DE102017213145A1 - Method for operating a DC-DC converter - Google Patents

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Jordan Popov
Matthias Ziegner
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines DC-DC-Wandlers, der eine nominale Eingangsspannung (HV+) in eine Ausgangsspannung (B+) wandelt, der mit zumindest zwei Einzelwandlern gebildet ist, deren Eingänge in Serie und deren Ausgänge parallel geschaltet sind, wobei an jedem Einzelwandler eine nominale Spannung (V_HV/2) anliegt, die der nominalen Eingangsspannung (HV+) dividiert durch die Anzahl der Einzelwandler entspricht, und wobei die beiden Eingangsanschlüsse jedes Einzelwandlers über zumindest ein Schaltelement (S1, S2; S3, S4) kurzschließbar sind, wobei der DC-DC-Wandler ausgebildet ist, bei Eingangsspannungen, die sich bis zu einem Wert, der der nominalen Eingangsspannung (HV+) dividiert durch die Anzahl der Einzelwandler entspricht, verringern, die gleiche Ausgangsspannung (B+) zu erzeugen, wobei bei einer Verringerung der Eingangsspannung auf einen Wert, der der nominalen Eingangsspannung (HV+) multipliziert mit einem Faktor z/n entspricht, wobei z kleiner als n ist, eine Anzahl n-z der Einzelwandler durch Schließen des zumindest einen Schaltelements (S1, S2 bzw. S3, S4) an ihrem Eingang kurzgeschlossen werden.The invention relates to a method for operating a DC-DC converter, which converts a nominal input voltage (HV +) into an output voltage (B +), which is formed with at least two individual transducers whose inputs are connected in series and whose outputs are connected in parallel each individual transducer has a nominal voltage (V_HV / 2) corresponding to the nominal input voltage (HV +) divided by the number of individual transducers, and wherein the two input terminals of each individual transducer are short-circuitable via at least one switching element (S1, S2; S3, S4), wherein the DC-DC converter is configured to produce the same output voltage (B +) at input voltages that are up to a value corresponding to the nominal input voltage (HV +) divided by the number of single transducers, with a decrease the input voltage to a value corresponding to the nominal input voltage (HV +) multiplied by a factor z / n, where z is less than a ls n, a number n-z of the individual transducers are short-circuited by closing the at least one switching element (S1, S2 or S3, S4) at its input.

Description

In heutigen Kraftfahrzeugbordnetzen steht nicht nur über beispielsweise die herkömmliche Bleisäurebatterie eine Niederspannung von nominal 14 Volt zum Betreiben der üblichen Verbraucher wie beispielsweise Lampen, Fensterheber oder Scheibenwischer zur Verfügung, sondern es werden für beispielsweise Startergeneratoren oder zum Versorgen von Antriebsmotoren höhere Spannungen von bis zu 800 Volt zur Verfügung gestellt. Hierbei können noch Energiespeicher mit hoher Leistungsdichte und Energiespeicher mit hoher Energiedichte nebeneinander vorhanden sein, was erfordert, dass die jeweils in den verschiedenen Batterien bzw. Akkumulatoren gespeicherten Energien von einem Energiespeicher in den anderen transferiert werden sollen. So kann es beispielsweise sinnvoll sein, die in einer Traktionsbatterie gespeicherte Batterie auch zur Versorgung des 14 Volt Niederspannungsteilbordnetzes zur Verfügung zu stellen. Die DE 10 2007 048 342 A1 zeigt ein Beispiel eines solchen Bordnetzes.In today's motor vehicle electrical systems is not only about, for example, the conventional lead acid battery low voltage of nominal 14 volts for operating the usual consumers such as lamps, windows or windscreen wipers available, but it will be for example starter generators or to supply drive motors higher voltages of up to 800 volts made available. This energy storage with high power density and energy storage with high energy density can still be present side by side, which requires that each stored in the various batteries or accumulators energy should be transferred from one energy storage in the other. So it may be useful, for example, to provide the battery stored in a traction battery for the supply of 14 volt low voltage vehicle electrical system available. The DE 10 2007 048 342 A1 shows an example of such a vehicle electrical system.

Zur Übertragung der Energie von einem Energiespeicher zum anderen werden üblicherweise DC-DC-Wandler verwendet, die es in unterschiedlichsten Ausführungen gibt.For the transmission of energy from one energy storage to another usually DC-DC converters are used, which are available in various designs.

