DE102021118233A1

DE102021118233A1 - Device for generating a compensation current

Info

Publication number: DE102021118233A1
Application number: DE102021118233.6A
Authority: DE
Inventors: Tim Pfizenmaier; Daniel Spesser
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2021-02-10
Filing date: 2021-07-14
Publication date: 2022-08-11

Abstract

Eine Vorrichtung (20) zur Erzeugung eines Kompensationsstroms (62) an einem Versorgungsnetz (10) weist eine Spannungsregelungsvorrichtung (30), eine Kompensationsstromerzeugungsvorrichtung (60), einen ersten Punkt (50), mindestens zwei erste Anschlüsse (21, 24) und einen Schutzleiteranschluss (25) auf, welche Spannungsregelungsvorrichtung (30) dazu ausgebildet ist, ein erstes Potenzial (U50) am ersten Punkt (50) auf ein zweites Potenzial (U25) am Schutzleiteranschluss (25) zu regeln, welcher Spannungsregelungsvorrichtung (30) zur Beeinflussung des ersten Potenzials (U50) am ersten Punkt (50) mindestens zwei Stromsteuervorrichtungen (41, 42) zugeordnet sind,welche Stromsteuervorrichtungen (41, 42) über einen erstenStromsteuervorrichtungsanschluss (201) mit einem zugeordneten ersten Anschluss (21; 24) und über einen zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss (202) mit dem ersten Punkt (50) verbunden sind und dazu ausgebildet sind,- in einem ersten Zustand (Z1) ein Stromfluss vom erstenStromsteuervorrichtungsanschluss (201) über den ersten Transistor (212) zum zweiten Punkt (213) und vom zweiten Punkt (213) über die zweite Diode (218) zum zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss (202) möglich ist, ein Stromfluss vom zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss (202) zum ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss (201) jedoch gesperrt ist,- in einem zweiten Zustand (Z2) ein Stromfluss vom zweitenStromsteuervorrichtungsanschluss (202) über den zweiten Transistor (214) zum zweiten Punkt (213) und vom zweiten Punkt (213) über die erste Diode (217) zum ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss (201) möglich ist, ein Stromfluss vom ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss (201) zum zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss (202) jedoch gesperrt ist,A device (20) for generating a compensation current (62) in a supply network (10) has a voltage regulation device (30), a compensation current generating device (60), a first point (50), at least two first connections (21, 24) and a protective conductor connection (25), which voltage control device (30) is designed to regulate a first potential (U50) at the first point (50) to a second potential (U25) at the protective conductor connection (25), which voltage control device (30) for influencing the first At least two current control devices (41, 42) are associated with the potential (U50) at the first point (50), which current control devices (41, 42) have a first current control device connection (201) with an associated first connection (21; 24) and a second current control device connection ( 202) are connected to the first point (50) and are adapted to, - in a first state (Z1) a current flow from the first current From the control device connection (201) via the first transistor (212) to the second point (213) and from the second point (213) via the second diode (218) to the second current control device connection (202), a current flow from the second current control device connection (202) to the first is possible current control device connection (201) is blocked, - in a second state (Z2) a current flow from the second current control device connection (202) via the second transistor (214) to the second point (213) and from the second point (213) via the first diode (217) to the first current control device connection (201) is possible, but current flow from the first current control device connection (201) to the second current control device connection (202) is blocked,

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Kompensationsstroms.The invention relates to a device for generating a compensation current.

Die US 4,442,034 A zeigt ein Verfahren zum Messen eines Isolierwiderstands.the US 4,442,034A shows a method of measuring an insulation resistance.

Die DE 101 39 028 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Kompensieren eines Ableitstroms, bei der das tatsächliche Potenzial der Phasen gemessen und genutzt wird, um ein Gegenpotenzial zu bestimmen, das an die Netzspannung anzulegen ist, die einen Ableitstrom erzeugt.the DE 101 39 028 A1 shows a device for compensating a leakage current, in which the actual potential of the phases is measured and used to determine a counter-potential to be applied to the mains voltage that generates a leakage current.

Die US 6,134,126 A zeigt ein System, welches die Reduzierung eines Ableitstroms ermöglicht.the US 6,134,126A shows a system that allows the reduction of a leakage current.

Die US 2015 / 0 009 723 A1 zeigt eine Schaltung mit zwei Transistoren für geerdete Netzanschlüsse.US 2015/0 009 723 A1 shows a circuit with two transistors for grounded mains connections.

Die US 2004 / 0 130 378 A zeigt eine Kompensationsvorrichtung mit mehreren Transistoren.US 2004/0 130 378 A shows a compensation device with several transistors.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Vorrichtung zur Erzeugung eines Kompensationsstroms bereitzustellen.It is therefore an object of the invention to provide a new device for generating a compensation current.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1.The object is solved by the subject matter of claim 1.

Eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Kompensationsstroms an einem Versorgungsnetz weist eine Spannungsregelungsvorrichtung, mindestens zwei Stromsteuervorrichtungen, eine Kompensationsstromerzeugungsvorrichtung, einen ersten Punkt, mindestens zwei erste Anschlüsse und einen Schutzleiteranschluss auf, welche Spannungsregelungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, ein erstes Potenzial am ersten Punkt auf ein zweites Potenzial am Schutzleiteranschluss zu regeln und an mindestens einem Spannungsregelungsvorrichtungsausgang als Stellgröße ein Ansteuersignal zu erzeugen, welche Stromsteuervorrichtungen jeweils einen ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss, einen zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss und mindestens einen Stromsteuervorrichtungssteueranschluss aufweisen, welcher erste Stromsteuervorrichtungsanschluss mit einem zugeordneten ersten Anschluss und welcher zweite Stromsteuervorrichtungsanschluss mit dem ersten Punkt verbunden ist, welcher mindestens eine
Stromsteuervorrichtungssteueranschluss mit dem mindestens einen Spannungsregelungsvorrichtungsausgang verbunden ist, um das Ansteuersignal zu empfangen, welche Stromsteuervorrichtungen jeweils dazu ausgebildet sind, in Abhängigkeit vom Ansteuersignal der Spannungsregelungsvorrichtung
- in einem ersten Zustand Z1 einen Stromfluss vom ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss zum zweiten
Stromsteuervorrichtungsanschluss zu ermöglichen, einen Stromfluss vom zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss zum ersten
Stromsteuervorrichtungsanschluss jedoch zu sperren,
- in einem zweiten Zustand Z2 einen Stromfluss vom zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss zum ersten
Stromsteuervorrichtungsanschluss zu ermöglichen, einen Stromfluss vom ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss zum zweiten
Stromsteuervorrichtungsanschluss jedoch zu sperren,
um in Abhängigkeit vom Ansteuersignal eine Beeinflussung des ersten Potenzials am ersten Punkt zu ermöglichen, und welche
Kompensationsstromerzeugungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Kompensationsstromvorgabesignal einen Kompensationsstrom zwischen dem Schutzleiteranschluss und dem ersten vorgegebenen Punkt zu erzeugen.
Durch die Vorrichtung wird das Potenzial am ersten Punkt auf das Potenzial am Schutzleiteranschluss geregelt. Hierdurch besteht eine geringe Potenzialdifferenz, und dies erleichtert die Generierung des Kompensationsstroms in der Kompensationsstromerzeugungsvorrichtung. Dadurch, dass die Stromsteuervorrichtungen im jeweiligen Zustand nur eine Stromrichtung erlauben, wird die Ansteuerung erleichtert, und es können mehrere Stromsteuervorrichtungen in den gleichen Zustand versetzt werden, ohne dass die Gefahr eines Kurschlusses besteht.A device for generating a compensation current in a supply network has a voltage regulation device, at least two current control devices, a compensation current generation device, a first point, at least two first connections and a protective conductor connection, which voltage regulation device is designed to convert a first potential at the first point to a second potential at the to regulate the protective conductor connection and to generate a control signal at at least one voltage control device output as a manipulated variable, which current control devices each have a first current control device connection, a second current control device connection and at least one current control device control connection, which first current control device connection is connected to an associated first connection and which second current control device connection is connected to the first point, which at least one
Current control device control terminal is connected to the at least one voltage control device output to receive the drive signal, which current control devices are each designed to do so, depending on the drive signal of the voltage control device
- in a first state Z1, a current flow from the first current control device connection to the second
Enable current controller port, a current flow from the second current controller port to the first
However, to disable power control device connection,
- in a second state Z2, a current flow from the second current control device connection to the first
Enable current controller port, a current flow from the first current controller port to the second
However, to disable power control device connection,
to enable the first potential at the first point to be influenced as a function of the control signal, and which
Compensation current generating device is designed to generate a compensation current between the protective conductor connection and the first predetermined point depending on a compensation current specification signal.
The device regulates the potential at the first point to the potential at the protective conductor connection. As a result, there is a small potential difference, and this makes it easier to generate the compensation current in the compensation current generating device. Due to the fact that the current control devices allow only one direction of current in the respective state, activation is facilitated and several current control devices can be set to the same state without the risk of a short circuit.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Stromsteuervorrichtungen jeweils einen ersten Transistor, einen zweiten Transistor, eine erste Diode und eine zweite Diode auf, wobei der erste Transistor und die zweite Diode zwischen dem ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss und dem zweiten
Stromsteuervorrichtungsanschluss in Reihe geschaltet sind und einen ersten Strompfad bilden, wobei der zweite Transistor und die erste Diode zwischen dem ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss und dem zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss in Reihe geschaltet sind und einen zweiten Strompfad bilden, wobei die Anode der zweiten Diode zum ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss hin verschaltet ist, und
wobei die Anode der ersten Diode zum zweiten
Stromsteuervorrichtungsanschluss hin verschaltet ist.
Das Vorsehen von zwei Strompfaden, bei denen die Sperrrichtung durch Dioden in unterschiedliche Richtung verwirklicht ist, führt zu einer hohen Sicherheit der Schaltung. Grundsätzlich ist es in jedem Strompfad möglich, die Diode näher am ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss vorzusehen als den Transistor, oder umgekehrt.According to a preferred embodiment, the current control devices each have a first transistor, a second transistor, a first diode and a second diode, the first transistor and the second diode being connected between the first current control device connection and the second
Current control device connection are connected in series and form a first current path, wherein the second transistor and the first diode are connected in series between the first current control device connection and the second current control device connection and form a second current path, the anode of the second diode being connected to the first current control device connection, and
the anode of the first diode to the second
Current control device connection is connected out.
The provision of two current paths, in which the blocking direction is realized by diodes in different directions, results in a high level of circuit security. In principle, it is possible in each current path to place the diode closer to the first current provide control device connection as the transistor, or vice versa.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Reihenschaltung des ersten Transistors und der zweiten Diode und die Reihenschaltung des zweiten Transistors und der ersten Diode zueinander parallel geschaltet. Dies ergibt zwei sicher voneinander getrennte Strompfade.According to a preferred embodiment, the series connection of the first transistor and the second diode and the series connection of the second transistor and the first diode are connected in parallel to one another. This results in two current paths that are safely separated from one another.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Stromsteuervorrichtungsanschluss über den ersten Transistor mit einem zweiten Punkt verbunden und über die parallel zum ersten Transistor geschaltete erste Diode ebenfalls mit dem zweiten Punkt verbunden, und der zweite Stromsteuervorrichtungsanschluss ist über den zweiten Transistor mit dem zweiten Punkt verbunden und über die parallel zum zweiten Transistor geschaltete zweite Diode ebenfalls mit dem zweiten Punkt verbunden. Hierdurch kreuzen sich der erste Strompfad und der zweite Strompfad am zweiten Punkt. Der gemeinsame zweite Punkt erleichtert jedoch die Ansteuerung der Transistoren durch eine gemeinsam genutzte Spannungsquelle.According to a preferred embodiment, the first current controller terminal is connected to a second point via the first transistor and also connected to the second point via the first diode connected in parallel with the first transistor, and the second current controller terminal is connected to the second point via the second transistor and via the second diode connected in parallel with the second transistor is also connected to the second point. As a result, the first current path and the second current path cross at the second point. However, the common second point makes it easier to drive the transistors from a shared voltage source.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Stromsteuervorrichtungsanschluss über den zweiten Transistor mit einem zweiten Punkt verbunden und über die parallel zum zweiten Transistor geschaltete zweite Diode ebenfalls mit dem zweiten Punkt verbunden, und der zweite Stromsteuervorrichtungsanschluss ist über den ersten Transistor mit dem zweiten Punkt verbunden und über die parallel zum ersten Transistor geschaltete erste Diode ebenfalls mit dem zweiten Punkt verbunden. Dies ist im Vergleich zur vorhergehenden Ausführungsform eine Umkehrung der Anordnung der Transistoren und Dioden im jeweiligen Pfad.According to a preferred embodiment, the first current controller terminal is connected to a second point via the second transistor and also connected to the second point via the second diode connected in parallel with the second transistor, and the second current controller terminal is connected to the second point via the first transistor and via the first diode connected in parallel with the first transistor is also connected to the second point. This is a reversal of the arrangement of the transistors and diodes in each path compared to the previous embodiment.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Transistor und der zweite Transistor jeweils in Abhängigkeit vom Ansteuersignal der Spannungsregelungsvorrichtung derart ansteuerbar, dass

- im ersten Zustand der erste Transistor leitend geschaltet ist und der zweite Transistor nichtleitend geschaltet ist,
- im zweiten Zustand der erste Transistor nichtleitend geschaltet ist und der zweite Transistor leitend geschaltet ist.

According to a preferred embodiment, the first transistor and the second transistor can each be controlled as a function of the control signal of the voltage control device in such a way that

- in the first state, the first transistor is switched on and the second transistor is switched off,
- In the second state, the first transistor is switched off and the second transistor is switched on.

Auf diese Art können der erste Zustand und der zweite Zustand gut verwirklicht werden.In this way, the first state and the second state can be realized well.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Transistor und der zweite Transistor in Abhängigkeit vom Ansteuersignal der Spannungsregelungsvorrichtung derart ansteuerbar, dass in einem dritten Zustand ein Stromfluss zwischen dem ersten Punkt und dem zugeordneten Anschluss in beide Richtungen gesperrt ist. Hierdurch kann vermieden werden, dass eine Potenzialbeeinflussung am ersten Punkt erfolgt, wenn dies nicht erforderlich ist.According to a preferred embodiment, the first transistor and the second transistor can be controlled depending on the control signal of the voltage control device in such a way that in a third state a current flow between the first point and the associated connection is blocked in both directions. In this way it can be avoided that the potential is influenced at the first point if this is not necessary.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Transistor und der zweite Transistor als Bipolartransistoren ausgebildet. Die Verwendung von Bipolartransistoren ist vorteilhaft bei hohen Spannungen. So können beispielsweise bei Ladegeräten für Elektrofahrzeuge Spannungen von über 400 V auftreten.According to a preferred embodiment, the first transistor and the second transistor are in the form of bipolar transistors. The use of bipolar transistors is advantageous at high voltages. For example, voltages of over 400 V can occur in chargers for electric vehicles.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Stromsteuervorrichtungen jeweils mindestens eine galvanische Trennvorrichtung zur Ansteuerung des ersten Transistors und zweiten Transistors auf, wobei der mindestens eine Spannungsregelungsvorrichtungsausgang mit der mindestens einen galvanischen Trennvorrichtung verbunden ist, wobei die mindestens eine galvanische Trennvorrichtung bevorzugt eine dem ersten Transistor zugeordnete erste galvanische Trennvorrichtung und eine dem zweiten Transistor zugeordnete zweite galvanische Trennvorrichtung aufweist. Derartige galvanische Trennvorrichtungen können auch als Signalübertragungsvorrichtungen mit galvanischer Trennung bezeichnet werden. Die galvanischen Trennvorrichtungen erhöhen die Sicherheit, da keine galvanische Verbindung zwischen der Spannungsregelungsvorrichtung und den Anschlüssen vorhanden ist.According to a preferred embodiment, the current control devices each have at least one galvanic isolating device for driving the first transistor and second transistor, the at least one voltage control device output being connected to the at least one galvanic isolating device, the at least one galvanic isolating device preferably having a first galvanic isolating device assigned to the first transistor Separating device and having a second transistor associated with the second galvanic separator. Such galvanic isolation devices can also be referred to as signal transmission devices with galvanic isolation. The galvanic isolation devices increase safety as there is no galvanic connection between the voltage regulation device and the terminals.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine galvanische Trennvorrichtung als Optokoppler oder als Transformator ausgebildet. Diese galvanischen Trennvorrichtungen ermöglichen eine Signalübertragung und ggf. auch eine Energieübertragung.According to a preferred embodiment, the at least one galvanic isolating device is designed as an optocoupler or as a transformer. These galvanic isolating devices enable signal transmission and possibly also energy transmission.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine galvanische Trennvorrichtung als Optokoppler ausgebildet, welcher Optokoppler einen Fototransistor mit einem ersten Fototransistoranschluss und einem zweiten Fototransistoranschluss aufweist, welcher erste Fototransistoranschluss an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, und welcher zweite Fototransistoranschluss zur Ansteuerung des zugeordneten ersten Transistors oder zweiten Transistors ausgebildet ist. Der Optokoppler kann hierdurch direkt zur Ansteuerung des ersten oder zweiten Transistors genutzt werden.According to a preferred embodiment, the at least one galvanic isolation device is designed as an optocoupler, which optocoupler has a phototransistor with a first phototransistor connection and a second phototransistor connection, which first phototransistor connection is connected to a voltage source, and which second phototransistor connection is used to control the associated first transistor or second transistor is trained. As a result, the optocoupler can be used directly to control the first or second transistor.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spannungsregelungsvorrichtung dazu ausgebildet, das Ansteuersignal mit einer ersten Information über die Größe der Regelabweichung zu erzeugen, und die Stromsteuervorrichtungen sind dazu ausgebildet, im ersten Zustand Z1 und im zweiten Zustand Z2 die Größe des Stromflusses zwischen dem ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss und dem zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss in Abhängigkeit von der ersten Information zu beeinflussen. Eine Beeinflussung des Stromflusses ist bereits durch den ersten bzw. zweiten Transistor möglich. Soweit dies erforderlich ist, kann zusätzlich in den Strompfaden eine Stromstärkesteuerschaltung oder eine Stromstärkereglerschaltung vorgesehen werden.According to a preferred embodiment, the voltage regulation device is designed to generate the control signal with first information about the magnitude of the control deviation Gen, and the current control devices are designed to influence the size of the current flow between the first current control device connection and the second current control device connection in the first state Z1 and Z2 in the second state as a function of the first information. The current flow can already be influenced by the first or second transistor. If necessary, a current intensity control circuit or a current intensity regulator circuit can also be provided in the current paths.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zu mindestens einer der Stromsteuervorrichtungen ein Kondensator parallel verschaltet ist. Ein solcher Kondensator führt zu einer Verringerung der Spannungsschwankungen am ersten Punkt, wenn ein Kompensationsstrom fließt.According to a preferred embodiment, a capacitor is connected in parallel to at least one of the current control devices. Such a capacitor leads to a reduction in voltage fluctuations at the first point when a compensation current flows.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spannungsregelungsvorrichtung dazu ausgebildet, im Falle, dass das erste Potenzial am ersten Punkt kleiner ist als das zweite Potenzial am Schutzleiteranschluss, mindestens eine der Stromsteuervorrichtungen in den ersten Zustand Z1 zu versetzen, um eine Erhöhung des ersten Potenzials am ersten Punkt zu ermöglichen. Bevorzugt werden alle Stromsteuervorrichtungen in den ersten Zustand Z1 versetzt. Hierdurch steigt die Chance, dass an einem der Anschlüsse ein passendes Potenzial anliegt, das einen entsprechenden, durch die Stromsteuervorrichtung ermöglichten Strom bewirkt.According to a preferred embodiment, the voltage control device is designed to switch at least one of the current control devices to the first state Z1 in the event that the first potential at the first point is lower than the second potential at the protective conductor connection, in order to increase the first potential at the first point to allow. All current control devices are preferably set to the first state Z1. This increases the chance that a suitable potential will be present at one of the terminals, causing a corresponding current made possible by the current control device.

