EP2875574A1 - Method and device for driving a load - Google Patents

Method and device for driving a load

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Publication number
EP2875574A1
EP2875574A1 EP13762771.7A EP13762771A EP2875574A1 EP 2875574 A1 EP2875574 A1 EP 2875574A1 EP 13762771 A EP13762771 A EP 13762771A EP 2875574 A1 EP2875574 A1 EP 2875574A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
converter
load
waves
control
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13762771.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Eue
Philip Fosu OKYERE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2875574A1 publication Critical patent/EP2875574A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/0077—Plural converter units whose outputs are connected in series
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
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    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
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    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/497—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode sinusoidal output voltages being obtained by combination of several voltages being out of phase

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling a load, in particular for controlling signal lights of a signal system, preferably for rail vehicles.
  • a clocked voltage converter for driving a piezoelectric actuator is known, as this is used in Kraftstoffinj ectors modern internal combustion engines.
  • a DC voltage with semiconductor switches is converted into a pulsating DC voltage which can be converted by means of an energy ⁇ memory, for example a capacitor in a small re ⁇ or greater tension.
  • the pulse width modulation method is used by periodically interrupting the input voltage and turning it back on with variable pulse width.
  • universal interface modules can be constructed for several similar loads.
  • Such interface modules can also be used in signal technology, in particular for rail vehicles (railway signaling technology), for the control of signal lights. In this case can in a simple manner and continuing the requirements se to accommodate different connector ⁇ ladder resistors and a synchronous flashing mode and ei ⁇ ne day-night switching can be realized because of the universality of such a voltage converter.
  • a clocked voltage converter can not be used in a simple manner if a load in the form of, in particular, such signal lamps of a signaling system for rail vehicles with an alternating voltage and a fre ⁇ quency of z. B. 50 Hz or 60 Hz to be operated. Though can be used for these applications special, bipolar voltage converter ⁇ . These are very expensive. The generation of superimposed with AC voltage DC voltage and the connection of a load via a correspondingly large coupling capacitor are energetically disadvantageous.
  • the invention has the object of providing a particularly ge ⁇
  • One suitable method and apparatus particularly suitable for driving a load in particular for the control of signal lamps of a signaling system for railway vehicles, to admit ⁇ .
  • the inventive method for driving a load provides a clocked voltage converter with two preferably identical or identical and working as a buck converter converter modules. These are controlled by means of pulse-modulated control signals in such a way that the output-side load is supplied with two mutually half-period offset voltage half-waves to form an AC voltage.
  • control here means in particular ⁇ special also the generation of a supply voltage for the load.
  • Pulse-modulated control signals are pulse-width-modulated (PWM) and / or pulse-pause-modulated (PPM) control signals.
  • a sinusoidal output voltage is generated by means of the two identical converter modules.
  • Conceivable is the generation of other forms of voltage, such as triangular voltages or trapezoidal voltages and a DC voltage with superposed AC voltage.
  • the output-side load circuit is closed via the respective other converter module.
  • the respective converter module output side shorted ⁇ joined expediently through a path.
  • a controllable semiconductor switch in particular a MOSFET, switched or this path is formed by the semiconductor switch.
  • This variant is particularly suitable in the case of a discrete diode in an already existing freewheeling path.
  • converter modules with a controlled freewheeling diode in the form of a so-called synchronous MOSFET are used in the freewheeling path.
  • the synchronous MOSFET then takes over the function of the short-circuiting of each ⁇ bib converter module output, with no discrete diode ⁇ it is conducive.
  • the two converter modules on the output side in each case generate a pulsating DC voltage by a half Pe ⁇ Riode offset positive voltage half-waves, from which on the load side, a sinusoidal AC output voltage is formed.
  • the device is used to control and in particular to supply power to a load and comprises a clocked voltage converter with two input side parallel ge ⁇ switched converter modules. These work preferably as Step-down converter.
  • a control or regulating device is used to control the converter modules such that they ausgangssei ⁇ tig two mutually offset by a half period clamping ⁇ half-wave voltage - as a sinusoidal alternating voltage - erzeu- gene.
  • the two preferably identically constructed converter modules have a positive current path (plus path) to a series arrangement of a controllable semiconductor switch, in particular a MOSFET, and an inductance and a reference ⁇ path (negative path or zero volt path).
  • a controllable semiconductor switch in particular a MOSFET
  • an inductance and a reference ⁇ path negative path or zero volt path
  • Converter module which does not generate any output voltage short-circuit ⁇ module output to receive power.
  • the control or regulation device referred to below as a regulation is expediently operated jointly and in such a way that the two converter modules alternately output positive half-waves of the desired frequency, for example 50 Hz.
  • the Wandlermodu ⁇ le are driven such that the one transducer module Gera- de no voltage half-waves generated short-circuited via a resistor connected between the positive current path and the reference path êtba ⁇ ren semiconductor switch, in particular MOSFET or a synchronously-MOSFET in the freewheeling path is and thus closes the load circuit.
  • the current direction is Chryslerge ⁇ directed so that from the viewpoint of the load by forming the difference between the two by a half period offset pulsating directing voltages of the converter modules a sinusoidal output voltage is provided.
  • a reference value specification is provided. For this purpose, for example, a table with predefined setpoint values for time-dependent shaping of the voltage half-waves is stored.
  • the control circuitry controls based on a comparison of the detected output side voltage values (actual values) of the converter modules with the zeitab ⁇ pending predetermined desired values, the converter modules so that they supply the output side the desired pulsating DC voltages.
  • Means of control can be set tung resistors advantageously also the off ⁇ output voltages of the converter modules or the output voltage of the clocked voltage converter for driving the load side signal lights for a day-night change-over and for a synchronous flashing operation and to compensate for Harleylei-.
  • the output voltage of the clocked voltage converter is reduced overall to reduce the brightness of the signal lights during the night.
  • the flashing operation through specific control of the wall ⁇ lermodule different flashing rates of the signal lights ⁇ , especially synchronously, are set. To compensate for line resistance, the output voltage can be selectively increased, so that the necessary voltage is available at the load.
  • freewheel path current path between the plus and minus paths of each of the two converter modules is preferably controlled by means of the control or regulating device (control) freewheeling diode maral ⁇ Tet.
  • control or regulating device (control) freewheeling diode is used as a controlled freewheeling diode, a synchronous MOSFET in the freewheeling path of both converter modules, which is characterized by a very low resistance in the on state.
  • the two converter modules operate as step-down converters with synchronous rectification (synchronous converter), which are usually used to generate DC voltages.
  • the control or regulation device generates a pulse-width-modulated (PWM) and / or pulse-pause-modulated (PPM) control signal for the semiconductor switches of the two converter modules on the basis of the desired-actual comparison with a for the shaping of the pulsating DC voltages or voltage - Half-wave suitable duty cycles (duty cycle).
  • Duty cycle the or each load-side signal light of a signaling system for railway vehicles and are advantageously set in simp ⁇ cher manner, the nighttime bright and the Blinkge ⁇ speed.
  • the flashing speed is thereby generated by time-controlled suspension (non-execution) of the switching on of the semiconductor switches of the two converter modules.
  • a clocked voltage converter with two input side parallel connected converter modules or two similar clocked voltage transformers are used to control a load, in particular for driving signal lights of a signaling system for rail vehicles, and these by means of pulse ⁇ wide- and / or Puls-pause-controlled signals controlled such that the output side connected between the positive paths of the two converter load with two mutually offset by half a period half-waves - and in this case preferably with a sinusoidal load or output voltage - is supplied.
  • FIG. 1 shows schematically in a circuit and block diagram a clocked voltage converter with two similar converter modules and a control and / or regulating device for controlling the converter modules
  • FIG 2 shows the clocked voltage converter according to FIG 1, a first transducer module generates a sinusoidal direct tensioning ⁇ voltage half-wave, while the second transducer module ⁇ is short-circuited,
  • FIG. 4 shows the pulsed direct voltages generated by the two converter modules with voltage half-waves offset by half a period and the sinusoidal load or oscillator generated therefrom by subtraction
  • FIG. 5 shows a variant of the clocked voltage converter with a discrete diode in the freewheeling path and additional output side of a controllable semiconductor
  • FIG. 1 shows schematically a device 1 for driving a load 2 in the form of preferably one or more signal lights, with a two similar converter modules Ml and M2 having clocked voltage converter and a controller hereinafter referred to as control and / or regulating device 3.
  • control and / or regulating device 3 a controller hereinafter referred to as control and / or regulating device 3.
  • Similar converter modules Ml and M2 are understood to mean two clocked voltage transformers constructed from identical electronic components as identical as possible.
  • the two converter modules Ml and M2 are connected on the input side para ⁇ Pa ra lle l, while the load 2 on the output side to the JE mony Plus paths (positive current paths) PI and P2 of the converter modules Ml and M2 is connected at ⁇ .
