DE102022207036A1 - Verfahren zum Ansteuern und Schaltanordnung für einen mehrphasigen Zweipunkt-Wechselrichter sowie mehrphasiger Zweipunkt-Wechselrichter - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Ansteuern eines mehrphasigen Zweipunkt-Wechselrichters beschrieben. Der mehrphasige Zweipunkt-Wechselrichter weist eine Schaltordnung (2) mit einem Entlastungsnetzwerk (7) mit einem bidirektionalen Entlastungsschalter (Bp) je Phase (P = 1, 2, 3) und einer Induktivität (L) für die mindestens zwei Phasen (P), die über den jeweiligen bidirektionalen Entlastungsschalter (BP) mit mindestens zwei Ausgangsanschlüssen (AP) für die jeweilige Phase (P) verbunden ist. Die Entlastungsschalter (BP) werden zur Verminderung von Schaltverlusten beim Umschalten jeweiliger Leistungsschalter (SpV, V = +, -) aktiviert, wobei verhindert wird, dass die Entlastungsschalter (Bp) unterschiedlicher Phasen (P) gleichzeitig aktiviert sind, während die Ausgansanschlüsse (AP) der jeweiligen Phasen (P) auf einem unterschiedlichen Potential der Eingangsgleichspannung (UZK) liegen. Es wird zudem ein mehrphasiger Zweipunkt-Wechselrichter und eine Schaltanordnung (2) hierfür beschrieben.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines mehrphasigen Zweipunkt-Wechselrichters, beispielsweise eines dreiphasigen Zweipunkt-Wechselrichters. Die Erfindung betrifft zudem eine Schaltanordnung für einen mehrphasigen Zweipunkt-Wechselrichter und einen Zweipunkt-Wechselrichter mit einer derartigen Schaltanordnung.
• Zweipunkt-Wechselrichter werden in der Leistungselektronik dazu verwendet eine Gleichspannung in eine Wechselspannung zu wandeln. Sie finden beispielsweise in KFZ-Antriebsumrichtern oder PV-Wechselrichtern Anwendung. Leistungsschalter der Wechselrichter setzen die anliegende Gleichspannung durch geeignete Ansteuerung in eine getaktete Spannung um, um eine Wechselspannung nachzubilden, wobei sich die Schaltperiode zumeist von der Periodendauer der Grundwelle der Ausgangsspannung unterscheidet. Die Leistungsschalter müssen daher unter Spannung- und Strombelastung umschalten, was zu Schaltverlusten führt. Zur Reduzierung von Schaltverlusten werden Entlastungsnetzwerke beziehungsweise Hilfsbeschaltungen eingesetzt, durch die ein weiches Schalten, beispielsweise ein spannungsloses Schalten (Zero Voltage Switching, ZVS), ermöglicht wird. Bewährt hat sich beispielsweise die sogenannte Auxiliary Resonant Commutated Pole (ARCP)-Beschaltung, wie sie beispielsweise in EP 500 818 B1 beschrieben ist. Pro Ausgangsphase bedarf dieses Entlastungsnetzwerk nur eines bidirektionalen Schalters und einer Induktivität. Bei Schließen des bidirektionalen Schalters kann sich ein Entlastungsstrom in der Spule aufbauen, der dem Laststrom entgegenwirkt und damit während des Umschaltvorgangs der Phase ein verlustarmes Umladen der zu schaltenden Leistungsschalter bewirkt. Nachteilig hieran ist, dass je Phase eine Induktivität benötigt, was zu einem erhöhten Gewicht und Volumen der entsprechend beschalteten Wechselrichter führt.
• Zur Reduktion der passiven Bauteile wurde in „A Novel Auxiliary Resonent Commutated Pole Soft-Switching Inverter" von W. Gong et al. (2021 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), Seiten 2166 bis Seiten 2170) vorgeschlagen, das Entlastungsnetzwerk für unterschiedliche Vorzeichen der Spannungsänderung, also für unterschiedliche Schaltflanken, zusammenzufassen. Der entsprechende Ansatz bedarf jeweils einer Induktivität für die beiden Richtungen der Umladung der Schaltflanken. Eine weitere Reduktion der passiven Bauteile kann hierüber nicht erzielt werden. Zudem lässt das beschriebene Ansteuerverfahren keine Einstellung der mittleren Sternpunktspannung zu.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zweipunkt-Wechselrichter mit Schaltentlastung zu verbessern, insbesondere die Anzahl dessen passiver Bauelemente zu verringern.
• Diese Aufgabe ist gelöst durch ein Verfahren zur Ansteuerung eines Zweipunkt-Wechselrichters mit mindestens zwei Phasen gemäß Anspruch 1, einer Schaltanordnung für einen Zweipunkt-Wechselrichter mit mindestens zwei Phasen gemäß Anspruch 11 und einen mehrphasigen Zweipunkt-Wechselrichter gemäß Anspruch 13.
• Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Ansteuerung eines Zweipunkt-Wechselrichters mit mindestens zwei Phasen, der eine Schaltanordnung mit Eingangsanschlüssen für eine Eingangsgleichspannung, je Phase einen Ausgangsanschluss und eine Brückenschaltung mit einer Halbbrücke je Phase aufweist, wobei die Halbbrücken jeweils Leistungsschalter aufweisen, über die der jeweilige Ausgangsanschluss mit den Eingangsanschlüssen verbunden ist. Der anzusteuernde mehrphasige Zweipunkt-Wechselrichter weist zudem ein Entlastungsnetzwerk mit einem bidirektionalen Entlastungsschalter je Phase und einer Induktivität für die mindestens zwei Phasen auf, wobei die Induktivität über den jeweiligen bidirektionalen Entlastungsschalter mit den mindestens zwei Ausgangsanschlüssen verbunden ist. Mehrere Schaltperioden werden zum Erzeugen eines Wechselstroms an den Ausgangsanschlüssen durchgeführt, wobei jeweils das an den Ausgangsanschlüssen der mindestens zwei Phasen anliegende Potential der Eingangsgleichspannung durch Umschalten der jeweiligen Leistungsschalter umgepolt wird. Die Entlastungsschalter werden zur Reduzierung von Schaltverlusten beim Umschalten der jeweiligen Leistungsschalter aktiviert, wobei verhindert wird, dass die Entlastungsschalter unterschiedlicher Phasen gleichzeitig aktiviert sind, während die Ausgangsanschlüsse der jeweiligen Phasen auf einem unterschiedlichen Potential der Eingangsgleichspannung liegen.
• Der Kern des Verfahrens besteht darin, dass die Induktivität des Entlastungsnetzwerks über die jeweiligen Entlastungsschalter an mehrere Ausgangsanschlüsse angeschlossen ist. Bei der Aktivierung des Entlastungsnetzwerks kann es hierbei zu einer Verkopplung mehrerer Phasen kommen, die Kurzschlüsse und Beschädigungen des Zweipunkt-Wechselrichters sowie daran angeschlossene Geräte bedingen können. Zu Kurzschlüssen führende Verkopplungen werden hier und im Folgenden auch als Kollision bezeichnet. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein sicherer und kollisionsfreier Betrieb des Leistungsschalters trotz der einzigen Induktivität für unterschiedliche Phasen gewährleistet ist durch ein Ansteuern des Zweipunkt-Wechselrichters, wobei verhindert wird, dass die Entlastungsschalter unterschiedlicher Phasen gleichzeitig aktiv sind, wenn die jeweiligen Ausgangsanschlüsse auf einem unterschiedlichen Potential liegen. Dies ermöglicht eine Entlastung der Schaltvorgänge in dem Zweipunkt-Wechselrichter, wobei nur eine Induktivität für mehrere Phasen, insbesondere genau eine Induktivität für alle Phasen des Zweipunkt-Wechselrichters, vorhanden ist. Das Verfahren ermöglicht die Realisierung von Zweipunkt-Wechselrichtern mit einem einfach ausgebildeten Entlastungsnetzwerk, bei dem die Anzahl der passiven Bauelemente, insbesondere die Anzahl der Induktivitäten reduziert ist. Damit können Gewicht und Volumen der Zweipunkt-Wechselrichter erheblich reduziert werden. Zusätzlich sind die Bauteilkosten des Zweipunkt-Wechselrichters verringert. Der erfindungsgemäße Zweipunkt-Wechselrichter ermöglicht insbesondere einen bidirektionalen Leistungsfluss.
• Der Zweipunkt-Wechselrichter hat mindestens zwei Phasen. Die Eingangsgleichspannung wird in mindestens zwei Wechselstrom-Phasen gewandelt. Ein derartiger Zweipunkt-Wechselrichter wird auch als mehrphasiger Zweipunkt-Wechselrichter bezeichnet. Der Zweipunkt-Wechselrichter weist insbesondere drei Phasen auf.
• Der erzeugte Wechselstrom wird im Folgenden auch als Laststrom bezeichnet. Die Zählrichtung des Laststroms ist insbesondere durch den aus dem Zweipunkt-Wechselrichter herausfließenden Strom definiert.
• Das Durchführen der Schaltperioden zur Erzeugung des Wechselstroms kann auf bekannte Weise, beispielsweise mithilfe bekannter Modulationsverfahren, erfolgen. Je Schaltperiode wird ein Modulationszustand bestimmt, der die Umschaltzeitpunkte der Leistungsschalter der mindestens zwei Phasen definiert. Der Modulationszustand legt insbesondere eine Schaltabfolge für das Schalten der Leistungsschalter fest. Bewährt hat sich insbesondere die Raumzeigermodulation, wobei in jeder Schaltperiode ein Soll-Raumzeiger nachgebildet wird. Das Schalten kann beispielsweise symmetrisch um einen zeitlichen Mittelpunkt der Schaltperiode erfolgen.
• Das Schalten der Leistungsschalter kann insbesondere mit Grundwellentaktung, bei welcher die Taktfrequenz des Schaltens der Grundfrequenz des Laststroms entspricht, erfolgen. Besonders bevorzugt ist die Schaltfrequenz unterschiedlich zu der Grundfrequenz des erzeugten Wechselstroms, insbesondere wesentlich höher als der Grundfrequenz des Laststroms. Das Schalten erfolgt bevorzugt mit einer hohen Frequenz, beispielsweise im Kilohertzbereich. Der Laststrom kann bei hoher Frequenz in der jeweiligen Phase über eine Schaltfrequenz näherungsweise als konstant betrachtet werden.
• Die Entlastung des Umschaltens der jeweiligen Leistungsschalter mithilfe der Aktivierung des jeweiligen Entlastungsschalters ist an sich bekannt. Die Entlastung kann insbesondere durch Nullspannungsschalten der Leistungsschalter erfolgen. Unter einer Aktivierung des Entlastungsschalters sei verstanden, dass dieser geschlossen wird, um einen Strompfad von dem Ausgangsanschluss über die Induktivität bereit zu stellen. Die Aktivierung der Entlastungsschalter ist zur Reduzierung von Schaltverlusten insbesondere für derartige Umschaltvorgänge zielführend, bei denen der Laststrom der jeweiligen Phase das gleiche Vorzeichen hat wie die Potentialänderung aufgrund des Umschaltens. Ist beispielsweise der Laststrom positiv und wird der Ausgangsanschluss durch das Umschalten von dem negativen Potential der Eingangsgleichspannung auf das positive Potential der Eingangsgleichspannung geschaltet, führt dies ohne Entlastung zu hohen Schaltverlusten. Hat der Laststrom hingegen ein entgegengesetztes Vorzeichen zu dem Potentialunterschied, kann der Laststrom ein Umladen der Leistungsschalter bewirken, sodass Schaltverluste reduziert werden und auf eine Aktivierung des entsprechenden Entlastungsschalters verzichtet werden kann. Ist der entgegengesetzte Laststrom jedoch betragsmäßig klein, kann die Aktivierung des Entlastungsschalters auch für derartige Schaltflanken vorteilhaft sein.
• Das Entlastungsnetzwerk ist regelmäßig zwischen den Ausgangsanschlüssen und den Eingangsanschlüssen, insbesondere zwischen einem Mittelabgriff für die Eingangsgleichspannung und den Ausgangsanschlüssen angeordnet. Die gemeinsame Induktivität mehrerer Phasen kann direkt mit dem Mittelabgriff verbunden sein. Der Mittelabgriff ist insbesondere an einem Gleichspannungszwischenkreis angeordnet, über welchen die Versorgung des Zweipunkt-Wechselrichters mit der Eingangsgleichspannung erfolgt. Beispielsweise ist der Mittelabgriff zwischen zwei Zwischenkreiskondensatoren eines Gleichspannungszwischenkreises ausgebildet.
• Die Komponenten der Brückenschaltung und des Entlastungsnetzwerks, insbesondere die Leistungsschalter beziehungsweise die Entlastungsschalter, können in bekannter Weise ausgeführt sein. Geeignete Leistungsschalter sind insbesondere in Vorwärtsrichtung ein- und ausschaltbar und in Rückwärtsrichtung leitend. Als Vorwärtsrichtung wird die technische Stromrichtung in Bezug auf die Polung der Eingangsgleichspannung verstanden. Geeignete Leistungsschalter können insbesondere Halbleiterschaltelemente, beispielsweise MOSFETs, IGBTs und/oder Bipolartransistoren aufweisen. Antiparallel hierzu kann eine Diode geschaltet sein für die leitende Verbindung in Rückwärtsrichtung. Die Leistungsschalter weisen eine parasitäre Kapazität auf. Zur Erhöhung der Kapazität können die Leistungsschalter auch parallel geschaltete Kondensatoren aufweisen.
• Die bidirektionalen Entlastungsschalter können beispielsweise zwei seriell angeordnete, entgegengesetzt ausgerichtete Halbleiterschaltelemente aufweisen mit jeweils antiparallel geschalteter Diode. Hierdurch kann durch einfache Halbleiterschaltelemente der bidirektionale Schalter realisiert werden.
• Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens werden bei der Durchführung der Schaltperioden nur solche Modulationszustände berücksichtigt, bei denen die Umschaltzeitpunkte der Leistungsschalter der mindestens zwei Phasen ein gleichzeitiges Aktivieren der Entlastungsschalter unterschiedlicher Phasen ausschließen, während die mindestens zwei Phasen auf einem unterschiedlichen Potential der Eingangsgleichspannung liegen. Insbesondere können nur solche Modulationszustände berücksichtigt werden, bei welchen ein Umschalten der Leistungsschalter unterschiedlicher Phasen unter Einhaltung eines Mindestzeitabstands und/oder bei gleichem Vorzeichen der Potentialänderung im Wesentlichen gleichzeitig erfolgt. Dies ermöglicht ein kollisionsfreies Schalten, durch die Wahl geeigneter Modulationsverfahren, insbesondere geeigneter Sollraumzeiger, zur Ansteuerung der Leistungsschalter. Bei der Ansteuerung können die Modulationszustände, insbesondere Sollraumzeiger, daraufhin analysiert werden, ob deren Umschaltzeitpunkte eine Kollision verursachen können. Gegebenenfalls können die Modulationszustände als unzulässig verworfen werden. Zur Erzielung des gewünschten Laststromes kann dann eine Abfolge anderer zulässiger Modulationszustände gewählt werden.
• Eine gleichzeitige Aktivierung der Entlastungsschalter für unterschiedliche Phasen, während diese auf unterschiedlichem Potential liegen, ist ausgeschlossen, wenn die Umschaltzeitpunkte der Leistungsschalter der Phasen bei gleichem Vorzeichen der Potentialänderung, zusammenfallen. Unproblematisch sind daher Umschaltvorgänge, die bei gleichem Vorzeichen der Potentialänderung, im Wesentlichen gleichzeitig erfolgen. Unproblematisch sind zudem Modulationszustände, deren Umschaltzeitpunkte derart zeitlich beabstandet sind, dass eine gleichzeitige Aktivierung der jeweiligen Entlastungsschalter ausscheidet. Dies ist beispielsweise dann gewährleistet, wenn ein Umschalten der Leistungsschalter unterschiedlicher Phasen mit einem Mindestzeitabstand erfolgt, der größer oder gleich ist als die Summe der halben Aktivierungszeiten, in welchen die jeweiligen Entlastungsschalter der Phasen zur Entlastung des Umschaltens der jeweiligen Leistungsschalter aktiviert sind. Ein kollisionsvermeidendes Modulationsverfahren kann insbesondere auf Modulationszustände beschränkt sein, bei welchen ein Umschalten der Leistungsschalter unterschiedlicher Phasen entweder mit dem Mindestzeitabstand und/oder bei gleichem Vorzeichen der Potentialänderung im Wesentlichen gleichzeitig erfolgt.
