DE102014203404B4

DE102014203404B4 - Stromrichterschaltung und Verfahren zum Betreiben derselben

Info

Publication number: DE102014203404B4
Application number: DE102014203404.3A
Authority: DE
Inventors: Marco Jung
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2023-11-16
Anticipated expiration: 2034-02-26
Also published as: DE102014203404A1

Abstract

Stromrichterschaltung (10, 10', 10''), mit folgenden Merkmalen:einer Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') mit drei Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26'), wobei jede der drei Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') jeweils ein erstes und ein zweites, in Serie geschaltetes schaltbares Element (22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b, 22a', 22b', 24a', 24b', 26a', 26b') umfasst;drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), die jeweils an einem Mittelknoten der Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') angeschlossen sind;einem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12), bei dem die erste Phase mit der ersten der drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), die zweite Phase mit der zweiten der drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), und die dritte Phase mit der dritten der drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), verbunden ist, wobei der dreiphasige Wechselspannungsanschluss (12) ausgebildet ist, einphasig oder dreiphasig betrieben zu werden;einem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14'), der mit einer ersten gemeinsamen Potenzialführung (14a, 14a') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') und einer zweiten gemeinsamen Potenzialführung (14b, 14b') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') verbunden ist; undeiner Ansteuerlogik (40), die ausgebildet ist, um in einem ersten Modus die Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') derart anzusteuern, dass auf Basis einer an dem Gleichspannungsanschluss anliegenden Gleichspannung eine dreiphasige Wechselspannung an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12) bereitgestellt wird oder dass auf Basis einer an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12) anliegenden, dreiphasigen Wechselspannung eine Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss bereitgestellt wird, und um in einem zweiten Modus die Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') derart anzusteuern, dass auf Basis einer an dem Gleichspannungsanschluss anliegenden Gleichspannung eine einphasige Wechselspannung an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12) bereitgestellt wird oder dass auf Basis einer an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12) anliegenden, einphasigen Wechselspannung eine Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss bereitgestellt wird,wobei die Ansteuerlogik (40) ausgebildet ist, um in dem zweiten Modus die zwei in dem einphasigen Betrieb genutzten Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') versetzt getaktet anzusteuern, so dass die Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss in dem zweiten Modus um mindestens 15% niedriger ist als die Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss in dem ersten Modus,wobei die Ansteuerlogik (40) ausgebildet ist, um in dem zweiten Modus die Ansteuerfrequenz zur Ansteuerung der schaltbaren Elemente (22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b, 22a', 22b', 24a', 24b', 26a', 26b') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') zu variieren oder zu reduzieren,wobei die Ansteuerfrequenz bis zu einem vorgegebenen Minimum variiert oder reduziert wird, wobei bei der minimalen Ansteuerfrequenz die vorgegeben Netzanschlussbedingungen für den Wechselspannungsanschluss (12) in dem einphasigen Betrieb eingehalten werden.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Stromrichterschaltung sowie auf ein Verfahren zum Betreiben der Stromrichterschaltung.
Stromrichterschaltungen sind häufig zentraler Bestandteil von Leistungselektroniken, wie sie z.B. in elektrischen Fahrzeugen verwendet werden. In elektrischen Fahrzeugen kommen im zunehmenden Maße sogenannte multifunktionale Stromrichterschaltungen zum Einsatz, die für unterschiedliche Netzformen (z.B. 1-phasig oder 3-phasig) und unterschiedliche Betriebsmodis (z.B. Antriebsstromrichtung, Netzrückspeisung oder Ladung) gerüstet sind. Eine derartige multifunktionale Stromrichterschaltung ist in der Patentschrift DE 10 2011 075 927 A1 offenbart. Ein besonderes Augenmerk bei der Optimierung der Leistungselektronik liegt auf solcher, die für den Ladebetrieb verwendet wird. Ein häufiges Optimierungsziel ist es einerseits sowohl die Funktionalität der Ladeelektronik, d.h. die Fähigkeit verschiedene Spannungsformen zu wandeln (Wandlung von einphasiger Wechselspannung oder dreiphasiger Wechselspannung in Gleichspannung oder Wandlung von Gleichspannung in Gleichspannung oder Wandlung von Gleichspannung in einphasige oder dreiphasige Wechselspannung) und gleichzeitig die Anzahl an Komponenten bzw. insbesondere an kosten- und/oder gewichtsintensiven Komponenten zu reduzieren oder derartige Komponenten mehrfach zu nutzen. Ein derartiges Konzept ist in der Patentanmeldung DE 10 2011 075 927 A1 beschrieben.
Die Patentschrift DE 10 2011 075 927 A1 zeigt einen multifunktionalen Stromrichter zur Stromrichtung; von Gleichspannung zu Gleichspannung, von Gleichspannung zu Wechselspannung und von Wechselspannung zu Gleichspannung.
Die EP 0 847 338 B1 zeigt ein elektrisches Netzteil mit gemischter Anordnung von Wechselsrichtern und Wechselstrom-/Gleichstromwandlern.
Die US 2004 / 0 004 852 A1 offenbart ein Verfahren zum Bereitstellen eines zusätzlichen Gleichspannungseingangs oder Gleichspannungsausgangs basierend auf einem Gleichspannungs-Wechselspannungs-Inverter.
Die US 2013 / 0 272 045 A1 zeigt einen Spannungswandler in der NPC-Konfiguration sowie ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben desselben.
Weitere Anforderungen werden seitens der Stromnetze gestellt, die für die Ladung bzw. die Netzrückspeisung bestimmte Bedingungen z.B. hinsichtlich Welligkeit vorgeben.
Bei derzeit auf dem Markt vorhandenen multifunktionalen Ladegeräten bzw. Stromrichtern müssen jedoch erhebliche Effizienzeinbußen bzw. Effizienzunterschiede zwischen dem einphasigen und dem dreiphasigen Laden bzw. Rückspeisen aufgrund der Doppelnutzung der Halbleiter und Induktivitäten in Kauf genommen werden. Insofern besteht der Bedarf nach einem verbesserten Ansatz.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Konzept zur Effizienzsteigerung von multifunktionalen Stromrichterschaltungen zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Stromrichterschaltung mit einer Brückenschaltung, drei Drosseln, einem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss, einem Gleichspannungsanschluss und einer Ansteuerlogik. Die Brückenschaltung umfasst drei Brücken, wobei jede der drei Brücken jeweils ein erstes und ein zweites, in Serie geschaltetes schaltbares Element umfasst. Die drei Drosseln sind jeweils an dem Mittelknoten der Brücke angeschlossen. Über diese drei Drosseln werden auch die drei Phasen des dreiphasigen Wechselspannungsanschlusses gebildet, wobei dieser ausgebildet ist, einphasig oder dreiphasig betrieben zu werden. Der Gleichspannungsanschluss wird über zwei Potenzialführungen, nämlich eine erste gemeinsame Potenzialführung der Brückenschaltung und eine zweite gemeinsame Potenzialführung der Brückenschaltung gebildet. Die Ansteuerlogik ist ausgebildet, um in einem ersten Modus die Brückenschaltung derart anzusteuern, dass auf Basis einer an dem Gleichspannungsanschluss anliegenden Gleichspannung eine dreiphasige Wechselspannung an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss bereitgestellt wird oder dass auf Basis einer an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss anliegenden, dreiphasigen Wechselspannung eine Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss bereitgestellt wird. Ferner ist die Ansteuerlogik auch dazu ausgebildet, um in einem zweiten Modus die Brückenschaltung derart anzusteuern, dass auf Basis einer an dem Gleichspannungsanschluss anliegenden Gleichspannung eine einphasige Wechselspannung an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss bereitgestellt wird oder dass auf Basis einer an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss anliegenden, einphasigen Wechselspannung eine Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss bereitgestellt wird.
Entsprechend einer ersten Ausführungsform kann die Ansteuerlogik der oben beschriebenen Stromrichterschaltung derart ausgebildet sein, dass diese in dem zweiten Modus die schaltbaren Elemente der zwei, in dem einphasigen Betrieb genutzten Brücken versetzt getaktet ansteuert, um in eben diesem zweiten Modus die Frequenz zur Ansteuerung der schaltbaren Elemente der Brückenschaltung zu variieren oder insbesondere zu reduzieren. Durch diese zwei Maßnahmen kann ebenfalls eine Effizienzsteigerung erzielt werden.
Entsprechend einer zweiten Ausführungsform erfolgt die Ansteuerung der Brückenschaltung mittels der Ansteuerlogik in dem zweiten Modus so, dass die zwei in dem einphasigen Betrieb genutzten Brücken versetzt getaktet werden, wobei gleichzeitig die Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss in dem zweiten Modus um mindestens 15% niedriger ist als die Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss in dem ersten Modus. Hierdurch kann die Effizienz insbesondere bei dem einphasigen Betrieb auf ein mit dem dreiphasigen Betrieb vergleichbares Niveau gehalten werden, auch wenn elektrische Komponenten, wie insbesondere die Drossel für den dreiphasigen Betrieb ausgelegt sind.
