DE102021208278A1 - Power converter circuit for generating a potential-separated DC voltage - Google Patents

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Abstract

Stromrichterschaltung (10) zum Erzeugen einer potentialgetrennten Gleichspannung (uout), aufweisend: einen schaltbaren Eingangsstromrichter (30), einen schaltbaren Schwingkreisstromrichter (40), einen m-phasigen Transformator (50) und eine Gleichrichterbrücke (60); wobei der Eingangsstromrichter (30) konfiguriert ist mit einem n-phasigen Stromnetz (20) verbunden zu werden und bei einer Eingangsstromrichter-Schaltfrequenz f0aus n Eingangsströmen (i1; i2; i3) einen pulsförmigen Ausgangsstrom (IDC) zu erzeugen; wobei der Schwingkreisstromrichter (40) m Phasen aufweist und konfiguriert ist, den pulsförmigen Ausgangsstrom (IDC) des Eingangsstromrichters (30) in jeder der m Phasen bei einer Schwingkreisstromrichter-Schaltfrequenz f0/m in einen Schwingkreisstrom (ia; ib; ic) umzuwandeln; wobei die m Schwingkreisströme (ia; ib; ic) in den m Phasen jeweils im Phasenwinkel zueinander verschoben sind; wobei jede der m Phasen des Schwingkreisstromrichters (40) einen Schwingkreiskondensator (Cp) aufweist und mit einer Hauptinduktivität (Lh) der m-ten Phase des Transformators (50) jeweils einen Parallelschwingkreis bildet; wobei jeweils der Schwingkreiskondensator (Cp) der m-ten Phase des Schwingkreisstromrichters (40) konfiguriert ist, einen Magnetisierungsstrom für die m-te Phase des Transformators (50) bereitzustellen und der Transformator (50) konfiguriert ist m sekundärseitige Ausgangsspannungen (uab; ubc; uca) potentialgetrennt von der Primärseite des Transformators (50) zu erzeugen; wobei die m Phasen des Transformators (50) sekundärseitig mit der Gleichrichterbrücke (60) verbunden sind und die Gleichrichterbrücke (60) konfiguriert ist, die m sekundärseitige Ausgangsspannungen (uab; ubc; uca) des Transformators (50) gleichzurichten und an einem Ausgang die potentialgetrennte Gleichspannung (uout) zu erzeugen; und wobei n eine positive ganze Zahl ist und wobei m eine positive ganze Zahl größer gleich 2 ist.Converter circuit (10) for generating a potential-separated DC voltage (uout), having: a switchable input converter (30), a switchable oscillating circuit converter (40), an m-phase transformer (50) and a rectifier bridge (60); wherein the input converter (30) is configured to be connected to an n-phase power grid (20) and to generate a pulse-shaped output current (IDC) from n input currents (i1; i2; i3) at an input converter switching frequency f0; wherein the tank circuit converter (40) has m phases and is configured to convert the pulsed output current (IDC) of the input converter (30) in each of the m phases at a tank circuit converter switching frequency f0/m into a tank circuit current (ia; ib; ic); wherein the m resonant circuit currents (ia; ib; ic) in the m phases are each shifted in phase angle to one another; each of the m phases of the tank circuit converter (40) having a tank circuit capacitor (Cp) and forming a parallel tank circuit with a main inductance (Lh) of the m-th phase of the transformer (50); wherein in each case the tank circuit capacitor (Cp) of the m-th phase of the tank circuit converter (40) is configured to provide a magnetizing current for the m-th phase of the transformer (50), and the transformer (50) is configured to provide m secondary-side output voltages (uab; ubc; uca) to generate isolated from the primary side of the transformer (50); wherein the m phases of the transformer (50) are connected to the rectifier bridge (60) on the secondary side and the rectifier bridge (60) is configured to rectify the m secondary-side output voltages (uab; ubc; uca) of the transformer (50) and at one output the electrically isolated to generate DC voltage (uout); and wherein n is a positive integer and m is a positive integer greater than or equal to 2.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromrichterschaltung und ein Stromrichterschaltungssystem zum Erzeugen einer potentialgetrennten Gleichspannung und deren Verwendung, sowie ein Verfahren zum Erzeugen einer potentialgetrennten Gleichspannung durch eine Stromrichterschaltung.The invention relates to a converter circuit and a converter circuit system for generating a potential-separated direct voltage and its use, as well as a method for generating a potential-separated direct voltage by a converter circuit.

Mobile elektrische Anwendungen, insbesondere in der Fahrzeugtechnik, benötigen immer leistungsstärkere Traktionsbatterien und Akkumulatoren, um über längere Zeit ausreichend elektrische Energie geliefert zu bekommen. Für das Laden solcher leistungsstarken Traktionsbatterien mit Gleichstrom wird wegen hoher Schutzanforderungen an solche Ladestationen eine Potentialtrennung zwischen dem speisenden Wechselstromnetz und der an einer Traktionsbatterie anzulegenden Gleichspannung benötigt. Diese Potentialtrennung erfolgt im Stand der Technik entweder auf der Netzseite durch Transformatoren oder innerhalb eines Stromrichters durch den Einsatz eines hochfrequent getakteten Umrichters. Diese Umrichter in den Stromrichtern sind meist einphasig ausgeführt und werden aus einem vorgelagerten Gleichspannungs-Zwischenkreis gespeist. Für hohe Ladeleistungen über 100 kW sind Ladestationen mit netzseitigem Transformator oder einem Stromrichter mit Gleichspannungs-Zwischenkreis und Umrichter sehr teuer. Ein wesentlicher Grund hierfür sind die Kosten der Wickelgüter und der Kondensatoren zur Energiezwischenspeicherung, welche für solche elektrischen Schaltungen der Ladestationen benötigt werden. Hierbei können geeignete Netztransformatoren nicht automatisiert hergestellt werden und zudem entstehen durch den hohen Materialaufwand für Eisenkerne und Wickelgüter hohe Herstellungskosten. Beim Einsatz von Umrichtern in diesem Leistungsbereich sind dabei die zu verwendenden Schaltfrequenzen vergleichsweise gering und zwingen deshalb zu einer manuellen und damit kostenintensiven Verdrahtung der Stromrichterschaltungen. Soll aber der Bereich Elektromobilität neben dem gewerblichen Umfeld auch eine breite Anwendung im privaten Einsatz finden, müssen leistungsfähige Schnellladeeinrichtungen deutlich günstiger werden.Mobile electrical applications, especially in vehicle technology, require ever more powerful traction batteries and accumulators in order to have sufficient electrical energy supplied over a longer period of time. For charging such high-performance traction batteries with direct current, because of the high protection requirements for such charging stations, electrical isolation is required between the AC mains supply and the direct voltage to be applied to a traction battery. In the prior art, this electrical isolation occurs either on the network side by means of transformers or within a power converter by using a high-frequency clocked converter. These converters in the power converters usually have a single-phase design and are fed from an upstream DC link. For high charging capacities over 100 kW, charging stations with a line-side transformer or a power converter with a DC link and converter are very expensive. A major reason for this is the cost of the coiled goods and the capacitors for intermediate energy storage, which are required for such electrical circuits of the charging stations. In this case, suitable mains transformers cannot be manufactured automatically and, in addition, high production costs arise due to the high material costs for iron cores and winding goods. When converters are used in this power range, the switching frequencies to be used are comparatively low and therefore require manual and therefore cost-intensive wiring of the converter circuits. However, if the field of electromobility is to be used extensively in private use in addition to the commercial environment, powerful fast charging devices must become significantly cheaper.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stromrichterschaltung und ein Verfahren zum Erzeugen einer potentialgetrennten Gleichspannung bereitzustellen, welche geringere Kosten bei den zu verwendeten Wickelgütern und Energiespeichern verursacht und eine weitgehend automatisierte Fertigung ermöglicht.It is therefore an object of the present invention to provide a power converter circuit and a method for generating a potential-separated DC voltage which causes lower costs for the winding goods and energy storage devices to be used and enables largely automated production.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.This problem is solved by the subjects of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims.

Ein Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft eine Stromrichterschaltung zum Erzeugen einer potentialgetrennten Gleichspannung, aufweisend: einen schaltbaren Eingangsstromrichter, einen schaltbaren Schwingkreisstromrichter, einen m-phasigen Transformator und eine Gleichrichterbrücke; wobei der Eingangsstromrichter konfiguriert ist, mit einem n-phasigen Stromnetz verbunden zu werden und bei einer Eingangsstromrichter-Schaltfrequenz f0 aus n Eingangsströmen einen pulsförmigen Ausgangsstrom zu erzeugen; wobei der Schwingkreisstromrichter m Phasen aufweist und konfiguriert ist, den pulsförmigen Ausgangsstrom des Eingangsstromrichters in jeder der m Phasen bei einer Schwingkreisstromrichter-Schaltfrequenz f0/m in einen Schwingkreisstrom umzuwandeln; wobei die m Schwingkreisströme in den m Phasen jeweils im Phasenwinkel zueinander verschoben sind; wobei jede der m Phasen des Schwingkreisstromrichters einen Schwingkreiskondensator aufweist und mit einer Hauptinduktivität der m-ten Phase des Transformators jeweils einen Parallelschwingkreis bildet; wobei jeweils der Schwingkreiskondensator der m-ten Phase des Schwingkreisstromrichters konfiguriert ist, einen Magnetisierungsstrom für die m-te Phase des Transformators bereitzustellen und der Transformator konfiguriert ist m sekundärseitige Ausgangsspannungen potentialgetrennt von der Primärseite des Transformators zu erzeugen; wobei die m Phasen des Transformators sekundärseitig mit der Gleichrichterbrücke verbunden sind und die Gleichrichterbrücke konfiguriert ist, die m sekundärseitige Ausgangsspannungen des Transformators gleichzurichten und an einem Ausgang die potentialgetrennte Gleichspannung bereitzustellen; und wobei n eine positive ganze Zahl ist und wobei m eine positive ganze Zahl größer gleich 2 ist.One aspect of solving the problem relates to a converter circuit for generating a potential-separated DC voltage, having: a switchable input converter, a switchable oscillating circuit converter, an m-phase transformer and a rectifier bridge; wherein the input converter is configured to be connected to an n-phase power grid and to generate a pulse-shaped output current from n input currents at an input converter switching frequency f 0 ; wherein the tank converter has m phases and is configured to convert the pulsed output current of the input converter into a tank current in each of the m phases at a tank converter switching frequency f 0 /m; wherein the m resonant circuit currents in the m phases are each shifted in phase angle to one another; each of the m phases of the oscillating circuit converter having an oscillating circuit capacitor and forming a respective parallel oscillating circuit with a main inductance of the m-th phase of the transformer; wherein each tank circuit capacitor of the m-th phase of the tank circuit converter is configured to provide a magnetizing current for the m-th phase of the transformer and the transformer is configured to generate m secondary-side output voltages isolated from the primary side of the transformer; wherein the m phases of the transformer are connected to the rectifier bridge on the secondary side and the rectifier bridge is configured to rectify the m secondary-side output voltages of the transformer and to provide the isolated DC voltage at an output; and wherein n is a positive integer and m is a positive integer greater than or equal to 2.

Dabei bietet die Stromrichterschaltung den Vorteil, dass im Vergleich zu herkömmlichen Stromrichtern mit Gleichspannungs-Zwischenkreis und Umrichter höhere Schaltfrequenzen möglich sind. Damit einhergehend ist eine Reduktion der Baugröße der eingesetzten Wickelgüter bei Eingangsinduktivitäten und Transformatoren möglich. Auf den Einsatz von großen und damit teuren Kondensatoren wie beispielsweise Elektrolytkondensatoren zur Energiezwischenspeicherung im Gleichspannungs-Zwischenkreis kann dabei ganz verzichtet werden. Die für die Stromrichterschaltung einsetzbaren kleineren Wickelgüter und Kondensatoren können zudem leichter in einem automatisierten Herstellungsprozess der Stromrichterschaltung integriert werden und verbilligen neben den geringeren Materialkosten auch den Herstellungsprozess.The power converter circuit offers the advantage that higher switching frequencies are possible compared to conventional power converters with a DC link and converter. This is accompanied by a reduction in the size of the windings used for input inductances and transformers. The use of large and therefore expensive capacitors, such as electrolytic capacitors for intermediate storage of energy in the DC voltage intermediate circuit, can be dispensed with entirely. The smaller coils and capacitors that can be used for the converter circuit can also be integrated more easily in an automated production process for the converter circuit and, in addition to the lower material costs, also make the production process cheaper.

Die Stromrichterschaltung benötigt hierbei keinen Gleichspannungs-Zwischenkreis, sondern weist von der Eingangsseite in Richtung zum Ausgang betrachtet, einen Eingangsstromrichter, einen m-phasigen Schwingkreisstromrichter, einen m-phasigen Transformator und eine Gleichrichterbrücke auf und die Stromrichterschaltung ist eingangsseitig an ein n-phasiges Stromnetz und ausgangsseitig an einen aufzuladenden Akkumulator anschließbar und/oder verbindbar.In this case, the power converter circuit does not require a direct voltage intermediate circuit, but rather, viewed from the input side in the direction of the output, has an input power converter, a m-phase resonant circuit converter, an m-phase transformer and a rectifier bridge and the converter circuit can be connected and/or connected to an n-phase power supply system on the input side and to a rechargeable battery on the output side.

