DE102017213194A1 - A converter device for converting a DC electrical voltage, method and control device for controlling a converter device for converting a DC electrical voltage - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Wandlervorrichtung (300) zum Wandeln einer elektrischen Gleichspannung vorgestellt. Die Wandlervorrichtung (300) weist einen Eingangsabschnitt (302) auf, der einen Eingangsanschluss (310) zum Aufnehmen einer elektrischen Eingangsspannung, eine erste Induktivität (312), eine Schalteinrichtung (314), eine erste Kapazität (316) und einen Masseanschluss (318) aufweist. Auch weist die Wandlervorrichtung (300) einen Ausgangsabschnitt (304) auf, der elektrisch mit dem Eingangsabschnitt (302) verbunden ist. Der Ausgangsabschnitt (304) weist eine zweite Induktivität (320) mit einer Primärwicklung (322) und einer von der Primärwicklung (322) galvanisch getrennten Sekundärwicklung (324), ein erstes Gleichrichtelement (332), eine zweite Kapazität (334), einen ersten Lastanschluss (336) zum Bereitstellen einer ersten elektrischen Ausgangsspannung für eine erste Last (392), ein zweites Gleichrichtelement (342), eine dritte Kapazität (344) und einen zweiten Lastanschluss (346) zum Bereitstellen einer zweiten elektrischen Ausgangsspannung für eine zweite Last (394) auf. Dabei sind das erste Gleichrichtelement (332), die zweite Kapazität (334) und der erste Lastanschluss (336) elektrisch mit der Primärwicklung (322) der zweiten Induktivität (320) verbunden. Das zweite Gleichrichtelement (342), die dritte Kapazität (344) und der zweite Lastanschluss (346) sind elektrisch mit der Sekundärwicklung (324) der zweiten Induktivität (320) verbunden. Die Wandlervorrichtung (300) weist ferner eine elektrische Rückführungsleitung (350) von einem zwischen dem ersten Gleichrichtelement (332), der zweiten Kapazität (334) und dem ersten Lastanschluss (336) angeordneten Abgriffspunkt (348) zu einer Schnittstelle (355) zu einer Steuereinrichtung (360) zum Steuern der Wandlervorrichtung (300) auf.A converter device (300) for converting a direct electrical voltage is presented. The converter device (300) has an input section (302) having an input terminal (310) for receiving an input electrical voltage, a first inductor (312), a switching device (314), a first capacitor (316), and a ground terminal (318). having. Also, the converter device (300) has an output portion (304) electrically connected to the input portion (302). The output section (304) includes a second inductor (320) having a primary winding (322) and a secondary winding (324) electrically isolated from the primary winding (322), a first rectifying element (332), a second capacitance (334), a first load terminal (336) for providing a first electrical output voltage to a first load (392), a second rectifying element (342), a third capacitance (344), and a second load terminal (346) for providing a second electrical output voltage to a second load (394) on. In this case, the first rectifying element (332), the second capacitance (334) and the first load terminal (336) are electrically connected to the primary winding (322) of the second inductance (320). The second rectifying element (342), the third capacitance (344) and the second load terminal (346) are electrically connected to the secondary winding (324) of the second inductance (320). The converter device (300) further comprises an electrical return line (350) from a tapping point (348) disposed between the first rectifying element (332), the second capacitance (334) and the first load terminal (336) to an interface (355) to a controller (360) for controlling the converter device (300).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wandlervorrichtung zum Wandeln einer elektrischen Gleichspannung, auf ein Verfahren zum Steuern einer Wandlervorrichtung zum Wandeln einer elektrischen Gleichspannung und auf eine entsprechende Steuereinrichtung.The present invention relates to a converter device for converting a direct electrical voltage, to a method for controlling a converter device for converting a direct electrical voltage and to a corresponding control device.

Elektrische Gleichspannungen können beispielsweise mittels eines SEPIC-Wandlers (SEPIC = Single-Ended Primary Inductance Converter) eines galvanisch isolierten bzw. getrennten SEPIC-Wandlers oder vergleichbarer elektrischer Schaltungen gewandelt werden. Bei einem galvanisch getrennten SEPIC-Wandler können für eine zur Steuerung bzw. Regelung benötigten Rückführung oder Rückleitung Optokoppler oder dergleichen erforderlich sein.DC electrical voltages can be converted, for example, by means of a SEPIC converter (SEPIC = Single-Ended Primary Inductance Converter) of a galvanically isolated or separate SEPIC converter or comparable electrical circuits. In a galvanically isolated SEPIC converter opto-couplers or the like may be required for a required for control or feedback feedback or return.

Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Wandlervorrichtung zum Wandeln einer elektrischen Gleichspannung, ein verbessertes Verfahren zum Steuern einer Wandlervorrichtung zum Wandeln einer elektrischen Gleichspannung und eine verbesserte Steuereinrichtung gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, the present invention provides an improved DC electric power conversion apparatus, an improved method of controlling a DC electric power conversion apparatus, and an improved control apparatus according to the main claims. Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims and the description below.

Gemäß Ausführungsformen kann insbesondere eine Wandlervorrichtung in Gestalt eines ein galvanisch getrennten Gleichspannungswandlers, insbesondere eines galvanisch isolierten SEPIC-Wandlers, gesteuert und/oder geregelt werden, wobei eine Rückführungsleitung als eine durchgehende Leitungsverbindung ausgeführt sein kann. Dabei kann eine Ausgangsseite der Wandlervorrichtung in parallele Zweige bzw. Schaltungszweige aufgeteilt sein, einen nicht galvanisch getrennten Zweig und mindestens einen galvanisch getrennten Zweig. Eine Primärinduktivität bzw. Primärwicklung einer Induktivität des Gleichspannungswandlers bzw. Transformators kann somit für eine Erzeugung einer nicht galvanisch getrennten Ausgangsspannung verwendet werden. Durch die gemeinsame Eingangsseite kann erreicht werden, dass die Tastverhältnisse der Zweige der Ausgangsseite identisch sind. Die Ausgangsspannungen können über ein gemeinsames, schaltendes Element in Gestalt einer Schalteinrichtung miteinander gekoppelt sein, insbesondere fest miteinander gekoppelt sein.According to embodiments, in particular, a converter device in the form of a galvanically isolated DC-DC converter, in particular a galvanically isolated SEPIC converter, controlled and / or regulated, wherein a return line can be designed as a continuous line connection. In this case, an output side of the converter device can be divided into parallel branches or circuit branches, a non-galvanically separated branch and at least one galvanically separated branch. A primary inductance or primary winding of an inductance of the DC-DC converter or transformer can thus be used for generating a non-galvanically isolated output voltage. By the common input side can be achieved that the duty cycles of the branches of the output side are identical. The output voltages can be coupled to each other via a common, switching element in the form of a switching device, in particular be fixedly coupled to each other.

Vorteilhafterweise kann gemäß Ausführungsformen insbesondere eine einfache, kostengünstige und zuverlässige Steuerung und/oder Regelung eines Betriebs eines galvanisch getrennten Gleichspannungswandlers erreicht werden. Durch einen festen Zusammenhang der galvanisch getrennten, zweiten Ausgangsspannung zu der nicht galvanisch getrennten, ersten Ausgangsspannung kann eine Steuerung und/oder Regelung der nicht galvanisch getrennten, ersten Ausgangsspannung ausreichend sein. Die Steuerung und/oder Regelung der Wandlervorrichtung kann über einen parallelen nicht galvanisch getrennten Zweig bzw. ersten Zweig erfolgen, dessen Ausgang in Gestalt der ersten Ausgangsspannung zurückgeführt werden kann. Auf eine galvanisch getrennte Rückführung zur Regelung oder Regelung kann somit vorteilhaft verzichtet werden. Damit kann ein Design der Wandlervorrichtung im Vergleich zu herkömmlichen galvanisch getrennten SEPIC-Wandlern vereinfacht werden und können beispielsweise Baugröße, Komponentenanzahl und Kosten reduziert werden. Die galvanisch getrennte, zweite Ausgangsspannung kann auf einfache Weise generiert werden. Die nicht galvanisch getrennte, erste Ausgangsspannung kann ohne weitere schaltende Elemente zur Verfügung stehen und für Lasten verwendet werden, die keine Isolierung bzw. galvanisch Trennung benötigen.Advantageously, according to embodiments in particular a simple, inexpensive and reliable control and / or regulation of an operation of a galvanically isolated DC-DC converter can be achieved. By a fixed connection of the galvanically isolated, second output voltage to the non-galvanically isolated, first output voltage, a control and / or regulation of the non-galvanically isolated, first output voltage may be sufficient. The control and / or regulation of the converter device can take place via a parallel non-galvanically isolated branch or first branch, the output of which can be returned in the form of the first output voltage. On a galvanically isolated feedback for control or regulation can thus be advantageously dispensed with. Thus, a design of the converter device can be simplified as compared with conventional galvanically separated SEPIC converters and, for example, size, number of components and cost can be reduced. The galvanically isolated, second output voltage can be generated in a simple manner. The non-galvanically isolated, first output voltage can be available without further switching elements and be used for loads that do not require isolation or galvanic isolation.

