DE102022115765A1 - Technology for stable DC voltage supply - Google Patents
Technology for stable DC voltage supply Download PDFInfo
- Publication number
- DE102022115765A1 DE102022115765A1 DE102022115765.2A DE102022115765A DE102022115765A1 DE 102022115765 A1 DE102022115765 A1 DE 102022115765A1 DE 102022115765 A DE102022115765 A DE 102022115765A DE 102022115765 A1 DE102022115765 A1 DE 102022115765A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- voltage
- converter
- output
- matching
- llc
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 25
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 25
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 31
- 230000008859 change Effects 0.000 description 16
- 230000004044 response Effects 0.000 description 9
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 101100116570 Caenorhabditis elegans cup-2 gene Proteins 0.000 description 4
- 101100116572 Drosophila melanogaster Der-1 gene Proteins 0.000 description 4
- 208000008918 voyeurism Diseases 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/01—Resonant DC/DC converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
- H02M1/007—Plural converter units in cascade
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
- H02M1/15—Arrangements for reducing ripples from dc input or output using active elements
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
- H02M3/33571—Half-bridge at primary side of an isolation transformer
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung (200-1) zur stabilen Gleichspannungsversorgung (220) bereitgestellt. Die Vorrichtung (200-1) umfasst einen Anpasswandler (206), der auf einer Eingangsseite des Anpasswandlers (206) mit einer Gleichspannungsquelle (202, 204) oder einer Wechselspannungsquelle (202) elektrisch leitend verbunden oder verbindbar ist, und einen LLC-Wandler (100), der auf einer Eingangsseite mit einer Ausgangsseite des Anpasswandlers (206) elektrisch leitend verbunden oder verbindbar ist. Der LLC-Wandler (100) ist dazu ausgebildet, auf einer Ausgangsseite eine stabile Gleichspannungsversorgung (220) bereitzustellen, wobei eine Gleichspannung der ausgangsseitigen stabilen Gleichspannungsversorgung (220) eine Funktion einer Schaltfrequenz des LLC-Wandlers (100) ist. Der Anpasswandler (206) umfasst eine Steuereinheit (208), die dazu ausgebildet ist, eine Ausgangsgleichspannung des Anpasswandlers (206) mit einer Wechselspannung (218) zu überlagern. Eine Amplitude der überlagernden Wechselspannung (218) ist kleiner ist als die Ausgangsgleichspannung. Eine Frequenz der überlagernden Wechselspannung (218) geringer ist als die Schaltfrequenz des LLC-Wandlers (100).According to a first aspect, a device (200-1) for stable DC voltage supply (220) is provided. The device (200-1) comprises a matching converter (206), which is or can be connected in an electrically conductive manner to a DC voltage source (202, 204) or an AC voltage source (202) on an input side of the matching converter (206), and an LLC converter ( 100), which is electrically conductively connected or connectable on an input side to an output side of the matching converter (206). The LLC converter (100) is designed to provide a stable DC voltage supply (220) on an output side, wherein a DC voltage of the output-side stable DC voltage supply (220) is a function of a switching frequency of the LLC converter (100). The matching converter (206) comprises a control unit (208) which is designed to superimpose an alternating voltage (218) on an output DC voltage of the matching converter (206). An amplitude of the superimposed alternating voltage (218) is smaller than the output direct voltage. A frequency of the superimposed alternating voltage (218) is lower than the switching frequency of the LLC converter (100).
Description
Die Erfindung betrifft eine Technik zur stabilen Gleichspannungsversorgung mittels eines LLC-Wandlers (englisch und fachsprachlich auch: „LLC converter“). Die Erfindung umfasst insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren, bei der bzw. bei dem ein zeitliches Taktzittern (fachsprachlich: Jitter) eines LLC-Wandlers erzeugt wird, um schmalbandige Spitzen im Spektrum des LLC-Wandlers zu vermeiden.The invention relates to a technology for stable DC voltage supply using an LLC converter (in English and technical terms also: “LLC converter”). The invention particularly includes a device and a method in which a temporal clock jitter (in technical terms: jitter) of an LLC converter is generated in order to avoid narrow-band peaks in the spectrum of the LLC converter.
In modernen Vorrichtungen zur Energieversorgung (englisch und fachsprachlich auch: „Power Supplies“) werden immer häufiger LLC-Wandler eingesetzt, da diese einen sehr hohen Wirkungsgrad und eine geringe Baugröße ermöglichen. Beim Wandlertyp des LLC-Wandlers erfolgt die Veränderung der Ausgangsspannung durch eine Änderung der Schaltfrequenz des LLC-Wandlers. Wird der LLC-Wandler mit einer stabilen, festen Eingangsspannung gespeist (insbesondere mit geringem Spannungsrippel), so ergibt sich dadurch eine definierte Schaltfrequenz des LLC-Wandlers.LLC converters are being used more and more frequently in modern energy supply devices (also known as “power supplies”) because they enable very high efficiency and a small size. In the converter type of LLC converter, the change in the output voltage occurs by changing the switching frequency of the LLC converter. If the LLC converter is fed with a stable, fixed input voltage (especially with low voltage ripple), this results in a defined switching frequency of the LLC converter.
Bei LLC-Wandlern, die von einer Gleichspannung (fachsprachlich auch: „Direct Current“-Spannung; kurz: DC-Spannung) oder einer dreiphasigen (auch: 3-phasigen) Wechselspannung (fachsprachlich auch: „Alternating Current“-Spannung, kurz: AC-Spannung) gespeist werden (evtl. mit zusätzlichem hoch- oder tiefsetzendem Anpasswandler zwischen der DC- oder 3-phasigen Eingangsspannung und dem LLC-Wandler), ist die Spannung am LLC-Wandler konventionellerweise so stabil, dass die Schaltfrequenz des LLC-Wandlers nur wenig schwankt. Es liegt praktisch eine feste Frequenz vor.For LLC converters that are powered by a direct voltage (technically also: “direct current” voltage; short: DC voltage) or a three-phase (also: 3-phase) alternating voltage (technically also: “alternating current” voltage, short: AC voltage) are fed (possibly with an additional step-up or step-down matching converter between the DC or 3-phase input voltage and the LLC converter), the voltage at the LLC converter is conventionally so stable that the switching frequency of the LLC converter fluctuates only a little. There is practically a fixed frequency.
In Bezug auf die leitungsgeführten Störaussendungen am Eingang und Ausgang eines derartigen LLC-Wandlers führt das dazu, dass die Schaltfrequenz des LLC-Wandlers und deren Oberwellen als schmalbandige Spitzen im Spektrum auftauchen. Da die Frequenz so wenig variiert, ist der Durchschnittswert (fachsprachlich auch: Average-Wert) dieser Spitzen fast genauso hoch wie deren Quasi-Spitzenwert (fachsprachlich auch: Quasi-Peak-Wert). Obwohl für den Quasi-Spitzenwert ein deutlich höherer Grenzwert als für den Durchschnittswert besteht, z.B. ein um ca. 10 Dezibel (10 dB) höherer Grenzwert oder noch höherer Grenzwert, müssen in Folge so starke Maßnahmen zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) ergriffen werden, dass selbst der Quasi-Spitzenwert unter den Grenzwert für den Durchschnittswert gesenkt wird. Der Aufwand dafür ist hoch und schlägt sich in den Gerätekosten und der Gerätegröße nieder.With regard to the conducted interference emissions at the input and output of such an LLC converter, this leads to the switching frequency of the LLC converter and its harmonics appearing as narrow-band peaks in the spectrum. Since the frequency varies so little, the average value (technically also: average value) of these peaks is almost as high as their quasi-peak value (technically also: quasi-peak value). Although there is a significantly higher limit value for the quasi-peak value than for the average value, e.g. a limit value that is approximately 10 decibels (10 dB) higher or even higher, strict measures for electromagnetic compatibility (EMC) must be taken as a result of this even the quasi-peak value is reduced below the limit for the average value. The effort required for this is high and is reflected in the device costs and device size.
Das vorgehend beschriebene konventionelle Verhalten ist insbesondere bei DC- oder 3-phasiger Geräte-Eingangsspannung zu finden. Bei einphasiger (1-phasiger) Eingangsspannung ist die Eingangsspannung am LLC-Wandler typischerweise weniger stabil, beispielsweise mit großem Spannungsrippel, und dadurch auch die Schaltfrequenz des LLC-Wandlers variabler, weshalb das Problem hier nicht oder in geringerem Maße auftritt.The conventional behavior described above can be found particularly with DC or 3-phase device input voltage. With a single-phase (1-phase) input voltage, the input voltage at the LLC converter is typically less stable, for example with a large voltage ripple, and therefore the switching frequency of the LLC converter is also more variable, which is why the problem does not occur here or occurs to a lesser extent.