Dabei stellt sich aber das Problem, dass gute und dabei günstige Bauelemente wie Kondensatoren oder Halbleiterschalter meist nur in bestimmten Spannungsklassen zur Verfügung stehen, da hier auch in anderen technischen Bereichen ein Bedarf besteht und daher große Stückzahlen gefertigt werden können, was den Preis beeinflusst oder aber die Technologie ausgereifter ist.However, there is the problem that good and cheap components such as capacitors or semiconductor switches are usually available only in certain voltage classes, since there is a need for other technical areas and therefore large quantities can be made, which affects the price or the technology is more mature.

Um diesem Problem zu begegnen, werden beispielsweise bei der Speisung des Niedervoltteilbordnetzes mit einer Nominalspannung von derzeit 14 Volt aus einem Energiespeicher mit einer deutlich höheren Spannung zwei DC-Wandler eingangsseitig in Serie und ausgangsseitig parallel geschaltet, so dass zwar beide das Niederspannungsteilbordnetz speisen, andererseits jedoch an ihren jeweiligen Eingängen nur die Hälfte der Hochvoltspannung anliegt. Eine solche Schaltungstopologie zeigt in einem Prinzip-Schaltbild und in einer detaillierten Schaltung beispielsweise die Veröffentlichung „Input Voltage Sharing Control for Input-Series-Output-Parallel DC-DC Converters without Input Voltage Sensors“, von Zhiqiang Guo, Deshang Sha, and Xiaozhong Liao, in Journal of Power Electronics, Vol. 12, No. 1, Seiten 83 bis 87, vom Januar 2012 To counteract this problem, for example, when feeding the low-voltage vehicle electrical system with a nominal voltage of currently 14 volts from an energy storage with a significantly higher voltage two DC converter on the input side in series and output side connected in parallel, so that both feed the low voltage electrical system, on the other hand at their respective inputs only half of the high voltage is applied. Such a circuit topology shows in a principle circuit diagram and in a detailed circuit, for example, the publication Zhiqiang Guo, Deshang Sha, and Xiaozhong Liao, in Journal of Power Electronics, vol. 12, no. 1, pages 83 to 87, from January 2012

Prinzipiell lassen sich also nicht nur zwei solcher Einzelwandler eingangsseitig in Serie schalten, sondern eine größere Anzahl von Einzelwandlern, wie diese Veröffentlichung zeigt. Als Einzelwandler können dabei sowohl Sperrwandler als auch Gegentaktflusswandler zum Einsatz kommen. Beide haben den Vorteil, dass die beiden Spannungsebenen aufgrund des zum Einsatz kommenden Transformators voneinander isoliert sind.In principle, not only two such individual transducers can be connected in series on the input side, but a larger number of individual transducers, as this publication shows. Both flyback converters and push-pull type flux converters can be used as single transformers. Both have the advantage that the two voltage levels are isolated from each other due to the transformer used.

Häufig soll jedoch die Antriebsbatterie nicht nur im Fahrbetrieb beispielsweise über Generatoren, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden, geladen werden, sondern es soll auch die Möglichkeit bestehen, die Antriebsbatterien von außen über ein Kabel oder induktiv zu laden. Dabei stehen als Ladespannungen häufig jedoch nicht die Nominalspannungen der Batterien zur Verfügung, so dass beispielsweise bei einer 800 Volt Hochvoltbatterie diese aus zwei Teilbatterien gebildet ist, die jeweils eine Nominalspannung von 400 Volt aufweisen und im Betrieb in Serie geschaltet werden, während sie zum Laden mit beispielsweise 400 Volt parallel geschaltet werden.Frequently, however, the drive battery is not only in driving, for example, generators that are powered by an internal combustion engine to be charged, but it should also be possible to charge the drive batteries from the outside via a cable or inductively. However, the nominal voltages of the batteries are frequently not available as charging voltages, so that, for example, in the case of a 800 volt high-voltage battery, this is formed from two sub-batteries, each having a nominal voltage of 400 volts and being connected in series during operation while being charged for charging For example, 400 volts are connected in parallel.

Dabei besteht jedoch das Erfordernis, dass in beiden Situationen im Niedervoltteilbordnetz die Niedervoltspannung von 14 Volt zur Verfügung stehen soll, da bestimmte Geräte, die an dieses Teilbordnetz angeschlossen sind, auch während des Ladevorgangs - also üblicherweise beim Stillstand des Fahrzeuges - betrieben werden müssen.However, there is the requirement that in both situations in Niedervoltteilbordnetz the low voltage of 14 volts should be available because certain devices that are connected to this electrical system, during the charging process - so usually when the vehicle - must be operated.