Dabei sind der Eingangsstromrichter und der m-phasige Schwingkreisstromrichter jeweils schaltbar konfiguriert. Das heißt der Eingangsstromrichter und der m-phasige Schwingkreisstromrichter weisen jeweils mindestens eine Schaltreinrichtung auf, welche ein Eingangssignal in einem eingeschalteten Zustand für einen Einschaltzeitraum TEin an ihrem Ausgang bereitstellen und welche das Eingangssignal in einem ausgeschalteten Zustand für einen Zeitraum TAus an ihrem Ausgang nicht verfügbar machen. Durch ein periodisches, hartes Ein- und Ausschalten der mindestens einen Schalteinrichtung mit einer vorgegebenen Eingangsstromrichter-Schaltfrequenz f0 kann somit aus einem kontinuierlichen Eingangssignal ein Ausgangssignal mit pulsförmigem Verlauf erzeugt werden. Ein hartes Schalten bedeutet hierbei ein sehr schnelles Schalten der Schalteinrichtung, um ein Ausgangssignal mit sehr steilem Flankenverlauf während des Schaltvorgangs zu erhalten.The input converter and the m-phase oscillating circuit converter are each configured to be switchable. This means that the input converter and the m-phase resonant circuit converter each have at least one switching device, which provide an input signal in a switched-on state for a switch-on period T On at their output and which do not provide the input signal in a switched-off state for a period T Off at their output make available. A periodic, hard switching on and off of the at least one switching device with a predetermined input converter switching frequency f 0 can thus be used to generate an output signal with a pulsed profile from a continuous input signal. In this case, hard switching means very fast switching of the switching device in order to obtain an output signal with a very steep edge profile during the switching process.

Mit einem m-phasigen Transformator ist im Weiteren stets eine Transformator-Konfiguration beschrieben, bei der eine Primärseite des Transformators m Phasen mit je einer Primärwicklung und eine Sekundärseite des Transformators m Phasen mit je einer Sekundärwicklung aufweist. Dabei ist die Primärwicklung der m-ten Phase der Primärseite stets mit der Sekundärwicklung der m-ten Phase der Sekundärseite magnetisch gekoppelt. In anderen Worten weist der Transformator m Primärwicklungen und m Sekundärwicklungen auf. Der m-phasige Transformator kann hierbei vorzugsweise einen gemeinsamen Kern für alle m Phasen aufweisen, um effektiver genutzt zu werden und der Kern kann vorzugsweise aus Ferrit oder amorphen Metallen bestehen. Der m-phasige Transformator kann aber auch durch das Zusammenschalten von m Einphasentransformatoren konfiguriert sein. Der Transformatorkern kann auch aus einem beliebigen weichmagnetischen Werkstoff gefertigt sein. Die Primärseite ist dabei von der Sekundärseite des m-phasigen Transformators potentialgetrennt. Der Einsatz des m-phasigen Transformators in der Stromrichterschaltung bewirkt somit eine Potentialtrennung zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Stromrichterschaltung.An m-phase transformer is always described below as a transformer configuration in which a primary side of the transformer has m phases, each with a primary winding, and a secondary side of the transformer has m phases, each with a secondary winding. In this case, the primary winding of the m-th phase of the primary side is always magnetically coupled to the secondary winding of the m-th phase of the secondary side. In other words, the transformer has m primary windings and m secondary windings. Here, the m-phase transformer may preferably have a common core for all m phases to be used more effectively, and the core may preferably be made of ferrite or amorphous metals. However, the m-phase transformer can also be configured by connecting m single-phase transformers together. The transformer core can also be made of any soft magnetic material. The primary side is isolated from the secondary side of the m-phase transformer. The use of the m-phase transformer in the converter circuit thus causes potential isolation between the input and the output of the converter circuit.

Das Stromnetz, an welches die Stromrichterschaltung anschließbar ist und/oder mit dem die Stromrichterschaltung verbindbar ist, kann ein 1-phasiges Stromnetz oder ein mehrphasiges Stromnetz mit beliebiger Anzahl n an Phasen sein. Hierbei kann die Stromrichterschaltung eingangsseitig vorzugsweise an ein n-phasiges Wechselstromnetz angeschlossen werden, wobei die n Netzströme vorzugsweise sinusförmig sind. Eine andere Wechselstromform wie beispielsweise eine Dreiecksform, ist ebenso möglich. Die Stromrichterschaltung kann aber auch an ein n-phasiges Gleichstromnetz und/oder an n Batterien anschließbar sein.The power grid to which the converter circuit can be connected and/or to which the converter circuit can be connected can be a 1-phase power grid or a multi-phase power grid with any number n of phases. In this case, the converter circuit can preferably be connected on the input side to an n-phase AC network, the n network currents preferably being sinusoidal. Another AC shape such as a triangular shape is also possible. However, the converter circuit can also be connected to an n-phase direct current network and/or to n batteries.

Die Stromrichterschaltung für ein mehrphasiges Wechselstromnetz ist vorzugsweise mit einem symmetrischen Wechselstromnetz verbindbar, da der Eingangsstromrichter dann ebenfalls symmetrisch aufgebaut werden kann und das Schaltungsdesign vereinfacht wird. Der Eingangsstromrichter kann n Eingangsphasen aufweisen, wobei jede Eingangsphase eine eigene Anschlussklemme aufweisen kann. Insbesondere kann die Anzahl der Eingangsphasen des Eingangsstromrichters und die Anzahl der Phasen des Wechselstromnetzes identisch sein. Die Anzahl n der Eingangsphasen des Eingangsstromrichters kann aber auch größer oder kleiner als die Anzahl der Phasen des Stromnetzes sein, wobei dann bei einer kleineren Anzahl an Eingangsphasen nicht alle Phasen des Stromnetzes anschließbar sind oder bei einer größeren Anzahl an Eingangsphasen nicht alle Eingangsphasen mit einer Phase des Stromnetzes anschließbar sind. In einer solchen Konfiguration werden dann nur die tatsächlich angeschlossenen Phasen des Eingangsstromrichters weiterverarbeitet. Die Flexibilität im Design der Stromrichterschaltung ermöglicht deren Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen, die nicht auf einen bestimmten Typ von Stromnetzen beschränkt sind. Beim Anschluss der Stromrichterschaltung an das Stromnetz ist zu beachten, dass zwischen jeder Phase des Stromnetzes und jedem Eingang, d.h. an jeder Eingangsphase des Eingangsstromrichters eine Eingangsinduktivität (zwischen-) geschaltet sein kann oder ist. Die Größe der Eingangsinduktivitäten richtet sich dabei nach einer Eingangsstromrichter-Schaltfrequenz f0 der in dem Eingangsstromrichter genutzten Schalteinrichtungen. Hierbei können die Eingangsstromrichter-Schaltfrequenzen für einen Eingangsstromrichter ohne anschließenden Gleichspannungs-Zwischenkreis höher konfiguriert sein als für einen Eingangsstromrichter mit anschließenden Gleichspannungs-Zwischenkreis, da ein Laden und Entladen einer großen Kapazität im Gleichspannungs-Zwischenkreis entfallen kann. Somit können für Eingangsstromrichter ohne anschließenden Gleichspannungs-Zwischenkreis auch kleinere und kostengünstigere Eingangsinduktivitäten gewählt werden.The power converter circuit for a multi-phase AC network can preferably be connected to a symmetrical AC network, since the input power converter can then also be constructed symmetrically and the circuit design is simplified. The input power converter can have n input phases, with each input phase having its own connection terminal. In particular, the number of input phases of the input power converter and the number of phases of the AC network can be identical. However, the number n of input phases of the input converter can also be larger or smaller than the number of phases of the power grid, in which case not all phases of the power grid can be connected with a smaller number of input phases or not all input phases with one phase with a larger number of input phases of the power grid can be connected. In such a configuration, only the phases of the input converter that are actually connected are processed further. The flexibility in the design of the power converter circuit allows it to be used in a wide variety of applications that are not limited to a specific type of power grid. When connecting the power converter circuit to the power grid, it should be noted that an input inductance can be or is connected between each phase of the power grid and each input, ie on each input phase of the input power converter. The size of the input inductances depends on an input converter switching frequency f 0 of the switching devices used in the input converter. In this case, the input converter switching frequencies for an input converter without a subsequent DC link can be configured higher than for an input converter with a subsequent DC link, since charging and discharging a large capacitance in the DC link can be omitted. This means that smaller and less expensive input inductances can also be selected for input converters without a subsequent DC voltage intermediate circuit.

Im Betrieb schaltet der Eingangsstromrichter seine Schalteinrichtungen hart bei einer Eingangsstromrichter-Schaltfrequenz f0 und erzeugt pro Eingangsphase n jeweils einen Eingangsstrom, wobei die Eingangsströme am Ausgang des Eingangsstromrichters zu einem pulsförmigen Ausgangsstrom zusammengeführt und/oder addiert werden. Beim Anschluss an ein n-phasiges Wechselstromnetz mit n sinus-förmigen Netzströmen werden entsprechend pro Eingangsphase jeweils ein sinus-förmiger Eingangsstrom erzeugt. Der pulsförmige Ausgangsstrom des Eingangsstromrichters wird dabei nicht wie bei den gängigen Stromrichtern in einen Gleichspannungs-Zwischenkreis gespeist, sondern wird durch den m-phasigen Schwingkreisstromrichter in seinen m Phasen in m Schwingkreisströme umgewandelt. Dabei sind die Phasenwinkel der m Schwingkreisströme in den m Phasen des Schwingkreisstromrichters zueinander verschoben. Hierzu werden alle Schalteinrichtungen des Schwingkreisstromrichters mit einer Schwingkreisstromrichter-Schaltfrequenz f0/m geschalten, wobei alle Schalteinrichtungen einer m-ten Phase zum selben Zeitpunkt geschalten werden. Die Schaltzeitpunkte der m Phasen unterscheiden sich aber und sind um einen Phasenwinkel verschoben. Dabei ist die Anzahl der Phasen m des Schwingkreisstromrichters mindestens zwei und vorzugsweise eine ungerade Anzahl an Phasen.During operation, the input converter switches its switching devices hard at an input converter switching frequency f 0 and generates an input current for each input phase n, with the input currents at the output of the input converter are combined and/or added to form a pulsed output current. When connecting to an n-phase AC network with n sinusoidal network currents, a sinusoidal input current is generated for each input phase. The pulse-shaped output current of the input converter is not fed into a DC voltage intermediate circuit as in conventional converters, but is converted by the m-phase oscillating circuit converter in its m phases into m oscillating circuit currents. The phase angles of the m resonant circuit currents in the m phases of the resonant circuit converter are shifted relative to one another. For this purpose, all switching devices of the resonant circuit converter are switched with a resonant circuit converter switching frequency f 0 /m, with all switching devices of an m-th phase being switched at the same time. However, the switching times of the m phases differ and are shifted by a phase angle. In this case, the number of phases m of the resonant circuit converter is at least two and preferably an odd number of phases.

In dem Schwingkreisstromrichter ist pro Phase ein Schwingkreis aus jeweils einem Schwingkreiskondensator und einer Hauptinduktivität des Transformators konfiguriert, wobei die Hauptinduktivität zumindest ein Teil einer primärseitigen Wicklung in einer Phase des m-phasigen Transformators ist. Dabei werden die parallelen Schwingkreise vorzugsweise bei einer Resonanzfrequenz oder nahe der Resonanzfrequenz betrieben. Die Schwingkreiskondensatoren als auch die Hauptinduktivitäten können zudem je nach Anforderungen an die Stromrichterschaltung unterschiedlich zueinander konfiguriert sein. Generell können Schwingkreiskondensatoren primärseitig und auch sekundärseitig konfiguriert werden. Dabei können die Schwingkreiskondensatoren zentral an der Primärseite oder verteilt auf der Primärseite und der Sekundärseite verteilt sein. Die Gesamtkapazität der Schwingkreise ergibt sich dabei aus der Gesamtheit der Schwingkreiskondensatoren. Für die Übertragung von der Primärseite des Transformators auf seine Sekundärseite wird pro Phase ein Magnetisierungsstrom von dem jeweiligen Schwingkreiskondensator in die primärseitig übertragende Wicklung geliefert. Die auf die Sekundärseite des Transformators potentialgetrennt übertragenen Ausgangsspannungen des m-phasigen Transformators werden dann durch die Gleichrichterbrücke gleichgerichtet und zu einer gemeinsamen potentialgetrennten Gleichspannung zusammengeführt. An diese Gleichspannung ist dann ein zu ladender Akkumulator anschließbar und/oder verbindbar, um aufgeladen zu werden.In the oscillating circuit converter, an oscillating circuit consisting of an oscillating circuit capacitor and a main inductance of the transformer is configured per phase, the main inductance being at least part of a primary-side winding in one phase of the m-phase transformer. In this case, the parallel resonant circuits are preferably operated at a resonant frequency or close to the resonant frequency. The oscillating circuit capacitors and also the main inductances can also be configured differently from one another, depending on the requirements placed on the power converter circuit. In general, resonant circuit capacitors can be configured on the primary and secondary side. In this case, the resonant circuit capacitors can be distributed centrally on the primary side or distributed on the primary side and the secondary side. The total capacitance of the oscillating circuits results from the entirety of the oscillating circuit capacitors. For the transmission from the primary side of the transformer to its secondary side, a magnetizing current is supplied per phase from the respective oscillating circuit capacitor into the winding transmitting on the primary side. The output voltages of the m-phase transformer, which are transmitted in isolated form to the secondary side of the transformer, are then rectified by the rectifier bridge and combined to form a common, isolated direct voltage. An accumulator to be charged can then be and/or connected to this DC voltage in order to be charged.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Stromrichterschaltung ist die Stromrichterschaltung mit einem 3-phasigen Wechselstromnetz verbindbar und/oder weisen der Schwingkreisstromrichter und der Transformator drei Phasen auf. Optional sind die Hauptinduktivitäten des Transformators sternförmig oder in einer Dreiecks-Anordnung konfiguriert.In a preferred embodiment of the converter circuit, the converter circuit can be connected to a 3-phase AC network and/or the resonant circuit converter and the transformer have three phases. Optionally, the main inductances of the transformer are configured in a star or delta arrangement.

