-
Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zum Bereitstellen einer Spannung,
eine elektronische Schaltung, ein Verfahren, Einspeisegerät und Vorrichtung
zur berührungslosen
Energieversorgung.
-
Elektronische
Schalter vom Typ MOSFET sind bekannt. Diese sind allerdings nur
bis zu einer maximalen Sperrspannung oder Blockierspannung einsetzbar.
Beispielsweise beträgt
diese 600 V.
-
Bei
JP 01190266 sind zwei seriell
geschaltete Tiefsetzsteller gezeigt, die durch eine Wechselspannungsquelle
und einen Gleichrichter versorgt werden. Dadurch ist allein durch
die Art der Speisung sichergestellt, dass sich die Gesamteingangsspannung
auf beide Eingangsteilspannungen gleichermaßen aufteilt. Nachteilig ist
dabei, dass das Mittelpunktspotential C mit der Spannungsversorgung
verbunden sein muss. Somit wird die Spannungsbeanspruchung der verwendeten
Halbleiter gering gehalten.
-
Aus
der
DE 102004 043 609 ist
ein weiterer Gleichspannungswandler anstelle einer Tiefsetzstelleranordnung
bekannt, um diese ein- und ausgangsseitig in Serie zu schalten.
-
Aus
der
US 5 892 675 ist
eine Serienschaltung zweier Tiefsetzsteller bekannt, die nur eine
Verbindung zum positiven und eine zum negativen Anschluss der Spannungsversorgung
15 aufweist. Die Spannungsteilung erfolgt durch zwei in Serie geschaltete
Kondensatoren. Nachteilig ist dabei, dass durch die unvermeidbaren
Differenzen der Einschaltdauern der Transistoren des Tiefsetzstellers
eine Drift des Mittelpunktspotentials erfolgt.
-
Aus
der
US 5 932 995 ist
eine Anordnung bekannt, bei der zwei seriell geschaltete Tiefsetzsteller nur
eine Verbindung zum positiven und eine zum negativen Anschluss der
Spannungsversorgung aufweisen. Des Weiteren sind Maßnahmen
zur Vermeidung der Drift des Mittelpunktspotentials getroffen. Die
Maßnahmen
umfassen eine magnetische Kopplung der Tiefsetzstellerinduktivitäten in Verbindung mit
einer möglichst
gleichzeitigen Ansteuerung beider Tiefsetzstellertransistoren. Nachteilig
ist dabei, dass auch die Ausgangsspannung in zwei Teilspannungen
geteilt sein muss und das eingangsseitige und das ausgangsseitige
Mittelpunktspotential verbunden sein müssen. Da bei einer direkten
Verbindung, wie beispielsweise nach der dortigen
3, unerwünschte Schwingungen
möglich
sind, wird ein Widerstand R1 gemäß der dortigen
4 vorgesehen
zur Bedämpfung
der Schwingungen. Nachteilig ist dabei, dass Verlustleistung im
Widerstand umgesetzt wird und eine Induktivität mit zwei Wicklungen und aufwendiger
Isolierung der Wicklungen gegeneinander notwendig ist.
-
Wie
in Spalte 4, Zeile 4 des Anspruches 1 der
US 5 932 995 auch betont, werden die
IGBT-Schalter der Tiefsetzschaltungen während derselben Zeit eingeschaltet.
Somit sind also die Einschaltzeitpunkte und Ausschaltzeitpunkte
gleich, wie auch die beiden Einschaltzeitdauern. Denn die Schalter werden
völlig
synchron betrieben. Dabei wird außerdem in Spalte 3, Zeile 66
bis Spalte 4 Zeile 2 und auch Spalte 1, Zeile 62ff und Spalte 3,
Zeile 46 gelehrt, dass eine magnetische Kopplung der Induktivitäten wesentlich
ist. Denn die Koppelung bewirkt ein ungefähres Erreichen der angestrebten
Halbierung der Ausgangsspannung bei n3.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und
ein Verfahren weiterzubilden, wobei Schalter verwendbar sind, deren
Sperrspannung oder Blockierspannung kleiner ist als eine Eingangsspannung.
