DE102021210752A1 - Verfahren zum Bestimmen eines sekundärseitigen Laststroms - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (7) zum Bestimmen eines sekundärseitigen Ausgangsstroms (i_AUS) und daraus eines Laststroms (i_LAST) in einem Schaltkreis (1). Der Schaltkreis (1) umfasst eine primärseitige phasenverschobene Vollbrücke (4) und einen sekundärseitigen Gleichrichter (5). Der Schaltkreis (1) umfasst einen Transformator (3) mit einer primärseitigen Streuinduktivität (L_EIN), einer sekundärseitigen Streuinduktivität (L_AUS) und einer Magnetisierungsinduktivität (L_M). Durch die primärseitige Streuinduktivität (L_EIN) strömt ein Eingangsstrom (i_EIN), durch die sekundärseitige Streuinduktivität (L_AUS) strömt der Ausgangstrom (i_AUS) und durch die Magnetisierungsinduktivität (L_M) strömt ein Magnetisierungsstrom (i_M). Der Eingangsstrom (i_EIN) steigt dabei in einer Ladephase (LADE-P) und fällt in einer Freilaufphase (FREILAUF-P) ab.Erfindungsgemäß werden in dem Verfahren im Schritt A die Parameter des Eingangsstroms (i_EIN) gemessen; im Schritt B ein Verlauf des Eingangsstroms (i_EIN) in der Ladephase (LADE-P) berechnet; im Schritt C der Magnetisierungsstrom (i_M) in der Ladephase (LADE-P) berechnet; und im Schritt D der Ausgangsstrom (i_AUS) in der Lastladephase (LAST-LADE-P) berechnet.Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung mit dem Schaltkreis (1) und mit einer Steuervorrichtung zum Ausführen des Verfahrens.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines sekundärseitigen Ausgangsstroms und daraus eines sekundärseitigen Laststroms in einem Schaltkreis. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung mit dem Schaltkreis und einer Steuervorrichtung zum Ausführen des Verfahrens.
• Bei einer phasenverschobenen Vollbrücke - und auch bei jeder isolierten Topologie - können Größen auf der Sekundärseite - wie beispielweise der sekundärseitige Strom - nur aufwendig bestimmt werden. Ist ein Steuerungs-Controller beispielweise auf der Primärseite platziert, so kann der sekundärseitige Strom nur mit einer Zeitverzögerung erfasst werden. Ist der Steuerungs-Controller auf der Sekundärseite platziert, so können die primärseitigen Größen nur mit einer Zeitverzögerung gemessen werden und die Steuersignale der Elektronik müssen aufwendig isoliert werden. Für Systeme mit einer induktiven Übertragung, bei denen eine leitungsgebundene isolierte Verbindung von Primärseite und Sekundärseite nicht möglich ist, ist aus dem Stand der Technik auch ein Verfahren bekannt, bei dem die erfassten Werte des sekundärseitigen Stroms drahtlos - per Bluetooth oder per Infrarot-Strahlung - an den primärseitigen Steuerungs-Controller übertragen werden. Dieses Verfahren ist nachteiligerweise komplex und verhältnismäßig teuer.
• Eine mögliche Anwendung ist beispielweise das Bestimmen des sekundärseitig in einem rotierenden Rotor fließenden Stroms bei einer induktiv extern erregten Synchronmaschine. Hier ist insbesondere die Übertragung von Informationen aus dem rotierenden Rotor nach außen oder von außen in den rotierenden Rotor problematisch. Wird hier beispielweise das herkömmliche drahtlose Verfahren angewendet, so muss Messelektronik, ein Controller und ein Kommunikationssystem im Rotor platziert werden, wo sie hohen Temperaturen und, aufgrund der Rotation, starken Kräften ausgesetzt sind.
• Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Bestimmen eines sekundärseitigen Ausgangsstroms in einem Schaltkreis und eine Vorrichtung mit dem Schaltkreis bereitzustellen, bei denen die beschriebenen Nachteile überwunden werden. Insbesondere soll der sekundärseitige Strom vereinfacht erfassbar sein.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, aus primärseitigen Größen einen sekundärseitigen Ausgangsstrom und daraus einen sekundärseitigen Laststrom zu bestimmen.
• Verfahren ist zum Bestimmen eines sekundärseitigen Ausgangsstroms und daraus eines Laststroms in einem Schaltkreis vorgesehen. Der Schaltkreis weist dabei eine Primärseite mit einer phasenverschobenen Vollbrücke und eine Sekundärseite mit einem Gleichrichter auf. Der Gleichrichter kann beispielsweise ein Strom-Doppel-Gleichrichter oder ein Vollbrücken-Gleichrichter sein. Der Schaltkreis weist zudem einen Transformator, der die Primärseite und die Sekundärseite miteinander verschaltet, auf. Der Transformator weist dabei eine primärseitige Streuinduktivität, eine sekundärseitige Streuinduktivität und eine Magnetisierungsinduktivität auf. Zum Bestimmen der primärseitigen Streuinduktivität, der sekundärseitigen Streuinduktivität und der Magnetisierungsinduktivität kann der physische Transformator des Schaltkreises auf eine dem Fachmann bekannte Weise in einen T-Transformator transformiert sein. Der T-Transformator ist dann durch die primärseitige Streuinduktivität, die sekundärseitige Streuinduktivität und die Magnetisierungsinduktivität charakterisiert.
• Im Schaltkreis strömen ein Eingangsstrom durch die primärseitige Streuinduktivität, der Ausgangstrom durch die sekundärseitige Streuinduktivität und ein Magnetisierungsstrom durch die Magnetisierungsinduktivität. Der Eingangsstrom steigt dabei zwischen einem T0-Zeitpunkt und einem T2-Zeitpunkt in einer Ladephase an und bleibt nach dem T2-Zeitpunkt in einer Freilaufphase konstant oder fällt ab. Die Ladephase ist dabei in eine Streuladephase und eine Lastladephase aufgeteilt. In der Streuladephase werden dabei die primärseitige Streuinduktivität und die sekundärseitige Streuinduktivität geladen. Innerhalb der Lastladephase wird eine sekundärseitige Lastinduktivität geladen. In der Streuladephase zwischen dem T0-Zeitpunkt und einem T1-Zeitpunkt weist der Eingangsstrom eine Streuladephase-Steigung. In der Lastladephase zwischen dem T1-Zeitpunkt und dem T2-Zeitpunkt weist der Eingangsstrom eine Lastladephase-Steigung auf. Die Streuladephase-Steigung und die Lastladephase-Steigung sind dabei voneinander abweichend.
• Erfindungsgemäß werden im Verfahren die Schritte A, B, C und D nacheinander durchgeführt. Im Schritt A werden ein T0-Eingangsstrom im T0-Zeitpunkt und/oder ein T2-Eingangsstrom im T2-Zeitpunkt und/oder ein T3-Eingangsstrom in einem T3-Zeitpunkt und/oder eine primärseitige Spannung gemessen. Der T3-Zeitpunkt liegt dabei zwischen dem T0-Zeitpunkt und dem T2-Zeitpunkt in der Lastladephase und wird berechnet. Der T3-Zeitpunkt kann beispielweise um eine festdefinierte und anwendungsspezifische Zeit vor dem T2-Zeitpunkt liegen. Die primärseitige Spannung ist vorzugsweise eine Transformatorspannung an dem Transformator des Schaltkreises oder eine Quellenspannung an einer Spannungsquelle des Schaltkreises. Der T0-Zeitpunkt kann sich dabei aus dem Schaltverhalten der phasenverschobenen Vollbrücke ergeben. Der T0-Zeitpunkt kann durch den Zeitpunkt bestimmt sein, zu dem der Transformator von Null auf einen positiven oder negativen Spannungswert wechselt. Durch die anliegende Spannung kann dann die Ladephase eingeleitet werden.
• Im Schritt B werden ein Verlauf des Eingangsstroms in der Ladephase, der T1-Zeitpunkt und ein T1-Eingangsstrom im T1-Zeitpunkt berechnet. Dazu werden im Schritt B die im Schritt A bestimmten Parameter verwendet. Im Schritt C wird der Magnetisierungsstrom berechnet. Dazu werden die primärseitige Streuinduktivität und/oder die sekundärseitige Streuinduktivität und/oder die Magnetisierungsinduktivität und/oder die im Schritt A und/oder im Schritt B bestimmten Parameter verwendet. Im Schritt D wird der Ausgangsstrom in der Lastladephase berechnet. Dazu werden die im Schritt A und/oder im Schritt B und/oder im Schritt C bestimmten Parameter verwendet.
• Im erfindungsgemäßen Verfahren können der Schritt A und/oder der Schritt B und/oder der Schritt C und/oder der Schritt D auf abweichende Weise durchgeführt und kombiniert werden. Im Folgenden wird das Durchführen des Schritt A und des Schritts B und des Schritts C und des Schritts D näher erläutert.
• Im Folgenden wird das Verfahren anhand eines physikalischen bzw. mathematischen Zusammenhangs zwischen den physikalischen Größen von Komponenten des Schaltkreises näher erläutert. Im Verfahren wird dabei davon ausgegangen, dass die primärseitige Streuinduktivität, die sekundärseitige Streuinduktivität und die Magnetisierungsinduktivität bekannt sind. Zudem wird vorausgesetzt, dass die primärseitige Spannung über die Periodendauer konstant bleibt. Ferner wird vorausgesetzt, dass ein Mittelwert des Magnetisierungsstroms gleich Null ist.
• Zudem werden im Verfahren drei grundlegende Voraussetzungen genutzt. Die erste Voraussetzung ist, dass der Laststrom in einer sekundärseitigen Lastinduktivität - abgesehen von parasitären Effekten - gleich dem Ausgangsstrom in der Lastladephase ist.
• Die zweite Voraussetzung ist, dass der folgende Zusammenhang - wie oben bereits genannt - gilt: $$\begin{array}{c}{\text{i}}_{\text{EIN}}={\text{i}}_{\text{M}}+{\text{i}}_{\text{AUS}}\\ {\text{di}}_{\text{EIN}}={\text{di}}_{\text{M}}+{\text{di}}_{\text{AUS}}\end{array}$$

