DE102013005808B4

DE102013005808B4 - DC converter

Info

Publication number: DE102013005808B4
Application number: DE102013005808.2A
Authority: DE
Inventors: Götz-Martin Bertelsmann
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2013-04-04
Filing date: 2013-04-04
Publication date: 2018-02-08
Anticipated expiration: 2033-04-05
Also published as: DE102013005808A1

Abstract

Gleichspannungswandler, mit zwei oder mehr Eingängen (IN1, IN2), an welchen jeweils wenigstens eine Gleichspannungsquelle (S1, S2) anschließbar ist, und einem gemeinsamen Ausgang (OUT) zum Bereitstellen einer Gleichspannung, wobei die zwei oder mehr Eingänge (IN1, IN2) über wenigstens eine Drossel (L1) in Reihe geschaltet sind; jeder Eingang (IN1, IN2) mit wenigstens einem Schaltelement (SW1, SW2) in seinem negativen Zweig und/oder in seinem positiven Zweig verbunden ist; und die mit den verschiedenen Eingängen (IN1, IN2) verbundenen Schaltelemente (SW1, SW2) unabhängig voneinander ansteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass dem gemeinsamen Ausgang (OUT) eine Reihenschaltung aus wenigstens zwei weiteren Kondensatoren (C3, C4) parallel geschaltet ist; und ein Mittelabgriff der wenigstens zwei weiteren Kondensatoren (C3, C4) über wenigstens ein weiteres Schaltelement (SW3) mit einem Ende der Drossel (L1) verbunden ist und über wenigstens ein weiteres Schaltelement (SW4) mit einem anderen Ende der Drossel (L1) verbunden ist, wobei die weiteren Schaltelemente (SW3, SW4) wechselweise angesteuert werden, sodass sie zu keinem Zeitpunkt gleichzeitig geschlossen sind.DC-DC converter, having two or more inputs (IN1, IN2), to each of which at least one DC voltage source (S1, S2) can be connected, and a common output (OUT) for providing a DC voltage, wherein the two or more inputs (IN1, IN2) are connected in series via at least one throttle (L1); each input (IN1, IN2) is connected to at least one switching element (SW1, SW2) in its negative branch and / or in its positive branch; and the switching elements (SW1, SW2) connected to the different inputs (IN1, IN2) are independently controllable, characterized in that the common output (OUT) is connected in series with at least two further capacitors (C3, C4); and a center tap of the at least two further capacitors (C3, C4) is connected via at least one further switching element (SW3) to one end of the inductor (L1) and connected via at least one further switching element (SW4) to another end of the inductor (L1) is, with the other switching elements (SW3, SW4) are controlled alternately, so that they are closed at any time simultaneously.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler mit zwei oder mehr Eingängen, insbesondere für eine Wechselrichterschaltung.The present invention relates to a DC-DC converter with two or more inputs, in particular for an inverter circuit.

Gleichspannungswandler (Hochsetzsteller, Tiefsetzsteller) werden sehr häufig in Stromversorgungen verschiedenster Art verwendet. Wie bei allen leistungselektronischen Baugruppen ist es dabei ein Ziel, einen möglichst hohen Wirkungsgrad bei möglichst geringen Kosten zu erreichen.DC-DC converters (boost converter, buck converter) are very often used in power supplies of various kinds. As with all power electronic assemblies, it is a goal to achieve the highest possible efficiency at the lowest possible cost.

Ein Wechselrichter benötigt zur Erzeugung einer Wechselspannung in der Regel eine Zwischenkreisspannung einer bestimmten Höhe. Ein optimaler Wirkungsgrad wird üblicherweise erreicht, wenn die Zwischenkreisspannung genau an die zu erzeugende Wechselspannung angepasst ist.An inverter usually requires an intermediate circuit voltage of a certain height to generate an alternating voltage. An optimal efficiency is usually achieved when the DC link voltage is adjusted exactly to the AC voltage to be generated.

Solargeneratoren liefern abhängig von Lichteinfall, Temperatur und Anzahl der verschalteten Module im Allgemeinen eine stark schwankende Gleichspannung. Je breiter der Bereich der Eingangsgleichspannung ist, die ein Wechselrichter verarbeiten kann, umso mehr Möglichkeiten passender Modulkombinationen gibt es. Zur Anpassung des Solargenerators an den Wechselrichter wird daher häufig ein Hochsetzsteller verwendet, der die variable Gleichspannung auf eine relativ konstante Zwischenkreisspannung hochsetzt.Depending on the incidence of light, the temperature and the number of interconnected modules, solar generators generally deliver a strongly fluctuating DC voltage. The wider the range of DC input voltage that an inverter can process, the more possibilities of matching module combinations are available. To adapt the solar generator to the inverter, therefore, a step-up converter is often used which boosts the variable DC voltage to a relatively constant DC link voltage.

Die Grundform eines herkömmlichen Hochsetzstellers (vgl. z. B. 1 der DE 10 2011 011 329 A1 ) besitzt einen Eingang und einen Ausgang. Eine speisende Quelle liefert eine Gleichspannung, die als Eingangsspannung am Eingang des Hochsetzstellers abgegriffen werden kann. Diese Eingangsspannung wird mit dem Hochsetzsteller (bestehend insbesondere aus einer Drossel, einem Schaltelement und einem Gleichrichtelement) auf eine höhere Ausgangsspannung hochgesetzt, die am Ausgang des Hochsetzstellers bereitgestellt wird.The basic form of a conventional boost converter (cf. 1 of the DE 10 2011 011 329 A1 ) has an input and an output. A feeding source supplies a DC voltage which can be tapped as an input voltage at the input of the boost converter. This input voltage is set high with the boost converter (consisting in particular of a throttle, a switching element and a rectifying element) to a higher output voltage, which is provided at the output of the boost converter.

Das Schaltelement wird periodisch ein- und ausgeschaltet, wobei das Taktverhältnis über eine Steuerelektronik so gewählt wird, dass sich eine gewünschte Ausgangsspannung oder ein gewünschter Ausgangsstrom einstellt. Parallel zum Eingang und/oder Ausgang des Hochsetzstellers geschaltete Kondensatoren dienen zur Pufferung von Rippleströmen.The switching element is periodically switched on and off, wherein the clock ratio is selected via control electronics so that sets a desired output voltage or a desired output current. Capacitors connected in parallel with the input and / or output of the boost converter serve to buffer ripple currents.

