DE102022207464A1 - Bidirectionally operable, parallel-fed push-pull flux converter - Google Patents

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    • H02M3/33584—Bidirectional converters

Abstract

Vorgeschlagen wird ein bidirektional betreibbarer, parallel gespeister Gegentaktflusswandler, aufweisend eine Primärseite und eine Sekundärseite, jeweils mit zugehöriger Spannungsversorgung, wobei Primärseite und Sekundärseite unterschiedliche Schaltungsbereiche mit unterschiedlichen Spannungen aufweisen, sowie einen Transformator, der dazu eingerichtet ist, Gleichspannung zwischen den beiden Seiten zu übertragen, und eine Schaltungsanordnung, aufweisend zwei als Feldeffekttransistoren mit zugehöriger intrinsischer Diode gebildete erste Schaltelemente, welche auf der Primärseite angeordnet sind und mittels eines Ansteuersignals betreibbar sind, und zwei erste gleichrichtende Bauelemente, welche auf der Sekundärseite angeordnet sind. Die Schaltungsanordnung ist derart gedoppelt und gespiegelt, dass zwei zu den ersten Schaltelementen gleichartig gebildete und als Feldeffekttransistoren mit zugehöriger intrinsischer Diode gebildete zweite Schaltelemente auf der Sekundärseite angeordnet und mittels eines Ansteuersignals betreibbar sind, und dass auf der Primärseite zwei zu den ersten gleichrichtenden Bauelementen gleichartige, gleichrichtende Bauelemente angeordnet sind.What is proposed is a bidirectionally operable, parallel-fed push-pull flux converter, having a primary side and a secondary side, each with an associated voltage supply, the primary side and secondary side having different circuit areas with different voltages, and a transformer which is set up to transmit DC voltage between the two sides, and a circuit arrangement, comprising two first switching elements formed as field effect transistors with an associated intrinsic diode, which are arranged on the primary side and can be operated by means of a control signal, and two first rectifying components, which are arranged on the secondary side. The circuit arrangement is doubled and mirrored in such a way that two second switching elements, which are formed in the same way as the first switching elements and are formed as field effect transistors with an associated intrinsic diode, are arranged on the secondary side and can be operated by means of a control signal, and that on the primary side there are two components which are similar to the first rectifying ones, rectifying components are arranged.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Elektromobilität, insbesondere der Elektronikmodule für einen Elektroantrieb.The present invention relates to the field of electromobility, in particular to electronic modules for an electric drive.

Die Verwendung von Elektronikmodulen, etwa Leistungselektronikmodulen, bei Kraftfahrzeugen hat in den vergangenen Jahrzehnten stark zugenommen. Dies ist einerseits auf die Notwendigkeit, die Kraftstoffeinsparung und die Fahrzeugleistung zu verbessern, und andererseits auf die Fortschritte in der Halbleitertechnologie zurückzuführen. Hauptbestandteil eines solchen Elektronikmoduls ist ein DC/AC-Wechselrichter (Inverter), der dazu dient, elektrische Maschinen wie Elektromotoren oder Generatoren mit einem mehrphasigen Wechselstrom (AC) zu bestromen. Dabei wird ein aus einem mittels einer DC-Energiequelle, etwa einer Batterie oder einem Akkumulator, erzeugter Gleichstrom in einen mehrphasigen Wechselstrom umgewandelt. Es sind aber auch Versorgungseinheiten vorgesehen, welche eine DC/DC-Wandlung bereitstellen.The use of electronic modules, such as power electronics modules, in motor vehicles has increased significantly in recent decades. This is due on the one hand to the need to improve fuel economy and vehicle performance and on the other hand to advances in semiconductor technology. The main component of such an electronic module is a DC/AC inverter, which is used to power electrical machines such as electric motors or generators with multi-phase alternating current (AC). A direct current generated from a DC energy source, such as a battery or accumulator, is converted into a multi-phase alternating current. However, supply units are also provided which provide DC/DC conversion.