  
• Dabei sind i_EIN - der Eingangsstrom; i_AUS - der Ausgangsstrom; i_M - der Magnetisierungsstrom.
• Die dritte Voraussetzung ist, dass zwischen Strömen i, Spannungen u und Induktivitäten L folgende Differentialgleichung gilt: $$\frac{\text{di}}{\text{dt}}=\frac{\text{u}}{\text{L}}$$

  
• Die Differenzialgleichung (2) führt dabei in der Streuladephase und in der Lastladephase zu abweichenden Zusammenhängen für den Magnetisierungsstrom, die die abweichenden Vorgänge in der Streuladephase und in der Lastladephase entsprechend beschreiben.
• Unter der Annahme, dass die Magnetisierungsinduktivität viel größer als die sekundärseitige Streuinduktivität und die Summe der sekundärseitigen Streuinduktivität mit der Lastinduktivität viel größer als die Magnetisierungsinduktivität ist: $${\text{L}}_{\text{M}}{\text{>>L}}_{\text{AUS}}\text{ und }\left({\text{L}}_{\text{AUS}}+{\text{L}}_{\text{LAST}}\right){\text{>>L}}_{\text{M}}$$

  

  kann die Differenzialgleichung (2) vereinfacht werden. Dabei sind L_M - die Magnetisierungsinduktivität; L_AUS - die sekundärseitige Streuinduktivität; L_LAST - die sekundärseitige Lastinduktivität.
• In der Streuladephase gilt ausgehend aus der Differentialgleichung (2): $${\text{u}}_{\text{M}}={\text{u}}_{\text{T}}*\frac{{\left(\frac{1}{\text{j}\mathrm{\omega }{\text{L}}_{\text{M}}}+\frac{1}{\text{j}\mathrm{\omega }{\text{L}}_{\text{AUS}}}\right)}^{-1}}{\text{j}\mathrm{\omega }{\text{L}}_{\text{EIN}}+\left(\frac{1}{\text{j}\mathrm{\omega }{\text{L}}_{\text{M}}}+\frac{1}{\text{j}\mathrm{\omega }{L}_{AUS}}\right)-1}$$

  
• Dabei sind u_M - eine an der Magnetisierungsinduktivität anliegende Spannung; u_T - die primärseitige Spannung bzw. die Transformatorspannung; L_EIN - die Primärseitige Streuinduktivität.
• Die Gleichung (3) lässt sich mit der obigen Annahme wie folgt vereinfachen: $${\text{u}}_{\text{M}}={\text{u}}_{\text{T}}*\frac{{\text{L}}_{\text{AUS}}}{{\text{L}}_{\text{EIN}}+{\text{L}}_{\text{AUS}}}$$

  
• In der Lastladephase gilt ausgehend aus der Differentialgleichung (2): $${\text{u}}_{\text{M}}={\text{u}}_{\text{T}}*\frac{\left(\frac{1}{\text{j}\mathrm{\omega }{\text{L}}_{\text{M}}}+\frac{1}{\text{j}\mathrm{\omega }\left({\text{L}}_{\text{AUS}}+{\text{L}}_{\text{LAST}}\right)}\right)-1}{\text{j}\mathrm{\omega }{\text{L}}_{\text{EIN}}+{\left(\frac{1}{\text{j}\mathrm{\omega }{\text{L}}_{\text{M}}}+\frac{1}{\text{j}\mathrm{\omega }\left({\text{L}}_{\text{AUS}}+{\text{L}}_{\text{LAST}}\right)}\right)}^{-1}}$$

  
• Die Gleichung (5) lässt sich mit der obigen Annahme wie folgt vereinfachen: $${\text{u}}_{\text{M}}={\text{u}}_{\text{T}}*\frac{{\text{L}}_{\text{M}}}{{\text{L}}_{\text{EIN}}+{\text{L}}_{\text{M}}}$$

  
• Da der folgende Zusammenhang gilt: $${\text{u}}_{\text{EIN}}={\text{u}}_{\text{T}}-{\text{u}}_{\text{M}}$$

  
• Kann die Gleichung (6) weiter vereinfacht werden: $$\frac{{\text{di}}_{\text{M}}}{\text{dt}}=\frac{{\text{u}}_{\text{T}}}{{\text{L}}_{\text{M}}+{\text{L}}_{\text{EIN}}}$$

  
• Dabei ist u_EIN - eine an der primärseitigen Streuinduktivität anliegende Spannung.
• Die oben beschriebenen Zusammenhänge werden im Folgenden zum Konkretisieren der einzelnen Schritte in dem erfindungsgemäßen Verfahren genutzt.
• Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass im Schritt A die Schritte A1, A2, A3, A4 und A5 durchgeführt werden. Die Schritte A1 bis A5 können nacheinander oder, soweit sinnvoll, in einer abweichenden Reihenfolge durchgeführt werden.
• Im Schritt A1 wird dabei der T0-Eingangsstrom im T0-Zeitpunkt gemessen. Im Schritt A2 wird der T2-Eingangsstrom im T2-Zeitpunkt gemessen. Im Schritt A3 wird der T3-Zeitpunkt bestimmt, wobei T3-Zeitpunkt zwischen dem T0-Zeitpunkt und dem T2-Zeitpunkt in der Lastladephase liegt. Im Schritt A4 wird der T3-Eingangsstrom im T3-Zeitpunkt gemessen. Zudem wird im Schritt A5 die primärseitige Spannung gemessen. Da die primärseitige Spannung sich langsam verändert, ist kein bestimmter Zeitpunkt zum Bestimmen der primärseitigen Spannung notwendig. Wie oben bereits erörtert, kann die primärseitige Spannung die an dem Transformator anliegende Transformatorspannung oder die von der Spannungsquelle des Schaltkreises erzeugte Spannung sein.
• Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass im Schritt B die Schritte B1-1, B1-2 und B1-3 durchgeführt werden. Im Schritt B dieser Weiterbildung des Verfahrens wird die Streuladephase vernachlässigt und der Verlauf des Eingangsstroms vereinfacht berechnet. Diese Annahme ist insbesondere bei nahezu idealen Transformatoren zulässig.
• Dabei wird im Schritt B1-1 die Lastladephase-Steigung aus dem T2-Eingangsstrom im T2-Zeitpunkt, dem T3-Eingangsstrom im T3-Zeitpunkt und einem zeitlichen Abstand zwischen dem T3-Zeitpunkt und dem T2-Zeitpunkt berechnet. Dazu kann folgende Formel eingesetzt werden: $$\frac{{\text{di}}_{\text{LAST}-\text{LADE}}}{\text{dt}}=\frac{{\text{i}}_{\text{EIN}}\left(\text{T}2\right)-{\text{i}}_{\text{EIN}}\left(\text{T}3\right)}{\text{T}2-\text{T}3}$$

  
• Dabei ist di_LAST-LADE/dt - die Lastladephase-Steigung; T2 - der T2-Zeitpunkt; i_EIN(T2) - der T2-Eingangsstrom im T2-Zeitpunkt; T3 - der T3-Zeitpunkt; und i_EIN(T3) - der T3-Eingangsstrom im T3-Zeitpunkt.
• Im Schritt B1-2 wird angenommen, dass der T0-Zeitpunkt zu dem T1-Zeitpunkt identisch ist. Hier wird also die Streuladephase vernachlässigt, was insbesondere bei nahezu idealen Transformatoren zulässig ist.
• Im Schritt B1-3 wird der T1-Eingangsstrom im T1-Zeitpunkt durch Extrapolation berechnet. Dazu werden der T2-Eingangsstrom im T2-Zeitpunkt, die im Schritt B1-1 berechnete Lastladephase-Steigung und eine Ladephase-Dauer verwendet. Dazu kann folgende Formel eingesetzt werden: $${\text{i}}_{\text{EIN}}\left(\text{T}1\right)={\text{i}}_{\text{EIN}}\left(\text{T}2\right)-\left(\frac{{\text{di}}_{\text{LAST}-\text{LADE}}}{\text{dt}}*{\text{T}}_{\text{LADE}}\right)$$

