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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung eines Stromnulldurchgangs eines Wechselstroms, mit einer vom Wechselstrom durchströmbaren Bürde sowie einer an die Bürde angeschlossenen Auswerteeinheit um Auswerten einer an der vom Wechselstrom durchströmten Bürde ausgebildeten elektrischen Spannung und zum Ermitteln der Stromnulldurchgänge. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Wechselrichter mit einem Zwischenkreiskondensator, mit wenigstens einem elektronischen, an dem Zwischenkreiskondensator angeschlossenen Halbbrückenmodul, das einen Anschluss zum Anschließen einer Spule zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes bereitstellt, mit einem Taktgeber zum Ansteuern des Halbbrückenmoduls sowie mit einer Schaltungsanordnung zur Ermittlung eines Stromnulldurchgangs eines Wechselstromes. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Ladestation für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, mit einem Anschluss für eine elektrische Energiequelle sowie einer Ladeeinheit für eine drahtlose energietechnische Kopplung des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs mittels eines magnetischen Wechselfeldes. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Ermittlung eines Stromnulldurchgangs eines Wechselstroms, wobei eine an einer vom Wechselstrom durchströmten Bürde ausgebildete elektrische Spannung mittels einer Auswerteeinheit ausgewertet und die Stromnulldurchgänge ermittelt werden.
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Schaltungsanordnungen der gattungsgemäßen Art sind dem Grunde nach bekannt und werden häufig bei Umrichtern jeglicher Art, insbesondere Wechselrichtern, eingesetzt, um den bestimmungsgemäßen Betrieb des Umrichters beziehungsweise Wechselrichters gewährleisten zu können. Zu diesem Zweck ist es nämlich erforderlich, Stromverläufe, insbesondere von Ausgangsströmen des Umrichters beziehungsweise Wechselrichters, zu kennen. Ein wichtiger Parameter ist die Erkennung eines Stromnulldurchgangs bei einem Ausgangsstrom des Umrichters beziehungsweise Wechselrichters.
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Wechselrichter der gattungsgemäßen Art sowie Verfahren zu deren Betrieb sind ebenfalls dem Grunde nach bekannt, beispielsweise aus der
DE 10 2008 027 126 A1 . Wechselrichter sind eine Form eines Energiewandlers, mittels dem eine Gleichspannung in eine Wechselspannung, insbesondere eine einphasige oder auch eine dreiphasige Wechselspannung, gewandelt werden kann. Heutzutage werden Wechselrichter in Form sogenannter statischer Energiewandler eingesetzt, das heißt, dass sie anders als dynamische Energiewandler keine mechanisch bewegbaren, insbesondere rotierbaren Teile für den Zweck der Energiewandlung aufweisen. Wechselrichter der gattungsgemäßen Art als statische Energiewandler sind in der Regel als getaktete elektronische Energiewandler ausgebildet und weisen zu diesem Zweck wenigstens ein Halbbrückenmodul auf, mittels welchem eine an einem Zwischenkreiskondensator eines Zwischenkreises bereitgestellte elektrische Gleichspannung in eine elektrische Wechselspannung umgewandelt werden kann. Zu diesem Zweck weist das Halbbrückenmodul zwei in Serie geschaltete Halbleiterschalter auf, die mittels eines Taktgebers im Taktbetrieb betrieben werden, so dass in gewünschter Weise die Wechselspannung an einem Mittelanschluss des Halbbrückenmoduls, der durch einen elektrischen Verbindungspunkt der beiden Halbleiterschalter des Halbbrückenmoduls gebildet ist, bereitgestellt wird. Eine solche Schaltungstopologie wird auch Halbbrückenschaltung genannt. Ein solcher Wechselrichter ist demnach für einen sogenannten einphasigen Betrieb ausgelegt.
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Eine leistungsstarke Variante eines solchen Wechselrichters weist zwei parallelgeschaltete Halbbrückenmodule auf, wodurch sich die Höhe der erzeugten Wechselspannung im Wesentlichen verdoppeln lässt. Zu diesem Zweck werden die Halbbrückenmodule entsprechend komplementär gesteuert. Eine solche Schaltungstopologie wird auch Vollbrückenschaltung genannt.
