den Widerstand 48-1 zur -Vdc-Rail 109. Der Spannungsabfall am Widerstand 48-1 kann dann zu Bewertungszwecken gemessen werden, wie beispielsweise oben erwähnt.
Alternativ kann der Inverter 40 in einem "Anwendung-Interaktiv-Betriebszustand" arbeiten, in dem die Steuersignale, die aus der Steuerschaltung ausgegeben werden, verwendet werden, um jede der Basen 51, 53, 55, 59 und 61 anzutreiben, während der Transistor 46 ausgeschaltet und nicht leitend ist. Die Transistoren 50-3 und 56 bilden einen Schenkel der Inverterschaltung 40, der mit der Leitung 40-1 gekoppelt ist, und werden durch das Anlegen von geeigneten Steuersignalen an den Basen 51 bzw. 57 gesteuert. Die Transistoren 50-3 und 56 sind konfiguriert, um variierende Strommengen zur Leitung 40-1 zu liefern, so dass ein Wechselstrom/Spannungssignal auf der Leitung 40-1 ausgegeben wird, wie genauer unten besprochen. Die Steuersignale werden aus der Steuerschaltung 50 ausgegeben, um eine Phase eines Drei-Phasen-Wechselstromsignals auf der Leitung 40-1 zu erzeugen. In ähnlicher Weise bilden die Transistoren 52 und 58 einen zweiten Schenkel zur Ausgabe eines zweiphasigen Signals des Wechselstromsignals auf der Leitung 40-2 ansprechend auf weitere Steuersignale, die an den Basen 53 bzw. 59 angelegt werden, und die Transistoren 54 und 60-7 bilden einen dritten Schenkel der Inverterschaltung 40 zur Ausgabe der dritten Phase auf der Leitung 40-3 in Übereinstimmung mit zusätzlichen Steuersignalen, die an entsprechende Basen 55 und 61 angelegt werden.
Jede Leitung 40-1, 40-2 und 40-3 ist mit einer entsprechenden der Induktionsspulen 60-1, 60-2 und 60-3 gekoppelt. Jede Induktionsspule dient dazu, den Leistungsfluss zu regulieren, der mit jedem Wechselstromphasensignal assoziiert ist, welches von den Leitungen 40-1, 40-2 und 40-3 geführt wird. Zusätzlich bilden die Induktionsspulen 60-1, 60-2 und 60-3 einen Teil der Filterschaltungen 70-1, 70-2 und 70-3. Wie weiter in 2 gezeigt, weist jede Filterschaltung weiter Kondensatoren und einen Widerstand auf. Beispielsweise weist die Filterschaltung 70-1 die Kondensatoren 72 und 81 auf, die Filterschaltung 70-2 weist die Kondensatoren 76 und 82 auf, und die Filterschaltung 70-3 weist die Kondensatoren 78 und 83 auf. Zusätzlich weisen die Filterschaltungen 70-1, 70-2 und 70-3 jeweilige Widerstände 74, 78 und 80-1 auf. Die Filterschaltungen 70-1, 70-2 und 70-3 sind konfiguriert, um eine im wesentlichen verzerrungsfreie Wechselstromspannungswellenform an das Anwendungsleistungsgitter in bekannter Weise auszugeben.
