DE102019000727A1

DE102019000727A1 - Device and method for bidirectional inductive energy transmission

Info

Publication number: DE102019000727A1
Application number: DE102019000727.1A
Authority: DE
Inventors: Reiner Nowitzki; Andreas Brenner; Karl Jäger; Georg Heiland
Original assignee: FINEPOWER GmbH
Current assignee: FINEPOWER GmbH
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2020-08-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur bidirektionalen induktiven Energieübertragung. Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur bidirektionalen Energieübertragung mittels resonanter induktiver Kopplung, welche eine Induktivität (9) enthält, die zwischen eine den primären Schwingkreis (5, 6) anregende Inverterschaltung (4) und den primären Schwingkreis (5, 6) geschaltet ist, wobei die Induktivität (9) als Gleichtaktinduktivität wirkt. Erfindungsgemäß soll für den Rückwärtsbetrieb dann die wirksame Gegentaktinduktivität, welche prinzipiell der Streuinduktivität der Gleichtaktdrossel (9) entspricht, als Speicherinduktivität für die Netzrückspeisung genutzt werden, wobei die Halbleiterschalter der Inverterelektronik (4) durch geeignete Steuerverfahren in Verbindung mit der Streuinduktivität der Gleichtaktdrossel (9) als Rückwärts-Hochsetzstellvorrichtung betrieben werden können.The invention relates to a device and a method for bidirectional inductive energy transmission. A device is proposed for bidirectional energy transmission by means of resonant inductive coupling, which contains an inductance (9) which is connected between an inverter circuit (4) which excites the primary oscillating circuit (5, 6) and the primary oscillating circuit (5, 6), the Inductance (9) acts as common mode inductance. According to the invention, the effective push-pull inductance, which in principle corresponds to the leakage inductance of the common-mode choke (9), is to be used as the storage inductance for the power supply, the semiconductor switches of the inverter electronics (4) using suitable control methods in conjunction with the leakage inductance of the common-mode choke (9). can be operated as a reverse boost actuator.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur bidirektionalen induktiven Energieübertragung.The invention relates to a device and a method for bidirectional inductive energy transmission.

Induktive Energieübertragung bezeichnet die Umwandlung elektrischer Energie in magnetische Energie mithilfe einer ersten, als primäre oder auch Sender bezeichneten Spulenanordnung und die Rückwandlung der magnetischen Energie in elektrische Energie mithilfe einer weiteren, auch als sekundäre oder Empfänger bezeichneten Spulenanordnung. Eine Energieübertragung findet dann statt, wenn die weitere Spulenanordnung sich im Magnetfeld befindet, welches durch die erste Spulenanordnung erzeugt wird. Theoretisch ist die Magnetfeldausdehnung einer stromdurchflossenen Spule örtlich nicht begrenzt, wodurch beliebige Spulenanordnungen mit beliebigen Abständen zueinander magnetisch gekoppelt sind. Jedoch sinkt die Kopplung mit steigendem Abstand überproportional, sodass einer messbaren und technisch nutzbaren Energieübertragung zwischen zwei Spulenanordnungen in der Praxis Grenzen gesetzt sind.Inductive energy transmission denotes the conversion of electrical energy into magnetic energy with the aid of a first coil arrangement, referred to as the primary or transmitter, and the conversion back of the magnetic energy into electrical energy with the aid of a further coil arrangement, also referred to as the secondary or receiver. An energy transfer takes place when the further coil arrangement is in the magnetic field which is generated by the first coil arrangement. Theoretically, the magnetic field expansion of a current-carrying coil is not locally limited, as a result of which any coil arrangements are magnetically coupled at any spacing from one another. However, the coupling drops disproportionately with increasing distance, so that a measurable and technically usable energy transfer between two coil arrangements is limited in practice.

Durch die räumliche Magnetfeldverteilung und deren sinkender Intensität mit steigendem Abstand zweier Spulenanordnungen zueinander erhöht sich die Anzahl der Magnetfeldlinien, welche sich außerhalb der zweiten Spulenanordnung schließen. Der Anteil des Magnetfeldes, welcher sich außerhalb einer Empfängerspule schließt, was bedeutet dass die Empfängerspule nicht von diesem Anteil durchsetzt wird, wird als Streufeld bezeichnet. Je höher das Streufeld, desto niedriger ist der Koppelfaktor zwischen den Spulenanordnungen. Durch die Anzahl der Windungen einer Spulenanordnung ist über das Induktionsgesetz nach Maxwell die Spannung bestimmt, welche sich ergibt, wenn die Spulenanordnung mit einem Magnetfeld durchsetzt wird. Je höher der Streufeldanteil, desto niedriger ist die Kopplung und desto niedriger ist auch die induzierte Spannung in der Sekundärspulenanordnung.Due to the spatial magnetic field distribution and its decreasing intensity with increasing distance between two coil arrangements, the number of magnetic field lines which close outside the second coil arrangement increases. The portion of the magnetic field that closes outside of a receiver coil, which means that this portion is not penetrated by the receiver coil, is called the stray field. The higher the stray field, the lower the coupling factor between the coil arrangements. The number of turns of a coil arrangement determines the voltage, which results when the coil arrangement is penetrated by a magnetic field, using the Maxwell induction law. The higher the stray field component, the lower the coupling and the lower the induced voltage in the secondary coil arrangement.

Typische Beispiele für induktive Energieübertragung sind elektrische Maschinen und Transformatoren, welche einen sehr hohen Koppelfaktor besitzen, da ein definierter Magnetkreis durch magnetisch aktive Materialien (Ferrite, Eisen, Magnetlegierungen, etc.) vorhanden ist, wodurch eine Feldlinienführung möglich ist. Ein weiteres Beispiel ist die kontaktlose Ladung von Elektrofahrzeugen, wobei hier ein großer Abstand zwischen Fahrzeugspule und Primärspule vorhanden ist, welcher nur mit Luft, Gasen, Flüssigkeiten oder anderen magnetisch inaktiven Materialien gefüllt ist. Damit ergibt sich in diesem Fall eine sehr niedrige Kopplung.Typical examples of inductive energy transmission are electrical machines and transformers, which have a very high coupling factor, since a defined magnetic circuit is provided by magnetically active materials (ferrites, iron, magnetic alloys, etc.), which enables field lines to be routed. Another example is the contactless charging of electric vehicles, where there is a large distance between the vehicle coil and the primary coil, which is only filled with air, gases, liquids or other magnetically inactive materials. This results in a very low coupling in this case.

