DE102020216184A1 - Galvanisch trennender Bordnetz-Gleichspannungwandler, Fahrzeugbordnetz mit Bordnetz-Gleichspannungswandler und Verfahren zum Betreiben eines galvanisch trennenden Gleichspannungwandlers - Google Patents

Galvanisch trennender Bordnetz-Gleichspannungwandler, Fahrzeugbordnetz mit Bordnetz-Gleichspannungswandler und Verfahren zum Betreiben eines galvanisch trennenden Gleichspannungwandlers Download PDF

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Abstract

Ein galvanisch trennender Bordnetz-Gleichspannungswandler ist mit einem Transformator ausgestattet, der mindestens eine Sekundärwicklung (Tr) aufweist, an die ein gesteuerter Gleichrichter (D1 - D4) angeschlossen ist. Der Gleichrichter (D1 - D4) weist eine Gleichspannungsseite (M, +) auf, an die eine Snubberschaltung (Ds, Cs) angeschlossen ist. Die Snubberschaltung (Ds, Cs) weist einen Abgriff (P) auf, der leistungsübertragend mit einem Versorgungseingang (VE) einer Treiberschaltung (TS) des gesteuerte Gleichrichters verbunden ist, um die Treiberschaltung (TS) mit einer Versorgungsspannung (VDR) zu versorgen.Ferner wird ein Fahrzeugbordnetz mit einem Bordnetz-Gleichspannungswandler und ein Verfahren zum Betreiben eines galvanisch trennenden Gleichspannungswandlers beschrieben.

Description

  • Zahlreiche Komponenten in Fahrzeugen werden elektrisch betrieben, wobei hierzu üblicherweise ein Niedervolt-Bordnetzzweig (12 Volt) besteht. Daneben können weitere Bordnetzzweige mit anderen Nennspannungen vorhanden sein, etwa mit Bordnetzspannungen von 48 V oder 400 V oder 800 V, deren Komponenten für eine höhere Nennspannung ausgelegt sind, etwa für Startergeneratoren oder für elektrische Traktionsantriebe. Neben betreffenden Energiespeichern mit der jeweiligen Nennspannung wird daher ein Gleichspannungswandler eingesetzt, so dass ein Energietransfer zwischen den Bordnetzzweigen unterschiedlicher Nennspannung erfolgen kann. Dies ermöglicht eine redundante Spannungsversorgung und verbessert die Ausfallsicherheit.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich ein entsprechender Gleichspanungswandler kostengünstig und energieeffizient realisieren lässt.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Weitere Eigenschaften, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Figur.
  • Es wird vorgeschlagen, einen galvanisch isolierenden (d.h. trennenden oder entkoppelnden) Gleichspannungswandler sekundärseitig mit einem gesteuerten Gleichrichter auszustatten, der von einer Treiberschaltung angesteuert wird, die elektrische Energie zur Versorgung der Treiberschaltung von einer Snubberschaltung erhält. Die Snubberschaltung ist zur Dämpfung von Spannungsspitzen vorgesehen. Die Snubberschaltung ist hierbei sekundärseitig und ohnehin zum Schutz vor Spannungsspitzen vorgesehen. Durch die Verwendung der Energie der Snubberschaltung muss die Energie, die von der Snubberschaltung zu Dämpfungszwecken entfernt wird, nicht vollständig in Wärme umgesetzt werden, sondern kann sinnvoll eingesetzt werden für die Versorgung der Treiberschaltung des gesteuerten Gleichrichters. Zum einen erhöht dies die Energieeffizienz und zum anderen kann dadurch die Snubberschaltung für geringere Leistungen ausgelegt werden, da diese die zu entfernende Energie an die Treiberschaltung weitergibt. Die Ausgestaltung des Gleichrichters als gesteuerter Gleichrichter erlaubt eine höhere Energieeffizienz, da im Vergleich zu Dioden bei nicht gesteuerten Gleichrichtern die an den Schaltern des Gleichrichters abfallende Spannung geringer ist, so dass deren Verlustleistung gegenüber passiven Gleichrichtern mit Dioden verringert ist.
