DE102022201626A1

DE102022201626A1 - Inductive charging device for wireless energy transfer

Info

Publication number: DE102022201626A1
Application number: DE102022201626.2A
Authority: DE
Inventors: Mike Böttigheimer; Jörg Heinrich; Timo Lämmle; Anja Sewalski
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2022-02-16
Filing date: 2022-02-16
Publication date: 2023-08-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Induktionsladevorrichtung (1) zur drahtlosen Energieübertragung, wobei die Induktionsladevorrichtung (1) eine Vorrichtung (8) zum variablen Anpassen einer Kapazität aufweist, welche zwei Schalter (16) umfasst.Eine verbesserte Präzision und Effizienz der Induktionsladevorrichtung (1) werden dadurch erreicht, dass ein Schalteranschluss (17) des jeweiligen Schalters (16) elektrisch vom Schalteranschluss (17) des anderen Schalters (16) getrennt ist.Die Erfindung betrifft des Weiteren ein drahtloses Energieübertragungssystem (1) mit einer solchen Induktionsladevorrichtung (1).The present invention relates to an inductive charging device (1) for wireless energy transmission, the inductive charging device (1) having a device (8) for variably adjusting a capacity, which comprises two switches (16). Improved precision and efficiency of the inductive charging device (1). achieved in that a switch connection (17) of the respective switch (16) is electrically isolated from the switch connection (17) of the other switch (16). The invention also relates to a wireless energy transmission system (1) with such an inductive charging device (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Induktionsladevorrichtung zur drahtlosen Energieübertragung, welche eine Vorrichtung zum aktiven Anpassen einer Kapazität aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein drahtloses Energieübertragungssystem, welches insbesondere zum Laden einer Batterie in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommt, mit einer solchen Induktionsladevorrichtung.The present invention relates to an inductive charging device for wireless energy transmission, which has a device for actively adjusting a capacity. The invention also relates to a wireless energy transmission system, which is used in particular to charge a battery in a motor vehicle, with such an induction charging device.

Drahtlose Energieübertragungssysteme basieren gewöhnlich auf dem Induktionsprinzip. Dabei übermittelt eine, in der Regel stationäre, Induktionsladevorrichtung induktiv Energie auf eine andere, in der Regel mobile, Induktionsladevorrichtung. Zum effektiven Zusammenwirken dieser Induktionsladevorrichtungen ist eine Abstimmung dieser Induktionsladevorrichtungen aneinander von Vorteil. Insbesondere um dieselbe stationäre Induktionsladevorrichtung mit unterschiedlichen mobilen Induktionsladevorrichtungen oder umgekehrt betreiben zu können, ist es dabei wünschenswert, gewisse Parameter in der stationären Induktionsladevorrichtung und/oder in der mobilen Induktionsladevorrichtung bei Bedarf anpassen zu können. Gewöhnlich sollte es zu diesem Zweck möglich sein, eine Anpassung der Kapazität der Induktionsladevorrichtung vorzunehmen.Wireless power transmission systems are usually based on the induction principle. In this case, a generally stationary inductive charging device transmits energy inductively to another, generally mobile, inductive charging device. For these inductive charging devices to work together effectively, it is advantageous for these inductive charging devices to be coordinated with one another. In particular, in order to be able to operate the same stationary inductive charging device with different mobile inductive charging devices or vice versa, it is desirable to be able to adapt certain parameters in the stationary inductive charging device and/or in the mobile inductive charging device as required. For this purpose it should usually be possible to adjust the capacity of the inductive charging device.

Ein solches drahtloses Energieübertragungssystem ist aus der EP 3 365 958 B1 bekannt. Das Energieübertragungssystem umfasst in der stationären Induktionsladevorrichtung eine Vorrichtung zum aktiven Anpassen einer Kapazität sowie eine Steuerschaltung zum Steuern der Vorrichtung. Die Vorrichtung zum aktiven Anpassen der Kapazität umfasst zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren sowie zwei jeweils als ein MOSFET ausgebildete Schalter. Die Schalter sind in Reihe geschaltet und zueinander antiseriell angeordnet, wobei die Sourceanschlüsse der Schalter elektrisch miteinander verbunden sind. Die Drainanschlüsse der Schalter sind jeweils elektrisch mit einem Anschluss eines zugehörigen Kondensatoren und elektrisch mit einem Anschluss der Vorrichtung verbunden. Die Gateanschlüsse und somit Steueranschlüsse der Schalter sind mit der Steuerschaltung gekoppelt. Beim Erkennen aufeinanderfolgender Stromnulldurchgänge durch die Vorrichtung erfolgt jeweils das Schließen einer der beiden Schalter.Such a wireless energy transmission system is from EP 3 365 958 B1 known. In the stationary inductive charging device, the energy transmission system comprises a device for actively adjusting a capacity and a control circuit for controlling the device. The device for actively adjusting the capacitance includes two series-connected capacitors and two switches, each designed as a MOSFET. The switches are connected in series and arranged anti-serially to one another, with the sources of the switches being electrically connected to one another. The drains of the switches are each electrically connected to a terminal of an associated capacitor and electrically to a terminal of the device. The gate connections and thus control connections of the switches are coupled to the control circuit. When successive current zero crossings are detected by the device, one of the two switches is closed in each case.

Beim aus dem Stand der Technik bekannten drahtlosen Energieübertragungssystem kommt es zu einem nachteiligen Zusammenwirken der vorhandenen parasitären Kapazitäten und Induktivitäten. Dies kann insbesondere Schaltstörungen, wie bspw. Gaterückwirkungseffekte und/oder hochfrequentes Ringing, zur Folge haben, welche die Funktionsweise der Induktionsladevorrichtung beeinträchtigen können und/oder zu höheren Störausstrahlungen führen können. Auch ist somit ist die Präzision, mit der sich insbesondere die Kapazität anpassen lässt, begrenzt. Daraus resultiert eine begrenzte und/oder reduzierte Anpassungsmöglichkeit der stationären Induktionsladevorrichtung an die mobile Induktionsladevorrichtung und somit eine begrenzte Effizienz der Energieübertragung. Darüber hinaus lassen sich Energieübertragungssysteme des Standes der Technik mit einer begrenzten Betriebsspannung betreiben. Somit ist die maximal übertragbare Energie ebenfalls begrenzt.In the wireless power transmission system known from the prior art, there is a disadvantageous interaction between the existing parasitic capacitances and inductances. In particular, this can result in switching interference, such as gate reaction effects and/or high-frequency ringing, which can impair the functioning of the inductive charging device and/or can lead to higher levels of interference emissions. The precision with which the capacitance in particular can be adapted is therefore also limited. This results in a limited and/or reduced possibility of adapting the stationary inductive charging device to the mobile inductive charging device and thus a limited efficiency of the energy transmission. In addition, energy transmission systems of the prior art can be operated with a limited operating voltage. Thus, the maximum energy that can be transmitted is also limited.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, für eine Induktionsladevorrichtung sowie für ein drahtloses Energieübertragungssystem der eingangs genannten Art verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, welche sich insbesondere durch eine erhöhte Präzision und/oder Effizienz und/oder maximal mögliche Betriebsspannung auszeichnen.The present invention is concerned with the task of specifying improved or at least different embodiments for an inductive charging device and for a wireless energy transmission system of the type mentioned above, which are characterized in particular by increased precision and/or efficiency and/or the maximum possible operating voltage.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this object is achieved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in einer Induktionsladevorrichtung zur drahtlosen Energieübertragung, eine Vorrichtung zum aktiven Anpassen einer Kapazität der Vorrichtung vorzusehen, welche zwei Schalter sowie eine Kondensatoranordnung mit zumindest einem Kondensator umfasst, und zwei getrennte Strompfade für die im Betrieb auftretenden Hinströme und Rückströme durch die Vorrichtung bereitzustellen. Im Gegensatz zum Stand der Technik, in welchem Hinströme und Rückströme, das heißt elektrische Ströme beim Anliegen unterschiedlicher Spannungsphasen, insbesondere über die antiseriell geschalteten Schalter und somit über den gleichen Strömungspfad fließen, ist erfindungsgemäß also vorgesehen, die Hinströme über einen vorgesehenen ersten Strömungspfad und die Rückströmung über einen vorgesehenen zweiten Strömungspfad fließen zu lassen. Umgesetzt wird dies dadurch, dass die Spannungsdifferenz über den beiden Schaltern voneinander getrennt ist. Somit können ferner Resonanzen zwischen den beiden Schaltern zumindest reduziert, insbesondere gedämpft werden. In der Folge lässt sich die mit der Vorrichtung anpassbare Kapazität präziser einstellen. Dies führt auch zu einer erhöhten Effizienz bei der drahtlosen Energieübertragung.The present invention is based on the general idea of providing a device for actively adjusting a capacitance of the device in an inductive charging device for wireless energy transmission, which device comprises two switches and a capacitor arrangement with at least one capacitor, and two separate current paths for the forward currents that occur during operation and Provide reverse currents through the device. In contrast to the prior art, in which incoming currents and return currents, i.e. electrical currents when different voltage phases are applied, flow in particular via the switches connected anti-series and thus via the same flow path, the invention therefore provides for the incoming currents to flow via a provided first flow path and the Allow reverse flow to flow through a second flow path provided. This is implemented by separating the voltage difference across the two switches. In this way, resonances between the two switches can at least be reduced, in particular damped. As a result, the capacity that can be adjusted with the device can be adjusted more precisely. This also leads to increased efficiency in wireless power transmission.

Dem Erfindungsgedanken entsprechend umfasst die Induktionsladevorrichtung die Vorrichtung zum aktiven Anpassen einer Kapazität. Die Vorrichtung umfasst eine Kondensatoranordnung mit zumindest einem Kondensator sowie zwei Schaltern. Die Kondensatoranordnung weist zwei elektrische Anschlüsse auf, welche nachfolgend auch als erster Kondensatoranschluss und zweiter Kondensatoranschluss bezeichnet werden. Der jeweilige Schalter umfasst einen Steueranschluss zum Steuern des Schalters sowie zwei weitere elektrische Anschlüsse, durch welche im geschlossenen Zustand des Schalters ein elektrischer Strom fließen kann. Die Vorrichtung weist also einen ersten Schalter mit einem ersten Erstschalteranschluss, einem zweiten Erstschalteranschluss sowie einem Erstschalter-Steueranschluss auf. Ferner umfasst die Vorrichtung einen zweiten Schalter, der einen ersten Zweitschalteranschluss, einen zweiten Zweitschalteranschluss sowie einen Zweitschalter-Steueranschluss aufweist. Dabei ist der zweite Erstschalteranschluss elektrisch mit dem ersten Kondensatoranschluss verbunden. Ferner ist der zweite Zweitschalteranschluss elektrisch mit dem zweiten Kondensatoranschluss verbunden. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Steuerschaltung, mit welcher die Steueranschlüsse der Schalter zum Öffnen und Schließen der Schalter angesteuert werden können. Die Steuerschaltung ist mit dem Erstschalter-Steueranschluss und dem Zweitschalter-Steueranschluss gekoppelt. Dabei sind der erste Erstschalteranschluss und der erste Zweitschalteranschluss elektrisch voneinander getrennt. Die Steuerschaltung ist derart ausgestaltet, dass sie die Kapazität der Vorrichtung durch Schließen und Öffnen der Schalter aktiv anpasst.According to the idea of the invention, the inductive charging device includes the device for actively adjusting a capacity. The device includes a capacitor arrangement with at least one capacitor and two switches. The capacitor arrangement has two electrical connections, which are also referred to below as the first capacitor connection and the second capacitor connection. The respective switch includes a control connection for controlling the switch and two further electrical connections through which an electric current can flow when the switch is in the closed state. The device thus has a first switch with a first first switch connection, a second first switch connection and a first switch control connection. Furthermore, the device comprises a second switch, which has a first second switch connection, a second second switch connection and a second switch control connection. In this case, the second first switch connection is electrically connected to the first capacitor connection. Furthermore, the second second switch terminal is electrically connected to the second capacitor terminal. The device also includes a control circuit with which the control terminals of the switches can be controlled to open and close the switches. The control circuit is coupled to the first switch control port and the second switch control port. In this case, the first primary switch connection and the first secondary switch connection are electrically isolated from one another. The control circuitry is designed to actively adjust the capacitance of the device by closing and opening the switches.