Bei Leistungsinvertern oder kombinierten Geräten aus Inverter und TCU (Transmission Control Unit) in der Elektromobilität finden sich im Allgemeinen zwei grundlegende Schaltungsbereiche, die voneinander beispielsweise aus Sicherheits- oder Redundanzgründen mit besonderen Isolationsanforderungen getrennt werden müssen. Diese Schaltungsbereiche weisen in der Regel voneinander unterschiedliche Spannungen (LV und HV) auf. Oftmals gibt es die Anforderung, dass Versorgungsspannung von einer Seite auf die andere übertragen werden muss. Aufgrund der Anforderung der galvanischen Trennung der beiden Schaltungsbereiche werden unterschiedliche Topologien verwendet, bei denen aber meistens eine Vielzahl an Komponenten benötigt wird, welche sowohl Platz benötigen als auch teuer sind. Außerdem kann durch die Vielzahl an Komponenten aufgrund der Ausfallwahrscheinlichkeit auch die Zuverlässigkeit des Produkts verringert werden.In the case of power inverters or combined devices consisting of an inverter and a TCU (transmission control unit) in electromobility, there are generally two basic circuit areas that must be separated from each other, for example for safety or redundancy reasons with special insulation requirements. These circuit areas usually have different voltages (LV and HV) from one another. There is often a requirement that supply voltage must be transferred from one side to the other. Due to the requirement for galvanic isolation of the two circuit areas, different topologies are used, but these usually require a large number of components, which both require space and are expensive. In addition, the large number of components can also reduce the reliability of the product due to the probability of failure.

Als Alternative zur Verwendung mehrerer unidirektionaler Topologien werden bidirektional betreibbare Topologien verwendet. Allerdings werden auch hier sehr komplexe DC/DC-Versorgungstopologien verwendet, z.B. in Form von Halbbrücken- oder Vollbrückenschaltungen. Diese sind für größere Leistungen, z.B. zum Antrieb eines Elektromotors, durchaus sinnvoll. Aber im Bereich kleinerer und mittlerer Leistungen, also insbesondere zur Versorgung von Nebenaggregaten, sind diese Topologien zu aufwändig.As an alternative to using multiple unidirectional topologies, topologies that can be operated bidirectionally are used. However, very complex DC/DC supply topologies are also used here, e.g. in the form of half-bridge or full-bridge circuits. These are definitely useful for larger outputs, e.g. to drive an electric motor. But in the area of small and medium outputs, especially for supplying auxiliary units, these topologies are too complex.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine einfache, kostengünstige, robuste und zuverlässige bidirektional betreibbare Versorgungseinheit bereitzustellen.The invention is therefore based on the object of providing a simple, cost-effective, robust and reliable supply unit that can be operated bidirectionally.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This task is solved by the features of the independent claims. Advantageous refinements are the subject of the dependent claims.

Vorgeschlagen wird ein bidirektional betreibbarer, parallel gespeister Gegentaktflusswandler, aufweisend eine Primärseite und eine Sekundärseite, jeweils mit zugehöriger Spannungsversorgung, wobei Primärseite und Sekundärseite unterschiedliche Schaltungsbereiche mit unterschiedlichen Spannungen aufweisen, sowie einen Transformator, der dazu eingerichtet ist, Gleichspannung zwischen den beiden Seiten zu übertragen, und eine Schaltungsanordnung, aufweisend zwei als Feldeffekttransistoren mit zugehöriger intrinsischer Diode gebildete erste Schaltelemente, welche auf der Primärseite angeordnet sind und mittels eines Ansteuersignals betreibbar sind, und zwei erste gleichrichtende Bauelemente, welche auf der Sekundärseite angeordnet sind. Die Schaltungsanordnung ist derart gedoppelt und gespiegelt, dass zwei zu den ersten Schaltelementen gleichartig gebildete und als Feldeffekttransistoren mit zugehöriger intrinsischer Diode gebildete zweite Schaltelemente auf der Sekundärseite angeordnet und mittels eines Ansteuersignals betreibbar sind, und dass auf der Primärseite zwei zu den ersten gleichrichtenden Bauelementen gleichartige, gleichrichtende Bauelemente angeordnet sind.What is proposed is a bidirectionally operable, parallel-fed push-pull flux converter, having a primary side and a secondary side, each with an associated voltage supply, the primary side and secondary side having different circuit areas with different voltages, and a transformer which is set up to transmit DC voltage between the two sides, and a circuit arrangement, comprising two first switching elements formed as field effect transistors with an associated intrinsic diode, which are arranged on the primary side and can be operated by means of a control signal, and two first rectifying components, which are arranged on the secondary side. The circuit arrangement is doubled and mirrored in such a way that two second switching elements, which are formed in the same way as the first switching elements and are formed as field effect transistors with an associated intrinsic diode, are arranged on the secondary side and can be operated by means of a control signal, and that on the primary side there are two components which are similar to the first rectifying ones, rectifying components are arranged.

