DE8717224U1

DE8717224U1 - Electronic voltage converter

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Publication number: DE8717224U1
Application number: DE8717224U
Authority: DE
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Priority date: 1987-01-27
Filing date: 1987-01-27
Publication date: 1988-06-01

Description

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ÖriViB/Schä/70 Description

Die vorliegende Neuerung geht aus von einem elektronischen Spannungswandler mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen-The present innovation is based on an electronic voltage converter with the features listed in the preamble of claim 1-

ein soLcner spannungswandler ist aus einer veroTTentncnung von eose sz al/ IEEE Transactions on Industry Applications, Band lA-21, Nr. 5, September/Oktober 1985, S. 1182-1191/ insbesondere Figur 2 auf Seite 1183 bekannt» Dieser bekannte elektronische Spannungswandler dient zum Umwandeln einer von einer Sonnenzellenanordnung erzeugten Gleichspannung in eine netzfrequente Wechselspannung und enthält einen Wechselrichterteil/ der aus der Eingangsgleichspannung eine Folge alternierender, mit der Netzfrequenz impulsbreitenmodulierter impulse alternierender Polarität mit einer Frequenz von 10 bis 16 kHz an die Primärseite eines für diese Frequenz bemessenen Transformators liefert, an dessen Sekundärseite eine GLeichrichterschaltung und eine zweite Wechselrichterschaltung angeschlossen sind. Die Gleichrichterschaltung ist als Doppelweg-Gleichrichterbrücke ausgebildet und Liefert eine unipolare Impulsspannung mit einer der Netzfrequenz entsprechenden Hüllkurve, die durch eine Drossel von der hochfrequenten Komponente befreit und durch die als Brückenschaltung ausgebildete zweite WechseLrichterschaLtUng durch Umpolen jeder zweiten Halbwelle in die gewünschte netzfrequente, also niederfrequente Ausgangsspannung umgewandelt wird.Such a voltage converter is known from a publication by eose sz al/ IEEE Transactions on Industry Applications, Volume lA-21, No. 5, September/October 1985, pp. 1182-1191/ particularly Figure 2 on page 1183. This known electronic voltage converter is used to convert a direct voltage generated by a solar cell arrangement into a mains frequency alternating voltage and contains an inverter part which supplies from the input direct voltage a series of alternating pulses of alternating polarity, pulse width modulated with the mains frequency, at a frequency of 10 to 16 kHz to the primary side of a transformer designed for this frequency, to the secondary side of which a rectifier circuit and a second inverter circuit are connected. The rectifier circuit is designed as a full-wave rectifier bridge and supplies a unipolar pulse voltage with an envelope corresponding to the mains frequency, which is freed from the high-frequency component by a choke and converted into the desired mains frequency, i.e. low-frequency output voltage by the second inverter circuit designed as a bridge circuit by reversing the polarity of every second half-wave.

Der vorliegenden Neuerung Liegt, ausgehend von diesem Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Spannungswandler dar obengenannten Art derart weiterzubilden, daß ein Transformator ohne Mittelabgriff verwendet werden kann.The present innovation is based on the task of developing an electronic voltage converter of the above-mentioned type in such a way that a transformer without a center tap can be used.

Diese Aufgabe wird bei einem elektronischen Spannungswandler mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4 angegebenen Merkmale geLöst. WeiterbiLdungenThis task is solved in an electronic voltage converter with the features of the preamble of claim 1 by the features specified in the characterizing part of claims 1, 2, 3 or 4. Further developments

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UHd vorteilhafte Ausgestaltungen des neuerungsgemäßen Spanriurigswandlers sind Gegenstand von Unteränsprü'öhe'h«UHd advantageous embodiments of the innovative voltage converter are the subject of subclaims.

Der vorliegende Spannungswandler kommt mit einer Transformator-* Sekundärwicklung ohne Mitteläbgriff aus und kann sowohl als Wechselspannungs/Wechselspannungswandlef als auch als Gleichspannungs/ Wechselspannungswandler (Wechselrichter) ausgebildet werden.The voltage converter in question uses a transformer* secondary winding without a center tap and can be designed as an AC/AC converter or as a DC/AC converter (inverter).

