DE102019119998A1

DE102019119998A1 - Spannungs-Umrichterarm

Info

Publication number: DE102019119998A1
Application number: DE102019119998.0A
Authority: DE
Inventors: Nicolas Allali; Emmanuel Talon
Original assignee: Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Current assignee: Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Priority date: 2018-07-24
Filing date: 2019-07-24
Publication date: 2020-01-30
Also published as: FR3084540A1; FR3084540B1; CN110784105A; CN110784105B

Abstract

Spannungs-Umrichterarm (3), umfassend:
- eine erste (B1), eine zweite (B2) und eine dritte (B3) Verbindungsklemme,
- eine ersten, durch ein analoges Steuersignal gesteuerten Schalter (Q1) und einen zweiten Schalter (Q2), wobei dieser erste (Q1) und dieser zweite (Q2) Schalter zwischen der ersten (B1) und der zweiten (B2) Verbindungsklemme in Serie montiert sind, und die dritte (B3) Verbindungsklemme zwischen diesem ersten (Q1) und diesem zweiten (Q2) Schalter angeordnet ist, und
- eine Steuereinheit, die zum Anwenden eines analogen Steuersignals auf den ersten Schalter (Q1) gestaltet ist, wobei diese Steuereinheit zum Anwenden der nachfolgenden Steuersequenz auf den Schalter (Q1) bei jedem Schließen dieses Schalters gestaltet ist:
- Erhöhung des Wertes des Steuersignals von einem Öffnungswert (Voff) des Schalters auf einen Schließwert (Von) des Schalters,
- Verringerung des Wertes des Steuersignals auf einen Zwischenwert (Vin), der zwischen dem Schließwert (Von) und dem Öffnungswert (Voff) liegt, und
- erneute Erhöhung des Wertes des Steuersignals, insbesondere bis zum Schließwert (Von) des Schalters.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spannungs-Umrichterarm. Die Erfindung findet insbesondere im Automobilbereich Anwendung, um eine statische Umwandlung elektrischer Energie, z.B. innerhalb des Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs zu realisieren.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird in dem besonderen Zusammenhang eines Umrichterarms beschrieben mit:

- einer ersten, einer zweiten und einer dritten Klemme,
- zwei durch ein analoges Steuersignal gesteuerten Schaltern, die zwischen der ersten und der zweiten Verbindungsklemme in Serie montiert sind, wobei die dritte Verbindungsklemme in Serie zwischen diesen zwei Schaltern montiert ist,

Jedes Mal, wenn einer der Schalter im Anschluss an das Öffnen des anderen Schalters des Umrichterarms geschlossen wird, tritt eine Schleife LC auf, die geformt ist durch: den zu dem Umrichterarm parallelen Kondensator, wobei die Störinduktanzen der zwei Schalter und die Störkapazität bei dem Schalter auftreten, der geöffnet wurde. Diese Störkapazität kann Resonanz hervorrufen, was Hochfrequenz-Oberschwingungen erzeugt, die die Schaltung verunreinigen, in der dieser Umrichterarm integriert ist. Ein derartiges Problem stellt sich ebenfalls, wenn anstelle eines Schalters, der geschlossen wird, eine umgekehrt angeschlossene Diode betrachtet wird.
Zur Bekämpfung dieser Hochfrequenz-Oberschwingungen ist es bekannt, auf Lösungen zurückzugreifen, wie z.B. das Hinzufügen eines Dämpfers, der in der zu jedem Schalter parallelen Montage eines Widerstandes und eines Kondensators in Serie besteht. Diese Lösung ist kostspielig und fügt aufgrund der erforderlichen zusätzlichen Bauteile einen Platzverbrauch im Umrichterarm hinzu. Im Übrigen induziert diese Lösung Leistungsverluste.
Es ist im Übrigen bekannt, die Umschaltzeit jedes Schalters zu verlängern, um die Erregung der oben genannten Schleife LC zu verringern. Diese Lösung weist den Nachteil auf, die Schaltverluste zu verlängern.
Es besteht ein Bedarf, das Auftreten von Hochfrequenz-Oberschwingungen beim Schließen eines durch ein analoges Signal gesteuerten Schalters eines Umrichterarms bei gleichzeitigem Beheben der Nachteile der vorgenannten bekannten Lösungen zu vermeiden.
Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Bedarf zu decken, und dies gelingt ihr nach einem ihrer Aspekte mithilfe eines Spannungs-Umrichterarms, umfassend:

- eine erste, eine zweite und eine dritte Klemme,
- einen ersten, durch ein analoges Steuersignal gesteuerten Schalter und einen zweiten Schalter, wobei dieser erste und dieser zweite Schalter zwischen der ersten und der zweiten Verbindungsklemme in Serie montiert sind, und die dritte Verbindungsklemme zwischen diesem ersten und diesem zweiten Schalter angeordnet ist, und
- eine Steuereinheit, die zum Anwenden eines analogen Steuersignals auf den ersten Schalter gestaltet ist, wobei diese Steuereinheit zum Anwenden der nachfolgenden Steuersequenz auf den ersten Schalter bei jedem Schließen dieses Schalters gestaltet ist:
- - Erhöhung des Wertes des Steuersignals, insbesondere des Wertes der Steuerspannung, von einem Öffnungswert des Schalters auf einen Schließwert des Schalters, um den Schalter zu schließen,
- - Verringerung des Wertes des Steuersignals, insbesondere des Wertes der Steuerspannung, auf einen Zwischenwert, wobei dieser Zwischenwert zwischen dem Schließwert und dem Öffnungswert liegt, und
- - erneute Erhöhung des Wertes des Steuersignals, insbesondere der Steuerspannung, insbesondere bis zum Schließwert des Schalters.

