DE102019208033A1 - Power unit, inverter and process - Google Patents
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Abstract
Dargestellt und beschrieben ist eine Leistungseinheit (1) mit einem ersten Eingangsanschluss (3) und einem zweiten Eingangsanschluss (5), an die eine Eingangsspannung angelegt werden kann, einem ersten Ausgangsanschluss (7) und einem zweiten Ausgangs-anschluss (9), von denen eine Ausgangsspannung zur Versorgung eines elektrischen Verbrauchers (21) bereitgestellt werden kann, einer Schalteinheit (17) mit mehreren Schaltelementen (31, 33, 35, 37, 39, 41), und einem Schwingkreis (15) mit einer Spule (27) und einem Kondensator (29), wobei ein erstes Schaltelement (31) der mehreren Schaltelemente (31, 33, 35, 37, 39, 41) mit dem ersten Eingangsanschluss (3) und dem ersten Ausgangsanschluss (7) verbunden ist, wobei ein zweites Schaltelement (33) der mehreren Schaltelemente (31, 33, 35, 37, 39, 41) mit dem zweiten Eingangsanschluss (5) und dem ersten Ausgangsanschluss (7) verbunden ist, wobei ein drittes Schaltelement (35) der mehreren Schaltelemente (31, 33, 35, 37, 39, 41) mit dem ersten Eingangsanschluss (3) und dem zweiten Ausgangsanschluss (9) verbunden ist, wobei ein viertes Schaltelement (37) der mehreren Schaltelemente (31, 33, 35, 37, 39, 41) mit dem zweiten Eingangsanschluss (5) und dem zweiten Ausgangsanschluss (9) verbunden ist, wobei der Schwingkreis (15) mit dem ersten Eingangsanschluss (3) und dem zweiten Eingangsanschluss (5) verbunden ist. Shown and described is a power unit (1) with a first input connection (3) and a second input connection (5) to which an input voltage can be applied, a first output connection (7) and a second output connection (9), of which an output voltage for supplying an electrical load (21) can be provided, a switching unit (17) with several switching elements (31, 33, 35, 37, 39, 41), and an oscillating circuit (15) with a coil (27) and a Capacitor (29), wherein a first switching element (31) of the plurality of switching elements (31, 33, 35, 37, 39, 41) is connected to the first input connection (3) and the first output connection (7), with a second switching element ( 33) of the plurality of switching elements (31, 33, 35, 37, 39, 41) is connected to the second input connection (5) and the first output connection (7), a third switching element (35) of the plurality of switching elements (31, 33, 35, 37, 39, 41) with the first egg input connection (3) and the second output connection (9) is connected, wherein a fourth switching element (37) of the plurality of switching elements (31, 33, 35, 37, 39, 41) with the second input connection (5) and the second output connection (9 ) is connected, the resonant circuit (15) being connected to the first input connection (3) and the second input connection (5).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungseinheit, einen Wechselrichter mit einer Leistungseinheit und ein Verfahren zum Steuern einer Leistungseinheit.The present invention relates to a power unit, an inverter with a power unit and a method for controlling a power unit.
Wechselrichter mit Leitungseinheiten sind aus dem Stand der Technik bekannt. An die Leistungseinheiten können Eingangsspannungen angelegt werden, die mithilfe von Schaltelementen der Leistungseinheit in Ausgangsspannungen umgewandelt werden können. Für die Umwandlung einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung werden die Schaltelemente gewöhnlich in einer aufeinander abgestimmten Weise geschaltet, wobei jedes der Schaltelemente jeweils einen elektrisch leitenden Zustand und einen elektrisch isolierenden Zustand einnehmen kann.Inverters with line units are known from the prior art. Input voltages can be applied to the power units, which can be converted into output voltages with the aid of switching elements of the power unit. For the conversion of an input voltage into an output voltage, the switching elements are usually switched in a mutually coordinated manner, each of the switching elements being able to assume an electrically conductive state and an electrically insulating state.
Beim Schalten eines Schaltelements kann sowohl beim Übergang vom elektrisch leitenden Zustand des Schaltelements in den elektrisch isolierenden Zustand des Schaltelements als auch beim Übergang von dem elektrisch isolierenden Zustand des Schaltelements in den elektrisch leitenden Zustand des Schaltelements Verlustleistung in dem Schaltelement entstehen. Insbesondere bei hohen Schaltfrequenzen kann diese Verlustleistung den Wirkungsgrad der Leistungseinheit deutlich reduzieren.When switching a switching element, both during the transition from the electrically conductive state of the switching element to the electrically insulating state of the switching element and during the transition from the electrically insulating state of the switching element to the electrically conductive state of the switching element, power loss can occur in the switching element. In particular at high switching frequencies, this power loss can significantly reduce the efficiency of the power unit.
Es ist wünschenswert, Leistungseinheiten mit hohen Wirkungsgraden bereitzustellen. Gleichzeitig ist es wünschenswert Leistungseinheiten mit einer geringen Anzahl von Bauteilen bereitzustellen.It is desirable to provide power units with high efficiencies. At the same time, it is desirable to provide power units with a small number of components.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leistungseinheit mit einem hohen Wirkungsgrad bereitzustellen, die eine geringe Anzahl von Bauteilen aufweist. Ebenso ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wechselrichter mit einer entsprechenden Leistungseinheit sowie ein Verfahren zum Steuern einer entsprechenden Leistungseinheit bereitzustellen.It is therefore the object of the present invention to provide a power unit with a high degree of efficiency which has a small number of components. It is also the object of the present invention to provide an inverter with a corresponding power unit and a method for controlling a corresponding power unit.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die genannte Aufgabe durch eine Leistungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Leistungseinheit weist einen ersten Eingangsanschluss und einen zweiten Eingangsanschluss auf. An den ersten Eingangsanschluss und an den zweiten Eingangsanschluss kann eine Eingangsspannung angelegt werden. Die Leistungseinheit weist einen ersten Ausgangsanschluss und einen zweiten Ausgangsanschluss auf. Von dem ersten Ausgangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss kann eine Ausgangsspannung zur Versorgung eines elektrischen Verbrauchers bereitgestellt werden. Die Leistungseinheit weist eine Schalteinheit auf. Die Schalteinheit weist mehrere Schaltelemente auf. Die Leistungseinheit weist einen Schwingkreis auf. Der Schwingkreis weist eine Spule und einen Kondensator auf. Ein erstes Schaltelement der mehreren Schaltelemente ist mit dem ersten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss verbunden. Ein zweites Schaltelement der mehreren Schaltelemente ist mit dem zweiten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss verbunden. Ein drittes Schaltelement der mehreren Schaltelemente ist mit dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss verbunden. Ein viertes Schaltelement der mehreren Schaltelemente ist mit dem zweiten Eingangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss verbunden. Der Schwingkreis ist mit dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss verbunden.According to a first aspect of the invention, the stated object is achieved by a power unit with the features of
Die Leistungseinheit weist den ersten Eingangsanschluss und den zweiten Eingangsanschluss auf. Der erste Eingangsanschluss und der zweite Eingangsanschluss können jeweils einen elektrischen Kontakt bereitstellen. Mit dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss kann eine Spannungsquelle verbunden werden, sodass eine elektrische Verbindung zwischen der Spannungsquelle und der Leistungseinheit bereitgestellt wird. Die Spannungsquelle kann ein Akkumulator oder eine Batterie sein.The power unit has the first input connection and the second input connection. The first input connection and the second input connection can each provide an electrical contact. A voltage source can be connected to the first input connection and the second input connection, so that an electrical connection is provided between the voltage source and the power unit. The voltage source can be an accumulator or a battery.
