DE102008029996A1 - Method for operating a full bridge - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Betrieb einer Vollbrücke, die ein Wechselausgangssignal erzeugt, das an einen Ausgangsschwingkreis geleitet wird, der eine Last einschließt, bei welchem die schaltenden Elemente (Z1 bis Z4) der Vollbrücke zur Erzeugung eines die Ausgangsleistung bestimmenden Tastverhältnisses (tau) der Vollbrücke angesteuert werden, wird die Ansteuerfrequenz der schaltenden Elemente (Z1-Z4) zur Reduzierung der Schaltverluste der schaltenden Elemente (Z1-Z4) in Abhängigkeit der Phase Theta zwischen der Ausgangsspannung (Uv) der Vollbrücke und dem Strom (I) des Ausgangsschwingkreises und/oder der Phase phi zwischen der Ausgangsspannung (Uv) der Vollbrücke und der an der Last anliegenden Ausgangsschwingkreisspannung (Us) eingestellt.In a method of operating a full bridge that generates an AC output signal that is routed to an output resonant circuit including a load in which the switching elements (Z1 to Z4) of the full bridge are driven to produce the output power determining duty cycle (tau) of the full bridge be, is the driving frequency of the switching elements (Z1-Z4) for reducing the switching losses of the switching elements (Z1-Z4) as a function of the phase theta between the output voltage (Uv) of the full bridge and the current (I) of the output resonant circuit and / or Phase phi is set between the output voltage (Uv) of the full bridge and the output oscillating circuit voltage (Us) applied to the load.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Vollbrücke, die ein Wechselausgangssignal erzeugt, das an einen Ausgangsschwingkreis geleitet wird, der eine Last einschließt, bei welchem die schaltenden Elemente der Vollbrücke zur Erzeugung eines die Ausgangsleistung bestimmenden Tastverhältnisses der Vollbrücke angesteuert werden.The The invention relates to a method for operating a full bridge, the generates an AC output signal to an output resonant circuit which includes a load in which the switching Elements of the full bridge for generating a duty determining the output power the full bridge be controlled.

Eine Halbbrücke weist zwei schaltende Elemente auf, die in Serie geschaltet sind. Der Verbindungspunkt der schaltenden Elemente stellt den Mittelpunkt der Halbbrücke dar. Der Mittelpunkt der Halbbrücke wird durch die zwei schaltenden Elemente abwechselnd an den positiven und negativen Pol einer Leistungsgleichstromversorgung geschaltet. Eine Vollbrücke besteht aus zwei Halbbrücken, deren Mittelpunkte mit einer gewünschten Frequenz, nämlich der Grundfrequenz des Ausgangssignals der Vollbrücke, jeweils gegensinnig an den positiven und negativen Pol der Leistungsgleichstromversorgung geschaltet werden.A half bridge has two switching elements connected in series. The connection point of the switching elements is the focal point the half bridge dar. The center of the half bridge is switched by the two switching elements alternately to the positive and negative pole of a DC power supply switched. A full bridge consists of two half-bridges, their centers with a desired Frequency, namely the fundamental frequency of the output signal of the full bridge, each in opposite directions switched the positive and negative pole of the DC power supply become.

Die Zeitdauer vom Zuschalten des positiven Pols der Leistungsgleichstromversorgung über das Abschalten des positiven Pols über das Zuschalten des negativen Pols über das Abschalten des negativen Pols bis hin zum Zeitpunkt unmittelbar vor dem erneuten Zuschalten des positiven Pols an den Ausgang der Vollbrücke mittels der schaltenden Elemente wird als Periode bezeichnet. Die der Periode zugeordnete Frequenz ist die Grundfrequenz.The Time from switching on the positive pole of the DC power supply via the shutdown of the positive pole the connection of the negative pole by switching off the negative Pols until the time immediately before the reconnection positive pole to an exit of a full bridge by means of the switching Elements is called a period. The assigned to the period Frequency is the fundamental frequency.

Bei der Pulsweitensteuerung wird die Pulsweite des Ausgangssignals zur Leistungssteuerung des Ausgangssignals genutzt. Dabei wird das Verhältnis der Zeitdauer, in der die Wechselstromlast an den positiven oder negativen Pol angeschlossen ist, gegenüber der Gesamtdauer einer Periode als Tastverhältnis bezeichnet. Ein großes Tastverhältnis nahe 100% bezieht sich demnach auf Wellenformen, wenn sich die Ausgangsspannung der Vollbrücke (= Wechselausgangssignal) oder Vollbrückenspannung über einen hohen Anteil der Periode auf einem betragsmäßig hohen Pegel befindet, während ein kleines Tastverhältnis sich auf Wellenformen mit einem kleinen Anteil bezieht. Bei einem großen Tastverhältnis wird demnach eine große Leistung und bei kleinem Tastverhältnis eine kleinere Leistung erzeugt bzw. ausgegeben. Durch unterschiedliche Steuerungsverfahren kann das Tastverhältnis eingestellt werden. Ein solches Verfahren ist das so genannte Phase-Shift Verfahren (Schwenksteuerverfahren).at the pulse width control is the pulse width of the output signal for Power control of the output signal used. The ratio of the Time duration in which the AC load to the positive or negative Pol is connected, opposite the total duration of a period called duty cycle. Close to a large duty cycle 100% therefore refers to waveforms when the output voltage the full bridge (= Alternating output signal) or full bridge voltage via one high proportion of the period is at a high level, while a small duty cycle refers to waveforms with a small proportion. At a huge duty cycle will therefore be a big one Performance and a small duty cycle a smaller power generated or output. Through different control methods can the duty cycle be set. One such method is the so-called phase shift Method (swivel control method).

Die Ansteuersignale der schaltenden Elemente der ersten Halbbrücke sind beim Betrieb der Vollbrücke in einem Phase-Shift-Verfahren zu den Ansteuersignalen der schaltenden Elemente der zweiten Halbbrücke phasenverschoben. Die Phasenverschiebung kann eine halbe Periode des Wechselausgangssignals betragen. Durch Veränderung der Phasenverschiebung kann das Ausgangssignal verändert werden. Insbesondere kann dessen Leistung verändert werden.The Control signals of the switching elements of the first half-bridge are during operation of the full bridge in a phase-shift method to the control signals of the switching Elements of the second half bridge phase. The phase shift can be half a period of the AC output signal. By changing the phase shift can change the output signal become. In particular, its performance can be changed.

Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn die schaltenden Elemente bei einer möglichst kleinen Spannung eingeschaltet werden. Ist die Spannung beim Einschalten gleich null Volt, spricht man von Nullspannungsschalten (Zero Voltage Switching, ZVS). Das ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das schaltende Element selbst eine Kapazität an seinem Ausgang aufweist. Eine solche Kapazität müsste entladen werden, wenn die Spannung beim Einschalten ungleich null ist, was zu Verlusten und Erwärmung der schaltenden Elemente führen würde.Basically it is advantageous if the switching elements in a possible small voltage are turned on. Is the voltage at power up equal to zero volts, it is called zero voltage switching (Zero Voltage Switching, ZVS). This is particularly advantageous if the switching element itself has a capacity at its output. Such a capacity should be discharged when the voltage when switching is not equal to zero is what causes loss and warming lead the switching elements would.