  • the two Plus paths PI and P2 are connected to the designated U E positive pole of a direct current or direct voltage source, while the negative or reference paths Bl and B2 of the two converter modules Ml and M2 to the reference potential (0V) of
  • the referred to as a first transducer module designated wall ⁇ lermodul Ml comprises Plus path PI a series circuit of semiconductor switches egg nem TIA in the form of a MOSFET and a
  • the freewheeling path Fl or the local semiconductor switch TIB starts at the connection between the semiconductor switch TIA and the coil LI.
  • the synchronous or synchronous rectifier MOSFET TIB the freewheel path Fl has a very low ohmic resistance in the on state scarf ⁇ ended.
  • a capacitor C1 is connected between the positive path PI and the reference path B1.
  • the two semiconductor switches TIA and TIB are actuated by the controller 3 via a gate driver G1 connected to their control inputs (gate).
  • the referred to below as the second transducer module transducer ⁇ module M2 is constructed analogously to the first transducer module Ml and comprises on the positive path P2, a series circuit of a semi conductor switch T2A in the form of a MOSFET and a coil (inductor) L2 as well as a freewheeling path F2 between the plus ⁇ path P2 - again at the connection between the semiconductor switch T2A and the coil L2 attaching - and the reference path B2 with another semiconductor switch T2B in the form in turn of a synchronous rectifier MOSFET.
  • a capacitor C2 is connected between the positive path P2 and the reference path B2.
  • the two semiconductor switches T2A and T2B are likewise controlled by the controller 3 via a gate driver G2 connected to their control inputs (gate).
  • the gate drivers G1 and G2 of the two converter modules M1, M2 are supplied with pulse-width-modulated control signals (PWM signal) S1 and S2, respectively, which are generated by the controller 3.
  • PWM signal pulse-width-modulated control signals
  • these pairs of similarly constructed control strands or branches comprise comparator modules V SI1 and V SI2 assigned to the respective converter module Ml, M2. This is the respective current, output side voltage value of the two converter modules Ml, M2 supplied as an actual value Vli, V2i and an associated setpoint Vis or V2s. Based on the target-actual comparison is by means of a block PWM1, PWM2 the
  • the respective setpoint Vis, V2s is provided by a Sollwertvorga ⁇ be SV1, SV2, which has a group of target Cheap ⁇ zeugern and holds at least the AC modules ACn ent ⁇ , and in which the time-dependent voltage values of the output voltages of the converter modules Ml or M2 are, for example, tabulated.
  • a Sollwertvorga ⁇ be SV1, SV2, which has a group of target Cheap ⁇ zeugern and holds at least the AC modules ACn ent ⁇ , and in which the time-dependent voltage values of the output voltages of the converter modules Ml or M2 are, for example, tabulated.
  • V2s is the load or output voltage Vol (t) and Vo2 (t) of the converter modules Ml, M2 set by controlled switching on and off their semiconductor switches TIA or T2A.
  • PWM pulse width modulation
  • PPM pulse width modulation
  • While the duty cycle t e is the semiconductor switch T1B, T2B of the respectively active and the positive voltage half-waves or the pulsating DC voltage Vol (t), o2 (t) generate ⁇ the transducer module Ml or blocked M2 and the current flows through the load 2, while the coil current in the coil LI, L2 rises.
  • the output voltage Vol (t), Vo2 (t) increases.
  • the load current I L - during AusschaltZei ⁇ th t a flows on the one hand from the capacitor Cl, C2 through the discharge, and on the other hand through the freewheeling path Fl, F2 - made possible by the reduction of the magnetic field in the coil (inductance) LI, L2.
  • the semiconductor switch TIA As soon as, for example, the semiconductor switch TIA has completed its switch-on phase, the semiconductor switch T1B of the converter module M1 is activated in order to form a low-loss free-wheeling path for the coil (inductance) L1. As soon ⁇ the magnetic field in the coil LI has been reduced, the semiconductor switch (synchronous rectifier) T1B is locked again.
  • the opposite-phase control of the semiconductor switches TIA and T1B or T2A and T2B is usually carried out with a frequency of several kHz, so that the predetermined setpoints for time-dependent shaping of the voltage half-wave lead to a correspondingly fine-scale shaping of the output voltage.
  • the inventive target-comparator modules V SI1, SI2 V are not limited to, in the phases of a desired output voltage to 0V ⁇ comparatively passive delivery of Akti ⁇ demoungssignalen to the semiconductor switch TIA, T2A in the Plus path to suppress.
  • An output voltage of OV is rather actively forced by short circuit, preferably by switching on the semiconductor switches (synchronous rectifier) T1B, T2B.
  • the preferred synchronous rectifier converter technology - can each have a semiconductor switch T1B T2B ⁇ between the plus path (positive current path) PI, P2 and the minus or Reference path Bl, B2 are added in addition to a discrete diode Dl, D2 in the freewheeling path Fl or F2.
  • FIGs 2 and 3 show the device 1 without control 3 and with the converter modules Ml and M2 in different switching states.
  • FIG 2 shows the closed via the second converter module M2 and denoted by I L ⁇ + > load circuit, while the first ⁇ converter module Ml shown in Figure 4 left top ⁇ showed sinusoidal, pulsating half-waves Vol (t) generated.
  • the semiconductor switches TIA and T1B of the transducer module Ml via the gate driver Gl by means of the PWM control signal Sl are driven such that with the controlled change of the duty cycle (duty cycle), the predetermined desired ⁇ values for time-dependent formation of the voltage half-wave in a corresponding formation the output voltage at the
  • Lead Last 2 During delivery of each sinusoidal DC voltage half-wave by the first transducer module Ml is the freewheeling path F2 of the second transducer module M2 ununter ⁇ broken turned on, so that the results with I L ⁇ +> bezeichne- th load circuit.
  • FIG. 3 shows the analogous situation in which the second converter module M2 has the pulsating FIG
  • the two converter modules Ml and M2 which operate as buck converters with synchronous rectification, can easily and reliably achieve a flashing mode of one or more signal lights 2 of a signaling system for rail vehicles and their day-night switching with different degrees of brightness become. Also, to adapt to the particular conditions of the signal system, in particular under defenceli ⁇ cher connection line resistances to the signal light or the signal lights, by selecting a different A target output voltages of the control 3 can be activated.
  • a desired flashing state An (y) or Aus (n) and a desired flashing speed of the load-side signal light 2 are given before ⁇ .
  • a day-night block TN1, TN2 the setpoint values Vis and V2s for specifying the impaired brightness of the signal lamp 2 at night under a ge ⁇ called day-night switch is used.
  • a line adaptation module LA1 or LA2 is used for selectively increasing the output voltage in order to achieve the necessary operating voltage despite connection line resistances on the signal light.
  • the aforesaid group of set value generators including the AC component AC1 and AC2, respectively, can be active at the same time and influence the generation of the output voltage.
  • a signal lamp to be operated, for example, with 50 Hz AC voltage could currently be switched to night voltage and activated flashing, while the output voltage is basically increased by 10% to compensate for connection line resistance.
  • M2 all requirements of the egg ⁇ senbahnsignaltechnik meet for the control of signal lights and not be limited to the generation of an AC voltage is preferably also a DC building block DC1, DC2 provided under the arrangements.
  • FIG. 5 shows a variant of the converter modules M1 and M2 with instead of a synchronous rectifier MOSFET in the freewheeling path Fl or F2 in each case an output-side semiconductor switch ⁇ 1 ⁇ ⁇ and T2B ⁇ in the form of a MOSFET in addition to a discrete diode Dl or D2 between the respective Weil plus path PI, P2 and the respective minus or reference path Bl or B2.
  • the gate drivers G1, G2 of the converter modules M1 and M2 respectively have a first terminal All, A21 and a second terminal A12, A22.
  • the first one Terminal All, A21 is in turn - analogous to Figures 1 to 3 - connected to the respective PWM module PWM1 or PWM2.
  • the respective second connection A12, A22 is connected to the respective desired-actual comparator module V SI1 or V SI2 .
  • the PWM module PWM1, PWM2 controls via the respective gate driver Gl, G2 the semiconductor switch TIA, T2A of the converter module M1 or M2.
  • the comparator module V SI1 , V SI2 controls the semiconductor switch T1B via the gate driver G1, G2
  • the respective PWM module PWM1, PWM2 controls both semiconductor switches TIA, TIB and T2A, T2B via the corresponding gate driver Gl, G2, since the semiconductor switches TIB, T2B are synchronous rectifiers and Timely correct in the embodiment ⁇ form according to the Figures 1 to 3 not existing diode Dl, D2 he ⁇ sets.
  • the target-actual comparator module V SI1 , V SI2 via the respective gate drive G1, G2 also controls the synchronous ⁇ rectifier semiconductor switches TIB and T2B and causes the short circuit, while the respective PWM module PWM1, PWM2 at this time resting, because there is no tension.
  • the DC or DC voltage source can be connected in total with reverse polarity.
  • the DC or DC voltage source can be connected together with reverse polarity, and all semiconductor switches TIA, T1B, T2A and T2B can be used contrary to the representations in Figures 1 to 3 with reversed drain and source connection.
  • one of the converter modules Ml or M2 will be closed with reversed polarity to the direct current or direct voltage source to ⁇ and provided with suitable for this purpose semiconductor switches.