An den ersten Eingangsanschluss und den zweiten Eingangsanschluss kann die Eingangsspannung angelegt werden. Insbesondere wenn mit dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss die Spannungsquelle verbunden ist, kann die Eingangsspannung von der Spannungsquelle bereitgestellt werden, sodass an dem ersten Eingangsanschluss und an dem zweiten Eingangsanschluss die Eingangsspannung anliegt. Die Eingangsspannung kann jedoch auch eine Zwischenkreisspannung sein. Wenn die Eingangsspannung eine Zwischenkreisspannung ist, so ist eine elektrische Schaltung, insbesondere eine der Leitungseinheit vorgeschaltete weitere Leistungseinheit, mit dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss verbunden, sodass die elektrische Schaltung die Eingangsspannung bereitstellt.The input voltage can be applied to the first input connection and the second input connection. In particular, when the voltage source is connected to the first input connection and the second input connection, the input voltage can be provided by the voltage source so that the input voltage is applied to the first input connection and to the second input connection. The input voltage can, however, also be an intermediate circuit voltage. If the input voltage is an intermediate circuit voltage, an electrical circuit, in particular a further power unit connected upstream of the line unit, is connected to the first input connection and the second input connection, so that the electrical circuit provides the input voltage.
Die Eingangsspannung ist bevorzugt eine Gleichspannung. Insbesondere ändert sich der Momentanwert der Eingangsspannung über einen längeren Betrachtungszeitraum nicht. Der Momentanwert der Eingangsspannung kann sich auch zeitlich ändern, insbesondere periodisch ändern. Wenn sich der Momentanwert der Eingangsspannung zeitlich ändert, wechselt die Eingangsspannung jedoch ihre Polarität nicht.The input voltage is preferably a direct voltage. In particular, the instantaneous value of the input voltage does not change over a longer observation period. The instantaneous value of the input voltage can also change over time, in particular change periodically. However, if the instantaneous value of the input voltage changes over time, the input voltage does not change its polarity.
Die Leistungseinheit weist einen ersten Ausgangsanschluss und einen zweiten Ausgangsanschluss auf. Der erste Ausgangsanschluss und der zweite Ausgangsanschluss können jeweils einen elektrischen Kontakt bereitstellen. Mit dem ersten Ausgangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss kann der elektrische Verbraucher verbunden werden, sodass eine elektrische Verbindung zwischen der Leistungseinheit und dem elektrischen Verbraucher bereitgestellt wird, sodass ein Arbeitsstrom durch den elektrischen Verbraucher fließen kann. Wenn im Folgenden der Begriff Verbraucher verwendet wird, ist damit der elektrische Verbraucher gemeint.The power unit has a first output connection and a second output connection. The first output port and the second output connection can each provide an electrical contact. The electrical consumer can be connected to the first output connection and the second output connection, so that an electrical connection is provided between the power unit and the electrical consumer, so that a working current can flow through the electrical consumer. When the term consumer is used in the following, it refers to the electrical consumer.
Wenn mit dem ersten Ausgangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss der Verbraucher verbunden ist, kann von dem ersten Ausgangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss eine Ausgangsspannung zur Versorgung des Verbrauchers bereitgestellt werden, sodass der Arbeitsstrom durch den Verbraucher fließen kann. Der Verbraucher kann ein Elektromotor, insbesondere ein bürstenloser Elektromotor sein.If the consumer is connected to the first output connection and the second output connection, an output voltage for supplying the consumer can be provided by the first output connection and the second output connection, so that the working current can flow through the consumer. The consumer can be an electric motor, in particular a brushless electric motor.
Die Ausgangsspannung ist bevorzugt eine Wechselspannung. Insbesondere ändert sich der Momentanwert der Ausgangsspannung über einen längeren Betrachtungszeitraum. Der Momentanwert der Ausgangsspannung ändert sich bevorzugt periodisch. Insbesondere ändert sich der Momentanwert der Ausgangsspannung zeitlich so, dass die Ausgangsspannung ihre Polarität wiederkehrend zeitlich ändert. Insbesondere wird die wiederkehrende zeitliche Änderung der Polarität der Ausgangsspannung durch die aufeinander abgestimmte Weise des Schaltens der Schaltelemente erreicht.The output voltage is preferably an alternating voltage. In particular, the instantaneous value of the output voltage changes over a longer observation period. The instantaneous value of the output voltage preferably changes periodically. In particular, the instantaneous value of the output voltage changes over time in such a way that the output voltage changes its polarity repeatedly over time. In particular, the recurring change in the polarity of the output voltage over time is achieved by the way in which the switching elements are switched in a coordinated manner.
Die Leistungseinheit weist eine Schalteinheit auf, die mehrere Schaltelemente aufweist. Jedes Schaltelement der Schaltelemente kann ein Transistor, insbesondere ein Leistungstransistor, sein. Wenn ein Schaltelement ein Leistungstransistor ist, so ist das entsprechende Schaltelement bevorzugt ausgebildet, sodass ein maximaler Kollektorstrom oder ein maximaler Drainstrom mindestens 1 A ist. Alternativ oder zusätzlich kann ein als Leistungstransistor ausgebildetes Schaltelement ausgebildet sein, sodass eine minimale Kollektor-Emitterspannung oder eine minimale Drain-Source-Spannung mindestens 50 V ist. Jedes der Schaltelemente kann ein Feldeffekttransistor sein. Feldeffekttransistoren haben den Vorteil, dass sie eine Ansteuerung mit geringem Leistungsbedarf ermöglichen. Bevorzugt ist jedes der Schaltelemente ein Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate (IGFET). Besonders bevorzugt ist jedes der Schaltelemente ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET). Jedes der Schaltelemente kann auch ein Bipolartransistor (BJT) sein. Bipolartransistoren haben den Vorteil, dass sie für hohe Stromstärken und hohe Spannungen ausgelegt sein können. Bevorzugt ist jedes der Schaltelemente ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT). Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode stellen ein gutes Durchlassverhalten, hohe Sperrspannungen, eine hohe Robustheit und eine Ansteuerung mit geringem Leistungsbedarf bereit. Jedes der Schaltelemente kann auch ein Thyristor sein.The power unit has a switching unit which has a plurality of switching elements. Each switching element of the switching elements can be a transistor, in particular a power transistor. If a switching element is a power transistor, the corresponding switching element is preferably designed so that a maximum collector current or a maximum drain current is at least 1 A. Alternatively or additionally, a switching element embodied as a power transistor can be embodied, so that a minimum collector-emitter voltage or a minimum drain-source voltage is at least 50 V. Each of the switching elements can be a field effect transistor. Field effect transistors have the advantage that they enable control with a low power requirement. Preferably, each of the switching elements is an insulated gate field effect transistor (IGFET). Each of the switching elements is particularly preferably a metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET). Each of the switching elements can also be a bipolar transistor (BJT). Bipolar transistors have the advantage that they can be designed for high currents and high voltages. Each of the switching elements is preferably a bipolar transistor with an insulated gate electrode (IGBT). Bipolar transistors with an insulated gate electrode provide good on-state behavior, high blocking voltages, high robustness and control with low power requirements. Each of the switching elements can also be a thyristor.