Grundsätzlich ist es ebenfalls vorteilhaft wenn der Strom durch das schaltende Element beim Ausschalten möglichst klein ist. Ist der Strom beim Ausschalten gleich null, so spricht man von Nullstromschalten (ZCS). Nullstromschalten empfiehlt sich für Schaltungstopologien mit Streuinduktivitäten in der Halbbrücke des schaltenden Elements und bei schaltenden Elementen, die sich nicht schnell ausschalten lassen, bei denen also ein relativ großer Reststrom fließt, verursacht z. B. durch Ladungsträgerabbau.Basically it is also advantageous if the current through the switching element when switching off as possible is small. If the current when switching off is equal to zero, so speaks one of zero current switching (ZCS). Zero current switching is recommended for circuit topologies with stray inductances in the half bridge of the switching element and switching elements, which themselves can not turn off quickly, so where a relatively large residual current flows, causes z. B. by charge carrier degradation.

Wie im Folgenden erläutert wird, können beim Phase-Shift-Verfahren unterschiedliche Situationen eintreten. In der 1a ist eine Vollbrücke gezeigt, die die schaltenden Elemente Z1, Z2, Z3 und Z4 aufweist. Dabei besteht eine erste Halbbrücke aus den in Serie geschalteten Elementen Z1 und Z2 und eine zweite Halbbrücke aus den in Serie geschalteten schaltenden Elementen Z3, Z4. Die Halbbrückenmittelpunkte sind mit M1, M2 markiert. Die Spannung zwischen den Mittelpunkten M1, M2 stellt die Vollbrückenspannung UV dar beziehungsweise ein Wechselausgangssignal. Die Vollbrücke ist an eine Leistungsgleichspannungsversorgung DCV angeschlossen.As will be explained below, different situations can occur during the phase-shift process. In the 1a a full bridge is shown having the switching elements Z1, Z2, Z3 and Z4. In this case, there is a first half-bridge of the series-connected elements Z1 and Z2 and a second half-bridge of the series-connected switching elements Z3, Z4. The half-bridge centers are marked M1, M2. The voltage between the centers M1, M2 represents the full-bridge voltage U V or an alternating output signal. The full bridge is connected to a DC power supply DCV.

Parallel zu den schaltenden Elementen Z1 bis Z4 sind die Dioden D1 bis D4 geschaltet. An den Ausgang der Vollbrücke ist ein Ausgangsschwingkreis 10 angeschlossen, der die Spulen L1, L3 sowie eine Last 11 umfasst. Die Last 11 weist einen Kondensator C1 auf, zu dem ein Widerstand R1 und eine Spule L2, die in Serie geschaltet sind, parallel angeordnet sind. Die Last 11 ist an Ausgangsanschlüsse A1, A2 angeschlossen, wobei zwischen den Ausgangsanschlüssen A1, A2 eine Schwingkreisspannung US anliegt. Mit I ist der von M1 zu M2 fließende Strom eingezeichnet. Ein Stromfluss von M2 zu M1 ist ein Strom entgegen der eingezeichneten Pfeilrichtung. In der 1b ist die Spannung UV zwischen den Punkten M1, M2 und der Strom I durch die Spulen L1, L3 und die Last 11 dargestellt. Die Spulen L1 und L3 können zumindest teilweise die Induktivitäten der Zuleitung zur Last 11 sein. Wie man sieht, stellt die Last 11 in diesem Fall selbst einen gedämpften Schwingkreis dar. Bei einer Last, wie z. B. bei einer Induktionserwärmung der Induktor mit Schwingkreis darstellt, sind insbesondere der Widerstand R und die Induktivität L2 sehr dynamisch. Die Resonanzfrequenz und die Impedanz des Schwingkreises der Last 11 wird sich im Betrieb stark verändern, und damit auch die Resonanzfrequenz und die Impedanz des Ausgangsschwingkreises 10. Darauf muss die Leistungsregelung ständig reagieren.Parallel to the switching elements Z1 to Z4, the diodes D1 to D4 are connected. At the output of the full bridge is an output resonant circuit 10 connected to the coils L1, L3 and a load 11 includes. Weight 11 has a capacitor C1 to which a resistor R1 and a coil L2 connected in series are arranged in parallel. Weight 11 is connected to output terminals A1, A2, wherein between the output terminals A1, A2 an oscillating circuit voltage U S is present. With I, the current flowing from M1 to M2 current is drawn. A current flow from M2 to M1 is a current in the opposite direction of the arrow. In the 1b is the voltage U V between the points M1, M2 and the current I through the spu len L1, L3 and the load 11 shown. The coils L1 and L3 can at least partially the inductances of the supply line to the load 11 be. As you can see, it puts the load 11 In this case, even a damped resonant circuit. In a load, such. B. represents the inductor with resonant circuit in an induction heating, in particular the resistor R and the inductance L2 are very dynamic. The resonant frequency and the impedance of the resonant circuit of the load 11 will change greatly during operation, and thus also the resonance frequency and the impedance of the output resonant circuit 10 , Then the power control must respond constantly.

Vor dem Zeitpunkt t1 sind die schaltenden Elemente Z2, Z3 eingeschaltet, Z1, Z4 ausgeschaltet und die negative Leistungsversorgungsspannung UDCV liegt am Ausgang M1, M2. Es fließt ein Strom I von M2 zu M1, in 1b ist er deswegen negativ (da entgegen der in 1a eingezeichneten Pfeilrichtung). Zum Zeitpunkt t1 wird das schaltende Element Z2 ausgeschaltet. Der Strom I kann infolge der Induktivitäten L1, L2, L3 seinen momentanen Wert nicht abrupt ändern. Er fließt weiter durch die Diode D1, das schaltende Element Z3 und die Last 11. Dies entspricht einem oberen Freilauf. Nun kann Z1 eingeschaltet werden (ZVS). Ob nach dem Einschalten von Z1 der Strom durch Z1 oder D1 fließt, hängt von der Beschaffenheit von Z1 und D1 ab. Während des Zeitintervalls t1–t2 baut sich der Strom I ab. Infolge der hohen Ansteuerfrequenz gegenüber der Eigenresonanzfrequenz des Ausgangsschwingkreises 10 fällt der Strom in diesem Intervall nicht vollständig auf 0 ab.Before the time t1, the switching elements Z2, Z3 are switched on, Z1, Z4 are switched off and the negative power supply voltage U DCV is present at the output M1, M2. A current I flows from M2 to M1, in 1b he is therefore negative (because contrary to in 1a indicated arrow direction). At the time t1, the switching element Z2 is turned off. The current I can not abruptly change its instantaneous value due to the inductances L1, L2, L3. It continues to flow through the diode D1, the switching element Z3 and the load 11 , This corresponds to an upper freewheel. Now Z1 can be switched on (ZVS). Whether the current flows through Z1 or D1 after turning on Z1 depends on the nature of Z1 and D1. During the time interval t1-t2, the current I decreases. Due to the high driving frequency compared to the natural resonant frequency of the output resonant circuit 10 the current does not drop completely to 0 in this interval.

Zum Zeitpunkt t2 wird das schaltende Element Z3 ausgeschaltet. Es ist in der 1b zu erkennen, dass während des Ausschaltens noch ein signifikanter Strom über das schaltende Element Z3 fließt (kein ZCS). Beim Abschalten des schaltenden Elements Z3 entstehen Verluste. Der Strom I wechselt seinen Pfad von Z3 zu D4.At the time t2, the switching element Z3 is turned off. It is in the 1b to recognize that during switching off still a significant current through the switching element Z3 flows (no ZCS). When switching off the switching element Z3 losses occur. The current I changes its path from Z3 to D4.