  • Insbesondere ist es dadurch möglich, dass ein Abwärtswandler („Buck-Wandler“) verwendet werden kann, der etwa im Vergleich zu einem Wandler mit überlappenden Eingangsspannungs- und Ausgangsspannungsbereichen effizienter und kostengünstiger ist. Dadurch, dass üblicherweise an der Snubberschaltung höhere Spannungen anfallen, als es zur Versorgung der Treiberschaltung (12 V) notwendig ist, kann ein einfacher Abwärtswandler verwendet werden. Bei der Verwendung der Spannung des Bordnetzzweigs selbst können positive sowie auch negative Spannungsänderungen auftreten, d. h. Spannungen über und unter 12 V, bis hinunter zu 6 V. Daher müsste bei einer Versorgung der Treiberschaltung aus der Spannung des Bordnetzzweigs ein Wandler verwendet werden, dessen Eingangsspannungsbereich mit dem Ausgangsspannungsbereich überlappt. Derartige Wandler, beispielsweise SEPIC-Wandler haben jedoch eine geringere Effizienz und sind im Vergleich zu reinen Abwärtswandlern teurer.
  • Es wird somit ein galvanisch trennender Bordnetz-Gleichspannungswandler mit einem Transformator vorgeschlagen. Der Transformator selbst ist galvanisch trennend und sieht somit eine galvanische Trennung der Sekundärseite des Spannungswandlers gegenüber einer Primärseite des Transformators vor. Der Transformator hat mindestens eine Sekundärwicklung, an die ein gesteuerter Gleichrichter angeschlossen ist. Als gesteuerter Gleichrichter werden Gleichrichter bezeichnet, deren Gleichrichterelemente eine Leitfähigkeit aufweisen, die nicht (nur) von der Polarität der angelegten Spannung abhängt, sondern (auch) von einem Steuersignal an einem Steuereingang des Gleichrichterelements. Derartige Gleichrichterelemente sind beispielsweise Transistoren, wobei deren Steuereingang die Basis oder das Gate ist. Insbesondere werden MOSFET-Transistoren als Gleichrichterelemente des gesteuerten Gleichrichters verwendet. Diese weisen eine geringere Vorwärtsspannung als Dioden auf und erlauben dadurch eine energieeffizientere Gleichrichtung der Spannung, die von der Sekundärwicklung geliefert wird.
  • Der Gleichrichter ist insbesondere ein Vollwellengleichrichter, der als Brückengleichrichter ausgebildet sein kann. Der Gleichrichter weist eine Gleichspannungsseite auf, d. h. zwei Anschlüsse, an denen die gleichgerichtete Spannung anliegt. An diese Gleichspannungsseite ist eine Snubberschaltung angeschlossen. Diese Snubberschaltung verbindet die beiden Gleichspannungsanschlüsse der Gleichspannungsseite miteinander und ist eingerichtet, Spannungsspitzen abzudämpfen.
  • Die Snubberschaltung weist einen Abgriff auf. Dieser ist leistungsübertragend mit einem Versorgungseingang einer Treiberschaltung des gesteuerten Gleichrichters verbunden. Die Treiberschaltung ist hierbei mit den Steuereingängen des Gleichrichters bzw. mit Steuereingängen der Gleichrichterelemente des Gleichrichters verbunden. Die Treiberschaltung sieht dadurch Steuersignale für den Gleichrichter vor. Dadurch kann an dem Abgriff elektrische Energie zum Betreiben der Treiberschaltung aus der Snubberschaltung entnommen werden. Der Abgriff ist leistungsübertragend mit dem Versorgungseingang verbunden, um die Treiberschaltung mit einer Versorgungsspannung zu versorgen. Die leistungsübertragende Verbindung zwischen Versorgungseingang und Treiberschaltung bzw. Versorgungsspannung der Treiberschaltung kann eine direkte Verbindung sein, ist jedoch vorzugsweise eine Verbindung, die einen Gleichspannungswandler wie einen Abwärtswandler aufweist. Mittels des Abwärtswandlers kann dann die Versorgungsspannung der Treiberschaltung eingestellt werden.