Entsprechend einer dritten Variante können die drei beschriebenen Maßnahmen, also die versetzt getaktete Ansteuerung, die auch als unipolare Ansteuerung bezeichnet werden kann, die Ansteuerfrequenzvariation bzw. Ansteuerungsfrequenzreduzierung und die Spannungsanpassung kombiniert werden, um so die maximale Effizienzsteigerung zu erzielen.
Kern der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, dass erkannt wurde, dass eine Stromrichterschaltung (z.B. eine multifunktionale, bidirektionale Stromrichterschaltung) durch unterschiedliche Maßnahmen der Ansteuerung bzw. durch Ausnutzung unterschiedlicher Effekte wesentlich in ihrer Effizienz verbessert werden kann. Die Effizienzsteigerung bezieht sich besonders auf den Betrieb der einphasigen Ladung bzw. einphasigen Rückspeisung unter Verwendung der Komponenten, die auch zur dreiphasigen Ladung bzw. dreiphasigen Rückspeisung eingesetzt werden und infolgedessen für die einphasige Ladung bzw. einphasige Rückspeisung überdimensioniert sind. Aufgrund der Überdimensionierung kann von der typischen Ansteuerungscharakteristik im einphasigen Modus abgekommen werden und eine Ansteuerungscharakteristik gewählt werden, die eine gesteigerte Effizienz bietet, aber ggf. ohne die überdimensionierten Komponenten die Netzeinspeisebedingungen bzw. Netzkonformitätsbedingungen nicht einhalten würde, da durch die für den dreiphasigen Betrieb ausgelegten Komponenten bzw. insbesondere Drosseln, die eine stärkere Glättung ermöglichen, sichergestellt wird, dass die Netzeinspeise- bzw. Netzkonformitätsspezifikation (z.B. Welligkeit) auch bei entsprechend variierter Ansteuercharakteristik erfüllt werden.
Variationsmerkmale bei der Ansteuercharakteristik sind Frequenzreduzierung, unipolare Ansteuerung und Zwischenkreisspannungsminderung auf Seiten des Gleichspannungsanschluss, wobei zumindest zwei, bevorzugterweise immer alle drei Optimierungsmerkmale kombiniert werden. Besonders prädestiniert ist die Kombination von unipolarer Ansteuerung und Frequenzreduzierung, da eben die unipolare Ansteuerung zu einer Reduzierung der Welligkeit führt, was „Spielraum“ für die zur Effizienzsteigerung führenden Frequenzreduzierung schafft. Infolgedessen kann also in dem einphasigen Modus die Ansteuerfrequenz bis zu einer durch die Netzkonformitätsbedingungen vorgegebenen Grenze reduziert werden. Auch eine Kombination von reduzierter Zwischenkreisspannung mit der unipolaren Taktung der Brückenschaltung führt zu einer Reduzierung der Schaltverluste und damit zu einer Effizienzsteigerung. Somit kann also eine Effizienzsteigerung dadurch erzielt werden, dass in dem einphasigen Modus mit (im Vergleich zu dem dreiphasigen Modus) reduzierter Zwischenkreisspannung gearbeitet wird. Hierbei sei angemerkt, dass es typischerweise auch nicht zwingend erforderlich ist, an dem Gleichspannungsanschluss (Zwischenkreis) sowohl im einphasigen als auch im dreiphasigen Modus dieselbe Gleichspannung bereitzustellen bzw. abzugreifen, da, wenn notwendig, an dem Gleichspannungsanschluss auch weitere Mittel zur Gleichspannungsanpassung vorgesehen werden können.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen, insbesondere für die zweite Ausführungsform, kann durch einen nachgeschalteten Gleichspannungs-Gleichspannungswandler an dem Gleichspannungsausgang die Gleichspannung angepasst werden, so dass die verwendete bzw. bereitgestellte Gleichspannung in dem ersten und zweiten Modus annährend gleich, d.h. mit einer Toleranz von ± 5%, gleich ist. Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel wäre auch eine Anpassung der Spannung mittels eines dritten „Ansteuerungs“-Modus möglich. Hierbei werden dann die schaltbaren Elemente versetzt getaktet.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann die Stromrichterschaltung mit einem zusätzlichen Schaltnetzwerk verbunden sein, das die Drosselanordnung mit den drei Drosseln in schaltbarer Weise mit dem Wechselspannungsanschluss koppelt. Mittels dieses Schaltnetzwerks ist es auch möglich, einen weiteren Gleichspannungsanschluss an die drei Drosseln anzukoppeln, so dass über die Stromrichterschaltung eine Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlung (zwischen dem ersten und dem alternativen Gleichspannungsanschluss) ermöglicht wird. Hierbei wäre es entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen bei Verwendung einer sogenannten B6-Schaltung als Brückenschaltung auch denkbar, parallel zu der Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlung eine einphasige Gleichspannungs-Wechselspannungs-Wandlung oder Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandlung (zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss und dem Wechselspannungsanschluss) durchzuführen.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann die Brückenschaltung auch als B8-Brückenschaltung oder als Kombination von zwei B6-Brückenschaltungen ausgeführt sein, um so einerseits die Funktionalität und andererseits die Leistungsfähigkeit in Bezug auf die zu übertragende elektrische Leistung zu steigern.
Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Stromrichterschaltung. Hierbei wird von der oben beschriebenen Grundtopologie, umfassend die Brückenschaltung mit den drei Brücken, den drei Drosseln, dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss und dem ersten Gleichspannungsanschluss, ausgegangen. Das Verfahren umfasst die Schritte des Ansteuerns von den ersten und zweiten schaltbaren Elementen entsprechend einem ersten Modus und des Ansteuerns von den ersten und zweiten schaltbaren Elementen entsprechend einem zweiten Modus. In dem ersten Modus erfolgt wiederum die Wandlung von dreiphasiger Wechselspannung in Gleichspannung oder umgekehrt, wobei in dem zweiten Modus wiederum die Wandlung von einphasiger Wechselspannung in Gleichspannung oder umgekehrt, erfolgt. Entsprechend dieser Variante des Verfahrens, erfolgt das Ansteuern in einem zweiten Modus derart, dass die zwei in dem einphasigen Betrieb genutzten Brücken versetzt getaktet sind, so dass die Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss in dem zweiten Modus um mindestens 15% niedriger ist als die Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss in dem ersten Modus. Entsprechend einer anderen Variante dieses Verfahrens (entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen), erfolgt das Ansteuern in dem zweiten Modus unter Variation und/oder unter Reduktion der Ansteuerfrequenz zur Ansteuerung der schaltbaren Elemente bei gleichzeitiger versetzter Taktung der zwei, in dem einphasigen Betrieb genutzten Brücken. Entsprechend einer dritten Variante kann das Verfahren zum Betreiben der Stromrichterschaltung ein solches Ansteuern (im zweiten Modus) umfassen, entsprechend welchem sowohl ein unipolares Takten, eine Variation (bzw. Reduzierung) der Zwischenkreisspannung als auch eine Variation (bzw. Reduzierung) der Ansteuerfrequenz erfolgt.
Besondere Ausprägungen der Erfindung werden anhand der Unteransprüche charakterisiert.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltbild einer Stromrichterschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2a ein schematisches Diagramm zur Illustration des Aussteuergrads und des entstehenden Stromrippels;
2b ein schematisches Diagramm zur Illustration der Auswirkungen der Ansteuerungsfrequenz auf den Stromrippel;
2c ein schematisches Diagramm zur Illustration der Schaltverluste bei einer Stromrichterschaltung in Abhängigkeit von Ansteuerfrequenz und Zwischenkreisspannung;
3a,b schematische Diagramme zur Illustration des Ausgangssignals bei unterschiedlicher Ansteuerung (Bipolartaktung oder Unipolartaktung);
4a,b schematische Blockschaltbilder einer multifunktionalen Stromrichterschaltung gemäß einem erweiterten Ausführungsbeispiel in zwei verschiedenen Typologien;
5 ein schematisches Blockschaltbild einer Stromrichterschaltung entsprechend erweiterten Ausführungsbeispielen.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren im Detail erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente und Strukturen mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer aufeinander anwendbar bzw. austauschbar wird.
