DE202010007787U1

DE202010007787U1 - DC voltage regulator

Info

Publication number: DE202010007787U1
Application number: DE202010007787U
Authority: DE
Original assignee: Voltwerk Electronics GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2011-09-23
Anticipated expiration: 2020-06-10

Abstract

Schaltungsanordnung (1) zum Bereitstellen einer Zwischenkreisspannung (UZK), wobei die Zwischenkreisspannung (U) zwischen einem ersten und zweiten Ausgangsknoten (2, 4) anliegt, umfassend: – einen zwischen dem ersten Ausgangsknoten (2) und eineng zum Anschließen einer ersten Kondensatoreinheit (C1), – einen zwischen dem Nullpunkt (N) und dem zweiten Ausgangsknoten (4) angeordneten zweiten Spannungsausgang zum Anschließen einer zweiten Kondensatoreinheit (C2), – einen ersten und einen zweiten Eingangsknoten (12, 14) zum Anschließen einer Gleichspannungsquelle (8) zum Bereitstellen einer Gleichspannung (US) mit einer kleineren Spannungsamplitude als die Amplitude der Zwischenkreisspannung (UZK), – eine Spuleneinheit (Lmen mit der Spuleneinheit (L) im Hochsetzstellerbetrieb betreibbar ist, um elektrische Energie aus der Gleichspannungsquelle (8) in die erste Kondensatoreinheit (C1) zu übertragen und – ein zweites Schaltmittel (S2), das zusammen mit der Spuleneinheit (L) im Hochsetzstellerbetrieb betreibbar ist, um elektrische Energie aus der...Circuit arrangement (1) for providing an intermediate circuit voltage (UZK), the intermediate circuit voltage (U) being present between a first and second output node (2, 4), comprising: - one between the first output node (2) and a narrow one for connecting a first capacitor unit ( C1), a second voltage output arranged between the zero point (N) and the second output node (4) for connecting a second capacitor unit (C2), - a first and a second input node (12, 14) for connecting a DC voltage source (8) for Providing a DC voltage (US) with a smaller voltage amplitude than the amplitude of the intermediate circuit voltage (UZK), - a coil unit (Lmen can be operated with the coil unit (L) in step-up converter operation to transfer electrical energy from the DC voltage source (8) into the first capacitor unit (C1 ) to transmit and - a second switching means (S2), which together with the coil unit (L) in the H Ochsetzstellerbetrieb is operable to generate electrical energy from ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Bereitstellen einer Gleichspannung, insbesondere einer Zwischenkreisspannung Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Solaranlage sowie einen Wechselrichter.The present invention relates to a circuit arrangement for providing a DC voltage, in particular a DC link voltage Furthermore, the present invention relates to a solar system and an inverter.

Zur Speicherung von z. B. durch Photovoltaikanlagen erzeugter elektrischer Energie in Batterien o. ä. aufladbaren, elektrischen Speichern muss die Batterie über eine leistungselektronische Schaltung, die üblicherweise auch Steller genannt wird, an einen Gleichspannungszwischenkreis eines Wechselrichters angekoppelt werden. Dieser Steller muss üblicherweise Energie in die Batterie speisen und aus der Batterie entnehmen können, wobei auch grundsätzlich für das Einspeisen und Entnehmen jeweils separate und/oder eigenständige Einheiten vorgesehen sein könnten. Der Steller überträgt somit Energie aus der Batterie in den Gleichspannungszwischenkreis und/oder umgekehrt und berücksichtigt dabei die unterschiedlichen Spannungsamplituden zwischen der Batterie- und dem Gleichspannungszwischenkreis.For storage of z. B. by photovoltaic systems generated electrical energy in batteries o. Ä. Chargeable, electrical storage, the battery must be coupled via a power electronic circuit, which is also commonly called actuator, to a DC voltage intermediate circuit of an inverter. This actuator usually has to feed energy into the battery and remove it from the battery, whereby in principle separate and / or separate units could also be provided for the feeding and removal. The actuator thus transfers energy from the battery into the DC voltage intermediate circuit and / or vice versa, taking into account the different voltage amplitudes between the battery and the DC voltage intermediate circuit.

Oftmals werden Batterien verwendet, die eine verhältnismäßig geringe Batteriespannung von beispielsweise weniger als 300 V aufweisen. Im Falle des Europäischen Verbundnetzes und bei Verwendung eines Wechselrichters in Halbbrückentopologie beträgt die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis, nämlich die Zwischenkreisspannung, hingegen etwa 700 V. Entsprechend muss der Steller die meist niedrige Batteriespannung auf die hohe Zwischenkreisspannung speisen. Dabei entstehen hohe Verluste. Es können sich bei anderen Wechselspannungsnetzen und/oder bei Verwendung anderer Wechselrichtertopologien andere Spannungswerte einstellen bzw. typischer Weise verwendet werden. Das beschriebene Spannungsverhältnis von 300:700, also weniger als 0,5, ist aber für andere absolute Spannungswerte auch typisch.Often, batteries are used which have a relatively low battery voltage of, for example, less than 300V. In the case of the European grid and when using an inverter in half-bridge topology, the voltage in the DC intermediate circuit, namely the DC link voltage, however, about 700 V. Accordingly, the controller must feed the usually low battery voltage to the high DC link voltage. This results in high losses. Other voltage levels may be set or typically used with other AC networks and / or other inverter topologies. However, the described voltage ratio of 300: 700, that is less than 0.5, is also typical for other absolute voltage values.

Ein weiteres Problem entsteht im Falle eines Backup-Modus. Hierbei werden bei Ausfall des elektrischen Versorgungsnetzes, in das gespeist wird, Verbraucher direkt aus dem Wechselrichter, der mit der Photovoltaikanlage verbunden ist, gespeist. Durch einseitige Lasten bestimmter Verbraucher wie z. B. durch einen Haarfön, die nur die positive oder negative Halbwelle belasten, tritt der Effekt auf, dass diese den Gleichspannungszwischenkreis schief ziehen. Das bedeutet, dass die Zwischenkreisspannung nicht symmetrisch um den Nullpunkt liegt, sondern dass insbesondere bei einem Zwischenkreis aus zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren der eine Kondensator stärker geladen ist als der andere Kondensator.Another problem arises in the case of a backup mode. In this case, in case of failure of the electrical supply network, is fed into the consumer directly from the inverter, which is connected to the photovoltaic system, fed. By unilateral loads of certain consumers such. B. by a hair dryer, which only load the positive or negative half wave, the effect occurs that they pull the DC link wrong. This means that the DC link voltage is not symmetrical about the zero point, but that in particular in a DC link of two series-connected capacitors, one capacitor is more charged than the other capacitor.

Solchen sogenannten Schieflastbedingungen kann auf unterschiedliche Weise begegnet werden. Beispielsweise kann bei einem Gleichspannungszwischenkreis mit Nullpunktabgriff wechselrichterseitig für einen Ausgleich gesorgt werden. Eine solche Schaltung ist beispielsweise in dem europäischen Patent EP 1 861 914 B1 in der 2 dargestellt.Such so-called unbalanced load conditions can be countered in different ways. For example, in the case of a DC voltage intermediate circuit with zero tap on the inverter side, compensation can be provided. Such a circuit is for example in the European patent EP 1 861 914 B1 in the 2 shown.