Hierbei kann das 3-phasige Wechselstromnetz, an welches die Stromrichterschaltung anschließbar ist, vorzugsweise ein symmetrisches Drehstromnetz mit einer Netzfrequenz von 50Hz oder 60Hz sein, welches sowohl im gewerblichen als auch im privaten Umfeld nahezu flächendeckend verfügbar ist. Dabei unterscheiden sich die Phasenwinkel der drei alternierenden Spannungen und Ströme des Drehstromnetzes jeweils um 120°. Eine Konfiguration des Schwingkreisstromrichters und des Transformators mit drei Phasen vereinfacht zudem das Schaltungsdesign der Stromrichterschaltung. Hierbei können die primärseitigen Wicklungen der 3-phasige Transformator in einer Dreiecks- oder Delta Anordnung, in einer Sternanordnung oder in einer Zickzack-Anordnung konfiguriert sein. Zudem können die sekundärseitigen Wicklungen des 3-phasigen Transformators in einer Dreiecks- oder Delta Anordnung oder in einer Sternanordnung konfiguriert sein. Vorzugsweise sind sowohl die primärseitigen als auch die sekundärseitigen Wicklungen des 3-phasige Transformators gleich konfiguriert und beide Seiten des Transformators weisen die Dreiecks- oder Delta Anordnung auf oder beide Seiten des Transformators weisen die Sternanordnung auf. Gemischte Anordnungen auf der Primärseite und der Sekundärseite des 3-phasigen Transformators sind aber auch möglich. Hierbei können die Hauptinduktivitäten der drei Phasen jeweils die gesamte Wicklung oder nur einen Teil davon ausmachen.The 3-phase alternating current network to which the converter circuit can be connected can preferably be a symmetrical three-phase network with a network frequency of 50Hz or 60Hz, which is available almost everywhere in both commercial and private environments. The phase angles of the three alternating voltages and currents of the three-phase system each differ by 120°. A three-phase configuration of the tank circuit converter and the transformer also simplifies the circuit design of the converter circuit. Here, the primary-side windings of the 3-phase transformer can be configured in a delta or delta arrangement, in a star arrangement or in a zigzag arrangement. In addition, the secondary side windings of the 3-phase transformer can be configured in a delta or delta arrangement or in a star arrangement. Preferably, both the primary and secondary windings of the 3-phase transformer are configured the same and both sides of the transformer have the delta or delta configuration, or both sides of the transformer have the star configuration. However, mixed arrangements on the primary side and the secondary side of the 3-phase transformer are also possible. The main inductances of the three phases can each make up the entire winding or just part of it.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Stromrichterschaltung weist die Stromrichterschaltung zwischen dem Eingangsstromrichter und den m Phasen des Schwingkreisstromrichters jeweils eine Schutzdiode auf und/oder ist der pulsförmige Ausgangsstrom des Eingangsstromrichters konfiguriert, eine Stromstärke von 0 A aufzuweisen, wenn die m Phasen des Schwingkreisstromrichters jeweils geschaltet werden. Für Konfigurationen, bei der beim Schalten der m Phasen des Schwingkreisstromrichters die Stromstärke von 0A abweichen kann, ist zum Schutz der Stromrichterschaltung vorzugsweise eine Konfiguration mit Schutzdioden zu verwenden.In a further preferred embodiment of the converter circuit, the converter circuit has a protective diode between the input converter and the m phases of the oscillating circuit converter and/or the pulsed output current of the input converter is configured to have a current intensity of 0 A when the m phases of the oscillating circuit converter are respectively switched . For configurations in which the current intensity can deviate from 0A when switching the m phases of the oscillating circuit converter, a configuration with protective diodes should preferably be used to protect the converter circuit.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Stromrichterschaltung sind die m Hauptinduktivitäten des m phasigen Transformators jeweils über einen Luftspalt einstellbar. Auf diese Weise lassen sich die sekundärseitigen Ausgangsspannungen des m-phasigen Transformators und die potentialgetrennte Gleichspannung am Ausgang der Stromrichterschaltung einfach steuern.In a further preferred embodiment of the converter circuit, the m main inductances of the m-phase transformer can each be adjusted via an air gap. In this way, the secondary-side output voltages of the m-phase transformer and the potentialge easily control isolated DC voltage at the output of the power converter circuit.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Stromrichterschaltung ist die Gleichrichterbrücke als Mittelpunkt-Schaltung oder als B6-Gleichrichterbrücke konfiguriert. Hierbei kann am Ausgang der Gleichrichterbrücke die Welligkeit der Gleichspannung noch durch einen Glättungskondensator verringert werden. Bei einer Konfiguration der Stromrichterschaltung als Mittelpunkt-Schaltung ergibt sich im Betrieb nur eine Diode im Strompfad, wodurch die Verluste an den Dioden verringert werden können. Daher wird die Mittelpunktschaltung für kleinere Ausgangsspannungen, wie beispielsweise 48V, bevorzugt. Die Dioden die Mittelpunkt-Schaltung weisen gegenüber den Dioden der B6-Gleichrichterbrücke eine doppelte Sperrspannung auf.In another preferred embodiment of the power converter circuit, the rectifier bridge is configured as a midpoint circuit or as a B6 rectifier bridge. In this case, the ripple of the DC voltage at the output of the rectifier bridge can be further reduced by a smoothing capacitor. When the power converter circuit is configured as a midpoint circuit, there is only one diode in the current path during operation, as a result of which the losses at the diodes can be reduced. Therefore, the midpoint circuit is preferred for smaller output voltages, such as 48V. The diodes of the midpoint circuit have twice the blocking voltage of the diodes of the B6 rectifier bridge.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Stromrichterschaltung weist der Eingangsstromrichter eine Regelungsschaltung auf und die Regelungsschaltung ist konfiguriert, Pulsmuster zum Schalten des Eingangsstromrichters zu erzeugen, wobei die Pulsmuster den Eingangsstromrichter derart regeln, dass die Blindleistung des Eingangsstromrichters minimiert wird. Durch den Einsatz einer blindleistungsoptimierten Regelungsschaltung kann somit auch der Wirkungsgrad der Stromrichterschaltung erhöht werden.In a further preferred embodiment of the power converter circuit, the input power converter has a control circuit and the control circuit is configured to generate pulse patterns for switching the input power converter, the pulse patterns controlling the input power converter in such a way that the reactive power of the input power converter is minimized. The use of a reactive power-optimized control circuit can thus also increase the efficiency of the converter circuit.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Stromrichterschaltung kann die Eingangsstromrichter-Schaltfrequenz f0 der Stromrichterschaltung zur Optimierung von Überspannungen und Wirkungsgrad oder zum Ausgleich von Parameterabweichungen vor oder während des Betriebes angepasst werden. Hierbei kann die Eingangsstromrichter-Schaltfrequenz f0 vorzugsweise über die Regelungsschaltung angepasst werden.In a further preferred embodiment of the converter circuit, the input converter switching frequency f 0 of the converter circuit can be adjusted before or during operation to optimize overvoltages and efficiency or to compensate for parameter deviations. In this case, the input power converter switching frequency f 0 can preferably be adjusted via the control circuit.

Ein weiterer Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft ein Stromrichterschaltungssystem zum Erzeugen einer potentialgetrennten Gleichspannung, aufweisend: eine Mehrzahl j von Stromrichterschaltungen wie zuvor beschrieben, wobei die Mehrzahl j von Stromrichterschaltungen parallel zueinander angeordnet sind, und wobei j eine positive ganze Zahl größer 1 ist.A further aspect of solving the problem relates to a converter circuit system for generating a potential-separated DC voltage, having: a plurality j of converter circuits as described above, the plurality j of converter circuits being arranged in parallel with one another, and j being a positive integer greater than 1.

Auf der Eingangsseite können die einzelnen Stromrichterschaltungen parallelgeschaltet werden. In einer netzseitig einphasigen Einspeisung können die Stromrichterschaltungen auch in einer Reihenschaltung zur Verringerung der Spannungsbeanspruchung der Halbleiter und/oder Reduktion der Verzerrungen angeordnet werden. Auf der Sekundärseite der Stromrichterschaltungen besteht immer die Möglichkeit der Parallelschaltung, einer Reihenschaltung oder eine Kombination beider Varianten, um die Verzerrungen des Ausgangsstrom zu minimieren. Bei einer Parallelschaltung der Stromrichterschaltungen erfolgt keine Leistungsübertragung über die Schwingkreiskondensatoren und die Leistungsübertragung erfolgt ebenfalls parallel, wobei die einzelnen Stromrichterschaltungen eine geringere Leistung als ohne die Parallelschaltung übertragen brauchen. Deshalb können wiederum die Bauteile der einzelnen Stromrichterschaltungen kleiner dimensioniert werden. Dadurch wird wiederum eine automatisierte Herstellung des gesamten Stromrichterschaltungssystems erleichtert. On the input side, the individual power converter circuits can be connected in parallel. In a single-phase supply on the mains side, the converter circuits can also be arranged in a series connection to reduce the voltage stress on the semiconductors and/or to reduce the distortions. On the secondary side of the converter circuits, there is always the possibility of parallel connection, series connection or a combination of both variants in order to minimize the distortion of the output current. When the converter circuits are connected in parallel, there is no power transmission via the resonant circuit capacitors and the power transmission also takes place in parallel, with the individual converter circuits needing to transmit less power than without the parallel connection. Therefore, in turn, the components of the individual power converter circuits can be made smaller. This in turn facilitates automated production of the entire power converter circuit system.

Bei einer seriellen Schaltung einer Mehrzahl von Stromrichterschaltungen ist die Leistungsübertragung über jede der Stromrichterschaltungen viel höher als bei einer Parallelschaltung der Stromrichterschaltungen.When a plurality of converter circuits are connected in series, the power transfer across each of the converter circuits is much higher than when the converter circuits are connected in parallel.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Stromrichterschaltungssystems sind die Mehrzahl j von Stromrichterschaltungen derart konfiguriert, dass die Pulsmuster der Eingangsstromrichter der parallelgeschalteten Stromrichterschaltungen bei gleicher Eingangsstromrichter-Schaltfrequenz f0 jeweils bezüglich ihrer Periodendauer T0 um einen Phasenwinkel 2π/j zueinander verschoben sind. Dabei ist eine Verschiebung des Phasenwinkels nicht auf 2π/j beschränkt, sondern kann auch einen anderen Phasenwinkel aufweisen, der vorzugsweise das Übersetzungsverhältnis an den Transformatoren verbessert und/oder optimiert. Mit dieser Konfiguration wird die Welligkeit des Eingangsstroms und des Ausgangsstroms des Stromrichterschaltungssystems reduziert. Die zulässige Welligkeit oder auch der Strom-Rippel des Ausgangsstroms ist hierbei genormt. Dabei kann durch eine genügend hohe Anzahl an parallel angeordneten, phasenverschobenen Stromrichterschaltungen die Welligkeit unterhalb des genormten Wertes gehalten werden. Durch eine genügend hohe Anzahl an parallel angeordneten, phasenverschobenen Stromrichterschaltungen können auch die Eingangsinduktivitäten weiter verkleinert und die Herstellung des Stromrichterschaltungssystems wiederum leichter automatisiert werden. Eine derartige Parallelschaltung ist dabei nur durch die Potentialtrennung in der Ausgangsstufe möglich.In a preferred embodiment of the converter circuit system, the plurality j of converter circuits are configured in such a way that the pulse patterns of the input converters of the parallel-connected converter circuits are shifted by a phase angle 2π/j to one another with the same input converter switching frequency f 0 in relation to their period duration T 0 . In this case, a phase angle shift is not limited to 2π/j, but can also have a different phase angle, which preferably improves and/or optimizes the transformation ratio at the transformers. With this configuration, the ripple of the input current and the output current of the converter circuit system is reduced. The permissible ripple or current ripple of the output current is standardized here. The ripple can be kept below the standardized value by a sufficiently high number of phase-shifted power converter circuits arranged in parallel. With a sufficiently high number of phase-shifted converter circuits arranged in parallel, the input inductances can also be further reduced and the production of the converter circuit system can in turn be automated more easily. Such a parallel connection is only possible due to the electrical isolation in the output stage.