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Darüber hinaus sind Wechselrichter, insbesondere für die Erzeugung eines dreiphasigen Wechselspannungsnetzes, im Einsatz, wobei für jede der Wechselspannungsphasen wenigstens ein Halbbrückenmodul vorgesehen ist. Eine solche Schaltungstopologie wird auch Halbbrückenschaltung genannt. Darüber hinaus kann der Wechselrichter natürlich für jede Phase auch ein Paar von Halbbrückenmodulen aufweisen, um für jede Phase die Schaltungstopologie einer Vollbrückenschaltung bereitstellen zu können.
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Wechselrichter der gattungsgemäßen Art werden häufig in Ladestationen eingesetzt, die zum drahtlosen energietechnischen Koppeln eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs zum Zwecke des Ladens eines elektrischen Energiespeichers des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs dienen. Es wird eine drahtlose energietechnische Kopplung hergestellt, die eine aufwendige mechanische Anbindung mittels Kabel vermeidet. Zu diesem Zweck sind ladestationsseitig und fahrzeugseitig in der Regel jeweils eine Spulenanordnung vorgesehen, die während des Ladevorgangs gegenüberliegend zueinander angeordnet sind und die eine energietechnische Kopplung unter Nutzung eines magnetischen Wechselfeldes ermöglichen. Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus der
KR 10 2012 0 016 521 A bekannt.
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Um ein geeignetes magnetisches Wechselfeld mit der Ladestation erzeugen zu können, weist diese neben einer hierfür geeigneten Spule einen Wechselrichter auf, der an die Spule angeschlossen ist und die Spule mit einem entsprechenden Wechselstrom beaufschlagt. Für den zuverlässigen Betrieb der Ladestation, insbesondere des Wechselrichters, ist es erforderlich, die Stromnulldurchgänge zu kennen. Zu diesem Zweck offenbart beispielsweise die
DE 10 2008 027 126 A1 einen Stromsensor, der mit einer Schaltungsanordnung verbunden ist, die eine Stromauswertung über ein differenzierendes Glied ermöglicht. Die dort offenbarte Schaltung erkennt die fallende Flanke des Stroms mittels eines Differenzierers und vergleicht diese mit einem Ausschaltsignal für einen Halbleiterschalter eines Halbbrückenmoduls des Wechselrichters. Damit diese Schaltung zuverlässig betrieben werden kann, ist ein möglichst oberschwingungsfreier sinusförmiger Stromverlauf erforderlich. Insbesondere dürfen keine Störungen überlagert sein. Im praktischen Betrieb führen diese Probleme dazu, dass die Stromnulldurchgänge nicht hinreichend genau genug erkannt werden und so eine ungenügende Steuerung des Wechselrichters die Folge ist.
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Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Steuerung für einen Wechselrichter zu verbessern.
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Als Lösung wird mit der Erfindung eine Schaltungsanordnung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 vorgeschlagen. Wechselrichterseitig wird ein Wechselrichter gemäß dem weiteren unabhängigen Anspruch 6 vorgeschlagen. Ladestationsseitig wird eine Ladestation gemäß dem weiteren unabhängigen Anspruch 7 vorgeschlagen. Schließlich wird verfahrensseitig ein Verfahren gemäß dem weiteren unabhängigen Anspruch 8 vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch Merkmale und Eigenschaften der abhängigen Ansprüche.