1 zeigt eine bidirektionale Stromrichterschaltung 10 mit einem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss 12 und einem ersten Gleichspannungsanschluss 14. Die Stromrichterschaltung 10 umfasst eine Brückenschaltung 20 mit drei Brücken 22, 24 und 26, die beispielsweise zwischen zwei Potenzialführungen 14a und 14b auf Seiten des Gleichspannungsanschlusses 14 angeordnet sein können. Jede Brücke 22, 24 und 26 umfasst zumindest zwei schaltbare Elemente 22a, 22b, 24a, 24b, 26a und 26b. Auf Seiten des Wechselspannungsanschluss 12 sind drei Drosseln 32, 34 und 36 vorgesehen, wobei die Drossel 32 mit einem Mittelknoten der Brücke 22 verbunden ist, die Drossel 34 ist mit dem Mittelknoten der Brücke 24 und die Drossel 36 ist mit dem Mittelknoten der Brücke 26 verbunden. Die schaltbaren Elemente 22a, 22b, 24a, 24b, 26a und 26b können beispielsweise Transistoren, wie zum Beispiel IGBTs (Insulated Gate-Bipolartransistor, Bipolartransistor mit isoliertem Gate), mit einer optionalen, parallel geschalteten Diode sein. Die schaltbaren Elemente 22a, 22b, 24a, 24b, 26a und 26b ermöglichen je nach Ansteuerung einen Stromfluss zwischen dem jeweiligen Mittelknoten und einer gemeinsamen Potenzialführung 14a oder 14b. Die Ansteuerung erfolgt durch die Ansteuerlogik 40, die deshalb mit den schaltbaren Elementen 22a, 22b, 24a, 24b, 26a und 26b z.B. über den Gatekontakt verbunden ist. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Darstellung der Brückenschaltung 20 stark vereinfacht ist und z.B. weitere elektrische Bauelemente umfassen kann, so dass beispielsweise eine NPC-Brückenschaltung (Neutral-Point-Clambed-Brückenschaltung, Neutral-Punkt-Abgriff-Brückenschaltung) oder eine BSNPC-Brückenschaltung (Bipolar Switch Neutral-Point-Clamped-Brückenschaltung, bipolare Neutral-Punkt-Abgriff-Brückenschaltung) geformt wird. Nachfolgend werden ausgehend von dieser Topologie die Funktionalität sowie die Funktion der Stromrichterschaltung 10 beschrieben. Hierbei wird insbesondere auf die Ansteuerung mittels der Ansteuerlogik 40 eingegangen.
Bei der Funktionsweise ist zwischen zwei Basismodi zu unterscheiden. Entsprechend einem ersten Modus kann die Brückenschaltung 20 derart angesteuert werden, dass auf Basis einer an dem Gleichspannungsanschluss 14 anliegenden Gleichspannung eine dreiphasige Wechselspannung an dem Wechselspannungsanschluss 12 bereitgestellt wird oder dass auf Basis einer an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss 12 anliegenden dreiphasigen Wechselspannung eine Gleichspannung bereitgestellt wird. Hier werden die drei Phasen über den Wechselspannungsanschluss 12 angelegt, während der Neutralleiteranschluss z.B. über einen galvanisch getrennten N-Punkt auf Gleichspannungsanschlussseite 14 realisierbar wäre. In diesem ersten Modus werden alle sechs schaltbaren Elemente 22a, 22b, 24a, 24b, 26a und 26b sowie die drei Drosseln 32, 34 und 36 verwendet. Die Ansteuerung der schaltbaren Elemente 22a, 22b, 24a, 24b, 26a und 26b erfolgt in Abhängigkeit von der jeweiligen Wechselspannung (vgl. dreiphasiger Wechselspannungsanschluss 12), so dass die Ansteuerung synchron zu der Frequenz der jeweiligen Wechselspannung (50 Hz oder 60 Hz) erfolgt bzw. einem Vielfachen dieser entspricht. Bei der Gleichrichtung wird je Brücke 22, 24 oder 26 die erste gemeinsame Brückeninitialführung 14a mit einer ersten Halbwelle beaufschlagt, während die zweite gemeinsamen Brückeninitialführung 14b mit der zweiten Halbwelle beaufschlagt wird. Bei der Wechselrichtung werden beispielsweise die Drosseln 32 bis 36 (je Phase) mit einer gepulsten Rechteckspannung beaufschlagt, so dass aufseiten des Wechselspannungsanschlusses 12 durch die Pulsbreitenmodulation (PWM) die Sinusform der Wechselspannung nachgebildet werden kann. Die Drosseln 32, 34 und 36 dienen sowohl bei der Gleichrichtung als auch bei der Wechselrichtung zur Glättung. Das Umschalten zwischen Gleichrichtung und Wechselrichtung kann durch die unterschiedliche Ansteuerung der schaltbaren Elemente 22a bis 26b erfolgen, was durch die Ansteuerung mittels der Ansteuerungslogik 40 realisiert ist.
In einem zweiten Modus kann auf Basis der an dem ersten Gleichspannungsanschluss 14 anliegenden Gleichspannung an dem Wechselspannungsanschluss 12 eine einphasige Wechselspannung (eine Phase des dreiphasigen Wechselspannungsanschlusses 12 plus einen Neutraleiter) bereitgestellt werden oder auf Basis einer an dem Wechselspannungsanschluss 12 anliegenden einphasigen Wechselspannung eine Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss 14 bereitgestellt werden. Der Anschluss des Neutralleiters kann beispielsweise mittels einer im zweiten Modus nicht verwendeter Halbbrücke erfolgen, die optional auch aktiv in die Umsetzung eingreift. Es sei angemerkt, dass ein aktives Eingreifen der zweiten Halbbrücke weitere Betriebsmodis, wie z.B. den sogenannten Splitphasen-Betrieb, ermöglicht. Die grundsätzlichen Mechanismen bei der Gleichrichtung, wie auch bei der Wechselrichtung im Einphasenmodus entsprechen dem oben im Rahmen des dreiphasigen Modus Erläuterten. Die Umschaltung zwischen diesem ersten und dem zweiten Modus erfolgt in erster Linie dadurch, dass die Ansteuerungslogik 40 einen veränderten Schaltalgorithmus durchführt, beispielsweise so, dass eine der Brücken 26 und damit auch eine der Drosseln 36 nicht angesteuert werden.
Dadurch, dass sowohl im einphasigen als auch im dreiphasigen Betrieb (also im ersten und im zweiten Modus) die gleichen Komponenten, d.h. die gleichen schaltbaren Elemente 22a, 22b, 24a, 24b, 26a und 26b (gleichen Halbleiter) und die gleichen Drosseln 32, 34 und 36 und/oder die gleichen schaltbaren Elemente 22a, 22b, 24a, 24b, 26a und 26b benutzt werden (bzw. einige dieser genannten Komponenten in beiden Modi benutzt werden), erfolgt die Dimensionierung dieser Komponenten (Leistungshalbleiter und Drosseln) unter Berücksichtigung des Modus, der die höheren Anforderungen an dieselben stellt. Hierbei ist insbesondere die Ladeleistung, die im dreiphasigen Netzbetrieb am höchsten ist, ausschlaggebend. Dies gilt z.B. für die Induktivitätswert der Netzdrosseln, die in Abhängigkeit von der zu übertragenden Leistung beim Dreiphasen-Laden bzw. bei der Dreiphasen-Rückspeisung so ausgelegt werden, dass der erlaubte Oberwellengehalt des einzuspeisenden bzw. des zu beziehenden Netzstroms eingehalten wird. Infolgedessen sind die Komponenten z.B. für den einphasigen Betrieb, also für den zweiten Modus überdimensioniert, was sich in einem verschlechterten Wirkungsgrad äußert. Die Überdimensionierung der Drosseln kann durch unterschiedliche Mechanismen ausgenutzt werden. Hierzu stehen unterschiedliche Mechanismen, die bevorzugterweise allerdings kombiniert werden bzw. sich ergänzen, zur Verfügung.
Ein erster Mechanismus bezieht sich auf die versetzte Ansteuerung der schaltbaren Elemente 22a/22b und 24a/24b (und 26a/26b), die auch als unipolare Taktung bezeichnet wird und der Ansteuerung eines Dreipunkt-Wechselrichter entspricht. Bei der unipolaren Taktung erfolgt eine versetzt getaktete Ansteuerung der genutzten Brücken 22, 24 und/oder 26, nämlich so dass die zwei Halbwelle der Sinusschwingung (z.B. mittels Pulsweitenmodulation) nachgebildet werden. Die unipolare Taktung wird im Detail Bezug nehmend auf 3a und 3b erläutert. Die entsprechende Ansteuerung von 22a/22b und 24a/24b erfolgt durch die Ansteuerlogik 40. Die Stromrichterschaltung 20, basierend auf der unipolaren Taktung, ermöglicht die Effizienzverbesserung gegenüber einer (herkömmlichen) Stromrichterschaltung basierend auf einer bipolaren Taktung insbesondere durch die Kombination mit einem weiteren Mechanismus, nämlich entweder in Kombination mit der Reduzierung der Ansteuerfrequenz und/oder der Reduzierung der Zwischenkreisspannung, wobei entsprechend bevorzugten Ausführungsbeispielen alle drei Mechanismen kombiniert werden, um die maximale Effizienzsteigerung zu erzielen. Beispielsweise werden durch die Variation und/oder Reduktion der Ansteuerfrequenz (z.B. von 20 kHz auf 10 kHz oder von 5 kHz auf 1 kHz) die Schaltverluste der schaltbaren Elemente 22a, 22b, 24a, 24b, 26a und 26b vermindert, was insgesamt zu einer Effizienzsteigerung der Stromrichterschaltung führt, aber häufig Nachteile hinsichtlich Stromwelligkeit mit sich bringt. Allerdings kann durch die oben beschriebene Überdimensionierung der elektrischen Komponenten bzw. insbesondere der Drosseln 32 bis 36 die Ansteuerfrequenz zur Effizienzsteigerung reduziert werden, ohne dass die Netzeinspeisebedingungen bzw. die Netzkonformitätsbedingungen verletzt werden. Der erlaubte Drosselstromrippel beträgt zumeist 10% vom Netzstrom und ist im Zusammenhang mit der Zwischenkreisspannung U_ZK (vgl. Gleichspannungsanschluss 14) und der Schaltfrequenz f_SW der schaltbaren Elemente 22a bis 26b (vgl. Logik 40) sowie der gewählten Schaltungstopologie zu sehen. Des Weiteren spielt auch die Modulation und die Ansteuerungsstrategie der schaltbaren Elemente 22a bis 26b eine große Rolle.