-
Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe bei der Anordnung zum Bereitstellen einer Spannung nach den
in Anspruch 1 oder 19, eine elektronische Schaltung nach den in
Anspruch 25, ein Verfahren nach den in Anspruch 27, Einspeisegerät nach den
in Anspruch 30 und Vorrichtung zur berührungslosen Energieversorgung
nach den in Anspruch 31 angegebenen Merkmalen gelöst.
-
Wichtige
Merkmale der Erfindung bei der Anordnung sind, dass sie zum Bereitstellen
einer Spannung vorgesehen ist,
wobei eine unipolare Spannung
als Versorgungsspannung vorgesehen ist,
wobei ein erster steuerbarer
Schalter einen eingangsseitig eintretenden Strom bestimmt, der einer ersten
Induktivität
zuführbar
ist, aus der ein ausgangsseitiger Strom austritt,
wobei der
ausgangsseitig eintretende Strom einer zweiten Induktivität zugeführt wird,
der einem zweiten steuerbaren Schalter zuführbar ist, der den eingangsseitig
austretenden Strom bestimmt,
wobei der ersten Induktivität eine erste
Freilaufdiode zugeordnet ist, die zwischen der ersten Induktivität und einem
Potential angeordnet ist, das durch Teilung der Versorgungsspannung
erzeugt ist,
wobei der zweiten Induktivität eine zweite Freilaufdiode
zugeordnet ist, die zwischen der zweiten Induktivität und dem
Potential angeordnet ist, das durch Teilung der Versorgungsspannung
erzeugt ist.
-
Von
Vorteil ist dabei, dass als Versorgungsspannung eine Spannung verwendbar
ist, die höher ist
als die maximal zulässige
Sperrspannung oder Blockierspannung des Schalters. Denn vorteiligerweise
werden mindestens zwei Schalter vorgesehen, so dass die zu sperrende
Spannung aufteilbar ist auf zwei Schalter.
-
Insbesondere
ist eine Ansteuerung zum pulsweitenmodulierten Betrieb der Schalter
vorgesehen, die einen Regler umfasst, welcher als Eingangsgröße die Differenz
der Teilspannungen der Versorgungsspannung oder die Abweichung des
Istwertes des Potentials von einem Sollpotentialwert aufweist,
wobei
der Regler, insbesondere in jeder Pulsweitenmodulationsperiode,
zumindest die jeweiligen Ausschaltzeitpunkte der beiden Schalter
unterschiedlich stellt. Somit wird die Aufteilung der Eingangsspannung
unabhängig
regelbar von der Regelung der Ausgangsspannung.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung bestimmt der Regler, insbesondere
in jeder Pulsweitenmodulationsperiode, die jeweiligen Einschaltzeitpunkte
der beiden Schalter als gleichzeitig. Er stellt also die Einschaltzeitpunkte
derart, dass sie den gleichen Zeitpunkt zugeordnet sind. Vorteiligerweise
ist somit auch im Lückbetrieb
ermöglicht,
dass die Differenz der Ausschaltzeitpunkte voll wirksam ist für die Regelung.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Regler einen Spannungsregler
(U_A-Regler), dem
ein Sollwert und Istwert für
Ausgangsspannung zugeführt
wird und dessen Ausgangsgröße sowie
der Istwert der Eingangsspannung einer Berechnungsschaltung zur
Bestimmung von Einschaltzeitpunkt und Ausschalzeitpunkt zugeführt wird,
wobei
zumindest dem Ausschaltzeitpunkt der Ausgangswert einer Reglereinheit
(UE1/UE2Regler) aufaddiert oder subtrahiert wird zur Bestimmung
des Ausschaltzeitpunktes des ersten oder zweiten Schalters. Vorteiligerweise
sind somit Aufteilung der Eingangsspannung und Gesamtwert der Ausgangsspannung
unabhängig
regelbar, also durch zwei unabhängig
arbeitende Regelstrukturen.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Reglereinheit als Eingangsgröße die Differenz der
Teilspannungen der Versorgungsspannung oder die Abweichung des Istwertes
des Potentials von einem Sollpotentialswert auf. Somit ist mit der
Reglereinheit die Aufteilung der Spannung beeinflussbar.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Reglereinheit ein Zweipunktregler
oder ein linearer Regler, wie P-Regler oder PI-Regler. Vorteiligerweise sind
somit einfache Regelstrukturen verwendbar.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist dem Spannungsregler ein Stromregler
unterlagert, wobei der Ausgangsstrom eine Eingangsgröße ist.