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Neuerung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:In the following, embodiments of the innovation are explained in more detail with reference to the drawings. They show:

Fig. 1 ein etwas vereinfachtes Schaltbild einer ersten Äusführungsform des vorliegenden Spannungswandler;Fig. 1 is a somewhat simplified circuit diagram of a first embodiment of the present voltage converter;

Fig. 2 bis Fig. 5 verschiedene Ausführungsbeispiele eines Gleichrichterund Schalterteils für einen elektronischen Spannungswandler des in Fig. 1 dargestellten Typs.Fig. 2 to Fig. 5 show various embodiments of a rectifier and switch part for an electronic voltage converter of the type shown in Fig. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte Spannungswandler entspricht im Prinzip dem> der in der Veröffentlichung von BOSE ET AL. (I.e.) beschrieben ist. Er enthält einen Eingang&teil (10), der durch Gleich- oder Wechselströmleistung gespeist sein kann und an die Primärseite eines Transformators (212) eine Spannung einer ersten, relativ hohen Frequenz liefert, die mit einer zweiten relativ niedrigen Frequenz moduliert ist. Bei der Modulation kann es sich um Amplitudenmodulation oder Impulsbreitenmodulation handeln. Die Eingangsspannung des Transformators (212), der für die relativ hohe Frequenz bemessen ist, die im allgemeinen über 20 kHz, insbesondere 30 bis 100 kHz betragen wird, kann durch Zerhacken einer netzfrequenten Wechselspannung oder durch Wechselrichten einer Gleichspannung oder auf irgendeine andere geeignete Weise erzeugt werden- Die Sekundärseite (212) hat eine Sekundärwicklung (214) ohne Mittelabgriff mit zwei Anschlüssen (a, b), die über zwei Einweg-Gleichrichter (222 und 223) an eine in Brückenschaltung ausgebildeten Syntheseschaltung (218) angeschlossen ist, die vier elektronische Schalter enthält, welche wiederum Sekundär-The voltage converter shown in Fig. 1 corresponds in principle to that described in the publication by BOSE ET AL. (I.e.). It contains an input section (10) which can be fed by direct or alternating current power and which supplies to the primary side of a transformer (212) a voltage of a first, relatively high frequency which is modulated by a second, relatively low frequency. The modulation can be amplitude modulation or pulse width modulation. The input voltage of the transformer (212), which is designed for the relatively high frequency, which will generally be above 20 kHz, in particular 30 to 100 kHz, can be generated by chopping a mains frequency AC voltage or by inverting a DC voltage or in any other suitable way. The secondary side (212) has a secondary winding (214) without a center tap with two terminals (a, b), which is connected via two half-wave rectifiers (222 and 223) to a synthesis circuit (218) designed as a bridge circuit, which contains four electronic switches, which in turn control secondary

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spannungsäbschhitte entsprechend Hüllkurven-Halbw«?lleh alternierender PoLaMtat zu Aüsatitjsäiisctuussen («j, d) durchschalten/ die über ein Tiefpaßfilter (244) an eine Last (246), angeschlossen ist. Die FiLterschaltung könnte auch zwischen die Gleichrichterschaltung und die Syntheseschältung geschaltet werden..voltage sections corresponding to envelope half-waves of alternating polarity to output circuits (j, d) which are connected to a load (246) via a low-pass filter (244). The filter circuit could also be connected between the rectifier circuit and the synthesis circuit.

Dip Ausführungsform gemäß Fig. 2 entspricht im wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 1 mit der Ausnahme, daß hier Doppelweg'¹¹ gleichrichter (536a, 536b) verwendet werden, die jeweils zwei Eingangs-■nscfHüsse und zwei ÄusgangSanschlüssg aufweisen. Die EingängsänsenlQsse cfei* beiden Doppelweggleichrichter sind mit den Sekundärwicklungsanschlüssen (a, b) verbunden. Ein Ausgangsanschluß der beiden Doppelweg-Gleithrichter ist mit einem gemeinsamen Anschluß (540) der Schaltvorrichtung verbunden, während die anderen Äusgangsanschlüsse (538a, 538b) der Doppelw&ggleichrichter (536a, 536b) mit der Schaltvorrichtung (44) bzw. (46) verbunden sind. Die eigentliche Schaltvorrichtung kann wieder wie bei Fig. 1 ausgebildet sein.The embodiment according to Fig. 2 corresponds essentially to the embodiment according to Fig. 1 with the exception that here double- ^wave rectifiers (536a, 536b) are used, each of which has two input terminals and two output terminals. The input terminals of both double-wave rectifiers are connected to the secondary winding terminals (a, b). One output terminal of the two double-wave rectifiers is connected to a common terminal (540) of the switching device, while the other output terminals (538a, 538b) of the double-wave rectifiers (536a, 536b) are connected to the switching device (44) or (46). The actual switching device can again be designed as in Fig. 1.