Eine Wandlervorrichtung zum Wandeln einer elektrischen Gleichspannung weist zumindest folgende Merkmale auf:

  • • einen Eingangsabschnitt, der einen Eingangsanschluss zum Aufnehmen einer elektrischen Eingangsspannung, eine erste Induktivität, eine Schalteinrichtung, eine erste Kapazität und einen Masseanschluss aufweist;
  • • einen Ausgangsabschnitt, der elektrisch mit dem Eingangsabschnitt verbunden ist, wobei der Ausgangsabschnitt eine zweite Induktivität mit einer Primärwicklung und einer von der Primärwicklung galvanisch getrennten Sekundärwicklung, ein erstes Gleichrichtelement, eine zweite Kapazität, einen ersten Lastanschluss zum Bereitstellen einer ersten elektrischen Ausgangsspannung für eine erste Last, ein zweites Gleichrichtelement, eine dritte Kapazität und einen zweiten Lastanschluss zum Bereitstellen einer zweiten elektrischen Ausgangsspannung für eine zweite Last aufweist, wobei das erste Gleichrichtelement, die zweite Kapazität und der erste Lastanschluss elektrisch mit der Primärwicklung der zweiten Induktivität verbunden sind, wobei das zweite Gleichrichtelement, die dritte Kapazität und der zweite Lastanschluss elektrisch mit der Sekundärwicklung der zweiten Induktivität verbunden sind; und
  • • eine elektrische Rückführungsleitung von einem zwischen dem ersten Gleichrichtelement, der zweiten Kapazität und dem ersten Lastanschluss angeordneten Abgriffspunkt zu einer Schnittstelle zu einer Steuereinrichtung zum Steuern der Wandlervorrichtung.
A converter device for converting a direct electrical voltage has at least the following features:
  • An input section having an input terminal for receiving an input electrical voltage, a first inductor, a switching device, a first capacitor, and a ground terminal;
  • An output section electrically connected to the input section, the output section comprising a second inductor having a primary winding and a secondary winding electrically isolated from the primary winding, a first rectifying element, a second capacitance, a first load terminal for providing a first electrical output voltage for a first Load, a second rectifying element, a third capacitance and a second load terminal for providing a second electrical output voltage for a second load, wherein the first rectifying element, the second capacitance and the first load terminal are electrically connected to the primary winding of the second inductor, the second one Rectifying element, the third capacitor and the second load terminal are electrically connected to the secondary winding of the second inductance; and
  • An electrical return line from a tapping point located between the first rectifying element, the second capacitance and the first load terminal to an interface to a control device for controlling the converter device.

Die Wandlervorrichtung ähnelt einem sogenannten SEPIC (Single-Ended Primary Inductance Converter) bzw. galvanisch getrennten SEPIC. Dabei ist die Wandlervorrichtung ausgebildet, um eine elektrische Eingangsspannung in zumindest zwei elektrische Ausgangsspannungen zu wandeln. Die Wandlervorrichtung kann auch als ein Transformator bezeichnet werden. Anders ausgedrückt ist die Wandlervorrichtung ausgebildet, um eine elektrische Eingangsspannung aufzunehmen und zumindest zwei elektrische Ausgangsspannungen bereitzustellen.The converter device is similar to a so-called SEPIC (Single-Ended Primary Inductance Converter) or galvanically isolated SEPIC. there For example, the converter device is designed to convert an electrical input voltage into at least two electrical output voltages. The converter device may also be referred to as a transformer. In other words, the converter device is designed to receive an electrical input voltage and to provide at least two electrical output voltages.

Die erste Ausgangsspannung kann der zweiten Ausgangsspannung hinsichtlich eines Spannungswertes entsprechen. Alternativ können sich die erste Ausgangsspannung und die zweite Ausgangsspannung hinsichtlich eines Spannungswertes voneinander unterscheiden.The first output voltage may correspond to the second output voltage with respect to a voltage value. Alternatively, the first output voltage and the second output voltage may differ from each other in terms of a voltage value.

Eine Induktivität kann eine elektrische Spule repräsentieren. Die Primärwicklung kann eine Wicklung oder eine andere Primärinduktivität repräsentieren. Die Sekundärwicklung kann eine Wicklung oder eine andere Sekundärinduktivität repräsentieren. Eine Kapazität kann einen Kondensator repräsentieren. Die Schalteinrichtung kann einen Transistor repräsentieren. Das Gleichrichtelement kann in Durchlassrichtung zu dem ersten Lastanschluss hin gepolt sein.An inductance may represent an electrical coil. The primary winding may represent a winding or other primary inductance. The secondary winding may represent a winding or other secondary inductance. A capacitor may represent a capacitor. The switching device may represent a transistor. The rectifying element may be poled in the forward direction to the first load terminal.

Der Ausgangsabschnitt kann einen ersten Zweig und einen zweiten Zweig aufweisen. Hierbei können der erste Zweig und der zweite Zweig elektrisch parallel geschaltet sein. Der erste Zweig kann zumindest das erste Gleichrichtelement, die zweite Kapazität und den ersten Lastanschluss aufweisen. Der zweite Zweig kann zumindest das zweite Gleichrichtelement, die dritte Kapazität und den zweiten Lastanschluss aufweisen.The output section may include a first branch and a second branch. Here, the first branch and the second branch may be electrically connected in parallel. The first branch may comprise at least the first rectifying element, the second capacitance and the first load terminal. The second branch may include at least the second rectifying element, the third capacitance, and the second load terminal.

Die elektrische Rückführungsleitung kann ausgebildet sein, um die erste Ausgangsspannung als ein Rückführungssignal zu übertragen. Das Steuern kann auch ein Regeln umfassen. Der Abgriffspunkt kann elektrisch zwischen das erste Gleichrichtelement, die zweite Kapazität und den ersten Lastanschluss geschaltet sein.The electrical return line may be configured to transmit the first output voltage as a feedback signal. The controlling may also include rules. The tapping point may be electrically connected between the first rectifying element, the second capacitance and the first load terminal.

Gemäß einer Ausführungsform können die Primärwicklung und die Sekundärwicklung der zweiten Induktivität ein vordefiniertes Wicklungsverhältnis aufweisen. Anders ausgedrückt können eine Anzahl von Wicklungen der Primärwicklung und eine Anzahl von Wicklungen der Sekundärwicklung in dem vordefinierten Wicklungsverhältnis zueinander stehen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass über das Wicklungsverhältnis ein Verhältnis der Ausgangsspannungen zueinander auf einfache, exakte und zuverlässige Weise einstellbar ist. Bei einem Wicklungsverhältnis von eins und einem idealen Gleichrichtelement, insbesondere einer idealen Diode, können identische Werte der Ausgangsspannungen erhalten werden.According to one embodiment, the primary winding and the secondary winding of the second inductance may have a predefined winding ratio. In other words, a number of windings of the primary winding and a number of windings of the secondary winding may be in the predefined winding ratio. Such an embodiment offers the advantage that a ratio of the output voltages to one another can be set in a simple, exact and reliable manner via the winding ratio. With a winding ratio of one and an ideal rectifying element, in particular an ideal diode, identical values of the output voltages can be obtained.