Wird ein solches Spulensystem mit niedriger Kopplung an eine Stromversorgung, wie beispielsweise ein öffentliches Niederspannungsnetz angeschlossen, ist durch eine normativ geforderte Leistungsfaktorkorrekturschaltung am Netzanschluss eine minimale Eingangsspannung für die Spulenanordnung vorgegeben, welche aus technischen Gründen über der Amplitude der NetzWechselspannung liegt.If such a coil system with low coupling is connected to a power supply, such as a public low-voltage network, a normatively required power factor correction circuit at the network connection specifies a minimum input voltage for the coil arrangement, which for technical reasons lies above the amplitude of the AC line voltage.

Durch die niedrige Kopplung einer Spulenanordnung zur Ladung von Elektrofahrzeugen ist die auf die Primärseite umgerechnete induzierte Spannung in der Sekundärspule immer geringer als die Eingangsspannung der Spulenanordnung.Due to the low coupling of a coil arrangement for charging electric vehicles, the induced voltage in the secondary coil converted on the primary side is always lower than the input voltage of the coil arrangement.

Vor dem Hintergrund einer zunehmenden Dezentralisierung der Energieversorgung und gleichzeitig zunehmenden Elektrifizierung von Straßen- und Nutzfahrzeugen ist eine Möglichkeit der Nutzung der Energiespeicher der Elektrofahrzeuge als Pufferspeicher für die Netzstabilisierung wünschenswert. Eine andere sinnvolle Nutzung von Energiespeichern als Pufferspeicher ist im industriellen Bereich möglich, wo Großabnehmer durch Reduktion von Spitzenleistungen in günstigere Stromtarife und kleinere Netzanschlussleistungen wechseln können.In view of the increasing decentralization of the energy supply and, at the same time, increasing electrification of road and commercial vehicles, a possibility of using the energy stores of the electric vehicles as buffer stores for the grid stabilization is desirable. Another sensible use of energy storage as a buffer storage is possible in the industrial sector, where bulk buyers can switch to cheaper electricity tariffs and smaller grid connection services by reducing peak performance.

Hierfür sind Ladesysteme notwendig, welche Energie in beide Richtungen, also bidirektional, transferieren können. Für ein induktives Übertragungssystem bedeutet dies, dass für die Energieflussrichtung vom Speicher ins Netz eine höhere auf die Primärseite umgerechnete Sekundärspannung notwendig ist als die von einer Leistungsfaktorkorrektur vorgegebene Eingangsspannung des Spulensystems, um eine in Rückwärtsrichtung positive treibende Spannung zu erhalten.This requires charging systems that can transfer energy in both directions, i.e. bidirectionally. For an inductive transmission system, this means that a higher secondary voltage converted to the primary side is required for the direction of energy flow from the store to the network than the input voltage of the coil system specified by a power factor correction in order to obtain a positive driving voltage in the reverse direction.

Zur Energieübertragung ist die Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes notwendig, welches durch einen elektrischen Wechselstrom hervorgerufen werden kann. Dies wird üblicherweise mithilfe eines elektrischen Schwingkreises realisiert, welcher durch eine Halbleiterschaltung mit einer rechteckförmigen Wechselspannung angeregt wird, welche aus der Eingangsspannung des Spulensystems erzeugt wird. Die Halbleiterschaltung besteht meist aus einer oder mehreren Halbbrücken, welche auch als Inverterschaltung bezeichnet wird. Der Schwingkreis besteht aus einer oder mehreren Kapazitäten, welche in Reihe oder parallel zur Primärspule geschaltet sein können, es kann aber auch eine Kombination aus einer Reihen- und Parallelschaltung mehrerer Kapazitäten elektrisch mit der Primärspule verbunden sein. Durch die frequenzabhängige Übertragungscharakteristik eines solchen Schwingkreises kann durch eine entsprechende Betriebsfrequenz der Inverterschaltung erreicht werden, dass die Eingangsspannung verstärkt wird und somit in der Sekundärspule eine höhere Spannung induziert wird. Dies bedeutet, dass für dieselbe zu induzierende Spannung in der Sekundärspule entweder mehr Windungen in der Primärspule oder weniger Windungen in der Sekundärspule notwendig sind.The generation of a magnetic alternating field, which can be caused by an alternating electrical current, is necessary for energy transmission. This is usually implemented with the aid of an electrical resonant circuit which is excited by a semiconductor circuit with a rectangular AC voltage which is generated from the input voltage of the coil system. The semiconductor circuit usually consists of one or more half bridges, which is also referred to as an inverter circuit. The resonant circuit consists of one or more capacitors, which can be connected in series or parallel to the primary coil, but a combination of a series and parallel connection of several capacitors can also be electrically connected to the primary coil. Due to the frequency-dependent transmission characteristic of such an oscillating circuit, a corresponding operating frequency of the inverter circuit can be used to amplify the input voltage and thus induce a higher voltage in the secondary coil becomes. This means that for the same voltage to be induced in the secondary coil, either more turns in the primary coil or fewer turns in the secondary coil are necessary.

Für die Energieflussrichtung vom Speicher in ein Versorgungsnetz bedeutet die Reduktion der Windungszahl in der Sekundärspule oder die Erhöhung der Windungszahl in der Primärspule, dass dann die auf die Primärseite übersetzte Sekundärspannung unter bestimmten Voraussetzungen höher ist als die durch eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung vorgegebene Eingangsspannung des Spulensystems, und somit ein Rückspeisebetrieb möglich ist. Jedoch ist eine solche Auslegung des Spulensystems äußerst komplex und in der Regel einigen technischen Grenzen unterlegen, vor Allem die last- und bauteiltoleranzabhängige maximale Verstärkung des Schwingkreises gestaltet den Designprozess schwierig.For the direction of energy flow from the storage system to a supply network, the reduction in the number of turns in the secondary coil or the increase in the number of turns in the primary coil means that the secondary voltage translated to the primary side is then, under certain conditions, higher than the input voltage of the coil system specified by a power factor correction circuit, and thus regenerative operation is possible. However, such a design of the coil system is extremely complex and as a rule is subject to some technical limits, especially the load and component tolerance-dependent maximum amplification of the resonant circuit makes the design process difficult.

Eine andere Möglichkeit ist die Ausstattung der Sekundärseite mit einem der Primärseite ähnlichen Schwingkreis, wodurch auch im Netzeinspeisebetrieb eine Verstärkung möglich ist. Zusätzlich sollte hier aber eine Überbrückungsmöglichkeit der sekundären seriellen Kapazitäten vorgesehen werden, da es ansonsten im Ladebetrieb zu einer weiteren Komplexität des Übertragungsverhaltens kommt. Eine solche Überbrückungsmöglichkeit sind beispielsweise elektromechanische Relais oder Halbleiterrelais. Für den Einsatz im Fahrzeug sind solche Maßnahmen aus Kosten-, Zuverlässigkeits- und Gewichtsgründen jedoch nicht erwünscht.Another possibility is to equip the secondary side with a resonant circuit similar to the primary side, which means that amplification is also possible in the grid feed mode. In addition, however, a possibility of bridging the secondary serial capacities should be provided here, since otherwise the transmission behavior becomes more complex when charging. Such a bridging option are, for example, electromechanical relays or semiconductor relays. However, such measures are not desirable for use in the vehicle for reasons of cost, reliability and weight.