  
• Dabei sind i_EIN(T1) - der T1-Eingangsstrom im T1-Zeitpunkt; und T_LADE - die Ladephase-Dauer.
• Bei einer alternativen Weiterbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass im Schritt B die Schritte B2-1, B2-2, B2-3, B2-4, B2-5 und B2-6 durchgeführt werden. Die Schritte B2-1 bis B2-6 können nacheinander oder, soweit sinnvoll, in einer abweichenden Reihenfolge durchgeführt werden. Im Schritt B dieser Weiterbildung des Verfahrens wird der T1-Eingangsstrom im T1-Zeitpunkt als ein Schnittpunkt zwischen einer Gerade des Stromanstiegs in der Streuladephase und einer Gerade des Stromanstiegs in der Lastladephase berechnet.
• Im Schritt B2-1 wird die Lastladephase-Steigung aus dem T2-Eingangsstrom im T2-Zeitpunkt, dem T3-Eingangsstrom im T3-Zeitpunkt und einem zeitlichen Abstand zwischen dem T3-Zeitpunkt und dem T2-Zeitpunkt berechnet. Dazu kann folgende Formel eingesetzt werden: $$\frac{{\text{di}}_{\text{LAST}-\text{LADE}}}{\text{dt}}=\frac{{\text{i}}_{\text{EIN}}\left(\text{T}2\right)-{\text{i}}_{\text{EIN}}\left(\text{T}3\right)}{\text{T}2-\text{T}3}$$

  
• Im Schritt B2-2 wird die Streuladephase-Steigung aus der primärseitigen Streuinduktivität und/oder der sekundärseitigen Streuinduktivität und/oder der Magnetisierungsinduktivität und/oder der primärseitigen Spannung berechnet.
• Unter der Annahme, dass der zusätzliche Strompfad durch die Magnetisierungsinduktivität für die Aufteilung der Ladespannungen an der primärseitigen Streuinduktivität und der sekundärseitigen Streuinduktivität vernachlässigbar ist, kann folgende mathematisch vereinfachte Formel eingesetzt werden: $$\frac{{\text{di}}_{\text{STREU}-\text{LADE}}}{\text{dt}}=\frac{{\text{u}}_{\text{T}}}{{\text{L}}_{\text{EIN}}+{\text{L}}_{\text{AUS}}}$$

  
• Dabei ist di_STREU-LADE/dt - die Streuladephase-Steigung.
• Im Schritt B2-3 wird ein Koordinatensystem mit einem Nullpunkt bei dem T0-Eingangsstrom und dem T0-Zeitpunkt erzeugt.
• Im Schritt B2-4 wird eine Geradengleichung für einen Anstieg des Eingangsstroms in der Streuladephase aus der Streuladephase-Steigung und dem Nullpunkt des im Schritt B2-3 erzeugten Koordinatensystems aufgestellt.
• Im Schritt B2-5 wird eine Geradengleichung für einen Anstieg des Eingangsstroms in der Lastladephase aus der Lastladephase-Steigung und Koordinaten des T2-Zeitpunktes bezüglich des Nullpunkts des im Schritt B2-3 erzeugten Koordinatensystems aufgestellt.
• Im Schritt B2-6 wird anschließend ein Schnittpunkt zwischen der im Schritt B2-4 aufgestellten Gerade und der im Schritt B2-5 aufgestellten Gerade bestimmt. Der bestimmte Schnittpunkt wird dann zum T1-Eingangsstrom im T1-Zeitpunkt gesetzt.
• Bei einer weiteren alternativen Weiterbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass im Schritt B die Schritte B3-1, B3-2, B3-3, B3-4, B3-5, B3-6 und B3-7 durchgeführt werden. Die Schritte B3-1 bis B3-3 und B3-4 und B3-7 können nacheinander oder, soweit sinnvoll, in einer abweichenden Reihenfolge durchgeführt werden. Im Schritt B dieser Weiterbildung des Verfahrens wird der T1-Eingangsstrom im T1-Zeitpunkt durch ein iteratives Verfahren zur Annäherung an einen Schnittpunkt zwischen einer Gerade des Stromanstiegs in der Streuladephase und einer Gerade des Stromanstiegs in der Lastladephase berechnet. Unten wird dieser Ansatz näher erläutert.
• Im Schritt B3-1 wird dabei die Lastladephase-Steigung aus dem T2-Eingangsstrom im T2-Zeitpunkt, dem T3-Eingangsstrom im T3-Zeitpunkt und einem zeitlichen Abstand zwischen dem T3-Zeitpunkt und dem T2-Zeitpunkt berechnet. Dazu kann folgende Formel eingesetzt werden: $$\frac{{\text{di}}_{\text{LAST}-\text{LADE}}}{\text{di}}=\frac{{\text{i}}_{\text{EIN}}\left(\text{T}2\right)-{\text{i}}_{\text{EIN}}\left(\text{T}3\right)}{\text{T}2-\text{T}3}$$

  
• Im Schritt B3-2 wird der T1-Eingangsstroms im T1-Zeitpunkt der ersten Iteration aus dem T2-Eingangsstrom im T2-Zeitpunkt, der Lastladephase-Steigung und einer Ladephase-Dauer durch Extrapolation berechnet. Dazu kann folgende Formel eingesetzt werden: $${\text{i}}_{\text{EIN}}\left(\text{T}{1}_{\text{N}1}\right)={\text{i}}_{\text{EIN}}\left(\text{T}2\right)-\left(\frac{{\text{di}}_{\text{LAST}-\text{LADE}}}{\text{dt}}*{\text{T}}_{\text{LADE}}\right)$$

  
• Dabei ist i_EIN(T1_N1) - der T1-Eingangsstrom im T1-Zeitpunkt der ersten Iteration.
• Im Schritt B3-3 wird die Streuladephase-Steigung aus der primärseitigen Streuinduktivität und/oder der sekundärseitigen Streuinduktivität und/oder der Magnetisierungsinduktivität und/oder der primärseitigen Spannung berechnet.
• Unter der Annahme, dass der zusätzliche Strompfad durch die Magnetisierungsinduktivität für die Aufteilung der Ladespannungen an der primärseitigen Streuinduktivität und der sekundärseitigen Streuinduktivität vernachlässigbar ist, kann folgende mathematisch vereinfachte Formel eingesetzt werden: $$\frac{{\text{di}}_{\text{STREU}-\text{LADE}}}{\text{dt}}=\frac{{\text{u}}_{\text{T}}}{{\text{L}}_{\text{EIN}}+{\text{L}}_{\text{AUS}}}$$

  
• Nach den Schritten B3-1 bis B3-3 werden die nachfolgenden Schritte B3-4 bis B3-7 wenigstens einmal iteriert. Die Iterationszahl kann beliebig groß sein. Die Iterationszahl kann gleich 1 oder größer 1 sein. Die Iterationszahl kann dabei durch die gewünschte Genauigkeit der Berechnung und physikalische Eigenschaften von Komponenten des vorliegenden Schaltkreises bestimmt sein. Die Iterationszahl kann dabei für den vorliegenden Schaltkreis praktisch bestimmt sein.
• Im Schritt B3-4 wird eine Streuladephase-Dauer der Streuladephase der aktuellen Iteration aus dem T1-Eingangsstrom im T1-Zeitpunkt der aktuellen Iteration, dem T0-Eingangsstrom im T0-Zeitpunkt und der im Schritt B3-3 berechneten Streuladephase-Steigung berechnet. Dazu kann folgende Formel eingesetzt werden: $${\text{T}}_{\text{STREU}-LADE,\text{NX}}=\frac{{\text{i}}_{\text{EIN}}\left(\text{T}{1}_{\text{NX}}\right)-{\text{i}}_{\text{EIN}}\left(\text{T}0\right)}{\frac{{\text{di}}_{\text{STREU}-\text{LADE}}}{\text{dt}}}$$