• Die Aktivierungszeit des Entlastungsschalters ergibt sich insbesondere aus der Summe Zeit, die es braucht, einen geeigneten Entlastungsstrom in der Induktivität aufzubauen und diesen wieder abfallen zu lassen, und einer Umladezeit, innerhalb derer die Leistungsschalter mithilfe des Entlastungsstroms umgeladen werden. Der Entlastungsstrom entspricht insbesondere dem in Richtung der Potentialänderung gezählten Laststrom plus einem Kommutierungsstrom, wobei der Kommutierungsstrom die letztendliche Umladung der Leistungsschalter bewirkt. Die Stromaufbauzeit bzw. -abfallzeit ist daher proportional zu dem Entlastungsstrom und der Induktivität. Die Umladezeit ist abhängig von der Kapazität der Leistungsschalter, der Eingangsgleichspannung sowie umgekehrt proportional zu dem Kommutierungsstrom. Bei Kenntnis des Laststroms, der Komponenten des Zweipunkt-Wechselrichters sowie eines vorgegebenen Kommutierungsstroms kann die Aktivierungszeit bestimmt werden. Ein geeigneter Kommutierungsstrom kann beispielsweise durch die Vorgabe einer zu erzielenden Umladezeit auf Basis der Kapazität der Leistungsschalter und der Eingangsgleichspannung ermittelt werden.
• Da die Umschaltvorgänge im Regelfall nur einen kleinen Anteil der Periodendauer jeder Schaltperiode einnehmen, ist auch der einzuhaltende Mindestzeitabstand im Vergleich zu der Periodendauer gering. Der Ausschluss von Schaltzuständen, die den Mindestzeitabstand nicht einhalten, führt daher nur zu einer geringfügigen Einschränkung der möglichen Modulationszustände, insbesondere der zur Verfügung stehenden Soll-Raumzeiger.
• Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens liegt zwischen dem Umschalten der Leistungsschalter unterschiedlicher Phasen der Mindestzeitabstand. Dies ermöglicht in einfacher und zuverlässiger Weise, dass eine gleichzeitige Aktivierung der Entlastungsschalter unabhängig von dem Potential, auf welchem die jeweiligen Ausgangsanschlüsse liegen, vermieden ist. Hierdurch ist eine Kollisionsvermeidungsmaßnahme auf Basis der für die Ansteuerung der Leistungsschalter verwendeten Modulationszustände realisiert, bei der nur diejenigen Zustände Verwendung finden, die eine zeitliche Beabstandung des Umschaltens der Leistungsschalter unterschiedlicher Phasen um den Mindestzeitabstand umsetzen. Schaltvorgänge, die potentiell zu Kollisionen führen, werden bei der Ansteuerung nicht berücksichtigt. Dies kann beispielsweise durch die Vorgabe fester Schaltmuster oder den Ausschluss bestimmter Raumzeigerbereiche, in denen der Mindestzeitabstand nicht erfüllt ist, erfolgen.
• Beispielsweise ist der Mindestzeitabstand größer oder gleich einer maximalen Aktivierungszeit, die sich ergibt, wenn der Laststrom betragsmäßig maximal ist, d.h. dem zulässigen Maximalstrom der Phasen des Zweipunkt-Wechselrichters entspricht. Die Vorgabe eines mindestens der maximalen Aktivierungszeit entsprechenden Mindestzeitabstands gewährleistetet, dass Kollisionen zuverlässig vermieden sind, unabhängig von den jeweiligen Lastströmen und Modulationszuständen. Der entsprechende Mindestzeitabstand stellt einen Sicherheitspuffer bereit, der möglicher Kollisionen von vorneherein vermeidet.
• Gemäß einem vorteilhaften Aspekt des Verfahrens werden Umschaltzeitpunkte der Leistungsschalter zweier Phasen derart relativ zueinander verschoben, dass die jeweiligen Entlastungsschalter zur Entlastung des Umschaltens zeitversetzt aktiviert sind. Insbesondere können Umschaltzeitpunkte, die den Mindestzeitabstand nicht einhalten, derart zueinander verschoben werden, dass die Umschaltzeitpunkte den Mindestzeitabstand einhalten. Besonders bevorzugt erfolgt die relative Verschiebung für beide Schaltflanken der jeweiligen Phase. Auf diese Weise wird die über die Schaltperiode anliegende mittlere Spannung nicht verändert. Die Verschiebung wirkt sich nicht auf die Umsetzung der Vorgaben durch das Modulationsverfahren, insbesondere auf den Soll-Raumzeiger aus.
• Beispielsweise können die Umschaltzeitpunkte der Schaltflanken einer Phase relativ zu der potentiell kollidierenden Phase verschoben werden. Hierdurch wird ein zum zeitlichen Mittelpunkt der Schaltperiode versetztes Schalten der Leistungsschalter bei gleichbleibender mittlerer Spannung durchgeführt.
• In einzelnen Fällen kann eine Verschiebung der Umschaltzeitpunkte zu einer Änderung der Abfolge der Schaltvorgänge führen. Vor Implementierung der Verschiebung kann vorteilhafterweise eine Überprüfung erfolgen, ob die Implementierung der Steuerung die verschobenen Umschaltzeitpunkte umsetzen kann.
• Durch die Verschiebung der Umschaltzeitpunkte ist eine weitere Kollisionsvermeidungsmaßnahme realisiert, die die Ansteuerung mithilfe von Modulationszuständen, insbesondere mithilfe von Sollraumzeigern, ermöglicht, die an sich nicht den Mindestzeitabstand einhalten. Diese Kollisionsvermeidungsmaßnahme erweitert das Spektrum einsetzbarer Sollraumzeiger, ohne dass es zu Kollisionen aufgrund des vereinfachten Entlastungsnetzwerks kommt.
• Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens erfolgt eine Mittelung der relativen Verschiebung der Umschaltzeitpunkte der Phasen über mehrere Schaltperioden hinweg. Hierdurch können insbesondere mittlere Umschaltzeitpunkte nachgebildet werden, die vom Sollraumzeiger vorgegebenen Sollumschaltzeitpunkten entsprechen. Vorteilhafterweise können die Zieleigenschaften der Ausgangsspannungen trotz einer Verschiebung der Umschaltzeitpunkte zuverlässig eingehalten werden.
• Beispielsweise kann vorgesehen sein, in unterschiedlichen Schaltperioden die Schaltflanken verschiedener Phasen unterschiedlich relativ zueinander zu verschieben. Beispielsweise können in aufeinanderfolgenden Schaltperioden die Schaltflanken zweier Phasen alternierend zueinander verschoben werden.
• Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens erfolgt ein Umpolen des an den Ausgangsanschlüssen mindestens zweier Phasen anliegenden Potentials bei gleichem Vorzeichen der Potentialänderung im Wesentlichen gleichzeitig. Kurzschlüsse aufgrund der gleichzeitigen Aktivierung der Entlastungsschalter unterschiedlicher Phasen treten nur dann auf, wenn die Ausgangsanschlüsse auf unterschiedlichen Potentialen liegen. Durch das im Wesentlichen gleichzeitige Umschalten der beiden Phasen mit gleichem Vorzeichen der Potentialänderung ist das Anliegen eines unterschiedlichen Potentials an diesen Phasen vermieden. Eine gleichzeitige Aktivierung der Entlastungsschalter führt zu keiner Kollision.
• Das Umschalten der Leistungsschalter zweier Phasen erfolgt insbesondere im Wesentlichen gleichzeitig, wenn ein Zeitabstand der Umschaltzeitpunkte in der Größenordnung der Dauer typischer Schaltvorgänge ist. Das im Wesentlichen gleichzeitige Schalten kann beispielsweise derart realisiert sein, dass die betreffenden Leistungsschalter im Rahmen der Genauigkeit der Ansteuerung gleichzeitig geschaltet werden.
• Besonders bevorzugt kann ein im Wesentlichen gleichzeitiges Umschalten der Leistungsschalter zweier Phasen erfolgen, indem deren Umschaltzeitpunkte relativ zueinander verschoben werden, um einen kollisionsfähigen, also insbesondere den Mindestzeitabstand nicht einhaltenden, Zeitabstand dieser Umschaltzeitpunkte zu vermeiden. Zur Gewährleistung der mittleren Spannungen pro Schaltperiode erfolgt die Verschiebung bevorzugt für beide Umschaltzeitpunkte der Schaltflanken der jeweiligen Phase. Beispielsweise können die Umschaltzeitpunkte beider Schaltflanken einer Phase verschoben werden, sodass einer der Umschaltzeitpunkte mit einem der Umschaltzeitpunkte einer anderen Phase zusammenfällt.
• Das im Wesentlichen zeitgleiche Umschalten der Leistungsschalter zweier Phasen ist insbesondere dann von Relevanz, wenn die Lastströme beider Phasen das gleiche Vorzeichen haben, insbesondere wenn das Vorzeichen der beiden Lastströme gleich dem Vorzeichen der jeweiligen Potentialänderung ist. In derartigen Fällen kann dasselbe Entlastungsnetzwerk beide Phasen gleichzeitig unterstützen. Dies bewirkt jedoch auch, dass der sich in der Induktivität aufzubauende Entlastungsstrom der Summe der beiden Lastströme und des doppelten Kommutierungsstroms entsprechen muss. Dies erhöht insbesondere den durch die Induktivität fließenden Strom.
• Besonders bevorzugt ist bei dem Verfahren vorgesehen, zu überprüfen, ob der durch die Induktivität fließende Entlastungsstrom einen zulässigen Maximalstrom der Induktivität überschreitet. Hierdurch können Beschädigungen der Induktivität ausgeschlossen werden. Droht eine Überschreitung des maximalen Stroms der Induktivität, kann die entsprechende Kollisionsvermeidungsmaßnahme verworfen und eine andere Kollisionsvermeidungsmaßnahme gewählt werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu, kann eine Induktivität mit entsprechend hohem Maximalstrom, insbesondere mit einem Maximalstrom der größer oder gleich dem doppelten des maximalen Laststroms plus des zweifachen Kommutierungsstroms entspricht, gewählt werden.
• Mithilfe des im Wesentlichen gleichzeitigen Umschaltens der Leistungsschalter zweier Phasen, insbesondere durch relative Verschiebung der Umschaltzeitpunkte, ist eine Kollisionsvermeidungsmaßnahme realisiert, die eine Ansteuerung auch mit Raumzeigern erlaubt, die an sich nicht den Mindestzeitabstand einhalten.
• Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens haben die Lastströme der beiden im Wesentlichen gleichzeitig umzupolenden Phasen ein unterschiedliches Vorzeichen. Bei gleichzeitiger Aktivierung der Entlastungsnetzwerke werden die Lastströme mit unterschiedlichem Vorzeichen gekoppelt, sodass sich ein betragsmäßig kleinerer Differenzlaststrom ergibt. Der aufzubauende Entlastungsstrom muss daher nur der Summe aus dem Differenzlaststrom und dem Kommutierungsstrom entsprechen. Der die Induktivität des Entlastungsnetzwerks durchfließende Entlastungsstrom ist verringert. Hierdurch ist die zur Schaltentlastung erforderliche Aktivierungszeit reduziert. Verluste aufgrund des Entlastungsstroms sind minimiert.
• Besonders bevorzugt wird der Entlastungsschalter für eine Phase aktiviert, die einer Schaltentlastung eigentlich nicht bedürfte. Durch das zusätzliche Aktivieren des Entlastungsschalters kann ein durch den resultierenden Differenzlaststrom reduzierter Entlastungsstrom erzielt werden mit den oben genannten Vorteilen.
• Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens wird der Entlastungsschalter einer Phase zur Entlastung des Umschaltens der entsprechenden Leistungsschalter nicht aktiviert, solange der Entlastungsschalter einer anderen Phase aktiviert ist. Insbesondere erfolgt das Umschalten der Leistungsschalter einer Phase ohne Aktivierung des jeweiligen Entlastungsschalters, während der Entlastungsschalter einer anderen Phase aktiv ist. Hierdurch kann ein Umschalten der Leistungsschalter unabhängig von einem zeitlichen Abstand der Umschaltzeitpunkte ohne Kollisionsgefahr erfolgen. Für die Phase, bei der der Entlastungsschalter nicht aktiviert wird, erfolgt das Umschalten der Leistungsschalter insbesondere durch sogenanntes hartes, also verlustbehaftetes, Schalten. Zur Vermeidung von Kollisionen können einzelne harte Schaltvorgänge und damit geringfügige Schaltverluste in Kauf genommen werden.
• Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens führt die Phase, deren jeweiliger Entlastungsschalter nicht aktiviert wird, für den Fall, dass der Entlastungsschalter einer anderen Phase aktiviert ist, einen betragsmäßig kleineren Laststrom als die Phase, deren Entlastungsschalter aktiviert wird. Insbesondere führt die Phase, deren Umschalten ohne Aktivierung des jeweiligen Entlastungsschalters erfolgt, einen betragsmäßig kleineren Laststrom als die Phase, deren Entlastungsschalter aktiviert wird. Auf diese Weise können Schaltverluste durch gelegentliches hartes Schalten weiter reduziert werden.
• Das harte Schalten einer der Phasen ist eine Kollisionsvermeidungsmaßnahme, die unabhängig von der Bemessung der Komponenten der Schaltanordnung und unabhängig von der Wahl eines Modulationszustands, insbesondere eines Sollraumzeigers, anwendbar ist.
• Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens erfolgt eine sequentielle Aktivierung der Entlastungsschalter. Ein zur Vermeidung von Kollisionen zunächst nicht aktivierter Entlastungsschalter wird sequentiell zu einem zuvor aktivierten Entlastungsschalter einer anderen, potentiell kollidierenden Phase aktiviert. Für Fälle mit ungenügendem Zeitabstand zwischen den Schaltzeitpunkten führt dies zu unvollständigen Vorgängen der Schaltentlastung. Durch die sequentielle Aktivierung können die gesamten Schaltverluste in den Leistungs- und Entlastungsschaltern reduziert werden.
• Beispielsweise ist es möglich, den Entlastungsvorgang für eine der Phasen abzuschließen, also den Abbau des Entlastungsstroms in der Induktivität abzuwarten. Nach dem Abbau des Entlastungsstroms in dieser Phase und dem Schließen des entsprechenden Entlastungsschalters kann der Entlastungsschalter der anderen Phase aktiviert werden. Aufgrund eines geringen Zeitabstands der Umschaltzeitpunkte der beiden Phasen kann das sequentiell erfolgte Aktivieren des Entlastungsschalters nicht rechtzeitig erfolgen, um den zur Schaltentlastung erforderlichen Entlastungsstrom vollständig aufzubauen. Ein Nullspannungsschalten kann gegebenenfalls nicht erfolgen. Vorteilhafterweise kann sich zumindest jedoch ein Teil des erforderlichen Entlastungsstroms im Entlastungsnetzwerk aufbauen, sodass das Umschalten der Leistungsschalter durch den anteiligen Entlastungsstrom zumindest unterstützt wird. Das Umschalten muss nicht für den gesamten Laststrom, sondern nur für die Differenz aus Laststrom und anteiligem Entlastungsstrom erfolgen. Hierdurch sind Schaltverluste im Vergleich zum harten Schalten der Leistungsschalter reduziert.