Jedes der Schaltelemente kann einen elektrisch leitenden Zustand und einen elektrisch isolierenden Zustand einnehmen. Wenn ein Schaltelement in dem elektrisch leitenden Zustand ist, kann ein Arbeitsstrom durch das entsprechende Schalelement fließen. Wenn das entsprechende Schaltelement in dem elektrisch isolierenden Zustand ist, kann der Arbeitsstrom nicht durch das entsprechende Schaltelement fließen. Durch einen entsprechenden Schaltvorgang kann zwischen dem elektrisch leitenden Zustand und dem elektrisch isolierenden Zustand eines jeden Schaltelements gewechselt werden. Jedes der Schaltelemente kann so geschaltet werden, dass das entsprechende Schaltelement während einer Einschaltzeitdauer in einem entsprechenden elektrisch leitenden Zustand ist und während einer Ausschaltzeitdauer in einem entsprechenden elektrisch isolierenden Zustand ist.Each of the switching elements can assume an electrically conductive state and an electrically insulating state. When a switching element is in the electrically conductive state, an operating current can flow through the corresponding switching element. When the corresponding switching element is in the electrically insulating state, the working current cannot flow through the corresponding switching element. A corresponding switching process can be used to switch between the electrically conductive state and the electrically insulating state of each switching element. Each of the switching elements can be switched such that the corresponding switching element is in a corresponding electrically conductive state during a switch-on period and is in a corresponding electrically insulating state during a switch-off period.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist zwischen dem Arbeitsstrom, der durch den Verbraucher fließt, und dem Arbeitsstrom, der durch die Schaltelemente fließt zu unterscheiden. Insbesondere ändert der durch den Verbraucher fließende Arbeitsstrom seine Richtung, wobei der durch die Schaltelemente fließende Arbeitsstrom seine Richtung nicht ändert. Dies wird insbesondere durch das aufeinander abgestimmte Schalten der Schaltelemente erreicht. Die im Zusammenhang mit dem durch die Schaltelemente fließenden Arbeitsstrom beschriebenen Merkmale, technischen Effekte und/oder Vorteile gelten zumindest in analoger Weise auch für jeden Arbeitsstrom, der durch ein entsprechendes Schaltelement fließt und andersrum. Insbesondere ist mit dem oszillierenden Arbeitsstrom der Arbeitsstrom gemeint, der durch die Schaltelemente fließt.In connection with the present invention, a distinction must be made between the working current that flows through the consumer and the working current that flows through the switching elements. In particular, the working current flowing through the consumer changes its direction, the working current flowing through the switching elements not changing its direction. This is achieved in particular by the coordinated switching of the switching elements. The features, technical effects and / or advantages described in connection with the working current flowing through the switching elements also apply at least in an analogous manner to each working current flowing through a corresponding switching element and vice versa. In particular, the oscillating working current means the working current that flows through the switching elements.
Das erste Schaltelement der mehreren Schaltelemente ist mit dem ersten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss verbunden. Die Verbindung des ersten Schaltelements mit dem ersten Eingangsanschluss ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Schaltelement und der Spannungsquelle, wenn die Spannungsquelle mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist. Die Verbindung des ersten Schaltelements mit dem ersten Ausgangsanschluss ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Schaltelement und dem Verbraucher, wenn der Verbraucher mit dem ersten Ausgangsanschluss verbunden ist.The first switching element of the plurality of switching elements is connected to the first input terminal and the first output terminal. The connection of the first switching element to the first input terminal enables an electrical connection between the first switching element and the voltage source when the voltage source is connected to the first input terminal. The connection of the first switching element to the first output connection enables an electrical connection between the first switching element and the consumer when the consumer is connected to the first output connection.
Das zweite Schaltelement der mehreren Schaltelemente ist mit dem zweiten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss verbunden. Die Verbindung des zweiten Schaltelements mit dem zweiten Eingangsanschluss ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Schaltelement und der Spannungsquelle, wenn die Spannungsquelle mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist. Die Verbindung des zweiten Schaltelements mit dem ersten Ausgangsanschluss ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Schaltelement und dem Verbraucher, wenn der Verbraucher mit dem ersten Ausgangsanschluss verbunden ist.The second switching element of the plurality of switching elements is connected to the second input terminal and the first output terminal. The connection of the second switching element to the second input terminal enables an electrical connection between the second switching element and the voltage source when the voltage source is connected to the second input terminal. The connection of the second switching element to the first output connection enables an electrical connection between the second switching element and the consumer when the consumer is connected to the first output connection.
Das dritte Schaltelement der mehreren Schaltelemente ist mit dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss verbunden. Die Verbindung des dritten Schaltelements mit dem ersten Eingangsanschluss ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen dem dritten Schaltelement und der Spannungsquelle, wenn die Spannungsquelle mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist. Die Verbindung des dritten Schaltelements mit dem zweiten Ausgangsanschluss ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen dem dritten Schaltelement und dem Verbraucher, wenn der Verbraucher mit dem zweiten Ausgangsanschluss verbunden ist.The third switching element of the plurality of switching elements is connected to the first input terminal and the second output terminal. The connection of the third switching element to the first input terminal enables an electrical connection between the third switching element and the voltage source when the voltage source is connected to the first input terminal. The connection of the third switching element to the second output connection enables an electrical connection between the third switching element and the consumer when the consumer is connected to the second output connection.
Das vierte Schaltelement der mehreren Schaltelemente ist mit dem zweiten Eingangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss verbunden. Die Verbindung des vierten Schaltelements mit dem zweiten Eingangsanschluss ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen dem vierten Schaltelement und der Spannungsquelle, wenn die Spannungsquelle mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist. Die Verbindung des vierten Schaltelements mit dem zweiten Ausgangsanschluss ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen dem vierten Schaltelement und dem Verbraucher, wenn der Verbraucher mit dem zweiten Ausgangsanschluss verbunden ist.The fourth switching element of the plurality of switching elements is connected to the second input terminal and the second output terminal. The connection of the fourth switching element to the second input terminal enables an electrical connection between the fourth switching element and the voltage source when the voltage source is connected to the second input terminal. The connection of the fourth switching element to the second output connection enables an electrical connection between the fourth switching element and the consumer when the consumer is connected to the second output connection.