Auch kann der Ausgangsabschnitt zumindest eine weitere Wicklung der zweiten Induktivität, zumindest ein weiteres Gleichrichtelement, zumindest eine weitere Kapazität und zumindest einen weiteren Lastanschluss zum Bereitstellen zumindest einer weiteren elektrischen Ausgangsspannung für zumindest eine weitere Last aufweisen. Dabei können das zumindest eine weitere Gleichrichtelement, die zumindest eine weitere Kapazität und der zumindest eine weitere Lastanschluss elektrisch mit der zumindest einen weiteren Wicklung verbindbar oder verbunden sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Anzahl der galvanisch getrennten Ausgangszweige auf einfache und kostengünstige Weise erhöht bzw. erweitert werden kann.The output section can also have at least one further winding of the second inductance, at least one further rectifying element, at least one further capacitance and at least one further load connection for providing at least one further electrical output voltage for at least one further load. In this case, the at least one further rectifying element, the at least one further capacitance and the at least one further load terminal can be electrically connected or connected to the at least one further winding. Such an embodiment offers the advantage that the number of galvanically isolated output branches can be increased or expanded in a simple and cost-effective manner.

Zusätzlich oder alternativ kann der Ausgangsabschnitt zumindest eine zusätzliche Induktivität mit einer Primärwicklung und einer von der Primärwicklung galvanisch getrennten Sekundärwicklung, zumindest ein zusätzliches Gleichrichtelement, zumindest eine zusätzliche Kapazität und zumindest einen zusätzlichen Lastanschluss zum Bereitstellen zumindest einer zusätzlichen elektrischen Ausgangsspannung für zumindest eine zusätzliche Last aufweisen. Dabei können das zumindest eine zusätzliche Gleichrichtelement, die zumindest eine zusätzliche Kapazität und der zumindest eine zusätzliche Lastanschluss elektrisch mit der Sekundärwicklung zumindest einen zusätzlichen Induktivität verbindbar oder verbunden sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Anzahl der galvanisch getrennten Ausgangszweige auf einfache und kostengünstige Weise erhöht bzw. erweitert werden kann.Additionally or alternatively, the output section may have at least one additional inductance with a primary winding and a secondary winding electrically isolated from the primary winding, at least one additional rectifying element, at least one additional capacitance, and at least one additional load terminal for providing at least one additional electrical output voltage for at least one additional load. In this case, the at least one additional rectifying element, the at least one additional capacitance and the at least one additional load terminal can be electrically connected or connected to the secondary winding at least one additional inductance. Such an embodiment offers the advantage that the number of galvanically isolated output branches can be increased or expanded in a simple and cost-effective manner.

Ferner kann die Wandlervorrichtung eine Ausführungsform einer nachstehend genannten Steuereinrichtung aufweisen. Hierbei kann die Steuereinrichtung mit der Schnittstelle signalübertragungsfähig verbindbar oder verbunden sein. Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, um die Wandlervorrichtung bzw. einen Betrieb der Wandlervorrichtung zu steuern. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine unaufwendige und sichere Steuerung der Wandlervorrichtung erreicht werden kann.Further, the converter device may include an embodiment of a control device mentioned below. In this case, the control device can be connectable or connected to the interface with signal transmission capability. The control device may be designed to control the converter device or an operation of the converter device. Such an embodiment offers the advantage that an inexpensive and safe control of the converter device can be achieved.

Zudem kann die Wandlervorrichtung eine Ansteuerleitung aufweisen. Mittels der Ansteuerleitung kann die Schalteinrichtung mit der Steuereinrichtung signalübertragungsfähig verbindbar oder verbunden sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine einfache und kostengünstige Ansteuerung der Schalteinrichtung und somit Steuerung der Wandlervorrichtung realisiert werden kann.In addition, the converter device may have a drive line. By means of the control line, the switching device can be connectable or connected to the control device signal transmitting capability. Such an embodiment has the advantage that a simple and cost-effective control of the switching device and thus control of the converter device can be realized.

Auch kann die Wandlervorrichtung eine Bereitstellungseinrichtung zum Bereitstellen der elektrischen Eingangsspannung aufweisen. Hierbei kann die Bereitstellungseinrichtung elektrisch mit dem Eingangsanschluss verbindbar oder verbunden sein. Die Bereitstellungseinrichtung kann eine Spannungsquelle, Gleichspannungsquelle oder dergleichen repräsentieren. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine sichere und/oder integrierte Spannungsversorgung vorgesehen sein kann.The converter device can also have a supply device for providing the electrical input voltage. In this case, the provision device can be electrically connected to the Input terminal connectable or connected. The providing device may represent a voltage source, DC voltage source or the like. Such an embodiment offers the advantage that a secure and / or integrated voltage supply can be provided.

Ein Verfahren zum Steuern einer Wandlervorrichtung zum Wandeln einer elektrischen Gleichspannung, wobei das Verfahren in Verbindung mit einer Ausführungsform der vorstehend genannten Wandlervorrichtung ausführbar ist, weist zumindest folgende Schritte auf:

  • • Einlesen der ersten elektrischen Ausgangsspannung von der Rückführungsleitung;
  • • Erzeugen eines Steuersignals zum Steuern der Wandlervorrichtung unter Verwendung der ersten elektrischen Ausgangsspannung; und
  • • Ausgeben des Steuersignals an die Schalteinrichtung.
A method for controlling a converter device for converting a direct electrical voltage, wherein the method is executable in connection with an embodiment of the aforementioned converter device, comprises at least the following steps:
  • • reading the first electrical output voltage from the return line;
  • Generating a control signal for controlling the converter device using the first electrical output voltage; and
  • Outputting the control signal to the switching device.

Das Verfahren zum Steuern ist ausführbar, um eine Ausführungsform der vorstehend genannten Wandlervorrichtung zu steuern. Dabei ist das Verfahren zum Steuern unter Verwendung einer Steuereinrichtung ausführbar, welche der nachstehend beschriebenen Steuereinrichtung entspricht oder ähnelt. Die Wandlervorrichtung kann die Steuereinrichtung aufweisen.The method of controlling is executable to control an embodiment of the aforementioned converter device. In this case, the method for controlling is executable using a control device which corresponds to or resembles the control device described below. The converter device may comprise the control device.

Ebenfalls vorteilhaft ist eine Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, um Schritte eine Ausführungsform des vorstehend genannten Verfahrens in entsprechenden Einheiten auszuführen und zusätzlich oder alternativ anzusteuern.Also advantageous is a control device that is set up to execute steps of an embodiment of the above-mentioned method in corresponding units and additionally or alternatively to control them.

Eine Steuereinrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Steuereinrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.A control device may be an electrical device that processes electrical signals, for example sensor signals, and outputs control signals in dependence thereon. The control device may have one or more suitable interfaces, which may be formed in hardware and / or software. For example, in a hardware configuration, the interfaces may be part of an integrated circuit in which functions of the device are implemented. The interfaces may also be their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Steuereinrichtung ausgeführt wird.A computer program product with program code which can be stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above if the program is run on a computer or a control device is also of advantage is performed.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Gleichspannungswandlers;
  • 2 eine schematische Darstellung eines galvanisch getrennten Gleichspannungswandlers;
  • 3 eine schematische Darstellung einer Wandlervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
  • 5 eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
The invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1 a schematic representation of a DC-DC converter;
  • 2 a schematic representation of a galvanically isolated DC-DC converter;
  • 3 a schematic representation of a converter device according to an embodiment;
  • 4 a flowchart of a method for controlling according to an embodiment; and
  • 5 a schematic representation of a control device according to an embodiment.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of preferred embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similarly acting, wherein a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Gleichspannungswandlers 100. Bei dem Gleichspannungswandler 100 handelt es sich um einen sogenannten Single-Ended Primary Inductance Converter (SEPIC). In der Darstellung von 1 sind von dem Gleichspannungswandler 100 hierbei eine Spannungsquelle 102 (V_IN), eine erste Inaktivität 104 (L1), ein Schalter 106 (S1), ein Masseanschluss 108 (0), ein Kondensator 110 (C1), eine zweite Induktivität 112 (L2), eine Diode 114 (D1), ein Ausgangskondensator 116 (C_OUT), eine Rückführungsleitung 118 und eine Logik-Einrichtung 120 gezeigt. Ferner ist eine an den Gleichspannungswandler 100 angeschlossene Last 130 (R_Last) dargestellt. 1 shows a schematic representation of a DC-DC converter 100 , In the DC-DC converter 100 is a so-called Single-Ended Primary Inductance Converter (SEPIC). In the presentation of 1 are from the DC-DC converter 100 this is a voltage source 102 (V_IN), a first inactivity 104 (L1), a switch 106 (S1), a ground connection 108 (0), a capacitor 110 (C1), a second inductance 112 (L2), a diode 114 (D1), an output capacitor 116 (C_OUT), a return line 118 and a logic device 120 shown. Furthermore, one is to the DC-DC converter 100 connected load 130 (R_load).