Grundsätzlich ist es auch möglich, die beiden in Reihe geschalteten Zwischenkreiskondensatoren im Falle einer Schieflast gezielt umzuladen. Hierzu sind aber keine einfachen Lösungen bekannt, sondern ein solches Umladen würde vielmehr zusätzliche Schaltungselemente mit entsprechenden Bauteilen erforderlich machen. Zudem würde ein aktives Umladen zu unerwünschten Verlusten führen.In principle, it is also possible to selectively reload the two DC link capacitors connected in series in the event of a unbalanced load. But for this purpose, no simple solutions are known, but such reloading would rather require additional circuit elements with appropriate components. In addition, an active reloading would lead to unwanted losses.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es somit, eine Lösung vorzuschlagen, die wenigstens eines der oben genannten Probleme adressiert. Insbesondere soll eine Lösung vorgeschlagen werden, bei der mit möglichst wenig Bauteileinsatz und/oder unter möglichst geringen Verlusten Energie zwischen einem elektrischen Energiespeicher und einem Gleichspannungszwischenkreis übertragen werden kann und/oder mit der in einem Gleichspannungszwischenkreis eine möglichst symmetrische Gleichspannung erreicht werden kann. Zumindest soll eine alternative Lösung vorgeschlagen werden.It was therefore an object of the present invention to propose a solution which addresses at least one of the abovementioned problems. In particular, a solution is to be proposed in which energy can be transferred between an electrical energy store and a DC voltage intermediate circuit with as little component use and / or as little as possible losses, and / or with which a DC voltage that is as symmetrical as possible can be achieved in a DC voltage intermediate circuit. At least an alternative solution should be proposed.

Erfindungsgemäß wird eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Diese Schaltungsanordnung ist vorbereitet zum Bereitstellen einer Zwischenkreisspannung zwischen einem ersten und einem zweiten Ausgangsknoten. Dabei ist ein erster Spannungsausgang zwischen dem ersten Ausgangsknoten und einem Nullpunkt angeordnet bzw. der erste Spannungsknoten und der Nullpunkt bilden zusammen den ersten Spannungsausgang. An diesem ersten Spannungsausgang ist bestimmungsgemäß eine erste Kondensatoreinheit angeschlossen. Weiterhin ist ein zweiter Spannungsausgang vorgesehen, der zwischen dem Nullpunkt und dem zweiten Ausgangsknoten angeordnet ist bzw. der Nullpunkt und der zweite Spannungsknoten bilden zusammen den zweiten Spannungsausgang. An diesem zweiten Ausgangsknoten ist eine zweite Kondensatoreinheit bestimmungsgemäß angeschlossen. Die erste und die zweite Kondensatoreinheit sind zueinander in Reihe geschaltet und beide Kondensatoreinheiten zusammen bilden einen Gleichspannungszwischenkreis oder zumindest einen wesentlichen Teil davon. Der Nullpunkt bildet hierbei einen mittleren Abgriff zwischen den beiden Kondensatoreinheiten.According to the invention, a circuit arrangement according to claim 1 is proposed. This circuit is prepared for providing an intermediate circuit voltage between a first and a second output node. In this case, a first voltage output is arranged between the first output node and a zero point or the first voltage node and the zero point together form the first voltage output. As intended, a first capacitor unit is connected to this first voltage output. Furthermore, a second voltage output is provided, which is arranged between the zero point and the second output node or the zero point and the second voltage node together form the second voltage output. At this second output node, a second capacitor unit is connected as intended. The first and second capacitor units are connected in series with each other and both capacitor units together form a DC intermediate circuit or at least a substantial part thereof. The zero point forms a middle tap between the two capacitor units.

Weiterhin sind ein erster und ein zweiter Eingangsknoten vorgesehen, an denen eine Gleichspannungsquelle zum Bereitstellen einer Gleichspannung bestimmungsgemäß angeschlossen ist. Eine solche Gleichspannungsquelle liefert eine Gleichspannung, die insbesondere kleiner als die Zwischenkreisspannung ist. Vorzugsweise ist die Gleichspannung der Gleichspannungsquelle etwa halb so groß wie die Zwischenkreisspannung oder noch kleiner. Die Spannungsamplitude der Gleichspannungsquelle kann auch größere Werte annehmen. Besonders vorteilhaft arbeitet die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bei Gleichspannungen, die eine kleinere Amplitude als die halbe Amplitude der Zwischenkreisspannung aufweisen.Furthermore, a first and a second input node are provided, on which a DC voltage source for providing a DC voltage is connected as intended. Such a DC voltage source supplies a DC voltage, which is in particular smaller than the intermediate circuit voltage. Preferably, the DC voltage of the DC voltage source is about half as large as the DC link voltage or even smaller. The voltage amplitude of the DC voltage source can also assume larger values. Particularly advantageous circuit arrangement of the invention operates at DC voltages having a smaller amplitude than half the amplitude of the DC link voltage.

Weiterhin ist eine Spuleneinheit vorgesehen, die in der Schaltungsanordnung zumindest in einem Hochsetzstellerbetrieb Verwendung findet.Furthermore, a coil unit is provided, which is used in the circuit arrangement at least in a boost converter operation.

Weiterhin ist ein erstes Schaltmittel vorgesehen, das zusammen mit der Spuleneinheit im Hochsetzstellerbetrieb betreibbar ist, um elektrische Energie aus der Gleichspannungsquelle in die erste Kondensatoreinheit zu übertragen. Dieses erste Schaltmittel wird dabei gepulst betrieben, um – wie im Grunde bei einem Hochsetzsteller bekannt – im geschlossenen Zustand einen Strom mittels der Gleichstromquelle in der Spuleneinheit zu erzeugen. Durch Öffnen des Schalters ist die Spuleneinheit bestrebt, den erzeugten Strom zu halten und die Schaltungsanordnung ist so aufgebaut, dass dieser Strom dazu führt, elektrische Energie, die im Grunde in der Spuleneinheit durch den erzeugten Strom gespeichert ist, in die ersten Kondensatoreinheit zu leiten. Hierbei wird die Energie gezielt und im Grunde nur in die erste Kondensatoreinheit übertragen, nicht jedoch in die zweite Kondensatoreinheit. Hat die Gleichspannungsquelle eine Spannungsamplitude, die etwas geringer als die halbe Spannungsamplitude der Zwischenkreisspannung beträgt, so ist die Amplitude der Gleichspannungsquelle nur etwas geringer als die Spannung an der ersten Kondensatoreinheit, setzt man eine etwa symmetrische Aufteilung der Zwischenkreisspannung voraus. Der beschriebene Hochsetzstellerbetrieb von der Gleichspannungsquelle in die erste Kondensatoreinheit muss somit nur einen geringen Spannungshub schaffen.Furthermore, a first switching means is provided, which can be operated together with the coil unit in the boost converter mode in order to transmit electrical energy from the DC voltage source into the first capacitor unit. This first switching means is operated pulsed to - as basically in a boost converter known - to generate a current in the closed state by means of the DC power source in the coil unit. By opening the switch, the coil unit tends to hold the generated current and the circuitry is configured to cause that current to conduct electrical energy, which is basically stored in the coil unit through the generated current, into the first capacitor unit. Here, the energy is deliberately and basically only transferred to the first capacitor unit, but not in the second capacitor unit. If the DC voltage source has a voltage amplitude which is slightly less than half the voltage amplitude of the intermediate circuit voltage, then the amplitude of the DC voltage source is only slightly lower than the voltage at the first capacitor unit, assuming an approximately symmetrical distribution of the intermediate circuit voltage. The described boost converter operation from the DC voltage source into the first capacitor unit thus has to provide only a small voltage swing.

Weiterhin ist ein zweites Schaltmittel vorgesehen, das zusammen mit der Spuleneinheit im Hochsetzstellerbetrieb elektrische Energie aus der Gleichspannungsquelle in die zweite Kondensatoreinheit überträgt. Der Hochsetzstellerbetrieb wird sinngemäß wie oben zusammen mit der ersten Schalteinheit beschrieben wurde ausgeführt. Dabei wird dieselbe Spuleneinheit verwendet und es ist somit nur eine Spuleneinheit für beide Hochsetzstellerbetriebe notwendig. Während das erste Schaltmittel im Hochsetzstellerbetrieb arbeitet und dafür die Spuleneinheit verwendet, arbeitet das zweite Schaltmittel nicht im Hochsetzstellerbetrieb und ist vielmehr geschlossen. Umgekehrt ist das erste Schaltmittel geschlossen, wenn das zweite Schaltmittel im Hochsetzstellerbetrieb arbeitet.Furthermore, a second switching means is provided which, together with the coil unit in the boost converter operation, transmits electrical energy from the DC voltage source into the second capacitor unit. The boost converter operation is carried out analogously as described above together with the first switching unit. In this case, the same coil unit is used and it is thus only one coil unit for both boost converter necessary. While the first switching means operates in boost converter mode and uses the coil unit for it, the second switching means does not operate in boost converter mode and is rather closed. Conversely, the first switching means is closed when the second switching means operates in boost converter mode.