Nachfolgend werden anhand der 2a bis 2c die drei Mechanismen zur Effizienzsteigerung, also das versetzte bzw. unipolare Takten bei der einphasigen Ladung bzw. einphasigen Rückspeisung, die Veränderung bzw. Anpassung oder Reduzierung der Schaltfrequenz der Leistungshalbleiter (schaltbaren Elemente) sowie die Anpassung der Zwischenkreisspannung bzw. der DC-Eingangsspannung des Wechselrichters beschrieben.
2a zeigt ein Diagramm der Änderung des Stromrippels über den Aussteuergrad. Mit der gestrichelten Linie ist der maximal zulässige Stromrippel (hier für den dreiphasigen Betrieb) dargestellt. Wie zu erkennen ist, wird durch die richtige Dimensionierung z.B. der Drosseln das Maximum des entstehenden Stromrippels, das typischerweise bei 0,5 des Aussteuergrads liegt, so festgelegt, dass dieses die Grenze für den Stromrippel Δl_AC3 nicht überschreitet.
2b zeigt ebenfalls den Stromrippel in Abhängigkeit von dem Ansteuergrad, wobei hier der Stromrippel sowohl für den dreiphasigen Betrieb (vgl. ΔI_AC3) und für den einphasigen Betrieb, allerdings für unterschiedliche Taktungen, nämlich die bipolare Taktung (vgl. ΔI_AC1 _2Punkt) und die unipolare Taktung (vgl. ΔI_AC13Punkt.), dargestellt ist. Wie zu erkennen ist, ist der maximale Stromrippel bei der unipolarer Taktung im Vergleich zu dem maximal zulässigen Stromrippel (gestrichelte Linie), definiert durch ΔI_AC3, erheblich reduziert. Dies ist beispielsweise auf die Überdimensionierung der Komponenten zurückzuführen. Unter Ausnutzung der maximal zulässigen Stromwelligkeit kann nun eine Effizienzsteigerung erreicht werden.
Die Effizienzsteigerung wird durch Reduzierung der Schaltfrequenz f_SW oder allgemein durch Frequenzanpassung der Ansteuerfrequenz erzielt, wie anhand des Pfeiles (gekennzeichnet durch f_{SW AC1}) illustriert ist. Die maximale Frequenzreduzierung, also die minimale Frequenz durch den vorgegebenen Oberwellengehalt im Netzstrom vorgegeben ist. Diese Effizienzsteigerung bzw. die Reduzierung der Verlustleistung, ist anhand der folgenden Formel zu erkennen. $P_{L} = U_{0} \cdot I_{A V} + r_{T} \cdot I_{R M S}^{2} + (w_{0} + w_{1} \cdot \hat{I} + w_{2} \cdot {\hat{I}}^{2}) \cdot f_{s w} \cdot {[\frac{U_{Z K}}{U_{Z K r e f}}]}^{x}$
Die Formel beschreibt die Verluste (Durchlassverluste und Schaltverluste) im Halbleiter und deren Einfluss von der Schaltfrequenz und der angelegten Spannung. Aus der Formel gehen anhand des dritten Terms, der die Schaltverluste beschreibt, die Einflussfaktoren auf die Verlustleistung hervor. Ausgehend hiervon wird auch deutlich, warum eine Reduzierung der Schaltfrequenz f_SW zu einer Reduzierung der Schaltverluste führt.
Einen weiteren Einfluss hat die angelegte Zwischenkreisspannung U_ZK auf die Schaltverluste. Hierbei ist das Verhältnis der Zwischenkreisspannung (z.B. zwischen Source und Emitter eines IGBTs) bezogen auf eine Referenzspannung U_ZKref maßgeblich (vgl. Verlustformel). Dieser Zusammenhang ist in 2c illustriert.
2c zeigt die Abhängigkeit der Schaltverluste P_SW von dem Strom I. Wie anhand des Pfeils illustriert ist, kann durch die Reduzierung der Zwischenkreisspannung U_ZK die Schaltverluste reduziert werden. Aufgrund der Netzanschlussbedingung liegt die passive gleichgerichtete Netzspannung (z.B. bei einer B6-Brücke bzw. bei einer BSNPC-Brücke) bei einem dreiphasigen Netzanschluss im Normalfall bei $\sqrt{2 \cdot} \sqrt{3 \cdot} 230 V$
also bei ca. 563 V, während bei einem einphasigen Netzanschluss diese $\sqrt{2 \cdot} 230 V,$
also ca. 325 V beträgt. Da normalerweise die Klemmspannung einer Traktionsbatterie bei einem Elektrofahrzeug zwischen 200 und 400 V liegt, ist durch die Variation der Zwischenkreisspannung zwischen den beiden Netzformen einphasig und dreiphasig eine Minderung der Halbleiterschaltverluste möglich.
Nachfolgend wird mit Bezug auf 3a und 3b die unipolare Taktung erläutert, die die Basis für die Möglichkeiten der Effizienzsteigerung durch Variation der Schaltfrequenz f_SW und/oder durch Variation der Zwischenkreisspannung U_ZK bildet.
3a zeigt ein Diagramm zur Illustration der bipolaren Taktung, während 3b ein Diagramm zur unipolaren Taktung zeigt.
3a illustriert den Spannungsverlauf zwischen den Mittelabgriffen von zwei Halbbrücken (vgl. 22, 24) bei der bipolaren Taktung. Diese auch als Zweipunkttaktung bezeichnete Taktung, die beispielsweise bei einphasigen Wechselrichtern (z.B. in der Photovoltaik-Technik) eingesetzt wird, ist eine häufig verwendete Taktungsart, insbesondere bei H4-Brücken. Bei der Energieflussrichtung 14→12 wird (in Abhängigkeit von der Gleichspannung U_ZK an dem Gleichspannungsanschluss 14) an den jeweiligen Mittelabriffen der Halbbrücken (22, 24) die Spannung +U_ZK bzw. -U_ZK zeitlich variant bereitgestellt. Bei gegebener Ansteuerfrequenz wird die Pulsdauer dann entsprechend der jeweiligen Pulsweitenmodulation variiert, sodass nach Glättung mittels des nachgeschalteten Filters (z.B. 32 und 34 und 66) eine sinusförmige Wechselspannung mit entsprechender Netzfrequenz, z.B. mit 50 Hz, ausgegeben werden kann.
Wie anhand von 3b zu erkennen ist, erfolgt bei der versetzten Taktung bzw. unipolaren Taktung die Schaltung der schaltbaren Elemente derart, dass (bei Anliegen der Gleichspannung U_ZK auf Gleichspanungsseite 14) auf Wechselspannungsseite über die Mittelabriffe der zwei Halbbrücken (22, 24) die Spannungspulse einmal zwischen +U_ZK und Null (vgl. erster Modulationsblock 75) und einmal zwischen Null und -U_ZK (vgl. zweiter Modulationsblock 77) entsprechend dem zeitlichen Verlauf bereitgestellt werden. Durch diese Dreipunkttaktung mit der entsprechenden Pulsweite je Modulationsblock 75 bzw. 77, die in der zeitlichen Dimension versetzt zueinander angeordnet sind, werden dann pro Modulationsblock 75 und 77 nach Glättung durch die Drosseln (32 und 34) die zwei Halbwelle (positive und negative Halbwelle der sinusförmigen Wechselspannung nachgebildet. Aufgrund dessen, dass an den Drosseln unterschiedliche Spannungshübe anliegen und die Frequenzen unterschiedlich sind, wird jeweils auch ein unterschiedlicher Induktivitätswert benötigt. D.h. also im Detail, dass (ausgehend von gleicher Schaltfrequenz) beim unipolaren Takten gegenüber dem bipolarem Takten eine geringere Induktivität benötigt wird, was von einer anderen Seite betrachten bei gleichem Induktivitätswert eine Verringerung der Schaltfrequenz ermöglicht (vgl. obige Erläuterung einphasiger / dreiphasiger Betrieb).
4a zeigt eine Stromrichterschaltung 10' mit einer Brückenschaltung 20, die hier wiederum als B6-Brücke mit den drei Brücken 22, 24 und 26 ausgeführt ist, wobei die drei Brücken 22, 24 und 26 zwischen der ersten und der zweiten Potenzialführung 14a und 14b angeordnet sind. Mit den drei Brücken 22, 24 und 26 sind die drei Drosseln 32, 34 und 36 verbunden, wobei zwischen den Drosseln 32, 34 und 36 und dem Wechselspannungsanschluss 12 ein Schaltnetzwerk 50 vorgesehen ist.