  • one of the converter modules M1 or M2 may be connected to the DC or DC voltage source in reverse polarity, and the semiconductor switches used therein are connected with the drain and source terminals reversed.
  • T1B semiconductor switch (synchronous rectifier MOSFET)
  • T2B semiconductor switch (synchronous rectifier MOSFET) ⁇ 1 ⁇ ⁇ semiconductor switch
  • V SI i f 2 comparator block Vol (t) voltage half-waves / pulsating DC voltage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

In order to drive a load (2), particularly to drive signal lamps in a signal system for rail vehicles, by means of a clocked voltage converter with two converter modules (M1, M2) on the input side connected in parallel, preferably functioning as buck converters, said modules are driven by means of pulse-modulated (PWM and/or PPM) signals (S1, S2) in such a manner that the load (2) connected on the output side between the converter modules (M1, M2) is supplied with two voltage half-waves (Vo1(t), Vo2(t)) offset relative to one another by half a period, forming an alternating voltage.

Description

Beschreibung description
Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung einer Last Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Last, insbesondere zur Ansteuerung von Signalleuchten einer Signalanlage, vorzugsweise für Schienenfahrzeuge . Aus der DE 103 53 037 AI ist ein getakteter Spannungswandler zur Ansteuerung eines piezoelektrischen Aktors bekannt, wie dieser in Kraftstoffinj ektoren moderner Brennkraftmaschinen Verwendung findet. Mittels des getakteten Spannungswandlers wird eine Gleichspannung mit Halbleiterschaltern in eine pul- sierende Gleichspannung gewandelt, die mittels eines Energie¬ speichers, beispielsweise eines Kondensators, in eine kleine¬ re oder größere Spannung umgeformt werden kann. Zur Steuerung oder Regelung der Ausgangsspannung wird das Verfahren der Pulsbreitenmodulation verwendet, indem die Eingangsspannung periodisch unterbrochen und mit variabler Pulsbreite wieder eingeschaltet wird. The invention relates to a method and a device for controlling a load, in particular for controlling signal lights of a signal system, preferably for rail vehicles. From DE 103 53 037 AI a clocked voltage converter for driving a piezoelectric actuator is known, as this is used in Kraftstoffinj ectors modern internal combustion engines. By means of the clocked voltage converter, a DC voltage with semiconductor switches is converted into a pulsating DC voltage which can be converted by means of an energy ¬ memory, for example a capacitor in a small re ¬ or greater tension. For controlling the output voltage, the pulse width modulation method is used by periodically interrupting the input voltage and turning it back on with variable pulse width.
Mittels derartiger getakteter Spannungswandler können universelle Schnittstellenbaugruppen für mehrere gleichartige Las- ten konstruiert werden. Solche Schnittstellenbaugruppen können auch in der Signaltechnik, insbesondere für Schienenfahrzeuge (Eisenbahnsignaltechnik) , zur Ansteuerung von Signalleuchten eingesetzt werden. Dabei können aufgrund der Universalität derartiger Spannungswandler in einfacher Art und Wei- se die Anforderungen zur Anpassung an verschiedene Anschluss¬ leiterwiderstände sowie einen synchronen Blinkbetrieb und ei¬ ne Tag-Nacht-Umschaltung realisiert werden. By means of such clocked voltage transformers universal interface modules can be constructed for several similar loads. Such interface modules can also be used in signal technology, in particular for rail vehicles (railway signaling technology), for the control of signal lights. In this case can in a simple manner and continuing the requirements se to accommodate different connector ¬ ladder resistors and a synchronous flashing mode and ei ¬ ne day-night switching can be realized because of the universality of such a voltage converter.
Ein getakteter Spannungswandler kann jedoch nicht in einfa- eher Art und Weise eingesetzt werden, wenn eine Last in Form insbesondere derartiger Signalleuchten einer Signalanlage für Schienenfahrzeuge mit einer Wechselspannung und einer Fre¬ quenz von z. B. 50 Hz oder 60 Hz betrieben werden soll. Zwar können für diese Anwendungen spezielle, bipolare Spannungs¬ wandler eingesetzt werden. Diese sind jedoch sehr kostenintensiv. Auch die Erzeugung von mit Wechselspannung überlagerter Gleichspannung und der Anschluss einer Last über einen entsprechend großen Koppelkondensator sind energetisch nachteilig. A clocked voltage converter, however, can not be used in a simple manner if a load in the form of, in particular, such signal lamps of a signaling system for rail vehicles with an alternating voltage and a fre ¬ quency of z. B. 50 Hz or 60 Hz to be operated. Though can be used for these applications special, bipolar voltage converter ¬. These are very expensive. The generation of superimposed with AC voltage DC voltage and the connection of a load via a correspondingly large coupling capacitor are energetically disadvantageous.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders ge¬ eignetes Verfahren und eine besonders geeignete Vorrichtung zur Ansteuerung einer Last, insbesondere zur Ansteuerung von Signalleuchten einer Signalanlage für Schienenfahrzeuge, an¬ zugeben . The invention has the object of providing a particularly ge ¬ One suitable method and apparatus particularly suitable for driving a load, in particular for the control of signal lamps of a signaling system for railway vehicles, to admit ¬.
Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß ge- löst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiter¬ bildungen sind Gegenstand der darauf rückbezogenen Unteransprüche . With regard to the method, the object is achieved by the features of claim 1. Advantageous further ¬ formations are the subject of the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung einer Last sieht einen getakteten Spannungswandler mit zwei vorzugsweise gleichartigen oder identischen und als Tiefsetzsteller arbeiten Wandlermodulen vor. Diese werden mittels pulsmodulierten Steuersignalen derart angesteuert, dass die ausgangsseitige Last mit zwei gegeneinander um eine halbe Periode versetzten Spannungshalbwellen unter Bildung einer Wechselspannung versorgt wird. Der Begriff Ansteuerung bedeutet hierbei insbe¬ sondere auch die Erzeugung einer Versorgungsspannung für die Last. Unter pulsmodulierten Steuersignalen werden pulsweiten- modulierte (PWM) und/oder puls-pausen-modulierte (PPM) Steu- ersignale verstanden. The inventive method for driving a load provides a clocked voltage converter with two preferably identical or identical and working as a buck converter converter modules. These are controlled by means of pulse-modulated control signals in such a way that the output-side load is supplied with two mutually half-period offset voltage half-waves to form an AC voltage. The term control here means in particular ¬ special also the generation of a supply voltage for the load. Pulse-modulated control signals are pulse-width-modulated (PWM) and / or pulse-pause-modulated (PPM) control signals.
Insbesondere für die Anwendung in der Signaltechnik mit einer Anzahl von Signalleuchten als Last wird mittels der beiden gleichartigen Wandlermodule eine sinusförmige Ausgangsspan- nung erzeugt. Denkbar jedoch ist auch die Erzeugung von anderen Spannungsformen, wie zum Beispiel Dreieckspannungen oder Trapezspannungen sowie eine Gleichspannung mit überlagerter WechselSpannung . Geeigneterweise wird während der Erzeugung der Spannungshalb¬ wellen mittels jeweils eines der beiden Wandlermodule der ausgangsseitige Laststromkreis über das jeweils andere Wand- lermodul geschlossen. Hierzu wird das jeweilige Wandlermodul ausgangsseitig zweckmäßigerweise über einen Pfad kurzge¬ schlossen. In diesen Pfad ist beispielsweise ein steuerbarer Halbleiterschalter, insbesondere ein MOSFET, geschaltet bzw. ist dieser Pfad durch den Halbleiterschalter gebildet. Diese Variante geeignet sich insbesondere im Fall einer diskreten Diode in einem bereits vorhandenen Freilaufpfad . In particular for use in signaling technology with a number of signal lights as a load, a sinusoidal output voltage is generated by means of the two identical converter modules. Conceivable, however, is the generation of other forms of voltage, such as triangular voltages or trapezoidal voltages and a DC voltage with superposed AC voltage. Suitably, during the generation of the voltage half waves by means of in each case one of the two converter modules, the output-side load circuit is closed via the respective other converter module. For this, the respective converter module output side shorted ¬ joined expediently through a path. In this path, for example, a controllable semiconductor switch, in particular a MOSFET, switched or this path is formed by the semiconductor switch. This variant is particularly suitable in the case of a discrete diode in an already existing freewheeling path.