Dies bringt jedoch das Erfordernis mit sich, dass ein oben geschildeter DC-DC-Wandler nicht nur mit einer Eingangsspannung arbeiten muss, wie sie durch die seriell geschalteten Einzelbatterien der Antriebsbatterie zur Verfügung steht, sondern auch während des Ladevorgangs nur mit der halben Nominalspannung.However, this entails the requirement that a DC-DC converter as described above not only has to operate with an input voltage as provided by the serially connected individual batteries of the drive battery, but also with only half the nominal voltage during the charging process.

Bei einer Nominalspannung der Antriebsbatterie von beispielsweise 800 Volt würde also jeder Einzelwandler des DC-DC-Wandlers an seinem Eingang mit üblicherweise 400 Volt betrieben werden, während er beim Ladevorgang nur noch mit 200 Volt betrieben würde, wobei in beiden Fällen am Ausgang 14 Volt zur Verfügung stehen sollen.At a nominal voltage of the drive battery of, for example, 800 volts so each individual converter of the DC-DC converter would be operated at its input with usually 400 volts, while it would be charged while charging only with 200 volts, in both cases at the output 14 volts to Should be available.

Dies erfordert jedoch einen hohen regelungstechnischen Aufwand mit ggf. vielen passiven Bauteilen.However, this requires a high control engineering effort with possibly many passive components.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines DC-DC-Wandlers anzugeben, der mit einer Anzahl von Einzelwandlern gebildet ist, deren Eingänge in Serie geschaltet und deren Ausgänge parallel geschaltet sind, bei dem auf einfache Weise ein Betrieb mit der Nominalspannung als auch mit einer reduzierten Spannung möglich ist.It is therefore the object of the invention to provide a method for operating a DC-DC converter, which is formed with a number of individual transducers whose inputs are connected in series and whose outputs are connected in parallel, in which a simple way to operate with the Nominal voltage as well as with a reduced voltage is possible.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by a method according to claim 1. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.

Demnach werden bei einem Verfahren zum Betreiben eines DC-DC-Wandlers, der eine nominale Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung wandelt, und der mit zumindest zwei Einzelwandlern gebildet ist, deren Eingänge in Serie und deren Ausgänge parallel geschaltet sind, wobei an jedem Einzelwandler eine nominale Spannung anliegt, die der nominalen Eingangsspannung dividiert durch die Anzahl der Einzelwandler entspricht, und wobei die beiden Eingangsanschlüsse jedes Einzelwandlers über zumindest ein Schaltelement kurzschließbar sind, wobei der DC-DC-Wandler ausgebildet ist, bei Eingangsspannungen, die sich bis zu einem Wert, der der nominalen Eingangsspannung dividiert durch die Anzahl der Einzelwandler entspricht, verringern, die gleiche Ausgangsspannung zu erzeugen, bei einer Verringerung der Eingangsspannung auf einen Wert, der der nominalen Eingangsspannung multipliziert mit einem Faktor z/n entspricht, wobei z kleiner als n ist, eine Anzahl n-z der Einzelwandler durch Schließen des zumindest einen Schaltelements an ihrem Eingang kurzgeschlossen. Thus, in a method of operating a DC-DC converter which converts a nominal input voltage into an output voltage and which is formed with at least two single transducers whose inputs are connected in series and whose outputs are connected in parallel, a nominal voltage at each individual converter is applied, which corresponds to the nominal input voltage divided by the number of individual transducers, and wherein the two input terminals of each individual converter are short-circuited via at least one switching element, wherein the DC-DC converter is formed, at input voltages that are up to a value that the nominal input voltage divided by the number of single transformers, reduce generating the same output voltage, with a reduction of the input voltage to a value corresponding to the nominal input voltage multiplied by a factor z / n, where z is less than n, a number nz the single converter by closing the at least one switching element shorted at its input.