Die Vorrichtung, insbesondere die Steuerschaltung, ist derart ausgestaltet, dass der jeweilige Schalter einer Stromrichtung zugeordnet ist. Beispielsweise kann der erste Schalter für die positive Halbwelle des Wechselstroms und der zweite Schalter für die negative Halbwelle des Wechselstroms zuständig sein oder umgekehrt.The device, in particular the control circuit, is designed in such a way that the respective switch is assigned to a current direction. For example, the first switch can be responsible for the positive half-cycle of the alternating current and the second switch for the negative half-cycle of the alternating current, or vice versa.

Bevorzugt handelt es sich bei zumindest einem der Schalter, vorteilhaft beim jeweiligen Schalter, um einen Transistor. Besonders bevorzugt handelt es sich bei zumindest einem der Schalter, vorteilhaft beim jeweiligen Schalter, um einen MOSFET. Dabei entspricht der erste Schalteranschluss einem Sourceanschluss, der zweite Schalteranschluss einem Drainanschluss und der Steueranschluss einem Gateanschluss des Transistors. Somit sind kostengünstige Herstellung sowie eine vereinfachte Ansteuerung der Schalter erreicht.Preferably, at least one of the switches, advantageously the respective switch, is a transistor. Particularly preferably, at least one of the switches, advantageously the respective switch, is a MOSFET. In this case, the first switch connection corresponds to a source connection, the second switch connection to a drain connection and the control connection to a gate connection of the transistor. Inexpensive production and simplified control of the switches are thus achieved.

Bevorzugt ist die Steuerschaltung derart ausgestaltet, dass sie die Kapazität der Vorrichtung dadurch anpasst, dass sie die Schalter bei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen der durch die Vorrichtung fließenden elektrischen Ströme periodisch für jeweils eine zugehörige Zeitdauer schließt und öffnet. Die Zeitdauer, in welcher der Schalter geschlossen ist und somit leitet, wird nachfolgend auch als Einschaltdauer bezeichnet. Das heißt, dass die Steuerschaltung derart ausgestaltet ist, dass sie die Kapazität der Vorrichtung anpasst, wobei hierzu bei einem ersten Stromnulldurchgang durch die Vorrichtung ein erstes Steuersignal an den Erstschalter-Steueranschluss angelegt wird, sodass der erste Schalter für eine erste Zeitdauer geschlossen ist. Ferner wird bei einem auf den ersten Stromnulldurchgang folgenden zweiten Stromnulldurchgang durch die Vorrichtung ein zweites Steuersignal an den Zweitschalter-Steueranschluss angelegt, sodass der zweite Schalter für eine zweite Zeitdauer geschlossen ist. Vorteilhaft werden der erste Schalter und der zweite Schalter bei den aufeinanderfolgenden ersten Nullstromdurchgängen periodisch und abwechselnd geschlossen und geöffnet.The control circuit is preferably designed in such a way that it adjusts the capacitance of the device by periodically closing and opening the switches for an associated period of time at successive zero crossings of the electrical currents flowing through the device. The period of time in which the switch is closed and thus conducts is also referred to below as the on-time. That is, the control circuit is configured to adjust the capacitance of the device by applying a first control signal to the first switch control terminal upon a first zero current crossing through the device such that the first switch is closed for a first period of time. Further, upon a second zero current crossing following the first zero current crossing, the device applies a second control signal to the second switch control terminal such that the second switch is closed for a second period of time. The first switch and the second switch are advantageously closed and opened periodically and alternately during the successive first zero-current crossings.

Die Vorrichtung erlaubt vorteilhaft drei unterschiedliche elektrische Ströme über die Vorrichtung. Ist der jeweilige Schalter in der zugehörigen Stromrichtung bzw. bei der zugehörigen Halbwelle des Wechselstroms geöffnet, fließt der gesamte Strom über den Kondensator. Im geschlossenen Zustand des ersten Schalters fließt der elektrische Strom über den ersten Schalter und umgeht dabei den zweiten Schalter, wobei der zugehörige Strompfad nachfolgend auch als Hinpfad bezeichnet wird. Der erste Schalter wird dabei vorteilhaft bei einer zugehörigen Phase der anliegenden elektrischen Spannung geschlossen, wohingegen der zweite Schalter während des Anliegens dieser Phase geöffnet ist. Zudem kann der elektrische Strom beim geschlossenen zweiten Schalter über einen durch den zweiten Schalter führenden Strompfad, der nachfolgend auch als Rückpfad bezeichnet wird, fließen. Hierbei werden der Hinpfad und die Kondensatoranordnung umgangen. Der Rückpfad wird durch das Schließen des zweiten Schalters und das Öffnen des ersten Schalters realisiert. Zweckmäßig wird dabei der zweite Schalter geschlossen und der erste Schalter geöffnet, wenn an der Vorrichtung eine elektrische Anspannung mit einer der ersten Phase entgegen gerichteten zweiten Phase anliegt. Entsprechendes gilt für den Hinpfad.The device advantageously allows three different electrical currents through the device. If the respective switch is open in the associated current direction or in the associated half-wave of the alternating current, the entire current flows through the capacitor. In the closed state of the first switch, the electric current flows via the first switch and thereby bypasses the second switch, with the associated current path also being referred to below as the forward path. The first switch is advantageously closed when an associated phase of the electrical voltage is present, whereas the second switch is open while this phase is present. In addition, when the second switch is closed, the electric current can flow via a current path leading through the second switch, which is also referred to below as the return path. In this case, the forward path and the capacitor arrangement are bypassed. The return path is realized by closing the second switch and opening the first switch. In this case, the second switch is expediently closed and the first switch is opened when an electrical voltage with a second phase directed in the opposite direction to the first phase is applied to the device. The same applies to the outward path.

Die Kapazität der Vorrichtung lässt sich mittels der jeweiligen Zeitdauer, insbesondere Einschaltdauer aktiv anpassen. Hierbei resultiert beispielsweise eine längere Einschaltdauer in eine erhöhte effektive Kapazität der Vorrichtung.The capacity of the device can be actively adjusted by means of the respective time period, in particular the duty cycle. In this case, for example, a longer switch-on time results in an increased effective capacity of the device.

Insbesondere ist die Kapazität der Vorrichtung und somit die effektive Kapazität bei einem Stromfluss nur über die Kondensatoranordnung von der Kapazität der Kondensatoranordnung dominiert, entspricht insbesondere der Kapazität der Kondensatoranordnung. Bei einem Stromfluss nur über die Schalter geht die effektive Kapazität gegen unendlich. Tendenziell gilt somit für die Kapazität der Vorrichtung und folglich die effektive Kapazität C_ef: $C_{ef} = C_{1} \cdot \frac{1}{2 - \frac{(2 φ - sin 2 φ)}{π}}$

wobei C₁ die feste Kapazität der Kondensatoranordnung ist. Zudem ist <p der Einschaltwinkel und entspricht der in einen Winkel umgerechneten Einschaltdauer. Dabei bedeutet insbesondere φ = 90°, dass der zugehörige Schalter nie die Stromführung übernimmt, und φ = 180°, dass der zugehörige Schalter dauerhaft leitet, wobei diese Formel nur für die Grundwelle gilt, und wobei gilt:

90 ° \leq φ \leq 180 ° .

In particular, the capacitance of the device and thus the effective capacitance when a current flows only via the capacitor arrangement is dominated by the capacitance of the capacitor arrangement, in particular corresponds to the capacitance of the capacitor arrangement. With a current flow only through the switches, the effective capacity goes to infinity lich. The following tends to apply to the capacitance of the device and consequently the effective capacitance C _ef :

C_{ef} = C_{1} \cdot \frac{1}{2 - \frac{(2 φ - sin 2 φ)}{π}}

where C ₁ is the fixed capacitance of the capacitor array. In addition, <p is the switch-on angle and corresponds to the switch-on time converted into an angle. In particular, φ = 90° means that the associated switch never carries the current, and φ = 180° means that the associated switch conducts permanently, with this formula only applying to the fundamental wave, and with the following applying:

90 ° \leq φ \leq 180 ° .

Durch die aktive Anpassung der Kapazität erfolgt mit der Vorrichtung auch eine aktive Anpassung der Impedanz, da die Impedanz Z umgekehrt proportional zur effektiven Kapazität ist: $Z \sim \frac{1}{C_{ef}}$

By actively adjusting the capacitance, the device also actively adjusts the impedance, since the impedance Z is inversely proportional to the effective capacitance:

Z \sim \frac{1}{C_{ef}}

Erhöhte Spannungsfestigkeiten lassen sich dadurch erreichen, dass zumindest einer der Schalter, vorteilhaft der jeweilige Schalter, auf Silicium basiert, insbesondere ein Siliciumschalter ist. Bevorzugt basiert der jeweilige Schalter auf Siliciumcarbid, nachfolgend auch kurz als „SiC“ bezeichnet. Der jeweilige Schalter ist bevorzugt ein SiC-Schalter, besonders bevorzugt ein SiC-MOSFET. Somit lässt sich für den jeweiligen Schalter eine erhöhte Spannungsfestigkeit erreichen, sodass die Spannungsfestigkeit der Vorrichtung erhöht ist.Increased dielectric strength can be achieved in that at least one of the switches, advantageously the respective switch, is based on silicon, in particular is a silicon switch. The respective switch is preferably based on silicon carbide, also referred to as “SiC” for short below. The respective switch is preferably a SiC switch, particularly preferably a SiC MOSFET. An increased dielectric strength can thus be achieved for the respective switch, so that the dielectric strength of the device is increased.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die Vorrichtung für zumindest einen der Schalter, vorteilhaft für den jeweiligen Schalter, eine von den Schaltern separate und somit dedizierte Diode aufweist. Die dedizierte Diode ist bevorzugt derart, dass sie für den dem zugehörigen Strom des zugehörigen Schalters einen Weg des geringeren elektrischen Widerstands bietet. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem für den jeweiligen Schalter die im Schalter intrinsisch vorhandene, sogenannte Bodydiode zum Realisieren des zugehörigen Strömungspfads zum Einsatz kommt, wird also bei der vorteilhaften Ausführungsform eine dedizierte Diode eingesetzt. Somit ist es insbesondere bei SiC-MOSFESTs, deren Bodydioden erhöhte Durchlassspannungen aufweisen, möglich, für den jeweiligen Strömungspfad eine niedrigere Durchlassspannung bereitzustellen. In der Folge lässt sich die Vorrichtung bei einer erhöhten Spannungsfestigkeit und folglich bei erhöhten Betriebsspannungen mit niedrigen Durchlassspannungen und somit mit erhöhter Effizienz betreiben.Embodiments are advantageous in which the device has a diode that is separate from the switches and is therefore dedicated for at least one of the switches, advantageously for the respective switch. The dedicated diode is preferably such that it provides a path of lower electrical resistance for the associated current of the associated switch. In contrast to the prior art, in which the so-called body diode intrinsically present in the switch is used for the respective switch to implement the associated flow path, a dedicated diode is used in the advantageous embodiment. It is thus possible, in particular in the case of SiC MOSFESTs whose body diodes have increased forward voltages, to provide a lower forward voltage for the respective flow path. As a result, the device can be operated with increased dielectric strength and consequently at increased operating voltages with low forward voltages and thus with increased efficiency.