Die Leistungseinheit weist einen Schwingkreis auf, der mit dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss verbunden. Die Verbindung des Schwingkreises mit dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen dem Schwingkreis und der Spannungsquelle, wenn die Spannungsquelle mit dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist.The power unit has an oscillating circuit which is connected to the first input connection and the second input connection. The connection of the resonant circuit to the first input connection and the second input connection enables an electrical connection between the resonant circuit and the voltage source when the voltage source is connected to the first input connection and the second input connection.
Der Schwingkreis weist eine Spule und einen Kondensator aufweist. Der Schwingkreis kann zu einer elektrischen Schwingung angeregt werden. Beispielsweise kann der Schwingkreis durch das Schalten mindestens eines Schaltelements der mehreren Schaltelemente zu der elektrischen Schwingung angeregt werden. Wenn der Schwingkreis zu der elektrischen Schwingung angeregt ist, kann Energie zwischen dem elektrischen Feld des Kondensators und dem magnetischen Feld der Spule periodisch ausgetauscht werden. Die elektrische Schwingung des Schwingkreises kann zu einer Oszillation des Arbeitsstroms führen, der durch die aufeinander abgestimmt geschalteten mehreren Schaltelemente fließen kann. Insbesondere kann der oszillierende Arbeitsstrom zu einem gegebenen Zeitpunkt durch zwei Schaltelemente fließen, die jeweils in dem elektrisch leitenden Zustand sind. Der durch die Schaltelemente fließende Arbeitsstrom oszilliert bevorzugt mit einer Resonanzfrequenz des Schwingkreises.The resonant circuit has a coil and a capacitor. The resonant circuit can be excited to an electrical oscillation. For example, the resonant circuit can be excited to oscillate electrically by switching at least one switching element of the plurality of switching elements. When the resonant circuit is excited to the electrical oscillation, energy can be exchanged periodically between the electric field of the capacitor and the magnetic field of the coil. The electrical oscillation of the resonant circuit can lead to an oscillation of the working current, which can flow through the multiple switching elements that are connected to one another. In particular, the oscillating operating current can flow at a given point in time through two switching elements, each of which is in the electrically conductive state. The working current flowing through the switching elements preferably oscillates at a resonance frequency of the resonant circuit.
Der durch die Schaltelemente fließende Arbeitsstrom kann insbesondere derart oszillieren, dass sich der Momentanwert des Arbeitsstroms zeitlich ändert, insbesondere periodisch ändert. Bevorzugt oszilliert der durch die Schaltelemente fließende Arbeitsstrom derart um einen Mittelwert des durch die Schaltelemente fließenden Arbeitsstroms, sodass der Momentanwert des Arbeitsstroms wiederkehrend den Mittelwert zeitlich nacheinander unterschreitet und überschreitet, insbesondere bei gleichbleibender elektrischer Stromrichtung des durch die Schaltelemente fließenden Arbeitsstroms. Bevorzugt ist der Mittelwert jedes durch ein Schaltelement fließenden Arbeitsstroms ungleich Null. Ein Mittelwert von ungleich Null kann dadurch erreicht werden, dass die elektrische Stromrichtung jedes durch ein Schaltelement fließenden Arbeitsstroms gleich bleibt. Der durch ein Schaltelement fließender Arbeitsstrom kann einen Gleichstromanteil und einen Wechselstromanteil aufweisen, die einander überlagern, sodass jeder durch ein Schaltelement fließender Arbeitsstrom oszilliert. Während einer entsprechenden Einschaltzeitdauer jedes der Schaltelemente ist das entsprechende Schaltelement elektrisch leitend, sodass der oszillierende Arbeitsstrom durch das entsprechende Schaltelement fließen kann.The working current flowing through the switching elements can in particular oscillate in such a way that the instantaneous value of the working current changes over time, in particular changes periodically. The working current flowing through the switching elements preferably oscillates around a mean value of the working current flowing through the switching elements so that the instantaneous value of the working current repeatedly falls below and exceeds the mean value one after the other, in particular when the electrical current direction of the working current flowing through the switching elements remains the same. The mean value of each operating current flowing through a switching element is preferably not equal to zero. A mean value not equal to zero can be achieved in that the electrical current direction of each operating current flowing through a switching element remains the same. The working current flowing through a switching element can have a direct current component and an alternating current component which are superimposed on one another, so that each working current flowing through a switching element oscillates. During a corresponding switch-on period of each of the switching elements, the corresponding switching element is electrically conductive, so that the oscillating working current can flow through the corresponding switching element.
Durch die aufeinander abgestimmte Weise des Schaltens der Schaltelemente ändert sich der Momentanwert des durch den Verbraucher fließenden Arbeitsstroms über einen längeren Betrachtungszeitraum. Der Momentanwert des durch den Verbraucher fließenden Arbeitsstroms ändert sich bevorzugt periodisch. Insbesondere ändert sich der Momentanwert des durch den Verbraucher fließenden Arbeitsstroms zeitlich so, dass der durch den Verbraucher fließende Arbeitsstrom wiederkehrend zeitlich seine Richtung ändert.Due to the way in which the switching elements are switched, the instantaneous value of the working current flowing through the consumer changes over a longer observation period. The instantaneous value of the working current flowing through the consumer preferably changes periodically. In particular, the instantaneous value of the working current flowing through the consumer changes over time such that the working current flowing through the consumer repeatedly changes its direction over time.
Wie bereits beschrieben, oszilliert der durch die Schaltelemente fließende Arbeitsstrom, wobei die Oszillation des durch die Schaltelemente fließenden Arbeitsstroms von dem Schwingkreis hervorgerufen wird. Die Oszillation des durch die Schaltelemente fließenden Arbeitsstroms ermöglicht, dass jedes der Schaltelemente derart angesteuert werden kann, dass das Ende einer entsprechenden Einschaltzeitdauer eines entsprechenden Schaltelements, während derer das entsprechende Schaltelement elektrisch leitend ist, im zeitlichen Bereich eines Minimums des oszillierenden Arbeitsstroms liegt oder sogar mit dem Minimum des oszillierenden Arbeitsstroms zeitlich zusammenfällt. Die Stromstärke des durch das entsprechende Schaltelement fließenden oszillierenden Arbeitsstroms ist somit während des Übergangs von dem elektrisch leitenden Zustand in den elektrisch isolierenden Zustand des Schaltelements geringer als die Stromstärke eines nicht oszillierenden Arbeitsstroms. Durch die geringe Stromstärke während des Übergangs von dem elektrisch leitenden Zustand in den elektrisch isolierenden Zustand des Schaltelements kann die Verlustleistung während des Übergangs von dem elektrisch leitenden Zustand in den elektrisch isolierenden Zustand des Schaltelements deutlich reduziert werden, sodass ein hoher Wirkungsgrad der Leistungseinheit, insbesondere bei hohen Schaltfrequenzen, erreicht werden kann. Des Weiteren ist der Schwingkreis mit der Spule und dem Kondensator eine vergleichsweise bauteilarme Lösung.As already described, the working current flowing through the switching elements oscillates, the oscillation of the working current flowing through the switching elements being caused by the resonant circuit becomes. The oscillation of the working current flowing through the switching elements enables each of the switching elements to be controlled in such a way that the end of a corresponding switch-on period of a corresponding switching element, during which the corresponding switching element is electrically conductive, lies in the time range of a minimum of the oscillating working current or even with it the minimum of the oscillating working current coincides in time. The current strength of the oscillating working current flowing through the corresponding switching element is thus less than the current strength of a non-oscillating working current during the transition from the electrically conductive state to the electrically insulating state of the switching element. Due to the low current intensity during the transition from the electrically conductive state to the electrically insulating state of the switching element, the power loss during the transition from the electrically conductive state to the electrically insulating state of the switching element can be significantly reduced, so that a high efficiency of the power unit, especially with high switching frequencies can be achieved. Furthermore, the resonant circuit with the coil and the capacitor is a comparatively low-component solution.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass eine Leistungseinheit mit einem hohen Wirkungsgrad und einer geringen Anzahl von Bauteilen ermöglicht wird.In summary, it can be stated that a power unit with a high degree of efficiency and a small number of components is made possible.