Zur Erhöhung des Wirkungsgrades schlägt die DE 10 2008 050 402 A1 einen Hochsetzsteller mit Mehrfacheingang vor, der aus zwei Gleichspannungsquellen gleichzeitig gespeist wird, welche so über den gemeinsamen Hochsetzsteller verbunden sind, dass sie bei geschlossenem Schaltelement in Serie und bei geöffnetem Schaltelement über Freilaufdioden parallel zum Ausgang verschaltet sind. Das Tastverhältnis des Schaltelements wird so gewählt, dass sich die gewünschten Spannungen bzw. Ströme am Ausgang einstellen. Die Energie, die in den Drosseln zwischengespeichert werden muss, bzw. die zirkulierende Blindleistung ist im Vergleich zur oben beschriebenen Grundform des Hochsetzstellers wesentlich kleiner. In der Folge sind auch die Baugröße der Drosseln und deren Verluste erheblich verringert.To increase the efficiency suggests the DE 10 2008 050 402 A1 a boost converter with multiple input, which is fed from two DC voltage sources simultaneously, which are connected via the common boost converter that they are connected in parallel with the output when the switching element is closed in series and with open switching element via freewheeling diodes. The duty cycle of the switching element is chosen so that set the desired voltages or currents at the output. The energy that must be stored in the chokes, or the circulating reactive power is much smaller compared to the basic form of the boost converter described above. As a result, the size of the chokes and their losses are significantly reduced.

Eine Weiterentwicklung dieses herkömmlichen Hochsetzstellers mit Mehrfacheingang ist in der DE 10 2010 006 124 A1 offenbart. Dieser herkömmliche Hochsetzsteller verfügt über zwei in Reihe geschaltete Schaltelemente, die zwischen die zwei Eingänge geschaltet und mit einem Potenzial ungefähr in der Mitte zwischen den Potenzialen des Ausgangs verbunden sind, wodurch die Spannungshübe an den einzelnen beiden Schaltelementen reduziert sind.A further development of this conventional boost converter with multiple input is in the DE 10 2010 006 124 A1 disclosed. This conventional boost converter has two series-connected switching elements connected between the two inputs and connected to a potential approximately halfway between the potentials of the output, thereby reducing the voltage swings at each of the two switching elements.

Eine andere Weiterentwicklung dieses herkömmlichen Hochsetzstellers mit Mehrfacheingang ist in der DE 10 2011 011 329 A1 offenbart. Indem bei einer Serienschaltung der Eingänge jeweils mindestens zwei Drosseln über Schaltelemente parallel geschaltet werden, kann der Strom auf die Drosseln aufgeteilt werden, weshalb kleinere Drosseln eingesetzt werden können.Another development of this conventional multi-input boost converter is in the DE 10 2011 011 329 A1 disclosed. By at least two chokes are connected in parallel via switching elements in a series connection of the inputs, the current can be divided between the chokes, which is why smaller chokes can be used.

Ferner offenbart die DE 10 2011 018 355 A1 einen Gleichspannungswandler mit zwei Gleichspannungseingängen und einem Gleichspannungsausgang, wobei die Gleichspannungseingänge über eine Drossel in Reihe geschaltet sind und jeder Gleichspannungseingang mit wenigstens einem Schaltelement in seinem negativen oder positiven Zweig verbunden ist.Further, the DE 10 2011 018 355 A1 a DC-DC converter having two DC voltage inputs and a DC output, wherein the DC voltage inputs are connected in series via a throttle and each DC voltage input is connected to at least one switching element in its negative or positive branch.

Bei den vorgenannten herkömmlichen Gleichspannungswandlern wird ein guter Wirkungsgrad insbesondere dann erzielt, wenn die Ströme und Spannungen der an die mehreren Eingänge angeschlossenen Gleichspannungsquellen mehr oder weniger gleich sind.In the aforementioned conventional DC-DC converters, a good efficiency is achieved in particular when the currents and voltages of the DC voltage sources connected to the plurality of inputs are more or less the same.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Gleichspannungswandler mit Mehrfacheingang zu schaffen, welcher auch bei differierenden Eingangsströmen und/oder -spannungen einen guten Wirkungsgrad erzielen kann.The invention has for its object to provide an improved DC-DC converter with multiple input, which can achieve good efficiency even with different input currents and / or voltages.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Gleichspannungswandler mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a DC-DC converter having the features of claim 1. Particularly preferred embodiments and further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Gleichspannungswandler weist zwei oder mehr Eingänge, an welchen jeweils wenigstens eine Gleichspannungsquelle anschließbar ist, und einen gemeinsamen Ausgang zum Bereitstellen einer Gleichspannung auf. Die zwei oder mehr Eingänge sind über wenigstens eine Drossel in Reihe geschaltet; jeder Eingang ist mit wenigstens einem Schaltelement in seinem negativen Zweig und/oder in seinem positiven Zweig verbunden; und die mit den verschiedenen Eingängen verbundenen Schaltelemente sind unabhängig voneinander ansteuerbar.The DC-DC converter according to the invention has two or more inputs which in each case at least one DC voltage source can be connected, and a common output for providing a DC voltage. The two or more inputs are connected in series via at least one throttle; each input is connected to at least one switching element in its negative branch and / or in its positive branch; and the switching elements connected to the various inputs are independently controllable.

Außerdem ist dem gemeinsamen Ausgang eine Reihenschaltung aus wenigstens zwei weiteren Kondensatoren parallel geschaltet und ist ein Mittelabgriff der wenigstens zwei weiteren Kondensatoren über wenigstens ein weiteres Schaltelement mit einem Ende der (wenigstens einen) Drossel verbunden und über wenigstens ein weiteres Schaltelement mit einem anderen Ende der (wenigstens einen) Drossel verbunden, wobei die weiteren Schaltelemente wechselweise angesteuert werden, sodass sie zu keinem Zeitpunkt gleichzeitig geschlossen sind. Die wenigstens zwei weiteren Kondensatoren sind vorzugsweise im Wesentlichen symmetrisch dimensioniert und bilden auf diese Weise eine Kondensatorhalbbrücke.In addition, a series connection of at least two further capacitors is connected in parallel to the common output and a center tap of the at least two further capacitors is connected via at least one further switching element to one end of the (at least one) inductor and via at least one further switching element to another end of the ( at least one) throttle connected, the other switching elements are driven alternately so that they are closed at any time simultaneously. The at least two further capacitors are preferably dimensioned essentially symmetrically and thus form a capacitor half-bridge.

Mit dem so aufgebauten Gleichspannungswandler der Erfindung lässt sich auch im Fall von Gleichspannungsquellen mit unterschiedlichen Strömen und/oder Spannungen ein guter Wirkungsgrad erzielen, indem die einzelnen Gleichspannungsquellen – insbesondere in Abhängigkeit von ihren Strom- und Spannungswerten – unabhängig voneinander zu- und abgeschaltet werden können. Im Vergleich zu herkömmlichen Gleichspannungswandlern kann eine höhere Flexibilität bei den Einsatzmöglichkeiten für den Gleichspannungswandler erzielt werden. Der erfindungsgemäße Gleichspannungswandler benötigt außerdem nur eine geringe Anzahl von Bauteilen, insbesondere von Drosseln und Schaltelementen, was zu einer Reduzierung der Bauteil- und Montagekosten führt.With the thus constructed DC-DC converter of the invention can be in the case of DC voltage sources with different currents and / or voltages achieve good efficiency by the individual DC voltage sources - in particular depending on their current and voltage values - independently switched on and off. Compared to conventional DC-DC converters, greater flexibility in the application possibilities for the DC-DC converter can be achieved. The DC-DC converter according to the invention also requires only a small number of components, in particular of chokes and switching elements, which leads to a reduction of component and assembly costs.

