DE102013114433A1

DE102013114433A1 - Inverter device

Info

Publication number: DE102013114433A1
Application number: DE102013114433.0A
Authority: DE
Inventors: Tammo Winkler
Original assignee: Scansonic MI GmbH
Current assignee: Scansonic MI GmbH
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-06-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wechselrichtervorrichtung, wobei die Wechselrichtervorrichtung zum Umrichten einer Gleichspannung in eine Wechselspannung und Beaufschlagen einer elektrischen Last mit der Wechselspannung ausgebildet ist. Die Wechselrichtervorrichtung ist in Halbbrückentopologie ausgeführt und erlaubt ein Nullspannungsschalten aller Ventile, wobei die Steuerung des Energieeintrages in die Last mit Pulsweitenmodulation erfolgt.The invention relates to an inverter device, wherein the inverter device is designed for converting a DC voltage into an AC voltage and applying an electrical load to the AC voltage. The inverter device is implemented in a half-bridge topology and allows a zero voltage switching of all valves, wherein the control of the energy input into the load takes place with pulse width modulation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wechselrichtervorrichtung zum Umrichten einer Gleichspannung in eine Wechselspannung und Beaufschlagen einer elektrischen Last mit der Wechselspannung. The invention relates to an inverter device for converting a DC voltage into an AC voltage and applying an electrical load to the AC voltage.

In vielen leistungselektronischen Applikationen werden Konverter eingesetzt, wobei die Konvertertechnik bei geringer Baugröße und geringen Kosten effizient funktionieren soll, wodurch in der Leistungselektronik ein Trend zu steigenden Systemfrequenzen besteht. So werden z.B. im Leistungssegment von einigen Kilowatt Gegentaktflusswandler mit Hochfrequenztransformatoren zur Energieumformung eingesetzt. In many power electronic applications, converters are used, with the converter technology to operate efficiently with a small footprint and low cost, which is a trend in power electronics to increasing system frequencies. Thus, e.g. used in the power segment of a few kilowatts of push-pull flux transformers with high-frequency transformers for energy conversion.

Stromquellen, beispielsweise zum Betreiben von Leuchtmitteln, können mit hart schaltenden Topologien realisiert werden, wobei Optimierungen hinsichtlich des Wirkungsgrades und des Bauraums noch nicht weit vorangeschritten sind. Herkömmliche hart schaltende Topologien ermöglichen einen großen Dynamikbereich und eine hohe Anstiegsgeschwindigkeit der Ausgangsleistung, gehen jedoch mit relativ hohen Schaltverlusten und einem entsprechend geringen Wirkungsgrad einher. Current sources, for example for the operation of lamps, can be realized with hard-switching topologies, with optimizations in terms of efficiency and space are not yet advanced. Conventional hard-switching topologies allow a large dynamic range and a high slew rate of the output power, but are associated with relatively high switching losses and a correspondingly low efficiency.

Hinsichtlich der Funktionsweise von Gegentaktflusswandlern kann zwischen der Halbbrücken- und der Vollbrücken-Topologie unterschieden werden. With regard to the operation of push-pull flux transformers, a distinction can be made between the half-bridge and full-bridge topologies.

Mit Konvertern, die als Vollbrücken-Gegentaktwandler ausgeführt sind, können hohe Leistungen übertragen werden. Klassische Vollbrücken-Topologien haben den Vorteil einer konstanten Schaltfrequenz und sind somit leicht in einen Regelkreis zu integrieren, wobei z.B. eine Steuerung der Ausgangsleistung mittels herkömmlicher Pulsweitenmodulation erfolgen kann. Konverter in Vollbrückenschaltung ermöglichen einen großen Dynamikbereich (d.h., die Ausgangsleistung kann innerhalb eines großen Bereichs variiert werden). With converters designed as full-bridge push-pull converters, high powers can be transferred. Classical full-bridge topologies have the advantage of a constant switching frequency and thus are easy to integrate into a control loop, e.g. a control of the output power can be done by means of conventional pulse width modulation. Full-bridge converters allow a large dynamic range (i.e., the output power can be varied within a wide range).

Im Fall von potentialgetrennten Konvertern, bei denen die Energieübertragung mittels eines Hochfrequenzübertragers geschieht, weist im Vergleich zur Vollbrücken-Topologie die Halbbrücken-Topologie aufgrund einer geringeren Spannung über dem Übertrager wesentlich geringere Verluste im Übertragerkern auf und ermöglicht, insbesondere bei hohen Eingangsspannungen, die Realisierung von Umrichterschaltungen mit geringerer Baugröße und geringerem Gewicht im Vergleich zur Vollbrücken-Topologie. In the case of isolated converters in which the energy transfer takes place by means of a high-frequency transformer, compared to the full-bridge topology, the half-bridge topology due to a lower voltage across the transformer significantly lower losses in the transformer core and allows, especially at high input voltages, the realization of Inverter circuits with smaller size and lighter weight compared to full bridge topology.

Eine Variation des Energieeintrags in die Last kann in üblicher Weise mittels Pulsweitenmodulation erfolgen. Speziell jedoch bei hart schaltenden Halbbrücken-Topologien geht diese Art der Steuerung zu Lasten der Effizienz. Eine andere Methode zur Steuerung des Energieeintrags in die Last ist die Frequenzmodulation. Dazu wird bei der Ansteuerung des Konverters in einer Regelung die Ventil-Schaltfrequenz der Schaltventile in der Brückenschaltung als Stellgröße des Regelkreises herangezogen, wodurch die Ausgangsleistung variiert werden kann. Diese Art der Regelung mit variabler Ventil-Schaltfrequenz schränkt die nutzbare Dynamik (d.h. den zur Verfügung stehenden Leistungsbereich) der Konverter ein, da die genutzten Bauelemente, insbesondere die der lastseitigen Ausgangsfilter, über einen sehr großen Frequenzbereich ausgelegt und somit auf die minimale Ausgangsleistung dimensioniert sein müssen. A variation of the energy input into the load can be effected in the usual way by means of pulse width modulation. However, especially with hard-switching half-bridge topologies, this type of control is at the expense of efficiency. Another method of controlling the energy input into the load is frequency modulation. For this purpose, in the control of the converter in a control, the valve switching frequency of the switching valves in the bridge circuit is used as a control variable of the control loop, whereby the output power can be varied. This type of variable valve switching frequency control limits the usable dynamics (ie the available power range) of the converters since the components used, in particular those of the load-side output filters, are designed over a very wide frequency range and thus dimensioned for the minimum output power have to.

Gerade auch im Hinblick auf die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Konverter wäre eine Einschränkung ihrer Arbeitsfrequenzen auf einen engen Bereich wünschenswert. Ein großer Nachteil der Frequenzmodulation ist demnach, dass sie prinzipbedingt mit einem breiten Frequenzspektrum arbeitet. Especially with regard to the electromagnetic compatibility (EMC) of the converter, a restriction of their operating frequencies to a narrow range would be desirable. A major disadvantage of the frequency modulation is therefore that it works in principle with a wide frequency spectrum.

Um den Wirkungsgrad, und auch die elektromagnetische Verträglichkeit, von Konvertern zu steigern, können weich schaltende Topologien eingesetzt werden, d.h., die über dem Ventil anliegende Spannung bzw. der durch das Ventil fließende Strom wird nicht mit der höchsten dem Ventil möglichen Geschwindigkeit zwischen Null und dem Maximalwert hin und her geschaltet. Stattdessen werden Spannung bzw. Strom innerhalb einer vorgegeben, vergleichsweise kurzen, Zeitspanne kontinuierlich von Null auf den Maximalwert erhöht bzw. vom Maximalwert auf Null gesenkt, wobei die Ventile immer im Nulldurchgang der Spannung (sog. Nullspannungsschalten oder ZVS – englisch für „Zero Voltage Switching“), d.h. genau dann, wenn über ihnen keine Spannung anliegt bzw. die Topologie gewährleistet, dass das Ventil nach dem Hochohmigwerden nicht sofort Spannung aufnehmen muss, oder im Nulldurchgang des Stromes (sog. Nullstromschalten oder ZCS – englisch für „Zero Current Switching“), d.h., wenn der durch das Ventil geführte Strom im Zeitpunkt des Schaltens Null ist bzw. nach dem Schalten zunächst kein Strom durch das Ventil geführt werden muss, geschaltet werden. ZVS kann z.B. durch eine zum Ventil parallel geschaltete Kapazität erreicht werden. In order to increase the efficiency, and also the electromagnetic compatibility, of converters, soft-switching topologies can be used, ie the voltage present across the valve or the current flowing through the valve does not reach the highest possible valve-speed between zero and the maximum value switched back and forth. Instead, the voltage or current is continuously increased from zero to the maximum value or reduced from the maximum value to zero within a predetermined, comparatively short period of time, whereby the valves are always at the zero crossing of the voltage (so-called zero voltage switching or ZVS - English for "Zero Voltage Switching "), Ie Exactly when there is no voltage across them or the topology ensures that the valve does not have to absorb voltage immediately after high resistance, or at the zero crossing of the current (so-called Zero Current Switching or ZCS), ie if the current passed through the valve is zero at the time of switching, or no current has to be passed through the valve after switching, then it must be switched. ZVS may e.g. be achieved by a parallel to the valve connected capacity.

Ein Nullspannungsschalten beim Abschalten des Ventils geht aufgrund der dann geladenen Parallelkapazität mit einem Stromstoß beim nachfolgenden Einschalten des Ventils einher, falls die Kapazität in der Zwischenzeit nicht entladen wird. Das heißt, für ein vollständiges Nullspannungsschalten ist die Entladung der parasitären oder durch Kondensatoren zu dem Ventil parallelgeschalteten Kapazitäten vor dem Einschalten des Ventiles zu berücksichtigen, um die Einschaltverluste zu minimieren. A zero voltage switching when switching off the valve is accompanied by a surge on subsequent switching on of the valve due to the then loaded parallel capacity, if the capacity is not discharged in the meantime. That is, for complete zero voltage switching, discharge of the parasitic capacitors or capacitors connected in parallel through capacitors to the valve is prior to Switching on the valve to take into account to minimize the turn-on.

Weich schaltende Topologien können beispielsweise mittels resonant schaltender Ventile realisiert werden. Aus dem Stand der Technik sind weich schaltende Konverter bekannt, die im quasiresonanten Modus arbeiten, nämlich ein Verfahren, das einen verlustarmen Betrieb von Konvertern gestattet. Solche Konverter mit Halbbrücken-Topologie sind beispielsweise in US 7796408 B2 oder AT 13 276 U1 beschrieben. Soft switching topologies can be realized for example by means of resonant switching valves. Soft-switching converters operating in quasi-resonant mode, namely a method that allows low-loss operation of converters, are known in the art. Such half-bridge topology converters are, for example, in US 7796408 B2 or AT 13 276 U1 described.

Die Nachteile einer Leistungsregelung mittels Frequenzmodulation können mit Pulsweitenmodulation (PWM) gelöst werden. Hierbei wird die Zeitdauer des Energieeintrages in die Last während der Schaltperioden variiert. Das geschieht in üblicher Weise in einem Halbbrückengegentaktwandler mittels Änderung der Totzeit in den Schaltvorgängen der Ventile, d.h., die Zeitdauer, während der ein Ventil geöffnet bzw. geschlossen ist, wird variiert. Dadurch lässt sich die Zeitdauer des Stromflusses in der Last, und damit der Energieeintrag, bei gleichbleibender Schaltfrequenz steuern. Diese Art der Ansteuerung ist jedoch mit weichem Schalten nur in einem sehr begrenzten Ausgangsleistungsbereich nutzbar. The disadvantages of power modulation by means of frequency modulation can be solved with pulse width modulation (PWM). In this case, the duration of the energy input into the load during the switching periods is varied. This is conventionally done in a half-bridge balanced converter by changing the dead time in the switching operations of the valves, i.e., the time during which a valve is open or closed is varied. This allows the duration of the current flow in the load, and thus the energy input, to be controlled at the same switching frequency. However, this type of control is usable with soft switching only in a very limited output power range.