In einer Ausführungsform bilden die Spule des Schwingkreises und der Kondensator des Schwingkreises eine Parallelschaltung, wobei die Spule mit dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist, wobei der Kondensator mit dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist. Durch die Parallelschaltung wird eine bevorzugte Ausführungsform des Schwingkreises mit einem Parallelschwingkreis gebildet.In one embodiment, the coil of the resonant circuit and the capacitor of the resonant circuit form a parallel circuit, the coil being connected to the first input connection and the second input connection, the capacitor being connected to the first input connection and the second input connection. The parallel connection forms a preferred embodiment of the resonant circuit with a parallel resonant circuit.
In einer Ausführungsform bilden die Spule des Schwingkreises und der Kondensator des Schwingkreises eine Reihenschaltung, wobei die Spule mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist und der Kondensator mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist. Durch die Reihenschaltung, die als erste Reihenschaltung bezeichnet werden kann, wird eine bevorzugte Ausführungsform des Schwingkreises mit einem Reihenschwingkreis gebildet.In one embodiment, the coil of the resonant circuit and the capacitor of the resonant circuit form a series circuit, the coil being connected to the first input connection and the capacitor being connected to the second input connection. The series connection, which can be referred to as the first series connection, forms a preferred embodiment of the resonant circuit with a series resonant circuit.
In einer Ausführungsform bilden die Spule des Schwingkreises und der Kondensator des Schwingkreises eine Reihenschaltung, wobei die Spule mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist und der Kondensator mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist. Durch die Reihenschaltung, die als zweite Reihenschaltung bezeichnet werden kann, wird eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Schwingkreises mit einem Reihenschwingkreis gebildet.In one embodiment, the coil of the resonant circuit and the capacitor of the resonant circuit form a series circuit, the coil being connected to the second input connection and the capacitor being connected to the first input connection. The series connection, which can be referred to as a second series connection, forms a further preferred embodiment of the resonant circuit with a series resonant circuit.
In einer Ausführungsform weist die Leistungseinheit einen dritten Ausgangsanschluss auf, wobei ein fünftes Schaltelement der mehreren Schaltelemente mit dem ersten Eingangsanschluss und dem dritten Ausgangsanschluss verbunden ist, wobei ein sechstes Schaltelement der mehreren Schaltelemente mit dem zweiten Eingangsanschluss und dem dritten Ausgangsanschluss verbunden ist. Das fünfte Schaltelement der mehreren Schaltelemente ist mit dem ersten Eingangsanschluss und dem dritten Ausgangsanschluss verbunden. Die Verbindung des fünften Schaltelements mit dem ersten Eingangsanschluss ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen dem fünften Schaltelement und der Spannungsquelle, wenn die Spannungsquelle mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist. Die Verbindung des fünften Schaltelements mit dem dritten Ausgangsanschluss ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen dem fünften Schaltelement und dem Verbraucher, wenn der Verbraucher mit dem dritten Ausgangsanschluss verbunden ist. Das sechste Schaltelement der mehreren Schaltelemente ist mit dem zweiten Eingangsanschluss und dem dritten Ausgangsanschluss verbunden. Die Verbindung des sechsten Schaltelements mit dem zweiten Eingangsanschluss ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen dem sechsten Schaltelement und der Spannungsquelle, wenn die Spannungsquelle mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist. Die Verbindung des sechsten Schaltelements mit dem dritten Ausgangsanschluss ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen dem sechsten Schaltelement und dem Verbraucher, wenn der Verbraucher mit dem dritten Ausgangsanschluss verbunden ist.In one embodiment, the power unit has a third output terminal, wherein a fifth switching element of the plurality of switching elements is connected to the first input terminal and the third output terminal, wherein a sixth switching element of the plurality of switching elements is connected to the second input terminal and the third output terminal. The fifth switching element of the plurality of switching elements is connected to the first input terminal and the third output terminal. The connection of the fifth switching element to the first input terminal enables an electrical connection between the fifth switching element and the voltage source when the voltage source is connected to the first input terminal. The connection of the fifth switching element to the third output connection enables an electrical connection between the fifth switching element and the consumer when the consumer is connected to the third output connection. The sixth switching element of the plurality of switching elements is connected to the second input terminal and the third output terminal. The connection of the sixth switching element to the second input connection enables an electrical connection between the sixth switching element and the voltage source when the voltage source is connected to the second input connection. The connection of the sixth switching element to the third output connection enables an electrical connection between the sixth switching element and the consumer when the consumer is connected to the third output connection.