• Es ist auch möglich, die Entlastungsschalter der beiden Phasen hart umzuschalten. Dies bedeutet, dass der Entlastungsschalter der ersten Phase deaktiviert wird, bevor der Entlastungsstrom vollständig abgebaut ist. Durch ein hartes Umschalten auf den Entlastungsschalter der anderen Phase wird der nicht vollständig abgebaute Entlastungsstrom durch diesen übernommen. Dies ist insbesondere dann zielführend, wenn die Vorzeichen der Lastströme der jeweiligen Phasen gleich sind. Der durch das harte Umschalten verbleibende Entlastungsstrom kann dann auch zum Entlasten des Umladevorgangs für die andere Phase genutzt werden. Das harte Schalten der Entlastungsschalter führt zu geringeren Schaltverlusten, da diese im Vergleich zu den Leistungsschaltern im Regelfall kleiner ausgelegt sind.
• Die oben beschriebenen Kollisionsvermeidungsmaßnahmen sind jeweils für sich gesehen geeignet und ausreichend, um einen sicheren Betrieb des Zweipunkt-Wechselrichters zu gewährleisten. Besonders bevorzugt können Kombinationen der Kollisionsvermeidungsmaßnahmen bei den Verfahren vorgesehen sein, um eine oder mehrere der Kollisionsvermeidungsmaßnahmen je nach Anwendungsfall auswählen zu können.
• Die erfindungsgemäße Schaltanordnung für einen Zweipunkt-Wechselrichter mit mindestens zwei Phasen weist Eingangsanschlüsse für die beiden Pole einer Eingangsgleichspannung, je Phase einen Ausgangsanschluss und eine Brückenschaltung mit einer Halbbrücke je Phase auf, wobei die Halbbrücken jeweils Leistungsschalter aufweisen, über die der jeweilige Ausgangsanschluss mit den Eingangsanschlüssen verbunden ist. Die Schaltanordnung weist ein Entlastungsnetzwerk bestehend aus einem bidirektionalen Entlastungsschalter je Phase und genau einer Induktivität für die mindestens zwei Phasen auf, die über den jeweiligen bidirektionalen Entlastungsschalter mit den mindestens zwei Ausgangsanschlüssen verbunden ist. Die Schaltanordnung weist eine einfachere Geometrie des Entlastungsnetzwerks, insbesondere eine Minimalanzahl von passiven Bauelementen auf. Hierdurch sind die Kosten, das Gewicht und das Volumen des mehrphasigen Zweipunkt-Wechselrichters reduziert. Die Schaltanordnung kann insbesondere eines oder mehrere der Merkmale aufweisen, die hinsichtlich der Schaltanordnung obenstehend diskutiert wurden.
• Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Schaltanordnung ist die Induktivität des Entlastungsnetzwerks eine Luftspule. Eine Luftspule ermöglichen eine hochfrequente Umladedynamik, sodass besonders schnelle Umladevorgänge möglich sind. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da die Induktivität einen Entlastungsstrom für die mindestens zwei Phasen, insbesondere für alle Phasen führen muss. Zudem weisen Luftspulen einen hohen Maximalstrom auf, sodass diese für die oben diskutierten Kollisionsvermeidungsstrategien besonders gut geeignet sind. Durch den Verzicht auf Magnetkernmaterialien werden Magnetkernverluste und Sättigungseffekte vermieden.
• Der erfindungsgemäße mehrphasige Zweipunkt-Wechselrichter weist die oben beschriebene Schaltanordnung sowie eine Steuereinheit auf, wobei die Steuereinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ansteuerverfahrens eingerichtet ist. Der Wechselrichter weist die in Bezug auf das Verfahren und die Schaltanordnung diskutierten Vorteile auf.
• Bevorzugt ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die oben diskutierten vorteilhaften Aspekte des Verfahrens umzusetzen. Beispielsweise kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, unterschiedliche Kollisionsvermeidungsmaßnahmen zu berechnen und eine geeignete Kollisionsvermeidungsmaßnahme für den jeweiligen Anwendungsfall, insbesondere für die jeweilige Schaltperiode, auszuwählen.
• Weitere Vorteile und Details der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung eines mehrphasigen Zweipunkt-Wechselrichters,
• 2 ein Schaltbild einer Schaltanordnung des Wechselrichters gemäß 1,
• 3 ein Raumzeigerdiagramm zur Darstellung möglicher Schaltzustände zur Ansteuerung des Wechselrichters,
• 4 eine Auftragung der an Ausgangsanschlüsse des Wechselrichters anliegenden Potentiale und eines durch eine Induktivität eines Entlastungsnetzwerks laufenden Stroms über den Verlauf einer beispielhaften Schaltperiode, wobei eine Entlastung von Umschaltprozessen an einzelnen Schaltflanken erfolgt,
• 5 eine 4 entsprechende Darstellung einer beispielhaften Schaltperiode, wobei es zu einer Kollision bei der Aktivierung des Entlastungsnetzwerkes für zwei Schaltflanken kommt,
• 6 eine 5 entsprechende Darstellung einer Schaltperiode mit einer Kollisionsvermeidungsmaßnahme zur Vermeidung der Kollision zweier Schaltflanken, wobei die Umschaltzeitpunkte der Leistungsschalter derart zueinander verschoben werden, dass keine gleichzeitige Aktivierung des Entlastungsnetzwerkes erfolgt,
• 7 ein schematischer Verfahrensablauf zur Umsetzung der Kollisionsvermeidungsmaßnahme gemäß 6,
• 8 eine 5 entsprechende Darstellung einer Schaltperiode mit einer weiteren Kollisionsvermeidungsmaßnahme zur Vermeidung einer Kollision der Schaltflanken, wobei die Umschaltzeitpunkte der Schaltflanken derart verschoben sind, dass ein gleichzeitiges Umschalten erfolgt,
• 9 ein schematischer Verfahrensablauf zur Umsetzung der Kollisionsvermeidungsmaßnahme gemäß 8,
• 10 eine 5 entsprechende Darstellung einer Schaltperiode mit einer weiteren Kollisionsvermeidungsmaßnahme, wobei eine Aktivierung des Entlastungsnetzwerks für eine der Schaltflanken unterbleibt,
• 11 ein schematischer Verfahrensablauf zur Umsetzung der Kollisionsvermeidungsmaßnahme gemäß 10
• 12 eine 5 entsprechende Darstellung einer Schaltperiode mit einer Variante der Kollisionsvermeidungsmaßnahme nach 10,
• 13 eine 5 entsprechende Darstellung einer Schaltperiode mit einer weiteren Variante der Kollisionsvermeidungsmaßnahme nach 10, und
• 14 eine 5 entsprechende Darstellung einer Schaltperiode, wobei eine zusätzliche Aktivierung des Entlastungsnetzwerks für eine Schaltflanke erfolgt, um einen Stromfluss in einer Induktivität des Entlastungsnetzwerks zu reduzieren.
• In 1 ist schematisch ein mehrphasiger Zweipunkt-Wechselrichter 1 gezeigt. Der Zweipunkt-Wechselrichter 1 weist eine Schaltanordnung 2 und eine Steuereinheit 3 auf. Die Schaltanordnung 2 weist einen Gleichspannungseingang 4 und einen mehrphasigen Wechselstromausgang 5 auf. Der Gleichspannungseingang 4 ist über eine Brückenschaltung 6 mit dem Wechselstromausgang 5 verbunden. Die Brückenschaltung 6 ist in Form eines Brückenwechselrichters ausgebildet. Zwischen Gleichspannungseingang 4 und Brückenschaltung 6 ist ein Entlastungsnetzwerk 7 geschaltet. Die Steuereinheit 3 steuert die Halbbrücken der Brückenschaltung 6 sowie das Entlastungsnetzwerk 7 an, wie dies im Folgenden noch beschrieben ist.
• In 2 ist ein Schaltplan der Schaltanordnung 2 des Zweipunkt-Wechselrichters 1 gezeigt. Der Gleichspannungseingang 4 weist zwei Eingangsanschlüsse 8 für die beiden Pole +, - einer Eingangsgleichspannung U_ZK auf. Die Eingangsgleichspannung U_ZK wird über einen zwei Zwischenkreiskondensatoren 9 aufweisenden Zwischenkreis bereitgestellt und wird auch als Zwischenkreisspannung bezeichnet. Zwischen den beiden Zwischenkreiskondensatoren 9 ist ein Mittelabgriff 10 für einen Spannungsmittelpunkt der Eingangsgleichspannung U_ZK ausgebildet. Der Mittelabgriff 10 liegt auf einem mittleren Potential ϕ_M.
• Der gezeigte Zweipunkt-Wechselrichter weist drei Ausgangsphasen P auf, wobei P = 1, 2, 3 die jeweilige Phase bezeichnet. Je Phase P ist ein Ausgangsanschluss A_P vorhanden. Die Ausgangsanschlüsse A_P bilden zusammen den mehrphasigen Wechselstromausgang 5. An die Ausgangsanschlüsse A_P ist eine beispielhafte symmetrische induktive Last 11 angeschlossen. Der Zweipunkt-Wechselrichter 1 eignet sich allgemein für beliebige, auch kapazitive und/oder nichtsymmetrische Lasten. Über die Ausgangsanschlüsse A_P wird die Last 11 mit den jeweiligen Phasen P zugeordneten Lastströmen i_P versorgt.
• Die Brückenschaltung 6 weist je Phase P eine Halbbrücke auf, über die die jeweiligen Ausgangsanschlüsse A_P an die Eingangsanschlüsse 8 angeschlossen sind. Die Halbbrücken weisen jeweils Leistungsschalter S_P ^V auf, wobei V = + , - den Pol des Gleichspannungseingangs 4 bezeichnet, mit welchem der Ausgangsanschluss Ap über den Leistungsschalter S_P ^V verbunden ist. Die Leistungsschalter einer Phase P werden gemeinsam auch mit dem Bezugszeichen Sp bezeichnet. Über die Leistungsschalter S_P ^V können die Ausgangsanschlüsse A_P an die jeweiligen Pole +, - des Gleichspannungseingangs 4 selektiv angeschlossen werden. Damit lässt sich das Potential, auf welchem der Ausgangsanschluss A_P der Phase P liegt, zwischen den Potentialen der Eingangsgleichspannung U_ZK umpolen. Das Potential der jeweiligen Phase P wird mit ϕ_P bezeichnet. Ist beispielsweise der Leistungsschalter S₁ ⁺ geschlossen und der Leistungsschalter S₁ ^- geöffnet, liegt der Ausgangsanschluss A₁ auf dem Potential des +-Pols der Eingangsgleichspannung U_ZK: ϕ₁ - ϕ_M = U_ZK/2. Durch Umschalten der Schalter S₁ kann das Potential ϕ₁ umgepolt werden zu: ϕ₁ - ϕ_M = - U_ZK/2.
• Die Leistungsschalter S_P ^V sind jeweils gleich ausgebildet. Sie ermöglich ein Schalten, also ein Sperren und Öffnen in Vorwärtsrichtung, also in technischer Stromrichtung. In Gegenrichtung sind die Leistungsschalter S_P ^V leitend. Die Leistungsschalter weisen hierfür ein Schaltelement 12 und eine antiparallele Diode 13 auf. Das Schaltelement 12 ist ein Halbleiterschaltelement, beispielsweise ein MOSFET. Auch andere, vergleichbare Schaltelemente sind möglich, beispielsweise IGBTs und/oder Bipolartransistoren. Die Leistungsschalter S_P ^V weisen eine mittlere Kapazität C_S auf. Die Kapazität kann einer parasitären Kapazität der Bauelemente, insbesondere des Schaltelements 12 sein. Zur Erhöhung der Kapazität C_S ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Kondensator 14 parallel zu dem Schaltelement 12 und der Diode 13 geschaltet.
• Das Entlastungsnetzwerk 7 ist zwischen den Ausgangsanschlüsse A_P und dem Mittelabgriff 10 angeordnet. Das Entlastungsnetzwerk 7 besteht aus einem bidirektionalen Entlastungsschalter B_P je Phase P und einer gemeinsamen Induktivität L, die über die jeweiligen Entlastungsschalter B_P mit dem entsprechenden Ausgangsanschluss A_P verbunden ist. Das Entlastungsnetzwerk 7 weist insgesamt somit eine gemeinsame Induktivität L für alle Phasen P auf. Die Induktivität L ist zwischen dem Mittelabgriff 10 und die Ausgangsanschlüsse A_P geschaltet.
• Die Induktivität L ist eine Luftspule. Dies ermöglicht hohe Stromflüsse und schnelle Umladevorgänge. Der Stromfluss in der Spule wird im Folgenden auch als Entlastungsstrom i_L bezeichnet.
• Die bidirektionalen Entlastungsschalter B_P weisen in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei in Reihe geschaltete Schaltelemente 15 mit jeweils antiparallel geschalteter Diode 16 auf. Die in Reihe geschalteten Schaltelemente 15 und die antiparallel geschalteten Dioden 16 sind einander entgegengerichtet. Die Schaltelemente 15 sind Halbleiterschaltelemente, beispielsweise MOSFETs, IGBTs oder Bipolartransistoren. Im Vergleich zu den Leistungsschaltern S_P ist die mittlere Strombelastung der Entlastungsschalter B_P gering, sodass die Entlastungsschalter B_P nur eine entsprechend geringere Strombelastbarkeit aufweisen müssen.
• Im Folgenden wird Bezug auf die 3 und 4 die Funktion des Zweipunkt-Wechselrichters 1, insbesondere dessen Entlastungsnetzwerks 7, beispielhaft beschrieben. Zur Erzeugung der Ausgangswechselströme i_P erfolgt ein hochfrequentes Umschalten der Leistungsschalter S_P, wobei das Potential ϕ_P der Phasen P umgepolt wird. Die Schaltfrequenz f_S ist hierbei um ein Vielfaches höher als die Grundfrequenz des Ausgangsstromes i_P. Hierdurch ist ein breiter Bereich des Ausgangsstroms und der Ausgangsspannung möglich. Der Zweipunkt-Wechselrichter 1 ermöglicht insbesondere einen bidirektionalen Energiefluss. Die entsprechende Funktionsweise, insbesondere das Schalten der Leistungsschalter S_P ist prinzipiell bekannt und wird im Folgenden nur grob umrissen.
• Die Schaltvorgänge des Zweipunkt-Wechselrichters 1 sind in Schaltperioden mit Periodenlänge T_S unterteilt. Das zur Erzielung eines gewünschten Ausgangsstromes i_P einer Phase P nötige Modulationsverfahren kann beispielsweise in einem Raumzeigerdiagramm, wie es in 3 gezeigt ist, dargestellt werden. In dem Raumzeigerdiagramm sind die Phasen P durch die Buchstaben R, S, T auf um 120 ° zueinander versetzte Achsen dargestellt. In jeder Schaltperiode wird ein zu erreichender Sollraumzeiger u festgelegt. Durch Projektion des Sollraumzeiger u auf die Achsen der jeweiligen Phasen kann eine der jeweiligen Phase P in der Schaltperiode zugewiesene mittlere Spannung bestimmt werden. Von Schaltperiode zu Schaltperiode kann der Sollraumzeiger u variiert werden, sodass dieser eine Kurve innerhalb des Raumzeigerdiagramms abfährt. Ein gestrichelter Kreis 17 in 3 zeigt einen typischen Betriebsbereich der Raumzeigermodulation mit konstanter mittlerer Sternpunktspannung in gängigen Zweipunkt-Wechselrichtern.
• In 4 ist ein beispielhaftes Schaltverhalten für eine Schaltperiode gezeigt. Hierzu der zeitliche Verlauf der jeweiligen Potentiale ϕ_P - ϕ_M der Phasen sowie des Entlastungsstroms i_L über eine Schaltperiode aufgetragen. Auf Basis des entsprechenden Sollraumzeigers u werden Sollspannungen für die einzelnen Phasen P ermittelt. Zur Erzielung der Sollspannungen erfolgt ein Umpolen der jeweiligen Phase P von dem Potential - U_ZK/2 des Minuspols der Eingangsgleichspannung U_ZK zu dem Potential U_ZK/2 des Pluspols und zurück. Abhängig von dem Zeitintervall T_P, in welchem die jeweilige Phase P umgepolt ist, ergibt sich eine mittlere Spannung der Phase P während der Schaltperiode, die der Sollspannung entspricht. Das Umschalten erfolgt im Normalfall symmetrisch um einen Mittelpunkt T_M der jeweiligen Schaltperiode. Pro Schaltperiode erfolgt daher eine zweifache Umpolung, nämlich vom negativen Potential auf das positive Potential der Eingangsgleichspannung U_ZK an einer ersten Schaltflanke und umgekehrt an einer zweiten Schaltflanke. Der Umschaltzeitpunkt der ersten Schaltflanke ist in den Figuren mit t_P, der der zweiten Schaltflanke $t_{\text{P}}^{\text{'}}$