Ein weiterer Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft eine Verwendung einer Stromrichterschaltung oder eines Stromrichterschaltungssystems wie zuvor beschrieben zum Erzeugen einer potentialgetrennten Gleichspannung.A further aspect of solving the problem relates to the use of a converter circuit or a converter circuit system as described above for generating a potential-separated DC voltage.

Ein weiterer Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer potentialgetrennten Gleichspannung durch eine Stromrichterschaltung, wobei die Stromrichterschaltung einen m-phasigen Schwingkreisstromrichter mit einem Schwingkreiskondensator pro Phase und einen m-phasigen Transformator aufweist, wobei der Schwingkreiskondensator der m-ten Phase des Schwingkreisstromrichters mit einer Hauptinduktivität der m-ten Phase des Transformators jeweils einem Parallelschwingkreis bildet, und wobei das Verfahren aufweist: Empfangen von n Eingangsströmen; Erzeugen eines pulsförmigen Stroms bei einer Schaltfrequenz f0 aus den n Eingangsströmen; Umwandeln des pulsförmigen Stroms in m Schwingkreisströme bei jeweils einer Schaltfrequenz f0/m, wobei die Schwingkreisströme in ihrem Phasenwinkel zueinander verschoben sind; Bereitstellen jeweils eines Magnetisierungsstroms für die m-te Phase des Transformators durch den Schwingkreiskondensator der m-ten Phase des Schwingkreisstromrichters; Erzeugen von m sekundärseitigen Ausgangsspannungen, welche potentialgetrennt zur Primärseite des Transformators sind; Gleichrichten der m sekundärseitigen Ausgangsspannungen des Transformators und Erzeugen der potentialgetrennte Gleichspannung; und wobei n eine positive ganze Zahl ist und wobei m eine positive ganze Zahl größer gleich 2 ist.A further aspect of solving the problem relates to a method for generating a potential-separated DC voltage using a converter circuit, the converter circuit having an m-phase oscillating circuit converter with an oscillating circuit capacitor per phase and an m- phase transformer, wherein the tank circuit capacitor of the m th phase of the tank circuit converter forms a parallel tank circuit with a magnet inductance of the m th phase of the transformer, respectively, and the method comprises: receiving n input currents; generating a pulsed current at a switching frequency f 0 from the n input currents; Converting the pulsed current into m resonant circuit currents, each with a switching frequency f 0 /m, the phase angle of the resonant circuit currents being shifted relative to one another; providing a respective magnetizing current for the mth phase of the transformer through the resonant circuit capacitor of the mth phase of the resonant circuit converter; generating m secondary-side output voltages which are electrically isolated from the primary side of the transformer; rectifying the m secondary output voltages of the transformer and generating the isolated DC voltage; and wherein n is a positive integer and m is a positive integer greater than or equal to 2.

Für die oben genannten Aspekte und insbesondere für diesbezüglich bevorzugte Ausführungsformen gelten auch die vor- oder nachstehend gemachten Ausführungen zu den Ausführungsformen der jeweils anderen Aspekte.The statements made above or below regarding the embodiments of the respective other aspects also apply to the above-mentioned aspects and in particular to embodiments that are preferred in this regard.

Im Folgenden werden einzelne Ausführungsformen zur Lösung der Aufgabe anhand der Figuren beispielhaft beschrieben. Dabei weisen die einzelnen beschriebenen Ausführungsformen zum Teil Merkmale auf, die nicht zwingend erforderlich sind, um den beanspruchten Gegenstand auszuführen, die aber in bestimmten Anwendungsfällen gewünschte Eigenschaften bereitstellen. So sollen auch Ausführungsformen als unter die beschriebene technische Lehre fallend offenbart angesehen werden, die nicht alle Merkmale der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen aufweisen. Ferner werden, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, bestimmte Merkmale nur in Bezug auf einzelne der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Es wird darauf hingewiesen, dass die einzelnen Ausführungsformen daher nicht nur für sich genommen, sondern auch in einer Zusammenschau betrachtet werden sollen. Anhand dieser Zusammenschau wird der Fachmann erkennen, dass einzelne Ausführungsformen auch durch Einbeziehung von einzelnen oder mehreren Merkmalen anderer Ausführungsformen modifiziert werden können. Es wird darauf hingewiesen, dass eine systematische Kombination der einzelnen Ausführungsformen mit einzelnen oder mehreren Merkmalen, die in Bezug auf andere Ausführungsformen beschrieben werden, wünschenswert und sinnvoll sein kann und daher in Erwägung gezogen und auch als von der Beschreibung umfasst angesehen werden soll.In the following, individual embodiments for solving the problem are described by way of example with reference to the figures. Some of the individual embodiments described have features that are not absolutely necessary to implement the claimed subject matter, but which provide desired properties in certain applications. Thus, embodiments that do not have all the features of the embodiments described below are also to be regarded as being disclosed as falling under the technical teaching described. Furthermore, in order to avoid unnecessary repetition, certain features are only mentioned in relation to individual embodiments described below. It is pointed out that the individual embodiments should therefore not only be considered individually, but should also be viewed as a whole. Based on this synopsis, the person skilled in the art will recognize that individual embodiments can also be modified by incorporating individual or multiple features of other embodiments. It is pointed out that a systematic combination of the individual embodiments with individual or multiple features that are described in relation to other embodiments can be desirable and useful and should therefore be considered and should also be regarded as covered by the description.

Figurenlistecharacter list

  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Stromrichterschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 FIG. 12 shows a schematic representation of a power converter circuit according to a preferred embodiment of the present invention.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Stromrichterschaltung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ohne Schutzdioden. 2 shows a schematic representation of a power converter circuit according to a further preferred embodiment of the present invention without protective diodes.
  • 3 zeigt einen Zeitverlauf von Eingangsströmen, einem Ausgangsstrom sowie einer Ausgangsspannung in einem Eingangsstromrichter gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 shows a time course of input currents, an output current and an output voltage in an input power converter according to a preferred embodiment of the present invention.
  • 4 zeigt einen detaillierten Zeitverlauf eines Ausgangsstroms in einem Eingangsstromrichter sowie von Schwingkreisströmen in einem Schwingkreisstromrichter gemäß der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aus den 1 und 2. 4 shows a detailed time profile of an output current in an input converter and of oscillating circuit currents in an oscillating circuit converter according to the preferred embodiments of the present invention from FIGS 1 and 2 .
  • 5 zeigt einen detaillierten Zeitverlauf eines Schwingkreisstroms und dazugehörige Spannungen eines Schwingkreisstromrichters gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus 1, 5 FIG. 12 shows a detailed time course of a tank circuit current and associated voltages of a tank circuit converter according to the preferred embodiment of the present invention 1 ,
  • 6 zeigt einen detaillierten Zeitverlauf eines Schwingkreisstroms und dazugehörige Spannungen eines Schwingkreisstromrichters gemäß der weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ohne Schutzdioden aus 2. 6 FIG. 12 shows a detailed time course of a resonant circuit current and associated voltages of a resonant circuit converter according to the further preferred embodiment of the present invention without protective diodes 2 .
  • 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Stromrichterschaltung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ohne Schutzdioden und einer alternativen primärseitiger Transformatorschaltung. 7 shows a schematic representation of a power converter circuit according to a further preferred embodiment of the present invention without protective diodes and an alternative primary-side transformer circuit.
  • 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Stromrichterschaltung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ohne Schutzdioden und einer alternativen Transformatorschaltung in Dreiecks-Anordnung. 8th shows a schematic representation of a power converter circuit according to a further preferred embodiment of the present invention without protective diodes and an alternative transformer circuit in a delta arrangement.
  • 9 zeigt eine schematische Darstellung einer Stromrichterschaltung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ohne Schutzdioden und einer alternativen Gleichrichterbrückenschaltung. 9 shows a schematic representation of a power converter circuit according to a further preferred embodiment of the present invention without protective diodes and an alternative rectifier bridge circuit.
  • 10 zeigt eine schematische Darstellung einer Stromrichterschaltung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ohne Schutzdioden und einer alternativen Gleichrichterbrücke mit Mittelpunktschaltung. 10 shows a schematic representation of a power converter circuit according to a further preferred embodiment of the present invention without protective diodes and an alternative rectifier bridge with center point circuit.
  • 11 zeigt eine schematische Darstellung einer Stromrichterschaltung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer alternativen Transformator- und Gleichrichterbrückenschaltung. 11 12 shows a schematic representation of a power converter circuit according to a further preferred embodiment of the present invention with an alternative transformer and rectifier bridge circuit.
  • 12 zeigt ein Blockschaltbild einer Regelungsschaltung eines Eingangsstromrichters gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 12 FIG. 12 shows a block diagram of a control circuit of an input converter according to a preferred embodiment of the present invention.
  • 13 zeigt einen Zeitverlauf der Eingangsspannungen und der Eingangsströme, sowie der aufgenommenen Wirk- und Blindleistung bei einem Sollwertsprung des Netzstromes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 13 shows a time course of the input voltages and the input currents, as well as the active and reactive power consumed in the event of a setpoint jump in the mains current, according to a preferred embodiment of the present invention.
  • 14 zeigt eine schematische Darstellung eines Stromrichterschaltungssystems mit einer Mehrzahl von parallelgeschalteten Stromrichterschaltungen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 14 shows a schematic representation of a power converter circuit system with a plurality of parallel-connected power converter circuits according to a preferred embodiment of the present invention.
  • 15 zeigt einen Zeitverlauf von Eingangsströmen in einem Stromrichterschaltungssystem mit unterschiedlicher Anzahl parallelgeschalteter Stromrichterschaltungen mit jeweils einem zeitlichen Phasenversatz gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 15 FIG. 1 shows a time profile of input currents in a converter circuit system with a different number of parallel-connected converter circuits, each with a temporal phase offset, according to a preferred embodiment of the present invention.
  • 16 zeigt einen Zeitverlauf von Ausgangsströmen in einem Stromrichterschaltungssystem mit unterschiedlicher Anzahl parallelgeschalteter Stromrichterschaltungen mit jeweils einem zeitlichen Phasenversatz gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 16 shows a time course of output currents in a converter circuit system with a different number of parallel-connected converter circuits, each with a temporal phase offset, according to a preferred embodiment of the present invention.

Detaillierte Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Stromrichterschaltung 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Stromrichterschaltung weist hierbei, von der Eingangsseite in Richtung zum Ausgang betrachtet, einen Eingangsstromrichter 30, einen Schwingkreisstromrichter 40, einen Transformator 50 und eine Gleichrichterbrücke 60 auf. Die Stromrichterschaltung 10 ist eingangsseitig an ein Wechselstromnetz 20 und ausgangsseitig an einen aufzuladenden Akkumulator 70 anschließbar und/oder damit verbindbar. Hierbei ist anzumerken, dass der Transformator 50 in den 1, 2, 7 bis 10 und 14 jeweils idealisiert dargestellt wird, das heißt ohne Spulenwiderstände, Hysterese-Verluste im Kern und Streuinduktivitäten.The 1 FIG. 1 shows a schematic representation of a power converter circuit 10 according to a preferred embodiment of the present invention. The converter circuit has an input converter 30, a resonant circuit converter 40, a transformer 50 and a rectifier bridge 60, viewed from the input side in the direction of the output. The power converter circuit 10 can be connected and/or connected to an AC network 20 on the input side and to a rechargeable battery 70 to be charged on the output side. It should be noted here that the transformer 50 in FIGS 1 , 2 , 7 until 10 and 14 is represented in an idealized manner, i.e. without coil resistances, hysteresis losses in the core and leakage inductances.