Gemäß einer bevorzugten ist die Spannungsregelungsvorrichtung dazu ausgebildet, im Falle, dass das erste Potenzial am ersten Punkt größer ist als das zweite Potenzial am Schutzleiteranschluss, mindestens eine der Stromsteuervorrichtungen in den zweiten Zustand Z2 zu versetzen, um eine Erniedrigung des ersten Potenzials am ersten Punkt zu ermöglichen. Bevorzugt werden alle Stromsteuervorrichtungen in den zweiten Zustand versetzt. Hierdurch steigt die Chance, dass an einem der Anschlüsse ein passendes Potenzial anliegt, das einen entsprechenden, durch die Stromsteuervorrichtung ermöglichten Strom bewirkt.According to a preferred embodiment, the voltage control device is designed to switch at least one of the current control devices to the second state Z2 in the event that the first potential at the first point is greater than the second potential at the protective conductor connection, in order to reduce the first potential at the first point enable. All current control devices are preferably placed in the second state. This increases the chance that a suitable potential will be present at one of the terminals, causing a corresponding current made possible by the current control device.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung einen AC/DC-Wandler auf, welcher AC/DC-Wandler auf der Wechselstromseite mit den mindestens zwei ersten Anschlüssen verbunden ist und auf der Gleichstromseite eine erste Gleichstrom-Leitung und eine zweite Gleichstrom-Leitung aufweist. Derartige AC/DC-Wandler sind insbesondere bei Fahrzeugen vorteilhaft, und die Ableitströme spielen bei solchen Anwendungen eine große Rolle.According to a preferred embodiment, the device has an AC/DC converter, which AC/DC converter is connected to the at least two first terminals on the AC side and has a first DC line and a second DC line on the DC side. Such AC/DC converters are particularly advantageous in vehicles and the leakage currents play a major role in such applications.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Batterie auf, welche Batterie auf der Gleichstromseite des AC/DC-Wandlers angeschlossen ist. Eine solche Batterie ist für Fahrzeugnetze sehr vorteilhaft.According to a preferred embodiment, the device has a battery, which battery is connected on the DC side of the AC/DC converter. Such a battery is very advantageous for vehicle networks.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt

1 eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Kompensationsstroms mit einer Spannungsregelungsvorrichtung und Stromsteuervorrichtungen,
2 eine Ausführungsform der Stromsteuervorrichtung von 1,
3 eine Ausführungsform der Spannungsregelungsvorrichtung von 1,
4 eine Ausführungsform einer Teilschaltung von 1, und
5 eine weitere Ausführungsform der Stromsteuervorrichtung von 1.

Further details and advantageous developments of the invention result from the exemplary embodiments described below and illustrated in the drawings, which are in no way to be understood as limiting the invention, and from the dependent claims. It shows

1 a device for generating a compensation current with a voltage regulation device and current control devices,
2 an embodiment of the current control device of FIG 1 ,
3 an embodiment of the voltage regulation device of FIG 1 ,
4 an embodiment of a sub-circuit of 1 , and
5 another embodiment of the current control device of FIG 1 .

Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen die gleichen Elemente, und diese werden üblicherweise nur einmal beschrieben.The figures are described coherently and comprehensively. Like reference numerals identify like elements, and these will typically be described only once.

1 zeigt eine Vorrichtung 20 zur Erzeugung eines Kompensationsstroms 62. Die Vorrichtung 20 hat einen Anschluss 21 mit einer Leitung 51, einen Anschluss 24 mit einer Leitung 54 sowie einen Schutzleiteranschluss 25 mit einer Leitung 55. Der Schutzleiteranschluss 25 ist mit einem Schutzleitersymbol 99 verbunden, das auch an anderer Stelle der Schaltung als Symbol für eine leitende Verbindung mit dem Schutzleiteranschluss 25 verwendet wird. 1 shows a device 20 for generating a compensation current 62. The device 20 has a connection 21 with a line 51, a connection 24 with a line 54 and a protective conductor connection 25 with a line 55. The protective conductor connection 25 is connected to a protective conductor symbol 99, which also is used elsewhere in the circuit as a symbol for a conductive connection to the protective conductor terminal 25.

Die Vorrichtung 20 hat bevorzugt einen Anschluss 22 mit einer Leitung 52 und einen Anschluss 23 mit einer Leitung 53.The device 20 preferably has a connection 22 with a line 52 and a connection 23 with a line 53.

Die Vorrichtung 20 ist beispielhaft an ein Versorgungsnetz 10 vom Typ split phase angeschlossen, wie es insbesondere in den USA verwendet wird. Ein solches Versorgungsnetz 10 wird auch als Einphasen-Dreileiternetz bezeichnet. Es wird beispielsweise von der Sekundärseite eines - nicht dargestellten - Transformators mit einer Mittelanzapfung gebildet, wobei die Mittelanzapfung häufig geerdet ist und als Schutzleiter PE mit dem Anschluss 25 verbunden ist und die beiden Wicklungsanschlüsse der Sekundärwicklung des Transformators als Außenleiter HOT1 bzw. HOT2 mit den Anschlüssen 21 bzw. 24 verbunden sind. Die Außenleiter HOT1 und HOT2 haben eine Phasendifferenz von 180° zueinander. Ein Neutralleiter ist üblicherweise nicht vorgesehen.By way of example, the device 20 is connected to a split-phase type power supply network 10, such as is used in particular in the United States. Such a supply network 10 is also referred to as a single-phase three-wire network. It is formed, for example, from the secondary side of a transformer (not shown) with a center tap, with the center tap often being earthed and connected to the terminal 25 as a protective conductor PE, and the two winding connections of the secondary winding of the transformer as the outer conductor HOT1 and HOT2 with the connections 21 and 24 respectively. The outer conductors HOT1 and HOT2 have a phase difference of 180° to each other. A neutral conductor is usually not provided.