Bevorzugt ist es folglich, wenn beide Schalter SiC-MOSFETs sind und die Vorrichtung für den jeweiligen Schalter eine dedizierte Diode aufweist. Ein SiC-MOSFET hat gegenüber beispielsweise einem Si-MOSFET eine höhere Spannungsfestigkeit von beispielsweise über 1000V bspw. über 1200V. Jedoch hat die Bodydiode eines SiC-MOSFETs gegenüber der Bodydiode eines Si-MOSFETs eine erhöhte Durchlassspannung von beispielsweise 4,2V. Die erhöhte Durchlassspannung des SiC-MOSFETs würde zu erhöhten Verlusten führen, wenn Strom über die Bodydiode des SiC-MOSFETs fließt. Dem wird also mit der dedizierten Diode entgegengewirkt, welche einen niedrigeren elektrischen Widerstand als die Bodydiode bereitstellt, sodass der Strom anstelle der Bodydiode über die dedizierte Diode fließt. Somit ist also bei einer erhöhten Spannungsfestigkeit zugleich eine erhöhte Effizienz erreicht.Consequently, it is preferred if both switches are SiC MOSFETs and the device has a dedicated diode for the respective switch. Compared to a Si-MOSFET, for example, a SiC-MOSFET has a higher dielectric strength of, for example, more than 1000V, for example more than 1200V. However, the body diode of a SiC MOSFET has an increased forward voltage of 4.2V, for example, compared to the body diode of a Si MOSFET. The increased forward voltage of the SiC MOSFET would lead to increased losses when current flows through the body diode of the SiC MOSFET. This is counteracted with the dedicated diode, which provides a lower electrical resistance than the body diode, so that the current flows via the dedicated diode instead of the body diode. Thus, with an increased electric strength, an increased efficiency is achieved at the same time.

Bevorzugt ist es, wenn zumindest eine der dedizierten Dioden, besonders bevorzugt die jeweilige dedizierte Diode, eine SiC-Diode, insbesondere eine SiC-Schottky-Diode, ist. Somit ist auch die Spannungsfestigkeit der dedizierten Dioden und folglich der Vorrichtung erhöht.It is preferred if at least one of the dedicated diodes, particularly preferably the respective dedicated diode, is a SiC diode, in particular a SiC Schottky diode. Thus, the withstand voltage of the dedicated diodes and consequently of the device is also increased.

Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen der jeweilige Schalter ein SiC-MOSFET und die jeweilige dedizierte Diode eine SiC-Diode, insbesondere eine SiC-Schottky-Diode, ist. Zugleich ist durch den Einsatz der SiC-MOSFETs die Spannungsfestigkeit gegenüber einer Vorrichtung mit Si-MOSFETs erhöht.Embodiments are particularly preferred in which the respective switch is a SiC MOSFET and the respective dedicated diode is a SiC diode, in particular a SiC Schottky diode. At the same time, the use of SiC MOSFETs increases the dielectric strength compared to a device with Si MOSFETs.

Dementsprechend ist es bevorzugt, wenn die Vorrichtung für den ersten Schalter eine zugehörige dedizierte Diode aufweist, welche nachfolgend auch als erste Diode bezeichnet wird. Die erste Diode umfasst auf bekannte Weise einen Durchlassanschluss und einen Sperranschluss, welche nachfolgend auch als erster Durchlassanschluss und erster Sperranschluss bezeichnet werden. Dabei ist der erste Erstschalteranschluss elektrisch mit dem ersten Durchlassanschluss und der erste Sperranschluss elektrisch mit dem zweiten Kondensatoranschluss verbunden.Accordingly, it is preferred if the device has an associated dedicated diode for the first switch, which is also referred to below as the first diode. In a known manner, the first diode comprises a forward connection and a blocking connection, which are also referred to below as the first forward connection and the first blocking connection. In this case, the first first switch connection is electrically connected to the first forward connection and the first blocking connection is electrically connected to the second capacitor connection.

Dementsprechend ist es bevorzugt, wenn die Vorrichtung für den zweiten Schalter eine zugehörige dedizierte Diode aufweist, welche nachfolgend auch als zweite Diode bezeichnet wird. Das heißt, dass die Vorrichtung die von den Schaltern und von der ersten Diode separate zweite Diode aufweist. Die zweite Diode weist auf bekannte Weise einen Durchlassanschluss und einen Sperranschluss auf, welche nachfolgend auch als zweiter Durchlassanschluss und zweiter Sperranschluss bezeichnet werden. Dabei ist der erste Zweitschalteranschluss elektrisch mit dem zweiten Durchlassanschluss verbunden. Ferner ist der zweite Sperranschluss elektrisch mit dem ersten Kondensatoranschluss verbunden.Accordingly, it is preferred if the device has an associated dedicated diode for the second switch, which is also referred to below as the second diode. That is, the device has the second diode separate from the switches and from the first diode. In a known manner, the second diode has a forward connection and a blocking connection, which are also referred to below as the second forward connection and second blocking connection. In this case, the first second switch connection is electrically connected to the second pass connection. Further the second blocking terminal is electrically connected to the first capacitor terminal.

Die Steuerschaltung ist bevorzugt zum Erkennen des jeweiligen Stromnulldurchgangs-ausgestaltet.The control circuit is preferably designed to detect the current zero crossing.

Bevorzugt empfängt der jeweilige Schalter das Ansteuerungssignal von der Steuerschaltung zum Zeitpunkt des zugehörigen Stromnulldurchgangs. Bei einem als Transistor, insbesondere MOSFET, ausgebildeten Schalter kann es vorkommen, dass der Schalter erst im Spannungsnulldurchgang automatisch die Stromführung tatsächlich übernimmt, da hier keine Spannung über der dezidierten Diode des Schalters anliegt und diese leitfähig ist.The respective switch preferably receives the activation signal from the control circuit at the time of the associated current zero crossing. In the case of a switch designed as a transistor, in particular a MOSFET, it can happen that the switch only automatically takes over the current flow when the voltage passes through zero, since there is no voltage across the dedicated diode of the switch and this is conductive.

Prinzipiell kann die Steuerschaltung beliebig ausgebildet sein. Zweckmäßig weist die Steuerschaltung zumindest eine integrierte Schaltung, insbesondere einen Treiber-IC, auf.In principle, the control circuit can be designed in any way. The control circuit expediently has at least one integrated circuit, in particular a driver IC.

Die Kondensatoranordnung umfasst, wie vorstehend beschrieben, zumindest einen Kondensator. Insbesondere kann die Kondensatoranordnung einen einzigen Kondensator umfassen. Umfasst die Kondensatoranordnung zwei oder mehr Kondensatoren, so können diese in Reihe und/oder parallel geschaltet werden.As described above, the capacitor arrangement comprises at least one capacitor. In particular, the capacitor arrangement can comprise a single capacitor. If the capacitor arrangement includes two or more capacitors, these can be connected in series and/or in parallel.

Vorteilhaft weist die Vorrichtung elektrische Anschlüsse auf, über welche die Vorrichtung mit der Induktionsladevorrichtung elektrisch verbunden ist. Die Vorrichtung weist also einen ersten Vorrichtungsanschluss und einen zweiten Vorrichtungsanschluss auf.The device advantageously has electrical connections via which the device is electrically connected to the inductive charging device. The device thus has a first device connection and a second device connection.

Bevorzugt ist es hierbei, wenn der erste Kondensatoranschluss elektrisch mit dem ersten Vorrichtungsanschluss und der zweite Kondensatoranschluss elektrisch mit dem zweiten Vorrichtungsanschluss verbunden ist.It is preferred here if the first capacitor connection is electrically connected to the first device connection and the second capacitor connection is electrically connected to the second device connection.

Die Induktionsladevorrichtung wirkt in einem zugehörigen Energieübertragungssystem zur drahtlosen Energieübertragung induktiv mit einer weiteren Induktionsladevorrichtung zusammen. In der jeweiligen Induktionsladevorrichtung ist zu diesem Zweck wenigstens eine Induktionsspule vorgesehen, wobei die Induktionsspulen der Induktionsladevorrichtungen induktiv zusammenwirken. Diese Induktionsspulen sind dem Fachmann auch als Primärspule und Sekundärspule bekannt. Die Primärspule erzeugt hierbei im Betrieb ein magnetisches Feld, welches von der Sekundärspule empfangen wird.The inductive charging device interacts inductively with another inductive charging device in an associated energy transmission system for wireless energy transmission. For this purpose, at least one induction coil is provided in the respective induction charging device, with the induction coils of the induction charging devices interacting inductively. These induction coils are also known to those skilled in the art as primary coils and secondary coils. During operation, the primary coil generates a magnetic field which is received by the secondary coil.

Die aktive Anpassung der Kapazität und somit der Impedanz kommt vorteilhaft zur aktiven Resonanzanpassung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule zum Einsatz. Insbesondere erfolgt dies derart, dass dabei bei einem Versatz die Resonanzbedingung im entsprechenden Betriebspunkt wieder erfüllt sind, sodass eine erhöhte, insbesondere maximale, Leistung übertragen wird.The active adaptation of the capacitance and thus the impedance is advantageously used for active resonance adaptation between the primary coil and the secondary coil. In particular, this is done in such a way that in the event of an offset, the resonance conditions are again met at the corresponding operating point, so that an increased, in particular maximum, power is transmitted.

Die Primärspule ist vorteilhaft Bestandteil einer stationären Induktionsladevorrichtung und die Sekundärspule Bestandteil einer mobilen Induktionsladevorrichtung.The primary coil is advantageously part of a stationary inductive charging device and the secondary coil is part of a mobile inductive charging device.

Es versteht sich, dass die Induktionsladevorrichtung auch weitere Bestandteile aufweisen kann.It goes without saying that the inductive charging device can also have other components.

Die Induktionsladevorrichtung kann beispielsweise eine Schaltung zur passiven Anpassung der Impedanz aufweisen, welche nachfolgend auch als Passivimpedanzschaltung bezeichnet wird. Die Passivimpedanzschaltung entspricht insbesondere einem dem Fachmann auch unter dem englischen Ausdruck geläufiges „Impedance Matching Network“, oder kurz „IMN“. Die Passivimpedanzschaltung entspricht dabei vorteilhaft einer fest eingestellten Blindleistungskompensation. Bevorzugt ist es hierbei, wenn die Passivimpedanzschaltung zwischen der Induktionsspule und der Vorrichtung geschaltet ist.The inductive charging device can, for example, have a circuit for passively matching the impedance, which is also referred to below as a passive impedance circuit. The passive impedance circuit corresponds in particular to an “impedance matching network” or “IMN” for short, which is also known to those skilled in the art. In this case, the passive impedance circuit advantageously corresponds to a fixed reactive power compensation. It is preferred here if the passive impedance circuit is connected between the induction coil and the device.