  

  gekennzeichnet. Das Zeitintervall zwischen den Schaltflanken, in welchem die jeweilige Phase P umgepolt ist, wird mit T_P bezeichnet.
• Aufgrund endlicher Schaltzeiten kann es an den Schaltflanken zu Schaltverlusten kommen. Schaltverluste können durch das Hinzuschalten des Entlastungsnetzwerks 7 durch Aktivieren des entsprechenden bidirektionalen Entlastungsschalter B_P vermindert werden. Ob eine Entlastung mithilfe des Entlastungsnetzwerks 7 erforderlich ist, ist insbesondere von der Richtung des aus der jeweiligen Halbbrücke fließenden Laststroms i_P abhängig. Im Regelfall ist eine Aktivierung des Entlastungsnetzwerks 7 nur bei Schaltvorgängen notwendig, bei denen das Vorzeichen der Potentialänderung am Ausgangsanschluss A_P und das Vorzeichen des jeweiligen Laststroms i_P gleich sind. Bei gegenläufigen Strömen i_P erfolgt eine Umladung der Leistungsschalter S_P mithilfe des jeweiligen Laststroms. In 4 sind in einem Diagramm für den durch die Induktivität L fließenden Strom i_L ergänzend die Lastströme i_P eingezeichnet. Aufgrund der hohen Schaltfrequenzen der Schaltperioden ist der Laststrom i_P innerhalb einer Schaltperiode im Wesentlichen konstant. Aus einem Vergleich des Vorzeichens des Laststroms i_P und einer an der jeweiligen Schaltflanke erfolgenden Potentialänderung kann bestimmt werden, welche der Schaltflanken einer Aktivierung des jeweiligen Entlastungsschalters B_P bedürfen. Die entsprechenden Schaltflanken sind in 4 mit einem * gekennzeichnet.
• Für die mit * gekennzeichneten Schaltflanken lädt der Laststrom i_P die Kapazitäten C_S der jeweiligen Leistungsschalter S_P nicht um, sodass es zu Schaltverlusten kommen würde. Zur Entlastung dieser Schaltvorgänge wird vor dem Umschalten der Leistungsschalter S_P der entsprechende bidirektionale Entlastungsschalter B_P des Entlastungsnetzwerks aktiviert, sodass sich durch den bidirektionalen Entlastungsschalter Bp und die Induktivität L ein Pfad für den jeweiligen Laststrom i_P ergibt. In der Induktivität L baut sich der Entlastungsstrom i_L auf. Sobald der Entlastungsstrom i_L den Laststrom i_P um einen ausreichenden Kommutierungsstrom ΔI_ZVS übersteigt, führt der Kommutierungsstrom ΔI_ZVS zu einem Umladen der Leistungsschalter S_P, sodass diese spannungslos schalten können. Anschließend baut sich der Entlastungsstrom i_L wieder ab, woraufhin der bidirektionale Entlastungsschalter B_P geschlossen werden kann.
• In 4 ist eine vergrößerte Darstellung des zeitlichen Verlaufs des Entlastungsstroms i_L enthalten. Nach dem Schließen des bidirektionalen Entlastungsschalters B_P baut sich der Entlastungsstrom i_L über einen Zeitraum t_AP auf. Nachdem der Entlastungsstrom i_L den Laststrom i_P um den zum Umladen vorgegebenen Kommutierungsstrom ΔI_ZVS übersteigt, erfolgt das Umschalten der jeweiligen Leistungsschalter S_P. Während eines Kommutierungszeitraums t_K erfolgt ein Umladen der Leistungsschalter S_P zum spannungsfreien Schalten. Anschließend baut sich der Entlastungsstrom i_L wiederum über den Zeitraum t_AP ab.
• Die Zeit für den Stromanstieg beziehungsweise Stromabfall ist abhängig von dem Laststrom i_P und der Größe des Kommutierungsstrom ΔI_ZVS.
• Die Zeit für den Stromanstieg bzw. -abfall ergibt sich zu $$t_{\text{AP}}\left(i_{\text{P}}\right)=\frac{\left|i_{\text{P}}\right|+\Delta I_{\text{ZVS}}}{\frac{U_{\text{ZK}}}{2}}\cdot L.$$