Nun kann Z4 eingeschaltet werden (ZVS). Ob nach dem Einschalten von Z4 der Strom durch Z4 oder D4 fließt hängt von der Beschaffenheit von Z4 und D4 ab.Now Z4 can be switched on (ZVS). Whether after turning on Z4 the current flowing through Z4 or D4 depends on the condition from Z4 and D4.

Im Intervall t2–t2a erfolgt eine Rückspeisung, da ein Strom über Z1 bzw. D1 zur Leistungsgleichspannungsversorgung DCV fließt, der Strom I baut sich nun noch schneller ab. Zum Zeitpunkt t2a sind die schaltenden Elemente Z1, Z4 eingeschaltet und der Strom I ändert seine Richtung, er fließt jetzt von M1 nach M2. Die positive Leistungsversorgungsspannung UDCV liegt am Ausgang M1, M2 der Vollbrücke, der Strom I steigt rasch an.In the interval t2-t2a there is a feedback, since a current flows through Z1 or D1 to the DC power voltage DCV, the current I is now even faster. At the time t2a, the switching elements Z1, Z4 are turned on and the current I changes its direction, it now flows from M1 to M2. The positive power supply voltage U DCV is at the output M1, M2 of the full bridge, the current I increases rapidly.

Zum Zeitpunkt t4 ist das schaltende Element Z4 weiterhin eingeschaltet und das schaltende Element Z1 wird ausgeschaltet. Der Strom I fließt weiter über Z4 und D2. Z2 kann nun verlustarm eingeschaltet werden (ZVS). Der entsprechende Zustand der Vollbrücke wird als unterer Freilauf bezeichnet, da ein Strom über die Diode D2 bzw. das schaltende Element Z2, die Last 11 und das schaltende Element Z4 fließt. Im Zeitpunkt t5 wird das schaltende Elemente Z4 ausgeschaltet. Es folgt ein Rückspeisen, indem ein Strom über die Diode D2 bzw. das schaltende Element Z2, die Last 11 und Diode D3 zur Leistungsgleichstromversorgung DCV fließt. Beim Nulldurchgang des Stroms I (Zeitpunkt t5a) kommutiert der Strom I auf die schaltenden Elemente Z2, Z3, wobei Z3 eingeschaltet wurde, während die Diode D3 den Strom I geführt hat. In dieser Ansteuervariante ist ein sicheres ZVS möglich und ein ZCS nicht möglich.At the time t4, the switching element Z4 is still turned on and the switching element Z1 is turned off. The current I continues to flow through Z4 and D2. Z2 can now be switched on with low loss (ZVS). The corresponding state of the full bridge is referred to as the lower freewheel, since a current through the diode D2 or the switching element Z2, the load 11 and the switching element Z4 flows. At time t5, the switching element Z4 is turned off. This is followed by a feeding back, by a current through the diode D2 or the switching element Z2, the load 11 and diode D3 flows to the DC power supply DCV. At the zero crossing of the current I (time t5a), the current I commutates to the switching elements Z2, Z3, Z3 being turned on while the diode D3 has passed the current I. In this control variant, a safe ZVS is possible and a ZCS is not possible.

Mit kleiner werdendem Tastverhältnis nähert sich der Nulldurchgang des Stroms dem der Spannung immer mehr an. In einem Teillastfall tritt ein Schaltverhalten gemäß 2 ein. Auch hier gilt: Vor dem Zeitpunkt t1 sind die schaltenden Elemente Z2, Z3 eingeschaltet, Z1, Z4 ausgeschaltet und die negative Leistungsversorgungsspannung UDCV liegt am Ausgang M1, M2. Es fließt ein Strom I von M2 zu M1, in 2 ist er deswegen negativ. Zum Zeitpunkt t1 wird das schaltende Element Z2 ausgeschaltet (ohne ZCS), der Strom I fließt über D1 und Z3 (oberer Freilauf) und Z1 wird eingeschaltet (ZVS).With decreasing duty cycle, the zero crossing of the current approaches that of the voltage more and more. In a partial load case, a switching behavior occurs according to 2 one. Again, before time t1, the switching elements Z2, Z3 are switched on, Z1, Z4 are switched off and the negative power supply voltage U DCV is present at the output M1, M2. A current I flows from M2 to M1, in 2 is he negative about it? At time t1, the switching element Z2 is turned off (without ZCS), the current I flows through D1 and Z3 (upper freewheel) and Z1 is turned on (ZVS).

Zum Zeitpunkt t2 wird Z3 ausgeschaltet, der Strom I ändert in diesem Moment seine Richtung und ist nahe Null. Für Z3 wird ZCS erreicht. Der Strom I steigt an, wenn Z4 eingeschaltet wird, das erfolgt kurz nach Ausschalten von Z3.To the At time t2 Z3 is switched off, the current I changes its moment at this moment Direction and is near zero. For Z3 will reach ZCS. The current I increases when Z4 is switched on This happens shortly after Z3 is switched off.

Zum Zeitpunkt t4 wird Z1 ausgeschaltet, der Strom I fließt über Z4 und D2, Z2 kann verlustarm eingeschaltet werden (ZVS).To the At time t4, Z1 is turned off, the current I flows through Z4 and D2, Z2 can be switched on with low loss (ZVS).

Zum Zeitpunkt t5 wird Z4 ausgeschaltet, der Strom ist zu diesem Zeitpunkt nahe Null, deswegen kann für Z4 ZCS erreicht werden. Der Strom fließt anschließend über Z2 und D3 bzw. Z3, sobald Z3 eingeschalt wird. Z3 kann mit ZVS eingeschaltet werden.To the At time t5, Z4 is turned off, the current is at this time close to zero, that's why Z4 ZCS can be achieved. The current then flows through Z2 and D3 or Z3 as soon as possible Z3 is turned on. Z3 can be switched on with ZVS.

Bei noch kleinerem Tatsverhältnis kann dann der in der 3 gezeigte Fall eintreten. Hier erfolgt eine Stromumkehr beziehungsweise ein Nulldurchgang des Stromes, ehe ein schaltendes Element eingeschaltet wird.In even smaller fact ratio can then in the 3 case shown occur. Here is a current reversal or a zero crossing of the current before a switching element is turned on.

Auch hier gilt: Vor dem Zeitpunkt t1 sind die schaltenden Elemente Z2, Z3 eingeschaltet, Z1, Z4 ausgeschaltet und die negative Leistungsversorgungsspannung UDCV liegt am Ausgang M1, M2. Es fließt ein Strom I von M2 zu M1, in 3 ist er deswegen negativ. Zum Zeitpunkt t1 wird das schaltende Element Z2 ausgeschaltet (ohne ZCS), der Strom I fließt über D1 und Z3 (oberer Freilauf) Z1 wird eingeschaltet (ZVS). Zum Zeitpunkt t1a wechselt der Strom I seine Richtung und fließt danach über Z1 und Z3 bzw. D3 (weiterhin oberer Freilauf).Again, before time t1, the switching elements Z2, Z3 are switched on, Z1, Z4 are switched off and the negative power supply voltage U DCV is present at the output M1, M2. A current I flows from M2 to M1, in 3 is he negative about it? At time t1, the switching element Z2 is turned off (without ZCS), the current I flows through D1 and Z3 (upper freewheeling) Z1 is turned on switches (ZVS). At time t1a, the current I changes direction and then flows through Z1 and Z3 or D3 (upper freewheel).