  
• Dabei sind T_STREU-LADE,NX - die Streuladephase-Dauer der Streuladephase der aktuellen Iteration; i_EIN(T1_NX) - der T1-Eingangsstroms im T1-Zeitpunkt der aktuellen Iteration; i_EIN(T0) - der T0-Eingangsstrom im T0-Zeitpunkt. Bei der ersten Iteration der Schritte B3-4 bis B3-7 entspricht der T1-Eingangsstrom der aktuellen Iteration dem T1-Eingangsstrom aus dem Schritt B3-2. Bei den nächsten bzw. nachfolgenden Iterationen ist der T1-Eingangsstrom der aktuellen Iteration der im Schritt B3-7 berechnete T1-Eingangsstrom.
• Im Schritt B3-5 wird der T1-Zeitpunkt der nächsten Iteration aus dem T0-Zeitpunkt und der im Schritt B3-4 berechneten Streuladephase-Dauer der aktuellen Iteration berechnet. Dazu kann die folgende Formel eingesetzt werden: $$\text{T}{1}_{\text{NX}+1}=\text{T}0+{\text{T}}_{\text{STREU}-\text{LADE},\text{NX}}$$

  
• Dabei sind T1_NX+1 - der T1-Zeitpunkt der nächsten Iteration; T0 - T0-Zeitpunkt.
• Im Schritt B3-6 wird eine Lastladephase-Dauer der Lastladephase der aktuellen Iteration aus der Ladephase-Dauer und der im Schritt B3-4 berechneten Streuladephase-Dauer berechnet. Dazu kann folgende Formel eingesetzt werden: $${\text{T}}_{\text{LAST}-\text{LADE},\text{NX}}={\text{T}}_{\text{LADE}}-{\text{T}}_{\text{STREU}-\text{LADE},\text{NX}}$$

  
• Dabei sind T_LAST-LADE,NX - die Lastladephase-Dauer der aktuellen Iteration; T_STREU-LADE,NX - die im Schritt B3-4 berechnete Streuladephase-Dauer der aktuellen Iteration.
• Im Schritt B3-7 wird der T1-Eingangsstrom im T1-Zeitpunkt der nächsten Iteration für den Schritt B3-4 aus dem T2-Eingangsstrom im T2-Zeitpunkt, der Lastladephase-Steigung und der im Schritt B3-6 berechneten Lastladephase-Dauer der aktuellen Iteration durch Extrapolation berechnet. Dazu kann folgende Formel eingesetzt werden: $${\text{i}}_{\text{EIN}}\left(\text{T}{1}_{\text{NX}+1}\right)={\text{i}}_{\text{EIN}}\left(\text{T}2\right)-\left(\frac{{\text{di}}_{\text{LAST}-\text{LADE}}}{\text{dt}}\cdot {\text{T}}_{\text{LAST}-\text{LADE},\text{NX}}\right)$$

  
• Dabei sind i_EIN(T1,NX+1) - der T1-Eingangsstrom im T1-Zeitpunkt der nächsten Iteration; und T_LAST-LADE,NX - die im Schritt B3-6 berechnete Lastladephase-Dauer.
• Ist die Iterationszahl im Schritt B dieser Weiterbildung des Verfahrens größer 1, so folgt nach dem Schritt B3-7 der Schritt B3-4. Dabei wird der T1-Eingangsstrom im T1-Zeitpunkt der nächsten Iteration aus dem Schritt B3-7 zu dem T1-Eingangsstrom im T1-Zeitpunkt der aktuellen Iteration im Schritt B3-4 gesetzt.
• Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass im Schritt C die Schritte C1-1, C1-2, C1-3, C1-4 und C1-5 durchgeführt werden. Die Schritte C1-1 bis C1-5 können nacheinander oder, soweit sinnvoll, in einer abweichenden Reihenfolge durchgeführt werden. Im Schritt C dieser Weiterbildung des Verfahrens wird die Streuladephase vernachlässigt. Diese Annahme ist insbesondere bei nahezu idealen Transformatoren zulässig. Unten wird dieser Ansatz näher erläutert.
• Im Schritt C1-1 wird eine Ladephase-M-Steigung des Magnetisierungsstroms in der Ladephase aus der primärseitigen Streuinduktivität und/oder der Magnetisierungsinduktivität und/oder der primärseitigen Spannung berechnet.
• Dabei kann folgender Zusammenhang angenommen werden: $$\frac{{\text{di}}_{\text{M},\text{LADE}}}{\text{dt}}=\frac{{\text{U}}_{\text{M},\text{LADE}}}{{\text{L}}_{\text{M}}}$$

  
• Mit der Annahme, dass die Summe aus einer sekundärseitigen Lastinduktivität und der sekundärseitigen Streuinduktivität viel größer als die Magnetisierungsinduktivität ist, gilt weiter: $${\text{U}}_{\text{M},\text{LADE}}={\text{u}}_{\text{T}}*\frac{{\text{L}}_{\text{M}}}{{\text{L}}_{\text{EIN}}+{\text{L}}_{\text{M}}}$$

  
• Und damit gilt weiter: $$\frac{{\text{di}}_{\text{M},\text{LADE}}}{\text{dt}}=\frac{{\text{u}}_{\text{T}}}{{\text{L}}_{\text{EIN}}+{\text{L}}_{\text{M}}}$$

  
• Dabei sind U_M,LADE - eine an der Magnetisierungsinduktivität anliegende Spannung; di_M,LADE/dt - die Ladephase-M-Steigung des Magnetisierungsstroms in der Ladephase.
• Im Schritt C1-2 wird ein Gesamtstromanstieg des Magnetisierungsstroms in der Ladephase aus der im Schritt C1-1 berechneten Ladephase-M-Steigung und der Ladephase-Dauer der Ladephase berechnet. Dazu kann folgende Formel eingesetzt werden: $$\mathrm{\Delta }{\text{i}}_{\text{M},\text{LADE}}=\frac{{\text{di}}_{\text{M},\text{LADE}}}{\text{dt}}*{\text{T}}_{\text{Lade}}$$

  
• Dabei ist D_i_M,LADE - der Gesamtstromanstieg des Magnetisierungsstroms in der Ladephase.
• Im Schritt C1-3 wird der T0-Magnetisierungsstrom im T0-Zeitpunkt aus dem Gesamtstromanstieg des Magnetisierungsstroms berechnet. Dabei kann angenommen werden, dass in der Freilaufphase der Magnetisierungsstrom konstant ist und dadurch eine Symmetriebedingung vorliegt: $${\displaystyle {\int }_{\text{T}0}^{\text{T}2}{\text{i}}_{\text{M}}}\text{dt}=0$$

  
• Der T0-Magnetisierungsstrom im T0-Zeitpunkt kann dann wie folgt berechnet werden: $${\text{i}}_{\text{M}}\left(\text{T}0\right)=-\frac{\mathrm{\Delta }{\text{i}}_{\text{M},\text{LADE}}}{2}$$

  
• Dabei ist i_M(T0) - T0-Magnetisierungsstrom im T0-Zeitpunkt.
• Im Schritt C1-4 wird der T2-Magnetisierungsstrom im T2-Zeitpunkt aus dem Gesamtstromanstieg des Magnetisierungsstroms berechnet. Dabei kann dieselbe Annahme wie im Schritt C1-3 gemacht werden. Der T2-Magnetisierungsstrom im T2-Zeitpunkt kann analog zu Schritt C1-3 wie folgt berechnet werden: $${\text{i}}_{\text{M}}\left(\text{T}2\right)=-\frac{\mathrm{\Delta }{\text{i}}_{\text{M},\text{LADE}}}{2}$$

  
• Dabei ist i_M(T2) - T2-Magnetisierungsstrom im T2-Zeitpunkt.
• Im Schritt C1-5 wird der T1-Magnetisierungsstrom im T1-Zeitpunkt als identisch zu dem T0-Magnetisierungsstrom im T0-Zeitpunkt angenommen. Es kann folgende Formel eingesetzt werden: $${\text{i}}_{\text{M}}\left(\text{T}1\right)={\text{i}}_{\text{M}}\left(\text{T}0\right)$$

  
• Dabei ist i_M(T1) - der T1-Magnetisierungsstrom im T1-Zeitpunkt.
• Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass im Schritt C die Schritte C2-1, C2-2, C2-3, C2-4, C2-5 und C2-6 durchgeführt werden. Die Schritte C2-1 bis C2-6 können nacheinander oder, soweit sinnvoll, in einer abweichenden Reihenfolge durchgeführt werden. Im Schritt C dieser Weiterbildung des Verfahrens wird der Magnetisierungsstrom getrennt für die Streuladephase und die Lastladephase berechnet. Unten wird dieser Ansatz näher erläutert.
• Im Schritt C2-1 wird dabei eine Lastladephase-M-Steigung des Magnetisierungsstroms in der Lastladephase aus der primärseitigen Streuinduktivität und/oder der sekundärseitigen Streuinduktivität und/oder der Magnetisierungsinduktivität und/oder der primärseitigen Spannung berechnet.
• Hier kann folgender Zusammenhang angenommen werden: $$\frac{{\text{di}}_{\text{M},\text{LAST}-\text{LADE}}}{\text{dt}}=\frac{{\text{U}}_{\text{M},\text{LAST}-\text{LADE}}}{{\text{L}}_{\text{M}}}$$

