DE102006055126A1

DE102006055126A1 - Verfahren zur Umwandlung einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung sowie Stromversorgungseinrichtung, insbesondere stromgespeister Gegentaktwandler

Info

Publication number: DE102006055126A1
Application number: DE200610055126
Authority: DE
Inventors: Andreas Rampold
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2008-06-05

Abstract

Es wird eine Eingangsspannung oder eine daraus abgeleitete Eingangsgleichspannung (UE) mittels eines Transformators (K) in zumindest eine Ausgangsspannung (UA') umgewandelt, wobei der Transformator (K) zumindest zwei Primärspulen (W1, W2) und zumindest eine Sekundärspule (W3, W4) aufweist. Eine Ladespule (L) eines mit der Eingangsgleichspannung (UE) verbundenen Ladekreises (LK) wird getaktet mit einem Ladestrom (iL) gespeist. Die Primärspulen (W1, W2) werden über zwei getaktet ansteuerbare Schalter (S1, S2) mit dem Ladestrom (iL) erregt, wobei eine in der jeweiligen Sekundärspule (W3, W4) induzierte Trafospannung als die zumindest eine Ausgangsspannung (UA') ausgegeben wird. Jeder der beiden Schalter (S1, S2) ist innerhalb einer auf die Trafospannung (UA') bezogenen Taktperiode (T) zumindest einmal leitend. Die beiden Schalter (S1, S2) sind eine bestimmte Zeit (TV1, TV2) innerhalb einer Taktperiode (T) gleichzeitig gesperrt. Eine als Folge davon in der Ladespule (L) selbstinduzierte Induktionsspannung wird als weitere Ausgangsspannung (UH') ausgekoppelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung einer Eingangsspannung oder einer daraus abgeleiteten Eingangsgleichspannung in zumindest eine Ausgangsspannung mittels eines Transformators. Der Transformator weist zumindest zwei Primärspulen und zumindest eine Sekundärspule auf. Es wird eine Ladespule eines mit der Eingangsgleichspannung verbundenen Ladekreises mit einem Ladestrom getaktet gespeist. Die Primärspulen werden über zwei getaktet angesteuerte Schalter abwechselnd mit dem Ladestrom erregt. Schließlich wird eine in der jeweiligen Sekundärspule induzierte Trafospannung als die zumindest eine Ausgangsspannung ausgegeben. Jeder der beiden Schalter ist innerhalb einer auf die Trafospannung bezogenen Taktperiode mindestens einmal leitend.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine zum Verfahren korrespondierende Stromversorgungseinrichtung. Die Stromversorgungseinrichtung ist insbesondere ein stromgespeister Gegentaktwandler. Demnach weist die Stromversorgungseinrichtung einen Eingang für eine Eingangsspannung oder für eine daraus abgeleitete Eingangsgleichspannung und einen Ausgang für zumindest eine Ausgangsspannung auf. Die Stromversorgungseinrichtung weist einen Transformator mit zumindest zwei Primärspulen und zumindest einer Sekundärspule auf. Weiterhin weist die Stromversorgungseinrichtung einen von der Eingangsgleichspannung getaktet speisbaren Ladekreis mit zumindest einer Ladespule, einer Freilaufdiode und einem ansteuerbaren Ladeschalter auf. Der Ladekreis ist mit einem ersten Ausgang mit einem ersten Anschluss der Primärspulen verbunden. Je ein zweiter Anschluss der Primärspulen ist über je einen getaktet ansteuerbaren Schalter mit einem zweiten Ausgang des Ladekreises verbunden. Zudem weist die Stromversorgungseinrichtung eine Steuereinheit zum Ansteuern des Ladeschalters und zum Ansteuern der beiden Schalter auf. Die Steuereinheit sorgt dafür, dass innerhalb einer auf eine Trafospannung bezogenen Taktperiode jeder Schalter mindestens einmal leitend ist.
Derartige Verfahren bzw. derartige Stromversorgungseinrichtungen sind allgemein bekannt. Sie dienen dazu, eine Eingangsgleichspannung, wie z. B. eine Spannung von 24 V, 48 V, 110 V, 230 V, mittels eines Transformators in eine oder mehrere dazu galvanisch getrennte Ausgangsspannungen zu transformieren. Die Eingangsgleichspannung kann z. B. eine gleichgerichtete Netzspannung eines 50Hz/230V-Haushaltsnetzes sein. Sie kann alternativ oder zusätzlich aus einer Batteriespannung bereitgestellt sein. Die an einer Sekundärwicklung anliegende Wechselspannung wird typischerweise in eine oder mehrere Ausgangsgleichspannungen umgewandelt. Die Ausgangsgleichspannungen werden üblicherweise auf einen vorgebbaren Ausgangsspannungswert, wie z. B. 12 V oder 48 V, geregelt und dienen zur Versorgung von elektrischen oder elektronischen Baugruppen, wie z. B. von Rechnerbaugruppen oder elektronischen Steuereinheiten.
Bei den im Folgenden betrachteten Stromversorgungseinrichtungen handelt es sich um getaktete Stromversorgungseinrichtungen, insbesondere um stromgespeiste Gegentaktwandler.
Derartige Stromversorgungseinrichtungen weisen einen Ladekreis auf, an welchen die Eingangsgleichspannung durch ansteuerbare Schalter getaktet zugeschaltet wird und welcher durch den gespeisten Ladestrom zyklisch geladen wird. Die Taktfrequenz liegt üblicherweise in einem Frequenzbereich von 20 kHz bis 200 kHz, bei besonderen Anwendungen auch darüber oder darunter. Derartige Ladekreise weisen neben einem oder mehreren ansteuerbaren Schaltern zumindest eine Ladespule, zumindest eine Freilaufdiode und gegebenenfalls Kondensatoren auf. Die Verschaltung der jeweiligen Komponenten kann auf vielfältige Weise erfolgen. Der Ladekreis kann beispielsweise einen Hochsetzsteller zum Hochsetzen der Eingangsgleichspan nung oder einen Tiefsetzsteller zum Tiefsetzen der Eingangsgleichspannung aufweisen. Bei den zuvor beschriebenen Schaltern handelt es sich vorzugsweise um schnell und verlustarm schaltende Halbleiterbauelemente, wie z. B. um MOSFET-Schalttransistoren.