Würde die Frequenz des LLC-Wandlers stärker variieren, so würde sich ein niedrigerer Quasi-Spitzenwert und Durchschnittswert ergeben, da die Energie auf einen größeren Frequenzbereich verteilt würde. Weiterhin würde der Durchschnittswert dann deutlich unterhalb des Quasi-Spitzenwerts liegen, und in der Folge wäre weniger Aufwand für die EMV-Maßnahmen nötig. Bei anderen konventionellen Wandlertypen (z.B. Sperrwandler) erreicht man das durch ein gezieltes zeitliches Taktzittern (fachsprachlich: Jitter) der Schaltfrequenz, um so ein breiteres Spektrum zu erzeugen. Da bei einem LLC-Wandler die Schaltfrequenz die Stellgröße für die Ausgangsspannung ist, kann das nicht analog in einer stabilen Gleichspannungsversorgung umgesetzt werden. Die Änderung der Schaltfrequenz des LLC-Wandlers würde die Ausgangsspannung stören.If the frequency of the LLC converter varied more, a lower quasi-peak and average value would result because the energy would be distributed over a larger frequency range. Furthermore, the average value would then be significantly below the quasi-peak value, and as a result less effort would be required for the EMC measures. With other conventional converter types (e.g. flyback converters), this is achieved through a targeted temporal jitter of the switching frequency in order to generate a broader spectrum. Since the switching frequency is the manipulated variable for the output voltage in an LLC converter, this cannot be implemented analogously in a stable DC voltage supply. Changing the switching frequency of the LLC converter would disturb the output voltage.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Technik zur stabilen Gleichspannungsversorgung mittels eines LLC-Wandlers anzugeben, die von einer rippelarmem Eingangsspannung, insbesondere einer Gleichspannung oder dreiphasigen Wechselspannung mit anschließender Gleichrichtung, gespeist wird. Alternativ oder ergänzend besteht die Aufgabe, schmalbandige Spitzen im Spektrum eines LLC-Wandlers bei rippelarmer Eingangsspannung zu vermeiden. Weiterhin alternativ oder ergänzend besteht die Aufgabe, ein zeitliches Takt-Zittern (fachsprachlich: Jitter) der Schaltfrequenz eines LLC-Wandlers zu erzeugen, ohne eine Ausgangsspannung des LLC-Wandlers zu stören.The invention is therefore based on the object of specifying a technology for stable DC voltage supply by means of an LLC converter, which is fed by a low-ripple input voltage, in particular a DC voltage or three-phase AC voltage with subsequent rectification. Alternatively or additionally, the task is to avoid narrow-band peaks in the spectrum of an LLC converter with a low-ripple input voltage. Furthermore, alternatively or additionally, there is the task of generating a temporal clock jitter (in technical terms: jitter) of the switching frequency of an LLC converter without disturbing an output voltage of the LLC converter.
Die Aufgabe wird oder die Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The task or tasks are solved with the features of the independent claims. Appropriate refinements and advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.Embodiments of the invention are described below with partial reference to the figures.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zur stabilen Gleichspannungsversorgung bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Anpasswandler, der auf einer Eingangsseite des Anpasswandlers mit einer Gleichspannungsquelle oder mit einer Wechselspannungsquelle elektrisch leitend verbunden oder verbindbar ist. Die Vorrichtung umfasst ferner einen LLC-Wandler, der auf einer Eingangsseite mit einer Ausgangsseite des Anpasswandlers elektrisch leitend verbunden oder verbindbar ist. Der LLC-Wandler ist dazu ausgebildet, auf einer Ausgangsseite eine stabile Gleichspannungsversorgung bereitzustellen. Eine Gleichspannung der ausgangsseitigen stabilen Gleichspannungsversorgung ist eine Funktion einer Schaltfrequenz des LLC-Wandlers. Der Anpasswandler umfasst eine Steuereinheit (englisch und fachsprachlich: Controller), die dazu ausgebildet ist, eine (beispielsweise spannungsrippelarme) Ausgangsgleichspannung des Anpasswandlers mit einer Wechselspannung zu überlagern. Eine Amplitude der überlagernden Wechselspannung ist kleiner als die Ausgangsgleichspannung des Anpasswandlers. Eine Frequenz der überlagernden Wechselspannung ist geringer als die Schaltfrequenz des LLC-Wandlers.According to a first aspect, a device for stable DC voltage supply is provided. The device comprises a matching converter, which is electrically conductively connected or connectable to a DC voltage source or to an AC voltage source on an input side of the matching converter. The device further comprises an LLC converter which is based on an input side is electrically conductively connected or connectable to an output side of the matching converter. The LLC converter is designed to provide a stable DC voltage supply on an output side. A DC voltage of the output-side stable DC voltage supply is a function of a switching frequency of the LLC converter. The matching converter comprises a control unit (in English and technical terms: controller), which is designed to superimpose an alternating voltage on a (for example low-voltage ripple) DC output voltage of the matching converter. An amplitude of the superimposed alternating voltage is smaller than the output direct voltage of the matching converter. A frequency of the superimposed alternating voltage is lower than the switching frequency of the LLC converter.
Der LLC-Wandler kann ein Resonanzwandler sein. Alternativ oder ergänzend kann der LLC-Wandler ausgangsseitig einen Transformator umfassen. Eine Primärseite des Transformators kann eine Primärinduktivität (LP, d.h. die größere Ausgangsinduktivität) des LLC-Wandlers sein. Eine Streuinduktivität (LS) des Transformators kann die Kopplungsinduktivität des LLC-Wandlers sein.The LLC converter can be a resonant converter. Alternatively or additionally, the LLC converter can include a transformer on the output side. A primary side of the transformer may be a primary inductance ( LP , i.e. the larger output inductance) of the LLC converter. A leakage inductance (L S ) of the transformer may be the coupling inductance of the LLC converter.
Alternativ oder ergänzend kann der LLC-Wandler ausgangsseitig einen Gleichrichter umfassen. Die Gleichspannung der ausgangsseitigen stabilen Gleichspannungsversorgung (welche eine Funktion einer Schaltfrequenz des LLC-Wandlers ist) kann diese gleichgerichtete (und optional kapazitiv geglättete) Gleichspannung sein.Alternatively or additionally, the LLC converter can include a rectifier on the output side. The DC voltage of the output-side stable DC voltage supply (which is a function of a switching frequency of the LLC converter) can be this rectified (and optionally capacitively smoothed) DC voltage.
Der LLC-Wandler kann eine Schaltungseinheit (auch: Regler) umfassen. Die Schaltungseinheit des LLC-Wandlers kann die Schaltfrequenz des LLC-Wandlers erzeugen.The LLC converter can include a circuit unit (also: regulator). The circuit unit of the LLC converter can generate the switching frequency of the LLC converter.
Die stabile Gleichspannungsversorgung an der Ausgangsseite des LLC-Wandlers kann abhängig sein von der Schaltfrequenz der Schaltungseinheit des LLC-Wandlers.The stable DC voltage supply at the output side of the LLC converter can depend on the switching frequency of the circuit unit of the LLC converter.
Der Anpasswandler kann einen Hochsetzsteller (auch: Aufwärtswandler; Englisch: Boost Converter; auch: Step-Up Converter), einen Tiefsetzsteller (auch: Abwärtswandler; Englisch: Buck Converter; auch: Step-Down Converter) und/oder einen Hoch-Tiefsetzsteller (auch: Auf-/Abwärtswandler; Englisch: Buck Boost Converter) umfassen.The matching converter can have a boost converter (also: boost converter; English: boost converter; also: step-up converter), a buck converter (also: buck converter; English: buck converter; also: step-down converter) and/or a boost/low converter ( also: up/down converter; English: Buck Boost Converter).
Alternativ oder ergänzend kann der Anpasswandler einen Sperrwandler (Englisch: Flyback Converter), einen SEPIC-Wandler (SEPIC kurz für: Single Ended Primary Inductance Converter), einen Flußwandler und/oder einen Brückenwandler umfassen. Weiterhin alternativ oder ergänzend können der Sperrwandler (Englisch: Flyback Converter) und/oder der SEPIC-Wandler als Hoch-Tiefsetzsteller klassifiziert werden. Ferner alternativ oder ergänzend können der Flußwandler und/oder der Brückenwandler als Tiefsetzsteller oder Hoch-Tiefsetzsteller ausgeführt sein und/oder klassifiziert werden. Beispielsweise kann durch einen Transformator in einer Schaltung des Flußwandlers und/oder des Brückenwandlers eine Ausgangsspannung höher sein als eine Eingangsspannung.Alternatively or additionally, the matching converter can include a flyback converter, a SEPIC converter (SEPIC short for: Single Ended Primary Inductance Converter), a flux converter and/or a bridge converter. Furthermore, alternatively or additionally, the flyback converter and/or the SEPIC converter can be classified as a boost/boost converter. Furthermore, alternatively or additionally, the flux converter and/or the bridge converter can be designed and/or classified as a step-down converter or step-up converter. For example, an output voltage can be higher than an input voltage due to a transformer in a circuit of the forward converter and/or the bridge converter.
Weiterhin alternativ oder ergänzend kann der Anpasswandler einen, insbesondere brückenlosen, Gleichrichter (Englisch: Bridgeless Recitifier), beispielsweise einen Vienna-Gleichrichter (Englisch: Vienna Rectifier), umfassen. Beispielsweise kann der, insbesondere brückenlose, Gleichrichter eingangsseitig an die Wechselspannungsquelle angeschlossen oder anschließbar sein. Der Anpasswandler umfassend einen, insbesondere brückenlosen, Gleichrichter kann eine, beispielsweise regelbare, Ausgangsgleichspannung bereitstellen.Furthermore, alternatively or additionally, the matching converter can comprise a, in particular bridgeless, rectifier (English: Bridgeless Recitifier), for example a Vienna rectifier (English: Vienna Rectifier). For example, the, in particular bridgeless, rectifier can be connected or connectable on the input side to the AC voltage source. The matching converter comprising a, in particular bridgeless, rectifier can provide a, for example, controllable, DC output voltage.
Beispielsweise kann ein Anpasswandler einen, insbesondere brückenlosen, Gleichrichter umfassen für Wechselspannungsquellen und/oder Ausgangsspannungen des Anpasswandlers und/oder der Vorrichtung umfassend den LLC-Wandler im Bereich hoher Leistungen, insbesondere größer oder gleich einem kilo-Watt (1 kW). Alternativ oder ergänzend kann bei hohen Leistungen eine Leistungsfaktor-Korrektur (Englisch: Power Factor Correction; kurz: PFC) wichtig sein und/oder angewendet werden. Beispielsweise sind herkömmliche, in Reihe zwischen der Wechselspannungsquelle und der Eingangsseite des Anpasswandlers schaltbare oder geschaltete, Gleichrichter ungeeignet für PFC bei hohen Leistungen.For example, a matching converter can include a, in particular bridgeless, rectifier for AC voltage sources and/or output voltages of the matching converter and/or the device comprising the LLC converter in the high power range, in particular greater than or equal to one kilowatt (1 kW). Alternatively or additionally, a power factor correction (PFC for short) can be important and/or applied at high power levels. For example, conventional rectifiers that can be switched or switched in series between the AC voltage source and the input side of the matching converter are unsuitable for PFC at high powers.
Die Gleichspannungsquelle an der Eingangsseite des Anpasswandlers kann eine Gleichrichtung einer dreiphasigen Wechselspannung umfassen.The DC voltage source on the input side of the matching converter may include rectification of a three-phase AC voltage.