Das Energieübertragungssystem kann prinzipiell in beliebigen Anwendungen zur drahtlosen Energieübertragung zum Einsatz kommen.In principle, the energy transmission system can be used in any application for wireless energy transmission.

Das Energieübertragungssystem kann insbesondere zur drahtlosen Energieübertragung zum Aufladen einer Batterie zum Einsatz kommen.The energy transmission system can be used in particular for wireless energy transmission to charge a battery.

Denkbar ist es dabei, die Batterie eines Kraftfahrzeugs induktiv und somit drahtlos aufzuladen. Zu diesem Zweck ist die mobile Induktionsladevorrichtung vorteilhaft am Kraftfahrzeug vorgesehen und wirkt mit einer sich außerhalb des Kraftfahrzeugs befindenden stationären Induktionsladevorrichtung zusammen.It is conceivable to charge the battery of a motor vehicle inductively and thus wirelessly. For this purpose, the mobile inductive charging device is advantageously provided on the motor vehicle and interacts with a stationary inductive charging device located outside of the motor vehicle.

Es versteht sich, dass neben der Induktionsladevorrichtung auch ein solches Energieübertragungssystem zum Umfang dieser Erfindung gehört.It goes without saying that, in addition to the inductive charging device, such an energy transmission system also belongs to the scope of this invention.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention result from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures based on the drawings.

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.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

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.Preferred exemplary embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description, with the same reference numbers referring to identical or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch

1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Darstellung eines Energieübertragungssystems mit zumindest einer Induktionsladevorrichtung,
2 eine Schaltung einer Vorrichtung der Induktionsladevorrichtung zum aktiven Anpassen der Kapazität,
3 Diagramme zu verschiedenen Spannungs- und Stromverläufen durch die Vorrichtung,
4 die Vorrichtung in der in 3 mit I bezeichneten Durchströmungsphase,
5 die Vorrichtung in der in 3 mit II bezeichneten Durchströmungsphase,
6 die Vorrichtung in der in 3 mit III bezeichneten Durchströmungsphase,
7 die Vorrichtung in der in 3 mit IV bezeichneten Durchströmungsphase,
8 eine Schaltung der Induktionsladevorrichtung mit der Vorrichtung aus 3,
9 eine Schaltung der Induktionsladevorrichtung zur Spannungsnulldurchgangserkennung bei einem anderen Ausführungsbeispiel.

Show it, each schematically

1 a highly simplified, circuit diagram-like representation of an energy transmission system with at least one inductive charging device,
2 a circuit of a device of the induction charging device for actively adjusting the capacity,
3 Diagrams of different voltage and current curves through the device,
4 the device in the in 3 flow phase designated I,
5 the device in the in 3 flow phase designated II,
6 the device in the in 3 flow phase designated III,
7 the device in the in 3 flow phase designated IV,
8th a circuit of the inductive charging device with the device 3 ,
9 a circuit of the inductive charging device for voltage zero crossing detection in another embodiment.

Eine Induktionsladevorrichtung 1 zur drahtlosen Energieübertragung, wie sie beispielsweise in den 1 bis 9 gezeigt ist, kommt insbesondere in einem Energieübertragungssystem 2 zum Einsatz, welches beispielhaft in 1 gezeigt ist. Das Energieübertragungssystem 2 umfasst zwei solche Induktionsladevorrichtungen 1, welche zur drahtlosen Energieübertragung induktiv zusammenwirken. Eine der Induktionsladevorrichtungen 1a dient dabei dem Senden der Energie an die andere Induktionsladevorrichtung 1b, welche diese Energie empfängt. Dabei wird die Induktionsladevorrichtung 1a nachfolgend auch als stationäre Induktionsladevorrichtung 1a und die Induktionsladevorrichtung 1b nachfolgend auch als mobile Induktionsladevorrichtung 1b bezeichnet. Zum induktiven Zusammenwirken weist die jeweilige Induktionsladevorrichtung 1 zumindest eine Induktionsspule 3 auf.An inductive charging device 1 for wireless energy transmission, as for example in the 1 until 9 shown, is used in particular in an energy transmission system 2, which is exemplified in 1 is shown. The energy transmission system 2 includes two such inductive charging devices 1, which interact inductively for wireless energy transmission. One of the inductive charging devices 1a serves to send the energy to the other inductive charging device 1b, which receives this energy. The inductive charging device 1a is also referred to below as the stationary inductive charging device 1a and the inductive charging device 1b is also referred to below as the mobile inductive charging device 1b. The respective inductive charging device 1 has at least one induction coil 3 for inductive interaction.

Bei der stationären Induktionsladevorrichtung 1a handelt es sich vorteilhaft um eine solche, welche mit einer elektrischen Energiequelle 4, beispielsweise einem Netzanschluss, verbunden ist oder eine solche Energiequelle 4 umfasst. Die mobile Induktionsladevorrichtung 1b kann insbesondere in einer mobilen Anwendung 5 vorgesehen sein. Entsprechend 1 kann es sich bei der Anwendung 5 um ein Kraftfahrzeug 6 handeln. Die Anwendung 5 des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels umfasst eine Batterie 7, welche mittels der drahtlosen Energieübertragung aufgeladen wird.The stationary inductive charging device 1a is advantageously one that is connected to an electrical energy source 4 , for example a mains connection, or includes such an energy source 4 . The mobile inductive charging device 1b can be provided in a mobile application 5 in particular. Accordingly 1 the application 5 can be a motor vehicle 6 . The application 5 of the in 1 shown embodiment includes a battery 7, which is charged by means of wireless energy transmission.

Zumindest eine der Induktionsladevorrichtungen 1 umfasst eine Vorrichtung 8 zur aktiven Anpassung einer Kapazität und somit einer Impedanz der Induktionsladevorrichtung 1. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die jeweilige Induktionsladevorrichtung 1 eine solche Vorrichtung 8 auf.At least one of the inductive charging devices 1 includes a device 8 for actively adjusting a capacitance and thus an impedance of the inductive charging device 1. In FIG 1 In the exemplary embodiment shown, the respective inductive charging device 1 has such a device 8 .

Die Vorrichtung 8 wird über eine Steuerschaltung 9 angesteuert, welche zu diesem Zweck zumindest einen Treiber-IC (nicht gezeigt) aufweisen kann.The device 8 is controlled via a control circuit 9, which can have at least one driver IC (not shown) for this purpose.

Zumindest eine der Induktionsladevorrichtungen 1 kann ferner eine Schaltung 10 zur passiven Anpassung einer Impedanz der Induktionsladevorrichtung 1 aufweisen. Die Schaltung 10 wird nachfolgend auch als Passivimpedanzschaltung 10 bezeichnet und entspricht einer fest eingestellten Blindleistungskompensation. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die jeweilige Induktionsladevorrichtung 1 eine solche, zugehörige Passivimpedanzschaltung 10 auf. Wie 1 entnommen werden kann, ist vorteilhaft die Passivimpedanzschaltung 10 jeweils zwischen der zugehörigen Induktionsspule 3 und der zugehörigen Vorrichtung 8 vorgesehen und geschaltet.At least one of the inductive charging devices 1 can also have a circuit 10 for passively matching an impedance of the inductive charging device 1 . The circuit 10 is also referred to below as a passive impedance circuit 10 and corresponds to a fixed reactive power compensation. in the in 1 In the exemplary embodiment shown, the respective inductive charging device 1 has such an associated passive impedance circuit 10 . How 1 can be removed, the passive impedance circuit 10 is advantageously provided and connected in each case between the associated induction coil 3 and the associated device 8 .

Beim in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die stationäre Induktionsladevorrichtung 1a ferner einen Leistungsfaktorkorrekturfilter 11, auch bekannt als „PFC“, und einen Inverter 45, welche zwischen der Energiequelle 4 und der Vorrichtung 8 vorgesehen sind. Zudem umfasst die mobile Induktionsladevorrichtung 1b zwischen der Vorrichtung 8 und der Batterie 7 einen Gleichrichter 46.at in 1 shown embodiment, the stationary inductive charging device 1a further comprises a power factor correction filter 11, also known as "PFC", and an inverter 45, which are provided between the energy source 4 and the device 8 are provided. In addition, the mobile inductive charging device 1b includes a rectifier 46 between the device 8 and the battery 7.