Wesentlich für die Erfindung ist, dass ein DC-DC-Wandler verwendet wird, dessen Einzelwandler an ihrem Eingang kurzgeschlossen werden können, wobei vorteilhafterweise die bereits vorhandenen Schalttransistoren verwendet werden. Bevorzugt werden dabei Vollbrücken- und Halbbrückentopologien für die Primärseiten der DC/DC-Wandler, die als Gegentaktflusswandler ausgebildet sind, verwendet. Sekundärseitig können z.B. eine Sekundärspule mit Vollbrückengleichrichterschaltung, mit einer Mittelpunktschaltung oder eine Stromverdopplerschaltung verwendet werden.Essential for the invention is that a DC-DC converter is used, the individual transducers can be short-circuited at its input, advantageously the already existing switching transistors are used. In this case, full-bridge and half-bridge topologies are preferably used for the primary sides of the DC / DC converters, which are designed as push-pull flow converters. On the secondary side, e.g. a secondary coil with full-bridge rectifier circuit, with a center-point circuit or a current doubler circuit can be used.

Durch den Kurzschluss einer Anzahl z der n Einzelwandler bei einer Verringerung der Eingangsspannung auf einen Wert von z/n der Nominalspannung, wird also weiterhin jeder Einzelwandler bei seiner Nominalspannung betrieben, wodurch eine deutlich einfachere Regelung möglich ist.Due to the short circuit of a number z of n individual transformers with a reduction of the input voltage to a value of z / n of the nominal voltage, so each individual converter is still operated at its nominal voltage, whereby a much simpler control is possible.

Wenn also beispielsweise zwei Einzelwandler bei einer nominalen Eingangsspannung von etwa 800 Volt eingangsseitig in Serie und ausgangsseitig parallel geschaltet sind und dort eine Spannung von 14 Volt herrschen soll, so liegen an jedem Einzelwandler nur nominal 400 Volt an, für die er optimiert werden kann. Wird die Eingangsspannung des DC-DC-Wandlers aus oben genannten Gründen auf 400 Volt reduziert, wird durch den Kurzschluss eines der Einzelwandler erreicht, dass diese 400 Volt nur am Eingang des verbleibenden Einzelwandlers anliegen, so dass dieser weiterhin optimal betrieben werden kann.So if, for example, two single transducers are connected in parallel at the input side in series and output side with a nominal input voltage of about 800 volts and there is to prevail a voltage of 14 volts, so are at each single converter only nominally 400 volts, for which it can be optimized. If the input voltage of the DC-DC converter for the above reasons reduced to 400 volts, is achieved by the short circuit of the individual converter that these 400 volts are applied only to the input of the remaining single converter, so that it can continue to operate optimally.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigen:

  • 1 einen DC-DC-Wandler mit zwei Einzelwandlern, deren Eingänge in Serie und deren Ausgänge parallel geschaltet sind und
  • 2 diesen DC-DC-Wandler, bei dem in erfindungsgemäßer Weise der Eingang einer der Einzelwandler kurzgeschlossen ist.
The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment with the aid of figures. Showing:
  • 1 a DC-DC converter with two single transformers whose inputs are connected in series and whose outputs are connected in parallel and
  • 2 this DC-DC converter, in which according to the invention the input of one of the individual transducers is short-circuited.

Die 1 zeigt eine Ausführungsform eines DC-DC-Wandlers, der als Gegentaktflusswandler ausgebildet ist, also Energie von einer Primärseite zu einer Sekundärseite mittels eines Transformators überträgt, so dass die beiden Seiten elektrisch voneinander isoliert sind.The 1 shows an embodiment of a DC-DC converter, which is designed as push-pull flow converter, that transmits energy from a primary side to a secondary side by means of a transformer, so that the two sides are electrically isolated from each other.

Die beiden Einzelwandler sind eingangsseitig in Serie und ausgangsseitig parallel geschaltet, so dass beide denselben Ausgangskondensator C5 speisen, der einen Pufferkondensator für ein Niederspannungsteilbordnetz mit beispielsweise 14 Volt Nominalspannung bildet.The two individual transducers are connected in series on the input side and in parallel on the output side, so that both have the same output capacitor C5 feed, which forms a buffer capacitor for a low-voltage sub-system with, for example, 14 volts nominal voltage.

Eingangsseitig wird der DC/DC-Wandler von einer (nicht dargestellten) Hochvoltbatterie mit einer Hochvoltspannung HV+ von beispielsweise 800 Volt gespeist. Da die beiden Einzelwandler eingangsseitig in Serie geschaltet sind, liegt am Eingang jedes Einzelwandlers nur die halbe Hochvoltspannung V_HV/2 von im Beispiel 400 Volt an.On the input side, the DC / DC converter of a (not shown) high-voltage battery with a high voltage HV + powered by, for example, 800 volts. Since the two single transformers are connected in series on the input side, only half of the high voltage is present at the input of each individual transformer V_HV / 2 of 400 volts in the example.

