DE102005030599A1 - Steuerungsverfahren für zweistufige Konverter - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren für einen Konverter, der einen Tiefsetzer mit einem ersten Schaltelement (ST) und einen Hochsetzer mit einem zweiten Schaltelement (SH) umfasst, wobei die Schaltelemente (ST, SH) von einer Steuereinrichtung mittels eines ersten und eines zweiten pulsweitenmodulierten Ansteuersignals (A1, A2) ein- und ausgeschaltet werden, wobei ein zweites Referenzsignal aus einem ersten Referenzsignal und einem Differenzwert gebildet wird, ein Vergleichssignal (V) für beide Referenzsignale ermittelt wird und wobei mit dem Vergleichssignal (V) und dem ersten Referenzsignal das erste Ansteuersignal (A1) moduliert wird und wobei mit dem Vergleichssignal (V) und dem zweiten Referenzsignal das zweite Ansteuersignal (A2) moduliert wird. Auf diese Weise ist eine einfache, zeitlich aufeinander abgestimmte Steuerung der Schaltelemente (ST, SH) in Hoch- und Tiefsetzer möglich.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren für einen Konverter, der einen Tiefsetzer mit einem ersten Schaltelement und einen Hochsetzer mit einem zweiten Schaltelement umfasst, wobei die Schaltelemente von einer Steuereinrichtung mittels eines ersten und eines zweiten pulsweitenmodulierten Ansteuersignals ein- und ausgeschaltet werden. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Konverter nach dem Prinzip von Hoch-Tiefsetzern sind seit langem bekannt. Diese werden in der Regel zur sogenannten Leistungsfaktor-Korrektur bzw. Power Factor Correction (PFC) von Schaltnetzteilen verwendet. Ein geringer Leistungsfaktor bedeutet einen schlechten elektrischen Nutzungsgrad. Je niedriger der Leistungsfaktor ist, desto größer wird die aus dem Netz entnommene Energie. Wenn ein geringer Leistungsfaktor nicht korrigiert wird, muss ein Verbraucher zusätzlich zur reellen Wirkleistung nicht nutzbare Blindleistung aufnehmen.
  • Bei nicht korrigiertem Leistungsfaktor entnehmen Schaltnetzteile einen Eingangsstrom in Form von kurzen Impulsen aus dem Netz. Das bewirkt unter anderem unerwünschte Verzerrungen einer sinusförmigen Netzspannung und störende harmonische Oberwellen. Nach dem Stand der Technik werden Schaltnetzteile zur Leistungsfaktor-Korrektion mit einem Hoch-Tiefsetzer an eine Netzspannung angeschlossen. Dabei wird in einem Hochsetzer eine Zwischenkreisspannung auf den Spitzenwert der Netzspannung geregelt und in einem nachgeschaltetet Tiefsetzer auf einen geringeren Wert herabgesetzt (siehe 1).
  • Ein Verfahren zur Leistungsfaktor-Korrektur mittels Hochsetzer ist in der WO1998009368 angegeben. Bei diesem Verfahren mit linearer Pulsweitenmodulation und konstanter Schaltperiode ist keine Erfassung der Eingangsspannung notwendig, wodurch statt drei nur zwei Feed-back Schleifen erforderlich sind. Das Verfahren bewirkt nach Gleichrichtung einer Wechselspannung die Ausgabe einer Zwischenkreisspannung mit sinusförmiger Stromentnahme. Ein nachgeschalteter Tiefsetzer kann zur Herabsetzung auf eine gewünschte Ausgangsgleichspannung verwendet werden.
  • Diese bekannte Anordnung mit Hochsetzer und Tiefsetzer zur Umwandlung einer gleichgerichteten höheren Wechselspannung in eine niedrigere Gleichspannung mit Leistungsfaktor-Korrektur kann auch in umgekehrter Weise angewendet werden. So kann beispielsweise eine niedrige Gleichspannung einer alternativen Gleichspannungsquelle in eine pulsierende höhere Gleichspannung umwandelt werden, wobei der Maximalwert der Ausgangsspannung über und der Minimalwert der Ausgangsspannung unter dem Eingangsspannungswert liegt.
