DE102006010694B4 - Inverter circuit for extended input voltage range - Google Patents

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    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels

Abstract

Verfahren zur Umwandlung einer elektrischen Eingangsgleichspannung (UZK1), die von wenigstens einer zwischen zwei Gleichspannungszweigen (13, 15) angeschlossenen Gleichspannungsquelle (11, 12) bereitgestellt wird, in eine Wechselspannung (UNETZ) mittels einer Schaltungsanordnung (1), die zwei Energiespeicher (C1, C2), die zwischen den Gleichspannungszweigen (13, 15) in Reihe zueinander und parallel zu der wenigstens einen Gleichspannungsquelle (11, 12) angeordnet sind, eine an die Gleichspannungszweige (13, 15) angeschlossene Halbbrückenschaltung (3) mit zwei in Reihe zueinander angeordneten Schalterelementen (S1, S2), die über einen Mittelabgriff (18) der Halbbrücke (3) miteinander verbunden sind, Freilaufelemente (D1–D6 ' D10–D60) und wenigstens eine Speicherdrossel (L) aufweist, die an einem Wechselspannungsanschluss (27) angeschlossen ist, während der andere Wechselspannungsanschluss (28) mit dem Verbindungspunkt zwischen den beiden Energiespeichern (C1, C2) verbunden ist, wobei das Verfahren aufweist:
Anordnen einer Diode (D10, D20) in Reihe zu jedem der Schalterelemente (S1, S2) der Halbbrücke (3), wobei jede Reihenschaltung aus einem Schalterelement (S1, S2) und einer Diode (D10,...Method for converting a DC electrical input voltage (U ZK1 ) provided by at least one DC voltage source (11, 12) connected between two DC voltage branches (13, 15) into an AC voltage (U NETZ ) by means of a circuit arrangement (1) containing two energy stores (C 1 , C 2 ), which are arranged between the DC voltage branches (13, 15) in series with each other and parallel to the at least one DC voltage source (11, 12), a to the DC voltage branches (13, 15) connected to the half-bridge circuit (3) two switch elements (S 1 , S 2 ) arranged in series with one another, which are connected to one another via a center tap (18) of the half bridge (3), freewheeling elements (D 1 -D 6 ' D 10 -D 60 ) and at least one storage choke (L ), which is connected to an AC voltage terminal (27), while the other AC voltage terminal (28) with the connection point between the two energy stores (C 1 , C 2 ), the method comprising:
Arranging a diode (D 10 , D 20 ) in series with each of the switch elements (S 1 , S 2 ) of the half-bridge (3), each series circuit comprising a switch element (S 1 , S 2 ) and a diode (D 10 ,. ..

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Description

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter und ein Verfahren zur Umwandlung einer elektrischen Gleichspannung in eine Wechselspannung einer bestimmten Frequenz.The The invention relates to an inverter and a method of conversion an electrical DC voltage in an AC voltage of a certain frequency.

Wechselrichter werden z. B. dann eingesetzt, wenn elektrische Energie aus Gleichspannungsquellen, wie bspw. Fotovoltaikanlagen, Brennstoffzellen oder dgl. in das öffentliche Versorgungsnetz einzuspeisen ist. Derartige Wechselrichter sind z. B. in der Lage, aus einem oder mehreren Gleichspannungspotentialen einen an den Potentialverlauf einer sinusförmigen Netzspannung mit einer Frequenz von 50 oder 60 Hz angeglichenen Wechselstrom erzeugen.inverter be z. B. used when electrical energy from DC sources, such as photovoltaic systems, fuel cells or the like. In the public Supply network is to feed. Such inverters are z. B. capable of one or more DC potentials one to the potential curve of a sinusoidal mains voltage with a Frequency equal to 50 or 60 Hz.

DE 102 21 592 A1 beschreibt einen transformatorlosen Wechselrichter mit zwei Gleichspannungsanschlüssen, einem zwischen den Gleichspannungsanschlüssen angeordneten Speicherkondensator, einer H-förmigen Vollbrückenschaltung, die vier Halbleiterschalter aufweist, und mit Speicherdrosseln, die in den zu den Wechselspannungsanschlüssen führenden Abzweigen der Brückenhälften angeordnet sind. Zur Erzeugung der gewünschten Wechselspannung aus einer anliegenden Gleichspannung werden bestimmte Schalter der Vollbrücke in Abhängigkeit von der Polarität der Wechselspannung mit einer hohen Taktfrequenz pulsweitenmoduliert geschaltet, um im Schließzustand der Schalter, der sog. Aufmagnetisierungsphase, einen Strom zur Aufladung der Drosselspulen bereitzustellen. Beim Öffnen der hochfrequent getakteten Schalter, der sog. Freilaufphase, kommutiert der aufgrund der Abmagnetisierung innerhalb der Drosseln weiterfließende Spulenstrom über gesonderte Freilaufpfade, die zwischen den Abzweigen der Brückenhälften vorgesehen sind. Jeder Freilaufpfad weist einen Schalter sowie eine in Reihe geschaltete Gleichrichterdiode auf, wobei die Gleichrichterdioden in den Freilaufpfaden in entgegengesetzte Durchlassrichtungen zueinander geschaltet sind. Die Freilaufpfade verhindern eine verlustbehaftete Rückkommutierung des Drosselstroms über Dioden der Vollbrücke zurück zu den Speicherkondensatoren. DE 102 21 592 A1 describes a transformerless inverter with two DC terminals, one arranged between the DC terminals storage capacitor, a H-shaped full bridge circuit having four semiconductor switches, and with storage chokes, which are arranged in the leading to the AC voltage terminals branches of the bridge halves. To generate the desired AC voltage from an applied DC voltage certain switches of the full bridge depending on the polarity of the AC voltage with a high clock frequency pulse width modulated to provide in the closed state of the switch, the so-called. Aufmagnetisierungsphase, a current for charging the choke coils. When opening the high-frequency clocked switch, the so-called freewheeling phase, the coil current that continues to flow within the chokes due to the demagnetization commutes via separate freewheeling paths that are provided between the branches of the bridge halves. Each freewheeling path has a switch and a series-connected rectifier diode, wherein the rectifier diodes are connected in the freewheeling paths in opposite passage directions to each other. The free-wheeling paths prevent lossy back-commutation of the inductor current via full-bridge diodes back to the storage capacitors.

Aus der DE 102 25 020 A1 ist eine Wechselrichterschaltung bekannt, die zwei Gleichspannungszweige, zwischen denen zwei Fotovoltaikgeneratoren und zwei Speicherkondensatoren jeweils in Reihe angeordnet sind, eine Halbbrückenschaltung mit zwei in Reihe zueinander angeordneten Schaltern und zwei Wechselspannungsanschlüsse aufweist, von denen einer über eine eine Speicherdrossel enthaltende Verbindungsleitung mit dem Mittelabgriff der Halbbrücke verbunden ist. In jeder Halbwelle der Wechselspannung wird einer der Schalter der Halbbrücke hoch frequent geschaltet, während der andere geöffnet bleibt. In den Aufmagnetisierungsphasen wird der Drosselspule ein Strom zugeführt, der von dem zugehörigen Speicherkondensator bzw. Gleichspannungsgenerator herrührt. Im geöffneten Zustand des getakteten Schalters kommutiert ein Freilaufstrom auf den gegenüberliegenden Speicherkondensator zurück. Eine zwischen den Gleichspannungszweigen eingefügte Leistungskompensationsschaltung sorgt bei unterschiedlicher Leistungsabgabe der Fotovoltaikgeneratoren dafür, dass die der Halbbrücke in dem einen Gleichspannungszweig zugeführte gleich der von der Halbbrücke in dem anderen Gleichspannungszweig abgeführten Leistung ist.From the DE 102 25 020 A1 an inverter circuit is known, the two DC voltage branches, between which two photovoltaic generators and two storage capacitors are each arranged in series, a half-bridge circuit having two switches arranged in series and two AC voltage terminals, one of which via a storage choke containing connecting line to the center tap of the half-bridge connected is. In each half cycle of the alternating voltage, one of the switches of the half bridge is switched high frequent while the other remains open. In the Aufmagnetisierungsphasen the inductor, a current is supplied, resulting from the associated storage capacitor or DC generator. In the open state of the clocked switch commutes a freewheeling current back to the opposite storage capacitor. A power compensation circuit inserted between the DC branches ensures, with different output of the photovoltaic generators, that the power supplied to the half-bridge in the one DC branch is equal to that dissipated by the half-bridge in the other DC branch.

Eine weitere Wechselrichterschaltungsanordnung ist in der DE 10 2005 024 465 A1 beschrieben. Die Schaltungsanordnung basiert ebenfalls auf der Halbbrückenschaltung, die pro Gleichspannungszweig lediglich einen einzigen Schalter benötigt, der hochfrequent zu takten ist. Zwischen den Wechselspannungsanschlüssen ist eine Weichenschaltung mit weiteren Schaltereinheiten und Gleichrichterdioden vorgesehen, die eine Umlenkung der Strompfade ermöglicht. Eine Steuerungseinrichtung steuert die Halbbrücke und die Weichenschaltung geeignet an, um einen Wechselstrom zu erzeugen, wobei ein Freilaufstrom über die Weichenschaltung geleitet wird, so dass eine Rückkommutierung auf gleichspannungsseitige Speicherkondensatoren verhindert wird. Die Steuerungseinrichtung weist ferner eine Logik auf, um die Schalter der Halbbrücke und der Weichenschaltung bedarfsweise zum Leistungsausgleich zwischen den Gleichspannungszweigen anzusteuern.Another inverter circuit arrangement is in DE 10 2005 024 465 A1 described. The circuit arrangement is likewise based on the half-bridge circuit, which requires only a single switch per DC branch, which is to be clocked at high frequency. Between the AC voltage terminals a switch circuit is provided with further switch units and rectifier diodes, which allows a deflection of the current paths. A controller controls the half bridge and the switch circuit to generate an alternating current, wherein a freewheeling current is passed through the switch circuit, so that a Rückkommutierung on DC side storage capacitors is prevented. The control device further has logic to control the switches of the half-bridge and the point circuit as needed for power equalization between the DC voltage branches.

WO 90/01826 A1 beschreibt eine Halbbrücken-Wechselrichterschaltung mit Mittelanzapfung in einer dreiphasigen Konfiguration. WO 90/01826 A1 describes a half-bridge inverter circuit with center tap in a three-phase configuration.

Die bekannten Wechselrichterschaltungen haben sich bei der Einspeisung von Energie in ein Netz in der Praxis bewährt. Allerdings müssen die auf der Gleichspannungsseite anliegenden Gleichspannungen wenigstens den Betrag des Scheitelwerts der Netzspannung aufweisen. Ansonsten reicht die Spannung zur Aufmagnetisierung der Drosselspule und somit zur Erzeugung des gewünschten Wechselstromes oder der gewünschten Wechselspannung nicht aus. Die Höhe der zugeführten Gleichspannung ist jedoch insbesondere beim Anschluss regenerativer Energiequellen, z. B. Fotovoltaikgeneratoren, nicht in jedem Betriebspunkt sichergestellt. Ein Fotovoltaikgenerator ist aus mehreren Modulen aufgebaut, die jeweils eine Reihenschaltung von mehreren Generatorzellen mit einer Nennspannung von bspw. 0,7 bis 0,8 Volt aufweisen. Die von den Zellen gelieferte Spannung variiert herstellungs- und betriebsbedingt, insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur und aufgrund von Abschattungseffekten, in erheblichem Maße. Umso größer ist die gesamte Spannungsvarianz der Module und Generatoren. Eine beliebige Erhöhung der Anzahl der Generatormodule zur Erzielung einer Generatorspannung, die für die meisten Betriebspunkte ausreicht, ist aufgrund der begrenzten Durchschlagsfestigkeit der eingangsseitigen Speicherkondensatoren nicht möglich und aus Kostengründen wenig sinnvoll.The known inverter circuits have proven themselves in the supply of energy in a network in practice. However, the DC voltages applied to the DC side must at least have the magnitude of the peak value of the mains voltage. Otherwise, the voltage for magnetizing the choke coil and thus for generating the desired alternating current or the desired AC voltage is not sufficient. However, the amount of DC voltage supplied is especially when connecting renewable energy sources, eg. As photovoltaic generators, not guaranteed at each operating point. A photovoltaic generator is constructed from a plurality of modules, each having a series circuit of a plurality of generator cells with a rated voltage of, for example, 0.7 to 0.8 volts. The voltage supplied by the cells varies considerably in terms of production and operation, in particular as a function of the temperature and due to shadowing effects. The bigger the whole span variance of the modules and generators. Any increase in the number of generator modules to achieve a generator voltage that is sufficient for most operating points is not possible due to the limited dielectric strength of the input-side storage capacitors and makes little sense for cost reasons.

Es ist deshalb bekannt, Energiequellen, deren Gleichspannungspegel in bestimmten Betriebspunkten unterhalb des Netzscheitelwerts liegt, üblicherweise über einen sog. DC-DC-Steller an eine Wechselrichterschaltung anzuschließen, vgl. z. B. DE 38 30 460 A1 . Ein DC-DC-Hochsetzsteller, der auch als Gleichstromsteller oder getakteter Spannungswandler bezeichnet wird, ist eine elektronische Schaltung, die eine eingangsseitige Gleichspannung in eine größere Ausgangsspannung wandelt. Hochsetzsteller sind in unterschiedlichen Ausführungsformen allgemein bekannt. Bei einem induktiven Wandler wird bspw. zur Energiespeicherung eine Spule benutzt, die über einen schließbaren Schalter geladen wird. Beim geöffneten Schalter entlädt sich die Spule über eine in Reihe angeschlossene Diode, um Energie, die im Magnetfeld der Spule gespeichert war, an einen Verbraucher abzugeben.It is therefore known to connect energy sources whose DC voltage level is below the mains peak value at certain operating points, usually via a so-called DC-DC controller to an inverter circuit, cf. z. B. DE 38 30 460 A1 , A DC-DC step-up converter, which is also referred to as a DC-DC converter or clocked voltage converter, is an electronic circuit that converts an input-side DC voltage into a larger output voltage. Step-up converters are well known in various embodiments. In an inductive converter, for example, a coil is used for energy storage, which is charged via a closable switch. When the switch is open, the coil discharges through a diode connected in series to deliver energy stored in the coil's magnetic field to a consumer.

Wenn Hochsetzsteller in einer Wechselrichterschaltung eingesetzt werden, führt dies zwangsläufig zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrads. Dieser ist umso schlechter, je größer der Hochsetzsteller dimensioniert ist und je höher die Belastung, also der von dem Hochsetzsteller abgegebene Strom ist, wobei die Verluste proportional zur zweiten Potenz der Stromstärke sind. Der hohe Spannungspegel am Ausgang des Hochsetzstellers hat in einer Wechselrichterschaltung hohe Verluste zur Folge. Am Ausgang der Brückenschaltung entstehen hohe Potentialsprünge zwischen aufeinander folgenden Aufmagnetisierungs- und Freilaufphasen mit der Folge hoher Schaltverluste und großer Rippelströme und Ummagnetisierungsverluste innerhalb der Speicherdrossel. Außerdem sind stark dimensionierte Hochsetzsteller verhältnismäßig kostspielig.If Boost converters are used in an inverter circuit, does this inevitably to a deterioration of the efficiency. This one is even worse the bigger the Step-up converter is dimensioned and the higher the load, so the from the boost converter output current, the losses are proportional to the second power of the current. The high voltage level at the output of the boost converter has in an inverter circuit high losses result. At the output of the bridge circuit high potential jumps arise successive magnetization and freewheeling phases the result of high switching losses and large Rippelströme and Ummagnetisierungsverluste within the storage throttle. There are also heavily dimensioned boost converters relatively expensive.