  
• Mit der Annahme, dass die Summe aus einer sekundärseitigen Lastinduktivität und der sekundärseitigen Streuinduktivität viel größer als die Magnetisierungsinduktivität ist, gilt weiter: $${\text{U}}_{\text{M},\text{LAST}-\text{LADE}}={\text{u}}_{\text{T}}*\frac{{\text{L}}_{\text{M}}}{{\text{L}}_{\text{EIN}}+{\text{L}}_{\text{M}}}$$

  
• Und damit gilt weiter: $$\frac{{\text{di}}_{\text{M},\text{LAST}-\text{LADE}}}{\text{dt}}=\frac{{\text{u}}_{\text{T}}}{{\text{L}}_{\text{EIN}}+{\text{L}}_{\text{M}}}$$

  
• Dabei sind U_M,LAST-LADE - eine an der Magnetisierungsinduktivität in der Lastladephase anliegende Spannung; di_M,LAST-LADE/dt - die Lastladephase-M-Steigung des Magnetisierungsstroms in der Lastladephase.
• Im Schritt C2-2 wird eine Streuladephase-M-Steigung des Magnetisierungsstroms in der Streuladephase aus der primärseitigen Streuinduktivität und/oder der sekundärseitigen Streuinduktivität und/oder der Magnetisierungsinduktivität und/oder der primärseitigen Spannung berechnet.
• Hier kann folgender Zusammenhang angenommen werden: $$\frac{{\text{di}}_{\text{M},\text{STREU}-\text{LADE}}}{\text{dt}}=\frac{{\text{U}}_{\text{M},\text{STREU}-\text{LADE}}}{\text{LM}}$$

  
• Mit der Annahme, dass die sekundärseitige Streuinduktivität viel kleiner als die Magnetisierungsinduktivität ist, gilt weiter: $${\text{U}}_{\text{M},\text{STREU}-\text{LADE}}={\text{u}}_{\text{T}}*\frac{{\text{L}}_{\text{AUS}}}{{\text{L}}_{\text{EIN}}+{\text{L}}_{\text{AUS}}}$$

  
• Und damit gilt weiter: $$\frac{{\text{di}}_{\text{M},\text{STREU}-\text{LADE}}}{\text{dt}}=\frac{{\text{u}}_{\text{T}}*{\text{L}}_{\text{AUS}}}{{\text{L}}_{\text{M}}*\left({\text{L}}_{\text{EIN}}+{\text{L}}_{\text{AUS}}\right)}$$

  
• Dabei sind U_M,STREU-LADE - eine an der Magnetisierungsinduktivität in der Streuladephase anliegende Spannung; di_M,STREU-LADE/dt - die Streuladephase-M-Steigung des Magnetisierungsstroms in der Streuladephase.
• Im Schritt C2-3 wird ein Gesamtstromanstieg des Magnetisierungsstroms in der Ladephase aus der Lastladephase-M-Steigung, der Lastladephase-Dauer, der Streuladephase-M-Steigung und der Streuladephase-Dauer berechnet. Dabei kann folgende Formel eingesetzt werden: $$\mathrm{\Delta }{\text{i}}_{\text{M},\text{LADE}}=\frac{{\text{di}}_{\text{M},\text{LAST}-\text{LADE}}}{\text{dt}}*{\text{T}}_{\text{LAST}-\text{LADE}}+\frac{{\text{di}}_{\text{M},\text{STREU}-\text{LADE}}}{\text{dt}}*{\text{T}}_{\text{STREU}-\text{LADE}}$$

  
• Dabei sind D_i_M,LADE - der Gesamtstromanstieg des Magnetisierungsstroms in der Ladephase; T_STREU-LADE - die Streuladephase-Dauer. Die Streuladephase-Dauer kann dabei aus T0-Zeitpunkt und T1-Zeitpunkt bestimmt werden.
• Im Schritt C2-4 wird der T0-Magnetisierungsstrom im T0-Zeitpunkt aus dem im Schritt C2-3 berechneten Gesamtstromanstieg des Magnetisierungsstroms berechnet. Dabei kann angenommen werden, dass in der Freilaufphase der Magnetisierungsstrom konstant ist und dadurch eine Symmetriebedingung vorliegt: $${\displaystyle {\int }_{\text{T}0}^{\text{T}2}{\text{i}}_{\text{M}}}\text{dt}=0$$

  
• Der T0-Magnetisierungsstrom im T0-Zeitpunkt kann dann wie folgt berechnet werden: $${\text{i}}_{\text{M}}\left(\text{T}0\right)=-\frac{\mathrm{\Delta }{\text{i}}_{\text{M},\text{LADE}}}{2}$$

  
• Im Schritt C2-5 wird der T2-Magnetisierungsstrom im T2-Zeitpunkt aus dem im Schritt C2-3 berechneten Gesamtstromanstieg des Magnetisierungsstroms berechnet. Dabei kann dieselbe Annahme wie im Schritt C2-4 gemacht werden. Der T2-Magnetisierungsstrom im T2-Zeitpunkt kann dann analog zum Schritt C2-4 wie folgt berechnet werden: $${\text{i}}_{\text{M}}\left(\text{T}2\right)=\frac{\mathrm{\Delta }{\text{i}}_{\text{M},\text{LADE}}}{2}$$

  
• Im Schritt C2-6 wird der T1-Magnetisierungsstrom im T1-Zeitpunkt aus dem T0-Magnetisierungsstrom im T0-Zeitpunkt, der Streuladephase-M-Steigung und der Streuladephase-Dauer berechnet. Dazu kann folgende Formel eingesetzt werden: $${\text{i}}_{\text{M}}\left(\text{T}1\right)={\text{i}}_{\text{M}}\left(\text{T}0\right)+\left(\frac{{\text{di}}_{\text{M},\text{STREU}-\text{LADE}}}{\text{dt}}*{\text{E}}_{\text{STREU}-\text{LADE}}\right)$$

  
• Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass im Schritt D die Schritte D1, D2 und D3 durchgeführt werden. Die Schritte D1 bis D3 können nacheinander oder, soweit sinnvoll, in einer abweichenden Reihenfolge durchgeführt werden.
• Im Schritt D1 wird der T1-Ausgangsstrom im T1-Zeitpunkt aus dem T1-Eingangsstrom im T1-Zeitpunkt und dem T1-Magnetisierungsstrom im T1-Zeitpunkt berechnet. Dabei kann folgende Formel eingesetzt werden: $${\text{I}}_{\text{AUS}}\left(\text{T}1\right)={\text{i}}_{\text{EIN}}\left(\text{T}1\right)-{\text{i}}_{\text{M}}\left(\text{T}1\right)$$

  
• Dabei ist i_AUS(T1) - der T1-Ausgangsstrom im T1-Zeitpunkt.
• Im Schritt D2 wird der T2-Ausgangsstrom im T2-Zeitpunkt aus dem T2-Eingangsstrom im T2-Zeitpunkt und dem T2-Magnetisierungsstrom im T2-Zeitpunkt berechnet. Dabei kann folgende Formel eingesetzt werden: $${\text{I}}_{\text{AUS}}\left(\text{T}2\right)={\text{i}}_{\text{EIN}}\left(\text{T}2\right)-{\text{i}}_{\text{M}}\left(\text{T}2\right)$$

  
• Dabei ist i_AUS(T2) - der T2-Ausgangsstrom im T2-Zeitpunkt.
• Im Schritt D3 wird der Ausgangsstrom in der Lastladephase als ein Mittelwert aus dem T1-Ausgangsstrom im T1-Zeitpunkt und dem T2-Ausgangsstrom im T2-Zeitpunkt berechnet. Dabei kann folgende Formel eingesetzt werden: $${\text{I}}_{\text{AUS}}=\frac{{\text{I}}_{\text{AUS}}\left(\text{T}1\right)+{\text{I}}_{\text{AUS}}\left(\text{T}2\right)}{2}$$

  
• Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass in einem Schritt E ein sekundärseitiger Laststrom, der durch eine sekundärseitige Lastinduktivität strömt, als zu dem Ausgangsstrom identisch angenommen wird. Dabei kann folgender Zusammenhang verwendet werden: $${\text{I}}_{\text{LAST}}={\text{I}}_{\text{AUS}}$$