Durch die Verbindung des Mittelabgriffes der Kondensatorhalbbrücke am Ausgang des Gleichspannungswandlers mit dem einen oder dem anderen Ende der wenigstens einen Drossel können einerseits ein Spannungshub an der Drossel reduziert und/oder der Ausgang bzw. dessen Kondensatorhalbbrücke symmetriert werden. Eine Reduzierung des Spannungshubes an der Drossel kann wiederum die Schaltverluste pro übersetzter Leistung in den Schaltelementen reduzieren, da der Freilauf nicht gegen das höhere Potenzial des Ausgangs erfolgt, wodurch der Wirkungsgrad erhöht werden kann. Außerdem können Bauvolumen, Gewicht und Kosten für Bauteile und Kühlung erheblich reduziert werden.By connecting the center tap of the capacitor half-bridge at the output of the DC-DC converter to one or the other end of the at least one throttle, on the one hand a voltage swing at the throttle can be reduced and / or the output or its capacitor half-bridge can be balanced. Reducing the voltage swing across the inductor can in turn reduce the switching losses per translated power in the switching elements, since the freewheeling does not occur against the higher potential of the output, which can increase the efficiency. In addition, construction volume, weight and cost of components and cooling can be significantly reduced.

Der Gleichspannungswandler weist mehrere, d. h. zwei, drei, vier oder mehr Eingänge auf. An jeden dieser Eingänge kann wenigstens eine, d. h. ein, zwei, drei oder mehr, in Reihe oder parallel geschaltete Gleichspannungsquellen angeschlossen werden. Unter einer „Gleichspannungsquelle” soll in diesem Zusammenhang jede Art von Vorrichtung oder Schaltung verstanden werden, welche eine Gleichspannung bereitstellt. Zu den Gleichspannungsquellen in diesem Sinne zählen insbesondere, aber nicht ausschließlich, Solargeneratoren, Brennstoffzellen, thermoelektrische Generatoren, Akkus, Batterien, Superkondensatoren, elektromagnetische Generatoren, AC/DC-Wandler, DC/DC-Wandler und dergleichen.The DC-DC converter has a plurality, d. H. two, three, four or more inputs. At each of these inputs, at least one, i. H. one, two, three or more, connected in series or parallel DC voltage sources. In this context, a "DC voltage source" is to be understood as any type of device or circuit which provides a DC voltage. DC sources in this sense include, but are not limited to, solar generators, fuel cells, thermoelectric generators, batteries, supercapacitors, electromagnetic generators, AC / DC converters, DC / DC converters, and the like.

Die zwei oder mehr Eingänge sind über wenigstens eine Drossel in Reihe geschaltet. D. h. jeweils zwei Eingänge sind mit wenigstens einer Drossel dazwischen in Reihe geschaltet. Vorzugsweise sind die mehreren Eingänge jeweils mit genau einer Drossel dazwischen in Reihe geschaltet. Wahlweise können auch zwei oder mehr, parallel oder in Reihe geschaltete Drosseln in Reihe zwischen die Eingänge geschaltet sein. Die Reihenschaltung der mehreren Eingänge soll in diesem Zusammenhang als eine Reihenschaltung bei geschlossenen Schaltelementen, d. h. zugeschalteten Eingängen verstanden werden.The two or more inputs are connected in series via at least one throttle. Ie. two inputs each are connected in series with at least one throttle. Preferably, the plurality of inputs are each connected in series with exactly one throttle. Optionally, two or more chokes connected in parallel or in series may be connected in series between the inputs. In this context, the series connection of the multiple inputs should be considered as a series circuit with closed switching elements, i. H. switched inputs are understood.

Wenigstens ein Schaltelement ist in einem positiven Zweig und/oder in einem negativen Zweig eines jeden Eingangs angeordnet. Vorzugsweise ist genau ein Schaltelement in einem positiven Zweig oder einem negativen Zweig eines jeden Eingangs angeordnet. Unter dem positiven Zweig soll in diesem Zusammenhang die mit dem positiven Eingangsanschluss (Pluspol), an den ein positiver Pol einer Gleichspannungsquelle anschließbar ist, verbundene Leitungsverbindung verstanden werden; unter dem negative Zweig soll in diesem Zusammenhang die mit dem negativen Eingangsanschluss (Minuspol), an den ein negativer Pol einer Gleichspannungsquelle anschließbar ist, verbundene Leitungsverbindung verstanden werden.At least one switching element is arranged in a positive branch and / or in a negative branch of each input. Preferably, exactly one switching element is arranged in a positive branch or a negative branch of each input. In this context, the positive branch is to be understood as the line connection connected to the positive input terminal (positive pole), to which a positive pole of a DC voltage source can be connected; In this context, the negative branch is to be understood as the line connection connected to the negative input terminal (negative pole), to which a negative pole of a DC voltage source can be connected.

Unter einem Schaltelement soll in diesem Zusammenhang jede Art einer Vorrichtung bzw. eines elektronischen Bauteils verstanden werden, welche geeignet ist, eine elektrische Verbindung wahlweise zu schließen oder zu trennen. Die Schaltelemente sind vorzugsweise Halbleiterschaltelemente oder Leistungshalbleiterschalter, bevorzugt MOSFETs, IGBTs, JFETs, HEMTs, Kaskodenschaltungen und dergleichen.In this context, a switching element is to be understood as any type of device or electronic component which is suitable for optionally closing or disconnecting an electrical connection. The switching elements are preferably semiconductor switching elements or power semiconductor switches, preferably MOSFETs, IGBTs, JFETs, HEMTs, cascode circuits and the like.

Die Schaltelemente werden vorzugsweise von einer Steuerelektronik angesteuert. Die Steuerelektronik ist vorzugsweise analog, digital oder als gemischt digital-analoger Regler aufgebaut. Die Schaltelemente werden vorzugsweise periodisch angesteuert, wobei die Tastverhältnisse so gewählt werden, dass sich am Eingang und/oder Ausgang des Gleichspannungswandlers ein(e) gewünschter) Strom bzw. Spannung einstellt. Die Taktung der Schaltelemente erfolgt vorzugsweise mittels Pulsweitenmodulation mit fester oder variabler Frequenz. Der Strom in der Drossel kann auf einen kontinuierlichen oder einen lückenden Verlauf geregelt werden.The switching elements are preferably controlled by control electronics. The control electronics are preferably constructed analog, digital or as a mixed digital-analog controller. The Switching elements are preferably controlled periodically, wherein the duty cycles are selected so that adjusts a (e) desired current or voltage at the input and / or output of the DC-DC converter. The timing of the switching elements is preferably carried out by means of pulse width modulation with a fixed or variable frequency. The flow in the throttle can be regulated to a continuous or a lopsided course.