Die zuvor beschriebenen Stromversorgungseinrichtungen weisen ferner einen Transformator mit typischerweise zwei Primärspulen auf. Der Transformator kann alternativ drei oder mehr Primärspulen aufweisen. Üblicherweise sind die beiden Primärspulen in Reihe geschaltet, wobei der gemeinsame Mittelabgriff zur Speisung mit dem Ladekreis, insbesondere mit der Ladespule, verbunden ist. Je ein verbleibender Anschluss der Primärspule ist typischerweise mit einem Schalttransistor als Schalter zur Rückführung des Ladestroms in den Ladekreis verbunden.
Die beiden Schalttransistoren werden beim Stand der Technik zur Erzeugung eines magnetischen Flusswechsels im Transformator und somit zur Erzeugung einer an den Sekundärspulen anliegenden Wechselspannung im Gegentakt oder leicht überlappend angesteuert. D. h., dass jeder der beiden Schalttransistoren zumindest die Hälfte einer Schaltperiode eingeschaltet ist und dass die Schalter um eine halbe Taktperiode verschoben angesteuert werden. Dadurch ist sichergestellt, dass in jedem Fall zumindest eine der Primärspulen stromführend ist. Würden hingegen beide Schalttransistoren gleichzeitig sperren, so könnte eine an der Ladespule entstehende selbstinduzierte Überspannung von bis zu mehreren 100 V aufgrund der dann fehlenden Last zur Zerstörung der Schalttransistoren führen. Aus diesem Grund weisen derartige stromgespeiste Gegentaktwandler häufig Schutzschaltungen oder Schutzbauelemente, wie z. B. Supressordioden oder Varistoren, auf.
Um eine weitere Ausgangsspannung durch die Stromversorgungseinrichtung bereitzustellen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, z. B. eine weitere Sekundärspule im Transformator vorzusehen. Eine andere Möglichkeit ist es, einen separaten DC/DC-Wandler vorzusehen, welcher eingangsseitig mit der Eingangsgleichspannung verbunden ist. Die gewünschte weitere Ausgangsgleichspannung liegt dann am Ausgang an. Die zuvor beschriebenen Maßnahmen sind jedoch aufwändig und teuer oder erlauben keine separate Regelung der weiteren Ausgangsspannung.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Umwandlung einer Eingangsgleichspannung in eine besonders zuverlässige Ausgangsspannung anzugeben.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Stromversorgungseinrichtung anzugeben, welche besonders zuverlässig die Umwandlung einer Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsspannung ermöglicht.
Darüber hinaus ist es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Stromversorgungseinrichtung anzugeben, welche auf einfache Weise eine separat geregelte weitere Ausgangsspannung bereitstellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. In den abhängigen Ansprüchen 2 bis 14 sind vorteilhafte Verfahrensvarianten angegeben.
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Stromversorgungseinrichtung, insbesondere durch einen stromgespeisten Gegentaktwandler, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Vorrichtungsvarianten sind in den abhängigen Ansprüchen 16 bis 25 angegeben.
Erfindungsgemäß werden die Schalter derart angesteuert, dass beide innerhalb der Taktperiode eine vorgebbare Sperrzeit lang gleichzeitig sperren. Eine als Folge davon in der Ladespule selbstinduzierte Induktionsspannung wird als weitere Ausgangsspannung ausgekoppelt.
Wesentlicher Gedanke der Erfindung ist, dass gezielt eine „fehlerhafte" Ansteuerung vorgenommen wird. Die aufgrund der abrupten Stromunterbrechung hervorgerufene Selbstinduktion in der Ladespule bewirkt eine Fortsetzung des Ladestroms, welcher dann die weitere Ausgangsspannung bewirkt.
Damit ist der Vorteil verbunden, dass unabhängig vom Zustand der an den Sekundärspulen anliegenden Spannungen eine davon unabhängige und somit zuverlässig generierbare weitere Ausgangsspannung bereitgestellt werden kann. Beispielsweise wirkt ein an der Sekundärspule anliegender Kurzschluss nicht auf die weitere Ausgangsspannung zurück, was insbesondere bei Stromversorgungseinrichtungen mit kurzschlussfesten Ausgangsspannungen von Vorteil ist.
Die gemeinsame Sperrzeit der beiden Schalttransistoren kann in einem Bereich bis etwa 25 %, vorzugsweise in einem Bereich bis 10 %, einer Taktperiode liegen. Die gemeinsame Sperrzeit verteilt sich vorzugsweise auf zwei einzelne Sperrzeiten je Taktperiode, wobei die Sperrzeiten jeweils um eine halbe Taktperiode auseinander liegen. Die Taktperiode ist auf eine Periode der Trafospannung bezogen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die in der Ladespule selbstinduzierte Induktionsspannung in eine potenzialfreie weitere Ausgangsspannung transformiert. Die Ladespule ist in diesem Fall Teil eines Auskoppeltransformators. Er weist zum Auskoppeln der primärseitig selbstinduzierten Induktionsspannung eine sekundärseitige Auskoppelspule auf. An der Auskoppelspule steht eine potenzialfreie, d. h. eine zur Eingangsgleichspannung sowie zu den Ausgangsspannungen galvanisch getrennte Spannung zur Verfügung.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die weitere Ausgangsspannung in eine weitere Ausgangsgleichspannung gleichgerichtet. Die Gleichrichtung erfolgt im einfachsten Fall über eine mit der Ladespule verbundene Diode. Dadurch wird der während der Sperrzeit der Schalter in der Ladespule fließende Ladestrom nahtlos von der zuletzt gespeisten Primär- Wicklung über den Gleichrichter in die zu speisende weitere Ausgangsgleichspannung ausgeleitet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die weitere Ausgangsgleichspannung gepuffert. Die Pufferung kann mittels eines Kondensators, wie z. B. mittels eines Elektrolytkondensators, erfolgen. Dadurch wird die gleichgerichtete gepulste Gleichspannung gefiltert bzw. geglättet.
In einer besonderen Ausführungsform dient die weitere Ausgangsgleichspannung zur Ladung eines Energiespeichers, wie z. B. Akkumulators oder eines hochkapazitiven Kondensators. Dadurch ist eine Pufferung der weiteren Ausgangsgleichspannung – je nach verwendetem Energiespeicher und zu versorgender elektrischer Last – für einen Zeitraum von wenigen Zehntelsekunden bis in den Minuten- oder Stundenbereich möglich.
In einer besonderen Ausführungsform wird die Eingangsgleichspannung bei Unterschreitung eines Unterspannungswertes mittels eines ansteuerbaren Einspeiseschalters aus einem durch die weitere Ausgangsgleichspannung zuvor geladenen Energiespeicher gestützt.