Bei dem Gleichspannungswandler 100 kann eine Ausgangsspannung sowohl kleiner als auch größer als eine Eingangsspannung sein, besitzt aber die gleiche Polarität. Ist der Schalter 106 (S1) geschlossen, wird in beide Induktivitäten 104 (L1) und 112 (L2) Strom eingespeist. Die Diode 114 (D1) sperrt und es wird keine Energie an die Last 130 (R_Last) übertragen. Die Last 130 (R_Last) wird vom Ausgangskondensator 116 (C_OUT) gespeist. Im stationären Betrieb ist der Kondensator 110 (C1) auf die Eingangsspannung aufgeladen. Im ausgeschalteten Takt baut sich elektrischer Strom in den beiden Induktivitäten 104 (L1) und 112 (L2) langsam ab. Dabei wird die Diode 114 (D1) leitend und es erfolgt ein Stromfluss in Ausgangskondensator 116 (C_OUT) und durch die Last 130 (R_Last). Damit der Strom durch die erste Inaktivität 104 (L1) weiter fließen kann, sollte eine elektrische Spannung am Schalter 106 (S1) auf UIN + UOUT + UF ansteigen. Die erste Inaktivität 104 (L1) sorgt für einen Spannungshub, der ein Nachladen des Kondensators 110 (C1) und eine Bildung der Ausgangspannung ermöglicht. Der Ausgangsstrom setzt sich aus dem Stromfluss durch die zweite Induktivität 112 (L2) und jenem durch die erste Inaktivität 104 (L1) und den Kondensator 110 (C1) zusammen. Es wird sowohl im Ein-Takt als auch im Aus-Takt Energie von der Eingangsseite zur Ausgangsseite, einschließlich der zweiten Induktivität 112 (L2), übertragen. Aufgrund des Kondensators 110 (C1) können keine Gleichströme zwischen Eingang und Ausgang fließen. Der SEPIC-Wandler bzw. Gleichspannungswandler 100 besitzt eine echte Shutdown-Fähigkeit. Wenn der Schalter 106 (S1) dauerhaft geschlossen bleibt, stellt sich eine Ausgangsspannung von 0 V ein. Das Tastverhältnis d berechnet sich zu: d = 1 U I N U O U T + U F + 1

Figure DE102017213194A1_0001
In the DC-DC converter 100 For example, an output voltage may be both smaller and larger than an input voltage but has the same polarity. Is the switch 106 (S1) closed, will be in both inductances 104 (L1) and 112 (L2) power is fed. The diode 114 (D1) locks and there is no energy to the load 130 (R_Last). Weight 130 (R_Last) is from the output capacitor 116 (C_OUT) fed. In steady state operation is the capacitor 110 (C1) charged to the input voltage. When the clock is switched off, electrical current builds up in the two inductors 104 (L1) and 112 (L2) slowly. This is the diode 114 (D1) conductive and there is a current flow in the output capacitor 116 (C_OUT) and through the load 130 (R_Last). Thus the current through the first inactivity 104 (L1) can continue to flow, should be a voltage at the switch 106 (S1) rise to U IN + U OUT + U F. The first inactivity 104 (L1) provides a voltage swing, which reloads the capacitor 110 (C1) and a formation of the output voltage allows. The output current consists of the current flow through the second inductance 112 (L2) and that by the first inactivity 104 (L1) and the capacitor 110 (C1) together. There is energy from the input side to the output side, including the second inductance, in both the on-clock and off-clock 112 (L2). Due to the capacitor 110 (C1) no DC currents can flow between input and output. The SEPIC converter or DC-DC converter 100 has a real shutdown capability. When the switch 106 (S1) remains permanently closed, sets an output voltage of 0 V. The duty cycle d is calculated as: d = 1 U I N U O U T + U F + 1
Figure DE102017213194A1_0001

Der SEPIC-Wandler bzw. Gleichspannungswandler 100 kann in einem kontinuierlichen Betrieb und in einem diskontinuierlichen Betrieb betrieben werden. Beim kontinuierlichen Betrieb erreichen die Ströme durch die Induktivitäten 104 (L1) und 112 (L2) nie oder zumindest beinahe nie den Null-Wert. Im diskontinuierlichen Betrieb bauen sich die Ströme auf 0 A ab und es entsteht ein dritter, periodisch auftretender Abschnitt.The SEPIC converter or DC-DC converter 100 can be operated in a continuous operation and in a discontinuous operation. In continuous operation, the currents reach through the inductors 104 (L1) and 112 (L2) never or at least almost never zero value. In discontinuous operation, the currents are reduced to 0 A, resulting in a third, periodically occurring section.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines galvanisch getrennten Gleichspannungswandlers 200. Der Gleichspannungswandler 200 in 2 entspricht dem Gleichspannungswandler aus 1 mit Ausnahme dessen, dass derselbe als ein galvanisch getrennter Gleichspannungswandler 200 mit einer Isolationsgrenze 240 ausgeführt ist, die zweite Induktivität in Gestalt einer Primärwicklung 212A (L_Pri) und einer galvanisch getrennten Sekundärwicklung 212B (L_Sek) ausgeführt ist und eine galvanisch getrennte Rückführungsleitung 218 vorgesehen ist. 2 shows a schematic representation of a galvanically isolated DC-DC converter 200 , The DC-DC converter 200 in 2 corresponds to the DC-DC converter 1 with the exception that the same as a galvanically isolated DC-DC converter 200 with an isolation limit 240 is executed, the second inductance in the form of a primary winding 212A (L_Pri) and a galvanically isolated secondary winding 212B (L_Sek) is executed and a galvanically isolated return line 218 is provided.

Bei dem galvanisch getrennten SEPIC-Wandler bzw. Gleichspannungswandler 200 weist die zweite Induktivität die Primärwicklung 212A (L_Pri) auf einem Kern und eine gekoppelte Sekundärinduktivität bzw. Sekundärwicklung 212B (L_Sek) auf, die galvanisch vom Eingangskreis getrennt ist. An der Sekundärwicklung 212B (L_Sek) folgt ein Ausgangsstromkreis mit Diode 114 (D1), Ausgangskondensator 116 (C_OUT) und Last 130 (R_Last). Da ein Energiefluss in den Ausgangskreis bei einem SEPIC-Wandler sowohl im Ein-Takt als auch im Aus-Takt erfolgt, dient der Kern als Energiespeicher und als direkter Energieübertrager. SEPIC-Wandler wie der galvanisch getrennte Gleichspannungswandler 200 stellen somit eine eigene Gruppe innerhalb der galvanisch getrennten DC/DC-Wandler dar und lassen sich weder den Sperrwandlern noch den Durchflusswandlern zuordnen. Verglichen mit Durchflusswandlern können sich eine geringere Bauteilanzahl und lediglich ein notwendiger Schalter zu Masse ergeben. Außerdem können Anforderungen an den Übertragerkern geringer als bei Sperrwandlern sein, da bei gleicher Ausgangsleistung weniger Energie im Kern zu speichern ist. Das Tastverhältnis d berechnet sich zu d = 1 ü · ( U I N U O U T + U F ) + 1

Figure DE102017213194A1_0002
mit den Übersetzungsverhältnis ü = N 2 N 1 .
Figure DE102017213194A1_0003
Eine Regelung der Ausgangsspannung erfolgt über die Rückführungsleitung 218, welche die Isolationsgrenze 240 überschreitet und somit z. B. mittels eines Optokopplers oder dergleichen galvanisch getrennt auszuführen ist.In the galvanically isolated SEPIC converter or DC-DC converter 200 the second inductor has the primary winding 212A (L_Pri) on a core and a coupled secondary inductance or secondary winding 212B (L_Sek), which is galvanically isolated from the input circuit. At the secondary winding 212B (L_sec) is followed by an output circuit with diode 114 (D1), output capacitor 116 (C_OUT) and load 130 (R_Last). Since a flow of energy into the output circuit takes place in a SEPIC converter both in the on-off and in the off-clock, the core serves as energy storage and as a direct energy transfer. SEPIC converters such as the galvanically isolated DC-DC converter 200 thus represent a separate group within the galvanically isolated DC / DC converter and can be assigned neither the flyback converters nor the flow transducers. Compared to flow rate converters, a smaller number of components and only a necessary switch can result in mass. In addition, requirements for the transformer core can be lower than for flyback converters, since with the same output power less energy is stored in the core. The duty cycle d is calculated to d = 1 ü · ( U I N U O U T + U F ) + 1
Figure DE102017213194A1_0002
with the gear ratio ü = N 2 N 1 ,
Figure DE102017213194A1_0003
A regulation of the output voltage via the return line 218 which is the isolation limit 240 exceeds and thus z. B. by means of an optocoupler or the like galvanically separated run.