  • Daher kann der Abgriff der Snubberschaltung über einen derartigen Gleichspannungswandler mit dem Versorgungseingang der Treiberschaltung verbunden sein. Der Gleichspannungswandler ist vorzugsweise ein Abwärtswandler, wodurch sich etwa Kostenersparnisse ergeben.
  • Der Abwärtswandler kann auf der mit dem Abgriff verbundenen Seite einen Seriell-Arbeitsschalter aufweisen, der getaktet ansteuerbar ist. Auf diesen folgt eine parallel geschaltete Diode sowie eine hieran in Serie angebundene Arbeitsinduktivität, an welche sich der Versorgungsspannungseingang der Treiberschaltung anschließen kann. Zudem ist vorzugsweise ein Glättungskondensator innerhalb des Abwärtswandlers vorgesehen, der parallel an den Versorgungseingang der Treiberschaltung angeschlossen ist. Durch das Tastverhältnis und/oder die Frequenz der Taktung des Arbeitsschalters lässt sich die Spannung am Versorgungseingang der Treiberschaltung einstellen. Es ist ferner möglich, zwischen der Snubberschaltung und der Treiberschaltung (neben dem Gleichspannungswandler) weitere spannungswandelnde oder nicht spannungswandelnde Elemente vorzusehen. Zudem kann eine spannungswandlerfreie Verbindung zwischen dem Abgriff und dem Versorgungseingang der Treiberschaltung vorgesehen sein, abhängig von der Auslegung der Komponenten.
  • Der Abgriff kann über einen Transistor (allgemein: über ein Schaltelement) mit dem Versorgungseingang der Treiberschaltung verbunden sein. Über den Transistor kann die Verbindung zwischen dem Abgriff und dem Gleichspannungswandler geschaltet werden. Dies ermöglicht beispielsweise die Abtrennung des Abgriffs von dem Gleichspannungswandler, wenn eine weitere Energiequelle, etwa die sekundärseitige Spannung des Bordnetz-Gleichspannungswandlers, zur Verfügung steht. In diesem Fall ist der Abgriff der Snubberschaltung über den Transistor oder über ein anderes Schaltelement und über einen Gleichspannungswandler, der auf den Transistor bzw. das Schaltelement folgt, mit dem Versorgungseingang der Treiberschaltung verbunden.
  • Die Snubberschaltung kann beispielsweise mit einer Diode und einem Kondensator realisiert sein. Ggf. kann auch ein zusätzlicher Serienwiderstand vorgesehen sein. Die Diode und der Kondensator sind in Reihe geschaltet. Die Diode und der Kondensator sind über den Abgriff miteinander verbunden. Mit anderen Worten sind die Diode und der Kondensator über einen Verbindungspunkt miteinander verbunden, an dem auch der Abgriff vorgesehen ist. Die Diode ist hierbei vorzugsweise in Flussrichtung angeschlossen, ausgehend von der Gleichspannungsseite des Gleichrichters.
  • Vorzugsweise ist der gesteuerte Gleichrichter als Brückengleichrichter ausgebildet. Dieser weist wie erwähnt vorzugsweise steuerbare Gleichrichterelemente auf. Die Treiberschaltung ist ansteuernd mit den Gleichrichterelementen verbunden. Insbesondere ist die Treiberschaltung ausgebildet, zusammen mit den Gleichrichterelementen das Verhalten einer Diodenbrücke nachzustellen, wobei jedoch vorzugsweise direkt bei Polaritätswechsel und nicht erst bei Erreichen der Durchbruchspannung einer gedachten Diode geschaltet wird. Die Gleichrichterelemente sind vorzugsweise Transistoren, wobei an diesen eine geringere Spannung als an Dioden einer Gleichrichterbrücke abfällt, so dass sich eine geringere Verlustleistung ergibt. Die Treiberschaltung ist vorzugsweise ausgebildet, den gesteuerten Gleichrichter als Vollwellengleichrichter zu betreiben, d. h. als Gleichrichter, der beide Halbwellen der Spannung der Sekundärwicklung vollständig gleichrichtet.