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Energietechnisches Koppeln im Sinne der Erfindung ist eine Kopplung zum Zwecke der Übertragung von Energie, die es ermöglicht, zumindest unidirektional Energie von einer Energiequelle zu einer Energiesenke zu übertragen. Die Energiequelle kann beispielsweise ein öffentliches Energieversorgungsnetz, ein elektrischer Generator, eine Solarzelle, eine Brennstoffzelle, Kombinationen hiervon und/oder dergleichen sein. Die Energiesenke kann beispielsweise ein Antrieb des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs sein, insbesondere eine elektrische Maschine der Antriebsvorrichtung und/oder ein elektrischer Energiespeicher der Antriebsvorrichtung, beispielsweise ein Akkumulator oder dergleichen. Es kann aber auch eine bidirektionale Energieübertragung vorgesehen sein, das heißt, eine Energieübertragung wechselweise in beide Richtungen. Diesem Zweck dient unter anderem die Ladestation, die ihre Energie, die an das elektrisch antreibbare Fahrzeug übertragen werden soll, von einer Energiequelle bezieht, an die sie elektrisch angeschlossen ist. Es kann aber auch eine bidirektionale Energieübertragung vorgesehen sein, das heißt, eine Energieübertragung wechselweise in beide Richtungen. Diesem Zweck dient unter anderem die Ladestation, die ihre Energie, die an das elektrisch antreibbare Fahrzeug übertragen werden soll, von einer Energiequelle bezieht, an die sie elektrisch angeschlossen ist.
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Drahtloses energietechnisches Koppeln im Sinne der Erfindung meint, dass zwischen der Ladestation und dem elektrisch antreibbaren Fahrzeug keine mechanische Verbindung zum Herstellen einer elektrischen Kopplung vorgesehen zu werden braucht. Insbesondere kann das Herstellen einer elektrischen Verbindung mittels eines Kabels vermieden werden. Stattdessen erfolgt die energietechnische Kopplung im Wesentlichen allein aufgrund eines Energiefeldes, vorzugsweise eines magnetischen Wechselfeldes.
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Die Ladestation ist deshalb dazu eingerichtet, ein entsprechendes Energiefeld, insbesondere ein magnetisches Wechselfeld, zu erzeugen. Fahrzeugseitig ist entsprechend vorgesehen, dass ein derartiges Energiefeld beziehungsweise magnetisches Wechselfeld erfasst werden kann und daraus Energie für den bestimmungsgemäßen Betrieb des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs gewonnen wird. Die Energie wird mittels einer Ladeeinrichtung in eine elektrische Energie umgewandelt, die sodann vorzugsweise in einem Energiespeicher des Fahrzeugs für dessen bestimmungsgemäßen Betrieb gespeichert werden kann. Die energietechnische Kopplung dient also im Wesentlichen dem Übertragen von Energie und nicht zuvorderst dem Übertragen von Informationen. Dementsprechend sind die Mittel zur Durchführung der Erfindung für einen entsprechend hohen Leistungsdurchsatz im Unterschied bei einer drahtlosen Kommunikationsverbindung ausgelegt.
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Mit der Erfindung wird bei einer gattungsgemäßen Schaltungsanordnung insbesondere vorgeschlagen, dass die Bürde einen vom Wechselstrom oder einem hiervon abgeleiteten Messstrom durchströmbaren Kondensator aufweist und die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, eine durch den Kondensator bewirkte Phasenverschiebung beim Ermitteln der Stromnulldurchgänge zu berücksichtigen. Entsprechend wird für das gattungsgemäße Verfahren insbesondere vorgeschlagen, dass als Bürde ein Kondensator verwendet wird und mittels der Auswerteeinheit eine durch den Kondensator bewirkte Phasenverschiebung beim Ermitteln der Stromnulldurchgänge berücksichtigt wird.
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Die Erfindung nutzt als Bürde den Kondensator, der – im Gegensatz zur
DE 10 2008 027 126 A1 – eine integrierende Eigenschaft für den Wechselstrom bereitstellt, so dass Störgrößen, die in der Regel hochfrequenter Natur sind, unterdrückt werden können. Zugleich bewirkt der Kondensator eine Phasenverschiebung zwischen dem ihn durchströmenden Wechselstrom und einer hierdurch bewirkten elektrischen Spannung am Kondensator, die bei der weiteren Behandlung mittels der Auswerteeinheit rückgängig gemacht wird.