Das Wechselstromnetz 20 in 1 ist als ein 3-phasiges, symmetrisches Drehstromnetz dargestellt, kann aber auch ein 1-phasiges Wechselstromnetz oder ein mehrphasiges Wechselstromnetz mit beliebiger Anzahl an Phasen sein. Um das Wechselstromnetz 20 eingangsseitig an den Eingangsstromrichter 30 anschließen zu können, ist vorzugsweise zwischen jeder Phase des Wechselstromnetzes 20 und jedem Eingang des Eingangsstromrichters 30 eine Eingangsinduktivität LE zwischengeschaltet. In anderen Worten kann an jedem Eingang, d.h. an jeder Eingangsphase des Eingangsstromrichters 30 eine Eingangsinduktivität LE angeschlossen sein, über die der Eingangsstromrichter mit dem Wechselstromnetz verbunden werden kann. Die Größe der Eingangsinduktivitäten LE richtet sich dabei nach einer Schaltfrequenz f0 der in dem Eingangsstromrichter 30 genutzten Schalteinrichtungen aus und kann bei einer höherer Eingangsstromrichter-Schaltfrequenz f0 entsprechend kleiner ausgelegt werden. Der Eingangsstromrichter 30 selbst weist im Anschluss an seine Eingänge pro Phase jeweils zwei symmetrisch angeordnete Schalteinrichtungen auf, deren Eingangsstromrichter-Schaltfrequenz f0 jeweils über einen Steuereingang durch eine Regelungsschaltung 80 (in 1 nicht gezeigt) geregelt werden kann. Die Schalteinrichtungen sind hier als MOSFETs dargestellt, können aber auch durch andere übliche Feldeffekttransistoren oder Bipolartransistoren ersetzt werden. Dabei bilden die symmetrisch angeordneten Schalteinrichtungen pro Phase jeweils einen positiven und einen negativen Ast und die Ausgänge des positiven Astes aller Phasen werden in einem gemeinsamen positiven Ausgang zusammengeführt und/oder addiert. Die Ausgänge des negativen Astes aller Phasen werden ebenfalls in einem gemeinsamen negativen Ausgang zusammengeführt und/oder addiert. Im Betrieb schaltet der Eingangsstromrichter 30 die Schalteinrichtungen hart, beziehungsweise mit sehr steiler Flanke, bei einer Eingangsstromrichter-Schaltfrequenz f0 und erzeugt pro Phase jeweils einen sinusförmigen Eingangsstrom i1, i2 und i3 bei einer Eingangsspannung u1, u2 und u3. Zwischen den gemeinsamen positiven und negativen Ausgängen des Eingangsstromrichters 30 liegt in Betrieb eine pulsförmige Ausgangsspannung UDC an, die annähernd eine Gleichspannung darstellt. Der zusammengeführte und/oder addierte Ausgangsstrom IDC weist ebenfalls einen pulsförmigen Verlauf auf.The AC mains 20 in 1 is shown as a 3-phase, symmetrical three-phase network, but can also be a 1-phase AC network or a multi-phase AC network with any number of phases. In order to be able to connect the AC network 20 to the input converter 30 on the input side, an input inductance L E is preferably interposed between each phase of the AC network 20 and each input of the input converter 30 . In other words, an input inductance L E can be connected to each input, ie to each input phase of the input converter 30, via which the input converter can be connected to the AC network. The size of the input inductances L E depends on a switching frequency f 0 of the switching devices used in the input converter 30 and can be designed to be correspondingly smaller for a higher input converter switching frequency f 0 . The input converter 30 itself has, following its inputs, two symmetrically arranged switching devices for each phase, whose input converter switching frequency f 0 is controlled via a control input by a control circuit 80 (in 1 not shown) can be controlled. The switching devices are shown here as MOSFETs, but they can also be replaced by other conventional field effect transistors or bipolar transistors. The symmetrically arranged switching devices form a positive and a negative branch for each phase, and the outputs of the positive branch of all phases are combined and/or added in a common positive output. The outputs of the negative branch of all phases are also combined and/or added in a common negative output. During operation, the input converter 30 switches the switching devices hard, or with a very steep edge, at an input converter switching frequency f 0 and generates a sinusoidal input current i 1 , i 2 and i 3 for each phase at an input voltage u 1 , u 2 and u 3 . During operation, a pulsed output voltage U DC , which is approximately a DC voltage, is present between the common positive and negative outputs of the input converter 30 . The combined and/or added output current I DC also has a pulsed profile.

Der pulsförmige Ausgangsstrom IDC wird dabei nicht wie bei den gängigen Stromrichtern in einen Gleichspannungs-Zwischenkreis gespeist, sondern dient als Eingangsstrom für den Schwingkreisstromrichter 40. Der Schwingkreisstromrichter 40 in 1 weist hierbei drei Phasen auf, kann aber auch in zwei oder mehr Phasen aufgeteilt werden. Pro Phase weist der Schwingkreisstromrichter 40 jeweils zwei symmetrisch angeordnete Schalteinrichtungen mit jeweils einer vorgeschalteten Schutzdiode 42 auf, bei denen eine Schalteinrichtung mit dem positiven Ast des Ausgangs des Eingangsstromrichters 30 verbunden ist und die andere Schalteinrichtung mit dem negativen Ast des Ausgangs des Eingangsstromrichters 30. Die Schalteinrichtungen werden dabei mit einer Schwingkreisstromrichter-Schaltfrequenz f0/3 geschalten und erzeugen dabei pro Phase einen Schwingkreisstrom ia, ib und ic bei jeweils einer Spannung von ua, ub und uc zwischen den drei Phasen und dem negativen Ast des Eingangsstromrichters 30. Hierbei treten beim Schalten der Schalteinrichtungen des Schwingkreisstromrichters 40 keine Schaltverluste auf, da die Schalteinrichtungen jeweils in einem stromlosen Zustand des pulsförmigen Ausgangsstroms IDC des Eingangsstromrichters 30 geschalten werden. Deshalb sind bei einer stabilen Regelung des pulsförmigen Ausgangsstroms IDC die Schutzdioden 42 nicht zwingend nötig. In dem Schwingkreisstromrichter 40 ist pro Phase ein Schwingkreis aus jeweils einem Schwingkreiskondensator CP und einer Hauptinduktivität LH konfiguriert, wobei die Hauptinduktivität LH ein Teil einer primärseitigen Wicklung in einer Phase eines 3-phasigen Transformators ist. Hierbei ist in 1 die Hauptinduktivität LH pro Phase jeweils parallel zu einer zweiten primärseitigen Induktivität angeordnet und der 3-phasige Transformator ist primär- und sekundärseitig sternförmig aufgebaut. Mit der Spannung u0- wird die Spannung zwischen dem Sternpunkt des Transformators und dem negativen Ast des Eingangsstromrichters 30 bezeichnet. In 1 überträgt nur die zweite primärseitige Induktivität auf die Sekundärseite des Transformators 50. Für die Übertragung von der Primärseite des Transformators 50 auf seine Sekundärseite wird hierbei pro Phase ein Magnetisierungsstrom von dem jeweiligen Schwingkreiskondensator CP geliefert. Dieser ergibt sich pro Phase jeweils aus der Differenz zwischen den Schwingkreisströmen ia, ib und ic und Strömen iha, ihb und ihc durch die Hauptinduktivitäten LH. Dabei können zum Festlegen der Schwingkreise in den jeweiligen Phasen die Hauptinduktivitäten LH über einen Luftspalt einstellbar konfiguriert sein.The pulse-shaped output current I DC is not fed into a DC voltage intermediate circuit, as is the case with conventional converters, but serves as an input current for the oscillating circuit converter 40. The oscillating circuit converter 40 in 1 has three phases, but can also be divided into two or more phases. The oscillating circuit converter 40 has two symmetrically arranged switches for each phase directions, each with an upstream protective diode 42, in which one switching device is connected to the positive branch of the output of the input converter 30 and the other switching device is connected to the negative branch of the output of the input converter 30. The switching devices are in this case with a resonant circuit converter switching frequency f 0 / 3 and thereby generate a resonant circuit current i a , i b and i c per phase at a respective voltage of u a , u b and u c between the three phases and the negative branch of the input converter 30. This occurs when the switching devices of the resonant circuit converter are switched 40 no switching losses, since the switching devices are each switched in a currentless state of the pulsed output current I DC of the input converter 30. For this reason, the protective diodes 42 are not absolutely necessary if the pulsed output current I DC is regulated in a stable manner. In the oscillating circuit converter 40, an oscillating circuit consisting of an oscillating circuit capacitor C P and a main inductance L H is configured per phase, the main inductance L H being part of a primary-side winding in one phase of a 3-phase transformer. Here is in 1 the main inductance L H per phase is arranged in parallel with a second primary-side inductance and the 3-phase transformer is constructed in a star shape on the primary and secondary sides. The voltage between the star point of the transformer and the negative branch of the input converter 30 is designated by the voltage u 0 - . In 1 only transfers the second primary-side inductance to the secondary side of the transformer 50. For the transfer from the primary side of the transformer 50 to its secondary side, a magnetizing current is supplied by the respective resonant circuit capacitor C P per phase. For each phase, this results from the difference between the resonant circuit currents i a , ib and ic and currents i ha , i hb and i hc through the main inductances L H . In order to fix the resonant circuits in the respective phases, the main inductances L H can be configured to be adjustable via an air gap.

Die auf die Sekundärseite des Transformators potentialgetrennt übertragenen Ausgangsspannungen uab, ubc und uca des 3-phasigen Transformators werden durch die Gleichrichterbrücke 60 gleichgerichtet und ein Ausgangsstrom iout bei einer Ausgangspannung uout am Ausgang der Stromrichterschaltung 10 bereitgestellt. Hierbei ist in 1 die Gleichrichterbrücke 60 in einer B6-Konfiguration konfiguriert und die Ausgangsspannung wird am Ausgang noch durch einen Glättungskondensator CG geglättet.The output voltages u ab , u bc and u ca of the 3-phase transformer, which are transmitted to the secondary side of the transformer with potential isolation, are rectified by the rectifier bridge 60 and an output current i out is provided at an output voltage u out at the output of the converter circuit 10 . Here is in 1 the rectifier bridge 60 is configured in a B6 configuration and the output voltage is further smoothed at the output by a smoothing capacitor C G .

Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Stromrichterschaltung 10 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ohne Schutzdioden 42.Dabei ist die Konfiguration der Stromrichterschaltung 10 bis auf das Weglassen der optionalen Schutzdioden 42 identisch zur Konfiguration in 1.The 2 shows a schematic representation of a converter circuit 10 according to a further preferred embodiment of the present invention without protective diodes 42. The configuration of the converter circuit 10 is identical to the configuration in FIG 1 .

Die 3 zeigt einen Zeitverlauf von Eingangsströmen i1, i2 und i3, einem Ausgangsstrom IDC sowie einer Ausgangsspannung UDC in einem Eingangsstromrichter 30 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei wird das Verhalten der Stromrichterschaltungen 10 aus den 1 und 2 in der weiteren Beschreibung der Figuren stets mit einer Netzfrequenz von 500Hz, mit einer Eingangsinduktivität LE von 200µH, mit einer Eingangsstromrichter-Schaltfrequenz f0 des Eingangsstromrichters 30 von 83kHz, mit einer Kapazität des Schwingkreiskondensators CP von 188nF, jeweils einer Hauptinduktivität LH von 169µH und einer Spannung am Akkumulator 70 von 800V simuliert. Hierbei weisen für die 1 und 2 die phasenversetzten, sinus-förmigen Eingangsströmen i1, i2 und i3, durch das harte Schalten der Schalteinrichtungen des Eingangsstromrichters 30 einen gezackten Verlauf mit der Schaltfrequenz von 83kHz des Eingangsstromrichters 30 auf. Die pulsförmige Ausgangsspannung UDC weist einen annähernd gleichspannungsförmigen Verlauf auf und der pulsförmige Ausgangsstrom IDC setzt sich aus der Zusammenführung und/oder Addition der Eingangsströmen i1, i2 und i3 zusammen. Die Erfindung ist nicht auf die obigen Frequenzen, Spannung und Stromstärken begrenzt. Vielmehr dienen diese Beispiele lediglich der Veranschaulichung des erfinderischen Prinzips.The 3 shows a time profile of input currents i 1 , i 2 and i 3 , an output current I DC and an output voltage U DC in an input converter 30 according to a preferred embodiment of the present invention. The behavior of the converter circuits 10 from the 1 and 2 in the further description of the figures always with a mains frequency of 500 Hz, with an input inductance L E of 200 µH, with an input converter switching frequency f 0 of the input converter 30 of 83 kHz, with a capacitance of the resonant circuit capacitor C P of 188 nF, in each case a main inductance L H of 169uH and a voltage at the accumulator 70 of 800V simulated. Here point for the 1 and 2 the phase-shifted, sinusoidal input currents i 1 , i 2 and i 3 , due to the hard switching of the switching devices of the input converter 30, develop a jagged course with the switching frequency of 83 kHz of the input converter 30. The pulse-shaped output voltage U DC has an approximately DC-shaped profile and the pulse-shaped output current I DC is composed of the combination and/or addition of the input currents i 1 , i 2 and i 3 . The invention is not limited to the above frequencies, voltages and currents. Rather, these examples merely serve to illustrate the inventive principle.