Die Vorrichtung 20 ist allerdings auch für den Anschluss an andere Versorgungsnetze geeignet, beispielsweise an ein einphasiges Netz mit eine Außenleiter L1, einem Neutralleiter N und einem Schutzleiter PE, oder an ein dreiphasiges Netz mit drei Außenleitern L1, L2, L3, einem Neutralleiter N und einem Schutzleiter PE.However, the device 20 is also suitable for connection to other supply networks, for example to a single-phase network with an outer conductor L1, a neutral conductor N and a protective conductor PE, or to a three-phase network with three outer conductors L1, L2, L3, a neutral conductor N and a protective conductor PE.

Eine Leitung 151 ist mit der Leitung 51 verbunden, und eine Leitung 154 ist mit der Leitung 54 verbunden.A line 151 is connected to the line 51 and a line 154 is connected to the line 54 .

Ein AC/DC-Wandler 190 ist beispielhaft auf der Wechselstromseite mit den Leitungen 151, 52, 53, 154 und mit dem Schutzleiter PE verbunden und kann somit Leistung aus dem Versorgungsnetz 10 entnehmen bzw. aus dem Versorgungsnetz 10 gespeist werden oder in dieses speisen. Auf der Gleichstromseite des AC/DC-Wandlers 190 sind eine Gleichstrom-Leitung 191 und eine Gleichstrom-Leitung 192 vorgesehen, und an die Gleichstrom-Leitungen 191, 192 sind - ggf. über einen nicht dargestellten, zur Spannungsanpassung vorgesehenen DC/DC-Wandler - eine Batterie 194 und ein Verbraucher 15 angeschlossen.An AC/DC converter 190 is connected, for example, on the AC side to the lines 151, 52, 53, 154 and to the protective conductor PE and can thus draw power from the supply network 10 or be fed from the supply network 10 or fed into it. A direct current line 191 and a direct current line 192 are provided on the direct current side of the AC/DC converter 190, and the direct current lines 191, 192 are connected—possibly via a DC/DC converter (not shown) provided for voltage adjustment - A battery 194 and a consumer 15 connected.

Eine Differenzstromerfassungsvorrichtung 17 ist vorgesehen und misst beispielsweise durch eine Summenstrommessung den Differenzstrom in den Zuleitungen 151, 52, 53, 154 der aktiven Leiter (z.B. HOT1, HOT2; L1, L2, L3, N) zum AC/DC-Wandler 190, der die auftretenden Ableitströme charakterisiert. Das resultierende Differenzstrommesssignal kann beispielsweise in der Differenzstromerfassungsvorrichtung 17 umgewandelt werden in ein Kompensationsstromvorgabesignal l_COMP_S, welches die Höhe des erforderlichen Kompensationsstroms 62 charakterisiert, und welches über eine Leitung 18 einer Kompensationsstromerzeugungsvorrichtung 60 zugeführt wird. Die Höhe des Kompensationsstroms kann in der Praxis 150 mA (Effektivwert) betragen. Die Umwandlung kann beispielsweise durch einfache Invertierung erfolgen, oder es können kompliziertere Berechnungen mit Fouriertransformation und Filterung zur Erzeugung des Kompensationsstromvorgabesignal I_COMP_S durchgeführt werden.A differential current detection device 17 is provided and measures the differential current in the supply lines 151, 52, 53, 154 of the active conductors (e.g. HOT1, HOT2; L1, L2, L3, N) to the AC/DC converter 190, which occurring leakage currents characterized. The resulting differential current measurement signal can, for example, be converted in the differential current detection device 17 into a compensation current specification signal I_COMP_S, which characterizes the level of the required compensation current 62 and which is fed to a compensation current generating device 60 via a line 18 . In practice, the level of the compensation current can be 150 mA (effective value). The conversion can be carried out, for example, by simple inversion, or more complicated calculations can be carried out using Fourier transformation and filtering to generate the compensation current specification signal I_COMP_S.

Die Vorrichtung 20 hat eine Spannungsregelungsvorrichtung 30, die Kompensationsstromerzeugungsvorrichtung 60, einen ersten Punkt 50 und zwei Stromsteuervorrichtungen 41, 42. Die Stromsteuervorrichtungen 41, 42 haben jeweils einen ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss 201, einen zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss 202 und Stromsteuervorrichtungssteueranschluss 203, 204. Die ersten Stromsteuervorrichtungsanschlüsse 201 sind jeweils mit einem zugeordneten Anschluss 21, 24 verbunden, und die zweiten Stromsteuervorrichtungsanschlüsse 202 sind jeweils mit dem ersten Punkt 50 verbunden. Die Stromsteuervorrichtungen 41, 42 sind dazu ausgebildet,

- in einem ersten Zustand Z1 einen Stromfluss vom zugeordneten Anschluss 21, 24 zum ersten Punkt 50 zu ermöglichen, einen Stromfluss in umgekehrter Richtung jedoch zu sperren, und
- in einem zweiten Zustand Z2 einen Stromfluss vom ersten Punkt 50 zum zugeordneten Anschluss 21, 24 zu ermöglichen, einen Stromfluss in umgekehrter Richtung jedoch zu sperren.

The device 20 has a voltage regulation device 30, the compensation current generating device 60, a first point 50 and two

current control devices

41, 42. The

current control devices

41, 42 each have a first current control device connection 201, a second current control device connection 202 and current control

device control connection

203, 204. The first current control device connections 201 are each connected to an associated

port

21, 24, and the second current controller ports 202 are each connected to the first point 50. The

current control devices

41, 42 are designed to

- in a first state Z1 to allow a current flow from the associated terminal 21, 24 to the first point 50, but to block a current flow in the opposite direction, and
- To allow a current flow from the first point 50 to the associated terminal 21, 24 in a second state Z2, but to block a current flow in the opposite direction.

Wenn in dieser Anmeldung von einem Strom zwischen zwei Punkten gesprochen wird, umfasst dies einen Strom in beide Richtungen. Wenn dagegen von einem Strom von einem Punkt A zu einem Punkt B gesprochen wird, umfasst dies nur die technische Stromrichtung von Punkt A zu Punkt B.When speaking of a flow between two points in this application, this includes a flow in both directions. On the other hand, when speaking of a flow from a point A to a point B, this only includes the technical flow direction from point A to point B.

Den Stromsteuervorrichtungen 41, 42 ist jeweils ein Kondensator 133, 134 parallel geschaltet. Die Kondensatoren 133, 134 können als geteilte X-Kondensatoren vorgesehen sein, und sie ermöglichen eine stabilere Spannung am Punkt 50.A capacitor 133 , 134 is connected in parallel with each of the current control devices 41 , 42 . Capacitors 133, 134 can be split X capacitors and they allow for a more stable voltage at point 50.

Die Kompensationsstromerzeugungsvorrichtung 60 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit vom Kompensationsstromvorgabesignal I_COMP_S den Kompensationsstrom 62 zwischen dem Schutzleiteranschluss 25 und dem ersten vorgegebenen Punkt 50 zu erzeugen. Das Kompensationsstromvorgabesignal I_COMP_S wird bevorzugt von der Differenzstromerfassungsvorrichtung 17. Wenn die Höhe der auftretenden Ableitströme dagegen bekannt ist oder anderweitig bestimmbar oder abschätzbar ist, kann das Kompensationsstromvorgabesignal I_COMP_S entsprechend auf andere Art erzeugt werden.The compensation current generation device 60 is designed to generate the compensation current 62 between the protective conductor connection 25 and the first specified point 50 as a function of the compensation current specification signal I_COMP_S. The compensation current specification signal I_COMP_S is preferably from the differential current detection device 17. If the magnitude of the leakage currents that occur is known or can be determined or estimated in some other way, the compensation current specification signal I_COMP_S can be generated accordingly in a different way.

Die Spannungsregelungsvorrichtung 30 hat einen Anschluss 311, welcher mit dem Punkt 50 verbunden ist, einen Anschluss 312, welcher mit dem Schutzleiter 99 verbunden ist, und zwei Anschlüsse 31, 32, welche mit den Stromsteuervorrichtungssteueranschlüssen 203, 204 verbunden sind. Die Spannungsregelungsvorrichtung 30 regelt das Potenzial am Punkt 50 auf das Potenzial am Schutzleiter 99 bzw. Schutzleiteranschluss 25 und gibt über die Stromsteuervorrichtungssteueranschlüsse 203, 204 ein Ansteuersignal SW3, SW4 an die Stromsteuervorrichtungen 41, 42 aus. Das Potenzial U50 am Punkt 50 entspricht einem ggf. nicht vorhandenen Potenzial an einem Neutralleiter, so dass man von einem virtuellen Neutralleiter N_VIRT sprechen kann.The voltage regulator device 30 has a terminal 311 connected to the point 50, a terminal 312 connected to the protective conductor 99 and two terminals 31,32 connected to the current controller control terminals 203,204. The voltage regulation device 30 regulates the potential at point 50 to the potential at the protective conductor 99 or protective conductor connection 25 and outputs a control signal SW3, SW4 to the current control devices 41, 42 via the current control device control connections 203, 204. The potential U50 at point 50 corresponds to a potential that may not be present on a neutral conductor, so that one can speak of a virtual neutral conductor N_VIRT.