Somit ist eine verbesserte und beschleunigt wirksam werdende Regelung
ermöglicht.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die maximal zulässige Blockierspannung
und/oder Sperrspannung der Schalter kleiner als die Versorgungsspannung.
Insbesondere ist die Sperrspannung und/oder Blockierspannung der
Schalter kleiner als die Versorgungsspannung. Von Vorteil ist dabei, dass
kostengünstige
und kleine Bauelemente verwendbar sind.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schalter MOSFET-Schalter
oder IGBT. Von Vorteil ist dabei, dass serienmäßig erhältliche Bauteile verwendbar
sind.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Teilung mittels einer
Reihenschaltung von Kondensatoren oder anderen Impedanzen bewirkt.
Von Vorteil ist dabei, dass das spannungsgeteilte Potential auf einen
Sollwert hin regelbar ist, indem die Schalter der Tiefsetzschaltungen
entsprechend beeinflusst werden.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Teilung im Wesentlichen
eine Halbierung. Von Vorteil ist dabei, dass zwei gleiche Schalter
und Induktivitäten
verwendbar sind.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ausgangsseitig ein Kondensator
zur Glättung
vorgesehen, insbesondere zur Versorgung eines ausgangsseitig vorgesehenen
Last-Widerstandes
oder einer Last-Impedanz mit einer geglätteten Spannung. Von Vorteil
ist dabei, dass eine geglättete
Ausgangsspannung zur Verfügung
stellbar ist.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung umfassen die Induktivitäten Wicklungen,
deren jeweils erzeugter Fluss von der jeweils anderen Wicklung umfasst
ist. Insbesondere umfassen die Induktivitäten Wicklungen, die auf denselben
Kern gewickelt sind. Von Vorteil ist dabei, dass die elektromagnetische Abstrahlung
verminderbar ist, also die elektromagnetische Verträglichkeit
EMV verbessert ist.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung beeinflusst der Spannungsregler
(U_A-Regler) die Ausgangsspannung stellend und die Reglereinheit (UE1/UE2Regler)
beeinflusst nur die Aufteilung der Eingangsspannung, insbesondere
nicht aber die Ausgangsspannung, stellend.
-
Wichtige
Merkmale der Anordnung zum Erzeugen einer Spannung aus einer eingangsseitig
anliegenden Versorgungsspannung sind, dass aus der Versorgungsspannung
eine aus mindestens zwei, in Reihe geschalteten Tiefsetzschaltungen
zusammengesetzte Reihenschaltung versorgt ist,
wobei jede Tiefsetzschaltung
mindestens einen steuerbaren Schalter umfasst,
wobei der austretende
Ausgangsstrom der Anordnung aus der ersten Tiefsetzschaltung fließt,
wobei
der eintretende Ausgangsstrom der Anordnung in die zweite Tiefsetzschaltung
fließt,
wobei
der eintretende Eingangsstrom der Anordnung in die erste Tiefsetzschaltung
fließt,
wobei
der austretende Eingangsstrom der Anordnung aus der zweiten Tiefsetzschaltung
fließt.