  
• Die Kommutierungszeit lässt sich wie folgt abschätzen: $$t_{\text{K}}\approx 2\cdot \frac{{\displaystyle {\int }_0^{U_{\text{ZK}}}{C}_S\left(u_S\right)\text{du}}}{\Delta I_{\text{ZVS}}}\approx \frac{2\cdot C_{\text{S}}{U}_{\text{ZK}}}{\Delta I_{\text{ZVS}}}.$$

  
• Insgesamt ergibt sich eine Aktivierungszeit T_AP, in welcher der entsprechenden bidirektionale Entlastungsschalter B_P zur Entlastung eines Umschaltens der Leistungsschalter S_P einer Phase P aktiviert ist zu: $$T_{\text{AP}}\left(i_{\text{P}}\right)=2\cdot t_{\text{AP}}\left(i_{\text{P}}\right)+t_{\text{K}}.$$

  
• Die Aktivierungszeit T_AP ist bei vorgegebener Auslegung des Zweipunkt-Wechselrichters, insbesondere der Induktivität L und der Kapazität C_S, sowie bei gegebener Eingangsgleichspannung U_ZK im Wesentlichen abhängig von dem wählbaren Kommutierungsstrom ΔI_ZVS und dem jeweiligen Laststrom i_P. Die Aktivierungszeit T_AP wird maximal bei maximalem Laststrom I_max: $$T_{\text{A}}^{\text{max}}=T_{\text{AP}}\left(I_{\text{max}}\right).$$

  
• Es kann auch eine gewünschte maximale Aktivierungszeit $T_{\text{A}}^{\text{max}}$

  

  vorgegeben werden und die Auslegung des Zweipunkt-Wechselrichters 1 entsprechend hieran angepasst werden.
• Im Folgenden werden beispielhafte Werte für einen Zweipunkt-Wechselrichter angegeben. Die Eingangsgleichspannung sei U_ZK = 800 V. Als maximaler Phasenstrom wird I_max = 900 A angenommen. Die Schaltfrequenz sei f_S = 10 kHz, was einer Periodendauer von T_S = 100 µs entspricht. Zudem werden folgende Vorgaben gemacht: Die Kommutierungszeit t_K, die die Dauer des Schaltvorgangs beschreibt, sei t_K = 200 ns, was einer langsamen Schaltgeschwindigkeit von 4 V/ns entspricht. Die mittlere Kapazität einer Halbbrücke mit zwei Leistungsschaltern S_P sei 2 · C_S = 4 nF. Die maximale zulässige Aktivierungszeit wird zu $T_{\text{A}}^{\text{max}}=T_{\text{AP}}\left(I_{\text{max}}\right)=2\mathrm{\mu }\text{s}$

  

  $$

  

  festgelegt. Hieraus ergibt sich die maximale Zeitdauer für den Stromanstieg und Stromabfall zu t_AP = 900 ns. Für den erforderlichen Kommutierungsstrom zur Realisierung eines spannungslosen Schaltens folgt damit: $$\Delta I_{\text{ZVS}}=\frac{2\cdot C_{\text{S}}\cdot U_{\text{ZK}}}{t_{\text{K}}}=16\text{ A}\text{.}$$

  
• Die Induktivität muss entsprechend gewählt werden zu: $$L=\frac{U_{\text{ZK}}}{2}\cdot \frac{t_{\text{AP}}}{I_{\text{max}}+\Delta I_{\text{ZVS}}}=393\text{ nH}\text{.}$$

  
• Die oben genannten Zahlenwerte sind rein beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen. Bei den gewählten Parametern zeigt sich, dass die maximale Aktivierungszeit T_A (I_max) nur wenige Prozent der Periodendauer T_S beträgt, im konkret dargestellten Ausführungsbeispiel 2 %.
• Bei dem in 4 gezeigten Beispiel erfolgt eine Aktivierung des Entlastungsnetzwerks 7 nur für Schaltflanken, bei welchen der Laststrom i_P das gleiche Vorzeichen hat wie die Potentialdifferenz des jeweiligen Umschaltvorgangs. Bei entgegengesetztem Laststrom i_P erfolgt ein Umladen durch den Laststrom i_P, sodass der Entlastungsstrom i_L hierfür nicht benötigt wird. Bei kleinen Lastströmen i_P kann jedoch der Laststrom i_P das Umladen der Leistungsschalter S_P nicht immer ausreichend bewirken. Bei kleinen Lastströmen ist es daher vorteilhaft, auch die jeweils andere Schaltflanke, in welcher der Laststrom i_P ein anderes Vorzeichen als die Potentialdifferenz hat, mithilfe des Entlastungsnetzwerks 7 zu entlasten. Prinzipiell können daher alle Schaltflanken durch Aktivierung des Entlastungsnetzwerks entlastet werden.
• Das prinzipielle Vorgehen bei der Entlastung der Umschaltvorgänge ist bekannt. Die Besonderheit ergibt sich bei dem Zweipunkt-Wechselrichter 1 dadurch, dass die Verwendung einer einzigen Induktivität L für alle Phasen P zu einer Verkopplung der Strompfade des Entlastungsnetzwerks 7 für unterschiedliche Phasen P führt. Dies ist unproblematisch, solange zwischen der Aktivierung unterschiedlicher bidirektionaler Entlastungsschalter B_P, also einer Aktivierung des Entlastungsnetzwerks 7 für das Umschalten der Leistungsschalter S_P unterschiedlicher Phasen P ein endlicher Zeitabstand t* besteht, wie dies in 4 angedeutet ist. Ein zeitlicher Überlapp beziehungsweise der zeitliche Abstand zwischen unterschiedlichen Aktivierungszeiten T_AP unterschiedlicher Phasen P bzw. P' kann wie folgt berechnet werden: $$t*=\left|t_{\text{P}}-t_{\text{P'}}\right|-t_{\text{AP}}-t_{\text{AP'}}-t_{\text{K}},$$

  

  wobei t* > 0 einen zeitlichen Abstand und t* < 0 einen zeitlichen Überlapp beschreibt.
• Es wurde erkannt, dass ein zeitlicher Überlapp der Aktivierung der Entlastungsschalter Bp für unterschiedliche Phasen P zu einem Kurzschluss führen kann, wenn die jeweiligen Phasen P während der gleichzeitigen Aktivierung der Entlastungsschalter B_P auf unterschiedlichen Potentialen der Eingangsgleichspannung U_ZK liegen. Ein derartiger Fall wird auch als Kollision bezeichnet. In 5 ist eine beispielhafte Kollision dargestellt. Hierbei sind die Umschaltzeitpunkte t₁ und t₂ der Phasen 1 bzw. 2 derart nahe zueinander, dass sich die Aktivierung der jeweiligen bidirektionalen Entlastungsschalter B₁ und B₂ zeitlich überschneiden (t* < 0). Während der zeitlichen Überschneidung ist die Phase 1 bereits auf dem Potential des Pluspoles der Eingangsgleichspannung U_ZK, während die Phase 2 noch auf dem Potential des Minuspols liegt.
• Der Zeitabstand t* kann von der Steuereinheit 3 in jeder Schaltperiode für den jeweiligen Modulationszustand bestimmt werden. Hierdurch kann für jede Schaltperiode insbesondere in Echtzeit ermittelt werden, ob der Modulationszustand potentiell das Risiko einer Kollision aufweist.
• Im Folgenden werden Ansteuerverfahren beschrieben, mit denen sich eine Kollision vermeiden lässt. Mithilfe der Ansteuerverfahren ist der vereinfachte Aufbau des Entlastungsnetzwerks 7 mit einer einzigen Induktivität L möglich. Dies ermöglicht einen einfachen, kostengünstigen sowie platz- und gewichtsparenden Aufbau des Zweipunkt-Wechselrichters 1. Die entsprechenden Ansteuerverfahren werden durch die Steuereinheit 3 umgesetzt.
• Eine erste Kollisionsvermeidungsmaßnahme wird dadurch realisiert, dass das Modulationsverfahren nur Modulationszustände berücksichtigt, in welchen ein gleichzeitiges Aktivieren der Entlastungsschalter B_P unterschiedlicher Phasen P ausgeschlossen ist, während die jeweiligen Phasen P auf einem unterschiedlichen Potential der Eingangsgleichspannung U_ZK liegen. Modulationszustände, insbesondere Sollraumzeiger u, die diese Bedingung nicht erfüllen, werden als unzulässig verworfen. Die Ansteuerung erfolgt dann mit geeigneten zulässigen Modulationszuständen, insbesondere Sollraumzeigern u.
• Beispielsweise ist möglich, vorabberechnete Modulationszustände, die keine Kollision verursachen, zu verwenden. Hierfür können insbesondere optimierte Schaltmuster berechnet, gespeichert und widergegeben werden. Eine beispielhafte Möglichkeit zur Schaltmusterberechnung bietet das bekannte Konzept der synchronen Taktung.
• Zusätzlich oder alternativ ist auch möglich, die Modulationszustände des Modulationsverfahrens auf deren Eignung, also insbesondere auf potentielle Kollisionen hin, zu überprüfen. Dies kann beispielsweise dynamisch durch das jeweilige Ansteuerverfahren erfolgen. Anhand der Überprüfung können die Modulationszustände als zulässig oder unzulässig beurteilt werden. Für die Überprüfung kann beispielsweise der jeweilige Zeitabstand benachbarter Umschaltzeitpunkte verschiedener Phasen ausgewertet werden. Zusätzlich oder alternativ kann ein statisches Kriterium festgelegt werden, anhand dessen die Zulässigkeit des Modulationszustands überprüft werden kann. Das statische Kriterium kann insbesondere ein fest vorgegebener Mindestzeitabstand sein.
• Die erste Kollisionsvermeidungsmaßnahme wird beispielhaft anhand des Raumzeigerdiagramms in 3 erläutert. Hierbei wird das Modulationsverfahren, also eine Ansteuerung der Leistungsschalter, derart gewählt, dass potentielle Kollisionen vermieden sind Sollraumzeiger u, die zu Kollisionen führen würden, werden bei der Raumzeigermodulation ausgeschlossen. Dies sind alle Modulationszustände, bei welchen die Schaltflanken unterschiedlicher Phasen P derart nah beieinanderliegen, dass eine Kollision auftreten kann, also $$t*<0\text{ bzw}\text{. }\left|t_P-t_{\text{P'}}\right|<\Delta t=t_{\text{AP}}+t_{\text{AP'}}+t_{\text{K}}$$