  • Alternativ kann die Treiberschaltung ausgebildet sein, den gesteuerten Gleichrichter mit steuerbarer Ausgangsleistung bzw. mit steuerbarer Ausgangsspannung zu betreiben, etwa indem eine Phasenanschnittsteuerung betrieben wird oder die Gleichrichterelemente auf andere Weise getaktet gesteuert werden, etwa mittels einer Pulswellenmodulation, um so gemäß der Treiberschaltung gemäß einem Sollwert zu betreiben. Mit anderen Worten kann die Treiberschaltung den Gleichrichter als Vollwellengleichrichter betreiben, entsprechend einer Aussteuerung von (fest eingestellten) 100 % (bezogen auf eine vollständige Vollwellengleichrichtung). Alternativ kann die Treiberschaltung den Gleichrichter als ein Gleichrichter mit steuerbarer Ausgangsleistung betreiben, wobei dann eine Aussteuerung verwendet wird, die variabel ist, und die auch von 100 % abweichen kann. Die Ausbildung als Vollwellengleichrichter erlaubt eine einfache Umsetzung, während eine Umsetzung als Gleichrichter mit steuerbarer Ausgangsleistung zwar komplexer ist im Hinblick auf die Steuerung, jedoch eine weitere Einstellmöglichkeit für das Übertragungsverhältnis des Bordnetz-Gleichspannungswandlers ermöglicht.
  • Eine Möglichkeit ist es, die Gleichspannungsseite des Gleichrichters direkt mit einem Wandlerausgang des Gleichspannungswandlers zu verbinden. Vorzugsweise ist jedoch der Gleichrichter über eine Drosselinduktivität mit dem Wandlerausgang verbunden. Der Wandlerausgang betrifft den Bordnetz-Gleichspannungswandler als Ganzes, während der Ausgang des Wandlers, der sich zwischen Snubberschaltung und Treiberschaltung befindet, als Treiberwandlerausgang bezeichnet werden kann. Hierbei kann insbesondere zur Vermeidung von Verwechslungen Gleichspannungswandler, der sich zwischen Snubberschaltung und Treiberschaltung befindet, als Treiber-Gleichspannungswandler bezeichnet werden.
  • Die Gleichspannungsseite des Gleichrichters kann mit einem nachfolgenden Glättungskondensator verbunden sein. Dadurch kann die vom Gleichrichter abgegebene Spannung geglättet werden. Dies betrifft insbesondere die Spannung, die von Gleichrichter über eine Drosselinduktivität an den Wandlerausgang, d.h. an den Ausgang des gesamten Bordnetz-Gleichspannungswandlers, ausgegeben wird. Ist somit die Gleichspannungsseite des Gleichrichters über eine Drosselinduktivität mit dem Wandlerausgang verbunden, dann befindet sich der Glättungskondensator am Wandlerausgang und die Drosselinduktivität verbindet den Gleichrichter einerseits mit dem Wandlerausgang bzw. dem Glättungskondensator andererseits. Der Glättungskondensator ist als Parallelkondensator angeschlossen.