Hierdurch können beide Kondensatoreinheiten im Wechsel mit Energie aus der Gleichspannungsquelle versorgt, nämlich geladen werden. Bei nur geringem Spannungshub von der Gleichspannungsquelle zu jeweils einer der beiden Kondensatoreinheiten und einem entsprechend verlustarmen Betrieb wird im Ergebnis eine wesentlich höhere Zwischenkreisspannung, nämlich als Summe der Spannungen an der ersten und zweiten Kondensatoreinheit erreicht.As a result, both capacitor units can be supplied alternately with energy from the DC voltage source, namely charged. With only a slight voltage swing from the DC voltage source to one of the two capacitor units and a correspondingly low-loss operation, a substantially higher DC link voltage, namely as the sum of the voltages across the first and second capacitor units, is achieved as a result.

Bei einer ungleichmäßigen Belastung der beiden Kondensatoreinheiten, wenn also eine Schieflastbedingung vorliegt, kann auf einfache Weise ein Ausgleich geschaffen werden, indem die stärker belastete Kondensatoreinheit auch stärker aufgeladen wird. Ein Umladen der Kondensatoreinheiten oder eine Berücksichtigung auf der Wechselrichterseite des Gleichspannungszwischenkreises wird entbehrlich. Auch der schaltungstechnische Aufwand ist geringer.In the case of an uneven loading of the two capacitor units, that is to say when an unbalanced load condition exists, a compensation can be created in a simple manner in that the more heavily loaded capacitor unit is also charged more heavily. A reloading of the capacitor units or a consideration on the inverter side of the DC intermediate circuit is unnecessary. The circuit complexity is lower.

Es ist zu beachten, dass die jeweilige Kondensatoreinheit beispielsweise durch einen Kondensator oder eine Verschaltung mehrerer Kondensatoren aufgebaut sein kann. Als Schalteinheiten werden vorzugsweise Halbleiterschalter wie IGBTs verwendet. Es sind aber auch andere Schalteinheiten einschließlich anderer Halbleiterschalter möglich, die der Fachmann aufgrund der jeweiligen Aufgabe, insbesondere der jeweiligen Dimensionierung, auswählt.It should be noted that the respective capacitor unit can be constructed for example by a capacitor or an interconnection of several capacitors. As switching units preferably semiconductor switches such as IGBTs are used. But there are also other switching units including other semiconductor switches possible, which selects the expert on the basis of the respective task, in particular the respective dimensioning.

Als Spuleneinheit kann beispielsweise eine einzelne Spute, die oftmals auch vereinfacht als Induktivität bezeichnet wird, verwendet werden, wobei auch eine Verschaltung mehrerer Induktivitäten in Betracht kommt.As a coil unit, for example, a single sputter, which is often also referred to simply as inductance, can be used, with an interconnection of several inductances into consideration.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltungsanordnung ein drittes Schaltmittel auf, das zusammen mit der Spuleneinheit im Tiefsetzstellerbetrieb betreibbar ist und in diesem Tiefsetzstellerbetrieb elektrische Energie aus der ersten Kondensatoreinheit in die Gleichspannungsquelle überträgt. Des dritte Schaltmittel wird hierbei gepulst betrieben und arbeitet zusammen mit der Spuleneinheit – im Grunde in gekannter Weise – als Tiefsetzsteller, um elektrische Energie aus der ersten Kondensatoreinheit in die Gleichspannungsquelle zu übertragen.According to a further embodiment, the circuit arrangement has a third switching means which, together with the coil unit, can be operated in buck converter mode and, in this buck converter operation, transmits electrical energy from the first capacitor unit into the DC voltage source. The third switching means is pulsed in this case and works together with the coil unit - basically in a known manner - as buck converter to transfer electrical energy from the first capacitor unit in the DC voltage source.

Außerdem ist ein viertes Schaltmittel vorgesehen, das zusammen mit der Spuleneinheit im Tiefsetzstellerbetrieb betreibbar ist und im Tiefsetzstellerbetrieb elektrische Energie aus der zweiten Kondensatoreinheit in die Gleichspannungsquelle überträgt. Dieses zweite Schaltmittel arbeitet zusammen mit der Spuleneinheit grundsätzlich in gleicher Art und Weise im Tiefsetzstellerbetrieb wie das dritte Schaltmittel mit der Spuleneinheit. Das dritte und vierte Schaltmittel verwenden hierbei dieselbe Spuleneinheit, insbesondere dieselbe Spuleneinheit wie das erste und zweite Schaltmittel im Hochsetzstellerbetrieb verwenden. Entsprechend wechseln sich das dritte und das vierte Schaltmittel jeweils mit ihrem Tefsetzstellerbetrieb ab. Insgesamt verwenden das erste, das zweite, das dritte und das vierte Schaltmittel dieselbe. Spuleneinheit in dem beschriebenen Hochsetzstellerbetrieb bzw. Tiefsetzstellerbetrieb. Entsprechend ist nur eine Spuleneinheit vorgesehen, die üblicherweise ein teures und schweres Bauteil darstellt und weitere Spuleneinheiten können in diesem Zusammenhang vermieden werden.In addition, a fourth switching means is provided which can be operated together with the coil unit in the buck converter mode and in the buck converter operation, electrical energy from the second capacitor unit in the DC voltage source transfers. This second switching means works together with the coil unit in principle in the same manner in buck converter operation as the third switching means with the coil unit. The third and fourth switching means in this case use the same coil unit, in particular the same coil unit as the first and second switching means in boost converter operation use. Accordingly, the third and the fourth switching means each alternate with their Tefsetzstellerbetrieb. Overall, the first, second, third and fourth switching means use the same. Coil unit in the described boost converter operation or Tiefsetzstellerbetrieb. Accordingly, only one coil unit is provided, which usually represents an expensive and heavy component, and further coil units can be avoided in this connection.

Die beschriebenen Tiefsetzstellerbetriebe können insbesondere dann verwendet werden, wenn für das elektrische Versorgungsnetz, in das einzuspeisen ist, ein Energieüberangebot besteht und diese Energie in der Gleichspannungsquelle, die für diesen Fall als wiederaufladbarer elektrischer Energiespeicher, wie eine aufladbare Batterie, ausgestaltet sein kann, zwischengespeichert wird. Wenn der Bedarf im Versorgungsnetz wieder steigt, kann die zwischengespeicherte Energie verwendet werden. Auch beim Übertragen elektrischer Energie aus dem Gleichspannungszwischenkreis in die Gleichspannungsquelle kann eine Steuerung der Tiefsetzstellerbetriebe mittels des dritten oder vierten Schaltmittels so erfolgen, dass die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis symmetriesiert wird. Das Abnehmen elektrischer Energie aus der ersten und zweiten Kondensatoreinheit erfolgt somit derart, dass beide Kondensatoreinheiten etwa gleiche Spannungen aufweisen.The described step-down converter operations can be used in particular if there is a power oversupply for the electrical supply network to be fed into and this energy is temporarily stored in the DC voltage source, which in this case can be designed as a rechargeable electrical energy store such as a rechargeable battery , As the demand in the utility grid increases again, the cached energy can be used. Even when transmitting electrical energy from the DC voltage intermediate circuit into the DC voltage source, a control of the buck converter operations by means of the third or fourth switching means can be carried out so that the voltage in the DC voltage intermediate circuit is symmetrized. The removal of electrical energy from the first and second capacitor unit thus takes place in such a way that both capacitor units have approximately equal voltages.