Eine einfache Möglichkeit, eine Rückspeisung durch Maßnahmen auf der Primärseite zu ermöglichen, ist die zusätzliche Vorsehung einer zwischen einer Leistungsfaktorkorrektur und Inverterschaltung geschalteten Rückwärts-Hochsetzschaltung, welche aus einer Halbbrücke und einer Induktivität besteht. Diese Variante führt im Ladebetrieb zu erhöhten Verlusten durch den Stromfluss über einen dauerhaft eingeschalteten Halbleiter und die Induktivität, sowie zu erhöhten Kosten aufgrund der Zusatzkom ponenten.A simple way to enable feedback by means of measures on the primary side is the additional provision of a reverse step-up circuit which is connected between a power factor correction and an inverter circuit and which consists of a half bridge and an inductance. In charging operation, this variant leads to increased losses due to the current flow via a permanently switched on semiconductor and the inductance, as well as to increased costs due to the additional components.

Daher stellt sich die Aufgabe, einen bidirektionalen Energietransfer eines induktiven Energieübertragungssystems mit möglichst geringem zusätzlichem Komponentenaufwand und ohne Einschränkung des Ladebetriebs zu ermöglichen.Therefore, the task arises to enable bidirectional energy transfer of an inductive energy transmission system with as little additional component expenditure as possible and without restriction of the charging operation.

Eine Lösung dieser Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 3 erreicht. Weitere günstige Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved by a device with the features of claim 1 and a method with the features of claim 3. Further favorable embodiments result from the subclaims.

Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur bidirektionalen Energieübertragung mittels resonanter induktiver Kopplung, welche eine Induktivität enthält, die zwischen eine den primären Schwingkreis anregende Inverterschaltung und den primären Schwingkreis geschaltet ist, wobei die Induktivität als Gleichtaktinduktivität ausgeführt ist.A device is proposed for bidirectional energy transmission by means of resonant inductive coupling, which contains an inductor which is connected between an inverter circuit which excites the primary resonant circuit and the primary resonant circuit, the inductance being designed as a common mode inductance.

Durch die mechanische Ausführung der Übertragerspulen und die räumliche Anordnung der Leistungselektronik in solchen induktiven Energieübertragungssystemen entstehen hohe Ableitströme gegen den geerdeten Schirm der Spulenplatten sowie der Leitungen zwischen der Inverterelektronik und der Primärspule. Da diese Ableitströme zu den leitungsgebundenen elektromagnetischen Störaussendungen von elektronischen Geräten zählen und normativ limitiert sind, kann durch Einsatz einer Gleichtaktinduktivität zwischen Inverterelektronik und Primärspule bereits eine signifikante Unterdrückung dieser Ableitströme erreicht werden.The mechanical design of the transmitter coils and the spatial arrangement of the power electronics in such inductive energy transmission systems result in high leakage currents against the grounded shield of the coil plates and the lines between the inverter electronics and the primary coil. Since these leakage currents belong to the line-bound electromagnetic interference emissions of electronic devices and are normatively limited, a significant suppression of these leakage currents can be achieved by using a common mode inductance between the inverter electronics and the primary coil.

Erfindungsgemäß soll für den Rückwärtsbetrieb dann die wirksame Gegentaktinduktivität, welche prinzipiell dem Streuanteil der Gleichtaktinduktivität entspricht, als Speicherinduktivität für die Netzrückspeisung genutzt werden, wobei die Halbleiterschalter der Inverterelektronik durch geeignete Steuerverfahren in Verbindung mit der Streuinduktivität der Gleichtaktinduktivität als Rückwärts-Hochsetzstellvorrichtung betrieben werden können. Neben dem Vorteil der Betriebserweiterung ohne zusätzlichen Bauteilaufwand besteht ein weiterer technischer Vorteil darin, dass die Streuinduktivität der Gleichtaktinduktivität keine Sättigungserscheinungen zeigt. Eine Gleichtaktinduktivität wird üblicherweise derart realisiert, indem Hin- und Rückleiter eines Stromkreises auf einen gemeinsamen magnetischen Kern derart gewickelt werden, dass sich die durch die beiden Wicklungen erzeugten magnetischen Flüsse dann kompensieren, wenn Strom durch beide Wicklungen in entgegengesetzter Richtung fließt, wenn also der Stromkreis geschlossen ist. Ein solcher Strom wird als Gegentaktstrom bezeichnet. In diesem Fall wirkt nur der Streuanteil der Induktivität, da sich im Kern kein magnetischer Fluss aufbauen kann. Fließt Strom durch die beiden Wicklungen in dieselbe Richtung, schließt sich der Stromkreis über einen anderen Pfad; ein solcher Stromfluß wird wegen der gleichen Flussrichtung in beiden Wicklungen auch als Gleichtaktstrom bezeichnet. In diesem Fall wirkt die Wicklungsinduktivität, die sich aus dem magnetischen Leitwert des Kerns und der Windungszahl ergibt.According to the invention, the effective push-pull inductance, which in principle corresponds to the stray component of the common-mode inductance, is then to be used for the reverse operation as a memory inductor for the regenerative power supply, the semiconductor switches of the inverter electronics being able to be operated as a reverse step-up device by means of suitable control methods in conjunction with the stray inductance of the common-mode inductor. In addition to the advantage of expanding operations without additional component expenditure, another technical advantage is that the leakage inductance of the common mode inductance shows no signs of saturation. A common mode inductance is usually realized in such a way that the forward and return conductors of a circuit are wound on a common magnetic core in such a way that the magnetic fluxes generated by the two windings are compensated for when current flows through the two windings in the opposite direction, that is to say when the circuit closed is. Such a current is called push-pull current. In this case, only the stray part of the inductance works, since no magnetic flux can build up in the core. If current flows through the two windings in the same direction, the circuit closes via a different path; Such a current flow is also referred to as common mode current in both windings because of the same flow direction. In this case, the winding inductance, which results from the magnetic conductance of the core and the number of turns, acts.