Fig. 3 ist eine serielle Ausführungsform der Gleichrichter- und Schaltvorrichtung. Zwischen die Anschlüsse (a und c) ist eine Parallelschaltung geschaltet, welche zwei Reihenschaltungen aus jeweils einem Einweggleichrichter (636a, 636b) und einem Schalte) (644) bzw. (646) tnthalten. Die Gleichrichter sind bezüglich des Anschlusses (a) entgegengesetzt gepolt. Die Schalter (644), 646) werden im Takte der Halbwellen der zweiten Wechselspannung relativ niedriger Frequenz alternierend durchgeschaltet und gesperrt. Die Anschlüsse (b) und (d) sind direkt miteinander verbunden.Fig. 3 is a serial embodiment of the rectifier and switching device. A parallel circuit is connected between the connections (a and c), which contains two series circuits each consisting of a half-wave rectifier (636a, 636b) and a switch (644) or (646). The rectifiers are polarized in opposite directions with respect to the connection (a). The switches (644), 646) are alternately switched on and off in time with the half-waves of the second alternating voltage of relatively low frequency. The connections (b) and (d) are directly connected to one another.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 entspricht Fig. 3 mit der Ausnahme., daß hier Doppelweggleichrichter (736a, 736b) verwendet werden, die jeweils zwei Eingangsanschlüsse, die mit den Sekundärw»cklungsanschlCisse (a, fa) verbunden sind, und zwei Ausgangsanschlüsse aufweisen. Die Doppelweq-Gleichrichter sind mit ihrem positiven bzw. ihrem negativs~ Ausgangsanschluß gemeinsam an den Anschluß (c) angeschlossi"' .&agr; mit ihrem verbleibenden Ausgangsanschluß jeweils über einen Schalter (744) bzw. (746) an den Anschluß Cd) angeschlossen. Die Schalter werden wieThe embodiment according to Fig. 4 corresponds to Fig. 3 with the exception that here full-wave rectifiers (736a, 736b) are used, each of which has two input terminals, which are connected to the secondary winding terminals (a, fa), and two output terminals. The full-wave rectifiers are connected with their positive and negative output terminals together to the terminal (c) and with their remaining output terminals each connected via a switch (744) or (746) to the terminal (c). The switches are connected as follows:

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bei Fig. 3 alternierend aufgetastet und gesperrt.in Fig. 3 alternately keyed and locked.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 sind die Anschlüsse (a) und Cc) sowie (b) und Cd) jeweils über eine Parallelschaltung eines Gleichrichters (836a) bzw. (836b) und einer Schaltvorrichtung (844, 846) verbunden. Die Schalter C844, 846) werden wie die Schalter (644, 646) der Fig. 3 im Takte der halbwellen der Wechselspannung niedriger Frequenz alternierend geöffnet und geschlossen. Die beiden Parallelschaltungen können auch in Reihe miteinander zwischen den einen Anschluß der Sekundärwicklung Cz.B. a) und den einen Ausgangsanscnluß (z.B. c ) geschaltet werden, wobei die Gleichrichter in der Reihenschaltung aus der Transfonnatorwicklung, den Ausgangsanschlüssen und den Parallelschaltungen einander entgegengesetzt gepolt sind und der andere Sekundärwicklungsanschluß mit dem anderen Ausgangsanschluß durchverbunden ist. Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform sind die Gleichrichter Einweg-GLeichrichter.In the embodiment according to Fig. 5, the connections (a) and Cc) as well as (b) and Cd) are each connected via a parallel circuit of a rectifier (836a) or (836b) and a switching device (844, 846). The switches C844, 846) are opened and closed alternately in time with the half-waves of the low-frequency alternating voltage, like the switches (644, 646) in Fig. 3. The two parallel circuits can also be connected in series with one another between one connection of the secondary winding C, e.g. a) and one output connection (e.g. c), whereby the rectifiers in the series circuit of the transformer winding, the output connections and the parallel circuits are polarized in opposite directions and the other secondary winding connection is connected through to the other output connection. In the embodiment shown in Fig. 5, the rectifiers are half-wave rectifiers.

