DE102013104376B3 - Boost converter with resonant circuit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Hochsetzsteller (1) mit einer HSS-Drossel (2) und einer mit der HSS-Drossel (2) in Reihe geschalteten HSS-Diode (3) sowie einem ersten Querzweig (9) und einem zweiten Querzweig (14), die zwischen der HSS-Drossel (2) und der HSS-Diode (3) abzweigen. In dem ersten Querzweig (9) ist ein HSS-Schalter (4) angeordnet, wobei der HSS-Schalter (4) eine reguläre Stromflussrichtung aufweist und wobei der erste Querzweig (9) für einen Strom entgegen der regulären Stromflussrichtung des HSS-Schalters (4) gesperrt ist. In dem zweiten Querzweig (14) ist ein Resonanzkreis angeordnet, der einen Kondensator (16) und eine zu dem Kondensator (16) parallel geschaltete Reihenschaltung (17) aus einer Spule (18) und einem Schalter (19) aufweist. Weiterhin weist der zweite Querzweig (14) eine Diode (20) auf, die mit dem Resonanzkreis (15) in Reihe geschaltet ist. Dabei ist die Durchlassrichtung der Diode (20) von der HSS-Drossel (2) aus gesehen der Durchlassrichtung einer Freilaufdiode (21) des Schalters (19) entgegen gerichtet und der regulären Stromflussrichtung durch den HSS-Schalter (4) gleich gerichtet.The invention relates to a step-up converter (1) with an HSS choke (2) and an HSS diode (3) connected in series with the HSS choke (2) as well as a first shunt arm (9) and a second shunt arm (14), which branch off between the HSS choke (2) and the HSS diode (3). An HSS switch (4) is arranged in the first shunt arm (9), the HSS switch (4) having a regular current flow direction and the first shunt arm (9) for a current opposite to the regular current flow direction of the HSS switch (4 ) Is blocked. A resonant circuit is arranged in the second shunt arm (14), which has a capacitor (16) and a series circuit (17) connected in parallel to the capacitor (16) and made up of a coil (18) and a switch (19). Furthermore, the second shunt arm (14) has a diode (20) which is connected in series with the resonance circuit (15). The forward direction of the diode (20) from the HSS choke (2) is opposite to the forward direction of a freewheeling diode (21) of the switch (19) and the same direction as the regular current flow through the HSS switch (4).
Description
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung betrifft einen Hochsetzsteller (HSS) mit einer HSS-Drossel, einer mit der HSS-Drossel in Reihe geschalteten HSS-Diode, einem HSS-Schalter, der in einem ersten zwischen der HSS-Drossel und der HSS-Diode abzweigenden Querzweig angeordnet ist und der eine reguläre Stromflussrichtung aufweist, und einem Resonanzkreis, der in einem zweiten zwischen der HSS-Drossel und der HSS-Diode abzweigenden Querzweig angeordnet ist und der einen Kondensator und eine zu dem Kondensator parallel geschaltete Reihenschaltung aus einer Spule und einem Schalter umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen Hochsetzstellers.The invention relates to a step-up converter (HSS) with an HSS choke, an HSS diode connected in series with the HSS choke, an HSS switch which is arranged in a first transverse branch branching off between the HSS choke and the HSS diode and having a regular current flow direction, and a resonant circuit arranged in a second transverse branch branching between the HSS inductor and the HSS diode and comprising a capacitor and a series circuit of a coil and a switch connected in parallel with the capacitor. Furthermore, the invention relates to the use of such a boost converter.
Ein solcher Hochsetzsteller kann beispielsweise in der Bahntechnik in einem Bordnetzumrichter, welcher der Stromversorgung von Zusatzsystemen für den Antrieb, Klimaanlagen, Beleuchtung o. ä. in Bahnfahrzeugen dient, zum Einsatz kommen zur Anpassung zwischen einer beispielsweise von einer Batterie, einem Traktionsumrichter oder direkt aus der Fahrdrahtleitung bereitgestellten Spannung und einer höheren Spannung zur Versorgung von Gleichstromverbrauchern oder als Zwischenkreisspannung einer nachfolgenden Wechselrichterstufe. Weiterhin kann ein solcher Hochsetzsteller zur Anpassung zwischen einer von einem Photovoltaikgenerator bereitgestellten Spannung und einer höheren Spannung eines Eingangszwischenkreises eines Wechselrichters eingesetzt werden, mit dem elektrische Energie von dem Photovoltaikgenerator in ein Wechselstromnetz eingespeist wird. Dabei kann der Hochsetzsteller dazu vorgesehen sein, den Betriebspunkt des Photovoltaikgenerators bei konstanter Zwischenkreisspannung so zu einzustellen, dass der Photovoltaikgenerator eine unter den aktuellen Betriebsbedingungen maximale elektrische Leistung bereitstellt.Such a step-up converter can be used, for example, in railway technology in a vehicle power converter, which serves the power supply of auxiliary systems for propulsion, air conditioning, lighting o. Ä. In railway vehicles to be used for adaptation between a example of a battery, a traction converter or directly from the Contact wire provided voltage and a higher voltage for the supply of DC loads or as a DC link voltage of a subsequent inverter stage. Furthermore, such a step-up converter can be used for adaptation between a voltage provided by a photovoltaic generator and a higher voltage of an input intermediate circuit of an inverter, with which electrical energy from the photovoltaic generator is fed into an AC network. In this case, the boost converter can be provided to adjust the operating point of the photovoltaic generator at a constant intermediate circuit voltage so that the photovoltaic generator provides a maximum electrical power under the current operating conditions.
Als reguläre Stromflussrichtung eines HSS-Schalters wird hier die Richtung bezeichnet, in der der Strom durch den HSS-Schalter fließt, um die HSS-Drossel zu energetisieren. Im Betrieb eines konventionellen Hochsetzstellers wird der in der regulären Stromflussrichtung fließende Strom durch Öffnen des HSS-Schalters unterbrochen.The regular current flow direction of an HSS switch is the direction in which the current flows through the HSS switch to energize the HSS reactor. In operation of a conventional boost converter, the current flowing in the regular current flow direction is interrupted by opening the HSS switch.