Dadurch kann eine unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung realisiert werden. Unterschreitet beispielsweise die Eingangsgleichspannung einen Unterspannungswert, der z. B. bei 80 ihres Nominalwertes liegt, so kann die zuvor gespeicherte Energie die Eingangsgleichspannung einspeisend unterstützen. Fällt die Eingangsgleichspannung beispielsweise komplett aus, wie z. B. aufgrund eines Ausfalls eines 50Hz/230V-Versorgungsnetzes, so kann der geladene Akkumulator oder Kondensator diese für eine gewisse Zeit ersetzen.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge wird die in der jeweiligen Sekundärspule induzierte Trafospannung in zumindest eine Ausgangsgleichspannung gleichgerichtet. Die Gleichrich tung erfolgt in vorteilhafter Weise mittels eines Brückengleichrichters.
Vorzugsweise wird die zumindest eine Ausgangsgleichspannung gepuffert, wie z. B. mittels eines Kondensators. Dadurch wird die Welligkeit der Ausgangsspannung vermindert. Zusätzlich stehen durch die Pufferung kurzzeitige Leistungsreserven am Ausgang der Stromversorgungseinrichtung zur Verfügung.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Ladespule synchron zur Taktperiode getaktet geladen. Insbesondere wird die Ladespule mittels eines ansteuerbaren Ladeschalters geladen. Somit lassen sich aus einem einzigen Taktsignal, wie z. B. aus einem Oszillatorsignal, sämtliche Ansteuersignale ableiten. „Synchron" heißt in diesem Zusammenhang, dass das Ansteuersignal für den Ladeschalter bei einer möglichen variablen Phasenlage zum Taktsignal typischerweise die doppelte Taktfrequenz aufweist. Die Frequenz des Ansteuersignals kann alternativ ein höheres geradzahliges Vielfaches der Taktfrequenz aufweisen.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge wird der Ladeschalter zur Regelung der zumindest einen Ausgangsspannung mit einem veränderbaren Tastverhältnis angesteuert. Das Tastverhältnis oder auch der Tastgrad gibt das Verhältnis der Länge des eingeschalteten Zustandes (Impulsdauer) zur Taktperiode an. Sinken beispielsweise eine oder mehrere Ausgangsspannungen, so wird das Tastverhältnis derart geändert, dass die Ladespule im Vergleich zur vorherigen Taktperiode eine längere Zeit mit dem Ladestrom geladen wird.
Alternativ oder zusätzlich können die Schalter zur Regelung der zumindest einen Ausgangsspannung und/oder deren Kurzschlussstrombegrenzung mit einer veränderbaren Taktperiode angesteuert werden. Dadurch kann die Schaltfrequenz den jeweiligen Betriebsbedingungen angepasst werden, wie z. B. durch eine niedrigere Schaltfrequenz bei einem Kurzschluss einer Ausgangsspannung.
Nach einer Ausführungsform werden die Schalter zur Regelung der weiteren Ausgangsspannung mit einer veränderbaren Sperrzeit angesteuert. Durch eine Erhöhung der Sperrzeit, d. h. des prozentualen Anteils der Sperrzeit im Verhältnis zur Taktperiode, wird ein größerer Teil der in der stromführenden Ladespule gespeicherten Energie ausgekoppelt. Diese ausgekoppelte Energie fließt z. B. als elektrischer Strom über eine Diode in einen Kondensator, an welchem die weitere Ausgangsgleichspannung zur Verfügung steht.
Im Besonderen werden die Schalter um eine halbe Taktperiode zeitversetzt zueinander im Gegentakt angesteuert. Das Tastverhältnis der Ansteuersignale ist kleiner als 50 Es liegt in einem Bereich von 25 bis 49 vorzugsweise in einem Bereich von 40 bis 45 Die zeitversetzten Ansteuersignale für die Schalter unterscheiden sich von dem in dieser Topologie bisher verwendeten Gegentaktsignal dadurch, dass sie sich, anstatt sich geringfügig zu überlappen, für eine kurze Zeit gerade nicht überlappen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden die Schalter zum Abschalten der zumindest einen Ausgangsspannung im Gleichtakt angesteuert. Dadurch heben sich die in den beiden Primärspulen erregten magnetischen Flüsse gegenseitig auf. Auf der Sekundärseite, d. h. in der zumindest einen Sekundärspule, wird keine nennenswerte Spannung induziert.
Dadurch ist in vorteilhafter Weise eine betriebliche gewünschte Abschaltung der Ausgangsspannungen oder eine Notabschaltung der Ausgangsspannungen aufgrund eines an einer Sekundärspule anliegenden Kurzschlusses möglich.
Der besondere Vorteil ist, dass trotz Abschaltung der Ausgangsspannungen die weitere Ausgangsspannung durch die weiterhin auskoppelbare Energie aus der Ladespule zur Verfügung steht. Diese kann zur Energieversorgung von essentiell notwendigen Schaltungsteilen, wie z. B. Überwachungsbausteinen oder Controllern, verwendet werden.
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine zum erfindungsgemäßen Verfahren korrespondierende Stromversorgungseinrichtung, insbesondere durch einen stromgespeisten Gegentaktwandler, gelöst. Insbesondere weist die Stromversorgungseinrichtung einen Eingang zum Anschließen der Eingangsspannung auf. Der Eingang kann z. B. Klemmen aufweisen. Die Stromversorgungseinrichtung weist weiterhin je einen Ausgang für die jeweiligen Ausgangsspannungen sowie für die weitere Ausgangsspannung auf. Der Ausgang kann z. B. Klemmen zum Anschließen der elektrischen Lasten aufweisen.
Die Stromversorgungseinrichtung kann darüber hinaus einen eingangsseitigen Gleichrichter aufweisen, so dass eine Eingangswechselspannung, wie z. B. aus einem 230V/50Hz-Haushaltsnetz, in eine Eingangsgleichspannung gleichgerichtet werden kann. Dadurch wird eine Eingangswechselspannung in eine Eingangsgleichspannung umgewandelt. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die sonst gepulste bzw. wellige Eingangsgleichspannung mittels eines Filterkondensators geglättet wird.