In einer Ausführungsform weist die Leistungseinheit einen Energiespeicher auf, der mit dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist. Wenn an dem ersten Eingangsanschluss und an dem zweiten Eingangsanschluss eine Eingangsspannungsquelle angeschlossen ist, kann der Energiespeicher von der Eingangsspannungsquelle mit Ladungsträgern versorgt werden und somit Energie in dem Energiespeicher zwischengespeichert werden. Für den Fall, dass der Verbraucher kurzfristig einen hohen Energiebedarf aufweist, können die von dem Energiespeicher gespeicherten Ladungsträger von diesem freigegeben werden, sodass ausreichend Ladungsträger für den kurzfristigen hohen Energiebedarf bereitgestellt werden können. Der Energiespeicher kann mindestens einen Kondensator aufweisen. Der Kondensator kann elektrische Ladungsträger elektrostatisch speichern und diese somit besonders kurzfristig freigeben. Der mindestens eine Kondensator kann zwei Kondensatoren aufweisen. Die zwei Kondensatoren können eine Reihenschaltung bilden, sodass einer der zwei Kondensatoren mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist und der andere der zwei Kondensatoren mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist. Bevorzugt bilden die zwei Kondensatoren eine Parallelschaltung, sodass jeder der zwei Kondensatoren sowohl mit dem ersten Eingangsanschluss als auch mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist. Die Parallelschaltung der zwei Kondensatoren kann die Kapazität des Energiespeichers erhöhen. Jeder des mindestens einen Kondensators kann ein Elektrolytkondensator sein. Ein Elektrolytkondensator kann bezogen auf seine Größe eine vergleichsweise hohe Kapazität aufweisen.In one embodiment, the power unit has an energy store, which is connected to the first input connection and the second input connection. If an input voltage source is connected to the first input connection and to the second input connection, the energy store can be supplied with charge carriers from the input voltage source and thus energy can be temporarily stored in the energy store. In the event that the consumer has a short-term high energy requirement, the charge carriers stored by the energy store can be released by the latter, so that sufficient charge carriers can be provided for the short-term high energy demand. The energy store can have at least one capacitor. The capacitor can carry electrical charges electrostatically save and thus release them at short notice. The at least one capacitor can have two capacitors. The two capacitors can form a series circuit such that one of the two capacitors is connected to the first input terminal and the other of the two capacitors is connected to the second input terminal. The two capacitors preferably form a parallel circuit, so that each of the two capacitors is connected to both the first input connection and the second input connection. The parallel connection of the two capacitors can increase the capacity of the energy store. Each of the at least one capacitor can be an electrolytic capacitor. An electrolytic capacitor can have a comparatively high capacitance in relation to its size.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch einen Wechselrichter mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Der Wechselrichter weist eine Leistungseinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und eine Steuereinheit auf. Die Steuereinheit ist mit den mehreren Schaltelementen der Schalteinheit zum Ansteuern der mehreren Schaltelemente verbunden. Die Steuereinheit kann für jedes Schaltelement ein entsprechendes Steuersignal bereitstellen, sodass jedes der Schaltelemente in Abhängigkeit von dem entsprechenden Steuersignal sowohl von einem entsprechenden elektrisch leitenden Zustand in einen entsprechenden elektrisch isolierenden Zustand als auch von dem entsprechenden elektrisch isolierenden Zustand in den entsprechenden elektrisch leitenden Zustand übergehen kann.According to a second aspect of the invention, the object mentioned at the beginning is achieved by an inverter having the features of claim 7. The inverter has a power unit according to the first aspect of the invention and a control unit. The control unit is connected to the multiple switching elements of the switching unit for controlling the multiple switching elements. The control unit can provide a corresponding control signal for each switching element, so that each of the switching elements can transition from a corresponding electrically conductive state to a corresponding electrically insulating state and from the corresponding electrically insulating state to the corresponding electrically conductive state, depending on the corresponding control signal .
Die Leistungseinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung oder der Wechselrichter gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kann eine Messeinheit zum Messen des durch das mindestens eine Schaltelement fließenden Arbeitsstroms aufweisen. Insbesondere kann mithilfe der Messeinheit die Periodendauer des oszillierenden Arbeitsstroms ermittelt werden. Ferner kann mit der Messeinheit der Mittelwert des durch die Schaltelemente fließenden Arbeitsstroms ermittelt werden. Außerdem kann mit der Messeinheit ein Minimum oder mehrere Minima des durch die Schaltelemente fließenden Arbeitsstroms ermittelt werden.The power unit according to the first aspect of the invention or the inverter according to the second aspect of the invention can have a measuring unit for measuring the operating current flowing through the at least one switching element. In particular, the period duration of the oscillating operating current can be determined with the aid of the measuring unit. Furthermore, the mean value of the working current flowing through the switching elements can be determined with the measuring unit. In addition, a minimum or several minimums of the operating current flowing through the switching elements can be determined with the measuring unit.
Die im Zusammenhang mit der Leistungseinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschriebenen Merkmale, technischen Effekte und/oder Vorteile gelten zumindest in analoger Weise auch für den Wechselrichter gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, sodass an dieser Stelle auf eine entsprechende Wiederholung verzichtet wird.The features, technical effects and / or advantages described in connection with the power unit according to the first aspect of the invention also apply at least in an analogous manner to the inverter according to the second aspect of the invention, so that a corresponding repetition is dispensed with at this point.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Das Verfahren wird zum Steuern einer Leistungseinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durchgeführt. Jedes der Schaltelemente wird derart geschaltet, dass jedes der Schaltelemente während einer entsprechenden Einschaltzeitdauer elektrisch leitend ist, sodass ein oszillierender Arbeitsstrom durch das Schaltelement fließen kann, und während einer entsprechenden Ausschaltzeitdauer elektrisch isolierend ist, sodass der oszillierende Arbeitsstrom nicht durch das Schaltelement fließen kann. Mindestens eines der Schaltelemente wird derart angesteuert, dass das Ende einer entsprechenden Einschaltzeitdauer des mindestens einen Schaltelements in einem Zeitintervall liegt, das höchstens ein Viertel einer Periodendauer des oszillierenden Arbeitsstroms beträgt und in dem ein Minimum des oszillierenden Arbeitsstroms liegt. Die Oszillation des oszillierenden Arbeitsstroms wird von dem Schwingkreis hervorgerufen, sodass der Arbeitsstrom mit der Resonanzfrequenz des Schwingkreises oszilliert.According to a third aspect of the invention, the aforementioned object is achieved by a method with the features of claim 8. The method is carried out for controlling a power unit according to the first aspect of the invention. Each of the switching elements is switched in such a way that each of the switching elements is electrically conductive during a corresponding switch-on period, so that an oscillating operating current can flow through the switching element, and is electrically insulating during a corresponding switching-off period, so that the oscillating operating current cannot flow through the switching element. At least one of the switching elements is controlled in such a way that the end of a corresponding switch-on period of the at least one switching element lies in a time interval which is at most a quarter of a period of the oscillating working current and in which there is a minimum of the oscillating working current. The oscillation of the oscillating working current is caused by the resonant circuit, so that the working current oscillates at the resonance frequency of the resonant circuit.
Jedes der Schaltelemente wird derart geschaltet, dass jedes der Schaltelemente während einer entsprechenden Einschaltzeitdauer elektrisch leitend ist, sodass ein oszillierender Arbeitsstrom durch das Schaltelement fließen kann, und während einer entsprechenden Ausschaltzeitdauer elektrisch isolierend ist, sodass der oszillierende Arbeitsstrom nicht durch das Schaltelement fließen kann. Insbesondere kann jedes der Schalelemente derart geschaltet werden, dass mehrere Einschaltzeitdauern und mehrere Ausschaltzeitdauern aufeinander folgen, so dass jeweils eine Ausschaltzeitdauer auf eine entsprechende Einschaltzeitdauer und jeweils eine Einschaltdauer auf eine entsprechende Ausschaltzeitdauer folgt, sodass jedes der Schaltelemente zwischen einem entsprechenden elektrisch leitenden Zustand und eine entsprechenden elektrisch isolierenden Zustand hin- und herwechselt.Each of the switching elements is switched in such a way that each of the switching elements is electrically conductive during a corresponding switch-on period, so that an oscillating operating current can flow through the switching element, and is electrically insulating during a corresponding switching-off period, so that the oscillating operating current cannot flow through the switching element. In particular, each of the switching elements can be switched in such a way that several switch-on periods and several switch-off periods follow one another, so that in each case a switch-off period follows a corresponding switch-on period and a switch-on period follows a corresponding switch-off period, so that each of the switching elements switches between a corresponding electrically conductive state and a corresponding one electrically insulating state changes back and forth.