Vorzugsweise ist das erste Schaltmittel in Reihe mit dem dritten Schaltmittel zwischen dem Nullpunkt und dem ersten Ausgangsknoten und dabei parallel zu der ersten Kondensatoreinheit angeschlossen und das zweite Schaltmittel ist in Reihe mit dem vierten Schaltmittel zwischen dem Nullpunkt und dem zweiten Ausgangsknoten und damit parallel zu der zweiten Kondensatoreinheit angeschlossen. Mit anderen Worten, sind das dritte, das erste, das zweite und das vierte Schaltmittel in dieser Reihenfolge und ggf. zusätzlich mit der Gleichspannungsquelle in Reihe zueinander und dabei insgesamt parallel zum Gleichspannungszwischenkreis geschaltet. Zwischen der ersten und der zweiten Schalteinheit ist der Nullpunkt angeordnet. Insbesondere hierbei kann die Gleichspannungsquelle vorzugsweise zwischen dem ersten und zweiten Schaltmittel angeordnet sein, wobei der Nullpunkt an dem ersten Eingangsknoten und damit dem ersten Schaltmittel und der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist oder der Nullpunkt ist an dem zweiten Eingangsknoten und entsprechend dem zweiten Schaltmittel und der Spannungsquelle angeschlossen. Die Spuleneinheit ist für beide Fälle vorzugsweise parallel zu der Reihenschaltung angeschlossen, die aus dem. ersten Schaltmittel, der Gleichspannungsquelle und dem zweiten Schaltmittel besteht. Insbesondere ist sie mit einem Anschluss zwischen dem dritten und ersten Schaltmittel und mit einem anderen Anschluss zwischen dem zweiten und vierten Schaltmittel angeschlossen. Hierdurch kann die beschriebene gemeinsame Verwendung einer Spuleneinheit für die unterschiedlich beschriebenen Hochsetzstellerbetriebe und Tiefsetzstellerbetriebe realisiert werden und der Schaltungsaufwand wird gering gehalten.Preferably, the first switching means is connected in series with the third switching means between the zero point and the first output node and parallel to the first capacitor unit and the second switching means is in series with the fourth switching means between the zero point and the second output node and thus parallel to the second Condenser unit connected. In other words, the third, the first, the second and the fourth switching means in this order and possibly in addition to the DC voltage source in series with each other and thereby connected in total parallel to the DC intermediate circuit. Between the first and the second switching unit, the zero point is arranged. In particular, in this case, the DC voltage source may preferably be arranged between the first and second switching means, wherein the zero point is connected to the first input node and thus the first switching means and the DC voltage source or the zero point is connected to the second input node and corresponding to the second switching means and the voltage source. The coil unit is connected in both cases, preferably in parallel to the series circuit consisting of the. first switching means, the DC voltage source and the second switching means. In particular, it is connected with a connection between the third and first switching means and with another connection between the second and fourth switching means. In this way, the described common use of a coil unit for the differently described boost converter operations and buck converter operations can be realized and the circuit complexity is kept low.

Eine andere Ausführungsform schlägt vor, dass die Gleichspannungsquelle nicht zwischen dem ersten und zweiten Schaltmittel angeschlossen ist, sondern in einer Reihenschaltung mit der Spuleneinheit zu dem ersten und zweiten Schaltmittel parallel geschaltet ist. Dabei ist es im Grunde unerheblich, ob die Gleichspannungsquelle zwischen der ersten Schalteinheit und der Spuleneinheit oder zwischen der zweiten Schalteinheit und der Spuleneinheit angeschlossen ist.Another embodiment proposes that the DC voltage source is not connected between the first and second switching means, but is connected in parallel with the coil unit in series with the first and second switching means. It is basically irrelevant whether the DC voltage source is connected between the first switching unit and the coil unit or between the second switching unit and the coil unit.

Vorzugsweise sind die Schaltmittel jeweils als Halbleiterschalter ausgebildet und zu jedem Halbleiterschalter ist ein Gleichrichtmittel, insbesondere eine Diode parallel geschaltet. Anstelle des dritten und vierten Schaltmittels ist es auch möglich, nur jeweils ein Gleichrichtmittel alleine vorzusehen, insbesondere dann, wenn die Schaltungsanordnung nur in dem beschriebenen Hochsetzstellerbetrieb bzw. Hochsetzstellermodus betrieben werden soll.Preferably, the switching means are each formed as a semiconductor switch and to each semiconductor switch is a rectifying means, in particular a diode connected in parallel. Instead of the third and fourth switching means, it is also possible to provide only one rectifying means alone, in particular if the circuit arrangement is to be operated only in the described boost converter operation or boost converter mode.

Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Gleichspannungsquelle, das erste und zweite Schaltmittel und die Spuleneinheit zusammen in einer Masche angeordnet sind bzw. dass diese vier Elemente eine Masche bilden. Zusammen mit dem zwischen Spuleneinheit und ersten Ausgangsknoten angeschlossenen dritten Schaltmittel und zwischen einem zweiten Anschlusspunkt der Spuleneinheit und dem Ausgangsknoten angeordneten vierten Schaltmittel ist auf einfache Weise eine Schaltungsanordnung erreichbar, die unter Verwendung einer einzigen Spuleneinheit die beiden beschriebenen Hochsetzstellerbetriebe und die beiden beschriebenen Tiefsetzstellerbetriebe gewährleisten kann. Wird anstelle des dritten Schaltmittels und des vierten Schaltmittels jeweils nur ein Gleichrichtmittel verwendet, so ist zumindest auf einfache Weise eine Schaltungsanordnung mit den beiden oben beschriebenen Hochsetzstellerbetrieben erreichbar.According to one embodiment, it is proposed that the DC voltage source, the first and second switching means and the coil unit are arranged together in a mesh or that these four elements form a mesh. Together with the third switching means connected between the coil unit and the first output node and between a second connection point of the coil unit and the output node arranged fourth switching means a circuit arrangement can be achieved in a simple manner, which can ensure using a single coil unit, the two Hochsetzstellerbetriebe described and the two described Tiefsetzstellerbetriebe. If in each case only one rectifying means is used instead of the third switching means and the fourth switching means, a circuit arrangement with the two boost converter operations described above can be achieved, at least in a simple manner.

Als Gleichspannungsquelle ist vorzugsweise zwischen dem ersten und zweiten Eingangsknoten ein wiederaufladbarer, elektrischer Batteriespeicher angeordnet oder es ist ein Solargenerator, insbesondere eine Anordnung von Photovoltaikzellen oder Photovoltaikmodulen angeschlossen. Vorzugsweise ist sowohl ein wiederaufladbarer, elektrischer Batteriespeicher als auch ein Solargenerator zwischen dem ersten und zweiten Eingangsknoten angeschlossen, wobei der Batteriespeicher und der Solargenerator hierbei zueinander parallel geschaltet sind. Dies ist eine bevorzugte Ausgestaltung, weil hierdurch elektrische Energie durch den Solargenerator bereitgestellt und auf einfache und kostengünstige Art und Weise und unter Einhaltung von Symmetriesierungsbedingungen in den Gleichspannungszwischenkreis übertragen werden kann. Bei entsprechendem Energiebedarf und wenn der Solargenerator einen solchen Energiebedarf nicht decken kann – beispielsweise in der Nacht –, kann Energie aus dem Batteriespeicher in den Gleichspannungszwischenkreis übertragen werden. Mit derselben Schaltungsanordnung kann der Batteriespeicher bei entsprechenden Bedingungen hinsichtlich Energieangebot und Energiebedarf Energie in den Batteriespeicher übertragen, um diesen ganz oder teilweise aufzuladen. Vorzugsweise sind ein Kondensator und ein Solargenerator in Parallelschaltung zwischen dem ersten und zweiten Eingangsknoten angeschlossen. Hierdurch ist eine kurzzeitige Pufferwirkung erzielbar, die insbesondere Spannungsschwankungen bedingt durch Schalthandlungen reduziert. All dies ist auf einfache kostengünstige und verlustarme Art und Weise insbesondere mit ein- und derselben Schaltungsanordnung grundsätzlich erreichbar. Der Batteriespeicher kann auch direkt oder indirekt über einen parallel dazu angeschlossenen Solargenerator aufgeladen werden.As a DC voltage source, a rechargeable, electrical battery storage is preferably arranged between the first and second input nodes or it is a solar generator, in particular an array of photovoltaic cells or photovoltaic modules connected. Preferably, both a rechargeable, electric battery storage and a solar generator between the first and second input node is connected, wherein the battery storage and the solar generator are connected in parallel to each other. This is a preferred embodiment, because this electrical energy can be provided by the solar generator and transferred in a simple and cost-effective manner and in compliance with Symmetriesierungsbedingungen in the DC voltage intermediate circuit. At the corresponding energy demand and if the solar generator can not cover such an energy demand - for example, at night -, energy can be transferred from the battery storage to the DC voltage intermediate circuit. With the same circuit arrangement, the battery storage can transmit energy under appropriate conditions in terms of energy supply and energy requirements in the battery storage to charge this wholly or partially. Preferably, a capacitor and a solar generator are connected in parallel between the first and second input nodes. As a result, a short-term buffer effect can be achieved, which reduces in particular voltage fluctuations caused by switching operations. All this is in principle easy to achieve in a simple low-cost and low-loss manner, in particular with one and the same circuit arrangement. The battery storage can also be charged directly or indirectly via a parallel connected solar generator.