  
• Dabei ist i_LAST - der sekundärseitige Laststrom.
• Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung mit einem Schaltkreis und einer Steuervorrichtung. Der Schaltkreis weist dabei eine Primärseite mit einer phasenverschobenen Vollbrücke und eine Sekundärseite mit einem Gleichrichter auf. Der Gleichrichter kann beispielsweise ein Strom-Doppel-Gleichrichter oder ein Vollbrücken-Gleichrichter sein. Der Schaltkreis weist zudem einen Transformator, der die Primärseite und die Sekundärseite miteinander verschaltet, auf. Der Transformator weist dabei eine primärseitige Streuinduktivität, eine sekundärseitige Streuinduktivität und eine Magnetisierungsinduktivität auf. Zum Bestimmen der primärseitigen Streuinduktivität, der sekundärseitigen Streuinduktivität und der Magnetisierungsinduktivität kann der physische Transformator des Schaltkreises auf eine dem Fachmann bekannte Weise in einen T-Transformator transformiert sein. Der T-Transformator ist dann durch die primärseitige Streuinduktivität, die sekundärseitige Streuinduktivität und die Magnetisierungsinduktivität charakterisiert. Erfindungsgemäß ist die Steuervorrichtung zum Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens und dadurch zum Bestimmen eines sekundärseitigen Ausgangsstroms und daraus eines Laststroms im Schaltkreis ausgelegt. Vorteilhafterweise kann zudem vorgesehen sein, dass der Schaltkreis eine Messvorrichtung zum Erfassen der zu messenden Größen aufweist.
• Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
• Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
• Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
• Es zeigen, jeweils schematisch
• 1 und 2 zueinander analoge Schaltungsschemas eines erfindungsgemäßen Schaltkreises;
• 3 und 4 zeitliche Verläufe von Strömen und Spannungen im erfindungsgemäßen Schaltkreis.
• 1 zeigt ein Schaltungsschema eines erfindungsgemäßen Schaltkreises 1. Der Schaltkreis 1 weist dabei eine Primärseite 2a und eine Sekundärseite 2b, die über einen Transformator 3 miteinander verschaltet sind, auf. 2 zeigt ein Schaltungsschema des erfindungsgemäßen Schaltkreises 1, wobei der Transformator 3 in 1 in einen T-Transformator transformiert ist. Im Folgenden wird bei der Beschreibung und der Charakterisierung des Schaltkreises 1 stets das Schaltungsschema aus 2 verwendet.
• Die Primärseite 2a des Schaltkreises 1 umfasst eine phasenverschobene Vollbrücke 4 und die Sekundärseite 2b des Schaltkreises 1 umfasst einen Vollbrücken-Gleichrichter 5. Die phasenverschobene Vollbrücke 4 weist dabei vier MOSFETs (MOSFET: Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) und eine Spannungsquelle 6 auf. Der Vollbrücken-Gleichrichter 5 weist dabei eine Lastinduktivität L_LAST, einen Lastwiderstand und vier Dioden - hier nicht bezeichnet - auf. Der T-Transformator 3 des Schaltkreises 1 weist eine primärseitige Streuinduktivität L_EIN, eine sekundärseitige Streuinduktivität L_AUS und eine Magnetisierungsinduktivität L_M auf.
• Durch die primärseitige Streuinduktivität L_EIN strömt ein Eingangsstrom i_EIN, durch die sekundärseitige Streuinduktivität L_AUS strömt der Ausgangstrom i_AUS und durch die Magnetisierungsinduktivität L_M strömt ein Magnetisierungsstrom i_M. An der Lastinduktivität L_LAST der Sekundärseite 2b strömt ein Laststrom i_LAST. Die Spannungsquelle 6 stellt dabei eine Spannung u_IN auf der Primärseite 2a bereit. Eine an dem Transformator 3 anliegende Transformatorspannung u_T weicht von der Spannung u_IN an der Spannungsquelle 6 nur unwesentlich ab.
• 3 zeigt zeitliche Verläufe von Strömen und Spannungen im erfindungsgemä-ßen Schaltkreis 1. Im Teilbild A ist der Eingangsstrom i_EIN an der primärseitigen Streuinduktivität L_EIN; im Teilbild B ist der Magnetisierungsstrom i_M an der Magnetisierungsinduktivität L_M; im Teilbild C ist der Ausgangsstrom i_AUS an der sekundärseitigen Streuinduktivität L_AUS; im Teilbild D ist die Transformatorspannung u_T auf der Primärseite 2a gezeigt. 4 zeigt zeitliche Verläufe von Strömen und Spannungen im erfindungsgemäßen Schaltkreis 1. Die zeitlichen Verläufe entsprechen hier den zeitlichen Verläufen in Teilbildern A-D aus 3, sind jedoch in einem kürzeren Zeitintervall bzw. zeitvergrößert dargestellt.
• Bezugnehmend auf 3 und 4, weist der Eingangsstrom i_EIN in jeder Periode einen identischen Verlauf auf. So steigt der Eingangsstrom i_EIN in einer Ladephase LADE-P zwischen einem T0-Zeitpunkt T0 und einem T2-Zeitpunkt T2. In einer Freilaufphase FREILAUF-P fällt der Eingangsstrom i_EIN ab oder bleibt nahe konstant. Nach der Freilaufphase FREILAUF-P folgt eine negative Ladephase, eine negative Freilaufphase und erneut die Ladephase LADE-P. Die Ladephase LADE-P setzt sich dabei aus einer Streuladephase STREU-LADE-P zwischen dem T0-Zeitpunkt T0 und einem T1-Zeitpunkt T1 und der Lastladephase LAST-LADE-P zwischen dem T1-Zeitpunkt T1 und dem T2-Zeitpunkt T2 zusammen.
• Eine Streuladephase-Steigung di_STREU-LADE und eine Lastladephase-Steigung di_LAST-LADE unterscheiden sich dabei voneinander. Die Streuladephase-Steigung di_STREU-LADE ist höher als die Lastladephase-Steigung di_LAST-LADE. In der Streuladephase STREU-LADE-P zwischen dem T0-Zeitpunkt T0 und dem T1-Zeitpunkt T1 nimmt der sekundärseitige Ausgangsstrom i_AUS stark zu, da die primärseitige Streuinduktivität L_EIN und die sekundärseitige Streuinduktivität L_AUS sich auf ein Niveau der Lastinduktivität L_LAST aufladen. In der Lastladephase LAST-LADE-P zwischen dem T1-Zeitpunkt T1 und dem T2-Zeitpunkt T2 steigt der sekundärseitige Ausgangsstrom i_AUS langsam, da der Ausgangsstrom i_AUS entsprechend langsam beim Aufladen der Lastinduktivität L_LAST ansteigt.
• In einem erfindungsgemäßen Verfahren 7 kann nun der Ausgangsstrom i_AUS in der Lastladephase LAST-LADE-P und daraus der Laststrom i_LAST an der Lastinduktivität L_LAST berechnet werden. Dazu werden im Schritt A der T0-Eingangsstrom i_EIN(T0) im T0-Zeitpunkt T0 und/oder der T2-Eingangsstrom i_EIN(T2) im T2-Zeitpunkt T2 und/oder ein T3-Eingangsstrom i_EIN(T3) in einem T3-Zeitpunkt T3 und/oder die primärseitige Spannung u_IN bzw. die Transformatorspannung u_T gemessen. Im Schritt B werden dann ein Verlauf des Eingangsstroms i_EIN in der Ladephase LADE-P, der T1-Zeitpunkt T1 und ein T1-Eingangsstrom i_EIN(T1) im T1-Zeitpunkt T1 aus den im Schritt A bestimmten Parametern berechnet. Im Schritt C werden dann der Magnetisierungsstrom i_M aus der primärseitigen Streuinduktivität L_EIN und/oder der sekundärseitigen Streuinduktivität L_AUS und/oder der Magnetisierungsinduktivität L_M und/oder der im Schritt A und/oder im Schritt B bestimmten primärseitigen Parametern berechnet. Im Schritt D wird dann der Ausgangsstrom i_AUS in der Lastladephase LAST-LADE-P aus den im Schritt A und/oder im Schritt B und/oder im Schritt C bestimmten primärseitigen Parametern berechnet. Unter der Annahme, dass der Ausgangsstrom i_AUS und der Laststrom I_LAST in der Lastladephase LAST-LADE-P identisch sind, kann anschließend in einem Schritt E der Laststrom l_LAST in der Lastladephase LAST-LADE-P bestimmt werden.
• Im Verfahren 7 kann der Schritt B abweichend durchgeführt werden. Mit Schritten B1-1, B1-2 und B1-3 kann der T1-Eingangsstrom i_EIN(T1) im T1-Zeitpunkt T1 vereinfacht unter Vernachlässigung der Streuladephase STREU-LADE-P berechnet werden. Das ist insbesondere bei nahezu idealen Transformatoren zulässig. Mit den Schritten B2-1, B2-2, B2-3, B2-4, B2-5 und B2-6 kann der T1-Eingangsstrom i_EIN(T1) im T1 -Zeitpunkt T1 als der Schnittpunkt zwischen einer Gerade des Stromanstiegs in der Streuladephase STREU-LADE-P und einer Gerade des Stromanstiegs in der Lastladephase LAST-LADE-P berechnet werden. Mit den Schritten B3-1, B3-2, B3-3, B3-4, B3-5, B3-6 und B3-7 kann der T1-Eingangsstrom i_EIN(T1) im T1-Zeitpunkt T1 durch ein iteratives Verfahren zur Annäherung an einen Schnittpunkt zwischen einer Gerade des Stromanstiegs in der Streuladephase STREU-LADE-P und einer Geraden des Stromanstiegs in der Lastladephase LAST-LADE-P berechnet werden.
• Im Verfahren 7 kann zudem der Schritt C abweichend durchgeführt werden. Mit den Schritten C1-1, C1-2, C1-3, C1-4, C1-5 kann der Magnetisierungsstrom i_M unter Vernachlässigung der Streuladephase STREU-LADE-P vereinfacht berechnet werden. Diese Annahme ist insbesondere bei nahezu idealen Transformatoren zulässig. Mit den Schritten C2-1, C2-2, C2-3, C2-4, C2-5 und C2-6 kann der Magnetisierungsstrom i_M getrennt für die Streuladephase STREU-LADE-P und die Lastladephase LAST-LADE-P berechnet werden.
• Insbesondere können im Verfahren 7 der Schritt A; die Schritte B1-1 bis B1-3 des Schritts B; die Schritte C1-1 bis C1-5 des Schritts C; Schritt D; und gegebenenfalls der Schritt E nacheinander durchgeführt werden. Alternativ können im Verfahren 7 der Schritt A; die Schritte B2-1 bis B2-6 des Schritts B; die Schritte C2-1 bis C2-6 des Schritts C; Schritt D; und gegebenenfalls Schritt E nacheinander durchgeführt werden. Alternativ können im Verfahren 7 der Schritt A; die Schritte B3-1 bis B3-7 des Schritts B; die Schritte C2-1 bis C2-6 des Schritts C; Schritt D; und gegebenenfalls Schritt E nacheinander durchgeführt werden.

