DE102010023652A1

DE102010023652A1 - Steered three-phase direct current static converter operating method, involves changing control state of portion of respective half cycle with respect to alteration of rejection level of converter for each input phase

Info

Publication number: DE102010023652A1
Application number: DE201010023652
Authority: DE
Inventors: Hans Jürgen Kollar; Ralf Bennerscheidt; Frank-Jörg Depré; Manuel Fuchs
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2010-06-14
Filing date: 2010-06-14
Publication date: 2011-12-15

Abstract

The method involves producing three alternating voltage phases from a direct current (DC) static converter by an inverter (1) with three half bridges (10, 12, 14). The half bridges are addressed with a respective periodical control signal to provide a desired rejection level, which changes between two control states. The control state of a portion of a respective half cycle is changed with respect to an alteration of the rejection level of the converter for each input phase within the respective half cycle. An independent claim is also included for an arrangement for use with an electric circuit.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler und ein Verfahren zum Ansteuern eines Gleichspannungswandlers.The invention relates to a DC-DC converter and a method for driving a DC-DC converter.

Die EP 2 023 472 A1 betrifft einen taktgesteuerten Gleichspannungswandlers.The EP 2 023 472 A1 relates to a clock-controlled DC-DC converter.

Ein Verfahren zur Ansteuerung eines taktgesteuerten Gleichspannungswandlers ist aus der EP 1 589 648 A2 bekannt.A method for controlling a clock-controlled DC-DC converter is known from EP 1 589 648 A2 known.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Gleichspannungswandler und ein Verfahren zum Ansteuern eines Gleichspannungswandlers weiterzubilden, wobei die Ansteuerung einfach ist.The invention is therefore based on the object to develop a DC-DC converter and a method for driving a DC-DC converter, wherein the control is easy.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und bei der Anordnung nach den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention the object is achieved in the method according to the features specified in claim 1 and in the arrangement according to the features indicated in claim 12.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren zum Betreiben eines gesteuerten dreiphasigen Gleichspannungswandlers sind, dass aus einer Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers mittels eines Wechselrichters mit drei Halbbrücken drei Wechselspannungsphasen erzeugt werden, wobei die drei Halbbrücken mit einem jeweiligen periodischen Steuersignal angesteuert werden, welches zwischen zwei Steuerzuständen wechselt, wobei die periodischen Steuersignale um 120° phasenverschoben sind und bei Vollaussteuerung des Gleichspannungswandlers die periodischen Steuersignale einer Stufenfunktion mit einer Stufe nach einer Halbperiode entsprechen, wobei zur Änderung der Aussteuerung des Gleichspannungswandlers für jede Eingangsphase innerhalb einer jeweiligen Halbperiode symmetrisch in der Mitte der jeweiligen Halbperiode der Steuerzustand für einen Anteil der jeweiligen Halbperiode gewechselt wird. Von Vorteil ist dabei, dass ein linearer Zusammenhang zwischen dem Anteil und der Spannungszeitfläche des Gleichspannungswandlers gegeben ist.Important features of the invention in the method for operating a controlled three-phase DC-DC converter are that three AC phases are generated from an input voltage of the DC-DC converter by means of an inverter with three half-bridges, wherein the three half-bridges are driven by a respective periodic control signal, which changes between two control states, wherein the periodic control signals are phase-shifted by 120 ° and at full scale of the DC-DC converter correspond to the periodic control signals of a step function with a step after a half-period, wherein to change the modulation of the DC-DC converter for each input phase within a respective half-period symmetrically in the middle of the respective half-period of the control state for a share of the respective half-period is changed. The advantage here is that a linear relationship between the proportion and the voltage-time surface of the DC-DC converter is given.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Anteil der Halbperiode für jede Eingangsphase gleich groß. Von Vorteil ist dabei, dass kein Gleichspannungsanteil am Transformator entsteht.In an advantageous embodiment, the proportion of the half-period for each input phase is the same. The advantage here is that no DC component is generated at the transformer.