Die Primärseite jedes Einzelwandlers ist im dargestellten Beispiel mit einer Halbbrücke ausgeführt, bei der zwischen dem Eingangsanschlüssen jeder Primärseite einerseits die Serienschaltung zweier elektronischer Schaltelemente S1, S2 bzw. S3, S4 und andererseits die Serienschaltung aus jeweils zwei Kondensatoren C1, C2 bzw. C3, C4 angeordnet ist. Die jeweiligen Verbindungspunkte der einzelnen Schalter- bzw. Kondensatorpaare sind jeweils über eine Primärspule Lprim1, Lprim2 miteinander verbunden.The primary side of each individual converter is designed in the illustrated example with a half-bridge, in which between the input terminals of each primary side on the one hand, the series connection of two electronic switching elements S1 . S2 respectively. S3 . S4 and on the other hand, the series circuit of two capacitors C1 . C2 respectively. C3 . C4 is arranged. The respective connection points of the individual switch or capacitor pairs are each via a primary coil Lprim1 . Lprim2 connected with each other.

Den Schaltelementen S1 - S4 sind dabei Dioden D1 - D4 parallelgeschaltet, um einen Freilaufpfad zu erhalten. Die Schaltelemente S1 - S4 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel mit IGBTs gebildet. Alternativ können auch Leistungstransistoren mit Substratdioden verwendet werden.The switching elements S1 - S4 are diodes D1 - D4 connected in parallel to get a freewheeling path. The switching elements S1 - S4 are formed in the illustrated embodiment with IGBTs. Alternatively, power transistors with substrate diodes can also be used.

Statt der dargestellten Halbbrückentopologie kann auch eine Vollbrückentopologie gewählt werden, bei der statt der Kondensatoren C1 - C4 ebenfalls elektronische Schaltelemente verwendet werden. Eine solche Primärseitentopologie ist beispielsweise in der eingangs genannten Veröffentlichung dargestellt.Instead of the illustrated half-bridge topology, a full-bridge topology can also be selected in which instead of the capacitors C1 - C4 also electronic switching elements are used. Such a primary page topology is shown for example in the publication mentioned above.

Die Sekundärseite eines jeweiligen Einzelwandlers des in der 1 dargestellten DC-DC-Wandlers ist mit einer mit vier Dioden D5 - D8 bzw. D9 - D12 gebildeten Gleichrichterbrücke gebildet, in deren Brückenzweig die jeweilige Sekundärinduktivität Lsec1 bzw. Lsec2 des Transformators angeordnet ist. Die Ausgänge der beiden Gleichrichterbrücken sind jeweils über eine Filterspule Lout1 bzw. Lout2 mit dem Ausgangskondensator C5 verbunden.The secondary side of each individual converter of the in 1 illustrated DC-DC converter is one with four diodes D5 - D8 respectively. D9 - D12 formed rectifier bridge formed in whose bridge branch the respective secondary inductance Lsec1 respectively. Lsec2 of the transformer is arranged. The outputs of the two rectifier bridges are each via a filter coil Lout1 respectively. Lout2 with the output capacitor C5 connected.

Statt der Gleichrichterdioden D5 - D8 bzw. D9 - D12 können auch Transistoren verwendet werden, was einen bidirektionalen Betrieb ermöglicht und in vorteilhafter Weise zu einem geringeren Spannungsabfall an den Gleichrichterelementen führt.Instead of the rectifier diodes D5 - D8 respectively. D9 - D12 It is also possible to use transistors, which allows bidirectional operation and advantageously leads to a lower voltage drop across the rectifier elements.