Die 2 sowie 4 bis 8 zeigen die Vorrichtung 8. Entsprechend diesen Figuren weist die Vorrichtung 8 zwei elektrische Anschlüsse 12 zum elektrischen Verbinden der Vorrichtung 8 in der zugehörigen Induktionsladevorrichtung 1 auf, welche nachfolgend auch als Vorrichtungsanschlüsse 12 bezeichnet werden. Die Vorrichtung 8 weist somit einen ersten Vorrichtungsanschluss 12a und einen zweiten Vorrichtungsanschluss 12b auf. Die Vorrichtung 8 umfasst ferner eine Kondensatoranordnung 13 mit zumindest einem Kondensator 14, wobei in den gezeigten Ausführungsbeispielen die Kondensatoranordnung 13 einen einzigen Kondensator 14 aufweist, sodass die Kondensatoranordnung 13 dem Kondensator 14 entspricht. Die Kondensatoranordnung 13 umfasst zwei elektrische Anschlüsse 15, welche nachfolgend auch als erster Kondensatoranschluss 15a und zweiter Kondensatoranschluss 15b bezeichnet werden. Der erste Kondensatoranschluss 15a ist elektrisch mit dem ersten Vorrichtungsanschluss 12a und der zweite Kondensatoranschluss 15b elektrisch mit dem zweiten Vorrichtungsanschluss 12b verbunden. Die Vorrichtung 8 umfasst ferner zwei Schalter 16, wobei der jeweilige Schalter 16 in einem zugehörigen Pfad der Vorrichtung 8 vorgesehen ist, der zwischen den Vorrichtungsanschlüssen 12 verläuft. Die Vorrichtung 8 umfasst also einen ersten Schalter 16a und einen zweiten Schalter 16b. Der jeweilige Schalter 16 weist einen ersten Schalteranschluss 17 und einen zweiten Schalteranschluss 18 auf, zwischen denen beim geschlossenen Zustand des Schalters 16 ein elektrischer Strom fließen kann. Zudem weist der jeweilige Schalter 16 einen Steueranschluss 19 zum Schalten des Schalters 16 auf, welcher mit der Steuerschaltung 9 gekoppelt ist. Der erste Schalter 16a weist also einen ersten Schalteranschluss 17a, nachfolgend auch erster Erstschalteranschluss 17a genannt, und einen zweiten Schalteranschluss 18a, nachfolgend auch zweiter Erstschalteranschluss 18a genannt, auf. Zudem weist der erste Schalter 16a einen Steueranschluss 19a auf, der nachfolgend auch als Erstschalter-Steueranschluss 19a bezeichnet wird. Analog hierzu weist der zweite Schalter 16b einen ersten Schalteranschluss 17b auf, der nachfolgend auch als erster Zweitschalteranschluss 17b bezeichnet wird. Der zweite Schalter 16b weist ferner einen zweiten Schalteranschluss 18b auf, der nachfolgend auch als zweiter Zweitschalteranschluss 18b bezeichnet wird. Ferner weist der zweite Schalter 16b einen Steueranschluss 19b auf, der nachfolgend auch als Zweitschalter-Steueranschluss 19b bezeichnet wird.The 2 4 to 8 show the device 8. According to these figures, the device 8 has two electrical connections 12 for electrically connecting the device 8 in the associated inductive charging device 1, which are also referred to below as device connections 12. The device 8 thus has a first device connection 12a and a second device connection 12b. The device 8 also includes a capacitor arrangement 13 with at least one capacitor 14 , the capacitor arrangement 13 having a single capacitor 14 in the exemplary embodiments shown, so that the capacitor arrangement 13 corresponds to the capacitor 14 . The capacitor arrangement 13 comprises two electrical connections 15, which are also referred to below as the first capacitor connection 15a and the second capacitor connection 15b. The first capacitor terminal 15a is electrically connected to the first device terminal 12a and the second capacitor terminal 15b is electrically connected to the second device terminal 12b. The device 8 further comprises two switches 16, the respective switch 16 being provided in an associated path of the device 8 which runs between the device terminals 12. The device 8 thus comprises a first switch 16a and a second switch 16b. The respective switch 16 has a first switch connection 17 and a second switch connection 18 between which an electric current can flow when the switch 16 is in the closed state. In addition, the respective switch 16 has a control connection 19 for switching the switch 16, which is coupled to the control circuit 9. The first switch 16a thus has a first switch connection 17a, also referred to below as the first first switch connection 17a, and a second switch connection 18a, also referred to below as the second first switch connection 18a. In addition, the first switch 16a has a control connection 19a, which is also referred to below as the first switch control connection 19a. Analogous to this, the second switch 16b has a first switch connection 17b, which is also referred to below as the first second switch connection 17b. The second switch 16b also has a second switch connection 18b, which is also referred to below as the second second switch connection 18b. Furthermore, the second switch 16b has a control connection 19b, which is also referred to below as the second switch control connection 19b.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen und bevorzugt ist der jeweilige Schalter 16 als ein MOSFET 20 ausgebildet, wobei der erste Schalteranschluss 17 einem Sourceanschluss S, der zweite Schalteranschluss 18 einem Drainanschluss D und der Steueranschluss 19 einem Gateanschluss G des MOSFET 20 entspricht. Wie in den 2 sowie 4 bis 7 gestrichelt dargestellt, umfasst der jeweilige MOSFET 20 und somit Schalter 16 eine intrinsische, integrierte Bodydiode B.In the exemplary embodiments shown and preferably, the respective switch 16 is in the form of a MOSFET 20 , with the first switch connection 17 corresponding to a source connection S, the second switch connection 18 corresponding to a drain connection D and the control connection 19 corresponding to a gate connection G of the MOSFET 20 . As in the 2 4 to 7 shown in dashed lines, the respective MOSFET 20 and thus switch 16 includes an intrinsic, integrated body diode B.

Der jeweilige zweite Schalteranschluss 18 der Schalter 16 der Vorrichtung 8 ist mit einem zugehörigen der Kondensatoranschlüsse 15 elektrisch verbunden. Das heißt, dass der zweite Erstschalteranschluss 18a elektrisch mit dem ersten Kondensatoranschluss 15a verbunden ist. Zudem ist der zweite Zweitschalteranschluss 18b elektrisch mit dem zweiten Kondensatoranschluss 15b verbunden. Somit ist der zweite Erstschalteranschluss 18a elektrisch mit dem ersten Vorrichtungsanschluss 12a verbunden. Ferner ist der zweite Zweitschalteranschluss 18b elektrisch mit dem zweiten Vorrichtungsanschluss 12b verbunden. Wie den Figuren ferner entnommen werden kann, sind die ersten Schalteranschlüsse 17 des ersten Schalters 16a und des zweiten Schalters 16b elektrisch voneinander getrennt. Das heißt, dass der erste Erstschalteranschluss 17a elektrisch vom ersten Zweitschalteranschluss 17b getrennt ist.The respective second switch connection 18 of the switches 16 of the device 8 is electrically connected to an associated one of the capacitor connections 15 . That is, the second first switch terminal 18a is electrically connected to the first capacitor terminal 15a. In addition, the second second switch terminal 18b is electrically connected to the second capacitor terminal 15b. Thus, the second first switch terminal 18a is electrically connected to the first device terminal 12a. Furthermore, the second second switch terminal 18b is electrically connected to the second device terminal 12b. As can also be seen from the figures, the first switch connections 17 of the first switch 16a and of the second switch 16b are electrically isolated from one another. That is, the first first switch terminal 17a is electrically isolated from the first second switch terminal 17b.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist ferner für zumindest einen der Schalter 16 der Vorrichtung 8 eine zugehörige, dedizierte und somit von den Schaltern 16 separate Diode 22 vorgesehen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist für den jeweiligen Schalter 16 eine zugehörige solche Diode 22 vorgesehen. Die jeweilige Diode 22 weist hierbei einen Durchlassanschluss 23 und einen Sperranschluss 24 auf, wobei der Durchlassanschluss 23 mit dem ersten Schalteranschluss 17 des zugehörigen Schalters 16 und der Sperranschluss 24 mit dem entsprechenden Kondensatoranschluss 15 und somit Vorrichtungsanschluss 12 verbunden ist. Das heißt, dass die Vorrichtung 8 eine erste Diode 22a mit einem ersten Durchlassanschluss 23a und einem ersten Sperranschluss 24a aufweist. Dabei ist der erste Durchlassanschluss 23a elektrisch mit dem ersten Erstschalteranschluss 17a verbunden. Ferner ist der erste Sperranschluss 24a elektrisch mit dem zweiten Kondensatoranschluss 15b und somit dem zweiten Vorrichtungsanschluss 12b verbunden. Ferner umfasst die Vorrichtung 8 eine von der ersten Diode 22a und den Schaltern 16 separate zweite Diode 22b mit einem zweiten Durchlassanschluss 23b und einem zweiten Sperranschluss 24b auf. Der zweite Durchlassanschluss 23b ist elektrisch mit dem ersten Zweitschalteranschluss 17b und der zweite Sperranschluss 24b elektrisch mit dem ersten Kondensatoranschluss 15a und somit dem ersten Vorrichtungsanschluss 12a elektrisch verbunden.In the exemplary embodiments shown, an associated, dedicated diode 22 which is therefore separate from the switches 16 is also provided for at least one of the switches 16 of the device 8 . In the exemplary embodiment shown, an associated such diode 22 is provided for the respective switch 16 . The respective diode 22 here has a forward connection 23 and a blocking connection 24 , the forward connection 23 being connected to the first switch connection 17 of the associated switch 16 and the blocking connection 24 being connected to the corresponding capacitor connection 15 and thus device connection 12 . That is, the device 8 includes a first diode 22a having a first forward terminal 23a and a first blocking terminal 24a. At this time, the first pass terminal 23a is electrically connected to the first first switch terminal 17a. Furthermore, the first blocking terminal 24a is electrically connected to the second capacitor terminal 15b and thus to the second device terminal 12b. Furthermore, the device 8 comprises a second diode 22b which is separate from the first diode 22a and the switches 16 and has a second forward connection 23b and a second blocking connection 24b. The second pass terminal 23b is electrically connected to the first second switch terminal 17b and the second blocking terminal 24b is electrically connected to the first capacitor terminal 15a and thus the first device terminal 12a.

Bei der jeweiligen Diode 22 handelt es sich vorzugsweise um eine SiC-Schottky-Diode 25. Bei dem jeweiligen MOSFET 20 handelt es sich vorzugsweise um einen SiC-MOSFET 26. Bevorzugt ist es ferner, wenn die Schalter 16 und die Dioden 22 jeweils identisch ausgebildet sind.The respective diode 22 is preferably a SiC Schottky diode 25. The respective MOSFET 20 is preferably a SiC MOSFET 26. It is also preferred if the switches 16 and the diodes 22 are each configured identically are.

Der jeweilige als MOSFET 20 ausgebildete Schalter 16 der Vorrichtung 8 wird mittels einer zwischen dem zugehörigen Gateanschluss G und Sourceanschluss S anliegenden Steuerspannung UGS (siehe auch 3) mittels der Steuerschaltung 9 gesteuert. Der erste Schalter 16a wird also mittels einer ersten Steuerspannung UGSa gesteuert, welche zwischen dem Gateanschluss G und dem Sourceanschluss S des ersten Schalters 16a anliegt. Analog hierzu wird der zweite Schalter 16b durch eine zwischen dem Gateanschluss G und dem Sourceanschluss S anliegende zweite Steuerspannung UGSb gesteuert. Auf diese Weise lassen sich die Schalter 16 individuell und unabhängig voneinander schalten.The respective switch 16, designed as a MOSFET 20, of the device 8 is activated by means of a control voltage UGS present between the associated gate connection G and source connection S (see also 3 ) controlled by the control circuit 9. The first switch 16a is therefore controlled by means of a first control voltage UGSa, which is present between the gate connection G and the source connection S of the first switch 16a. Analogous to this, the second switch 16b is controlled by a second control voltage UGSb present between the gate connection G and the source connection S. In this way, the Turn switch 16 individually and independently of each other.

Die Funktionsweise der Vorrichtung 8 wird nachfolgend anhand der 3 bis 7 beispielhaft erläutert. 3 zeigt drei Diagramme 27, 28, 29. Entlang der Abszissenachse 30 des jeweiligen Diagramms 27, 28, 29 ist die Zeit aufgetragen. Ein erstes Diagramm 27, welches in der Darstellung der 3 dem obersten Diagramm 27 entspricht, zeigt entlang der Ordinatenachse 31 einen Spannungsverlauf und einen elektrischen Stromverlauf. Dabei ist mit einer durchgezogenen Linie der durch die Vorrichtung 8 insgesamt fließende Strom dargestellt. Aufgrund der an den Vorrichtungsanschlüssen 12 periodisch anliegenden Spannung fließt ein periodischer Strom durch die Vorrichtung 8. Im ersten Diagramm 27 ist ferner mit einer gestrichelten Linie die an der Kondensatoranordnung 13 und somit am Kondensator 14 anliegende Spannung dargestellt.The operation of the device 8 is based on the 3 until 7 explained as an example. 3 shows three diagrams 27, 28, 29. The time is plotted along the abscissa axis 30 of the respective diagram 27, 28, 29. A first diagram 27, which in the representation of 3 corresponds to the top diagram 27 shows a voltage profile and an electric current profile along the ordinate axis 31 . The total current flowing through the device 8 is shown with a solid line. Due to the voltage periodically present at the device connections 12, a periodic current flows through the device 8. In the first diagram 27, the voltage present at the capacitor arrangement 13 and thus at the capacitor 14 is also shown with a dashed line.

Ein zweites der Diagramme 28, das dem ersten Diagramm 27 folgt, zeigt den entsprechenden zeitlichen Verlauf des durch die Kondensatoranordnung 13 fließenden Stroms. Somit ist im zweiten Diagramm entlang der Ordinatenachse 31 der durch die Kondensatoranordnung 13 fließende Strom aufgetragen.A second of the diagrams 28, which follows the first diagram 27, shows the corresponding time profile of the current flowing through the capacitor arrangement 13. The current flowing through the capacitor arrangement 13 is thus plotted in the second diagram along the ordinate axis 31 .