Das Schaltnetzwerk 50 umfasst eine erste Schalteranordnung 52 zur selektiven Kopplung der Drosseln 32, 34 und 36 an die jeweilige Phase des dreiphasigen Wechselspannungsanschlusses 12. Dieses Schaltnetzwerk 50 umfasst des Weiteren ein Netzrelais 54, über welches die drei Phasen des Wechselspannungsanschlusses 12 abgekoppelt werden können. Über das Schaltnetzwerk 50 bzw. insbesondere über die Schalteranordnung 52 kann durch Abkopplung und/oder Zuschaltung entsprechender Phasen zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus bzw. zwischen dem einphasigen und dem dreiphasigen Betrieb hin und her geschaltet werden. Im dreiphasigen Betrieb sind alle drei Schalter der Schalteranordnung 52 geschlossen, so dass die drei Phasen des dreiphasigen Wechselspannungsanschlusses 12 mit den drei Drosseln 32, 34 und 36 verbunden sind, während in dem einphasigen Betrieb nur zwei Schalter der Schalteranordnung 52 geschlossen sind, so dass die eine Drossel, z.B. 32 mit der Phase beaufschlagbar ist, während die zweite Drossel 34 mit dem Nullleiter beaufschlagbar ist.
Auf einer zweiten Seite der Brückenschaltung 10' kann ein sogenannte Zwischenkreiskapazität 58, hier ausgeführt als serielle Kondensatoranordnung mit zwei Kondensatoren 58a und 58b, vorgesehen sein, die zwischen der ersten Potenzialführung 14a und der zweiten Potenzialführung 14b gekoppelt ist. Des Weiteren kann mit dem ersten Gleichspannungsanschluss 14 ein optionaler Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler 60 verbunden sein, der ausgebildet ist, die Gleichspannung, bereitgestellt durch den Gleichspannungsanschluss 14 auf ein anderes Spannungsniveau umzutransformieren, so dass beispielsweise die Batterie 62 mit der optimalen Gleichspannung geladen werden kann. Wie oben beschrieben, können sich Gleichspannungsschwankungen an dem Gleichspannungsanschluss 14 dadurch ergeben, dass die Brückenschaltung je nach Energieflussrichtung einmal im (unipolaren,) einphasigen Betrieb und einmal im dreiphasigen Betrieb betrieben wird. Der Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler 60 ist also ausgebildet, um eine Spannungsanpassung, z.B. in Form einer Tiefsetzstellung, z.B. von 563 V auf 400 V (Batteriespannung) vorzunehmen.
Insbesondere ist der Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler 60 dazu ausgebildet, um unabhängig von dem gewählten ersten oder zweiten Modus bei dem Betrieb der Brückenschaltung 20' an dem Ausgang des Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlers 60 eine Gleichspannung bereitzustellen, die innerhalb eines Toleranzbereichs von ± 5% oder auch innerhalb eines Toleranzbereichs von ± 10% gleich ist. Also werden bei dieser Energieflussrichtung (12→14) Spannungsunterschiede an dem Gleichspannungsanschluss 14 ausgeglichen, da typischerweise beispielsweise in dem ersten Modus eine höhere Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss 14 bereit steht als in dem zweiten Modus. Umgekehrt kann für die Wechselrichtung (von einer Gleichspannung in eine Wechselspannung, 14 → 12) der Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler 60 auch dazu ausgebildet sein, eine Anpassung der Gleichspannung der Batterie 62 vorzunehmen, so dass unabhängig von dem ersten oder zweiten Modus eine hinsichtlich des Wechselspannungsbetrages ausreichende Wechselspannung an dem Wechselspannungsanschluss 12 bereitgestellt wird.
Die Stromrichterschaltung 10' kann optionaler Weise einen zweiten Gleichspannungsanschluss 64 umfassen, der über Teile des Schaltnetzwerks 50, nämlich einen ersten Teil 56a (Schalteranordnung 56a) und einen zweiten Teil 56b (Schalter 56b) mit der Brückenschaltung verbindbar ist. Hierbei koppelt der Schalter 56a in schaltbarer Weise den ersten Pol des zweiten Gleichspannungsanschlusses 64 an die Brückenschaltung 20' bzw., um genau zu sein, an einen der Potenzialabgriffe der Brückenschaltung 20', z.B. an den Potenzialabgriff 14b, an, während über die Schalteranordnung 56b der zweite Pol des zweiten Gleichspannungsanschlusses 64 in selektiver Weise an eine der Drosseln 32, 34 oder 36 ankoppelbar ist. Je nach Verwendungszweck ist es also möglich, unter Zuhilfenahme einer Drossel, beispielsweise der Drossel 36, und unter Zuhilfenahme einer Halbbrücke, beispielsweise der Halbbrücke 26, eine Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlung zwischen dem ersten und dem zweiten Gleichspannungsanschluss 14 und 64 durchzuführen. Hierbei kann dann auch je nach Stellung des Schaltnetzwerks 50 in paralleler Weise eine Gleichspannungs-Wechselspannungs-Wandlung oder umgekehrt zwischen dem Wechselspannungsanschluss 12 und dem Gleichspannungsanschluss 14 durchgeführt werden.
Bei der hier dargestellten Topologie ist also die einphasige Ladung bzw. einphasige Rückspeisung (zwischen 12 und 14) und die einphasige Ladung bzw. einphasige Rückspeisung bei gleichzeitiger Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlung zwischen den Gleichspannungsanschlüssen 14 und 64 möglich. Für den dreiphasigen Betrieb kann die dargestellte Topologie für den unipolaren Betrieb derart modifiziert werden, dass z.B. die drei Mittelknoten der drei Brücken 22, 24 und 26 in schaltbarer Weise mit der Zwischenkreiskapazität 58 verbunden sind, wie in 4b dargestellt ist.
4b zeigt die Stromrichterschaltung 10', wobei die drei Mittelknoten der Brücken 22, 24 und 26 jeweils über einen Schalter 22s, 24s und 26s mit einem Mittelknoten 58k (Neutral-Punkt-Abgriff) der Zwischenkreiskapazität 58 verbindbar sind. Dieser Mittelknoten 58k der Zwischenkreiskapazität ist zwischen den zwei Kondensatoren 58a und 58b derselben angeordnet, so dass dieser also galvanisch getrennt ist. Hierdurch kann im 3-phasigen Betrieb das Bezugspotenzial (Dreipunkt) gebildet werden, wobei die Schalter 22s, 24s und 26s mittels der Ansteuerlogik (nicht dargestellt) entsprechend getaktet angesteuert werden. Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass die Schalter 22s, 24s und 26s im einphasigen Betrieb (zweiter Modus) geöffnet sind, so dass dann der Mittelknoten 58k „schwebend“ ist (virtueller Nullpunkt).
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die oben dargestellte Brückenschaltung auch mehr als die drei Brücken, z.B. vier Brücken (vgl. B8-Brückenschaltung) oder sogar sechs Brücken umfassen. Typischerweise nimmt mit zunehmender Anzahl der Brücke auch die Anzahl der Drosseln zu. Ein Beispiel für eine Stromrichterschaltung mit sechs Brücken ist in 5 gezeigt.
5 zeigt eine Stromrichterschaltung 10'' mit einer ersten Brückenschaltung 20''a und einer zweiten Brückenschaltung 20''b. Die beiden Brückenschaltungen 20''a und 20''b umfassen jeweils drei parallel geschaltete Brücken 22', 24' und 26' mit jeweils zwei schaltbaren Elementen 22a', 22b', 24a', 24b', 26a' und 26b'. Die Verschaltung der Brückenschaltungen 20''a und 20''b ist derart ausgeführt, dass die zwei Potenzialabgriffe 14a' einen gemeinsamen Knotenpunkt (gekennzeichnet mit dem Bezugszeichen 14a'k) bilden, während die zwei Potenzialabgriffe 14b' einem weiteren Knotenpunkt 14b'k ausbilden. Zwischen diesen zwei Knotenpunkten wird der erste Gleichspannungsanschluss 14' geformt. Wie bei dem obigen Ausführungsbeispiel ist jede Brücke 22', 24' und 26' jeweils über ihre Mittelknoten mit einer Drossel 32', 34' und 36' verbunden, die ihrerseits wiederum mit einer Phase des dreiphasigen Wechselspannungsanschlusses 12 gekoppelt sind. Durch die Parallelschaltung der zwei Brückenschaltungen 20a'' und 20b'' ist sozusagen pro Phase eine Parallelschaltung von den zwei Drosseln 32' bzw. 34' bzw. 36' vorhanden.