Die den verschiedenen Eingängen zugeordneten Schaltelemente können gemäß der Erfindung unabhängig voneinander angesteuert werden. Vorzugsweise kann jedes Schaltelement des Gleichspannungswandlers unabhängig von allen anderen Schaltelementen, die einem Eingang zugeordnet sind, angesteuert werden, bevorzugt unabhängig von deren Betriebszuständen, Tastgraden und/oder Tastfrequenzen. Die Ansteuerung der Schaltelemente erfolgt vorzugsweise dynamisch oder statisch.The switching elements assigned to the various inputs can be controlled independently of one another according to the invention. Preferably, each switching element of the DC-DC converter can be controlled independently of all other switching elements, which are assigned to an input, preferably independent of their operating states, duty cycles and / or Tastfrequenzen. The control of the switching elements is preferably carried out dynamically or statically.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die mit den verschiedenen Eingängen verbundenen Schaltelemente zueinander synchronisiert getaktet. D. h. die Schaltelemente werden jeweils zu einem gemeinsamen Zeitpunkt synchron eingeschaltet, aber wahlweise zu einem gemeinsamen Zeitpunkt oder zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgeschaltet.In a preferred embodiment of the invention, the switching elements connected to the various inputs are clocked synchronized with each other. Ie. the switching elements are each switched on synchronously at a common time, but optionally switched off at a common time or at different times.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die mit den verschiedenen Eingängen verbundenen Schaltelemente mit zueinander unterschiedlichen Tastgraden ansteuerbar. Vorzugsweise werden die Schaltelemente, die einem Eingang mit einer niedrigeren Leistung (d. h. geringerer Strom und/oder geringere Spannung) zugeordnet sind, mit geringeren Tastgraden (d. h. kürzeren Einschaltzeiten) betriebenIn a preferred embodiment of the invention, the switching elements connected to the various inputs with mutually different duty cycles can be controlled. Preferably, the switching elements associated with a lower power input (i.e., lower power and / or lower voltage) are operated at lower duty cycles (i.e., shorter turn-on times)

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jedem der Eingänge jeweils wenigstens ein passives oder aktives Gleichrichtelement parallel geschaltet. Die den Eingängen parallel geschalteten Gleichrichtelemente bilden jeweils einen Freilaufpfad für den offenen Betriebszustand des dem jeweiligen Eingang zugeordneten Schaltelements. Die Gleichrichtelemente weisen vorzugsweise Halbleiterdioden und/oder Synchrongleichrichter auf. Im erstgenannten Fall reduziert sich die Schaltungsfunktionalität dabei auf einen reinen Hochsetzsteller. Sind die Gleichrichtelemente als Synchrongleichrichter ausgeführt, so ist auch ein umgekehrter Energiefluss durch den Gleichspannungswandler möglich. Ein Anwendungsbeispiel ist zum Beispiel das Laden und Entladen von Akkumulatoren.In a preferred embodiment of the invention, at least one passive or active rectifying element is connected in parallel to each of the inputs. The rectifier elements connected in parallel to the inputs each form a freewheeling path for the open operating state of the switching element assigned to the respective input. The rectifying elements preferably have semiconductor diodes and / or synchronous rectifiers. In the former case, the circuit functionality is reduced to a pure boost converter. If the rectifying elements are designed as synchronous rectifiers, a reverse energy flow through the DC-DC converter is also possible. An application example is for example the charging and discharging of accumulators.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der negative oder positive Zweig eines Eingangs, in dem das wenigstens eine Schaltelement angeordnet ist, über wenigstens ein weiteres Gleichrichtelement mit einem negativen Anschluss des Ausgangs (Minuspol) bzw. positiven Anschluss des Ausgangs (Pluspol) verbunden. Das weitere Gleichrichtelement weist vorzugsweise wenigstens eine Halbleiterdiode und/oder einen Synchrongleichrichter, bevorzugt mit sehr geringer Flussspannung, auf. Das den positiven/negativen Zweig des Eingangs mit dem positiven/negativen Anschluss des Ausgangs verbindende Gleichrichtelement bildet einen Bypass-Pfad, über welchen der Ausgang direkt von diesem Eingang versorgt werden kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die an diesem Eingang angeschlossene Gleichspannungsquelle eine Spannung/einen Strom bereitstellt, deren/dessen Höhe etwa einen Wert erreicht oder überschreitet, der von dem Gleichspannungswandler an seinem Ausgang bereitgestellt werden soll.In a preferred embodiment of the invention, the negative or positive branch of an input, in which the at least one switching element is arranged, is connected via at least one further rectifying element to a negative terminal of the output (negative pole) or positive terminal of the output (positive pole). The further rectifying element preferably has at least one semiconductor diode and / or one synchronous rectifier, preferably with a very low forward voltage. The rectifying element connecting the positive / negative branch of the input to the positive / negative terminal of the output forms a bypass path through which the output can be supplied directly from this input. This is particularly advantageous if the DC voltage source connected to this input provides a voltage / current whose height reaches or exceeds a value that is to be provided by the DC-DC converter at its output.

Vorzugsweise ist der negative oder positive Zweig des Eingangs, in dem das wenigstens eine Schaltelement angeordnet ist, über eine Reihenschaltung aus wenigstens einem weiteren Gleichrichtelement und wenigstens einem weiteren Schaltelement mit dem negativen bzw. positiven Anschluss des Ausgangs verbunden. Mit Hilfe dieses weiteren Schaltelements in Reihe zu dem Gleichrichtelement kann der Bypass-Pfad flexibel zu- und abgeschaltet werden. Das weitere Schaltelement ist vorzugsweise ein Halbleiterschaltelement, wie beispielsweise ein MOSFET, ein IGBT, ein JFET, ein HEMT, eine Kaskodenschaltungen oder dergleichen, welches vorzugsweise von einer Steuerelektronik angesteuert wird.Preferably, the negative or positive branch of the input, in which the at least one switching element is arranged, connected via a series circuit of at least one further rectifying element and at least one further switching element to the negative or positive terminal of the output. With the help of this further switching element in series with the rectifying element of the bypass path can be flexibly switched on and off. The further switching element is preferably a semiconductor switching element, such as a MOSFET, an IGBT, a JFET, a HEMT, a cascode circuits or the like, which is preferably controlled by control electronics.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Minuspol eines der Eingänge mit einem Minuspol des Ausgangs verbunden und ist ein Pluspol eines anderen der Eingänge mit einem Pluspol des Ausgangs verbunden. Mit dieser Konfiguration können Funkstörungen reduziert werden, da die Eingänge bezüglich des Ausgangs keine Potenzialsprünge aufweisen.In a preferred embodiment of the invention, a negative pole of one of the inputs is connected to a negative pole of the output and a positive pole of another of the inputs is connected to a positive pole of the output. With this configuration, radio interference can be reduced because the inputs have no potential jumps with respect to the output.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jedem der Eingänge jeweils wenigstens ein Kondensator parallel geschaltet. Diese Kondensatoren dienen als Pufferkondensatoren insbesondere zur Pufferung von Rippleströmen.In a preferred embodiment of the invention, at least one capacitor is connected in parallel to each of the inputs. These capacitors serve as buffer capacitors, in particular for buffering ripple currents.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist dem gemeinsamen Ausgang wenigstens ein weiterer Kondensator parallel geschaltet. Dieser weitere Kondensator dient als Pufferkondensator insbesondere zur Pufferung von Rippleströmen. Der wenigstens eine weitere Kondensator bildet vorzugsweise einen Zwischenkreis für eine an den Ausgang angeschlossene Komponente (elektrischer Gleichstromverbraucher, Gleichstromnetz, elektronische Vorrichtung wie beispielsweise Wechselrichter).In a preferred embodiment of the invention, at least one further capacitor is connected in parallel with the common output. This further capacitor serves as a buffer capacitor, in particular for buffering ripple currents. The at least one further capacitor preferably forms an intermediate circuit for a component connected to the output (DC electrical consumer, DC network, electronic device such as inverters).