  • Weiterhin kann ein Treiber-Speisespannungsanschluss vorgesehen sein. Dieser kann, neben dem Gleichspannungswandler zwischen Snubberschaltung und Versorgungseingang der Treiberschaltung, als zusätzliche Energiequelle vorgesehen sein. Der Versorgungseingang der Treiberschaltung kann mit dem Wandlerausgang (= Ausgang des gesamten Bordnetz-Gleichspannungswandlers) oder mit der Gleichspannungsseite des Gleichrichters verbunden sein, um so die Ausgangsspannung des Gleichrichters zum Betrieb der Treiberschaltung verwenden zu können. Hierbei dient die Versorgung über den Abgriff der Snubberschaltung als redundante oder zusätzliche Quelle für Versorgungsspannung der Treiberschaltung. Wie erwähnt kann zwischen dem Abgriff und dem Versorgungseingang der Treiberschaltung (bzw. und dem Wandler zwischen Abgriff und Treiberschaltung) ein Transistor oder ein anderes Schaltelement vorgesehen sein, mit dem sich steuern lässt, ob der Abgriff und der Treiber-Speisespannungsanschluss (direkt oder über den Treiber-Gleichspannungswandler) mit dem Versorgungseingang des Treibers verbunden ist, oder ob nur der Treiber-Speisespannungsanschluss und nicht der Abgriff mit dem mit dem Versorgungseingang des Treibers verbunden ist. Der Eingang des Treiber-Gleichspannungswandlers (der die Treiberschaltung versorgt) kann somit direkt mit dem Treiber-Speisespannungsanschluss verbunden sein, oder kann zusätzlich über den Transistor mit dem Abgriff der Snubberschaltung verbunden sein.
  • Schließlich wird ein Fahrzeugbordnetz beschrieben, dass einen wie hier erwähnten Bordnetz-Gleichspannungswandler aufweist. Der Transformator hat neben der Sekundärwicklung eine Primärwicklung. Diese ist magnetisch mit der Sekundärwicklung gekoppelt, ist jedoch von dieser galvanisch getrennt. Dadurch wird die galvanische Trennung des gesamten Bordnetz-Gleichspannungswandlers erreicht. Primärseitig weist der Bordnetz-Gleichspannungswandler eine Zerhackerschaltung auf, die mit einer elektrischen Energiequelle bzw. einem anderen Bordnetzzweig des Fahrzeugbordnetzes verbunden ist, etwa mit einem 48 Volt-Bordnetz oder einem Hochvolt-Bordnetzzweig mit einer Nennspannung von mehr als 60 V, mindestens 200 V, 400 V oder 800 V. Dieser weitere Bordnetzzweig kann ferner einen elektrischen Speicher aufweisen, etwa einen Traktionsakkumulator, der für eine Nennspannung wie vorangehend dargestellt ausgelegt ist.
  • Das Fahrzeugbordnetz kann zudem einen Akkumulator aufweisen, der einem anderen Bordnetzzweig angehört. Dieser Akkumulator ist direkt oder über eine Drosselinduktivität mit der Gleichspannungsseite des Gleichrichters verbunden. Der Akkumulator ist somit sekundärseitig an den Bordnetz-Gleichspannungswandler angeschlossen. Sekundärseitig ist der Bordnetz-Gleichspannungswandler für eine Spannung von ca. 12 - 14 V ausgelegt, wobei primärseitig der Bordnetz-Gleichspannungswandler gemäß einer Nennspannungen von mindestens 48 V, über 60 V, mindestens 200 V, mindestens 400 V oder mindestens 800 V ausgelegt sein kann.
  • Zudem wird ein Verfahren zum Betreiben eines galvanisch trennenden Gleichspannungswandlers beschrieben. Dies betrifft insbesondere den hier beschriebenen galvanisch trennenden Bordnetz-Gleichspannungswandler. Der Gleichspannungswandler weist mindestens eine Sekundärwicklung eines Transformators auf. Der Gleichspannungswandler, dessen Verfahren zum Betreiben hier beschrieben ist, hat mindestens eine Sekundärwicklung eines Transformators, insbesondere die hier beschriebene Sekundärwicklung. Zudem ist sekundärseitig in dem Gleichspannungswandler ein Gleichrichter vorgesehen, der wie hier beschrieben ausgeführt sein kann. Zudem ist eine Treiberschaltung sekundärseitig vorgesehen, die wie hier ausgeführt realisiert sein kann. Die Treiberschaltung steuert den Gleichrichter an. Der Gleichrichter ist hierbei ein gesteuerter Gleichrichter (etwa wie hierin beschrieben). Das Verfahren sieht vor, dass die Treiberschaltung mit elektrischer Energie betrieben wird, die eine Snubberschaltung abgibt, welche dem Gleichrichter nachgeschaltet ist. Hierbei kann die Treiberschaltung mit elektrischer Energie betrieben werden, die die Snubberschaltung direkt abgibt oder die über einen Abwärtswandler (oder einen anderen Wandler) an einen Versorgungseingang der Treiberschaltung abgegeben wird.