Die 4 zeigt einen detaillierten Zeitverlauf eines Ausgangsstroms IDC in einem Eingangsstromrichter 30 sowie von Schwingkreisströmen ia, ib und ic in einem Schwingkreisstromrichter 40 gemäß der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aus den 1 und 2. Hierbei wird der Ausgangsstrom IDC des Eingangsstromrichters 30 im Vergleich zu 3 zeitlich mit einer höheren Auflösung dargestellt, um den pulsförmigen Verlauf zu verdeutlichen. Die Schwingkreisströme ia, ib und ic des Schwingkreisstromrichters 40 ergeben sind dabei aus dem Ausgangsstrom IDC des Eingangsstromrichters 30 durch phasenversetztes Schalten der Schalteinrichtungen des Schwingkreisstromrichters 40 bei einer Schaltfrequenz von f0/3. Die Schwingkreisströme ia, ib und ic weisen dabei einen symmetrischen, pulsförmigen Verlauf mit negativen und positiven Amplitudenwerten auf.The 4 shows a detailed time profile of an output current I DC in an input converter 30 and of resonant circuit currents i a , i b and i c in a resonant circuit converter 40 according to the preferred embodiments of the present invention from FIGS 1 and 2 . Here, the output current I DC of the input converter 30 compared to 3 shown with a higher resolution over time in order to clarify the pulse-shaped course. The resonant circuit currents i a , i b and i c of the resonant circuit converter 40 result from the output current I DC of the input converter 30 by phase-shifted switching of the switching devices of the resonant circuit converter 40 at a switching frequency of f 0 /3. The oscillating circuit currents i a , i b and i c have a symmetrical, pulsed profile with negative and positive amplitude values.

Die 5 zeigt einen detaillierten Zeitverlauf eines Schwingkreisstroms ia, und dazugehörige Spannungen eines Schwingkreisstromrichters 40 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus 1 mit Schutzdioden 42. Dabei wird der Schwingkreisstrom ia im Vergleich zu 4 nochmals zeitlich höher aufgelöst. Zudem sind die sich daraus ergebenden negativen Spannungen ua-, ub- und uc- des Schwingkreisstromrichters 40, die sekundärseitigen Ausgangsspannungen uab, ubc und uca am Transformator 50 sowie die Spannung u0-zwischen dem Sternpunkt des Transformators 50 und dem negativen Ast des Eingangsstromrichters 30 aufgezeigt.The 5 FIG. 12 shows a detailed time course of a resonant circuit current i a and associated voltages of a resonant circuit converter 40 according to the preferred embodiment of the present invention 1 with protective diodes 42. The resonant circuit current i a is compared to 4 again with a higher temporal resolution. In addition, the resulting negative voltages u a -, u b - and u c - of the resonant circuit converter 40, the secondary-side output voltages u ab , u bc and u ca at the transformer 50 and the voltage u 0 - between the star point of the transformer 50 and the negative branch of the input converter 30 is shown.

Die 6 zeigt einen detaillierten Zeitverlauf eines Schwingkreisstroms ia, und dazugehörige Spannungen eines Schwingkreisstromrichters 40 gemäß der weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ohne Schutzdioden aus 2. Hierbei bewirkt das Weglassen der Schutzdioden 42 in 2 eine Glättung der Spannungen, wie im Vergleich zu 5 sichtbar ist.The 6 shows a detailed time course of a resonant circuit current i a and associated voltages of a resonant circuit converter 40 according to the further preferred embodiment of the present invention without protective diodes 2 . In this case, the omission of the protective diodes 42 in 2 a smoothing of stresses, as compared to 5 is visible.

Die 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Stromrichterschaltung 10 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ohne Schutzdioden 42 und einer alternativen primärseitiger Transformatorschaltung 50. Hierbei basiert die Ausführungsform in 7 auf der Ausführungsform aus 2. Im Gegensatz zum Primärseite des Transformators 50 in 2 wird hier pro Phase keine zweite primärseitige Induktivität parallel zur Hauptinduktivität LH konfiguriert, sondern die Hauptinduktivität LH dient auch zur Übertragung im Transformator 50 auf die Sekundärseite.The 7 shows a schematic representation of a power converter circuit 10 according to a further preferred embodiment of the present invention without protective diodes 42 and an alternative primary-side transformer circuit 50. Here, the embodiment is based in 7 on the embodiment 2 . In contrast to the primary of the transformer 50 in 2 Here, no second primary-side inductance is configured parallel to the main inductance L H per phase, but rather the main inductance L H is also used for transmission in the transformer 50 to the secondary side.

Die 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Stromrichterschaltung 10 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ohne Schutzdioden 42 und einer alternativen Transformatorschaltung 50 in Dreiecks-Anordnung. Hierbei basiert die Ausführungsform in 8 auf der Ausführungsform aus 7. Im Gegensatz zum Transformator 50 in 7 mit einer sternförmigen Konfiguration der Hauptinduktivitäten LH werden in 8 die Hauptinduktivitäten LH in einer Dreiecks-Anordnung konfiguriert. Hierbei ist in der Dreieck-Anordnung die dem Eingangsstromrichter 30 zugewandte resultierende Kapazität der Schwingkreiskondensatoren CP größer als in der Sternschaltung. Dies führt unter anderem zu geringeren Überspannungen in der Stromrichterschaltung 10.The 8th shows a schematic representation of a power converter circuit 10 according to a further preferred embodiment of the present invention without protective diodes 42 and an alternative transformer circuit 50 in a delta arrangement. Here, the embodiment is based in 8th on the embodiment 7 . Unlike the transformer 50 in 7 with a star configuration the main inductances L H are in 8th the main inductances L H configured in a triangle arrangement. In this case, the resulting capacitance of the resonant circuit capacitors C P facing the input converter 30 is greater in the delta arrangement than in the star connection. Among other things, this leads to lower overvoltages in the converter circuit 10.

Die 9 zeigt eine schematische Darstellung einer Stromrichterschaltung 10 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ohne Schutzdioden 42 und einer alternativen Gleichrichterbrückenschaltung 60. Hierbei basiert die Ausführungsform in 9 auf der Ausführungsform aus 7. Im Gegensatz zur Gleichrichterbrücke 60 in 7 mit einer B6-Konfiguration wird in 9 eine Gleichrichterbrücke mit zusätzlichen sekundärseitigen Schwingkreiskondensatoren CP gezeigt. Diese Schwingkreiskondensatoren CP bilden mit der Hauptinduktivität des Transformators 50 einen sekundärseitigen Schwingkreis. Die Aufteilung der Schwingkreiskondensatoren CP dient dabei dem Schutz einzelner Bauteile in der Stromrichterschaltung 10. Die Gesamtkapazität der Schwingkreise in der Stromrichterschaltung 10 ergibt sich dabei aus der Gesamtheit der Schwingkreiskondensatoren CP.The 9 shows a schematic representation of a power converter circuit 10 according to a further preferred embodiment of the present invention without protective diodes 42 and an alternative rectifier bridge circuit 60. Here, the embodiment is based in 9 on the embodiment 7 . Unlike the rectifier bridge 60 in 7 with a B6 configuration, in 9 a rectifier bridge is shown with additional secondary-side resonant circuit capacitors C P . These oscillating circuit capacitors C P together with the main inductance of the transformer 50 form an oscillating circuit on the secondary side. The division of the oscillating circuit capacitors C P serves to protect individual components in the converter circuit 10. The total capacitance of the oscillating circuits in the converter circuit 10 results from the entirety of the oscillating circuit capacitors C P .

Die 10 zeigt eine schematische Darstellung einer Stromrichterschaltung 10 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ohne Schutzdioden 42 und einer alternativen Gleichrichterbrücke 60 mit Mittelpunktschaltung. Hierbei basiert die Ausführungsform in 10 auf der Ausführungsform aus 7. Im Gegensatz zur Gleichrichterbrücke 60 in 7 mit einer B6-Konfiguration wird in 10 eine Gleichrichterbrücke mit einer Mittelpunktschaltung gezeigt. Dabei wird die Ausgangsspannung uout von Mittelpunkten der sekundären Hauptinduktivitäten zu einer Seite der Hauptinduktivitäten abgegriffen und weist somit die Hälfte der Ausgangsspannung uout bei einer B6-Konfiguration der Gleichrichterbrücke 60 auf.The 10 FIG. 12 shows a schematic representation of a power converter circuit 10 according to a further preferred embodiment of the present invention without protective diodes 42 and an alternative rectifier bridge 60 with neutral point connection. Here, the embodiment is based in 10 on the embodiment 7 . Unlike the rectifier bridge 60 in 7 with a B6 configuration, in 10 a rectifier bridge with a midpoint circuit is shown. In this case, the output voltage u out is tapped off from midpoints of the secondary main inductances to one side of the main inductances and thus has half the output voltage u out in the case of a B6 configuration of the rectifier bridge 60 .

Die 11 zeigt eine schematische Darstellung einer Stromrichterschaltung 10 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer alternativen Transformatorschaltung 50 und Gleichrichterbrückenschaltung 60. Hierbei basiert die Ausführungsform in 11 auf der Ausführungsform aus 1, stellt aber die Transformatorschaltung 50 als Ersatzschaltbild eines realen Transformators 50 mit Streuinduktivitäten dar. Eine verteilte Anordnung der Schwingkreiskondensatoren CP kann dabei parasitäre Kapazitäten und/oder Induktivitäten je nach Konfiguration besser in das Schaltungskonzept mit einbinden. Hierbei hängt die konkrete Konfiguration von dem Aufbau der Gesamtanordnung ab.The 11 shows a schematic representation of a power converter circuit 10 according to a further preferred embodiment of the present invention with an alternative transformer circuit 50 and rectifier bridge circuit 60. Here, the embodiment is based in 11 on the embodiment 1 , but represents the transformer circuit 50 as an equivalent circuit diagram of a real transformer 50 with leakage inductances. A distributed arrangement of the oscillating circuit capacitors C P can better integrate parasitic capacitances and/or inductances into the circuit concept, depending on the configuration. In this case, the specific configuration depends on the structure of the overall arrangement.

Die 12 zeigt ein Blockschaltbild einer Regelungsschaltung 80 eines Eingangsstromrichters 30 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hierbei soll mit der Regelungsschaltung 80 die aufgenommene Blindleistung des Eingangsstromrichters 30 zu Null geregelt werden. The 12 FIG. 8 shows a block diagram of a control circuit 80 of an input power converter 30 according to a preferred embodiment of the present invention. In this case, the reactive power consumed by the input converter 30 is to be regulated to zero with the control circuit 80 .

Hierzu werden die Eingangsspannungen u1, u2 und u3 sowie die Eingangsströme i1, i2 und i3 in einem Raumzeiger-Wandler 82 in Netzspannungs- und Stromraumzeiger umgewandelt. Aus den αβ-Komponenten u und u des Netzspannungsraumzeigers wird der reziproke Betrag von ûN in einem Reziprog-Wandler 84 berechnet. Dieser reziproke Betragswert wird anschließend mit den ab-Komponenten der Netzspannung in zwei ersten Multiplikatoren 86 multipliziert, wodurch αβ-Komponenten mit der Amplitude 1 eins entstehen. Diese αβ-Komponenten der Spannung werden dann mit einem Stromsollwert îNsoll der überlagerten Regelung in zwei zweiten Multiplikatoren 88 multipliziert und dadurch die Sollwerte iNαsoll und iNβsoll der αβ-Netzströme gebildet. Diese Stromsollwerte iNαsoll und iNβsoll werden anschließend in einer Stromsollwert-Phasenverschiebeeinheit 90 in der Phase verschoben, worauf im Weiteren nochmals eingegangen wird. Diese phasenverschobenen Stromsollwerte werden mit den Stromistwerten i und i in einem Vergleichsglied 92 verglichen und αβ -Stromreglern 94 zugeführt. Zur Verbesserung der Dynamik wird am Ausgang der αβ-Stromregler 94 eine Störgrößenaufschaltung 96 mit den αβ-Komponenten der Netzspannung vorgenommen. Als Ausgangsignal werden Sollregelspannungen uSRαsoll und uSRβsoll erzeugt und zur Pulsmustererzeugung dem Eingangsstromrichter 30 bereitgestellt. Im Kernelement der Regelungsschaltung 80 erfolgt eine Blindleistungsregelung. Hierzu wird aus den αβ-Komponenten der Netzgrößen die aufgenommene Blindleistung in einer Blindleistungsberechnungseinheit 98 berechnet und mit dem Blindleistungswert Null verglichen. Hierbei entsteht eine Blindleistung dann, wenn eine Phasenverschiebung zwischen den Eingangsspannungen u1, u2 und u3 sowie den Eingangsströmen i1, i2 und i3 existiert. Durch die Regelung auf Wechselgrößen besteht zwischen Stromistwert und Stromsollwert grundsätzlich eine Phasenverschiebung. Ein Blindleistungsregler 100 erzeugt einen Phasenwinkel φ welcher den Sollwert der Netzströme so in der Phase verschiebt, dass keine Blindleistung aufgenommen wird. Dabei weist die Regelungsschaltung 80 durch die Möglichkeit der Verwendung von sehr hohen Schaltfrequenzen eine hohe Regelungsdynamik bei einem gleichzeitig sehr stabilen Regelungsverhalten auf. In den hier gezeigten Simulationsdaten wird beispielsweise eine Schaltfrequenz f0 des Eingangsstromrichters 30 von 83kHz verwendet, was eine Nutzung von SIC-Bauelementen bei einem vereinfachten Aufbau der Stromrichterschaltung 10 erlaubt.For this purpose, the input voltages u 1 , u 2 and u 3 and the input currents i 1 , i 2 and i 3 are converted in a space vector converter 82 into mains voltage and current space vectors. The reciprocal amount of û N is calculated in a reciprocal converter 84 from the αβ components u and u of the network voltage space vector. This reciprocal absolute value is then multiplied by the ab components of the mains voltage in two first multipliers 86, resulting in αβ components arise with the amplitude 1 one. These αβ components of the voltage are then multiplied by a current reference value î Nsetpoint of the superimposed control in two second multipliers 88, thereby forming the reference values i Nαsetpoint and i Nβsetpoint of the αβ mains currents. These current setpoints i Nαsoll and i Nβsoll are then phase-shifted in a current setpoint phase shifting unit 90, which will be discussed again below. These phase-shifted desired current values are compared with the actual current values i and i in a comparator 92 and supplied to αβ current controllers 94 . In order to improve the dynamics, at the output of the αβ current controller 94 a disturbance variable 96 is carried out with the αβ components of the mains voltage. Desired control voltages u SRαsoll and u SRβsoll are generated as an output signal and made available to the input converter 30 for pulse pattern generation. A reactive power control takes place in the core element of the control circuit 80 . For this purpose, the reactive power consumed is calculated from the αβ components of the network variables in a reactive power calculation unit 98 and compared with the reactive power value zero. In this case, a reactive power arises when there is a phase shift between the input voltages u 1 , u 2 and u 3 and the input currents i 1 , i 2 and i 3 . Due to the control of alternating variables, there is always a phase shift between the actual current value and the current setpoint. A reactive power controller 100 generates a phase angle φ which shifts the phase of the target value of the grid currents in such a way that no reactive power is consumed. Due to the possibility of using very high switching frequencies, the control circuit 80 has high control dynamics with a very stable control behavior at the same time. In the simulation data shown here, a switching frequency f 0 of the input converter 30 of 83 kHz is used, for example, which allows the use of SIC components with a simplified structure of the converter circuit 10 .