Die Stromversorgungseinrichtung weist üblicherweise eine Steuereinheit, wie z. B. einen Mikrocontroller, auf. Die Steuereinheit weist vorzugsweise Spannungs- oder Stromeingänge sowie Schaltausgänge zur Regelung der jeweiligen Ausgangsspannungen sowie der weiteren zumindest einen Ausgangsspannung auf. Die Steuereinheit kann einen integrierten Oszillator zur Erzeugung eines Taktsignals aufweisen. Das Taktsignal liegt vorzugsweise in einem Bereich von 50 kHz bis 1 MHz. Aus diesem Taktsignal können taktsynchron alle Schaltsignale für die beiden Schalter, für den Ladeschalter und für einen Einspeiseschalter erzeugt werden. Weiterhin kann der Einspeiseschalter mittels der Steuereinheit angesteuert werden, wenn die Eingangsgleichspannung unter einen vorgegebenen Spannungswert gefallen ist. Somit ist gegebenenfalls eine Einspeisung aus einem durch die weitere Ausgangsgleichspannung geladenen Energiespeicher zur Stützung der Eingangsgleichspannung möglich. Die Steuereinheit kann weiterhin Regelkreise zur Regelung der Ausgangsspannungen und/oder der zumindest einen weiteren Ausgangsspannung aufweisen. Die Regelkreise können in Form von Softwareroutinen oder in Hardware realisiert sein.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der Erfindung werden im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen Schaltplan eines beispielhaften stromgespeisten Gegentaktwandlers nach dem Stand der Technik,
2 beispielhaft ein Zeitdiagramm der Ansteuersignale für die Schalter und den Ladeschalter des Gegentaktwandlers gemäß 1 sowie zugehörige Stromverläufe der Ströme iL, i1, i2 und iS,
3 beispielhaft ein Schaltungsprinzip für eine erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung,
4 einen Schaltplan eines beispielhaften stromgespeisten Gegentaktwandlers gemäß der Erfindung,
5 beispielhaft ein Zeitdiagramm der Ansteuersignale für die Schalter und den Ladeschalter des erfindungsgemäßen Gegentaktwandlers gemäß 4 sowie zugehörige Stromverläufe der Ströme,
6 einen Schaltplan eines beispielhaften stromgespeisten Gegentaktwandlers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung und
7 einen Schaltplan eines beispielhaften stromgespeisten Gegentaktwandlers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt einen Schaltplan eines beispielhaften stromgespeisten Gegentaktwandlers SV nach dem Stand der Technik.
Im linken Teil der 1 ist ein Eingang E zum Anschließen einer einzuspeisenden Eingangsgleichspannung UE zu sehen. Mit dem Bezugszeichen KL1, KL2 sind Anschlussklemmen bezeichnet. Die obere Klemme KL1 liegt beispielhaft auf einem positiven Spannungspotenzial, die untere Klemme KL2 auf einem Bezugspotenzial, wie z. B. auf einem Massepotenzial M.
Im rechten Teil der 1 ist ein Ausgang A zu sehen, an dem eine Ausgangsgleichspannung UA anliegt. Im Beispiel der 1 werden weitere Ausgangsspannungen UH1, UH2 bereitgestellt. Eine davon wird aus einer weiteren Sekundärspule W4 im Transformator K erzeugt. Diese erste weitere Ausgangsspannung UH1' wird mittels eines Gleichrichters G in eine erste weitere Ausgangsgleichspannung UH1 gleichgerichtet und mittels eines Kondensators C gefiltert, d. h. geglättet. Im Beispiel der 1 ist noch eine weitere Möglichkeit zur Bereitstellung einer weiteren Ausgangsspannung UH2 dargestellt. Hierbei wird ein separater DC/DC-Wandler WA verwendet, welcher eingangsseitig mit der Eingangsgleichspannung UE verbunden ist. Ausgangsseitig liegt die zweite weitere und bereits gleichgerichtete Ausgangsgleichspannung UH2 am Ausgang A an.
Im linken mittleren Bereich der 1 ist ein beispielhafter getakteter Ladekreis LK zu sehen, welcher aus einem Ladetransistor SL als Schalter, aus einer Freilaufdiode D sowie aus einer Ladespule L, wie z. B. einer Speicherdrossel, gebildet ist. Die zuvor genannten Bauelemente SL, D, L sind beispielhaft in einem Stern geschaltet. Die Freilaufdiode D führt einen von der Eingangsgleichspannung UE gespeisten Ladestrom iL weiter, wenn der Schalttransistor SL sperrend angesteuert ist. Der Schalttransistor SL ist beispielhaft ein MOSFET und insbesondere, wie in 1 gezeigt, ein selbstsperrender N-Kanal-MOSFET. Der Schalttransistor SL weist ein Steuergate auf, welches über eine Steuereinheit SE der Stromversorgungseinrichtung SV mit einer Steuerspannung UGL zum Durchschalten des Ladeschalters L angesteuert werden kann.
Im mittleren Teil der 1 ist ein Transformator bzw. Übertrager K zu sehen. Der Transformator K ist bezüglich seines Aufbaus und der verwendeten Materialien so beschaffen, dass er bei der verwendeten Taktfrequenz, insbesondere in einem Bereich von 20 kHz bis 200 kHz, mit einem hohen Wirkungsgrad elektrische Energie von einer Primärseite zu einer Sekundärseite potenzialfrei übertragen kann. Der Transformator K weist auf der Primärseite beispielhaft zwei Primärspulen W1, W2 auf. Er weist auf der Sekundärseite beispielhaft zwei Sekundärspulen W3, W4 auf, an welchen die zuvor beschriebenen Ausgangsspannungen UA', UH1' anliegen. Die beiden Primärspulen W1, W2 sind in Reihe geschaltet, wobei die Primärspulen W1, W2 einen Mittelabgriff MA aufweisen, der zur Einspeisung des Ladestroms iL mit dem Ladekreis LK verbunden ist. Im Beispiel der 1 ist der Mittelabgriff MA direkt mit der Ladespule L des Ladekreises LK verbunden. Die beiden verbleibenden Anschlüsse der Primärspulen W1, W2 sind mit je einem Schalttransistor S1, S2 verbunden.
Die gezeigten Schalttransistoren S1, S2 sind beispielhaft selbstsperrende N-Kanal-MOSFET. Anstelle der unipolaren Halbleiterbauelemente können auch bipolare Halbleiterbauelemente, wie z. B. Bipolar-Transistoren, verwendet werden. Im Beispiel der 1 sind die verbleibenden Anschlüsse der Primärspulen W1, W2 mit einem so genannten „Drain"-Eingang der Schalttransistoren S1, S2 verbunden. Der jeweilige so genannte „Source"-Eingang der Schalttransistoren S1, S2 liegt auf dem Massepotenzial M. Über dieses fließt der Ladestrom iL zurück in den Ladekreis LK.