  • Die 1 dient zur näheren Erläuterung der hier beschriebenen Vorgehensweise.
  • Die in 1 dargestellte Schaltung zeigt die Sekundärseite eines beispielhaften Bordnetz-Gleichspannungswandlers mit einem gesteuerten Gleichrichter D1 bis D4. Da dieser in diesem Beispiel von einer Treiberschaltung TS als Vollwellengleichrichter betrieben wird, entspricht die Funktion des gesteuerten Gleichrichters einer Graetz-Brücke. Dies ist symbolhaft mit den Dioden D1 bis D4 dargestellt, welche die Funktion des Gleichrichters wiedergeben. Da der Gleichrichter jedoch ein gesteuerter Gleichrichter ist, lassen sich die Schaltelemente steuern, wobei diese Eigenschaft mit den gestrichelten Schaltelementen symbolhaft dargestellt ist.
  • An einer Wechselspannungsseite des Gleichrichters D1 - D4 befindet sich eine Sekundärwicklung TR eines nicht weiter dargestellten Transformators. Eine Gleichspannungsseite des Gleichrichters ergibt sich durch die Potentiale + und M.
  • Diese Gleichspannungsseite und insbesondere dem Potential + der Gleichspannungsseite ist eine Snubberschaltung nachgeschaltet. Diese weist eine Diode Ds und einen Kondensator Cs auf, wobei die Diode Ds mit dem Potential + der Gleichspannungsseite des Gleichrichters verbunden ist, und der Kondensator in Reihe die Diode Ds mit dem anderen Potential M (Masse bzw. Minuspol) der Gleichspannungsseite verbindet. Zwischen der Diode Ds und dem Kondensator Cs ergibt sich aufgrund der Reihenschaltung ein Verbindungspunkt bzw. Abgriff P. Dieser ist über den Transistor Q1 mit einem Gleichspannungswandler W verbunden, der auch als Treiber-Gleichspannungswandler bezeichnet werden kann. Der Gleichspannungswandler W ist ein galvanisch nicht trennender Gleichspannungswandler. Insbesondere ist der als Abwärtswandler ausgestaltet.
  • Der Gleichspannungswandler W verbindet über den (optionalen) Transistor Q1 den Abgriff P der Snubberschaltung (DS, CS) mit dem Versorgungseingang VE der Treiberschaltung TS. Somit liefert der Wandler W die Versorgungsspannung VDR für die Treiberschaltung TS. Mit den Doppelpfeilen ist symbolhaft dargestellt, dass die Treiberschaltung TS die Gleichrichterelemente des Gleichrichters ansteuert.
  • Der Snubberschaltung und somit auch der Gleichspannungsseite des Gleichrichters ist eine Drosselinduktivität Lout nachgeschaltet. Diese führt zu einem Potential des Wandlerausgangs B+. Der Wandlerausgang B+ ist der Ausgang des gesamten Bordnetz-Gleichspannungswandlers. An diesem kann sich ein Bordnetzzweig anschließen, wobei dargestellt ist, dass sich an diesem eine Batterie Bat anschließt. Diese kann eine Nennspannung von 12 V aufweisen. Dies betrifft auch den anschließbaren Bordnetzzweig.
  • Die dargestellte Sekundärseite S des Bordnetz-Gleichspannungswandlers sieht daher zur Versorgung der Treiberschaltung TS, die den Gleichrichter D1 - D4 ansteuert, einen Gleichspannungswandler W vor, der auch als Treiber-Gleichspannungswandler bezeichnet werden kann, und der von dem Abgriff P der Snubberschaltung Ds, Cs versorgt wird.