Herkömmliche Halbbrückengegentaktwandler mit PWM-Leistungsregelung kann man nur in einem engen Arbeitsbereich weich schalten und ein Vollbrückengegentaktwandler mit Nullspannungsschalten braucht im Vergleich zu einem Halbbrückengegentaktwandler einen größeren Übertrager. Eine frequenzmodulierte Halbbrücke wird bei einem gewünschten großen Stellbereich der Ausgangsleistung im unteren Ausgangsleistungsbereich bei relativ niedrigen Frequenzen betrieben und braucht deswegen große nachgeschaltete Filter. Conventional PWM power control half-bridge balanced converters can only be soft in a narrow operating range, and a zero-voltage full-bridge balanced converter needs a larger transformer compared to a half-bridge balanced transformer. A frequency modulated half-bridge is operated at a desired large range of output power in the lower output power range at relatively low frequencies, and therefore requires large downstream filters.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer weich schaltenden, PWM-gesteuerten Halbbrücken-Topologie für einen Wechselrichter bzw. einen Flusswandler, die die oben beschriebenen Nachteile, insbesondere die Ausschalt- und Einschalt-Verluste der Transistoren im PWM-Betrieb der Halbbrücke und in einem großen Ausgangsleistungsbereich, überwindet. The object of the invention is to provide a soft-switching, PWM-controlled half-bridge topology for an inverter or a flux converter, the disadvantages described above, in particular the turn-off and turn-on losses of the transistors in the PWM operation of the half-bridge and in a large Output power range, overcomes.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß Patentanspruch 1; zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung befinden sich in den Unteransprüchen 2 bis 9; eine besonders vorteilhafte Verwendung der Erfindung wird in Anspruch 10 aufgezeigt. The solution of this task is carried out according to claim 1; expedient embodiments of the invention are located in the subclaims 2 to 9; a particularly advantageous use of the invention is shown in claim 10.

Erfindungsgemäß wird eine Wechselrichtervorrichtung bereitgestellt, mittels derer eine von einer Gleichspannungsquelle bereitgestellte Gleichspannung in eine Wechselspannung umgewandelt und eine elektrische Last mit der Wechselspannung beaufschlagt werden kann. Die Wechselrichtervorrichtung weist eine Schalteinrichtung mit drei Anschlüssen und ein elektrisches Netzwerk auf, wobei die mit der Wechselspannung zu beaufschlagende Last in das Netzwerk eingebunden ist und sowohl die Schalteinrichtung als auch das Netzwerk elektrisch mit der Gleichspannungsquelle verbunden sind. Die Last weist insbesondere einen ersten und einen zweiten elektrischen Versorgungsanschluss zum Beaufschlagen der Last mit einer elektrischen Spannung auf. According to the invention, an inverter device is provided by means of which a DC voltage provided by a DC voltage source can be converted into an AC voltage and an electrical load can be applied to the AC voltage. The inverter device comprises a three-terminal switching device and an electrical network, wherein the load to be applied with the AC voltage is integrated into the network and both the switching device and the network are electrically connected to the DC voltage source. In particular, the load has a first and a second electrical supply connection for applying a voltage to the load.

Die Schalteinrichtung ist derart ausgebildet, dass sie mit einem ersten und einem zweiten Anschluss an jeweils einen Pol einer Gleichspannungsquelle angeschlossen werden kann. Zudem ist die Schalteinrichtung mit einem dritten Anschluss mit dem Netzwerk verbunden und derart ausgebildet, dass ihr dritter Anschluss wechselweise mit dem ersten Anschluss oder mit dem zweiten Anschluss der Schalteinrichtung, also mit dem ersten oder dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle, verbunden werden kann, sodass die in das Netzwerk eingebundene Last durch den Wechsel des elektrischen Potentials des dritten Anschlusses der Schalteinrichtung vom Potential des ersten Pols der Gleichspannungsquelle zum Potential des zweiten Anschlusses der Gleichspannungsquelle mit einer Spannung wechselnder Polarität beaufschlagt wird. Während des Betriebs wird somit der von der Schalteinrichtung durch die Gleichspannungsquelle geführte Strom mit wechselnden Stromflussrichtungen durch das Netzwerk und insbesondere durch die Last geführt, indem die Schalteinrichtung unterschiedliche Schaltzustände einnehmen kann. Die Schalteinrichtung ist somit zwischen die Gleichspannungsquelle und das Netzwerk geschaltet und ist derart ausgebildet, dass in einem ersten Schaltzustand der dritte Anschluss der Schalteinrichtung mit dem ersten Anschluss der Gleichspannungsquelle verbunden ist, so dass über der in das Netzwerk eingebundenen Last eine Spannung mit einer ersten Polarität anliegt, durch die ein Stromfluss in eine erste Richtung in der Last verursacht wird, und in einem zweiten Schaltzustand der dritte Anschluss der Schalteinrichtung mit dem zweiten Anschluss der Gleichspannungsquelle verbunden ist, so dass über der Last eine Spannung mit einer zweiten, der ersten Polarität entgegengesetzten, Polarität anliegt, durch die ein Stromfluss in einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten, Richtung in der Last verursacht wird. The switching device is designed such that it can be connected with a first and a second terminal to one pole of a DC voltage source. In addition, the switching device is connected to the network with a third connection and designed such that its third connection can be alternately connected to the first connection or to the second connection of the switching device, ie to the first or the second pole of the direct voltage source, so that the is integrated into the network load by the change of the electrical potential of the third terminal of the switching device from the potential of the first pole of the DC voltage source to the potential of the second terminal of the DC voltage source with a voltage of alternating polarity. During operation, the current conducted by the switching device through the DC voltage source is thus guided with alternating current flow directions through the network and in particular through the load, in that the switching device can assume different switching states. The switching device is thus connected between the DC voltage source and the network and is configured such that in a first switching state, the third terminal of the switching device is connected to the first terminal of the DC voltage source, so that over the load connected to the network, a voltage having a first polarity is applied, through which a current flow in a first direction in the load is caused, and in a second switching state, the third terminal of the switching device is connected to the second terminal of the DC voltage source, so that above the load, a voltage having a second, opposite to the first polarity , Polarity is applied, by which a current flow in a second, the first direction opposite, direction is caused in the load.

Zu diesem Zweck kann die Schalteinrichtung z.B. ein erstes Kontaktierungselement zum Anschließen an den ersten Pol und ein zweites Kontaktierungselement zum Anschließen an den zweiten Pol einer Gleichspannungsquelle sowie ein drittes Kontaktierungselement zum Anschließen an das Netzwerk aufweisen und derart ausgebildet und mit dem Netzwerk verbunden sein, dass bei Vorliegen des ersten Schaltzustandes der Schalteinrichtung der erste Versorgungsanschluss der Last mittel- oder unmittelbar mit dem ersten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist und dass bei Vorliegen des zweiten Schaltzustandes der Schalteinrichtung der erste Versorgungsanschluss der Last mittel- oder unmittelbar mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist. Die in das Netzwerk eingebundene Last kann dabei mit ihrem zweiten Versorgungsanschluss immer mittel- oder unmittelbar mit einem Pol oder beiden Polen der Gleichspannungsquelle verbunden sein. For this purpose, the switching device may comprise, for example, a first contacting element for connection to the first pole and a second contacting element for connection to the second pole of a DC voltage source and a third contacting element for connection to the network and be formed and connected to the network that at be present the first switching state of the switching device of the first supply terminal of the load is medium or directly connected to the first pole of the DC voltage source and that in the presence of the second switching state of the switching device of the first supply terminal of the load is medium or directly connected to the second pole of the DC voltage source. The load integrated in the network can always be connected with its second supply connection directly or indirectly to one or both poles of the DC voltage source.

Die Schalteinrichtung kann z.B. in bekannter Weise als Halbbrückenschaltung mittels einer Anordnung mehrerer elektrischer Ventile realisiert sein, die an die Gleichspannungsquelle angeschlossen sind und derart angesteuert werden, dass das Potential am ersten Versorgungsanschluss einer Last, die an einem Ausgang der Schalteinrichtung angeschlossen ist, wechselweise umgeschaltet wird, um die Last mit einer alternierenden Potentialdifferenz, d. h. einer Wechselspannung zwischen den Versorgungsanschlüssen der Last, und damit einem alternierenden Stromfluss zu beaufschlagen. Der zweite Versorgungsanschluss der Last ist dabei mittelbar mit mindestens einem der beiden Pole oder unmittelbar mit genau einem Pol der Gleichspannungsquelle verbunden. The switching device may e.g. be realized in a known manner as a half-bridge circuit by means of an arrangement of a plurality of electrical valves which are connected to the DC voltage source and are driven such that the potential at the first supply terminal of a load which is connected to an output of the switching means is alternately switched to the load with an alternating potential difference, i. H. an AC voltage between the supply terminals of the load, and thus to apply an alternating current flow. The second supply terminal of the load is indirectly connected to at least one of the two poles or directly to exactly one pole of the DC voltage source.

Vorliegend wird, wie in der Leistungselektronik üblich, unter einem (elektrischen) Ventil ein Schalter verstanden, der zwei Anschlüsse aufweist und in einem niederohmigen Zustand einen uni- oder bidirektionalen Stromfluss zwischen seinen beiden Anschlüssen ermöglicht und in einem hochohmigen Zustand den Stromfluss zwischen seinen beiden Anschlüssen in beiden Richtungen sperrt. Der niederohmige Zustand eines solchen Ventils wird auch als leitender Zustand, geschlossener Zustand oder An-Zustand bezeichnet; der hochohmige Zustand auch als sperrender, geöffneter oder Aus-Zustand. Unter einem rückwärtsleitenden Ventil wird ein elektrisches Ventil verstanden, das auch in seinem hochohmigen Zustand einen unidirektionalen Stromfluss zwischen seinen beiden Anschlüssen entlang einer der beiden möglichen Richtungen, nämlich entlang der sog. Rückwärtsrichtung, ermöglicht. In the present case, as is customary in power electronics, an (electrical) valve is understood to be a switch which has two connections and enables a unidirectional or bidirectional current flow between its two connections in a low-resistance state and the current flow between its two connections in a high-resistance state locks in both directions. The low-resistance state of such a valve is also referred to as a conductive state, closed state or on state; the high-impedance state also as a blocking, open or off state. A backward-conducting valve is understood to mean an electric valve which, even in its high-resistance state, permits a unidirectional current flow between its two terminals along one of the two possible directions, namely along the so-called backward direction.

Ein solches elektrisches Ventil kann z.B. aus einem Halbleiterbauelement – z.B. aus einer Diode, einem Transistor wie z.B. einem Feldeffekttransistor (FET) oder einem Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), oder einem Thyristor wie z.B. einem GTO-Thyristor (englisch für „gate turn-off thyristor“) oder einem IGC-Thyristor (englisch für integrated gate-commutated thyristor) – oder aus einer Kombination gleicher oder unterschiedlicher solcher Halbleiterbauelemente (z.B. zur Erhöhung des Maximalstromes und/oder zur Verringerung der Verluste aus einer Parallelschaltung einzelner Bauelemente oder zur Erhöhung der maximalen Spannung aus einer Serienschaltung) bestehen, wobei für deren optimale Funktion weitere Bauelemente als Beschaltung vorgesehen sein können. Zum Beispiel kann ein MOSFET (d.h. Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) mit einer oder mehreren Inversdioden und/oder einer oder mehreren Seriendioden, die z.B. als Beschaltung das Leiten der intrinsischen Bodydiode des MOSFETs verhindern, zu einem Ventil kombiniert sein. Such an electric valve may e.g. from a semiconductor device - e.g. a diode, a transistor, e.g. a field effect transistor (FET) or an insulated gate bipolar transistor (IGBT), or a thyristor, e.g. a gate turn-off thyristor (GTO) or an integrated gate-commutated thyristor (IGC) thyristor, or a combination of identical or different semiconductor devices (eg to increase the maximum current and / or to reduce it) the losses from a parallel connection of individual components or to increase the maximum voltage from a series circuit), with additional components can be provided as a circuit for their optimal function. For example, a MOSFET (i.e., metal-oxide-semiconductor field effect transistor) may be provided with one or more inverse diodes and / or one or more series diodes, e.g. as wiring prevent the conduction of the intrinsic body diode of the MOSFET be combined to a valve.

Das erfindungsgemäße Netzwerk weist ferner eine Abschalteinrichtung auf. Das Netzwerk und die Abschalteinrichtung können z.B. derart ausgebildet sein, dass die Abschalteinrichtung bei Vorliegen eines ersten Schaltzustandes der Abschalteinrichtung einen Stromfluss von einem Pol der Gleichspannungsquelle durch das Netzwerk und insbesondere durch die vom Netzwerk beinhaltete Last in den zweiten Pol der Gleichspannungsquelle zulässt, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Versorgungsanschluss der Last eine Spannung größer Null abfällt, und bei Vorliegen eines zweiten Schaltzustandes der Abschalteinrichtung zwar ein Stromfluss durch die Last möglich ist, aber die zwei Versorgungsanschlüsse der Last praktisch kurzgeschlossen sind, und der Stromfluss vom dritten Anschluss der Schalteinrichtung vom Netzwerk zu dem Pol der Gleichspannungsquelle, der im betrachteten Zeitpunkt nicht niederohmig mit dem dritten Anschluss der Schalteinrichtung verbunden ist, unterbunden ist. Mittels Umschaltens der Abschalteinrichtung von dem ersten in den zweiten Schaltzustand wird also der Stromfluss über das Netzwerk und insbesondere die vom Netzwerk beinhaltete Last vom einen Pol der Gleichspannungsquelle zum anderen Pol der Gleichspannungsquelle und damit die Leistungsabgabe der Gleichspannungsquelle unterdrückt. The network according to the invention also has a shutdown device. The network and the shutdown device may e.g. be configured such that the shutdown device in the presence of a first switching state of the turn-off device allows a current flow from one pole of the DC voltage source through the network and in particular by the network-containing load in the second pole of the DC voltage source, wherein between the first and the second supply terminal of the load a voltage greater than zero drops, and in the presence of a second switching state of the turn-off device, although a current flow through the load is possible, but the two supply terminals of the load are practically short-circuited, and the current flow from the third terminal of the switching device from the network to the pole of the DC voltage source is not low impedance connected to the third terminal of the switching device in the time considered, is suppressed. By switching the turn-off device from the first to the second switching state, therefore, the current flow through the network and in particular the load contained in the network is suppressed from one pole of the DC voltage source to the other pole of the DC voltage source and thus the power output of the DC voltage source.