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt der Anteil der Halbperiode von 180 Grad zwischen 0 Grad und 60 Grad. Von Vorteil ist dabei, dass die Spannungszeitfläche zwischen einem maximalen Wert und dem Wert 0Vs regelbar ist.In an advantageous embodiment, the proportion of the half-period of 180 degrees between 0 degrees and 60 degrees. The advantage here is that the voltage-time surface between a maximum value and the value 0Vs is adjustable.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Spannung der Wechselspannungsphasen jeweils durch Schalten zweier Schalter der Halbbrücken erzeugt. Von Vorteil ist dabei, dass die Regelung der Ausgangsspannung einfach ist.In an advantageous embodiment, the voltage of the alternating voltage phases is generated in each case by switching two switches of the half bridges. The advantage here is that the regulation of the output voltage is easy.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zwischen den Spannungszuständen gewechselt, in dem jeweils ein oberer Schalter einer Halbbrücke geschlossen wird und ein unterer Schalter geöffnet wird. Von Vorteil ist dabei, dass ein Gleichspannungsanteil vermieden wird.In an advantageous embodiment, a change is made between the voltage states in which an upper switch of a half-bridge is closed in each case and a lower switch is opened. The advantage here is that a DC component is avoided.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Wechselspannungsphasen an eine jeweilige Phase eines Transformators in Dreieckschaltung angeschlossen und der Transformator wandelt die drei Wechselspannungsphasen in drei Ausgangsphasen. Von Vorteil ist dabei, dass die Welligkeit der Ausgangsspannung verringert ist.In an advantageous embodiment, the alternating voltage phases are connected to a respective phase of a transformer in delta connection and the transformer converts the three alternating voltage phases into three output phases. The advantage here is that the ripple of the output voltage is reduced.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Ausgangsphasen jeweils gleichgerichtet. Von Vorteil ist dabei, dass die Welligkeit der Ausgangsspannung verringert ist.In an advantageous embodiment, the output phases are rectified in each case. The advantage here is that the ripple of the output voltage is reduced.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die drei Ausgangsphasen mit jeweils einer Gleichrichterschaltung gleichgerichtet und werden vorzugsweise an einem Punkt der Schaltung zusammengeführt und an diesem Punkt wird eine Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers abgegriffen. Von Vorteil ist dabei, dass die Welligkeit der Ausgangsspannung verringert ist.In an advantageous embodiment, the three output phases are rectified, each with a rectifier circuit and are preferably combined at one point of the circuit and at this point an output voltage of the DC-DC converter is tapped. The advantage here is that the ripple of the output voltage is reduced.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jede Gleichrichterschaltung zwei Schalter auf, welche entsprechend getaktet sind, um die Ausgangsphasen gleichzurichten. Von Vorteil ist dabei, dass die Verluste verringert sind, da die Durchflussspannung der Schalter kleiner ist, als eine Gelichrichterdiode.In an advantageous embodiment, each rectifier circuit has two switches, which are clocked accordingly to rectify the output phases. The advantage here is that the losses are reduced, since the flow voltage of the switch is smaller than a Gelichrichterdiode.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Spannungen der gleichgerichteten Ausgangsphasen mit jeweils einem Kondensator geglättet. Von Vorteil ist dabei, dass die Welligkeit der Ausgangsspannung verringert ist.In an advantageous embodiment, the voltages of the rectified output phases are smoothed with one capacitor each. The advantage here is that the ripple of the output voltage is reduced.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Schalter der Gleichrichterschaltungen derart synchronisiert mit den Schaltern des Wechselrichters betrieben, so dass eine Rückspeisung, d. h. ein Energiefluss von der Ausgangsseite zur Eingangsseite des Gleichspannungswandlers ausgeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass Energie in beide Richtungen des Gleichspannungswandlers übertragbar ist.In an advantageous embodiment, the switches of the rectifier circuits are operated synchronized with the switches of the inverter, so that a feedback, d. H. a power flow is performed from the output side to the input side of the DC-DC converter. The advantage here is that energy in both directions of the DC-DC converter is transferable.