  • Ein Treiber-Speisespannungsanschluss Vin ist ebenso eine Möglichkeit der Einspeisung von elektrischer Energie der Treiberschaltung TS. Dargestellt ist, dass der dargestellte Treiber-Speisespannungsanschluss Vin direkt mit dem Eingang des Gleichspannungswandlers W verbunden ist, an dem auch (über den Transistor Q1) der Abgriff P der Snubberschaltung angeschlossen ist. Der Anschluss Vin kann mit B+ verbunden sein, um so für den Wandler Weine zusätzliche Spannungsquelle zu ermöglichen. Der Transistor Q1 kann hierbei steuern, ob der Abgriff P mit dem Wandler W zu verbinden ist zur Versorgung des Wandlers W, oder nicht, etwa wenn über Vin das Potential B+ oder das Potential + am Gleichspannungswandler W anliegt.
  • Allgemein kann die Snubberschaltung mit einem Kondensator (wie den Kondensator Cs) realisiert werden, wobei der Kondensator an ein erstes Potential (etwa M) angeschlossen sein kann, etwa den negativen Anschluss des Gleichrichters, wobei an der Seite des Kondensators, die diesem Anschluss abgewandt ist, der Abgriff P vorgesehen ist. Daher wird der Treiber mittels der Spannung betrieben, die über dem Kondensator Cs abfällt, wobei der Treiber-Versorgungsanschluss direkt an Abgriff P angeschlossen ist oder (vorzugsweise) über den Treiber-Gleichspannungswandler an den Abgriff P angeschlossen ist. Anstatt der Diode Ds der Snubberschaltung kann auch ein Snubberwiderstand vorgesehen sein. Die Snubberschaltung kann ferner eine Reihenschaltung aus dem Kondensator sowie der Diode und/oder dem Snubberwiderstand aufweisen. Die Snubberschaltung kann zudem eine RLC-Snubberschaltung sein, an deren Kondensator sich der Abgriff P befindet. Die Diode der Snubberschaltung verhindert einen Stromfluss von dem Treiber-Speisespannunganschluss VIN zum Gleichrichter hin. Ist in der dargestellten Schaltung der Transistor Q1 geschlossen, dann wird der Wandler W über die Diode Ds mit dem Gleichrichter verbunden, dessen positives Potential + den Wandler W versorgt.
  • Der Transistor Q1 kann eingerichtet sein, als Schalter zu arbeiten, d.h. mit nur zwei Zuständen, nämlich an oder aus. Der Transistor Q1 kann jedoch auch eingerichtet sein, im Linearbetrieb betrieben zu werden, in denen der Durchgangswiderstand der Schaltstrecke größer ist als das Minimum, um so gezielt eine Spannung über dem Transistor abfallen zu lassen, die größer ist als das Minimum. Dies kann insbesondere angewandt werden, um die dem Wandler W zugeführte Spannung auf einen Sollwert einzustellen. Ist beispielsweise die am Punkt P anliegende Spannung höher als eine Sollspannung am Anschluss VIN des Wandlers W, dann kann der Transistor Q1 derart angesteuert werden, dass an diesem eine Spannung abfällt, die dazu führt, dass eine Spannung am Anschluss VIN anliegt, die möglichst einer Sollspannung für den Eingang des Wandlers W entspricht. Mit anderen Worten kann eine Ansteuerung für den Transistor Q vorgesehen sein, die einen Linearbetrieb für den Transistor Q1 vorsieht. Die Ansteuerung kann insbesondere eingerichtet sein, eine Spannung am Anschluss VIN bzw. am Eingang des Wandlers W gemäß einer Vorgabe einzustellen, wobei als Stellglied ein verschiebbarer Arbeitspunkt bzw. eine variable Steuerspannung für den Transistor Q dient, um das Einstellen zu realisieren.

Claims (11)

  1. Galvanisch trennender Bordnetz-Gleichspannungswandler mit einem Transformator, der mindestens eine Sekundärwicklung (Tr) aufweist, an die ein gesteuerter Gleichrichter (D1 - D4) angeschlossen ist, wobei der Gleichrichter (D1 - D4) eine Gleichspannungsseite (M, +) aufweist, an die eine Snubberschaltung (Ds, Cs) angeschlossen ist, wobei die Snubberschaltung (Ds, Cs) einen Abgriff (P) aufweist, der leistungsübertragend mit einem Versorgungseingang (VE) einer Treiberschaltung (TS) des gesteuerte Gleichrichters verbunden ist, um die Treiberschaltung (TS) mit einer Versorgungsspannung (VDR) zu versorgen.