Die Abschalteinrichtung und das Netzwerk sind weiterhin derart ausgebildet, dass nach dem Wechsel der Abschalteinrichtung vom ersten in den zweiten Schaltzustand ein, beispielsweise durch den Abschaltvorgang in einer induktiven Last oder einer in Reihe zu der Last geschalteten Induktivität induzierter, Strom weiter fließen kann, also auch durch die Last, wobei jedoch aufgrund der beschriebenen Gestaltung der Abschalteinrichtung der Strom nicht durch die Gleichspannungsquelle fließt, womit kein Energieeintrag mehr aus der Gleichspannungsquelle in die Last erfolgt. Dieser Strompfad kann mittels Freilauf-Dioden realisiert werden, die in Sperrrichtung mit der Gleichspannungsquelle verbunden werden, sodass der Strom nach dem Abschaltvorgang auf die Freilauf-Dioden kommutieren und im Freilauf durch die Last laufen kann. The switch-off device and the network are further configured such that, after the switch-off device has been switched from the first to the second switching state, current induced, for example, by the switch-off process in an inductive load or an inductance connected in series with the load, can continue to flow, ie also by the load, however, due to the described design of the turn-off device, the current does not flow through the DC voltage source, so that no more energy input from the DC voltage source takes place in the load. This current path can be realized by means of freewheeling diodes, which are connected in the reverse direction with the DC voltage source, so that the current commute after the shutdown on the freewheeling diodes and can run in the freewheel through the load.

Ein Übergang der Abschalteinrichtung vom zweiten zum ersten Schaltzustand erfolgt mittels Nullspannungsschaltens nach einem Wechsel des Schaltzustandes der Schalteinrichtung, d.h. nach einem Übergang der Schalteinrichtung von dem ersten zu dem zweiten Schaltzustand und ebenso beim Übergang der Schalteinrichtung von dem zweiten zu dem ersten Schaltzustand, sobald die Spannung über dem Ventil der Abschalteinrichtung aufgrund des veränderten Potentials des dritten Anschlusses der Schalteinrichtung, d.h. aufgrund der veränderten Spannung des dritten Anschlusses der Schalteinrichtung zu den Anschlüssen der Gleichspannungsquelle, seine Polarität wechselt. Dies kann z.B. realisiert sein, indem die Abschalteinrichtung ein rückwärtssperrendes Ventil bzw. Umschaltventil aufweist, mittels dessen ein Teil des Netzwerks elektrisch von dem übrigen Teil des Netzwerks entkoppelt werden kann, sodass das Netzwerk bei niederohmigem Schaltzustand des Umschaltventils einen anderen Weg für den durch die Last fließenden Strom aufweist als bei hochohmigem Schaltzustand des Ventils. A transition of the shutdown device from the second to the first switching state by means of Zero voltage switching after a change of the switching state of the switching device, ie after a transition of the switching device from the first to the second switching state and also at the transition of the switching device from the second to the first switching state, as soon as the voltage across the valve of the shutdown device due to the changed potential of the third Connection of the switching device, ie due to the changed voltage of the third terminal of the switching device to the terminals of the DC voltage source, its polarity changes. This can be realized, for example, in that the shutdown device has a reverse blocking valve, by means of which a part of the network can be electrically decoupled from the remaining part of the network, so that the network at low switching state of the switching valve, another way for by the load flowing current than in the high-resistance switching state of the valve.

Indem Energie in einer Induktivität, vorzugsweise einer in Reihe zur Last geschalteten resonanten Induktivität, des Netzwerkes während des ersten oder des zweiten Schaltzustandes der Schalteinrichtung zwischengespeichert werden kann, kann die erfindungsgemäße Wechselrichtervorrichtung betrieben werden, wobei mittels Umschaltens der Abschalteinrichtung vom ersten in den zweiten Schaltzustand ein Abschaltvorgang vor dem Umpolen der an der Last anliegenden Spannung ausgelöst werden kann, um den Energieeintrag aus der Gleichspannungsquelle in das Netzwerk zu stoppen. Durch die in der Induktivität gespeicherte Energie wird der Stromfluss im Freilauf durch die Abschalteinrichtung gewährleistet. Dabei kann z.B. durch eine Variation des Zeitpunktes des Abschaltvorgangs bzw. eine Variation des zeitlichen Versatzes zwischen den Schaltzeitpunkten der Schalteinrichtung und den Zeitpunkten des Abschaltvorgangs auf einfache Art und Weise die in die Last eingebrachte Leistung in einem großen Bereich variiert werden. Aufgrund des Nullspannungsschaltens sowohl des Abschalt- als auch des Einschaltvorgangs können zudem die Schaltverluste gering und somit der Wirkungsgrad hoch gehalten werden. By energy in an inductance, preferably a resonant inductance connected in series to the load of the network during the first or the second switching state of the switching device can be stored, the inverter device according to the invention can be operated, wherein by means of switching the shutdown device from the first to the second switching state Abschaltvorgang before reversing the voltage applied to the load voltage can be triggered to stop the energy input from the DC voltage source into the network. Due to the energy stored in the inductor, the current flow in freewheeling is ensured by the turn-off device. In this case, e.g. by varying the timing of the switch-off or a variation of the time offset between the switching times of the switching device and the times of the switch-off in a simple manner, the power introduced into the load can be varied within a wide range. Due to the zero-voltage switching of both the shutdown and the switch-on, the switching losses can also be low and thus the efficiency can be kept high.

Durch die Erfindung wird eine unkompliziert aufgebaute Wechselrichter-Topologie bereitgestellt, die einen großen Dynamikbereich der Ausgangleistung und sehr hohe Schaltfrequenzen bei zugleich hohem Wirkungsgrad ermöglicht sowie mit Pulsweitenmodulation bei nur einer Schaltfrequenz ansteuerbar und somit einfach, d.h. ohne zusätzliche Zwischenschaltkreise, in einen Regelkreis implementierbar ist. Durch die Verwendung konstanter Ventil-Schaltfrequenzen, nullspannungsschaltender Ansteuerverfahren der Ventile beim Ein- und Ausschalten und den Einsatz von Pulsweitenmodulation zur Leistungssteuerung bedarf es nur kleiner Filter, um eine gute EMV zu erzielen. Des Weiteren wird ein Flusswandler mit einer solchen Wechselrichter-Topologie bereitgestellt. Mittels der Erfindung kann somit insbesondere eine Energieversorgung für z.B. einen elektromechanischen Aktor ermöglicht werden, die einen hohen Wirkungsgrad, eine innerhalb eines großen Bereichs variierbare Ausgangsleistung, hohe Anstiegsgeschwindigkeiten und eine gute EMV bei aufgrund des kleiner dimensionierbaren Übertragers zugleich geringen Kosten, geringer Größe und geringem Gewicht ermöglicht. The invention provides an uncomplicated inverter topology which enables a large dynamic range of the output power and very high switching frequencies at the same time as high efficiency and can be controlled with pulse width modulation at only one switching frequency and thus simple, ie. without additional intermediate circuits, can be implemented in a control loop. The use of constant valve switching frequencies, zero-voltage switching control of the valves on and off, and the use of pulse width modulation for power control, requires only a small filter to achieve good EMC. Furthermore, a flux converter with such an inverter topology is provided. In particular, a power supply for e.g. enables an electromechanical actuator, which allows high efficiency, a variable within a wide range output power, high slew rates and good EMC at the same time due to the smaller sized transformer low cost, small size and low weight.

Gemäß einer Ausführung weist die Wechselrichtervorrichtung eine Steuereinrichtung auf, die mit der Schalteinrichtung verbunden ist und derart ausgebildet bzw. konfiguriert ist, dass von ihr die Schalteinrichtung derart angesteuert wird, dass sie mit einer vorgegebenen Frequenz abwechselnd zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand hin und her wechselt bzw. schaltet; wobei der erste Schaltzustand jeweils genauso lange vorliegt wie der zweite Schaltzustand (d.h., die Zeitdauer des ersten Schaltzustandes entspricht der Zeitdauer des zweiten Schaltzustandes) und wobei beim Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung die Schalteinrichtung kurzzeitig in den dritten Schaltzustand versetzt werden kann, sodass beim Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand zum zuverlässigen Vermeiden eines Kurzschlusses jeweils eine kurze Totzeit von einigen Nanosekunden zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand vorliegt, während derer zumindest ein Verbindungsanschluss der Last nicht an die Gleichspannungsquelle gekoppelt ist (wobei weiterhin ein Strom durch die Last fließen kann). According to one embodiment, the inverter device has a control device, which is connected to the switching device and configured or configured such that it controls the switching device such that it alternately alternates between the first and the second switching state at a predetermined frequency changes or switches; wherein the first switching state is in each case as long as the second switching state (ie, the time duration of the first switching state corresponds to the time duration of the second switching state) and wherein the transition between the first and the second switching state of the switching device, the switching device can be temporarily put into the third switching state such that at the transition between the first and the second switching state for reliably avoiding a short circuit there is in each case a short dead time of a few nanoseconds between the first and the second switching state, during which at least one connection terminal of the load is not coupled to the DC voltage source (wherein furthermore a current can flow through the load).

Als Umschaltfrequenz wird im Folgenden diejenige Frequenz bezeichnet, mit der ein Energieeintrag in die Last periodisch durchgeführt und wieder unterbrochen wird. Mit Umschaltfrequenz ist also das Reziproke der Summe aus Totzeit und der Zeitspanne, die eines der Ventile der Schalteinrichtung ununterbrochen im niederohmigen Zustand verbringt, also das Reziproke der Zeit vom Beginn des Energieeintrages in die Last bis zum nächsten Beginn eines Energieeintrages in die Last, gemeint. In the following, the switching frequency is the frequency with which an energy input into the load is periodically carried out and interrupted again. With switching frequency so is the reciprocal of the sum of dead time and the time that spends one of the valves of the switching device continuously in the low-resistance state, ie the reciprocal of the time from the beginning of the energy input into the load until the next start of an energy input into the load meant.

Indem die Umschaltfrequenz das Reziproke der Zeit vom Beginn des Energieeintrages in die Last bis zum nächsten Beginn eines Energieeintrages in die Last ist, entspricht sie der doppelten Ventil-Schaltfrequenz der Ventile der Schalteinrichtung, wobei die Ventil-Schaltfrequenz als der Kehrwert der Zeit von einem Einschaltvorgang des Ventils bis zum nächsten Einschaltvorgang des Ventils definiert ist. In gleicher Weise entspricht die Umschaltfrequenz der doppelten Schaltfrequenz der Schalteinrichtung, wenn die Schaltfrequenz der Schalteinrichtung als der Reziprokwert jener Zeitdauer definiert ist, die von einem Einschaltvorgang des ersten Ventils bis zu dem auf diesen Einschaltvorgang folgenden, erneuten Einschaltvorgang des ersten Ventils verstreicht. By the switching frequency is the reciprocal of the time from the beginning of the energy input into the load until the next start of an energy input into the load, it corresponds to the double valve switching frequency of the valves of the switching device, wherein the valve switching frequency as the reciprocal of the time of a switch-on of the valve is defined until the next switch-on of the valve. Similarly, the switching frequency of twice the switching frequency of the switching device, when the switching frequency of the switching device is defined as the reciprocal of that period of time, which corresponds to a Switching of the first valve to the next on this switch-on, renewed switch-on of the first valve elapses.

Das Tastverhältnis der Schalteinrichtung – also das Verhältnis aus der Summe der Zeitspannen, während derer der erste oder der zweite Schaltzustand der Schalteinrichtung vorliegen, zu der Gesamtzeit – liegt somit nahe bei 1 und weist insbesondere einen Wert zwischen 0,8 und 1 auf. The duty cycle of the switching device - ie the ratio of the sum of the time periods during which the first or the second switching state of the switching device are present, to the total time - is thus close to 1 and in particular has a value between 0.8 and 1.

Die Umschaltfrequenz ist bevorzugt konstant. Indem die dem ersten und dem zweiten Schaltzustand entsprechenden Zeitdauern gleich groß gehalten werden, kann eine symmetrische Wechselspannung erzeugt werden. The switching frequency is preferably constant. By keeping the time periods corresponding to the first and the second switching state the same, a symmetrical alternating voltage can be generated.