Mindestens eines der Schaltelemente wird derart angesteuert, dass das Ende der entsprechenden Einschaltzeitdauer des mindestens einen Schaltelements in dem Zeitintervall liegt, das höchstens ein Viertel der Periodendauer des oszillierenden Arbeitsstroms beträgt und in dem das Minimum des oszillierenden Arbeitsstroms liegt. Das Ende der Einschaltzeitdauer und das Minimum des oszillierenden Arbeitsstroms liegen in dem Zeitintervall, sodass das Ende der Einschaltzeitdauer und das Minimum des oszillierenden Arbeitsstroms zeitlich nah beieinander liegen oder besonders bevorzugt zeitlich zusammenfallen. Der Momentanwert des oszillierenden Arbeitsstroms ist somit beim Übergang von dem elektrisch leitenden Zustand in den elektrisch isolierenden Zustand des mindestens einen Schaltelements besonders gering, sodass die Verlustleistung ebenfalls besonders gering ist. Somit wird ein Verfahren zum Steuern einer Leistungseinheit mit einem hohen Wirkungsgrad und einer geringen Anzahl von Bauteilen ermöglicht.At least one of the switching elements is controlled in such a way that the end of the corresponding switch-on period of the at least one switching element lies in the time interval which is at most a quarter of the period of the oscillating working current and in which the minimum of the oscillating working current is. The end of the switch-on period and the minimum of the oscillating working current lie in the time interval so that the end of the switched-on period and the minimum of the oscillating working current are close in time or, particularly preferably, coincide in time. The instantaneous value of the oscillating operating current is therefore particularly low during the transition from the electrically conductive state to the electrically insulating state of the at least one switching element, so that the power loss is also particularly low. Thus, a method of controlling a power unit with a high Efficiency and a small number of components allows.
Bevorzugt beträgt das Zeitintervall höchstens ein Fünftel, ein Zehntel oder ein Hundertstel der Periodendauer des oszillierenden Arbeitsstroms. Je geringer das Zeitintervall gewählt wird, desto geringer ist der Momentanwert des oszillierenden Arbeitsstroms in dem Zeitpunkt des Endes der Einschaltzeitdauer. Besonders bevorzugt ist es, dass das Ende der entsprechenden Einschaltzeitdauer des mindestens einen Schaltelements und das Minimum des oszillierenden Arbeitsstroms zeitlich zusammenfallen. In diesem Fall ist der Momentanwert des oszillierenden Arbeitsstroms beim Übergang von dem elektrisch leitenden Zustand in den elektrisch isolierenden Zustand des mindestens einen Schaltelements besonders gering, sodass die Verlustleistung in dem Schaltelement ebenfalls besonders gering ist. Das Minimum des oszillierenden Arbeitsstroms kann ein lokales Minimum des oszillierenden Arbeitsstroms sein. Insbesondere ist das Minimum des oszillierenden Arbeitsstroms der geringste Momentanwert des oszillierenden Arbeitsstroms während einer Periodendauer des oszillierenden Arbeitsstroms.The time interval is preferably at most one fifth, one tenth or one hundredth of the period of the oscillating working current. The smaller the time interval selected, the lower the instantaneous value of the oscillating operating current at the point in time at the end of the switch-on period. It is particularly preferred that the end of the corresponding switch-on period of the at least one switching element and the minimum of the oscillating operating current coincide in time. In this case, the instantaneous value of the oscillating operating current during the transition from the electrically conductive state to the electrically insulating state of the at least one switching element is particularly low, so that the power loss in the switching element is also particularly low. The minimum of the oscillating working current can be a local minimum of the oscillating working current. In particular, the minimum of the oscillating working current is the lowest instantaneous value of the oscillating working current during a period of the oscillating working current.
Der Momentanwert des oszillierenden Arbeitsstroms kann von der Messeinheit ermittelt werden. Bevorzugt ist der Momentanwert des oszillierenden Arbeitsstroms während des Zeitintervalls geringer als ein Mittelwert, um den der Arbeitsstrom oszilliert. Insbesondere wird das mindestens eine Schaltelement derart angesteuert, dass das Schaltelement von dem elektrisch leitenden Zustand in den elektrisch isolierenden Zustand übergeht, wenn der Momentanwert des oszillierenden Arbeitsstroms einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, sodass das Ende der entsprechenden Einschaltzeitdauer des mindestens einen Schaltelements in dem Zeitintervall liegt. Insbesondere ist der Schwellenwert größer als das Minimum des oszillierenden Arbeitsstroms, bevorzugt 10 % oder 5 % oder 2 % der Amplitude des oszillierenden Arbeitsstroms größer als das Minimum des oszillierenden Arbeitsstroms.The instantaneous value of the oscillating operating current can be determined by the measuring unit. The instantaneous value of the oscillating working current during the time interval is preferably less than a mean value around which the working current oscillates. In particular, the at least one switching element is controlled in such a way that the switching element changes from the electrically conductive state to the electrically insulating state when the instantaneous value of the oscillating operating current falls below a predetermined threshold value, so that the end of the corresponding switch-on period of the at least one switching element lies within the time interval. In particular, the threshold value is greater than the minimum of the oscillating working current, preferably 10% or 5% or 2% of the amplitude of the oscillating working current is greater than the minimum of the oscillating working current.
In einer Ausführungsform wird das mindestens eine Schaltelement derart angesteuert, dass die Einschaltzeitdauer des mindestens einen Schaltelements ein erstes Vielfaches der Periodendauer des Arbeitsstroms ist, der durch das mindestens eine Schaltelement fließt. Das erste Vielfache kann sich entsprechend einem Tastgrad des Steuersignals zeitlich ändern. Das erste Vielfache kann beispielsweise eins, zwei, drei, vier oder fünf sein.In one embodiment, the at least one switching element is controlled in such a way that the switch-on duration of the at least one switching element is a first multiple of the period duration of the operating current flowing through the at least one switching element. The first multiple can change over time in accordance with a duty cycle of the control signal. The first multiple can be, for example, one, two, three, four or five.