Für eine Steuerung bzw. Regelung von galvanisch getrennten Systemen sind meist beispielsweise Konzepte vorgesehen sehen, welche eine Bauteilanzahl, eine Größe und Kosten des Systems bzw. einer elektrischen Schaltung erhöhen. Es sind beispielsweise Optokoppler zur galvanischen Trennung in Führungsleitungen erforderlich. Wie es im Folgenden unter Bezugnahme auf die nachfolgend beschriebenen Figuren erläutert wird, kann ein galvanisch getrennter SEPIC-Wandler realisiert werden, der ohne galvanisch getrennte Rückführung, d. h. beispielsweise mittels durchgehender Rückführungsleitung, gesteuert bzw. geregelt werden kann.For a control or regulation of galvanically isolated systems, for example, concepts are usually provided, which increase a number of components, a size and cost of the system or an electrical circuit. For example, optocouplers for galvanic isolation in guide lines are required. As will be explained below with reference to the figures described below, a galvanically isolated SEPIC converter can be realized which, without galvanically isolated feedback, i. H. For example, by means of continuous return line, can be controlled or regulated.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer Wandlervorrichtung 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Wandlervorrichtung 300 ist ausgebildet, um eine elektrische Gleichspannung zu wandeln. Somit ist die Wandlervorrichtung 300 als ein Gleichspannungswandler ausgeführt. Die Wandlervorrichtung 300 weist eine Ähnlichkeit mit einem SEPIC-Wandler sowie mit einem galvanisch getrennten SEPIC-Wandler auf. 3 shows a schematic representation of a converter device 300 according to an embodiment. The converter device 300 is designed to convert a DC electrical voltage. Thus, the converter device 300 executed as a DC-DC converter. The converter device 300 has a similarity to a SEPIC converter and a galvanically isolated SEPIC converter.

Die Wandlervorrichtung 300 weist einen Eingangsabschnitt 302, einen Ausgangsabschnitt 304, einen Eingangsanschluss 310, eine erste Induktivität 312 (L1), eine Schalteinrichtung 314 (S1), eine erste Kapazität 316 (C1) bzw. eine Kapazität, einen Masseanschluss 318 (0), eine zweite Induktivität 320, eine Primärwicklung 322 (L_Pri), eine Sekundärwicklung 324 (L_Sek), ein erstes Gleichrichtelement 332 (D1), eine zweite Kapazität 334 (C_OUT1) bzw. erste Ausgangskapazität, einen ersten Lastanschluss 336, ein zweites Gleichrichtelement 342 (D2), eine dritte Kapazität 344 (C_OUT2) bzw. zweite Ausgangskapazität, einen zweiten Lastanschluss 346, einen Abgriffspunkt 348, eine elektrische Rückführungsleitung 350 und eine Schnittstelle 355 auf.The converter device 300 has an entrance section 302 , an exit section 304 , an input terminal 310 , a first inductance 312 (L1), a switching device 314 (S1), a first capacity 316 (C1) or a capacity, a ground connection 318 (0), a second inductance 320 , a primary winding 322 (L_Pri), a secondary winding 324 (L_Sek), a first rectifying element 332 (D1), a second capacity 334 (C_OUT1) or first output capacitance, a first load connection 336 , a second rectifying element 342 (D2), a third capacity 344 (C_OUT2) or second output capacitance, a second load connection 346 , a tapping point 348 , an electrical return line 350 and an interface 355 on.

Die Wandlervorrichtung 300 weist den Eingangsabschnitt 302, den Ausgangsabschnitt 304 und die elektrische Rückführungsleitung 350 auf. Der Eingangsabschnitt 302 und der Ausgangsabschnitt sind elektrisch miteinander verbunden. Zusätzlich sind in der Darstellung von 3 eine erste Last 392 (R_Last1) und eine zweite Last 394 (R_Last2) gezeigt, welche elektrische an die Wandlervorrichtung 300 angeschlossen sind.The converter device 300 indicates the entrance section 302 , the exit section 304 and the electrical return line 350 on. The entrance section 302 and the output section are electrically connected together. In addition, in the presentation of 3 a first load 392 (R_Last1) and a second load 394 (R_Last2) shown which electrical to the converter device 300 are connected.

Dabei weist der Eingangsabschnitt 302 mindestens den Eingangsanschluss 310, die erste Induktivität 312 (L1), die Schalteinrichtung 314 (S1), die erste Kapazität 316 (C1) und den Masseanschluss 318 (0) auf. An dem Eingangsanschluss 310 ist eine elektrische Eingangsspannung (V_IN) aufnehmbar. Die erste Induktivität 312 (L1) ist beispielsweise als eine elektrische Spule ausgeführt. Die Schalteinrichtung 314 (S1) ist beispielsweise als ein Transistor ausgeführt. Die erste Kapazität 316 (C1) ist beispielsweise als ein Kondensator ausgeführt. Ferner weist der Eingangabschnitt 302 auch die Schnittstelle 355 zu einer Steuereinrichtung zum Steuern der Wandlervorrichtung 300 auf. An der Schnittstelle 355 ist ein erstes Ende der elektrischen Rückführungsleitung 350 anschließbar.In this case, the input section 302 at least the input connection 310 , the first inductance 312 (L1), the switching device 314 (S1), the first capacity 316 (C1) and the ground connection 318 (0) on. At the input port 310 An electrical input voltage (V_IN) can be received. The first inductance 312 (L1) is designed, for example, as an electrical coil. The switching device 314 (S1) is implemented, for example, as a transistor. The first capacity 316 (C1) is implemented, for example, as a capacitor. Furthermore, the entrance section 302 also the interface 355 to a controller for controlling the converter device 300 on. At the interface 355 is a first end of the electrical return line 350 connected.

Der Ausgangsabschnitt 304 weist mindestens die zweite Induktivität 320, die Primärwicklung 322 (L_Pri), die Sekundärwicklung 324 (L_Sek), das erste Gleichrichtelement 332 (D1), die zweite Kapazität 334 (C_OUT1), den ersten Lastanschluss 336, das zweite Gleichrichtelement 342 (D2), die dritte Kapazität 344 (C_OUT2) und den zweiten Lastanschluss 346 auf. Die zweite Induktivität 320 ist beispielsweise als eine elektrische Spule ausgeführt. Das erste Gleichrichtelement 332 (D1) und das zweite Gleichrichtelement 342 (D2) sind beispielsweise als Dioden ausgeführt. Die zweite Kapazität 334 (C_OUT1) und die dritte Kapazität 344 (C_OUT2) sind beispielsweise als Kondensatoren ausgeführt. An dem ersten Lastanschluss 336 ist eine erste elektrische Ausgangsspannung für die erste Last 392 (R_Last1) bereitstellbar. Die erste Last 392 (R_Last1) ist elektrisch an dem ersten Lastanschluss 336 angeschlossen. An dem zweiten Lastanschluss 346 ist eine zweite elektrische Ausgangsspannung für die zweite Last 394 (R_Last2) bereitstellbar. Die zweite Last 394 (R_Last2) ist elektrisch an dem zweiten Lastanschluss 346 angeschlossen.The exit section 304 has at least the second inductance 320 , the primary winding 322 (L_Pri), the secondary winding 324 (L_Sek), the first rectification element 332 (D1), the second capacity 334 (C_OUT1), the first load port 336 , the second rectifying element 342 (D2), the third capacity 344 (C_OUT2) and the second load port 346 on. The second inductance 320 is designed, for example, as an electrical coil. The first rectifying element 332 (D1) and the second rectifying element 342 (D2) are designed for example as diodes. The second capacity 334 (C_OUT1) and the third capacity 344 (C_OUT2) are designed, for example, as capacitors. At the first load connection 336 is a first electrical output voltage for the first load 392 (R_Last1) available. The first load 392 (R_Last1) is electrically connected to the first load terminal 336 connected. At the second load connection 346 is a second electrical output voltage for the second load 394 (R_Last2) available. The second load 394 (R_Last2) is electrically connected to the second load terminal 346 connected.