Die Steuersignalerzeugung wird als nächstes mit Bezug auf die 3–5 beschrieben. Steuersignale, die zu den Basen 51, 53, 55, 57, 59 und 61 geliefert werden, sind typischerweise pulsbreitenmodulierte Signale (PWM-Signale, PWM = pulse width modulated), die von einer sogenannten "Dreieck-PWM-Technologie" erzeugt werden, die von der Steuerschaltung 50 ausgeführt wird. Insbesondere wie in 3 gezeigt, bestimmt die Steuerschaltung 50 eine Zeitfunktion, die in diesem Beispiel eine sinusförmige Wellenformdarstellung oder eine Steuersinuswellenform ist, wie die Kurve 310, und eine Dreieckswellenformdarstellung, die graphisch als Kurve 320 gezeigt ist, und zwar überlagert auf der Sinuswellenformdarstellung 310. Für jene Zwecke der Dreieckswellenform 320, die die Sinuswellenform 310 überschreitet, wird ein relativ niedriges Potentialniveau 327 ausgegeben, und für Teile der Dreieckswellenform 320 von weniger oder unterhalb der Sinuswellenformdarstellung 310 wird eine relativ hohe Spannung 325 ausgegeben. Wie weiter in 3 gezeigt, wird entsprechend eine Reihe von Impulsen mit variabler Breite oder PWM-Impulsen erzeugt. Typischerweise wird eine einzigartige Reihe von solchen Impulsen zu jeder der Basen 51 und 57 geliefert, um dadurch selektiv die Transistoren 50-3 und 56 in einem ersten Schenkel der Inverterschaltung 40 auszuschalten, um dadurch ein Wechselstromsignal zu erzeugen, welches in diesem Fall eine erste Phase eines dreiphasigen Wechselstromsignals ist. Andere PWM-Signale werden an die Basen 53 und 59 geliefert, genauso wie an die Basen 55 und 61, um dadurch zweite und dritte Wechselstromphasensignale von zweiten bzw. dritten Schenkeln der Inverterschaltung 40 auszugeben. Die Leitung 40-2 führt beispielsweise die zweite Phase, und die dritte Phase des Wechselstromsignals kann auf der Leitung 40-3 ausgegeben werden.
Eine Sinuswellenformdarstellung 310 wird aus Informationen erzeugt, die in einem Speicher gespeichert sind, typischerweise in der Nachschautabelle 400 in der Steuerschaltung 50, und dies ist in 4 gezeigt. Im vorliegenden Beispiel weist die Tabelle 400 Zeilen 410-1 bis 410-n auf, wobei jede davon einen Zeitwert in Schritten von 50 Mikrosekunden speichert, und eine entsprechende Zeitfunktion, wie beispielsweise einen Sinusfunktionswert f(t), wobei f(t) = sin(2ππft) ist. Die Steuerschaltung 50 ist konfiguriert, um sequentiell jeden Sinusfunktionswert in Intervallen von 50 Mikrosekunden zu lesen, wie von den Pfeilen 415 in 4 gezeigt. Sobald die letzte Zeile der Tabelle 400 erreicht wurde, läuft die Steuerschaltung 50 zyklisch zurück (Pfeil 425) zur ersten Zeile 410-1 oder in diesem Fall zum Startpunkt, und liest sequentiell restliche Sinusfunktionswerte aus, wie zuvor. Als eine Folge wird eine Reihe von Punkten 500 der Sinuswellenformdarstellung 310 erhalten, wie in 5 gezeigt, und die Wellenform wird mit jedem Zyklus durch die Tabelle 400 wiederholt. Entsprechend werden pulsbreitenmodulierte Steuersignale 330 kontinuierlich erzeugt, um eine konstante Wechselstromsignalausgangsgröße aus der Inverterschaltung 40 zu halten.
Weiterhin entspricht beispielsweise der Anfangspunkt der Sinuswellenformdarstellung 310 der Zeile, die den Auslesezyklus der Tabelle 400 beginnt, der oben besprochen wurde. In 5 kann der Startpunkt 510 sein, wo spezielle pulsbreitenmodulierte Signale zu den Transistoren der Inverterschaltung 40 geliefert werden, um das Wechselstromausgangssignal an einer augenblicklichen Spannung zu starten, und zwar entsprechend einer speziellen Startspannung. Wie in 11 gezeigt, kann diese Startspannung eine Startspannung 1110 von 0 Volt sein, von wo aus der Rest des Wechselstromsignals 1100 in der Zeit voranläuft, d.h. das Wechselstromsignal 1100 entspricht einer Zeitfunktion, die in diesem Fall im wesentlichen sinusförmig ist. Andere Startpunkte und Startspannungen können jedoch von der Steuerschaltung 50 eingestellt werden. Beispielsweise kann der Startpunkt auf den Punkt 520 eingestellt werden, der mit einer anderen Zeile in der Tabelle 400 assoziiert ist, um dadurch eine entsprechende Startspannung 1120 in 11 zu erhalten. In diesem Fall liest die Steuerschaltung 50 sequentiell Sinusfunktionswerte von der Tabelle 400 aus, beginnt jedoch jeden Auslesezyklus von dem neuen Startpunkt. Entsprechend kann durch Einstellung des Startpunktes des Auslesezyklus der Tabelle 400 und somit der Startspannung des Wechselstromausgangssignals die Phase des Wechselstromsignals gesteuert werden, das aus der Inverterschaltung 40 ausgegeben wird.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Umwandlungsschaltung 100 in einem Anwendung-Interaktiv-Betriebszustand betrieben werden, wodurch ein erwünschter RMS-Wert (RMS = root mean square = quadratischer Mittelwert) des Wechselstromausgangssignals von der Inverterschaltung 40 und eine Phasendifferenz oder ein Leistungswinkel zwischen dem Wechselstromausgangssignal und dem Wechselstromanwendungssignal erhalten werden kann. Betriebsverfahren der Inverterschaltung 40 werden als nächstes mit Bezugnahme auf die 6-9 beschrieben. Zur Vereinfachung wird die folgende Besprechung mit Bezug auf eine Phase der Wechselstromausgangsgröße stattfinden. Es sei bemerkt, dass andere Wechselstromphasen in ähnlicher Weise gesteuert werden können.