  

  werden kann.
• Am Beispiel der Raumzeigermodulation werden hierzu Bereiche des Raumzeigerdiagramms, also des Bereichs möglicher Sollraumzeiger u, in welchen Kollisionen auftreten können, als unzulässig verworfen. Hierzu kann die Steuereinheit 3 den Zeitabstand t* für jede Schaltperiode anhand der jeweiligen transienten Lastströme i_P dynamisch bestimmen, um zu ermitteln ob eine potentielle Kollision vorliegt und der Sollraumzeiger als unzulässig verworfen wird.
• Gemäß einer Variante der ersten Kollisionsvermeidungsmaßnahme kann ein statischer Mindestzeitabstand gewählt werden, der Kollisionen zuverlässig vermeidet. Der Mindestzeitabstand wird bevorzugt derart gewählt, dass dieser Kollisionen für alle möglicherweise auftretenden Lastströme zuverlässig ausschließt. Dies reduziert den Rechenaufwand bei der Ansteuerung, schließt gegebenenfalls jedoch einzelne an sich zulässige, da keine Kollision verursachende, Modulationszustände aus. Der Mindestzeitabstand kann insbesondere auf Basis eines Worst-Case-Szenarios bestimmt werden, in welchem eine Schaltentlastung jeweils für maximale Lastströme, also mit maximaler Aktivierungszeit $T_{\text{A}}^{\text{max}},$

  

  angenommen wird.
• Zur Bestimmung eines geeigneten beispielhaften Mindestzeitabstands wird im Folgenden angenommen, das für jede Schaltflanke das Entlastungsnetzwerk 7 aktiviert wird. Zudem wird für jede Aktivierung des Entlastungsnetzwerks 7 angenommen, dass dieses für die maximale Aktivierungszeit $T_{\text{A}}^{\text{max}}$

  

  aktiviert wird. Zur Vermeidung von Kollisionen muss das Umschalten der Leistungsschalter S_P von unterschiedlichen Phasen P daher einen Mindestzeitabstand Δt einhalten, der größer oder gleich der maximalen Aktivierungszeit $T_{\text{A}}^{\text{max}}$

  

  ist: $$\Delta t\ge T_{\text{A}}^{\text{max}}=T_{\text{AP}}\left(I_{\text{max}}\right).$$

  
• Sollraumzeiger u, die diese Bedingung nicht erfüllen, weisen Komponenten zweier Phasen auf, die im Wesentlichen gleichlang sind. Entsprechende, den Mindestzeitabschnitt Δt nicht erfüllende Sollraumzeiger u liegen entlang der Phasenachsen R, S, T beziehungsweise in den Außenbereichen des Raumzeigerdiagramms. Diese Bereiche sind in 3 vertikal schraffiert dargestellt und mit dem Bezugszeichen 18 gekennzeichnet. Außerhalb des Bereichs 18 liegende Bereiche des Raumzeigerdiagramms ermöglichen einen Betrieb des Zweipunkt-Wechselrichters 1 mit Aktivierung des Entlastungsnetzwerks 7 für alle Umschaltvorgänge, ohne dass Kollisionen zu befürchten sind. Es zeigt sich daher, dass Kollisionen nur in seltenen Fällen auftreten. Zu berücksichtigen ist diesbezüglich, dass der einfacheren Übersichtlichkeit halber in 3 eine überproportional große Darstellung der den Mindestzeitabstand Δt nicht erfüllenden Raumzeigerbereiche gewählt wurde. Wie oben im Fall der beispielhaften Auslegung eines Zweipunkt-Wechselrichters dargelegt wurde, entfallen nur geringe Bruchteile der Periodendauer T_S auf mögliche Aktivierungen des Entlastungsnetzwerks 7. Damit können weite Bereiche des Raumzeigerdiagramms zur Ansteuerung genutzt werden, ohne dass Kollisionen befürchtet werden müssen.
• Bekannt ist, dass an den äußeren Bereichen des Raumzeigerdiagramms ein Übersteuern erfolgt, wobei eine konstante mittlere Sternpunktspannung nicht gewährleistet ist. Durch die Verwendung des Entlastungsnetzwerks 7 verschiebt sich der Bereich, in welchem ein Übersteuern erfolgt, geringfügig gegenüber bekannten Zweipunkt-Wechselrichtern. Die Bereiche des Übersteuerns sind in 3 mit geschwungenen Linien schraffiert und mit dem Bezugszeichen 19 versehen. In diesen Bereichen ist ein kollisionsfreier Betrieb des Zweipunkt-Wechselrichters 1 möglich, wenn auf die Bedingung konstanter mittlerer Sternpunktspannungen verzichtet wird. In den nicht schraffierten, mit Bezugszeichen 20 versehenen Bereichen ist eine kollisionsfreie Ansteuerung bei konstanter mittlerer Sternpunktspannung gewährleistet.
• Die zuvor beschriebene Variante der ersten Kollisionsvermeidungsmaßnahme beruht darauf, dass Sollraumzeiger u, die den Mindestzeitabstand nicht erfüllen, von der Ansteuerung der Leistungsschalter S_P ausgeschlossen sind. Diese Kollisionsvermeidungsmaßnahme betrifft das Modulationsverfahren an sich. Dennoch ist ein im Wesentlichen normaler Betrieb des Zweipunkt-Wechselrichters möglich. Beispielsweise kann beim Abfahren einer Kurve von Sollraumzeigern der Bereich 18 übersprungen werden. Es ist auch möglich, durch einen Wechsel der Raumzeiger im Mittel über mehrere Schaltperioden einen mittleren Raumzeiger zu simulieren, der in dem Bereich 18 liegt, ohne dass Kollisionen zu befürchten sind. In einigen Fällen, kann ein Überspringen eines Raumzeigerbereichs beziehungsweise ein zu großer Abstand zwischen zwei in aufeinander folgenden Schaltperioden verwendeten Sollraumzeigern u ungünstig sein, beispielsweise hinsichtlich zu großer Subharmonischer im Laststrom. In einem derartigen Fall können weitere Kollisionsvermeidungsmaßnahmen angewandt werden, die einen kollisionsfreien Betrieb auch für Raumzeiger innerhalb des Bereichs 18 ermöglichen.
• Mit Bezug auf die 6 und 7 wird eine zweite Kollisionsvermeidungsmaßnahme beschrieben, die Konflikte aufgrund eines zeitlichen Überlapps der Aktivierungszeiten T_AP von Entlastungsschaltern B_P unterschiedlicher Phasen P vermeidet. 6 zeigt einen 5 entsprechenden Kollisionsfall, bei welchem die Umschaltzeitpunkte t₁ und t₂ zweier Schaltflanken, die einer Entlastung für weiches Schalten bedürfen, zeitlich nah beieinanderliegen. Ohne Kollisionsvermeidungsmaßnahme würden die Aktivierungszeiten T_AP der jeweiligen bidirektionalen Entlastungsschalter B_P überlappen.
• Zur Vermeidung der Kollision werden die Umschaltzeitpunkte t₁ und t₂ relativ zueinander verschoben, sodass ein endlicher Zeitabstand t* > 0 zwischen den Aktivierungszeiten T_AP gewährleistet ist. Im vorliegenden Fall wird der Umschaltzeitpunkt t₂ der Phase 2 verschoben, wie dies durch die Pfeile 25 angeordnet ist. Um die mittlere Spannung über die Schaltperiode und damit den Sollraumzeiger u nicht zu verändern, wird auch der Umschaltzeitpunkt $t_2^{\text{'}}$

  

  der zweiten Schaltflanke entsprechend verschoben. Das Umschalten erfolgt somit nicht mehr symmetrisch um den zeitlichen Mittelpunkt T_M, was jedoch die mittlere Spannung über die Schaltperiode im Regelfall nicht beeinflusst. Um Auswirkungen auf die Zieleigenschaften der Ausgangsspannung bei einer eventuell erforderlichen Verschiebung über mehrere Schaltperioden hinweg zu vermeiden, kann die Verschiebung der Umschaltzeiten über mehrere Schaltperioden hinweg gemittelt werden.
• Die Größe der Verschiebung ergibt sich aus einer Berechnung des zeitlichen Überlapps der jeweiligen Aktivierungszeit T_AP der Entlastungsschalter B₁ bzw. B₂: $$t*=\left|t_1-t_2\right|-t_{\text{A}1}-t_{\text{A}2}-t_{\text{K}}<0.$$

  
• Aus dem ermittelten zeitlichen Überlapp t* < 0 kann dann die Größe der notwendigen relativen Verschiebung der Umschaltzeitpunkte bestimmt werden.
• In 7 ist ein schematischer Verfahrensablauf zur Umsetzung der zweiten Kollisionsvermeidungsmaßnahme dargestellt. Der Schritt S1 bezeichnet den Start der Berechnung für eine Schaltperiode. Hieran schließt sich das Modulationsverfahren M an, wobei in einem Schritt S2 der jeweilige Raumzeiger und damit die Sollwerte der mittleren Ausgangsspannungen der Phasen P vorgegeben werden. In einem Schritt S3 erfolgt die Berechnung der Umschaltzeitpunkte t_P, $t_{\text{P}}^{\text{'}}$

  

  der Schaltflanken auf Basis der Sollspannungen.
• In einem Schritt S4 werden die jeweiligen Lastströme i_P bestimmt, insbesondere gemessen. Auf Basis der Lastströme i_P werden in einem Schritt S5 die Schaltflanken bestimmt, bei welchem die jeweiligen Entlastungsschalter Bp aktiviert werden sollen. In Schritt S6 werden die zur Entlastung erforderlichen Entlastungsströme i_L berechnet. Mit Kenntnis der Entlastungsströme i_L lassen sich die Aktivierungszeiten T_AP für das Entlastungsnetzwerk 7 in einem Schritt S7 bestimmen.
• In einem Schritt S8 erfolgt die Überprüfung darauf, ob Überschneidungen der Aktivierungszeiten T_AP und damit Kollisionen bestehen. Ist dies nicht der Fall, besteht kein Kollisionsproblem beziehungsweise ein mögliches Kollisionsproblem wurde behoben (Schritt S9). In einem Schritt S10 endet die Bestimmung der Steuersignale, die daraufhin an den Treiber weitergegeben werden.
• Wird in Schritt S8 eine Kollision festgestellt, wird die Überschneidungsdauer t* für die entsprechenden Schaltflanken in einem Schritt S11 bestimmt. Auf Basis der Überschneidungsdauer t* wird in einem Schritt S12 die erforderliche relative Verschiebung der Umschaltzeitpunkte t_P, $t_{\text{P}}^{\text{'}}$

  

  der betroffenen Schaltflanken berechnet, wobei die jeweils anderen Schaltflanken der betroffenen Phasen entsprechend verschoben werden.
• In einem Schritt S13 erfolgt die Überprüfung, ob die Implementierung der Steuerung die verschobenen Umschaltzeitpunkten t_P, $t_{\text{P}}^{\text{'}}$