Durch das Doppeln und Spiegeln der Bauelemente wird in einfacher Weise eine bidirektional funktionierende Gleichspannungsversorgung bereitgestellt.By doubling and mirroring the components, a bidirectional DC voltage supply is easily provided.

In einer Ausführung sind die die Schaltelemente als MOSFET oder JFET gebildet, da bei diesen bereits aufgrund des Herstellungsprozesses intrinsische Dioden vorhanden sind.In one embodiment, the switching elements are formed as MOSFETs or JFETs, since these already have intrinsic diodes due to the manufacturing process.

In einer Ausführung sind die gleichrichtenden Bauelemente aktive oder passive Bauelemente, umfassend zumindest eines aus Dioden oder MOSFET.In one embodiment, the rectifying components are active or passive components, comprising at least one of diodes or MOSFETs.

In einer Ausführung sind die ersten Ansteuersignale und die zweiten Ansteuersignale zueinander komplementär.In one embodiment, the first control signals and the second control signals are complementary to one another.

In einer Ausführung ist auf jeder Seite jeweils ein Pufferkondensator vorgesehen, der mit einem mittigen Punkt des Transformators und mit Masse verbunden ist.In one embodiment, a buffer capacitor is provided on each side, which is connected to a central point of the transformer and to ground.

In einer Ausführung sind Primärseite und Sekundärseite galvanisch voneinander getrennt.In one version, the primary side and secondary side are galvanically isolated from each other.

In einer Ausführung ist der Gegentaktflusswandler auf einer Leiterplatte und/oder als Teil einer Leiterplatte gebildet.In one embodiment, the push-pull flux converter is formed on a circuit board and/or as part of a circuit board.

Ferner wird ein Ansteuerverfahren des Gegentaktflusswandlers bereitgestellt, wobei im Falle, dass die ersten Schaltelemente aktiv sind, die zweiten Schaltelemente inaktiv sind, und vice versa.Furthermore, a control method of the push-pull flux converter is provided, wherein if the first switching elements are active, the second switching elements are inactive, and vice versa.

Ferner wird ein Wechselrichter mit einem Gegentaktflusswandler bereitgestellt. Außerdem wird ein Fahrzeug mit dem Wechselrichter und/oder dem Gegentaktflusswandler bereitgestellt.Furthermore, an inverter with a push-pull flux converter is provided. In addition, a vehicle with the inverter and/or the push-pull flux converter is provided.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments of the invention, based on the figures of the drawing, which show details of the invention, and from the claims. The individual features can be implemented individually or in groups in any combination in a variant of the invention.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

  • 1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau eines bidirektional betreibbaren, parallel gespeisten Gegentaktflusswandlers gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Preferred embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawing.
  • 1 shows a basic structure of a bidirectionally operable, parallel-fed push-pull flux converter according to an embodiment of the present invention.

Die Grundidee der Erfindung ist es, aus einem Gleichspannungswandler (auch als DC/DC-Wandler oder DC/DC-Konverter bezeichnet), genauer einem unidirektionalen, parallel gespeisten Gegentaktflusswandler (auch als Push-Pull-Wandler bezeichnet), in einfacher Weise einen bidirektionalen Push-Pull-Wandler zu machen. Dies geschieht, indem die Schaltelemente und die Gleichrichterelemente jeweils auf die andere Seite des Transformators gespiegelt werden. Dies wird nachfolgend im Detail beschrieben.The basic idea of the invention is to convert a DC-DC converter (also referred to as a DC/DC converter or DC/DC converter), more precisely a unidirectional, parallel-fed push-pull flux converter (also referred to as a push-pull converter), into a bidirectional one in a simple manner To make push-pull converters. This is done by mirroring the switching elements and the rectifier elements onto the other side of the transformer. This is described in detail below.