Die jeweiligen Steueranschlüsse der Schalttransistoren S1, S2 sind mit der Steuereinheit SE verbunden. Die beiden Steueranschlüsse werden mit je einem Ansteuersignal UG1, UG2 angesteuert, so dass die beiden Schalttransistoren S1, S2 im Gegentakt betrieben werden. Auf diese Weise wird z. B. während der ersten halben Taktperiode die erste Primärspule W1 von dem Ladestrom iL durchflossen. Dadurch bildet sich im Transformator K ein magnetischer Fluss mit einer ersten Flussrichtung aus. Während der zweiten halben Taktperiode wird die zweite Primärspule W2 von dem Ladestrom iL durchflossen. Dadurch bildet sich im Transformator K ein magnetischer Fluss mit einer zweiten entgegengesetzten Flussrichtung aus. Auf der Sekundärseite wird dadurch in den Sekundärspulen W3, W4 ein Wechselstrom induziert.
Zur Vermeidung von in der Ladespule L durch Selbstinduktion generierten Spannungsspitzen erfolgt die Ansteuerung der beiden Schalttransistoren S1, S2 leicht überlappend, so dass immer zumindest eine der beiden Primärspulen W1, W2 stromführend ist.
2 zeigt beispielhaft ein Zeitdiagramm der Ansteuersignale UGL, UG1, UG2 für die Schalter S1, S2 und den Ladeschalter SL des Gegentaktwandlers SV gemäß 1 sowie zugehörige Stromverläufe der Ströme iL, i1, i2 und iS.
Im oberen Teil der 2 ist der Ladezyklus der Ladespule L zu sehen. Während einer ersten Phase V1, d. h. bei angesteuertem Ladeschalter SL, wird die Ladespule L mit dem Ladestrom iL geladen. Während der zweiten Phase V2 wird die Ladespule L entladen. In korrespondierender Weise nimmt der Ladestrom iL in der ersten Phase V1 zu und danach in der zweiten Phase V2 ab. Der Strommittelwert des Ladestroms iL kann dadurch erhöht werden, dass die erste Phase V1 relativ zur zweiten Phase V2 erhöht wird. Das Verhältnis von der ersten Phase V1 zu der Summe aus erster und zweiter Phase V1, V2 ist das Tastverhältnis. Dieses kann zur Regelung der Ausgangsspannungen UA', UH1' bzw. der Ausgangsgleichspannungen UA, UH1 und/oder deren Kurzschlussstrombegrenzung verändert werden. Im Beispiel der 2 dauern die beiden Phasen V1, V2 zusammen eine halbe Taktperiode T1, T2 lang an.
Weiterhin sind in 2 die beiden Ansteuersignale UG1, UG2 zu sehen. Beide Ansteuersignale UG1, UG2 sind gegenphasig zueinander. Sie überlappen sich – wenn auch in der Darstellung gemäß 2 nicht direkt erkennbar – geringfügig, so dass immer zumindest ein Schalttransistor S1, S2 durchgeschaltet und somit leitend ist. Die Ansteuerung der Schalttransistoren S1, S2 im Gegentakt bewirkt, dass der Strom iL während der ersten Hälfte T1 der Taktperiode T als Strom i1 den Schalttransistor 51 durchfließt, während er in der zweiten Hälfte T2 der Taktperiode T den Schalttransistor S2 als Strom i2 durchfließt.
Mit iS ist der auf der Sekundärseite des Transformators K induzierte Strom bezeichnet. Der Strom iS ist ein Wechselstrom.
3 zeigt beispielhaft ein Schaltungsprinzip für eine erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung SV.
Im linken Teil der 3 ist wiederum ein Eingang E zur Einspeisung der Eingangsgleichspannung UE zu sehen. An einem Ausgang A im rechten Teil der 3 liegen beispielhaft eine Ausgangsgleichspannung UA sowie eine weitere Ausgangsgleichspannung UH an. Beide Ausgangsgleichspannungen UA, UH werden mittels eines Spannungsaufbereitungsblocks AB aus einer als Wechselspannung vorliegenden Ausgangsspannung UA', UH' gebildet. Der Spannungsaufbereitungsblock AB kann nicht weiter bezeichnete Dioden oder Brückengleichrichter zur Gleichrichtung sowie Kondensatoren zur Pufferung und Glättung aufweisen.
Im linken Teil der 3 ist ein getakteter Ladekreis LK zu sehen. Er weist zumindest eine Induktivität L, einen Gleichrichter DH und einen getaktet ansteuerbaren Schalter SL auf. Die Komponenten L, D, SL können in unterschiedlichen, dem Fachmann bekannten Schaltungstopologien angeordnet sein.
Im mittleren Teil der 3 ist ein Transformator K mit zwei Primärspulen W1, W2 und mit beispielhaft nur einer Sekundärspule W3 zu sehen. Es können alternativ auch mehr als zwei Primärspulen, wie z. B. drei oder vier, vorhanden sein. Alternativ können auch mehrere Sekundärspulen, wie z. B. zwei oder drei, vorhanden sein. Die Verschaltung der Primärspulen W1, W2 entspricht der in 1 gezeigten.
Wesentlich ist, dass eine an der Induktivität L bzw. an der Ladespule des Ladekreises LK selbstinduzierte Induktionsspannung als weitere Ausgangsspannung UH' ausgekoppelt wird. Die Selbstinduktion wird erfindungsgemäß durch eine gezielte „fehlerhafte" Ansteuerung der Schalter S1, S2 bewirkt, so dass beide innerhalb einer Taktperiode T eine vorgebbare Sperrzeit TV1, TV2 lang gleichzeitig sperren. Die aufgrund der abrupten Stromunterbrechung hervorgerufene Selbstinduktion in der Ladespule L bewirkt eine Fortsetzung des fließenden Ladestroms, welcher dann die weitere Ausgangsspannung UH' bewirkt. Die zeitlich genaue Ansteuerung der Schalter S1, S2 kann, wie in 3 gezeigt, mittels einer Steuereinheit SE, wie z. B. mittels eines Mikrocontrollers, bewerkstelligt werden. Dies ist durch einen im gezeichneten Kasten der Steuereinheit SE gezeigten Signalverlauf symbolisiert.
4 zeigt einen Schaltplan eines beispielhaften stromgespeisten Gegentaktwandlers SV gemäß der Erfindung.