Hinsichtlich Funktion entspricht die hier dargestellte Stromrichterschaltung 10'' den Obigen, mit der Ausnahme, dass die zwei Brückenschaltungen 20a'' und 20b'' in paralleler Weise über die Ansteuerlogik (nicht dargestellt) angesteuert werden. Die Ansteuerung hier kann entweder im sogenannten Parallelbetrieb oder Interleavedbetrieb erfolgen, wobei der Interleavedbetrieb es zusätzlich ermöglicht, dass die Ansteuerfrequenz auch bei der dreiphasigen Stromrichtung reduziert werden kann, ohne dass die Netzkonformitätsbedingungen verletzt werden, da die Stromwelligkeit im Interleavedbetrieb grundsätzlich verbessert ist. im einphasigen Betrieb sind die oben beschriebenen Grundgedanken zur Effizienzsteigerung, also die Kombination aus mindestens zwei, bevorzugt drei Mechanismen (unipolare Taktung, Anpassung der Zwischenkreisspannung, Anpassung der Ansteuerfrequenz) in analoger Weise anwendbar.
Im Allgemeinen sei darauf hingewiesen, dass die oben beschriebenen Mechanismen zur Effizienzsteigerung auf unterschiedliche Stromrichterschaltungen in unterschiedlicher Topologie angewendet werden können, da die unterschiedlichen Ansteuerungsmechanismen insbesondere durch die Ansteuerlogik bestimmt werden.
Auch wenn oben anders dargestellt, sei darauf hingewiesen, dass die Ansteuerlogik als ASIC oder als auch als einfacher Prozessor, der beispielsweise eine CPU umfasst, ausgeführt sein kann, wenn auf diesem das entsprechende Verfahren zur Ansteuerung ausgeführt wird.
Deshalb beziehen sich weitere Ausführungsbeispiele auf ein Verfahren zur Ansteuerung einer Stromrichterschaltung bzw. zum Betreiben einer Stromrichterschaltung, wobei das Verfahren die Schritte des Ansteuerns der ersten und zweiten schaltbaren Elemente der mindestens drei Brücken der Brückenschaltung entsprechend einem ersten und einem zweiten Modus umfasst. Bei dem ersten Modus erfolgt, wie bereits oben beschrieben, die Wandlung von dreiphasiger Wechselspannung in Gleichspannung oder umgekehrt, während bei dem zweiten Modus die Wandlung von einphasiger Wechselspannung in Gleichspannung oder umgekehrt erfolgt. Die Schritte werden insbesondere so ausgeführt, dass in dem zweiten Modus unter Variation und/oder unter Reduktion der Ansteuerfrequenz zur Ansteuerung der schaltbaren Elemente derart erfolgt, so dass die schaltbaren Elemente der zwei, in dem einphasigen Betrieb genutzten Brücken versetzt getaktet angesteuert werden. Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Ansteuerung in dem zweiten Modus auch derart erfolgen, dass die zwei, in dem einphasigen Betrieb genutzten Brücken versetzt getaktet sind, so dass die Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss in dem zweiten Modus um mindestens 15% niedriger ist als die Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss in dem ersten Modus.
Bezug nehmend auf 1 bzw. 5 sei angemerkt, dass entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen über den dreiphasigen Wechselspannungsanschluss 12 auch eine sogenannte Splitphase bereitgestellt bzw. abgegriffen werden kann.
Bezug nehmend auf 4a, 4b sei angemerkt, dass der Gleichspannungsanschluss 64 beispielsweise zum Anschluss an ein Gleichspannungsnetz dient oder mit einem ein induktiven Koppler verbunden sein kann, um eine induktive Ladung der Batterie 62 über den Gleichspannungsanschluss 64 oder auch eine induktive Rückspeisung zu ermöglichen.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen, wäre es auch möglich, den Wechselspannungsanschluss 12 nicht mit der typischen Frequenz von 50 oder 60 Hz zu betreiben, sondern hier eine Spannung mit einer wesentlichen höheren Frequenz anzulegen bzw. abzugreifen, um beispielsweise hier einen Induktionsanschluss direkt zu realisieren. Typische Frequenzen bei derartigen induktiven Kopplungen bewegen sich im Kilohertz-Bereich und können beispielsweise 2 kHz oder mehr betragen.
Bezug nehmend auf 4a, 4b sei darauf hingewiesen, dass der zweite Gleichspannungsanschluss 64 ebenfalls eine Zwischenkreiskapazität 65, die zwischen den zwei Polen des Gleichspannungsanschlusses 64 gekoppelt ist, aufweisen kann.
Bezug nehmend auf 5 sei darauf hingewiesen, dass sowohl die Brückenschaltung 20a'' als auch die Brückenschaltung 20b'' jeweils eine Zwischenkreiskapazität 58a' bzw. 58b' parallel zu den jeweiligen Brücken 22', 24' und 26' aufweisen können.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann die in 4a, 4b dargestellte Stromrichterschaltung 10' auch einen Netzfilter aufweisen, der als LC-Filter geformt ist. Der LC-Filter wird als Kombination der Drosseln 32, 34 oder 36 (Drosselanordnung) mit einer Kapazitätenanordnung 66 gebildet. Die Kapazitätenanordnung 66 umfasst hier drei Kapazitäten, die mit den drei Drosseln 32, 34, 36 bzw. mit den drei Phasen 12 verbunden sind und in schaltbarere Weise über einen Schalter 66a mit dem Neutralleiter des Wechselspannungsanschlusses 12 koppelbar sind. Der Netzfilter dient zur Einhaltung der Netzkonformitätsbedingungen.

Claims

Stromrichterschaltung (10, 10', 10''), mit folgenden Merkmalen: einer Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') mit drei Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26'), wobei jede der drei Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') jeweils ein erstes und ein zweites, in Serie geschaltetes schaltbares Element (22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b, 22a', 22b', 24a', 24b', 26a', 26b') umfasst; drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), die jeweils an einem Mittelknoten der Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') angeschlossen sind; einem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12), bei dem die erste Phase mit der ersten der drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), die zweite Phase mit der zweiten der drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), und die dritte Phase mit der dritten der drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), verbunden ist, wobei der dreiphasige Wechselspannungsanschluss (12) ausgebildet ist, einphasig oder dreiphasig betrieben zu werden; einem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14'), der mit einer ersten gemeinsamen Potenzialführung (14a, 14a') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') und einer zweiten gemeinsamen Potenzialführung (14b, 14b') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') verbunden ist; und einer Ansteuerlogik (40), die ausgebildet ist, um in einem ersten Modus die Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') derart anzusteuern, dass auf Basis einer an dem Gleichspannungsanschluss anliegenden Gleichspannung eine dreiphasige Wechselspannung an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12) bereitgestellt wird oder dass auf Basis einer an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12) anliegenden, dreiphasigen Wechselspannung eine Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss bereitgestellt wird, und um in einem zweiten Modus die Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') derart anzusteuern, dass auf Basis einer an dem Gleichspannungsanschluss anliegenden Gleichspannung eine einphasige Wechselspannung an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12) bereitgestellt wird oder dass auf Basis einer an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12) anliegenden, einphasigen Wechselspannung eine Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss bereitgestellt wird, wobei die Ansteuerlogik (40) ausgebildet ist, um in dem zweiten Modus die zwei in dem einphasigen Betrieb genutzten Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') versetzt getaktet anzusteuern, so dass die Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss in dem zweiten Modus um mindestens 15% niedriger ist als die Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss in dem ersten Modus, wobei die Ansteuerlogik (40) ausgebildet ist, um in dem zweiten Modus die Ansteuerfrequenz zur Ansteuerung der schaltbaren Elemente (22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b, 22a', 22b', 24a', 24b', 26a', 26b') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') zu variieren oder zu reduzieren, wobei die Ansteuerfrequenz bis zu einem vorgegebenen Minimum variiert oder reduziert wird, wobei bei der minimalen Ansteuerfrequenz die vorgegeben Netzanschlussbedingungen für den Wechselspannungsanschluss (12) in dem einphasigen Betrieb eingehalten werden.
Stromrichterschaltung (10, 10', 10'') gemäß Anspruch 1, wobei die Stromrichterschaltung (10, 10', 10'') einen Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler (60) umfasst, der mit dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') über eine erste Gleichspannungsseite gekoppelt ist und der ausgebildet ist, eine Spannungsanpassung in dem ersten und zweiten Modus vorzunehmen, so dass die Gleichspannung an einer zweiten Gleichspannungsseite des Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlers (60) mit einer Toleranz von +/-5% für den ersten und zweiten Modus gleich ist.