Gemäß einer bevorzugten Variante werden jedoch Wandlermodule mit gesteuerter Freilaufdiode in Form eines sogenannten Syn- chron-MOSFET im Freilaufpfad eingesetzt. Der Synchron-MOSFET übernimmt dann auch die Funktion des Kurzschließens des je¬ weiligen Wandlermodulausgangs, wobei keine diskrete Diode er¬ forderlich ist. Aus den von den Wandlermodulen erzeugten, zu deren Rücklei- tern (Minus- oder Null-Volt-Pfad) jeweils positiven Span¬ nungshalbwellen wird vorzugsweise eine Lastspannung mit periodisch positiven und negativen Halbwellen gebildet. Besonders bevorzugt erzeugen die beiden Wandlermodule ausgangsseitig jeweils eine pulsierende Gleichspannung mit um eine halbe Pe¬ riode versetzten positiven Spannungshalbwellen, aus denen lastseitig eine sinusförmige Ausgangswechselspannung gebildet wird . Bezüglich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 7. Vorteilhafte Aus¬ gestaltungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche . Die Vorrichtung dient zur Ansteuerung und dabei insbesondere zur Spannungsversorgung einer Last und umfasst einen getakteten Spannungswandler mit zwei eingangsseitig parallel ge¬ schalteten Wandlermodulen. Diese arbeiten vorzugsweise als Tiefsetzsteller. Eine Steuer- oder Regeleinrichtung dient zur Ansteuerung der Wandlermodule derart, dass diese ausgangssei¬ tig zwei gegeneinander um eine halbe Periode versetzte Span¬ nungshalbwellen - als sinusförmige Wechselspannung - erzeu- gen . According to a preferred variant, however, converter modules with a controlled freewheeling diode in the form of a so-called synchronous MOSFET are used in the freewheeling path. The synchronous MOSFET then takes over the function of the short-circuiting of each ¬ weiligen converter module output, with no discrete diode ¬ it is conducive. From the signals generated by the transducer modules, which Rücklei- (minus or zero volt path) tern each positive rake ¬ voltage half-wave voltage with a load periodically positive and negative half-waves is preferably formed. Particularly preferred are the two converter modules on the output side in each case generate a pulsating DC voltage by a half Pe ¬ Riode offset positive voltage half-waves, from which on the load side, a sinusoidal AC output voltage is formed. With respect to the apparatus, the object is solved by the features of claim 7. Advantageous configurations are from ¬ subject matter of the related subclaims. The device is used to control and in particular to supply power to a load and comprises a clocked voltage converter with two input side parallel ge ¬ switched converter modules. These work preferably as Step-down converter. A control or regulating device is used to control the converter modules such that they ausgangssei ¬ tig two mutually offset by a half period clamping ¬ half-wave voltage - as a sinusoidal alternating voltage - erzeu- gene.
Die beiden vorzugsweise identisch aufgebauten Wandlermodule weisen einen positiven Strompfad (Pluspfad) mit einer Reihenschaltung aus einem steuerbaren Halbleiterschalter, insbeson- dere einem MOSFET, und einer Induktivität sowie einen Bezugs¬ pfad (Minuspfad oder Null-Volt-Pfad) auf. An den positiven Strompfad und an den Bezugspfad ist eingangsseitig eine The two preferably identically constructed converter modules have a positive current path (plus path) to a series arrangement of a controllable semiconductor switch, in particular a MOSFET, and an inductance and a reference ¬ path (negative path or zero volt path). On the positive current path and the reference path is the input side
Gleichspannung mit dem Pluspol am positiven Strompfad und dem Minuspol oder Null-Volt-Potential an den Bezugspfad gelegt. Die Last ist ausgangsseitig zwischen die beiden positiven Strompfade der Wandlermodule und somit ausgangsseitig zwi¬ schen diese geschaltet. Mit anderen Worten ist die Last somit nicht gegen einen der Bezugspfade (Rückleiter) , sondern zwischen die beiden Pluspfad-Ausgänge der Wandlermodule geschal- tet. Der Laststromkreis wird geschlossen, indem dasjenigeDC voltage with the positive pole at the positive current path and the negative pole or zero volt potential connected to the reference path. The load on the output side connected between the two positive current paths of the converter modules and thus the output side Zvi ¬ exploiting those. In other words, the load is thus not switched against one of the reference paths (return conductor) but between the two positive-path outputs of the converter modules. The load circuit is closed by the one
Wandlermodul, das gerade keine Ausgangsspannung erzeugt, sei¬ nen Modulausgang kurzschließt, um Strom aufzunehmen. Converter module, which does not generate any output voltage short-circuit ¬ module output to receive power.
Die nachfolgend als Regelung bezeichnete Steuer- oder Re- geleinrichtung ist zweckmäßigerweise beiden Wandlermodulen gemeinsam und derart betrieben, dass die beiden Wandlermodule abwechselnd positive Halbwellen der gewünschten Frequenz, beispielsweise 50Hz, ausgeben. Hierzu werden die Wandlermodu¬ le derart angesteuert, dass dasjenige Wandlermodul, das gera- de keine Spannungshalbwellen erzeugt, über einen zwischen den positiven Strompfad und den Bezugspfad geschalteten steuerba¬ ren Halbleiterschalter, insbesondere MOSFET, oder einen Syn- chron-MOSFET im Freilaufpfad kurzgeschlossen wird und somit den Laststromkreis schließt. Anhängig vom jeweils kurzge- schlossenen Wandlermodul ist die Stromrichtung entgegenge¬ richtet, so dass aus Sicht der Last durch Differenzbildung zwischen den beiden um eine halbe Periode versetzten pulsie- renden Gleichspannungen der Wandlermodule eine sinusförmige Ausgangsspannung bereitgestellt ist. The control or regulation device referred to below as a regulation is expediently operated jointly and in such a way that the two converter modules alternately output positive half-waves of the desired frequency, for example 50 Hz. For this purpose the Wandlermodu ¬ le are driven such that the one transducer module Gera- de no voltage half-waves generated short-circuited via a resistor connected between the positive current path and the reference path steuerba ¬ ren semiconductor switch, in particular MOSFET or a synchronously-MOSFET in the freewheeling path is and thus closes the load circuit. Pending on the respective short-circuited converter module, the current direction is entgegenge ¬ directed so that from the viewpoint of the load by forming the difference between the two by a half period offset pulsating directing voltages of the converter modules a sinusoidal output voltage is provided.
Zur Formung der (positiven) Spannungshalbwellen sowie den da- zwischen liegenden Pausen in der zweiten halben Periode ist eine Sollwertvorgabe vorgesehen. Hierzu ist beispielsweise eine Tabelle mit vorgegebenen Sollwerten zur zeitabhängigen Formung der Spannungshalbwellen hinterlegt. Die Regelung steuert anhand eines Vergleichs der ausgangsseitig erfassten Spannungswerte (Istwerte) der Wandlermodule mit den zeitab¬ hängig vorgegebenen Sollwerten die Wandlermodule derart, dass diese ausgangsseitig die gewünschten pulsierenden Gleichspannungen liefern. Mittels der Regelung können vorteilhafterweise auch die Aus¬ gangsspannungen der Wandlermodule bzw. die Ausgangsspannung des getakteten Spannungswandlers zur Ansteuerung lastseitiger Signalleuchten für eine Tag-Nacht-Umschaltung und für einen synchronen Blinkbetrieb sowie zum Ausgleich von Anschlusslei- tungswiderständen eingestellt werden. Im Falle der Tag-Nacht- Umschaltung mit unterschiedlichen Helligkeiten oder Helligkeitsgraden der Signalleuchten für den Tagbetrieb und für den Nachtbetrieb wird die Ausgangsspannung des getakteten Spannungswandlers insgesamt verringert, um die Helligkeit der Signalleuchten während der Nacht zu reduzieren. Hinsichtlich des Blinkbetriebs können durch gezielte Ansteuerung der Wand¬ lermodule verschiedene Blinkgeschwindigkeiten der Signal¬ leuchten, insbesondere auch synchron, eingestellt werden. Zum Ausgleich von Anschlussleitungswiderständen kann die Ausgangsspannung gezielt erhöht werden, so dass an der Last die notwendige Spannung zur Verfügung steht. Beispielsweise durch Hinterlegung einer entsprechend umfangreichen Tabelle mit vorgegebenen Sollwerten zur zeitabhängigen Signal- oder Span- nungsverlaufsformung können beispielsweise eine gewünschte oder geforderte Nachtspannung, ein spezielles Blinken, eine Ausgangsspannungserhöhung und eine 50Hz-Sinus-Spannung gleichzeitig bereitgestellt werden. In den nachfolgend allgemein als Freilaufpfad bezeichneten Strompfad zwischen dem Plus- und Minuspfad jedes der beiden Wandlermodule ist vorzugsweise eine mittels der Steuer- oder Regeleinrichtung (Regelung) gesteuerte Freilaufdiode geschal¬ tet. Um die Verlustleistung möglich gering zu halten, ist als gesteuerte Freilaufdiode ein Synchron-MOSFET im Freilaufpfad beider Wandlermodule eingesetzt, der sich durch einen sehr niedrigen Widerstand im Einschaltzustand auszeichnet. Mittels der gesteuerten Freilaufdiode bzw. dem Synchron-MOSEFT arbeiten die beiden Wandlermodule als Tiefsetzsteller mit Synchrongleichrichtung (Synchronwandler) , die üblicherweise zur Erzeugung von Gleichspannungen eingesetzt werden. Die Steuer- oder Regeleinrichtung (Regelung) erzeugt für die Halbleiterschalter der beiden Wandlermodule anhand des Soll- Ist-Vergleiches ein pulsweitenmoduliertes (PWM) und/oder puls-pausen-moduliertes (PPM) Steuersignal mit einem für die Ausformung der pulsierenden Gleichspannungen bzw. Spannungs- halbwellen geeigneten Tastgraden (duty cycle) . Anhand desIn order to form the (positive) voltage half-waves and the pauses between them in the second half period, a reference value specification is provided. For this purpose, for example, a table with predefined setpoint values for