Der schaltungstechnische Aufbau des gezeigten Gegentaktwandlers SV unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten dadurch, dass beispielhaft nur eine einzige Sekundärspule W3 für eine Ausgangsgleichspannung UA vorhanden ist. Es fehlt die zweite Sekundärspule W4 zur Bereitstellung einer weiteren ersten Ausgangsspannung UH1' sowie die alternative Bereitstellung der weiteren zweiten Ausgangsgleichspannung UH2 mittels eines DC/DC-Wandlers. Stattdessen erfolgt die Bereitstellung der weiteren Ausgangsspannung bzw. der weiteren Ausgangsgleichspannung UH dadurch, dass die an der Ladespule L selbstinduzierte Induktionsspannung über die Diode DH ausgekoppelt wird. Der Kondensator CH dient zur Glättung der ausgekoppelten Ausgangsgleichspannung UH.
Üblicherweise liegt an dem Mittelabgriff MA der Stromversorgungseinrichtung SV eine mittlere Spannung UL an. Zum mög lichen Auskoppeln eines Teils der in der Ladespule L gespeicherten Energie müssen die Sperrzeiten TV1, TV2 der Schalter S1, S2 eine gewisse Mindestzeit aufweisen. Wenn beide Schalter S1, S2 sperren, wird durch die Selbstinduktion die Spannung UL kurzfristig angehoben, so dass ein Aufladestrom iH zur Aufrechterhaltung der weiteren Ausgangsgleichspannung UH bzw. zum Aufladen des Kondensators CH über die Diode DH fließen kann. Dadurch, dass die Spannung UL nach Sperrung der Schalter S1, S2 durch die Diode DH auf die am Kondensator CH anliegende Spannung „geklemmt" wird, entstehen keine hohen Überspannungen, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist.
Zur Regelung der weiteren Ausgangsspannung UH' oder der weiteren Ausgangsgleichspannung UH und/oder deren Kurzschlussstrombegrenzung können die Schalter S1, S2 mit einer veränderbaren Sperrzeit TV1, TV2 angesteuert werden. Der maximale mögliche Spannungswert der weiteren Ausgangsgleichspannung UH wird durch die Spannungsfestigkeit der verwendeten Bauelemente, insbesondere der Schalter S1, S2, der Diode DH und des Kondensators CH bestimmt.
Analog zum Gegentaktwandler SV nach dem Stand der Technik wird die Ladespule L mittels eines ansteuerbaren Ladeschalters SL insbesondere taktsynchron geladen. Er kann zur Regelung der Ausgangsspannung UA' bzw. der Ausgangsgleichspannung UA mit einem veränderbaren Tastverhältnis und/oder mit einer veränderbaren Taktperiode T (bzw. Taktfrequenz) angesteuert werden.
Zur Regelung der Ausgangsspannung UA', UA sowie der weiteren Ausgangsspannung UH', UH weist die Steuereinheit SE entsprechende Spannungseingänge bzw. Reglereingänge zum Vergleich dieser Spannungen UA', UA, UH', UH mit intern vorgegebenen bzw. vorgebbaren Vergleichsspannungen auf.
5 zeigt beispielhaft ein Zeitdiagramm der Ansteuersignale UGL, UG1, UG2 für die Schalter S1, S2 und den Ladeschalter SL des erfindungsgemäßen Gegentaktwandlers SV gemäß 4 sowie zugehörige Stromverläufe der Ströme iL, i1, i2, iH und iS.
Im oberen Teil der 5 ist der Ladezyklus der Ladespule L zu sehen. Dieser stimmt mit dem im Beispiel der 2 gezeigten Ladezyklus überein.
Unterhalb des zeitlichen Verlaufs des Ladezyklusses sind die beiden Ansteuersignale UG1, UG2 zu sehen. Im Vergleich zu 2 überlappen sich die Ansteuerzeiten der beiden Signale UG1, UG2 nicht. Die entsprechenden Zeitabschnitte sind mit dem Bezugszeichen TV1 und TV2 bezeichnet. Innerhalb der Zeitabschnitte bzw. der Sperrzeiten TV1, TV2 sperren die beiden Schalter S1, S2 und es wird ein Aufladestrom iH ausgekoppelt. Der Aufladestrom iH steht daher im Vergleich zum Beispiel 2 nicht zur Erregung der beiden Primärspulen W1, W2 über die Schalter S1, S2 zur Verfügung. Die fehlende Energie kann durch eine Änderung des Tastverhältnisses des Ansteuersignals UGL des Ladeschalters SL ausgeregelt werden. Die zugehörigen Ströme i1, i2 weisen während der Sperrzeiten TV1, TV2 den Stromwert null auf. Durch die Auskopplung nimmt auch der Ladestrom iL ab. In der jeweiligen darauf folgenden Einschaltzeit des Ladeschalters SL wird die Ladespule L wieder nachgeladen.
Wie die 5 weiterhin zeigt, weist der sekundärseitig induzierte Strom iS eine zu den Sperrzeiten TV1, TV2 korrespondierende Induktionslücke auf. In dieser Zeit ist die Stromstärke des sekundärseitigen Stroms iS nahezu null.
Die 5 zeigt weiterhin, dass die Schalter S1, S2 um eine halbe Taktperiode T1, T2 zeitversetzt, d. h. um 180° phasenversetzt, zueinander angesteuert werden. Das Tastverhältnis jedes der Ansteuersignale UG1, UG2 weist einen auf die Taktperiode T bezogenen Wert von weniger als 50 % auf. Im Beispiel der 5 liegt das Tastverhältnis bei ca. 45 %. Wie die 5 weiter zeigt, sind sowohl das Ladeschalter-An steuersignal UGL für den Ladeschalter SL als auch die beiden Schalter-Ansteuersignale UG1, UG2 synchron zur Taktperiode T.
6 zeigt einen Schaltplan eines beispielhaften stromgespeisten Gegentaktwandlers SV gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
6 unterscheidet sich vom erfindungsgemäßen Gegentaktwandler SV dadurch, dass die Ladespule L transformatorisch mit einer Auskoppelspule LA verbunden ist. Die Ladespule L sowie die Auskoppelspule LA bilden zusammen einen Auskoppeltransformator KH. Erfindungsgemäß wird die in der Ladespule L selbstinduzierte Induktionsspannung in eine potenzialfreie weitere Ausgangsspannung UH' transformiert. Die vorliegende erste Ausführungsform weist neben der galvanischen Trennung zur Eingangsgleichspannung UE den weiteren Vorteil auf, dass die Höhe der weiteren Ausgangsspannung UH' über eine Festlegung des Übersetzungsverhältnisses der Windungsanzahl der Lade- und Auskoppelspule L, LA bestimmt werden kann.