  • Bei einem derartigen Verfahren sind der Tiefsetzer und der Hochsetzer während einer Periode abwechselnd aktiv. In den Abschnitten, in denen die pulsierende Ausgangsgleichspannung unter der Eingangsspannung liegt, ist der Tiefsetzer aktiv und in den Abschnitten, in denen die pulsierende Ausgangsgleichspannung über der Eingangsspannung liegt, ist der Hochsetzer aktiv. Für einen gewünschten stetigen Durchgang der Ausgangsspannung durch den Eingangsspannungswert sind dabei die Übergänge zwischen aktivem Tief- und Hochsetzer kritisch.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, mit denen ein Hoch- und eine Tiefsetzer in der beschriebenen Weise betrieben werden können.
  • Erfindungsgemäß geschieht dies durch ein Steuerungsverfahren für einen Konverter, der einen Tiefsetzer mit einem ersten Schaltelement und einen Hochsetzer mit einem zweiten Schaltelement umfasst, wobei die Schaltelemente von einer Steuereinrichtung mittels eines ersten und eines zweiten pulsweitenmodulierten Ansteuersignals ein- und ausgeschaltet werden, wobei ein zweites Referenzsignal aus einem ersten Referenzsignal und einem Differenzwert gebildet wird, ein Vergleichssignal für beide Referenzsignale ermittelt wird und wobei mit dem Vergleichssignal und dem ersten Referenzsignal das erste Ansteuersignal moduliert wird und wobei mit dem Vergleichssignal und dem zweiten Referenzsignal das zweite Ansteuersignal moduliert wird.
  • Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens umfasst einen Tiefsetzer mit einem ersten Schaltelement in Reihe geschaltet mit einem Hochsetzer mit einem zweiten Schaltelement. Dabei sind die Schaltelemente mit einer Steuereinrichtung verbunden, in der Mittel zur Vorgabe des zweiten Referenzsignals, gebildet aus dem ersten Referenzsignal und dem Differenzwert und Mittel zur Ermittlung des Vergleichssignals für beide Referenzsignale sowie Mittel zur Modulation des ersten Ansteuersignals aus dem Vergleichssignal und dem ersten Referenzsignal und zur Modulation des zweiten Ansteuersignals aus dem Vergleichssignal und dem zweiten Referenzsignal vorgesehen sind.
  • Auf diese Weise ist eine einfache, zeitlich aufeinander abgestimmte Steuerung der Schaltelemente in Hoch- und Tiefsetzer möglich, wobei durch die Vorgabe des Vergleichssignals die Form der gepulsten Ausgangsgleichspannung gewählt werden kann.
  • Vorteilhaft ist es, wenn als Differenzwert die Amplitude eines Referenzsignals abzüglich eines Korrekturwertes vorgegeben wird.
  • Durch in der Art vorgegebene Referenzsignale kann das Vergleichssignal unverändert für beide Pulsweitenmodulationen genutzt werden, d.h. es bedarf keiner Verstärkung, Abschwächung oder sonstigen Anpassung des Vergleichssignals für eine der beiden Pulsweitenmodulationen. Der Korrekturwert gleicht dabei den Spannungsabfall in den Drosseln, Dioden und Schaltelementen aus und bewirkt, dass kurzzeitig sowohl Hochsetzer als auch Tiefsetzer im Übergangsbereich beim Durchgang der Ausgangsspannung durch den Eingangsspannungswert aktiv sind und keine Einbrüche im Ausgangsspannungsverlauf auftreten.
  • Vorteilhaft ist es des Weiteren, wenn mittels eines Signalgenerators das erste Referenzsignal mit Null als unterem Grenzwert generiert wird und mit einer Spitzenwerterfassungseinheit daraus ein Spitzenwertsignal erzeugt wird und dass das zweite Referenzsignal aus dem ersten Referenzsignal durch Addition oder Subtraktion des Spitzenwertsignals abzüglich des Korrekturwertes gebildet wird.
  • Für die Erzeugung der Referenzsignale für die Pulsweitenmodulation zur Ansteuerung der beiden Schaltelemente sind dann nur wenige Komponenten wie ein Signalgenerator, ein sogenannter Peakdetector als Spitzenwerterfassungseinheit und ein Addierer notwendig. Bei einer derartigen Ausgestaltung des Verfahrens werden zudem Änderungen des ersten Referenzsignals aufgrund von Toleranzen des Signalgenerators oder aufgrund thermischer Veränderungen automatisch ausgeglichen.
  • Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mittels eines Signalgenerators das erste Referenzsignal und mit einer Amplitudenerfassungseinheit ein Amplitudensignal erzeugt wird und dass das zweite Referenzsignal aus dem ersten Referenzsignal durch Addition oder Subtraktion des Amplitudensignals abzüglich des Korrekturwertes gebildet wird.