Von Vorteil ist dabei, dass zwei Tiefsetzschaltungen in Reihe schaltbar
sind und somit eine kleinere Sperrspannung für die Schalter wählbar ist.
-
Insbesondere
sind die Schaltzeitpunkte der Schalter von einer Reglereinheit und
einem Spannungsregler bestimmt, die zumindest die jeweiligen Ausschaltzeitpunkte
der beiden Schalter unterschiedlich bestimmen, insbesondere bestimmen
und ansteuern. Somit ist im Normalbetrieb und im Lückbetrieb
eine geringe Varianz der Ausgangsspannung erreichbar.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind als Schalter elektronische
Halbleiterschalter, verwendet. Von Vorteil ist dabei, dass Leistungshalbleiterschalter,
wie IGBT, MOSFET oder dergleichen, verwendbar sind.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Schaltzeitpunkte der
Schalter von einer Regelschaltung bestimmt, mit der Mittel zur Strom- und/oder
Spannungserfassung verbunden sind,
wobei dieses oder diese
Mittel auf dem Potential, das durch Teilung der Versorgungsspannung
erzeugt ist, vorgesehen ist oder sind. Von Vorteil ist dabei, dass einfache
und kostengünstige
Mittel verwendbar sind.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die elektronische Schaltung
einen Spannungsteiler aus Kondensatoren, wobei der Teilpunkt mit
der Verbindungsstelle der in Reihe geschalteten Tiefsetzschaltungen
elektrisch verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein Differenzstrom
zwischen dem Teilpunkt und der Verbindungsstelle bestimmbar ist
und für
die Regelung der Schaltzeitpunkte verwendbar ist. Alternativ ist
die geteilte Spannung bestimmbar statt des Differenzstromes.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektronische Schaltung
als Vierpol vorgesehen, insbesondere der ausgangsseitig ein Glättungskondensator
zugeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache und übersichtliche
Anordnung herstellbar ist, an die eingangsseitig eine Versorgungsspannung und
ausgangsseitig eine Ausgangsspannung zur Verfügung stellbar ist.
-
Wichtige
Merkmale bei dem Verfahren zum Erzeugen einer erniedrigten Spannung
aus einer unipolaren Versorgungsspannung sind, dass mindestens zwei
in Reihe geschaltete Tiefsetzschaltungen vorgesehen sind, wobei
jede Tiefsetzschaltung mindestens einen steuerbaren Schalter umfasst,
die Schaltzeitpunkte derart geregelt werden, dass das Potential
eines Verbindungspunktes von Tiefsetzschaltungen auf einen Sollwert
hin geregelt wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Schalter der
Tiefsetzschaltungen eine im Wesentlichen gleichgroße Spannungsbeanspruchung
erfahren.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ausgangsspannung schwebend
zum Potential, das durch Teilung der Versorgungsspannung erzeugt
ist, vorgesehen. Vorteiligerweise ist somit eine verringerte Störung der
Regelung erzielbar. Denn es ist keine leitende direkte Verbindung
von der Ausgangsseite zur Eingangsseite vorgesehen. Insbesondere
ist kein verlustbehafteter Widerstand zur Schwingungsunterdrückung notwendig.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Ausgänge, insbesondere die Anschlüsse für den Verbraucher,
nur über
Induktivitäten
mit den Schaltern verbunden.