In einer vorteilhaften Ausführungsform besitzt die Gleichtaktinduktivität eine definierte Streuinduktivität, welche auf den Schwingkreis abgestimmt ist. Da die Streuinduktivität als Gegentaktinduktivität wirksam ist, trägt diese zum Übertragungsverhalten sowohl im Lade- als auch im Rückspeisebetrieb bei.In an advantageous embodiment, the common mode inductance has a defined leakage inductance which is matched to the resonant circuit. Because the leakage inductance as push-pull inductance effective, it contributes to the transmission behavior in both charging and regenerative operation.

Insbesondere besitzt die Streuinduktivität einen Wert, der kleiner als 50% der Induktivität der primären Übertragerspule ist.In particular, the leakage inductance has a value which is less than 50% of the inductance of the primary transmitter coil.

Vorgeschlagen wird weiter ein Verfahren zum Betrieb eines induktiven Ladesystems nach dem Hauptanspruch oder einem der vorangegangenen Unteransprüche, welches Steuersignale für die Halbleiterschalter der primären Inverterschaltung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom durch die Gleichtaktinduktivität derart geregelt wird, dass eine Leistungsübertragung in Rückwärtsrichtung erfolgt. Typischerweise muss dies durch eine Hochsetzoperation erfolgen, indem die Halbleiterschalter des Inverters derart angesteuert werden, dass die Gleichtaktinduktivität zyklisch mit einem Strom auf- und wieder entladen wird, wobei der Strom während eines Schaltzyklus lückend oder nicht-lückend sein kann. Nur durch die Ansteuerung der primären Halbleiterschalter kann ein Stromfluss entstehen, da die Eingangsspannung der Inverterschaltung, welche üblicherweise durch eine vorgeschaltete Leistungsfaktorkorrektur erzeugt wird, höher als die auf die Primärseite übersetzte Sekundärspannung ist. Eine sinnvolle Ansteuerung der primären Halbleiterschalter erzeugt hochfrequente periodische rechteckförmige Signale, welche sowohl in der Frequenz als auch in der Pulsbreite variabel sein können. Typische Beispiele sind Pulsweitenmodulation oder phasenverschobene Pulsweitenmodulation von zwei Halbbrücken in einer Inverterschaltung.Also proposed is a method for operating an inductive charging system according to the main claim or one of the preceding subclaims, which generates control signals for the semiconductor switches of the primary inverter circuit, characterized in that the current is regulated by the common mode inductance in such a way that power transmission takes place in the reverse direction. Typically, this must be done by a step-up operation in that the semiconductor switches of the inverter are driven in such a way that the common-mode inductance is charged and discharged cyclically with a current, the current being able to be non-continuous or non-continuous during a switching cycle. A current flow can only arise through the control of the primary semiconductor switches, since the input voltage of the inverter circuit, which is usually generated by an upstream power factor correction, is higher than the secondary voltage translated to the primary side. A sensible control of the primary semiconductor switch generates high-frequency periodic rectangular signals, which can be variable both in frequency and in pulse width. Typical examples are pulse width modulation or phase-shifted pulse width modulation of two half bridges in an inverter circuit.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens erzeugt Steuersignale für die Halbleiterschalter des primären Inverters mit einer Frequenz, welche über der Übertragungsfrequenz der induktiven Energieübertragung liegt. Damit kann die Energieübertragung geregelt und auf eine beliebige Inverter-Eingangsspannung, welche höher als die reflektierte Sekundärspannung ist, adaptiert werden.An advantageous embodiment of the proposed method generates control signals for the semiconductor switches of the primary inverter at a frequency which is above the transmission frequency of the inductive energy transmission. This allows the energy transfer to be regulated and adapted to any inverter input voltage that is higher than the reflected secondary voltage.

Insbesondere ist die Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches dieser Übertragungsfrequenz. Damit kann die elektromagnetische Störemission im Zeitpunkt des Polaritätswechsels der reflektierten Sekundärspannung verringert werden.In particular, the frequency is an integral multiple of this transmission frequency. The electromagnetic interference emission at the time of the polarity change of the reflected secondary voltage can thus be reduced.

In einer weiteren günstigen Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens wird ein maximaler Stromwert vorgegeben, der pro Schaltzyklus in der Gleichtaktinduktivität fließen soll. Dadurch kann auch mit Gleichtaktinduktivitäten gearbeitet werden, welche eine variable Streuziffer besitzen.In a further advantageous embodiment of the proposed method, a maximum current value is specified, which should flow in the common mode inductance per switching cycle. As a result, it is also possible to work with common mode inductors which have a variable stray number.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens erzeugt dabei Steuersignale, welche eine variable Pulsbreite besitzen, auch als Pulsweitenmodulation bekannt.A further advantageous embodiment of the proposed method generates control signals which have a variable pulse width, also known as pulse width modulation.