Dank der Erfindung werden alle oder ein Teil der Hochfrequenz-Oberschwingungen eliminiert, ohne dass deshalb die Umschaltleistungen des Umrichterarms verschlechtert werden. Die Verringerung des Wertes des Steuersignals bei der Steuersequenz, die bei jedem Schließen des ersten Schalters angewendet ist, ermöglicht es diesem ersten Schalter in seinem linearen Zustand zu arbeiten, in dem er sich wie ein Widerstand verhält. Diese Funktionsweise als Widerstand ermöglicht ein Dämpfen der Schwingungen, die in der äquivalenten Schleife LC auftreten, wenn ein Kondensator parallel zum Umrichterarm zwischen der ersten und der zweiten Verbindungsklemme montiert ist.
Das Steuersignal ist z.B. eine Spannung. Es handelt sich z.B. um die Spannung zwischen den zwei Klemmen des Schalters, z.B. der Spannung zwischen der Steuerklemme dieses Schalters und einer anderen seiner Klemmen. In dem Fall, in dem der Schalter einen Feldeffekt-Transistor umfasst, kann es sich um die Gate-Source-Spannung handeln.
Als Variante ist das Steuersignal z.B. ein Strom, z.B. wenn der Schalter einen bipolaren Transistor umfasst.
Die Verringerung des Wertes des Steuersignals auf den Zwischenwert kann während einer Dauer erfolgen, die es zulässt, dass der erste Schalter sich wie ein zwischen 1 mΩ und 100 Ω inbegriffener Widerstandswert verhält.
Diese Dauer ist vorteilhaft gewählt, damit die Leitungsverluste in dem ersten Schalter nicht zu hoch sind. Diese Dauer, während der der Wert des Steuersignals gleich dem Zwischenwert ist, kann unter 20 % der Umschaltperiode des Arms liegen und z.B. zwischen 1 % und 5 % dieser Umschaltperiode inbegriffen sein.
Die erneute Erhöhung des Wertes des Steuersignals kann bis zum Schließwert des ersten Schalters erfolgen.
Der erste Schalter ist z.B. der Schalter des Umschaltarms, der nicht direkt an die Erde angeschlossen ist, wobei dieser erste Schalter z.B. direkt an die positive Klemme einer Spannungsquelle angeschlossen ist.
Der Steuerarm kann einen den ersten Schalter steuernden Treiber umfassen, wobei die Steuereinheit Teil dieses Treibers ist. Somit wird ein bereits bestehendes Bauteil verwendet, um die erfindungsgemäße Steuerung umzusetzen, was die Kosten und den Platzverbrauch verringert, die mit der Implementierung dieser Steuerung verbunden sind.
Als Variante kann der Umrichterarm einen Steuer-Treiber des ersten Schalters umfassen und die Steuereinheit ist separat von diesem Treiber. Gemäß dieser Variante kann die Änderung der Steuereinheit und/oder ihre Anpassung an eine neue Anwendung ein Einwirken auf den Treiber nicht erfordern.
Die Steuereinheit kann, ganz gleich ob sie von dem Treiber getrennt oder in diesen eingebaut ist, eine Regelung des Wertes des Widerstandes realisieren, der von dem ersten Schalter angenommen wird, wenn das Steuersignal, insbesondere die Steuerspannung, den Zwischenwert annimmt. Diese Regelung verwendet z.B. eine Spannung zwischen zwei Klemmen des ersten Schalters. Es handelt sich z.B. um die Spannung zwischen den Klemmen des ersten Schalters, die nicht seine Steuerklemme sind, oder als Variante um die Spannung zwischen der Steuerklemme des Schalters und einer seiner anderen Klemmen.
Diese Regelung kann durch Messen der Spannung zwischen zwei Klemmen, die nicht die Steuerklemme des ersten Schalters sind, und dem diesen Schalter durchfließenden Strom erfolgen. Die Kontrolle des Wertes dieser Spannung ermöglicht per Anwendung des Ohmschen Gesetzes die Kontrolle des Wertes des Widerstandes des ersten Schalters.
Als Variante setzt die Steuereinheit keine Regelung des Wertes des Widerstandes um, der vom ersten Schalter angenommen wird. Nach dieser Variante sind der Zwischenwert des Steuersignals und die Dauer seiner Anwendung derart gewählt, dass der Widerstands-Zielwert für den ersten Schalter mit einer ausreichenden Genauigkeit erreicht ist.
In der gesamten voranstehenden Beschreibung umfasst der erste Schalter z.B. einen Feldeffekt-Transistor, insbesondere basierend auf GaN (Gallium-Nitrid) oder Si (Silizium) oder SiC (Silizium-Karbid), einen bipolaren Transistor oder einen bipolaren Transistor mit isoliertem Gate.
In der gesamten voranstehenden Beschreibung kann der erste Schalter durch einen der vorgenannten Transistoren gebildet sein. Ein derartiger erster Schalter ist dann nicht ein bidirektionaler Stromschalter.
Als Variante kann in der gesamten voranstehenden Beschreibung der erste Schalter ein direktionaler Stromschalter sein. Er umfasst dann z.B. einen der vorgenannten Transistoren und eine anti-parallel angeschlossene Diode.
In der gesamten voranstehenden Beschreibung kann der zweite Schalter ebenfalls ein durch ein analoges Steuersignal gesteuerter Schalter sein. Dieser zweite Schalter kann einen Transistor umfassen, wie z.B. einen von den zuvor genannten, oder kann durch einen dieser Transistoren gebildet sein. Dieser zweite Schalter ist z.B. ein bidirektionaler Stromschalter oder nicht.
In der gesamten voranstehenden Beschreibung kann jeder der vorgenannten Schritte das Halten des Steuersignals, insbesondere der Steuerspannung, auf dem in diesem Schritt genannten Wert dieses Signals umfassen, d. h.:

- der Schritt der Erhöhung des Wertes des Steuersignals von dem Öffnungswert des Schalters auf den Schließwert des Schalters umfasst das Halten des Steuersignals auf diesem Schließwert,

- der Schritt der Verringerung des Wertes des Steuersignals auf den Zwischenwert umfasst das Halten des Steuersignals auf diesem Zwischenwert,

- der Schritt der erneuten Erhöhung des Wertes des Steuersignals, insbesondere bis zum Schließwert des Schalters, schließt das Halten dieses Steuersignals auf einem endgültigen Wert ein, der insbesondere der Schließwert ist.