-
Insbesondere
ist keine direkte Verbindung des Potentials, das durch die Teilung
der Eingangsspannung erzeugt ist, mit einem ausgangsseitigen Potential,
insbesondere nicht mit einem durch Teilung der Ausgangsspannung
erzeugten Potential, elektrisch direkt verbunden. Vorteiligerweise
ist somit einerseits eine gleichmäßige Spannungsbeanspruchung
der Schalter der Tiefsetzschaltungen und andererseits ein exaktes
und schwingungsfreies Regeln der Ausgangsspannung ermöglicht.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Schalter pulsweitenmoduliert
angesteuert und die jeweils zugehörigen Pulsweitenmodulationsdauern derart
geregelt werden, dass das Potential des Verbindungspunktes von Tiefsetzschaltungen
auf den Sollwert hin geregelt wird. Von Vorteil ist dabei, dass ein
einfacher und kostengünstiger
Regler verwendbar ist.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Schalter pulsweitenmoduliert
angesteuert und die Differenz der jeweils zugehörigen Pulsweitenmodulationsdauern
wird derart geregelt, dass das Potential des Verbindungspunktes
von Tiefsetzschaltungen auf den Sollwert hin geregelt wird. Von
Vorteil ist dabei, dass eine einfache Regelungstechnik verwendbar
ist.
-
Wichtige
Merkmale bei dem Einspeisegerät sind,
dass es einen Wechselrichter, dessen Schalter aus einer Spannung
versorgt sind, die eine vorbeschriebene Anordnung umfasst. Von Vorteil
ist dabei, dass Wichtige Merkmale bei der Vorrichtung zur berührungslosen
Energieversorgung sind, dass ein solches Einspeisegerät zur Versorgung
eines Primärleiters
vorgesehen ist, an den eine Sekundärspule zur Versorgung eines
Verbrauchers vorgesehen ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine stabilisierte
Gleichspannung im Einspeisegerät
zur Verfügung
steht und somit ein verbessertes Stromquellenverhalten zur Versorgung
des Primärleiters
zur Verfügung
steht.
-
Weitere
Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
- U_E0
- Eingangsspannung
- U_A
- Ausgangsspannung
- U_T
- Zwischenspannung
- C_E1
- eingangsseitiger
Kondensator
- C_E2
- eingangsseitiger
Kondensator
- C_A
- ausgangsseitiger
Kondensator
- I_E1
- Eingangsstrom
des ersten Tiefsetzstellers
- I_E2
- Eingangsstrom
des zweiten Tiefsetzstellers
- ΔI_E
- Stromdifferenz
- I_A
- Ausgangsstrom
- D1
- Diode
- D2
- Diode
- L1
- Induktivität
- L2
- Induktivität
- R_L
- Lastwiderstand
- I_L
- Laststrom
- S_1
- Schalter
- S_2
- Schalter
- UE1/UE2R
- Reglereinheit
- U_A-Regel
- Spannungsregler
-
Die
Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
-
In
der 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung skizziert. Dabei
sind grob gesprochen zwei Tiefsetzschaltungen seriell zusammengeschaltet.
-
Jede
Tiefsetzschaltung (T1, T2), die auch als Tiefsetzsteller bezeichenbar
ist, umfasst einen Schalter, eine Diode und eine Induktivität, wobei
diese Elemente zu einem Vierpol zusammengeschaltet sind.
-
An
der Anordnung ist eingangsseitig eine unipolare Spannung vorgesehen.
Zur Glättung
sind Kondensatoren C_E1 und C_E2 vorgesehen, die eingangsseitig
in Reihenschaltung angeordnet und von der Spannung versorgt sind.
-
Dem
ersten Kondensator C_E1 ist die erste Tiefsetzschaltung T1 parallel
beschaltet. Dem zweiten Kondensator C_E2 ist die zweite Tiefsetzschaltung
T2 parallel beschaltet.
-
Die
erste Tiefsetzschaltung T1 umfasst einen Schalter S1 für ihren
Eingangsstrom auf, der über
die Induktivität
L1 dem ausgangsseitigen Kondensator C_A zugeführt wird, dem der Lastwiderstand
R_L parallel beschaltet ist.
-
Auf
demselben Spulenkern der Spulenwicklung der Induktivität L1 ist
auch die Spulenwicklung der Induktivität L2 vorgesehen, deren Strom
bei geschlossenen Schaltern S1, S2 durch den Schalter S2 fließt. Somit
ist die EMV verbessert.