time-dependent shaping of the voltage half-waves is stored. , The control circuitry controls based on a comparison of the detected output side voltage values (actual values) of the converter modules with the zeitab ¬ pending predetermined desired values, the converter modules so that they supply the output side the desired pulsating DC voltages. Means of control can be set tung resistors advantageously also the off ¬ output voltages of the converter modules or the output voltage of the clocked voltage converter for driving the load side signal lights for a day-night change-over and for a synchronous flashing operation and to compensate for Anschlusslei-. In the case of day-night switching with different brightnesses or degrees of brightness of the signal lights for daytime operation and for nighttime operation, the output voltage of the clocked voltage converter is reduced overall to reduce the brightness of the signal lights during the night. With regard to the flashing operation, through specific control of the wall ¬ lermodule different flashing rates of the signal lights ¬, especially synchronously, are set. To compensate for line resistance, the output voltage can be selectively increased, so that the necessary voltage is available at the load. For example, by depositing a correspondingly extensive table with predefined setpoint values for time-dependent signal or voltage waveform shaping, it is possible, for example, to simultaneously provide a desired or required night voltage, a special flash, an output voltage increase and a 50 Hz sine voltage. In the following generally designated as freewheel path current path between the plus and minus paths of each of the two converter modules is preferably controlled by means of the control or regulating device (control) freewheeling diode geschal ¬ Tet. To keep the power loss possible low, is used as a controlled freewheeling diode, a synchronous MOSFET in the freewheeling path of both converter modules, which is characterized by a very low resistance in the on state. By means of the controlled freewheeling diode or the synchronous MOSFET, the two converter modules operate as step-down converters with synchronous rectification (synchronous converter), which are usually used to generate DC voltages. The control or regulation device (control) generates a pulse-width-modulated (PWM) and / or pulse-pause-modulated (PPM) control signal for the semiconductor switches of the two converter modules on the basis of the desired-actual comparison with a for the shaping of the pulsating DC voltages or voltage - Half-wave suitable duty cycles (duty cycle). Based on the
Tastgrades kann auch die Nacht-Helligkeit bzw. die Blinkge¬ schwindigkeit der oder jeder lastseitigen Signalleuchte einer Signalanlage für Schienenfahrzeuge vorteilhaft und in einfa¬ cher Art und Weise eingestellt werden. Die Blinkgeschwindig- keit wird dabei durch zeitgesteuertes Aussetzten (Nichtdurch- führen) des Einschaltens der Halbleiterschalter der beiden Wandlermodule erzeugt. Duty cycle, the or each load-side signal light of a signaling system for railway vehicles and are advantageously set in simp ¬ cher manner, the nighttime bright and the Blinkge ¬ speed. The flashing speed is thereby generated by time-controlled suspension (non-execution) of the switching on of the semiconductor switches of the two converter modules.
In einer derartigen Signalanlage ist üblicherweise lediglich eine Leitung vorgesehen, da stets alle Leuchten gleichzeitig für die Nacht abgedunkelt werden. Zudem gibt es lediglich ei¬ ne Leitung für einen gegebenenfalls angeforderten Blinkbetrieb, da ein synchrones Blinken aller blinkenden Leuchten gefordert ist. Sind verschiedene Anschlussleitungswiderstände zu den Signalleuchten vorhanden und müssen diese Widerstände durch unterschiedlich erhöhte Ausgangsspannungen des getakteten Spannungswandlers ausgeglichen werden, so sind für jeden Wandler eine entsprechende Anzahl von Auswahlleitungen zur Auswahl der Erhöhung der Ausgangsspannung erforderlich. Zu den Auswahlleitungen gehören auch Aktivierungsleitungen, die die jeweils aktuell notwendige Ausleuchtung bzw. aktuell not¬ wendige Zustände anfordern, beispielsweise An (ON) , Aus (OFF) oder Blinkbetrieb mit 50% ON oder mit 33% ON. Anstelle mehre¬ rer Auswahl- und Aktivierungsleitungen können auch Datenverbindungen serieller Art, Netzwerkverbindungen oder ein serielles Bussystem, beispielsweise der Universal Serial Bus (USB) eingesetzt werden. In such a signal system usually only one line is provided, since always all the lights are darkened at the same time for the night. In addition, there is only ei ¬ ne line for a possibly requested flashing operation, since a synchronous flashing of all flashing lights is required. Are different connection line resistances to the signal lights available and these resistors must be compensated by different increased output voltages of the clocked voltage converter, so are for each transducer a corresponding number of selection lines for Selection of increase of output voltage required. Among the select lines include activation lines requesting the respective currently required illumination or currently not ¬ agile states, for example on (ON), Off (OFF) or flashing mode with 50% ON or 33% ON. In place several ¬ rer selection and activation lines and data connections serial type, network connections or a serial bus system, such as the Universal Serial Bus (USB) are used.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung werden zur Ansteuerung einer Last, insbesondere zur Ansteuerung von Signalleuchten einer Signalanlage für Schienenfahrzeuge, ein getakteter Spannungswandler mit zwei eingangsseitig pa- rallel geschalteten Wandlermodulen oder zwei gleichartige getaktete Spannungswandler eingesetzt und diese mittels puls¬ weiten- und/oder puls-pausen-geregelter Signale derart angesteuert, dass die ausgangsseitig zwischen die Pluspfade der beiden Wandler geschaltete Last mit zwei gegeneinander um ei- ne halbe Periode versetzten Spannungshalbwellen - und hierbei vorzugsweise mit einer sinusförmigen Last- oder Ausgangsspannung - versorgt wird. In a particularly preferred embodiment of the invention, a clocked voltage converter with two input side parallel connected converter modules or two similar clocked voltage transformers are used to control a load, in particular for driving signal lights of a signaling system for rail vehicles, and these by means of pulse ¬ wide- and / or Puls-pause-controlled signals controlled such that the output side connected between the positive paths of the two converter load with two mutually offset by half a period half-waves - and in this case preferably with a sinusoidal load or output voltage - is supplied.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:
FIG 1 schematisch in einem Schalt- und Blockschaltbild einen getakteten Spannungswandler mit zwei gleichartigen Wandlermodulen sowie einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Ansteuerung der Wandlermodule,1 shows schematically in a circuit and block diagram a clocked voltage converter with two similar converter modules and a control and / or regulating device for controlling the converter modules,
FIG 2 den getakteten Spannungswandler gemäß FIG 1, dessen erstes Wandlermodul eine sinusförmige Gleichspan¬ nungshalbwelle erzeugt, während das zweite Wandler¬ modul kurzgeschlossen ist, 2 shows the clocked voltage converter according to FIG 1, a first transducer module generates a sinusoidal direct tensioning ¬ voltage half-wave, while the second transducer module ¬ is short-circuited,
FIG 3 in einer Darstellung gemäß FIG 2 den getakteten  3 in a representation according to FIG 2, the clocked
Spannungswandler, dessen zweites Wandlermodul eine sinusförmige Gleichspannungshalbwelle erzeugt, wäh¬ rend das erste Wandlermodul kurzgeschlossen ist, FIG 4 die von den beiden Wandlermodulen erzeugten gepulsten Gleichspannungen mit um eine halbe Periode versetzten Spannungshalbwellen sowie die daraus durch Differenzbildung generierte sinusförmige Last- oderVoltage converter, the second converter module generates a sinusoidal half-wave DC voltage, currency ¬ rend the first transducer module is short circuited, FIG. 4 shows the pulsed direct voltages generated by the two converter modules with voltage half-waves offset by half a period and the sinusoidal load or oscillator generated therefrom by subtraction
Ausgangsspannung, und Output voltage, and
FIG 5 eine Variante des getakteten Spannungswandlers mit einer diskreten Diode im Freilaufpfad und zusätzlichen ausgangsseitig einem steuerbaren Halbleiter- 5 shows a variant of the clocked voltage converter with a discrete diode in the freewheeling path and additional output side of a controllable semiconductor
Schalter . Switch .
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
FIG 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zur Ansteuerung einer Last 2 in Form vorzugsweise einer oder mehrerer Signalleuchten, mit einem zwei gleichartige Wandlermodule Ml und M2 aufweisenden getakteten Spannungswandler sowie einer nachfolgend als Regelung bezeichneten Steuer- und/oder Regeleinrichtung 3. Unter gleichartigen Wandlermodulen Ml und M2 werden zwei aus gleichen, möglichst identischen elektronischen Bauelementen aufgebaute getaktete Spannungswandler verstanden. 1 shows schematically a device 1 for driving a load 2 in the form of preferably one or more signal lights, with a two similar converter modules Ml and M2 having clocked voltage converter and a controller hereinafter referred to as control and / or regulating device 3. Under similar converter modules Ml and M2 are understood to mean two clocked voltage transformers constructed from identical electronic components as identical as possible.