  • Der Minimalwert des ersten Referenzsignals muss dann nicht Null sein, da hier die Amplitude als Differenz zwischen Maximalwert und Minimalwert des ersten Referenzsignals erfasst wird.
  • Von Vorteil ist es, wenn das Vergleichssignal mittels eines Reglerelements aus einer vorgegebenen Soll-Ausgangsspannung und einer Ist-Ausgangsspannung in der Weise erzeugt wird, dass mit steigendem Vergleichssignal zunächst eine Überschneidung mit dem ersten Referenzsignal erfolgt und damit die Einschaltzeiten des ersten Schaltelements zunehmen, bis bei Übereinstimmung des Vergleichssignals mit den Spitzenwerten des ersten Referenzsignals das erste Schaltelement eingeschaltet bleibt und dass ab Übereinstimmung des steigenden Vergleichssignals mit den Spitzenwerten des ersten Referenzsignals abzüglich des Korrekturwertes das zweite Schaltelement zu takten beginnt und die Einschaltzeiten mit weiter steigendem Vergleichssignal zunehmen.
  • Als Soll-Ausgangsspannung ist eine Gleichspannung beliebiger Form mit einem Minimalwert kleiner der Eingangsspannung und einem Maximalwert größer der Eingangsspannung wählbar, wobei die Steuerung des Konverters die Schaltelemente des Hoch- und des Tiefsetzers in der Weise schaltet, dass die Ist-Ausgangspannung dieser Soll-Ausgangsspannung folgt.
  • Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Korrekturwert in der Weise vorgegeben wird, dass in einem Bereich, in dem sich das erste Referenzsignal und das zweite Referenzsignal alternierend mit dem Vergleichssignal schneiden, die Ist-Ausgangsspannung stetig den Wert der Eingangsspannung durchläuft.
  • Damit wird verhindert, dass sich beim Durchlaufen der Ausgangsspannung durch den aktuellen Eingangsspannungswert Ungleichmäßigkeiten im Verlauf der Ausgangsspannung ergeben. Abhängig von den Spannungsabfällen in den verwendeten Bauelementen würde die Ausgangsspannung beim Durchlaufen des Eingangsspannungswertes ohne den Korrekturwert kurzzeitig absacken.
  • Für die Anordnung zur Durchführung der Verfahren ist es zudem vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung einen Signalgenerator umfasst, der das erste Referenzsignal erzeugt und mit einer ersten Pulsweitenmodulationseinheit, einer Additionseinheit sowie einer Spitzenwerterkennungseinheit zur Erzeugung des Spitzenwertsignals verbunden ist und dass die Additionseinheit mit der Spitzenwerterkennungseinheit verbunden ist und ausgangsseitig mit einer zweiten Pulsweitenmodulationseinheit verbunden ist und dass der Konverter mit seiner Ausgangsspannung an einer Reglereinheit angeschlossen ist, die mit einer vorgegebenen Soll-Ausgangsspannung das Vergleichssignal liefert und ausgangsseitig an die erste Pulsweitenmodulationseinheit und an die zweite Pulsweitenmodulationseinheit angeschlossen ist und dass die erste Pulsweitenmodulationseinheit mit dem ersten Schaltelement und die zweite Pulsweitenmodulationseinheit mit dem zweiten Schaltelement verbunden ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
  • 1: Konverter nach dem Stand der Technik betrieben
  • 2: Konverter mit Hochsetzer und nachgeschaltetem Tiefsetzer
  • 3: Konverter mit Tiefsetzer und nachgeschaltetem Hochsetzer
  • 4: Pulsweitenmodulation mit einem Vergleichssignal V kleiner als der Eingangsspannungswert Ue
  • 5: Pulsweitenmodulation mit einem Vergleichssignal V gleich dem Eingangsspannungswert Ue
  • 6: Pulsweitenmodulation mit einem Vergleichssignal V größer als der Eingangsspannungswert Ue
  • 7: Pulsweitenmodulation mit Korrekturwert X
  • In 1 ist ein Konverter mit einem Hochsetzer und einem nachgeschalteten Tiefsetzer in der Weise dargestellt, wie dieser nach dem Stand der Technik zur Leistungsfaktor-Korrektur verwendet wird. Der Hochsetzer, bestehend aus einem Schaltelement SH, einer Drossel LH und einer Diode DH ist mit einem Eingangskondensator Ce an eine pulsierende Eingangsspannung Ue als gleichgerichtete Wechselspannung angeschlossen. In einem Zwischenkreiskondensator Cz liegt dann die konstante Zwischenkreisspannung Uz an, wobei deren Wert dem Spitzenwert der Eingangsspannung Ue entspricht.