Bevorzugt ist der Mittelabgriff der wenigstens zwei weiteren Kondensatoren über eine Reihenschaltung aus dem wenigstens einen weiteren Schaltelement und einem noch weiteren Gleichrichtelement mit dem einem Ende der Drossel verbunden und/oder über eine Reihenschaltung aus dem wenigstens einen weiteren Schaltelement und einem noch weiteren Gleichrichtelement mit dem anderen Ende der Drossel verbunden. Dabei kann die Reihenschaltung des weiteren Schaltelements und des weiteren Gleichrichtelements vorzugsweise auch integraler Bestandteil eines Bauteils wie beispielsweise eines Reverse-Blocking-IGBT sein. Preferably, the center tap of the at least two further capacitors is connected via a series circuit of the at least one further switching element and a further rectifying element to one end of the inductor and / or via a series circuit of the at least one further switching element and a still further rectifying element with the other End of the throttle connected. In this case, the series connection of the further switching element and the further rectifying element can preferably also be an integral part of a component such as, for example, a reverse-blocking IGBT.

Die weiteren Schaltelemente sind vorzugsweise Halbleiterschaltelemente oder Leistungshalbleiterschalter, bevorzugt MOSFETs, IGBTs, JFETs, HEMTs, Kaskodenschaltungen und dergleichen. Die noch weiteren Gleichrichtelemente weisen vorzugsweise Halbleiterdioden und/oder Synchrongleichrichter auf.The further switching elements are preferably semiconductor switching elements or power semiconductor switches, preferably MOSFETs, IGBTs, JFETs, HEMTs, cascode circuits and the like. The still further rectifying elements preferably have semiconductor diodes and / or synchronous rectifiers.

Den (weiteren) Schaltelementen des Gleichspannungswandlers sind vorzugsweise antiparallele Freilaufdioden (intern oder extern) parallel geschaltet.The (further) switching elements of the DC-DC converter are preferably connected in parallel with antiparallel freewheeling diodes (internal or external).

Zudem sind vorzugsweise Maßnahmen bzw. Mittel zum stromlosen und/oder spannungslosen Schalten der (weiteren) Schaltelemente des Gleichspannungswandlers vorgesehen.In addition, measures or means for the currentless and / or de-energized switching of the (further) switching elements of the DC-DC converter are preferably provided.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zudem eine Einrichtung zum Durchführen eines Maximum-Power-Point(MPP)-Trackings der an den Eingängen des/der Gleichspannungswandler(s) angeschlossenen Gleichspannungsquellen vorgesehen. Die Steuerelektronik zum Ansteuern der (weiteren) Schaltelemente ist vorzugsweise Bestandteil dieser Einrichtung.In a preferred embodiment of the invention, a device for carrying out a maximum power point (MPP) tracking of the DC voltage sources connected to the inputs of the DC / DC converter (s) is also provided. The control electronics for driving the (further) switching elements is preferably part of this device.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Wechselrichterschaltung, die wenigstens einen oben beschriebenen Gleichspannungswandler der Erfindung und wenigstens einen Wechselrichter zum Umsetzen der von dem wenigstens einen Gleichspannungswandler an seinem Ausgang bereitgestellten Gleichspannung in eine Wechselspannung aufweist.The invention also provides an inverter circuit which has at least one DC-DC converter of the invention described above and at least one inverter for converting the DC voltage provided by the at least one DC-DC converter into an AC voltage at its output.

Es können auch zwei oder mehr Gleichspannungswandler der Erfindung parallel, in Serie oder kaskadiert betrieben werden.It is also possible to operate two or more DC-DC converters of the invention in parallel, in series or in cascade.

Die Eingänge des Gleichspannungswandlers sind vorzugsweise mit Solargeneratoren verbunden, bei dem Wechselrichter handelt es sich vorzugsweise um einen Solarwechselrichter. Der Wechselrichter kann in üblicher Weise mit einem Netz (Stromnetz, Inselnetz) oder einem Verbraucher gekoppelt werden. Es können einphasige oder mehrphasige Wechselrichter verwendet werden.The inputs of the DC-DC converter are preferably connected to solar generators, wherein the inverter is preferably a solar inverter. The inverter can be coupled in the usual way with a grid (power grid, stand-alone grid) or a consumer. Single-phase or multi-phase inverters can be used.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Ausgangsspannung des wenigstens einen Gleichspannungswandlers dynamisch so regelbar, dass der wenigstens eine Wechselrichter in seinem optimalen Betriebszustand arbeitet.In a preferred embodiment of the invention, the output voltage of the at least one DC-DC converter is dynamically controllable so that the at least one inverter operates in its optimum operating state.

Der Gleichspannungswandler kann ebenso zur direkten Speisung von Gleichstromverbrauchern oder Gleichstromnetzen eingesetzt werden.The DC-DC converter can also be used for direct supply of DC loads or DC networks.

Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung besser verständlich. Darin zeigen:The above and other features and advantages of the invention will become more apparent from the following description of preferred, non-limiting embodiments with reference to the accompanying drawings. Show:

1 ein schematisches Blockschaltbild einer Wechselrichterschaltung mit einem Gleichspannungswandler zur Veranschaulichung des Grundprinzips der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic block diagram of an inverter circuit with a DC-DC converter for illustrating the basic principle of the present invention;

2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Taktung der Schaltelemente des Gleichspannungswandlers der vorliegenden Erfindung; und 2 a diagram illustrating the timing of the switching elements of the DC-DC converter of the present invention; and

3 ein schematisches Blockschaltbild eines Gleichspannungswandlers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3 a schematic block diagram of a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.