DE 100 20 537 A1 beschreibt eine Vollbrückenwechselrichter, der Energie aus einer Fotovoltaikzelle in ein Wechselspannungsnetz speist. An einer Gleichspannungsquelle, die zwischen einer ersten und einer zweiten Eingangsklemme angeschlossen ist, ist eine H-förmige Vollbrückenschaltung angeschlossen, die vier parallel geschaltete Transistoren als Schalterelemente aufweist, denen jeweils eine Diode antiparallel geschaltet ist. Zwischen der zweiten Eingangsklemme und einem Verbindungspunkt am Eingang der Vollbrücke ist eine zusätzliche Diode vorgesehen. In einer Ausführungsform wird ein Hochsetzsteller dazu verwendet, aus der Eingangsgleichspannung bedarfsweise ein höheres Ausgangspotential zu erzeugen. Der Hochsetzsteller ist gemeinsam mit einem zusätzlichen Schalter an seinem Ausgang in einem Spannungswandlerzweig angeordnet, der von der zweiten Eingangsklemme zu dem Eingang der Vollbrücke führt. DE 100 20 537 A1 describes a full bridge inverter that feeds energy from a photovoltaic cell into an AC grid. At a DC voltage source which is connected between a first and a second input terminal, an H-shaped full-bridge circuit is connected, which has four parallel-connected transistors as switch elements, each of which a diode is connected in anti-parallel. Between the second input terminal and a connection point at the input of the full bridge an additional diode is provided. In one embodiment, a boost converter is used to generate from the DC input voltage, if necessary, a higher output potential. The boost converter is arranged together with an additional switch at its output in a voltage converter branch, which leads from the second input terminal to the input of the full bridge.

Wenn das Potential der Spannungsquelle größer ist als die momentane Netzwechselspannung, erfolgt die Speisung durch bekannte Taktung der Transistoren der Vollbrückenschaltung. Überschreitet die momentane Netzwechselspannung das Potential der Spannungsquelle, werden in einem erweiterten Betriebsmodus die polaritätsabhängig zugehörigen Transistoren ständig durchgeschaltet, während die Taktung über den zusätzlichen Schalter in dem Spannungswandlerzweig erfolgt. Somit wird das höhere Spannungspotential am Ausgang des Hochsetzstellers an den Eingang der Vollbrücke angelegt. Es fließt dann aber ein relativ hoher Strom sowohl durch den Schalter in dem Spannungswandlerzweig als auch durch jeweils zwei der Transistoren der Vollbrücke. Dies führt zu relativ hohen Durchlassverlusten, was den gesamten Wirkungsgrad reduziert.If the potential of the voltage source is greater than the instantaneous AC mains voltage takes place the feeding by known clocking of the transistors of the full bridge circuit. exceeds the instantaneous mains AC voltage the potential of the voltage source, become in an extended mode of operation, the polarity-dependent associated transistors constantly switched through while the Clocking over the additional Switch takes place in the voltage converter branch. Thus, the higher voltage potential applied at the output of the boost converter to the input of the full bridge. It flows but then a relatively high current through both the switch in the Voltage converter branch as well as by two of the transistors the full bridge. this leads to to relatively high passage losses, which the overall efficiency reduced.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Wechselrichterschaltung und ein Verfahren zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung einer bestimmten Frequenz zu schaffen, die es ermöglichen, auch bei unzureichenden Eingangsgleichspannungswerten, insbesondere unterhalb des Scheitelwerts der Netzwechselspannung, Energie mit hohem Wirkungsgrad in ein Netz einzuspeisen. Dabei sollen insbesondere. Schaltverluste sowie Ummagnetisierungsverluste und Rippelströme in der Speicherdrossel weitgehend reduziert werden.outgoing It is the object of the invention to provide an inverter circuit and a method of converting a DC voltage to an AC voltage to create a specific frequency that makes it possible even with insufficient input DC voltage values, in particular below the peak value of the AC mains voltage, energy with high efficiency to feed into a network. It should in particular. switching losses as well as reversal losses and ripple currents in the storage throttle largely be reduced.

Diese Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und den erfindungsgemäßen Wechselrichter nach Anspruch 14 gelöst.These The object of the present invention is achieved by the method according to the invention with the features of claim 1 and the inverter according to the invention solved according to claim 14.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Umwandlung einer elektrischen Gleichspannung in eine Wechselspannung mittels einer Schaltungsanordnung geschaffen, die eine Halbbrückenschaltung mit Schalterelementen und Freilaufelementen und wenigstens eine Speicherdrossel am Ausgang der Brückenschaltung aufweist, die mit einem Wechselspannungsanschluss verbunden ist, der an eine Wechselspannung mit einer bestimmten Frequenz angeschlossen werden kann. Die Schalterelemente werden in Abhängigkeit von der Polarität der Wechselspannung mit festgelegtem Taktmuster geschaltet, wobei einzelne Schalterelemente synchron mit der Frequenz der Wechselspannung und andere Schalter mit hoher Taktfrequenz angesteuert werden. Im Schließzustand der hochfrequent getakteten Schalter, also in Aufmagnetisierungsphasen, wird ein Aufmagnetisierungsstrom zur Aufmagnetisierung der wenigstens einen Speicherdrossel bereitgestellt. Im Öffnungszustand dieser Schalterelemente, den Freilaufphasen, fließt über ausgewählte Freilaufelemente ein Freilaufstrom, der eine Abmagnetisierung der Speicherdrossel ermöglicht.According to one aspect of the present invention, there is provided a method of converting a DC electrical voltage into an AC voltage by means of a circuit comprising a half-bridge circuit having switch elements and freewheeling elements and at least one storage inductor at the output of the bridge circuit connected to an AC voltage terminal connected to an AC voltage can be connected with a certain frequency. The switch elements are switched in dependence on the polarity of the AC voltage with a fixed clock pattern, wherein individual switch elements are driven synchronously with the frequency of the AC voltage and other switches with a high clock frequency. In the closed state of the high-frequency clocked switch, ie in Aufmagnetisierungsphasen, a Aufmagnetisierungsstrom for magnetizing the at least one Spei cholesterol provided. In the open state of these switch elements, the freewheeling phases, a freewheeling current flows through selected freewheeling elements, which enables a demagnetization of the storage inductor.

Erfindungsgemäß werden die momentanen Betriebsbedingungen erfasst und es wird an Hand dieser festgestellt, ob die Drossel (L) bei Anwendung des Taktmusters in den Aufmagnetisierungsphasen ausreichend aufmagnetisiert wird. In Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser Feststellung wird der Betriebsmodus zur Ansteuerung der Schalterelemente geeignet gewählt. Wenn festgestellt wird, dass die Speicherdrossel in den Aufmagnetisierungsphasen ausreichend aufmagnetisiert werden kann, wird gemäß einem normalen Betriebsmodus das Gleichspannungspotential selbst in den Aufmagnetisierungsphasen zur Bereitstellung des Stroms zur Aufmagnetisierung der Speicherdrossel verwendet, d. h. bei entsprechender Schließung wenigstens eines hochfrequent getakteten Schalterelementes der Halbbrückenschaltung an die Speicherdrossel angekoppelt. In der Freilaufphase des normalen Betriebs, wenn das Schalterelement geöffnet ist, kom mutiert der aufgrund der Abmagnetisierung innerhalb der Speicherdrossel weiter fließende Freilaufstrom auf einen gesonderten Freilaufpfad.According to the invention The current operating conditions are recorded and it is on the basis of this determined whether the throttle (L) when using the clock pattern in the magnetization phases is sufficiently magnetized. In Dependence on The result of this determination becomes the operating mode for driving the switch elements suitably chosen. If it is determined that the storage choke in the Aufmagnetisierungsphasen sufficient can be magnetized according to a normal operating mode the DC potential even in the Aufmagnetisierungsphasen for providing the current for magnetizing the storage choke used, d. H. with appropriate closure of at least one high frequency clocked switch element of the half-bridge circuit to the storage choke coupled. In the freewheeling phase of normal operation, if that Switch element opened is com mutated due to the demagnetization within the storage choke continuing to flow Freewheeling current on a separate freewheeling path.

Wenn festgestellt wird, dass die Speicherdrossel in den Aufmagnetisierungsphasen nicht oder unzureichend aufmagnetisiert wird, wird ein erweiterter Betriebsmodus festgesetzt. In diesem Modus wird das Eingangsgleichspannungspotential in ein betragsmäßig höheres Potential gewandelt, das durch entsprechende Taktung wenigstens eines Schalterelementes in den Aufmagnetisierungsphasen als Aufmagnetisierungspotential zur Bereitstellung des Ladestroms für die Speicherdrossel verwendet oder an die Speicherdrossel angekoppelt wird. In den Freilaufphasen wird aber nicht der im normalen Betriebsmodus verwendete Freilaufpfad, sondern der im normalen Betriebsmodus verwendete Aufmagnetisierungspfad zur Bereitstellung des Freilaufstroms verwendet, so dass das Gleichspannungspotential selbst an die Speicherdrossel angekoppelt wird und das Freilaufpotential vorgibt.If it is determined that the storage choke in the Aufmagnetisierungsphasen is not or insufficiently magnetized, is an extended Operating mode fixed. In this mode, the input DC potential becomes in an amount higher potential converted by the appropriate timing at least one switch element in the Aufmagnetisierungsphasen as Aufmagnetisierungspotential used to provide the charging current for the storage choke or is coupled to the storage choke. In the freewheeling phases but not the freewheel path used in normal operating mode, but the magnetizing path used in the normal operating mode used to provide the freewheeling current, so that the DC potential itself is coupled to the storage inductor and the freewheeling potential pretends.

Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Anwendung für die Einspeisung von Energie in ein Netz, bspw. öffentliches Versorgungsnetz, mittels einer Fotovoltaikanlage. Hierzu können ein oder zwei oder sogar mehrere Fotovoltaikgeneratoren insbesondere in Reihenschaltung an dem Eingang der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung vorgesehen sein. Es können auch andere Gleichspannungsquellen, die ein variables Gleichspannungspotential liefern, wie bspw. Brennstoffzellen oder Akkumulatoren, eingesetzt werden. Spannungsvarianzen, die auf herstellungsbedingte Toleranzen oder auf Temperaturdrift oder Abschattungseffekte im Betrieb zurückzuführen sind, werden durch die Erfindung ohne weiteres ausgeglichen, indem bspw. das erhöhte Potential auf ein gewünschtes Niveau eingeregelt wird. Es kann ein weiter Bereich variabler Gleichspannungspotentiale am Eingang verwendet werden, wobei die Gleichspannung auch deutlich unter dem Scheitelwert der Wechselspannung, bspw. dem Scheitelwert von etwa √2·230 Volt oder √2·120 Volt einer herkömmlichen Netzwechselspannung mit einer Frequenz von 50 oder 60 Hertz, liegen kann. Es ist festgestellt worden, dass mit einer Gleichspannungsamplitude von wenigstens etwa einem Drittel des Scheitelwerts der Netzspannung ein wirkungsvoller Betrieb möglich ist. Somit ist die Erfindung auf einen weiten Eingangsspannungsbereich anwendbar.The Invention is particularly suitable for use for the feed of energy in a network, eg public Supply network, by means of a photovoltaic system. This can be a or two or even more photovoltaic generators in particular in series connection at the input of the circuit arrangement according to the invention be provided. It can Other DC sources that provide a variable DC potential, such as fuel cells or accumulators are used. Voltage variances based on manufacturing tolerances or due to temperature drift or shading effects during operation, be compensated by the invention readily by, for example. that increased Potential for a desired Level is adjusted. There may be a wide range of variable DC potentials at the Input can be used, the DC voltage also significantly below the peak value of the AC voltage, for example the peak value of about √2 x 230 volts or √2 · 120 volts one usual AC mains voltage with a frequency of 50 or 60 Hertz, lie can. It has been found that with a DC amplitude at least about one third of the peak value of the mains voltage an effective operation possible is. Thus, the invention is a wide input voltage range applicable.