Was den Hintergrund betrifft, oszillieren Wechselstromsignale typischerweise um einen gewissen Mittelwert, der als die "reale" Leistung bzw. "Wirkleistung" des Signals bezeichnet wird. Die Wirkleistung ist das, was von einem Anwender verwendet werden kann. Wenn der Mittelwert gleich Null ist, dann wird die gesamte Leistung, die übertragen wird, "reaktive" Leistung bzw. "Blindleistung" genannt. Die Blindleistung wird typischerweise in der Induktivität und der Kapazität eines Systems gespeichert und kann nicht verwendet werden. Somit wird die Wirkleistung typischerweise mit einer Blindleistung von Null maximiert. In manchen Fällen jedoch kann eine Kombination aus der Wirkleistung und der Blindleistung erwünscht sein.
Die Wirkleistung und die Blindleistung sind wie folgt definiert:
wobei gilt

P: _ϕ = Wirkleistung in Watt (W) pro Phase
Q: _ϕ = Blindleistung pro Phase in Volt-Ampere-Blindleistung (VAR)
X: = induktive Reaktion der Leistungsflusssteuerinduktionsspule 60-1, 60-2, 60-3 (Ausgangsfilterinduktionsspule)
V: ₁ = RMS-Wert (RMS = root mean square = quadratischer Mittelwert) der Grundschwingung der Inverterausgangsphasenspannung (Inverterausgangsphasenspannung)
V: ₂ = RMS-Wert der Anwendungsphasenspannung (als sinusförmig angenommen)

Wie in 8 gezeigt, ist d ein Leistungswinkel oder eine Phasendifferenz zwischen dem Wechselstromanwendungssignal 820 und dem Wechselstromsignal, welches aus der Inverterschaltung 810 ausgegeben wurde. Um die Blindleistung Q auf Null zu reduzieren, kann die Inverterausgangsspannung wie der Leistungswinkel d variiert werden. Im Lichte der obigen Formeln und unter der Annahme eines Ergebnisses einer Blindleistung von Null gilt daher: V1V2cosδ=V22 (3) V1 = V2/costδ (4)V2 ist im allgemeinen durch die Anwendung festgelegt, und der Wert d (Leistungswinkel) basiert typischerweise auf dem Strombefehl, der in die Steuerschaltung 50 eingegeben wurde, und stellt eine Strommenge dar, die von der Brennstoffzelle 10 gezogen wird. Entsprechend kann durch Einstellung des Startpunktes des Speicherauslesezyklus (siehe 4) und somit der Wechselstromsignalstartspannungen, wie oben besprochen, der erwünschte Leistungswinkel erreicht werden. Zusätzlich kann V1 basierend auf der Ausgangsgröße der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltung 30 gesteuert werden, die zu der Inverterschaltung 40 geliefert wird. Somit können der Leistungswinkel und V1 eingestellt werden, so dass sie die obige Gleichung erfüllen, um eine Blindleistung von im wesentlichen Null zu erzielen.