Üblicherweise werden die beiden Einzelwandler des in der 1 dargestellten DC-DC-Wandlers synchron betrieben, so dass eine stabile Spannung am Verbindungspunkt ihrer beiden Eingangsschaltkreise vorhanden ist. Hierzu werden üblicherweise die beiden jeweiligen Schaltelemente S1, S2 bzw. S3, S4 oder im Falle eines Vollbrückenprimärkreises alle vier Schaltelemente eines jeweiligen Primärkreises wechselweise ggf. pulsweitenmoduliert ein- und ausgeschaltet, so dass durch eine geeignete Regelung das Niederspannungsteilbordnetz mit einer konstanten Spannung gespeist werden kann.Usually, the two single transformers in the 1 synchronously operated DC-DC converter so that a stable voltage at the connection point of its two input circuits is present. For this purpose, usually the two respective switching elements S1 . S2 respectively. S3 . S4 or in the case of a full-bridge primary circuit, all four switching elements of a respective primary circuit alternately switched on and off optionally pulse-width modulated, so that can be fed by a suitable regulation, the low voltage electrical system with a constant voltage.

Falls nun eingangsseitig aufgrund eines Ladevorgangs der Hochvoltbatterie HV nur die halbe Hochvoltspannung V_HV/2 zur Verfügung steht, wird in erfindungsgemäßer Weise einer der beiden Einzelwandler - in der 2 der obere - eingangsseitig durch Schließen beider bzw. bei einer Vollbrückentopologie aller vier Schaltelemente kurzgeschlossen, so dass er keinen Beitrag mehr zum Energietransfer von der Eingangs- zur Ausgangsseite liefert.If now on the input side due to a charging process of the high-voltage battery HV only half the high voltage V_HV / 2 is available according to the invention, one of the two individual transducers - in the 2 the upper - shorted on the input side by closing both or in a full-bridge topology of all four switching elements, so that it no longer contributes to the energy transfer from the input to the output side.

Allerdings liegt nun in erfindungsgemäßer Weise am verbleibenden der beiden Einzelwandler nur die halbe Hochvoltspannung an, die jedoch seiner eigentlichen Nominalspannung entspricht und er daher weiter mit dem gewünschten Wirkungsgrad betrieben werden kann, ohne dass ein hoher regelungstechnischer Aufwand für den Betrieb in einem weiten Spannungsbereich erforderlich ist.However, according to the invention, only half the high-voltage voltage is applied to the remaining of the two individual transducers, which, however, corresponds to its actual nominal voltage and can therefore continue to be operated at the desired efficiency, without requiring a high level of control engineering effort for operation over a wide voltage range ,

Es kann wahlweise ein beiliebiger der beiden Einzelwandler eingangsseitig kurzgeschlossen werden, wobei es vorteilhaft ist, dies abwechselnd zu tun, um die beiden Einzelwandler gleichmäßig zu belasten.Optionally, an arbitrary one of the two individual transducers can be short-circuited on the input side, wherein it is advantageous to do this alternately in order to load the two individual transducers uniformly.

Im dargestellten Beispiel ist für die Sekundärseite ein Vollbrückengleichrichter verwendet, es ist jedoch gleichermaßen möglich, Transformatoren mit Mittelanzapfung oder eine sog. current doubler topology zu verwenden.In the example shown, a full-bridge rectifier is used for the secondary side, but it is equally possible to use medium-tapped transformers or a so-called current doubler topology.

Wenn statt der in den Figuren dargestellten zwei Einzelwandler eine größere Anzahl von Einzelwandlern verwendet wird, kann durch Kurzschließen der Eingänge von einem oder mehreren dieser Einzelwandler auf verschiedene Spannungsniveaus am Eingang des entsprechenden DC-DC-Wandlers reagiert werden, so dass ein optimaler Betrieb des DC-DC-Wandlers möglich ist.If a larger number of single transducers are used instead of the two single transducers shown in the figures, by shorting the inputs of one or more of these single transducers to different voltage levels at the input of the corresponding DC-DC converter, such that optimal operation of the DC DC converter is possible.

Der Übergang vom normalen Betriebsmodus, bei dem beide Einzelwandler synchron betrieben werden, kann „hart“ erfolgen oder stufenlos durch PWM-Variation während des Betriebs erfolgen. Somit ist auch der stufenlose Übergang zum normalen Betriebsmodus bei Erreichen einer Mindestspannung möglich.The transition from the normal operating mode, in which both individual transducers are operated synchronously, can be "hard" or infinitely variable by PWM variation during operation. Thus, the stepless transition to the normal operating mode when reaching a minimum voltage is possible.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007048342 A1 [0001]DE 102007048342 A1 [0001]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • „Input Voltage Sharing Control for Input-Series-Output-Parallel DC-DC Converters without Input Voltage Sensors“, von Zhiqiang Guo, Deshang Sha, and Xiaozhong Liao, in Journal of Power Electronics, Vol. 12, No. 1, Seiten 83 bis 87, vom Januar 2012 [0004]Zhiqiang Guo, Deshang Sha, and Xiaozhong Liao, in Journal of Power Electronics, vol. 12, no. 1, pages 83 to 87, January 2012 [0004]