Eine optional vorgesehene Vorrichtung 44 hat einen Anschluss 441 und einen Anschluss 442. Die Leitung 51 ist mit dem Anschluss 441 verbunden, und der Anschluss 442 ist mit einem Anschluss 205 der Stromsteuervorrichtung 41 verbunden.An optionally provided device 44 has a connection 441 and a connection 442. The line 51 is connected to the connection 441, and the terminal 442 is connected to a terminal 205 of the current control device 41 .

Das Potenzial U21 an der Leitung 51 ist schematisch sinusförmig dargestellt. Das um 180° phasenverschobene Potenzial U24 an der Leitung 54 ist schematisch sinusförmig dargestellt. Das Potenzial U25 am Schutzleiter 99, welches dem Potenzial am Schutzleiteranschluss 25 bzw. am Schutzleiter PE entspricht, und das Potenzial U50 am Punkt 50 sind ebenfalls schematisch dargestellt.The potential U21 on the line 51 is shown schematically as a sinusoid. The 180° phase-shifted potential U24 on the line 54 is shown schematically as a sinusoid. The potential U25 at the protective conductor 99, which corresponds to the potential at the protective conductor terminal 25 or at the protective conductor PE, and the potential U50 at point 50 are also shown schematically.

2 zeigt eine Ausführungsform der Stromsteuervorrichtung 41 bzw. 42. Der erste Stromsteuervorrichtungsanschluss 201 ist mit einem Punkt 211 verbunden, und der Punkt 211 ist über einen ersten Transistor 212 mit einem Punkt 213 verbunden. Der zweite Stromsteuervorrichtungsanschluss 202 ist über einen Widerstand 216 mit einem Punkt 215 verbunden, und der Punkt 215 ist über einen zweiten Transistor 214 mit dem Punkt 213 verbunden. Der Punkt 213 ist über eine Diode 217 mit dem Punkt 211 verbunden und über eine Diode 218 mit dem Punkt 215 verbunden. Die Anoden der ersten und zweiten Diode 217, 218 sind jeweils zum zweiten Punkt 213 hin verschaltet. 2 12 shows an embodiment of the current controller 41 or 42. The first current controller terminal 201 is connected to a point 211 and the point 211 is connected to a point 213 via a first transistor 212. FIG. The second current controller terminal 202 is connected to a point 215 via a resistor 216 and the point 215 is connected to the point 213 via a second transistor 214 . Point 213 is connected to point 211 through a diode 217 and to point 215 through a diode 218 . The anodes of the first and second diodes 217, 218 are connected to the second point 213 in each case.

Eine Diode ist ein elektronisches Bauelement, das Strom in einer Richtung passieren lässt und in der anderen Richtung den Stromfluss sperrt. Üblicherweise werden als Dioden Halbleiterdioden verwendet.A diode is an electronic component that allows current to pass in one direction and blocks the flow of current in the other direction. Semiconductor diodes are usually used as diodes.

Durch den ersten Transistor 212 und die zweite Diode 218 wird ein erster Strompfad 251 zwischen dem ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss 201 und dem zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss 202 gebildet, der einen Stromfluss vom Stromsteuervorrichtungsanschluss 202 zum Stromsteuervorrichtungsanschluss 201 durch die Diode 218 sperrt, aber - bei leitendem erstem Transistor 212 - einen Stromfluss vom Stromsteuervorrichtungsanschluss 201 zum Stromsteuervorrichtungsanschluss 202 ermöglicht.The first transistor 212 and the second diode 218 form a first current path 251 between the first current control device connection 201 and the second current control device connection 202, which blocks a current flow from the current control device connection 202 to the current control device connection 201 through the diode 218, but—when the first transistor 212 is conductive— allows current to flow from current controller port 201 to current controller port 202 .

Durch den zweiten Transistor 214 und die erste Diode 217 wird ein zweiter Strompfad 252 zwischen dem ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss 201 und dem zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss 202 gebildet, der einen Stromfluss vom Stromsteuervorrichtungsanschluss 201 zum Stromsteuervorrichtungsanschluss 202 durch die Diode 217 sperrt, aber - bei leitendem zweitem Transistor 214 - einen Stromfluss vom Stromsteuervorrichtungsanschluss 202 zum Stromsteuervorrichtungsanschluss 201 ermöglicht.The second transistor 214 and the first diode 217 form a second current path 252 between the first current control device connection 201 and the second current control device connection 202, which blocks a current flow from the current control device connection 201 to the current control device connection 202 through the diode 217, but - when the second transistor 214 is conductive - allows current to flow from current controller port 202 to current controller port 201 .

Der erste Strompfad 251 und der zweite Strompfad 252 kreuzen sich am Punkt 213.The first current path 251 and the second current path 252 cross at point 213.

Die Stromsteuervorrichtung 41, 42 weist bevorzugt zwei galvanische Trennvorrichtungen 207, 208 auf, welche im Ausführungsbeispiel als Optokoppler ausgebildet sind. Die galvanischen Trennvorrichtungen 207, 208 sind eingangsseitig mit den Stromsteuervorrichtungssteueranschlüssen 203, 204 verbunden. Die galvanische Trennvorrichtung 207 hat einen Fototransistor 209 mit einem ersten Fototransistoranschluss 233 und einem zweiten Fototransistoranschluss 234. Die galvanische Trennvorrichtung 208 hat einen Fototransistor 210 mit einem ersten Fototransistoranschluss 243 und einem zweiten Fototransistoranschluss 244. Eingangsseitige haben die galvanischen Trennvorrichtungen 207, 208 Fotodioden oder Laserdioden.The current control device 41, 42 preferably has two galvanic isolation devices 207, 208, which are designed as optocouplers in the exemplary embodiment. The galvanic isolation devices 207, 208 are connected to the current control device control connections 203, 204 on the input side. The galvanic isolating device 207 has a phototransistor 209 with a first phototransistor connection 233 and a second phototransistor connection 234. The galvanic isolating device 208 has a phototransistor 210 with a first phototransistor connection 243 and a second phototransistor connection 244. On the input side, the galvanic isolating devices 207, 208 have photodiodes or laser diodes.

Die galvanischen Trennvorrichtungen 207, 208 können auch als Schaltvorrichtungen mit galvanischer Trennung bzw. mit galvanischer Entkopplung bezeichnet werden.The galvanic isolation devices 207, 208 can also be referred to as switching devices with galvanic isolation or with galvanic decoupling.

Der Punkt 213 ist über eine Spannungsquelle 220 mit einer Leitung 221 verbunden, und die Leitung 221 ist über einen Widerstand 222 mit dem ersten Fototransistoranschluss 233 und über einen Widerstand 223 mit dem ersten Fototransistoranschluss 243 verbunden. Der zweite Fototransistoranschluss 234 ist mit dem ersten Transistor 212 verbunden, und der zweite Fototransistoranschluss 244 ist mit dem zweiten Transistor 214 verbunden, wobei die Verbindung im Falle von Bipolartransistoren jeweils mit der Basis erfolgt. Über die galvanischen Trennvorrichtungen 207, 208 können somit der erste Transistor 212 und der zweite Transistor 214 in Abhängigkeit vom Ansteuersignal an den Stromsteuervorrichtungssteueranschlüssen 203, 204 angesteuert werden.Point 213 is connected to a line 221 through a voltage source 220 and line 221 is connected through a resistor 222 to the first phototransistor terminal 233 and through a resistor 223 to the first phototransistor terminal 243 . The second phototransistor terminal 234 is connected to the first transistor 212 and the second phototransistor terminal 244 is connected to the second transistor 214, the connection being to the base of each in the case of bipolar transistors. The first transistor 212 and the second transistor 214 can thus be controlled via the galvanic isolating devices 207, 208 as a function of the control signal at the current control device control connections 203, 204.

Der Punkt 213 ist optional mit einem Anschluss 205 verbunden.Point 213 is optionally connected to a port 205 .