Zum Zeitpunkt t2 wird Z3 ausgeschaltet, Der Strom I fließt zunächst weiter über D3 und steigt an, wenn Z4 eingeschaltet wird. Das erfolgt kurz nach Ausschalten von Z3. Über D3 und Z4 fließen nun die Ladungsträger aus D3. D3 sperrt erst nachdem alle Ladungsträger aus D3 abgebaut sind (recovery-Zeit). Für diese Zeit entsteht eine Stromspitze, da D3 in Gegenrichtung zusammen mit dem eingeschalteten Z4 einen Kurzschluss für die Leistungsspannungsversorgung DCV bilden.To the At time t2, Z3 is switched off. The current I initially continues to flow via D3 and rises when Z4 is turned on. This happens shortly after switching off from Z3. about D3 and Z4 flow now the charge carriers from D3. D3 locks only after all charge carriers have been removed from D3 (recovery time). For this Time arises a current peak, because D3 in the opposite direction together with the Z4 on a short circuit for the power voltage supply Form DCV.

Zum Zeitpunkt t4 wird Z1 ausgeschaltet, der Strom I fließt über Z4 und D2, Z2 kann verlustarm eingeschaltet werden (ZVS).To the At time t4, Z1 is turned off, the current I flows through Z4 and D2, Z2 can be switched on with low loss (ZVS).

Zum Zeitpunkt t4a wechselt der Strom I seine Richtung und fließt danach über Z2 und Z4 bzw. D4.To the At time t4a, the current I changes its direction and then flows through Z2 and Z4 or D4.

Zum Zeitpunkt t5 wird Z4 ausgeschaltet, der Strom fließt zunächst weiter über D4 und wächst weiter, wenn Z3 eingeschaltet wird, das erfolgt kurz nach Ausschalten von Z4. Über D4 und Z3 fließen nun die Ladungsträger aus D4. D4 sperrt erst, nachdem alle Ladungsträger aus D4 abgebaut sind (recovery-Zeit). Für diese Zeit entsteht eine Stromspitze, da D4 in Gegenrichtung zusammen mit dem eingeschalteten Z3 einen Kurzschluss für die Leistungsspannungsversorgung DCV bilden.To the At time t5, Z4 is switched off, the current initially continues to flow via D4 and grows If Z3 is switched on, this happens shortly after switching off Z4. about D4 and Z3 flow now the charge carriers from D4. D4 locks only after all charge carriers from D4 have been removed (recovery time). For this Time arises a current peak, because D4 in the opposite direction together with the Z3 switched on, a short circuit for the power voltage supply Form DCV.

Bei einer klassischen Phase-Shift-Steuerung kommen alle drei Situationen vor. Bei kleiner werdendem Tastverhältnis tritt zunächst die zweite Situation ein; bei weiterer Reduktion des Tastverhältnisses tritt die dritte Situation ein. Die dritte Situation (Z3 einschalten, während D4 noch leitet) ist unbedingt zu vermeiden.at A classic phase-shift control comes in all three situations in front. As the duty factor decreases, the first occurs second situation; with further reduction of the duty cycle the third situation occurs. The third situation (turn on Z3, while D4 still directs) is absolutely to be avoided.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb einer Vollbrücke bereitzustellen, sodass für variierende Lasten geringe Schaltverluste der Vollbrücke realisiert werden können.task The present invention is a method for operating a full bridge to provide, so for varying loads low switching losses of the full bridge realized can be.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb einer Vollbrücke, die ein Wechselausgangssignal erzeugt, das an einen Ausgangsschwingkreis geleitet wird, der eine Last einschließt, bei welchem die schaltenden Elemente der Vollbrücke zur Erzeugung eines die Ausgangsleistung bestimmenden Tastverhältnisses der Vollbrücke angesteuert werden, wobei die Ansteuerfrequenz der schaltenden Elemente zur Reduzierung der Schaltverluste der schaltenden Elemente in Abhängigkeit der Phase θ zwischen der Ausgangsspannung der Vollbrücke und dem Strom des Ausgangsschwingkreises und/oder der Phase φ zwischen der Ausgangsspannung der Vollbrücke und der an der Last anliegenden Ausgangsschwingkreisspannung eingestellt (variiert) wird.Is solved This object is achieved by a method for operating a full bridge, the generates an AC output signal to an output resonant circuit which includes a load in which the switching Elements of the full bridge for generating a duty determining the output power the full bridge be driven, wherein the driving frequency of the switching elements for reducing the switching losses of the switching elements as a function of Phase θ between the output voltage of the full bridge and the current of the output resonant circuit and / or the phase φ between the output voltage of the full bridge and the output resonant circuit voltage applied to the load is set (varies).

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Leistungseinstellung nicht nur über das Tastverhältnis, wie beim klassischen Phase-Shift-Verfahren, durchgeführt oder nur über eine Frequenz-Veränderung erreicht, sondern über eine Kombination von beidem. Insbesondere kann zunächst eine Grobeinstellung der gewünschten Ausgangsleistung über das Tastverhältnis erfolgen. Anschließend kann durch eine Frequenzvariation ein Arbeitspunkt eingestellt werden, an dem der Verlauf von Strom und Spannung am Ausgang der Vollbrücke idealerweise der in Bezug zur 2 beschriebenen Situation entspricht. Dies bedeutet, dass nur bei einem sehr kleinen Strom in der Vollbrücke die schaltenden Elemente Z3, Z4 ausgeschaltet werden. Vorzugsweise werden die schaltenden Elemente Z3, Z4 exakt im Nulldurchgang des Stromes ausgeschaltet. Dadurch kann Rückspeisen vermieden werden. Die schaltenden Elemente Z2 und Z3 können mit ZVS eingeschaltet werden. Aufgrund der erfindungsgemäß erreichten geringeren Belastung der schaltenden Elemente können billigere schaltende Elemente verwendet werden und der Kühlaufwand reduziert werden. Insbesondere werden die Einschaltverluste reduziert, da zumindest einige schaltende Elemente spannungslos eingeschaltet werden. Leistungsverluste werden reduziert, da insgesamt eine geringere Strombelastung erreicht wird. Ausschaltverluste sind minimiert, da eine Halbbrücke bei kleinen Ausschaltströmen ausgeschaltet und in der anderen Halbbrücke die schaltenden Elemente stromlos ausgeschaltet werden.With the method according to the invention, the power setting is performed not only via the duty cycle, as in the classical phase-shift method, or achieved only by a frequency change, but via a combination of both. In particular, initially a coarse adjustment of the desired output power can take place via the duty cycle. Subsequently, by means of a frequency variation, an operating point can be set, at which the course of current and voltage at the output of the full bridge ideally in relation to 2 corresponds to the situation described. This means that only with a very small current in the full bridge, the switching elements Z3, Z4 are turned off. Preferably, the switching elements Z3, Z4 are switched off exactly at the zero crossing of the current. As a result, returns can be avoided. The switching elements Z2 and Z3 can be switched on with ZVS. Due to the inventively achieved lower load on the switching elements cheaper switching elements can be used and the cooling effort can be reduced. In particular, the turn-on losses are reduced because at least some switching elements are turned on without voltage. Power losses are reduced because overall a lower current load is achieved. Switch-off losses are minimized, since one half-bridge is switched off with small switch-off currents and in the other half-bridge the switching elements are de-energized.