Mit der beschriebenen Schaltungsanordnung ist es somit erfindungsgemäß möglich und wird vorgeschlagen, Energie aus der Gleichspannungsquelle wahlweise so in die erste oder zweite Kondensatoreinheit zu übertragen, dass sich eine auf den Nullpunkt symmetriesierte Spannung am Gleichspannungszwischenkreis ausbildet.With the described circuit arrangement, it is thus possible according to the invention and it is proposed to selectively transfer energy from the DC voltage source to the first or second capacitor unit in such a way that a voltage symmetrized to the zero point is formed at the DC intermediate circuit.

Entsprechend wird vorgeschlagen, die Schaltungsanordnung so zu betreiben, dass bei Bedarf elektrische Energie aus der ersten oder zweiten Kondensatoreinheit so in die Gleichspannungszwischenquelle, insbesondere einen wiederaufladbaren Batteriespeicher übertragen wird, dass die Spannungsaufteilung zwischen der ersten und zweiten Kondensatoreinheit etwa symmetrisch ist.Accordingly, it is proposed to operate the circuit arrangement such that, if required, electrical energy from the first or second capacitor unit is transferred to the DC intermediate voltage source, in particular a rechargeable battery storage, such that the voltage distribution between the first and second capacitor units is approximately symmetrical.

Wie beschrieben, kann die Symmetriesierung der Zwischenkreisspannung dadurch erreicht werden, dass die Entnahme elektrischer Energie aus der ersten und zweiten Kondensatoreinheit oder das Einspeisen elektrischer Energie in die erste oder zweite Kondensatoreinheit entsprechend zueinander aufgeteilt wird. Je nach Modus ist ohnehin das Übertragen elektrischer Energie von der Gleichspannungsquelle zu den Kondensatoreinheiten oder umgekehrt notwendig und allein dies gezielt auf einander mit der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung abzustimmen schafft es, dass die Symmetriesierungsbedingung eingehalten werden kann.As described, the symmetrization of the intermediate circuit voltage can be achieved by dividing the removal of electrical energy from the first and second capacitor units or the feeding of electrical energy into the first or second capacitor unit corresponding to one another. Depending on the mode, the transmission of electrical energy from the DC voltage source to the capacitor units or vice versa is necessary anyway and this alone to tailor them to each other with the proposed circuit arrangement makes it possible that the Symmetriesierungsbedingung can be met.

Gemäß einer Variante wird elektrische Energie aus der Gleichspannungsquelle so zu der ersten und zweiten Kondensatoreinheit übertragen, dass sich an der ersten und der zweiten Kondensatoreinheit jeweils eine Spannungsamplitude einstellt, die einem aus dem Gleichspannungszwischenkreis zu erzeugenden sinusförmigen Spannungsverlauf oder Spannungsverlauf mit ähnlichem Verlauf zumindest teilweise nachgeführt wird. Hier wird mittels eines Wechselrichters eine sinusförmige Spannung erzeugt. Eine positive Halbwelle wird im Grunde aus der ersten und eine negative Halbwelle aus der zweiten Kondensatoreinheit gespeist. Bei entsprechender Dimensionierung der Bauteile, insbesondere der jeweiligen Kapazität der ersten und zweiten Kondensatoreinheit kann die Spannung der jeweiligen Kondensatoreinheit dem sinusförmigen Spannungsverlauf zumindest. teilweise folgen. Somit braucht die Spannung an der ersten Kondensatoreinheit nur während einer positiven Halbwelle der sinusförmigen Spannung eine hohe Spannungsamplitude aufzuweisen und umgekehrt reicht eine hohe Spannung an der zweiten Kondensatoreinheit aus, während eine negative Halbwelle zu erzeugen ist. Aber auch innerhalb der jeweiligen Halbwelle, kann die Spannung an der ersten bzw. zweiten Kondensatoreinheit dem Sinusverlauf nachgeführt werden. Im optimalen Fall ist nur für jede Spannungsspitze der höchste Spannungswert an der betreffenden Kondensatoreinheit nötig.According to a variant, electrical energy is transferred from the DC voltage source to the first and second capacitor units such that a voltage amplitude is set at each of the first and second capacitor units, which voltage is at least partially tracked with a sinusoidal voltage waveform or voltage waveform having a similar characteristic to be generated from the DC voltage intermediate circuit , Here, a sinusoidal voltage is generated by means of an inverter. A positive half wave is basically fed from the first and one negative half wave from the second capacitor unit. With appropriate dimensioning of the components, in particular the respective capacitance of the first and second capacitor unit, the voltage of the respective capacitor unit can at least correspond to the sinusoidal voltage profile. partly follow. Thus, the voltage across the first capacitor unit need only have a high voltage amplitude during a positive half-wave of the sinusoidal voltage, and conversely, a high voltage on the second capacitor unit suffices while a negative half-wave is to be generated. But even within the respective half-wave, the voltage at the first and second capacitor unit can be tracked to the sinusoidal course. In the optimal case, the highest voltage value at the respective capacitor unit is necessary only for each voltage peak.

Vorzugsweise wird die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zusammen mit einer Solaranlage verwendet, wobei ein Solargenerator oder eine Solaranlage als Gleichspannungsquelle verwendet wird und entsprechend zwischen dem ersten und zweiten Eingangsknoten angeschlossen ist. Günstig ist es, wenn eine solche Solaranlage um einen Wechselrichter zum Erzeugen einer Wechselspannung aus der Zwischenkreisspannung ergänzt wird. Eine solche Solaranlage kann elektrische Energie durch den Solargenerator erzeugen und auf einfache Weise mit geringen Verlusten und einem geringen Schaltungsaufwand in den Gleichspannungszwischenkreis übertragen. Die Energie aus dem Gleichspannungszwischenkreis kann mittels des Wechselrichters in ein elektrisches Versorgungsnetz eingespeist werden. Je nach Energiebedarf und angebot ist es möglich, den elektrischen Zwischenspeicher im Grunde zum Puffern von Energie zu verwenden. Auch dies kann mit derselben Schaltungsanordnung auf einfache Weise mit geringem schaltungstechnischen Aufwand und geringem Verlust, insbesondere geringem Verlust im Hochsetzstellerbetrieb, erreicht werden.Preferably, the circuit arrangement according to the invention is used together with a solar system, wherein a solar generator or a solar system is used as a DC voltage source and is correspondingly connected between the first and second input node. It is advantageous if such a solar system is supplemented by an inverter for generating an alternating voltage from the intermediate circuit voltage. Such a solar system can generate electrical energy through the solar generator and transmitted in a simple manner with low losses and a small amount of circuitry in the DC voltage intermediate circuit. The energy from the DC intermediate circuit can be fed by means of the inverter in an electrical supply network. Depending on the energy requirement and supply, it is possible to use the electric cache basically for buffering energy. Again, this can be achieved with the same circuit arrangement in a simple manner with low circuit complexity and low loss, in particular low loss in Hochsetzstellerbetrieb.