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Der Kondensator ist vorzugsweise ein Messkondensator mit einer sehr geringen Toleranz und einem möglichst geringen Verlustfaktor, um ein genaues Ermitteln der Stromnulldurchgänge des Wechselstroms ermöglichen zu können. Aufgrund dieser Eigenschaften kann mittels der Schaltungsanordnung der Erfindung die Ermittlung der Stromnulldurchgänge des Wechselstroms erheblich genauer und störsicherer erfolgen. Insbesondere eine durch ein im Stand der Technik verwendetes Differenzierglied bewirkte Verstärkung von Störgrößen kann vermieden werden. Der Kondensator ermöglicht eine Glättung des von Störsignalen überlagerten Wechselstromes. Im Gegensatz zu weiter üblichen Filterschaltungen auf Basis von Widerstands-Kondensatoren-Filtergliedern weist die Schaltungsanordnung der Erfindung eine konstante Phasenverschiebung zwischen Strom und Messspannung von im Wesentlichen 90 Grad auf. Dadurch, dass diese Spannungsverschiebung konstant ist, kann unter Berücksichtigung dieses Sachverhalts die Ermittlung der Stromnulldurchgänge des Wechselstroms sehr genau erfolgen. Zu diesem Zweck ist eine geeignete Kompensation durch die Auswerteeinheit vorgesehen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Bürde einen Stromwandler aufweist, der primärseitig vom Wechselstrom durchströmbar ist und an dem sekundärseitig der Kondensator angeschlossen ist. Der Stromwandler kann als konventioneller Transformator zum Zwecke des Stromwandelns ausgebildet sein. Er stellt an seinen sekundärseitigen Anschlüssen einen Strom bereit, der dem primärseitigen Wechselstrom entsprechend des Windungszahlenverhältnisses entspricht. Dadurch kann der Messaufbau hinsichtlich der Anforderungen bezüglich eines Leistungsdurchsatzes reduziert sein und den Einsatz hochgenauer Bauelemente erlauben. In der Regel sind solche Bauelemente nicht für große Leistungen ausgelegt. Der Stromwandler stellt sekundärseitig also den Messstrom bereit, der im Wesentlichen proportional zum Wechselstrom ist und den Kondensator durchströmt. Die am Kondensator hierdurch entstehende Wechselspannung wird dann wieder – wie zuvor – der Auswerteeinheit zur Feststellung der Stromnulldurchgänge zugeführt.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Auswerteschaltung eine Verstärkungseinheit, insbesondere einen Komparator, aufweist. Mit der linearen Verstärkungseinheit kann das am Kondensator aufgrund des Wechselstromes beziehungsweise des Messstromes bereitgestellte Spannungssignal in gewünschter Weise verstärkt und auf ein gewünschtes elektrisches Potential gebracht werden. Beispielsweise kann die Verstärkungseinheit dazu vorgesehen sein, das Spannungssignal des Kondensators an einen Wandlungsbereich für einen Analog-Digital-Wandler anzupassen. Dadurch kann eine hohe Auflösung der Analog-Digital-Wandlung erreicht werden. Die Verstärkungseinheit kann beispielsweise durch einen Halbleiterverstärker basierend auf einer Transistorschaltung oder auch durch einen entsprechend geeignet verschalteten Operationsverstärker gebildet sein. Zur Potentialanpassung kann vorgesehen sein, dass die am Kondensator bereitgestellte elektrische Spannung über einen Koppelkondensator der Verstärkereinheit zugeführt wird. Der Koppelkondensator ist hinsichtlich seiner Kapazität vorzugsweise derart gewählt, dass er das Auswerten im Wesentlichen nicht beeinflusst. Besonders vorteilhaft ist der Verstärker durch einen Komparator gebildet. Damit kann die mittels der Bürde bereitgestellte elektrische Wechselspannung direkt in ein digitales Signal umgewandelt werden, welches einer digitalen Steuerung zugeführt werden kann. In diesem Fall ist eine Analog-Digital-Wandlung nicht erforderlich.