  • Der an der Zwischenkreisspannung Uz anliegende Tiefsetzer umfasst ein Schaltelement ST, eine Diode DT und eine Drossel LT und liefert über einen Ausgangskondensator Ca eine konstante Ausgangsspannung Ua, deren Wert geringer als der Spitzenwert der Eingangsspannung Ue ist.
  • Die Schaltelemente SH und ST werden von einer Steuerung mit Pulsweitenmodulation PWM angesteuert. Die Steuerung schaltet dabei die Schaltelemente SH und ST in der Weise ein und aus, dass die Form der Stromaufnahme der Sinusform der Eingangsspannung Ue entspricht.
  • In 2 ist eine vorteilhafte Ausprägung der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bis auf die Ansteuerung der Schaltelemente SH und ST entspricht die Anordnung jener in 1 dargestellten.
  • Als Eingangsspannung Ue ist beispielhaft eine konstante Gleichspannung angenommen. Der Hochsetzer bewirkt durch eine erfindungsgemäße Ansteuerung des Schaltelements SH, dass im Zwischenkreiskondensator Cz eine Zwischenkreisspannung Uz mit konstanten Abschnitten und dazwischen liegenden positiven halbsinusförmigen Spannungskuppen anliegt. Die konstanten Abschnitte des Zwischenkreisspannungsverlaufs haben dabei den Wert der Eingangsspannung Ue, die Maximalwerte der halbsinusförmigen Spannungskuppen erreichen etwa den doppelten Wert. Eine erfindungsgemäße Ansteuerung des Schaltelements ST im Tiefsetzer bewirkt, dass die konstanten Abschnitte im Zwischenkreisspannungsverlauf in der Weise herabgesetzt werden, dass als Ausgangsspannung Ua eine gepulste Gleichspannung entsteht, die einer Soll-Ausgangsspannung Usoll mit beispielhaft halbsinusförmigen Spannungskuppen folgt, wobei deren Minimalwert Null ist und deren Maximalwert Û über der Eingangsspannung Ue liegt.
  • Die Ansteuerung geht von der Soll-Ausgangsspannung Usoll und der gemessenen Ist-Ausgangsspannung Ua aus, die in einem Reglerelement E/A verglichen werden und woraus am Ausgang des Reglerelements E/A ein Vergleichssignal V erzeugt wird. Dieses Vergleichssignal V wird sowohl der ersten Pulsweitenmodulationseinheit PWM1 für das Schaltelement ST im Tiefsetzer als auch der zweiten Pulsweitenmodulationseinheit PMW2 für das Schaltelement SH im Hochsetzer zugeführt.
  • Ein Signalgenerator G erzeugt beispielhaft ein Sägezahnsignal, das als Referenzsignal der ersten Pulsweitenmodulationseinheit PWM1 zugeführt wird. Parallel dazu wird in einer Spitzenwerterfassungseinheit (Peakdedektor) PD aus dem Sägezahnsignal ein Spitzenwertsignal erzeugt, dass dann mit dem Sägezahnsignal addiert wird. Das resultierende Summensignal wird als zweites Referenzsignal der zweiten Pulsweitenmodulationseinheit PWM2 zugeführt.
  • Die erste Pulsweitenmodulationseinheit PWM1 erzeugt aus dem ersten Referenzsignal und dem Vergleichssignal V ein Ansteuersignal A1 zum Ein- und Ausschalten des Schaltelements ST des Tiefsetzers. Die zweite Pulsweitenmodulationseinheit PWM2 erzeugt aus dem zweiten Referenzsignal und dem Vergleichssignal V ein Ansteuersignal A2 zum Ein- und Ausschalten des Schaltelements SH des Hochsetzers.