Der Ausgangsabschnitt 304 weist ferner den Abgriffspunkt 348 auf. Der Abgriffspunkt 348 ist zwischen dem ersten Gleichrichtelement 332 (D1), der zweiten Kapazität 334 (C_OUT1) und dem ersten Lastanschluss 336 angeordnet. Anders ausgedrückt ist der Abgriffspunkt 348 elektrisch zwischen das erste Gleichrichtelement 332 (D1), die zweite Kapazität 334 (C_OUT1) und den ersten Lastanschluss 336 geschaltet. An dem Abgriffspunkt 348 ist ein zweites Ende der elektrischen Rückführungsleitung 350 anschließbar.The exit section 304 also has the tapping point 348 on. The tapping point 348 is between the first rectifying element 332 (D1), the second capacity 334 (C_OUT1) and the first load port 336 arranged. In other words, the tapping point 348 electrically between the first rectifying element 332 (D1), the second capacity 334 (C_OUT1) and the first load port 336 connected. At the tapping point 348 is a second end of the electrical return line 350 connected.

Die zweite Induktivität 320 weist die Primärwicklung 322 (L_Pri) und die Sekundärwicklung 324 (L_Sek) auf. Dabei sind die Primärwicklung 322 (L_Pri) und die Sekundärwicklung 324 (L_Sek) galvanisch voneinander getrennt. Ferner sind die Primärwicklung 322 (L_Pri) und die Sekundärwicklung 324 (L_Sek) miteinander gekoppelt.The second inductance 320 indicates the primary winding 322 (L_Pri) and the secondary winding 324 (L_sec). Here are the primary winding 322 (L_Pri) and the secondary winding 324 (L_Sek) galvanically separated. Further, the primary winding 322 (L_Pri) and the secondary winding 324 (L_Sek) coupled together.

Mit der Primärwicklung 322 (L_Pri) sind das erste Gleichrichtelement 332 (D1), die zweite Kapazität 334 (C_OUT1) und der erste Lastanschluss 336 elektrisch verbunden. Somit repräsentieren die Primärwicklung 322 (L_Pri), die zweite Kapazität 334 (C_OUT1) und der erste Lastanschluss 336 einen ersten Zweig oder Schaltungszweig des Ausgangsabschnitts 304.With the primary winding 322 (L_Pri) are the first rectifying element 332 (D1), the second capacity 334 (C_OUT1) and the first load connection 336 electrically connected. Thus, the primary winding represent 322 (L_Pri), the second capacity 334 (C_OUT1) and the first load connection 336 a first branch or circuit branch of the output section 304 ,

Mit der Sekundärwicklung 324 (L_Sek) sind das zweite Gleichrichtelement 342 (D2), die dritte Kapazität 344 (C_OUT2) und der zweite Lastanschluss 346 elektrisch verbunden. Somit repräsentieren die Sekundärwicklung 324 (L_Sek), das zweite Gleichrichtelement 342 (D2), die dritte Kapazität 344 (C_OUT2) und der zweite Lastanschluss 346 einen zweiten Zweig oder Schaltungszweig des Ausgangsabschnitts 304.With the secondary winding 324 (L_sec) are the second rectifying element 342 (D2), the third capacity 344 (C_OUT2) and the second load port 346 electrically connected. Thus represent the secondary winding 324 (L_sec), the second rectification element 342 (D2), the third capacity 344 (C_OUT2) and the second load port 346 a second branch or circuit branch of the output section 304 ,

Gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Wandlervorrichtung 300 ferner eine Steuereinrichtung 360 auf. Die Steuereinrichtung ist ausgebildet, um die Wandlervorrichtung 300 zu steuern bzw. einen Betrieb der Wandlervorrichtung 300 zu steuern. Unter Steuern kann in diesem Zusammenhang auch Regeln verstanden werden. Die Steuereinrichtung 360 ist mit der Schnittstelle 355 gekoppelt. Lediglich beispielhaft ist die Steuereinrichtung 360 in dem Eingangsabschnitt 302 angeordnet. Ferner weist die Wandlervorrichtung 300 eine Ansteuerleitung 365 auf. Mittels der Ansteuerleitung 365 sind die Schalteinrichtung 314 (S1) und die Steuereinrichtung 360 signalübertragungsfähig miteinander verbunden.According to the in 3 illustrated embodiment, the converter device 300 Furthermore, a control device 360 on. The control device is designed to be the converter device 300 to control or an operation of the converter device 300 to control. Taxes can also be understood in this context as rules. The control device 360 is with the interface 355 coupled. By way of example only, the controller is 360 in the entrance section 302 arranged. Furthermore, the converter device 300 a control line 365 on. By means of the control line 365 are the switching device 314 (S1) and the control device 360 signal transmission capable connected to each other.

Ferner weist die Wandlervorrichtung 300 gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Bereitstellungseinrichtung 370 zum Bereitstellen der elektrischen Eingangsspannung (V_IN) auf. Die Bereitstellungseinrichtung 370 ist elektrisch an den Eingangsanschluss angeschlossen.Furthermore, the converter device 300 according to the in 3 illustrated embodiment, a provision device 370 for providing the input electrical voltage (V_IN). The Providing device 370 is electrically connected to the input terminal.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen die Primärwicklung 322 (L_Pri) und die Sekundärwicklung 324 (L_Sek) der zweiten Induktivität 320 ein vordefiniertes Wicklungsverhältnis auf. Setzt man die Tastverhältnisse des ersten Schaltungszweiges und des zweiten Schaltungszweiges des Ausgangsabschnitts 304 gleich, ergibt sich folgender Zusammenhang: U O U T 2 = ü · U O U T 1 + U F · ( ü 1 )

Figure DE102017213194A1_0004
Ein Verhältnis der Ausgangsspannungen zueinander ist über das Wicklungsverhältnis der Primärwicklung 322 (L_Pri) und der Sekundärwicklung 324 (L_Sek) einstellbar. Bei einem Wicklungsverhältnis von 1 und einer idealen Diode können beispielsweise identische Ausgangsspannungswerte erhalten werden.According to one embodiment, the primary winding 322 (L_Pri) and the secondary winding 324 (L_sec) of the second inductance 320 a predefined winding ratio. Substituting the duty cycles of the first circuit branch and the second circuit branch of the output section 304 the same, the following relationship arises: U O U T 2 = ü · U O U T 1 + U F · ( ü - 1 )
Figure DE102017213194A1_0004
A ratio of the output voltages to each other is about the winding ratio of the primary winding 322 (L_Pri) and the secondary winding 324 (L_Sek) adjustable. For example, with a winding ratio of 1 and an ideal diode, identical output voltage values can be obtained.