Die Erfindung ermöglicht es, auch bei unzureichenden Generatorspannungen Energie mit hohem Wirkungsgrad in ein Netz einzuspeisen, wozu mehrere Maßnahmen vorgesehen sind. Bspw. ist der Einsatz des erhöhten Spannungspotentials lediglich auf Zeiträume der Halbwelle beschränkt, in denen die Gleichspannung eines Generators kein ausreichendes Aufmagnetisierungspotential liefert. In den übrigen Zeiträumen wird die niedrigere Gleichspannung eines Generators zur Aufmagnetisierung der Speicherdrossel verwendet. Durch die geringere Potentialhöhe der Generatorspannung sind die Schaltverluste, Rippelströme und Eisenverluste in der Speicherdrossel und elektromagnetische Störungen im Vergleich zu einer Betriebsweise, bei der stets von dem erhöhten Potential, bspw. dem Ausgangspotential eines Hochsetzstellers, abgetaktet würde, deutlich reduziert. Ferner ist der Wirkungsgrad dadurch verbessert, dass in den Zeiträumen, in denen die Gleichspannung eines Generators nicht ausreicht und im erweiterten Betriebsmodus das erhöhte Potential an den Eingang der Speicherdrossel angekoppelt wird, die Gleichspannung des Generators das Freilaufpotential vorgibt. Der Freilaufstrom wird der Speicherdrossel von einem Gleichspannungszweig, an dem der Generator angeschlossen ist, zugeführt. Dies hat im Vergleich zu einem Freilauf z. B. aus einem Neutralleiter oder gar einem gegenüberliegenden Gleichspannungszweig einen geringeren Spannungshub auf dem an die Brückenschaltung angeschlossenen Eingang der Speicherdrossel zur Folge. Der Spannungshub entspricht lediglich in etwa der Spannungsdifferenz zwischen dem Ausgangspotential des Hochsetzstellers und dem Potential der Eingangsgleichspannung. Durch das höhere Freilaufpotential erfolgt die Abmagnetisierung der Speicherdrossel wesentlich langsamer, wodurch vorteilhafterweise selbst in der Freilaufphase Energie ins Netz eingespeist wird. Außerdem werden dadurch Rippelströme und Ummagnetisierungsverluste innerhalb der Speicherdrossel ebenso wie EMV-Störungen drastisch reduziert. Durch die geringen Spannungssprünge, die ein Schalterelement der Brückenschaltung, das in dem zur betragsmäßigen Potentialerhöhung dienenden Spannungswandlerzweig zur Erzeugung des Pulsmusters vorgesehen ist, bei seiner hochfrequenten Taktung ausführen muss, fallen in diesem ebenso wie in einer in dem Gleichspannungszweig vorgesehenen Freilaufdiode nur geringe Schaltverluste an. Ferner kann die Leitenddauer des hochfrequent getakteten Schalterelementes im Bereich des Scheitelwertes der Halbwelle der Wechselspannung wirksam verringert werden, so dass über diesen eine geringere Energiemenge ins Netz gelangt und der Schalter wie auch ein eventuell diesem vorgelagerter Hochsetzsteller wesentlich kleiner ausgeführt werden können. Jedenfalls können zusätzlich Kosten eingespart werden.The invention makes it possible, even with insufficient generator voltages to feed energy with high efficiency in a network, including several measures are provided. For example. the use of the increased voltage potential is limited only to periods of half-wave in which the DC voltage of a generator does not provide sufficient magnetization potential. In the other periods, the lower DC voltage of a generator is used to magnetize the storage choke. Due to the lower potential level of the generator voltage, the switching losses, Rippelströme and iron losses in the storage inductor and electromagnetic interference compared to a mode in which always from the increased potential, for example. The output potential of a boost converter, would be clocked off significantly reduced. Furthermore, the efficiency is improved by the fact that in the periods in which the DC voltage of a generator is not sufficient and in the extended operating mode, the increased potential is coupled to the input of the storage inductor, the DC voltage of the generator specifies the free-running potential. The freewheeling current is supplied to the storage inductor from a DC branch to which the generator is connected. This has in comparison to a freewheel z. B. from a neutral conductor or even an opposite DC voltage branch a smaller voltage swing on the connected to the bridge circuit input of the storage throttle result. The voltage swing corresponds only approximately to the voltage difference between the output potential of the boost converter and the potential of the DC input voltage. Due to the higher freewheeling potential, the demagnetization of the storage inductor takes place much more slowly, whereby energy is advantageously fed into the grid even in the freewheeling phase. In addition ripple currents and Ummagnetisierungsverluste within the storage throttle as well as EMC interference are drastically reduced. Due to the low voltage Jumps, which a switch element of the bridge circuit, which is provided in the amount of potential increase serving voltage converter branch to generate the pulse pattern must perform at its high-frequency clocking fall in this as well as in the DC branch freewheeling diode only low switching losses. Further, the Leitenddauer the high-frequency clocked switch element can be effectively reduced in the range of the peak value of the half-wave of the AC voltage, so that passes through this a smaller amount of energy into the network and the switch as well as a possibly this upstream boost converter can be made much smaller. In any case, additional costs can be saved.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindung wird zur Feststellung, ob die Drossel in den Aufmagnetisierungsphasen ausreichend aufmagnetisiert wird, der aktuelle Drosselspulenstrom erfasst und ein zur Aufmagnetisierung der Speicherdrossel erforderlicher Sollstrom festgelegt. Ferner wird eine gewünschte mittlere Spannung am Eingang der Speicherdrossel bestimmt und mit einem Referenzwert verglichen, der die Wahl des geeigneten Betriebsmodus und der geeigneten Ansteuerungsstrategie ermöglicht. Insbesondere ist der Referenzwert passend gewählt, um eine Entscheidung zu ermöglichen, ob die Eingangsgleichspannung gegebenenfalls unter Berücksichtigung geeigneter Sicherheitsreserven zur Erzielung der gewünschten mittleren Brückenausgangs- bzw. Drosseleingangsspannung ausreicht.In a preferred embodiment The invention is used to determine whether the throttle in the Aufmagnetisierungsphasen is sufficiently magnetized, the current inductor current detected and required for magnetizing the storage throttle Set current. Further, a desired average voltage at Input of the storage choke determined and with a reference value comparing the choice of the appropriate operating mode and the appropriate Driving strategy allows. In particular, the reference value is suitably chosen to be a decision enable, if the input DC voltage is possibly taking into account appropriate safety reserves to achieve the desired middle bridge output or throttle input voltage is sufficient.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Referenzwert ein variabler, in Abhängigkeit von momentanen Betriebsbedingungen anpassbarer oder einstellbarer Wert. Vorzugsweise ist der Referenzwert durch den Betrag des aktuellen Gleichspannungswertes gebildet oder gekennzeichnet, wobei bspw. Spannungsabfälle in dem Aufmagnetisierungspfad und bestimmte Toleranzen berücksichtigt werden. Wenn die gewünschte mittlere Drosseleingangsspannung betragsmäßig unterhalb des Gleichspannungspotentials liegt, erfolgt die Aufmagnetisierung der Speicherdrossel gemäß dem normalen Betriebsmodus aus dem Gleichspannungskreis, während der Freilauf vorzugsweise über einen Freilaufpfad erfolgt, der eine Kommutierung des Freilaufstroms auf den gegenüberliegenden Gleichspannungszweig oder den Nullleiter oder dgl. verhindert. Wenn der Betrag des gewünschten mittleren Drosseleingangsspannungswertes oberhalb der Gleichspannung liegt, wird der erfindungsgemäße erweiterte Betriebsmodus mit Aufmagnetisierung aus dem Spannungswandlerzweig und Freilauf aus dem Gleichspannungskreis über einen Gleichspannungszweig festgesetzt. Um dies zu ermöglichen, sind Schalterelemente und Freilaufelemente, bspw. Freilaufdioden, der Halbbrücke sowohl in dem Gleichspannungszweig als auch in dem Spannungswandlerzweig vorgesehen.In an advantageous embodiment the reference value is a variable, depending on current operating conditions customizable or adjustable value. Preferably, the reference value formed by the amount of the current DC voltage value or for example, voltage drops in the magnetizing path and certain tolerances are taken into account. If the desired Mean throttle input voltage in terms of magnitude below the DC potential is located, the magnetization of the storage throttle is carried out according to the normal Operating mode from the DC circuit, while the freewheel preferably via a Freewheel path takes place, the commutation of the freewheeling current on the opposite one DC branch or the neutral or the like. Prevented. If the amount of the desired mean throttle input voltage value above the DC voltage is located, the invention is extended Operating mode with magnetization from the voltage transformer branch and freewheeling from the DC voltage circuit via a DC voltage branch set. In order to make this possible, are switch elements and freewheeling elements, for example freewheeling diodes, the half bridge both in the DC voltage branch and in the voltage converter branch intended.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Wechselrichter zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung, insbesondere eine Netzwechselspannung mit einer Frequenz von 50 oder 60 Hertz, geschaffen, wobei der Wechselrichter zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Der Wechselrichter weist einen Gleichspan nungskreis mit wenigstens einem Gleichspannungszweig, an den eine Gleichspannungsquelle anschließbar ist, die eine Eingangsgleichspannung liefert, einen Wechselspannungskreis mit einem Wechselspannungszweig, an den eine Wechselspannung angelegt werden kann und der eine Speicherdrossel enthält, und eine Halbbrückenschaltung auf, die Schalterelemente sowie Freilaufelemente, bspw. Freilaufdioden, zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung aufweist, und deren Abgriff mit dem Eingang der Speicherdrossel verbunden ist. Der Wechselrichter weist ferner einen an den Gleichspannungszweig angeschlossenen Spannungswandlerzweig mit einer Spannungswandlereinrichtung zur Hochsetzung der Eingangsgleichspannung auf ein betragsmäßig höheres Ausgangspotential auf. Eine Steuerungseinrichtung ist dazu vorgesehen, die Schalterelemente der Brückenschaltung gemäß einem festgelegten Taktmuster anzusteuern, um die Wechselrichtung zu bewerkstelligen. Die Steuerungseinrichtung weist eine Auswerteeinrichtung, die von einer Erfassungseinrichtung erfasste Signale, die Betriebsbedingungen kennzeichnen, empfängt und diese Signale verarbeitet, und eine Ansteuerungseinrichtung auf, die die Schalterelemente der Brückenschaltung mit einem bestimmten Taktmuster ansteuert. Die erfindungsgemäße Auswerteeinrichtung weist eine geeignete Logik auf und ist dazu eingerichtet, ausgehend von den erfassten Signalen festzustellen, ob die Drossel bei Anwendung des Taktmusters in Aufmagnetisierungsphasen ausreichend aufmagnetisiert wird, und in Abhängigkeit von dieser Feststellung den geeigneten der vorerwähnten Betriebsmodi des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuwählen und auslösen.According to one Another aspect of the present invention is an inverter for converting a DC voltage into an AC voltage, in particular an alternating mains voltage with a frequency of 50 or 60 hertz, created, wherein the inverter for carrying out the method according to the invention is set up. The inverter has a DC voltage circuit at least one DC voltage branch to which a DC voltage source connectable is that provides a DC input voltage, an AC circuit with an alternating voltage branch to which an alternating voltage is applied can be and contains a storage choke, and a half-bridge circuit on, the switch elements and freewheeling elements, for example. Freewheeling diodes, for converting a DC voltage into an AC voltage, and whose tap is connected to the input of the storage choke is. The inverter further has a DC voltage branch connected voltage converter branch with a voltage converter device to increase the input DC voltage to an absolute higher output potential on. A control device is provided, the switch elements the bridge circuit according to one to control specified clock pattern to accomplish the direction of change. The control device has an evaluation device, which a detection device detected signals, the operating conditions identify, receive and processes these signals, and a driver on which the switch elements of the bridge circuit with a specific Clock pattern drives. The evaluation device according to the invention has a suitable logic and is set up, starting from determine the detected signals, whether the choke when using the Clock pattern sufficiently magnetized in magnetization phases will, and depending on This finding the appropriate of the aforementioned operating modes of the method according to the invention select and trigger.

Der so ausgebildete Wechselrichter gemäß der Erfindung weist die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorstehend erwähnten Vorteile auf. Ebenso wird auf die vorstehend beschriebenen Modifikationen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen, die entsprechend auch auf den erfindungsgemäßen Wechselrichter anwendbar sind.Of the thus formed inverter according to the invention comprises in the In connection with the method according to the invention the advantages mentioned above on. Likewise, the above-described modifications and further developments of the method according to the invention, which accordingly also applicable to the inverter according to the invention are.

Vorzugsweise gehört zu den erfassten Eingangssignalen ein Signal, das die aktuell durch die Speicherdrossel fließende Stromstärke oder eine damit in Beziehung stehende Größe kennzeichnet. Die Steuerungseinrichtung weist dann vorteilhafterweise eine Stromreglerlogik auf, die den Istwert des durch die Speicherdrossel fließenden Stroms auf einen gewünschten mittleren Wert regelt.Preferably, the detected input signals include a signal that the current flowing through the storage inductor current or a da with related size. The control device then advantageously has a current controller logic which regulates the actual value of the current flowing through the storage inductor to a desired average value.

Für die Festlegung des geeigneten Betriebsmodus kann die Auswerteeinrichtung eine Bestimmungslogik, die ausgehend von den Eingangssignalen eine gewünschte mittlere Spannung am Eingang der Drossel bestimmt, und eine Vergleicherlogik enthalten, die den gewünschten mittleren Spannungswert mit einem Referenzwert, z. B. einem die Eingangsspannung kennzeichnenden Referenzwert vergleicht, wie dies vorstehend näher erläutert ist.For the determination of the suitable operating mode, the evaluation device can use a determination logic, from the input signals, a desired average voltage at Input of the choke and containing a comparator logic, the desired one mean voltage value with a reference value, z. B. a the Input voltage characteristic reference value compares how this above closer explained is.

Gemäß der Erfindung enthält der Gleichspannungszweig eines der Schalterelemente der Brückenschaltung sowie eine in Reihe mit dem Schalterelement angeordnete Gleichrichterdiode. Dieses Schalterelement wird im normalen Betriebsmodus hochfrequent getaktet, um die Speicherdrossel aufzumagnetisieren. Im erweiterten Betriebsmodus ist dieses Schalterelement geschlossen, und die Gleichrichterdiode dient als Freilaufdiode, über die der Freilaufstrom fließt.According to the invention contains the DC branch of one of the switching elements of the bridge circuit and a rectifier diode arranged in series with the switch element. This Switch element is clocked high frequency in normal operating mode, to magnetize the storage choke. In extended operating mode this switch element is closed, and the rectifier diode serves as a freewheeling diode, via the freewheeling current flows.

Der Spannungswandlerzweig ist erfindungsgemäß parallel zu der Reihenschaltung aus dem Schalterelement und der Gleichrichterdiode des Gleichspannungszweigs angeordnet und weist eine Spannungswandlereinrichtung, die vorzugsweise einen DC-DC-Hochsetzsteller, insbesondere einen induktiven Spannungswandler, und einen Speicherkondensator enthält, sowie ein mit der Spannungswandlereinrichtung in Reihe verbundenes Schalterelement der Brückenschaltung auf. Dieses Schalterelement wird im erweiterten Betriebsmodus zur Aufmagnetisierung der Speicherdrossel hochfrequent getaktet und ist im normalen Betriebsmodus offen. Vorteilhafterweise ist der Spannungshub, den dieser Schalter sowie die Freilaufdiode in dem Gleichspannungszweig im erweiterten Betriebsmodus ausführen, verhältnismäßig gering.Of the Voltage converter branch according to the invention is parallel to the series circuit from the switch element and the rectifier diode of the DC voltage branch arranged and has a voltage converter means, preferably a DC-DC boost converter, in particular an inductive voltage converter, and a storage capacitor contains and a series connected to the voltage converter means Switch element of the bridge circuit on. This switch element is used in extended operating mode Magnetization of the storage choke high frequency clocked and is open in normal operating mode. Advantageously, the Voltage lift, this switch and the freewheeling diode in the DC voltage branch in extended operating mode, relatively low.

Die Brückenschaltung ist erfindungsgemäß eine Halbbrücke, bei der pro Halbwelle lediglich ein Schalterelement hochfrequent getaktet werden muss.The bridge circuit is a half-bridge, according to the invention the only one switch element clocked high frequency per half-wave must become.

Der erfindungsgemäße Wechselrichter kann ferner Mittel zur Leistungskompensation aufweisen, die erforderlichenfalls einen Leistungsausgleich zwischen den Gleichspannungszweigen ermöglichen. Dies kann bspw. bei unterschiedlicher Abschattung zweier in Reihe geschalteter Fotovoltaikgeneratoren erforderlich sein, um zu verhindern, dass die Gesamtleistung der Anlage aufgrund der Solarzellenkennlinie gesenkt wird. Die Leistungskompensation kann bspw. dadurch bewerkstelligt werden, dass für bestimmte Zeiträume dem Freilaufstrom ermöglicht wird, auf den gegenüberliegenden Spannungswandlerzweig zurück zu kommutieren, wodurch Energie über die Spannungswandlereinrichtung auf den jeweiligen Gleichspannungszweig übertragen wird bzw. durch den Hochsetzsteller weniger Energie eingespeist werden muss. Die durch die Steuerungseinrichtung und bestimmte Schalterelemente und Freilaufelemente der Brückenschaltung gebildeten Leistungskompensationsmittel ermöglichen es somit, beide Generatoren an ihrem optimalen Betriebspunkt gemäß der Solarzellenkennlinie betreiben zu können. In gleicher Weise können Speicherkondensatoren der Spannungswandlereinrichtung in bestimmten Freilaufphasen gezielt aufgeladen werden, um das erhöhte Potential zu erzeugen, ohne dass gege benenfalls ein DC-DC-Hochsetzsteller erforderlich ist.Of the inverter according to the invention may further comprise power compensation means, if necessary enable power equalization between the DC voltage branches. This can, for example, at different shading two connected in series Photovoltaic generators may be needed to prevent the total output of the plant due to the solar cell characteristic is lowered. The power compensation can, for example, accomplished by be that for certain periods the freewheeling current is enabled on the opposite Voltage transformer branch back to commute, causing energy over transmit the voltage converter means to the respective DC voltage branch is or fed by the boost converter less energy must become. By the control device and certain switch elements and freewheeling elements of the bridge circuit thus formed power compensation means allow both generators at its optimum operating point according to the solar cell characteristic to be able to operate. In the same way you can Storage capacitors of the voltage converter device in certain freewheeling phases be specifically charged to produce the increased potential without where necessary, a DC-DC boost converter required is.

Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der Beschreibung oder Patentansprüche.Further Details of advantageous embodiments The invention are the subject of the drawing, the description or Claims.

In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:In The drawings are embodiments of Invention illustrated. Show it:

1 eine Schaltungsanordnung eines Wechselrichters gemäß der Erfindung mit einer Halbbrücke in einer einphasigen Konfiguration; 1 a circuit arrangement of an inverter according to the invention with a half-bridge in a single-phase configuration;

2a und 2b schematische Darstellungen der zeitlichen Verläufe der Brückenspannung, der Ströme und der Steuersignale bei der Schaltungsanordnung nach 1. 2a and 2 B schematic representations of the time courses of the bridge voltage, the currents and the control signals in the circuit arrangement according to 1 ,

In 1 ist in leicht schematisierter Weise eine Schaltungsanordnung 1 eines erfindungsgemäßen Wechselrichters in einer einphasigen, transformatorlosen Konfiguration veranschaulicht. Der dargestellte Wechselrichter 1 dient zur Erzeugung und Einspeisung eines Wechselstroms in ein externes Netz. Hierzu weist der Wechselrichter 1 einen Gleichspannungskreis 2, der auch als Zwischenkreis bezeichnet wird und die Eingangsgleichspannung vorgibt, eine hier als Halbbrücke ausgeführte transformatorlose Brückenschaltung 3, eine Spannungswandlerschaltung 4 zur betragsmäßigen Erhöhung des Potentials der Eingangsgleichspannung und einen Wechselspannungskreis 6 auf.In 1 is a circuit diagram in a slightly schematic way 1 of an inverter according to the invention in a single-phase, transformerless configuration. The illustrated inverter 1 is used to generate and supply an alternating current to an external network. For this purpose, the inverter points 1 a DC voltage circuit 2 , which is also referred to as an intermediate circuit and specifies the input DC voltage, here designed as a half-bridge transformerless bridge circuit 3 , a voltage converter circuit 4 for an increase in the magnitude of the potential of the DC input voltage and an AC voltage circuit 6 on.

Der Gleichspannungskreis weist drei Gleichspannungsanschlüsse 7, 8, 9 auf, an denen Gleichspannungsgeneratoren 11, 12, bspw. Fotovoltaikgeneratoren, Brennstoffzellen, Batterien oder dgl., in Reihe zueinander angeschlossen sind. Dabei ist ein erster Gleichspannungsgenerator 11 zwischen den Gleichspannungsanschlüssen 7 und 8 geschaltet, während ein zweiter Gleichspannungsgenerator 12 zwischen den Gleichspannungsanschlüssen 8 und 9 angeordnet ist. Aus Gründen der Vereinfachung wird angenommen, dass die Gleichspannungsgeneratoren die gleiche Eingangsgleichspannung oder Zwischenkreisspannung UZK1 bereitstellen, wenngleich sich im Betrieb die gelieferten Spannungswerte bspw. infolge Abschattung oder Toleranzen voneinander unterscheiden können.The DC voltage circuit has three DC voltage connections 7 . 8th . 9 on where DC generators 11 . 12 , For example. Photovoltaic generators, fuel cells, batteries or the like., Are connected in series with each other. Here is a first DC voltage generator 11 between the DC voltage connections 7 and 8th while a second DC generator 12 between the DC voltage connections 8th and 9 is arranged. For reasons of simplification, it is assumed that the Gleichspannungsgenerato Ren provide the same DC input voltage or intermediate circuit voltage U ZK1 , although in operation, the supplied voltage values , for example, due to shading or tolerances may differ from each other.

Von den Gleichspannungsanschlüssen 7, 8, 9 führen Gleichspannungszweige 13, 14, 15 weg, von denen der in der Mitte befindliche Gleichspannungszweig 14 durch die gesamte Schaltungsanordnung 1 hindurchgeführt ist, um einen Neutralleiter zu bilden. Zwischen den Gleichspannungszweigen 7 und 8 bzw. 8 und 9 sind Speicherkondensatoren C1 bzw. C2 jeweils parallel zu den Gleichspannungsgeneratoren 11 und 12 angeschlossen.From the DC voltage connections 7 . 8th . 9 lead DC voltage branches 13 . 14 . 15 away, of which the DC voltage branch located in the middle 14 through the entire circuit arrangement 1 passed through to form a neutral conductor. Between the DC voltage branches 7 and 8th respectively. 8th and 9 Storage capacitors C 1 and C 2 are each parallel to the DC voltage generators 11 and 12 connected.

Parallel zu der Reihenschaltung der Kondensatoren C1, C2 ist die Halbbrückenschaltung 3 angeordnet, die zwei in Reihe miteinander verbundene Schalterelemente S1 und S2 aufweist, die in einem mit dem jeweiligen Gleichspannungszweig 13 bzw. 15 verbundenen Aufmagnetisierungs- und Freilaufpfad 16 bzw. 17 angeordnet sind. Die Schalterelemente S1 und S2 sind, wie andere Schalterelemente auch, vorzugsweise als Halbleiterschalter in Form von IGBT-(Insulated Gate Bipolar Transistor) oder MOS-Feldeffekttransistor-Schaltern oder anderen verlustarmen Schaltern ausgebildet, die mit hohen Frequenzen von bis zu 100 Kilohertz geschaltet werden können. Parallel zu den Schalterelementen S1 und S2 ist jeweils eine Freilaufdiode D1 bzw. D2 vorgesehen, die in entgegengesetzter Durchlassrichtung zu den Schalterelementen S1, S2 angeordnet sind, um diese gegen Sperrströme zu schützen. Die Freilaufdioden D1 und D2 sind hier nur optional und können auch weggelassen werden. In Reihe zu den jeweiligen Schaltereinheiten S1 und S2 sind Gleichrichterdioden D10 und D20 vorgesehen, die in gleicher Durchlassrichtung wie die Schalterelemente S1 bzw. S2 angeordnet sind. In der veranschaulichten Ausführungsform befindet sich die Diode D10 zwischen dem Schalterelement S1 und einem Mittelabgriff 18 der Halbbrücke 13, während die Diode D20 zwischen dem Mittelabgriff 18 und dem Schalterelement S2 angeordnet ist. Die Gleichrichterdioden D10 und D20 können jedoch von der Gleichspannungsseite her betrachtet auch vor den Schalterelementen S1 und S2 angeordnet sein.Parallel to the series connection of the capacitors C 1 , C 2 is the half-bridge circuit 3 arranged, the two in series interconnected switch elements S 1 and S 2 , which in one with the respective DC voltage branch 13 respectively. 15 connected magnetization and freewheeling path 16 respectively. 17 are arranged. The switch elements S 1 and S 2 are, like other switch elements also, preferably formed as a semiconductor switch in the form of IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or MOS field effect transistor switches or other low-loss switches connected at high frequencies of up to 100 kilohertz can be. Parallel to the switch elements S 1 and S 2 , a free-wheeling diode D 1 and D 2 is provided in each case, which are arranged in the opposite direction of passage to the switch elements S 1 , S 2 , to protect them against reverse currents. The freewheeling diodes D 1 and D 2 are here only optional and can also be omitted. In series with the respective switch units S 1 and S 2 , rectifier diodes D 10 and D 20 are provided, which are arranged in the same forward direction as the switch elements S 1 and S 2 . In the illustrated embodiment, the diode D 10 is located between the switch element S 1 and a center tap 18 the half bridge 13 while the diode D 20 between the center tap 18 and the switch element S 2 is arranged. However, viewed from the DC side, the rectifier diodes D 10 and D 20 can also be arranged in front of the switch elements S 1 and S 2 .

Die Halbbrücke 3 weist zwei weitere Schalterelemente S3, S4 auf, die mit zu diesen parallel und in entgegengesetzter Durchlassrichtung angeordneten Freilaufdioden D3 bzw. D4 versehen und in Spannungswandlerzweigen 19, 20 angeordnet sind, die zu der Spannungswandlerschaltung 4 gehören.The half bridge 3 has two further switch elements S 3 , S 4 , which are provided with parallel to these and in the opposite forward direction arranged freewheeling diodes D 3 and D 4 and in voltage converter branches 19 . 20 arranged to the voltage converter circuit 4 belong.

Der Spannungswandlerzweig 19 ist parallel zu der Reihenanordnung aus Schalterelement S1 und Gleichrichterdiode D10 angeordnet und weist hier vorteilhafterweise einen DC-DC-Hochsetzsteller 21 auf, der vorzugsweise in Form eines spannungserhöhenden induktiven Wandlers ausgebildet ist. Derartige Hochsetzsteller oder Spannungswandler sind aus der Technik allgemein bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert zu werden. Ihre Funktion besteht darin, das Potential einer Eingangsspannung, hier der Spannung UZK1, auf ein höheres Potential heraufzusetzen, das hier mit UZK2 bezeichnet ist. Der Hochsetzsteller 21 ist mit seinem Eingang an dem Gleichspannungszweig 13 angeschlossen, während sein Ausgang mit dem Schalterelement S3 verbunden ist, der wiederum an den Mittelabgriff 18 der Halbbrücke 3 angeschlossen ist. Ferner ist an dem Ausgang des Hochsetzstellers 21 ein Pufferkondensator C3 angeschlossen, dessen anderer Anschluss mit dem Neutralleiter 8 verbunden ist.The voltage transformer branch 19 is arranged parallel to the series arrangement of switch element S 1 and rectifier diode D 10 and here advantageously has a DC-DC boost converter 21 on, which is preferably designed in the form of a voltage-increasing inductive converter. Such boosters or voltage transformers are well known in the art and need not be further explained here. Their function is to increase the potential of an input voltage, here the voltage U ZK1 , to a higher potential, which is designated here by U ZK2 . The boost converter 21 is with its input to the DC branch 13 connected while its output is connected to the switch element S 3 , which in turn to the center tap 18 the half bridge 3 connected. Further, at the output of the boost converter 21 a buffer capacitor C 3 is connected, whose other connection to the neutral conductor 8th connected is.

In ähnlicher Weise und in symmetrischer Ausbildung enthält der parallel zu der Reihenanordnung aus Schalterelement S2 und Gleichrichterdiode D20 vorgesehene Spannungswandlerzweig 20 hier einen DC-DC-Hochsetzsteller 22 auf, der an dem Gleichspannungszweig 15 zwischen dem Gleichspannungsanschluss 9 und dem Schalterelement S2 angeschlossen ist und dessen Ausgang sowohl mit der Schaltereinheit S4, D4 als auch mit einem Pufferkondensator C4 verbunden ist, der zwischen dem Spannungswandlerzweig 20 und dem Neutralleiter 14 eingefügt ist.In a similar manner and in a symmetrical configuration, the voltage converter branch provided parallel to the series arrangement of switch element S 2 and rectifier diode D 20 20 here a DC-DC boost converter 22 on, on the DC branch 15 between the DC voltage connection 9 and the switch element S 2 is connected and the output of which is connected both to the switch unit S 4 , D 4 and to a buffer capacitor C 4 connected between the voltage converter branch 20 and the neutral conductor 14 is inserted.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 enthält ferner zwei Freilaufpfade 23, 24, die parallel zueinander zwischen dem Mittelabgriff 18 der Halbbrücke 3 und dem Neutralleiter verlaufen. Jeder Freilaufpfad 23, 24 weist ein Schalterelement S5 bzw. S6 mit einer optional zu diesem antiparallel geschalteten Freilaufdiode D5 bzw. D6 sowie eine in Reihe zu diesem an geordnete Gleichrichterdiode D50 bzw. D60 auf, die die gleiche Durchlassrichtung wie das zugehörige Schalterelement S5 bzw. S6 aufweist. Im Übrigen sind die Gleichrichterdioden D50 und D60 in den einzelnen Freilaufpfaden 23, 24 zueinander in entgegengesetzter Durchlassrichtung geschaltet.The circuit arrangement according to the invention 1 also includes two freewheel paths 23 . 24 parallel to each other between the center tap 18 the half bridge 3 and the neutral conductor. Every freewheel path 23 . 24 has a switch element S 5 and S 6 with an optionally at this anti-parallel freewheeling diode D 5 and D 6 and a on in series to this on-level rectifier diode D 50 and D 60 having the same forward direction as the associated switching element S 5 or S 6 has. Incidentally, the rectifier diodes D 50 and D 60 in the individual freewheeling paths 23 . 24 switched to each other in the opposite direction of passage.

Der Mittelabgriff 18 der Halbbrücke 3 ist über eine Verbindungsleitung 26, in der eine Speicherdrossel L vorgesehen ist, um von der Halbbrücke 3 gelieferte Energie zwischenzuspeichern und an ein Wechselspannungsnetz abzugeben, mit einem Wechselspannungsanschluss 27 des Wechselspannungskreises 6 verbunden. An dem Wechselspannungsanschluss 27 und einem weiteren Wechselspannungsanschluss 28, der mit dem Neutralleiter verbunden ist, ist eine externe Wechselspannung UNETZ angeschlossen. Ferner enthält der Wechselspannungskreis 6 einen Glättungskondensator C5, der zwischen der Verbindungsleitung 26 und dem Nullleiter eingefügt ist, um hochfrequente Spannungsanteile der zwischen dem Mittelabgriff 18 und dem Neutralleiter 14 anfallenden Brückenspannung UBR herauszufiltern.The center tap 18 the half bridge 3 is via a connection line 26 in which a storage inductor L is provided to from the half-bridge 3 to buffer supplied energy and deliver it to an AC voltage network, with an AC voltage connection 27 of the AC voltage circuit 6 connected. At the AC voltage connection 27 and another AC voltage connection 28 , which is connected to the neutral conductor, an external AC voltage U NETZ is connected. Furthermore, the AC circuit contains 6 a smoothing capacitor C 5 , between the connecting line 26 and the neutral is inserted to high frequency voltage components between the center tap 18 and the neutral conductor 14 resulting bridge voltage U BR ago filter out.