Gemäß einer weiteren Ausführung ist die Steuereinrichtung zudem mit der Abschalteinrichtung verbunden und dergestalt ausgebildet bzw. konfiguriert, dass von ihr die Abschalteinrichtung derart angesteuert wird, dass das Umschalten des Ventils in den hochohmigen Zustand, also ein Wechsel der Abschalteinrichtung von dem ersten in den zweiten Schaltzustand, mit einer vorgegebenen Abschalt-Frequenz erfolgt und ein Wechsel von dem zweiten in den ersten Schaltzustand mit einer vorgegebenen Einschalt-Frequenz erfolgt, wobei die Abschalt-Frequenz und die Einschalt-Frequenz jeweils identisch mit der Umschaltfrequenz sind (d.h., sowohl die Abschaltvorgänge als auch die Einschaltvorgänge erfolgen in konstanten Zeitabständen mit einer der Umschaltfrequenz entsprechenden Wiederholrate). Das heißt, die Abschalteinrichtung wird derart angesteuert, dass die Abschaltvorgänge (bei denen die Abschalteinrichtung von dem ersten in den zweiten Schaltzustand wechselt) mit der Abschalt-Frequenz erfolgen und dass die Wechsel der Abschalteinrichtung von dem zweiten in den ersten Schaltzustand mit der Einschalt-Frequenz erfolgen, wobei sich jeweils ein Ab- und ein Einschaltvorgang abwechseln und wobei sowohl die Abschalt-Frequenz als auch die Einschalt-Frequenz mit der Umschaltfrequenz identisch sind. Demgemäß kann während der Zeitdauer des ersten oder des zweiten Schaltzustandes der Schalteinrichtung sowohl ein Einschaltvorgang als auch ein Abschaltvorgang der Abschalteinrichtung erfolgen. According to a further embodiment, the control device is also connected to the shutdown device and designed or configured such that the shutdown device is controlled by it so that the switching of the valve in the high-resistance state, ie a change of the shutdown device from the first to the second switching state , takes place with a predetermined turn-off frequency and a change from the second to the first switching state with a predetermined turn-on frequency, wherein the turn-off frequency and the turn-on frequency are each identical to the switching frequency (ie, both the shutdown and the switch-on processes take place at constant time intervals with a repetition rate corresponding to the switching frequency). That is, the shutdown device is controlled such that the shutdown operations (in which the shutdown device changes from the first to the second switching state) with the turn-off frequency and that the change of the turn-off from the second to the first switching state with the turn-on frequency take place, with each a turn-off and a switch-on alternating and wherein both the turn-off frequency and the turn-on frequency with the switching frequency are identical. Accordingly, during the period of the first or the second switching state of the switching device, both a switch-on and a switch-off of the turn-off device take place.

Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Schalteinrichtung und die Abschalteinrichtung mittels der Steuereinheit derart angesteuert werden, dass die mit der Umschaltfrequenz erfolgenden Einschaltvorgänge der Schalteinrichtung und die mit der Abschalt-Frequenz, welche der Umschaltfrequenz entspricht, erfolgenden Abschaltvorgänge der Abschalteinrichtung zueinander zeitlich versetzt erfolgen. It can be provided, in particular, that the switching device and the switch-off device are controlled by the control unit in such a manner that the switch-off operations of the switching device taking place at the switchover frequency and the turn-off operations of the switch-off device corresponding to the switch-off frequency, which corresponds to the switchover frequency, take place staggered with respect to one another.

Mittels des Übergangs der Abschalteinrichtung von dem ersten in den zweiten Schaltzustand erfolgt ein Abschaltvorgang; d.h., der Betrag des durch die Gleichspannungsquelle über die Last fließenden Stromes fällt auf Null, sodass auch die Leistungsabgabe aus der Gleichspannungsquelle zum Zeitpunkt des Abschaltens entsprechend absinkt. Somit kann mittels Variation des zeitlichen Versatzes zwischen den Schaltvorgängen der Schalteinrichtung und den Schaltvorgängen (insbesondere den Abschaltvorgängen) der Abschalteinrichtung eine Pulsweitenmodulation erfolgen und der Leistungseintrag in die Last variiert werden, wobei insbesondere die Schaltfrequenzen der Schalteinrichtungen konstant bleiben (d.h., die Umschaltfrequenz ist unabhängig von der in die Last eingetragenen Ausgangsleistung und weist für unterschiedliche Ausgangsleistungen stets denselben konstanten Wert auf). Dementsprechend können auch die Abschalt- und die Einschalt-Frequenz der Abschalteinrichtung konstant und unabhängig von der jeweils bereitgestellten Ausgangsleistung sein, wobei die Variation der in die Last eingetragenen Ausgangsleistung allein mittels einer Pulsweitenmodulation erfolgt, die durch die Veränderung des zeitlichen Versatzes zwischen den Schaltvorgängen der Schalteinrichtung und den Schaltvorgängen (d.h. den Abschaltvorgängen) der Abschalteinrichtung hervorgerufen wird. By means of the transition of the shutdown device from the first to the second switching state, a shutdown occurs; that is, the amount of current flowing through the DC voltage source across the load drops to zero, so that the power output from the DC voltage source also decreases correspondingly at the time of turn-off. Thus, by means of variation of the time offset between the switching operations of the switching device and the switching operations (in particular the shutdown) of the turn-off device carried out a pulse width modulation and the power input are varied in the load, in particular the switching frequencies of the switching devices remain constant (ie, the switching frequency is independent of the output power fed into the load and always has the same constant value for different output powers). Accordingly, the turn-off and the turn-on frequency of the turn-off can be constant and independent of the respective output power provided, the variation of the registered in the load output power only by means of a pulse width modulation, by changing the time offset between the switching operations of the switching device and the switching operations (ie the shutdown operations) of the shutdown device is caused.

Demgemäß kann die Steuereinheit derart ausgebildet sein, dass von ihr mittels Variation des zeitlichen Versatzes bzw. mittels Variation der Phasenverschiebung zwischen den Schaltvorgängen der Schalteinrichtung und den Abschaltvorgängen der Abschalteinrichtung eine Pulsweitenmodulation erzeugbar und die in die Last eingetragene Leistung variierbar ist. Die Steuereinheit kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass von ihr entsprechend einer vorgegebenen Ausgangsleistung der zeitliche Versatz bzw. die Phasenverschiebung zwischen den Schaltvorgängen der Schalteinrichtung und den Abschaltvorgängen der Abschalteinrichtung derart eingestellt wird, dass die vorgegebene Ausgangsleistung ausgegeben wird. Die Wechselrichtervorrichtung kann somit bei konstanter Schaltfrequenz betrieben werden. Accordingly, the control unit can be designed such that it can be varied by varying the time offset or by means of variation of the phase shift between the switching operations of the switching device and the shutdown of the turn-off a pulse width modulation and the power entered into the load. The control unit may in particular be designed such that the time offset or the phase shift between the switching operations of the switching device and the shutdown of the turn-off device is set by it according to a predetermined output power such that the predetermined output power is output. The inverter device can thus be operated at a constant switching frequency.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße Netzwerk eine resonante Induktivität aufweist. Diese resonante Induktivität kann in Form einer in Reihe zur Last geschalteten Spule vorliegen, sie kann aber auch ein intrinsischer Teil der Last sein. Die resonante Induktivität ist geeignet, während des ersten und des zweiten Schaltzustandes der Schalteinrichtung Energie aus der Gleichspannungsquelle zwischenzuspeichern und diese gespeicherte Energie ganz oder teilweise während des dritten Schaltzustandes der Schalteinrichtung, also wenn beide Ventile hochohmig geschaltet sind, wieder in die Gleichspannungsquelle rückzuspeisen. In addition, it can be provided that the network according to the invention has a resonant inductance. This resonant inductor may be in the form of a coil connected in series with the load, but it may also be an intrinsic part of the load. The resonant inductance is suitable for temporarily storing energy from the DC voltage source during the first and the second switching state of the switching device and for feeding it back into the DC voltage source in whole or in part during the third switching state of the switching device, ie when both valves are switched to high impedance.

Die Schalteinrichtung kann weiter derart ausgebildet sein, dass das abwechselnde Umschalten der Ventile mittels Nullspannungsschaltens erfolgen kann. Zu diesem Zweck kann jedem Ventil beispielsweise eine Kapazität und eine Inversdiode jeweils parallel geschaltet sein. Die parallel geschaltete Kapazität kann auch in Form einer parasitären Kapazität vorliegen. Beim Ausschalten, d.h. beim Übergang in den hochohmigen Zustand, kann der Strom über die parallel geschaltete Kapazität weiter fließen, sodass im Moment des Ausschaltens keine Spannung am Ventil anliegt. Mit dem Aufladen der Kapazität steigt dann auch die Spannung über dem Ventil bzw. der Kapazität, während zu gleicher Zeit der Stromfluss auf Null absinkt. Durch eine entsprechende Wahl der Größe der Kapazität kann die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit über den Kapazitäten bei diesem sogenannten weichen Abschaltvorgang beeinflusst werden. The switching device may be further configured such that the alternate switching of the valves can be done by zero voltage switching. For this purpose, each valve, for example, a capacity and an inverse diode may be connected in parallel. The parallel-connected capacitance may also be in the form of a parasitic capacitance. When switching off, ie during the transition to the high-impedance state, the current can continue to flow through the parallel-connected capacitor, so that no voltage is present at the valve when it is switched off. With the charging of the capacitance then the voltage across the valve or the capacity increases, while at the same time the current flow drops to zero. By an appropriate choice of the size of the capacity, the voltage rise speed can be influenced by the capacity in this so-called soft shutdown.

Indem das Tastverhältnis der Schalteinrichtung nahe 1 gehalten ist, kann ein Nullspannungsschalten der Ventile insbesondere auch beim Einschalten, d.h. beim Übergang in den niederohmigen Zustand, realisiert werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Totzeiten bei der Ansteuerung der Ventile, mit denen die Schalteinrichtung zwischen ihrem ersten und zweiten Schaltzustand hin und her geschaltet wird, exakt auf die Entladedauer der parasitären oder parallel zum Ventil geschalteten Kapazitäten abgestimmt wird. Während der Dauer der Totzeit fließt durch die resonante Induktivität ein Strom, der die parallel geschaltete Kapazität desjenigen Ventils, das vor Beginn der Totzeit hochohmig geschaltet war entlädt. Sobald die Kapazität entladen ist, liegt über dem Ventil keine Spannung mehr an. Erfolgt das Einschalten, also das Schließen, dieses Ventils genau zu diesem Zeitpunkt, so ist Nullspannungsschalten ausführbar. Somit wird bei konstanter Umschaltfrequenz ein verlustarmes Schalten der Schalteinrichtung bzw. der Ventile der Schalteinrichtung mittels Nullspannungsschaltens nicht nur beim Öffnen sondern auch beim Schließen ermöglicht. By keeping the duty cycle of the switching device close to 1, a zero-voltage switching of the valves, in particular at power-up, i. during the transition to the low-resistance state, be realized. This can be achieved in that the dead times in the control of the valves, with which the switching device is switched back and forth between its first and second switching state, is exactly matched to the discharge duration of the parasitic or parallel to the valve connected capacitances. During the duration of the dead time flows through the resonant inductance, a current that discharges the parallel-connected capacity of that valve, which was switched to high impedance before the start of the dead time. Once the capacity is discharged, there is no voltage across the valve. If the switch-on, ie the closing, of this valve takes place precisely at this time, zero-voltage switching can be carried out. Thus, with a constant switching frequency, a low-loss switching of the switching device or the valves of the switching device by means of zero voltage switching not only when opening but also when closing possible.

Gemäß einer Ausführung kann die Abschalteinrichtung z.B. ein Ventil mit einer parallel dazu geschalteten Kapazität (z.B. einem parallel dazu geschalteten Kondensator), das in Reihe zu der Last geschaltet ist, sowie zwei Dioden, die den lastseitigen Anschluss der Abschalteinrichtung jeweils in Sperrrichtung mit den beiden Polen der Gleichspannungsquelle verbinden, aufweisen. Die parallele Kapazität ermöglicht z.B. auf einfache Art und Weise (durch Kommutieren des Stromflusses nach Öffnen des Ventils) ein Nullspannungsschalten des Ventils der Abschalteinrichtung. Dadurch können Schaltverluste beim Öffnen des Ventils vermieden werden. Die beiden Dioden ermöglichen einen Freilauf des durch die Last fließenden Stroms, nachdem das Ventil hochohmig geschaltet wurde und die parallele Kapazität vollständig geladen ist, das heißt nachdem die Spannung über einer der beiden Dioden der Abschalteinrichtung den Wert Null erreicht, und diese Diode leitend wird. According to an embodiment, the shutdown means may e.g. a valve having a capacitor connected in parallel thereto (for example, a capacitor connected in parallel thereto) connected in series with the load and two diodes connecting the load side terminal of the turn-off device to the two poles of the DC voltage source in the reverse direction, respectively. The parallel capacity allows e.g. in a simple way (by commutating the flow of current after opening the valve) a zero voltage switching of the valve of the shutdown device. As a result, switching losses can be avoided when opening the valve. The two diodes allow a freewheeling of the current flowing through the load, after the valve has been switched high impedance and the parallel capacitance is fully charged, that is, after the voltage across one of the two diodes of the turn-off device reaches zero, and this diode becomes conductive.