Die Frequenz der überlagernden Wechselspannung kann eine niederfrequente Wechselspannung sein. Alternativ oder ergänzend kann die Frequenz der überlagernden Wechselspannung (insbesondere viel oder vielfach, beispielsweise um mindestens ein ganzzahliges Vielfaches) geringer als die Schaltfrequenz des LLC-Wandlers und/oder (insbesondere viel, beispielsweise um ein ganzzahliges Vielfaches) geringer als eine Bandbreite der Schaltungseinheit (auch: des Reglers) des LLC-Wandlers sein. Wenn die Frequenz der überlagernden Wechselspannung (insbesondere viel oder vielfach, beispielsweise um mindestens ein ganzzahliges Vielfaches) geringer ist als die Schaltfrequenz des LLC-Wandlers und (insbesondere viel oder vielfach, beispielsweise um mindestens ein ganzzahliges Vielfaches) geringer als die Bandbreite der Schaltungseinheit des LLC-Wandlers, kann insbesondere die Ausgangsspannung stabil gehalten werden.The frequency of the superimposed alternating voltage can be a low-frequency alternating voltage. Alternatively or additionally, the frequency of the superimposed alternating voltage (in particular much or many times, for example by at least an integer multiple) can be lower than the switching frequency of the LLC converter and / or (in particular much, for example by an integer multiple) lower than a bandwidth of the circuit unit ( also: the regulator) of the LLC converter. If the frequency of the superimposed alternating voltage (in particular much or many times, for example by at least an integer multiple) is lower than the switching frequency of the LLC converter and (in particular much or many times, for example by at least an integer multiple). ges multiples) lower than the bandwidth of the circuit unit of the LLC converter, in particular the output voltage can be kept stable.
Die Amplitude der (beispielsweise überlagernden) Wechselspannung kann ein maximaler Absolutwert der (beispielsweise überlagernden) Wechselspannung sein.The amplitude of the (for example superimposed) alternating voltage can be a maximum absolute value of the (for example superimposed) alternating voltage.
Mittels der überlagernden Wechselspannung kann ein zeitliches Taktzittern (auch: Frequenz-Jitter) des LLC-Wandlers erzeugt werden.Using the superimposed alternating voltage, a temporal clock jitter (also: frequency jitter) can be generated in the LLC converter.
Mittels der (insbesondere kleinen) überlagernden Wechselspannung kann die Eingangsspannung des LLC-Wandlers verändert (auch: manipuliert) werden. Alternativ oder ergänzend muss die Frequenz des LLC-Wandlers und deren Jitter nicht nur auf der Eingangsspannung sichtbar sein. Die Taktfrequenz des LLC-Wandlers kann im Eingangsstrom und/oder Ausgangsstrom (und beispielsweise im dadurch erzeugten Spannungsrippel auf der Eingangsseite und Ausgangseite des LLC-Wandlers), und/oder in einer Transformatorspannung des LLC-Wandlers beobachtbar und/oder auffindbar sein.The input voltage of the LLC converter can be changed (also: manipulated) using the (particularly small) superimposed alternating voltage. Alternatively or additionally, the frequency of the LLC converter and its jitter must not only be visible on the input voltage. The clock frequency of the LLC converter can be observed and/or found in the input current and/or output current (and for example in the voltage ripple generated thereby on the input side and output side of the LLC converter), and/or in a transformer voltage of the LLC converter.
Durch die sich ändernde Eingangsspannung kann, oder muss, der LLC-Wandler (beispielsweise mittels der Schaltungseinheit; auch: Regler) seine Frequenz anpassen. Der Jitter kann somit direkt im LLC-Wandler erzeugt werden und/oder entstehen.Due to the changing input voltage, the LLC converter can, or must, adjust its frequency (for example by means of the circuit unit; also: regulator). The jitter can therefore be generated and/or arise directly in the LLC converter.
Beispielsweise kann ein LLC-Wandler eine Eingangsgleichspannung von 800 V (auch: Vdc für Gleichspannung), eine Ausgangsgleichspannung von 24 V (auch: Vdc) und eine Schalfrequenz von 95 kHz haben. Die Eingangsspannung kann mittels der überlagernden Wechselspannung (beispielsweise in einer positiven Phase der Wechselspannung) auf z.B. 815 V (auch: Vdc) erhöht werden. Damit die Ausgangsspannung bei 24 V (auch: Vdc) erhalten bleibt, erhöht die Schaltungseinheit (auch: Regler) des LLC-Wandlers in diesem Ausführungsbeispiel die Schaltfrequenz auf z.B. 100 kHz. Die Eingangsspannung kann danach (beispielsweise in einer negativen Phase der Wechselspannung) auf 785 V (auch: Vdc) verringert werden. Damit die Ausgangsspannung bei 24 V (auch: Vdc) erhalten bleibt, verringert die Schaltungseinheit (auch: Regler) in diesem Ausführungsbeispiel des LLC-Wandlers die Schaltfrequenz auf z.B. 90 kHz.For example, an LLC converter may have an input DC voltage of 800 V (also: Vdc for DC voltage), an output DC voltage of 24 V (also: Vdc), and a switching frequency of 95 kHz. The input voltage can be increased to, for example, 815 V (also: Vdc) using the superimposed alternating voltage (for example in a positive phase of the alternating voltage). In order to maintain the output voltage at 24 V (also: Vdc), the circuit unit (also: regulator) of the LLC converter in this exemplary embodiment increases the switching frequency to, for example, 100 kHz. The input voltage can then be reduced to 785 V (also: Vdc) (for example in a negative phase of the alternating voltage). In order to maintain the output voltage at 24 V (also: Vdc), the circuit unit (also: regulator) in this exemplary embodiment of the LLC converter reduces the switching frequency to, for example, 90 kHz.
Die Schaltfrequenz des LLC-Wandlers kann im Eingangsstrom und/oder Ausgangsstrom des LLC-Wandlers sichtbar sein. Alternativ oder ergänzend kann die Schaltfrequenz des LLC-Wandler in der Spannung am Transformator des LLC-Wandlers sichtbar sein.The switching frequency of the LLC converter may be visible in the input current and/or output current of the LLC converter. Alternatively or additionally, the switching frequency of the LLC converter may be visible in the voltage at the LLC converter's transformer.
Hinsichtlich einer elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) kann die Schaltfrequenz des LLC-Wandlers in der (beispielsweise gesamten) Vorrichtung umfassend den LLC-Wandler beobachtbar (auch: detektierbar oder sichtbar) sein. Die Schaltfrequenz des LLC-Wandlers kann beispielsweise durch parasitäre Kopplungen an (z.B. alle möglichen) Stellen übertragen werden, so dass die Schaltfrequenz des LLC-Wandlers sowohl an der Eingangsseite auch als an der Ausgangsseite der Vorrichtung detektiert werden kann.With regard to electromagnetic compatibility (EMC), the switching frequency of the LLC converter can be observable (also: detectable or visible) in the (for example entire) device comprising the LLC converter. The switching frequency of the LLC converter can, for example, be transmitted to (e.g. all possible) locations by parasitic couplings, so that the switching frequency of the LLC converter can be detected both on the input side and on the output side of the device.
Die Schaltungseinheit des LLC-Wandlers kann dazu ausgebildet sein, die Schaltfrequenz in Reaktion auf die der Eingangsgleichspannung überlagerte Wechselspannung zu verändern.The circuit unit of the LLC converter can be designed to change the switching frequency in response to the alternating voltage superimposed on the input direct voltage.
Die Ausgangsgleichspannung des Anpasswandlers kann der Eingangsgleichspannung des LLC-Wandlers entsprechen.The DC output voltage of the matching converter can correspond to the DC input voltage of the LLC converter.
Durch das zeitliche Taktzittern des LLC-Wandlers können im Frequenzbereich des LLC-Wandlers hohe Spitzenwerte vermieden, unterdrückt und/oder verbreitert werden. Alternativ oder ergänzend können hohe Spitzenwerte im Frequenzbereich des LLC-Wandlers statt in einem schmalen Frequenzbereich der Schaltfrequenz über einen durch die Frequenz der überlagernden Wechselspannung verbreiterten Frequenzbereich verteilt und/oder verwischt werden.Due to the temporal clock jitter of the LLC converter, high peak values can be avoided, suppressed and/or broadened in the frequency range of the LLC converter. Alternatively or additionally, high peak values in the frequency range of the LLC converter can be distributed and/or blurred over a frequency range broadened by the frequency of the superimposed alternating voltage instead of in a narrow frequency range of the switching frequency.
Durch die überlagernde Wechselspannung können eine Änderung in der Höhe der eingangsseitigen Gleichspannung am LLC-Wandler und die Änderung in der Schaltfrequenz sich derart in der Schaltungseinheit des LLC-Wandlers kompensieren, dass die ausgangsseitige Gleichspannungsversorgung des LLC-Wandlers stabil ist.Due to the superimposed alternating voltage, a change in the level of the input-side DC voltage at the LLC converter and the change in the switching frequency can be compensated for in the circuit unit of the LLC converter in such a way that the output-side DC voltage supply of the LLC converter is stable.
Mittels der Vorrichtung kann eine verbesserte EMV des LLC-Wandlers mit einfachen Komponenten und/oder bei geringer Baugröße erreicht werden.Using the device, an improved EMC of the LLC converter can be achieved with simple components and/or a small size.
Die Gleichspannungsquelle kann eine (z.B. dreiphasige) Wechselspannungsquelle und einen zwischen der (z.B. dreiphasigen) Wechselspannungsquelle und der Eingangsseite des Anpasswandlers angeordneten Gleichrichter umfassen.The DC voltage source may comprise a (e.g. three-phase) AC voltage source and a rectifier arranged between the (e.g. three-phase) AC voltage source and the input side of the matching converter.
Die überlagernde Wechselspannung kann z.B. eine Dreiecksspannung (auch: dreiecksförmige Spannung), eine Sinusspannung (auch: sinusförmige Spannung), eine Sägezahnspannung (auch: sägezahnförmige Spannung) und/oder eine Rechteckspannung (auch: rechteckförmige Spannung) umfassen. Alternativ oder ergänzend kann die überlagernde Wechselspannung eine Trapezspannung (auch: trapezförmige Spannung) umfassen.