In einer Ausführungsform wird das mindestens eine Schaltelement derart angesteuert, dass die Ausschaltzeitdauer des mindestens einen Schaltelements ein zweites Vielfaches der Periodendauer des Arbeitsstroms ist, der während der Einschaltzeitdauer durch das mindestens eine Schaltelement fließt. Das zweite Vielfache kann sich entsprechend dem Tastgrad des Steuersignals zeitlich ändern. Das zweite Vielfache kann beispielsweise eins, zwei, drei, vier oder fünf sein.In one embodiment, the at least one switching element is controlled in such a way that the switch-off period of the at least one switching element is a second multiple of the period duration of the operating current that flows through the at least one switching element during the switch-on period. The second multiple can change over time according to the duty cycle of the control signal. The second multiple can be, for example, one, two, three, four or five.
In einer Ausführungsform wird jedes der Schaltelemente derart angesteuert, dass das Ende einer entsprechenden Einschaltzeitdauer jedes der Schaltelemente in einem entsprechenden Zeitintervall liegt, das höchstens ein Viertel der Periodendauer des oszillierenden Arbeitsstroms beträgt und in dem ein entsprechendes Minimum des oszillierenden Arbeitsstroms liegt. Somit kann jedes der Schaltelemente so angesteuert werden, dass ein besonders hoher Wirkungsgrad der Leistungseinheit erreicht wird.In one embodiment, each of the switching elements is controlled in such a way that the end of a corresponding switch-on period of each of the switching elements lies in a corresponding time interval which is at most a quarter of the period of the oscillating operating current and in which there is a corresponding minimum of the oscillating operating current. Each of the switching elements can thus be controlled in such a way that a particularly high level of efficiency of the power unit is achieved.
In einer Ausführungsform wird jedes der Schaltelemente derart angesteuert, dass die entsprechende Einschaltzeitdauer jedes der Schaltelemente ein entsprechendes erstes Vielfaches der Periodendauer des Arbeitsstroms ist, der durch das entsprechende Schaltelement fließt. Jedes erste Vielfache kann sich entsprechend einem Tastgrad des entsprechenden Steuersignals zeitlich ändern. Jedes erste Vielfache kann beispielsweise eins, zwei, drei, vier oder fünf sein.In one embodiment, each of the switching elements is controlled in such a way that the corresponding switch-on duration of each of the switching elements is a corresponding first multiple of the period duration of the operating current flowing through the corresponding switching element. Each first multiple can change over time in accordance with a duty cycle of the corresponding control signal. Each first multiple can be, for example, one, two, three, four or five.
In einer Ausführungsform wird jedes der Schaltelemente derart angesteuert, dass die entsprechende Ausschaltzeitdauer jedes der Schaltelemente ein entsprechendes zweites Vielfaches der Periodendauer des Arbeitsstroms, der während der entsprechenden Einschaltzeitdauer durch das entsprechende Schaltelement fließt. Jedes zweite Vielfache kann sich entsprechend einem Tastgrad des entsprechenden Steuersignals zeitlich ändern. Jedes zweite Vielfache kann beispielsweise eins, zwei, drei, vier oder fünf sein.In one embodiment, each of the switching elements is controlled in such a way that the corresponding switch-off period of each of the switching elements is a corresponding second multiple of the period duration of the operating current that flows through the corresponding switching element during the corresponding switch-on period. Every second multiple can change over time in accordance with a duty cycle of the corresponding control signal. Every other multiple can be, for example, one, two, three, four or five.
Die im Zusammenhang mit der Leistungseinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie die im Zusammenhang mit dem Wechselrichter gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschriebenen Merkmale, technischen Effekte und/oder Vorteile gelten zumindest in analoger Weise auch für das Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung, sodass an dieser Stelle auf eine entsprechende Wiederholung verzichtet wird.The features, technical effects and / or advantages described in connection with the power unit according to the first aspect of the invention and the features, technical effects and / or advantages described in connection with the inverter according to the second aspect of the invention also apply at least in an analogous manner to the method according to the third aspect of the invention, so that a corresponding repetition is dispensed with at this point.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
-
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leistungseinheit. -
2 zeigt eine schematische Ansicht eines zeitlichen Verlaufs eines Steuersignals eines ersten Schaltelements der Leistungseinheit in1 sowie eines zeitlichen Verlaufs eines Arbeitsstroms durch das erste Schaltelement. -
3 zeigt einen Ausschnitt aus2 .
-
1 shows a schematic view of an embodiment of a power unit according to the invention. -
2 FIG. 13 shows a schematic view of a time profile of a control signal of a first switching element of the power unit in FIG1 and a time profile of an operating current through the first switching element. -
3 shows an excerpt from2 .
Des Weiteren zeigt
Der Energiespeicher
Der Schwingkreis
Die Schalteinheit
Der Energiespeicher
Die in
Mithilfe des Steuersignals
Der Arbeitsstrom
Die Resonanzfrequenz des Schwingkreises
Das erste Schaltelement
Das erste Schaltelement
In
Das erste Schaltelement
Wie bereits erwähnt gelten die Ausführungen zu
te
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.In addition, it should be noted that “having” does not exclude any other elements or steps and “a” or “an” does not exclude a plurality. It should also be pointed out that features that have been described with reference to one of the above exemplary embodiments can also be used in combination with other features of other exemplary embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be regarded as a restriction.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- LeistungseinheitPower unit
- 33
- erster Eingangsanschlussfirst input port
- 55
- zweiter Eingangsanschlusssecond input port
- 77th
- erster Ausgangsanschlussfirst output port
- 99
- zweiter Ausgangsanschlusssecond output port
- 1111
- dritter Ausgangsanschlussthird output port
- 1313
- EnergiespeicherEnergy storage
- 1515th
- SchwingkreisResonant circuit
- 1717th
- SchalteinheitSwitching unit
- 1919th
- SpannungsquelleVoltage source
- 2121st
- Verbraucherconsumer
- 2323
- Kondensatorcapacitor
- 2525th
- Kondensatorcapacitor
- 2727
- SpuleKitchen sink
- 2929
- Kondensatorcapacitor
- 3131
- erstes Schaltelementfirst switching element
- 3333
- zweites Schaltelementsecond switching element
- 3535
- drittes Schaltelementthird switching element
- 3737
- viertes Schaltelementfourth switching element
- 3939
- fünftes Schaltelementfifth switching element
- 4141
- sechstes Schaltelementsixth switching element
- 4343
- Anschlussconnection
- 4545
- SteuersignalControl signal
- 4747
- Arbeitsstrom durch das erste SchaltelementWorking current through the first switching element
- 4949
- EinschaltzeitdauerDuty cycle
- 5151
- AusschaltzeitdauerSwitch-off time
- 5353
- Periodendauer des SteuersignalsPeriod of the control signal
- 5555
- Periodendauer des ArbeitsstromsPeriod duration of the working current
- 5757
- Mittelwert des ArbeitsstromsAverage value of the working current
- 5959
- Minimum des ArbeitsstromsMinimum of the working current
- 6161
- ZeitintervallTime interval
Claims (13)
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---|---|---|---|---|
US20100226152A1 (en) * | 2007-10-12 | 2010-09-09 | Daikin Industries, Ltd. | Inverter |
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2019
- 2019-06-03 DE DE102019208033.2A patent/DE102019208033A1/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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