In 1 ist eine Wechselrichterschaltung mit einem Gleichspannungswandler dargestellt, der als Ausgangspunkt des in 3 dargestellten Gleichspannungswandlers gemäß der Erfindung dient. Die Erfindung soll nachfolgend am Beispiel einer Solarwechselrichterschaltung im Hochsetzsteller-Modus näher erläutert werden, ohne dass die Erfindung auf diese Photovoltaik-Anwendung, die Kombination des Gleichspannungswandlers mit einem Wechselrichter oder die Funktionsweise des Gleichspannungswandlers als Hochsetzsteller beschränkt sein soll.In 1 an inverter circuit is shown with a DC-DC converter, which is used as the starting point of in 3 illustrated DC-DC converter according to the invention is used. The invention will be explained in more detail below using the example of a solar inverter circuit in boost converter mode, without the invention being limited to this photovoltaic application, the combination of the DC-DC converter with an inverter or the operation of the DC-DC converter as boost converter.

Der Hochsetzsteller hat zwei Eingänge IN1 und IN2, an welche jeweils wenigstens eine Gleichspannungsquelle in Form eines Solargenerators S1 bzw. S2 anschließbar ist, und einen gemeinsamen Ausgang OUT, an den ein Solarwechselrichter WR angeschlossen ist. Den beiden Eingängen IN1, IN2 ist jeweils ein Pufferkondensator C1 bzw. C2 zum Puffern von Rippleströmen parallel geschaltet. Dem Ausgang OUT ist eine Reihenschaltung aus wenigstens zwei weiteren Pufferkondensatoren C3, C4 zum Puffern von Rippleströmen parallel geschaltet. Die weiteren Pufferkondensatoren C3, C4 bilden gleichzeitig einen Zwischenkreis des an den Ausgang OUT angeschlossenen Wechselrichters WR.The boost converter has two inputs IN1 and IN2, to each of which at least one DC voltage source in the form of a solar generator S1 or S2 can be connected, and a common output OUT, to which a solar inverter WR is connected. Each of the two inputs IN1, IN2 is connected in parallel with a buffer capacitor C1 or C2 for buffering ripple currents. The output OUT is connected in series with at least two further buffer capacitors C3, C4 for buffering ripple currents. The further buffer capacitors C3, C4 simultaneously form an intermediate circuit of the inverter WR connected to the output OUT.

Der negative Zweig des ersten Eingangs IN1 ist direkt mit dem negativen Anschluss des Ausgangs OUT verbunden. In dem positiven Zweig des ersten Eingangs IN1 ist ein erstes Schaltelement SW1 (zum Beispiel ein Halbleiterschalter, wie MOSFET, IGBT, JFET, HEMT, Kaskodenschaltung, etc.) angeordnet. Der negative und der positive Zweig des ersten Eingangs IN1 sind außerdem über ein erstes Gleichrichtelement D1 (zum Beispiel eine Halbleiterdiode oder ein Synchrongleichrichter) miteinander verbunden. The negative branch of the first input IN1 is directly connected to the negative terminal of the output OUT. In the positive branch of the first input IN1, a first switching element SW1 (for example, a semiconductor switch such as MOSFET, IGBT, JFET, HEMT, cascode, etc.) is arranged. The negative and positive branches of the first input IN1 are also connected to each other via a first rectifying element D1 (for example, a semiconductor diode or a synchronous rectifier).

In gleicher Weise ist der positive Zweig des zweiten Eingangs IN2 direkt mit dem positiven Anschluss des Ausgangs OUT verbunden. In dem negativen Zweig des zweiten Eingangs IN2 ist ein zweites Schaltelement SW2 (zum Beispiel ein Halbleiterschalter, wie MOSFET, IGBT, JFET, HEMT, Kaskodenschaltung, etc.) angeordnet. Der negative und der positive Zweig des zweiten Eingangs IN2 sind außerdem über ein zweites Gleichrichtelement D2 (zum Beispiel eine Halbleiterdiode oder ein Synchrongleichrichter) miteinander verbunden. Das erste und das zweite Gleichrichtelement D1, D2 haben die gleiche Durchlassrichtung.Likewise, the positive branch of the second input IN2 is directly connected to the positive terminal of the output OUT. In the negative branch of the second input IN2, a second switching element SW2 (for example, a semiconductor switch such as MOSFET, IGBT, JFET, HEMT, cascode, etc.) is arranged. The negative and positive branches of the second input IN2 are also connected to each other via a second rectifying element D2 (for example, a semiconductor diode or a synchronous rectifier). The first and second rectifying elements D1, D2 have the same transmission direction.

Auf diese Weise ist der Minuspol des ersten Eingangs IN1 mit dem Minuspol des Ausgangs OUT verbunden und ist der Pluspol des zweiten Eingangs IN2 mit dem Pluspol des Ausgangs OUT verbunden. So können Funkstörungen reduziert werden, da die Eingänge IN1, IN2 bezüglich des Ausgangs OUT keine Potenzialsprünge aufweisen. Es sind aber grundsätzlich auch andere Schaltungsanordnungen denkbar. So könnte zum Beispiel das Schaltelement SW1 auch mit dem Minuspol des ersten Eingangs IN1 verbunden sein und/oder das Schaltelement SW2 auch mit dem Pluspol des zweiten Eingangs IN2 verbunden sein.In this way, the negative pole of the first input IN1 is connected to the negative pole of the output OUT and the positive pole of the second input IN2 is connected to the positive pole of the output OUT. Thus, radio interference can be reduced because the inputs IN1, IN2 with respect to the output OUT have no potential jumps. But in principle, other circuit arrangements are conceivable. Thus, for example, the switching element SW1 could also be connected to the negative pole of the first input IN1 and / or the switching element SW2 could also be connected to the positive pole of the second input IN2.

Wie in 1 dargestellt, sind die beiden Eingänge IN1, IN2 (im geschlossenen Zustand der beiden Schaltelemente SW1, SW2) über eine Drossel L1 in Reihe geschaltet. Dabei sind die beiden Enden der Drossel L1 jeweils über eines der Gleichrichtelemente D1, D2 mit dem gemeinsamen Ausgang OUT verbunden.As in 1 illustrated, the two inputs IN1, IN2 (in the closed state of the two switching elements SW1, SW2) via a throttle L1 connected in series. The two ends of the inductor L1 are each connected via one of the rectifying elements D1, D2 to the common output OUT.

Die beiden Schaltelemente SW1, SW2 werden von einer Steuerelektronik (nicht dargestellt) angesteuert. Wie in 2 veranschaulicht, werden die beiden Schaltelemente SW1, SW2 dabei unabhängig voneinander derart angesteuert, dass sie zwar zueinander synchronisiert getaktet (d. h. gleichzeitig geschlossen), aber mit unterschiedlichen Tastgraden betrieben (d. h. zu unterschiedlichen Zeiten geöffnet) werden. Dabei wird das Schaltelement (hier SW2), welches dem Eingang (hier IN2) mit der geringeren Leistung zugeordnet ist, mit einem kürzeren Tastgrad angesteuert, d. h. früher wieder geöffnet. Es sind aber auch andere Ansteuerungen der Schaltelemente SW1, SW2 denkbar; beispielsweise können die Schaltelemente auch mit unterschiedlichen Taktfrequenzen und/oder Tastgraden getaktet werden.The two switching elements SW1, SW2 are controlled by control electronics (not shown). As in 2 illustrated, the two switching elements SW1, SW2 are independently controlled such that they synchronized clocked to each other (ie simultaneously closed), but operated with different duty cycles (ie open at different times). In this case, the switching element (here SW2), which is assigned to the input (in this case IN2) with the lower power, is driven with a shorter duty cycle, ie opened earlier. But there are also other controls of the switching elements SW1, SW2 conceivable; For example, the switching elements can also be clocked with different clock frequencies and / or duty cycles.