Wichtig Merkmale bei der Anordnung sind, dass diese zum Ausführen der Schritte eines oben beschriebenen Verfahrens angepasst ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein Gleichspannungswandler mit einfacher Sollwertvorgabe für die Aussteuerung bei nahe der Taktfrequenz liegender Ausgangsfrequenz zur Verfügung steht.Important Features of the arrangement are that it is adapted to perform the steps of a method described above. The advantage here is that a DC-DC converter with simple setpoint input for the modulation at is available near the clock frequency lying output frequency.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung sind Primärwicklungen und Sekundärwicklungen des Transformators auf einem dreischenkligen Kern des Transformators aufgewickelt. Von Vorteil ist dabei, dass das Transformatormaterial optimal ausgenutzt wird.In an advantageous embodiment of the arrangement primary windings and secondary windings of the transformer are wound on a three-legged core of the transformer. The advantage here is that the transformer material is optimally utilized.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung ist auf der Sekundärseite ein Mittelpunkgleichrichter an der Sekundärwicklung angeordnet, welcher die Transformatorausgangsspannung gleichrichtet. Von Vorteil ist dabei, dass die Welligkeit der Ausgangsspannung verringert ist.In a further advantageous embodiment of the arrangement, a center-point rectifier is arranged on the secondary winding on the secondary side, which rectifies the transformer output voltage. The advantage here is that the ripple of the output voltage is reduced.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung ist vor dem Ausgang des Gleichspannungswandlers eine Induktivität in Reihe und/oder ein Kapazität parallel zum Ausgang geschaltet. Von Vorteil ist dabei, dass die Welligkeit der Ausgangsspannung verringert ist.In a further advantageous embodiment of the arrangement, an inductance in series and / or a capacitance is connected in parallel to the output in front of the output of the DC-DC converter. The advantage here is that the ripple of the output voltage is reduced.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.Further advantages emerge from the subclaims. The invention is not limited to the combination of features of the claims. For the skilled person, further meaningful combination possibilities of claims and / or individual claim features and / or features of the description and / or figures, in particular from the task and / or posing by comparison with the prior art task arise.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Wechselrichterinverter
1010: erste Halbbrückefirst half bridge
1212: zweite Halbbrückesecond half bridge
1414: dritte Halbbrückethird half bridge
1616: Transformatortransformer
1818: erster Gleichrichterfirst rectifier
2020: zweiter Gleichrichtersecond rectifier
2222: dritter Gleichrichterthird rectifier
2424: Eingangskondensatorinput capacitor
2626: Kondensatorcapacitor
2828: Induktivitätinductance

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen rein schematisch:The invention will now be explained in more detail by means of exemplary embodiments with reference to the drawing. It shows purely schematically:

1: den Schaltungsaufbau eines erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers; und 1 : the circuit structure of a DC-DC converter according to the invention; and

2: das erfindungsgemäße Steuersignal und jeweils darunter den zugehörigen Spannungsverlauf der Wechselspannungsphasen. 2 the control signal according to the invention and in each case the associated voltage curve of the alternating voltage phases.

Der in 1 gezeigte Gleichspannungswandler weist im Wesentlichen drei Teile auf. An der Eingangsseite wird die angelegte Eingangsspannung Uin durch einen Wechselrichter 1 in eine Wechselspannung umgeformt. Ein Transformator 16 wandelt diese Wechselspannung und ein Gleichrichter richtet die gewandelte Wechselspannung gleich. Die gleichgerichtete, gewandelte Wechselspannung bildet dann die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers.The in 1 shown DC-DC converter has essentially three parts. At the input side, the applied input voltage Uin is through an inverter 1 transformed into an AC voltage. A transformer 16 converts this AC voltage and a rectifier directs the converted AC voltage equal. The rectified, converted AC voltage then forms the output voltage of the DC-DC converter.

Vor dem Wechselrichter 1 ist als Energiepuffer ein Eingangskondensator 24 parallel zur Eingangsspannung Uin angeordnet. Der Wechselrichter 1 umfasst drei Halbbrücken mit jeweils zwei Schaltern. Mittenabgriffe der Halbbrücken sind in Dreiecksanordnung mit drei Eingangsspulen des Transformators 16 verbunden.In front of the inverter 1 is an input capacitor as an energy buffer 24 arranged parallel to the input voltage Uin. The inverter 1 includes three half bridges each with two switches. Center taps of the half bridges are in a triangular arrangement with three input coils of the transformer 16 connected.

Somit sind die Schalterpositionen einer ersten Halbbrücke 10 mit den Schaltern S1 und S2 und eine zweite Halbbrücke 12 mit den Schaltern S3 und S4 für die Spannung U1 an einer ersten Eingangsspule des Transformators 16 verantwortlich. Die Spannung U2 an einer zweiten Eingangsspule des Transformators 16 wird durch die Schalterpositionen der Schalter der zweiten Halbbrücke 12 S3 und S4 und der Schalter der dritten Halbbrücke 14 S5 und S6 des Wechselrichters bestimmt. Die Spannung U3 einer dritten Eingangsspule des Transformators 16 ergibt sich aus der Schalterposition der dritten Halbbrücke 14 und der ersten Halbbrücke 10.Thus, the switch positions of a first half-bridge 10 with the switches S1 and S2 and a second half-bridge 12 with the switches S3 and S4 for the voltage U1 at a first input coil of the transformer 16 responsible. The voltage U2 at a second input coil of the transformer 16 is replaced by the switch positions of the switches of the second half-bridge 12 S3 and S4 and the switch of the third half-bridge 14 S5 and S6 of the inverter determined. The voltage U3 of a third input coil of the transformer 16 results from the switch position of the third half-bridge 14 and the first half bridge 10 ,