Weiter kann das vorgeschlagene Verfahren in einer günstigen Ausgestaltung auch den jeweils komplementären Halbleiterschalter einer Halbbrücke einschalten, während der Halbleiterschalter, der zur Aufmagnetisierung der Gleichtaktinduktivität eingeschaltet wird, ausgeschaltet ist. Da in der Abmagnetisierungsphase der Strom durch den Streuanteil der Gleichtaktinduktivität aufrechterhalten wird, fließt dieser über die Freilaufdiode, welche meist als parasitäre, intrinsische Diode von Halbleitern realisiert wird. Diese intrinsischen Dioden, auch als Body-Dioden bezeichnet, haben eine höhere Verlustleistung als bei Stromfluss durch den aktiven Halbleiter erzeugt würde. Daher kann während der Zeit, in der der Strom durch die intrinsische Diode fließt, auch der Halbleiter angesteuert werden, wodurch der Strom von der Diode in den aktiven Halbleiter kommutiert und damit die elektrischen Verluste reduziert werden. Wird als Inverterschaltung eine Vollbrücke, auch H-Brücke genannt, eingesetzt, muss zur Aufmagnetisierung der Streuinduktivität der Gleichtaktdrossel je nach Polarität der auf die Primärseite übersetzten sekundären Wechselspannung entweder bei positiver Polarität einer der beiden mit dem primären Massepotenzial verbundenen Halbleiterschalter (auch „Low-Side-Schalter“ genannt) mit dem Steuersignal betrieben werden und der jeweils andere der beiden Low-Side-Schalter kann statisch ein- oder ausgeschaltet werden, wobei im ausgeschalteten Zustand dann bei Einsatz eines MOSFETs die intrinsische Body-Diode den Stromfluss übernimmt, oder bei negativer Polarität einer der beiden mit dem primären positiven Zwischenkreispotenzial verbundenen Halbleiterschalter (auch „High-Side-Schalter“ genannt) mit dem Steuersignal betrieben werden und der jeweils andere der beiden High-Side-Schalter kann statisch ein- oder ausgeschaltet werden, wobei im ausgeschalteten Zustand dann bei Einsatz eines MOSFETs die intrinsische Body-Diode den Stromfluss übernimmt. Der jeweils andere der beiden Low-Side- (bei positiver Polarität) oder High-Side-Schalter (bei negativer Polarität) kann aber auch mit einem beliebigen Steuersignal betrieben werden, solange die intrinsische Body-Diode sich im leitenden Zustand befinden würde, also Strom in der Streuinduktivität der Gegentaktinduktivität gespeichert ist. Zur Abmagnetisierung muss dann der mit dem Steuersignal betriebene Halbleiterschalter beispielsweise nach Erreichen des maximal vorgegebenen Stroms ausgeschaltet und der jeweils komplementäre Halbleiterschalter der jeweiligen Halbbrücke eingeschaltet werden, sodass dieser bei einem pulsweitenmodulierten Steuersignal ebenfalls ein pulsweitenmoduliertes Steuersignal erhält, welches lediglich logisch invertiert zum Steuersignal für die Aufmagnetisierung ist.Furthermore, in a favorable embodiment, the proposed method can also turn on the respective complementary semiconductor switch of a half-bridge, while the semiconductor switch, which is turned on to magnetize the common-mode inductance, is turned off. Since the current is maintained by the stray component of the common mode inductance in the demagnetization phase, it flows through the freewheeling diode, which is usually implemented as a parasitic, intrinsic diode of semiconductors. These intrinsic diodes, also known as body diodes, have a higher power loss than would be generated when current flows through the active semiconductor. Therefore, the semiconductor can also be driven during the time in which the current flows through the intrinsic diode, as a result of which the current commutates from the diode into the active semiconductor and thus the electrical losses are reduced. If a full bridge, also known as an H bridge, is used as the inverter circuit, depending on the polarity of the secondary AC voltage translated to the primary side, the magnetizing of the leakage inductance of the common mode choke must either with positive polarity of one of the two semiconductor switches connected to the primary ground potential (also called "low side" -Switch “) can be operated with the control signal and the other of the two low-side switches can be switched on or off statically, with the intrinsic body diode then taking over the current flow when a MOSFET is used, or with a negative one The polarity of one of the two semiconductor switches (also called “high-side switch”) connected to the primary positive intermediate circuit potential can be operated with the control signal and the other of the two high-side switches can be switched on or off statically, with the switch off then when using a MOSFET intrinsic body diode takes over the current flow. The other of the two low-side (with positive polarity) or high-side switch (with negative polarity) can also be operated with any control signal as long as the intrinsic body diode would be in the conductive state, i.e. current is stored in the leakage inductance of the push-pull inductance. For demagnetization, the semiconductor switch operated with the control signal must then be switched off, for example after the maximum predetermined current has been reached, and the respective complementary semiconductor switch of the respective half-bridge must be switched on, so that this also receives a pulse-width-modulated control signal in the case of a pulse-width-modulated control signal, which is only logically inverted to the control signal for the magnetization is.

Selbstverständlich können die Steuersignale auch mit zusätzlichen Verzögerungszeiten zueinander (sog. Totzeiten) versehen sein, um in der Realität zeitlich endliche Kommutierungsvorgänge zwischen den einzelnen Halbleiterschaltern zu ermöglichen. Of course, the control signals can also be provided with additional delay times to one another (so-called dead times) in order to enable, in reality, finite commutation processes between the individual semiconductor switches.

Die Erfindung wird anhand 1 bis 5 im Folgenden näher erläutert.

1 zeigt ein System zur Energieübertragung mittels resonanter induktiver Kopplung nach dem aktuellen Stand der Technik
2 zeigt eine Ausgestaltung der Sekundärseite des Systems aus 1 zur bidirektionalen Energieübertragung
3 zeigt eine Ausgestaltung der Primärseite des Systems aus 1 zur bidirektionalen Energieübertragung
4 zeigt das vorgeschlagene System zur bidirektionalen induktiven Energieübertragung
5 zeigt eine Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens zur bidirektionalen induktiven Energieübertragung

The invention is based on 1 to 5 explained in more detail below.

1 shows a system for energy transmission by means of resonant inductive coupling according to the current state of the art
2nd shows an embodiment of the secondary side of the system 1 for bidirectional energy transmission
3rd shows an embodiment of the primary side of the system 1 for bidirectional energy transmission
4th shows the proposed system for bidirectional inductive energy transmission
5 shows an embodiment of the proposed method for bidirectional inductive energy transmission

Nachfolgend sind gleiche Komponenten mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.In the following, identical components are identified with the same reference symbols.

BezugszeichenlisteReference list

11: NetzanschlussMains connection
22nd: LeistungsfaktorkorrekturPower factor correction
33rd: ZwischenkreisDC link
44th: Inverterschaltung Inverter circuit
4a,4b,4c,4d4a, 4b, 4c, 4d: Halbleiterschalter der Inverterschaltung in Ausführung als H-Brücke Semiconductor switch of the inverter circuit in the form of an H-bridge
4e4e: Diode diode
4f4f: Halbleiterschalter Semiconductor switch
4g4g: Speicherinduktivität Memory inductance
4h4h: Stützkapazität Support capacity
55: KompensationsvorrichtungCompensation device
66: SpulensystemCoil system
77: Sekundäre Elektronik Secondary electronics
7a7a: sekundäre Kompensationsvorrichtung secondary compensation device
7b7b: sekundäre Gleichrichter-/Inverterschaltung secondary rectifier / inverter circuit
7c7c: Schalter zur Überbrückung der sekundären Kompensationsvorrichtung Switch for bridging the secondary compensation device
88th: Batteriebattery
99: Gleichtaktinduktivität Common mode inductance
V_HF V _HF: sekundäre Spannung, übersetzt auf die Primärseitesecondary tension, translated to the primary side