  • In 3 ist ein Konverter dargestellt, bei dem einem Tiefsetzer ein Hochsetzer nachgeschaltet ist, wobei beide Schaltelemente ST und SH wieder in vorteilhafter Weise erfindungsgemäß angesteuert sind. Der Tiefsetzer mit dem Schaltelement ST und der Diode DT sind dabei über den Eingangskondensator Ce an eine Eingangsspannung Ue angeschlossen. Dahinter ist in Reihe mit einer gemeinsamen Drossel L der Hochsetzer mit dem Schaltelement SH und der Diode DH geschaltet. An einem Ausgangskondensator Ca liefert die Anordnung dann eine Ausgangsspannung als gepulste Gleichspannung, die einer Soll-Ausgangsspannung Usoll folgt und deren Minimalwert unter dem aktuellen Eingangsspannungswert (beispielsweise Null) und deren Maximalwert Û oberhalb dem aktuellen Eingangsspannungswert liegt.
  • Die Elemente der Ansteuerung der beiden Schaltelemente ST und SH entsprechen den in 2 dargestellten. Die erste Pulsweitenmodulationseinheit PWM1 liefert wieder das Ansteuersignal A1 für das Schaltelement ST des Tiefsetzers und die zweite Pulsweitenmodulationseinheit PWM2 steuert mit dem Ansteuersignal A2 das Schaltelement SH des Hochsetzers.
  • In 4 sind die Signalverläufe für die beiden Pulsweitenmodulationen dargestellt. In den Diagrammen sind dabei die Signalwerte über der Zeit aufgetragen. Im obersten Diagramm verläuft als erstes Referenzsignal ein Sägezahlsignal für die Pulsweitenmodulationseinheit PWM1 zwischen dem Wert Null und einem erstem Spitzenwert, der hier dem Wert der Amplitude A-PWM1 entspricht. Um einen der Amplitude A-PWM1 entsprechenden Differenzwert versetzt dazu verläuft das zweite Referenzsignal für die Pulsweitenmodulationseinheit PWM2. Die Amplitude des zweiten Referenzsignals A-PWM2 entspricht damit der Amplitude des ersten Referenzsignals A-PWM1. Erzeugt wird dieses zweite Referenzsignal in einfacher Weise durch Addition des ersten Referenzsignals mit einem Spitzewertsignal, das aus dem Spitzenwert des ersten Referenzsignals gebildet wird.
  • Der eingezeichnete Verlauf des Vergleichssignals V liegt beispielhaft bei etwa 3/4 des ersten Spitzenwertes, so dass er sich mit dem Verlauf des ersten Referenzsignals schneidet. Die Schnittpunkte zwischen Vergleichssignal und Referenzsignal ergeben entsprechend der Pulsweitenmodulation die Ein- und Ausschaltzeitpunkte für das dem Referenzsignal zugeordnete Schaltelement. In 4, in dem sich das Vergleichssignal nicht mit dem zweiten Referenzsignal schneidet, ergibt sich das Ansteuersignal A2 als durchgehendes Null-Signal, d.h. das zugeordnete Schaltelement SH bleibt immer ausgeschaltet.
  • Das erste Referenzsignal ergibt in den Schnittpunkten der aufsteigenden Verlaufsabschnitte mit dem Vergleichssignal Ausschaltimpulse und für die Schnittpunkte der abfallenden Verlaufsabschnitte mit dem Vergleichssignal Einschaltimpulse für das Schaltelement ST des Tiefsetzers. Das entsprechende Ansteuersignal A1 als Ausgabesignal der ersten Pulsweitenmodulationseinheit PWM1 ist im untersten Diagramm der 4 dargestellt.
  • In 5 sind die gleichen Verlaufsdiagramme wie in 4 dargestellt, mit dem Unterschied, dass das Vergleichssignal V dem ersten Spitzenwertsignal entspricht. Das Vergleichssignal V berührt also die oberen Spitzen des ersten Referenzsignals und die unteren Spitzen des zweiten Referenzsignals, was dazu führt, dass das Ansteuersignal A1 durchgehend Einschalten und das Ansteuersignal A2 durchgehend Ausschalten signalisiert. In diesem Regelungszustand bleibt das Schaltelement ST des Tiefsetzers also eingeschaltet, ohne zu takten, und das Schaltelement SH des Hochsetzers bleibt ausgeschaltet, ohne zu takten. Der aktuelle Wert der Ausgangsspannung Ua entspricht also dem aktuellen Eingangsspannungswert, wobei hier die Eingangsspannung Ue beispielhaft als konstante Gleichspannung angenommen ist.