Die Schalter S1 bis S6 der Halbbrücken des Wechselrichters werden durch eine nichtgezeigte Steuervorrichtung angesteuert. Bei den Schaltern S1 bis S6 handelt es sich zum Beispiel um Halbleiterbauelemente wie Transistoren mit antiparallelen Dioden als Freilaufdioden und eine sonstige übliche Bauelementanordnung zur Realisierung eines Wechselrichterschalters.The switches S1 to S6 of the half-bridges of the inverter are driven by a control device (not shown). The switches S1 to S6 are, for example, semiconductor components such as transistors with antiparallel diodes as freewheeling diodes and another conventional component arrangement for realizing an inverter switch.

2 zeigt in den oberen Diagrammen das erfindungsgemäße Steuersignal zur Ansteuerung der Schalter S1 bis S6 für eine Periode von 360°. Die gezeigten Steuersignale a (durchgezogene Linie), b (langgestrichelte Linie) und c (kurzgestrichelte Linie) entsprechen jeweils den Schalterzuständen der ersten, zweiten und dritten Halbbrücke 10, 12, 14. 2 shows in the upper diagrams, the control signal according to the invention for driving the switches S1 to S6 for a period of 360 °. The shown control signals a (solid line), b (long dashed line) and c (short dashed line) respectively correspond to the switch states of the first, second and third half bridges 10 . 12 . 14 ,

Hierbei bedeutet ein Steuersignal von 1 das der obere Schalter S1, S3, beziehungsweise 55 der entsprechenden Halbbrücke 10, 12, 14 geschlossen ist und der untere Schalter S2, S4 beziehungsweise S6 geöffnet ist. Ein Steuersignal von –1 bedeutet, dass der entsprechende untere Schalter S2, S4, bzw. S6 geschlossen ist und der zugehörige obere Schalter S1, S3 oder S5 der jeweiligen Halbbrücke 10, 12, 14 geöffnet ist. Eventuelle Totzeiten zur Vermeidung eventueller Spannungsspitzen oder Stromspitzen, wo beide Schalter einer Halbbrücke geöffnet oder geschlossen sind, sind hier nicht berücksichtigt.In this case, a control signal of 1 means the upper switch S1, S3, or 55 of the corresponding half-bridge 10 . 12 . 14 is closed and the lower switch S2, S4 or S6 is open. A control signal of -1 means that the corresponding lower switch S2, S4, or S6 is closed and the associated upper switch S1, S3 or S5 of the respective half-bridge 10 . 12 . 14 is open. Possible dead times to avoid possible voltage peaks or Current peaks, where both switches of a half-bridge are open or closed, are not considered here.

Die unteren Diagramme der 2 zeigen die jeweils zugehörigen Spannungen U1, U2, und U3, welche durch die entsprechenden Schalterpositionen gebildet werden. Hierbei entspricht bei der vertikalen Achse +2 einer Spannung von +Uin und –2 einer Spannung von –Uin.The lower diagrams of the 2 show the respectively associated voltages U1, U2, and U3, which are formed by the corresponding switch positions. In the case of the vertical axis +2, a voltage of + Uin and -2 corresponds to a voltage of -Uin.

Die beiden rechten Diagramme der 2 zeigen das Steuersignal und die Spannungsverläufe von U1, U2 und U3 bei Vollaussteuerung des Gleichspannungswandlers. Hierbei bilden die Steuersignale a, b und c ein Stufenfunktion welche in 180° Schritten eine Stufe aufweist und somit einen Positionswechsel der entsprechenden Schalter von offen nach geschlossen bzw. geschlossen nach offen darstellt.The two right diagrams of 2 show the control signal and the voltage waveforms of U1, U2 and U3 at Vollaussteuerung the DC-DC converter. Here, the control signals a, b and c form a step function which has a step in 180 ° steps and thus represents a position change of the corresponding switch from open to closed or closed to open.