  2. Bordnetz-Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, wobei der Abgriff (P) der Snubberschaltung (Ds, Cs) über einen Gleichspannungswandler (W) mit dem Versorgungseingang (VE) der Treiberschaltung (TS) verbunden ist, wobei der Gleichspannungswandler als Abwärtswandler ausgestaltet ist.
  3. Bordnetz-Gleichspannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Abgriff über einen Transistor (Q1) mit dem Versorgungseingang (VE) der Treiberschaltung (TS) verbunden ist.
  4. Bordnetz-Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Snubberschaltung eine Diode (Ds) und einen Kondensator (Cs) aufweist, die in Reihe geschaltet sind, wobei die Diode (Ds) und der Kondensator (Cs) über den Abgriff (P) miteinander verbunden sind.
  5. Bordnetz-Gleichspannungswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der gesteuerte Gleichrichter als Brückengleichrichter ausgebildet ist und steuerbare Gleichrichterelemente (D1 - D4) aufweist, wobei die Treiberschaltung (T) ansteuernd mit den Gleichrichterelementen verbunden ist.
  6. Bordnetz-Gleichspannungswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Treiberschaltung (T) ausgebildet ist, den gesteuerten Gleichrichter (D1 - D4) als Vollwellengleichrichter oder als Gleichrichter mit steuerbarer Ausgangsleistung zu betreiben.
  7. Bordnetz-Gleichspannungswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gleichspannungsseite (M, +) des Gleichrichters (D1 - D4) direkt mit einem Wandlerausgang (M, B+) des Gleichspannungswandlers verbunden ist oder über eine Drosselinduktivität (Lout) mit dem Wandlerausgang (M, B+) verbunden ist.
  8. Bordnetz-Gleichspannungswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Gleichspannungsseite (M, +) ein Glättungskondensator (Cout) nachgeschaltet ist.
  9. Bordnetz-Gleichspannungswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, die ferner einen Treiber-Speisespannunganschluss (VIN) aufweist, die leistungsübertragend mit dem Versorgungseingang (VE) der Treiberschaltung (TS) verbunden ist.
  10. Fahrzeugbordnetz mit einem Bordnetz-Gleichspannungswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Transformator ferner eine Primärwicklung aufweist, die magnetisch mit der Sekundärwicklung gekoppelt und galvanisch getrennt von dieser ist, wobei die Primärwicklung über eine Zerhackerschaltung mit einer elektrischen Energiequelle des Fahrzeugbordnetzes verbunden ist, wobei das Fahrzeugbordnetz ferner einen Akkumulator (Batt) aufweist, der direkt oder über eine Drosselinduktivität (Lout) mit der Gleichspannungsseite (M, +) des Gleichrichters (D1 - D4) verbunden ist.
  11. Verfahren zum Betreiben eines galvanisch trennenden Gleichspannungswandlers, der mindestens eine Sekundärwicklung (Tr) eines Transformators aufweist und der ferner sekundärseitig einen Gleichrichter (D1 - D4) sowie eine Treiberschaltung aufweist, die den Gleichrichter ansteuert, wobei die Treiberschaltung mit elektrischer Energie betrieben wird, die eine dem Gleichrichter (D1 - D4) nachgeschaltete Snubberschaltung (Ds, Cs) direkt oder über einen Abwärtswandler an einen Versorgungseingang (VE) der Treiberschaltung (TS) abgibt.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4414479A (en) 1981-07-14 1983-11-08 General Electric Company Low dissipation snubber for switching power transistors
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EP3637602A1 (de) 2017-06-07 2020-04-15 Open Joint Stock Company "Russian Railways" Verfahren zur reduzierung von schaltüberspannungen

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