Vorzugsweise bildet eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zusammen mit einem Wechselrichter, der an dem ersten und zweiten Schaltungsausgang angeschlossen ist, eine Einheit, in der die Schaltungsanordnung und der Wechselrichter aufeinander abgestimmt sind. Hierbei können die erste und zweite Kondensatoreinheit zusammen einen Gleichspannungszwischenkreis des Wechselrichters bilden. Preferably, a circuit arrangement according to the invention, together with an inverter connected to the first and second circuit output, forms a unit in which the circuit arrangement and the inverter are matched to one another. Here, the first and second capacitor unit together form a DC voltage intermediate circuit of the inverter.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung exemplarisch anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Fig. näher erläutert.The present invention will be explained in more detail by way of example on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying figures.

1–5 zeigen erfindungsgemäße Schaltungsanordnungen mit angeschlossenem Wechselrichter und wenigstens einer angeschlossenen Gleichspannungsquelle jeweils als vereinfachten Schaltplan. 1 - 5 show inventive circuit arrangements with connected inverter and at least one DC voltage source in each case as a simplified circuit diagram.

Zur Vereinfachung werden für gleiche oder gleich wirkende Elemente identische Bezugszeichen verwendet, so dass identische Bezugszeichen nicht identische Elemente bezeichnen können. Insbesondere trägt die Schaltungsanordnung das Bezugszeichen 1 für alle 1–5, obwohl die Schaltungsanordnungen der unterschiedlichen Fig. nicht identisch sind.For simplicity, identical reference numerals are used for the same or like elements, so that identical reference numerals may not designate identical elements. In particular, the circuit carries the reference numeral 1 for all 1 - 5 Although the circuit arrangements of the different figures are not identical.

Die Schaltungsanordnung 1 der 1 ist mit einem Wechselrichter WR verbunden. Eine erste Kondensatoreinheit C₁ mit der ersten Kondensatorspannung U_P ist zwischen dem ersten Ausgangsknoten 2 und dem Nullpunkt N angeordnet. Zwischen dem Nullpunkt N und dem zweiten Ausgangsknoten 4 ist die zweite Kondensatoreinheit C₂ mit der zweiten Kondensatorspannung U_M angeschlossen. Die erste und zweite Kondensatoreinheit C₁ und C₂ bilden zusammen einen Gleichspannungszwischenkreis 6, mit der Zwischenkreisspannung U_ZK. Die Zwischenkreisspannung U_ZK berechnet sich zu U_ZK = U_P + U_M.The circuit arrangement 1 of the 1 is connected to an inverter WR. A first capacitor unit C ₁ with the first capacitor voltage U _P is between the first output node 2 and the zero point N arranged. Between the zero point N and the second output node 4 the second capacitor unit C _{2 is} connected to the second capacitor voltage U _M. The first and second capacitor units C ₁ and C ₂ together form a DC voltage intermediate circuit 6 , with the intermediate circuit _voltage U _ZK . The intermediate circuit _voltage U _{ZK is} calculated as U _ZK = U _P + U _M.

Parallel zur ersten Kondensatoreinheit C₁ sind die erste Schalteinheit S₁ und die dritte Schalteinheit S₃ zwischen dem ersten Ausgangsknoten 2 und dem Nullpunkt N und damit parallel zur ersten Kondensatoreinheit C₁ angeschlossen. In ähnlicher Weise sind die zweite Schalteinheit S₂ und die vierte Schalteinheit S₄ parallel zur zweiten Kondensatoreinheit C₂ geschaltet. Zu jedem der ersten bis vierten Schalteinheit S₁ bis S₄ ist jeweils eine Diode D₁ bis D₄ als Gleichrichtmittel parallel geschaltet. Eine Gleichspannungsquelle 8 ist zwischen der ersten und zweiten Schalteinheit S₁, S₂, angeschlossen und dabei mit einem Anschluss an dem Nullpunkt N angeschlossen.Parallel to the first capacitor unit C ₁ are the first switching unit S ₁ and the third switching unit S ₃ between the first output node 2 and the zero point N and thus connected in parallel to the first capacitor unit C ₁ . Similarly, the second switching unit S ₂ and the fourth switching unit S _{4 are connected in} parallel with the second capacitor unit C ₂ . For each of the first to fourth switching units S ₁ to S ₄ , a diode D ₁ to D _{4 is} connected in parallel as a rectifying means in each case. A DC voltage source 8th is connected between the first and second switching unit S ₁ , S ₂ , and thereby connected to a terminal at the zero point N.

Schließlich ist eine Spuleneinheit L vorgesehen, die mit einem ersten Anschlusspunkt zwischen der ersten und dritten Diode D₁ und D₃ und mit einem zweiten Anschlusspunkt zwischen der zweiten und vierten Diode D₂ und D₄ angeschlossen ist.Finally, a coil unit L is provided, which is connected to a first connection point between the first and third diode D ₁ and D ₃ and to a second connection point between the second and fourth diode D ₂ and D ₄ .

Die Gleichspannungsquelle 8 ist zwischen dem ersten Eingangsknoten 12 und dem zweiten Eingangsknoten 14 angeschlossen. Die Gleichspannung U_S der Gleichspannungsquelle 8 kann beispielsweise etwas weniger als 300 V betragen, wohingegen die Zwischenkreisspannung U_ZK über 700 V beträgt, die im vorgesehenen Betrieb zu gleichen Teilen auf die Spannungen U_P und U_M aufgeteilt sind, so dass U_P und U_M jeweils über 350 V betragen.The DC voltage source 8th is between the first entrance node 12 and the second input node 14 connected. The DC voltage U _{S of} the DC voltage source 8th may for example be slightly less than 300 V, whereas the intermediate _circuit voltage U _{ZK is} above 700 V, which are divided in the intended operation in equal parts to the voltages U _P and U _M , so that U _P and U _{M are} each over 350 V.

Mit der Schaltungsanordnung der 1 sind nun die folgenden Betriebsmodi vorgesehen:

1. Bei geschlossenem Schaltmittel S₂ kann durch Pulsen des ersten Schaltmittels S₁ im Hochsetzstellermodus Energie von der Gleichspannungsquelle 8 in die erste Kondensatoreinheit C₁, die auch als oberer Zwischenkreiskondensator C₁ bezeichnet werden kann, geliefert werden.
2. Entsprechend kann bei geschlossenem ersten Schaltmittel S₁ durch Pulsen des zweiten Schaltmittels S₂ im Hochsetzstellermodus Energie von der Gleichspannungsquelle 8 in die zweite Kondensatoreinheit C₂, die auch als unterer Zwischenkreiskondensator C₂ bezeichnet werden kann, geliefert werden. Somit kann elektrische Energie aus der Gleichspannunsquelle 8 durch Wahl der beschriebenen Hochsetzstellermodi wahlweise in eine der beiden Kondensatoreinheiten C₁ oder C₂ übertragen werden.
3. Wird die dritte Schalteinheit S₃ gepulst, so wird im Tiefsetzstellermodus Energie aus der ersten, nämlich oberen Kondensatoreinheit C₁ in die Gleichspannungsquelle 8 übertragen.
4. Wird die vierte Schalteinheit S₄ gepulst, so wird Energie aus der zweiten, nämlich unteren Kondensatoreinheit C₂ in die Gleichspannungsquelle 8 übertragen.

With the circuit arrangement of 1 The following operating modes are now provided:

1. With closed switching means S ₂ can by pulses of the first switching means S ₁ in the boost converter mode energy from the DC voltage source 8th in the first capacitor unit C ₁ , which can also be referred to as the upper link capacitor C ₁ , are supplied.
2. Accordingly, when the first switching means S _{1 is closed} by pulses of the second switching means S ₂ in the boost converter mode, energy from the DC voltage source 8th in the second capacitor unit C ₂ , which may also be referred to as a lower link capacitor C ₂ , are supplied. Thus, electrical energy from the Gleichspannunsquelle 8th optionally be transferred by selecting the Hochsetzstellermodi described in one of the two capacitor units C ₁ or C ₂ .
3. If the third switching unit S _{3 is} pulsed, then in Tiefsetzstellermodus energy from the first, namely upper capacitor unit C ₁ in the DC voltage source 8th transfer.
4. If the fourth switching unit S _{4 is} pulsed, then energy from the second, namely lower capacitor unit C ₂ in the DC voltage source 8th transfer.