Bei sich ständig wechselnden Lastimpedanzen, wie dies beispielsweise bei der Induktionserwiderung der Fall ist, ändert sich auch ständig die Resonanzfrequenz der Ausgangsschwingkreises. Auf diese Änderung kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren reagiert werden, so dass über einen großen Variationsbereich der Last ein verlustarmes Schalten der Vollbrücke erreicht werden kann. Somit kann eine Leistungsregelung bei geringen Verlusten erfolgen, obwohl sich die Lastimpedanz um mehr als den Faktor 2 ändern kann.at constantly changing load impedances, as for example in the induction response the case is, changes also constantly the resonant frequency of the output resonant circuit. On this change can with the method according to the invention be reacted, so over a big Variation of the load achieved a low-loss switching of the full bridge can be. Thus, a power control can be done at low losses, although the load impedance can change more than a factor of 2.

Da sich bei der Änderung der Ansteuerfrequenz der schaltenden Elemente auch das Tastverhältnis ändert, ist es vorteilhaft, wenn das Tastverhältnis nachgeregelt wird. Dadurch kann die vorgegebene Ausgangsleistung eingestellt werden.There at the change the driving frequency of the switching elements also changes the duty cycle is it is advantageous if the duty cycle is readjusted. Thereby the default output power can be set.

Die Phase θ zwischen der Ausgangsspannung der Vollbrücke und dem Strom des Ausgangsschwingkreises kann durch Ermitteln der Zeit zwischen einem Schaltzeitpunkt eines schaltenden Elementes der Vollbrücke und des Nulldurchgangs des Stroms des Ausgangschwingkreises bestimmt werden. Beispielsweise kann die Zeit zwischen dem Ausschaltzeitpunkt des schaltenden Elements Z3 oder Z4 und dem Nulldurchgang des Stroms des Ausgangsschwingkreises bestimmt werden.The phase θ between the output voltage of the full bridge and the current of the output resonant circuit can be determined by determining the time between a switching time of a switching element of the full bridge and the zero crossing of the current of the output resonant circuit the. For example, the time between the switch-off time of the switching element Z3 or Z4 and the zero crossing of the current of the output resonant circuit can be determined.

Es kann eine Phase φ zwischen der Ausgangsspannung der Vollbrücke und Ausgangsschwingkreisspannung durch Ermitteln der Zeit zwischen einem Schaltzeitpunkt eines schaltenden Elementes und dem Nulldurchgang der Ausgangsschwingkreisspannung bestimmt werden. Beispielsweise kann die Zeit zwischen dem Ausschaltzeitpunkt des schaltenden Elementes Z3 oder Z4 und dem Nulldurchgang der Ausgangsschwingkreisspannung bestimmt werden.It can be a phase φ between the output voltage of the full bridge and output resonant circuit voltage by determining the time between a switching time of a switching element and the zero crossing the output resonant circuit voltage can be determined. For example the time between the switch-off time of the switching element Z3 or Z4 and the zero crossing of the output resonant circuit voltage be determined.

Die Ansteuerfrequenz kann zunächst in Abhängigkeit von der Phase φ und anschließend in Abhängigkeit von der Phase θ eingestellt bzw. variiert werden,The Drive frequency can first dependent on from the phase φ and subsequently dependent on set by the phase θ or varied,

Dabei kann die Ansteuerfrequenz gesenkt werden, wenn die Phase φ größer als ein vorbestimmter Wert, insbesondere > 90° ist. Weiterhin kann die Ansteuerfrequenz erhöht werden, wenn die Phase φ kleiner als ein vorbestimmter Wert, insbesondere < 0° ist. Wenn die Phase im Bereich 0 < φ < 90° liegt, kann die Leistung der Vollbrücke über das Tastverhältnis eingestellt werden. Über Fequenzvariation kann dann der gewünschte Arbeitspunkt (Strom- und Spannungsnulldurchgang sind gleichzeitig beziehungsweise der Strom im Schaltzeitpunkt ist kleiner als ein vorgegebener Wert) eingestellt werden. Dadurch wird ein Rückspeisen verhindert. Die Zeitintervalle t2, t5 (s. o.) werden vermieden.there For example, the drive frequency can be lowered when the phase φ is greater than a predetermined value, in particular> 90 °. Furthermore, the drive frequency can be increased if the phase φ smaller as a predetermined value, in particular <0 °. If the phase is in the range 0 <φ <90 °, can set the power of the full bridge over the duty cycle become. about Frequency variation, the desired operating point (current and voltage zero crossing are the same or the Current at switching time is less than a given value) be set. This prevents feeding back. The time intervals t2, t5 (see above) are avoided.

Ist die Phase φ zwischen der Vollbrückenspannung und der Schwingkreisspannung > 90°, so wird die Vollbrücke in einem überresonaten Bereich betrieben, also bei einer Frequenz, die über der Resonanzfrequenz des Ausgangsschwingkreises liegt. Durch Einstellung der Frequenz der Ansteuersignale der schaltenden Elemente kann sichergestellt werden, dass die Phase φ unter 90° fällt und somit die Vollbrücke im unterresonanten Bereich betrieben wird.is the phase φ between the full bridge voltage and the resonant circuit voltage> 90 °, so will the full bridge in a überresonaten Operated range, ie at a frequency that exceeds the resonant frequency of the Output resonant circuit is located. By adjusting the frequency of the Activation signals of the switching elements can be ensured that the phase φ under 90 ° falls and thus the full bridge operated in the subresonant range.

In einem Bereich φ < 0° kann kein geeigneter Arbeitspunkt eingestellt werden. Der Strom nimmt zwar ab, aber bedingt durch das kleine Tastverhältnis findet der Nulldurchgang des Stroms entweder vor dem Spannungsnulldurchgang statt, oder der Strom steigt nach einem Minimum wieder an. Um das zu verhindern, wird durch Einstellen der Ansteuerfrequenz eine Phase φ ≥ 0° sichergestellt.In a range φ <0 ° can not appropriate operating point can be adjusted. The current is decreasing but due to the small duty cycle, the zero crossing occurs of the current either before the voltage zero crossing, or the Electricity rises again after a minimum. To prevent that, By setting the drive frequency, a phase φ ≥ 0 ° is ensured.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, eine Vollbrücke mit sehr geringer Bauteilbelastung zu betreiben. Einschaltverluste können vermieden werden, indem dafür gesorgt wird, dass immer ein spannungsloses Einschalten der schaltenden Elemente erfolgt. Es entstehen geringere Leistungsverluste, da insgesamt eine geringere Strombelastung der schaltenden Elemente vorliegt. Weiterhin treten nur geringe Ausschaltverluste wegen kleiner Ausschaltströme in einer Halbbrücke und stromlosem Schalten in der anderen Halbbrücke auf. Aufgrund der geringeren Strombelastung der schaltenden Elemente können kostengünstigere schaltende Elemente eingesetzt werden. Außerdem kann der Aufwand für die Kühlung der schaltenden Elemente reduziert werden.With the method according to the invention Is it possible, a full bridge operate with very low component load. turn-on can be avoided by doing so is ensured that always a de-energized switching on the switching Elements takes place. There are lower power losses, as a whole a lower current load of the switching elements is present. Furthermore, only small turn-off losses occur because of small turn-off currents in one half bridge and de-energized switching in the other half-bridge. Due to the lower Current load of the switching elements can be more cost effective switching elements are used. In addition, the cost of cooling the switching elements are reduced.