Der Push-Pull-Wandler weist eine Primärseite mit zugehörigen primärseitigen Stromanschlüssen auf. An diese kann eine erste Spannung angelegt werden. In 1 ist die Primärseite eine LV-Seite (LV Schaltungsbereich), die über eine Eingangsspannung VIO_LV gespeist wird (links in der Figur). Ferner weist der Gleichspannungswandler eine Sekundärseite mit zugehörigen sekundärseitigen Stromanschlüssen auf. An diese kann eine zweite Spannung angelegt werden. In 1 ist die Sekundärseite eine HV-Seite (HV Schaltungsbereich), die über eine Eingangsspannung VIO_HV gespeist wird (rechts in der Figur), an der eine deutlich höhere Spannung als an der Primärseite anliegt. LV bedeutet Low-Volt, also Bereich, in denen niedrige Spannungen wie z.B. 12V, 24V oder 48V vorhanden sind (z.B. zum Betreiben der Bordelektronik, Sensoren etc.). HV bedeutet High-Volt, also Bereiche, in denen hohen Spannungen wie z.B. 400V, 600V, 800V oder mehr vorhanden sind (z.B. zum Betreiben eines Elektromotors).The push-pull converter has a primary side with associated primary-side power connections. A first voltage can be applied to this. In 1 The primary side is an LV side (LV circuit area), which is powered via an input voltage VIO_LV (left in the figure). Furthermore, the DC-DC converter has a secondary side with associated secondary-side power connections. A second voltage can be applied to this. In 1 The secondary side is an HV side (HV circuit area), which is fed via an input voltage VIO_HV (right in the figure), on which a significantly higher voltage is present than on the primary side. LV means low volts, i.e. the area in which low voltages such as 12V, 24V or 48V are present (e.g. to operate the on-board electronics, sensors, etc.). HV means high-voltage, i.e. areas in which high voltages such as 400V, 600V, 800V or more are present (e.g. to operate an electric motor).

Ferner ist ein Transformator, insbesondere ein Leistungstransformator z.B. in Form einer Drossel L1, mit einer Primärwicklung in der Primärseite und einer Sekundärwicklung in der Sekundärseite vorgesehen. Diese Drossel L1 dient zur Übertragung von Gleichspannung von der LV- auf die HV-Seite und andersrum (da es sich um einen DC/DC-Wandler handelt). Außerdem ist eine galvanische Trennung von HV- und LV-Bereichen zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung in Form eines entsprechenden Isolationselements vorgesehen.Furthermore, a transformer, in particular a power transformer, for example in the form of a choke L1, is provided with a primary winding in the primary side and a secondary winding in the secondary side. This choke L1 is used to transfer DC voltage from the LV side to the HV side and vice versa (since it is a DC/DC converter). In addition, a galvanic isolation of HV and LV areas between the primary winding and the secondary winding is provided in the form of a corresponding insulation element.

Bekanntermaßen ist bei einem parallel gespeisten Gegentaktflusswandler die Primärwicklung des Leistungstransformators mittig geteilt. An diesem Punkt liegt das Versorgungsspannungspotential an (in 1 zu sehen durch die Verbindung mit Masse GND_LV über den Pufferkondensator C1 der Eingangsspannung VIO_LV). Die Wicklungsenden (oben und unten) sind mit zwei Schaltelementen, insbesondere Halbleiterschaltern wie MOSFETS Q1, Q2 mit zugehörigen intrinsischen Dioden D_Q1; D_Q2, verbunden (welche an Masse GND_LV) angebunden sind). Die MOSFETS Q1, Q2 werden im Gegentakt zyklisch betrieben (über Ansteuersignale S1, S2 wie z.B. links unten in 1 gezeigt), so dass die Wicklungsenden abwechselnd mit Masse GND_LV verbunden werden, so dass nach jedem Umschalten die jeweils andere Wicklung Strom führt. Somit entsteht im Leistungstransformator eine Wechseldurchflutung. Außerdem ist auf der Sekundärseite und an jedem Wicklungsende mindestens ein gleichrichtendes aktives oder passives Bauelement D1, D2, z.B. Dioden oder FETs, vorgesehen. Ferner ist auch die Sekundärwicklung mittig geteilt und am mittigen Punkt liegt das Versorgungsspannungspotential an (in 1 zu sehen durch die Verbindung mit Masse GND_HV über den Pufferkondensator C2 der Eingangsspannung VIO_HV).As is known, in a parallel-fed push-pull flux converter, the primary winding of the power transformer is divided in the middle. At this point the supply voltage potential is present (in 1 can be seen through the connection to ground GND_LV via the buffer capacitor C1 of the input voltage VIO_LV). The winding ends (top and bottom) are equipped with two switching elements, in particular semiconductor switches such as MOSFETS Q1, Q2 with associated intrinsic diodes D_Q1; D_Q2, connected (which are connected to ground GND_LV). The MOSFETS Q1, Q2 are operated cyclically in push-pull mode (via control signals S1, S2, for example at the bottom left in 1 shown), so that the winding ends are alternately connected to ground GND_LV, so that after each switching the other winding carries current. This creates an alternating flow in the power transformer. In addition, at least one rectifying active or passive component D1, D2, for example diodes or FETs, is provided on the secondary side and at each winding end. Furthermore, the secondary winding is also divided in the middle and the supply voltage potential is present at the central point (in 1 can be seen through the connection to ground GND_HV via the buffer capacitor C2 of the input voltage VIO_HV).