Die einzelne Steuersignale a, b und c sind untereinander um 120° Phasen verschoben. Dies bedeutet, dass sie sich für verschiedene Anteile der 360° einer Periode überlappen und, dass die Plateaus, wo die Steuersignale einen konstanten Wert annehmen auch um 120° Phasen verschoben sind.The individual control signals a, b and c are shifted from each other by 120 ° phases. This means that they overlap for different proportions of the 360 ° of a period and that the plateaus, where the control signals assume a constant value, are also shifted by 120 ° phases.

Unter der Annahme von konstantem Schalten der Schalter S1 bis S6 haben zum Beispiel die Steuersignale a und b zwischen 0° und 60° beide den Wert 1. Dies bedeutet, dass die Schalter S1 und S3 geschlossen sind und die Schalter S2 und S4 geöffnet. Daher liegt an beiden kontakten der in 2 als oberste Spule des Transformators gezeigten Spule dasselbe Potential an und somit ist die Spannung U1 gleich null.For example, assuming constant switching of the switches S1 to S6, the control signals a and b between 0 ° and 60 ° are both 1. This means that the switches S1 and S3 are closed and the switches S2 and S4 are opened. Therefore lies at both contacts the in 2 coil shown as the uppermost coil of the transformer to the same potential and thus the voltage U1 is equal to zero.

Bei 60° wechselt das Steuersignal b von +1 nach –1 und somit wird der Schalter S3 geöffnet und der Schalter S4 geschlossen. Jetzt liegt am oberen Kontakt der obersten Spule das Potential Uin an und der untere Kontakt ist über den geschlossenen Schalter S4 geerdet. Daraus resultiert die Spannung U1 gleich Uin.At 60 °, the control signal b changes from +1 to -1, and thus the switch S3 is opened and the switch S4 is closed. Now, at the upper contact of the uppermost coil, the potential Uin is applied and the lower contact is earthed via the closed switch S4. This results in the voltage U1 Uin.

Die weiteren Spannungszustände ergeben sich auf entsprechende Art und Weise. Bei einer Umpolung, d. h. zum Beispiel für U1 unterer Kontakt an Potential Uin und oberer Kontakt geerdet, entsteht dann die Spannung –Uin an der entsprechenden Spule.The other states of stress arise in a corresponding manner. At a reversal, d. H. For example, for U1 bottom contact grounded to potential Uin and top contact, then the voltage -Uin arises at the corresponding coil.

Zur Aussteuerung des Gleichspannungswandlers wird, wie in der Abfolge in 2 von rechts nach links gezeigt, innerhalb einer jeweiligen Halbperiode symmetrisch in der Mitte der jeweiligen Halbperiode der Steuerzustand für einen Anteil der jeweiligen Halbperiode gewechselt. Zum Beispiel wird für das Steuersignal a im zweiten Diagramm von rechts in 2 der Schalterzustand zwischen 80° und 100° und somit symmetrisch um 90° von +1 auf –1 gewechselt. Der Anteil beträgt in diesem Beispiel 20°.To control the DC-DC converter, as in the sequence in 2 shown from right to left, within a respective half-period symmetrically in the middle of the respective half-period, the control state for a portion of the respective half-period changed. For example, for the control signal a in the second diagram from the right in 2 the switch state between 80 ° and 100 ° and thus changed symmetrically by 90 ° from +1 to -1. The proportion is in this example 20 °.

Dies hat zur Folge, dass die Spannung U1 für diesen Periodenabschnitt gleich null wird. Das gleiche passiert mit umgekehrten Vorzeichen des Steuersignals bei der zweiten Halbperiode des Steuersignals um 270°. Dasselbe geschieht mit den Steuersignale b und c nur eben um 120° bzw. 240° Phasenverschoben.As a result, the voltage U1 for this period becomes zero. The same thing happens with reversed signs of the control signal at the second half period of the control signal by 270 °. The same happens with the control signals b and c only just by 120 ° or 240 ° phase shifted.

Der Zeitpunkt bzw. der Periodenabschnitt zur Änderung des Schaltzustandes wird entsprechend Phasenverschoben, so dass die Änderung in der Mitte eines Plateaus des jeweiligen Steuersignals und symmetrisch zu dieser vorgenommen wird.The time or the period section for changing the switching state is correspondingly phase-shifted so that the change is made in the middle of a plateau of the respective control signal and symmetrical to it.