- - Die überlagernde Wechselspannung, beispielsweise die Dreiecksspannung und/oder die Sinusspannung, kann einen stetigen Verlauf umfassen. Der stetige Verlauf der überlagernden Wechselspannung kann eine zeitnahe Reaktion der Schaltungseinheit des LLC-Wandlers ermöglichen und/oder verbessern.
- - The superimposed alternating voltage, for example the triangular voltage and/or the sine voltage, can have a continuous course. The steady course of the superimposed alternating voltage can enable and/or improve a timely response of the circuit unit of the LLC converter.
Die Vorrichtung kann ferner zwei Widerstände umfassen, die in Reihe geschaltet einen Spannungsteiler bilden. Der Spannungsteiler kann zwischen beide Pole der Ausgangsseite des Anpasswandlers und/oder zwischen beide Pole der Eingangsseite des LLC-Wandlers geschaltet sein. Die Steuereinheit kann dazu ausgebildet sein, die Ausgangsgleichspannung des Anpasswandlers abhängig von einer an einem Knotenpunkt zwischen dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand des Spannungsteilers abgegriffenen Spannung zu regeln.The device can further comprise two resistors which, connected in series, form a voltage divider. The voltage divider can be connected between both poles of the output side of the matching converter and/or between both poles of the input side of the LLC converter. The control unit can be designed to regulate the DC output voltage of the matching converter depending on a voltage tapped at a node between the first resistor and the second resistor of the voltage divider.
Die zwischen dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand des Spannungsteilers abgegriffene Spannung kann eine Ist-Spannung (auch: einen Ist-Wert der Spannung) umfassen.The voltage tapped between the first resistor and the second resistor of the voltage divider can include an actual voltage (also: an actual value of the voltage).
Die Vorrichtung kann ferner einen Signalgenerator umfassen, der ein Steuersignal der überlagernden Wechselspannung in die abgegriffene Spannung einkoppelt. Die Einkopplung erfolgt optional über einen dritten Widerstand, der mit einem ersten Anschluss an den Knotenpunkt zwischen dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand des Spannungsteilers elektrisch leitend angeschlossen ist. Der dritte Widerstand kann an einem zweiten Anschluss mit dem Signalgenerator elektrisch leitend verbunden sein.The device can further comprise a signal generator which couples a control signal of the superimposed alternating voltage into the tapped voltage. The coupling optionally takes place via a third resistor, which is connected in an electrically conductive manner with a first connection to the node between the first resistor and the second resistor of the voltage divider. The third resistor can be electrically connected to the signal generator at a second connection.
Die überlagernde Wechselspannung kann über den Spannungsteiler für eine Istwert-Erfassung der Spannung an der Eingangsseite des LLC-Wandlers an die Steuereinheit des Anpasswandlers gekoppelt sein.The superimposed alternating voltage can be coupled to the control unit of the matching converter via the voltage divider for an actual value detection of the voltage on the input side of the LLC converter.
Alternativ oder ergänzend kann mittels des dritten Widerstands eine analoge Einkopplung des Steuersignals (Signaleinkopplung) der überlagernden Wechselspannung ermöglicht sein.Alternatively or additionally, an analog coupling of the control signal (signal coupling) of the superimposed alternating voltage can be made possible by means of the third resistor.
Der Signalgenerator kann ferner mit einem der beiden Pole der Ausgangsseite des Anpasswandlers und/oder einem der beiden Pole der Eingangsseite des LLC-Wandlers elektrisch leitend verbunden sein. Alternativ oder ergänzend kann der Signalgenerator außerhalb des Anpasswandlers angeordnet sein.The signal generator can also be electrically conductively connected to one of the two poles of the output side of the matching converter and/or one of the two poles of the input side of the LLC converter. Alternatively or additionally, the signal generator can be arranged outside the matching converter.
Alternativ oder ergänzend kann das Steuersignal der überlagernden Wechselspannung auf die über den Spannungsteiler abgegriffene Spannung aufaddiert sein.Alternatively or additionally, the control signal of the superimposed alternating voltage can be added to the voltage tapped via the voltage divider.
Das Aufaddieren der Spannungen an der Eingangsseite der Steuereinheit kann eine analoge und/oder digitale Einkopplung des Steuersignals (kurz: Signaleinkopplung) umfassen.Adding up the voltages on the input side of the control unit can include analog and/or digital coupling of the control signal (in short: signal coupling).
Die Steuereinheit kann dazu ausgebildet sein, die Ausgangsgleichspannung des Anpasswandlers abhängig von einer Ist-Spannung zu regeln. Der Signalgenerator kann ein Steuersignal der überlagernden Wechselspannung in die Ist-Spannung einkoppeln. Optional kann das Steuersignal auf einen Istwert in der Steuereinheit aufaddiert werden.The control unit can be designed to regulate the output DC voltage of the matching converter depending on an actual voltage. The signal generator can couple a control signal from the superimposed alternating voltage into the actual voltage. Optionally, the control signal can be added to an actual value in the control unit.
Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, die Ausgangsgleichspannung des Anpasswandlers abhängig von einer Soll-Spannung zu regeln. Der Signalgenerator kann ein Steuersignal der überlagernden Wechselspannung in die Soll-Spannung einkoppeln. Optional kann das Steuersignal auf einen konstanten Sollwert in der Steuereinheit aufaddiert werden.Alternatively or additionally, the control unit can be designed to regulate the output DC voltage of the matching converter depending on a target voltage. The signal generator can couple a control signal from the superimposed alternating voltage into the target voltage. Optionally, the control signal can be added to a constant setpoint in the control unit.
Die Vorrichtung kann den an der Soll-Spannung einkoppelnden Signalgenerator und/oder den an der Ist-Spannung einkoppelnden Signalgenerator umfassen.The device can comprise the signal generator coupling in at the target voltage and/or the signal generator coupling in at the actual voltage.
Das Aufaddieren der überlagernden Wechselspannung auf den konstanten Sollwert in der Steuereinheit kann eine analoge und/oder eine digitale Einkopplung des Steuersignals (kurz: Signaleinkopplung) umfassen.Adding the superimposed alternating voltage to the constant setpoint in the control unit can include analog and/or digital coupling of the control signal (short: signal coupling).
Die Überlagerung der Ausgangsspannung des Anpasswandlers mit der Wechselspannung kann eine analoge Signaleinkopplung und/oder eine digitale Signaleinkopplung in der Steuereinheit umfassen.The superposition of the output voltage of the matching converter with the alternating voltage can include analog signal coupling and/or digital signal coupling in the control unit.
Eine Frequenz der Spannung an der Eingangsseite des Anpasswandlers kann null Hertz (Hz) umfassen für eine Gleichspannungsquelle. Alternativ oder ergänzend kann eine Frequenz der Spannung an der Eingangsseite des Anpasswandlers (vor deren Gleichrichtung) zwischen 50 Hz und 60 Hz betragen für eine eingangsseitige (z.B. dreiphasige) Wechselspannungsquelle mit anschließendem Gleichrichter. Weiterhin alternativ oder ergänzend kann eine Frequenz der Spannung an der Eingangsseite des Anpasswandlers (vor deren Gleichrichtung) zwischen 100 Hz und 1000 Hz, insbesondere 400 Hz, für ein (z.B. Flugzeug-) Bordnetz betragen.A frequency of the voltage at the input side of the matching converter may include zero Hertz (Hz) for a DC voltage source. Alternatively or additionally, a frequency of the voltage on the input side of the matching converter (before its rectification) can be between 50 Hz and 60 Hz for an input-side (e.g. three-phase) AC voltage source with a subsequent rectifier. Furthermore, alternatively or additionally, a frequency of the voltage on the input side of the matching converter (before its rectification) can be between 100 Hz and 1000 Hz, in particular 400 Hz, for an (e.g. aircraft) on-board electrical system.
Die Frequenz der überlagernden Wechselspannung kann zwischen 0,5 Hz und 2 Hz betragen, beispielsweise im Fall einer Wechselspannungsquelle mit anschließendem Gleichrichter auf der Eingangsseite des, und/oder im, Anpasswandler. Insbesondere kann die Frequenz der überlagernden Wechselspannung 1 Hz betragen.The frequency of the superimposed alternating voltage can be between 0.5 Hz and 2 Hz, For example, in the case of an AC voltage source with a subsequent rectifier on the input side of and/or in the matching converter. In particular, the frequency of the superimposed alternating voltage can be 1 Hz.
Alternativ oder ergänzend kann die Frequenz der überlagernden Wechselspannung (z.B. ein bisschen oder geringfügig) größer als 2 Hz sein, beispielsweise im Fall einer Gleichspannungsquelle auf der Eingangsseite des Anpasswandlers.Alternatively or additionally, the frequency of the superimposed alternating voltage can be (e.g. slightly or slightly) greater than 2 Hz, for example in the case of a direct voltage source on the input side of the matching converter.
Eine eingangsseitige (z.B. dreiphasige) Wechselspannungsquelle kann beispielsweise eine Amplitude der Wechselspannung von 400 Volt (V) bis 500 V umfassen. Alternativ oder ergänzend kann eine eingangsseitige Gleichspannung des Anpasswandlers beispielsweise zwischen 12 V und 800 V umfassen. Beispielsweise kann die Wechselspannung einer eingangsseitigen (z.B. dreiphasigen) Wechselspannungsquelle gleichgerichtet werden vor dem Eingang in den Anpasswandlers.An input-side (e.g. three-phase) AC voltage source can, for example, have an amplitude of the AC voltage of 400 volts (V) to 500 V. Alternatively or additionally, an input-side DC voltage of the matching converter can comprise, for example, between 12 V and 800 V. For example, the alternating voltage of an input-side (e.g. three-phase) alternating voltage source can be rectified before entering the matching converter.
Die Ausgangsgleichspannung des Anpasswandlers kann mindestens ein ganzzahliges Vielfaches der Amplitude der überlagernden Wechselspannung betragen, beispielsweise mindestens ein dreifaches bis mindestens ein 40-faches.The DC output voltage of the matching converter can be at least an integer multiple of the amplitude of the superimposed AC voltage, for example at least three times to at least 40 times.