Um den nunmehr beschriebenen unidirektional betreibbaren Gegentaktflusswandler bidirektional betreiben zu können, wird vorgeschlagen, die Schaltelemente Q1, Q2 inklusive deren intrinsischen Dioden D_Q1; D_Q2 und ihrer Ansteuerung, sowie die Gleichrichterelemente D1, D2 jeweils zu doppeln und auf die andere Seite der Wicklungen zu spiegeln. Damit sind neue Schaltelemente Q3, Q4 mit zugehörigen intrinsischen Dioden D_Q3; D_Q4 (mit zugehöriger Masseanbindung GND_HV) auf der Sekundärseite und Gleichrichterelemente D3, D4 auf der Primärseite vorhanden, wie in 1 dargestellt. Die Ansteuerung der Schaltelemente Q3, Q4 erfolgt wie bei den Schaltelementen Q1, Q2 über Ansteuersignale S3, S4, welche wie die Ansteuersignale S1 und S2 komplementär zueinander sind.In order to be able to operate the unidirectionally operable push-pull flux converter described now bidirectionally, it is proposed that the switching elements Q1, Q2 including their intrinsic diodes D_Q1; D_Q2 and its control, as well as the rectifier elements D1, D2 each to be doubled and reflected on the other side of the windings. This means that new switching elements Q3, Q4 with associated intrinsic diodes D_Q3; D_Q4 (with associated ground connection GND_HV) on the secondary side and rectifier elements D3, D4 on the primary side, as in 1 shown. The switching elements Q3, Q4 are controlled via control signals, as is the case with the switching elements Q1, Q2 nale S3, S4, which, like the control signals S1 and S2, are complementary to one another.

Die Ansteuersignale S1, S2 und S3, S4 sind derart, dass sie jeweils zueinander komplementär sind, d.h. dass die Schaltelemente Q1 und Q2 bzw. Q3 und Q4, je nach Betriebsrichtung zueinander gegengetaktet angesteuert sind, also immer eines davon inaktiv bzw. aktiv ist, wie in den Diagrammen auf der linken bzw. rechten unteren Seite der 1 zu sehen. Die Ansteuersignale S1, S2 und S3, S4 werden außerdem von einer entsprechenden Steuereinrichtung erzeugt, vorteilhaft als PWM-Signal. Ferner ist wichtig, dass je nach Betriebsrichtung (also von LV nach HV oder von HV nach LV) die nicht verwendeten Schaltelemente Q1 und Q2 bzw. Q3 und Q4 inaktiv sind. Damit ist sichergestellt, dass deren intrinsische Dioden D_Q1; D_Q2 oder D_Q3; D_Q4 sperren.The control signals S1, S2 and S3, S4 are such that they are each complementary to one another, that is to say that the switching elements Q1 and Q2 or Q3 and Q4, depending on the operating direction, are controlled in counterclockwise relation to one another, i.e. one of them is always inactive or active, as in the diagrams on the lower left and right sides of the 1 to see. The control signals S1, S2 and S3, S4 are also generated by a corresponding control device, advantageously as a PWM signal. It is also important that, depending on the operating direction (i.e. from LV to HV or from HV to LV), the unused switching elements Q1 and Q2 or Q3 and Q4 are inactive. This ensures that their intrinsic diodes D_Q1; D_Q2 or D_Q3; D_Q4 lock.