Als ein anderes Beispiel kann die Abschalteinrichtung anstelle des einen Ventils auch zwei rückwärtsleitende Ventile aufweisen, die in Reihe zueinander, mit jeweils einer parallel geschalteten (beispielsweise parasitären) Kapazität, geschaltet sind. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Abschalteinrichtung zwei seriell zueinander verschaltete, gegenläufig rückwärtsleitende Ventile aufweist, wobei die beiden Ventile zudem seriell mit der Last verschaltet sind. Hierbei kann das in dem Netzwerk näher zu der Last hin liegende Ventil in Richtung zu der Last rückwärtsleitend und das weiter von der Last weg liegende Ventil in Richtung von der Last weg rückwärtsleitend sein oder das in dem Netzwerk näher zu der Last hin liegende Ventil in Richtung von der Last weg rückwärtsleitend und das weiter von der Last weg liegende Ventil in Richtung zu der Last rückwärtsleitend sein. Mittels eines solchen Aufbaus ist insbesondere eine Anordnung realisierbar, bei der die beiden Ventile im Gegentakt derart angesteuert werden, dass das jeweilige Ventil genau dann einschaltet, wenn ein Strom in Rückwärtsrichtung durch dieses Ventil fließt, also keine Spannung am Ventil anliegt, wobei insbesondere eine exakte Nulldurchgangserfassung nicht erforderlich ist. Hierbei arbeiten die einzelnen rückwärts leitenden Ventile mit einer Ventil-Schaltfrequenz die der halben Abschaltfrequenz bzw. der halben Umschaltfrequenz entspricht. Die einzelnen Ventile dieses Beispieles können also mit derselben konstanten Ventil-Schaltfrequenz arbeiten. As another example, instead of the one valve, the shut-off device may also have two reverse-conducting valves connected in series with each other, each having a parallel (eg parasitic) capacitance. It may be provided, in particular, that the switch-off device has two valves connected in series with one another and running in opposite directions, wherein the two valves are also connected in series with the load. Here, the valve closer to the load in the network may be reverse conducting toward the load, and the valve further away from the load may be reverse leading away from the load, or the valve closer to the load in the network may be toward away from the load, and the valve further away from the load is reverse conducting toward the load. By means of such a structure, in particular an arrangement can be realized in which the two valves are controlled in push-pull such that the respective valve turns on exactly when a current flows in the reverse direction through this valve, so no voltage is applied to the valve, in particular a precise Zero crossing detection is not required. In this case, the individual reverse conducting valves operate at a valve switching frequency which corresponds to half the cutoff frequency or half the switching frequency. The individual valves of this example can therefore operate with the same constant valve switching frequency.

Die in das Netzwerk eingebundene Last kann z.B. eine induktive Last sein. Vorzugsweise beinhaltet die Last einen Hochfrequenztransformator in einem Flusswandler, mittels dessen Energie auf die Sekundärseite des Übertragers (Transformators) in dem Flusswandler und somit auf die Sekundärseite des Flusswandlers transportiert werden kann. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen mit Gleichstrom zu versorgenden Verbraucher, der mit dem gleichgerichteten, auf der Sekundärseite des Übertragers fließenden Wechselstrom versorgt wird. Die Last kann jedoch auch eine beliebige andere Last sein, beispielsweise eine elektrische Schaltung ohne galvanische Trennung oder mit galvanischer Trennung mittels eines Übertragers, die mit einem Wechselstrom betrieben bzw. beaufschlagt werden soll. The load incorporated into the network may e.g. to be an inductive load. Preferably, the load includes a high-frequency transformer in a flux transformer, by means of which its energy can be transported to the secondary side of the transformer in the flux converter and thus to the secondary side of the flux converter. Preferably, this is a consumer to be supplied with direct current, which is supplied with the rectified, flowing on the secondary side of the transformer alternating current. However, the load can also be any other load, for example an electrical circuit without galvanic isolation or with electrical isolation by means of a transformer which is to be operated or supplied with an alternating current.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Flusswandler (insbesondere ein Gegentaktflusswandler) bereitgestellt. According to one aspect of the invention, a flux converter (in particular a push-pull type flux converter) is provided.

Bekanntermaßen weisen Gegentaktflusswandler, mittels derer eine Eingangs-Gleichspannung in eine andere Ausgangs-Gleichspannung gewandelt werden kann, eine Primärseite zum Einspeisen der Eingangs-Gleichspannung und eine Sekundärseite zum Abgreifen der Ausgangs-Gleichspannung auf. Des Weiteren weisen derartige Flusswandler einen Übertrager, d.h. Transformator bzw. Hochfrequenztransformator, (in der Regel ohne Luftspalt) auf, wobei die Primärseite des Übertragers mittels einer Schalteinrichtung mit einer aus der Eingangs-Gleichspannung erzeugten Eingangs-Wechselspannung beaufschlagt wird, welche mittels des Übertragers gemäß dem Übersetzungsverhältnis in eine Ausgangs-Wechselspannung umgewandelt wird. Die Ausgangs-Wechselspannung kann an der Sekundärseite des Übertragers abgegriffen werden und auf der Sekundärseite des Flusswandlers zu der Ausgangs-Gleichspannung gleichgerichtet werden. Push-pull type flux transducers, by means of which an input DC voltage can be converted to another output DC voltage, a primary side for feeding the DC input voltage and a secondary side for tapping the DC output voltage. Furthermore, such flux converters have a transformer, ie transformer or high-frequency transformer, (usually without an air gap), wherein the primary side of the transformer is acted upon by means of a switching device with an input AC voltage generated from the DC input voltage, which by means of the transformer according to the transmission ratio is converted into an output AC voltage. The output AC voltage can be tapped on the secondary side of the transformer and rectified on the secondary side of the flux converter to the DC output voltage.

Gemäß dem vorliegenden Aspekt der Erfindung bildet die oben beschriebene Wechselrichtervorrichtung mit der Primärseite eines Übertragers und einem sekundärseitig angeordneten Verbraucher somit die Primärseite eines Gegentaktflusswandlers, wobei mittels der Wechselrichtervorrichtung die Primärseite des Übertragers mit einer aus einer Gleichspannung generierten Wechselspannung beaufschlagt werden kann. According to the present aspect of the invention, the inverter device with the primary side of a transformer and a load arranged on the secondary side thus forms the primary side of a push-pull flux converter, by means of the inverter device, the primary side of the transformer can be acted upon by an AC voltage generated from a DC voltage.

Der erfindungsgemäße Flusswandler kann beispielsweise in einer Energieversorgungsvorrichtung Verwendung finden. Der Flusswandler mit der erfindungsgemäßen Wechselrichtervorrichtung ermöglicht eine Energie- bzw. Stromversorgungsvorrichtung mit hohem Wirkungsgrad, großem Dynamikbereich, hohen Anstiegsgeschwindigkeiten und guter EMV bei geringer Größe und geringem Gewicht. The flux converter according to the invention can be used, for example, in a power supply device. The flux converter with the inverter device of the present invention enables a power device with high efficiency, large dynamic range, high slew rates, and good EMC in small size and light weight.

Mittels der Erfindung wird somit eine Schaltnetzteiltopologie bereitgestellt, die – insbesondere als primärseitiger Bestandteil eines Flusswandlers – in DC/DC-Konvertern auch im Bereich der Stromversorgung für Laserdioden eingesetzt werden kann und die es ermöglicht, die den Primärseitigen Strom führenden elektronischen Ventile der Schalteinrichtung und der Abschalteinrichtung durch Nullspannungsschalten mit minimierter Verlustleistung ein- und auszuschalten. Die Topologie ist derart ausgelegt, dass sie mit konstanter Ventil-Schaltfrequenz (sowohl der Schalteinrichtung als auch der Abschalteinrichtung) arbeitet. Die konstante Ventil-Schaltfrequenz und das Nullspannungsschalten begünstigen eine gute elektromagnetische Verträglichkeit des Flusswandlers. Weiterhin ermöglicht das Nullspannungsschalten in Zusammenspiel mit der Halbbrückentopologie auch einen hohen Wirkungsgrad und sehr hohe Schaltfrequenzen. Aufgrund der hohen möglichen Schaltfrequenz kann die Baugröße reduziert und die Anstiegszeit der Ausgangsleistung erhöht werden. Auch die mit der Halbbrückentopologie einhergehenden Reduktion der Übertragerspannung auf (im Idealfall) die halbe von der Gleichspannungsquelle zur Verfügung gestellte Gleichspannung erlaubt eine geringere Baugröße des Übertragers, wobei aufgrund des kleineren Magnetisierungsstromes durch den Übertrager kleinere Ummagnetisierungsverluste auftreten. Mittels des erfindungsgemäßen Wechselrichters kann insbesondere mit einem hohen Wirkungsgrad ein hochfrequenter Wechselstrom erzeugt werden, mit dem Energie in eine Last, die z.B. einen Übertrager enthält, der sekundärseitig an einen Verbraucher angeschlossen ist, übertragen werden kann. By means of the invention, a switching power supply topology is thus provided, which can be used in DC / DC converters in the area of the power supply for laser diodes, in particular as a primary-side component of a flux converter, and which makes it possible to carry the primary-current-carrying electronic valves of the switching device and the Switch off device by zero voltage switching with minimized power loss on and off. The topology is designed to operate at constant valve switching frequency (both the switching device and the shutdown device). Constant valve switching frequency and zero voltage switching promote good electromagnetic compatibility of the flux transformer. Furthermore, zero-voltage switching in conjunction with the half-bridge topology also enables high efficiency and very high switching frequencies. Due to the high possible switching frequency, the size can be reduced and the rise time of the output power can be increased. Even with the half-bridge topology associated reduction of the transformer voltage on (ideally) half of the DC voltage source provided DC voltage allows a smaller size of the transformer, which due to the smaller magnetizing current through the transformer smaller Ummagnetisierungsverluste occur. By means of the inverter according to the invention, in particular with a high efficiency, a high-frequency alternating current can be generated, with the energy in a load, e.g. contains a transformer which is connected on the secondary side to a consumer, can be transmitted.

Neben einer Ansteuerung von Leuchtmitteln, wie z.B. Lasern, ist der erfindungsgemäße Flusswandler beispielsweise auch als Ladegerät für ein Superkapazitätsmodul oder Batterien oder als Stromquelle für den Einsatz in der Galvanotechnik geeignet. In addition to a control of bulbs, such. Lasers, the flux converter according to the invention is suitable, for example, as a charger for a supercapacitance module or batteries or as a power source for use in electroplating.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren veranschaulicht, wobei gleiche oder ähnliche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen sind; hierbei zeigen schematisch: The invention will be illustrated below with reference to an embodiment with reference to the figures, wherein the same or similar features are provided with the same reference numerals; Here are shown schematically:

1 einen Flusswandler mit erfindungsgemäßer Wechselrichtervorrichtung in Halbbrückenansteuerung; 1 a flux converter with inventive inverter device in half-bridge control;

2 die Vorrichtung nach 1 in einer ersten Phase eines Arbeitszyklus; 2 the device after 1 in a first phase of a work cycle;

3 die Vorrichtung nach 1 in einer zweiten Phase eines Arbeitszyklus; 3 the device after 1 in a second phase of a work cycle;

4 die Vorrichtung nach 1 in einer dritten Phase eines Arbeitszyklus; 4 the device after 1 in a third phase of a work cycle;

5 einen Flusswandler mit erfindungsgemäßer Wechselrichtervorrichtung gemäß einer Ausführungsform; 5 a flux converter with inventive inverter device according to an embodiment;