Die Transistoren 212, 214 sind bevorzugt als Feldeffekttransistoren oder als bipolare Transistoren ausgebildet. Bipolare Transistoren haben den Vorteil, dass sie vergleichsweise spannungsresistent verfügbar sind. Bei der Verwendung von Bipolartransistoren können sowohl npn-Transistoren als auch pnp-Transistoren verwendet werden.The transistors 212, 214 are preferably in the form of field effect transistors or bipolar transistors. Bipolar transistors have the advantage that they are available in a comparatively voltage-resistant manner. When using bipolar transistors, both npn transistors and pnp transistors can be used.

Im Ausführungsbeispiel sind die Transistoren 212, 214 als npn-Transistoren ausgebildet, wobei der Emitter jeweils zum Punkt 213 hin verschaltet ist.In the exemplary embodiment, the transistors 212, 214 are in the form of npn transistors, with the emitter being connected to the point 213 in each case.

Bei der Verwendung von pnp-Transistoren wäre dagegen der Kollektor jeweils zum Punkt 213 hin verschaltet.If pnp transistors were used, on the other hand, the collector would be connected to point 213 in each case.

Der Widerstand 216 dient der Strombegrenzung, und er kann an beliebiger Stelle zwischen dem ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss 201 und dem zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss 202 vorgesehen werden, also bspw. auch zwischen dem ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss 201 und dem Punkt 211, oder aufgeteilt als erster Teilwiderstand zwischen dem Transistor 212 und dem Punkt 213 und als zweiter Teilwiderstand zwischen dem Punkt 213 und dem Transistor 214.Resistor 216 is for current limiting and can be placed anywhere between first current controller terminal 201 and the second current control device connection 202, i.e. e.g. also between the first current control device connection 201 and the point 211, or divided as a first partial resistance between the transistor 212 and the point 213 and as a second partial resistance between the point 213 and the transistor 214.

Wenn der erste Transistor 212 leitend ist und der zweite Transistor 214 nichtleitend ist, kann ein Strom vom ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss 201 über den ersten Transistor 212 und über die zweite Diode 218 zum zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss 202 fließen. Dies wird als erster Zustand Z1 bezeichnet. Ein Strom vom zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss 202 zum ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss 201 ist dagegen nicht möglich, da der zweite Transistor 214 nichtleitend geschaltet ist und die zweite Diode 218 diese Stromrichtung sperrt.When the first transistor 212 is conductive and the second transistor 214 is nonconductive, a current can flow from the first current controller terminal 201 through the first transistor 212 and through the second diode 218 to the second current controller terminal 202 . This is referred to as the first state Z1. In contrast, a current from the second current control device connection 202 to the first current control device connection 201 is not possible, since the second transistor 214 is switched off and the second diode 218 blocks this current direction.

Wenn dagegen der zweite Transistor 214 leitend geschaltet ist und der erste Transistor 212 nichtleitend geschaltet ist, kann ein Strom vom zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss 202 über den zweiten Transistor 214 und über die erste Diode 217 zum ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss 201 fließen. Ein Strom in die Gegenrichtung ist wieder gesperrt. Dieser Zustand wird als zweiter Zustand Z2 bezeichnet.Conversely, when the second transistor 214 is turned on and the first transistor 212 is turned off, a current can flow from the second current controller terminal 202 through the second transistor 214 and through the first diode 217 to the first current controller terminal 201 . A flow in the opposite direction is blocked again. This state is referred to as the second state Z2.

Im ersten Zustand Z1 kann nur ein Strom vom ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss 201 zum zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss 202 fließen, wenn das Potenzial am ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss 201 größer ist als das Potenzial am zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss 202. Ansonsten fließt kein Strom. In gleicher Weise kann im zweiten Zustand Z2 nur ein Strom fließen, wenn das Potenzial am zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss 202 größer ist als das Potenzial am ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss 201.In the first state Z1, a current can only flow from the first current control device connection 201 to the second current control device connection 202 if the potential at the first current control device connection 201 is greater than the potential at the second current control device connection 202. Otherwise no current flows. In the same way, a current can only flow in the second state Z2 if the potential at the second current control device connection 202 is greater than the potential at the first current control device connection 201.

Im Ausführungsbeispiel sind beide galvanischen Trennvorrichtungen 207, 208 an den Stromsteuervorrichtungssteueranschlüssen 203, 204 angeschlossen. Wenn das Potenzial am Stromsteuervorrichtungssteueranschluss 203 größer ist als am Stromsteuervorrichtungssteueranschluss 204, wird die galvanische Trennvorrichtung 207 leitend geschaltet, und die galvanische Trennvorrichtung 208 ist nichtleitend geschaltet (Zustand Z1). Im umgekehrten Fall ist die galvanische Trennvorrichtung 208 leitend geschaltet, und die galvanische Trennvorrichtung 207 ist nichtleitend geschaltet (Zustand Z2). Wenn das Potenzial an den Stromsteuervorrichtungssteueranschlüssen 203, 204 gleich ist, sind beide galvanischen Trennvorrichtungen 207, 208 nichtleitend geschaltet, es kann also kein Strom zwischen dem ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss 201 und dem zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss 202 fließen. Dies kann als dritter Zustand Z3 bezeichnet werden.In the exemplary embodiment, both galvanic isolation devices 207, 208 are connected to the current control device control connections 203, 204. If the potential at the current control device control connection 203 is greater than at the current control device control connection 204, the galvanic isolating device 207 is turned on and the galvanic isolating device 208 is turned off (state Z1). In the opposite case, the galvanic isolating device 208 is switched to be conductive, and the galvanic isolating device 207 is switched to be non-conductive (state Z2). If the potential at the current control device control connections 203, 204 is the same, both galvanic isolating devices 207, 208 are non-conductive, so no current can flow between the first current control device connection 201 and the second current control device connection 202. This can be referred to as the third state Z3.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Spannungsregelungsvorrichtung 30. Diese hat einen Vergleicher 301, den Anschluss 311, den Anschluss 312, den Anschluss 31 und den Anschluss 32, einen Widerstand 305 und einen Widerstand 306. Der Anschluss 311 ist mit einem positiven (nichtinvertierenden) Eingang 302 des Vergleichers 301 verbunden. Der Anschluss 312 ist über einen Widerstand 306 mit dem negativen (invertierenden) Eingang 303 des Vergleichers 301 verbunden. Der Anschluss 32 ist mit dem negativen Eingang 303 des Vergleichers 301 verbunden, und der Ausgang 304 des Vergleichers 301 ist über einen Widerstand 305 mit dem Anschluss 31 verbunden. Über den Anschluss 311 ist der Vergleicher 301 mit dem Punkt 50 verbunden, und über den Anschluss 312 ist der Vergleicher 301 mit dem Schutzleiter 99 bzw. Schutzleiteranschluss 25 verbunden. Hierdurch kann der Vergleicher 301 einen Vergleich zwischen dem Potenzial U50 und dem Potenzial U25 durchführen. Am Ausgang 304 des Vergleichers 301 entsteht ein Strom 308, welcher proportional zur Spannungsdifferenz Udiff = U50 - U25 ist. Es muss jedoch keine genaue Proportionalität gegeben sein. Der Strom 308 gibt somit eine Information über die Spannungsdifferenz bzw. Regeldifferenz Udiff. Der Strom 308 kann vom Anschluss 31 über die galvanischen Trennvorrichtungen 207, 208 der Stromsteuervorrichtungen 41, 42 zurück zum Anschluss 32 fließen. Bei Optokopplern ist beispielsweise der Strom durch die Fototransistoren 209, 210 (vgl. 2) abhängig von der Stärke des Stroms 308. Hierdurch ist der Strom, der durch die Stromsteuervorrichtungen 41, 42 fließen kann, abhängig von der Spannungsdifferenz an der Spannungsregelungsvorrichtung 30. Bei einer geringeren Spannungsdifferenz fließt weniger Strom, und bei einer größeren Spannungsdifferenz fließt ein größerer Strom zum Punkt 50 bzw. vom Punkt 50 weg. 3 shows an embodiment of the voltage regulation device 30. This has a comparator 301, the terminal 311, the terminal 312, the terminal 31 and the terminal 32, a resistor 305 and a resistor 306. The terminal 311 is connected to a positive (non-inverting) input 302 of the Comparator 301 connected. The terminal 312 is connected to the negative (inverting) input 303 of the comparator 301 via a resistor 306 . The terminal 32 is connected to the negative input 303 of the comparator 301 and the output 304 of the comparator 301 is connected to the terminal 31 via a resistor 305 . The comparator 301 is connected to the point 50 via the connection 311 and the comparator 301 is connected to the protective conductor 99 or protective conductor connection 25 via the connection 312 . As a result, the comparator 301 can carry out a comparison between the potential U50 and the potential U25. A current 308 occurs at the output 304 of the comparator 301, which current is proportional to the voltage difference Udiff=U50-U25. However, there need not be an exact proportionality. The current 308 thus provides information about the voltage difference or control difference Udiff. The current 308 can flow back to the connection 32 from the connection 31 via the galvanic isolating devices 207, 208 of the current control devices 41, 42. With optocouplers, for example, the current through the phototransistors 209, 210 (cf. 2 ) depends on the strength of the current 308. As a result, the current that can flow through the current control devices 41, 42 depends on the voltage difference across the voltage control device 30. With a smaller voltage difference, less current flows, and with a larger voltage difference, a larger current flows to point 50 or away from point 50.