Genauer gesagt wird das Wechselstromsignal, das aus der Umwandlungsschaltung 100 ausgegeben wird, typischerweise zuerst synchronisiert, gefolgt durch die Einstellung des Leistungswinkels und V1, um die Blindleistung zu minimieren. Ein Verfahren zur Synchronisation des Inverterausgangswechselstroms mit dem Wechselstromanwendungssignal wird als nächstes in Verbindung mit dem in 6 gezeigten Flussdiagramm 600 beschrieben.
Die Wechselstromanwendungssignalspannung oszilliert ungefähr um Null Volt. Während eines positiven Nulldurchgangs der Wechselstromanwendungsspannung wechselt die augenblickliche Spannung des Signals von einem negativen Wert zu einem positiven Wert. Im Schritt 610 wird das Wschselstromanwendungssignal durch die Impulserzeugungsschaltung 80 abgefühlt, und im Schritt 620 wird ein Impuls durch die Impulserzeugungsschaltung 80 ansprechend auf jeden positiven Nulldurchgang des Wechselstromanwendungssignals erzeugt. Der Impuls wird zur Steuerschaltung 50 geliefert, die den Startpunkt der Sinuswellenformdarstellung 310 und den Auslesezyklus aus der Tabelle 400 so einstellt, dass dies mit dem Nulldurchgang des Wechselstromanwendungssignals zusammenfällt (Schritt 630). Entsprechend wird der Auslesezyklus aus der Tabelle 400 so eingestellt, dass er bei einem Startpunkt beginnt, der ein pulsbreitenmoduliertes Steuersignal erzeugt (Schritt 640), das einer Inverterausgangsspannung von Null entspricht. Das pulsbreitenmodulierte Steuersignal wird zu der Inverterschaltung 40 geliefert (Schritt 650), was wiederum eine Anfangsspannung von Null entsprechend dem Startpunkt erzeugt, der in der Tabelle 400 gespeichert ist (Schritt 660). Als eine Folge wird die augenblickliche Spannung des Wechselstromsignals auf eine Startspannung von Null eingestellt oder gesetzt. Entsprechend wird das Wechselstromsignal, das aus der Inverterschaltung 40 ausgegeben wird, danach Null jedes Mal dann kreuzen, wenn das Wechselstromanwendungssignal durch Null läuft, da beide typischerweise der temporären Sinuswellenformfunktion entsprechen. Die zwei Wechselstromsignale werden somit mit einem Leistungswinkel von Null synchronisiert. Obwohl die augenblickliche Spannung wie oben erwähnt ansprechend auf die Impulse gesteuert oder eingestellt werden kann, die aus der Impulserzeugungsschaltung 80 ausgegeben werden, können die Impulse verwendet werden, um andere Parameter einzustellen, die mit dem Wechselstromausgangssignal assoziiert sind.
Sobald eine Synchronisation erreicht worden ist, kann eine Leistungswinkeleinstellung und V1-Einstellung ausgeführt werden, um entweder keine Blindleistung oder eine gewisse Mischung aus Wirkleistung und Blindleistung zu erreichen. Die Leistungswinkel- und V1-Einstellung wird als nächstes mit Bezugnahme auf die 7 und 9 beschrieben, die Flussdiagramme 700 und 900 veranschaulichen, die Verfahren zur Steuerung des Leistungswinkels bzw. von V1 darlegen.
In 7 wird ein Strombefehl durch die Steuerschaltung 50 aufgenommen, der einer Strommenge entspricht, die durch die Umwandlungsschaltung 100 zu ziehen ist (710), und die Ausgangsgröße der Inverterschaltung 40 wird mit dem Wechselstromanwendungssignal im Schritt 720 synchronisiert. Im Schritt 730 wird der Leistungswinkel basierend auf dem Strombefehl bestimmt. Beispielsweise wird der Strom gemessen, der aus der Umwandlungsschaltung 100 ausgegeben wird, ein Fehlerwert wird bestimmt durch Subtraktion des gemessenen Stroms von dem Stromwert, der von dem gegenwärtigen Befehl identifiziert wird, und der Fehler wird mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert, um dadurch den Leistungswinkel zu erhalten. Basierend auf dem Leistungswinkel werden der Startpunkt des Auslesezyklus der Tabelle 400 und somit der Startpunkt der Sinuswellenformdarstellung 310 entsprechend eingestellt (Schritt 740). Ein geeignetes pulsbreitenmoduliertes Steuersignal bzw. PWM-Steuersignal in Übereinstimmung mit dem neuen Startpunkt wird erzeugt (Schritt 750), und eine entsprechende Wechselstromsignalspannung wird gemäß dem pulsbreitenmodulierten Steuersignal ausgegeben (Schritt 760).