Wenn im Folgenden davon die Rede ist, dass die Durchlassrichtungen von zwei oder mehr Dioden von einem Bezugspunkt aus gesehen gleich gerichtet sind, ist damit gemeint, dass entweder ein ausgehend von dem Bezugspunkt durch die Dioden fließender Strom oder ein durch die Dioden zu dem Bezugspunkt hin fließender Strom von allen diesen Dioden durchgelassen wird. Dies ist gleichbedeutend damit, dass ihre Sperrrichtungen von dem Bezugspunkt aus gesehen gleich ausgerichtet sind. Wenn zwei Dioden von dem Bezugspunkt aus gesehen einander entgegen gerichtete Durchlassrichtungen aufweisen, bedeutet dies hingegen, dass ein ausgehend von dem Bezugspunkt zu den Dioden hin fließender Strom oder ein von den Dioden zu dem Bezugspunkt hin fließender Strom von der einen Diode durchgelassen wird, während er von der anderen Diode gesperrt wird.In the following, when it is said that the transmission directions of two or more diodes are directed the same from a reference point, it is meant that either a current flowing from the reference point through the diodes or through the diodes to the reference point flowing current is passed through by all these diodes. This is equivalent to the fact that their blocking directions are aligned the same from the reference point. On the other hand, when two diodes have opposing directions of passage from the reference point, it means that a current flowing from the reference point toward the diodes or a current flowing from the diodes toward the reference point is allowed to pass through the one diode while it is passing is blocked by the other diode.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Bei einem üblichen Hochsetzsteller ist in einer von zwei an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen Leitungen eine HSS-Drossel mit einer HSS-Diode in Reihe geschaltet. Hinter der HSS-Diode ist zwischen diese eine und die andere Leitung, in der kein elektrisches Bauteil vorgesehen ist, ein Zwischenkreiskondensator geschaltet, an dem eine von dem Hochsetzsteller gegenüber seiner Eingangsspannung hochgesetzte Ausgangsspannung anliegt. Zwischen der HSS-Drossel und der HSS-Diode führt von der einen Leitung ein Querzweig zu der anderen Leitung, in dem der HSS-Schalter angeordnet ist. Durch Schließen des HSS-Schalters wird die HSS-Drossel mit einem durch den HSS-Schalter fließenden Strom energetisiert. Durch Öffnen des HSS-Schalters wird diese Energie durch die HSS-Diode an den Zwischenkreiskondensator abgegeben.In a conventional step-up converter, one of two lines connected to a DC voltage source has an HSS choke connected in series with an HSS diode. Behind the HSS diode is connected between this one and the other line in which no electrical component is provided, an intermediate circuit capacitor to which a high of the boost converter relative to its input voltage output voltage is applied. Between the HSS-choke and the HSS-diode leads from the one line a shunt branch to the other line in which the HSS switch is arranged. By closing the HSS switch, the HSS reactor is energized with a current flowing through the HSS switch. By opening the HSS switch, this energy is delivered through the HSS diode to the DC link capacitor.
Bei einem aus der
Bei einem aus der
AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochsetzsteller bereitzustellen, dessen Wirkungsgrad mit geringem Aufwand verbessert ist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verwendung eines Hochsetzstellers aufzuzeigen, bei der der Wirkungsgrad des Hochsetzstellers mit geringem Aufwand verbessert ist.The invention has for its object to provide a boost converter whose efficiency is improved with little effort. Furthermore, the invention has the object to show a use of a boost converter, in which the efficiency of the boost converter is improved with little effort.
LÖSUNGSOLUTION
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und der nebengeordneten Patentansprüche 10 und 11 gelöst. Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.The object of the invention is achieved with the features of
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION
Ein erfindungsgemäßer Hochsetzsteller weist einen HSS-Schalter, der in einem ersten Querzweig angeordnet ist, und einen Resonanzkreis, der in einem zweiten Querzweig angeordnet ist, auf. Der erste und der zweite Querzweig zweigen dabei zwischen einer HSS-Drossel und einer HSS-Diode des Hochsetzstellers ab.An inventive step-up converter has an HSS switch, which is arranged in a first transverse branch, and a resonant circuit, which is arranged in a second transverse branch. The first and the second transverse branch branch off between an HSS throttle and an HSS diode of the boost converter.
Erfindungsgemäß ist der HSS-Schalter derart ausgebildet, dass ein Strom in einer regulären Stromflussrichtung des HSS-Schalters durch den HSS-Schalter fließen kann, wobei der erste Querzweig für einen Strom entgegen der regulären Stromflussrichtung des HSS-Schalters gesperrt ist. Insbesondere wird ein Stromfluss in dem ersten Querzweig entgegen der regulären Stromflussrichtung auch bei geschlossenem HSS-Schalter verhindert.According to the invention, the HSS switch is designed such that a current in a regular current flow direction of the HSS switch can flow through the HSS switch, wherein the first shunt branch is blocked for a current counter to the normal current flow direction of the HSS switch. In particular, a current flow in the first transverse branch is prevented against the regular current flow direction even when the HSS switch is closed.
Der Resonanzkreis in dem zweiten Querzweig weist einen Kondensator und eine zu dem Kondensator parallel geschaltete Reihenschaltung aus einer Spule und einem Schalter, zu dem eine Freilaufdiode parallel geschaltet ist, auf. Weiterhin weist der zweite Querzweig eine Diode auf, die in Reihe zu dem Resonanzkreis geschaltet ist. Die Diode ist dabei derart angeordnet, dass ihre Durchlassrichtung von der HSS-Drossel aus gesehen der Durchlassrichtung der Freilaufdiode entgegen gerichtet ist, während ihre Durchlassrichtung von der HSS-Drossel aus gesehen der regulären Stromflussrichtung durch den HSS-Schalter gleich gerichtet ist. Dadurch wird einerseits sichergestellt, dass ein Auf- oder Entladen des Kondensators bei geöffnetem Schalter des Resonanzkreises aufgrund eines Stromflusses in Durchlassrichtung der Freilaufdiode möglich ist. Ein Auf- oder Entladen aufgrund eines Stromflusses in umgekehrter Richtung kann hingegen nur bei geschlossenem Schalter erfolgen. Andererseits wird durch die von der HSS-Drossel aus gesehen gleiche Ausrichtung der Durchlassrichtung der Diode in dem zweiten Querzweig und der regulären Stromflussrichtung durch den HSS-Schalters sichergestellt, dass der Kondensator des Resonanzkreises nicht über den ersten Querzweig entladen werden kann, insbesondere auch dann nicht, wenn der HSS-Schalter geschlossen ist. Für einen bei einer Entladung des Kondensators über den ersten Querzweig fließenden Strom ist die Durchlassrichtung der Diode der regulären Stromflussrichtung durch den HSS-Schalters entgegen gerichtet.The resonant circuit in the second shunt branch has a capacitor and a capacitor connected in parallel to the series arrangement of a coil and a switch, to which a free-wheeling diode is connected in parallel. Furthermore, the second transverse branch has a diode which is connected in series with the resonant circuit. The diode is arranged such that its forward direction seen from the HSS throttle from the forward direction of the freewheeling diode is directed against, while their forward direction seen from the HSS throttle from the regular direction of current flow through the HSS switch is the same direction. This ensures, on the one hand, that charging or discharging of the capacitor when the switch of the resonant circuit is open is possible due to a current flow in the forward direction of the freewheeling diode. A loading or unloading due to a current flow in the opposite direction, however, can only be done with the switch closed. On the other hand, the same orientation of the forward direction of the diode in the second shunt arm and the regular current flow direction through the HSS switch ensures that the capacitor of the resonant circuit can not be discharged via the first shunt arm, in particular even then, as seen from the HSS choke when the HSS switch is closed. For a current flowing through the first shunt arm during a discharge of the capacitor, the forward direction of the diode is directed in the opposite direction to the regular current flow direction by the HSS switch.