Ein drittes der Diagramme 29, welches in 3 dem untersten Diagramm 29 entspricht, zeigt den zeitlichen Verlauf der Steuerspannungen UGS. Im dritten Diagramm 29 ist somit entlang der Ordinatenachse 31 die Steuerspannung UGS aufgetragen. Im dritten Diagramm 29 ist dabei die am ersten Schalter 16a anliegende erste Steuerspannung UGSa mit einer durchgezogenen Linie und die am zweiten Schalter 16b anliegende zweite Steuerspannung UGSb mit einer gestrichelten Linie gezeigt.A third of Diagram 29, which appears in 3 corresponds to the bottom diagram 29 shows the time course of the control voltages UGS. The control voltage UGS is thus plotted along the ordinate axis 31 in the third diagram 29 . In the third diagram 29, the first control voltage UGSa present at the first switch 16a is shown with a solid line and the second control voltage UGSb present at the second switch 16b is shown with a dashed line.

Entsprechend 3 erfolgt also mittels der Steuerschaltung 9 bei aufeinanderfolgenden Stromnulldurchgängen 32 das Anlegen einer entsprechenden Steuerspannung UGS an einem zugehörigen Schalter 16, um diesen Schalter 16 zu schließen. Der geschlossene Zustand des jeweiligen Schalters 16 wird dabei für eine zugehörige Zeitdauer t aufrechterhalten. Der insgesamt durch die Vorrichtung 8 fließende Strom durchgeht also periodisch nacheinander erste Stromnulldurchgänge 32a und zweite Stromnulldurchgänge 32b. Dabei wird beim jeweiligen ersten Stromnulldurchgang 32a durch die Vorrichtung 8 die erste Steuerspannung UGSa an den Erstschalter-Steueranschluss 19a angelegt, sodass der erste Schalter 16a für eine erste Zeitdauer ta geschlossen ist. Demgegenüber wird beim jeweiligen zweiten Stromnulldurchgang 32b die zweite Steuerspannung UGSb am Zweitschalter-Steueranschluss 19b angelegt, sodass der zweite Schalter 16b für eine zweite Zeitdauer tb geschlossen ist. Somit ergeben sich beim Durchströmen der Vorrichtung 8 insgesamt vier gezielt durchgeführte Durchströmungsvarianten. Diese Durchströmungsvarianten sind in den 4 bis 7 dargestellt, wobei die 4 eine erste Durchströmungsvariante I, die 5 eine zweite Durchströmungsvariante II, die 6 eine dritte Durchströmungsvariante III und die 7 eine vierte Durchströmungsvariante IV zeigt. Im Betrieb der Vorrichtung 8 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ergibt sich dabei die in 3 gezeigte Reihenfolge der Durchströmungsvarianten I, II, III, IV, welche sich periodisch wiederholen. Somit folgt auf die erste Durchströmungsvariante I die zweite Durchströmungsvariante II, anschließend wieder die erste Durchströmungsvariante I, anschließend die dritte Durchströmungsvariante III, anschließend die vierte Durchströmungsvariante IV und anschließend die dritte Durchströmungsvariante III, wobei dies periodisch wiederholt wird.Accordingly 3 ie the control circuit 9 applies a corresponding control voltage UGS to an associated switch 16 in the event of successive current zero crossings 32 in order to close this switch 16 . The closed state of the respective switch 16 is maintained for an associated time period t. The total current flowing through the device 8 therefore periodically successively passes through first current zero crossings 32a and second current zero crossings 32b. In this case, at the respective first current zero crossing 32a, the first control voltage UGSa is applied by the device 8 to the first-switch control connection 19a, so that the first switch 16a is closed for a first time period ta. In contrast, the second control voltage UGSb is applied to the second switch control connection 19b at the respective second current zero crossing 32b, so that the second switch 16b is closed for a second time duration tb. Thus, when flowing through the device 8, there are a total of four flow variants that are carried out in a targeted manner. These flow variants are in the 4 until 7 shown, where the 4 a first flow variant I, the 5 a second flow variant II, the 6 a third flow variant III and the 7 shows a fourth flow variant IV. During operation of the device 8 in the exemplary embodiment shown, the result in 3 shown sequence of flow variants I, II, III, IV, which are repeated periodically. Thus, the first flow variant I is followed by the second flow variant II, then again the first flow variant I, then the third flow variant III, then the fourth flow variant IV and then the third flow variant III, this being repeated periodically.

Wie insbesondere Diagramm 29 in 3 entnommen werden kann, ist die jeweilige Steuerspannung UGS mit einer Einschaltverzögerung behaftet, welche in Diagramm 3 zur besseren Übersicht als extrem lang dargestellt ist. Das heißt, dass zum Erreichen der zum Schließen des jeweiligen Schalters 16 benötigten Steuerspannung UGS eine der Einschaltverzögerung entsprechende Zeit vergeht. Wie 3 ferner entnommen werden kann, enthält dabei der jeweilige als MOSFET 20 ausgebildete Schalter 16 das Steuersignal UGS beim zugehörigen Stromnulldurchgang 32, übernimmt aber tatsächlich erst im folgenden Spannungsnulldurchgang 43 die Stromführung durch die Vorrichtung 8, da beim Erreichen des Spannungsnulldurchgangs keine Spannung mehr über der zugehörigen dezidierten Diode 22 anliegt und diese leitfähig wird. Die aktive Anpassung der Kapazität und somit der Impedanz der Vorrichtung 8 erfolgt durch eine Änderung der jeweiligen Zeitdauer t und/oder des jeweiligen Einschaltwinkels. Hierbei entsprechen die erste Zeitdauer ta und die zweite Zeitdauer tb vorzugsweise einander.As in particular diagram 29 in 3 can be seen, the respective control voltage UGS has a switch-on delay, which is shown as extremely long in Diagram 3 for a better overview. This means that a time corresponding to the switch-on delay elapses in order to reach the control voltage UGS required for closing the respective switch 16 . How 3 can also be seen that the respective switch 16 designed as a MOSFET 20 contains the control signal UGS at the associated current zero crossing 32, but actually only takes over the current conduction through the device 8 in the following voltage zero crossing 43, since when the voltage zero crossing is reached there is no longer any voltage across the associated dedicated Diode 22 is present and it becomes conductive. The active adaptation of the capacitance and thus the impedance of the device 8 takes place by changing the respective time period t and/or the respective switch-on angle. In this case, the first time period ta and the second time period tb preferably correspond to one another.

In 3 ist angenommen, dass zu Beginn der gezeigten Durchströmung der Vorrichtung 8 ein erster Stromnulldurchgang 32a mit anschließend positivem Strom vorliegt. Die elektrische Spannung an der Kondensatoranordnung 13 ist dabei negativ, wobei die Kondensatoranordnung 13 durch den positiven Strom entladen wird. Beim ersten Stromnulldurchgang 32a wird die erste Steuerspannung UGSa mit der Einschaltverzögerung und für die erste Zeitdauer ta angelegt. Dabei beginnt die Zeitdauer ta, wie vorstehend beschrieben, beim Erreichen des dem ersten Stromnulldurchgangs 32a folgenden Spannungsnulldurchgangs 43. Der geschlossene Zustand des ersten Schalters 16a wird demnach beim Erreichen eines Schwellwerts der ersten Steuerspannung UGSa erreicht, wobei beim Erreichen dieses Schwellwerts die Kondensatoranordnung 13 vollständig entladen ist und der erste Schalter 16a geschlossen ist. Bis zum Schließen des ersten Schalters 16a liegt die erste Durchströmungsvariante I vor. Entsprechend 4 fließt in der ersten Durchströmungsvariante I der Strom durch die Kondensatoranordnung 13.In 3 it is assumed that at the beginning of the shown flow through the device 8 there is a first current zero crossing 32a followed by a positive current. In this case, the electrical voltage across the capacitor arrangement 13 is negative, with the capacitor arrangement 13 being discharged by the positive current. At the first current zero crossing 32a, the first control voltage UGSa is applied with the switch-on delay and for the first period of time ta. The time period ta begins, as described above, when the voltage zero crossing 43 following the first current zero crossing 32a is reached. The closed state of the first switch 16a is therefore reached when a threshold value of the first control voltage UGSa is reached, with the capacitor gate assembly 13 is fully discharged and the first switch 16a is closed. The first flow variant I is present until the first switch 16a is closed. Accordingly 4 In the first flow variant I, the current flows through the capacitor arrangement 13.

Ist der erste Schalter 16a geschlossen, liegt die zweite Durchströmungsvariante II vor. Entsprechend 5 fließt in der zweiten Durchströmungsvariante II der Strom vom ersten Vorrichtungsanschluss 12a über den ersten Schalter 16a und die erste Diode 22a zum zweiten Vorrichtungsschalter 12b. Ein Durchströmen der Vorrichtung 8 über den zweiten Schalter 16b ist aufgrund der zweiten Diode 23b und des geöffneten Zustands des zweiten Schalters 16b nicht möglich.If the first switch 16a is closed, the second flow variant II is present. Accordingly 5 in the second flow variant II, the current flows from the first device connection 12a via the first switch 16a and the first diode 22a to the second device switch 12b. Flowing through the device 8 via the second switch 16b is not possible due to the second diode 23b and the open state of the second switch 16b.

Nach Ablauf der ersten Zeitdauer ta und somit nach Abschalten der ersten Steuerspannung UGSa und Öffnen des ersten Schalters 16a folgt entsprechend 3 wieder die erste Durchströmungsvariante I, die in 4 gezeigt ist. Das heißt, dass aufgrund des geöffneten Zustands beider Schalter 16 und der Anordnung der Dioden 22 der elektrische Strom die Kondensatoranordnung 13 auflädt, sodass die an der Kondensatoranordnung 13 anliegende Spannung beim Erreichen des zweiten Stromnulldurchgangs 32b ein Maximum erreicht. Hier wird, wie erläutert, die zweite Steuerspannung UGSb am zweiten Schalter 16b angelegt, wobei zunächst die Kondensatoranordnung gemäß der in 6 gezeigten dritten Durchströmungsvariante III entladen wird. Entsprechend den 3 und 6 wird die Kondensatoranordnung 13 in der dritten Durchströmungsvariante III zur ersten Durchströmungsvariante I entgegengesetzt durchströmt. Das heißt, dass die Vorrichtung 8 vom zweiten Vorrichtungsanschluss 12b über die Kondensatoranordnung 13 zum ersten Kondensatoranschluss 12a durchströmt wird. Ist der Schwellwert der zweiten Steuerspannung UGSb zum Schließen des zweiten Schalters 16b erreicht, erfolgt die vierte Durchströmungsvariante IV.After the first period of time ta has elapsed and thus after the first control voltage UGSa has been switched off and the first switch 16a has been opened, the following occurs accordingly 3 again the first through-flow variant I, which in 4 is shown. This means that due to the open state of both switches 16 and the arrangement of the diodes 22, the electric current charges the capacitor arrangement 13, so that the voltage present at the capacitor arrangement 13 reaches a maximum when the second current zero crossing 32b is reached. Here, as explained, the second control voltage UGSb is applied to the second switch 16b, the capacitor arrangement according to FIG 6 shown third flow variant III is discharged. According to the 3 and 6 the condenser arrangement 13 in the third through-flow variant III flows in the opposite direction to the first through-flow variant I. This means that the device 8 flows through from the second device connection 12b via the capacitor arrangement 13 to the first capacitor connection 12a. If the threshold value of the second control voltage UGSb for closing the second switch 16b is reached, the fourth flow variant IV takes place.