Ein induktives Energieübertragungssystem wird üblicherweise aus den in 1 dargestellten Komponenten aufgebaut. Ausgehend vom Netzanschluss (1) erzeugt eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung (2) aus dem öffentlichen Wechselspannungsnetz (1) eine gleichgerichtete Spannung am Zwischenkreis (3). Die Zwischenkreisspannung dient als Eingangsspannung für eine Inverterschaltung (4), welche eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt, mit der ein Resonanzkreis, bestehend aus einer Kompensationsvorrichtung (5) und einem Spulensystem (6), angeregt wird und einen Wechselstromfluss hervorruft, der durch die Primärspule des Spulensystems (6) fließt und so ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Das magnetische Wechselfeld durchsetzt zumindest teilweise die Sekundärspule des Spulensystems (6) und induziert in dieser eine elektrische Wechselspannung, welche durch eine sekundäre Elektronik (7) gleichgerichtet und an eine Batteriespannung (8) angepasst wird, so dass die Batterie (8) aufgeladen werden kann. Die Kompensationsvorrichtung (5) kann dabei aus einer oder mehreren Kapazitäten bestehen, welche zueinander in Reihe oder parallel geschaltet sind, oder auch eine Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung mehrerer Kapazitäten beinhalten.An inductive energy transmission system is usually made up of the in 1 components shown built. Starting from the mains connection ( 1 ) generates a power factor correction circuit ( 2nd ) from the public AC network ( 1 ) a rectified voltage at the DC link ( 3rd ). The intermediate circuit voltage serves as the input voltage for an inverter circuit ( 4th ), which generates a high-frequency alternating voltage with which a resonance circuit consisting of a compensation device ( 5 ) and a coil system ( 6 ), is excited and causes an alternating current to flow through the primary coil of the coil system ( 6 ) flows and generates an alternating magnetic field. The alternating magnetic field at least partially penetrates the secondary coil of the coil system ( 6 ) and induces an electrical alternating voltage in it, which is generated by secondary electronics ( 7 ) rectified and connected to a battery voltage ( 8th ) is adjusted so that the battery ( 8th ) can be charged. The compensation device ( 5 ) can consist of one or more capacities, which are connected in series or parallel to each other, or can also contain a combination of series and parallel connection of several capacities.

Wie 2 zeigt, kann die sekundäre Elektronik (7) dabei auch eine Kompensationsvorrichtung (7a) enthalten, welche aus einer oder mehreren Kapazitäten besteht, welche zueinander in Reihe oder parallel geschaltet sind, oder auch eine Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung mehrerer Kapazitäten beinhaltet. Des Weiteren enthält die sekundäre Elektronik (7) eine Gleichrichterschaltung (7b), welche sowohl aus aktiven Halbleiterschaltern als auch aus passiven Dioden bestehen kann. Wird ein solches System zur bidirektionalen Energieübertragung ausgelegt, muss die Gleichrichterschaltung (7b) aus aktiven Halbleiterschaltern bestehen, und wird dann im Rückspeisebetrieb als Inverterschaltung betrieben, sodass aus der Batterie (8) eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt wird, welche über das Spulensystem (6) in die Primärseite induziert wird. Da die frequenzabhängigen Verstärkungseigenschaften eines Resonanzkreises in Rückwärtsrichtung prinzipiell invertiert zur Vorwärtsrichtung sind, kann bei einer Verstärkung von mehr als 1 in Vorwärtsrichtung nicht ohne weitere Maßnahmen auch eine Verstärkung in von mehr als 1 in Rückwärtsrichtung erreicht werden. Eine Möglichkeit, dies dennoch zu erreichen, ist die Zu- oder Abschaltung von zusätzlichen Kapazitäten in der Sekundärseite, was durch das Schaltelement (7c) in 2 angedeutet werden soll. Diese Darstellung dient nur der verallgemeinerten prinzipiellen Erklärung und kann in realen Schaltungen auch aus einer oder mehreren Parallel- oder Serien-Schaltelement-Kapazitäts-Kombinationen, oder eine Kombination aus diesen, ausgeführt sein.How 2nd shows, the secondary electronics ( 7 ) also a compensation device ( 7a) contain, which consists of one or more capacities, which are connected in series or parallel to each other, or also contains a combination of series and parallel connection of several capacities. Furthermore, the secondary electronics ( 7 ) a rectifier circuit ( 7b ), which can consist of both active semiconductor switches and passive diodes. If such a system is designed for bidirectional energy transmission, the rectifier circuit ( 7b ) consist of active semiconductor switches, and is then operated in regenerative mode as an inverter circuit, so that from the battery ( 8th ) a high-frequency alternating voltage is generated, which via the coil system ( 6 ) is induced in the primary side. Since the frequency-dependent amplification properties of a resonant circuit in the reverse direction are in principle inverted to the forward direction, an amplification of more than 1 in the reverse direction cannot be achieved without further measures if the gain is more than 1 in the forward direction. One way to achieve this is to switch additional capacities on or off on the secondary side, which is caused by the Switching element ( 7c ) in 2nd should be hinted at. This representation serves only for a generalized basic explanation and can also be carried out in real circuits from one or more parallel or series switching element-capacitance combinations, or a combination of these.

3 zeigt ein Beispiel einer typischen Inverterschaltung (4) für eine resonante, induktiv gekoppelte Energieübertragung. Die Schaltung weist 2 Halbbrücken (4a,4b bzw. 4c,4d) auf, welche elektrisch mit dem Zwischenkreis (3) verbunden sind und welche am Mittelpunkt jeweils mit einem Anschluss des Resonanzkreises verbunden sind. Soll eine herkömmliche Hochsetzmöglichkeit in Rückwärtsrichtung realisiert werden, könnte beispielsweise zwischen den Zwischenkreis (3) und die Inverterschaltung (4) noch eine Kombination aus einer Diode (4e), einem weiteren Halbleiterschalter (4f) und einer weiteren Speicherinduktivität (4g) eingefügt werden. Die Kathode der Diode (4e) ist mit dem positiven Zwischenkreispotenzial (3) verbunden, und die Anode mit dem ersten Anschluss der weiteren Speicherinduktivität (4g) sowie beispielsweise dem Drain-Anschluss des weiteren Halbleiterschalters (4f), wenn es sich um einen MOSFET handelt. Der weitere Halbleiterschalter (4f) ist mit seinem zweiten Leistungsanschluss mit dem Massepotenzial des Zwischenkreises (3) verbunden. Der zweite Anschluss der weiteren Speicherinduktivität (4g) ist mit den beiden High-Side-Schaltern des Inverters (4a, 4c) sowie mit einer Stützkapazität (4h) verbunden, welche zur Filterung der Schaltrippel-Ströme eingesetzt werden kann und deren zweiter Anschluss ebenfalls mit dem Massepotenzial des Zwischenkreises (3) verbunden ist. Um auch im Vorwärtsbetrieb eine Energieübertragung vom Netz (1) in die Batterie (8) zu ermöglichen, ist es notwendig, die Diode (4e) mit einem Halbleiterschalter zu überbrücken, oder anstatt der Diode (4e) direkt einen aktiven Halbleiterschalter mit integrierter Diode, wie beispielsweise einen MOSFET, einzusetzen, welcher im Vorwärtsbetrieb statisch eingeschaltet ist. Um unnötige elektrische Verluste in der weiteren Speicherinduktivität (4g) zu vermeiden, kann auch diese mit einem bidirektional leit- und sperrfähigen Halbleiterschalter überbrückt werden, der im Vorwärtsbetrieb statisch ein- und im Rückwärtsbetrieb statisch ausgeschaltet ist. Diese Maßnahmen sind aus Effizienz- und Kostengründen jedoch für eine wirtschaftliche Umsetzung der dieser Erfindung zugrunde liegenden Aufgabenstellung nicht sinnvoll und sollen lediglich der Verdeutlichung des Erfindungswerts dienen. 3rd shows an example of a typical inverter circuit ( 4th ) for a resonant, inductively coupled energy transmission. The circuit has 2 half bridges ( 4a , 4b or. 4c , 4d ) which are electrically connected to the intermediate circuit ( 3rd ) are connected and which are each connected to a connection of the resonance circuit at the center. If a conventional step-up option is to be implemented in the reverse direction, for example, between the intermediate circuit ( 3rd ) and the inverter circuit ( 4th ) another combination of a diode ( 4e ), another semiconductor switch ( 4f ) and another memory inductance ( 4g ) are inserted. The cathode of the diode ( 4e ) is with the positive DC link potential ( 3rd ) connected, and the anode with the first connection of the further memory inductance ( 4g ) and, for example, the drain connection of the further semiconductor switch ( 4f ) if it is a MOSFET. The further semiconductor switch ( 4f ) is with its second power connection with the ground potential of the DC link ( 3rd ) connected. The second connection of the further memory inductance ( 4g ) is with the two high-side switches of the inverter ( 4a , 4c ) and with a support capacity ( 4h ) which can be used to filter the switching ripple currents and whose second connection is also connected to the ground potential of the DC link ( 3rd ) connected is. In order to ensure energy transmission from the network ( 1 ) in the battery ( 8th ), it is necessary to use the diode ( 4e ) with a semiconductor switch, or instead of the diode ( 4e ) to directly use an active semiconductor switch with an integrated diode, such as a MOSFET, which is statically switched on in forward operation. To avoid unnecessary electrical losses in the further storage inductance ( 4g ) can also be bridged with a bidirectionally conductive and lockable semiconductor switch, which is statically switched on in forward operation and statically switched off in reverse operation. However, for efficiency and cost reasons, these measures are not meaningful for an economical implementation of the task on which this invention is based and are only intended to illustrate the value of the invention.