4 zeigt die Vorrichtung 44 von 1. Der Punkt 441 ist über eine Diode 443 mit einem Punkt 449 verbunden, der Punkt 449 ist über einen Widerstand 444 mit einem Punkt 445 verbunden, und der Punkt 445 ist einerseits über eine Z-Diode 446 mit dem Anschluss 442 und andererseits über einen Kondensator 447 mit dem Anschluss 442 verbunden. Die Kathode der Diode 443 ist zum Punkt 449 hin verschaltet, und die Kathode der Z-Diode 446 ist zum Punkt 445 hin verschaltet. 4 shows the device 44 of FIG 1 . Point 441 is connected to a point 449 via a diode 443, point 449 is connected to a point 445 via a resistor 444, and point 445 is connected to terminal 442 on the one hand via a Zener diode 446 and on the other hand via a capacitor 447 connected to port 442. The cathode of diode 443 is connected to point 449 and the cathode of Zener diode 446 is connected to point 445 .

Über die Diode 443 kann ein Strom zum Punkt 445 fließen und den Kondensator 447 aufladen. Die Spannung am Kondensator 447 wird über die Z-Diode 446 begrenzt und kann als Hilfsspannung verwendet werden.A current can flow to point 445 via diode 443 and charge capacitor 447 . The voltage across capacitor 447 will over the Zener diode 446 limits and can be used as an auxiliary voltage.

5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Stromsteuervorrichtungen 41, 42. Der erste Stromsteuervorrichtungsanschluss 201 ist über den Widerstand 216 mit einem Punkt 206 verbunden, der Widerstand 216 ist also als alternatives Beispiel zur Ausführungsform von 2 auf der Seite des ersten Stromsteuervorrichtungsanschlusses 201 vorgesehen. 5 12 shows another embodiment of the current controllers 41, 42. The first current controller terminal 201 is connected to a point 206 via resistor 216, so resistor 216 is an alternative example to the embodiment of FIG 2 provided on the first power control device terminal 201 side.

Der Punkt 206 ist über den ersten Transistor 212 mit einem Punkt 213A verbunden, und der Punkt 213A ist über die zweite Diode 218 mit dem zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss 202 verbunden.The point 206 is connected to a point 213A via the first transistor 212 and the point 213A is connected to the second current control device terminal 202 via the second diode 218 .

Der Punkt 206 ist über die erste Diode 217 mit einem Punkt 213B verbunden, und der Punkt 213B ist über den zweiten Transistor 214 mit dem zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss 202 verbunden.The point 206 is connected to a point 213B via the first diode 217 and the point 213B is connected to the second current control device terminal 202 via the second transistor 214 .

Die Kathode der ersten Diode 217 ist zum ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss 201 hin verschaltet, und die Kathode der zweiten Diode 218 ist zum zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss 202 hin verschaltet.The cathode of the first diode 217 is connected to the first current control device terminal 201 and the cathode of the second diode 218 is connected to the second current control device terminal 202 .

Dies ermöglicht den ersten Strompfad 251 vom ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss 201 über den ersten Transistor 212 und die zweite Diode 218 zum zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss 202, und auch den zweiten Strompfad 252 vom zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss 202 über den zweiten Transistor 214 und die erste Diode 217 zum ersten Stromsteuervorrichtungsanschluss 201. Die Reihenschaltung der zweiten Diode 218 mit dem ersten Transistor 212 kann auch umgekehrt sein, so dass die zweite Diode 218 näher am zweiten Stromsteuervorrichtungsanschluss 202 angeordnet ist als der erste Transistor 212, und ebenso kann die Reihenschaltung der ersten Diode 217 mit dem zweiten Transistor 214 umgekehrt sein.This enables the first current path 251 from the first current controller terminal 201 via the first transistor 212 and the second diode 218 to the second current controller terminal 202, and also the second current path 252 from the second current controller terminal 202 via the second transistor 214 and the first diode 217 to the first current controller terminal 201. The series connection of the second diode 218 with the first transistor 212 can also be reversed so that the second diode 218 is arranged closer to the second current control device terminal 202 than the first transistor 212, and likewise the series connection of the first diode 217 with the second transistor 214 can be reversed be.

Im Ausführungsbeispiel ist eine Ansteuerschaltung 253 mit dem Punkt 213A und mit dem ersten Transistor 212 verbunden, um den ersten Transistor 212 anzusteuern, und eine Ansteuerschaltung 254 ist mit dem Punkt 213B und mit dem zweiten Transistor 214 verbunden, um den zweiten Transistor 214 anzusteuern. Es sind also zwei Ansteuerschaltungen 253, 254 vorgesehen. Die Ansteuerschaltungen 253, 254 können jeweils aufgebaut sein wie der Schaltungsteil von 2 mit der Spannungsquelle 220, dem Widerstand 222 und der galvanischen Trennvorrichtung 207. Beide Ansteuerschaltungen 253, 254 haben im Ausführungsbeispiel eigene Stromsteuervorrichtungssteueranschlüsse 203A, 204A bzw. 203B, 204B.In the exemplary embodiment, a drive circuit 253 is connected to point 213A and to the first transistor 212 to drive the first transistor 212 and a drive circuit 254 is connected to point 213B and to the second transistor 214 to drive the second transistor 214 . Two drive circuits 253, 254 are therefore provided. The drive circuits 253, 254 can each be constructed like the circuit part of FIG 2 with the voltage source 220, the resistor 222 and the galvanic isolation device 207. In the exemplary embodiment, both drive circuits 253, 254 have their own current control device control connections 203A, 204A or 203B, 204B.

Funktionsweise der SpannungsregelungHow the voltage control works

Die Spannungsregelungsvorrichtung 30 vergleicht das Potenzial am Punkt 50 mit dem Potenzial am Schutzleiter 99 bzw. am Schutzleiteranschluss 25.The voltage control device 30 compares the potential at point 50 with the potential at the protective conductor 99 or at the protective conductor terminal 25.

Wenn das Potenzial am Punkt 50 niedriger ist als am Schutzleiter 99, wird das Potenzial am Punkt 50 über die Stromsteuervorrichtungen 41, 42 erhöht, indem diese in den ersten Zustand Z1 versetzt werden. Hierdurch kann ein Strom von den Anschlüssen 21 oder 24 zum Punkt 50 fließen, sofern das Potenzial am Anschluss 21 oder 24 größer ist als das Potenzial am Punkt 50.If the potential at point 50 is lower than at the protective conductor 99, the potential at point 50 is increased via the current control devices 41, 42 by putting them into the first state Z1. This allows a current to flow from terminals 21 or 24 to point 50 if the potential at terminal 21 or 24 is greater than the potential at point 50.

Wenn das Potenzial am Punkt 50 dagegen höher ist als am Schutzleiter 99, wird das Potenzial am Punkt 50 über die Stromsteuervorrichtungen 41, 42 erniedrigt, indem diese in den zweiten Zustand Z2 versetzt werden. Hierdurch kann ein Strom vom Punkt 50 zu den Anschlüssen 21 oder 24 fließen, sofern das Potenzial am Anschluss 21 oder 24 niedriger ist als das Potenzial am Punkt 50. If, on the other hand, the potential at point 50 is higher than at the protective conductor 99, the potential at point 50 is lowered via the current control devices 41, 42 by these being switched to the second state Z2. This allows a current to flow from point 50 to terminals 21 or 24 if the potential at terminal 21 or 24 is lower than the potential at point 50.

Ein Kurzschluss kann nicht entstehen, da entweder beide Stromsteuervorrichtungen nur das Potenzial am Punkt 50 erhöhen (Zustand Z1) oder nur das Potenzial am Punkt 50 erniedrigen können.A short circuit cannot occur since either both current control devices can only increase the potential at point 50 (state Z1) or only decrease the potential at point 50.