Als eine Folge überkreuzt das Wechselstromsignal, das aus der Inverterschaltung 40 ausgegeben wird (entsprechend der Kurve 810 in 8), nicht Null Volt im gleichen Augenblick, wie das Wechselstromanwendungs signal (Kurve 820) sondern vielmehr an einem anderen Kreuzungspunkt, wie in 8 gezeigt. Somit wird das Wechselstromsignal, das aus der Inverterschaltung 40 ausgegeben wurde, relativ zum Wechselstromanwendungssignal verschoben. Die Größe der Verschiebung oder die Phasendifferenz zwischen den beiden Wechselstromsignalen bildet den Leistungswinkel. Somit kann durch Veränderung des Anfangspunktes der Sinuswellenformdarstellung 310, wie oben besprochen, das Wechselstromsignal, das aus der Inverterschaltung 40 ausgegeben wird, effektiv verschoben werden, um den erwünschten Leistungswinkel zu erhalten.
Mit Bezug auf 9 legt das Flussdiagramm 900 eine Schaltung zur Einstellung von V1 in Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung dar. Im Schritt 910 wird die Ausgangsspannung am Ausgang der Inverterschaltung 40 abgefühlt, und der entsprechende quadratische Mittelwert (RMS-Wert) (V1) wird berechnet. Es wird dann eine Bestimmung vorgenommen, ob das abgefühlte V1 im wesentlichen gleich einem erwünschten Wert ist, der mit einem gegebenen Leistungswinkel assoziert ist (Schritt 920). Falls ja wird ein weiterer quadratischer Mittelwert bzw. RMS-Wert des Inverterausgangs abgefühlt, und das Verfahren kehrt zurück zum Schritt 910. Falls nicht stellt die Steuerschaltung 50 den Lastzyklus der Steuersignale ein, die zu der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltung 30 geliefert werden (Schritt 930), um den Pegel der Gleichstromeingangsspannung in die Inverterschaltung 40 in ähnlicher Weise zu verändern, wie oben in Verbindung mit den 10A und 10B beschrieben (Schritt 940). Die eingestellte Gleichstromspannung wird zur Inverterschaltung 40 geliefert (Schritt 940), und ein weiterer V1-Wert wird abgefühlt, wenn das Verfahren zum Schritt 910 zurückkehrt.
V1 ist in Beziehung zum Pegel der Gleichstromausgabe aus der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltung 30, die zur Inverterschaltung 40 geliefert wird. Somit kann durch Veränderung der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltungsausgangsgröße durch die Lastzykluseinstellung V1 auf einen erwünschten Wert umgeschaltet werden, der die oben beschriebene Beziehung zwischen V1, V2 und dem Leistungswinkel erfüllt, um dadurch eine erwünschte Blindleistung zu erreichen.
Es sei bemerkt, dass V1 auch beispielsweise durch Einstellung eines Modulationsindex gesteuert werden kann, der mit der Sinuswellenformdarstellung 310 assoziiert ist. Der Modulationsindex ist in Beziehung zur Amplitude der Sinuswellenformdarstellung 310, und durch Reduzierung einer solchen Amplitude oder eines solchen Modulationsindex kann V1 entsprechend reduziert werden. Wenn jedoch der Modulationsindex verringert wird, sind die ausgegebenen pulsbreitenmodulierten Steuersignale aus der Steuerschaltung 50 anfälliger für Verzerrungen und Rauschen. Entsprechend wird in Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung V1 durch eine Steuerung der Ausgabe der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltung 30 eingestellt, während der Modulationsindex der Sinuswellenformdarstellung 310 auf einem maximalen Wert im wesentlichen gleich 1 gehalten wird. Die resultierenden pulsbreitenmodulierten Steuersignale sind daher relativ verzerrungsfrei, so dass ein erwünschtes Wechselstromsignal aus der Inverterschaltung 40 ausgegeben werden kann.