Wie aus 1 ferner hervorgeht, ist zur Überwachung und Steuerung der Betriebsweise der Schaltungsanordnung 1 eine Steuerungseinrichtung 29 vorgesehen. Die Steuerungseinrichtung 29 empfängt an ihrem Eingang Eingangssignale 31, die von diversen, hier nicht näher veranschaulichten Sensormitteln, wie Strom- und Spannungsfühlern, herrühren. Es können insbesondere Eingangsignale, die die Zwischenkreisspannungen UZK1 bzw. die erhöhten Zwischenkreisspannungen UZK2, den durch die Speicherdrossel fließenden Drosselstrom IL, die Netzspannung UNETZ sowie gegebenenfalls weitere Zustandsgrößen in der Schaltungsanordnung 1 kennzeichnen, erfasst und berücksichtigt werden. Die Steuerungseinrichtung 29 nimmt die erfassten Eingangssignale 31 entgegen und verarbeitet diese gemäß vorbestimmten logischen Regeln, um an ihrem Ausgang Ausgangssignale 32 zur Ans teuerung der Schalterelemente S1 bis S6 auszugeben. Die Eingangssignale 31 können der Steuerungseinrichtung 29 in analoger oder digitaler Form zugeführt werden, so dass die Steuerungseinrichtung 29 analoge und/oder digitale Logikelemente enthalten oder in Form eines auf einem Mikroprozessor ablaufenden Steuerungsprogramms realisiert sein kann, in dem die entsprechenden logischen Regeln implementiert sind.How out 1 further, it is apparent to monitor and control the operation of the circuitry 1 a control device 29 intended. The control device 29 receives input signals at its input 31 , which come from various sensor means, such as current and voltage sensors, not shown here. In particular, input signals which are the intermediate circuit voltages U ZK1 or the increased intermediate circuit voltages U ZK2 , the inductor current I L flowing through the storage inductor, the mains voltage U NETZ and optionally further state variables in the circuit arrangement 1 be identified, recorded and taken into account. The control device 29 takes the detected input signals 31 and processes them according to predetermined logical rules to output signals at their output 32 to spend on the control of the switch elements S 1 to S 6 output. The input signals 31 can the controller 29 be supplied in analog or digital form, so that the control device 29 contain analog and / or digital logic elements or may be implemented in the form of running on a microprocessor control program in which the corresponding logic rules are implemented.

Unabhängig von ihrer Realisierung enthält die Steuerungseinrichtung 29 eine Auswerteeinrichtung oder -logik 33, die dazu eingerichtet ist, wenigstens eine der Zustandsgrößen, wie sie durch einen der Eingangssignale 31 gekennzeichnet sind, auszuwerten, daraus weitere Größen zu bestimmen und mit einem Referenzwert zu vergleichen, und eine Ansteuerungseinrichtung oder -logik 34, die mit der Auswerteeinrichtung 33 verbunden ist und von dieser angewiesen wird, eine geeignete Ansteuerungsstrategie zu wählen, um die Schalterelemente S1 bis S6 über die Ausgangssignale 32 auf geeignete Weise anzusteuern.Regardless of its implementation, the controller includes 29 an evaluation device or logic 33 , which is adapted to at least one of the state variables, as by one of the input signals 31 be characterized, to determine therefrom further variables and to compare with a reference value, and a driving device or logic 34 that with the evaluation device 33 is connected and instructed by this to choose a suitable drive strategy to the switch elements S 1 to S 6 via the output signals 32 in a suitable way.

In 2a sind zur Veranschaulichung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 vereinfachte Diagramme mit Zeitverläufen verschiedener Teilspannungen und Ströme sowie Steuerungssignale in der Schaltungsanordnung 1 für den Fall einer positiven Halbwelle der Netzspannung UNETZ veranschaulicht. Entsprechende Diagramme für den Fall der negativen Halbwelle der Netzspannung UNETZ sind in 2b dargestellt. Es ist zu beachten, dass die Schaltfrequenz im Betrieb mehrere, bspw. 16 Kilohertz beträgt, während in der Zeichnung aus Komplexitätsgründen lediglich wenige Taktungen pro Halbwelle dargestellt sind, um anhand eines Beispiels die prinzipielle Funktionsweise der Schaltungsanordnung 1 zu verdeutlichen. Die Schaltungsanordnung 1 funktioniert wie folgt:
Die Schaltungsanordnung 1 wird vorzugsweise dazu verwen det, Energie in ein Netz, insbesondere ein öffentliches Versorgungsnetz, zu speisen. Dabei soll unter der Annahme, dass an den Wechselspannungsanschlüssen 27, 28 eine sinusförmige Netzspannung UNETZ mit einer Scheitelspannung von √2·230 Volt und einer Frequenz von 50 oder 60 Hz anliegt, wie sie in den obersten Diagrammdarstellungen der 2a und 2b für die jeweilige Halbwelle veranschaulicht ist, aus den Zwischenkreisspannungen UZK1 der Gleichspannungsgeneratoren 11, 12 am Ausgang des Wechselrichters 1 ein Wechselstrom erzeugt werden, der zu der Phasenlage und Amplitude der Wechselspannung UNETZ passt. Hierzu steuert die Steuerungseinrichtung 29 nach einem bestimmten Taktmuster die Schalterelemente S1 bis S6 geeignet an, um diese zu schließen und zu öffnen. Dabei werden Schalter S1 bis S4 durch geeignete Modulation, bspw. Pulsweitenmodulation der Ansteuersignale 32 hochfrequent betätigt, während die Schalterelemente S5 und S6 synchron zu der Netzfrequenz geschlossen und geöffnet werden.In 2a are to illustrate the operation of the circuit arrangement according to the invention 1 simplified diagrams with time profiles of different partial voltages and currents and control signals in the circuit arrangement 1 in the case of a positive half wave of the mains voltage U NETZ illustrated. Corresponding diagrams for the case of the negative half wave of the mains voltage U NETZ are in 2 B shown. It should be noted that the switching frequency during operation is several, for example. 16 kilohertz, while in the drawing, for complexity reasons, only a few clock cycles per half-wave are shown, by way of example, the basic operation of the circuit 1 to clarify. The circuit arrangement 1 works as follows:
The circuit arrangement 1 is preferably used to feed energy into a network, in particular a public utility grid. It should be under the assumption that at the AC voltage connections 27 . 28 a sinusoidal mains voltage U NETZ with a peak voltage of √2 · 230 volts and a frequency of 50 or 60 Hz is applied, as shown in the top diagram representations of 2a and 2 B is illustrated for the respective half-wave, from the intermediate circuit voltages U ZK1 the DC voltage generators 11 . 12 at the output of the inverter 1 An AC current can be generated, which matches the phase position and amplitude of the AC voltage U NETZ . For this purpose, the control device controls 29 after a certain clock pattern, the switch elements S 1 to S 6 suitable to close and open them. In this case, switches S 1 to S 4 by suitable modulation, for example. Pulse width modulation of the drive signals 32 operated high-frequency, while the switch elements S 5 and S 6 are closed and opened in synchronism with the mains frequency.

Wie aus 2a hervorgeht, wird im Falle einer positiven Halbwelle und eines geringen Spannungspegels der Netzspannung UNETZ gemäß einem normalen Betriebsmodus der Schalter S1 hochfrequent geschaltet, während der Schalter S5 während nahezu der gesamten positiven Halbwelle geschlossen bleibt. Die übrigen Schalterelemente S2 bis S4 und S6 sind geöffnet. Bei jeder Schließung des Schalterelementes S1, im Folgenden mit Aufmagnetisierungsphase bezeichnet, fließt ein Aufmagnetisierungsstrom IS1 aus dem Gleichspannungskreis 2, insbesondere dem Speicherkondensator C1, über den Zweig 16 mit dem Schalterelement S1 und der Gleichrichterdiode D10 zu der Speicherdrossel L, um diese energetisch bzw. magnetisch aufzuladen. Die Brückenspannung UBR entspricht unter Vernachlässigung der Spannungsabfälle in dem Zweig 16 der Zwischenkreisspannung UZK1. Der Drosselstrom IL nimmt in jeder Ladephase stetig zu. Mit steigender Netzspannung UNETZ wird die Schließdauer des Schalters S1 grö ßer. Wenn das Schalterelement S1 bei jeder Taktung geöffnet wird, was als Freilaufphase bezeichnet wird, sinkt die Brückenspannung UBR im Wesentlichen auf den Wert Null, so dass es zu einer Abmagnetisierung der Drosselspule L und einem Abfall des Drosselstroms IL in jeder Freilaufphase kommt. Dabei fließt der Freilaufstrom IS5 von dem Neutralleiter über den Freilaufpfad 23 mit der Gleichrichterdiode D50 und dem Schalter S5 zu der Verbindungsleitung 26 mit der Speicherdrossel L. Wie aus 2a zu erkennen, steigt der Spulenstrom IL unter Ausbildung geringer Welligkeiten, die als Stromrippel bezeichnet werden, allmählich an und folgt dabei im Mittel dem Verlauf der Netzspannung UNETZ.How out 2a shows, in the case of a positive half-wave and a low voltage level of the mains voltage U NETZ according to a normal operating mode, the switch S 1 is switched to high frequency, while the switch S 5 remains closed during almost the entire positive half cycle. The remaining switch elements S 2 to S 4 and S 6 are open. At each closure of the switch element S 1 , hereinafter referred to as the magnetization phase, a magnetizing current I S1 flows out of the DC voltage circuit 2 , in particular the storage capacitor C 1 , over the branch 16 with the switch element S 1 and the rectifier diode D 10 to the storage inductor L, to charge them energetically or magnetically. The bridge voltage U BR corresponds to neglecting the voltage drops in the branch 16 the intermediate circuit voltage U ZK1 . The inductor current I L increases steadily in each charging phase. With increasing mains voltage U NETZ , the closing time of the switch S 1 is greater ßer. If the switch element S 1 is opened at each clocking, which is referred to as free-running phase, the bridge voltage U BR drops substantially to the value zero, so that there is a demagnetization of the inductor L and a drop of the inductor current I L in each freewheeling phase. In this case, the freewheeling current I S5 flows from the neutral conductor via the freewheeling path 23 with the rectifier diode D 50 and the switch S 5 to the connecting line 26 with the storage choke L. Like out 2a To recognize, the coil current I L gradually increases with the formation of small ripples, which are referred to as current ripple, and follows on average the course of the mains voltage U NETZ .

Sobald die Zwischenkreisspannung UZK1 für eine hinreichende Aufladung der Drosselspule L nicht ausreicht, wird ein erweiterter Betriebsmodus eingeleitet. Dieser Fall wird von der Auswerteeinrichtung 33 erkannt, indem sie von dem/den empfangenen Eingangssignal(en) 31 eine aktuell gewünschte mittlere Spannung ŪBR am Drosseleingang 26, die eine ausreichende Aufmagnetisierung der Speicherdrossel L ermöglicht, bestimmt und diesen mittleren Spannungswert ŪBR mit einem Referenzwert REF vergleicht. Genauer gesagt und in einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Ansteuerungseinrichtung 33 eine hier nicht näher dargestellte Stromreglerlogik, die die mittlere Stromstärke ÎL des durch die Drosselspule fließenden Stroms IL entsprechend einem Sollwert regelt, der zu der Netzwechselspannung UNETZ passt. In Abhängigkeit von den Soll- und Istwerten des Drosselstroms IL bestimmt die Ansteuerungseinrichtung die jeweils erforderliche mittlere Drosseleingangsspannung ŪBR und vergleicht diese mit dem Referenzwert REF. Wenngleich es möglich ist, den Referenzwert bspw. in Abhängigkeit von einen bekannten Wert von UZK1 im Voraus festzulegen, wird in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Referenzwert mit Hilfe des momentan erfassten Wertes von UZK1 bestimmt, wobei Spannungsabfälle im Aufmagnetisierungspfad entsprechend berücksichtigt werden. Wenn der Wert ŪBR betragsmäßig größer ist als der Referenzwert REF, liefert die Ansteuerungseinrichtung 33 an die Ansteuerungslogik 34 ein Signal 36, das anzeigt, dass der erweiterte Betriebsmodus eingeleitet werden soll.As soon as the intermediate circuit voltage U ZK1 for a sufficient charging of the choke coil L is insufficient, an extended operating mode is initiated. This case is handled by the evaluation device 33 detected by the received input signal (s) 31 a currently desired average voltage Ū BR at the throttle input 26 , which allows sufficient magnetization of the storage inductor L, determined and compares this average voltage value Ū BR with a reference value REF. More specifically, and in a preferred embodiment, the driver includes 33 a current controller logic, not shown here, which controls the mean current Î L of the current flowing through the inductor current I L according to a desired value that matches the AC mains voltage U NETZ . Depending on the setpoint and actual values of the inductor current I L , the actuation device determines the respectively required mean inductance input voltage BR and compares this with the reference value REF. Although it is possible to predetermine the reference value in advance, for example, as a function of a known value of U ZK1 , in the preferred embodiment of the invention the reference value is determined with the aid of the currently detected value of U ZK1 , whereby voltage drops in the magnetizing path are taken into account accordingly. If the value Ū BR is greater in magnitude than the reference value REF, the driver supplies 33 to the control logic 34 a signal 36 indicating that the extended operating mode should be initiated.

In dem erweiterten Betriebsmodus veranlasst die Ansteuerungseinrichtung 34, dass das Schalterelement S1 geschlossen bleibt, während nun das Schalterelement S3 hochfrequent geschaltet wird. Das Schalterelement S5 in dem Pfad 23 kann geschlossen bleiben oder auch geöffnet werden. In den nachfolgenden Aufmagnetisierungsphasen wird also die durch den Hochsetzsteller 21 erhöhte Zwischenkreisspannung UZK2 zur Aufmagnetisierung der Speicherdrossel L verwendet. Diese liegt dann in den Aufmagnetisierungsphasen an dem Mittelabgriff 18 der Brücke 3 an. Der Ladestrom IS3 fließt im Schließzustand des Schalters S3 von dem Ausgang des Hochsetzstellers 21 über den Spannungswandlerzweig 19 und das Schalterelement S3 zu dem Mittelabgriff 18 und ferner über die Verbindungsleitung 26 zu dem Eingang der Drossel L. Im Öffnungszustand des Schalters S3 fließt ein Freilaufstrom IS1 von dem Gleichspannungskreis 2, also dem Speicherkondensator C1, über den nun als Freilaufpfad dienenden Zweig 16, der das Schalterelement S1 und die Gleichrichterdiode D10 enthält, zu der Spule L.In the extended mode of operation, the driver causes 34 in that the switch element S 1 remains closed, while now the switch element S 3 is switched high-frequency. The switch element S 5 in the path 23 can be closed or opened. In the subsequent Aufmagnetisierungsphasen is thus through the boost converter 21 increased DC link voltage U ZK2 used to magnetize the storage inductor L. This is then in the Aufmagnetisierungsphasen at the center tap 18 the bridge 3 at. The charging current I S3 flows in the closed state of the switch S 3 from the output of the boost converter 21 over the voltage transformer branch 19 and the switch element S 3 to the center tap 18 and further via the connection line 26 to the input of the inductor L. In the open state of the switch S 3 , a freewheeling current I S1 flows from the DC voltage circuit 2 , So the storage capacitor C 1 , via the now serving as a freewheeling branch 16 including the switch element S 1 and the rectifier diode D 10 to the coil L.