-
Wenn
der Schalter S1 und/oder der Schalter D2 geöffnet ist, fließen Ströme über die
Freilaufdioden D1 und D2.
-
Die
genauen Werte der elektronischen Bauteile weisen toleranzbedingte
Abweichungen voneinander auf. Außerdem ist ein exakt gleichzeitiges
Ansteuern der Schalter S1, S2 sehr schwierig oder fast unmöglich. Somit
ist eine Stromdifferenz ΔI_E
erzeugbar, die über
die Freilaufdioden abfließen
kann.
-
Um
das Auftreten der Stromdifferenz ΔI_E
zu verhindern, ist ein geeignetes Ansteuern oder sogar Regeln der
Schaltzeitpunkte vorgesehen.
-
Hierzu
wird die durch die eingangsseitigen Kondensatoren C_E1 und C_E2
geteilte Spannung erfasst und als Istwert einem Regler zugeführt, dessen
Stellgröße die Periodendauern
der Ausgangssignalspannungen zweier Pulsweitenmodulationssignalspannungs-Erzeugereinheiten
beeinflusst. Die von diesen Einheiten erzeugten Signalspannungen werden
zum Ansteuern der Schalter S1 und S2 verwendet.
-
Dabei
wird die Differenz der Periodendauern beider Einheiten derart gestellt,
dass der gewünschte Sollspannungswert
für die
durch die eingangsseitigen Kondensatoren C_E1 und C_E2 geteilte
Spannung erreicht wird.
-
Die
Wicklungen der Induktivitäten
L1 und L2 sind derart angeordnet, dass der Fluss von einer Wicklung
erzeugte Fluss im Wesentlichen dem von der jeweils anderen Wicklung
umfassten Fluss entspricht. Beispielhaft sind die Wicklungen auf
demselben Spulenkern aufgewickelt.
-
Die
Anordnung ist vorteilhaft verwendbar in Wechselrichtern, die eine
eine Wechselspannung erzeugende Endstufe, insbesondere aus Halbbrücken, umfassen.
Dabei ist die Versorgungsspannung entweder durch Gleichrichten einer
ein- oder dreiphasigen Netzspannung erzeugt und mit einem Kondensator
geglättet.
Der Wechselrichter dient zur Speisung einer Gyratoranordnung, um
ein ausgangsseitiges Stromquellenverhalten zu erzielen. Daraus wird dann
eine Primärleiterschleife
versorgt, aus welcher eine induktiv gekoppelte Sekundärwicklung
gespeist ist. Dieser ist parallel oder in Reihe ein Kondensator zugeschaltet,
so dass die zugehörige
Resonanzfrequenz der in die Primärleiterschleife
eingespeisten Wechselfrequenz entspricht. Diese Wechselfrequenz ist
vorzugsweise eine Mittelfrequenz und beträgt zwischen 10 und 100 kHz.
-
Die
Erfindung umfasst auch alle, zur gestellten Aufgabe elektrotechnisch äquivalenten
Anordnungen. Beispielsweise sind die Induktivitäten zusammenfassbar, so dass
L1 um den Wert von L2 vergrößert wird
und L2 zum Ausgleich auf Null gesetzt wird. Somit ist nur eine einzige
Induktivität
ausreichend. Auch andere Äquivalente
sind umfasst, wie beispielsweise die Realisierung der ausgangsseitigen
Kapazität
durch eine Serienschaltung von zwei Kondensatoren. Dabei ist gegebenenfalls
der Verbindungspunkt mit dem Verbindungspunkt der Tiefsetzschaltungen
verbindbar.
-
Ein
weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
ist aus der 2 bekannt. Hierbei ist keine
magnetische Kopplung im Unterschied zur Ausführung nach 1 vorgesehen.