Die Ansteuerung der Schaltelemente SW1, SW2 erfolgt vorzugsweise dynamisch, d. h. bevorzugt mit gleichbleibender Taktfrequenz, aber mit variablen Tastgraden. Dies geschieht insbesondere in Abhängigkeit von den an den Eingängen IN1, IN2 bereitstehenden Strömen und Spannungen und den am Ausgang gewünschten Spannungs- und Stromwerten.The control of the switching elements SW1, SW2 is preferably carried out dynamically, d. H. preferably with constant clock frequency, but with variable duty cycles. This occurs in particular as a function of the currents and voltages available at the inputs IN1, IN2 and the voltage and current values desired at the output.

Sind beide Schaltelemente SW1, SW2 geschlossen, so sind die beiden Eingänge IN1, IN2 in Reihe geschaltet, sodass Energie von den beiden Solargeneratoren S1, S2 zum Ausgang OUT, in die Kondensatoren C3, C4 und in die Drossel L1 fließt. Wird dann zum Beispiel das zweite Schaltelement SW2 geöffnet und dadurch der zweite Eingang IN2 getrennt, so werden der Ausgang OUT, die Kondensatoren C3, C4 und die Drossel L1 nurmehr durch den am ersten Eingang IN1 angeschlossenen Solargenerator S1 versorgt.If both switching elements SW1, SW2 are closed, the two inputs IN1, IN2 are connected in series, so that energy flows from the two solar generators S1, S2 to the output OUT, into the capacitors C3, C4 and into the inductor L1. If, for example, the second switching element SW2 is opened, thereby disconnecting the second input IN2, then the output OUT, the capacitors C3, C4 and the inductor L1 are only supplied by the solar generator S1 connected to the first input IN1.

Wird anschließend auch das erste Schaltelement SW1 geöffnet und dadurch auch der erste Eingang IN1 getrennt, so gibt die Drossel L1 die in ihr gespeicherte Energie (zumindest teilweise) über die Freilaufdioden D1, D2 an den Ausgang OUT ab. Auch die beiden Kondensatoren C3, C4 entladen sich (zumindest teilweise) zum Ausgang OUT.If subsequently also the first switching element SW1 is opened and thus also the first input IN1 is disconnected, then the inductor L1 releases (at least partially) the energy stored in it via the freewheeling diodes D1, D2 to the output OUT. The two capacitors C3, C4 discharge (at least partially) to the output OUT.

Mit dem Hochsetzsteller von 1 ist es insbesondere auch möglich, Gleichspannungsquellen S1, S2 mit unterschiedlichen Leistungen an die Eingänge IN1, IN2 anzuschließen und den Hochsetzsteller dennoch mit einem guten Wirkungsgrad zu betreiben. Außerdem kann der Hochsetzsteller aus relativ wenigen Komponenten aufgebaut werden, insbesondere werden nur wenige teure Drosseln benötigt.With the boost converter of 1 In particular, it is also possible to connect DC voltage sources S1, S2 with different powers to the inputs IN1, IN2 and still operate the boost converter with a good efficiency. In addition, the boost converter can be composed of relatively few components, in particular, only a few expensive chokes are needed.

Wie in 1 veranschaulicht, kann der negative Zweig des zweiten Eingangs IN2 über ein weiteres Gleichrichtelement D3 mit dem negativen Zweig des ersten Eingangs IN1 bzw. dem negativen Anschluss des Ausgangs OUT verbunden sein. Wahlweise ist zu diesem weiteren Gleichrichtelement D3 ein weiteres Schaltelement (nicht dargestellt) in Reihe geschaltet. Das Gleichrichtelement D3 bildet einen Bypass-Pfad zum ersten Eingang IN1.As in 1 1, the negative branch of the second input IN2 may be connected via a further rectifying element D3 to the negative branch of the first input IN1 or the negative terminal of the output OUT. Optionally, another switching element (not shown) is connected in series with this further rectifying element D3. The rectifying element D3 forms a bypass path to the first input IN1.

In gleicher Weise kann der positive Zweig des ersten Eingangs IN1 über ein weiteres Gleichrichtelement D4 mit dem positiven Zweig des zweiten Eingangs IN2 bzw. dem positiven Anschluss des Ausgangs OUT verbunden sein. Wahlweise ist auch zu diesem weiteren Gleichrichtelement D4 ein weiteres Schaltelement (nicht dargestellt) in Reihe geschaltet. Das Gleichrichtelement D4 bildet einen Bypass-Pfad zum zweiten Eingang IN2.In the same way, the positive branch of the first input IN1 can be connected via a further rectifying element D4 to the positive branch of the second input IN2 or the positive terminal of the output OUT. Optionally, another switching element (not shown) is also connected in series with this further rectifying element D4. The rectifying element D4 forms a bypass path to the second input IN2.

Die so gebildeten Bypass-Pfade zu den Eingängen IN1, IN2 können insbesondere dann genutzt werden, wenn eine der Gleichspannungsquellen S1, S2 alleine bereits eine Leistung (Strom und/oder Spannung) bereitstellt, welche der am Ausgang OUT gewünschten Leistung genügt, d. h. im Fall des Hochsetzstellers die gewünschte Ausgangsleistung erreicht oder übersteigt. Da in diesem auch die Drossel L1 umgangen werden kann, können die Blindleistungen der Schaltung reduziert und so der Wirkungsgrad des Hochsetzstellers verbessert werden.The so-formed bypass paths to the inputs IN1, IN2 can be used in particular when one of the DC voltage sources S1, S2 alone already provides a power (current and / or voltage) which satisfies the desired output at the output, d. H. in the case of the boost converter reaches or exceeds the desired output power. Since in this also the inductor L1 can be bypassed, the reactive power of the circuit can be reduced and thus the efficiency of the boost converter can be improved.

Als weitere Gleichrichtelemente D3, D4 in diesen Bypass-Pfaden eignen sich insbesondere Halbleiterdioden mit sehr geringer Flussspannung.Semiconductor diodes with very low forward voltage are particularly suitable as further rectifying elements D3, D4 in these bypass paths.

Ist es im Vorfeld bekannt, an welchen der Eingänge IN1, IN2 ein (möglichst zu jedem Zeitpunkt) leistungsstärkerer Solargenerator S1, S2 angeschlossen wird, so kann auf den Bypass-Pfad zu diesem Eingang wahlweise auch verzichtet werden.If it is known in advance to which of the inputs IN1, IN2 a (possibly at any time) more powerful solar generator S1, S2 is connected, so can be optionally omitted on the bypass path to this input.