Vorteilhafterweise schwankt die Brückenspannung UBR lediglich zwischen dem Wert der erhöhten Zwischenkreisspannung UZK2 in der Aufmagnetisierungsphase und in etwa dem niedrigeren Wert der Eingangsspannung UZK1, der das Freilaufpotential in der Freilaufphase definiert. Die Spannungssprünge der Brückenspannung UBR sind verhältnismäßig gering, jedenfalls deutlich geringer als in dem Fall, wenn der Freilauf von dem Neutralleiter oder gar dem gegenüberliegenden Gleichspannungszweig 15 erfolgen würde. Dadurch wird die elektromagnetische Verträg lichkeit verbessert, so dass externe Filter, wie Drosseln, Kondensatoren oder dgl., zur elektromagnetischen Entstörung kleiner dimensioniert und somit wirtschaftlicher ausgeführt oder sogar weggelassen werden können. Außerdem wird durch die geringen Spannungshübe der Brückenspannung UBR auch die Abmagnetisierung der Speicherdrossel L wesentlich verlangsamt. Dies hat wiederum äußerst geringe Rippelströme und Ummagnetisierungsverluste innerhalb der Speicherdrossel L zur Folge. Ferner fallen in dem Schalterelement S3 und der Freilaufdiode D10, die die Spannungssprünge mit ausführen, nur sehr geringe Schaltverluste an. Nachdem stets nur ein Schalterelement der Brücke 3 leitend ist, sind auch die Durchlassverluste gering. Insgesamt kann ein sehr hoher Wirkungsgrad erzielt werden.Advantageously, the bridge voltage U BR varies only between the value of the increased intermediate circuit voltage U ZK2 in the magnetization phase and approximately the lower value of the input voltage U ZK1 , which defines the freewheeling potential in the freewheeling phase . The voltage jumps of the bridge voltage U BR are relatively low, in any case, significantly lower than in the case when the freewheel of the neutral conductor or even the opposite DC voltage branch 15 would be done. As a result, the electromagnetic compatibility is improved, so that external filters, such as chokes, capacitors or the like., Smaller dimensioned for electromagnetic interference and thus run more economical or even can be omitted. In addition, the demagnetization of the storage throttle L is significantly slowed by the low voltage swings of the bridge voltage U BR . This in turn has extremely low Rippelströme and Ummagnetisierungsverluste within the storage inductor L result. Furthermore fall in the switch element S 3 and the freewheeling diode D 10 , which carry out the voltage jumps, only very low switching losses. After always only one switch element of the bridge 3 is conductive, the forward losses are low. Overall, a very high efficiency can be achieved.

Vorteilhafterweise wird sogar in der Freilaufphase Energie der Speicherdrossel L und nachgelagert dem Netz zugeführt. Somit kann, wie aus 2a ersichtlich, die Dauer, während der der Schalter S3 im oberen Bereich der Sinuswelle jeweils leitend geschaltet wird, deutlich verringert werden. Damit gelangt über den Schalter S3 eine geringere Energiemenge ins Netz. Der Schalter S3 und der Hochsetzsteller 21 können wesentlich kleiner ausgelegt oder ausgeführt sein.Advantageously, even in the freewheeling phase, energy of the storage inductor L and downstream is supplied to the network. Thus, how can 2a can be clearly seen, the duration during which the switch S 3 is turned on in the upper region of the sine wave, respectively, be significantly reduced. This passes through the switch S 3, a smaller amount of energy into the network. The switch S 3 and the boost converter 21 can be much smaller designed or executed.

Wenn die Netzspannung UNETZ nach dem Scheitelpunkt wieder absinkt und das Referenz-Spannungsniveau REF unterschreitet, wie dies durch das Signal 36 der Auswerteeinrichtung 33 angezeigt wird, schaltet die Ansteuerungslogik 34 wieder in den vorstehend erwähnten normalen Betriebsmodus um, in dem sie das Schalterelement S3 öffnet und das Schalterelement S1 hochfrequent taktet. Die Aufmagnetisierung erfolgt erneut über das Schalterelement S1 und die Diode D10 ausgehend von dem Potential UZK1, während der Freilauf über den Freilaufpfad 23 erfolgt.When the mains voltage U NETZ drops again after the vertex and the reference voltage level REF falls below, as indicated by the signal 36 the evaluation device 33 is displayed, the drive logic switches 34 again in the above-mentioned normal operation mode in which it opens the switch element S 3 and the switching element S 1 clocked high-frequency. The magnetization is again via the switch element S 1 and the diode D 10 starting from the potential U ZK1 , while the freewheel on the freewheeling path 23 he follows.

In der negativen Halbwelle der Netzspannung UNETZ bleiben die Schalterelemente S1, S3 und S5 geöffnet, während in analoger Weise die Schalterelemente S2, S4 und S6 geeignet angesteuert werden. Dabei wird im normalen Betriebsmodus, wenn die gewünschte mittlere Spannung ŪBR größer ist als das Potential an dem Gleichspannungszweig 15, die negative Zwischenkreisspannung –UZK1, bei geschlossenem Schalterelement S6 und geöffnetem Schalterelement S4 das Schalterelement S2 hochfrequent geschaltet. In den Aufmagnetisierungsphasen ist die Brückenspannung UBR durch das Zwischenkreispotential –UZK1 vorgegeben, und es fließt ein Aufmagnetisierungsstrom IS2 über die Gleichrichterdiode D20 und das Schalterelement S2, um die Speicherdrossel L aufzumagnetisieren. In Freilaufphasen, wenn das Schalterelement S2 geöffnet ist, führt der Freilaufpfad 24 mit dem geschlossenen Schalterelement S6 und der Gleichrichterdiode D60 den Freilaufstrom. Die Brückenspannung UBR springt zwischen dem Potential –UZK1 und Null.In the negative half-wave of the mains voltage U NETZ the switch elements S 1 , S 3 and S 5 remain open, while in an analogous manner, the switch elements S 2 , S 4 and S 6 are suitably controlled. In this case, in the normal operating mode, when the desired average voltage Ū BR is greater than the potential at the DC voltage branch 15 , the negative DC link voltage -U ZK1 , the switch element S 2 is switched to high-frequency with the switch element S 6 and the switch element S 4 open. In the Aufmagnetisierungsphasen the bridge voltage U BR is given by the intermediate circuit potential -U ZK1 , and there is a magnetizing current I S2 flows through the rectifier diode D 20th and the switch element S 2 to magnetize the storage inductor L. In freewheeling phases, when the switch element S 2 is opened, the freewheeling path leads 24 with the closed switch element S 6 and the rectifier diode D 60, the freewheeling current. The bridge voltage U BR jumps between the potential -U ZK1 and zero.

In dem Zeitabschnitt, in dem der Istwert der Wechselspannung UNETZ das Potential –UZK1 unterschreitet oder, genauer gesagt, der Betrag der momentan gewünschten mittleren Spannung ŪBR am Eingang der Speicherdrossel L größer ist als der Referenz-Spannungswert, z. B. der Betrag der Gleichspannung UZK1 zuzüglich Reserve, schaltet die Steuerungseinrichtung 29 in den erweiterten oder modifizierten Betriebsmodus um, in dem das an dem Gleichspannungszweig 16 anliegende Potential –UZK1 durch den Hochsetzsteller 22 auf ein betragsmäßig höheres Potential –UZK2 gewandelt wird, das nunmehr das Aufmagnetisierungspotential in den Aufmagnetisierungsphasen vorgibt. Das Schalterelement S4 wird nun hochfrequent geschaltet, während das Schalterelement S2 geschlossen bleibt. Das Schalterelement S6 kann geöffnet werden oder auch geschlossen bleiben. Ströme zur Aufmagnetisierung der Drosselspule L fließen nun über das Schalterelement S4, während der Freilauf über die Gleichrichterdiode D20 und das Schalterelement S2 in dem nun als Freilaufpfad die nenden Zweig 17 erfolgt. Die Brückenspannung UBR schwankt zwischen dem erhöhten Zwischenkreispotential –UZK2 und dem Zwischenkreispotential –UZK1. Der Spannungshub ist gering, was geringe Schalterverluste und Ummagnetisierungsverluste und einen hohen Wirkungsgrad ergibt.In the period in which the actual value of the AC voltage U NETZ the potential -U ZK1 below or, more precisely, the amount of the currently desired average voltage Ū BR at the input of the storage inductor L is greater than the reference voltage value, for. B. the amount of DC voltage U ZK1 plus reserve, the controller switches 29 in the extended or modified operating mode, in which the on the DC branch 16 applied potential -U ZK1 through the boost converter 22 is converted to a magnitude higher potential -U ZK2 , which now specifies the magnetization potential in the Aufmagnetisierungsphasen. The switch element S 4 is now switched to high frequency, while the switch element S 2 remains closed. The switch element S 6 can be opened or remain closed. Currents for magnetizing the choke coil L now flow through the switch element S 4 , while the freewheel on the rectifier diode D 20 and the switch element S 2 in the now as freewheeling path the nenden branch 17 he follows. The bridge voltage U BR fluctuates between the increased DC link potential -U ZK2 and the DC link potential -U ZK1 . The voltage swing is low, which results in low switch losses and re-magnetization losses and high efficiency.

Die Steuerungseinrichtung 29 enthält auch logische Regeln zur Leistungskompensation zwischen den Gleichspannungszweigen 13 und 15. Ist bspw. infolge Abschattung die Leistungsabgabe des unteren Solargenerators 12 reduziert, was durch Erfassung und Vergleich der Spannungen UZK1 der Generatoren und der von diesen eingespeisten Ströme festgestellt werden kann, veranlasst die Ansteuerungslogik 34 bedarfsweise, dass der Schalter S5 in dem Freilaufpfad 23 in der positiven Halbwelle der Netzspannung UNETZ für eine kurze Dauer geöffnet wird. Dadurch kann der Drosselstrom IL in Freilaufphasen über die Freilaufdiode D4 des Schalterelementes S4 auf den Pufferkondensator C4 kommutieren, der dadurch aufgeladen wird. Somit wird ein Anteil der von dem Generator 11 zugeführten Energie auf den unteren Spannungswandlerzweig 20 und über den Hochsetzsteller 22 auf den unteren Gleichspannungszweig 15 übertragen. Dieser Anteil und somit der Grad der Leistungskompensation ist durch das Verhältnis der gesamten Öffnungsdauer zu der Schließdauer des Schalterelementes S5 bestimmt.The control device 29 also contains logic rules for power compensation between the DC voltage branches 13 and 15 , Is, for example due to shading the power output of the lower solar generator 12 reduces, which can be determined by detection and comparison of the voltages U ZK1 of the generators and the currents fed by these, causes the control logic 34 if necessary, that the switch S 5 in the freewheeling path 23 in the positive half-wave of the mains voltage U NETZ is opened for a short duration. As a result, the inductor current I L in freewheeling phases can commutate via the free-wheeling diode D 4 of the switch element S 4 to the buffer capacitor C 4 , which is thereby charged. Thus, a portion of the generator 11 supplied energy to the lower voltage converter branch 20 and over the boost converter 22 on the lower DC voltage branch 15 transfer. This proportion and thus the degree of power compensation is determined by the ratio of the total opening time to the closing time of the switch element S 5 .

Ein umgekehrter Leistungsausgleich von dem unteren 15 zu dem oberen Gleichspannungszweig 13 wird durch zeitlich anteilige Öffnung des Schalterelementes S6 in der negativen Halbwelle und Rückkommutierung des Drosselstroms IL über die Freilaufdiode D3 auf den Pufferkondensator C3 erreicht. Somit bilden die Freilaufdioden D3 und D4 und die Schalterelement S5 und S6 gemeinsam mit der Leistungskompensationslogik der Steuerungseinrichtung 29 erfindungsgemäße Leistungskompensationsmittel.A reverse power compensation from the lower one 15 to the upper DC branch 13 is achieved by temporally proportionate opening of the switch element S 6 in the negative half-wave and Rückkommutierung the inductor current I L via the freewheeling diode D 3 to the buffer capacitor C 3 . Thus, the freewheeling diodes D 3 and D 4 and the switch elements S 5 and S 6 together with the power compensation logic of the control device 29 Power compensation means according to the invention.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Modifikationen möglich. Bspw. kann die Schaltungsanordnung 1 erweitert werden, um mehr als zwei in Reihe miteinander verbundene Gleichspannungsgeneratoren zu verwenden. Der Neutralleiter 14 kann netzseitig, bspw. in einem Schaltschrank, durch Erdung auf ein definiertes Nullpotential gelegt werden. In dem Neutralleiter und/oder der Verbindungsleitung 26 können Filterelemente zur Unterdrückung hochfrequenter Störsignale eingefügt werden, wobei derartige Elemente aus Einfachheitsgründen in 1 nicht veranschaulicht sind. Der aufgezeigte Wechselrichter 1 kann auch ohne weiteres zu einer dreiphasigen Konfiguration erweitert werden, wenn aus den Gleichspannungen UZK1 ein dreiphasiger Wechselstrom erzeugt werden soll.Numerous modifications are possible within the scope of the invention. For example. can the circuitry 1 be extended to use more than two series-connected DC voltage generators. The neutral conductor 14 can be connected to the ground, eg in a control cabinet, by grounding to a defined zero potential. In the neutral conductor and / or the connecting line 26 For example, filter elements for suppressing high-frequency interfering signals can be inserted, such elements being included in FIG 1 not illustrated. The indicated inverter 1 can also be easily extended to a three-phase configuration when a three-phase alternating current is to be generated from the DC voltages U ZK1 .

Ferner kann auch ein anderes geeignetes Kriterium zur Feststellung, ob die Eingangsspannung UZK1 zur Aufmagnetisierung der Speicherdrossel ausreicht oder nicht, aufgestellt werden. Ein derartiges Kriterium kann bspw. auf einem Vergleich des Betrags des aktuellen Wertes der Netzwechselspannung UNETZ mit einem geeigneten Spannungsreferenzwert, bspw. einem von der Eingangsspannung abhängigen Referenzwert, basieren. Es ist auch zu beachten, dass Zustandgrößen in der Schaltung an Hand allgemeiner elektrotechnischer Beziehungen aus anderen Größen abgeleitet oder anstatt derer für das Kriterium verwendet werden können.Furthermore, another suitable criterion for determining whether or not the input voltage U ZK1 is sufficient for magnetizing the storage choke can also be set up. Such a criterion can, for example, be based on a comparison of the magnitude of the current value of the mains alternating voltage U NETZ with a suitable voltage reference value, for example a reference value dependent on the input voltage. It is also to be noted that state quantities in the circuit can be derived from other quantities by means of general electrotechnical relationships or used instead of those for the criterion.