In 4 ist ein System zur induktiven Energieübertragung dargestellt, welches die erfindungsgemäße Gleichtaktinduktivität (9) enthält, welche zwischen den Inverter (4) und die primäre Kompensationseinheit (5) geschaltet ist. Die Gleichtaktinduktivität (9) greift durch ihre physikalischen Eigenschaften nicht in das Systemverhalten zur Energieübertragung ein, da sich die Ströme im Hin- und Rückleiter der Kompensationseinheit (5) durch die Wicklungssinne der Gleichtaktinduktivität (9) magnetisch kompensieren. Lediglich der Streuanteil der Gleichtaktinduktivität (9) beeinflusst das Systemverhalten der induktiven Energieübertragung und sollte deshalb möglichst klein gehalten werden, jedoch genügend groß für eine Energieübertragung in Rückwärtsrichtung sein.In 4th a system for inductive energy transmission is shown, which the common mode inductance according to the invention ( 9 ) which is between the inverter ( 4th ) and the primary compensation unit ( 5 ) is switched. The common mode inductance ( 9 ) does not interfere with the system behavior for energy transmission due to its physical properties, since the currents in the outgoing and return conductors of the compensation unit ( 5 ) through the winding sense of the common mode inductance ( 9 ) compensate magnetically. Only the stray portion of the common mode inductance ( 9 ) influences the system behavior of inductive energy transmission and should therefore be kept as small as possible, but sufficiently large for energy transmission in the reverse direction.

5 veranschaulicht ein prinzipielles Ansteuerschema der Halbleiterschalter (4a, 4b, 4c, 4d) des primären Inverters (4) für den Betriebsfall der Rückspeisung. Im Sinne der Erfindung sind für ein nach Anspruch 1 vorgeschlagenes System jedoch die zusätzlichen Komponenten Diode (4e), Halbleiterschalter (4f) sowie Speicherinduktivität (4g) nicht zwingend notwendig und werden für die folgenden Ausführungen als nicht vorhanden betrachtet. Solange die in Betriebsfall des Rückspeisens von der sekundären Elektronik (7) in der primären Spule (6) induzierte Spannung, welche auch als reflektierte sekundäre Spannung bezeichnet werden kann, nach der Kompensationseinheit (5) eine positive Polarität gemäß der eingezeichneten Pfeilrichtung (V_HF in 4 und 5) aufweist, wird der Low-Side-Schalter (4b) der ersten Halbbrücke mit einem Steuersignal betrieben. Dieses Steuersignal kann eine variable Frequenz oder eine variable Pulsbreite, oder eine variable Frequenz und eine variable Pulsbreite besitzen. Solange der Schalter (4b) eingeschaltet ist, ergibt sich in der Streuinduktivität der Gleichtaktdrossel (9) ein ansteigender Strom. Der Stromkreis schließt sich über den Low-Side-Schalter (4d) der zweiten Halbbrücke, über dessen intrinsische oder extern parallel geschaltete Diode. Sofern eine solche Diode intrinsisch oder extern vorhanden ist, muss der Schalter (4d) nicht unbedingt eingeschaltet sein; eine Steuerung über ein pulsweitenmoduliertes Signal oder ein statisches Ausschalten ist ebenfalls möglich, solange Strom im Resonanzkreis über die Diode fließt. Während der Zeitdauer, in der der Schalter (4b) eingeschaltet ist, bleibt der Schalter (4a) ausgeschaltet. Wird nun der Schalter (4b) ausgeschaltet, weil beispielsweise ein maximaler Strom durch die Gleichtaktdrossel (9) erreicht ist, übernimmt die intrinsische oder extern parallel geschaltete Diode des High-Side-Schalters (4a) automatisch den Strom, der in der Streuinduktivität der Gleichtaktdrossel (9) gespeichert ist. Während dieser Phase kann der aktive Halbleiterschalter (4a) auch eingeschaltet werden, um Leistungsverluste zu reduzieren. Damit ergibt sich ein zum Steuersignal für den unteren Schalter (4b) logisch invertiertes Steuersignal für den oberen Schalter (4a). Eine rein passive Stromführung durch die intrinsische oder extern parallel geschaltete Diode ist aber genauso möglich. Der High-Side-Schalter (4c) der zweiten Halbbrücke ist während der positiven Polaritätsphase der reflektierten Sekundärspannung statisch ausgeschaltet. 5 illustrates a basic control diagram of the semiconductor switches ( 4a , 4b , 4c , 4d ) of the primary inverter ( 4th ) for the regenerative operation. For the purposes of the invention, however, the additional components diode ( 4e ), Semiconductor switch ( 4f ) and memory inductance ( 4g ) are not absolutely necessary and are considered not to be available for the following explanations. As long as the feedback from the secondary electronics ( 7 ) in the primary coil ( 6 ) induced voltage, which can also be referred to as reflected secondary voltage, after the compensation unit ( 5 ) a positive polarity according to the direction of the arrow ( V _HF in 4th and 5 ), the low-side switch ( 4b ) operated the first half bridge with a control signal. This control signal can have a variable frequency or a variable pulse width, or a variable frequency and a variable pulse width. As long as the switch ( 4b ) is switched on, the leakage inductance of the common mode choke ( 9 ) an increasing current. The circuit closes via the low-side switch ( 4d ) the second half-bridge, via its intrinsic or externally connected diode. If such a diode is present intrinsically or externally, the switch ( 4d ) not necessarily be switched on; control via a pulse-width modulated signal or static switch-off is also possible as long as current flows in the resonance circuit via the diode. During the period in which the switch ( 4b ) is switched on, the switch remains ( 4a ) switched off. If the switch ( 4b ) switched off because, for example, a maximum current through the common mode choke ( 9 ) is reached, the intrinsic or external parallel diode of the high-side switch takes over ( 4a ) automatically the current that is in the leakage inductance of the common mode choke ( 9 ) is saved. During this phase, the active semiconductor switch ( 4a ) can also be switched on to reduce power losses. This results in a control signal for the lower switch ( 4b ) logically inverted control signal for the upper switch ( 4a ). A purely passive current flow through the intrinsic or externally connected diode is also possible. The high-side switch ( 4c ) the second half bridge is statically switched off during the positive polarity phase of the reflected secondary voltage.