Vorteile der vorgeschlagenen Schaltungen sind somit eine geringe Anzahl von Bauelementen und der reduzierte bzw. geringe Spannungshub zwischen der Gleichspannung U_S an der Gleichspannungsquelle 8 und der jeweiligen Spannung U_P oder U_M an der ersten oder zweiten Kondensatoreinheit C₁ oder C₂. Die Spannungen U_P und U_M können auch als Halbbrückenspannung bezeichnet werden. Durch diesen reduzierten Spannungshub kann der Wirkungsgrad gegenüber anderen Varianten, bei denen ein höherer Spannungshub zu überwinden ist, erhöht werden. Dass die Gleichspannung U_S der Gleichspannungsquelle 8 unterhalb der halben Zwischenkreisspannung U_ZK liegt, ist eine bevorzugte Randbedingung für den Einsatz der gezeigten Schaltungsanordnung. Ohne Einhaltung dieser bevorzugten Randbedingung ist die Schaltungsanordnung gleichwohl einsetzbar, wobei sich ihre vorteilhaften Wirkungen schmälern können.Advantages of the proposed circuits are thus a small number of components and the reduced or low voltage swing between the DC voltage U _S at the DC voltage source 8th and the respective voltage U _P or U _M at the first or second capacitor unit C ₁ or C ₂ . The voltages U _P and U _M can also be referred to as half-bridge voltage. This reduced voltage swing can increase the efficiency compared to other variants in which a higher voltage swing has to be overcome. That the DC voltage U _{S of} the DC voltage source 8th is below half the intermediate circuit voltage U _ZK is a preferred boundary condition for the use of the circuit arrangement shown. Without adherence to this preferred constraint, the circuitry is nevertheless can be used, which can reduce their beneficial effects.

Die Schaltungsanordnung 1 der 2 entspricht der der 1, wobei der Nullpunkt N nun mit dem zweiten Eingangsknoten 14 verbunden ist. Die Gleichspannungsquelle 8 ist somit an ihrem positiven Spannungsausgang mit dem Nullpunkt N angeschlossen, anstatt mit ihrem negativen Ausgang, wie das in 1 der Fall war. Ansonsten ist die Wirkungsweise und die bevorzugte Betriebsweise, wie im Zusammenhang mit der 1 beschrieben wurde. Damit sind die zu 1 beschriebenen vier Betriebsmodi entsprechend vorgesehen.The circuit arrangement 1 of the 2 corresponds to the 1 , where the zero point N is now with the second input node 14 connected is. The DC voltage source 8th is thus connected to the zero point N at its positive voltage output, instead of its negative output, as in 1 the case was. Otherwise, the mode of action and the preferred mode of operation, as in connection with the 1 has been described. So they are too 1 described four operating modes provided accordingly.

Die Schaltungsanordnung 1 der 3 weist gegenüber den Schaltungsanordnungen 1 der 1 und 2 eine Gleichspannungsquelle 8 aus einem Kondensator C_G und einem Solargenerator 10 in Parallelschaltung auf, die ebenfalls zwischen dem ersten und zweiten Eingangsknoten 12 und 14 angeschlossen und damit zum Kondensator parallel geschaltet ist. Der Solargenerator 10 steht exemplarisch für eine photovoltaisch erzeugte Gleichspannung, wobei es auf die genaue Ausgestaltung und Anordnung der verwendeten Photovoltaikmodule bzw. Photovoltaikzellen nicht ankommt, soweit die erzeugte Spannung an die Schaltung angepasst ist. Hierbei kann der Solargenerator mit der Gleichspannungsquelle 8 direkt gekoppelt sein. Der Kondensator C_G fungiert hier als Glättungskondensator, um für die von dem Solargenerator erzeugte Spannung und für die an den Eingangsknoten angelegte Spannung stabilisierend zu wirken und ein im Zusammenhang mit 1 beschriebener Tiefsetzstellerbetrieb ist entbehrlich. Entsprechend weist die Schaltungsanordnung 1 gemäß 3 nur das erste und zweite Schaltmittel S₁ und S₂ auf. Auf die in den 1 und 2 gezeigten dritten und vierten Schaltmittel S₃ und S₄ ist hier verzichtet worden und lediglich die betreffenden Gleichrichtmittel, nämlich die dritte und vierte Diode D₃ und D₄ sind vorhanden. Ansonsten entspricht die Schaltungsanordnung 1 der 3 der Schaltungsanordnung 1 der 1. Auch die beschriebenen Hochsetzstellermodi sind auf die Schaltungsanordnung 1 der 3 übertragbar.The circuit arrangement 1 of the 3 points opposite to the circuit arrangements 1 of the 1 and 2 a DC voltage source 8th from a capacitor C _G and a solar generator 10 in parallel, also between the first and second input nodes 12 and 14 connected and thus connected in parallel to the capacitor. The solar generator 10 is exemplary of a photovoltaically generated DC voltage, which does not depend on the exact design and arrangement of the photovoltaic modules or photovoltaic cells used, as far as the voltage generated is adapted to the circuit. Here, the solar generator with the DC voltage source 8th be directly coupled. The capacitor C _G acts here as a smoothing capacitor to stabilize for the voltage generated by the solar generator and for the voltage applied to the input node voltage and in connection with 1 described buck converter operation is unnecessary. Accordingly, the circuit arrangement 1 according to 3 only the first and second switching means S ₁ and S ₂ on. On the in the 1 and 2 shown third and fourth switching means S ₃ and S ₄ has been omitted here and only the respective rectifying means, namely the third and fourth diode D ₃ and D ₄ are present. Otherwise corresponds to the circuit arrangement 1 of the 3 the circuit arrangement 1 of the 1 , The described boost converter modes are also based on the circuit arrangement 1 of the 3 transferable.

Die Schaltungsanordnung 1 der 4 entspricht der der 3 mit dem Unterschied, dass der Nullpunkt N am zweiten Eingangsknoten 14 und damit am positiven Anschluss der Gleichspannungsquelle 8 und damit auch des Solargenerators 10 angeschlossen ist.The circuit arrangement 1 of the 4 corresponds to the 3 with the difference that the zero point N at the second input node 14 and thus at the positive connection of the DC voltage source 8th and thus also the solar generator 10 connected.

5 zeigt eine weitere Variante der Schaltungsanordnung 1, die im Wesentlichen den Schaltungsanordnungen 1 gemäß 1 oder 2 entspricht. Die Schaltungsanordnung 1 der 5 weist jedoch die Gleichspannungsquelle 8 in demselben Zweig auf, der auch in der Spuleneinheit L angeordnet ist. Diese Ausgestaltung kann gewählt werden, wenn keine Notwendigkeit besteht, die Gleichspannungsquelle 8 auf einem festen Potential zu halten. Dann hat diese Ausführungsform den Vorteil, dass sich in den jeweiligen Hochsetzstellermodi bzw. Tiefsetzstellermodi jeweils gleiche Pulsmuster einstellen lassen bzw. sich einstellen, unabhängig davon, ob Energie mit der ersten Kondensatoreinheit oder der zweiten Kondensatoreinheit, also mit der oberen oder unteren Zwischenkreishälfte ausgetauscht wird. Die Ausführungsform gemäß 5 weist auch den Vorteil einer geringen Stromwelligkeit auf, die kleiner als bei den übrigen dargestellten Ausführungsformen sein dürfte. Dies ist dadurch begründet, dass zum Ab- bzw. Aufmagnetisieren der Spuleneinheit L, die hier und in den anderen Ausführungsformen auch als Drossel bezeichnet werden kann, die Gleichspannung U_S, die auch als Batteriespannung bezeichnet werden kann, und die Differenz zwischen der halben Zwischenkreisspannung U_ZK – bei angenommener symmetrischer Aufteilung – und der Batteriespannung genutzt wird. 5 shows a further variant of the circuit arrangement 1 which are essentially the circuit arrangements 1 according to 1 or 2 equivalent. The circuit arrangement 1 of the 5 however, has the DC source 8th in the same branch, which is also arranged in the coil unit L. This configuration can be selected if there is no need for the DC voltage source 8th to hold on to a solid potential. Then, this embodiment has the advantage that in each Hochsetzstellermodi or Tiefsetzstellermodi each same pulse pattern can be set or adjust, regardless of whether energy with the first capacitor unit or the second capacitor unit, ie with the upper or lower Zwischenkreish half is replaced. The embodiment according to 5 also has the advantage of a low current ripple, which is likely to be smaller than in the other illustrated embodiments. This is due to the fact that for decoupling or magnetizing the coil unit L, which can be referred to here and in the other embodiments as a choke, the DC voltage U _S , which can also be referred to as battery voltage, and the difference between half the DC link voltage U _ZK - assuming symmetrical division - and the battery voltage is used.