Es kann eine Phase θ zwischen dem Ein- bzw. Ausschaltzeitpunkt eines schaltenden Elements und einem Nulldurchgang des Stromes am Ausgang der Vollbrücke (Strom des Ausgangsschwingkreises) bestimmt werden und in Abhängigkeit der gemessenene Phase θ kann die Ansteuerfrequenz verändert werden. Dabei kann die Ansteuerfrequenz erhöht werden, wenn die Phase θ größer als ein vorbestimmter Wert ist, insbesondere > 5° beträgt und kann die Ansteuerfrequenz gesenkt werden, wenn die Phase θ kleiner als ein vorbestimmter Wert, insbesondere < 0° ist. Somit kann über eine Veränderung der Ansteuerfrequenz auch die Beziehung zwischen dem Ein- bzw. Ausschaltzeitpunkt eines schaltenden Elements und dem Nulldurchgang des Stroms eingestellt werden.It can be a phase θ between the on or off time of a switching element and a zero crossing of the current at the output of the full bridge (current the output resonant circuit) and depending on the measured phase θ can the driving frequency to be changed. In this case, the drive frequency can be increased if the phase θ greater than is a predetermined value, in particular> 5 ° and can the driving frequency are lowered as the phase θ becomes smaller as a predetermined value, in particular <0 °. Thus, over a change the drive frequency and the relationship between the on and off timing a switching element and the zero crossing of the current set become.

Es kann vorgesehen sein, dass das Tastverhältnis in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Sollwert der Ausgangsleistung der Vollbrücke eingestellt wird. Dabei kann ein aktueller Istwert der Ausgangsleistung erfasst werden und mit dem Sollwert der Ausgangsleistung verglichen werden und das Tastverhältnis erhöht werden, wenn der Istwert der Ausgangsleistung kleiner ist als der Sollwert der Ausgangsleistung und das Tastverhältnis gesenkt werden, wenn der Istwert der Ausgangsleistung größer ist als der Sollwert der Ausgangsleistung.It can be provided that the duty cycle in dependence set by a predetermined setpoint of the output power of the full bridge becomes. In this case, a current actual value of the output power can be detected and compared with the setpoint of the output power and the duty cycle elevated when the actual value of the output power is lower than that Setpoint of the output power and the duty cycle are lowered, if the actual value of the output power is greater than the setpoint of the Output power.

Der aktuelle Istwert der Ausgangsleistung kann nach jeder Veränderung der Ansteuerfrequenz gemessen und mit dem Sollwert der Ausgangsleistung verglichen werden. Dadurch ist eine zeitnahe Leistungsanpassung und Leistungsregelung möglich.Of the current actual value of the output power can after each change the drive frequency measured and with the setpoint of the output power be compared. This is a timely performance adjustment and power control possible.

Vorzugsweise erfolgt die Einstellung der Ansteuerfrequenz in Abhängigkeit der Phase θ erst, wenn sowohl die Einstellung der Ansteuerfrequenz in Abhängigkeit der Phase φ als auch die Einstellung des Tastverhältnisses in Abhängigkeit der erfassten Ist-Leistung erfolgt ist.Preferably the setting of the drive frequency is dependent the phase θ only when both the setting of the drive frequency in dependence the phase φ as also the setting of the duty cycle in dependence the actual activity has been recorded.

Die Strombelastung der Vollbrücke kann gering gehalten werden, wenn die Ansteuerfrequenz kleiner als die Resonanzfrequenz des Schwingkreises eingestellt wird. Dadurch kann selbst bei Ausgangsschwingkreisen mit geringer Güte zumindest eines der schaltenden Elemente einer Halbbrücke entlastet werden.The current load of the full bridge can be kept low if the drive frequency is set smaller than the resonant frequency of the resonant circuit. As a result, even when off Low-quality gear resonant circuits are relieved of at least one of the switching elements of a half-bridge.

Für eine Leistungsregelung ist es vorteilhaft, wenn die von der Vollbrücke ausgegebene Leistung erfasst werden kann. Hierzu ist es zweckmäßig, die Spannung der Leistungsgleichspannungsversorgung zu messen. Aus dieser Messung ist dann der Spannungspegel am Ausgang der Vollbrücke bekannt. Aus diesem Wert und den Schaltzeitpunkten der schaltenden Elemente kann die ausgegebene Leistung ermittelt werden.For a power control it is advantageous if the power output from the full bridge is detected can be. For this purpose, it is expedient to the voltage of the DC power supply to measure up. From this measurement is then the voltage level at the output the full bridge known. From this value and the switching times of the switching Elements, the output power can be determined.

Zur Bestimmung der Phasen φ, θ sind jedoch nicht absolute Messgrößen notwendig. Es ist vielmehr ausreichend, die Nulldurchgänge von Strom und Spannung am Vollbrückenausgang und den Nulldurchgang der Schwingkreisspannung zu erfassen. Aus der Lage der Nulldurchgänge können die Phasen φ, θ ermittelt werden.to However, determination of the phases φ, θ are not absolute measurements necessary. It is rather sufficient, the zero crossings of current and voltage at the full bridge output and to detect the zero crossing of the resonant circuit voltage. Out the location of the zero crossings can the phases φ, θ determined become.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, sowie aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombinationen bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of exemplary embodiments the invention, with reference to the figures of the drawing, the invention essential Details show, as well as from the claims. The individual characteristics can each individually for one or more in any combination in a variant be realized the invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: preferred embodiments The invention are shown schematically in the drawing and will be explained in more detail with reference to the figures of the drawing. It demonstrate:

1a eine Vollbrücke mit angeschlossenem Ausgangsschwingkreis, der eine Last enthält; 1a a full bridge with connected output resonant circuit containing a load;

1b einen Spannungs- und Stromverlauf für die Schaltung der 1a mit einer Phase θ > 0; 1b a voltage and current curve for the circuit of 1a with a phase θ>0;

2 einen Spannungs- und Stromverlauf für die Schaltung der 1a mit einer Phase θ = 0; 2 a voltage and current curve for the circuit of 1a with a phase θ = 0;

3 einen Spannungs- und Stromverlauf für die Schaltung der 1a mit einer Phase θ < 0; 3 a voltage and current curve for the circuit of 1a with a phase θ <0;

4 ein Diagramm zur Darstellung der Phase zwischen Ausgangsspannung der Vollbrücke und Strom des Ausgangsschwingkreises sowie zwischen der Ausgangsspannung der Vollbrücke und Ausgangsschwingkreisspannung; 4 a diagram showing the phase between the output voltage of the full bridge and current of the output resonant circuit and between the output voltage of the full bridge and output resonant circuit voltage;

5 ein Flussdiagramm zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens; 5 a flowchart for illustrating the method according to the invention;

6 ein Flussdiagramm mit einer alternativen Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 6 a flowchart with an alternative representation of the method according to the invention.