Die Gleichrichterelemente D1, D2 bzw. D3, D4 sind dabei sowieso in Durchlassrichtung (im Falle von Dioden) angeordnet. Lediglich im Falle von aktiven Gleichrichterelementen D1, D2 bzw. D3, D4 müssten diese entsprechend eingestellt sein bzw. werden, dass sie Strom durchlassen.The rectifier elements D1, D2 or D3, D4 are arranged in the forward direction (in the case of diodes) anyway. Only in the case of active rectifier elements D1, D2 or D3, D4 would these have to be set accordingly so that they let current through.

Ferner ist vorgesehen, dass die Schaltelemente Q1, Q2, Q3, Q4 als FET (Feldeffekttransistor) mit intrinsischer Diode gebildet sind, also z.B. als MOSFET oder JFET. Wichtig bei der Auswahl der verwendeten Bauelemente ist es, dass die Schaltelemente Q1, Q2, Q3, Q4 möglichst vollständig sperren, wenn sie nicht benötigt werden (also nicht über die Ansteuersignale S1/S2 bzw. S3/S4 angesteuert werden). Hierfür kann eine entsprechende Logik, z.B. in Form von geeigneter Hardware, vorgesehen werden. Das Sperren wird auch durch die aufgrund des Herstellungsprozesses eines FETs gebildete intrinsische Diode D_Q1, D_Q2; D_Q3, D_Q4 erreicht. Die intrinsischen Dioden D_Q1, D_Q2; D_Q3, D_Q4 sind in 1 explizit eingezeichnet ist, um zu betonen, dass sie eine Sperrwirkung haben, also als Blockierungsdiode dienen.Furthermore, it is provided that the switching elements Q1, Q2, Q3, Q4 are formed as a FET (field effect transistor) with an intrinsic diode, for example as a MOSFET or JFET. When selecting the components used, it is important that the switching elements Q1, Q2, Q3, Q4 block as completely as possible when they are not needed (i.e. not controlled via the control signals S1/S2 or S3/S4). Appropriate logic can be provided for this, for example in the form of suitable hardware. Blocking is also achieved by the intrinsic diode D_Q1, D_Q2; formed due to the manufacturing process of a FET. D_Q3, D_Q4 reached. The intrinsic diodes D_Q1, D_Q2; D_Q3, D_Q4 are in 1 is explicitly marked to emphasize that they have a blocking effect, i.e. serve as a blocking diode.

Durch eine geeignete Wahl des Transformationsverhältnisses X:X entsprechend der Eingangsspannung auf jeder Seite kann eine sehr genaue Spannungsübertragung in jede Richtung erfolgen. Die Wahl, in welche Richtung Spannung übertragen werden soll, wird auch von einer geeigneten Logikkomponente vorgegeben, welche in Wirkverbindung mit dem Gegentaktflusswandler ist.By appropriately choosing the transformation ratio X:X according to the input voltage on each side, very accurate voltage transfer can occur in any direction. The choice in which direction voltage should be transmitted is also dictated by a suitable logic component, which is in operative connection with the push-pull flux converter.

Da die Pufferkondensatoren C1 und C2 sowieso bereits auf beiden Seiten vorhanden sind, werden diese nicht gedoppelt und gespiegelt. Ebenso werden auch der Transformator (Drossel L1) und die galvanische Trennung nicht gedoppelt und gespiegelt.Since the buffer capacitors C1 and C2 are already present on both sides, they are not duplicated and mirrored. Likewise, the transformer (choke L1) and the galvanic isolation are not duplicated and mirrored.

Der Gegentaktflusswandler, also die gesamte Schaltungsanordnung, insbesondere verwendete FETs, ist vorteilhaft auf einer Leiterplatte und/oder als Teil einer Leiterplatte gebildet.The push-pull flux converter, i.e. the entire circuit arrangement, in particular FETs used, is advantageously formed on a circuit board and/or as part of a circuit board.