Claims (11)

1. Verfahren (7) zum Bestimmen eines sekundärseitigen Ausgangsstroms (i_AUS) und daraus eines Laststroms (i_LAST) in einem Schaltkreis (1), - wobei der Schaltkreis (1) eine Primärseite (2a) mit einer phasenverschobenen Vollbrücke (4) und eine Sekundärseite (2b) mit einem Gleichrichter (5) aufweist, - wobei der Schaltkreis (1) einen Transformator (3), der die Primärseite (2a) und die Sekundärseite (2b) miteinander verschaltet, aufweist, - wobei der Transformator (3) eine primärseitige Streuinduktivität (L_EIN), eine sekundärseitige Streuinduktivität (L_AUS) und eine Magnetisierungsinduktivität (L_M) aufweist, - wobei durch die primärseitige Streuinduktivität (L_EIN) ein Eingangsstrom (i_EIN), durch die sekundärseitige Streuinduktivität (L_AUS) der Ausgangstrom (i_AUS) und durch die Magnetisierungsinduktivität (L_M) ein Magnetisierungsstrom (i_M) strömen, - wobei der Eingangsstrom (i_EIN) zwischen einem T0-Zeitpunkt (T0) und einem T2-Zeitpunkt (T2) in einer Ladephase (LADE-P) ansteigt und ab dem T2-Zeitpunkt (T2) in einer Freilaufphase (FREILAUF-P) konstant bleibt oder abfällt, - wobei der Eingangsstrom (i_EIN) innerhalb der Ladephase (LADE-P) in einer Streuladephase (STREU-LADE-P) zwischen dem T0-Zeitpunkt (T0) und einem T1-Zeitpunkt (T1) eine Streuladephase-Steigung (di_STREU-LADE) und innerhalb der Ladephase (LADE-P) in einer Lastladephase (LAST-LADE-P) zwischen dem T1-Zeitpunkt (T1) und dem T2-Zeitpunkt (T2) eine Lastladephase-Steigung (di_LAST-LADE) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass A) der T0-Eingangsstrom (i_EIN(T0)) im T0-Zeitpunkt (T0) und/oder der T2-Eingangsstrom (i_EIN(T2)) im T2-Zeitpunkt (T2) und/oder ein T3-Eingangsstrom (i_EIN(T3)) in einem T3-Zeitpunkt (T3), der zwischen dem T0-Zeitpunkt (T0) und dem T2-Zeitpunkt (T2) in der Lastladephase (LAST-LADE-P) liegt, und/oder eine primärseitige Spannung, vorzugsweise eine Transformatorspannung (u_T) oder eine Quellenspannung an einer Spannungsquelle (6), gemessen werden; B) ein Verlauf des Eingangsstroms (i_EIN) in der Ladephase (LADE-P), der T1-Zeitpunkt (T1) und ein T1-Eingangsstrom (i_EIN(T1)) im T1-Zeitpunkt (T1) aus den im Schritt A bestimmten Parametern berechnet werden; C) der Magnetisierungsstrom (i_M) aus der primärseitige Streuinduktivität (L_EIN) und/oder der sekundärseitigen Streuinduktivität (L_AUS) und/oder der Magnetisierungsinduktivität (L_M) und/oder der im Schritt A und/oder im Schritt B bestimmten primärseitigen Parametern berechnet werden; D) der Ausgangsstrom (i_AUS) in der Lastladephase (LAST-LADE-P) aus den im Schritt A und/oder im Schritt B und/oder im Schritt C bestimmten primärseitigen Parametern berechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt A: A1) der T0-Eingangsstrom (i_EIN(T0)) im T0-Zeitpunkt (T0) gemessen wird; A2) der T2-Eingangsstrom (i_EIN(T2)) im T2-Zeitpunkt (T2) gemessen wird; A3) der T3-Zeitpunkt, der zwischen dem T0-Zeitpunkt (T0) und dem T2-Zeitpunkt (T2) in der Lastladephase (LAST-LADE-P) liegt, bestimmt wird; A4) der T3-Eingangsstrom (i_EIN(T3)) im T3-Zeitpunkt (T3) gemessen wird; A4) die primärseitige Spannung gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt B: B1-1) die Lastladephase-Steigung (di_LAST-LADE) aus dem T2-Eingangsstrom (i_EIN(T2)) im T2-Zeitpunkt (T2), dem T3-Eingangsstrom (i_EIN(T3)) im T3-Zeitpunkt und einem zeitlichen Abstand zwischen dem T3-Zeitpunkt (T3) und dem T2-Zeitpunkt (T2) berechnet wird; B1-2) der T0-Zeitpunkt (T0) zu dem T1 -Zeitpunkt (T1) identisch angenommen wird; B1 -3) der T1 -Eingangsstrom (i_EIN(T1)) im T1 -Zeitpunkt (T1) aus dem T2-Eingangsstrom (i_EIN(T2)) im T2-Zeitpunkt (T2), der im Schritt B1-1 berechneten Lastladephase-Steigung (di_LAST-LADE) und einer Ladephase-Dauer (T_LADE) durch Extrapolation berechnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt B: B2-1) die Lastladephase-Steigung (di_LAST-LADE) aus dem T2-Eingangsstrom (i_EIN(T2)) im T2-Zeitpunkt (T2), dem T3-Eingangsstrom (i_EIN(T3)) im T3-Zeitpunkt und einem zeitlichen Abstand zwischen dem T3-Zeitpunkt (T3) und dem T2-Zeitpunkt (T2) berechnet wird; B2-2) die Streuladephase-Steigung (di_STREU-LADE) aus der primärseitigen Streuinduktivität (L_EIN) und/oder der sekundärseitigen Streuinduktivität (L_AUS) und/oder der Magnetisierungsinduktivität (L_M) und/oder der primärseitigen Spannung berechnet wird; B2-3) ein Koordinatensystem mit einem Nullpunkt bei dem T0-Eingangsstrom (i_EIN(T0)) und dem T0-Zeitpunkt (T0) erzeugt wird; B2-4) eine Geradengleichung für einen Anstieg des Eingangsstroms (i_EIN) in der Streuladephase (STREU-LADE-P) aus der Streuladephase-Steigung (di_STREU-LADE) und dem Nullpunkt des im Schritt B2-3 erzeugten Koordinatensystems aufgestellt wird; B2-5) eine Geradengleichung für einen Anstieg des Eingangsstroms (i_EIN) in der Lastladephase (LAST-LADE-P) aus der Lastladephase-Steigung (di_LAST-LADE) und Koordinaten des T2-Zeitpunktes (T2) bezüglich des Nullpunkts des im Schritt B2-3 erzeugten Koordinatensystems aufgestellt wird; B2-6) ein Schnittpunkt zwischen der im Schritt B2-4 aufgestellten Gerade und der im Schritt B2-5 aufgestellten Gerade bestimmt wird und der bestimmte Schnittpunkt zum T1-Eingangsstrom (i_EIN(T1)) im T1-Zeitpunkt (T1) gesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt B: B3-1) die Lastladephase-Steigung (di_LAST-LADE) aus dem T2-Eingangsstrom (i_EIN(T2)) im T2-Zeitpunkt (T2), dem T3-Eingangsstrom (i_EIN(T3)) im T3-Zeitpunkt und einem zeitlichen Abstand zwischen dem T3-Zeitpunkt (T3) und dem T2-Zeitpunkt (T2) berechnet wird; B3-2) der T1-Eingangsstroms (i_EIN(T1)) im T1-Zeitpunkt (T1) der ersten Iteration aus dem T2-Eingangsstrom (i_EIN(T2)) im T2-Zeitpunkt (T2), der Lastladephase-Steigung (di_LAST-LADE) und einer Ladephase-Dauer (T_LADE) durch Extrapolation berechnet wird; B3-3) die Streuladephase-Steigung (di_STREU-LADE) aus der primärseitigen Streuinduktivität (L_EIN) und/oder der sekundärseitigen Streuinduktivität (L_AUS) und/oder der Magnetisierungsinduktivität (L_M) und/oder der primärseitigen Spannung berechnet wird; und dass im Schritt B nach den Schritten B3-1 bis B3-3 die