  • In 6 sind die Verlaufsdiagramme mit weiter erhöhtem Vergleichssignal V dargestellt. Das Vergleichssignal V weist dabei nur Schnittpunkte mit dem zweiten Referenzsignal auf, wobei wieder mit dem Ansteuersignal A2 bei einem Schnittpunkt mit aufsteigendem Referenzsignal Abschalten und bei einem Schnittpunkt mit abfallendem Referenzsignal Einschalten des Schaltelements SH des Hochsetzers signalisiert wird. Das Ansteuersignal A1 bewirkt weiterhin, dass das Schaltelement ST eingeschalten bleibt, ohne zu takten.
  • In 7 ist der Verlauf der Signale mit Korrekturwert X dargestellt. Dabei ist der Verlauf des ersten Referenzsignals unverändert. Das zweite Referenzsignal ist um den Korrekturwert X in Richtung der Abszisse verschoben, sodass die Minimalwerte des zweiten Referenzsignals um den Korrekturwert X niedriger sind als die Maximalwerte des ersten Referenzsignals. Das Vergleichssignal verläuft beispielhaft konstant im Mittel zwischen den Minimalwerten des zweiten Referenzsignals und den Maximalwerten des ersten Referenzsignals, es schneidet in diesem Regelungszustand also beide Referenzsignale.
  • Die Schnittpunkte eines ansteigenden Referenzsignals mit dem Verlauf des Vergleichssignals bewirkt wieder Abschalten und die Schnittpunkte eines absteigenden Referenzsignals mit dem Verlauf des Vergleichssignals bewirkt wieder Einschalten eines der Schaltelemente SH und ST. Die beiden Ansteuersignale A1 und A2 signalisieren zunächst Einschalten.
  • Das Vergleichssignal scheidet in der weiteren zeitlichen Abfolge zuerst das zweite Referenzsignal, das Ansteuersignal A2 fällt auf Null und signalisiert so dem Schaltelement SH des Hochsetzers, auszuschalten. Dann schneidet das Vergleichssignal das erste Referenzsignal, wodurch auch das erste Ansteuersignal A1 auf Null abfällt und dem Schaltelement ST des Tiefsetzers Ausschalten signalisiert. Kurz darauf schneidet das Vergleichssignal gleichzeitig die abfallenden Flanken beider Referenzsignale, wodurch beide Ansteuersignale A1 und A2 auf den Einschaltimpulswert springen und so ein Einschalten beider Schaltelemente SH und ST bewirken. Diese Abfolge wiederholt sich periodisch.
  • Die Größe des Korrekturwertes X richtet sich dabei nach den Spannungsabfällen in den Bauelementen des Konverters und ist dann richtig gewählt, wenn der Ausgangsspannungsverlauf beim Durchlaufen des Eingangsspannungswertes keine Unstetigkeiten aufweist. Ein zu geringer Korrekturwert X führt dazu, dass der Ausgangsspannungsverlauf im Bereich des Eingangsspannungswertes kurzzeitig nach unten abfällt, bei einem zu großen Korrekturwert X steigt er kurzzeitig an.
  • In den 4 bis 7 ist das Vergleichssignal V parallel zur Abszisse eingezeichnet, weil die Taktfrequenz der Schaltelemente im Verhältnis zur Frequenz, mit der sich die Ausgangsspannung ändert (beispielsweise mit der Frequenz eines Versorgungsnetzes), sehr hoch ist. Im dargestellten Zeitabschnitt bleibt das Vergleichssignal V also annähernd konstant, tatsächlich ändert es sich jedoch mit der Frequenz der vorgegebenen Soll-Ausgangsspannung und durchläuft so die in den 4 bis 7 dargestellten Zustände.

Claims (8)

  1. Steuerungsverfahren für einen Konverter, der einen Tiefsetzer mit einem ersten Schaltelement (ST) und einen Hochsetzer mit einem zweiten Schaltelement (SH) umfasst, wobei die Schaltelemente (ST, SH) von einer Steuereinrichtung mittels eines ersten und eines zweiten pulsweitenmodulierten Ansteuersignals (A1, A2) ein- und ausgeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, dass – ein zweites Referenzsignal aus einem ersten Referenzsignal und einem Differenzwert gebildet wird – ein Vergleichssignal (V) für beide Referenzsignale ermittelt wird – mit dem Vergleichssignal (V) und dem ersten Referenzsignal das erste Ansteuersignal (A1) moduliert wird – mit dem Vergleichssignal (V) und dem zweiten Referenzsignal das zweite Ansteuersignal (A2) moduliert wird.