Industrielle Anwendbarkeit
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird beispielsweise eine Unterstützungs- bzw. Notstrom-Brennstoffzelle mit einem Anwendungsleistungsgitter durch eine Leistungsumwandlungsschaltung gekoppelt. Die Brennstoffzelle gibt ein Gleichstromsignal an die Umwandlungsschaltung aus, die wiederum ein Wechselstromsignal ansprechend darauf ausgibt. Typischerweise wird das Wechselstromsignal kontinuierlich zu dem Anwendungsleistungsgitter geliefert, auch wenn das Gitter im Betrieb ist. Um die Leistung der Umwandlungsschaltung zu optimieren, stellt eine Steuerschaltung den quadratischen Mittelwert (RMS-Wert) und die Phase oder den Leistungswinkel des Wechselstromsignals relativ zu einem anwendungserzeugten Wechselstromsignal basierend auf der Ausgabe der Umwandlungsschaltung und einem Strombefehl ein, der in die Steuerschaltung eingegeben wurde. Die RMS- und Phasenparameter werden durch Überwachung der Ausgangsgröße der Umwandlungsschaltung beibehalten. Zusätzlich ist die Steuerschaltung konfiguriert, um das Wechselstromausgangssignal mit dem Wechselstromanwendungssignal zu synchronisieren, und zwar durch Zurücksetzen des Wechselstromsignals auf einen Startpunkt mit jedem Nulldurchgang des Wechselstromanwendungssignals. Weiterhin ist eine einzelne Ausgangsinduktionsspule für sowohl die Filterung als auch die Leistungsflusssteuerung des Wechselstromausgangssignals vorgesehen.
Die vorliegende Offenbarung, wie sie oben beschrieben wird, kann die Größe der Blindleistung, die von einer Umwandlungsschaltung geliefert wird, auf einen Wert von Null reduzieren, und zwar durch Synchronisation und Steuerung der relativen Phase des Wechselstromausgangssignals und des Pegels der Gleichstromspannung, der in die Inverterschaltung 40 eingegeben wird. Diese Parameter können eingestellt werden, um variierende Größen von Blindleistung und realer Leistung bzw. Wirkleistung zu erhalten, wie benötigt.
Darüber hinaus gestattet das oben beschriebene Synchronisationsschema, dass das aus der Inverterschaltung 40 ausgegebene Wechselstromsignal das Wechselstromanwendungssignal basierend auf den positiven Nulldurchgängen des Wechselstromanwendungssignals verfolgt. Somit kann das Wechselstromausgangssignal seine Sinuswellenform beibehalten und weiter mit dem Wechselstromanwendungssignal synchronisiert sein, auch wenn zeitweise Variationen oder Ungleichmäßigkeiten in dem Wechselstromanwendungssignal auftreten.
Zusätzlich liefern die Induktionsspulen 60-1 bis 60-3 sowohl eine Leistungsflusssteuerung und dienen auch als ein Teil der jeweiligen Ausgangsfilterschaltungen 70-1 bis 70-3 (siehe 2). Entsprechend hat die oben besprochene Umwandlungsschaltung 100 eine relativ einfache Konstruktion. Obwohl die vorliegende Offenbarung die Koppelung der Umwandlungsschaltung mit einer Brennstoffzelle beschreibt, können auch Batterien oder andere Quellen von Gleichstromleistung angeschlossen werden.
Andere Ausführungsbeispiele der Offenbarung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und aus der praktischen Ausführung der Offenbarung hier offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang und Kern der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche gezeigt wird.