nachfolgenden Schritte wenigstens einmal iteriert werden: B3-4) eine Streuladephase-Dauer (T_STREU-LADE) der Streuladephase (STREU-LADE-P) bei der aktuellen Iteration aus dem T1-Eingangsstrom (i_EIN(T1)) im T1-Zeitpunkt (T1) der aktuellen Iteration, dem T0-Eingangsstrom (i_EIN(T0)) im T0-Zeitpunkt (T0) und der im Schritt B3-3 berechneten Streuladephase-Steigung (di_STREU-LADE) berechnet wird; B3-5) der T1-Zeitpunkt (T1) der nächsten Iteration aus dem T0-Zeitpunkt (T0) und der im Schritt B3-4 berechneten Streuladephase-Dauer (T_STREU-LADE) der Streuladephase (STREU-LADE-P) berechnet wird; B3-6) eine Lastladephase-Dauer (T_LAST-LADE) der Lastladephase (LADE-LAST-P) der aktuellen Iteration aus der Ladephase-Dauer (T_LADE) der Ladephase (LADE-P) und der im Schritt B3-4 berechneten Streuladephase-Dauer (T_STREU-LADE) der Streuladephase (STREU-LADE-P) berechnet wird; B3-7) der T1-Eingangsstroms (i_EIN(T1)) im T1-Zeitpunkt (T1) der nächsten Iteration für den Schritt B3-4 aus dem T2-Eingangsstrom (i_EIN(T2)) im T2-Zeitpunkt (T2), der Lastladephase-Steigung (di_LAST-LADE) und einer im Schritt B3-6 berechneten Lastladephase-Dauer (T_LAST-LADE) der Lastladephase (LADE-LAST-P) der aktuellen Iteration durch Extrapolation berechnet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt C: C1-1) eine Ladephase-Steigung (di_M-LADE) des Magnetisierungsstroms (i_M) in der Ladephase (LADE-P) aus der primärseitigen Streuinduktivität (L_EIN) und/oder der Magnetisierungsinduktivität (L_M) und/oder der primärseitigen Spannung berechnet wird; C1-2) ein Gesamtstromanstieg (D_i_M-LADE) des Magnetisierungsstroms (i_M) in der Ladephase (LADE-P) aus der Ladephase-Steigung (di_M-LADE) und der Ladephase-Dauer (T_LADE) der Ladephase (LADE-P) berechnet wird; C1-3) der T0-Magnetisierungsstrom (i_M(T0)) im T0-Zeitpunkt (T0) unter der Annahme, dass in der Freilaufphase (FREILAUF-P) der Magnetisierungsstrom (i_M) konstant ist und dadurch eine Symmetriebedingung vorliegt, aus dem Gesamtstromanstieg (D_i_M-LADE) des Magnetisierungsstroms (i_M) berechnet wird; C1-4) der T2-Magnetisierungsstrom (i_M(T2)) im T2-Zeitpunkt (T2) unter der Annahme, dass in der Freilaufphase (FREILAUF-P) der Magnetisierungsstrom (i_M) konstant ist und dadurch eine Symmetriebedingung vorliegt, aus dem Gesamtstromanstieg (D_i_M-LADE) des Magnetisierungsstroms (i_M) berechnet wird; C1-5) der T1-Magnetisierungsstrom (i_M(T1)) im T1 -Zeitpunkt (T1) als zu dem T0-Magnetisierungsstrom (i_M(T0)) im T0-Zeitpunkt (T0) angenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuladephase (STREU-LADE-P) vernachlässigt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt C: C2-1) eine Lastladephase-M-Steigung (di_M-LAST-LADE) des Magnetisierungsstroms (i_M) in der Lastladephase (LAST-LADE-P) aus der primärseitigen Streuinduktivität (L_EIN) und/oder der Magnetisierungsinduktivität (L_M) und/oder der primärseitigen Spannung berechnet wird; C2-2) eine Streuladephase-M-Steigung (di_M-STREU-LADE) des Magnetisierungsstroms (i_M) in der Streuladephase (STREU-LADE-P) aus der primärseitigen Streuinduktivität (L_EIN) und/oder der sekundärseitigen Streuinduktivität (L_AUS) und/oder der Magnetisierungsinduktivität (L_M) und/oder der primärseitigen Spannung berechnet wird; C2-3) ein Gesamtstromanstieg (D_i_M-LADE) des Magnetisierungsstroms (i_M) in der Ladephase (LADE-P) aus der Lastladephase-M-Steigung (di_M-LAST-LADE), der Lastladephase-Dauer (T_LAST-LADE), der Streuladephase-M-Steigung (di_M-STREU-LADE) und der Streuladephase-Dauer (T_STREU-LADE) berechnet wird; C2-4) der T0-Magnetisierungsstrom (i_M(T0)) im T0-Zeitpunkt (T0) unter der Annahme, dass in der Freilaufphase (FREILAUF-P) der Magnetisierungsstrom (i_M) konstant ist und dadurch eine Symmetriebedingung vorliegt, aus dem Gesamtstromanstieg (D_i_M-LADE) des Magnetisierungsstroms (i_M) berechnet wird; C2-5) der T2-Magnetisierungsstrom (i_M(T2)) im T2-Zeitpunkt (T2) unter der Annahme, dass in der Freilaufphase (FREILAUF-P) der Magnetisierungsstrom (i_M) konstant ist und dadurch eine Symmetriebedingung vorliegt, aus dem Gesamtstromanstieg (D_i_M-LADE) des Magnetisierungsstroms (i_M) berechnet wird; C2-6) der T1-Magnetisierungsstrom (i_M(T1)) im T1 -Zeitpunkt (T1) aus dem T0-Magnetisierungsstrom (l_M(T0)) im T0-Zeitpunkt (T0), der Streuladephase-M-Steigung (di_M-STREU-LADE) und der Streuladephase-Dauer (T_STREU-LADE) berechnet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt D: D1) der T1-Ausgangsstrom (i_AUS(T1)) im T1 -Zeitpunkt (T1) aus dem T1 - Eingangsstrom (i_EIN(T1)) und dem T1-Magnetisierungsstrom (i_M(T1)) im T1-Zeitpunkt (T1) berechnet wird; D2) der T2-Ausgangsstrom (i_AUS(T2)) im T2-Zeitpunkt (T2) aus dem T2-Eingangsstrom (i_EIN(T2)) und dem T2-Magnetisierungsstrom (i_M(T2)) im T2-Zeitpunkt (T2) berechnet wird; D3) der Ausgangsstrom (i_AUS) in der Lastladephase (LAST-LADE-P) als ein Mittelwert aus dem T1-Ausgangsstrom (i_AUS(T1)) im T1-Zeitpunkt (T1) und dem T2-Ausgangsstrom (i_AUS(T2)) im T2-Zeitpunkt (T2) berechnet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schritt E ein sekundärseitiger Laststrom (i_LAST), der durch eine sekundärseitige Lastinduktivität (L_LAST) strömt, als zu dem Ausgangsstrom (i_AUS) identisch angenommen wird.
11. Vorrichtung mit einem Schaltkreis (1) und einer Steuervorrichtung, - wobei der Schaltkreis (1) eine Primärseite (2a) mit einer phasenverschobenen Vollbrücke (4) und eine Sekundärseite (2b) mit einem Gleichrichter (5) aufweist, - wobei der Schaltkreis (1) einen Transformator (3), der die Primärseite (2a) und die Sekundärseite (2b) miteinander verschaltet, aufweist, - wobei der Transformator (3) eine primärseitige Streuinduktivität (L_EIN), eine sekundärseitige Streuinduktivität (L_AUS) und eine Magnetisierungsinduktivität (L_M) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung zum Ausführen des Verfahrens (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche und dadurch zum Bestimmen eines sekundärseitigen Ausgangsstroms (i_AUS) und daraus eines Laststroms (i_LAST) im Schaltkreis (1) ausgelegt ist.

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