Claims (5)

Verfahren zum Betreiben eines DC-DC-Wandlers, der eine nominale Eingangsspannung (HV+) in eine Ausgangsspannung (B+) wandelt, der mit zumindest zwei Einzelwandlern gebildet ist, deren Eingänge in Serie und deren Ausgänge parallel geschaltet sind, wobei an jedem Einzelwandler eine nominale Spannung (V_HV/2) anliegt, die der nominalen Eingangsspannung (HV+) dividiert durch die Anzahl der Einzelwandler entspricht, und wobei die beiden Eingangsanschlüsse jedes Einzelwandlers über zumindest ein Schaltelement (S1, S2; S3, S4) kurzschließbar sind, wobei der DC-DC-Wandler ausgebildet ist, bei Eingangsspannungen, die sich bis zu einem Wert, der der nominalen Eingangsspannung (HV+) dividiert durch die Anzahl der Einzelwandler entspricht, verringern, die gleiche Ausgangsspannung (B+) zu erzeugen, wobei bei einer Verringerung der Eingangsspannung auf einen Wert, der der nominalen Eingangsspannung (HV+) multipliziert mit einem Faktor z/n entspricht, wobei z kleiner als n ist, eine Anzahl n-z der Einzelwandler durch Schließen des zumindest einen Schaltelements (S1, S2 bzw. S3, S4) an ihrem Eingang kurzgeschlossen werden.A method of operating a DC-DC converter which converts a nominal input voltage (HV +) into an output voltage (B +) formed with at least two single transformers whose inputs are connected in series and whose outputs are connected in parallel, with a nominal one at each individual converter Voltage (V_HV / 2), which corresponds to the nominal input voltage (HV +) divided by the number of individual transducers, and wherein the two input terminals of each individual converter are short-circuitable via at least one switching element (S1, S2, S3, S4), wherein the DC DC converter is designed to produce the same output voltage (B +) at input voltages which are up to a value corresponding to the nominal input voltage (HV +) divided by the number of individual transducers, with a reduction of the input voltage to one Value corresponding to the nominal input voltage (HV +) multiplied by a factor z / n, where z is less than n, a number nz d he single transducer by closing the at least one switching element (S1, S2 or S3, S4) are short-circuited at its input. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Einzelwandler des DC-DC-Wandlers jeweils mit einem Gegentaktflusswandler gebildet sind.Method according to Claim 1 in which the individual transducers of the DC-DC converter are each formed with a push-pull flow converter. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem ein Primärkreis eines jeweiligen Gegentaktflusswandlers mit einer Vollbrückenschaltung oder einer Halbbrückenschaltung gebildet ist, in dessen Brücke eine Primärspule (Lprim1, Lprim2) angeordnet ist.Method according to Claim 2 in which a primary circuit of a respective push-pull current transformer is formed with a full-bridge circuit or a half-bridge circuit, in whose bridge a primary coil (Lprim1, Lprim2) is arranged. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3 bei dem ein Sekundärkreis eines jeweiligen Gegentaktflusswandlers mit einer Vollbrückengleichrichterschaltung, einer Mittelpunktschaltung oder einer Stromverdopplerschaltung gebildet ist.Method according to one of Claims 2 or 3 in which a secondary circuit of a respective push-pull current transformer is formed with a full-bridge rectifier circuit, a mid-point circuit or a current doubler circuit. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Übergang von einem Betriebsmodus, in dem beide Einzelwandler betrieben werden zu einem Betriebsmodus, in dem der Eingang eines der Einzelwandler kurzgeschlossen ist, abrupt oder durch eine Pulsweitenmodulation erfolgt.Method according to one of the preceding claims, in which the transition from an operating mode in which both individual transducers are operated to an operating mode in which the input of one of the individual transducers is short-circuited is effected abruptly or by pulse width modulation.
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„Input Voltage Sharing Control for Input-Series-Output-Parallel DC-DC Converters without Input Voltage Sensors", von Zhiqiang Guo, Deshang Sha, and Xiaozhong Liao, in Journal of Power Electronics, Vol. 12, No. 1, Seiten 83 bis 87, vom Januar 2012

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