Eine erfindungsgemäße Steuersequenz kann ebenfalls auf den zweiten Schalter angewendet werden, wenn dieser ein durch ein analoges Steuersignal, insbesondere durch eine Steuerspannung, gesteuerter Schalter ist.
Die Umschaltperiode des Umrichterarms kann dann die Summe der Dauern der folgenden Schritte sein:

- Erhöhung des Wertes des Steuersignals des ersten Schalters von einem Öffnungswert des ersten Schalters auf einen Schließwert dieses ersten Schalters,
- Verringerung des Wertes des Steuersignals des ersten Schalters auf einen Zwischenwert, der zwischen dem Schließwert und dem Öffnungswert des ersten Schalters liegt,
- erneute Erhöhung des Wertes des Steuersignals des ersten Schalters, insbesondere bis zum Schließwert des ersten Schalters,
- Verringerung des Wertes des Steuersignals des ersten Schalters auf den Öffnungswert,
- Totzeit,
- Erhöhung des Wertes des Steuersignals des zweiten Schalters von einem Öffnungswert des zweiten Schalters auf einen Schließwert dieses zweiten Schalters,
- Verringerung des Wertes des Steuersignals des zweiten Schalters auf einen Zwischenwert, der zwischen dem Schließwert und dem Öffnungswert des zweiten Schalters liegt,
- erneute Erhöhung des Wertes des Steuersignals des zweiten Schalters, insbesondere bis zum Schließwert des zweiten Schalters,
- Verringerung des Wertes des Steuersignals des zweiten Schalters auf den Öffnungswert,
- Totzeit.

Wo es angebracht ist kann die Steuersequenz des ersten Schalters eine höhere Gesamtdauer haben als die der Steuersequenz des zweiten Schalters.
Die Erhöhung des Wertes des Steuersignals auf den Schließwert des Schalters kann das Schließen des Schalters ermöglichen, und die Verringerung des Wertes des Steuersignals auf einen Zwischenwert kann erfolgen, während der Schalter geschlossen bleibt.
Nach einem weiteren ihrer Aspekte betrifft die Erfindung ferner eine Anordnung, umfassend:

- den oben genannten Umrichterarm, und
- einen Kondensator, der parallel zu diesem Arm zwischen der ersten Verbindungsklemme und der zweiten Verbindungsklemme des Umrichterarms montiert ist.

Nach einem weiteren ihrer Aspekte betrifft die Erfindung ferner einen statischer Spannungsumrichter, insbesondere einen Gleichspannung/Gleichspannung-Spannungsumrichter, bevorzugt einen Spannungsumrichter 12 V / 48 V, umfassend die oben genannte Anordnung.
Die Anwendung auf andere statische Umrichter, z.B. auf einen Frequenzumrichter/Gleichrichter, ist möglich.
Nach einem weiteren ihrer Aspekte betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zur Steuerung wenigstens eines Schalters durch ein analoges Signal, wobei dieser Schalter zu einem Spannungs-Umrichterarm gehört, umfassend:

- eine erste, eine zweiten und eine dritte Klemme,
- einen anderen, insbesondere durch ein analoges Steuersignal gesteuerten Schalter, wobei diese zwei Schalter zwischen der ersten und der zweiten Verbindungsklemme in Serie montiert sind, und die dritte Verbindungsklemme zwischen diesen zwei Schaltern angeordnet ist, und
- eine Steuereinheit, die zum Anwenden eines analogen Steuersignals auf den Schalter gestaltet ist,

- Erhöhung des Wertes des Steuersignals, insbesondere einer Steuerspannung, von einem Öffnungswert des Schalters auf einen Schließwert des Schalters, um den Schalter zu schließen,
- Verringerung des Wertes dieses Steuersignals auf einen Zwischenwert, der zwischen dem Schließwert und dem Öffnungswert liegt, und
- erneute Erhöhung des Wertes dieses Steuersignals, insbesondere dieser Steuerspannung, insbesondere bis zum Schließwert des Schalters.