Weiterhin wird im Beispiel der 6 die weitere Ausgangsspannung UH' mittels einer Diode DH gleichgerichtet und mittels eines Kondensators CH gepuffert, so dass eine geglättete weitere Ausgangsgleichspannung UH am Ausgang A des Gegentaktwandlers SV zur Verfügung steht.
7 zeigt einen Schaltplan eines beispielhaften stromgespeisten Gegentaktwandlers SV gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
7 unterscheidet sich vom erfindungsgemäßen Gegentaktwandler SV dadurch, dass ein Akkumulator AK parallel zu der gleichgerichteten und gefilterten weiteren Ausgangsgleichspannung UH geschaltet ist. Der zur Glättung der Ausgangsgleichspannung UH vorhandene Kondensator CH ist nicht zwingend erforderlich und kann gegebenenfalls entfallen. Der Akkumulator AK kann über die weitere Ausgangsgleichspannung UH aufgeladen werden. Der Aufladevorgang erfolgt vorzugsweise geregelt, so dass keine Überladung des Akkumulators AK stattfindet. Hierzu steuert die Steuereinheit SE die beiden Schalter S1, S2 derart an, dass die weitere Ausgangsgleichspannung UH einen vorgegebenen Ladespannungsgrenzwert nicht übersteigt.
Weiterhin weist die Stromversorgungseinrichtung SV einen Einspeiseschalter SU zum Stützen der Eingangsgleichspannung UE auf, welcher mittels der Steuereinheit SE ansteuerbar ist, wenn die Eingangsgleichspannung UE einen vorgebbaren Unterspannungswert unterschreitet. Im Beispiel der 7 ist der Schalter SU ein selbstsperrender P-Kanal-MOSFET. Der „Source"-Anschluss des Einspeiseschalters SU ist mit dem Pluspol des Akkumulators verbunden. Die ebenfalls an diesem Schaltungspunkt angeschlossene Ausgangsklemme KL3 kann entfallen, wenn die weitere Ausgangsgleichspannung nicht anderweitig als unten beschrieben verwendet wird. Der „Drain"-Anschluss des Einspeiseschalters SU ist dem Ladeschalter SL vorgeschaltet. Ein Steuergate des Einspeiseschalters SU wird durch die Steuereinheit SE zum Durchschalten angesteuert, wenn die Eingangsgleichspannung UE einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Dadurch ist im Sinne einer unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung ein Weiterbetrieb der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung SV für eine gewisse Zeit, d. h. bis zum Erreichen des Entladezustandes des Akkumulators AK, möglich. Vorzugsweise erfolgt in diesem Betriebszustand keine Ansteuerung der Schalter S1, S2 derart, dass beide gleichzeitig sperren und der Akkumulator AK über die Auskopplung der selbstinduzierten Induktionsspannung geladen wird. Sollte zwischenzeitlich die Eingangsgleichspannung UE wieder verfügbar sein, so stellt dies die Steuereinheit SE über den entsprechenden Spannungseingang für die Eingangsgleichspannung UE fest. Die Steuereinheit SE steuert die Schalter 51, S2 wiederum derart an, dass der Akkumulator AK über die weitere Ausgangsgleichspannung UH wieder aufgeladen wird.
Im Beispiel der 7 ist zwischen dem Ladeschalter SL und dem Einspeiseschalter SU sowie zwischen der Eingangsgleichspannung UE eine Sperrdiode DS geschaltet. Diese sorgt vorteilhaft dafür, dass kein Strom während der Einspeisung durch den Akkumulator AK zur einspeisenden Spannungs- oder Stromquelle fließen kann.
In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform können die Schalter S1, S2 zum Abschalten der zumindest einen Ausgangsspannung UA' oder Ausgangsgleichspannung UA im Gleichtakt angesteuert werden. In diesem Falle können die beiden Schalter S1, S2 mit demselben Ansteuersignal UG1 oder UG2 angesteuert werden. Durch die im Vergleich zum Normalbetrieb um 180° phasenversetzte Ansteuerung der Schalter S1, S2 heben sich die in den beiden Primärspulen W1, W2 erregten magnetischen Flüsse gegenseitig auf. Auf der Sekundärseite, d. h. in der zumindest einen Sekundärspule W3, wird keine nennenswerte Spannung UA' induziert.
Dadurch ist in vorteilhafter Weise eine betrieblich gewünschte Abschaltung oder eine aufgrund eines an einer Sekundärspule W3 anliegenden Kurzschlusses erforderliche Abschaltung möglich. Unabhängig davon ist eine Regelung des Überlast- oder Kurzschlussstromes wie beim Stand der Technik über das Tastverhältnis des Ladeschalters SL möglich.
Der besondere Vorteil ist, dass trotz Abschaltung der zumindest einen Ausgangsspannung UA' bzw. Ausgangsgleichspannung UA weiterhin die weitere Ausgangsspannung UH' bzw. die weitere Ausgangsgleichspannung UH durch die weiterlaufende Auskopplung von elektrischer Energie aus der Ladespule L zur Verfügung steht. D. h., dass die im Gleichtakt angesteuerten Schalter S1, S2 gemeinsam sperren. Während der gemeinsamen Sperrzeit TV1, TV2 erfolgt die Auskopplung der in der Ladespule L selbstinduzierten Spannung. Sie kann als weitere Ausgangsspannung UH' bzw. als Ausgangsgleichspannung UH z. B. zur Energieversorgung von essentiell notwendigen Schaltungs teilen, wie z. B. Überwachungsbausteinen oder Controllern, verwendet werden.