Die beiden Wandlermodule Ml und M2 sind eingangsseitig para¬ llel geschaltet, während die Last 2 ausgangsseitig an die je- weiligen Pluspfade (positiven Strompfade) PI und P2 der bei¬ den Wandlermodule Ml bzw. M2 angeschlossen ist. Die beiden Pluspfade PI und P2 sind an den mit UE bezeichneten Pluspol einer Gleichstrom- oder Gleichspannungsquelle angeschlossen, während die Minus- oder Bezugspfade Bl und B2 der beiden Wandlermodule Ml bzw. M2 an das Bezugspotential (0V) derThe two converter modules Ml and M2 are connected on the input side para ¬ Pa ra lle l, while the load 2 on the output side to the JE weiligen Plus paths (positive current paths) PI and P2 of the converter modules Ml and M2 is connected at ¬. The two Plus paths PI and P2 are connected to the designated U E positive pole of a direct current or direct voltage source, while the negative or reference paths Bl and B2 of the two converter modules Ml and M2 to the reference potential (0V) of
Gleichstrom- oder Gleichspannungsquelle angeschlossen sind. DC or DC voltage source are connected.
Das nachfolgend als erstes Wandlermodul bezeichnete Wand¬ lermodul Ml weist im Pluspfad PI eine Reihenschaltung aus ei- nem Halbleiterschalter TIA in Form eines MOSFET und einerThe referred to as a first transducer module designated wall ¬ lermodul Ml comprises Plus path PI a series circuit of semiconductor switches egg nem TIA in the form of a MOSFET and a
Spule (Induktivität) LI sowie einen Freilaufpfad Fl zwischen dem Pluspfad PI und dem Bezugspfad Bl mit einem weiteren Halbleiterschalter T1B in Form wiederum eines Synchrongleich- richter-MOSFET auf. Der Freilaufpfad Fl bzw. der dortige Halbleiterschalter TIB setzt an der Verbindung zwischen dem Halbleiterschalter TIA und der Spule LI an. Der Synchronoder Synchrongleichrichter-MOSFET TIB des Freilaufpfades Fl weist einen sehr geringen ohmschen Widerstand im eingeschal¬ teten Zustand auf. Ausgangsseitig ist zwischen den Pluspfad PI und den Bezugspfad Bl ein Kondensator Cl geschaltet. Die beiden Halbleiterschalter TIA und TIB werden von der Regelung 3 über einen mit deren Steuereingängen (Gate) verbundenen Ga- te-Treiber Gl angesteuert. Coil (inductance) LI and a freewheeling path Fl between the plus path PI and the reference path Bl with another semiconductor switch T1B in the form of a synchronous Gleich- rectifier MOSFET. The freewheeling path Fl or the local semiconductor switch TIB starts at the connection between the semiconductor switch TIA and the coil LI. The synchronous or synchronous rectifier MOSFET TIB the freewheel path Fl has a very low ohmic resistance in the on state scarf ¬ ended. On the output side, a capacitor C1 is connected between the positive path PI and the reference path B1. The two semiconductor switches TIA and TIB are actuated by the controller 3 via a gate driver G1 connected to their control inputs (gate).
Das nachfolgend als zweites Wandlermodul bezeichnete Wandler¬ modul M2 ist analog zum ersten Wandlermodul Ml aufgebaut und umfasst im Pluspfad P2 eine Reihenschaltung aus einem Halb- leiterschalter T2A in Form eines MOSFET und einer Spule (Induktivität) L2 sowie einen Freilaufpfad F2 zwischen dem Plus¬ pfad P2 - wiederum an der Verbindung zwischen dem Halbleiterschalter T2A und der Spule L2 ansetzend - und dem Bezugspfad B2 mit einem weiteren Halbleiterschalter T2B in Form wiederum eines Synchrongleichrichter-MOSFET. Ausgangsseitig ist zwischen den Pluspfad P2 und den Bezugspfad B2 ein Kondensator C2 geschaltet. Die beiden Halbleiterschalter T2A und T2B werden ebenfalls über einen mit deren Steuereingängen (Gate) verbundenen Gate-Treiber G2 von der Regelung 3 angesteuert. The referred to below as the second transducer module transducer ¬ module M2 is constructed analogously to the first transducer module Ml and comprises on the positive path P2, a series circuit of a semi conductor switch T2A in the form of a MOSFET and a coil (inductor) L2 as well as a freewheeling path F2 between the plus ¬ path P2 - again at the connection between the semiconductor switch T2A and the coil L2 attaching - and the reference path B2 with another semiconductor switch T2B in the form in turn of a synchronous rectifier MOSFET. On the output side, a capacitor C2 is connected between the positive path P2 and the reference path B2. The two semiconductor switches T2A and T2B are likewise controlled by the controller 3 via a gate driver G2 connected to their control inputs (gate).
Den Gate-Treibern Gl und G2 der beiden Wandlermodule Ml, M2 werden pulsweitenmodulierte Steuersignale (PWM-Signal) Sl bzw. S2 zugeführt, die von der Regelung 3 erzeugt werden. Hierzu umfasst diese paarweise gleichartig aufgebaute Regel- stränge oder -zweige mit dem jeweiligen Wandlermodul Ml, M2 zugeordneten Vergleicherbausteinen VSI1 bzw. VSI2. Diesen wird der jeweilige aktuelle, ausgangsseitige Spannungswert der beiden Wandlermodule Ml, M2 als Istwert Vli, V2i sowie ein zugehöriger Sollwert Vis bzw. V2s zugeführt. Anhand des Soll- Ist-Vergleiches wird mittels eines Bausteins PWM1, PWM2 dasThe gate drivers G1 and G2 of the two converter modules M1, M2 are supplied with pulse-width-modulated control signals (PWM signal) S1 and S2, respectively, which are generated by the controller 3. For this purpose, these pairs of similarly constructed control strands or branches comprise comparator modules V SI1 and V SI2 assigned to the respective converter module Ml, M2. This is the respective current, output side voltage value of the two converter modules Ml, M2 supplied as an actual value Vli, V2i and an associated setpoint Vis or V2s. Based on the target-actual comparison is by means of a block PWM1, PWM2 the
PWM-Steuersignal Sl bzw. S2 mit entsprechendem Tastgrad (duty cycle) generiert. Der jeweilige Sollwert Vis, V2s wird von einer Sollwertvorga¬ be SV1, SV2 bereitgestellt, die eine Gruppe von Sollwerter¬ zeugern aufweist sowie mindestens die AC-Bausteine ACn ent¬ hält, und in der die zeitabhängigen Spannungswerte der Aus- gangsspannungen der Wandlermodule Ml bzw. M2 beispielsweise tabellarisch hinterlegt sind. Zur Abgabe einer Wechselspannung an die Last 2 ist nur der AC-Baustein AC1, AC2 als Sollwerterzeuger von Belang. Um eine universelle Einsetzbarkeit dieser Module im Bereich der Eisenbahnsignaltechnik zu erzielen, sind weitere Sollwerterzeuger, nämlich ein Blinksynchronisationsbausteins BL1, BL2, ein Tag-Nacht-Bausteins TN1, TN2, ein Leitungsanpas- sungsbaustein LA1, LA2 und ein DC-Baustein DC1, DC2 in der Sollwertvorgabe SV1 bzw. SV2 vorgesehen. PWM control signal Sl or S2 with a corresponding duty cycle generated (duty cycle). The respective setpoint Vis, V2s is provided by a Sollwertvorga ¬ be SV1, SV2, which has a group of target Cheap ¬ zeugern and holds at least the AC modules ACn ent ¬, and in which the time-dependent voltage values of the output voltages of the converter modules Ml or M2 are, for example, tabulated. To supply an AC voltage to the load 2, only the AC component AC1, AC2 as a setpoint generator of importance. In order to achieve a universal applicability of these modules in the field of railway signaling, further setpoint generators, namely a Blinksynchronisationsbausteins BL1, BL2, a day-night module TN1, TN2, a line adaptation block LA1, LA2 and a DC module DC1, DC2 in the setpoint specification SV1 or SV2 provided.
Anhand der vorgegebenen zeitabhängigen Sollwert Vis, V2s wird die Last- oder Ausgangsspannung Vol (t) und Vo2 (t) der Wandlermodule Ml, M2 durch geregeltes Ein- und Ausschalten deren Halbleiterschalter TIA bzw. T2A eingestellt. Innerhalb der Periodendauer tp schaltet der jeweilige Halbleiterschalter TIA, T2A nur für die Einschaltdauer te, so dass für die Aus¬ schaltdauer ta die Beziehung d = te/tp = te/ (te + ta) gilt, wo¬ bei d der Tastgrad (duty cycle) ist. Based on the predetermined time-dependent desired value Vis, V2s is the load or output voltage Vol (t) and Vo2 (t) of the converter modules Ml, M2 set by controlled switching on and off their semiconductor switches TIA or T2A. Within the period p t on of the respective semiconductor switch TIA, T2A only for the duration t e, so that for the off ¬ switching time t a the relationship d = t s / t p = t e / (t e + t a) applies, where d ¬ at the duty factor (duty cycle) is.