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Eine weitere Ausgestaltung schlägt vor, dass die Verstärkungseinheit ausgangsseitig ein Tiefpassfilter aufweist. Mit dem Tiefpassfilter ist es möglich, weitere unerwünschte Störsignale zu filtern. Hierdurch kann das Auswerten mittels der Auswerteeinheit weiter verbessert werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Auswerteeinheit eine Digitalverarbeitungseinheit zum Digitalisieren und Auswerten der an der Bürde ausgebildeten elektrischen Spannung umfasst. Die Digitalverarbeitungseinheit kann zu diesem Zweck beispielsweise den zuvor genannten Analog-Digital-Wandler umfassen. Darüber hinaus kann die Digitalverarbeitungseinheit eine Rechnereinheit, ein Gate-Array (ASIC), Kombinationen hiervon oder dergleichen aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die durch den Kondensator bewirkte Phasenverschiebung beim Ermitteln der Stromnulldurchgänge zu berücksichtigen, insbesondere diese rückgängig zu machen.
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Mit der Erfindung wird ferner ein gattungsgemäßer Wechselrichter vorgeschlagen, der sich dadurch auszeichnet, dass die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ausgebildet ist. Dadurch können die mit der Schaltungsanordnung verbundenen Vorteile im Wechselrichter realisiert werden, wodurch ein Betrieb mit größerer Zuverlässigkeit erreicht werden kann. Darüber hinaus erlaubt es die Nutzung der Schaltungsanordnung, den Wechselrichter auch bei einer hohen Arbeitsfrequenz zuverlässig betreiben zu können.
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Darüber hinaus wird mit der Erfindung eine gattungsgemäße Ladestation vorgeschlagen, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass die Ladeeinheit einen erfindungsgemäßen Wechselrichter sowie eine an den Wechselrichter angeschlossene Spule zum Erzeugen des magnetischen Wechselfeldes aufweist. Dadurch können die mit dem Wechselrichter verbundenen Vorteile auch mit der Ladestation erreicht werden, wodurch deren Betrieb ebenfalls zuverlässiger möglich ist.
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Schließlich wird mit der Erfindung gemäß einem weiteren Aspekt verfahrensseitig vorgeschlagen, dass die am Kondensator ausgebildete elektrische Spannung digitalisiert wird und die Phasenverschiebung digital rückgängig gemacht wird. Dadurch kann eine zuverlässige und sehr genaue Ermittlung der Stromnulldurchgänge erreicht werden. Entsprechend ist hierfür eine Rechnereinheit von der Auswerteeinheit umfasst, mittels der die entsprechenden Maßnahmen realisiert werden können. Dementsprechend weist die Rechnereinheit ein Rechnerprogrammprodukt auf, das Programmcodeabschnitte umfasst, die die Rechnereinheit dazu ertüchtigen, das Verfahren der Erfindung durchführen zu können.
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Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren zu entnehmen. In den FIG sind gleiche Bauteile und Funktionen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Es zeigen:
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1 ein Diagramm mit einer schematisierten, normierten Darstellung einer Ausgangsspannung eines Wechselrichters sowie eines Spulenstromes einer am Wechselrichter angeschlossenen Spule,
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2 ein Diagramm mit einer schematischen Darstellung von Graphen, bei der ein Graph den Spulenstrom gemäß 1 darstellt, ein zweiter Graph eine Wechselspannung an einer durch einen Kondensator gemäß der Erfindung gebildeten Bürde sowie ein dritter Graph eine hier aus gebildete Rechteckspannung,
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3 in schematischer Prinzipschaltbildansicht eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung;
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4 ein Diagramm mit einer Reihe von Signalzeitverläufen, die unterschiedliche Signalverarbeitungsschritte einer digitalen Signalverarbeitung gemäß einem Flussdiagramm nach 5 darstellen, und
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5 ein schematisches Flussdiagramm für eine digitale Signalverarbeitung gemäß der Erfindung.