  2. Steuerungsverfahren für einen Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Differenzwert die Amplitude eines Referenzsignals (A-PWM1 od. A-PWM2) abzüglich eines Korrekturwertes (X) vorgegeben wird.
  3. Steuerungsverfahren für einen Konverter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Signalgenerators (G) das erste Referenzsignal mit Null als unterem Grenzwert generiert wird und mit einer Spitzenwerterfassungseinheit (PD) daraus ein Spitzenwertsignal erzeugt wird und dass das zweite Referenzsignal aus dem ersten Referenzsignal durch Addition oder Subtraktion des Spitzenwertsignals abzüglich des Korrekturwertes (X) gebildet wird.
  4. Steuerungsverfahren für einen Konverter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Signalgenerators (G) das erste Referenzsignal und mit einer Amplitudenerfassungseinheit ein Amplitudensignal erzeugt wird und dass das zweite Referenzsignal aus dem ersten Referenzsignal durch Addition oder Subtraktion des Amplitudensignals abzüglich des Korrekturwertes (X) gebildet wird.
  5. Steuerungsverfahren für einen Konverter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichssignal (V) mittels eines Reglerelements (E/A) aus einer Soll-Ausgangsspannung (Usoll) und einer Ist-Ausgangsspannung (Ua) in der Weise erzeugt wird, dass mit steigendem Vergleichssignal (V) zunächst eine Überschneidung mit dem ersten Referenzsignal erfolgt und damit die Einschaltzeiten des ersten Schaltelements (ST) zunehmen, bis bei Übereinstimmung des Vergleichssignals (V) mit den Spitzenwerten des ersten Referenzsignals das erste Schaltelement (ST) eingeschaltet bleibt und dass ab Übereinstimmung des steigenden Vergleichssignals (V) mit den Spitzenwerten des ersten Referenzsignals abzüglich des Korrekturwertes (X) das zweite Schaltelement (SH) zu takten beginnt und die Einschaltzeiten mit weiter steigendem Vergleichssignal (V) zunehmen.
  6. Steuerungsverfahren für einen Konverter nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert (X) in der Weise vorgegeben wird, dass in einem Bereich, in dem sich das erste Referenzsignal und das zweite Referenzsignal alternierend mit dem Vergleichssignal (V) schneiden, die Ist-Ausgangsspannung (Ua) stetig den Wert der Eingangsspannung (Ue) durchläuft.
  7. Anordnung zur Durchführung der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tiefsetzer mit einem ersten Schaltelement (ST) und ein Hochsetzer mit einem zweiten Schaltelement (SH) in Serie angeordnet sind und dass die Schaltelemente (ST, SH) mit einer Steuereinrichtung verbunden sind, in der Mittel zur Vorgabe des zweiten Referenzsignals, gebildet aus dem ersten Referenzsignal und dem Differenzwert und Mittel zur Ermittlung des Vergleichssignals (V) für beide Referenzsignale sowie Mittel zur Modulation des ersten Ansteuersignals (A1) aus dem Vergleichssignal (V) und dem ersten Referenzsignal und zur Modulation des zweiten Ansteuersignals (A2) aus dem Vergleichssignal (V) und dem zweiten Referenzsignal vorgesehen sind.
  8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung einen Signalgenerator (G) umfasst, der das erste Referenzsignal erzeugt und mit einer ersten Pulsweitenmodulationseinheit (PWM1), einer Additionseinheit sowie einer Spitzenwerterkennungseinheit (PD) zur Erzeugung des Spitzenwertsignals verbunden ist und dass die Additionseinheit mit der Spitzenwerterkennungseinheit (PD) verbunden ist und ausgangsseitig mit einer zweiten Pulsweitenmodulationseinheit (PWM2) verbunden ist und dass der Konverter mit seiner Ausgangsspannung (Ua) an einer Reglereinheit (E/A) angeschlossen ist, die mit einer vorgegebenen Soll-Ausgangsspannung (Usoll) das Vergleichssignal (V) liefert und ausgangsseitig an die erste Pulsweitenmodulationseinheit (PWM1) und an die zweite Pulsweitenmodulationseinheit (PWM2) angeschlossen ist und dass die erste Pulsweitenmodulationseinheit (PWM1) mit dem ersten Schaltelement (ST) und die zweite Pulsweitenmodulationseinheit (PWM2) mit dem zweiten Schaltelement (SH) verbunden ist.
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