In der Literatur wird die Regelung der Ausgangsspannung eines derartigen Wandlermoduls oftmals als Pulsweitenmodulation (PWM) bezeichnet. Sprachlich eng ausgelegt bedeutet dies, dass die Einschaltdauer te auf Kosten der Ausschaltdauer ta vergrößert oder verkleinert wird. Ebenso ist es möglich und technisch zweckmäßig, in bestimmten Ausgangsspannungsberei¬ chen zusätzlich oder alternativ die Einschaltdauer te unverändert zu belassen und die Ausschaltdauer ta (Pausendauer) und damit die Periodendauer tp zu vergrößern und zu verklei- nern. Die vorliegende Regelung kann somit eine Pulsweitenmodulation (PWM) , eine Puls-Pausen-Modulation (PPM) oder eine Mischform von PWM und PPM sein. Während der Einschaltdauer te ist der Halbleiterschalter T1B, T2B des jeweils aktiven und die positiven Spannungshalbwellen bzw. die pulsierende Gleichspannung Vol (t) , Vo2 (t) erzeugen¬ den Wandlermoduls Ml bzw. M2 gesperrt und der Strom fließt über die Last 2, während der Spulenstrom in der Spule LI, L2 ansteigt. Mit größer werdender Einschaltzeit te steigt die Ausgangsspannung Vol (t) , Vo2 (t) an. Während der AusschaltZei¬ ten ta fließt einerseits vom Kondensator Cl, C2 durch dessen Entladung und andererseits durch den Freilaufpfad Fl, F2 - ermöglicht durch den Abbau des magnetischen Feldes in der Spule (Induktivität) LI, L2 - der Laststrom IL weiter. In the literature, the regulation of the output voltage of such a converter module is often referred to as pulse width modulation (PWM). In terms of language, this means that the switch-on duration t e is increased or decreased at the expense of the switch-off duration t a . It is also possible and technologically advantageous in certain output voltage preparation ¬ chen additionally or alternatively to keep the duty cycle t e unchanged and the off-time t a (pause duration) and therefore the period duration t p to enlarge and to scaled-formers. The present control can thus be a pulse width modulation (PWM), a pulse-pause modulation (PPM) or a hybrid of PWM and PPM. While the duty cycle t e is the semiconductor switch T1B, T2B of the respectively active and the positive voltage half-waves or the pulsating DC voltage Vol (t), o2 (t) generate ¬ the transducer module Ml or blocked M2 and the current flows through the load 2, while the coil current in the coil LI, L2 rises. With increasing switch-on time t e , the output voltage Vol (t), Vo2 (t) increases. Next, the load current I L - during AusschaltZei ¬ th t a flows on the one hand from the capacitor Cl, C2 through the discharge, and on the other hand through the freewheeling path Fl, F2 - made possible by the reduction of the magnetic field in the coil (inductance) LI, L2.
Mittels der Halbleiterschalter T1B, T2B im jeweiligen Freilaufpfad Fl, F2 anstelle einer Diode werden die als Tiefsetz- steller arbeitenden Wandlermodule Ml, M2 zu Synchrongleichrichterwandlern, deren Halbleiterschalter T1B bzw. T2B von der Regelung 3 sowie den Gate-Treibern Gl, G2 synchron, jedoch gegenphasig zu den Halbleiterschaltern TIA, T2A im jeweiligen Pluspfad (positiven Strompfad) PI, P2 angesteuert werden. By means of the semiconductor switches T1B, T2B in the respective freewheeling path Fl, F2 instead of a diode working as Tiefsetz- converter converter modules Ml, M2 to synchronous rectifier converters whose semiconductor switches T1B and T2B of the controller 3 and the gate drivers Gl, G2 synchronously, however antiphase to the semiconductor switches TIA, T2A in the respective positive path (positive current path) PI, P2 are controlled.
Sobald beispielsweise der Halbleiterschalter TIA dessen Einschaltphase beendet hat, wird der Halbleiterschalter T1B des Wandlermoduls Ml aktiviert, um einen verlustleistungsarmen Freilaufpfad für die Spule (Induktivität) LI zu bilden. So¬ bald das magnetische Feld in der Spule LI abgebaut ist, wird der Halbleiterschalter (Synchrongleichrichter) T1B erneut gesperrt. Die gegenphasige Ansteuerung der Halbleiterschalter TIA und T1B bzw. T2A und T2B erfolgt üblicherweise mit einer Frequenz von mehreren kHz, damit die vorgegebenen Sollwerte zur zeitabhängigen Formung der Spannungshalbwelle zu einer entsprechend feinstufigen Ausformung der Ausgangsspannung führen . Die erfindungsgemäßen Soll-Ist-Vergleicherbausteine VSI1, VSI2 sind nicht darauf beschränkt, in Phasen einer Soll-Ausgangs¬ spannung mit 0V vergleichsweise passiv die Abgabe von Akti¬ vierungssignalen an die Halbleiterschalter TIA, T2A im Plus- pfad zu unterdrücken. Eine Ausgangsspannung von OV wird vielmehr aktiv durch Kurzschluss, vorzugsweise durch Einschalten der Halbleiterschalter (Synchrongleichrichter) T1B, T2B erzwungen . As soon as, for example, the semiconductor switch TIA has completed its switch-on phase, the semiconductor switch T1B of the converter module M1 is activated in order to form a low-loss free-wheeling path for the coil (inductance) L1. As soon ¬ the magnetic field in the coil LI has been reduced, the semiconductor switch (synchronous rectifier) T1B is locked again. The opposite-phase control of the semiconductor switches TIA and T1B or T2A and T2B is usually carried out with a frequency of several kHz, so that the predetermined setpoints for time-dependent shaping of the voltage half-wave lead to a correspondingly fine-scale shaping of the output voltage. The inventive target-comparator modules V SI1, SI2 V are not limited to, in the phases of a desired output voltage to 0V ¬ comparatively passive delivery of Akti ¬ vierungssignalen to the semiconductor switch TIA, T2A in the Plus path to suppress. An output voltage of OV is rather actively forced by short circuit, preferably by switching on the semiconductor switches (synchronous rectifier) T1B, T2B.
Anstelle der Ausführungsform gemäß FIG 1 mit Synchrongleichrichter-Halbleiterschaltern T1B, T2B - und somit der bevorzugten Synchrongleichrichterwandler-Technik - kann gemäß FIG 5 zu diesem Zweck jeweils ein Halbleiterschalter T1B T2B λ zwischen den Pluspfad (positiver Strompfad) PI, P2 und den Minus- oder Bezugspfad Bl, B2 zusätzlich zu einer diskreten Diode Dl, D2 im Freilaufpfad Fl bzw. F2 hinzugefügt werden. Instead of the embodiment of FIG 1 with synchronous rectifier semiconductor switches T1B, T2B - and thus the preferred synchronous rectifier converter technology - can each have a semiconductor switch T1B T2B λ between the plus path (positive current path) PI, P2 and the minus or Reference path Bl, B2 are added in addition to a discrete diode Dl, D2 in the freewheeling path Fl or F2.
Die FIG 2 und 3 zeigen die Vorrichtung 1 ohne Regelung 3 und mit den Wandlermodulen Ml und M2 in unterschiedlichen Schaltzuständen. So zeigt FIG 2 den über das zweite Wandlermodul M2 geschlossenen und mit I L<+> bezeichneten Laststromkreis, wäh¬ rend das erste Wandlermodul Ml die in FIG 4 links oben ge¬ zeigten sinusförmigen, pulsierenden Halbwellen Vol (t) er- zeugt. Hierzu sind die Halbleiterschalter TIA und T1B des Wandlermoduls Ml über den Gate-Treiber Gl mittels des PWM- Steuersignals Sl derart angesteuert, dass mit der geregelten Änderung des Tastgrades (duty cycle) die vorgegebenen Soll¬ werte zur zeitabhängigen Formung der Spannungshalbwelle zu einer entsprechenden Ausformung der Ausgangsspannung an derFigures 2 and 3 show the device 1 without control 3 and with the converter modules Ml and M2 in different switching states. Thus, FIG 2 shows the closed via the second converter module M2 and denoted by I L < + > load circuit, while the first ¬ converter module Ml shown in Figure 4 left top ¬ showed sinusoidal, pulsating half-waves Vol (t) generated. For this purpose, the semiconductor switches TIA and T1B of the transducer module Ml via the gate driver Gl by means of the PWM control signal Sl are driven such that with the controlled change of the duty cycle (duty cycle), the predetermined desired ¬ values for time-dependent formation of the voltage half-wave in a corresponding formation the output voltage at the
Last 2 führen. Während der Abgabe jeder einzelnen sinusförmigen Gleichspannungshalbwelle durch das erste Wandlermodul Ml ist der Freilaufpfad F2 des zweiten Wandlermoduls M2 ununter¬ brochen durchgeschaltet, so dass sich der mit I L<+> bezeichne- ten Laststromkreis ergibt. Lead Last 2. During delivery of each sinusoidal DC voltage half-wave by the first transducer module Ml is the freewheeling path F2 of the second transducer module M2 ununter ¬ broken turned on, so that the results with I L <+> bezeichne- th load circuit.