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1 zeigt ein Diagramm mit einem schematischen Signalverlauf einer Wechselrichterausgangsspannung 16 sowie eines Spulenstroms 14 einer an den Wechselrichter angeschlossenen Spule. Diese Elemente sind in den FIGN nicht dargestellt. In dem Diagramm sind eine Zeitachse, die Abszisse, mit dem Bezugszeichen 12 und eine Signalachse, die Ordinate, mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Zeitachse 12 stellt die Zeit in µs. Die Ordinate 10 gibt normierte Werte für die Wechselrichterspannung 16 sowie den Spulenstrom 14 an. Aus dem Diagramm gemäß 1 ist ersichtlich, dass der Spulenstrom 14 in der Phase zeitlich versetzt gegenüber der Wechselspannung 16 des Wechselrichters ist.
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2 zeigt ein zweites Diagramm ebenfalls mit einer Abszisse 12 als Zeitachse und einer Ordinate 10 mit normierten Werten wie 1. In dem Diagramm der 2 ist wieder der Spulenstrom 14 mit einem Graph dargestellt. Ein zweiter Graph zeigt phasenversetzt zum Graphen 14 eine Wechselspannung 18 an einem Kondensator 30 gemäß der Erfindung, der Bestandteil einer Bürde 26 ist (3). Zu erkennen ist, dass zwischen der elektrischen Spannung 18 und dem Spulenstrom 14 eine Phasenverschiebung von etwa 90 Grad besteht. Ferner ist zu erkennen, dass sowohl der Spulenstrom 14 als auch die elektrische Spannung 18 im Wesentlichen eine Sinusform aufweisen, wobei jedoch der Spulenstrom 14 durch eine Störgröße überlagert ist. Die elektrische Spannung 18 ist in Bezug auf diese Störgröße im Wesentlichen nicht beeinflusst. Ferner ist mit dem Graph 20 eine aus der elektrischen Spannung 18 gebildete Rechteckspannung dargestellt. Diese dient im weiteren Verlauf der Ermittlung der Stromnulldurchgänge beziehungsweise der Phasendifferenz zwischen dem Spulenstrom 14 und der Wechselrichterausgangsspannung 16.
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3 zeigt in schematischer Prinzipschaltbilddarstellung eine Schaltungsanordnung 22 gemäß der Erfindung. Zu erkennen ist, dass die Schaltungsanordnung 22 an einen Wechselstromgenerator 24 angeschlossen ist, der den Wechselstrom 14 liefert. Vorliegend ist der Wechselstromgenerator durch den Wechselrichter gebildet, der den Spulenstrom 14 ermöglicht.
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Der Spulenstrom 14 durchströmt eine Bürde 26, die ihrerseits an eine Auswerteeinheit 58 angeschlossen ist. Die Bürde 26 stellt zu diesem Zweck einen Stromwandler 28 bereit, der primärseitig vom Spulenstrom 14 durchströmt wird. Sekundärseitig ist an dem Stromwandler 28 ein Kondensator 30 gemäß der Erfindung angeschlossen, an dem sich eine elektrische Spannung 18 ausbildet. Die elektrische Spannung 18 wird sodann der Auswerteeinheit 58 für die weitere Signalverarbeitung, insbesondere die Ermittlung der Stromnulldurchgänge bereitgestellt.
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Zu diesem Zweck weist die Auswerteeinheit 58 eine Verstärkungseinheit 48 auf, die durch einen Operationsverstärker gebildet ist, der mit entsprechenden elektronischen Bauteilen, nämlich einem Koppelkondensator 34, sowie elektrischen Widerständen 40 bis 46 verschaltet ist, um eine gewünschte Verstärkung und Signalformung erreichen zu können. Vorliegend ist vorgesehen, dass die Verstärkungseinheit 48 mit maximaler Verstärkung arbeitet, das heißt, als Komparator, so dass aus der im Wesentlichen sinusförmigen elektrischen Spannung 18 eine Rechteckspannung als ein digitales Signal bildet wird, aus der im Weiteren Verlauf eine weitere elektrische Spannung 20 gebildet wird. Diesem Zweck dienen im Wesentlichen die elektrischen Widerstände 40 bis 46. Darüber hinaus sind zwei in Serie geschaltete Dioden 36, 38 vorgesehen, die den Signaleingang, der über den Koppelkondensator 34 angeschlossen ist, auf das positive beziehungsweise negative Betriebsspannungspotential der Verstärkungseinheit 48 begrenzen.