Wenn der Kondensator des Resonanzkreises in seinem Anfangsladezustand derart aufgeladen ist, dass für seine Entladung ein Stromfluss entgegen der Durchlassrichtung der Freilaufdiode erforderlich ist, kann seine Entladung erst mit dem Schließen des Schalters des Resonanzkreises erfolgen. Dann wird der Kondensator während eines ersten Viertels einer Resonanzschwingung über die Spule und den Schalter des Resonanzkreises entladen. Im zweiten Viertel der Resonanzschwingung wird der Kondensator mit umgekehrter Polarität aufgeladen. Das Entladen aus seinem Anfangsladezustand und Aufladen mit umgekehrter Polarität gegenüber seinem Anfangsladezustand wird im Folgenden auch als ”Umladen” des Kondensators bezeichnet.If the capacitor of the resonant circuit is charged in its initial charging state in such a way that a current flow is required against the forward direction of the freewheeling diode for its discharge, its discharge can not take place until the switch of the resonant circuit is closed. Then, during a first quarter of a resonant oscillation, the capacitor is discharged across the coil and the switch of the resonant circuit. In the second quarter of the resonant oscillation, the capacitor is charged with reverse polarity. Discharge from its initial state of charge and reverse polarity charging from its initial state of charge will also be referred to hereinafter as "reloading" of the capacitor.
Mit dem Entladen des Kondensators reduziert sich eine an dem geöffneten HSS-Schalter anliegende Spannung, die einen Strom in der regulären Stromflussrichtung durch den geschlossenen HSS-Schalter treiben könnte. Mit dem anschließenden Aufladen des Kondensators mit umgekehrter Polarität gegenüber seinem Anfangsladezustand baut sich zwar eine Spannung umgekehrter Polarität über dem ersten Querzweig auf; für einen Strom entgegen der regulären Stromflussrichtung des HSS-Schalters ist der erste Querzweig aber erfindungsgemäß gesperrt. Wenn daher der HSS-Schalter nach dem Entladen des Kondensators geschlossen wird, fließt im ersten Moment noch kein Strom. Vielmehr erfolgt ein neuerlicher Stromfluss durch den HSS-Schalter erst dann, wenn der Kondensator des Resonanzkreises nicht mehr umgekehrt gegenüber seinem Anfangsladezustand geladen ist, weil die über dem ersten Querzweig abfallende Spannung erst dann wieder einen Strom ermöglicht, d. h. einen Strom in der regulären Stromflussrichtung durch den HSS-Schalter treibt. Somit kann der HSS-Schalter während des gesamten Zeitraums, in dem der Kondensator mit umgekehrter Polarität gegenüber seinem Anfangszustand geladen ist, stromfrei und deshalb verlustfrei, d. h. ohne Leistungsverluste, geschlossen werden. With the discharge of the capacitor, a voltage applied to the opened HSS switch reduces, which could drive a current in the regular current flow direction through the closed HSS switch. With the subsequent charging of the capacitor with reverse polarity compared to its initial state of charge, although a voltage of opposite polarity builds up over the first transverse branch; for a current counter to the regular current flow direction of the HSS switch but the first transverse branch is locked according to the invention. Therefore, if the HSS switch is closed after discharging the capacitor, no current flows at first. Rather, a renewed current flow through the HSS switch takes place only when the capacitor of the resonant circuit is no longer charged opposite to its initial state of charge, because the voltage drop across the first shunt only allows current again, ie a current in the regular current flow direction drives the HSS switch. Thus, during the entire period in which the capacitor is charged with opposite polarity to its initial state, the HSS switch can be closed without current and therefore lossless, ie without power losses.
Wenn der Kondensator gegenüber seinem Anfangsladezustand umgekehrt geladen ist, d. h. wenn die an dem Kondensator anliegende Spannung ihr Vorzeichen gewechselt hat, kann im dritten und vierten Viertel der Resonanzschwingung, d. h. wenn der Kondensator jetzt in umgekehrter Richtung entladen und dann wieder in seinen Anfangsladezustand aufgeladen wird, ein Stromfluss auch durch die Freilaufdiode des Schalters des Resonanzkreises erfolgen. Der Schalter kann daher während der zweiten Halbperiode der Resonanzschwingung geöffnet werden, ohne dass die Rückkehr des Kondensators in seinen Anfangsladezustand unterbrochen wird. Der Kondensator kehrt nach dem Öffnen des Schalters also automatisch wieder in seinen Anfangsladezustand zurück. Für eine weitere Resonanzschwingung und damit ein erneutes Umladen des Kondensators muss der Schalter des Resonanzkreises erneut geschlossen werden.When the capacitor is reversely charged from its initial charge state, i. H. when the voltage applied to the capacitor has changed sign, in the third and fourth quarters of the resonant oscillation, i. H. When the capacitor is now discharged in the reverse direction and then recharged to its initial state of charge, current flow also occurs through the freewheeling diode of the switch of the resonant circuit. The switch can therefore be opened during the second half-period of the resonant oscillation, without interrupting the return of the capacitor to its initial state of charge. The capacitor thus returns automatically after opening the switch back to its initial state of charge. For a further resonance oscillation and thus a renewed reloading of the capacitor, the switch of the resonant circuit must be closed again.
Wenn der Schalter des Resonanzkreises bei geschlossenem HSS-Schalter geschlossen wird, d. h. während ein Strom durch den HSS-Schalter fließt, erfolgt (analog zu den vorangehenden Ausführungen) ein Umladen des Kondensators. Das Umladen des Kondensators hat zur Folge, dass der durch den geschlossenen HSS-Schalter fließende Strom zum Verschwinden gebracht wird, womit auch die über dem HSS-Schalter anliegende Spannung, die den Strom in der regulären Stromflussrichtung durch den HSS-Schalter treibt, auf null zurück geht. Der HSS-Schalter kann dann verlustfrei geöffnet werden, solange der Kondensator in einem gegenüber dem Anfangsladezustand umgekehrt geladenen Zustand ist, da der erste Querzweig für einen Strom entgegen der regulären Stromflussrichtung des HSS-Schalters gesperrt ist.If the switch of the resonant circuit is closed when the HSS switch is closed, d. H. while a current is flowing through the HSS switch, a recharging of the capacitor occurs (analogous to the previous embodiments). Reloading the capacitor results in the disappearance of the current flowing through the closed HSS switch, which also causes the voltage across the HSS switch, which drives the current through the HSS switch in the regular current flow direction, to zero goes back. The HSS switch can then be opened lossless as long as the capacitor is in a reverse charge state compared to the initial charge state, since the first shunt arm is disabled for current against the normal current flow direction of the HSS switch.