In der 4 ist die Vollbrückenspannung UV dargestellt, die im Wesentlichen einen rechteckförmigen Verlauf hat. Außerdem ist die an den Anschlüssen A1, A2 anliegende Ausgangsschwingkreisspannung US gezeigt. Hier ist zu erkennen, dass die Ausgangsschwingkreisspannung US, die einen sinusförmigen Verlauf hat, gegenüber dem Einschaltzeitpunkt der schaltenden Elemente der Vollbrücke einen Phasenversatz von φ hat. Die Phase zwischen Einschaltzeitpunkt der schaltenden Elemente der Vollbrücke und dem Nulldurchgang des Stromes ist die Phase θ.In the 4 is the full bridge voltage U V shown, which has a substantially rectangular shape. In addition, the voltage applied to the terminals A1, A2 output resonant circuit voltage U S is shown. It can be seen here that the output resonant circuit voltage U S , which has a sinusoidal profile, has a phase offset of φ compared with the switch-on time of the switching elements of the full bridge. The phase between the switch-on time of the switching elements of the full bridge and the zero crossing of the current is the phase θ.

Wie bei einer Hochfrequenzstromversorgungsanordnung für Induktionserwärmungsanlagen, dem bevorzugten Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung, die Strombelastung der schaltenden Elemente Z1, Z2, Z3 und Z4 bei gleich bleibender Ausgangsleistung verringert wird, soll mit Hilfe der 5 erläutert werden. Ein Tastverhältnis τ wird im Block 1 grob voreingestellt. Im Block 2 werden verschiedene Messungen durchgeführt: Am Ausgang der Vollbrücke wird die zum Messzeitpunkt anliegende Leistung PIst gemessen. Weiterhin wird die Phase 6 zwischen der Vollbrückenspannung UV und den Nulldurchgängen des Stromes erfasst. Darüber hinaus wird die Phase φ zwischen der Vollbrückenspannung UV und der Ausgangsschwingkreisspannung US bestimmt.As with a high frequency power supply arrangement for induction heating, the preferred scope of the present invention, the current load of the switching elements Z1, Z2, Z3 and Z4 is reduced while maintaining the output power, with the aid of 5 be explained. A duty cycle τ is in the block 1 roughly preset. In the block 2 different measurements are carried out: At the output of the full bridge, the power applied at the time of measurement P actual is measured. Furthermore, the phase 6 detected between the full bridge voltage U V and the zero crossings of the current. In addition, the phase φ between the full bridge voltage U V and the output resonant circuit voltage U S is determined.

Ist die Phase φ > 90° (Block 3) wird die Ansteuerfrequenz f der schaltenden Elemente Z1–Z4 im Block 4 gesenkt. Danach wird im Block 5 festgestellt, ob die gemessene Ausgangsleistung PIst > PSoll ist. PSoll stellt hierbei die gewünschte Ausgangsleistung dar.Is the phase φ> 90 ° (block 3 ), the driving frequency f of the switching elements Z1-Z4 in the block 4 lowered. After that, in the block 5 determines whether the measured output power is P actual > P setpoint . P set represents here the desired output power.

Wird im Block 3 festgestellt, dass φ kleiner als 90° ist, wird im Block 6 geprüft, ob φ < 0° ist. Ist dies der Fall, wird die Ansteuerfrequenz f erhöht (Block 7). Auch nach dieser Änderung der Ansteuerfrequenz f wird im Block 5 geprüft, ob PIst > PSoll ist. Ist die aktuell gemessene Leistung PIst größer als die gewünschte Leistung PSoll (Block 8), wird das Tastverhältnis τ verkleinert. Ist die aktuell gemessene Leistung PIst kleiner als die gewünschte Leistung PSoll, wird das Tastverhältnis τ im Block 9 vergrößert. Anschließend wird zu einer neuen Messung in den Block 2 zurückgekehrt.Will be in the block 3 found that φ is less than 90 °, is in the block 6 checked if φ <0 °. If this is the case, the drive frequency f is increased (block 7 ). Even after this change in the drive frequency f is in the block 5 checked if P Is > P setpoint . Is the currently measured power P actual greater than the desired power P setpoint (block 8th ), the duty cycle τ is reduced. If the currently measured power P actual is smaller than the desired power P setpoint , the duty cycle τ in the block 9 increased. Subsequently, a new measurement in the block 2 returned.

Hat die Prüfung im Block 6 ergeben, dass φ größer ist als 0°, wird anschließend im Block 10 festgestellt, ob die gemessene Leistung PIst > PSoll ist. Ist dies der Fall, wird im Block 11 das Tastverhältnis τ gesenkt und anschließend zum Block 13 weitergegangen. Ergibt der Vergleich im Block 10, dass PIst < PSoll ist, wird das Tastverhältnis τ erhöht.Has the exam in the block 6 show that φ is greater than 0 °, then in the block 10 determines whether the measured power is P actual > P target . If this is the case, in the block 11 the duty cycle τ lowered and then to the block 13 moved on. Returns the comparison in the block 10 in that P actual <P target , the duty cycle τ is increased.

Im Block 13 wird anschließend die Phase θ ausgewertet. Ist θ > 5°, wird die Ansteuerfrequenz f im Block 14 erhöht und anschließend eine neue Messung von θ, φ und PIst im Block 2 durchgeführt.In the block 13 Subsequently, the phase θ is evaluated. If θ> 5 °, the drive frequency f in the block 14 increases and then a new measurement of θ, φ and P is in the block 2 carried out.

Ist θ < 5°, wird im Block 15 überprüft, ob die Phase θ < 0° ist. Ist dies der Fahl, wird die Ansteuerfrequenz f gesenkt (Block 16) und zum Block 2 weitergegangen. Wird im Block 15 festgestellt, dass θ > 0° ist, sind Änderungen der Ansteuerfrequenz f nicht notwendig. Es wird gleich eine neuen Messung im Block 2 durchgeführt.Is θ <5 °, is in the block 15 checks if the phase θ is <0 °. If this is the faint, the drive frequency f is lowered (block 16 ) and to the block 2 moved on. Will be in the block 15 when it is determined that θ> 0 °, changes in the driving frequency f are unnecessary. It will be a new measurement in the block 2 carried out.

Bei der Verfahrensvariante gemäß 6 wird im Block 101 zunächst eine Grobeinstellung des Tastverhältnisses τ vorgenommen, um eine gewünschte Ausgangsleistung PSoll einzustellen. Im Block 102 werden Werte für θ, φ und PIst ermittelt, beispielsweise, indem absolute Größen gemessen werden oder Zeitdifferenzen zwischen Nulldurchgängen unterschiedlicher Signale erfasst werden. Anschließend wird im Schritt 103 überprüft, ob die Phase φ > 90° ist. Bejahendenfalls wird im Block 104 die Ansteuerfrequenz f abgesenkt. Anschließend wird im Schritt 105 eine Abfrage durchgeführt, ob die gemessene Istleistung Pist größer ist als die vorgegebene Sollleistung PSoll. Bejahendenfalls wird das Tastverhältnis τ im Block 106 abgesenkt und anschließend in den Block 102 zurückgekehrt. Ist das Vergleichsergebnis in der Abfrage im Schritt 105 negativ, wird das Tastverhältnis τ erhöht und anschließend in den Block 102 zurückgekehrt.In the process variant according to 6 will be in the block 101 first, a coarse adjustment of the duty cycle τ made to set a desired output power P desired . In the block 102 For example, values for θ, φ and P actual are determined, for example, by measuring absolute values or detecting time differences between zero crossings of different signals. Subsequently, in step 103 Check if the phase φ is> 90 °. If yes, in the block 104 lowered the drive frequency f. Subsequently, in step 105 a query is performed as to whether the measured actual power P ist is greater than the predetermined target power P setpoint . If yes, the duty cycle τ in the block 106 lowered and then into the block 102 returned. Is the comparison result in the query in step 105 negative, the duty cycle τ is increased and then into the block 102 returned.