  

  umsetzen kann.. Ist dies nicht der Fall, endet die Berechnung in einem Schritt S14 und es wird eine andere Maßnahme zur Kollisionsvermeidung geprüft.
• Ergibt die Überprüfung in Schritt S13 keine Probleme mit der Umsetzbarkeit, wird der Schritt S7 zur erneuten Berechnung der Aktivierungszeiten T_AP auf Basis der verschobenen Umschaltzeitpunkte t_P berechnet. Hieraufhin erfolgt wieder eine Überprüfung in Schritt S8, ob durch die geänderten Aktivierungszeiten T_AP in allen Phasen keine Kollisionen mehr auftreten.
• Mit Bezug auf die 8 und 9 wird eine dritte Kollisionsvermeidungsmaßnahme beschrieben. 8 zeigt eine 5 entsprechende Situation, bei welcher die Umschaltzeitpunkte t₁ und t₂ derart nah beieinanderliegen, dass es zu einer zeitlich überlappenden Aktivierung der jeweiligen Entlastungsschalter B₁ beziehungsweise B₂ kommt. Die gleichzeitige Aktivierung des Entlastungsnetzwerkes 7 führt jedoch nur dann zu Kurzschlüssen, wenn die entsprechenden Ausgangsanschlüsse A_P, vorliegend A₁ und A₂, auf ein unterschiedliches Potential der Eingangsgleichspannung U_ZK liegen. Dies ist bei dem in 8 gezeigten Beispiel der Fall zwischen den Umschaltzeitpunkten t₁ und t₂. Unterschiedliche Potentiale der Ausgangsanschlüsse A_P unterschiedlicher Phasen P sind dann vermieden, wenn Umschaltvorgänge mit gleichen Vorzeichen der Potentialänderung im Wesentlichen gleichzeitig erfolgen. Ist dies nicht aufgrund der für die Nachbildung des Sollraumzeigers u erforderlichen Schaltprozesse ohnehin der Fall, kann ein im Wesentlichen gleichzeitiges Schalten der ansonsten kollidierenden Phasen P, vorliegenden die Phasen 1 und 2, erzielt werden, indem die Umschaltzeitpunkte t_P derart relativ zueinander verschoben werden, dass diese zusammenfallen.
• Bei dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Umschaltzeitpunkt t₂ der zweiten Phase derart vorgezogen, dass er mit dem Umschaltzeitpunkt t₁ der ersten Phase zusammenfällt. Die resultierende gleichzeitige Umpolung der Ausgangsanschlüsse A₁ und A₂ vermeidet ein an den Ausgangsanschlüssen anliegendes unterschiedliches Potential und damit einen Kurzschluss aufgrund der zeitgleich aktivierten Entlastungsschalter B₁ und B₂.
• Zur Vermeidung einer Änderung der mittleren Sollspannungen wird die jeweils andere Schaltflanke, im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Umschaltzeitpunkt $t_2^{\text{'}},$

  

  entsprechend verschoben. Die Verschiebungen sind in 8 mit Pfeilen 26 gekennzeichnet.
• Der Entlastungsstrom i_L, der in der Induktivität zum Umladen der Leistungsschalter S_P der zeitgleich schaltenden Phasen P fließt, muss hierbei die Lastströme i_P beider Phasen P ausgleichen. Der Entlastungsstrom i_L ist daher entsprechend erhöht. Dies führt zu einer erhöhten Strombelastung der Induktivität L. Die gleichzeitige Aktivierung der Entlastungsnetzwerke und der resultierende Entlastungsstrom i_L sind in 8 exemplarisch mit dem Bezugszeichen 33 gezeigt.
• In 9 ist ein schematischer Verfahrensablauf zur Umsetzung der dritten Kollisionsvermeidungsmethode gezeigt. Die Verfahrensschritte S1 bis S7, also insbesondere die Berechnung des Modulationsverfahrens M und der Aktivierungszeiten T_AP des Entlastungsnetzwerks 7, entsprechen den Verfahrensschritten S1 bis S7 des in 7 gezeigten Verfahrensablaufs.
• In einem Verfahrensschritt S20 wird überprüft, ob die für die Umladung der Leistungsschalter S_P bei Aktivierung des Entlastungsnetzwerkes 7 erforderlichen Ströme die Induktivität L überlasten, also ob die Summe der Entlastungsstrom i_L größer als ein Maximalstrom I_L,max der Induktivität L sind. Ist dies der Fall, wird das Verfahren in einem Schritt S21 beendet zur Wahl einer anderen Kollisionsvermeidungsmaßnahme.
• Übersteigt der Entlastungsstrom i_L nicht den Maximalstrom I_L,max der Induktivität L erfolgt eine Kollisionsprüfung in dem bereits aus dem Verfahrensablauf in 7 bekannten Schritt S8. Liegt keine Kollision vor, schließen sich die bekannten Schritte S9 und S10 an, an deren Ende die Steuersignale an den Treiber übergeben werden.
• Wird in Schritt S8 eine Kollision erkannt, wird in einem Schritt S22 ein zeitlicher Abstand der Umschaltzeitpunkte t_P bestimmt, vorliegend t₂ - t₁. Auf Basis des bestimmten Zeitabstands wird in einem Verfahrensschritt S23 eine Verschiebung der Umschaltzeitpunkte relativ zueinander vorgenommen, insbesondere einer der Umschaltzeitpunkte t_P um den zuvor berechneten Zeitabstands der Umschaltzeitpunkte t_P verschoben. Der Umschaltzeitpunkt $t_{\text{P}}^{\text{'}}$

  

  der jeweils anderen Flanke der Phase P wird entsprechend verschoben, um keine Veränderung der mittleren Sollspannung zu bewirken.
• Auf Basis der verschobenen Umschaltzeitpunkte wird dann in einer wiederholten Durchführung der Schritte S6 und S7 die zum Umladen der Leistungsschalter S_P erforderlichen Entlastungsströme i_L und die entsprechenden Aktivierungszeiten T_AP des Entlastungsnetzwerks 7 bestimmt. Anschließend erfolgen die weiteren Schritte, insbesondere der Schritt S20, um zu überprüfen, ob die geänderten Entlastungsströme i_L zu einer Überlastung der Induktivität L, also einem Überschreiten des Maximalstroms I_L,max, führen.
• Mit Bezug auf die 10 und 11 wird eine vierte Kollisionsvermeidungsmaßnahme beschrieben. In 10 ist ein 5 entsprechender Kollisionsfall gezeigt, bei welchem die Umschaltzeitpunkte t₁ und t₂ zweier Schaltflanken, die einer Entlastung für weiches Schalten bedürfen, zu einer zeitlichen Überlappung der Aktivierung der entsprechenden Entlastungsschalter B_P führen würden. Um eine Kollision zu vermeiden, wird in diesem Fall auf die Entlastung einer der Schaltflanken verzichtet, sodass ein Umschalten der entsprechenden Leistungsschalter S_P durch sogenanntes hartes Schalten erfolgt. Die in 10 gezeigte Kollisionsvermeidungsmaßnahme nimmt daher einzelne nicht entlastete Umschaltprozesse und damit Schaltverluste in Kauf, um eine Kollision zu vermeiden.
• Bei der Kollisionsvermeidungsmaßnahme gemäß 10 werden einzelne Schaltflanken nicht entlastet. Dies führt nur zu geringen Schaltverlusten. Hintergrund ist die bereits zuvor diskutierte relativ zu der Periodendauer T_S einer Schaltperiode geringe Länge der maximalen Aktivierungszeit T_AP, aufgrund derer es nur in seltenen Fällen zu Kollisionen kommt. In derartigen Fällen wird nur einer der zu entlastenden Schaltvorgänge hart geschaltet. Insgesamt ergibt sich somit ein hartes Schalten für einen geringen Anteil der zu entlastenden Umschaltvorgänge.
• Um die Schaltverluste durch ein gelegentliches hartes Schalten gemäß der Kollisionsvermeidungsmaßnahme in 10 weiter zu verringern, wird vorzugsweise derjenige Umschaltvorgang nicht entlastet, dessen Phase P einen geringeren Laststrom i_P trägt. In der in 10 betrachteten Schaltperiode ist der Laststrom i₂ kleiner als der Laststrom i₁. Folglich wird die Phase 2 ausgewählt, um zum Zeitpunkt t₂ hart zu schalten. Die hart geschaltete Flanke ist in 10 mit den Bezugszeichen 27 gekennzeichnet.
• In 11 ist ein schematischer Verfahrensablauf zur Umsetzung der vierten Kollisionsvermeidungsmaßnahme gezeigt. Die Verfahrensschritte S1 bis S7 entsprechend den zuvor diskutierten Verfahrensschritten S1 bis S7. Im Anschluss wird der ebenfalls bekannte Verfahrensschritt S8 durchgeführt, in welchem bestimmt wird, ob eine Kollision zwischen zu entlastenden Umschaltvorgängen unterschiedlicher Phasen P existiert. Ist dies nicht der Fall folgen die bekannten Verfahrensschritte S9 und S10, an deren Ende die Steuersignale an den Treiber weitergegeben werden.
• Im Falle einer Kollision erfolgt in einem Verfahrensschritt S25 ein Vergleich der Lastströme i_P der kollidierenden Phasen P. In einem anschließenden Verfahrensschritt S26 erfolgt die Auswahl der Phase P mit dem größeren Laststrom i_P für die Entlastung. Im Verfahrensschritt S27 wird die Belegung des Entlastungsnetzwerks 7 derart bestimmt, dass für die Phase P mit dem größten Laststrom i_P eine Aktivierung des entsprechenden Entlastungsschalters B_P erfolgt. Im Verfahrensschritt S28 wird ein hartes Schalten, also ein Sperren der Aktivierung der Entlastungsschalter B_P, für alle weiteren kollidierenden Phasen P mit geringem Laststrom i_P bestimmt. Anschließend werden die bestimmten Ansteuersignale im Schritt S10 an den Treiber weitergegeben.
• Die in den 10 und 11 gezeigte Kollisionsvermeidungsmaßnahme kann ohne Einschränkungen, insbesondere für alle Sollraumzeiger u und unabhängig von der Auslegung der Komponenten des Zweipunkt-Wechselrichters 1 erfolgen.
• In Bezug auf 12 wird eine vorteilhafte Variante der Kollisionsvermeidungsmaßnahme gemäß 10 beschrieben. 12 zeigt einen 10 entsprechenden Kollisionsfall. Wie in Bezug auf 10 beschrieben, erfolgt eine Entlastung der Schaltflanke t₁ der Phase 1. Der Entlastungsschalter B₂ der Phase 2 wird zunächst nicht aktiviert. Die Schaltflanke der Phase 2, für die zunächst der Entlastungsschalter B₂ nicht aktiviert wird, ist in 12 mit Bezugszeichen 28 gekennzeichnet. Nachdem der Entlastungsvorgang für den Umschaltzeitpunkt t₁ der Phase 1 abgeschlossen und der entsprechende Entlastungsschalter B₁ geschlossen wurde, erfolgt eine Aktivierung des Entlastungsschalters B₂ der Phase 2. Die Aktivierung des Entlastungsschalter B₂ erfolgt mit einem endlichen Zeitabstand t* > 0.
• Da der Entlastungsschalter B₂ zur Vermeidung einer Kollision erst nach dem Schließen des Entlastungsschalters B₁ aktiviert werden konnte, kann sich nur ein geringer Entlastungsstrom i_L in dem Entlastungsnetzwerk 7 aufbauen. Der sich aufbauende Entlastungsstrom i_L genügt nicht, um ein Nullspannungsschalten der Leistungsschalter S₂ der Phase 2 zu ermöglichen. Dennoch gewährleistet der nur anteilig aufgebaute Entlastungsstrom i_L, dass nicht der gesamte Laststrom i₂ der Phase 2 geschalten werden muss. Hierdurch sind die Schaltverluste im Vergleich zum harten Schalten der Phase 2 reduziert.
• Die in 12 gezeigte Maßnahme ist insbesondere dann sinnvoll, wenn für den Zeitabstand der Umschaltzeitpunkte der beiden Phase gilt: $$\left|t_2-t_1\right|>t_{\text{A}1}+t_{\text{K}1}.$$

  
• Eine verfügbare reduzierte Stromanstiegszeit $t_{\text{A}2}^{\text{'}}$

  

  beträgt dann $$0<t_{\text{A}2}^{\text{'}}\le \left|t_2-t_1\right|-t_{\text{A}1}-t_{\text{K}1}.$$

  
• Die Stromentlastung gegenüber einem vollkommen unentlasteten Schaltvorgang entspricht daher dem Quotienten aus der reduzierten Stromanstiegszeit und der eigentlich für die Entlastung erforderlichen Stromanstiegszeit $t_{\text{A}2}^{\text{'}}/t_{\text{A}2}.$