1 zeigt als Ausgangspunkt ein Schaltbild eines Halbbrückengegentaktflusswandlers 11, aufweisend eine erfindungsgemäße Wechselrichtervorrichtung 1, die in diesem Beispiel als Primärseite des Flusswandlers 11 fungiert, wobei in 1 zudem die Sekundärseite 13 des Flusswandlers 11, aufweisend eine Induktivität L_L und einen Widerstand oder ein sekundärseitiger Verbraucher R_L, angedeutet ist, die Bestandteil der Last 2 sind. Die Wechselrichtervorrichtung 1 weist eine Schalteinrichtung 3 und ein elektrisches Netzwerk 5 auf. Die Schalteinrichtung 3 ist in Form einer Halbbrückenschaltung zwischen eine Gleichspannungsquelle UDC einerseits und das Netzwerk 5 andererseits geschaltet. Die Schalteinrichtung 3 weist zwei Ventile bzw. Schalter Q₁, Q₂ auf. Die Schalteinrichtung 3 der Wechselrichtervorrichtung 1 weist zusätzlich zu den Ventilen Q₁ und Q₂ zwei Inversdioden D₁ und D₂ auf. Das Netzwerk 5 weist eine mit einer hochfrequenten Wechselspannung zu beaufschlagende Last 2, eine Induktivität L_R und zwei identische Kapazitäten C'/2 auf, wobei die Last 2 als Bestandteil des elektrischen Netzwerkes 5 in dasselbe eingebunden ist und die Kapazitäten C’/2 in der Verschaltung eines kapazitiven Spannungsteilers vorliegen. Die Last beinhaltet einen Übertrager X_L und einen Verbraucher R_L. Der Verbraucher R_L ist in diesem Beispiel durch einen Übertrager X_L von der Primärseite des Gegentaktflusswandlers 11 galvanisch getrennt. Mittels wechselweisen Öffnens und Schließens der Ventile Q₁ und Q₂ der Schalteinrichtung 3 kann die Last 2 mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden. Beim Betrieb der Wechselrichtervorrichtung 1 kann somit ein Strom in wechselnden Richtungen durch die resonante Induktivität L_R und die Last 2 fließen. 1 shows as starting point a circuit diagram of a Halbbrückengegentaktflusswandlers 11 comprising an inverter device according to the invention 1 , which in this example serves as the primary side of the flux transducer 11 functions, in 1 also the secondary side 13 of the river converter 11 comprising an inductance L _L and a resistor or a secondary-side load R _L , which is part of the load 2 are. The inverter device 1 has a switching device 3 and an electrical network 5 on. The switching device 3 is in the form of a half-bridge circuit between a DC voltage source UDC on the one hand and the network 5 on the other hand switched. The switching device 3 has two valves or switches Q ₁ , Q ₂ . The switching device 3 the inverter device 1 has two inverse diodes D ₁ and D ₂ in addition to the valves Q ₁ and Q ₂ . The network 5 has a load to be applied with a high-frequency AC voltage 2 , an inductance L _R and two identical capacitances C '/ 2, where the load 2 as part of the electrical network 5 is involved in the same and the capacitances C '/ 2 are present in the interconnection of a capacitive voltage divider. The load includes a transformer X _L and a consumer R _L. The consumer R _L is in this example by a transformer X _L from the primary side of the push-pull flow converter 11 galvanically isolated. By alternately opening and closing the valves Q ₁ and Q _{2 of} the switching device 3 can the load 2 be subjected to an alternating voltage. During operation of the inverter device 1 Thus, a current in alternating directions through the resonant inductance L _R and the load 2 flow.

Die Wechselrichtervorrichtung 1 des Flusswandlers 11 ist an eine Gleichspannungsquelle UDC gekoppelt, mittels derer eine Gleichspannung bereitgestellt wird. Die Gleichspannungsquelle UDC ist nicht notwendigerweise Bestandteil der Wechselrichtervorrichtung 1. The inverter device 1 of the river converter 11 is coupled to a DC voltage source UDC, by means of which a DC voltage is provided. The DC voltage source UDC is not necessarily part of the inverter device 1 ,

Gemäß der 1 ist die Schalteinrichtung 3 als Brückenschaltung in Form einer Halbbrückenschaltung mit einem ersten Schaltventil Q₁ und einem zweiten Schaltventil Q₂ ausgebildet. Die Schalteinrichtung 3 wird im Betrieb mittels einer Steuereinheit (nicht dargestellt) abwechselnd zwischen den zwei Schaltzuständen derart hin und her geschaltet, dass die Last 2 mittels der Schalteinrichtung 3 mit einer Spannung mit wechselnder Polarität, d.h. mit einer Wechselspannung, beaufschlagt wird. Diesbezüglich ist im ersten Schaltzustand der Schalteinrichtung 3 das erste Ventil Q₁ geschlossen und das zweite Ventil Q₂ geöffnet, im zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung 3 das erste Ventil Q₁ geöffnet und das zweite Ventil Q₂ geschlossen. Die Schalteinrichtung 3 wird mit einer vorgegebenen Umschaltfrequenz f_s alternierend zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand hin und her geschaltet, wobei die Schalteinrichtung 3 (zur Vermeidung von Kurzschlüssen) bei jedem Wechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand jeweils kurzzeitig, d.h. für eine Zeit in der Größenordnung von 10² Nanosekunden, in einen dritten Schaltzustand, in dem beide Ventile Q₁ und Q₂ geöffnet, d.h. hochohmig geschaltet, sind, versetzt wird, sodass jeweils eine kurze Totzeit in der Größenordnung von 10² Nanosekunden zwischen den beiden leitenden Schaltzuständen vorliegt. According to the 1 is the switching device 3 designed as a bridge circuit in the form of a half-bridge circuit with a first switching valve Q ₁ and a second switching valve Q ₂ . The switching device 3 is switched in operation by means of a control unit (not shown) alternately between the two switching states back and forth such that the load 2 by means of the switching device 3 with a voltage of alternating polarity, ie with an alternating voltage, is applied. In this regard, in the first switching state of the switching device 3 the first valve Q _{1 is} closed and the second valve Q _{2 is} opened, in the second switching state of the switching device 3 the first valve Q _{1 is} opened and the second valve Q _{2 is} closed. The switching device 3 is alternately switched between the first and the second switching state with a predetermined switching frequency f _s , wherein the switching device 3 (To avoid short circuits) at each change between the first and the second switching state respectively for a short time, ie for a time in the order of 10 ² nanoseconds, in a third switching state in which both valves Q ₁ and Q ₂ open, that is switched high impedance , are, is offset so that there is a short dead time in the order of 10 ² nanoseconds between the two conductive switching states.

In dem Schaltbild in 1 weist das Netzwerk 5 der Wechselrichtervorrichtung 1 neben einer Schalteinrichtung 3 und einem primärseitig mit einer Wechselspannung zu beaufschlagende Übertrager X_L, der Bestandteil der Last 2 ist, noch eine Abschalteinrichtung 7 auf, die aus einem Ventil Q₃₄, einer parallel dazu geschalteten Kapazität C₃₄ sowie zwei Dioden D₃ und D₄ besteht, wobei das Ventil Q₃₄ der Abschalteinrichtung 7 in Reihe zu der Last 2 geschaltet ist. Die Kapazitäten C₁, C₂ und C₃₄ sind wesentlich kleiner als die Kapazitäten C’/2 (d.h., es gilt C₁ << C‘/2, C₂ << C‘/2, C₃₄ << C’/2). In the diagram in 1 assigns the network 5 the inverter device 1 next to a switching device 3 and a primary side to be acted upon by an AC voltage transformer X _L , the component of the load 2 is still a defeat device 7 on, which consists of a valve Q ₃₄ , a parallel connected capacitance C ₃₄ and two diodes D ₃ and D ₄ , wherein the valve Q _{34 of} the shutdown device 7 in line with the load 2 is switched. The capacitances C ₁ , C ₂ and C ₃₄ are substantially smaller than the capacitances C '/ 2 (ie, C ₁ <<C' / 2, C ₂ << C '/ 2, C ₃₄ <<C' / 2).

Mittels der (in 1 nicht dargestellten) Steuereinheit kann die Abschalteinrichtung 7 des Netzwerks 5 zwischen zwei Schaltzuständen hin und her gewechselt werden, wobei der erste Schaltzustand einen Stromfluss durch das Ventil Q₃₄ gestattet und im zweiten Schaltzustand das Ventil Q₃₄ hochohmig und somit stromlos geschaltet ist. Mittels des Wechsels von dem ersten in den zweiten Schaltzustand wird ein weicher Abschaltvorgang zum Beenden des Energieeintrags in die Last X_L eingeleitet. By means of (in 1 not shown) control unit, the shutdown device 7 of the network 5 be switched back and forth between two switching states, wherein the first switching state allows a flow of current through the valve Q ₃₄ and in the second switching state, the valve Q _{34 is switched to} high impedance and thus de-energized. By means of the change from the first to the second switching state, a soft shut-off process for ending the energy input into the load X _{L is} initiated.

Der Energieeintrag in die Last X_L kann also mittels der Abschalteinrichtung 7 zwischen zwei Zuständen hin und her geschaltet werden. Wenn das Umschaltventil Q₃₄ niederohmig ist, wird Energie über den Übertrager X_L auf die Sekundärseite des Flusswandlers 11, und damit in den Verbraucher R_L, übertragen. Wenn das Umschaltventil Q₃₄ hochohmig ist, kommutiert der Strom auf die Dioden D₃ bzw. D₄ der Abschalteinrichtung 7 und läuft im Freilauf, wodurch keine Energie aus der Gleichspannungsquelle über den Übertrager in die Sekundärseite 13 des Flusswandlers 11 übertragen wird. Mittels abwechselnden Umschaltens des Abschaltventils Q₃₄ zwischen dem niederohmigen und dem hochohmigen Schaltzustand kann also die Energieübertragung aus der Gleichspannungsquelle über den Übertrager X_L auf die Sekundärseite 13 des Flusswandlers 11, unterbrochen bzw. wiederhergestellt werden. The energy input into the load X _L can thus by means of the shutdown device 7 switch back and forth between two states. When the switching valve Q _{34 is} low-impedance, energy is transferred via the transformer X _L to the secondary side of the flux converter 11 , and thus transferred to the consumer R _L. When the switching valve Q _{34 is} high-impedance, the current commutates to the diodes D ₃ and D _{4 of} the shutdown device 7 and runs in the freewheel, whereby no energy from the DC voltage source via the transformer in the secondary side 13 of the river converter 11 is transmitted. By means of alternating switching over of the shut-off valve Q ₃₄ between the low-resistance and the high-resistance switching state, therefore, the energy transfer from the DC voltage source via the transformer X _L to the secondary side 13 of the river converter 11 , interrupted or restored.

Wie erläutert, wird die Schalteinrichtung 3 mittels einer nicht dargestellten Steuereinheit derart angesteuert, dass sie mit einer Umschaltfrequenz f_s zwischen ihrem ersten und zweiten Schaltzustand hin und her schaltet (d.h., die Schaltvorgänge der Schalteinrichtung 3 von dem ersten zu dem zweiten Schaltzustand und wieder zurück von dem zweiten in den ersten Zustand erfolgen mit einer der halben Umschaltfrequenz f_s entsprechenden Wiederholrate). Zudem wird die Abschalteinrichtung 7 von der Steuereinrichtung derart angesteuert, dass sie mit einer Frequenz, die der Umschaltfrequenz f_s entspricht, von ihrem ersten in den zweiten Schaltzustand und wieder zurück schaltet (d.h., die Abschaltvorgänge der Abschalteinrichtung 7 von dem ersten in den zweiten Schaltzustand erfolgen mit einer Wiederholrate, die doppelt so hoch ist, wie die Wiederholrate der Schaltvorgänge der Schalteinrichtung 3 vom ersten in den zweiten Zustand und zurück vom zweiten in den ersten Zustand.). Dazu wird die Abschalteinrichtung 7 derart angesteuert, dass die Abschaltvorgänge (d.h. das Öffnen des Ventils Q₃₄) mit einer Wiederholrate erfolgen, die einer Abschaltfrequenz entspricht, und die Einschaltvorgänge des Ventils Q₃₄ (d.h. der Wechsel vom zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand) mit einer Wiederholrate erfolgen, die einer Einschaltfrequenz entspricht; wobei sowohl die Abschaltfrequenz als auch die Einschaltfrequenz identisch mit der Umschaltfrequenz f_s ist. As explained, the switching device 3 controlled by a control unit, not shown, such that it switches with a switching frequency f _s between their first and second switching state back and forth (ie, the switching operations of the switching device 3 from the first to the second switching state and back again from the second to the first state occur at a repetition rate corresponding to half the switching frequency f _s ). In addition, the shutdown device 7 controlled by the control device in such a way that it switches from its first to the second switching state and back again at a frequency which corresponds to the switching frequency f _s (ie, the switch-off operations of the switch-off device 7 from the first to the second switching state occur at a repetition rate which is twice as high as the repetition rate of the switching operations of the switching device 3 from the first to the second state and back from the second to the first state.). This is the shutdown device 7 controlled such that the shutdown operations (ie, the opening of the valve Q ₃₄ ) are carried out at a repetition rate, the one Abschaltfrequenz corresponds, and the switching-on of the valve Q ₃₄ (ie the change from the second switching state to the first switching state) take place at a repetition rate which corresponds to a switch-on frequency; wherein both the cut-off frequency and the turn-on frequency is identical to the switching frequency f _s .