Durch den festen Zusammenhang der galvanisch getrennten Ausgangsspannung bzw. zweiten Ausgangsspannung an dem zweiten Lastanschluss 346 zu der ersten Ausgangsspannung an dem ersten Lastanschluss 336 ist eine Steuerung bzw. Regelung der ersten Ausgangsspannung an dem ersten Lastanschluss 336 ausreichend. Die Regelung des der zweiten Ausgangsspannung an dem zweiten Lastanschluss 346 erfolgt über den parallelen ersten Schaltungszweig, dessen Ausgang in Gestalt der ersten Ausgangsspannung von dem Angriffspunkt 348 über die Rückführungsleitung 350 zurückgeführt wird. Ein Transistor als Schalteinrichtung 314 (S1) ist zudem einfach anzusteuern, da er einseitig auf Masse liegt bzw. an dem Masseanschluss 318 (0) angeschlossen ist.Due to the fixed connection of the galvanically isolated output voltage or second output voltage at the second load connection 346 to the first output voltage at the first load terminal 336 is a control of the first output voltage at the first load terminal 336 sufficient. The regulation of the second output voltage at the second load terminal 346 takes place via the parallel first circuit branch whose output in the form of the first output voltage from the point of application 348 via the return line 350 is returned. A transistor as a switching device 314 (S1) is also easy to control, since it is grounded on one side or on the ground connection 318 (0) is connected.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Ausgangsabschnitt 304 zumindest eine weitere Wicklung der zweiten Induktivität 320, zumindest ein weiteres Gleichrichtelement, zumindest eine weitere Kapazität und zumindest einen weiteren Lastanschluss zum Bereitstellen zumindest einer weiteren elektrischen Ausgangsspannung für zumindest eine weitere Last aufweisen. Alternativ kann der Ausgangsabschnitt 304 zumindest eine zusätzliche Induktivität mit einer Primärwicklung und einer von der Primärwicklung galvanisch getrennten Sekundärwicklung, zumindest ein zusätzliches Gleichrichtelement, zumindest eine zusätzliche Kapazität und zumindest einen zusätzlichen Lastanschluss zum Bereitstellen zumindest einer zusätzlichen elektrischen Ausgangsspannung für zumindest eine zusätzliche Last aufweisen. Eine Anzahl galvanisch getrennter Ausgangszweige kann somit erweitert werden. Möglich sind beispielsweise sechs galvanisch isolierte Ausgangszweige zur Treiberversorgung eines Wechselrichters und eine Verwendung des nicht galvanisch getrennten Zweiges für einen Sensor zur Rotorlagebestimmung einer elektrischen Maschine oder dergleichen.According to one embodiment, the output section 304 at least one further winding of the second inductance 320 at least one further rectifying element, at least one further capacitance and at least one further load connection for providing at least one further electrical output voltage for at least one further load. Alternatively, the output section 304 at least one additional inductance having a primary winding and a secondary winding electrically isolated from the primary winding, at least one additional rectifying element, at least one additional capacitance and at least one additional load terminal for providing at least one additional electrical output voltage for at least one additional load. A number of galvanically isolated output branches can thus be extended. For example, six galvanically insulated output branches for driver supply to an inverter and one use of the non-galvanically isolated branch for a sensor for rotor position determination of an electrical machine or the like are possible.

4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Steuern gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 400 ist ausführbar, um eine Wandlervorrichtung zum Wandeln einer elektrischen Gleichspannung zu steuern. Das Verfahren 400 zum Steuern ist unter Verwendung einer Steuereinrichtung ausführbar, welche der Steuereinrichtung aus 3 entspricht oder ähnelt. Ferner ist das Verfahren 400 zum Steuern in Verbindung mit der Wandlervorrichtung aus 3 oder einer ähnlichen Wandlervorrichtung ausführbar. 4 shows a flowchart of a method 400 for controlling according to an embodiment. The procedure 400 is executable to control a converter device for converting a DC electrical voltage. The procedure 400 for controlling is executable using a control device which controls the device 3 corresponds or resembles. Further, the method 400 for controlling in connection with the converter device 3 or a similar converter device executable.

In einem Schritt 410 des Einlesens wird bei dem Verfahren 400 zum Steuern die erste elektrische Ausgangsspannung von der Rückführungsleitung eingelesen. Nachfolgend wird in einem Schritt 420 des Erzeugens unter Verwendung der ersten elektrischen Ausgangsspannung ein Steuersignal zum Steuern der Wandlervorrichtung erzeugt. Schließlich wird in einem Schritt 430 des Ausgebens das Steuersignal an die Schalteinrichtung ausgegeben.In one step 410 the reading is in the process 400 to read in the first electrical output voltage from the return line for controlling. The following will be in one step 420 generating using the first electrical output voltage generates a control signal for controlling the converter device. Finally, in one step 430 outputting the control signal to the switching device.

5 zeigt eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung 360 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Steuereinrichtung 360 entspricht oder ähnelt der Steuereinrichtung aus 3. Die Steuereinrichtung 360 ist ausgebildet, um eine Wandlervorrichtung zu steuern, welche der Wandlervorrichtung aus 3 entspricht oder ähnelt. 5 shows a schematic representation of a control device 360 according to an embodiment. The control device 360 corresponds or resembles the controller 3 , The control device 360 is configured to control a transducer device which is the transducer device 3 corresponds or resembles.

Ferner ist die Steuereinrichtung 360 ausgebildet, um das Verfahren aus 4 oder ein ähnliches Verfahren auszuführen.Furthermore, the control device 360 trained to do the procedure 4 or perform a similar procedure.

Die Steuereinrichtung 360 ist elektrisch zwischen die elektrische Rückführungsleitung 350 und die Ansteuerleitung 365 geschaltet. Dabei sind die Rückführungsleitung 350 und die Steuereinrichtung 360 mittels der Schnittstelle 355 signalübertragungsfähig miteinander verbunden. Die Ansteuerleitung 365 ist elektrisch bzw. signalübertragungsfähig an der Steuereinrichtung 360 angeschlossen.The control device 360 is electrically connected between the electrical return line 350 and the control line 365 connected. Here are the return line 350 and the controller 360 by means of the interface 355 signal transmission capable connected to each other. The control line 365 is electrically or signal transmitting at the control device 360 connected.

Die Steuereinrichtung 360 weist eine Einleseeinrichtung 510, eine Erzeugungseinrichtung 520 und eine Ausgabeeinrichtung 530 auf. Die Einleseeinrichtung 510 ist ausgebildet, um die erste elektrische Ausgangsspannung der Wandlervorrichtung von der Rückführungsleitung 350 einzulesen. Genauer gesagt ist die Einleseeinrichtung 510 ausgebildet, um die erste elektrische Ausgangsspannung über die Schnittstelle 355 von der Rückführungsleitung 350 einzulesen. Die Erzeugungseinrichtung 520 ist ausgebildet, um unter Verwendung der ersten elektrischen Ausgangsspannung ein Steuersignal 535 zum Steuern der Wandlervorrichtung zu erzeugen. Die Ausgabeeinrichtung 530 ist ausgebildet, um das Steuersignal 535 an die Schalteinrichtung der Wandlervorrichtung auszugeben. Genauer gesagt ist die Ausgabeeinrichtung 530 ausgebildet, um das Steuersignal 535 über die Ansteuerleitung 365 an die Schalteinrichtung auszugeben.The control device 360 has a read-in device 510 , a generating device 520 and an output device 530 on. The reading device 510 is configured to the first electrical output voltage of the converter device from the return line 350 read. More specifically, the read-in device 510 designed to be the first electrical output voltage across the interface 355 from the return line 350 read. The generating device 520 is configured to generate a control signal using the first electrical output voltage 535 to generate for controlling the converter device. The output device 530 is designed to be the control signal 535 output to the switching device of the converter device. More specifically, the output device 530 trained to control the signal 535 via the control line 365 output to the switching device.

Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.The embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also, an embodiment can be supplemented by features of another embodiment.

Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.Furthermore, method steps according to the invention can be repeated as well as carried out in a sequence other than that described.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, this can be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment, either only the first Feature or only the second feature.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
GleichspannungswandlerDC converter
102102
Spannungsquelle (V_IN)Voltage source (V_IN)
104104
erste Inaktivität (L1)first inactivity (L1)
106106
Schalter (S1)Switch (S1)
108108
Masseanschluss (0)Ground connection (0)
110110
Kondensator (C1)Capacitor (C1)
112112
zweite Induktivität (L2)second inductance (L2)
114114
Diode (D1)Diode (D1)
116116
Ausgangskondensator (C_OUT)Output capacitor (C_OUT)
118118
RückführungsleitungReturn line
120120
Logik-EinrichtungLogic device
130130
Lastload
200200
galvanisch getrennter Gleichspannungswandlergalvanically isolated DC-DC converter
240240
Isolationsgrenzeisolation boundary
212A212A
Primärwicklung (L_Pri)Primary winding (L_Pri)
212B212B
Sekundärwicklung (L_Sek)Secondary winding (L_sec)
218218
RückführungsleitungReturn line
300300
Wandlervorrichtungconverter device
302302
Eingangsabschnittinput section
304304
Ausgangsabschnittoutput section
310310
Eingangsanschlussinput port
312312
erste Induktivität (L1)first inductance (L1)
314314
Schalteinrichtung (S1)Switching device (S1)
316316
erste Kapazität (C1)first capacity (C1)
318318
Masseanschluss (0)Ground connection (0)
320320
zweite Induktivitätsecond inductance
322322
Primärwicklung (L_Pri)Primary winding (L_Pri)
324324
Sekundärwicklung (L_Sek)Secondary winding (L_sec)
332332
erstes Gleichrichtelement (D1)first rectifying element (D1)
334334
zweite Kapazität (C_OUT1)second capacity (C_OUT1)
336336
erster Lastanschlussfirst load connection
342342
zweites Gleichrichtelement (D2)second rectifying element (D2)
344344
dritte Kapazität (C_OUT2)third capacity (C_OUT2)
346346
zweiter Lastanschlusssecond load connection
348348
Abgriffspunkttapping
350350
elektrische Rückführungsleitungelectrical return line
355355
Schnittstelleinterface
360360
Steuereinrichtungcontrol device
365365
Ansteuerleitungdrive line
370370
BereitstellungseinrichtungProviding device
392392
erste Last (R_Last1)first load (R_Last1)
394394
zweite Last (R_Last2)second load (R_Last2)
400400
Verfahren zum SteuernMethod of controlling
410410
Schritt des EinlesensStep of reading in
420420
Schritt des ErzeugensStep of creating
430430
Schritt des AusgebensStep of spending
510510
Einleseeinrichtungread-in
520520
Erzeugungseinrichtunggenerator
530530
Ausgabeeinrichtungoutput device
535535
Steuersignalcontrol signal