Alternativ oder ergänzend kann die Ausgangsgleichspannung des Anpasswandlers 800 V betragen. Weiterhin alternativ oder ergänzend kann die Amplitude der überlagernden Wechselspannung zwischen 10 V und 20 V betragen.Alternatively or additionally, the DC output voltage of the matching converter can be 800 V. Alternatively or additionally, the amplitude of the superimposed alternating voltage can be between 10 V and 20 V.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zum Bereitstellen einer stabilen Gleichspannungsversorgung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Anpassens einer Gleichspannung aus einer Gleichspannungsquelle oder des Anpassens einer Wechselspannung aus einer Wechselspannungsquelle mittels eines Anpasswandlers. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Überlagerns einer Ausgangsgleichspannung des Anpasswandlers mit einer Wechselspannung, wobei eine Amplitude der überlagernden Wechselspannung kleiner ist als eine Ausgangsgleichspannung des Anpasswandlers. Das Verfahren umfasst weiterhin einen Schritt des Wandelns (auch: Umwandelns) der mit der Wechselspannung überlagerten Ausgangsgleichspannung des Anpasswandlers mittels eines LLC-Wandlers. Der LLC-Wandler ist dazu ausgebildet, auf einer Ausgangsseite eine stabile Gleichspannungsversorgung bereitzustellen, wobei eine Gleichspannung der ausgangsseitigen stabilen Gleichspannungsversorgung eine Funktion einer Schaltfrequenz des LLC-Wandlers ist. Gemäß dem Verfahren ist eine Frequenz der überlagernden Wechselspannung geringer als die Schaltfrequenz des LLC-Wandlers. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Bereitstellens einer stabilen Gleichspannung an der Ausgangsseite des LLC-Wandlers.According to a second aspect, a method for providing a stable DC voltage supply is provided. The method includes a step of adjusting a DC voltage from a DC voltage source or adjusting an AC voltage from an AC voltage source using a matching converter. The method further comprises a step of superimposing an output DC voltage of the matching converter with an alternating voltage, wherein an amplitude of the superimposed AC voltage is smaller than a DC output voltage of the matching converter. The method further includes a step of converting (also: converting) the DC output voltage of the matching converter superimposed on the AC voltage by means of an LLC converter. The LLC converter is designed to provide a stable DC voltage supply on an output side, wherein a DC voltage of the output-side stable DC voltage supply is a function of a switching frequency of the LLC converter. According to the method, a frequency of the superimposed alternating voltage is lower than the switching frequency of the LLC converter. The method further includes the step of providing a stable DC voltage at the output side of the LLC converter.
Das Verfahren kann einen Schritt des Gleichrichtens einer (beispielsweise dreiphasigen) Wechselspannung einer Wechselspannungsquelle mittels eines Gleichrichters umfassen. Ferner kann das Verfahren einen Schritt des Bereitstellens der gleichgerichteten Spannung als die Gleichspannung der Gleichspannungsquelle an einer Eingangsseite des Anpasswandlers umfassen.The method may include a step of rectifying an (e.g. three-phase) alternating voltage of an alternating voltage source using a rectifier. Furthermore, the method may include a step of providing the rectified voltage as the DC voltage of the DC voltage source at an input side of the matching converter.
Das Verfahren des zweiten Aspekts kann auch als Verfahren für Frequenz-Jitter in einem LLC-Wandler (Englisch: LLC converter), oder kurz als Verfahren für LLC-Jitter, an einer Eingangsspannung mit geringem Rippel bezeichnet werden.The method of the second aspect can also be referred to as a method for frequency jitter in an LLC converter, or for short as a method for LLC jitter, at a low ripple input voltage.
Das Verfahren des zweiten Aspekts kann mittels der Vorrichtung des ersten Aspekts ausgeführt werden.The method of the second aspect can be carried out using the device of the first aspect.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawings using preferred exemplary embodiments.
Es zeigen:
-
1 ein schematisches Ausführungsbeispiel eines LLC-Wandlers; -
2A und2B ein schematisches erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur stabilen Gleichspannungsversorgung umfassend einen LLC-Wandler, beispielsweise den LLC-Wandler der 1 , mit einer Gleichspannungsquelle in2A und einer Wechselspannungsquelle in2B ; -
3 ein schematisches zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur stabilen Gleichspannungsversorgung umfassend einen LLC-Wandler, beispielsweise den LLC-Wandler der 1 ; -
4 ein schematisches drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur stabilen Gleichspannungsversorgung umfassend einen LLC-Wandler, beispielsweise den LLC-Wandler der 1 ; -
5 einen schematischen Spektrumsverlauf der Ausgangsspannung in Abhängigkeit der Schaltfrequenz eines herkömmlichen LLC-Wandlers; und -
6 einen schematischen Spektrumsverlauf der Ausgangsspannung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur stabilen Gleichspannungsversorgung, beispielsweise einer Vorrichtung gemäß2A ,2B ,3 oder4 , in Abhängigkeit der Schaltfrequenz eines LLC-Wandlers, beispielsweise des LLC-Wandlers der 1 .
-
1 a schematic embodiment of an LLC converter; -
2A and2 B a schematic first exemplary embodiment of a device according to the invention for stable DC voltage supply comprising an LLC converter, for example the LLC converter of1 , with a DC voltage source in2A and an alternating voltage source in2 B ; -
3 a schematic second embodiment of a device according to the invention for stable DC voltage supply comprising an LLC converter, for example the LLC converter of1 ; -
4 a schematic third embodiment of a device according to the invention for stable DC voltage supply comprising an LLC converter, for example the LLC converter of1 ; -
5 a schematic spectrum profile of the output voltage depending on the switching frequency of a conventional LLC converter; and -
6 a schematic spectrum profile of the output voltage of a device according to the invention for stable DC voltage supply, for example a device according to2A ,2 B ,3 or4 , depending on the switching frequency of an LLC Converter, for example theLLC converter 1 .
Der beispielhafte LLC-Wandler 100 der
An der Eingangsseite des beispielhaften LLC-Wandlers 100 befinden sich ein Glättungskondensator (C1) 106-2 sowie zwei Halbleiterschalter (S1, S2) 108. Die Halbleiterschalter (S1, S2) 108 können mittels der schematisch dargestellten Schaltungseinheit 112 gemäß einer Schaltfrequenz des LLC-Wandlers 100 geschaltet werden. Beispielsweise kann der erste Halbleiterschalter (S1) 108 leitend geschaltet sein, während der zweite Halbleiterschalter (S2) 108 nicht-leitend geschaltet ist, oder umgekehrt.On the input side of the
Ausgangsseitig umfasst der LLC-Wandler 100 einen Gleichrichter, beispielsweise mehrere Dioden 110 (D1, D2, D3, D4), zur Gleichrichtung der Ausgangsspannung des LLC-Wandlers 100. Ferner umfasst die Ausgangsseite des beispielhaften LLC-Wandlers 100 einen Glättungskondensator 106-3 (C2).On the output side, the
Die
Gleiche oder äquivalente Komponenten in den Ausführungsbeispielen der
Beispielhaft für eine Gleichspannungsquelle sind in den
Das Ausführungsbeispiel der
Die Vorrichtung 200-1; 200-2; 200-3 umfasst jeweils einen LLC-Wandler, der in
Die Vorrichtung 200-1; 200-2; 200-3 umfasst ferner jeweils einen Anpasswandler 206 mit einer Steuereinheit 208. Die Steuereinheit 208 ist dazu ausgebildet, sowohl einen Sollwert 210 der Ausgangsgleichspannung als auch einen Istwert 212 der Ausgangsgleichspannung des Anpasswandlers 206 zu empfangen. Der Istwert 212 der Ausgangsgleichspannung wird in den Ausführungsbeispielen 200-1; 200-2; 200-3 der
Die Vorrichtung 200-1; 200-2; 200-3 umfasst in jedem Ausführungsbeispiel einen Signalgenerator 219 für eine überlagernde Wechselspannung 218. Die überlagernde Wechselspannung 218 ist niederfrequent. Niederfrequent bezeichnet hierin eine Frequenz, die so gering ist, dass eine Schaltungseinheit des LLC-Wandlers 100, beispielsweise die Schaltungseinheit 112 in
Ferner ist eine Amplitude der überlagernden Wechselspannung 218, beispielsweise um ein Vielfaches, kleiner als eine Amplitude der Ausgangsgleichspannung des Anpasswandlers 206. Z.B. kann eine Amplitude der überlagernden Wechselspannung höchstens 20 V betragen, insbesondere zwischen 10 V und 20 V.Furthermore, an amplitude of the superimposed alternating
Der LLC-Wandler 100 kann eine Reaktionszeit von z.B. 0.5 ms bis 1 ms haben, in der er eine Störung auf der Ausgangsspannung ausregeln kann (beispielsweise mittels der Schaltungseinheit 112). Es sind aber auch höhere Werte der Reaktionszeit des LLC-Wandlers 100 bis ungefähr 5 ms bei großen Vorrichtungen (beispielsweise den Vorrichtungen 200-1; 200-2; 200-3) möglich.