Indem die Abschaltfrequenz und die Einschaltfrequenz der Abschalteinrichtung 7 identisch mit der Umschaltfrequenz f_s sind, kann durch Variation des zeitlichen Versatzes zwischen den Umschaltvorgängen der Schalteinrichtung 3 vom ersten in den zweiten Zustand und vom zweiten in den ersten Zustand einerseits und den Abschaltvorgängen der Abschalteinrichtung 7 andererseits eine Pulsweitenmodulation realisiert werden, mittels derer die in die Last 2 eingetragene Leistung variiert werden kann. Die Steuereinrichtung ist derart ausgebildet, dass von ihr basierend auf einer vorgegebenen bzw. angeforderten Leistung der zeitliche Versatz zwischen den Umschaltvorgängen der Schalteinrichtung 3 und den Umschaltvorgängen (insbesondere den Abschaltvorgängen) der Abschalteinrichtung 7 derart eingestellt wird, dass im zeitlichen Mittel die vorgegebene Leistung in die Last 2 eingetragen wird. By the cutoff frequency and the turn-on frequency of the turn-off device 7 are identical to the switching frequency f _s , can by varying the time offset between the switching operations of the switching device 3 from the first to the second state and from the second to the first state on the one hand and the shutdown of the turn-off device 7 On the other hand, a pulse width modulation can be realized, by means of which in the load 2 registered power can be varied. The control device is designed in such a way that, based on a predetermined or requested power, the time offset between the switching operations of the switching device 3 and the switching operations (in particular the shutdown operations) of the shutdown device 7 is adjusted so that the time average, the predetermined power in the load 2 is registered.

Im Betrieb wird die Wechselrichtervorrichtung 1 bei einer vorgegebenen Frequenz betrieben, wobei jedes der beiden Schaltventile Q₁, Q₂ der Halbbrücken-Schalteinrichtung 3 mit einer Ventil-Schaltfrequenz angesteuert wird, die der vorgegebenen Frequenz entspricht, bzw. halb so groß wie die Umschaltfrequenz f_s ist. Wird durch das Öffnen (Schalten in den hochohmigen Zustand) des Ventils Q₃₄ die kleinere Kapazität C₃₄ in Serie zu den Kapazitäten C’/2 gebracht, so wird ein weicher Abschaltvorgang eingeleitet. Da bei geschlossenem (d.h. niederohmig geschaltetem) Abschaltventil Q₃₄ die Kapazität C₃₄ entladen ist, ist beim Übergang des Ventils Q₃₄ vom geschlossenen (d.h. niederohmigen) zum geöffneten (d.h. hochohmigen) Schaltzustand im Schaltzeitpunkt die über dem Ventil Q₃₄ anliegende Spannung Null, sodass der Schaltvorgang mittels Nullspannungsschaltens („Zero Voltage Switching“) erfolgen kann und daher keine Schaltverluste beim Öffnen des Ventils Q₃₄ entstehen. Beim Öffnen des Abschaltventils Q₃₄, d.h. beim Übergang der Abschalteinrichtung vom ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand, schaltet das System wegen des Aufladens der Kapazität C₃₄ weich ab (d.h., aufgrund der nunmehr vorliegenden kleinen Gesamtkapazität erfolgt innerhalb einer vergleichsweise kurzen Zeitspanne ein steiles Absinken des durch die Gleichspannungsquelle fließenden Stromes und damit der aus der Gleichspannungsquelle entnommenen Momentanleistung auf den Wert Null). In operation, the inverter device 1 operated at a predetermined frequency, wherein each of the two switching valves Q ₁ , Q _{2 of} the half-bridge switching device 3 is driven with a valve switching frequency corresponding to the predetermined frequency, or half as large as the switching frequency f _s . If, by opening (switching to the high-resistance state) of the valve Q _34, the smaller capacitance C _{34 is brought} into series with the capacitances C '/ 2, a soft switch-off process is initiated. Since the capacitance is discharged C ₃₄ is closed (ie, low-switched) shut-off valve Q _34, the transition of the valve Q ₃₄ from the closed (ie, low) to the open (ie, high impedance) switching state in the switching time point, the ₃₄ voltage applied to the valve Q is zero, so that the switching operation can be carried out by zero voltage switching ("zero voltage switching") and therefore no switching losses occur when opening the valve Q ₃₄ . When opening the shut-off valve Q ₃₄ , ie the transition of the shutdown device from the first switching state to the second switching state, the system switches off because of the charging of the capacitance C ₃₄ soft (ie, due to the now present small total capacity takes place within a relatively short period of time, a steep drop of the current flowing through the DC voltage source and thus the current power drawn from the DC voltage source to the value zero).

Die Umkehrung des Stromflusses wird in der Totzeit eingeleitet, in der die beiden Ventile Q₁ und Q₂ der Schalteinrichtung 3 hochohmig sind. Die in der resonanten Induktivität L_R gespeicherte Energie wird während dieser Totzeit ganz oder teilweise in die Gleichspannungsquelle UDC rückgespeist, wobei der elektrische Strom vom Minuspol in den Pluspol der Gleichspannungsquelle UDC, also entgegen der Stromrichtung, die der Strom durch die Gleichspannungsquelle bei einem Kurzschluss der Gleichspannungsquelle einnimmt, fließt. The reversal of the current flow is initiated in the dead time, in which the two valves Q ₁ and Q _{2 of} the switching device 3 are high impedance. The stored energy in the resonant inductance L _R is completely or partially fed back into the DC voltage source UDC during this dead time, wherein the electric current from the negative pole in the positive pole of the DC voltage source UDC, ie opposite to the current direction, the current through the DC voltage source at a short circuit of DC source takes, flows.

Die 2 bis 4 veranschaulichen den Ablauf einer halben Periode des Arbeitszykluses der Wechselrichtervorrichtung 1 gemäß 1; wobei jeweils die Schaltzustände der Schaltventile Q₁, Q₂ und des Umschaltventils Q₃₄ sowie, in Form von Pfeilen, die Stromflussrichtung veranschaulicht sind. The 2 to 4 illustrate the flow of half a period of the duty cycle of the inverter device 1 according to 1 ; wherein each of the switching states of the switching valves Q ₁ , Q ₂ and the switching valve Q ₃₄ and, in the form of arrows, the current flow direction are illustrated.

Gemäß 2 sind in einer ersten Phase das erste Schaltventil Q₁ und das Umschaltventil Q₃₄ geschlossen, wobei der Strom zunächst durch Q₁, L_R, die Last 2 und Q₃₄ fließt und die Spannung über C₁ bzw. C₃₄ Null beträgt. In dieser Phase erfolgt ein Energieeintrag aus der Gleichspannungsquelle UDC über den Übertrager X_L in den Verbraucher R_L. According to 2 In a first phase, the first switching valve Q ₁ and the switching valve Q _{34 are} closed, wherein the current through Q ₁ , L _R , the load 2 and Q ₃₄ flows and the voltage across C ₁ and C _{34 is} zero. In this phase, an energy input from the DC voltage source UDC via the transformer X _{L takes place} in the consumer R _L.

In der anschließenden, in 3 veranschaulichten, Phase wird die Energieübertragung aus der Gleichspannungsquelle in die Last 2 beendet. Dazu wird das Umschaltventil Q₃₄ hochohmig geschaltet. Die in Reihe zum Übertrager X_L geschaltete Kapazität wird ab diesem Zeitpunkt maßgeblich durch C₃₄ bestimmt, wodurch ein weicher Abschaltvorgang eingeleitet wird. Der Strom lädt die Kapazität C₃₄ auf und kommutiert anschließend auf die Diode D₃. Gemäß 3 ist der Strom durch das Aufladen der Kapazität C₃₄ (aufgrund des Hochohmigwerdens des Umschaltventils Q₃₄) bereits auf die Diode D₃ kommutiert. Somit läuft der Strom nun im sogenannten Freilauf in einer Masche über das erste Schaltventil Q₁, die resonante Induktivität L_R und die Primärwicklung des Übertragers X_L, sodass die Summe der über der resonanten Induktivität L_R und der Last 2 anliegenden Spannung, bei idealen Ventilen, Null ist. Damit wird auch keine Energie aus der Gleichspannungsquelle UDC entnommen. In the subsequent, in 3 Phase is the transfer of energy from the DC source into the load 2 completed. For this purpose, the switching valve Q _{34 is} switched to high impedance. The capacitance connected in series with the transformer X _L is decisively determined by C ₃₄ as of this point in time, whereby a soft switch-off process is initiated. The current charges the capacitor C ₃₄ and then commutates to the diode D ₃ . According to 3 the current is already commutated by the charging of the capacitor C ₃₄ (due to the high resistance of the switching valve Q ₃₄ ) to the diode D ₃ . Thus, the current is now in the so-called freewheel in a mesh on the first switching valve Q ₁ , the resonant inductance L _R and the primary winding of the transformer X _L , so that the sum of the resonant inductance L _R and the load 2 applied voltage, with ideal valves, is zero. Thus, no energy is taken from the DC voltage source UDC.

In der anschließenden, in 4 veranschaulichten, Phase wird die Halbbrücke 3 für die Dauer der Totzeit in den dritten Schaltzustand umgeschaltet, bei dem beide Ventile Q₁ und Q₂ hochohmig sind. Aufgrund der in der resonanten Induktivität L_R gespeicherten Energie wird nun die Kapazität C₂ entladen, wobei der Strom über D₃ in den Pluspol der Gleichspannungsquelle UDC fließt. Es erfolgt somit eine Rückspeisung von Energie. Das Schaltventil Q₂ wird beim Nulldurchgang der über der Kapazität C₂ anliegenden Spannung geschlossen. Dadurch wird die Stromrichtung in der Last 2 umgedreht und die Kapazität C₃₄ entladen. Mittels einer entsprechenden Ansteuerung durch die Steuereinheit wird das Abschaltventil Q₃₄ genau im Zeitpunkt des Nulldurchgangs der über der Kapazität C₃₄ anliegenden Spannung in den niederohmigen Zustand geschaltet. In the subsequent, in 4 illustrated, phase becomes the half-bridge 3 switched over for the duration of the dead time in the third switching state, in which both valves Q ₁ and Q _{2 are} high impedance. Due to the energy stored in the resonant inductance L _R , the capacitance C ₂ is now discharged, the current flowing via D ₃ into the positive pole of the DC voltage source UDC. There is thus a return of energy. The switching valve Q ₂ is closed at the zero crossing of the voltage applied across the capacitor C ₂ voltage. This will change the current direction in the load 2 turned over and unloaded the capacity C ₃₄ . By means of a corresponding control by the control unit, the shut-off valve Q _{34 is} exactly at the time of the zero crossing of connected via the capacitor C ₃₄ voltage connected in the low-resistance state.

In der anschließenden Phase mit geschlossenem Abschaltventil Q₃₄ befindet sich das System – abgesehen von der im Vergleich zu 2 entgegengesetzten Polarität des Stromflusses und komplementären Stellung der Ventile Q₁, Q₂ – in einem zu der ersten Phase äquivalenten Zustand und die zweite Hälfte der vollständigen Periode des Arbeitszyklus ist eingeleitet. In the subsequent phase with closed shut-off valve Q ₃₄ is the system - apart from the compared to 2 opposite polarity of the current flow and complementary position of the valves Q ₁ , Q ₂ - in a state equivalent to the first phase and the second half of the full cycle of the cycle is initiated.

Unterschiedliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wechselrichters 1 können hinsichtlich der Ausgestaltung der Schalteinrichtung 3, des resonanten Netzwerks 5 und der Abschalteinrichtung 7 variieren. Im Folgenden wird knapp auf die Besonderheiten einer in 5 dargestellten Ausführungsform eingegangen. Different embodiments of the inverter according to the invention 1 can with regard to the design of the switching device 3 , the resonant network 5 and the shutdown device 7 vary. The following will be close to the specifics of a 5 illustrated embodiment received.