Wechselt nun die Polarität der reflektierten Sekundärspannung gemäß der eingezeichneten Pfeilrichtung ins Negative, tauschen die Schalter (4a) und (4d) sowie (4b) und (4c) jeweils die Rollen. Es wird der High-Side-Schalter (4c) der zweiten Halbbrücke mit einem Steuersignal betrieben. Dieses Steuersignal kann eine variable Frequenz oder eine variable Pulsbreite, oder eine variable Frequenz und eine variable Pulsbreite besitzen. Solange der Schalter (4c) eingeschaltet ist, ergibt sich in der Streuinduktivität der Gleichtaktdrossel (9) ein ansteigender Strom. Der Stromkreis schließt sich über den High-Side-Schalter (4a) der ersten Halbbrücke, über dessen intrinsische oder extern parallel geschaltete Diode. Sofern eine solche Diode intrinsisch oder extern vorhanden ist, muss der Schalter (4a) wiederum nicht unbedingt eingeschaltet sein; eine Steuerung über ein pulsweitenmoduliertes Signal oder ein statisches Ausschalten ist ebenfalls möglich, solange Strom im Resonanzkreis über die Diode fließt. Während der Zeitdauer, in der der Schalter (4c) eingeschaltet ist, bleibt der Schalter (4d) ausgeschaltet. Wird nun der Schalter (4c) ausgeschaltet, weil beispielsweise ein maximaler Strom durch die Gleichtaktdrossel (9) erreicht ist, übernimmt die intrinsische oder extern parallel geschaltete Diode des Low-Side-Schalters (4d) automatisch den Strom, der in der Streuinduktivität der Gleichtaktdrossel (9) gespeichert ist. Während dieser Phase kann der aktive Halbleiterschalter (4d) auch eingeschaltet werden, um Leistungsverluste zu reduzieren. Damit ergibt sich ein zum Steuersignal für den oberen Schalter (4c) logisch invertiertes Steuersignal für den unteren Schalter (4d). Eine rein passive Stromführung durch die intrinsische oder extern parallel geschaltete Diode ist aber genauso möglich. Der Low-Side-Schalter (4b) der ersten Halbbrücke ist während der negativen Polaritätsphase der reflektierten Sekundärspannung statisch ausgeschaltet.If the polarity of the reflected secondary voltage changes to negative according to the direction of the arrow, switch the switches ( 4a ) and (4d) and (4b) and (4c) each the roles. The high-side switch ( 4c ) operated the second half bridge with a control signal. This control signal can have a variable frequency or a variable pulse width, or a variable frequency and a variable pulse width. As long as the switch ( 4c ) is switched on, the leakage inductance of the common mode choke ( 9 ) an increasing current. The circuit closes via the high-side switch ( 4a ) of the first half-bridge, via its intrinsic or externally connected diode. If such a diode is present intrinsically or externally, the switch ( 4a ) again not necessarily be switched on; control via a pulse-width modulated signal or static switch-off is also possible as long as current flows in the resonance circuit via the diode. During the period in which the switch ( 4c ) is switched on, the switch remains ( 4d ) switched off. If the switch ( 4c ) switched off because, for example, a maximum current through the common mode choke ( 9 ) is reached, the intrinsic or external parallel diode of the low-side switch takes over ( 4d ) automatically the current that is in the leakage inductance of the common mode choke ( 9 ) is saved. During this phase, the active semiconductor switch ( 4d ) can also be switched on to reduce power losses. This results in a control signal for the upper switch ( 4c ) logically inverted control signal for the lower switch ( 4d ). A purely passive current flow through the intrinsic or externally connected diode is also possible. The low-side switch ( 4b ) the first half bridge is statically switched off during the negative polarity phase of the reflected secondary voltage.

Claims

Device for bidirectional energy transmission by means of resonant inductive coupling which contains an inductor which is connected between an inverter circuit which excites the primary resonant circuit and the primary resonant circuit, characterized in that the inductance is designed as a common mode inductance.

Device after Claim 1 , characterized in that the common mode inductance has a defined scatter figure.

Method for operating the device according to Claim 1 or 2nd , Which generates control signals for the semiconductor switches of the primary inverter circuit, characterized in that the current is regulated by the common mode inductance in such a way that power transmission takes place in the reverse direction.

Procedure according to Claim 3 , characterized in that the control signals have a frequency which is higher than the transmission frequency of the device after Claim 1 or 2nd is.

Procedure according to Claim 4 , characterized in that the frequency of the control signals represents an integer multiple of the transmission frequency.

Procedure according to one of the Claims 3 to 5 , characterized in that a maximum current value is specified, which should flow in the common mode choke per switching cycle.

Procedure according to one of the Claims 3 to 6 , characterized in that the control signals have a variable pulse width.

Procedure according to one of the Claims 3 to 7 , characterized in that the respective complementary semiconductor switch of the semiconductor switch controlled with a control signal is operated with an inverted control signal.