Ein anderer Kennwert, der im Prinzip das gleiche wie die Reaktionszeit des LLC-Wandlers beschreiben kann, ist die Bandbreite der Schaltungseinheit (auch: Regler) 112 im LLC-Wandler 100. Man kann man auch sagen, dass die Schaltungseinheit (auch: Regler) 112 des LLC-Wandlers 100 eine Bandbreite von ungefähr 5 kHz bis 8 kHz hat. Es sind aber auch Werte von nur 1 kHz bei größeren Vorrichtungen (beispielsweise den Vorrichtungen 200-1; 200-2; 200-3) denkbar.The
Another characteristic value that can in principle describe the same as the response time of the LLC converter is the bandwidth of the circuit unit (also: regulator) 112 in the
Beispielhafte Schaltfrequenzen des LLC-Wandlers 100 können zwischen 80 kHz und 120 kHz betragen. Alternativ oder ergänzend können bei (insbesondere größeren) Vorrichtungen (beispielsweise den Vorrichtungen 200-1; 200-2; 200-3) die Schaltfrequenzen tendenziell sinken (beispielsweise auf nur 30 kHz bis 40 kHz). Weiterhin alternativ oder ergänzend können bei (insbesondere kleineren) Vorrichtungen (beispielsweise den Vorrichtungen 200-1; 200-2; 200-3) die Schaltfrequenzen auch höher sein (beispielsweise im Bereich von 150 kHz).Example switching frequencies of the
Die Schaltfrequenz des LLC-Wandlers 100 und die Reaktionszeit des LLC-Wandlers 100 müssen nicht direkt und/oder funktional voneinander abhängig sein. Alternativ oder ergänzend ist die Schaltfrequenz des LLC-Wandlers 100 in Ausführungsbeispielen deutlich höher als die Bandbreite der Schaltungseinheit (auch: Regler) 112, um zu verhindern, dass die Schaltfrequenz störend in die Schaltung (auch: Regelung) einkoppelt.The switching frequency of the
Alternativ oder ergänzend können limitierend für die Bandbreite der Schaltungseinheit (auch: Regler) 112 die in der Vorrichtung (beispielsweise der Vorrichtung 200-1; 200-2; 200-3) verwendeten Größen von Bauelementen sein, z.B. von (insbesondere Transformator-) Induktivitäten und/oder Ausgangskapazitäten. Weiterhin alternativ oder ergänzend ist (beispielsweise in den allermeisten Fällen) die Schaltfrequenz des LLC-Wandlers 100 nicht die limitierende Größe für die Reaktionszeit der Schaltungseinheit (auch: Regler) 112.Alternatively or additionally, the sizes of components used in the device (for example the device 200-1; 200-2; 200-3), for example of (in particular transformer) inductors, can be limiting for the bandwidth of the circuit unit (also: controller) 112 and/or output capacities. Furthermore, alternatively or additionally (for example in the vast majority of cases) the switching frequency of the
Erfindungsgemäß ändert sich die überlagernde (auch: aufmodulierte) Wechselspannung 218 auf die Eingangsspannung des LLC-Wandlers 100 (insbesondere viel oder vielfach, beispielsweise um mindestens ein ganzzahliges Vielfaches) langsamer als die Reaktionszeit der Schaltungseinheit (auch: Regler) 112. Alternativ oder ergänzend ist erfindungsgemäß die Frequenz der überlagernden Wechselspannung 218 (insbesondere deutlich, beispielsweise um mindestens ein ganzzahliges Vielfaches) kleiner sein als die Bandbreite der Schaltungseinheit (auch: Regler) 112, um zu verhindern, dass die überlagernde Wechselspannung 218 auch auf der Ausgangsspannung des LLC-Wandlers 100 beobachtbar (auch: sichtbar) ist.According to the invention, the superimposed (also: modulated) alternating
Die Frequenz der die Eingangsspannung des LLC-Wandlers 100 überlagernden Wechselspannung 218 kann beispielsweise aus folgenden Gründen niedrig, beispielsweise im Bereich von 1 Hz, gewählt wird:
- 1)
Die Wechselspannung 218 kann auch für eine Modulation des Eingangsstromes desAnpasswandlers 206 sorgen. Wenn der Eingangsstrom desAnpasswandlers 206 mit einer 3-phasigen Wechselspannung (auch: Netzspannung) versorgt wird, hat die Wechselspannung (auch: Netzspannung) herkömmlicherweiseeine Frequenz von 50 Hz. Die Steuereinheit (auch: Regler) 208 desAnpasswandlers 206 kann in einem Ausführungsbeispiel sehr langsam ausgelegt sein (z.B. entsprechend einer Bandbreite von ca. 10 Hz), um zu verhindern, dass die Steuereinheit (auch: Regler) 208 zu Asymmetrien im Netzstrom (beispielsweise an der Ausgangsseite des Anpasswandlers 206) führt (z.B. positive Halbwelle der Netzspannung größer als negative Halbwelle der Netzspannung). Die Frequenz der die Ausgangsspannung desAnpasswandlers 206 überlagernden (auch: aufmodulierten)Wechselspannung 218 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel (insbesondere) deutlich geringer als dieBandbreite der Steuereinheit 208 des Anpasswandlers 206 (und/oder der Schaltungseinheit 112 des LLC-Wandlers 100), um die Steuereinheit (auch: Regler) 208 (und/oder die Schaltungseinheit 112) nicht zu stören und/oder zu überfordern. - 2) Experimentell hat sich gezeigt, dass Modulationsfrequenzen (und/oder Frequenzen der überlagernden Wechselspannung 218) zwischen 1 Hz und 2 Hz zu einer guten Form abgeflachter Spitzen im Spektrum führen können. Je nach Modulationsfrequenz (und/oder Frequenz der überlagernden Wechselspannung 218) kann die Form auch anders aussehen, insbesondere von abgeflachten Spitzen abweichen (z.B. zwei große „Hörner-Spitzen“ rechts und links eines Plateaus umfassen). Die Modulationsfrequenz (und/oder Frequenz der überlagernden Wechselspannung 218) hat also gemäß einigen (oder allen) Ausführungsbeispielen eher einen Einfluss auf die Form der Spitzen als auf deren Breite.
- 1) The
AC voltage 218 can also provide modulation of the input current of the matchingconverter 206. If the input current of the matchingconverter 206 is supplied with a 3-phase alternating voltage (also: mains voltage), the alternating voltage (also: mains voltage) conventionally has a frequency of 50 Hz. The control unit (also: regulator) 208 of the matchingconverter 206 can in one embodiment be designed to be very slow (e.g. corresponding to a bandwidth of approximately 10 Hz) in order to prevent the control unit (also: regulator) 208 from causing asymmetries in the mains current (e.g. on the output side of the matching converter 206) (e.g. positive half-wave of the mains voltage is larger as a negative half wave of the mains voltage). According to this exemplary embodiment, the frequency of the alternatingvoltage 218 superimposed (also: modulated) on the output voltage of the matchingconverter 206 is (in particular) significantly lower than the bandwidth of thecontrol unit 208 of the matching converter 206 (and/or thecircuit unit 112 of the LLC converter 100). Not to disturb and/or overtax the control unit (also: regulator) 208 (and/or the circuit unit 112). - 2) Experimentally it has been shown that modulation frequencies (and/or frequencies of the superimposed alternating voltage 218) between 1 Hz and 2 Hz can lead to a good form of flattened peaks in the spectrum. Depending on the modulation frequency (and/or frequency of the superimposed alternating voltage 218), the shape can also look different, in particular it can deviate from flattened peaks (e.g. include two large “horn peaks” on the right and left of a plateau). According to some (or all) embodiments, the modulation frequency (and/or frequency of the superimposed alternating voltage 218) has more of an influence on the shape of the peaks than on their width.
Die Breite der Spitzen im Spektrum des LLC-Wandlers 100 kann von der Amplitude der überlagernden (auch: aufmodulierten) Wechselspannung 218 abhängen. Je höher die Amplitude ist, desto stärker muss der LLC-Wandler 100 gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung seine Frequenz verstellen, um die Ausgangsspannung stabil zu halten. Die maximale und minimale Schaltfrequenz des LLC-Wandlers 100 können die Breite der Spitzen festlegen.The width of the peaks in the spectrum of the
In jedem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 200-1; 200-2; 200-3 in
In den Ausführungsbeispielen der Vorrichtung 200-1 in
Die Eingangsgleichspannung (Vzk) des LLC-Wandlers 100 kann der Ausgangsgleichspannung des Anpasswandlers 206 entsprechen.The DC input voltage (Vzk) of the
In den Ausführungsbeispielen der
In dem Ausführungsbeispiel der
In dem Ausführungsbeispiel der
Der Anpasswandler 206 im Ausführungsbeispiel der
In den folgenden Ausführungsbeispielen der
In dem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 200-2 in
In dem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 200-3 in
In jedem der Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 200-1; 200-2; 200-3 in
Die gezeigte Dreiecksspannung sowie eine Sinusspannung (und/oder beispielsweise eine Trapez-Spannung) haben den Vorteil eines stetigen Spannungsverlaufs.The triangular voltage shown and a sine voltage (and/or a trapezoidal voltage, for example) have the advantage of a constant voltage curve.
Bei einer sprunghaften Änderung der Eingangsspannung des LLC-Wandlers 100 müsste der LLC-Wandler 100 seine Schaltfrequenz auch sprunghaft ändern, wenn die Ausgangsspannung stabil bleiben soll. Durch die Reaktionszeit der Schaltungseinheit (auch: Regler) 112 kann der LLC-Wandler 100 seine Frequenz aber üblicherweise nicht beliebig schnell anpassen. Daher kann eine Störung auf der Ausgangsspannung, insbesondere bei hohen Frequenzen der überlagernden Wechselspannung 218 und/oder bei unstetigen Spannungsverläufen der überlagernden Wechselspannung 218, sichtbar werden. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn die Wechselspannung 218 auf der Eingangsspannung des LLC-Wandlers 100 einen stetigen Verlauf hat. Alternativ oder ergänzend kann die Schaltungseinheit (auch: Regler) 112 des LLC-Wandlers 100 stetige Spannungsveränderungen gut ausregeln.If there is a sudden change in the input voltage of the
Alternativ oder ergänzend können überlagernde Wechselspannungen (auch: Modulationssignale) 218 mit Unstetigkeiten (z.B., Rechteck, Sägezahn) vorteilhaft sein. Die Form der überlagernden Wechselspannung (auch: Modulationssignal) hat beispielsweise Einfluss auf die Form der Spitzen im Spektrum.Alternatively or additionally, superimposed alternating voltages (also: modulation signals) 218 with discontinuities (e.g., square wave, sawtooth) can be advantageous. The shape of the superimposed alternating voltage (also: modulation signal), for example, influences the shape of the peaks in the spectrum.