Somit kommt die vorgeschlagene Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, und damit gemäß jeder der gezeigten Ausführungsformen mit nur einer Spuleneinheit, die auch als Speicherdrossel ausgebildet und bezeichnet werden kann, und vier Schaltmittel aus. Sie ermöglicht neben dem bidirektionalen Energiefluss auch die Symmetriesierung des Gleichspannungszwischenkreises. Die vorgeschlagenen Schaltungsanordnungen ermöglichen somit einen hohen Wirkungsgrad und geringe Stromwelligkeit in der Speicherdrossel im Vergleich zu einer Lösung, die direkt den gesamten Gleichspannungszwischenkreis speist, die also in die Spannung auf die gesamte Zwischenkreisspannung heben muss.Thus, the proposed circuit arrangement according to the present invention, and thus according to each of the embodiments shown with only one coil unit, which can also be designed and designated as a storage inductor, and four switching means from. In addition to the bidirectional energy flow, it also enables the symmetrization of the DC intermediate circuit. The proposed circuit arrangements thus enable a high efficiency and low current ripple in the storage inductor in comparison to a solution that directly feeds the entire DC voltage intermediate circuit, which therefore has to lift in the voltage to the total DC link voltage.

Gemäß der in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsformen können die Energiespeicher, nämlich die Gleichspannungsquelle 8 und/oder der Solargenerator 10 auf den Nullpunkt N bezogen werden und unterliegen somit keinen Potentialsprüngen gegenüber dem Nullpunkt N bzw. einem Erdanschluss PE.According to the in the 1 to 4 the embodiments shown, the energy storage, namely the DC voltage source 8th and / or the solar generator 10 be referenced to the zero point N and thus are not subject to potential jumps with respect to the zero point N or a ground terminal PE.

Die in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen bieten die Möglichkeit einer Anwendung zur Ankopplung eines Solargenerators, wie dort gezeigt ist. Durch diese Schaltungsanordnung kann ein Solargenerator auch bei trafoloser Topologie flexibel an einem Plus- oder Minuspol geerdet werden.The in the 3 and 4 shown embodiments provide the possibility of an application for coupling a solar generator, as shown there. By this circuit arrangement, a solar generator can be grounded flexibly at a plus or minus pole even in transformerless topology.

Bei Verwendung der Ausgestaltungen der 1, 2 und 5 kann gegebenenfalls die Zwischenkreisspannung der Netzspannung nachgeführt werden. D. h. bei geeigneter Auslegung eines Eingangskondensators zur Stützung der Gleichspannung U_S der Gleichspannungsquelle 8 und bei geeigneter Auslegung des Gleichspannungszwischenkreises kann es möglich sein, die Zwischenkreisspannung U_ZK dem Netzsinus folgen zu lassen.When using the embodiments of 1 . 2 and 5 If necessary, the DC link voltage of the mains voltage can be tracked. Ie. with a suitable design of an input capacitor for supporting the DC voltage U _{S of} the DC voltage source 8th and at suitable design of the DC intermediate circuit, it may be possible to follow the intermediate circuit voltage U _ZK the mains sine.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1861914 B1 [0005]

Claims

Circuit arrangement ( 1 ) for providing an intermediate _circuit voltage (U _ZK ), wherein the intermediate circuit voltage (U) between a first and second output node (U) ( 2 . 4 ), comprising: - one between the first output node ( 2 ) and a zero point (N) arranged first voltage output for connecting a first capacitor unit (C ₁ ), - one between the zero point (N) and the second output node ( 4 ) arranged second voltage output for connecting a second capacitor unit (C ₂ ), - a first and a second input node ( 12 . 14 ) for connecting a DC voltage source ( 8th ) for providing a DC voltage (U _S ) with a smaller voltage amplitude than the amplitude of the intermediate circuit voltage (U _ZK ), - a coil unit (L), - a first switching means (S ₁ ), which together with the coil unit (L) operable in boost converter mode is to electrical energy from the DC voltage source ( 8th ) in the first capacitor unit (C ₁ ) and - a second switching means (S ₂ ), which is operable together with the coil unit (L) in the boost converter mode, to generate electrical energy from the DC voltage source ( 8th ) into the second capacitor unit (C ₂ ).

Circuit arrangement ( 1 ) according to claim 1, characterized by - a third switching means (S ₃ ) which is operable together with the coil unit (L) in the buck converter mode to electrical energy from the first capacitor unit (C ₁ ) in the DC voltage source ( 8th ) and - a fourth switching means (S ₄ ), which is operable in buck converter mode together with the coil unit (L) in order to convert electrical energy from the second capacitor unit (C ₂ ) into the DC voltage source ( 8th ) transferred to.

Circuit arrangement ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that - the first switching means (S ₁ ) in series with one or the third switching means (S ₃ ) between the zero point (N) and the first output node ( 2 ) is connected in parallel to the first capacitor unit (C ₁ ) and - the second switching means (S ₂ ) in series with one or the fourth switching means (S ₄ ) between the zero point (N) and the second output node ( 4 ) is connected in parallel to the second capacitor unit (C ₂ ).

Circuit arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the DC voltage source ( 8th Between the first switching means (S ₁ ) and the zero point (N), between the second switching means (S ₂ ) and the zero point (N), between the first switching means (S ₁ ) and the coil unit (L) or between the second switching means (S ₂ ) and the coil unit (L) is connected.

Circuit arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that each switching means (S ₁ , S ₂ , S ₃ , S ₄ ) has at least one semiconductor switch, in particular that each switching means is designed as a semiconductor switch, and that in each case a rectifying means (D ₁ , D ₂ , D ₃ , D ₄ ), in particular a diode is connected in parallel.

Circuit arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that, when intended, between the first and second input nodes ( 12 . 14 ) connected DC voltage source ( 8th ) the first switching means (S ₁ ), the second switching means (S ₂ ), the coil unit (L) and the DC voltage source ( 8th ) are arranged together in a stitch and / or together form a stitch.

Circuit arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that as DC voltage source ( 8th ) between the first and second input nodes ( 12 . 14 ) - a rechargeable, electric battery storage, - a solar generator ( 10 ), - a rechargeable, electric battery storage and a solar generator ( 10 ) in parallel, and / or - a capacitor and a solar generator ( 10 ) is connected in parallel connection or are.

Solar system with at least one solar generator ( 10 ) and a circuit arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, wherein the solar generator ( 10 ) between the first and second input nodes ( 12 . 14 ) connected.

Solar installation according to claim 8, characterized by one at the first and second output nodes ( 2 . 4 ) of the circuit arrangement ( 1 ) connected inverter (WR) for generating an AC voltage from the intermediate circuit voltage (U _ZK ), wherein between the first output node ( 2 ) and the zero point (N) a first intermediate circuit capacitor (C ₁ ) is connected and between the zero point (N) and the second output node ( 4 ) a second DC link capacitor (C ₂ ) is connected.

Inverter (WR) for generating an AC voltage from a DC link voltage (U _ZK ), comprising a circuit arrangement according to one of claims 1 to 7, wherein between the first output node ( 2 ) and the zero point (N) a first link capacitor (C ₁ ) is connected and between the zero point (N) and the second output node ( 4 ) a second DC link capacitor (C ₂ ) is connected.