Ingesamt wird also durch den Resonanzkreis des erfindungsgemäßen Hochsetzstellers ein stromloses Schließen und Öffnen des HSS-Schalters ermöglicht. Somit können Schaltverluste beim Schalten des erfindungsgemäßen Hochsetzstellers, d. h. sowohl beim Schließen als auch beim Öffnen des HSS-Schalters, minimiert werden.Overall, therefore, a currentless closing and opening of the HSS switch is made possible by the resonant circuit of the boost converter according to the invention. Thus, switching losses when switching the boost converter according to the invention, d. H. both when closing and when opening the HSS switch minimized.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist in dem ersten Querzweig eine Hilfsdiode mit dem HSS-Schalter in Reihe geschaltet, wobei die Hilfsdiode derart ausgerichtet ist, dass sie den ersten Querzweig für einen Stromfluss entgegen der regulären Stromflussrichtung durch den HSS-Schalter sperrt. Der HSS-Schalter kann dann auch ein bidirektionaler Schalter sein, durch den allein (zumindest wenn er geschlossen ist) auch ein Stromfluss entgegen der regulären Stromflussrichtung durch den HSS-Schalter möglich wäre. Indem die Hilfsdiode mit dem bidirektionalen Schalter in Reihe geschaltet ist, kann dennoch gewährleistet werden, dass ein Stromfluss durch den ersten Querzweig und damit auch durch den HSS-Schalter nur in Richtung seiner regulären Stromflussrichtung, die der Durchlassrichtung der Hilfsdiode entspricht, möglich ist.In a preferred embodiment, in the first shunt branch, an auxiliary diode is connected in series with the HSS switch, wherein the auxiliary diode is aligned such that it blocks the first shunt arm for a current flow against the regular current flow direction through the HSS switch. The HSS switch can then also be a bidirectional switch, by which alone (at least when it is closed), a current flow contrary to the regular current flow direction through the HSS switch would be possible. By the auxiliary diode is connected in series with the bidirectional switch, it can nevertheless be ensured that a current flow through the first shunt arm and thus also through the HSS switch only in the direction of its regular current flow direction, which corresponds to the forward direction of the auxiliary diode, is possible.
Wenn die Hilfsdiode mit dem HSS-Schalter in Reihe geschaltet ist, bleibt die an dem HSS-Schalter anliegende Spannung nach dem Entladen des Kondensators aus seinem Anfangsladezustand so lange null oder nahe null, bis die Polarität der an dem Kondensator anliegenden Spannung wieder gleich der Polarität der Spannung in seinem Anfangsladezustand ist. In diesem Fall kann der HSS-Schalter über einen längeren Zeitraum nicht nur stromlos und frei von Spannung, die einen Strom in der regulären Stromflussrichtung durch den geschlossenen HSS-Schalter treiben könnte, sondern gänzlich spannungsfrei” geschlossen werden.When the auxiliary diode is connected in series with the HSS switch, the voltage applied to the HSS switch remains zero or near zero after discharging the capacitor from its initial charging state until the polarity of the voltage across the capacitor returns to the polarity the voltage is in its initial state of charge. In this case, the HSS switch can not only be de-energized and voltage-free for a prolonged period of time, providing a current in the regular Current flow direction through the closed HSS switch could drive, but completely tension-free "closed.
Allerdings muss der HSS-Schalter nicht zwangsläufig eine zu dem HSS-Schalter in Reihe geschaltete Hilfsdiode aufweisen, um sicherzustellen, dass in dem ersten Querzweig ein Stromfluss entgegen der regulären Flussrichtung des Stroms durch den HSS-Schalter gesperrt ist. Beispielsweise ist dies nicht erforderlich, wenn der HSS-Schalter des erfindungsgemäßen Hochsetzstellers mit einem unidirektionalen Schalter, wie einem IGBT-Halbleiterschalter, ausgebildet ist. In diesem Fall ist, sobald sich der Kondensator auf umgekehrte Polarität umgeladen hat, kein gänzlich spannungsfreies Schließen des HSS-Schalters möglich. Die dann an dem HSS-Schalter anliegende Spannung umgekehrter Polarität kann jedoch keinen Strom in der regulären Stromflussrichtung durch den geschlossenen HSS-Schalter treiben, und für einen Strom in der entgegen gerichteten Richtung ist der erste Querzweig gesperrt. Das Schließen des HSS-Schalters erfolgt daher auch in diesem Fall so, dass nicht sofort ein Stromfluss durch den HSS-Schalter einsetzt, und deshalb verlustfrei.However, the HSS switch does not necessarily have to have an auxiliary diode connected in series with the HSS switch to ensure that current flow in the first shunt branch is blocked against the regular flow direction of the current through the HSS switch. For example, this is not necessary if the HSS switch of the boost converter according to the invention is formed with a unidirectional switch, such as an IGBT semiconductor switch. In this case, once the capacitor has been recharged to reverse polarity, it is not possible to completely close the HSS switch without voltage. However, the reverse polarity voltage then applied to the HSS switch can not drive current in the regular current flow direction through the closed HSS switch, and for a current in the opposite direction, the first shunt arm is blocked. The closing of the HSS switch is therefore also in this case so that a current flow through the HSS switch does not begin immediately, and therefore lossless.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zu dem HSS-Schalter eine für Halbleiterschalter übliche Freilaufdiode parallel geschaltet. Beispielsweise kann der HSS-Schalter mit einem IGBT-Halbleiterschalter gebildet sein, dem die Freilaufdiode des HSS-Schalters parallel geschaltet ist. Die Freilaufdiode kann dabei auch eine inhärente Freilaufdiode eines Halbleiterschalters sein. Wenn in dem ersten Querzweig die Hilfsdiode mit dem HSS-Schalter in Reihe geschaltet ist, sind die Durchlassrichtungen der Freilaufdiode und der Hilfsdiode einander entgegen gerichtet, womit ein Stromfluss durch den ersten Querzweig bei geöffnetem HSS-Schalter verhindert ist. Der HSS-Schalter des erfindungsgemäßen Hochsetzstellers kann jedoch auch ohne eine Freilaufdiode ausgebildet sein, ohne dass der Hochsetzsteller dadurch in seiner Funktionsweise beeinträchtigt ist.According to a preferred embodiment, a freewheeling diode common for semiconductor switches is connected in parallel with the HSS switch. For example, the HSS switch can be formed with an IGBT semiconductor switch, to which the free-wheeling diode of the HSS switch is connected in parallel. The freewheeling diode can also be an inherent freewheeling diode of a semiconductor switch. If the auxiliary diode is connected in series with the HSS switch in the first shunt branch, the forward directions of the free-wheeling diode and the auxiliary diode are directed counter to one another, thus preventing current flow through the first shunt branch when the HSS switch is open. However, the HSS switch of the boost converter according to the invention can also be designed without a freewheeling diode, without the boost converter thereby being impaired in its operation.