Es ist grundsätzlich möglich, nur eine der Stromsteuervorrichtungen 41 oder 42 vorzusehen oder nur eine der Stromsteuervorrichtungen 41, 42 in den ersten Zustand Z1 oder in den zweiten Zustand Z2 zu versetzen. In einem solchen Fall würde jedoch jeweils eine Potenzialbeeinflussung bei einer für die gewünschte Änderung geeigneten Halbwelle möglich sein, und bei der anderen Halbwelle könnte keine gewünschte Beeinflussung erfolgen. Bei der Nutzung beider Außenleiter HOT1 und HOT2 kann dagegen - außer beim Nulldurchgang - immer einer der beiden Außenleiter das gewünschte Potenzial bereitstellen.In principle, it is possible to provide only one of the current control devices 41 or 42 or to place only one of the current control devices 41, 42 in the first state Z1 or in the second state Z2. In such a case, however, potential influencing would be possible for a half-wave suitable for the desired change, and no desired influencing could occur for the other half-wave. When using both outer conductors HOT1 and HOT2, on the other hand, one of the two outer conductors can always provide the desired potential - except at zero crossing.

Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.A wide range of variations and modifications are of course possible within the scope of the present invention.

Zwei Stromsteuervorrichtungen 41, 42 sind grundsätzlich ausreichend. Zur Erhöhung der maximal möglichen Leistung oder bei ungewöhnlichen Versorgungsnetzen können auch den übrigen Anschlüssen 22, 23 von 1 ganz oder teilweise entsprechende Stromsteuervorrichtungen zugeordnet werden.Two current control devices 41, 42 are basically sufficient. To increase the maximum possible performance or in the case of unusual supply networks, the other connections 22, 23 can also be used 1 corresponding current control devices are assigned in whole or in part.

Das Vorsehen der galvanischen Trennvorrichtungen 207, 208 erleichtert das Ansteuern der einzelnen Schalter. Es sind auch andere Ansteuerschaltungen ohne galvanische Trennung möglich, die jedoch häufig einen höheren Schaltungsaufwand erfordern.The provision of the galvanic isolation devices 207, 208 makes it easier to control the individual switches. Other drive circuits without galvanic isolation are also possible, but they often require more circuitry.

Als Vergleicher 301 kann beispielsweise ein Operationsverstärker verwendet werden. Bevorzugt wird jedoch ein Komparator verwendet, und die schnellere Schaltzeit ist vorteilhaft.An operational amplifier, for example, can be used as comparator 301 . However, a comparator is preferably used and the faster switching time is advantageous.

Die galvanische Trennvorrichtungen 207, 208 können zusätzlich mit einer Darlington-Stufe versehen werden, um einen höheren Maximalstrom zu ermöglichen.The galvanic isolation devices 207, 208 can also be provided with a Darlington stage to enable a higher maximum current.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US4442034A [0002]
DE 10139028 A1 [0003]
US6134126A [0004]

Claims

Device (20) for generating a compensation current (62) on a supply network (10), which device (20) has a voltage regulation device (30), at least two current control devices (41, 42), a compensation current generation device (60), a first point (50) , has at least two first connections (21, 24) and a protective conductor connection (25), which voltage control device (30) is designed to regulate a first potential (U50) at the first point (50) to a second potential (U25) at the protective earth connection (25) and to at least one voltage control device output (31, 32) as a control variable ( SW3, SW4) to generate, which current control devices (41, 42) each have a first current control device connection (201), a second current control device connection (202) and at least one current control device control connection (203, 204), which first current controller port (201) is connected to an associated first port (21; 24) and which second current controller port (202) is connected to the first point (50), which at least one current control device control connection (203, 204) is connected to the at least one voltage regulation device output (31, 32) in order to receive the drive signal (SW3, SW4), which current control devices (41, 42) are each designed to, depending on the drive signal ( SW3, SW4) of the voltage regulation device (30) - in a first state (Z1), a current flow from the first current control device connection (201) to the second enabling the current controller port (202), but blocking current flow from the second current controller port (202) to the first current controller port (201), - in a second state (Z2), a current flow from the second current control device connection (202) to the first enabling the current controller port (201), but blocking current flow from the first current controller port (201) to the second current controller port (202), to enable the first potential (U50) at the first point (50) to be influenced as a function of the control signal (SW3, SW4), and which compensation current generation device (60) is designed to generate a compensation current (62) between the protective conductor connection (25) and the first specified point (50) as a function of a compensation current specification signal (I_COMP_S).

Device (20) after claim 1 , wherein the current control devices (41, 42) each have a first transistor (212), a second transistor (214), a first diode (217) and a second diode (218), the first transistor (212) and the second Diode (218) between the first current controller terminal (201) and the second current controller terminal (202) are connected in series and form a first current path (251), wherein the second transistor (214) and the first diode (217) between the first current controller terminal ( 201) and the second current controller connection (202) are connected in series and form a second current path (252), the anode of the second diode (218) being connected to the first current controller connection (201), and the anode of the first diode (217 ) is connected to the second current control device terminal (202).

Device (20) after claim 2 , in which the series connection of the first transistor (212) and the second diode (218) and the series connection of the second transistor (214) and the first diode (217) are connected in parallel to one another.

Device (20) after claim 2 wherein the first current control device terminal (201) is connected to a second point (213) via the first transistor (212) and also to the second point (213) via the first diode (217) connected in parallel with the first transistor (212). and in which the second current control device terminal (202) is connected to the second point (213) via the second transistor (214) and also to the second point (213 ) connected is.

Device (20) after claim 2 wherein the first current control device terminal (201) is connected to a second point (213) via the second transistor (214) and also to the second point (213) via the second diode (218) connected in parallel with the second transistor (214). and in which the second current control device terminal (202) is connected to the second point (213) via the first transistor (212) and also to the second point (213 ) connected is.

Device (20) according to one of claims 2 until 5 , In which the first transistor (212) and the second transistor (214) each in response to the drive signal (SW3, SW4) of the voltage The control device (30) can be controlled in such a way that - in the first state (Z1) the first transistor (212) is switched on and the second transistor (214) is switched off, - in the second state (Z2) the first transistor (212) is off is switched and the second transistor (214) is switched on.

Device (20) according to one of claims 2 until 6 , in which the first transistor (212) and the second transistor (214) can be controlled as a function of the control signal (SW3, SW4) of the voltage control device (30) in such a way that in a third state (Z3) a current flow between the first point (50 ) and the associated connection (21; 24) is blocked in both directions.

Device (20) according to one of claims 2 until 7 , In which the first transistor (212) and the second transistor (214) are formed as bipolar transistors.

Device (20) according to one of claims 2 until 8th , in which the current control devices (41, 42) each have at least one galvanic isolation device (207, 208) for driving the first transistor (212) and second transistor (214), the at least one voltage control device output (31, 32) being connected to the at least one galvanic isolating device (207, 208), wherein the at least one galvanic isolating device (207, 208) preferably comprises a first galvanic isolating device (207) assigned to the first transistor (212) and a second galvanic isolating device (208 ) having.

Device (20) after claim 9 , In which the at least one galvanic isolation device (207, 208) is designed as an optocoupler or as a transformer.

Device (20) after claim 9 or 10 , in which the at least one galvanic isolation device (207, 208) is designed as an optocoupler, which optocoupler has a phototransistor (209; 210) with a first phototransistor connection (233; 243) and a second phototransistor connection (234; 244), which first phototransistor connection is connected to a voltage source (220), and which second phototransistor terminal is designed to drive the associated first transistor (212) or second transistor (214).

Device (20) according to one of the preceding claims, in which the voltage control device (30) is designed to generate the drive signal (SW3, SW4) with first information about the size of the control deviation, and in which the current control devices (41, 42) are designed to influence the size of the current flow between the first current control device connection (201) and the second current control device connection (202) in the first state (Z1) and in the second state (Z2) as a function of the first information.

Device (20) according to one of the preceding claims, in which a capacitor (133, 134) is connected in parallel with at least one of the current control devices (41, 42).

Device (20) according to one of the preceding claims, in which the voltage control device (30) is designed to, in the event that the first potential (U50) at the first point (50) is smaller than the second potential (U25) at the protective conductor connection (25 ), to put at least one of the current control devices (41, 42) into the first state (Z1) in order to allow an increase in the first potential (U50) at the first point (50), with preferably all current control devices (41, 42) in the first state (Z1) are offset.

Device (20) according to one of the preceding claims, in which the voltage control device (30) is designed to, in the event that the first potential (U50) at the first point (50) is greater than the second potential (U25) at the protective conductor connection (25 ), to put at least one of the current control devices (41, 42) into the second state (Z2) in order to enable the first potential (U50) at the first point (50) to be reduced, with preferably all current control devices (41, 42) in the second state (Z2) are offset.

Device (20) according to one of the preceding claims, which comprises an AC/DC converter (190), which AC/DC converter (190) is connected to the two terminals (21, 24) on the AC side and one on the DC side first direct current line (191) and a second direct current line (192).

Device (20) after claim 12 comprising a battery (194), which battery (194) is connected on the DC side of the AC/DC converter (190).