Die 13 zeigt einen Zeitverlauf der Eingangsspannungen u1, u2 und u3 und der Eingangsströme i1, i2 und i3, sowie der aufgenommenen Wirkleistung p(t) und Blindleistung q(t) bei einem Sollwertsprung des Netzstromes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei wird deutlich, dass die Regelungsschaltung 80 den Eingangsstromrichter 30 der Stromrichterschaltung derart regelt, dass schon kurz nach dem Sollwertsprung die aufgenommene Blindleistung q(t) wieder bei null ist. Zur besseren Darstellbarkeit wurde für die Simulation in 13 eine Netzfrequenz des einspeisenden Netzes von 500Hz gewählt.The 13 shows a time course of the input voltages u 1 , u 2 and u 3 and the input currents i 1 , i 2 and i 3 , as well as the consumed active power p(t) and reactive power q(t) in the event of a setpoint jump in the mains current according to a preferred embodiment of the present Invention. It is clear here that the control circuit 80 controls the input converter 30 of the converter circuit in such a way that the reactive power q(t) consumed is again at zero shortly after the setpoint jump. For better representation, for the simulation in 13 a mains frequency of the feeding mains of 500Hz is selected.

Die 14 zeigt eine schematische Darstellung eines Stromrichterschaltungssystems 1 mit einer Mehrzahl j von parallelgeschalteten Stromrichterschaltungen 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hierbei werden die oben beschriebenen Ausführungsformen der Stromrichterschaltung 10 parallel zwischen dem Wechselstromnetz 20 und dem Akkumulator 70 konfiguriert. Diese Parallelschaltung ist durch die Potentialtrennung in der Ausgangsstufe der einzelnen Stromrichterschaltungen 10 möglich. Dabei werden die Pulsmuster der Eingangsstromrichter 30 der parallelgeschalteten Stromrichterschaltungen 10 bei gleicher Eingangsstromrichter-Schaltfrequenz f0 jeweils bezüglich ihrer Periodendauer T0 um einen Phasenwinkel 2π/j zueinander verschoben. Bei der phasenverschobenen Schaltabfolge der parallelen Stromrichterschaltungen 10 kann zudem, bei gleicher Baugröße der Eingangsinduktivitäten LE, die Welligkeit der Eingangsströme i1, i2 und i3 reduziert werden. Bei einer Optimierung der Welligkeit ist es dabei möglich, die Baugröße der Eingangsinduktivitäten LE weiter zu verkleinern.The 14 1 shows a schematic representation of a power converter circuit system 1 with a plurality j of parallel-connected power converter circuits 10 according to a preferred embodiment of the present invention. Here, the embodiments of the power converter circuit 10 described above are configured in parallel between the AC grid 20 and the accumulator 70 . This parallel connection is possible due to the potential isolation in the output stage of the individual power converter circuits 10 . The pulse patterns of the input converters 30 of the parallel-connected converter circuits 10 are shifted with respect to their period T 0 by a phase angle 2π/j relative to one another with the same input converter switching frequency f 0 . With the phase-shifted switching sequence of the parallel power converter circuits 10, the ripple of the input currents i 1 , i 2 and i 3 can also be reduced with the same size of the input inductances L E . If the ripple is optimized, it is possible to further reduce the size of the input inductances L E .

Die 15 zeigt einen Zeitverlauf von Eingangsströmen i1 in einem Stromrichterschaltungssystem 1 mit unterschiedlicher Anzahl parallelgeschalteter Stromrichterschaltungen 10 mit jeweils einem zeitlichen Phasenversatz gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hierbei zeigt die 15a den parallelen zeitlichen Verlauf von drei einzelnen Eingangsströmen i1 von drei parallel geschalteten Stromrichterschaltungen 10 in einem Diagramm, wobei die Eingangsströme i1 der parallelen Stromrichterschaltungen 10 durch phasenverschobene Schaltung der Eingangsstromrichter 30 erzeugt werden. Die 15b zeigt nun den kombinierten Eingangsstrom i1 des Stromschaltungssystems 1 bestehend aus den drei addierten Eingangsströmen i1 der parallelen, phasenversetzt geschalteten Eingangsstromrichter 30, deren Amplitude noch durch die Anzahl drei der parallelen Stromrichterschaltungen 10 geteilt wurde. Der zeitliche Versatz der Phasen ergibt sich dabei zu T0/3. 15c zeigt den kombinierten Eingangsstrom i1 eines Stromschaltungssystems 1 bestehend aus sechs parallel geschalteten Stromrichterschaltungen 10. Der zeitliche Versatz der Phasen ergibt sich dabei zu T0/6. Hierbei wird im Vergleich zu 15b deutlich, dass durch eine höhere Anzahl parallel geschalteter Stromrichterschaltungen 10 die Welligkeit des kombinierten Eingangsstrom i1 reduziert werden kann.The 15 shows a time course of input currents i 1 in a converter circuit system 1 with a different number of parallel-connected converter circuits 10, each with a time phase offset according to a preferred embodiment of the present invention. Here shows the 15a the parallel time profile of three individual input currents i 1 from three parallel-connected converter circuits 10 in a diagram, the input currents i 1 of the parallel converter circuits 10 being generated by phase-shifted switching of the input converter 30. The 15b now shows the combined input current i 1 of the current circuit system 1 consisting of the three added input currents i 1 of the parallel, phase-shifted connected input converters 30, the amplitude of which was divided by the number three of the parallel converter circuits 10. The time offset of the phases results in T 0 /3. 15c shows the combined input current i 1 of a current circuit system 1 consisting of six parallel-connected power converter circuits 10. The time offset of the phases results in T 0 /6. In this case, compared to 15b It is clear that the ripple of the combined input current i 1 can be reduced by a higher number of converter circuits 10 connected in parallel.

Die 16 zeigt einen Zeitverlauf von Ausgangsströmen iout in einem Stromrichterschaltungssystem 1 mit unterschiedlicher Anzahl parallelgeschalteter Stromrichterschaltungen 10 mit jeweils einem zeitlichen Phasenversatz gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hierbei zeigt die 16a, vergleichbar zur 15a, den parallelen zeitlichen Verlauf von drei einzelnen Ausgangsströmen iout von drei parallel geschalteten Stromrichterschaltungen 10 in einem Diagramm. 16b zeigt dann die Addition der drei einzelnen Ausgangsströme iout aus 16a. In 16c ist wiederum, vergleichbar zu 15c, die Addition von sechs einzelnen Ausgangsströmen iout eines Stromschaltungssystems 1 bestehend aus sechs parallel geschalteten Stromrichterschaltungen 10 zu sehen. Auch hier wird durch eine höhere Anzahl parallel geschalteter Stromrichterschaltungen 10 die Welligkeit des kombinierten Ausgangsstroms iout reduziert.The 16 shows a time course of output currents i out in a converter circuit system 1 with a different number of parallel-connected converter circuits 10, each with a time phase offset according to a preferred embodiment of the present invention dung. Here shows the 16a , comparable to 15a , the parallel time course of three individual output currents i out of three parallel-connected power converter circuits 10 in a diagram. 16b then shows the addition of the three individual output currents i out 16a . In 16c is, in turn, comparable to 15c , the addition of six individual output currents i out of a current circuit system 1 consisting of six converter circuits 10 connected in parallel can be seen. Here, too, the ripple of the combined output current i out is reduced by a higher number of converter circuits 10 connected in parallel.

BezugszeichenlisteReference List

11
Stromrichterschaltungssystempower converter circuit system
1010
Stromrichterschaltungconverter circuit
2020
WechselstromnetzAC grid
3030
Eingangsstromrichterinput power converter
4040
Schwingkreisstromrichterresonant circuit converter
4242
Schutzdiodenprotection diodes
5050
Transformatortransformer
6060
Gleichrichterbrückerectifier bridge
7070
Akkumulatoraccumulator
8080
Regelungsschaltungcontrol circuit
8282
Raumzeiger-Wandlerspace vector converter
8484
Reziprog-Wandlerreciprocal converter
8686
erste Multiplikatorenfirst multipliers
8888
zweite Multiplikatorensecond multipliers
9090
Stromsollwert-PhasenverschiebeeinheitCurrent command phase shift unit
9292
Vergleichsgliedcomparator
9494
αβ-Stromreglerαβ current controller
9696
StörgrößenaufschaltungDisturbance control
9898
Blindleistungsberechnungseinheitreactive power calculation unit
100100
Blindleistungsreglerreactive power controller
LELE
Eingangsinduktivität des EingangsstromrichtersInput inductance of the input power converter
CpCP
Schwingkreiskondensatorresonant circuit capacitor
CGcg
Glättungskondensatorsmoothing capacitor
LhLh
Hauptinduktivität des Transformatorsmain inductance of the transformer
i1..ni1..n
Eingangsstrom der n-ten Phase eines WechselstromnetzesInput current of the nth phase of an AC network
u1..nu1..n
Eingangsspannung der n-ten Phase eines WechselstromnetzesInput voltage of the nth phase of an AC network
IDCI.D.C
pulsförmiger Ausgangsstrom des EingangsstromrichtersPulsed output current of the input converter
UDCU.D.C
pulsförmige Ausgangsspannung des Eingangsstromrichterspulsed output voltage of the input converter
ia,b,cia,b,c
Schwingkreisströme in den m-Phasen des SchwingkreisstromrichtersResonant circuit currents in the m-phases of the resonant circuit converter
iha,hb,hcyeah, hb, hc
Ströme durch die Hauptinduktivitäten in den m-PhasenCurrents through the main inductances in the m-phases
ua,b,cetc.,b,c
Spannungen zwischen der m-ten Phase des Schwingkreisstromrichters und dem negativen Ast des EingangsstromrichtersVoltages between the mth phase of the resonant circuit converter and the negative branch of the input converter
uab,bc,cauab,bc,approx
Sekundärseitige Ausgangsspannungen am TransformatorSecondary-side output voltages at the transformer
u0-u0-
Spannung zwischen Sternpunkt des Transformators und negativen Ast des EingangsstromrichtersVoltage between the neutral point of the transformer and the negative branch of the input converter
ioutiout
Ausgangsstrom der StromrichterschaltungOutput current of the power converter circuit
uoutout
Ausgangsspannung der StromrichterschaltungOutput voltage of the power converter circuit
uNα,βuNα,β
αβ-Komponenten der Eingangsspannungsraumzeigerαβ components of the input voltage space vectors
uNα,βsolluNα,βset
Sollwerte der αβ-Komponenten der EingangsspannungsraumzeigerTarget values of the αβ components of the input voltage space vector
iNα,βiNα,β
αβ-Komponenten der Eingangsstromraumzeigerαβ components of the input current space vectors
iNα,βsolliNα,βset
Sollwerte der αβ-Komponenten der EingangsstromraumzeigerTarget values of the αβ components of the input current space vector
ûNU.N
reziproker Betrag der αβ-Komponenten des Eingangsspannungsraumzeigersreciprocal of the αβ components of the input voltage space vector
îNsollîNset
Stromsollwertcurrent setpoint
uSRα,βsolluSRα,βset
Sollregelspannung zur Pulsmustererzeugung im EingangsstromrichterReference control voltage for pulse pattern generation in the input converter
φφ
Phasenwinkelphase angle
QQ
Blindleistungreactive power
p(t)p(t)
aufgenommene Wirkleistungactive power consumed
q(t)q(t)
aufgenommene Blindleistungabsorbed reactive power
nn
Anzahl der Eingangsphasen des EingangsstromrichtersNumber of input phases of the input converter
mm
Anzahl der Phasen des Schwingkreisstromrichters und des TransformatorsNumber of phases of the resonant circuit converter and the transformer
jj
Anzahl der parallel geschalteten StromrichterschaltungenNumber of converter circuits connected in parallel
f0f0
Eingangsstromrichter-SchaltfrequenzInput converter switching frequency
T0T0
Periodendauer bei einer Eingangsstromrichter-Schaltfrequenz f0 Period duration at an input converter switching frequency f 0
f0/mf0/m
Schwingkreisstromrichter-SchaltfrequenzOscillating circuit converter switching frequency