Wenn der Schalter des Resonanzkreises schon während des Umladens des Kondensators geöffnet wird, d. h. während ein der Durchlassrichtung der Freilaufdiode des Schalters des Resonanzkreises entgegen gerichteter Strom durch den Schalter fließt, kann dies eine Überspannung an dem Schalter zur Folge haben. Um dem entgegenzuwirken, kann eine Spannungsbegrenzung für den Schalter vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Hochsetzsteller einen Entladungspfad mit einer weiteren Diode aufweisen, der zwischen der Spule und dem Schalter des Resonanzkreises abzweigt und der mit dem ausgangsseitigen Anschluss der HSS-Diode verbunden ist. Die Durchlassrichtung der weiteren Diode ist dabei von dem ausgangseitigen Anschluss der HSS-Diode aus gesehen gleich der Durchlassrichtung der HSS-Diode. Allerdings ist es bei dem erfindungsgemäßen HSS nicht erforderlich und zur Minimierung von Schaltverlusten auch nicht bevorzugt, den Schalter des Resonanzkreises schon während des Umladens des Kondensators zu öffnen. Wenn eine solche Öffnung ausgeschlossen wird, kann auf den Entladungspfad verzichtet werden.If the switch of the resonant circuit is already opened during the charging of the capacitor, d. H. while one of the forward direction of the freewheeling diode of the switch of the resonant circuit opposite current flows through the switch, this may result in an overvoltage at the switch. To counteract this, a voltage limit for the switch can be provided. For example, the step-up converter may have a discharge path with a further diode, which branches off between the coil and the switch of the resonant circuit and which is connected to the output-side terminal of the HSS diode. The forward direction of the further diode is seen from the output side terminal of the HSS diode from the same as the forward direction of the HSS diode. However, it is not necessary in the HSS according to the invention and to minimize switching losses also not preferred to open the switch of the resonant circuit already during the reloading of the capacitor. If such an opening is excluded, the discharge path can be dispensed with.
Im Betrieb des erfindungsgemäßen Hochsetzstellers ist vorgesehen, dass ein Entladen bzw. Umladen des Kondensators aus seinem Anfangsladezustand erst mit dem Schließen des Schalters des Resonanzkreises stattfindet. Um sicherzustellen, dass der Kondensator nach Ende des Betriebs des erfindungsgemäßen HSS nicht in seinem aufgeladen Zustand verbleibt, sondern mit seiner Außerbetriebnahme automatisch entladen wird, kann der Hochsetzsteller eine Entladungsschaltung für den Kondensator aufweisen. Gemäß einer besonders einfachen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochsetzstellers kann dazu ein Entladungswiderstand vorgesehen sein, der zu dem Kondensator parallel geschaltet ist. Über diesen Entladungswiderstand wird der Kondensator automatisch entladen, wenn keine Eingangsspannung an dem Hochsetzsteller anliegt.During operation of the boost converter according to the invention, provision is made for discharging or reloading of the capacitor from its initial charge state only when the switch of the resonant circuit is closed. To ensure that the capacitor does not remain in its charged state after the end of the operation of the HSS according to the invention, but is automatically discharged with its decommissioning, the boost converter can have a discharge circuit for the capacitor. According to a particularly simple embodiment of the boost converter according to the invention, a discharge resistor can be provided for this purpose, which is connected in parallel with the capacitor. About this discharge resistor, the capacitor is discharged automatically when no input voltage is applied to the boost converter.
Für den Betrieb des Hochsetzstellers kann es erforderlich sein, dass dieser ein schnelles Schaltverhalten aufweist, so dass der HSS-Schalter auch in kurzen Abständen geschaltet werden kann. Um dabei sicherzustellen, dass der HSS-Schalter immer in seinem ”stromlosen” Zustand schaltbar ist, in dem kein Strom durch den HSS-Schalter fließt und auch keine Spannung an dem HSS-Schalter anliegt, die einen Strom in der regulären Stromflussrichtung durch den geschlossenen HSS-Schalter treiben kann, muss der Kondensator entsprechend schnell umgeladen werden und auch schnell in seinen Anfangsladezustand zurückkehren können. Folglich ist es vorteilhaft, wenn der Resonanzkreis eine im Verhältnis zur Länge des Schaltzyklus des Hochsetzstellers kurze Schwingungsdauer aufweist. Eine solche vergleichsweise kurze Schwingungsdauer kann durch geeignete Dimensionierung der Spule und des Kondensators des Resonanzkreises erreicht werden. Bevorzugte Schwingungsdauern des Resonanzkreises liegen im ms- bis μs-Bereich, womit Schaltfrequenzen des HSS-Schalters bis zu einigen hundert kHz erreicht werden können.For the operation of the boost converter, it may be necessary that this has a fast switching behavior, so that the HSS switch can be switched at short intervals. In order to ensure that the HSS switch is always switchable in its "de-energized" state, in which no current flows through the HSS switch and also no voltage is applied to the HSS switch, the current in the regular current flow direction through the closed HSS switch can drive, the capacitor must be reloaded accordingly fast and can also quickly return to its initial state of charge. Consequently, it is advantageous if the resonant circuit has a short oscillation period in relation to the length of the switching cycle of the boost converter. Such a comparatively short oscillation period can be achieved by suitably dimensioning the coil and the capacitor of the resonant circuit. Preferred oscillation durations of the resonant circuit are in the ms to μs range, with which switching frequencies of the HSS switch can be achieved up to a few hundred kHz.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochsetzstellers ist der Schalter des Resonanzkreises für einen größeren Stromfluss ausgelegt als der HSS-Schalter. Vorzugsweise ist der Schalter des Resonanzkreises so ausgelegt, dass dieser (ohne beschädigt zu werden) einen Strom führen kann, der mindestens zweimal, vorzugsweise mindestens dreimal, also zum Beispiel etwa viermal so groß ist wie der Strom, für den der HSS-Schalter ausgelegt ist. So kann dem Umstand Rechnung getragen werden, dass in einer resonanten Entlastungsschaltung typischerweise ein im Vergleich zum Eingangsstrom größerer Strom auftreten kann.In a particular embodiment of the boost converter according to the invention, the switch of the resonant circuit is designed for a larger current flow than the HSS switch. Preferably, the switch of the resonant circuit is designed so that this (without being damaged) can carry a current that is at least twice, preferably at least three times, for example, about four times as large as the current for which the HSS switch is designed , Thus, the fact can be taken into account that in a resonant discharge circuit typically a larger current compared to the input current can occur.