Außerdem kann der erfindungsgemäße Wechselrichter in einer besonderen Ausgestaltung auch ohne die Hochsetzsteller 21, 22 ausgebildet sein. Die Spannungswandlereinrichtung ist dann allein durch die Pufferkondensatoren C1, C2 und eine spezielle Ansteuerlogik 34 gebildet, die ähnlich wie die Leistungskompensationslogik arbeitet. Durch eine gezielte Aufladung der Pufferkondensatoren C1, C2 in bestimmten Freilaufphasen kann für einen Eingangsspannungsbereich bestimmter Mindestgröße ei ne ausreichende Spannungserhöhung in den Spannungswandlerzweigen 19, 20 erzielt werden.In addition, the inverter according to the invention in a particular embodiment without the boost converter 21 . 22 be educated. The voltage converter device is then solely by the buffer capacitors C 1 , C 2 and a special drive logic 34 formed, which works similar to the power compensation logic. By a targeted charging of the buffer capacitors C 1 , C 2 in certain freewheeling phases can ei ne sufficient voltage increase in the voltage converter branches for an input voltage range of certain minimum size 19 . 20 be achieved.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 ergibt geringe Potentialsprünge der Brückenspannung UBR sowohl in dem normalen Betriebsmodus als auch in dem erweiterten Betriebsmodus und somit geringe Schaltverluste und Ummagnetisierungsverluste in der Spule, so dass ein hoher Wirkungsgrad sichergestellt ist. Dies wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, weil ein Zweig 16 (bzw. 18) mit einem Schalterelement S1 (bzw. S2) und einer Gleichrichterdiode D10 (bzw. D20) vorgesehen ist, der im normalen Betriebsmodus als Aufmagnetisierungspfad und im erweiterten Betriebsmodus, bei dem die Eingangsspannung auf ein höheres Potential gewandelt wird, als Freilaufpfad verwendet wird. Vorteilhafterweise wird lediglich ein einziger Schalter S1 oder S2 bzw. S3 oder S4 hochfrequent pulsweitenmoduliert geschaltet, wodurch die Schaltverluste ferner reduziert sind.The circuit arrangement according to the invention 1 results in low potential jumps of the bridge voltage U BR both in the normal operating mode and in the extended operating mode and thus low switching losses and Ummagnetisie rungsverluste in the coil, so that a high efficiency is ensured. This is advantageously achieved because of a branch 16 (respectively. 18 ) is provided with a switch element S 1 (or S 2 ) and a rectifier diode D 10 (or D 20 ), which in the normal operating mode as a magnetizing path and in the extended operating mode, in which the input voltage is converted to a higher potential, as a freewheeling path is used. Advantageously, only a single switch S 1 or S 2 or S 3 or S 4 is switched high-frequency pulse width modulated, whereby the switching losses are further reduced.

Claims (29)