Das in 5 dargestellte Schaltbild eines Gegentaktflusswandlers 11 veranschaulicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wechselrichtervorrichtung 1. Die Wechselrichtervorrichtung 1 umfasst eine Schalteinrichtung 3, ein Netzwerk 5 sowie eine Abschalteinrichtung 7, wobei das Netzwerk 5 außerdem eine resonante Induktivität L_R, einen kapazitiven Spannungsteiler bestehend aus zwei Kapazitäten C‘/2 und eine mit einer Wechselspannung zu beaufschlagende Last 2 aufweist. Die Last enthält einen Übertrager X_L, an dessen Sekundärseite ein Verbraucher R_L des Gegentaktflusswandlers angeordnet ist. Gemäß dieser in 5 gezeigten Ausführungsform der Wechselrichtervorrichtung 1 sind die Ventile Q₁ und Q₂ mit jeweilig parallel geschaltetem Kondensator C₁ bzw. C₂ und Diode D₁ bzw. D₂ nach 1 der Schalteinrichtung 3 jeweils in einem einzigen Bauteil, einem als MOSFET ausgeführten Schaltventil TR₁ und TR₂, vereint. Die intrinsische Bodydiode des ersten Schaltventils TR₁ verkörpert die Inversdiode D₁, und die Inversdiode D₂ parallel zum zweiten Schaltventil Q₂ ist als intrinsische Bodydiode des zweiten MOSFETs TR₂ ausgeführt. Die Kondensatoren C₁ bzw. C₂ sind jeweils in Form einer parasitären Kapazität der MOSFETs TR₁ bzw. TR₂ realisiert. This in 5 illustrated circuit diagram of a push-pull flow converter 11 illustrates an embodiment of the inverter device according to the invention 1 , The inverter device 1 includes a switching device 3 , a network 5 and a shutdown device 7 , where the network 5 also a resonant inductance L _R , a capacitive voltage divider consisting of two capacitances C '/ 2 and a load to be applied with an AC voltage 2 having. The load includes a transformer X _L , on the secondary side of a consumer R _L of Gegentaktflusswandlers is arranged. According to this in 5 shown embodiment of the inverter device 1 are the valves Q ₁ and Q ₂ with respective parallel-connected capacitor C ₁ and C ₂ and diode D ₁ and D ₂ after 1 the switching device 3 each in a single component, designed as a MOSFET switching valve TR ₁ and TR ₂ , united. The intrinsic body diode of the first switching valve TR ₁ embodies the inverse diode D ₁ , and the inverse diode D _{2 in} parallel with the second switching valve Q ₂ is designed as an intrinsic body diode of the second MOSFET TR ₂ . The capacitors C ₁ and C ₂ are each realized in the form of a parasitic capacitance of the MOSFETs TR ₁ and TR ₂ .

Das Abschaltventil Q₃₄ mit paralleler Kapazität C₃₄ nach 1 der Abschalteinrichtung 7 ist gemäß 5 in Form von zwei separaten MOSFETs TR₃ und TR₄ ausgeführt, wobei der erste MOSFET TR₃ und der zweite MOSFET TR₄ in Reihe zueinander geschaltet sind. MOSFET TR₃ beinhaltet eine erste parallel geschaltete, parasitäre Kapazität sowie eine erste intrinsische Inversdiode. Der MOSFET TR₄ beinhaltet eine zweite parasitäre Kapazität, die parallel zu dem MOSFET geschaltet ist, und eine zweite intrinsische Inversdiode. Mit den intrinsischen Inversdioden sind die beiden MOSFETs TR₃ und TR₄ rückwärtsleitend, d.h., ein MOSFET TR₃ bzw. TR₄ mit der zugehörigen Inversdiode ist (unabhängig von dem Schaltzustand des MOSFET) entlang der Durchlassrichtung der jeweiligen Inversdiode, unter Vernachlässigung der Flussspannung der Dioden, stets leitend. Die beiden MOSFETs TR₃ und TR₄ weisen einen gemeinsamen Source-Anschluss auf. Diese Kombination der beiden MOSFETs TR₃ und TR₄ (mit den zugehörigen intrinsischen Inversdioden) bildet somit eine Reihenschaltung zweier seriell zueinander verschalteter, gegenläufig rückwärtsleitender Ventile, wobei das dem Übertrager X_L zugewandte rückwärtsleitende Ventil (gebildet aus TR₃) in Richtung zu dem Übertrager X_L rückwärtsleitend ist, und wobei das von dem Übertrager X_L abgewandte rückwärtsleitende Ventil (gebildet aus TR₄) in Richtung von dem Übertrager X_L weg rückwärtsleitend ist. The shut-off valve Q ₃₄ with parallel capacitance C ₃₄ after 1 the shutdown device 7 is according to 5 in the form of two separate MOSFETs TR ₃ and TR ₄ , wherein the first MOSFET TR ₃ and the second MOSFET TR ₄ are connected in series with each other. MOSFET TR ₃ includes a first parallel connected parasitic capacitance and a first intrinsic inverse diode. The MOSFET TR ₄ includes a second parasitic capacitance connected in parallel with the MOSFET and a second intrinsic inverse diode. With the intrinsic inverse diodes, the two MOSFETs TR ₃ and TR _{4 are} reverse conducting, ie, a MOSFET TR ₃ or TR ₄ with the associated inverse diode (regardless of the switching state of the MOSFET) along the forward direction of the respective inverse diode, neglecting the forward voltage Diodes, always conductive. The two MOSFETs TR ₃ and TR ₄ have a common source connection. This combination of the two MOSFETs TR ₃ and TR ₄ (with the associated intrinsic inverse diodes) thus forms a series connection of two serially interconnected, counter-reverse conducting valves, wherein the transformer X _L facing the reverse-conducting valve (formed from TR ₃ ) in the direction of the transformer X _L is reverse conducting, and wherein the side facing away from the transformer _L X reverse conducting valve (formed from TR ₄₎ in the direction of the transmitter X _L is gone backwards conductive.

Beim Betreiben der Wechselrichtervorrichtung 1 gemäß 5 ergibt sich dasselbe Verhalten wie bei der Wechselrichtervorrichtung 1 gemäß 1, wenn das Einzelventil Q₃₄ abwechselnd in den hochohmigen und niederohmig Zustand geschaltet wird. When operating the inverter device 1 according to 5 the same behavior occurs as with the inverter device 1 according to 1 when the single valve Q _{34 is} alternately switched to the high-resistance and low-resistance state.

Der als erstes rückwärtsleitendes Umschaltventil fungierende MOSFET TR₃ mit der intrinsischen Inversdiode sowie der als zweites rückwärtsleitendes Umschaltventil fungierende MOSFET TR₄ mit seiner intrinsischen Inversdiode können mittels abwechselnden Umschaltens der Abschalteinrichtung 7 zwischen einem ersten Schaltzustand (TR₃ niederohmig, TR₄ hochohmig) und einem zweiten Schaltzustand (TR₃ hochohmig, TR₄ niederohmig) mit dem oben beschriebenen Mechanismus durch Einbringen ihrer parasitären Kapazitäten den Energieeintrag in die aus der Gleichspannungsquelle in den Übertrager X_L weich, d.h. nicht abrupt, unterbrechen und somit einen weichen Abschaltvorgang einleiten. Das Öffnen der beiden MOSFETs geschieht durch natürliche Kommutierung des Stromes auf die intrinsischen Inversdioden automatisch im Nulldurchgang der über den parasitären Kapazitäten anliegenden Spannung, sodass keine messtechnische Nulldurchgangserkennung erforderlich ist. In dieser Schaltungsvariante können die MOSFETs TR₃ und TR₄ der Abschalteinrichtung 7 im Gegentakt (mit 180° Phasenverschiebung) angesteuert werden. Das System kann daher mit herkömmlichen Ansteuerungsarten betrieben werden. The MOSFET TR ₃ with the intrinsic inverse diode acting as the first reverse-conducting changeover valve and the MOSFET TR ₄ acting as the second reverse-conducting changeover valve with its intrinsic inverse diode can be switched by means of alternate switching of the disconnection device 7 between a first switching state (TR ₃ low impedance, TR ₄ high impedance) and a second switching state (TR ₃ high impedance, TR ₄ low impedance) with the mechanism described above by introducing their parasitic capacitances the energy input into the from the DC voltage source in the transformer X _L soft, ie not abrupt, interrupt and thus initiate a soft shutdown. The opening of the two MOSFETs is done by natural commutation of the current to the intrinsic inverse diodes automatically in the zero crossing of the voltage applied across the parasitic capacitances, so that no metrological zero crossing detection is required. In this circuit variant, the MOSFETs TR ₃ and TR _{4 of} the shutdown device 7 in push-pull (with 180 ° phase shift) can be controlled. The system can therefore be operated with conventional types of control.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Wechselrichtervorrichtung Inverter device
2 2: Last load
3 3: Schalteinrichtung switching device
5 5: elektrisches Netzwerk electrical network
7 7: Abschalteinrichtung shutoff
11 11: Flusswandler Forward converter
13 13: Flusswandler-Sekundärseite River transformer secondary side
UDC UDC: Gleichspannungsquelle DC voltage source
L_R L _R: resonante Induktivität / Drossel resonant inductance / choke
X_L _XL: Übertrager / Transformator Transformer / transformer
Q_i Q _i: Ventil (i = 1, 2, 34) Valve (i = 1, 2, 34)
C’, C_i C ', C _i: Kapazität / Kondensator (i = 1, 2, 34) Capacitance / Capacitor (i = 1, 2, 34)
D_i D _i: Diode (i = 1, 2, 3, 4) Diode (i = 1, 2, 3, 4)
R_L R _L: Widerstand / Sekundärlast Resistance / secondary load
L_L L _L: Induktivität inductance
TR_i TR _i: Feldeffekttransistor / MOSFET (i = 1, 2, 3, 4) Field effect transistor / MOSFET (i = 1, 2, 3, 4)
f_s f _s: Umschaltfrequenz der Schalteinrichtung Switching frequency of the switching device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 7796408 B2 [0011]
AT 13276 U1 [0011]

Claims

Inverter device ( 1 ) with a half-bridge topology for converting a DC voltage into an AC voltage and applying an electrical load ( 2 ) with the AC voltage, comprising: - an electrical network ( 5 ) with the load ( 2 ), - a switching device ( 3 ) connected to the network ( 5 ) and connectable to a DC voltage source (UDC), wherein the switching device ( 3 ) and with the load ( 2 ) is coupled that the load ( 2 ) in a first switching state of the switching device ( 3 ) with a first polarity direction and in a second switching state of the switching device ( 3 ) is connected with a second polarity direction to the DC voltage source (UDC), so that by means of change between the first and the second switching state of the switching device ( 3 ) weight ( 2 ) can be acted upon by an alternating voltage, characterized in that the inverter device ( 1 ) a shutdown device ( 7 ) and a network ( 5 ), the network ( 5 ) and the shutdown device ( 7 ) are formed such that by means of switching the shutdown device ( 7 ) from a first to a second switching state, the flow of current from a first terminal of the DC voltage source (UDC) via the load ( 2 ) to a second terminal of the DC voltage source (UDC) can be set to zero, wherein an alternate switching to the other switching state of the turn-off device ( 7 ) is done by zero voltage switching.

The inverter device according to claim 1, further comprising a control device, wherein the control device for driving the switching device ( 3 ) and the shutdown device ( 7 ) is designed such that switching operations of the switching device ( 3 ) alternately between the first and the second switching state with a predetermined switching frequency (f _s ) are performed, this switching frequency (f _s ) corresponds to that frequency, with the switching operations of the turn-off device ( 7 ) are performed from the first to the second switching state.

An inverter device according to claim 2, wherein the control means for driving the shutdown means ( 7 ) is designed such that the duration of the first switching state is freely adjustable, wherein the duration of the second switching state is simultaneously changed in such a way that the total duration of the first and second switching state remains constant and the reciprocal of the predetermined switching frequency (f _s ).

An inverter device according to claim 3, wherein the switching device ( 3 ) and the shutdown device ( 7 ) are controlled by means of the control unit in such a way that the switching operations of the switching device (with the switching frequency (f _s )) take place ( 3 ) and the shutdown device ( 7 ) are offset in time with each other, and wherein the control unit is designed such that it by means of variation of the time offset and the duration of the first switching state of the shutdown device ( 7 ) a pulse width modulation can be generated.

An inverter device according to any one of claims 1 to 4, wherein an energy-storing inductor in the form of a resonant inductor (L _R ) is connected in series with the load ( 2 ) is switched.

An inverter device according to claim 5, wherein all the valves (Q1, Q2) of the switching device ( 3 ) by means of zero-voltage switching high impedance and low-impedance switching by means of zero voltage switching.

An inverter device according to any one of claims 1 to 6, wherein the shutdown device ( 7 ) has a valve (Q ₃₄ ), a capacitance (C ₃₄ ) connected in parallel with the valve, and two diodes (D ₃ , D ₄ ), the valve (Q ₃₄ ) having the capacitance (C ₃₄ ) in series with the load (C ₃₄ ) 2 ), and the diodes (D ₃ , D ₄ ) in each case in the reverse direction, the electrical connection between load ( 2 ) and connect the valve (Q ₃₄ ) to the two poles of the voltage source (UDC).

An inverter device according to any one of claims 1 to 7, wherein the valve (Q ₃₄ ) of the shutdown device ( 7 ) is realized by two in series with each other connected reverse conducting valves (TR ₃ , TR ₄ ).

An inverter device according to claim 8, wherein the valve switching frequency of the individual series-connected, reverse-conducting valves (TR ₃ , TR ₄ ) of the turn-off device ( 7 ) the valve switching frequency of the valves (TR ₁ , TR ₂ ) of the switching device ( 3 ) corresponds.

Inverter device according to one of claims 1 to 9, characterized in that it is in a flux converter ( 11 ), the load (X _L ) passing through the primary side of a transformer of the 11 ) given is.