Der erfindungsgemäße Hochsetzsteller kann einen einzigen ersten und einen einzigen zweiten Querzweig oder mehrere erste Querzweige und auch mehrere zweite Querzweige aufweisen. Dabei kann für jeden ersten Querzweig ein separater zweiter Querzweig vorgesehen sein. Wenn mehrere erste Querzweige über eine Steuereinrichtung versetzt angesteuert werden, ist es jedoch ausreichend, wenn den mehreren ersten Querzweigen ein einziger, gemeinsamer zweiter Querzweig zugeordnet ist. Der Resonanzkreis des zweiten Querzweigs ist dann so auszulegen, dass dieser eine Schwingungsdauer aufweist, die kleiner ist als ein zeitlicher Abstand zwischen dem Schalten der HSS-Schalter der mehreren ersten Querzweige. Dann ist sichergestellt, dass der Kondensator vor dem nächsten Schalten in seinen Anfangsladezustand zurückgekehrt ist und damit für ein erneutes Umladen bereitsteht, um den entsprechenden HSS-Schalter für das verlustfreie Schalten in seinen stromlosen Zustand zu bringen.The boost converter according to the invention may have a single first and a single second transverse branch or a plurality of first transverse branches and also a plurality of second transverse branches. In this case, a separate second transverse branch can be provided for each first transverse branch. If a plurality of first transverse branches are actuated offset by a control device, however, it is sufficient if the first plurality of transverse branches is assigned a single, common second transverse branch. The resonant circuit of the second shunt branch is then designed so that it has a period of oscillation which is smaller than a time interval between the switching of the HSS switches of the plurality of first shunt arms. It is then ensured that the capacitor has returned to its initial state of charge before the next switching and is thus ready to be reloaded in order to bring the corresponding HSS switch for lossless switching into its de-energized state.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochsetzstellers umfasst dieser ein Paar von Teilhochsetzstellern, die eine gemeinsame HSS-Drossel aufweisen, und einen Gleichspannungszwischenkreis mit zwei in Reihe geschalteten Zwischenkreiskondensatoren. Der eine Teilhochsetzsteller des Paars umfasst die ersten und zweiten Querzweige und die HSS-Diode. Dabei führen die ersten und zweiten Querzweige zu einem Mittelpunkt des Gleichspannungszwischenkreises zwischen den beiden Zwischenkreiskondensatoren, und der eine Teilhochsetzsteller des Paars lädt den einen der beiden Zwischenkreiskondensatoren. Der andere Teilhochsetzsteller des Paars lädt den anderen der beiden Zwischenkreiskondensatoren. Dabei sind erste und zweite Querzweige sowie eine HSS-Diode des anderen Teilhochsetzstellers bezüglich des Mittelpunkts des Gleichspannungszwischenkreises bis auf ihre Stromfluss- und Durchlassrichtungen spiegelbildlich zu den ersten und zweiten Querzweigen und der HSS-Diode des einen Teilhochsetzstellers des Paars angeordnet. In weiterer Ausgestaltung kann an den Gleichspannungszwischenkreis eine Brückenschaltung angeschlossen sein, wobei ein Mittelpunkt der Brückenschaltung an ein Ende einer Primärwicklung eines Transformators angeschlossen ist und wobei das andere Ende der Primärwicklung an den Mittelpunkt des Gleichspannungszwischenkreises angeschlossen ist.According to a further embodiment of the boost converter according to the invention, this comprises a pair of Teilhochsetzstellern having a common HSS inductor, and a DC voltage intermediate circuit with two series-connected DC link capacitors. The one partial boost converter of the pair comprises the first and second shunt arms and the HSS diode. In this case, the first and second shunt branches lead to a mid-point of the DC voltage intermediate circuit between the two DC link capacitors, and the partial boost converter of the pair charges the one of the two DC link capacitors. The other partial boost converter of the pair charges the other of the two DC link capacitors. In this case, first and second shunt branches and an HSS diode of the other Teilhochsetzstellers with respect to the center of the DC intermediate circuit up to their current flow and transmission directions mirror images of the first and second shunt branches and the HSS diode of a Teilhochsetzstellers of the pair. In a further embodiment, a bridge circuit may be connected to the DC intermediate circuit, wherein a center of the bridge circuit is connected to one end of a primary winding of a transformer and wherein the other end of the primary winding is connected to the center of the DC intermediate circuit.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform des Hochsetzstellers mit mehreren Teilhochsetzstellern weist jeder Teilhochsetzsteller (bei ansonsten gleicher Ausführung) eine eigene HSS-Drossel auf.According to an alternative embodiment of the boost converter with a plurality of partial boost converters, each partial boost converter (with otherwise identical design) has its own HSS throttle.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines erfindungsgemäßen Hochsetzstellers, wobei zum Schließen oder Öffnen des HSS-Schalters der Schalter des Resonanzkreises geschlossen wird, um den Kondensator (wie vorangehend bereits beschrieben) umzuladen. Während der gesamten Zeit, in der der Kondensator mit der gegenüber seinem Anfangsladezustand umgekehrten Polarität geladen ist, liegt über dem HSS-Schalter keine Spannung an, die einen Strom in der regulären Stromflussrichtung durch den HSS-Schalter treiben könnte. Somit fließt dann, wenn der zunächst offene HSS-Schalter jetzt geschlossen wird, nicht sofort ein Strom durch den HSS-Schalter. Bei zunächst geschlossenem HSS-Schalter ist der Strom auf null reduziert, wenn er in dieser Zeit geöffnet wird. Der HSS-Schalter wird also sowohl geschlossen als auch geöffnet, wenn er sich in seinem oben definierten stromlosen Zustand befindet, in dem er leistungslos und damit verlustfrei schaltbar ist.The invention further relates to the use of a boost converter according to the invention, wherein for closing or opening the HSS switch, the switch of the resonant circuit is closed in order to reload the capacitor (as already described above). During the entire time that the capacitor is charged with the polarity reversed from its initial state of charge, there is no voltage across the HSS switch that could drive current in the regular current flow direction through the HSS switch. Thus, when the initially open HSS switch is now closed, a current does not flow immediately through the HSS switch. When the HSS switch is initially closed, the current is reduced to zero when it is opened during this time. The HSS switch is therefore both closed and opened when it is in its above-defined de-energized state, in which he is powerless and thus lossless switchable.
Nach dem Umladen des Kondensators wird der Schalter des Resonanzkreises wieder geöffnet, so dass der Kondensator zwar in seinen Anfangsladezustand zurückkehren kann, sich dann aber nicht erneut umlädt. Dafür ist Zeit, bis der Kondensator wieder in seinen Anfangsladezustand zurückgekehrt ist. Nachdem der Kondensator wieder in seinen Anfangsladezustand zurückgekehrt ist, steht der Kondensator für ein nächstes Umladen und damit für einen nachfolgenden Schaltvorgang des HSS-Schalters zur Verfügung.After reloading the capacitor, the switch of the resonant circuit is opened again, so that the capacitor can indeed return to its initial state of charge, but then does not recharge. There is time until the capacitor has returned to its initial state of charge. After the capacitor has returned to its initial state of charge, the capacitor is available for a next transfer and thus for a subsequent switching operation of the HSS switch.