Claims

Verfahren zur Umwandlung einer Eingangsspannung oder einer aus dieser abgeleiteten Eingangsgleichspannung (UE) in zumindest eine Ausgangsspannung (UA') mittels eines Transformators (K), wobei der Transformator (K) zumindest zwei Primärspulen (W1, W2) und zumindest eine Sekundärspule (W3, W4) aufweist, wobei eine Ladespule (L) eines mit der Eingangsgleichspannung (UE) verbundenen Ladekreises (LK) getaktet mit einem Ladestrom (iL) gespeist wird, wobei die Primärspulen (W1, W2) über zwei getaktet angesteuerte Schalter (S1, S2) abwechselnd mit dem Ladestrom (iL) erregt werden, wobei eine in der jeweiligen Sekundärspule (W3, W4) induzierte Trafospannung als die zumindest eine Ausgangsspannung (UA') ausgegeben wird und wobei innerhalb einer auf die Trafospannung (UA') bezogenen Taktperiode (T) jeder der beiden Schalter (S1, S2) zumindest einmal leitend ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (S1, S2) derart angesteuert werden, dass beide innerhalb der Taktperiode (T) eine vorgebbare Sperrzeit (TV1, TV2) lang gleichzeitig sperren, und dass eine als Folge davon in der Ladespule (L) selbstinduzierte Induktionsspannung als weitere Ausgangsspannung (UH') ausgekoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Ladespule (L) selbstinduzierte Induktionsspannung in eine potenzialfreie weitere Ausgangsspannung (UH') transformiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Ausgangsspannung (UH') in eine weitere Ausgangsgleichspannung (UH) gleichgerichtet (DH) wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Ausgangsgleichspannung (UH) gepuffert (CH) wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsgleichspannung (UE) bei Unterschreitung eines Unterspannungswertes mittels eines ansteuerbaren Einspeise schalters (SU) aus einem durch die weitere Ausgangsgleichspannung (UH) geladenen Energiespeicher gestützt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der jeweiligen Sekundärspule (W3, W4) induzierte Trafospannung (UA') in zumindest eine Ausgangsgleichspannung (UA) gleichgerichtet (G) wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Ausgangsgleichspannung (UA) gepuffert (C) wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladespule (L) synchron zur Taktperiode (T) getaktet geladen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladespule (L) mittels eines ansteuerbaren Ladeschalters (SL) geladen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeschalter (SL) zur Regelung der zumindest einen Ausgangsspannung (UA') mit einem veränderbaren Tastverhältnis angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (S1, S2) zur Regelung der zumindest einen Ausgangsspannung (UA') und/oder deren Kurzschlussstrombegrenzung mit einer veränderbaren Taktperiode (T) angesteuert werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (S1, S2) zur Regelung der weiteren Ausgangsspannung (UH') mit einer veränderbaren Sperrzeit (TV1, TV2) angesteuert werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (S1, S2) um eine halbe Taktperiode (T1, T2) zeitversetzt zueinander im Gegentakt angesteuert werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (S1, S2) zum Abschalten der zumindest einen Ausgangsspannung (UA') im Gleichtakt angesteuert werden.
Stromversorgungseinrichtung, insbesondere stromgespeister Gegentaktwandler, – wobei die Stromversorgungseinrichtung einen Eingang (E) für eine Eingangsspannung oder für eine aus dieser abgeleiteten Eingangsgleichspannung (UE) und einen Ausgang (A) für zumindest eine Ausgangsspannung (UA') aufweist, – wobei die Stromversorgungseinrichtung einen Transformator (K) mit zumindest zwei Primärspulen (W1, W2) und zumindest einer Sekundärspule (W3, W4) aufweist, – wobei die Stromversorgungseinrichtung einen von der Eingangsgleichspannung (UE) getaktet speisbaren Ladekreis (LK) mit zumindest einer Ladespule (L), einer Freilaufdiode (D) und einem ansteuerbaren Ladeschalter (SL) aufweist, – wobei der Ladekreis (LK) mit einem ersten Ausgang mit einem ersten Anschluss der Primärspulen (W1, W2) verbunden ist, – wobei je ein zweiter Anschluss der Primärspulen (W1, W2) über je einen getaktet ansteuerbaren Schalter (S1, S2) mit einem zweiten Ausgang des Ladekreises (LK) verbunden ist, – wobei die Stromversorgungseinrichtung eine Steuereinheit (SE) zum Ansteuern des Ladeschalters (SL) und zum Ansteuern der beiden Schalter (S1, S2) aufweist, so dass jeder der beiden Schalter (S1, S2) innerhalb einer auf eine Trafospannung (UA') bezogenen Taktperiode (T) zumindest einmal leitend ist, dadurch gekennzeichnet, – dass die Schalter (S1, S2) derart durch die Steuereinheit (SE) ansteuerbar sind, dass beide innerhalb der Taktperiode (T) eine vorgebbare Sperrzeit (TV1, TV2) lang gleichzeitig sperren, und – dass eine als Folge davon in der Ladespule (L) selbstinduzierte Induktionsspannung als weitere Ausgangsspannung (UH') auskoppelbar ist.
Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungseinrichtung einen Koppeltransformator (KH) mit der Ladespule (L) und einer Auskoppelspule (LA) zum Transformieren der selbstinduzierten Induktionsspannung in eine potenzialfreie weitere Ausgangsgleichspannung (UH') aufweist.
Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladespule (L), die Auskoppelspule (LA) oder zumindest eine Sekundärspule (W3, W4) mit einem Gleichrichter (DH, G) verbunden sind.
Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichter (DH, G) einen Pufferspeicher (CH, C) aufweisen.
Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungseinrichtung einen Einspeiseschalter (SU) zum Stützen der Eingangsgleichspannung (UE) aufweist, welcher mittels der Steuereinheit (SE) selbsttätig ansteuerbar ist, wenn die Eingangsgleichspannung (UE) einen vorgebbaren Unterspannungswert unterschreitet.
Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeschalter (SL) durch die Steuereinheit (SE) synchron mit der Taktperiode (T) getaktet ansteuerbar ist.
Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (SE) mindestens einen Spannungseingang zur Erfassung und Regelung der Ausgangsspannungen (UA, UA') und der weiteren Ausgangsspannungen (UH, UH') aufweist.
Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (S1, S2) mittels der Steuereinheit (SE) zur Regelung der Ausgangsspannung (UA') und/oder deren Kurzschlussstrombegrenzung mit einem veränderbaren Tastverhältnis und/oder mit einer veränderbaren Taktperiode (T) ansteuerbar sind.
Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (S1, S2) mittels der Steuereinheit (SE) mit einer veränderbaren Sperrzeit (TV1, TV2) zur Regelung der weiteren Ausgangsspannung (UH') oder der weiteren Ausgangsgleichspannung (UH) im Gegentakt ansteuerbar sind.
Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (S1, S2) mittels der Steuereinheit (SE) zum Abschalten der zumindest einen Ausgangsspannung (UA') im Gleichtakt ansteuerbar sind.
Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (S1, S2) und/oder der Ladeschalter (SL) Halbleiterschalter sind.