Dadurch werden die Spannungszeitfläche der Spannungen und damit die Aussteuerung des Gleichspannungswandlers gesteuert.As a result, the voltage-time surface of the voltages and thus the modulation of the DC-DC converter are controlled.

Bei einem Anteil von 60° liegen alle Steuersignale übereinander, d. h. die Schalter S1 bis S6 werden Synchron geschaltet. Mit einem Anteil zwischen 60° und 0° lässt sich die Ausgangsspannung Uout zwischen der Spannung 0 V und einem maximalen Spannungswert auf einen Sollwert regeln. Überraschenderweise besteht zwischen dem Anteil als Regelgröße und der Spannungszeitfläche, welche am Eingang des Transformators anliegt, als zu regelnde Größe ein linearer Zusammenhang. Dies ist besonders bei digitalen Steuerungen von Vorteil.With a share of 60 ° all control signals are superimposed, d. H. the switches S1 to S6 are switched synchronously. With a component between 60 ° and 0 °, the output voltage Uout between the voltage 0 V and a maximum voltage value can be regulated to a setpoint value. Surprisingly, there is a linear relationship between the proportion as a control variable and the voltage-time surface, which is present at the input of the transformer, as a variable to be controlled. This is particularly advantageous for digital controllers.

Vorteilhafterweise wird eine Regelung den Anteil erst nach Ablauf einer vollen Periode von 360° ändern, damit ein Gleichspannungsanteil vermieden wird. Dieser könnte sonst zur Sättigung des Transformator führen und somit eine Leistungsübertragung zumindest schwächen.Advantageously, a control will change the proportion only after a full period of 360 °, so that a DC component is avoided. Otherwise, this could lead to saturation of the transformer and thus at least weaken power transmission.

Die vom Wechselrichter 1 an den Primärwicklungen des Transformators 16 erzeugten Spannungen U1, U2 U3 werden vom Transformator 16 an dessen drei Sekundärwicklungen übertragen. Die drei Sekundärwicklungen sind jeweils an einen Gleichrichter angeschlossen. Die Ausgänge der Gleichrichter sind sternenförmig mit dem Ausgang des Gleichspannungswandlers verbunden und bilden so die Ausgangsspannung Uout.The inverter 1 at the primary windings of the transformer 16 generated voltages U1, U2 U3 are from the transformer 16 transmitted at the three secondary windings. The three secondary windings are each connected to a rectifier. The outputs of the rectifiers are connected in a star shape to the output of the DC-DC converter and thus form the output voltage Uout.

Vorteilhafterweise sind die Gleichrichter als Mittelpunktgleichrichter ausgeführt. Durch jeweils einen Mittelpunktsabgriff an den drei Sekundärwicklungen, reichen zwei Schaltelement oder Dioden zur Gleichrichtung der Spannung aus.Advantageously, the rectifiers are designed as center rectifier. By a respective center tap on the three secondary windings, two switching element or diodes are sufficient to rectify the voltage.

Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Mittelpunktsgleichrichter jeweils zwei Schalter S7 bis S12 auf. Diese sind entsprechend angesteuert, um die von den Sekundärwicklungen bereitgestellt Wechselspannung gleichzurichten.At the in 1 In the embodiment shown, the center-point rectifiers each have two switches S7 to S12. These are corresponding to rectify the AC voltage provided by the secondary windings.

Die Verwendung von Schaltern hat den Vorteil, dass auch eine Rückspeisung von Energie von der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers zur Eingangsseite des Gleichspannungswandlers möglich ist. Hierzu werden die Schalter S7 bis S8 im Zusammenspiel mit den Schaltern des Wechselrichters auf der Primärseite des Transformators entsprechend synchron angesteuert.The use of switches has the advantage that a recovery of energy from the output side of the DC-DC converter to the input side of the DC-DC converter is possible. For this purpose, the switches S7 to S8 are controlled synchronously in conjunction with the switches of the inverter on the primary side of the transformer.

Der Mittelpunktsabgriff der jeweiligen Sekundärwicklungen ist jeweils über eine Induktivität 28 mit dem Ausgang des Gelichspannungswandlers verbunden. Zur weiteren Glättung der Ausgangsspannung weist bei dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel jeder Gleichrichter einen parallel zum Ausgang des Gleichspannungswandlers angeordneten Kondensator 26 auf.The center point tap of the respective secondary windings is in each case via an inductance 28 connected to the output of the gelichspannungswandlers. For further smoothing the output voltage has in the in the 1 shown embodiment, each rectifier arranged parallel to the output of the DC-DC converter capacitor 26 on.

Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Schalter durch Dioden ersetzt, wobei jeweils die Anoden der Dioden mit einem Außenabgriff der jeweiligen Sekundärspule verbunden sind und die Kathoden geerdet sind.In a further embodiment, the switches are replaced by diodes, wherein in each case the anodes of the diodes are connected to an external tap of the respective secondary coil and the cathodes are grounded.

Der dreiphasige Gleichspannungswandler erlaubt es die Wicklungen des Transformators 16 auf einen dreischenkligen Kern des Transformators aufzuwickeln. Dadurch wird das Kernmaterial optimal ausgenutzt.The three-phase DC-DC converter allows the windings of the transformer 16 to wind on a three-legged core of the transformer. As a result, the core material is optimally utilized.

Der erfindungsgemäße Gleichspannungswandler erlaubt eine einfache und schnelle Regelung der Ausgangsspannung, um Schwankungen der Eingangsspannungen oder Laständerungen auf der Ausgangsseite zu kompensieren. Dafür reicht eine einfache Sollwertvorgabe des Anteils. Durch die Verwendung eines Drehstromsystems mit Drehstromtrafo als Transformator 16 weist die Ausgangsspannung eine Frequenz beziehungsweise die Welligkeit der Ausgangsspannung eine Frequenz nahe der Taktfrequenz auf.The DC-DC converter according to the invention allows a simple and fast regulation of the output voltage in order to compensate for fluctuations of the input voltages or load changes on the output side. For a simple setpoint specification of the proportion ranges. By using a three-phase system with three-phase transformer as a transformer 16 For example, the output voltage has a frequency, and the ripple of the output voltage has a frequency near the clock frequency.

Der Gleichspannungswandler ist vorzugsweise las Durchflußwandler ausgeführt.The DC-DC converter is preferably designed as a flow converter.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2023472 A1 [0002]
EP 1589648 A2 [0003]

Claims

Method for operating a controlled three-phase DC-DC converter, wherein three alternating voltage phases are generated from an input voltage of the DC-DC converter by means of an inverter having three half-bridges, wherein the three half-bridges are controlled by a respective periodic control signal, in particular for generating a desired modulation, which changes between two control states, wherein the periodic control signals are each phase-shifted by 1/3 of a period against each other and at full scale of the DC-DC converter, the periodic control signals within a respective period of a respective stage function with a stage after each half-period, wherein, in order to change the modulation of the DC-DC converter for each input phase within a respective half-period symmetrically in the middle of the respective half-period, the control state is switched for a portion of the respective half-period, in particular, that is, where at full scale the share disappears.

A method according to claim 1, characterized in that the proportion of the half-period is the same for each input phase.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the proportion of the half period of 180 degrees is between 0 degrees and 60 degrees.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the voltage of the alternating voltage phases is generated in each case by switching two switches of the half-bridges, in particular, the half-bridges have a rich circuit, which is supplied by the input voltage, each with two switches.

A method according to claim 4, characterized in that between the voltage states is changed, in which either one upper switch of a half-bridge is closed and a lower switch is opened or vice versa.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the alternating voltage phases are connected to a respective phase of a transformer in delta connection and the transformer converts the three alternating voltage phases into three output phases.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the output phases are each rectified.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the three output phases are rectified, each with a rectifier circuit and are merged in parallel as an output voltage of the DC-DC converter.

A method according to claim 8, characterized in that each rectifier circuit comprises two switches which are clocked accordingly to rectify the output phases.

A method according to claim 8 or 9, characterized in that the voltages of the rectified output phases are smoothed with one capacitor each.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the switches of the rectifier circuits are operated in such synchronized with the switches of the inverter, so that a feedback, that is a flow of energy from the output side to the input side of the DC-DC converter is performed.

Arrangement with an electrical circuit, characterized in that the electrical circuit is arranged for carrying out the steps of the method according to one of the preceding claims.

Arrangement according to claim 12, characterized in that primary windings and secondary windings of the transformer are wound on a three-legged core of the transformer.

Arrangement according to claim 12 or 13, characterized in that on the secondary side, a center-point rectifier is arranged on the secondary winding, which rectifies the transformer output voltage.

Arrangement according to claim 12, 13 or 14, characterized in that in front of the output of the DC-DC converter, an inductance in series and / or a capacitance is connected in parallel with the output.