Stromrichterschaltung (10, 10', 10''), mit folgenden Merkmalen: einer Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') mit drei Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26'), wobei jede der drei Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') jeweils ein erstes und ein zweites, in Serie geschaltetes schaltbares Element (22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b, 22a', 22b', 24a', 24b', 26a', 26b') umfasst; drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), die jeweils an einem Mittelknoten der Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') angeschlossen sind; einem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12), bei dem die erste Phase mit der ersten der drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), die zweite Phase mit der zweiten der drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), und die dritte Phase mit der dritten der drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), verbunden ist, wobei der dreiphasige Wechselspannungsanschluss (12) ausgebildet ist, einphasig oder dreiphasig betrieben zu werden; einem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14'), der mit einer ersten gemeinsamen Potenzialführung (14a, 14a') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') und einer zweiten gemeinsamen Potenzialführung (14b, 14b') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') verbunden ist; und einer Ansteuerlogik (40), die ausgebildet ist, um in einem ersten Modus die Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') derart anzusteuern, dass auf Basis einer an dem Gleichspannungsanschluss anliegenden Gleichspannung eine dreiphasige Wechselspannung an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12) bereitgestellt wird oder dass auf Basis einer an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12) anliegenden, dreiphasigen Wechselspannung eine Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss bereitgestellt wird, und um in einem zweiten Modus die Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') derart anzusteuern, dass auf Basis einer an dem Gleichspannungsanschluss anliegenden Gleichspannung eine einphasige Wechselspannung an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12) bereitgestellt wird oder dass auf Basis einer an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12) anliegenden, einphasigen Wechselspannung eine Gleichspannung an dem Gleichspannungsanschluss bereitgestellt wird, wobei die Ansteuerlogik (40) ausgebildet ist, um in dem zweiten Modus die schaltbaren Elemente (22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b, 22a', 22b', 24a', 24b', 26a', 26b') der zwei, in dem einphasigen Betrieb genutzten Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') versetzt getaktet anzusteuern und um in dem zweiten Modus die Ansteuerfrequenz zur Ansteuerung der schaltbaren Elemente (22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b, 22a', 22b', 24a', 24b', 26a', 26b') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') zu variieren oder zu reduzieren, wobei die Ansteuerfrequenz bis zu einem vorgegebenen Minimum reduziert wird, wobei bei der minimalen Ansteuerfrequenz die vorgegeben Netzanschlussbedingungen für den Wechselspannungsanschluss (12) in dem einphasigen Betrieb eingehalten werden.
Stromrichterschaltung (10, 10', 10'') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste schaltbare Element (22a, 24a, 26a, 22a', 24a', 26a') und das zweite schaltbare Element (22b, 24b, 26b, 22b', 24b', 26b') einer Brücke komplementär zueinander anzusteuern ist.
Stromrichterschaltung (10, 10', 10'') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Drosseln so dimensioniert sind, dass bei vorgegebener Gleichspannung und/oder Schaltfrequenz die Netzanschlussbedingungen für den Wechselspannungsanschluss (12) in dem dreiphasigen Betrieb eingehalten werden.
Stromrichterschaltung (10, 10', 10'') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Stromrichterschaltung (10, 10', 10'') ein Schaltnetzwerk (50) umfasst, das zwischen den Wechselspannungsanschluss (12) und den drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), angeordnet ist und ausgebildet ist, um in schaltbarer Weise die erste, zweite und/oder dritte Phase des dreiphasigen Wechselspannungsanschlusses (12) mit der jeweiligen Drossel für den einphasigen Betrieb zu koppeln oder um die erste, zweite und dritte Phase des dreiphasigen Wechselspannungsanschlusses (12) mit der jeweiligen Drossel für den dreiphasigen Betrieb zu koppeln.
Stromrichterschaltung (10, 10', 10'') gemäß Anspruch 6, wobei die Stromrichterschaltung (10, 10', 10'') einen zweiten Gleichspannungsanschluss umfasst, der mit dem Schaltnetzwerk (50) verbunden ist, und das ausgebildet ist, um die drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), in schaltbarer Weise mit dem Wechselspannungsanschluss (12) und dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') oder um die drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), in schaltbarer Weise mit dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') und dem zweiten Gleichspannungsanschluss (64) oder um die drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), in schaltbarer Weise mit dem Wechselspannungsanschluss (12), dem zweiten Gleichspannungsanschluss und dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') zu verbinden.
Stromrichterschaltung (10, 10', 10'') gemäß Anspruch 7, wobei die Stromrichterschaltung (10, 10', 10'') ausgebildet ist, um das Schaltnetzwerk (50) in einen ersten Schaltzustand zu versetzen, in dem die drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), über das Schaltnetzwerk (50) mit drei unterschiedlichen Phasen des Wechselspannungsanschlusses (12) gekoppelt sind, um basierend auf einer an dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') anliegenden Gleichspannung an dem Wechselspannungsanschluss (12) eine Wechselspannung bereitzustellen oder basierend auf einer an dem Wechselspannungsanschluss (12) anliegenden Wechselspannung an dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') eine Gleichspannung bereitzustellen, wobei die Stromrichterschaltung (10, 10', 10'') ausgebildet ist, um das Schaltnetzwerk (50) in einen zweiten Schaltzustand zu versetzen, in dem eine erste Drossel der drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), über das Schaltnetzwerk (50) mit einem der Phasen des Wechselspannungsanschlusses (12) gekoppelt ist, um basierend auf einer an dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') anliegenden Gleichspannung an dem Wechselspannungsanschluss (12) eine Wechselspannung bereitzustellen oder basierend auf einer an dem Wechselspannungsanschluss (12) anliegenden Wechselspannung an dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') eine Gleichspannung bereitzustellen, und in dem eine weitere Drossel (32', 34', 36') der drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), über das Schaltnetzwerk (50) mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss (64) gekoppelt ist, um basierend auf einer an dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') anliegenden Gleichspannung an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (64) eine Gleichspannung bereitzustellen oder basierend auf einer an dem zweiten Gleichspannungsanschluss (64) anliegenden Gleichspannung an dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') eine Gleichspannung bereitzustellen.
Stromrichterschaltung (10, 10', 10'') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der erste Gleichspannungsanschluss (14, 14') eine Zwischenkreiskapazität (58, 58a' 58b') umfasst, die zwischen der ersten gemeinsamen Potenzialführung (14a, 14a') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') und der zweiten gemeinsamen Potenzialführung (14b, 14b') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') angeordnet ist.
Stromrichterschaltung (10, 10', 10'') gemäß Anspruch 9, wobei die Zwischenkreiskapazität (58, 58a' 58b') durch zwei seriell geschaltete Kondensatoren (58a und 58b) mit einem dazwischen liegenden Neutralleiterkontakt (58k) gebildet ist.
Stromrichterschaltung (10, 10', 10'') gemäß Anspruch 10, wobei die drei Mittelknoten der drei Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') über eine Schalteranordnung (22s, 24s, 26s) galvanisch mit dem Neutralleiterkontakt (58k) koppelbar sind.
Stromrichterschaltung (10, 10', 10'') gemäß einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei an die drei Phasen des Wechselspannungsanschlusses (12) eine Kapazitätenanordnung (66) mit drei Kapazitäten ankoppelbar ist, so dass durch die Kapazitätenanordnung und die drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36') ein Netzfilter ausgebildet wird.
Stromrichterschaltung (10, 10', 10'') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Ansteuerlogik (40) ausgebildet ist, die schaltbaren Elemente (22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b, 22a', 22b', 24a', 24b', 26a', 26b') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') mit einer variablen Ansteuerfrequenz zu steuern, wobei die variable Ansteuerfrequenz umso niedriger ist, je höher eine zu übertragende, elektrische Leistung zwischen dem ersten Wechselspannungsanschluss (12) und dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') ist.
Stromrichterschaltung (10, 10', 10'') gemäß Anspruch 13, wobei die Ansteuerlogik (40) ausgebildet ist, die ersten schaltbaren Elemente (22a, 24a, 26a, 22a', 24a', 26a') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') zueinander mit einem Phasenversatz phasenversetzt anzusteuern und die zweiten schaltbaren Elemente (22b, 24b, 26b, 22b', 24b`, 26b') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') zueinander entsprechend dem Phasenversatz phasenversetzt anzusteuern.
Stromrichterschaltung (10, 10', 10'') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Ansteuerlogik (40) ausgebildet ist, um die Pulsweite anzupassen.
Stromrichterschaltung (10, 10', 10'') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Stromrichterschaltung (10, 10', 10'') mindestens eine weitere Brücke mit einer weiteren Drossel (32', 34', 36'), die an dem Mittelknoten der Brücke angeschlossen ist, oder mindestens eine weitere Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') mit drei weiteren Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') und drei weiteren Drosseln (32', 34', 36'), die jeweils an einem Mittelknoten der Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') angeschlossen sind, umfasst, wobei jede der weiteren Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') jeweils ein erstes und ein zweites, in Serie geschaltetes schaltbares Element (22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b, 22a', 22b', 24a', 24b', 26a', 26b') umfasst, und wobei die erste Phase mit der ersten der drei weiteren Drosseln (32', 34', 36'), die zweite Phase mit der zweiten der drei weiteren Drosseln (32', 34', 36') und die dritte Phase mit der dritten der drei weiteren Drosseln (32', 34', 36') verbunden ist, und wobei der erste Gleichspannungsanschluss (14, 14') mit einer ersten gemeinsamen Potenzialführung (14a, 14a') der weiteren Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') und einer zweiten gemeinsamen Potenzialführung (14b, 14b') der weiteren Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') verbunden ist.