Weiterhin alternativ oder ergänzend können je nach Anwendung kleine Störungen auf der Ausgangsspannung des LLC-Wandlers 100 auch toleriert werden, weshalb eine überlagernde Wechselspannung (auch: Modulationssignal) 218 mit Sprüngen dann kein zu großes Problem wäre.Furthermore, alternatively or additionally, depending on the application, small disturbances on the output voltage of the
Grundsätzlich sind beliebige Formen von überlagernden Wechselspannungen 218 einsetzbar mit geeigneter (und/oder bestimmter) Amplitude und Frequenz.
Ferner ist in jedem der Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 200-1; 200-2; 200-3 in
Furthermore, in each of the embodiments of the device 200-1; 200-2; 200-3 in
Auf der Abszisse ist bei Bezugszeichen 502 in
An Bezugszeichen 510 ist ein Spektrum von Quasi-Spitzen-Messwerten (auch: Quasi-Peak-Messwerten) eines herkömmlichen LLC-Wandlers mit Eingangsspannung mit geringem Spannungsrippel aufgetragen. Wie aus
An Bezugszeichen 512 ist ein Spektrum von Durchschnitts-Messwerten (auch: Average-Messwerten) eines herkömmlichen LLC-Wandlers mit Eingangsspannung mit geringem Spannungsrippel aufgetragen. Auch in diesem herkömmlichen Spektrum sind schmalbandige Spitzen ersichtlich.A spectrum of average measured values (also: average measured values) of a conventional LLC converter with input voltage with low voltage ripple is plotted at
Gleiche Größen (beispielsweise Koordinatenachsen, Kennwerte und/oder Grenzwerte) sind in
An Bezugszeichen 610 in
An Bezugszeichen 612 ist das Spektrum der Durchschnitts-Messwerte (auch: Average-Messwerte) am Ausgang (beispielsweise an den Anschlüssen 220 der stabilen Gleichspannungsversorgung) des LLC-Wandlers 100 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 200-1; 200-2; 200-3 aufgetragen. Auch in diesem Spektrum der
Wie beispielhaft anhand des Vergleichs der
Alternativ oder ergänzend können die Durchschnittswerte (auch: Averagewerte) der erfindungsgemäßen Vorrichtung (beispielsweise der Vorrichtung 200-1; 200-2; 200-3 in
Somit ist bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung (beispielsweise der Vorrichtung 200-1; 200-2; 200-3 der
Durch die Eingangsgleichspannung und Ausgangsgleichspannung des LLC-Wandlers, beispielsweise des LLC-Wandlers 100 der
Die technische Lösung besteht erfindungsgemäß darin, dass zwischen der Eingangsgleichspannung und dem LLC-Wandler 100 ein Anpasswandler 206 vorhanden ist, der mit seiner Ausgangsgleichspannung den LLC-Wandler 100 versorgt.The technical solution according to the invention is that a matching
Die technische Lösung besteht ferner erfindungsgemäß darin, dass die Ausgangsgleichspannung des Anpasswandlers 206 so verändert (auch: manipuliert) wird, dass ihr gezielt eine Wechselspannung 218 überlagert ist. Durch die Änderung der Ausgangsgleichspannung des Anpasswandlers 206 muss sich gleichfalls die Schaltfrequenz des LLC-Wandlers 100 ändern (insbesondere bei konstanter Ausgangsgleichspannung des LLC- Wandlers 100, beispielsweise an den Anschlüssen 220 der stabilen Gleichspannungsversorgung).According to the invention, the technical solution also consists in changing (also: manipulating) the DC output voltage of the matching
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur stabilen Gleichspannungsversorgung von einer dreiphasigen (auch: 3-phasigen) Wechselspannungsquelle (auch: Netzspannung) 202 gespeist, die anschließend gleichgerichtet 204 wird. Nachfolgend schließt sich ein Hochsetzsteller (auch: Aufwärtswandler; Englisch: Boost-Converter) als Anpasswandler 206 an. Dem Istwert für die Ausgangsgleichspannung des Hochsetzstellers 206 wird eine Wechselspannung (beispielsweise eine Dreieckspannung oder eine Sägezahnspannung) 218 überlagert, die dazu führt, dass die Ausgangsgleichspannung des Hochsetzstellers 206 entsprechend schwankt (z.B. um eine Amplitude von ±7 V mit einer Frequenz von 1.2 Hz bei einem Mittelwert von 805 Volt). Die schwankende Eingangsgleichspannung führt zu einem zeitlichen Taktzittern (auch: Frequenz-Jitter) des LLC-Wandlers 100.According to one exemplary embodiment, a device according to the invention for stable direct voltage supply is fed by a three-phase (also: 3-phase) alternating voltage source (also: mains voltage) 202, which is then rectified 204. This is followed by a step-up converter (also: boost converter; English: boost converter) as a matching
Die Vorrichtung des, oder eines jeden, Ausführungsbeispiels kann eine einstellbare Ausgangsgleichspannung von 22,5 V bis 29,5 V, insbesondere von 24 V, bereitstellen (beispielsweise an den Anschlüssen 220 der stabilen Gleichspannungsversorgung in
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen sind Werte der Ausgangsgleichspannung von 12 V, 48 V, 120 V oder 250 V möglich. Alternativ oder ergänzend können die Ausgangsströme im Bereich von mehreren hundert Ampere liegen, z.B. bei 200 A oder 1000 A.According to further exemplary embodiments, values of the output DC voltage of 12 V, 48 V, 120 V or 250 V are possible. Alternatively or additionally, the output currents can be in the range of several hundred amperes, e.g. 200 A or 1000 A.
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf die Spannungswerte oder Stromwerte (kollektiv auch als Kennwerte bezeichnet) der oben genannten Ausführungsbeispiele, sondern ist auch auf andere Kombinationen von Kennwerten anwendbar.The present invention is not limited to the voltage values or current values (also referred to collectively as characteristics) of the above-mentioned exemplary embodiments, but is also applicable to other combinations of characteristics.
Gemäß weiterer Ausführungsbeispiele umfasst der Anpasswandler 206 einen Tiefsetzsteller (auch: Abwärtswandler; Englisch: Buck-Converter), einen Hochtiefsetzsteller (Englisch: Buck-Boost-Converter), einen Sperrwandler (Englisch: Flyback Converter), einen SEPIC-Wandler, einen Flußwandler und/oder einen Brückenwandler.According to further exemplary embodiments, the matching
In jedem Ausführungsbeispiel kann der LLC-Wandler 100 einen eigenen Regelkreis, beispielsweise integriert in der (oder umfassend die) Schaltungseinheit 112, umfassen. Alternativ oder ergänzend kann die überlagernde Wechselspannung 218 die Steuereinheit 208 des Anpasswandlers 206 beeinflussen.In each exemplary embodiment, the
Weiterhin alternativ oder ergänzend wird in den Regelkreis des LLC-Wandlers 100 nicht direkt eingegriffen, sondern beispielsweise nur indirekt durch die Änderung von sowohl Amplitude als auch Frequenz der Eingangsgleichspannung (insbesondere durch die Überlagerung der Ausgangsgleichspannung des Anpasswandlers 206 mit der Wechselspannung 218) am Eingang des LLC-Wandlers 100.Furthermore, alternatively or additionally, the control loop of the
Wegen der Veränderung der Eingangsgleichspannung muss der LLC-Wandler 100 gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung seine Schaltfrequenz verändern, damit die Ausgangsgleichspannung (beispielsweise an den Anschlüssen 220 der stabilen Gleichspannungsversorgung in
Die Schaltfrequenzänderung des LLC-Wandlers 100 kann also erfindungsgemäß indirekt durch den Anpasswandler 206 erzwungen werden, ohne in die Schaltungseinheit 112 (auch: den Regelkreis) des LLC-Wandlers 100 direkt einzugreifen zu müssen.According to the invention, the switching frequency change of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die erfindungsgemäße Vorrichtung 200-1; 200-2; 200-3 durch eine Gleichspannungsquelle, d.h. eine Eingangsgleichspannung mit einer Frequenz von 0 Hz, gespeist.According to an exemplary embodiment, the device according to the invention 200-1; 200-2; 200-3 is fed by a DC voltage source, i.e. an input DC voltage with a frequency of 0 Hz.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die erfindungsgemäße Vorrichtung 200-1; 200-2; 200-3 durch eine (beispielsweise dreiphasige) Wechselspannung 202 mit einer Frequenz von 50 Hz bis 60 Hz und anschließender Gleichrichtung 204 gespeist.According to a further exemplary embodiment, the device 200-1 according to the invention; 200-2; 200-3 is fed by a (for example three-phase) alternating
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die erfindungsgemäße Vorrichtung 200-1; 200-2; 200-3 durch eine Wechselspannung (beispielsweise eines, insbesondere Flugzeug-, Bordnetzes) 202 mit einer Frequenz von 400 Hz und anschließender Gleichrichtung 204 gespeist.According to a further exemplary embodiment, the device 200-1 according to the invention; 200-2; 200-3 is fed by an alternating voltage (for example from an on-board electrical system, in particular an aircraft) 202 with a frequency of 400 Hz and
Gemäß weiterer Ausführungsbeispiele sind Frequenzen von über 400 Hz einer Wechselspannungsquelle 202 mit anschließender Gleichrichtung 204 möglich.According to further exemplary embodiments, frequencies of over 400 Hz of an alternating
Alternativ oder ergänzend kann ein Spannungsrippel geringer sein je höher die Frequenz der Spannungsquelle 202 (beispielsweise mit anschließender Gleichrichtung 204) ist, aus welcher der Anpasswandler 206 gespeist wird.Alternatively or additionally, a voltage ripple can be lower the higher the frequency of the voltage source 202 (for example with subsequent rectification 204) from which the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine Frequenz einer überlagernden Wechselspannung 218, beispielsweise eine Dreiecksspannung oder einer Sägezahnspannung, zwischen 0,5 Hz und 2 Hz betragen. Alternativ oder ergänzend sind weitere Frequenzen der überlagernden Wechselspannung 218 möglich, die einer deutlich langsameren Veränderung der Ausgangsgleichspannung des Anpasswandlers 206 und/oder der Eingangsgleichspannung des LLC-Wandlers 100 entsprechen als das Reaktionsvermögen der Schaltungseinheit (auch: des LLC-Reglers) 112 des LLC-Wandlers. So kann die Schaltungseinheit (auch: der LLC-Regler) 112 des LLC-Wandlers 112 die Ausgangsgleichspannung (beispielsweise an den Anschlüssen 220 in
Gemäß weiterer Ausgangsbeispiele kann eine Eingangsgleichspannung einer Spannungsquelle (auch: Netz) zwischen 12 V und 800 V betragen. Alternativ oder ergänzend kann eine Eingangswechselspannung einer Spannungsquelle 202 (beispielsweise mit anschließender Gleichrichtung 204) zwischen 100 V und 500 V, insbesondere zwischen 400 V und 500 V, umfassen. Beispielsweise kann die dreiphasige Wechselspannungsquelle 202 in den
Gemäß weiterer Ausführungsbeispiele beträgt die Eingangsgleichspannung Vzk des LLC-Wandlers 100 in
Die in den Ausführungsbeispielen genannten Spannungswerte und/oder Amplituden, insbesondere der (z.B. Eingangs- und/oder Ausgangs-) Gleichspannungen, sind exemplarisch. Andere Spannungswerte und/oder Amplituden können erfindungsgemäß mit einer jeweils geeignet gewählten Wechselspannung überlagert werden.The voltage values and/or amplitudes mentioned in the exemplary embodiments, in particular of the (e.g. input and/or output) DC voltages, are exemplary. According to the invention, other voltage values and/or amplitudes can be superimposed with a suitably selected alternating voltage.