Claims

Leistungsumwandlungsschaltung (100), die folgendes aufweist: eine Inverterschaltung (40), die konfiguriert ist, um ein Gleichstromsignal aufzunehmen und ein erstes Wechselstromsignal auszugeben; eine Impulserzeugungsschaltung (80), die konfiguriert ist, um ein Impulssignal (85) ansprechend auf eine Veränderung eines Parameters zu erzeugen, der mit einem anwendungserzeugten Wechselstromsignal (95) assoziiert ist, wobei das anwendungserzeugte Wechselstromsignal ein zweites Wechselstromsignal ist; und eine Steuerschaltung (50), die mit der Inverterschaltung gekoppelt ist, wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist, um das Impulssignal aufzunehmen und ein Steuersignal (330) an die Inverterschaltung zu liefern, um einen Parameter, der mit dem ersten Wechselstromsignal assoziiert ist, ansprechend auf das Impulssignal einzustellen.
Leistungsumwandlungsschaltung nach Anspruch 1, wobei der Parameter des zweiten Wechselstromsignals ein Wert einer augenblicklichen Spannung des zweiten Wechselstromsignals ist.
Leistungsumwandlungsschaltung nach Anspruch 2, wobei die Veränderung eine Veränderung von einem negativen Wert der augenblicklichen Spannung des zweiten Wechselstromsignals zu einem positiven Wert der augenblicklichen Spannung des zweiten Wechselstromsignals ist.
Leistungsumwandlungsschaltung nach Anspruch 3, wobei das erste Wechselstromsignal einer temporären Funktion mit einem Startpunkt entspricht, wobei die augenblickliche Spannung des ersten Wechselstromsignals auf eine Spannung eingestellt ist, die mit dem Startpunkt assoziiert ist, und zwar ansprechend auf die Veränderung des Parameters des zweiten Wechselstromsignals.
Leistungsumwandlungsschaltung nach Anspruch 1, wobei das Steuersignal ein pulsbreitenmoduliertes Signal (330) ist.
Leistungsumwandlungsschaltung nach Anspruch 1, wobei das Gleichstromsignal ein erstes Gleichstromsignal ist, wobei die Leistungsumwandlungsschaltung weiter eine Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltung (30) aufweist, wobei die Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltung konfiguriert ist, um ein zweites Gleichstromsignal aufzunehmen, und um das erste Gleichstromsignal auszugeben.
Leistungsumwandlungsschaltung nach Anspruch 6, wobei das Steuersignal ein erstes Steuersignal ist, wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist, um zweite Steuersignale an die Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltung zu liefern, um dadurch ein Niveau des ersten Gleichstromsignals einzustellen.
Leistungsumwandlungsschaltung nach Anspruch 7, wobei der Pegel des ersten Gleichstromsignals in Übereinstimmung mit einem Lastzyklus ist, der mit dem Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler assoziiert ist, wobei der Lastzyklus auf den zweiten Steuersignalen basiert.
Leistungsumwandlungsschaltung nach Anspruch 1, die weiter eine Induktor- bzw. Induktionsschaltung (60) und eine Kondensatorschaltung (70) aufweist, wobei die Induktorschaltung konfiguriert ist, um den Leistungsfluss zu steuern, der mit dem ersten Wechselstromsignal assoziiert ist, und wobei die Induktorschaltung und die Kondensatorschaltung konfiguriert sind, das erste Wechselstromsignal zu filtern.
Verfahren zur Steuerung eines Wechselstromsignals, das aus einer Inverterschaltung (40) ausgegeben wird, welches folgendes aufweist: Lieferung eines Gleichstromsignals an die Inverterschaltung; Abfühlen des Wechselstromsignals, wobei das Wechselstromsignal aus der Inverterschaltung ansprechend auf das Gleichstromsignal ausgegeben wird; Vergleich eines Wertes eines Parameters des Wechselstromsignals mit einem erwünschten Wert; und Einstellung des Gleichstromsignals, um dadurch den Parameter des Wechselstromsignals einzustellen.
System (100) zur Steuerung eines Wechselstromsignals, das folgendes aufweist: eine Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltung (30), wobei die Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltung eine Gleichstromeingangsspannung aufnimmt und eine Gleichstromausgangsspannung liefert; eine Inverterschaltung (40), wobei die Inverterschaltung konfiguriert ist, um die Gleichstromausgangsspannung aufzunehmen und das Wechselstromsignal ansprechend darauf zu erzeugen; und eine Steuerschaltung (50), wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist, um Steuersignale (330) zu der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltung zu liefern, um dadurch einen Pegel der Gleichstromausgangsspannung einzustellen.