Entsprechend 7 und 3 ist in der vierten Durchströmungsvariante IV der zweite Schalter 16b geschlossen, sodass der elektrische Strom vom zweiten Vorrichtungsanschluss 12b über den zweiten Schalter 16b und die zweite Diode 22b zum ersten Schalteranschluss 12a strömt. Ein Durchströmen des ersten Schalters 16a wird aufgrund des geöffneten Zustands des ersten Schalters 16a und der ersten Diode 22a verhindert. Nach Ablauf der zweiten Zeitdauer tb wird die Vorrichtung 8 entsprechend 3 gemäß der dritten Durchströmungsvariante III durchströmt, welche in 6 gezeigt ist.Accordingly 7 and 3 in the fourth flow variant IV, the second switch 16b is closed, so that the electric current flows from the second device connection 12b via the second switch 16b and the second diode 22b to the first switch connection 12a. Flow through the first switch 16a is prevented due to the open state of the first switch 16a and the first diode 22a. After the second period of time tb has elapsed, the device 8 becomes corresponding 3 flows through according to the third flow variant III, which in 6 is shown.

Die beschriebenen Durchströmungsvarianten I, II, III, IV werden dabei im Betrieb periodisch wiederholt.The flow variants I, II, III, IV described are repeated periodically during operation.

Entsprechend den 8 und 9 kann zur Erkennung der aufeinander folgenden Spannungsnulldurchgänge 43 der Vorrichtung 8 ein jeweils zugehöriger Komparator 36 zum Einsatz kommen. Das heißt, dass zum Erkennen erster Spannungsnulldurchgänge 43a ein erster Komparator 36a und zum Erkennen zweiter Spannungsnulldurchgänge 43b ein zweiter Komparator 36b zum Einsatz kommt, wobei die ersten Spannungsnulldurchgänge 43a und die zweiten Spannungsnulldurchgänge 43b, wie 3 entnommen werden kann, sich abwechseln. Der jeweilige Komparator 36 weist zwei als Eingänge dienende Komparatoranschlüsse 37, 38 sowie einen Ausgangsanschluss 21 auf. Die Komparator-Ausgangsanschlüsse 21a, 21b sind mit einer lediglich in 1 gezeigten Einrichtung 44 der Induktionsladevorrichtung 1 gekoppelt. Die Einrichtung 44 ist derart ausgestaltet, dass sie mittels den Komparatoren 36a, 36b die Spannungsnulldurchgänge 43 durch die Vorrichtung 8 erkennt. Die Einrichtung 44 wird nachfolgend auch als Erkennungseinrichtung 44 bezeichnet. Bei der Erkennungseinrichtung 44 handelt es sich insbesondere um eine Auswerteschaltung. Somit weist der erste Komparator 36a einen ersten Erstkomparatoranschluss 37a und einen zweiten Erstkomparatoranschluss 38a sowie einem Erstkomparator-Ausgangsanschluss 21a auf. Zudem weist der zweite Komparator 36b einen ersten Zweitkomparatoranschluss 37b, einen zweiten Zweitkomparatoranschluss 38b sowie einem Zweitkomparator-Ausgangsanschluss 21 b auf. Zudem weist die Induktionsladevorrichtung 1 für den jeweiligen Komparator 36 und den zugehörigen Schalter 16a, 16b der Vorrichtung 8 einen zugehörigen Spannungsbegrenzer 42 auf, welcher derart ausgestaltet ist, dass er die an den Komparatoranschlüssen 37, 38 des zugehörigen Komparators 36 anliegende Spannung begrenzt. Somit ist zwischen dem ersten Schalter 16a und dem ersten Komparator 36a ein erster Spannungsbegrenzer 42a und zwischen dem zweiten Schalter 16b und dem zweiten Komparator 36b ein zweiter Spannungsbegrenzer 42b geschaltet.According to the 8th and 9 A respectively associated comparator 36 can be used to detect the successive voltage zero crossings 43 of the device 8 . This means that a first comparator 36a is used to detect first voltage zero crossings 43a and a second comparator 36b is used to detect second voltage zero crossings 43b, with the first voltage zero crossings 43a and the second voltage zero crossings 43b being used, as in FIG 3 can be taken alternately. The respective comparator 36 has two comparator terminals 37, 38 serving as inputs and one output terminal 21. The comparator output terminals 21a, 21b are provided with an only in 1 shown device 44 of the inductive charging device 1 coupled. The device 44 is designed in such a way that it recognizes the voltage zero crossings 43 through the device 8 by means of the comparators 36a, 36b. The device 44 is also referred to below as a recognition device 44 . The recognition device 44 is in particular an evaluation circuit. Thus, the first comparator 36a has a first first comparator connection 37a and a second first comparator connection 38a as well as a first comparator output connection 21a. In addition, the second comparator 36b has a first second comparator connection 37b, a second second comparator connection 38b and a second comparator output connection 21b. In addition, the inductive charging device 1 has an associated voltage limiter 42 for the respective comparator 36 and the associated switch 16a, 16b of the device 8, which is designed such that it limits the voltage present at the comparator terminals 37, 38 of the associated comparator 36. A first voltage limiter 42a is thus connected between the first switch 16a and the first comparator 36a and a second voltage limiter 42b is connected between the second switch 16b and the second comparator 36b.

Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Erkennungseinrichtung 44 und die Steuerschaltung 9 separate Bestandteile der Induktionsladevorrichtung 1. Vorstellbar ist es auch, die Erkennungseinrichtung 44 und die Steuerschaltung 9 in einer gemeinsamen, nicht gezeigten Einrichtung der Induktionsladevorrichtung 1 zu integrieren.in 1 shown embodiment, the detection device 44 and the control circuit 9 are separate components of the inductive charging device 1. It is also conceivable to integrate the detection device 44 and the control circuit 9 in a common device of the inductive charging device 1, not shown.

Die Spannungsnulldurchgangserkennung kann zu Überwachungs- und/oder Regelungsfunktionen eingesetzt werden. Auch kann die Spannungsnulldurchgangserkennung in der Steuerschaltung 9 berücksichtigt werden. Dabei ist die Erkennungseinrichtung 44 mit der Steuerschaltung 9 gekoppelt (nicht gezeigt), so dass die Steuerschaltung 9 die Spannungsnulldurchgänge 43 berücksichtigen kann.Voltage zero crossing detection can be used for monitoring and/or control functions. The voltage zero crossing detection in the control circuit 9 can also be taken into account. In this case, the detection device 44 is coupled to the control circuit 9 (not shown), so that the control circuit 9 can take the voltage zero crossings 43 into account.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Spannungsbegrenzer 42 identisch ausgebildet. Dabei ist der jeweilige Spannungsbegrenzer 42 in der Art eines Sourcefolgers des zugehörigen Schalters 16 der Vorrichtung 8 ausgestaltet. Der jeweilige Spannungsbegrenzer 42 weist hierzu einen Schalter 16 sowie einen Widerstand 33 auf. In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist somit der erste Spannungsbegrenzer 42a einen dritten Schalter 16c und einen ersten Widerstand 33a auf. Zudem weist der zweite Spannungsbegrenzer 42b einen vierten Schalter 16d und einen zweiten Widerstand 33b auf. Der dritte Schalter 16c und der vierte Schalter 16d weisen, wie die Schalter 16a, 16b der Vorrichtung 8, einen ersten Schalteranschluss 17 und einen zweiten Schalteranschluss 18 sowie einen Steueranschluss 19 auf. Das heißt, dass der dritte Schalter 16c einen ersten Drittschalteranschluss 17c, einen zweiten Drittschalteranschluss 18c und einen Drittschalter-Steueranschluss 19c aufweist. Zudem weist der vierte Schalter 16d einen ersten Viertschalteranschluss 17d, einen zweiten Viertschalteranschluss 18d und einen Viertschalter-Steueranschluss 19d auf. Der jeweilige Widerstand 33 weist zwei Widerstandanschlüsse 34, 35 auf. Das heißt, dass der erste Widerstand 33a einen ersten Erstwiderstandanschluss 34a und einen zweiten Erstwiderstandanschluss 35a aufweist. Zudem weist der zweite Widerstand 33b einen ersten Zweitwiderstandanschluss 34b und einen zweiten Zweitwiderstandanschluss 35b auf. Wie beispielsweise 8 entnommen werden kann, ist dabei der erste Erstschalteranschluss 17a elektrisch mit dem ersten Erstwiderstandanschluss 34a und der erste Drittschalteranschluss 17c elektrisch mit dem zweiten Erstwiderstandanschluss 35a verbunden. Ferner ist der erste Zweitschalteranschluss 17b elektrisch mit dem ersten Zweitwiderstandanschluss 34b und der erste Viertschalteranschluss 17d elektrisch mit dem zweiten Zweitwiderstandanschluss 35b verbunden. Zudem ist der erste Erstwiderstandanschluss 34a elektrisch mit dem ersten Erstkomparatoranschluss 37a und der zweite Erstwiderstandanschluss 35a elektrisch mit dem zweiten Erstkomparatoranschluss 38a verbunden. Ferner ist der erste Zweitwiderstandanschluss 34b elektrisch mit dem ersten Zweitkomparatoranschluss 37b und der zweite Zweitwiderstandanschluss 35b elektrisch mit dem zweiten Zweitkomparatoranschluss 38b verbunden. Hierbei sind der dritte Schalter 16c und der vierte Schalter 16d, wie der erste Schalter 16a und der zweite Schalter 16b, vorteilhaft jeweils als ein MOSFET 20, bevorzugt als ein SiC-MOSFET 26 ausgebildet, wobei wiederum der jeweilige erste Schalteranschluss 17 einem Sourceanschluss S, der jeweilige zweite Schalteranschluss 18 einem Drainanschluss D und der jeweilige Steueranschluss 19 einem Gateanschluss G des MOSFET 20 entspricht. Der dritte Schalter 16c und der erste Widerstand 33a wirken dabei als Begrenzer der zwischen den Komparatoranschlüssen 37a, 38a des ersten Komparators 36a anliegenden Spannung in der Art eines Sourcefolgers des ersten Schalters 16a zusammen. Analog hierzu wirken der vierte Schalter 16d und der zweite Widerstand 33b als Begrenzer der zwischen den Komparatoranschlüssen 37b, 38b des zweiten Komparators 36b anliegenden Spannung in der Art eines Sourcefolgers des zweiten Schalters 16b zusammen. Somit wird also die am jeweiligen Komparator 36 anliegende Spannung begrenzt. Dies erfolgt durch eine entsprechende Ausgestaltung des drittes Schalters 16c und des ersten Widerstands 33a sowie des vierten Schalters 16d und des zweiten Widerstands 33b. Dabei entspricht die am jeweiligen Komparator 36 anliegende Spannung bis zur besagten Begrenzung der zwischen dem ersten Schalteranschluss 17 und dem zweiten Schalteranschluss 18 des zugehörigen Schalters 16a, 16b anliegenden Spannung und oberhalb der Begrenzung der Begrenzung. Ist also die Begrenzung beispielsweise 15 V, entspricht die zwischen dem ersten Erstkomparatoranschluss 37a und dem zweiten Erstkomparatoranschluss 38a anliegende Spannung bei Spannungen zwischen dem ersten Erstschalteranschluss 17a und dem zweiten Erstschalteranschluss 18a bis zu 15 V dieser Spannung und bei Spannungen von mehr als 15 V der Begrenzung, also 15 V. Analog hierzu entspricht die zwischen dem ersten Zweitkomparatoranschluss 37b und dem zweiten Zweitkomparatoranschluss 38b anliegende Spannung bei Spannungen zwischen dem ersten Zweitschalteranschluss 17b und dem zweiten Zweitschalteranschluss 18b bis zu 15 V dieser Spannung und bei Spannungen von mehr als 15 V der Begrenzung, also 15 V. Auf diese Weise wird eine präzise und einfache Erkennung der Spannungsnulldurchgänge 32 durch den jeweiligen Schalter 16a, 16b der Vorrichtung 8 erreicht.In the exemplary embodiments shown, the voltage limiters 42 are of identical design. In this case, the respective voltage limiter 42 is designed in the manner of a source follower of the associated switch 16 of the device 8 . The respective voltage limiter 42 has a switch 16 and a resistor 33 for this purpose. In the exemplary embodiments shown, the first voltage limiter 42a thus has a third switch 16c and a first resistor 33a. In addition, the second voltage limiter 42b has a fourth switch 16d and a second resistor 33b. The third switch 16c and the fourth switch 16d have, like the switches 16a, 16b of the device 8, a first switch connection 17 and a second switch connection 18 as well as a control connection 19. That is, the third switch 16c has a first third switch port 17c, a second third switch port 18c, and a third switch control port 19c. In addition, the fourth switch 16d has a first fourth-switch connection 17d, a second fourth-switch connection 18d and a fourth-switch control connection 19d. The respective resistor 33 has two resistor terminals 34, 35. That is, the first resistor 33a has a first first-resistance terminal 34a and a second first-resistance terminal 35a. In addition, the second resistor 33b has a first second resistor connection 34b and a second second resistor connection 35b. Like for example 8th can be removed, the first first switch connection 17a is electrically connected to the first first resistance connection 34a and the first third switch connection 17c is electrically connected to the second first resistance connection 35a. Furthermore, the first second switch connection 17b is electrically connected to the first second resistance connection 34b and the first fourth switch connection 17d is electrically connected to the second second resistance connection 35b. In addition, the first first resistance connection 34a is electrically connected to the first first comparator connection 37a and the second first resistance connection 35a is electrically connected to the second first comparator connection 38a. Furthermore, the first second resistance terminal 34b is electrically connected to the first second comparator terminal 37b and the second second resistance terminal 35b is electrically connected to the second second comparator terminal 38b. In this case, the third switch 16c and the fourth switch 16d, like the first switch 16a and the second switch 16b, are each advantageously embodied as a MOSFET 20, preferably as a SiC MOSFET 26, with the respective first switch connection 17 in turn being assigned a source connection S, the respective second switch connection 18 corresponds to a drain connection D and the respective control connection 19 corresponds to a gate connection G of the MOSFET 20 . The third switch 16c and the first resistor 33a act together as limiters of the voltage present between the comparator terminals 37a, 38a of the first comparator 36a in the manner of a source follower of the first switch 16a. Analogous to this, the fourth switch 16d and the second resistor 33b act together as limiters of the voltage present between the comparator terminals 37b, 38b of the second comparator 36b in the manner of a source follower of the second switch 16b. The voltage present at the respective comparator 36 is thus limited. This is done by appropriately designing the third switch 16c and the first resistor 33a and the fourth switch 16d and the second resistor 33b. The voltage present at the respective comparator 36 corresponds to the voltage present between the first switch connection 17 and the second switch connection 18 of the associated switch 16a, 16b up to said limit and above the limit to the limit. So if the limitation is 15 V, for example, the voltage present between the first first comparator connection 37a and the second first comparator connection 38a corresponds to this voltage for voltages between the first first switch connection 17a and the second first switch connection 18a of up to 15 V and for voltages of more than 15 V to the limitation , i.e. 15 V. Analogously to this, the voltage present between the first second comparator connection 37b and the second second comparator connection 38b corresponds to this voltage for voltages between the first second switch connection 17b and the second second switch connection 18b of up to 15 V and for voltages of more than 15 V to the limit, ie 15 V. In this way, a precise and simple detection of the voltage zero crossings 32 by the respective switch 16a, 16b of the device 8 is achieved.