Die gesamte oder ein Teil der voranstehenden Beschreibung findet ebenfalls Anwendung auf dieses Verfahren, insbesondere die Art und Weise, wie die Steuereinheit realisiert ist, die Struktur des Schalters und ob der andere Schalter ein durch ein analoges Signal gesteuerter oder nicht gesteuerter Schalter ist.
Die Erfindung kann bei der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung einer nicht einschränkenden Ausführungsform und bei der Prüfung der beigefügten Zeichnung besser verstanden werden, in der:

- 1 ein Beispiel einer Anordnung mit einem Umrichterarm darstellt, in dem die Erfindung umgesetzt werden kann,
- 2 eine Ansicht der 1 ist, wenn die erfindungsgemäße Steuerung umgesetzt ist, und
- 3 unterschiedliche Spannungen des Umrichterarms bei der Umsetzung der erfindungsgemäßen Steuerung darstellt.

In 1 ist eine Anordnung 1 dargestellt, in der die Erfindung umgesetzt werden kann.
Diese Anordnung umfasst eine Spannungsquelle 2, die durch eine ideale Spannungsquelle E und durch eine Störinduktanz L1 modelliert ist. Parallel zu dieser Spannungsquelle E ist ein Kondensator C angeschlossen, mit dem eine Störinduktanz L2 in Serie dargestellt ist.
Die Anordnung 1 umfasst ferner einen Spannungs-Umrichterarm 3, mit drei Verbindungsklemmen B1, B2 und B3. Die Klemme B1 ist hier mit dem positiven Potenzial der Spannungsquelle E verbunden und die Klemme B2 ist mit der Erde verbunden.
Zwischen den Klemmen B1 und B2 sind zwei Schalter in Serie montiert, die hier zwei bidirektionale Stromschalter Q1 und Q2 sind, die jeweils durch ein analoges Steuersignal gesteuert sind. Jeder bidirektionale Stromschalter ist hier durch die Kombination eines Feldeffekt-Transistors und einer anti-parallel angeschlossenen Diode gebildet. Jeder Transistor ist hier ein GaN, Si oder SiC MOS Transistor. Als Variante kann jeder Transistor ein bipolarer Transistor oder ein bipolarer Transistor mit isoliertem Gate (IGBT) sein. In dieser 1 sind zwei weitere Störinduktanzen L3 und L4 zwischen den Klemmen B1 und B2 in dem Umrichterarm 3 dargestellt.
Zwischen den zwei bidirektionalen Stromschaltern Q1 und Q2 ist in Serie die dritte Verbindungsklemme B3 angeordnet, die mit der Last verbunden ist, welche im vorliegenden Fall durch eine ideale Stromquelle dargestellt ist.
Im vorliegenden Fall bildet der Umrichterarm 3 einen Gleichspannung/Gleichspannung-Spannungs-Umrichterarm.
Wenn der erste bidirektionale Stromschalter Q1 geschlossen wird, wird über diesen Schalter Q1 Energie von der Spannungsquelle E zur Last übertragen, wie schematisch durch den Pfeil F dargestellt. Beim Schließen dieses Schalters verhält sich der zweite bidirektionale Stromschalter Q2, der gerade geöffnet wurde, wie ein Kondensator, wie in 2 dargestellt. Das Vorhandensein dieses Kondensators, des Kondensators C und der Störinduktanzen L2, L3 und L4 führt zum Auftreten einer Resonanzschleife LC, die schematisch in dieser 2 dargestellt ist. Zum Dämpfen der Spannungsschwingungen an den Klemmen des zweiten Schalters Q2 besteht die unter Bezugnahme auf dieses Ausführungsbeispiel beschriebene Erfindung im Anwenden einer nachfolgend beschriebenen Steuersequenz auf den Transistor des ersten Schalters Q1.
Diese Steuersequenz kann über eine Steuereinheit angewendet werden, die in den Steuer-Treiber des Transistors des ersten Schalters Q1 eingebaut ist oder über eine von diesem Treiber getrennte Steuereinheit. Diese Steuereinheit kann eine Regelung des Widerstandswertes realisieren, der vom Transistor des ersten Schalters Q1 bei Anwendung der erfindungsgemäßen Steuerung angenommen wird. Diese Regelung besteht z.B. in dem Fall eines MOS Transistors im Kontrollieren des Wertes der Drain-Source- oder Gate-Source-Spannung, wobei hiervon der Widerstandswert dieses Transistors in seinem linearen Bereich durch die Anwendung des Ohmschen Gesetzes abgeleitet wird.
3 stellt dar:

- in der obigen Grafik 100 die Entwicklung der Steuerspannung des MOS Transistors des ersten Schalters Q1 während eines Schaltzyklus,
- in der mittleren Grafik 101 die Entwicklung der Steuerspannung des MOS Transistors des zweiten Schalters Q2 während des Schaltzyklus,
- in der unteren Grafik 102 die Entwicklung der Spannung an den Klemmen des zweiten Schalters Q2 während des Schaltzyklus.

Wenn jeder MOS Transistor vom N-Kanal-Typ ist, ist die Steuerspannung der Grafiken 100 und 101 die Gate-Source-Spannung Vgs.
Nach dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit zum Anwenden der nachfolgenden Steuersequenz auf den Transistor des ersten Schalters Q1 bei jedem Schließen dieses Schalters Q1 gestaltet:

- Erhöhung der Steuerspannung von einem Öffnungs-Spannungswert Voff dieses Schalters Q1 auf einen Schließ-Spannungswert Von dieses Schalters Q1, einschließlich des Haltens dieser Steuerspannung auf Von,
- Verringerung der Steuerspannung auf einen Zwischen-Spannungswert Vin, wobei dieser Zwischen-Spannungswert Vin zwischen dem Schließ-Spannungswert Von und dem Öffnungs-Spannungswert Voff liegt, einschließlich des Haltens dieser Steuerspannung auf Vin, und
- erneute Erhöhung der Steuerspannung des Transistors, hier bis zum Schließ-Spannungswert Von, einschließlich des Haltens dieser Steuerspannung auf Von.

Der Wert von Vin und die Dauer der Anwendung dieses Wertes Vin der Steuerspannung sind z.B. so ausgewählt, dass der MOS Transistor des ersten Schalters Q1 im linearen Betrieb funktioniert, wobei er sich wie ein Widerstand verhält, der z.B. einen zwischen 1 mΩ und 100 Ω inbegriffenen Wert aufweist.
Wie die Grafik 102 in 3 zeigt, ermöglicht die Anwendung des Zwischen-Spannungswertes Vin zum Steuern des Transistors des ersten Schalters Q1 das Dämpfen der Spannungsschwingungen an den Klemmen des zweiten Schalters Q2. Damit wird die Ausgabe von Hochfrequenz-Oberschwingungen vermieden.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist dem MOS Transistor des zweiten Schalters Q2 eine andere Steuereinheit derart zugeordnet, dass bei seinem Schließen eine ähnliche Steuersequenz auf diesen Transistor angewendet wird. Die Werte Voff, Von und Vin sind hier für den ersten Schalter Q1 und den zweiten Schalter Q2 dieselben, aber die Erfindung findet ebenfalls Anwendung mit Werten von Voff, Von und Vin, die von einem zum anderen Schalter differieren.
Die Umschaltperiode des Umrichterarms 3 der 1 und 2 ist, wie in 3 zu sehen ist, durch die Summe gebildet von:

- der Dauer der Steuersequenz des Transistors des ersten Schalters Q1 beim Schließen dieses ersten Schalters Q1, wobei diese Sequenz aus den drei zuvor beschriebenen Schritten gebildet ist, die jeweils das Halten der Steuerspannung auf dem endgültigen Spannungswert einschließen, der bei diesem Schritt erreicht wird,
- der Dauer eines Schrittes zur Verringerung der Steuerspannung des Transistors dieses ersten Schalters Q1 bis zu dem Öffnungs-Spannungswert Voff,
- der Dauer einer Totzeit,
- der Dauer der Steuersequenz des Transistors des zweiten Schalters Q2 beim Schließen dieses zweiten Schalters Q2, wobei diese Sequenz aus den drei zuvor beschriebenen Schritten gebildet ist, wobei jeder dieser Schritte das Halten der Steuerspannung auf dem endgültigen Spannungswert einschließt, der bei diesem Schritt erreicht wird,
- der Dauer eines Schrittes zur Verringerung der Steuerspannung des Transistors dieses zweiten Schalters Q2 bis zu dem Öffnungs-Spannungswert Voff, und
- der Dauer einer Totzeit.

In einem konkreten Beispiel ist der Spannungswert E gleich 48 V, der Kondensator C hat einen Wert von 250 µF, die Dauer der Umschaltperiode beträgt 4 µs, jeder im ersten Schalter Q1 und im zweiten Schalter Q2 verwendete Transistor ist ein N-Kanal MOS Transistor, Voff ist gleich -2 V, Von ist gleich 13 V und Vin ist gleich 4 V.
Die Erfindung ist nicht auf das soeben beschriebene Beispiel beschränkt.
Als Variante können die Transistoren der Schalter Q1 und Q2 von unterschiedlichen Typen sein, z.B. Feldeffekt-Transistoren unterschiedlicher Typen, oder auch ein Feldeffekt-Transistor für Q1 und ein bipolarer Transistor oder ein bipolarer Transistor mit isoliertem Gate für Q2 oder z.B. umgekehrt.
Als weitere Variante ist der zweite Schalter Q2 kein Schalter, wobei er z.B. eine Diode ist. Der Umrichterarm 3 kann in diesem Fall Teil eines seriellen Gleichspannungswandlers sein.
Die Anordnung 1 ist hier Teil eines Gleichspannung/Gleichspannung-Spannungswandlers 12 V / 48 V, kann jedoch in andere Umrichter eingebaut sein, z.B. in einen Gleichspannung/Gleichspannung-Spannungsumrichter 12 V / 400 V oder in einen Frequenzumrichter/Gleichrichter.