  
• Mit Bezug auf 13 wird eine weitere vorteilhafte Variante der Kollisionsvermeidungsmaßnahme gemäß 10 beschrieben. 13 zeigt einen 10 entsprechenden Kollisionsfall. Wie in 12 erfolgt in 13 ein sequentielles Aktivieren der Entlastungsschalter B₁ und B₂ der Phasen 1 beziehungsweise 2. Im Gegenteil zu der in 12 gezeigten Variante wird der Entlastungsvorgang für die Phase 1 nicht vollständig abgeschlossen. Vielmehr erfolgt ein hartes Schalten der Entlastungsschalter B₁ und B₂, während der Entlastungsstrom i_L, der zur Entlastung des Umschaltens der Leistungsschalter S₁ der Phase 1 verwendet wurde, noch nicht vollständig abgebaut ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt ein hartes Schalten durch Deaktivieren des Entlastungsschalters B₁ und Aktivieren des Entlastungsschalter B₂ bei endlichem Entlastungsstrom i_L. Die Entlastungsschalter B₁ und B₂ werden daher unter Strombelastung des nicht vollständig abgebauten Entlastungsstroms i_L geschalten. Das harte Schalten der Entlastungsschalter B₁ und B₂ ist in 13 mit Bezugszeichen 29 gekennzeichnet. Der nicht vollständig abgebaute Entlastungsstrom i_L wird durch den Entlastungsschalter B₂ der Phase 2 übernommen. Nach dem Aktivieren des Entlastungsschalters B₂ kann sich der Entlastungsstrom i_L wieder aufbauen, um zur Entlastung des Umschaltens der Leistungsschalter S₂ der Phase 2 beizutragen.
• Die in 13 gezeigte Variante kann insbesondere eingesetzt werden, sofern die Umschaltrichtung identisch ist und gilt: $$\left|t_2-t_1\right|>t_{\text{K}1}.$$

  
• Bei dieser Variante kann eine Differenz zwischen den Lastströmen i_P berücksichtigt werden. Der zu erzielende Entlastungsstrom i_L kann beispielsweise bei ausreichendem Zeitabstand der entsprechenden Umschaltzeitpunkte $$\left|t_2-t_1\right|>t_{\text{K}1}+\frac{\left|i_2-i_1\right|}{i_1}\cdot t_{\text{A}1}.$$

  

  eingestellt werden. Alternativ kann der Entlastungsstrom i_L für die Schaltflanke mit dem höheren Laststrom i_P eingestellt werden. Die Schaltflanke mit dem kleineren Laststrom i_P kann aufgrund eines höheren Kommutierungsstrom ΔI_ZVS weiterhin entlastet kommutiert werden.
• Die zuvor beschriebenen Kollisionsvermeidungsmaßnahmen sind für sich gesehen jeweils geeignet und ausreichend, einen Betrieb des Zweipunkt-Wechselrichters mit einer einzigen Induktivität L des Entlastungsnetzwerks 7 zu betreiben. Für den jeweiligen Anwendungsfall kann eine geeignete Kollisionsvermeidungsmaßnahme ausgewählt werden. Sollte es in einigen Anwendungsfällen nicht möglich sein, einzelne der Kollisionsvermeidungsmaßnahmen anzuwenden, beispielsweise weil der maximale Strom der Induktivität überschritten werden würde, kann auf eine andere der Kollisionsvermeidungsmaßnahmen zurückgegriffen werden.
• 14 zeigt eine vorteilhafte Ansteuermaßnahme, mit dem der Entlastungsstrom i_L und hierdurch verursachte Verluste in dem Entlastungsnetzwerk 7, insbesondere an der Induktivität L, reduziert werden können. 14 zeigt eine Schaltperiode, in welcher keine Kollisionen vorkommen. Die Schaltflanken, die einer Entlastung bedürfen und mit einem * gekennzeichnet sind, weisen einen ausreichenden Abstand zueinander auf. Die Umschaltzeiten t₂ und t₃ der zweiten und dritten Phase liegen zeitlich nahe beieinander. Der Umschaltprozess zum Umschaltzeitpunkt t₃ bedarf keiner Entlastung, da der Laststrom i₃ ein unterschiedliches Vorzeichen zu der bei dem Umschaltprozess bewirkten Potentialänderung hat. Da die an den Umschaltzeitpunkt t₂ und t₃ bewirkten Potentialänderungen das gleiche Vorzeichen haben, die entsprechenden Lastströme i₂ beziehungsweise i₃ jedoch unterschiedliche Vorzeichen haben, würde eine gleichzeitige Aktivierung der entsprechenden Entlastungsschalter B₂ und B₃ zu einer Verkopplung führen, bei welcher der Laststrom i₃ aufgrund seines unterschiedlichen Vorzeichens als Entlastungstrom für die Phase 2 wirkt. Bei der gleichzeitigen Aktivierung der beiden Entlastungsschalter kann daher der für die Entlastung der Phase 2 erforderliche Entlastungsstrom i_L und damit die mit dem Entlastungsstrom i_L verbundenen Verluste und die Aktivierungszeit T_A(i_P) reduziert werden. Allerdings würde eine gleichzeitige Aktivierung der Entlastungsschalter B₂ und B₃ zu einer Kollision führen, solange die Ausgangsanschlüsse A₂ und A₃ auf unterschiedlichen Potentialen der Eingangsgleichspannung U_ZK liegen. Um dies zu vermeiden, können die Umschaltzeitpunkte t₂ und t₃ relativ zueinander verschoben werden, sodass ein gleichzeitiges Umschalten erfolgt. Bei dem in 14 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Umschaltzeitpunkt t₂ und entsprechend der Umschaltzeitpunkt t₂ der beiden Schaltflanken der Phase 2 verschoben, wie dies mit den Pfeilen 30 in 14 gekennzeichnet ist. Der reduzierte Entlastungsstrom i_L ist in 14 mit dem Pfeil 31 gekennzeichnet.
• Allgemein kann ein gleichzeitiges Umpolen zweier Phasen P, insbesondere indem die Umschaltzeitpunkte t_P entsprechend relativ zueinander verschoben werden, bei gleichzeitiger Aktivierung der jeweiligen Entlastungschalter Bp sowie bei gleichem Vorzeichen der Potentialdifferenz und bei unterschiedlichen Vorzeichen des Laststroms i_P erfolgen. Hierdurch kann die Verkopplung unterschiedlicher Strompfade in dem Entlastungsnetzwerk 7 vorteilhaft zur Reduzierung der Entlastungsströme i_L und damit zur Reduzierung von Verlusten erzielt werden. Diese Maßnahme kann zusätzlich zu einer oder mehrerer, insbesondere zu allen, der vorgenannten Kollisionsvermeidungsmaßnahmen erfolgen.
• Die zuvor beschriebenen Kollisionsvermeidungsmaßnahmen sowie deren Varianten, insbesondere die in den 12 und 13 gezeigten Varianten der vierten Kollisionsvermeidungsmaßnahme, können auch miteinander kombiniert werden.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• 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.
• Zitierte Patentliteratur
• EP 500818 B1 [0002]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• A Novel Auxiliary Resonent Commutated Pole Soft-Switching Inverter“ von W. Gong et al. (2021 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), Seiten 2166 bis Seiten 2170 [0003]

Claims (13)

1. Verfahren zum Ansteuern eines Zweipunkt-Wechselrichters (1) mit mindestens zwei Phasen (P), wobei der Zweipunkt-Wechselrichter (1) eine Schaltanordnung (2) aufweist mit - Eingangsanschlüssen (8) für die beiden Pole einer Eingangsgleichspannung (U_ZK), - je Phase (P) einem Ausgangsanschluss (A_P), - einer Brückenschaltung (6) mit einer Halbbrücke je Phase (P), wobei die Halbbrücken jeweils Leistungsschalter (S_P ^V) aufweisen, über die der jeweilige Ausgangsanschluss (A_P) mit den Eingangsanschlüssen (8) verbunden ist, und - einem Entlastungsnetzwerk (7) mit -- einem bidirektionalen Entlastungsschalter (Bp) je Phase (P) und -- einer Induktivität (L) für die mindestens zwei Phasen (P), die über den jeweiligen bidirektionalen Entlastungsschalter (B_P) mit den mindestens zwei Ausgangsanschlüssen (A_P) verbunden ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Durchführen mehrerer Schaltperioden zum Erzeugen eines Wechselstroms (i_P) an den Ausgangsanschlüssen (A_P), wobei jeweils das an den Ausgangsanschlüssen (A_P) der mindestens zwei Phasen (P) anliegenden Potential (ϕ_P) der Eingangsgleichspannung (U_ZK) durch Umschalten der jeweiligen Leistungsschalter (S_P ^V) umgepolt wird, - Aktivieren der Entlastungsschalter (B_P) zur Verminderung von Schaltverlusten beim Umschalten der jeweiligen Leistungsschalter (S_P ^V), wobei verhindert wird, dass die Entlastungsschalter (B_P) unterschiedlicher Phasen (P) gleichzeitig aktiviert sind, während die Ausgangsanschlüsse (A_P) der jeweiligen Phasen (P) auf einem unterschiedlichen Potential der Eingangsgleichspannung (U_ZK) liegen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Durchführung der Schaltperioden nur solche Modulationszustände berücksichtigt werden, bei denen die Umschaltzeitpunkte $\left(t_{\text{P}},t_{\text{P}}^{\text{'}}\right)$

   

   der Leistungsschalter (S_P ^V) der mindestens zwei Phasen (P) ein gleichzeitiges Aktivieren der Entlastungsschalter (B_P) unterschiedlicher Phasen (P) ausschließen, während die mindestens zwei Phasen (P) auf einem unterschiedlichen Potential der Eingangsgleichspannung (U_ZK) liegen.
3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Umschalten der Leistungsschalter (S_P ^V) unterschiedlicher Phasen (P) ein Mindestzeitabstand (Δt) liegt, wobei der Mindestzeitabstand (Δt) größer oder gleich einer Summe der Hälfte der Aktivierungszeiten (T_AP) ist, die die Entlastungsschalter (B_P) der jeweiligen Phasen (P) zur Entlastung des Umschaltens der jeweiligen Leistungsschalter (S_P ^V) aktiviert sind.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Umschaltzeitpunkte $\left(t_{\text{P}},t_{\text{P}}^{\text{'}}\right)$

   

   der Leistungsschalter (S_P ^V) zweier Phasen (P) derart relativ zueinander verschoben werden, dass die jeweiligen Entlastungsschalter (B_P) zur Entlastung des Umschaltens zeitversetzt aktiviert sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Mittelung der relativen Verschiebung der Umschaltzeitpunkte $\left(t_{\text{P}},t_{\text{P}}^{\text{'}}\right)$

   

   der Phasen (P) über mehrere Schaltperioden hinweg.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umpolen des an den Ausgangsanschlüssen (A_P) mindestens zweier Phasen (P) anliegenden Potentials (ϕ_P) bei gleichem Vorzeichen der Potentialänderung im Wesentlichen gleichzeitig erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Lastströme (i_P) der beiden im Wesentlichen gleichzeitig umzupolenden Phasen (P) ein unterschiedliches Vorzeichen haben.
8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlastungsschalter (B_P) einer Phase (P) zur Entlastung des Umschaltens der entsprechenden Leistungsschalter (S_PV) nicht aktiviert wird, solange der Entlastungsschalter (B_P) einer anderen Phase (P) aktiviert ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase (P), deren Entlastungsschalter (B_P) nicht aktiviert wird, einen betragsmäßig kleineren Laststrom (i_P) führt als die Phase (P), deren Entlastungsschalter (B_P) aktiviert wird.
10. Verfahren nach einem Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zunächst nicht aktivierte Entlastungsschalter (Bp) der einen Phase (P) sequentiell zu dem zuvor aktivierten Entlastungsschalter (B_P) der anderen Phase (P) aktiviert wird.
11. Schaltanordnung für einen Zweipunkt-Wechselrichter (1) mit mindestens zwei Phasen (P), aufweisend - Eingangsanschlüsse (8) für die beiden Pole einer Eingangsgleichspannung (U_ZK), - je Phase (P) einem Ausgangsanschluss (A_P), - eine Brückenschaltung (6) mit einer Halbbrücke je Phase (P), wobei die Halbbrücken jeweils Leistungsschalter (S_PV) aufweisen, über die der jeweilige Ausgangsanschluss (A_P) mit den Eingangsanschlüssen (8) verbunden ist, und - ein Entlastungsnetzwerk (7) bestehend aus -- einem bidirektionalen Entlastungsschalter (Bp) je Phase (P) und -- genau einer Induktivität (L) für die mindestens zwei Phasen (P), die über den jeweiligen bidirektionalen Entlastungsschalter (B_P) mit den mindestens zwei Ausgangsanschlüssen (A_P) verbunden ist.
12. Schaltanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität (L) des Entlastungsnetzwerkes eine Luftspule ist.
13. Mehrphasiger Zweipunkt-Wechselrichter, aufweisend - eine Schaltanordnung (2) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, - eine Steuereinheit (3), wobei die Steuereinheit (3) zur Durchführung eines Ansteuerverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 eingerichtet ist.

Images