Claims (10)

Stromrichterschaltung (10) zum Erzeugen einer potentialgetrennten Gleichspannung (uout), aufweisend: einen schaltbaren Eingangsstromrichter (30); einen schaltbaren Schwingkreisstromrichter (40); einen m-phasigen Transformator (50); und eine Gleichrichterbrücke (60); wobei der Eingangsstromrichter (30) konfiguriert ist mit einem n-phasigen Stromnetz (20) verbunden zu werden und bei einer Eingangsstromrichter-Schaltfrequenz f0 aus n Eingangsströmen (i1; i2; i3) einen pulsförmigen Ausgangsstrom (IDC) zu erzeugen; wobei der Schwingkreisstromrichter (40) m Phasen aufweist und konfiguriert ist, den pulsförmigen Ausgangsstrom (IDC) des Eingangsstromrichters (30) in jeder der m Phasen bei einer Schwingkreisstromrichter-Schaltfrequenz f0/m in einen Schwingkreisstrom (ia; ib; ic) umzuwandeln; wobei die m Schwingkreisströme (ia; ib; ic) in den m Phasen jeweils im Phasenwinkel zueinander verschoben sind; wobei jede der m Phasen des Schwingkreisstromrichters (40) einen Schwingkreiskondensator (Cp) aufweist und mit einer Hauptinduktivität (Lh) der m-ten Phase des Transformators (50) jeweils einen Parallelschwingkreis bildet; wobei jeweils der Schwingkreiskondensator (Cp) der m-ten Phase des Schwingkreisstromrichters (40) konfiguriert ist, einen Magnetisierungsstrom für die m-te Phase des Transformators (50) bereitzustellen und der Transformator (50) konfiguriert ist m sekundärseitige Ausgangsspannungen (uab; ubc; uca) potentialgetrennt von der Primärseite des Transformators (50) zu erzeugen; wobei die m Phasen des Transformators (50) sekundärseitig mit der Gleichrichterbrücke (60) verbunden sind und die Gleichrichterbrücke (60) konfiguriert ist, die m sekundärseitige Ausgangsspannungen (uab; ubc; uca)des Transformators (50) gleichzurichten und an einem Ausgang die potentialgetrennte Gleichspannung (uout) zu erzeugen; und wobei n eine positive ganze Zahl ist und wobei m eine positive ganze Zahl größer gleich 2 ist.Converter circuit (10) for generating a potential-separated DC voltage (u out ), having: a switchable input converter (30); a switchable resonant circuit converter (40); an m-phase transformer (50); and a rectifier bridge (60); wherein the input converter (30) is configured to be connected to an n-phase power grid (20) and to generate a pulsed output current (I DC ) from n input currents (i 1 ; i 2 ; i 3 ) at an input converter switching frequency f 0 ; wherein the tank circuit converter (40) has m phases and is configured to convert the pulsed output current (I DC ) of the input converter (30) in each of the m phases at a tank circuit converter switching frequency f 0 /m into a tank circuit current (i a ; i b ; i c ) to convert; wherein the m resonant circuit currents (i a ; i b ; i c ) in the m phases are each shifted in phase angle to one another; each of the m phases of the oscillating circuit converter (40) having an oscillating circuit capacitor (C p ) and forming a respective parallel oscillating circuit with a main inductance (L h ) of the m-th phase of the transformer (50); wherein in each case the resonant circuit capacitor (C p ) of the mth phase of the resonant circuit power converter (40) is configured to provide a magnetizing current for the mth phase of the transformer (50) and the transformer (50) is configured to output m secondary-side output voltages (u ab ; to generate u bc ; u ca ) isolated from the primary side of the transformer (50); wherein the m phases of the transformer (50) are connected to the rectifier bridge (60) on the secondary side and the rectifier bridge (60) is configured to rectify the m secondary-side output voltages (u ab ; u bc ; u ca ) of the transformer (50) and at one output to generate the isolated DC voltage (u out ); and wherein n is a positive integer and m is a positive integer greater than or equal to 2. Stromrichterschaltung (10) nach Anspruch 1, wobei die Stromrichterschaltung (10) mit einem 3-phasigen Wechselstromnetz (20) verbindbar ist; und/oder wobei der Schwingkreisstromrichter (40) und der Transformator (50) drei Phasen aufweisen und optional die Hauptinduktivitäten (Lh) des Transformators (50) sternförmig oder in einer Dreiecks-Anordnung konfiguriert sind.Converter circuit (10) after claim 1 , wherein the converter circuit (10) can be connected to a 3-phase AC network (20); and/or wherein the tank circuit converter (40) and the transformer (50) have three phases and optionally the magnetizing inductances (L h ) of the transformer (50) are configured in a star or delta arrangement. Stromrichterschaltung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stromrichterschaltung (10) zwischen dem Eingangsstromrichter (30) und den m Phasen des Schwingkreisstromrichters (40) jeweils eine Schutzdiode (42) aufweist; und/oder wobei der pulsförmige Ausgangsstrom (IDC) des Eingangsstromrichters (30) konfiguriert ist eine Stromstärke von 0 A aufzuweisen, wenn die m Phasen des Schwingkreisstromrichters (40) jeweils geschaltet werden.Converter circuit (10) after claim 1 or 2 , wherein the converter circuit (10) between the input converter (30) and the m phases of the resonant circuit converter (40) each having a protective diode (42); and/or wherein the pulsed output current (I DC ) of the input converter (30) is configured to have a current intensity of 0 A when the m phases of the oscillating circuit converter (40) are each switched. Stromrichterschaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die m Hauptinduktivitäten (Lh) des m phasigen Transformators (50) jeweils über einen Luftspalt einstellbar sind; und/oder wobei die Gleichrichterbrücke (60) als Mittelpunkt-Schaltung oder als B6-Gleichrichterbrücke konfiguriert ist.Converter circuit (10) according to one of Claims 1 until 3 , wherein the m main inductances (L h ) of the m-phase transformer (50) can each be adjusted via an air gap; and/or wherein the rectifier bridge (60) is configured as a midpoint circuit or as a B6 rectifier bridge. Stromrichterschaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Eingangsstromrichter (30) eine Regelungsschaltung (80) aufweist, und die Regelungsschaltung (80) konfiguriert ist Pulsmuster zum Schalten des Eingangsstromrichters (30) zu erzeugen; und wobei die Pulsmuster den Eingangsstromrichter (30) derart regeln, dass die Blindleistung (Q) des Eingangsstromrichters (30) minimiert wird.Converter circuit (10) according to one of Claims 1 until 4 , wherein the input power converter (30) has a control circuit (80), and the control circuit (80) is configured to generate pulse patterns for switching the input power converter (30); and wherein the pulse patterns regulate the input converter (30) in such a way that the reactive power (Q) of the input converter (30) is minimized. Stromrichterschaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Eingangsstromrichter-Schaltfrequenz f0 der Stromrichterschaltung (10) zur Optimierung von Überspannungen und Wirkungsgrad oder zum Ausgleich von Parameterabweichungen vor oder während des Betriebes angepasst werden kann.Converter circuit (10) according to one of Claims 1 until 5 , wherein the input power converter switching frequency f 0 of the power converter circuit (10) can be adjusted before or during operation to optimize overvoltages and efficiency or to compensate for parameter deviations. Stromrichterschaltungssystem (1) zum Erzeugen einer potentialgetrennten Gleichspannung (uout), aufweisend: eine Mehrzahl j von Stromrichterschaltungen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6; wobei die Mehrzahl j von Stromrichterschaltungen (10) parallel zueinander angeordnet sind, und wobei j eine positive ganze Zahl größer 1 ist.Converter circuit system (1) for generating a potential-separated DC voltage (u out ), comprising: a plurality j of converter circuits (10) according to one of Claims 1 until 6 ; wherein the j plurality of power converter circuits (10) are arranged in parallel with one another, and wherein j is a positive integer greater than 1. Stromrichterschaltungssystem (1) nach Anspruch 7, wobei die Mehrzahl j von Stromrichterschaltungen (10) derart konfiguriert sind, dass die Pulsmuster der Eingangsstromrichter (30) der parallelgeschalteten Stromrichterschaltungen (10) bei gleicher Eingangsstromrichter-Schaltfrequenz f0 jeweils bezüglich ihrer Periodendauer T0 um einen Phasenwinkel 2π/j zueinander verschoben sind.Converter circuit system (1) according to claim 7 , wherein the plurality j of converter circuits (10) are configured in such a way that the pulse patterns of the input converters (30) of the parallel-connected converter circuits (10) are shifted by a phase angle 2π/j to one another with the same input converter switching frequency f 0 in relation to their period T 0 . Verwendung einer Stromrichterschaltung (10) oder eines Stromrichterschaltungssystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Erzeugen einer potentialgetrennten Gleichspannung (uout).Use of a converter circuit (10) or a converter circuit system (1) according to one of Claims 1 until 8th for generating a potential-separated DC voltage (u out ). Verfahren zum Erzeugen einer potentialgetrennten Gleichspannung (uout) durch eine Stromrichterschaltung (10), wobei die Stromrichterschaltung (10) einen m-phasigen Schwingkreisstromrichter (40) mit einem Schwingkreiskondensator (Cp) pro Phase und einen m-phasigen Transformator (50) aufweist, wobei der Schwingkreiskondensator (Cp) der m-ten Phase des Schwingkreisstromrichters (40) mit einer Hauptinduktivität (Lh) der m-ten Phase des Transformators (50) jeweils einem Parallelschwingkreis bildet, und wobei das Verfahren aufweist: Empfangen von n Eingangsströmen (i1; i2; i3); Erzeugen eines pulsförmigen Stroms (IDC) bei einer Schaltfrequenz f0 aus den n Eingangsströmen (i1; i2; i3); Umwandeln des pulsförmigen Stroms (IDC) in m Schwingkreisströme (ia; ib; ic) bei jeweils einer Schaltfrequenz f0/m, wobei die Schwingkreisströme (ia; ib; ic) in ihrem Phasenwinkel zueinander verschoben sind; Bereitstellen jeweils eines Magnetisierungsstroms für die m-te Phase des Transformators (50) durch den Schwingkreiskondensator (Cp) der m-ten Phase des Schwingkreisstromrichters (40); Erzeugen von m sekundärseitigen Ausgangsspannungen (uab; ubc; uca), welche potentialgetrennt zur Primärseite des Transformators (50) sind; Gleichrichten der m sekundärseitigen Ausgangsspannungen (uab; ubc; uca) des Transformators (50); und Erzeugen der potentialgetrennte Gleichspannung (uout); und wobei n eine positive ganze Zahl ist und wobei m eine positive ganze Zahl größer gleich 2 ist.Method for generating a potential-separated DC voltage (u out ) by a converter circuit (10), the converter circuit (10) having an m-phase oscillating circuit converter (40) with an oscillating circuit capacitor (C p ) per phase and an m-phase transformer (50). , wherein the tank circuit capacitor (C p ) of the mth phase of the tank circuit converter (40) forms a respective parallel tank circuit with a magnetizing inductance (L h ) of the mth phase of the transformer (50), and the method comprises: receiving n input currents (i 1 ; i 2 ; i 3 ); generating a pulsed current (I DC ) at a switching frequency f 0 from the n input currents (i 1 ; i 2 ; i 3 ); Converting the pulsed current (I DC ) into m resonant circuit currents (i a ; i b ; i c ) each at a switching frequency f 0 /m, the resonant circuit currents (i a ; i b ; i c ) being shifted in their phase angle with respect to one another; Providing in each case a magnetizing current for the mth phase of the transformer (50) through the resonant circuit capacitor (C p ) of the mth phase of the resonant circuit converter (40); generating m secondary-side output voltages (u ab ; u bc ; u ca ), which are electrically isolated from the primary side of the transformer (50); rectifying the m secondary-side output voltages (u ab ; u bc ; u ca ) of the transformer (50); and generating the isolated DC voltage (u out ); and wherein n is a positive integer and m is a positive integer greater than or equal to 2.
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