Claims

Spannungs-Umrichterarm (3), umfassend: - eine erste (B1), eine zweite (B2) und eine dritte (B3) Verbindungsklemme, - eine ersten, durch ein analoges Steuersignal gesteuerten Schalter (Q1) und einen zweiten Schalter (Q2), wobei dieser erste (Q1) und dieser zweite (Q2) Schalter zwischen der ersten (B1) und der zweiten (B2) Verbindungsklemme in Serie montiert sind, und die dritte (B3) Verbindungsklemme zwischen diesem ersten (Q1) und diesem zweiten (Q2) Schalter angeordnet ist, und - eine Steuereinheit, die zum Anwenden eines analogen Steuersignals auf den ersten Schalter (Q1) gestaltet ist, wobei diese Steuereinheit zum Anwenden der nachfolgenden Steuersequenz auf den Schalter (Q1) bei jedem Schließen dieses Schalters gestaltet ist: - Erhöhung des Wertes des Steuersignals von einem Öffnungswert (Voff) des Schalters auf einen Schließwert (Von) des Schalters, um den Schalter zu schließen, - Verringerung des Wertes des Steuersignals auf einen Zwischenwert (Vin), wobei dieser Zwischenwert (Vin) zwischen dem Schließwert (Von) und dem Öffnungswert (Voff) liegt, wobei der Schalter geschlossen bleibt, und - erneute Erhöhung des Wertes des Steuersignals, insbesondere bis zum Schließwert (Von) des Schalters.
Umrichterarm nach Anspruch 1, wobei die Verringerung des Wertes des Steuersignals auf den Zwischenwert (Vin) während einer Dauer erfolgt, die es zulässt, dass der erste Schalter (Q1) sich wie ein zwischen 1 mΩ und 100 Ω inbegriffener Widerstandswert verhält.
Umrichterarm nach Anspruch 1 oder 2, umfassend einen Steuer-Treiber des ersten Schalters (Q1), wobei die Steuereinheit Teil dieses Treibers ist.
Umrichterarm nach Anspruch 1 oder 2, umfassend einen Steuer-Treiber des ersten Schalters (Q1), wobei die Steuereinheit getrennt von diesem Treiber ist.
Umrichterarm nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Steuereinheit eine Regelung einer Spannung zwischen zwei der Klemmen des ersten Schalters (Q1) realisiert.
Umrichterarm nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der erste Schalter (Q1) einen Feldeffekt-Transistor, insbesondere basierend auf GaN oder auf Si oder auf SiC, oder einen bipolaren Transistor oder einen bipolaren Transistor mit isoliertem Gate umfasst.
Umrichterarm nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der erste Schalter (Q1) ein bidirektionaler Stromschalter ist.
Umrichterarm nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der zweite Schalter (Q2) ein durch ein analoges Steuersignal steuerbarer Schalter ist.
Umrichterarm nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit derart gestaltet ist, dass die Verringerung des Wertes des Steuersignals auf den Zwischenwert (Vin) das Halten des Wertes des Steuersignals auf diesem Zwischenwert (Vin) vor der erneuten Erhöhung des Wertes des Steuersignals beinhaltet.
Anordnung (1), umfassend: - den Umrichterarm (3) nach einem der voranstehenden Ansprüche, und - einen Kondensator (C), der parallel zu diesem Arm (3) zwischen der ersten Verbindungsklemme (B1) und der zweiten Verbindungsklemme (B2) des Umrichterarms montiert ist.
Statischer Spannungsumrichter, insbesondere Gleichspannung/Gleichspannung-Spannungsumrichter, vorzugsweise Spannungsumrichter 12 V / 48 V, umfassend die Anordnung (1) nach dem voranstehenden Anspruch.
Verfahren zur Steuerung wenigstens eines Schalters (Q1) durch ein analoges Signal, wobei dieser Schalter (Q1) Teil eines Spannungs-Umrichterarms (3) ist, umfassend: - eine erste (B1), eine zweite (B2) und eine dritte (B3) Verbindungsklemme, - einen anderen, insbesondere durch ein analoges Steuersignal gesteuerten Schalter (Q2), wobei diese zwei Schalter (Q1, Q2) zwischen der ersten (B1) und der zweiten (B2) Verbindungsklemme in Serie montiert sind, und die dritte Verbindungsklemme (B3) zwischen diesen zwei Schaltern (Q1, Q2) angeordnet ist, und - eine Steuereinheit, die zum Anwenden eines analogen Steuersignals auf den Schalter (Q1) gestaltet ist, wobei bei dem Verfahren diese Steuereinheit bei jedem Schließen dieses Schalters die nachfolgende Steuersequenz auf den Schalter (Q1) anwendet: - Erhöhung des Wertes des Steuersignals von einem Öffnungswert (Voff) des Schalters (Q1) auf einen Schließwert (Von) des Schalters, um den Schalter (Q1) zu schließen, - Verringerung des Wertes des Steuersignals auf einen Zwischenwert (Vin), wobei dieser Zwischenwert (Vin) zwischen dem Schließwert (Von) und dem Öffnungswert (Voff) liegt, wobei der Schalter (Q1) geschlossen bleibt, und - erneute Erhöhung des Wertes des Steuersignals, insbesondere bis zum Schließwert (Von) des Schalters.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Verringerungsschritt des Wertes des Steuersignals auf den Zwischenwert (Vin) das Halten des Steuersignals auf diesem Zwischenwert (Vin) umfasst.