Außerdem
ist die Zwischenspannung, die an den Dioden abfällt, mit U_T bezeichnet.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
ist eine magnetische Kopplung der Induktivitäten L_1 und L_2 nicht notwendig,
weil mit der erfindungsgemäßen Regelung
der Ausschaltzeitpunkte der Schalter S_1 und S_2, insbesondere IGBT
oder MOSFET, erreicht wird, dass das Mittelpunktspotential der Eingangsspannungen,
also das durch Teilung der Versorgungsspannung erzeugte Potential,
auf den gewünschten
Sollwert hin geregelt wird. Vorzugsweise ist dabei eine symmetrische
Spannungsaufteilung bewirkbar, so dass U_E1 = U_E2 gilt.
-
Eine
zugehörige
beispielhafte Regelung ist in 3 gezeigt.
Dem U_A-Regler wird der Sollwert U_Asoll und der Istwert U_A für Ausgangsspannung zugeführt. Er
umfasst einen unterlagerten Stromregler, so dass auch der Istwert
des Ausgangsstromes I_A zuzuführen
ist. Die Zuführung
dieses Istwertes ist gestrichelt gezeichnet, da in weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
kein unterlagerter Stromregler vorgesehen sein muss.
-
Die
Stellgröße des U_A-Reglers
in 3 ist der Mittelwert von U_T, der dem Berechnungsblock zur
PWM-Modulation und Schaltzeitpunktsberechnung ebenso zugeführt wird
wie der erfasste Eingangsspannungswert U_E0.
-
Der
Berechnungsblock weist als Stellgröße den Einschaltzeitpunkt t_Ein
und Ausschaltzeitpunkt t_Aus auf, die dabei entsprechend der bestimmten Pulweitenmodulationsdauer
bestimmt sind.
-
Die
Differenz der an den eingangsseitigen Kondensatoren C_E1 und C_E2
abfallenden Teilspannungen U_E1 und U_E2 wird einem UE1/UE2-Regler
nach 3 zugeführt,
der ein vorzeichenbehaftetes Zeitintervall Δt als Ausgangsgröße aufweist.
Diese wird auf den Ausschaltzeitpunktswert t_Aus aufaddiert für den Schalter
S_1 und subtrahiert für
den Schalter S_2.
-
Somit
werden die Schalter gleichzeitig eingeschaltet, jedoch zu verschiedenen
Zeitpunkten ausgeschaltet.
-
Bei
hochohmigem Verbraucher kann der Ausgangsstrom derart klein werden,
dass ein Lückbetrieb
erreicht wird. Wegen der synchronen und zeitgleichen Ansteuerung
der Einschaltzeitpunkte aber vom Regler bestimmten, zeitversetzten
Ansteuerung der Ausschaltzeitpunkte der Schalter S_1 und S_2 ist
sowohl für
den Normalbetrieb als auch für
diesen Lückbetrieb
eine sehr kleine Schwankungsbreite der Eingangsteilspannung erreichbar,
insbesondere im Vergleich zur synchronen und zeitversetzten Ansteuerung
aller Schaltzeitpunkte der beiden Schalter.
-
Ein
vorteilhafter Wert für
das Zeitintervall Δt ist
derart gewählt,
dass er zwar möglichst
klein ist, jedoch in der Lage ist, die möglichen Varianz der Laufzeitverzögerungen
und Schaltverzögerungen
der Schalter S_1 und S_2 zu kompensieren.
-
In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist vorteiligerweise der Wert für
das Zeitintervall Δt
derart gewählt,
dass er zwar möglichst
klein ist, die Hälfte
der möglichen
Varianz der Laufzeitverzögerungen und
Schaltverzögerungen
der Schalter S_1 und S_2 übersteigt.
-
In
einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
ist gemäß 4 der
UE1/UE2-Regler als Zweipunktregler und in weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
als linearer Regler, wie P oder PI Regler verwendet. Somit ist eine
noch bessere Regelung erreichbar.