Die beschriebenen Ausgangsschaltungen lassen sich offensichtlich auch ohne Schwierigkeiten auf mehrphasige, z. B. dreiphasige Systeme anwenden.The output circuits described can obviously also be applied to multi-phase, e.g. three-phase systems without difficulty.

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Claims

DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER
PATENT ATTORNEYS

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EUROPEAN PATENT OFFICE .^_^ _m

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EUROPEAN PATENT ATTORNEYS TELEGRAM SOMSEZ

EUROPEAN APPLICANTS IN BREWING D-8OOO MUNICH 2 FAX GR. II + III (089)526898

12133/Gbm Dr.v.B/Schä/44

Professor Dr.-Ing. Jovan Antula
Trappentreustrasse 19, 8000 Hünchen 2

Electronic voltage converter
PROTECTION CLAIMS

1. Electronic voltage converter with

- an input circuit (10) for generating a first pulse or alternating voltage with a relatively high first frequency, which is modulated with a second alternating voltage with a relatively low second frequency,

- a transformer (212) dimensioned for the first frequency, which has a primary winding fed with the modulated first voltage and a secondary winding 214 at which a transformer output alternating voltage occurs, and

- an output circuit connected to the secondary winding (214) of the transformer (212), which contains a rectifier circuit and a switching device (218) which operates in time with the second frequency and alternately switches unipolar sections of the transformer output alternating voltage with opposite polarities to output terminals (c, d), corresponding to a half-wave of the modulating second alternating voltage, and

- a control circuit for the switching device,

wherein the switching device (218) is designed in the manner of a bridge circuit which

a) two input terminals (a, b),

b) two branches/ which contain a series connection of two controlled switches (44, 48, 46, 50) in parallel and

fOSTOInO MUNICH NO. «914&bgr;·&bgr;&Igr;/0 ■ &Iacgr;&ogr;&Agr;&Ngr;&Kgr;&Kgr;&ogr;&Ngr;&tgr;'&oacgr;&EEgr;&Ugr;^&Ogr;&Bgr;&Lgr;&Ngr;&Mgr; MUNoHBN (BLZ 7002000t) KTO, KH015^011 SWIFT HVpÖ DE MM

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c) contains the two output terminals (c, d), each of which is coupled to a connection point between the two switches (44, 48; 46, 50) in the two branches,

characterized in that the rectifier circuit contains two rectifier units (222, 223; 536a, 536b), each of which is connected between one terminal (a) of the secondary winding (214) and the end of one of the two series circuits of the switching device (218) (Fig. 1 and 2).

2. Electronic voltage converter according to the preamble of claim 1, characterized in that two series circuits (636a, 644; 636b, 646) connected in parallel to one another, each comprising a rectifier (636a, 636b) and a switch (644, 646), are coupled between a first connection (a) of the secondary winding (214) of the transformer (212) and the one output connection (c) of the switching device, that the rectifiers are polarized in opposite directions and that a second connection (b) of the secondary winding (214) is connected to the second output connection (d) of the switching device (Fig. 3).

3. Electronic voltage converter according to the preamble of claim 1, characterized in that

- a first and a second terminal (a, b) of the secondary winding (214) of the transformer (212) are coupled to the input terminals of two full-wave rectifiers (736a, 736b);

- one output of each full-wave rectifier is connected to one output terminal (c) of the switching device and

- a second output of each full-wave rectifier is connected via a switching device (744, 746) ^to the second output terminal (d) of the switching device (Fig. 4).

4. Electronic voltage converter according to the preamble of claim 1, characterized in that between two terminals (ä, b) of the secondary winding (214) of the transformer (212;) a

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Series circuit consisting of the two output circuits (c, d) and two parallel circuits each consisting of a rectifier ⁽¹ <836ä> 836b) and a switch (844/ 846) / whereby the rectifiers in the series circuit are oppositely polarized (Fig. 5)*

5* Voltage converter according to one of claims 1, 2 or 4, characterized in that the rectifiers are linear rectifiers.

6. Voltage converter according to one of claims 1, 2 or 4, characterized in that the rectifiers are full-wave rectifiers.

7. Voltage converter according to one of the preceding claims / characterized in that the switches are semiconductor switches / such as transistors or thyristors, which are controlled by the second alternating voltage via a galvanically isolating coupling circuit.

8. Voltage converter according to one of the preceding claims, characterized in that the output circuit contains a filter circuit designed to suppress the higher frequency alternating voltage, which is connected between the rectifier circuit (222, 223) and the switching device (218).