Der in 1 dargestellte Hochsetzsteller kann wahlweise auch auf mehr als zwei Eingänge erweitert werden. Vorzugsweise ist dann jeweils eine Drossel zwischen zwei Eingängen der Reihenschaltung vorgesehen. Auch die Bypass-Pfade zu den einzelnen Eingängen können in entsprechender Weise auf alle Eingänge erweitert werden.The in 1 can also be extended to more than two inputs. Preferably, a throttle is then provided in each case between two inputs of the series connection. The bypass paths to the individual inputs can also be extended to all inputs in a corresponding manner.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gleichspannungswandlers als eine Erweiterung des in 1 dargestellten, oben beschriebenen Gleichspannungswandlers. 3 shows an embodiment of the DC-DC converter according to the invention as an extension of the in 1 illustrated, described above DC-DC converter.

Zusätzlich zu den oben in Zusammenhang mit dem 1 beschriebenen Komponenten und Funktionsweisen weist dieser Gleichspannungswandler eine Verbindung der weiteren Pufferkondensatoren C3, C4 mit der Reihenschaltung der Eingänge IN1, IN2 auf.In addition to the above in connection with the 1 described components and modes of operation, this DC-DC converter has a connection of the further buffer capacitors C3, C4 with the series connection of the inputs IN1, IN2.

Insbesondere ist ein Mittelabgriff der Kondensatorhalbbrücke C3, C4 über eine Reihenschaltung aus einem weiteren Schaltelement SW3 und einem weiteren Gleichrichtelement D5 mit dem mit dem ersten Eingang IN1 verbundenen Ende der Drossel L1 verbunden und/oder über eine Reihenschaltung aus einem weiteren Schaltelement SW4 und einem weiteren Gleichrichtelement D6 mit dem mit dem zweiten Eingang IN2 verbundenen Ende der Drossel L1 verbunden. Die beiden weiteren Schaltelemente SW3, SW4 werden zum Beispiel ebenfalls von der (nicht dargestellten) Steuerelektronik für die Schaltelemente SW1, SW2 angesteuert.In particular, a center tap of the capacitor half-bridge C3, C4 is connected via a series circuit of another switching element SW3 and another rectifying element D5 to the end of the inductor L1 connected to the first input IN1 and / or via a series connection of a further switching element SW4 and another rectifying element D6 is connected to the end of the inductor L1 connected to the second input IN2. The two further switching elements SW3, SW4 are also driven, for example, by the (not shown) control electronics for the switching elements SW1, SW2.

Die beiden weiteren Schaltelemente SW3, SW4 werden wechselweise angesteuert, sodass sie zu keinem Zeitpunkt gleichzeitig geschlossen sind. Bei geschlossenem Schaltelement SW3 wird zum Beispiel nur der Kondensator C4 geladen, während bei geschlossenem Schaltelement SW4 nur der Kondensator C3 geladen wird.The other two switching elements SW3, SW4 are controlled alternately, so that they are closed at any time simultaneously. For example, when the switching element SW3 is closed, only the capacitor C4 is charged, while when the switching element SW4 is closed, only the capacitor C3 is charged.

Auf diese Weise kann zum Beispiel die Kondensatorhalbbrücke C3, C4 bzw. der durch diese gebildete Zwischenkreis für den Wechselrichter WR symmetriert werden, d. h. die Kondensatoren C3, C4 der Brückenzweige auf einen im Wesentlichen gleichen Ladungszustand gebracht werden. Außerdem fällt bei einem geschlossenen Schaltelement SW3 oder SW4 ein geringerer Spannungshub an der Drossel L1 ab, da der Freilauf nicht mehr gegen das Potenzial des Ausgangs OUT erfolgt, sodass die Blindleistungen des Hochsetzstellers verringert werden können.In this way, for example, the capacitor half-bridge C3, C4 or the intermediate circuit formed by these for the inverter WR can be symmetrized, i. H. the capacitors C3, C4 of the bridge branches are brought to a substantially same state of charge. In addition, with a closed switching element SW3 or SW4, a smaller voltage swing at the reactor L1 decreases because the freewheeling is no longer against the potential of the output OUT, so that the reactive powers of the boost converter can be reduced.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel des Hochsetzstellers sind die Bypass-Pfade mit den Gleichrichtelementen D3, D4 optional vorgesehen.Also in this embodiment of the boost converter, the bypass paths with the rectifying elements D3, D4 are optionally provided.

Claims

DC-DC converter, having two or more inputs (IN1, IN2), to each of which at least one DC voltage source (S1, S2) can be connected, and a common output (OUT) for providing a DC voltage, wherein the two or more inputs (IN1, IN2) are connected in series via at least one throttle (L1); each input (IN1, IN2) is connected to at least one switching element (SW1, SW2) in its negative branch and / or in its positive branch; and the switching elements (SW1, SW2) connected to the various inputs (IN1, IN2) are independently controllable, characterized in that the common output (OUT) is connected in series with at least two further capacitors (C3, C4); and a center tap of the at least two further capacitors (C3, C4) is connected via at least one further switching element (SW3) to one end of the inductor (L1) and connected via at least one further switching element (SW4) to another end of the inductor (L1) is, with the other switching elements (SW3, SW4) are controlled alternately, so that they are closed at any time simultaneously.

DC-DC converter according to claim 1, characterized in that the switching elements (SW1, SW2) connected to the various inputs (IN1, IN2) are clocked synchronized with each other.

DC voltage converter according to claim 1 or 2, characterized in that associated with the different inputs (IN1, IN2) connected to the switching elements (SW1, SW2) can be controlled with mutually different duty cycles.

DC-DC converter according to one of the preceding claims, characterized in that each of the inputs (IN1, IN2) in each case at least one rectifying element (D1, D2) is connected in parallel.

DC-DC converter according to one of the preceding claims, characterized in that the negative or positive branch of an input (IN1, IN2), in which the at least one switching element (SW1, SW2) is arranged via at least one further rectifying element (D3, D4) with a negative or positive terminal of the output (OUT) is connected.

DC-DC converter according to one of the preceding claims, characterized in that each of the inputs (IN1, IN2) in each case at least one capacitor (C1, C2) is connected in parallel.

DC-DC converter according to one of the preceding claims, characterized in that the common output (OUT) at least one further capacitor (C3, C4) is connected in parallel.

DC-DC converter according to one of the preceding claims, characterized in that the center tap of the at least two further capacitors (C3, C4) via a series circuit of the at least one further switching element (SW3) and a still further rectifying element (D5) with the one end of the throttle ( L1) is connected and / or via a series circuit of the at least one further switching element (SW4) and a still further rectifying element (D6) to the other end of the throttle (L1) is connected.

Inverter circuit, in particular solar inverter circuit, with at least one DC-DC converter according to one of the preceding claims and at least one inverter (WR) for converting the provided by the at least one DC-DC converter at its output (DC) DC voltage into an AC voltage.