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Ausgangsseitig ist der Verstärkungseinheit 48 ein aus elektrischen Widerständen 50, 52 und einem Kondensator 54 gebildetes Filter nachgeschaltet, welches vorliegend eine Tiefpassfunktion realisiert und als Ausgangsspannung die zuvor bereits genannte gefilterte Rechteckspannung 20 liefert. Diese wird einer Digitalverarbeitungseinheit 56 der Auswerteeinheit 58 zugeführt, die vorliegend als Field Programmable Gate Array (FPGA) ausgebildet ist. Diese nutzt die elektrische Spannung 20 zur Ermittlung der Stromnulldurchgänge beziehungsweise der Phasenverschiebung zwischen der Wechselrichterausgangsspannung 16 und dem Spulenstrom 14.
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5 zeigt in schematischer Ansicht einen Ausschnitt aus einem Signalflussdiagramm der Digitalverarbeitungseinheit 56. 4 zeigt die entsprechenden Signalverläufe zugehörig zum Flussdiagramm der 5.
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In 4 ist im mit 1 bezeichneten obersten Diagramm der Zeitverlauf der Wechselrichterspannung 16, des Spulenstroms 14 und der elektrischen Spannung 18 am Kondensator 30 dargestellt.
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In den drei darauffolgenden Diagrammen der 4 sind entsprechende Signal-Zeit-Verläufe von Signalen bezüglich des Flussdiagramms gemäß 5 dargestellt.
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Zu erkennen ist, dass im zweiten Diagramm der 4 die aus den entsprechenden Nulldurchgängen der in 1 dargestellten elektrischen Spannungen gewonnenen Signale und deren Verknüpfungen für die Auswerteeinheit 58 dargestellt. Die Signale sind Rechtecksignale. Die Flächen unter den Rechtecksignalen repräsentieren Durchgangszeiten der Wechselrichterspannung 16 und des Spulenstroms 14 und der Verknüpfung der Wechselrichterspannung 16 und der elektrischen Spannung 18 am Kondensator 30.
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Eine Möglichkeit zur Auswertung der Flächen besteht im Zählen mittels eines Hilftaktes. Im dritten Diagramm der 4 ist deshalb ein Zählerstand zur Ermittlung der Dauer zwischen einem Nulldurchgang der Wechselrichterspannung 16 und dem Nulldurchgang des Spulenstromes 14 verschoben um 90 Grad dargestellt. Das vierte Diagramm der 4, das heißt, das unterste Diagramm, zeigt einen Zählerstand der Wechselrichterausgangsspannung 16. Aus diesen Größen können die aktuelle Wechselrichterfrequenz und die vorhandene Phasenverschiebung zwischen der Wechselrichterspannung 16 und dem Spulenstrom 14 abgeleitet werden. Aus den Größen tZCC90 und T/2 lässt sich die aktuelle Phasenlage frequenzunabhängig ermitteln. Dies erfolgt mit einer Signalverarbeitung gemäß 5.
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Das anhand der Figuren erläuterte Ausführungsbeispiel dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und ist für diese nicht beschränkend. Selbstverständlich wird der Fachmann bei Bedarf entsprechende Variationen vornehmen, ohne den Kerngedanken der Erfindung zu verlassen.
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Natürlich können auch einzelne Merkmale bedarfsgerecht in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, insbesondere Merkmale der abhängigen Ansprüche. Darüber hinaus können natürlich auch Vorrichtungsmerkmale durch entsprechende Verfahrensschritte und umgekehrt angegeben sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008027126 A1 [0003, 0007, 0014]
- KR 1020120016521 A [0006]