Hat die Abfrage im Schritt 103 ergeben, dass die Phase φ < 90° ist, wird in Schritt 108 überprüft, ob die Phase φ < 0° ist. Bejahendenfalls wird im Block 109 die Ansteuerfrequenz erhöht und anschließend in den Schritt 105 übergegangen. Verneinendenfalls wird überprüft, ob eine Phase θ > 5° ist. Bejahendenfalls wird im Block 111 die Ansteuerfrequenz erhöht und anschließend in den Schritt 105 übergegenagen. Verneinendenfalls wird geprüft, ob die Phase θ < 0° ist. Wird diese Frage bejaht, so wird im Block 113 die Frequenz abgesenkt. Ergibt die Abfrage, dass θ > 0° ist, wird direkt in den Schritt 105 übergegangen.Has the query in step 103 show that the phase φ <90 ° is in step 108 checks if the phase φ <0 °. If yes, in the block 109 increases the drive frequency and then in the step 105 passed. If not, it is checked whether a phase θ> 5 °. If yes, in the block 111 increases the drive frequency and then in the step 105 about to recite. If not, it is checked whether the phase θ <0 °. If this question is answered in the affirmative, it will be in the block 113 lowered the frequency. If the query returns that θ> 0 °, it will go directly to the step 105 passed.

Claims (13)

Verfahren zum Betrieb einer Vollbrücke, die ein Wechselausgangssignal erzeugt, das an einen Ausgangsschwingkreis geleitet wird, der eine Last einschließt, bei welchem die schaltenden Elemente (Z1 bis Z4) der Vollbrücke zur Erzeugung eines die Ausgangsleistung bestimmenden Tastverhältnisses (τ) der Vollbrücke angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet dass die Ansteuerfrequenz der schaltenden Elemente (Z1–Z4) zur Reduzierung der Schaltverluste der schaltenden Elemente (Z1–Z4) in Abhängigkeit der Phase θ zwischen der Ausgangsspannung (Uv) der Vollbrücke und dem Strom (I) des Ausgangsschwingkreises und/oder der Phase φ zwischen der Ausgangsspannung (Uv) der Vollbrücke und der an der Last anliegenden Ausgangsschwingkreisspannung (Us) eingestellt wird.A method of operating a full bridge which generates an AC output signal which is passed to an output resonant circuit including a load at which the switching elements (Z1 to Z4) of the full bridge are driven to produce the output power determining duty cycle (τ) of the full bridge; characterized in that the driving frequency of the switching elements (Z1-Z4) for reducing the switching losses of the switching elements (Z1-Z4) as a function of the phase θ between the output voltage (Uv) of the full bridge and the current (I) of the output resonant circuit and / or the Phase φ between the output voltage (Uv) of the full bridge and the voltage applied to the load output oscillation (Us) is set. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Durchführen der Ansteuerfrequenzeinstellung das Tastverhältnis (τ) zur Einstellung einer vorgegebenen Ausgangsleistung nachgeregelt wird.Method according to claim 1, characterized in that that after performing the Ansteuerfrequenzeinstellung the duty cycle (τ) for setting a predetermined Output power is readjusted. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase θ zwischen der Ausgangsspannung (Uv) der Vollbrücke und dem Strom (I) des Ausgangsschwingkreises durch Ermitteln der Zeit zwischen einem Schaltzeitpunkt eines schaltenden Elements der Vollbrücke und des Nulldurchgangs des Stroms (I) des Ausgangsschwingkreises bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the phase θ between the output voltage (Uv) of the full bridge and the current (I) of the output resonant circuit by determining the time between a switching instant of a switching Elements of the full bridge and the zero crossing of the current (I) of the output resonant circuit determined becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase φ zwischen der Ausgangsspannung (Uv) der Vollbrücke und der an der Last anliegenden Ausgangsschwingkreisspannung (Us) durch Ermitteln der Zeit zwischen einem Schaltzeitpunkt eines schaltenden Elements und dem Nulldurchgang der Ausgangsschwingkreisspannung (US) bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the phase φ between the output voltage (Uv) of the full bridge and the output resonant circuit voltage (Us) applied to the load by determining the time between a switching time of a switching element and the zero crossing of the output resonant circuit voltage (U S ) is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerfrequenz zunächst in Abhängigkeit von der Phase φ und anschließend in Abhängigkeit von der Phase θ eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the driving frequency first in dependence on the phase φ and then in dependence set by the phase θ becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerfrequenz (f) gesenkt wird, wenn die Phase (φ) größer als ein vorbestimmter Wert, insbesondere 90°, ist.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the drive frequency (f) is lowered when the phase (φ) is greater than a predetermined value, in particular 90 °, is. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Ansteuerfrequenz (f) erhöht wird, wenn die Phase (φ) kleiner als ein vorbestimmter Wert, insbesondere 0°, ist.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the drive frequency (f) is increased when the phase (φ) is less than a predetermined value, in particular 0 °, is. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Ansteuerfrequenz in Abhängigkeit der Phase θ erst erfolgt, wenn sowohl die Variation der Ansteuerfrequenz in Abhängigkeit der Phase φ als auch die Einstellung des Tastverhältnis (τ) in Abhängigkeit der erfassten Ist-Leistung Pist erfolgt ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the adjustment of the drive frequency as a function of the phase θ only takes place when both the variation of the drive frequency as a function of the phase φ and the setting of the duty cycle (τ) as a function of the detected actual power P is done. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerfrequenz (f) erhöht wird, wenn die Phase θ größer als ein vorbestimmter Wert, insbesondere 5°, ist.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the driving frequency (f) is increased, if the phase θ is greater than a predetermined value, in particular 5 °, is. Verfahren nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerfrequenz (f) gesenkt wird, wenn die Phase θ kleiner als ein vorbestimmter Wert, insbesondere als 0°, ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the driving frequency (f) is lowered when the Phase θ is smaller than a predetermined value, in particular as 0 °. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastverhältnis (τ) in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Sollwert (PSoll) der Ausgangsleistung der Vollbrücke eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the duty cycle (τ) in dependence on a predetermined desired value (P setpoint ) of the output power of the full bridge is set. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller Istwert (PIst) der Ausgangsleistung erfasst wird und mit dem Sollwert (PSoll) der Ausgangsleistung verglichen wird und das Tastverhältnis (τ) erhöht wird, wenn der Istwert (PIst) der Ausgangsleistung kleiner ist als der Sollwert (PSoll) der Ausgangsleistung und das Tastverhältnis (τ) gesenkt wird, wenn der Istwert (PIst) der Ausgangsleistung größer ist als der Sollwert (PSoll) der Ausgangsleistung.A method according to claim 11, characterized in that a current actual value (P actual ) of the output power is detected and compared with the desired value (P target ) of the output power and the duty cycle (τ) is increased when the actual value (P actual ) of the output power is smaller than the target value ( Pset ) of the output power and the duty ratio (τ) is lowered when the actual value (P Ist ) of the output power is larger than the target value ( Pset ) of the output power. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Istwert (PIst) der Ausgangsleistung nach jeder Veränderung der Ansteuerfrequenz (f) gemessen und mit dem Sollwert (PSoll) der Ausgangsleistung (f) verglichen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the current actual value (P actual ) of the output power is measured after each change of the drive frequency (f) and compared with the desired value (P setpoint ) of the output power (f).
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