Der vorgeschlagene Gegentaktflusswandler, welcher als DC/DC-Wandler (Engl.: DC/DC Converter) dient, wird im Bereich eines Traktionsumrichters eines Fahrzeugs verwendet. Hier dient er vorteilhaft als Spannungsversorgung (DC/DC) von Nebenaggregaten der Leistungselektronik der Steuereinheit. Der vorgeschlagene Gegentaktflusswandler dient dabei hauptsächlich als kleines oder mittleres Leistungselement.The proposed push-pull flux converter, which serves as a DC/DC converter, is used in the area of a traction converter of a vehicle. Here it advantageously serves as a power supply (DC/DC) for auxiliary units of the power electronics of the control unit. The proposed push-pull flux converter primarily serves as a small or medium-sized power element.

Der vorgeschlagene Gegentaktflusswandler kann in einem Inverter eines Elektronikmoduls zur Ansteuerung des Elektroantriebs eines mit einem elektrischen Antrieb ausgestatteten Fahrzeugs verwendet werden, wobei das Elektronikmodul auch zum Betreiben eines Elektroantriebs eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs und/oder eines Hybridfahrzeugs, und/oder elektrifizierten Achsen dienen kann. Solche Elektronikmodule umfassen in der Regel außerdem einen DC/AC-Wechselrichter (Engl.: Inverter). Es kann außerdem weitere Bauelemente wie einen AC/DC-Gleichrichter (Engl.: Rectifier), einen Transformator (Engl.: Transformer) und/oder einen anderen elektrischen Wandler oder ein Teil eines solchen Wandlers umfassen oder ein Teil hiervon sein.The proposed push-pull flux converter can be used in an inverter of an electronic module to control the electric drive of a vehicle equipped with an electric drive, wherein the electronic module can also be used to operate an electric drive of a vehicle, in particular an electric vehicle and/or a hybrid vehicle, and/or electrified axles . Such electronic modules usually also include a DC/AC inverter. It may also include or be a part of other components such as an AC/DC rectifier, a transformer and/or another electrical converter or part of such a converter.

BezugszeichenlisteReference symbol list

Q1, Q2Q1, Q2
Schaltelemente PrimärseiteSwitching elements primary side
D_Q1, D_Q2D_Q1, D_Q2
intrinsische Diode Primärseiteintrinsic diode primary side
Q3, Q4Q3, Q4
Schaltelemente SekundärseiteSwitching elements secondary side
D_Q3, D_Q4D_Q3, D_Q4
intrinsische Diode Sekundärseite intrinsic diode secondary side
D1, D2D1, D2
Gleichrichterelemente SekundärseiteRectifier elements secondary side
D3, D4D3, D4
Gleichrichterelemente PrimärseiteRectifier elements primary side
C1, C2C1, C2
PufferkondensatorBuffer capacitor
S1-S4S1-S4
Ansteuersignale Schaltelemente Control signals switching elements
L1L1
Drosselthrottle
LVLV
Low-Volt-SeiteLow volt side
HVHV
High-Volt-SeiteHigh-voltage side
X:XX:X
TransformationsverhältnisTransformation ratio
GND_LVGND_LV
Masseanbindung PrimärseiteGround connection primary side
GND_HVGND_HV
Masseanbindung Sekundärseite Ground connection secondary side
VIO_LVVIO_LV
Spannungsversorgung Primärseite bzw. LV-SeitePower supply primary side or LV side
VIO_HVVIO_HV
Spannungsversorgung Sekundärseite bzw. HV-SeitePower supply secondary side or HV side

Claims (10)