Wenn das Frequenzspektrum vollkommen unwichtig wäre, dann würde man normalerweise die Eingangsspannung des LLC-Wandlers 100 so stabil wie möglich halten. Dass nun für den Frequenz-Jitter eine Wechselspannung 218 überlagert (auch: aufmoduliert) wird, ist intuitiv das Gegenteil herkömmlicher Anforderungen, weil es die Schaltungseinheit (auch: Regler) 112 des LLC-Wandlers 100 stört. Alternativ oder ergänzend können Bauteile stärker als herkömmlicherweise belastet werden. Z.B. kann ein Eingangskondensator gemäß der Erfindung für eine höhere Spannung ausgelegt sein (beispielsweise eine Gleichspannung plus Amplitude der Wechselspannung) als herkömmlicherweise. Diese nachteiligen Effekte können insbesondere Kenngrößen der überlagernden Wechselspannung 218 im Verhältnis zu Kenngrößen der Ausgangsspannung des Anpasswandlers 206 begrenzen.If the frequency spectrum were completely unimportant, then one would normally keep the input voltage of the
Beispielsweise kann bei einer überlagernden Wechselspannung 218 von 20 V (auch: ±20 V Spitzenspannung; kurz: ±20 Vpk) auf eine Gleichspannung von 800 V (auch: Vdc) bezogen eine starke Verbreiterung der Spitzen im Spektrum erreicht werden und trotzdem die Vorrichtung (beispielsweise die Vorrichtung 200-1; 200-2; 200-3) noch gut betreiben werden und die Bauteile nicht überlastet werden.For example, with a superimposed alternating
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine überlagernde Wechselspannung 218 von 10 V (auch: ±10 V Spitzenspannung; kurz: ±10 Vpk) auf eine Gleichspannung von 400 V (auch: Vdc) bezogen geeignet für eine starke Verbreiterung der Spitzen im Spektrum ohne Überlastung von Bauteilen der Vorrichtung (beispielsweise der Vorrichtung 200-1; 200-2; 200-3).According to a further exemplary embodiment, a superimposed alternating
Gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel ist eine überlagernde Wechselspannung 218 von 4 V (auch: ±4 V Spitzenspannung; kurz: ±4 Vpk) auf eine Gleichspannung von 160 V (auch: Vdc) bezogen geeignet für eine starke Verbreiterung der Spitzen im Spektrum ohne Überlastung von Bauteilen der Vorrichtung (beispielsweise der Vorrichtung 200-1; 200-2; 200-3). Beispielsweise kann das Verhältnis berechnet werden ausgehend vom Ausführungsbeispiel einer Gleichspannung von 800 V mit einer überlagernden Wechselspannung 218 von 20 V als: (Wert Gleichspannung in V)/800 V × 20 V = (zulässiger und/oder geeigneter Wert überlagernde Wechselspannung in V).According to yet another exemplary embodiment, a superimposed alternating
Alle Ausführungsbeispiele sind, sofern nicht anderweitig spezifiziert, miteinander kombinierbar.Unless otherwise specified, all exemplary embodiments can be combined with one another.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf exemplarische Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist für Fachkundige ersichtlich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können. Ferner können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder eine bestimmtes elektrische Leistungsanforderung an die Lehre der Erfindung anzupassen. Folglich ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle Ausführungsbeispiele, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen.Although the invention has been described with reference to exemplary embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes may be made and equivalents substituted. Furthermore, many modifications can be made to adapt a particular situation or electrical power requirement to the teachings of the invention. Accordingly, the invention is not limited to the disclosed embodiments, but includes all embodiments that fall within the scope of the appended claims.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 100100
- LLC-WandlerLLC converter
- 102102
- Transformatortransformer
- 104-1; 104-2; 104-3104-1; 104-2; 104-3
- Induktivitätinductance
- 106-1; 106-2; 106-3106-1; 106-2; 106-3
- Kapazitätcapacity
- 108108
- HalbleiterschalterSemiconductor switch
- 110110
- Diodediode
- 112112
- SchaltungseinheitCircuit unit
- 200-1; 200-2; 200-3200-1; 200-2; 200-3
- Vorrichtung zur stabilen GleichspannungsversorgungDevice for stable direct voltage supply
- 202202
- Spannungsquellevoltage source
- 204204
- Gleichrichterrectifier
- 206206
- AnpasswandlerMatching converter
- 208208
- SteuereinheitControl unit
- 210210
- Sollwert der SpannungSetpoint voltage
- 212212
- Istwert der SpannungActual voltage value
- 214214
- Erster Widerstand der WiderstandsbrückeFirst resistance of the resistance bridge
- 216216
- Zweiter Widerstand der WiderstandsbrückeSecond resistance of the resistance bridge
- 218218
- Überlagernde WechselspannungSuperimposed alternating voltage
- 219219
- Signalgenerator der überlagernden WechselspannungSignal generator of the superimposed alternating voltage
- 220220
- Anschlüsse für stabile GleichspannungsversorgungConnections for stable DC voltage supply
- 222222
- WiderstandResistance
- 502502
- Frequenz (Abszisse)Frequency (abscissa)
- 504504
- Spannungswert (Ordinate)Voltage value (ordinate)
- 506506
- Quasi-SpitzenkennwertQuasi-peak characteristic value
- 508508
- DurchschnittskennwertAverage characteristic value
- 510510
- Quasi-Spitzen-Messwert im Stand der TechnikQuasi-peak measurement value in the state of the art
- 512512
- Durchschnitts-Messwert im Stand der TechnikAverage measurement value in the prior art
- 610610
- Quasi-Spitzen-Messwert gemäß Ausführungsbeispiel der ErfindungQuasi-peak measurement value according to the exemplary embodiment of the invention
- 612612
- Durchschnitts-Messwert gemäß Ausführungsbeispiel der ErfindungAverage measured value according to the exemplary embodiment of the invention
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022115765.2A DE102022115765A1 (en) | 2022-06-24 | 2022-06-24 | Technology for stable DC voltage supply |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022115765.2A DE102022115765A1 (en) | 2022-06-24 | 2022-06-24 | Technology for stable DC voltage supply |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022115765A1 true DE102022115765A1 (en) | 2024-01-04 |
Family
ID=89167375
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102022115765.2A Pending DE102022115765A1 (en) | 2022-06-24 | 2022-06-24 | Technology for stable DC voltage supply |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102022115765A1 (en) |
-
2022
- 2022-06-24 DE DE102022115765.2A patent/DE102022115765A1/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69401497T2 (en) | EMERGENCY GENERATOR | |
EP2740203B1 (en) | Electrical power supply apparatus with pfc and current forming signal and a method for operating the same | |
DE112018004109T5 (en) | DIGITAL CONTROL OF A NESTED POWER CONVERTER IN SWITCHED BOUNDARY MODE | |
DE112014002478T5 (en) | Device and method for charging a vehicle battery from the power grid | |
EP2796002B1 (en) | Method and circuit assembly for operating illuminants while avoiding beats | |
EP3350911B1 (en) | Pfc module for intermittent flow | |
DE112015003287T5 (en) | Hysteresis power control method for single-stage power converters | |
DE102012111853A1 (en) | Switch power pack device used for LED lights, has control unit that regulates output stream based on default signal and controls phase of input current flowing at time course and phase of alternating voltage input signal | |
DE112015007044T5 (en) | Switching power converter with magnetizing current shaping | |
EP0641148B1 (en) | Electronic ballast for operating a load, for example a lamp | |
BE1030661B1 (en) | Technology for stable DC voltage supply | |
DE102015202245B4 (en) | Step-down converter with frequency modulated switch control | |
DE69737706T2 (en) | Power supply apparatus | |
DE102022115765A1 (en) | Technology for stable DC voltage supply | |
DE3310774A1 (en) | Circuit arrangement for the DC supply of a load | |
AT17610U1 (en) | Compensating for a low frequency ripple | |
DE60107295T2 (en) | Power Factor Controller | |
DE102020209738B4 (en) | SYSTEM AND PROCEDURE FOR IMPROVING THE POWER FACTOR AND THD OF A SWITCHING POWER CONVERTER | |
EP3826160B1 (en) | Switching power supply and control method for a switching power supply | |
DE19522369A1 (en) | Rectifier-power pack e.g. for welding or plasma-cutting apparatus | |
AT16905U1 (en) | Switching converter with cyclical frequency change | |
DE102009040284A1 (en) | Cosine (Φ) correction for current- or power-controlled control gear for lamps | |
DE102014205520A1 (en) | Power Factor Correction Circuit (PFC) with THD Correction | |
WO2022037942A1 (en) | Method and apparatus for ascertaining an average choke current or an input or output voltage in a step-up or step-down converter | |
DE102023107960A1 (en) | Methods for power factor correction and power factor correction filters in lighting devices |