Für ein Schließen oder Öffnen des HSS-Schalters ist es ausreichend, wenn der Kondensator ein einziges Mal umgeladen wird, wodurch eine Spannung an dem offenen HSS-Schalter zum Verschwinden gebracht bzw. in ihrer Polarität umgekehrt wird oder wodurch ein Strom durch den geschlossenen HSS-Schalter zum Verschwinden gebracht wird. Für ein besonders schnelles Schaltverhalten wird der Schalter des Resonanzkreises daher vorzugsweise derart angesteuert, dass in dem Resonanzkreis für genau eine volle Schwingungsdauer des Resonanzkreises ein Strom fließt. Das bedeutet, der Kondensator wird zum Schalten des HSS-Schalters einmal umgeladen und kehrt anschließend in seinen Anfangsladezustand zurück, so dass er anschließend für ein erneutes Umladen und damit für ein erneutes Schalten des HSS-Schalters zur Verfügung steht. Üblicherweise ist der Resonanzkreis so ausgelegt, dass seine Schwingungsdauer im Bereich von 5 bis 100 μs liegt. Entsprechend wird der Schalter des Resonanzkreises typischerweise für eine Dauer von 2,5 bis 50 μs geschlossen. Damit sind Schaltfrequenzen des HSS-Schalters im kHz-Bereich, insbesondere bis zu einigen hundert kHz, erreichbar. Zum zeitlich gesteuerten Schalten kann der Schalter beispielsweise mit einem Steuersignal mit einer entsprechenden Signalbreite angesteuert werden, das von einer dafür vorgesehenen Steuereinrichtung bereitgestellt wird.For closing or opening the HSS switch, it is sufficient if the capacitor is recharged only once, causing a voltage on the open HSS switch to disappear or its polarity reversed, or to cause a current through the closed HSS switch. Switch disappears. For a particularly fast switching behavior of the switch of the resonant circuit is therefore preferably controlled such that in the resonant circuit for exactly one full oscillation period of the resonant circuit, a current flows. That is, the capacitor is once transhipped to switch the HSS switch, and then returns to its initial state of charge so that it is subsequently available for reloading and thus re-switching the HSS switch. Usually, the resonant circuit is designed so that its oscillation period is in the range of 5 to 100 μs. Accordingly, the switch of the resonant circuit is typically closed for a period of 2.5 to 50 μs. This switching frequencies of the HSS switch in the kHz range, in particular up to several hundred kHz, can be achieved. For time-controlled switching, the switch can be controlled, for example, with a control signal having a corresponding signal width, which is provided by a control device provided for this purpose.
Seinen stromlosen Zustand erreicht der geöffnete oder geschlossene HSS-Schalter dann, wenn der Kondensator aus seinem Anfangsladezustand vollständig entladen ist und sein Umladen in den gegenüber dem Anfangsladezustand umgekehrt geladenen Zustand beginnt. Der stromlose Zustand des HSS-Schalters endet erst, nachdem der umgeladene Kondensator erneut entladen wurde und er wieder in seinen anfänglichen Ladungszustand aufgeladen wird. Der HSS-Schalter muss also nicht zu einem exakten Zeitpunkt geschaltet werden, sondern es steht ein längerer Zeitraum zur Verfügung, in dem der HSS-Schalter verlustfrei geschaltet werden kann. Entsprechend ist es für den Betrieb des Hochsetzstellers nicht zwingend erforderlich, eine zeitlich besonders exakte Steuereinrichtung für den HSS-Schalter einzusetzen.Its currentless state reaches the open or closed HSS switch when the capacitor is completely discharged from its initial state of charge and its reloading begins in the opposite to the initial state of charge inversely charged state. The de-energized state of the HSS switch ends only after the recharged capacitor has been discharged again and it is recharged to its initial charge state. The HSS switch does not need to be switched at an exact time, but there is a longer period available in which the HSS switch can be switched lossless. Accordingly, it is not mandatory for the operation of the boost converter, a time To use particularly accurate control device for the HSS switch.
Konkret beginnt und endet der stromlose Zustand des HSS-Schalters jeweils mit dem Vorzeichenwechsel der an dem Kondensator anliegenden Spannung. Dies entspricht den Zeitpunkten von einem Viertel und von dreiviertel der Schwingungsdauer des Resonanzkreises. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der HSS-Schalter daher derart angesteuert, dass der HSS-Schalter zu einem Zeitpunkt geschaltet wird, nachdem bereits für ein Viertel der Schwingungsdauer ein Strom in dem Resonanzkreis geflossen ist, aber bevor der Strom für dreiviertel der Schwingungsdauer in dem Resonanzkreis geflossen ist. Ein genaues Einhalten eines exakten Zeitpunkts für das spannungsfreie oder stromlose Schalten ist dabei nicht erforderlich ist. Vielmehr ist es ausreichend, wenn das Schalten innerhalb dieser Zeitspanne von einer halben Schwingungsdauer erfolgt. Für das Schalten des HSS-Schalters steht daher ein relativ großes Zeitfenster zur Verfügung.Specifically, the currentless state of the HSS switch begins and ends respectively with the change of sign of the voltage applied to the capacitor. This corresponds to the times of a quarter and three quarters of the oscillation period of the resonant circuit. Therefore, according to a preferred embodiment, the HSS switch is driven so that the HSS switch is switched at a time after a current has already flowed in the resonant circuit for a quarter of the oscillation period, but before the current for three quarters of the oscillation period in the resonant circuit flowed. An exact observance of an exact time for the voltage-free or currentless switching is not required. Rather, it is sufficient if the switching takes place within this period of half a period of oscillation. Therefore, a relatively large time window is available for switching the HSS switch.
Um sicherzustellen, dass der Kondensator für ein weiteres verlustfreies Schalten des HSS-Schalters zur Verfügung steht, muss gewährleistet werden, dass der Kondensator nach dem Umladen wieder in seinen Anfangsladezustand zurückkehrt und in diesem bleibt. Dies kann erreicht werden, indem der Schalter des Resonanzkreises geöffnet wird, nachdem ein Stromfluss in dem Resonanzkreis zumindest teilweise durch die Freilaufdiode des Schalters des Resonanzkreises erfolgt. Wie oben beschrieben erfolgt dann trotz des geöffneten Schalters eine Rückkehr des Kondensators in seinen Anfangsladezustand. Durch das Öffnen des Schalters wird allerdings erreicht, dass der Kondensator nach der Rückkehr in seinen Anfangsladezustand nicht erneut umgeladen wird. Spätestens muss der Schalter daher zum Zeitpunkt der Rückkehr in den Anfangsladezustand geöffnet sein. Auch für das Öffnen des Schalters des Resonanzkreises steht also ein relativ großes Zeitfenster zur Verfügung.To ensure that the capacitor is available for further lossless switching of the HSS switch, it must be ensured that the capacitor returns to and remains in its initial charge state after reloading. This can be achieved by the switch of the resonant circuit is opened after a current flow in the resonant circuit is at least partially by the freewheeling diode of the switch of the resonant circuit. As described above, in spite of the open switch, the capacitor then returns to its initial charging state. By opening the switch, however, it is achieved that the capacitor is not reloaded after returning to its initial state of charge. At the latest, the switch must therefore be open at the time of return to the initial state of charge. Also for the opening of the switch of the resonant circuit so a relatively large time window is available.