Claims (9)

Wandlervorrichtung (300) zum Wandeln einer elektrischen Gleichspannung, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlervorrichtung (300) zumindest folgende Merkmale aufweist: • einen Eingangsabschnitt (302), der einen Eingangsanschluss (310) zum Aufnehmen einer elektrischen Eingangsspannung, eine erste Induktivität (312), eine Schalteinrichtung (314), eine erste Kapazität (316) und einen Masseanschluss (318) aufweist; • einen Ausgangsabschnitt (304), der elektrisch mit dem Eingangsabschnitt (302) verbunden ist, wobei der Ausgangsabschnitt (304) eine zweite Induktivität (320) mit einer Primärwicklung (322) und einer von der Primärwicklung (322) galvanisch getrennten Sekundärwicklung (324), ein erstes Gleichrichtelement (332), eine zweite Kapazität (334), einen ersten Lastanschluss (336) zum Bereitstellen einer ersten elektrischen Ausgangsspannung für eine erste Last (392), ein zweites Gleichrichtelement (342), eine dritte Kapazität (344) und einen zweiten Lastanschluss (346) zum Bereitstellen einer zweiten elektrischen Ausgangsspannung für eine zweite Last (394) aufweist, • wobei das erste Gleichrichtelement (332), die zweite Kapazität (334) und der erste Lastanschluss (336) elektrisch mit der Primärwicklung (322) der zweiten Induktivität (320) verbunden sind, • wobei das zweite Gleichrichtelement (342), die dritte Kapazität (344) und der zweite Lastanschluss (346) elektrisch mit der Sekundärwicklung (324) der zweiten Induktivität (320) verbunden sind; und • eine elektrische Rückführungsleitung (350) von einem zwischen dem ersten Gleichrichtelement (332), der zweiten Kapazität (334) und dem ersten Lastanschluss (336) angeordneten Abgriffspunkt (348) zu einer Schnittstelle (355) zu einer Steuereinrichtung (360) zum Steuern der Wandlervorrichtung (300).A converter device (300) for converting a DC electrical voltage, characterized in that the converter device (300) has at least the following features: an input section (302) having an input terminal (310) for receiving an electrical input voltage, a first inductance (312), a switching device (314), a first capacitor (316) and a ground terminal (318); An output section (304) electrically connected to the input section (302), wherein the output section (304) has a second inductance (320) with a primary winding (322) and a secondary winding (324) which is galvanically isolated from the primary winding (322), a first rectifying element (332), a second capacitance (334), a first load terminal (334). 336) for providing a first electrical output voltage to a first load (392), a second rectifying element (342), a third capacitance (344), and a second load terminal (346) for providing a second electrical output voltage to a second load (394) Wherein the first rectifying element (332), the second capacitance (334) and the first load terminal (336) are electrically connected to the primary winding (322) of the second inductance (320), wherein the second rectifying element (342), the third Capacitance (344) and the second load terminal (346) are electrically connected to the secondary winding (324) of the second inductance (320); and • an electrical return line (350) from a tapping point (348) located between the first rectifying element (332), the second capacitance (334) and the first load terminal (336) to an interface (355) to a controller (360) for controlling the converter device (300). Wandlervorrichtung (300) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklung (322) und die Sekundärwicklung (324) der zweiten Induktivität (320) ein vordefiniertes Wicklungsverhältnis aufweisen.Converter device (300) according to Claim 1 , characterized in that the primary winding (322) and the secondary winding (324) of the second inductance (320) have a predefined winding ratio. Wandlervorrichtung (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsabschnitt (304) zumindest eine weitere Wicklung der zweiten Induktivität (320), zumindest ein weiteres Gleichrichtelement, zumindest eine weitere Kapazität und zumindest einen weiteren Lastanschluss zum Bereitstellen zumindest einer weiteren elektrischen Ausgangsspannung für zumindest eine weitere Last aufweist.Converter device (300) according to one of the preceding claims, characterized in that the output section (304) at least one further winding of the second inductance (320), at least one further rectifying element, at least one further capacitance and at least one further load terminal for providing at least one further electrical Output voltage for at least one additional load. Wandlervorrichtung (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsabschnitt (304) zumindest eine zusätzliche Induktivität mit einer Primärwicklung und einer von der Primärwicklung galvanisch getrennten Sekundärwicklung, zumindest ein zusätzliches Gleichrichtelement, zumindest eine zusätzliche Kapazität und zumindest einen zusätzlichen Lastanschluss zum Bereitstellen zumindest einer zusätzlichen elektrischen Ausgangsspannung für zumindest eine zusätzliche Last aufweist.Converter device (300) according to one of the preceding claims, characterized in that the output section (304) has at least one additional inductance with a primary winding and a secondary winding electrically isolated from the primary winding, at least one additional rectifying element, at least one additional capacitance and at least one additional load connection to Providing at least one additional electrical output voltage for at least one additional load. Wandlervorrichtung (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (360) gemäß Anspruch 9, wobei die Steuereinrichtung (360) mit der Schnittstelle (355) signalübertragungsfähig verbindbar oder verbunden ist.Converter device (300) according to one of the preceding claims, characterized by a control device (360) according to Claim 9 in which the control device (360) can be connected or connected to the interface (355) in a signal-transmitting manner. Wandlervorrichtung (300) gemäß Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Ansteuerleitung (365), wobei mittels der Ansteuerleitung (365) die Schalteinrichtung (314) mit der Steuereinrichtung (360) signalübertragungsfähig verbindbar oder verbunden ist.Converter device (300) according to Claim 5 , characterized by a control line (365), wherein by means of the control line (365), the switching device (314) with the control device (360) signal connectable connectable or connected. Wandlervorrichtung (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Bereitstellungseinrichtung (370) zum Bereitstellen der elektrischen Eingangsspannung, wobei die Bereitstellungseinrichtung (370) elektrisch mit dem Eingangsanschluss (310) verbindbar oder verbunden ist.A converter device (300) according to any one of the preceding claims, characterized by providing means (370) for providing said electrical input voltage, said providing means (370) being electrically connectable or connected to said input terminal (310). Verfahren (400) zum Steuern einer Wandlervorrichtung (300) zum Wandeln einer elektrischen Gleichspannung, wobei das Verfahren (400) in Verbindung mit einer Wandlervorrichtung (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche ausführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (400) zumindest folgende Schritte aufweist: • Einlesen (410) der ersten elektrischen Ausgangsspannung von der Rückführungsleitung (350); • Erzeugen (420) eines Steuersignals (535) zum Steuern der Wandlervorrichtung (300) unter Verwendung der ersten elektrischen Ausgangsspannung; und • Ausgeben (430) des Steuersignals (535) an die Schalteinrichtung (314).Method (400) for controlling a converter device (300) for converting a direct electrical voltage, the method (400) being feasible in conjunction with a converter device (300) according to one of the preceding claims, characterized in that the method (400) has at least the following Comprising: • reading (410) the first electrical output voltage from the return line (350); Generating (420) a control signal (535) for controlling the converter device (300) using the first electrical output voltage; and • outputting (430) the control signal (535) to the switching means (314). Steuereinrichtung (360), die eingerichtet ist, um Schritte des Verfahrens (400) gemäß Anspruch 8 in entsprechenden Einheiten (510, 520, 530) auszuführen und/oder anzusteuern.Control means (360) arranged to perform steps of the method (400) according to Claim 8 in corresponding units (510, 520, 530) execute and / or to control.
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