Verfahren zur Umwandlung einer elektrischen Eingangsgleichspannung (UZK1), die von wenigstens einer zwischen zwei Gleichspannungszweigen (13, 15) angeschlossenen Gleichspannungsquelle (11, 12) bereitgestellt wird, in eine Wechselspannung (UNETZ) mittels einer Schaltungsanordnung (1), die zwei Energiespeicher (C1, C2), die zwischen den Gleichspannungszweigen (13, 15) in Reihe zueinander und parallel zu der wenigstens einen Gleichspannungsquelle (11, 12) angeordnet sind, eine an die Gleichspannungszweige (13, 15) angeschlossene Halbbrückenschaltung (3) mit zwei in Reihe zueinander angeordneten Schalterelementen (S1, S2), die über einen Mittelabgriff (18) der Halbbrücke (3) miteinander verbunden sind, Freilaufelemente (D1–D6 ' D10–D60) und wenigstens eine Speicherdrossel (L) aufweist, die an einem Wechselspannungsanschluss (27) angeschlossen ist, während der andere Wechselspannungsanschluss (28) mit dem Verbindungspunkt zwischen den beiden Energiespeichern (C1, C2) verbunden ist, wobei das Verfahren aufweist: Anordnen einer Diode (D10, D20) in Reihe zu jedem der Schalterelemente (S1, S2) der Halbbrücke (3), wobei jede Reihenschaltung aus einem Schalterelement (S1, S2) und einer Diode (D10, D20) in einem Brückenzweig (16, 17) angeordnet ist, der von einem der Gleichspannungszweige (13, 15) zu dem Mittelabgriff (18) der Halbbrücke (3) führt, Anordnen von Spannungswandlerzweigen (19, 20), die parallel zu den Brückenzweigen (16, 17) jeweils zwischen einem der Gleichspannungszweige (13, 15) und dem Mittelabgriff (18) angeschlossen sind, wobei jeder Spannungswandlerzweig (19, 20) eine Spannungswandlereinrichtung (21, 22, C3, C4) zur Hochset zung der Eingangsgleichspannung (UZK1) auf ein betragsmäßig höheres Ausgangspotential (UZK2) und ein in Reihe zu der Spannungswandlereinrichtung (21, 22, C3, C4) angeschlossenes Schalterelement (S3, S4) aufweist, und Ansteuern der Schalterelemente (S1–S4) in Abhängigkeit von der Polarität der Halbwellen der Wechselspannung (UNETZ) mit bestimmtem Taktmuster, um in Aufmagnetisierungsphasen einen Aufmagnetisierungsstrom für die wenigstens eine Speicherdrossel (L) bereitzustellen und während Freilaufphasen über ausgewählte Freilaufelemente (S1 + D10, S2 + D20, S5 + D50, S6 + D60) einen Freilaufstrom über die wenigstens eine Speicherdrossel (L) fließen zu lassen, wobei in einem normalen Betriebsmodus in Abhängigkeit von der Polarität der Halbwelle der Wechselspannung (UNETZ) eines der Schalterelemente (S1 bzw. S2) in dem Brückenzweig (16 bzw. 17) getaktet wird, um im Schließzustand des Schalters (S1 bzw. S2) das Potential (UZK1) der Gleichspannungsquelle an den Mittelabgriff (18) anzukoppeln und über den Brückenzweig (16 bzw. 17) einen Strom zur Aufmagnetisierung der Speicherdrossel (L) bereitzustellen und um im Öffnungszustand des Schalters (S1 bzw. S2) einen Freilaufstrom über einen Freilaufpfad (23 bzw. 24) zu leiten, wobei Betriebsbedingungen erfasst werden, um festzustellen, ob die Drossel (L) bei Anwendung des Taktmusters in den Aufmagnetisierungsphasen ausreichend aufmagnetisiert wird, und falls festgestellt wird, dass dies nicht der Fall ist, ein erweiterter Betriebsmodus festgelegt wird, in dem bei der gleichen Polarität der Halbwelle der Wechselspannung (UNETZ) das zuvor getaktete Schalterelement (S1 bzw. S2) in dem Brückenzweig (16 bzw. 17) geschlossen bleibt, während das Schalterelement (S3 bzw. S4) in dem hierzu parallelen Spannungswandlerzweig (19 bzw. 20) getaktet wird, so dass im Schließzustand des Schalterelements (S3 bzw. S4) das betragsmäßg erhöhte Ausgangspotential (UZK2) der Spannungswandlereinrichtung (21, 22) an den Mittelabgriff (18) angekoppelt und ein Strom zur Aufmagnetisierung der Speicherdrossel (L) über den Spannungswandlerzweig (19 bzw. 20) unter Umgehung des Brückenzweigs (16 bzw. 17) bereitgestellt wird, während im Öffnungszustand des Schalterelementes (S3 bzw. S4) des Spannungswandlerzweigs (19 bzw. 20) das Potential (UZK1) der Gleichspannungsquelle (11, 12) an den Mittelabgriff (18) angekoppelt wird und ein Freilaufstrom über den Brückenzweig (16 bzw. 17) fließt.Method for converting a DC electrical input voltage (U ZK1 ) that is dependent on at least one of two DC voltage branches ( 13 . 15 ) connected DC voltage source ( 11 . 12 ) is supplied to an AC voltage (U NETZ ) by means of a circuit arrangement ( 1 ), the two energy stores (C 1 , C 2 ), which between the DC voltage branches ( 13 . 15 ) in series with each other and parallel to the at least one DC voltage source ( 11 . 12 ) are arranged, one to the DC voltage branches ( 13 . 15 ) connected half-bridge circuit ( 3 ) with two switch elements (S 1 , S 2 ) arranged in series with one another, which are connected via a center tap ( 18 ) of the half bridge ( 3 ), freewheeling elements (D 1 -D 6 ' D 10 -D 60 ) and at least one storage inductor (L), which at an AC voltage terminal ( 27 ), while the other AC terminal ( 28 ) is connected to the connection point between the two energy stores (C 1 , C 2 ), the method comprising: arranging a diode (D 10 , D 20 ) in series with each of the switching elements (S 1 , S 2 ) of the half-bridge ( 3 ), each series circuit consisting of a switch element (S 1 , S 2 ) and a diode (D 10 , D 20 ) in a bridge branch ( 16 . 17 ) arranged by one of the DC voltage branches ( 13 . 15 ) to the center tap ( 18 ) of the half bridge ( 3 ), arranging voltage transformer branches ( 19 . 20 ) parallel to the bridge branches ( 16 . 17 ) between one of the DC voltage branches ( 13 . 15 ) and the center tap ( 18 ), each voltage transformer branch ( 19 . 20 ) a voltage converter device ( 21 . 22 , C 3 , C 4 ) for Hochset tion of the DC input voltage (U ZK1 ) to an absolute higher output potential (U ZK2 ) and in series with the voltage converter means ( 21 . 22 , C 3 , C 4 ) connected switch element (S 3 , S 4 ), and driving the switch elements (S 1 -S 4 ) as a function of the polarity of the half-waves of the AC voltage (U NETZ ) with a certain clock pattern, in order to magnetization phases Provide magnetizing current for the at least one storage inductor (L) and during freewheeling phases on selected freewheeling elements (S 1 + D 10 , S 2 + D 20 , S 5 + D 50 , S 6 + D 60 ) a freewheeling current through the at least one storage inductor (L ), wherein in a normal operating mode in dependence on the polarity of the half-wave of the AC voltage (U NETZ ) of one of the switching elements (S 1 or S 2 ) in the bridge branch ( 16 respectively. 17 ) is clocked, in the closed state of the switch (S 1 or S 2 ), the potential (U ZK1 ) of the DC voltage source to the center tap ( 18 ) and over the bridge branch ( 16 respectively. 17 ) to provide a current for magnetizing the storage inductor (L) and in the opening state of the switch (S 1 or S 2 ) a freewheeling current via a freewheeling path ( 23 respectively. 24 ), wherein operating conditions are detected to determine whether the inductor (L) is sufficiently magnetized in the application of the clock pattern in the magnetization phases, and if it is determined that this is not the case, an extended operating mode is set in the same polarity of the half-wave of the AC voltage (U NETZ ) the previously clocked switch element (S 1 or S 2 ) in the bridge branch ( 16 respectively. 17 ) remains closed, while the switch element (S 3 or S 4 ) in the voltage converter branch parallel thereto ( 19 respectively. 20 ) is clocked, so that in the closed state of the switch element (S 3 or S 4 ) the magnitude increased output potential (U ZK2 ) of the voltage converter device ( 21 . 22 ) to the center tap ( 18 ) and a current for magnetizing the storage inductor (L) via the voltage transformer branch ( 19 respectively. 20 ), bypassing the bridge branch ( 16 respectively. 17 ) is provided, while in the opening state of the switch element (S 3 or S 4 ) of the voltage converter branch ( 19 respectively. 20 ) the potential (U ZK1 ) of the DC voltage source ( 11 . 12 ) to the center tap ( 18 ) and a freewheeling current over the bridge branch ( 16 respectively. 17 ) flows. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilaufpfad (23, 24) derart angeordnet ist, dass im normalen Betriebsmodus eine Kommutierung des Freilaufstroms auf in einem Gleichspannungskreis (2) vorgesehene Energiespeicher (C1, C2) verhindert wird.Method according to claim 1, characterized in that the freewheeling path ( 23 . 24 ) is arranged such that in the normal operating mode, a commutation of the freewheeling current in a DC voltage circuit ( 2 ) provided energy storage (C 1 , C 2 ) is prevented. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung von Betriebsbedingungen zur Feststellung, ob die Drossel (L) in den Aufmagnetisierungsphasen ausreichend aufmagnetisiert wird, der Drosselspulenstrom (IL) erfasst wird.A method according to claim 1, characterized in that for detecting operating conditions for determining whether the inductor (L) is sufficiently magnetized in the Aufmagnetisierungsphasen, the inductor current (I L ) is detected. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Feststellung, ob die Drossel (L) in den Aufmagnetisierungsphasen ausreichend aufmagnetisiert wird, eine gewünschte mittlere Spannung (ŪBR) am Eingang (26, 26a) der Drossel (L) bestimmt und mit einem Referenzwert verglichen wird.A method according to claim 3, characterized in that for determining whether the inductor (L) is sufficiently magnetized in the Aufmagnetisierungsphasen, a desired average voltage (Ū BR ) at the input ( 26 . 26a ) of the throttle (L) and compared with a reference value. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert ein variabler, in Abhängigkeit von momentanen Betriebsbedingungen anpassbarer Wert ist.Method according to claim 4, characterized in that that the reference value is a variable, more adaptable depending on current operating conditions Is worth. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert durch den aktuellen Gleichspannungswert (UZK1) gekennzeichnet ist.A method according to claim 4, characterized in that the reference value is characterized by the current DC voltage value (U ZK1 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannung (UZK1) einer Gleichspannungsquelle (11, 12) mit variablem Gleichspannungspotential, insbesondere einem Fotovoltaikgenerator, entnommen wird.Method according to Claim 1, characterized in that the DC voltage (U ZK1 ) of a DC voltage source ( 11 . 12 ) is taken with a variable DC potential, in particular a photovoltaic generator. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Gleichspannungsquellen (11, 12), insbesondere Fotovoltaikgeneratoren, in Reihe miteinander verbunden sind.Method according to Claim 7, characterized in that two DC voltage sources ( 11 . 12 ), in particular photovoltaic generators, are connected in series. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannung (UNETZ) durch eine Netzspannung mit einer Frequenz von 50 oder 60 Hertz gebildet ist.A method according to claim 1, characterized in that the AC voltage (U NETZ ) is formed by a mains voltage with a frequency of 50 or 60 Hertz. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung (UZK2) der Spannungswandlereinrichtung (21, 22, C3, C4) auf ein gewünschtes Ausgangspotential geregelt wird.Method according to Claim 1, characterized in that the output voltage (U ZK2 ) of the voltage converter device ( 21 . 22 , C 3 , C 4 ) is regulated to a desired output potential. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswandlereinrichtung (21, 22, C3, C4) einen insbesondere induktiven DC-DC-Hochsetzsteller (21, 22) enthält.Method according to Claim 1, characterized in that the voltage converter device ( 21 . 22 , C 3 , C 4 ) a particularly inductive DC-DC boost converter ( 21 . 22 ) contains. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswandlereinrichtung (21, 22, C3, C4) ohne einen DC-DC-Hochsetzsteller (21, 22) auskommt und zur Erzeugung des betragsmäßig höheren Potentials (UZK2) Energiespeicher (C3, C4) der Spannungswandlereinrichtung durch gezielte Taktung von Schalterelementen (S1–S6) in bestimmten Freilaufphasen aufgeladen werden.Method according to Claim 1, characterized in that the voltage converter device ( 21 . 22 , C 3 , C 4 ) without a DC-DC boost converter ( 21 . 22 ) and to generate the higher absolute potential (U ZK2 ) energy storage (C 3 , C 4 ) of the voltage converter means are charged by specific clocking of switch elements (S 1 -S 6 ) in certain freewheeling phases. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Gleichspannungszweigen der Schaltungsanordnung bedarfsweise eine Leistungskompensation durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that between DC voltage branches of the circuit arrangement as needed a power compensation is performed. Wechselrichter mit Gleichspannungszweigen (13, 15), an die wenigstens eine Gleichspannungsquelle (11, 12) anschließbar ist, die eine Eingangsgleichspannung (UZK1) liefert, mit zwei Energiespeichern (C1, C2), die zwischen den Gleichspannungszweigen (13, 15) in Reihe zueinander und parallel zu der wenigstens einen Gleichspannungsquelle (11, 12) angeordnet sind, mit einer an die Gleichspannungszweige (13, 15) angeschlossenen Halbbrückenschaltung (3), die zwei in Reihe zueinander angeordnete Schalterelemente (S1, S2) aufweist, die über einen Mittelabgriff (18) der Halbbrücke (3) miteinander verbunden sind, mit in Reihe zu den Schalterelementen (S1, S2) angeordneten Dioden (D10, D20), wobei jede Reihenschaltung aus einem Schalterelement (S1, S2) und einer Diode (D10, D20) in einem Brückenzweig (16, 17) angeordnet ist, der zwischen einem der Gleichspannungszweige (13, 15) und dem Mittelabgriff (18) verläuft, mit Spannungswandlerzweigen (19, 20), die parallel zu den Brückenzweigen (16, 17) jeweils zwischen einem der Gleichspannungszweige (13, 15) und dem Mittelabgriff (18) angeschlossen sind, wobei jeder Spannungswandlerzweig (19, 20) eine Spannungswandlereinrichtung (21, 22, C3, C4) zur Hochsetzung der Eingangsgleichspannung (UZK1) auf ein betragsmäßig höheres Ausgangspotential (UZK2) und ein in Reihe zu der Spannungswandlereinrichtung (21, 22, C3, C4) angeschlossenes Schaltelement (S3, S4) aufweist, mit Wechselspannungsanschlüssen (27, 28), an die eine Wechselspannung (UNETZ) anlegbar ist, wobei ein Wechselspannungsanschluss (27) mit dem Mittelabgriff (18) der Halbbrücke (3) und der andere Wechselspannungsanschluss (28) mit dem Verbindungspunkt zwischen den beiden Energiespeichern (C1, C2) verbunden ist und wobei in wenigstens einem Wechselspannungszweig (26) eine Speicherdrossel (L) angeordnet ist, und mit einer Steuerungseinrichtung (29), die eine Einrichtung zur Erfassung von Betriebsbedingungen und zur Bereitstellung hierfür kennzeichnender Signale (31), eine Auswerteeinrichtung (33) zur Verarbeitung dieser Signale und eine Ansteuerungseinrichtung (34) aufweist, die die Schalterelemente (S1–S4) mit einem bestimmten Taktmuster ansteuert, wobei die Ansteuerungseinrichtung (34) in einem normalen Betriebsmodus in Abhängigkeit von der Polarität der Halbwelle der Wechselspannung (UNETZ) eines der Schalterelemente (S1 bzw. S2) in dem Brückenzweig (16 bzw. 17) taktet, um im Schließzustand des Schalters (S1 bzw. S2) das Potential (UZK1) der Gleichspannungsquelle an den Mittelabgriff (18) anzukoppeln und über den Brückenzweig (16 bzw. 17) einen Strom zur Aufmagnetisierung der Speicherdrossel (L) bereitzustellen und um im Öffnungszustand des Schalters (S1 bzw. S2) einen Freilaufstrom über einen Freilaufpfad (23 bzw. 24) zu leiten, wobei die Auswerteeinrichtung (34) dazu eingerichtet ist, ausgehend von den erfassten Signalen (31) festzustellen, ob die Drossel (L) bei Anwendung des Taktmusters in Aufmagneti sierungsphasen ausreichend aufmagnetisiert wird, und falls dies nicht der Fall ist, einen erweiterten Betriebsmodus festlegt, in dem bei der gleichen Polarität der Halbwelle der Wechselspannung (UNETZ) das zuvor getaktete Schalterelement (S1 bzw. S2) in dem Brückenzweig (16 bzw. 17) geschlossen bleibt, während das Schalterelement (S3 bzw. S4) in dem hierzu parallelen Spannungswandlerzweig (19 bzw. 20) getaktet wird, so dass im Schließzustand des Schalterelements (S3 bzw. S4) das betragsmäßg erhöhte Ausgangspotential (UZK2) der Spannungswandlereinrichtung (21, 22) an den Mittelabgriff (18) angekoppelt und ein Strom zur Aufmagnetisierung der Speicherdrossel (L) über den Spannungswandlerzweig (19 bzw. 20) unter Umgehung des Brückenzweigs (16 bzw. 17) bereitgestellt wird, während im Öffnungszustand des Schalterelementes (S3 bzw. S4) des Spannungswandlerzweigs (19 bzw. 20) das Potential (UZK1) der Gleichspannungsquelle (11, 12) an den Mittelabgriff (18) angekoppelt wird und ein Freilaufstrom über den Brückenzweig (16 bzw. 17) fließt.Inverters with DC voltage branches ( 13 . 15 ), to which at least one DC voltage source ( 11 . 12 ) can be connected, which supplies a DC input voltage (U ZK1 ), with two energy stores (C 1 , C 2 ), which between the DC voltage branches ( 13 . 15 ) in series with each other and parallel to the at least one DC voltage source ( 11 . 12 ) are arranged, with a to the DC voltage branches ( 13 . 15 ) connected half-bridge circuit ( 3 ), which has two switch elements (S 1 , S 2 ) arranged in series with one another, which are connected via a center tap ( 18 ) of the half bridge ( 3 ) are connected to one another, with diodes (D 10 , D 20 ) arranged in series with the switch elements (S 1 , S 2 ), each series circuit comprising a switch element (S 1 , S 2 ) and a diode (D 10 , D 20 ) in a bridge branch ( 16 . 17 ) arranged between one of the DC voltage branches ( 13 . 15 ) and the center tap ( 18 ), with voltage transformer branches ( 19 . 20 ) parallel to the bridge branches ( 16 . 17 ) between one of the DC voltage branches ( 13 . 15 ) and the center tap ( 18 ), each voltage transformer branch ( 19 . 20 ) a voltage converter device ( 21 . 22 , C 3 , C 4 ) for increasing the DC input voltage (U ZK1 ) to a higher output potential (U ZK2 ) and one in series with the voltage converter device ( 21 . 22 , C 3 , C 4 ) connected switching element (S 3 , S 4 ), with AC voltage terminals ( 27 . 28 ), to which an AC voltage (U NETZ ) can be applied, wherein an AC voltage connection ( 27 ) with the center tap ( 18 ) of the half bridge ( 3 ) and the other AC terminal ( 28 ) is connected to the connection point between the two energy stores (C 1 , C 2 ) and wherein in at least one AC voltage branch ( 26 ) a storage throttle (L) is arranged, and with a control device ( 29 ), which is a device for detecting operating conditions and providing signals ( 31 ), an evaluation device ( 33 ) for processing these signals and a driving device ( 34 ) which drives the switch elements (S 1 -S 4 ) with a specific clock pattern, wherein the drive device ( 34 ) in a normal operating mode as a function of the polarity of the half-wave of the AC voltage (U NETZ ) of one of the switching elements (S 1 or S 2 ) in the bridge branch ( 16 respectively. 17 ) clocks in the closed state of the switch (S 1 or S 2 ), the potential (U ZK1 ) of the DC voltage source to the center tap ( 18 ) and over the bridge branch ( 16 respectively. 17 ) to provide a current for magnetizing the storage inductor (L) and in the opening state of the switch (S 1 or S 2 ) a freewheeling current via a freewheeling path ( 23 respectively. 24 ), the evaluation device ( 34 ) is set up, starting from the detected signals ( 31 ) to determine whether the inductor (L) is sufficiently magnetized when applying the clock pattern in Aufmagneti sierungsphasen, and if this is not the case, defines an extended mode of operation, in which at the same polarity of the half-wave of the AC voltage (U NET ) the previously clocked scarf element (S 1 or S 2 ) in the bridge branch ( 16 respectively. 17 ) remains closed, while the switch element (S 3 or S 4 ) in the voltage converter branch parallel thereto ( 19 respectively. 20 ) is clocked, so that in the closed state of the switch element (S 3 or S 4 ) the magnitude increased output potential (U ZK2 ) of the voltage converter device ( 21 . 22 ) to the center tap ( 18 ) and a current for magnetizing the storage inductor (L) via the voltage transformer branch ( 19 respectively. 20 ), bypassing the bridge branch ( 16 respectively. 17 ) is provided, while in the opening state of the switch element (S 3 or S 4 ) of the voltage converter branch ( 19 respectively. 20 ) the potential (U ZK1 ) of the DC voltage source ( 11 . 12 ) to the center tap ( 18 ) and a freewheeling current over the bridge branch ( 16 respectively. 17 ) flows. Wechselrichter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung ein den aktuellen Drosselspulenstromwert (IL) kennzeichnendes Signal (31) liefert und die Steuerungseinrichtung (29) eine Stromreglerlogik aufweist, die den aktuellen Drosselspulenstrom (IL) auf einen gewünschten mittleren Wert (ĪL) regelt.Inverter according to Claim 14, characterized in that the detection device displays a signal ( 15 ) characterizing the current inductor current value (I L ) ( 31 ) and the control device ( 29 ) has a current controller logic which controls the current inductor current (I L ) to a desired average value (Ī L ). Wechselrichter nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (34) dazu eingerichtet ist, ausgehend von den Eingangssignalen (31) eine gewünschte mittlere Spannung (ŪBR) am Eingang (26) der Drossel (L) zu bestimmen.Inverter according to claim 14 or 15, characterized in that the evaluation device ( 34 ) is set up, starting from the input signals ( 31 ) a desired average voltage (Ū BR ) at the input ( 26 ) of the throttle (L). Wechselrichter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (33) eine Vergleicher logik aufweist, die den gewünschten mittleren Spannungswert (ŪBR) mit einem Referenzwert vergleicht.Inverter according to claim 16, characterized in that the evaluation device ( 33 ) has a comparator logic that compares the desired average voltage value (Ū BR ) with a reference value. Wechselrichter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerungseinrichtung (34) in dem Fall, dass der Betrag des aktuell gewünschten mittleren Spannungswertes (ŪBR) kleiner ist als der Referenzwert einen der Schalterelemente (S1 bzw. S2) der Halbbrückenzweige (16 bzw. 17) mit dem Taktmuster ansteuert.Inverter according to claim 17, characterized in that the driving device ( 34 ) in the case that the magnitude of the currently desired average voltage value (Ū BR ) is smaller than the reference value of one of the switching elements (S 1 or S 2 ) of the half-bridge branches ( 16 respectively. 17 ) with the clock pattern drives. Wechselrichter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilaufpfad (23, 24) zwischen Wechselspannungszweigen (26, 14) angeordnet ist und ein Schalterelement (S5, S6) sowie eine in Reihe mit diesen geschaltete Gleichrichterdiode (D50, D60) aufweist.Inverter according to claim 18, characterized in that the freewheeling path ( 23 . 24 ) between alternating voltage branches ( 26 . 14 ) is arranged and a switch element (S 5 , S 6 ) and a rectifier diode connected in series with these (D 50 , D 60 ). Wechselrichter nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert ein variabler, in Abhängigkeit von momentanen Betriebsbedingungen einstellbarer Wert ist.Inverter according to claim 17 or 18, characterized characterized in that the reference value is a variable, depending adjustable value from current operating conditions. Wechselrichter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert den Betrag des aktuellen Gleichspannungswertes (UZK1) kennzeichnet.Inverter according to Claim 20, characterized in that the reference value denotes the magnitude of the instantaneous DC voltage value (U ZK1 ). Wechselrichter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Gleichspannungsquelle (11, 12) ein variables Gleichspannungspotential aufweist und insbesondere durch einen Fotovoltaikgenerator (11, 12) gebildet ist.Inverter according to claim 14, characterized in that the at least one DC voltage source ( 11 . 12 ) has a variable DC potential and in particular by a photovoltaic generator ( 11 . 12 ) is formed. Wechselrichter nach Anspruch 22„ dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Gleichspannungsquellen, insbesondere Fotovoltaikgeneratoren, in Reihe miteinander verbun den sind.Inverter according to claim 22, characterized that two or more DC voltage sources, in particular photovoltaic generators, connected in series with each other. Wechselrichter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannung (UNETZ) durch eine Netzspannung mit einer Frequenz von 50 oder 60 Hertz gebildet ist.Inverter according to claim 14, characterized in that the AC voltage (U NETZ ) is formed by a mains voltage with a frequency of 50 or 60 Hertz. Wechselrichter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswandlereinrichtung (21, 22, C3, C4) einen spannungserhöhenden Hochsetzsteller (21, 22) aufweist, dessen Ausgangspotential auf ein gewünschtes Niveau regelbar ist.Inverter according to claim 14, characterized in that the voltage transformer device ( 21 . 22 , C 3 , C 4 ) a voltage-boosting boost converter ( 21 . 22 ), whose output potential is adjustable to a desired level. Wechselrichter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswandlereinrichtung (21, 22, C3, C4) frei von einem Hochsetzsteller ausgebildet und mit Speicherkondensatoren (C3, C4) versehen ist, die in bestimmten Freilaufphasen durch gezielte Taktung von Schalterelementen (S1–S6) der Brückenschaltung (3) auf ein gewünschtes Potential aufgeladen werden.Inverter according to claim 14, characterized in that the voltage transformer device ( 21 . 22 , C 3 , C 4 ) free of a step-up converter and provided with storage capacitors (C 3 , C 4 ), which in certain freewheeling phases by targeted clocking of switching elements (S 1 -S 6 ) of the bridge circuit ( 3 ) are charged to a desired potential. Wechselrichter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (29) die Schalterelemente (S1, S2, S3, S4) derart ansteuert, dass in jedem Zeitpunkt nur ein einzelnes Schalterelement hochfrequent geschlossen und geöffnet wird.Inverter according to claim 14, characterized in that the control device ( 29 ) controls the switch elements (S 1 , S 2 , S 3 , S 4 ) such that only a single switch element is high-frequency closed and opened at any time. Wechselrichter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Leistungskompensationsmittel (S5, S6, D3, D4) zum Leistungsausgleich zwischen den Gleichspannungszweigen (13, 15) vorgesehen sind.Inverter according to claim 14, characterized in that power compensation means (S 5 , S 6 , D 3 , D 4 ) for power equalization between the DC voltage branches ( 13 . 15 ) are provided. Wechselrichter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass er in dreiphasiger Konfiguration ausgeführt ist.Inverter according to Claim 14, characterized that it is designed in three-phase configuration.
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