Weiterhin kann in der Verwendung des erfindungsgemäßen Hochsetzstellers vorgesehen sein, dass ein Schalter eines einzigen zweiten Querzweigs derart angesteuert wird, dass jeder von versetzt angesteuerten HSS-Schaltern mehrerer erster Querzweige in seinem stromlosen Zustand geschaltet wird. Dabei sind das versetzte Ansteuern der HSS-Schalter und die Schwingungsdauer des Resonanzkreises vorzugsweise derart aufeinander abgestimmt, dass zwischen dem Schalten der HSS-Schalter eine Zeitspanne von mindestens einer vollen Schwingungsdauer des Resonanzkreises liegt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Kondensator, nachdem er für ein erstes verlustfreies Schalten eines HSS-Schalters umgeladen worden ist, in seinen Anfangsladezustand zurückkehren kann, bevor der nächste Schaltvorgang für ein verlustfreies Schalten eines HSS-Schalters beginnt.Furthermore, it can be provided in the use of the boost converter according to the invention, that a switch of a single second shunt branch is controlled such that each of offset-controlled HSS switches several first shunt arms is switched in its de-energized state. In this case, the staggered driving of the HSS switches and the oscillation period of the resonant circuit are preferably matched to one another such that a time span of at least one full oscillation period of the resonant circuit lies between the switching of the HSS switches. This ensures that the capacitor, after being reloaded for a first lossless switching of an HSS switch, can return to its initial state of charge before the next switching begins for a lossless switching of an HSS switch.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen. Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs ”mindestens” bedarf.Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the description are merely exemplary and can take effect alternatively or cumulatively, without the advantages having to be achieved by embodiments according to the invention. Without altering the subject matter of the appended claims, as regards the disclosure of the original application documents and the patent, the following applies: Further features can be found in the drawings. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different claims is also possible deviating from the chosen relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted. The features mentioned in the patent claims and the description are to be understood in terms of their number that exactly this number or a greater number than the said number is present, without requiring an explicit use of the adverb "at least".
Wenn also beispielsweise von einem HSS-Schalter und/oder einem Querzweig die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein HSS-Schalter und/oder ein Querzweig, zwei HSS-Schalter und/oder zwei Querzweige oder mehr HSS-Schalter und/oder mehr Querzweige vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht. Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.If, for example, an HSS switch and / or a transverse branch is mentioned, this is to be understood as meaning that precisely one HSS switch and / or one transverse branch, two HSS switches and / or two shunt branches or more HSS switches and / or more shunts are present. These features may be supplemented by other features or be the only characteristics that make up the product in question. The reference numerals contained in the claims do not limit the scope of the objects protected by the claims. They are for the sole purpose of making the claims easier to understand.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.In the following the invention will be further explained and described with reference to preferred embodiments shown in the figures.
FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES
In dem ersten Querzweig
Zusätzlich zu dem ersten Querzweig
In
Für die folgenden Erläuterungen wird davon ausgegangen, dass an dem Eingang
Wie durch das Steuersignal
Mit dem Entladen des Kondensators
Im weiteren Verlauf der Resonanzschwingung des Resonanzkreises
Für ein verlustfreies Schließen wird der HSS-Schalter
Am Ende der Resonanzschwingung des Resonanzkreises
Wenn der Schalter
Weiterhin ist in
In
Bei der in
In
Die Teilhochsetzsteller
Wenn die HSS-Schalter
Optional können in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- HochsetzstellerBoost converter
- 22
- HSS-DrosselHSS throttle
- 33
- HSS-DiodeHSS diode
- 44
- HSS-SchalterHSS switch
- 55
- Leitungmanagement
- 66
- Eingangentrance
- 77
- Ausgangoutput
- 88th
- Erdeearth
- 99
- (erster) Querzweig(first) transverse branch
- 1010
- FreilaufdiodeFreewheeling diode
- 1111
- ZwischenkreiskondensatorLink capacitor
- 1212
- Lastload
- 1313
- Hilfsdiodeauxiliary diode
- 1414
- (zweiter) Querzweig(second) transverse branch
- 1515
- Resonanzkreisresonant circuit
- 1616
- Kondensatorcapacitor
- 1717
- Reihenschaltungseries connection
- 1818
- SpuleKitchen sink
- 1919
- Schalterswitch
- 2020
- Diodediode
- 2121
- FreilaufdiodeFreewheeling diode
- 2222
- Steuersignalcontrol signal
- 2323
- Steuersignalcontrol signal
- 2424
- Spannungsverlaufvoltage curve
- 2525
- Spannungsverlaufvoltage curve
- 2626
- Stromverlaufcurrent profile
- 2727
- Stromverlaufcurrent profile
- 2828
- Zeitpunkttime
- 2929
- Zeitpunkttime
- 3030
- Entladungspfaddischarge path
- 3131
- Anschlussconnection
- 3232
- Diodediode
- 3333
- Entladungswiderstanddischarge resistor
- 3434
- TeilhochsetzstellerPart-up converter
- 3535
- TeilhochsetzstellerPart-up converter
- 3636
- Eingangsanschlussinput port
- 3737
- Eingangsanschlussinput port
- 3838
- Brückenschaltungbridge circuit
- 3939
- MittelpunktFocus
- 4040
- MittelpunktFocus
- 4141
- Primärspuleprimary coil
- 4242
- Transformatortransformer
- 4343
- Gleichrichterrectifier
- 4444
- Ausgangskondensatoroutput capacitor
- 4545
- Wechselrichterinverter
- 4646
- Querzweigtransverse branch
- 4747
- Querzweigtransverse branch
- TT
- Schwingungsdauerperiod of oscillation
Claims (15)
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---|---|---|---|---|
DE102016108942A1 (en) * | 2016-05-13 | 2017-11-16 | Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg | Voltage transformer with reverse polarity protection diode |
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US5067066A (en) * | 1990-02-06 | 1991-11-19 | Fujitsu Limited | Voltage-mode quasi-resonant dc/dc converter |
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- 2013-04-30 DE DE102013104376.3A patent/DE102013104376B3/en active Active
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- 2014-04-30 CN CN201420220282.1U patent/CN204046422U/en not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENT- UND RECHTSANWAELTE LOESENBECK, SPECHT,, DE |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: GUANGZHOU DINGHAN RAILWAY EQUIPMENT CO., LTD.,, CN Free format text: FORMER OWNER: SMA RAILWAY TECHNOLOGY GMBH, 34123 KASSEL, DE Owner name: DINGHAN SMART RAILWAY TECHNOLOGY GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: SMA RAILWAY TECHNOLOGY GMBH, 34123 KASSEL, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENT- UND RECHTSANWAELTE LOESENBECK, SPECHT,, DE |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: GUANGZHOU DINGHAN RAILWAY EQUIPMENT CO., LTD.,, CN Free format text: FORMER OWNER: DINGHAN SMART RAILWAY TECHNOLOGY GMBH, 34123 KASSEL, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: MEYER-DULHEUER MD LEGAL PATENTANWAELTE PARTG M, DE |