Bidirektional betreibbarer, parallel gespeister Gegentaktflusswandler, aufweisend - eine Primärseite und eine Sekundärseite, jeweils mit zugehöriger Spannungsversorgung (VIO_LV, VIO_HV), wobei Primärseite und Sekundärseite unterschiedliche Schaltungsbereiche (LV, HV) mit unterschiedlichen Spannungen aufweisen, sowie - einen Transformator (L1), der dazu eingerichtet ist, Gleichspannung zwischen den beiden Seiten zu übertragen, und - eine Schaltungsanordnung, aufweisend zwei als Feldeffekttransistoren mit zugehöriger intrinsischer Diode (D_Q1; D_Q2) gebildete erste Schaltelemente (Q1, Q2), welche auf der Primärseite angeordnet sind und mittels eines Ansteuersignals (S1, S2) betreibbar sind, und zwei erste gleichrichtende Bauelemente (D1, D2), welche auf der Sekundärseite angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung derart gedoppelt und gespiegelt ist, dass zwei zu den ersten Schaltelementen (Q1, Q2) gleichartig gebildete und als Feldeffekttransistoren mit zugehöriger intrinsischer Diode (D_Q3; D_Q3) gebildete zweite Schaltelemente (Q3, Q3) auf der Sekundärseite angeordnet und mittels eines Ansteuersignals (S3, S4) betreibbar sind, und dass auf der Primärseite zwei zu den ersten gleichrichtenden Bauelementen (D1, D2) gleichartige, gleichrichtende Bauelemente (D3, D4) angeordnet sind.Bidirectionally operable, parallel-fed push-pull flux converter, comprising - a primary side and a secondary side, each with an associated voltage supply (VIO_LV, VIO_HV), the primary side and secondary side having different circuit areas (LV, HV) with different voltages, and - a transformer (L1), which is designed to transmit direct voltage between the two sides, and - a circuit arrangement, comprising two first switching elements (Q1, Q2) formed as field effect transistors with an associated intrinsic diode (D_Q1; D_Q2), which are arranged on the primary side and by means of a control signal ( S1, S2) are operable, and two first rectifying components (D1, D2), which are arranged on the secondary side, characterized in that the circuit arrangement is doubled and mirrored in such a way that two switching elements (Q1, Q2) are formed in the same way and as field effect transistors with an associated intrinsic diode (D_Q3; D_Q3) formed second switching elements (Q3, Q3) are arranged on the secondary side and can be operated by means of a control signal (S3, S4), and that on the primary side there are two rectifying components (D3, D4) similar to the first rectifying components (D1, D2). ) are arranged. Gegentaktflusswandler nach Anspruch 1, wobei die Schaltelemente (Q1-Q4) als MOSFET oder JFET gebildet sind.Push-pull flux converter Claim 1 , whereby the switching elements (Q1-Q4) are formed as MOSFET or JFET. Gegentaktflusswandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gleichrichtenden Bauelemente (D1, D2) aktive oder passive Bauelemente (D1-D4) sind, umfassend zumindest eines aus Dioden oder MOSFET.Push-pull flux converter according to one of the preceding claims, wherein the rectifying components (D1, D2) are active or passive components (D1-D4), comprising at least one of diodes or MOSFETs. Gegentaktflusswandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Ansteuersignale (S1, S2) und die zweiten Ansteuersignale (S3, S4) zueinander komplementär sind.Push-pull flux converter according to one of the preceding claims, wherein the first control signals (S1, S2) and the second control signals (S3, S4) are complementary to one another. Gegentaktflusswandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf jeder Seite jeweils ein Pufferkondensator (C1, C2) vorgesehen ist, der mit einem mittigen Punkt des Transformators (L1) und mit Masse (GND_LV, GND_HV) verbunden ist.Push-pull flux converter according to one of the preceding claims, wherein a buffer capacitor (C1, C2) is provided on each side, which is connected to a central point of the transformer (L1) and to ground (GND_LV, GND_HV). Gegentaktflusswandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Primärseite und Sekundärseite galvanisch voneinander getrennt sindPush-pull flux converter according to one of the preceding claims, wherein the primary side and secondary side are galvanically separated from one another Gegentaktflusswandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der auf einer Leiterplatte und/oder als Teil einer Leiterplatte gebildet ist.Push-pull flux converter according to one of the preceding claims, which is formed on a circuit board and/or as part of a circuit board. Ansteuerverfahren des Gegentaktflusswandlers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Falle, dass die ersten Schaltelemente (Q1, Q2) aktiv sind, die zweiten Schaltelemente (Q3, Q4) inaktiv sind, und vice versa.Control method of the push-pull flux converter according to one of the preceding claims, wherein in the event that the first switching elements (Q1, Q2) are active, the second switching elements (Q3, Q4) are inactive, and vice versa. Wechselrichter mit einem Gegentaktflusswandler, dadurch gekennzeichnet, der Gegentaktflusswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.Inverter with a push-pull flux converter, characterized in that the push-pull flux converter according to one of the Claims 1 until 7 is trained. Fahrzeug, aufweisend einen Wechselrichter nach Anspruch 9 und/oder einen Gegentaktflusswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7.Vehicle, having an inverter Claim 9 and/or a push-pull flux converter according to one of the Claims 1 until 7 .
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