Wie 9 entnommen werden kann, ist vorteilhaft zumindest einen der Komparatoren 36, bevorzugt der jeweilige Komparator 36, galvanisch von der Steuerschaltung 9 zu trennen. 9 zeigt hierbei anhand des Beispiels des zweiten Komparators 36 b, dass zu diesem Zweck zwischen dem Ausgangsanschluss 21 der in 9 nicht gezeigten Erkennungseinrichtung 44, ein Logikisolator 40, insbesondere ein Optokoppler 41, vorgesehen sein kann.How 9 can be removed, at least one of the comparators 36, preferably the respective comparator 36, is advantageously to be electrically isolated from the control circuit 9. 9 shows, using the example of the second comparator 36 b, that for this purpose between the output terminal 21 in 9 detection device 44, not shown, a logic isolator 40, in particular an optocoupler 41, can be provided.

Wie in den 8 und 9 angedeutet, liegt im Betrieb am Drittschalter-Steueranschluss 19c relativ zum ersten Erstschalteranschluss 17a eine feste Spannung bzw. Gateversorgungsspannung an. Zudem liegt im Betrieb am Viertschalter-Steueranschluss 19d relativ zum zweiten Erstschalteranschluss 17b eine feste Spannung bzw. Gateversorgungsspannung an. Die feste Spannung beträgt beispielsweise 15 V.As in the 8th and 9 indicated, during operation a fixed voltage or gate supply voltage is present at the third switch control connection 19c relative to the first first switch connection 17a. In addition, during operation, a fixed voltage or gate supply voltage is present at the fourth-switch control connection 19d relative to the second first-switch connection 17b. For example, the fixed voltage is 15 V.

Mit der erfindungsgemäßen Induktionsladevorrichtung 1 ist es möglich, eine präzise und einfache aktive Anpassung der Kapazität der zugehörigen Induktionsladevorrichtung 1 vorzunehmen, wobei zugleich Resonanzen vermieden werden können, sodass die Effizienz der Energieübertragung erhöht ist. Ferner können auf diese Weise erhöhte Betriebsspannungen der Induktionsladevorrichtung 1, insbesondere Betriebsspannungen von über 600 Volt, beispielsweise zwischen 600 Volt und 1200 Volt, realisiert werden. Dabei sind die Durchlassverluste aufgrund der möglichen niedrigen Durchlassspannungen der eingesetzten Dioden 22 und Schalter 16 reduziert.With the inductive charging device 1 according to the invention, it is possible to carry out a precise and simple active adjustment of the capacity of the associated inductive charging device 1, with resonance being able to be avoided at the same time, so that the efficiency of the energy transmission is increased. Furthermore, increased operating voltages of the induction charging device 1, in particular operating voltages of more than 600 volts, for example between 600 volts and 1200 volts, can be realized in this way. In this case, the on-state losses are reduced due to the possible low on-state voltages of the diodes 22 and switches 16 used.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 3365958 B1 [0003]

Claims

Inductive charging device (1) for wireless energy transmission, in particular for charging a battery (7) in a motor vehicle (6), with a device (8) for actively adjusting a capacity, wherein - the device (8) comprises at least one capacitor (14). has a capacitor arrangement (13) with a first capacitor connection (15a) and a second capacitor connection (15b), - the device (8) has a first switch (16a) which has a first first switch connection (17a), a second first switch connection (18a) and a first switch control connection (19a), - the device (8) has a second switch (16b) which has a first second switch connection (17b), a second second switch connection (18b) and a second switch control connection (19b), - the second first switch connection (18a) is electrically connected to the first capacitor connection (15a) and the second second switch connection (18b) is electrically connected to the second capacitor connection (15b), - the inductive charging device (1) has a control circuit (9) which is connected to the first switch control connection (19a ) and the second switch control connection (19b), characterized in that - the first first switch connection (17a) is electrically isolated from the first two switch connection (17b), - the control circuit (9) is designed in such a way that it reduces the effective capacitance of the Device (8) actively adjusts by closing and opening the first switch (16a) and the second switch (16b).

inductive charging device claim 1 , characterized in that the control circuit (9) is designed in such a way that it adjusts the effective capacitance of the device (8) by the following: - at a first current zero crossing (32a) through the device (8), a first control signal (UGSa) is applied the first switch control connection (19a) is applied, so that the first switch (16a) is closed for a first period of time (ta), - at a second current zero crossing (32b) following the first current zero crossing (32a) through the device (8) becomes on second control signal (UGSb) applied to the second switch control terminal (19b), so that the second switch (16b) is closed for a second period of time (tb).

inductive charging device claim 1 or 2 , characterized in that - that the device (8) has a first diode (22a) which is separate from the switches (16), - that the first diode (22a) has a first forward terminal (23a) and a first blocking terminal (24a) - that the first first switch connection (17a) is electrically connected to the first pass connection (23a) and the first blocking connection (24a) is electrically connected to the second capacitor connection (15b).

Inductive charging device according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that - that the device (8) has a second diode (22b) which is separate from the switches (16) and the first diode (22a), - that the second diode (22b) has a second forward terminal (23b) and a second blocking terminal (24b), - the first second switch terminal (17b) being electrically connected to the second passing terminal (23b) and the second blocking terminal (24b) being electrically connected to the first capacitor terminal (15a).

Inductive charging device according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that - the device (8) has a first device connection (12a) and a second device connection (12b), via which the device (8) is electrically connected to the inductive charging device (1), - that the first capacitor connection (15a ) is electrically connected to the first device terminal (12a) and the second capacitor terminal (15b) is electrically connected to the second device terminal (12b).

Inductive charging device according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that - that at least one of the switches (16) is designed as a MOSFET (20), - that the first switch connection (17) has a source connection (S), the second switch connection (18) has a drain connection (D) and the control connection (19) corresponds to a gate terminal (G) of the MOSFET (20).

inductive charging device claim 6 , characterized in that at least one of the switches (16) is designed as a SiC MOSFET (20).

Inductive charging device according to one of claims 3 until 7 , characterized in that at least one of the diodes (22) is designed as a SiC diode.

Inductive charging device according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that at least one of the switches (16) is designed as a SiC MOSFET (20).

Inductive charging device according to one of Claims 1 until 9 , characterized in that - that the induction charging device (1) has an induction coil (3) and a passive impedance circuit (10), - that the passive impedance circuit (10) is provided between the induction coil (3) and the device (8).

Energy transmission system (2), with a stationary inductive charging device (1a) and a mobile inductive charging device (1b), which interact inductively for wireless energy transmission from the stationary inductive charging device (1a) to the mobile inductive charging device (1b), at least one of the inductive charging devices (1) according to one of Claims 1 until 10 is trained.

energy transmission system claim 11 , characterized in that - that the mobile inductive charging device (1b) is provided in a motor vehicle (6), the motor vehicle (6) further comprising a battery (7) with which the mobile inductive charging device (1b) is connected, - that the stationary Inductive charging device (1a) is arranged outside of the motor vehicle (6) and, in operation, interacts with the mobile inductive charging device (1b) for wireless charging of the battery (7).