Verfahren zum Betreiben einer Stromrichterschaltung (10, 10', 10''), mit folgenden Merkmalen: einer Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') mit drei Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26'), wobei jede der drei Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') jeweils ein erstes und ein zweites, in Serie geschaltetes schaltbares Element (22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b, 22a', 22b', 24a', 24b', 26a', 26b') umfasst; drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), die jeweils an einem Mittelknoten der Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') angeschlossen sind; einem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12), bei dem die erste Phase mit der ersten der drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), die zweite Phase mit der zweiten der drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), und die dritte Phase mit der dritten der drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), verbunden ist, wobei der dreiphasige Wechselspannungsanschluss (12) ausgebildet ist, einphasig oder dreiphasig betrieben zu werden; und einem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14'), der mit einer ersten gemeinsamen Potenzialführung (14a, 14a') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') und einer zweiten gemeinsamen Potenzialführung (14b, 14b') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') verbunden ist; wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Ansteuern von den ersten und zweiten schaltbaren Elementen (22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b, 22a', 22b', 24a', 24b', 26a', 26b') der drei Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') entsprechend einem ersten Modus, so dass auf Basis einer an dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') anliegenden Gleichspannung eine dreiphasige Wechselspannung an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12) bereitgestellt wird oder dass auf Basis einer an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12) anliegenden, dreiphasigen Wechselspannung eine Gleichspannung an dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') bereitgestellt wird; und Ansteuern von den ersten und zweiten schaltbaren Elementen (22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b, 22a', 22b', 24a', 24b', 26a', 26b') von zwei der drei Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') entsprechend einem zweiten Modus, so dass auf Basis einer an dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') anliegenden Gleichspannung eine einphasige Wechselspannung an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12) bereitgestellt wird oder so dass auf Basis einer an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12) anliegenden, einphasigen Wechselspannung eine Gleichspannung an dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') bereitgestellt wird, wobei das Ansteuern in dem zweiten Modus derart erfolgt, dass die zwei in dem einphasigen Betrieb genutzten Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') versetzt getaktet sind, so dass die Gleichspannung an dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') in dem zweiten Modus um mindestens 15% niedriger ist als die Gleichspannung an dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') in dem ersten Modus wobei das Ansteuern in dem zweiten Modus derart erfolgt, dass die Ansteuerfrequenz zur Ansteuerung der schaltbaren Elemente (22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b, 22a', 22b', 24a', 24b', 26a', 26b') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') variiert wird oder reduziert wird, wobei die Ansteuerfrequenz bis zu einem vorgegebenen Minimum reduziert wird, wobei bei der minimalen Ansteuerfrequenz die vorgegeben Netzanschlussbedingungen für den Wechselspannungsanschluss (12) in dem einphasigen Betrieb eingehalten werden.
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei das Ansteuern in dem zweiten Modus unter Variation oder Reduktion der Ansteuerfrequenz zur Ansteuerung der schaltbaren Elemente (22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b, 22a', 22b', 24a', 24b', 26a', 26b') erfolgt.
Verfahren zum Betreiben einer Stromrichterschaltung (10, 10', 10''), mit folgenden Merkmalen: einer Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') mit drei Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26'), wobei jede der drei Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') jeweils ein erstes und ein zweites, in Serie geschaltetes schaltbares Element (22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b, 22a', 22b', 24a', 24b', 26a', 26b') umfasst; drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), die jeweils an einem Mittelknoten der Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') angeschlossen sind; einem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12), bei dem die erste Phase mit der ersten der drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), die zweite Phase mit der zweiten der drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), und die dritte Phase mit der dritten der drei Drosseln (32, 34, 36, 32', 34', 36'), verbunden ist, wobei der dreiphasige Wechselspannungsanschluss (12) ausgebildet ist, einphasig oder dreiphasig betrieben zu werden; und einem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14'), der mit einer ersten gemeinsamen Potenzialführung (14a, 14a') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') und einer zweiten gemeinsamen Potenzialführung (14b, 14b') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') verbunden ist; wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Ansteuern von den ersten und zweiten schaltbaren Elementen (22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b, 22a', 22b', 24a', 24b', 26a', 26b') der drei Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') entsprechend einem ersten Modus, so dass auf Basis einer an dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') anliegenden Gleichspannung eine dreiphasige Wechselspannung an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12) bereitgestellt wird oder dass auf Basis einer an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12) anliegenden, dreiphasigen Wechselspannung eine Gleichspannung an dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') bereitgestellt wird; und Ansteuern von den ersten und zweiten schaltbaren Elementen (22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b, 22a', 22b', 24a', 24b', 26a', 26b') von zwei der drei Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') entsprechend einem zweiten Modus, so dass auf Basis einer an dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') anliegenden Gleichspannung eine einphasige Wechselspannung an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12) bereitgestellt wird oder so dass auf Basis einer an dem dreiphasigen Wechselspannungsanschluss (12) anliegenden, einphasigen Wechselspannung eine Gleichspannung an dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') bereitgestellt wird, wobei das Ansteuern in dem zweiten Modus unter Variation oder Reduktion der Ansteuerfrequenz zur Ansteuerung der schaltbaren Elemente (22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b, 22a', 22b', 24a', 24b', 26a', 26b') derart erfolgt, so dass die schaltbaren Elemente (22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b, 22a', 22b', 24a', 24b', 26a', 26b') der zwei, in dem einphasigen Betrieb genutzten Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') versetzt getaktet angesteuert werden, wobei die Ansteuerfrequenz bis zu einem vorgegebenen Minimum reduziert wird, wobei bei der minimalen Ansteuerfrequenz die vorgegeben Netzanschlussbedingungen für den Wechselspannungsanschluss (12) in dem einphasigen Betrieb eingehalten werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die Ansteuerfrequenz umso niedriger ist, je höher eine zu übertragende, elektrische Leistung zwischen dem ersten Wechselspannungsanschluss (12) und dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, das den Schritt des Anpassens der Gleichspannung unter Zuhilfenahme eines Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlers (60), der mit dem ersten Gleichspannungsanschluss (14, 14') über eine erste Gleichspannungsseite gekoppelt ist, umfasst, so dass die Gleichspannung an einer zweiten Gleichspannungsseite des Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlers (60) mit einer Toleranz von +/-5% für den ersten und zweiten Modus gleich ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21, das den Schritt des synchronen Ansteuerns von den ersten und zweiten schaltbaren Elementen (22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b, 22a', 22b', 24a', 24b', 26a', 26b') der Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') entsprechend einem dritten Modus umfasst, in welchem das erste schaltbare Element (22a, 24a, 26a, 22a', 24a', 26a') der einen, in dem einphasigen Betrieb genutzten Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') synchron mit dem zweiten schaltbaren Element (22b, 24b, 26b, 22b', 24b', 26b') der anderen, in dem einphasigen Betrieb genutzten Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26')angesteuert werden und in welchem das zweite schaltbare Element (22b, 24b, 26b, 22b', 24b', 26b') der einen, in dem einphasigen Betrieb genutzten Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') synchron mit dem ersten schaltbaren Element (22a, 24a, 26a, 22a', 24a', 26a') der anderen, in dem einphasigen Betrieb genutzten Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') angesteuert werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 22, das den Schritt des Ansteuerns von mindestens einer weiteren Brücke mit einer weiteren Drossel (32', 34', 36'), die an dem Mittelknoten der Brücke angeschlossen ist, oder mindestens einer weiteren Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') mit drei weiteren Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') und drei weiteren Drosseln (32', 34', 36'), die jeweils an einem Mittelknoten der Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') angeschlossen sind, umfasst, wobei jede der weiteren Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') jeweils ein erstes und ein zweites, in Serie geschaltetes schaltbares Element (22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b, 22a', 22b', 24a', 24b', 26a', 26b') umfasst, und wobei die erste Phase mit der ersten der drei weiteren Drosseln (32', 34', 36'), die zweite Phase mit der zweiten der drei weiteren Drosseln (32', 34', 36') und die dritte Phase mit der dritten der drei weiteren Drosseln (32', 34', 36') verbunden ist, und wobei der erste Gleichspannungsanschluss (14, 14') mit einer ersten gemeinsamen Potenzialführung (14a, 14a') der weiteren Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') und einer zweiten gemeinsamen Potenzialführung (14b, 14b') der weiteren Brückenschaltung (20, 20', 20a'', 20b'') verbunden ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 23, das den Schritt des synchronen Ansteuerns des ersten schaltbaren Elements (22a, 24a, 26a, 22a', 24a', 26a') der einen, in dem einphasigen Betrieb genutzten Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') zusammen mit dem zweiten schaltbaren Element (22b, 24b, 26b, 22b', 24b', 26b') der anderen, in dem einphasigen Betrieb genutzten Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') umfasst; und das den Schritt des synchronen Ansteuerns des zweiten schaltbaren Elements (22b, 24b, 26b, 22b', 24b', 26b') der einen, in dem einphasigen Betrieb genutzten Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26') zusammen mit dem ersten schaltbaren Element (22a, 24a, 26a, 22a', 24a', 26a') der anderen, in dem einphasigen Betrieb genutzten Brücken (22, 24, 26, 22', 24', 26').