FIG 3 zeigt die analoge Situation, in der das zweite Wandler¬ modul M2 die in FIG 4 links unten gezeigte pulsierende FIG. 3 shows the analogous situation in which the second converter module M2 has the pulsating FIG
Gleichspannung Vo2 (t) generiert, deren positiven Spannungs- halbwellen gegenüber denjenigen der pulsierenden Gleichspannung Vol (t) des ersten Wandlermoduls Ml um eine halbe Periode versetzt sind. Der mit I L<-> bezeichnete Laststromkreis ist nun über das erste Wandlermodul Ml geschlossenen, während das zweite Wandlermodul M2 die in FIG 4 links unten gezeigten halbsinusförmigen Gleichspannungshalbwellen Vo2 (t) erzeugt. Während der Abgabe jeder einzelnen sinusförmigen Gleichspannungshalbwelle durch das zweite Wandlermodul M2 ist der Frei- laufpfad Fl des ersten Wandlermoduls Ml ununterbrochen durchgeschaltet, so dass sich der mit I L<-> bezeichnete Laststrom oder Laststromkreis ergibt. DC voltage Vo2 (t) generated whose positive voltage half-waves are offset from those of the pulsating DC voltage Vol (t) of the first converter module Ml by half a period. The load circuit designated I L <-> is now closed via the first converter module Ml, while the second converter module M2 generates the semi-sinusoidal DC half-waves Vo2 (t) shown in FIG. During the delivery of each sinusoidal DC half-wave through the second converter module M2 of the free-is-running path Fl of the first converter module Ml continuously turned on, so that the with IL - gives designated load current or load circuit <>.
Aufgrund des zum Laststrom I L<+> gemäß FIG 2 entgegengerichte- ten Laststroms I L<-> gemäß FIG 3 ist aus Sicht der Last 2 durch Differenzbildung gemäß FIG 4 rechts eine insgesamt si¬ nusförmige Ausgangs- oder Lastspannung Vo (t) = Vol (t) - Vo2 (t) bereitgestellt. Aus Sicht der Last bzw. Signalleuchte 2 ist somit ein Polaritätswechsel der vom zweiten Wandlermo- dul M2 erzeugten pulsierenden Gleichspannung Vo2 (t) vorhanden. Das Anschalten der Last 2 zwischen die Pluspfade PI und P2 der Wandlermodule Ml und M2 sowie das zeitrichtige Akti¬ vieren der gesteuerten Freilauf-Halbleiterschalter T2B und T1B im aktuell keine Leistung abgebenden Wandlermodul M2 bzw. Ml ermöglicht somit die Bereitstellung einer sinusförmigenBecause of the load current I L <+> according to FIG 2 entgegengerichte- th load current I L <-> according to FIG 3 is the view of the load 2 by difference according to FIG 4 the right a total of si ¬ nusförmige output or load voltage Vo (t) = Vol (t) - Vo2 (t) provided. From the point of view of the load or signal light 2, there is thus a polarity change of the pulsating direct voltage Vo2 (t) generated by the second converter module M2. The turning on of the load 2 between the plus paths PI and P2 of the converter modules Ml and M2 as well as the time-accurate Akti ¬ four of the controlled freewheeling semiconductor switch T2B and T1B in the currently no power output transducer module M2 or Ml thus enables the provision of a sinusoidal
Wechselspannung Vo (t) mit einer gewünschten Frequenz von beispielsweise 50Hz. AC voltage Vo (t) with a desired frequency of, for example 50Hz.
Darüber hinaus können mittels der Regelung 3 die beiden als Tiefsetzsteller mit Synchrongleichrichtung arbeitenden Wandlermodule Ml und M2 in einfacher sowie zuverlässiger Art und Weise für einen Blinkbetrieb einer oder mehrerer Signalleuchten 2 einer Signalanlage für Schienenfahrzeug und deren Tag- Nacht-Umschaltung mit unterschiedlichem Helligkeitsgrad er- reicht werden. Auch können zur Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten der Signalanlage, insbesondere unterschiedli¬ cher Anschlussleitungswiderstände zu der Signalleuchte bzw. den Signalleuchten, durch entsprechende Auswahl A unterschiedliche Soll-Ausgangsspannungen der Regelung 3 aktiviert werden. In addition, by means of the control unit 3, the two converter modules Ml and M2, which operate as buck converters with synchronous rectification, can easily and reliably achieve a flashing mode of one or more signal lights 2 of a signaling system for rail vehicles and their day-night switching with different degrees of brightness become. Also, to adapt to the particular conditions of the signal system, in particular unterschiedli ¬ cher connection line resistances to the signal light or the signal lights, by selecting a different A target output voltages of the control 3 can be activated.
Hierzu kann mittels eines Blinksynchronisationsbausteins BLl, BL2 der Sollwertvorgabe SV1 bzw. SV2 der Regelung 3 ein ge- wünschter Blinkzustand An (y) oder Aus (n) und eine gewünschte Blinkgeschwindigkeit der lastseitigen Signalleuchte 2 vor¬ gegeben werden. Zudem dient ein Tag-Nacht-Baustein TN1, TN2 der Sollwertvorgaben Vis bzw. V2s zur Vorgabe der geminderten Helligkeit der Signalleuchte 2 bei Nacht im Rahmen einer ge¬ forderten Tag-Nacht-Umschaltung . For this purpose, by means of a Blinksynchronisationsbausteins BLl, BL2 the setpoint specification SV1 or SV2 of the control 3 a desired flashing state An (y) or Aus (n) and a desired flashing speed of the load-side signal light 2 are given before ¬ . In addition, a day-night block TN1, TN2 the setpoint values Vis and V2s for specifying the impaired brightness of the signal lamp 2 at night under a ge ¬ called day-night switch is used.
Weiterhin dient ein Leitungsanpassungsbaustein LA1 bzw. LA2 zur wahlweisen Erhöhung der Ausgangsspannung, um trotz An- schlussleitungswiderständen an der Signalleuchte die notwendige Betriebsspannung zu erzielen. Die vorgenannte Gruppe von Sollwerterzeugern, einschließlich des AC-Bausteins AC1 bzw. AC2, können gleichzeitig aktiv sein und die Erzeugung der Ausgangsspannung beeinflussen. Eine beispielsweise mit 50Hz Wechselspannung zu betreibende Signalleuchte könnte aktuell auf Nachtspannung geschaltet und blinkend aktiviert sein, während die Ausgangsspannung grundsätzlich zum Ausgleich von Anschlussleitungswiderständen um 10% erhöht ist. Damit diese Wandlermodule Ml, M2 alle Anforderungen der Ei¬ senbahnsignaltechnik zur Ansteuerung von Signalleuchten erfüllen können und nicht auf die Erzeugung einer Wechselspannung eingegrenzt werden, ist vorzugsweise noch ein DC-Bau- stein DC1, DC2 in der Regelung 3 vorgesehen. Die Sollwertvor- gaben der DC-Bausteine DC1 bzw. DC2 werden alternativ zu den Sollwertvorgaben der AC-Bausteine AC1 bzw. AC2 ausgewählt, wenn im jeweiligen Anwendungsfall die Signalleuchten mit Gleichspannung betrieben werden. FIG 5 zeigte eine Variante der Wandlermodule Ml und M2 mit anstelle eines Synchrongleichrichter-MOSFET im Freilaufpfad Fl bzw. F2 jeweils einem ausgangsseitigen Halbleiterschalter Τ1Βλ und T2B λ in Form wiederum vorzugsweise eines MOSFET zusätzlich zu einer diskreten Diode Dl bzw. D2 zwischen dem je- weiligen Pluspfad PI, P2 und dem jeweiligen Minus- oder Bezugspfad Bl bzw. B2. Erkennbar weisen die Gate-Treiber Gl, G2 der Wandlermodule Ml bzw. M2 einen ersten Anschluss All, A21 und einen zweiten Anschluss A12, A22 auf. Der jeweils erste Anschluss All, A21 ist wiederum - analog zu den FIG 1 bis 3 - an den jeweiligen PWM-Baustein PWM1 bzw. PWM2 angeschlossen. Der jeweils zweite Anschluss A12, A22 ist an den jeweiligen Soll-Ist-Vergleicherbaustein VSI1 bzw. VSI2 angeschlossen. Furthermore, a line adaptation module LA1 or LA2 is used for selectively increasing the output voltage in order to achieve the necessary operating voltage despite connection line resistances on the signal light. The aforesaid group of set value generators, including the AC component AC1 and AC2, respectively, can be active at the same time and influence the generation of the output voltage. A signal lamp to be operated, for example, with 50 Hz AC voltage could currently be switched to night voltage and activated flashing, while the output voltage is basically increased by 10% to compensate for connection line resistance. In order for these converter modules Ml, M2 all requirements of the egg ¬ senbahnsignaltechnik meet for the control of signal lights and not be limited to the generation of an AC voltage is preferably also a DC building block DC1, DC2 provided under the arrangements. 3 The setpoint specifications of the DC modules DC1 or DC2 are selected as an alternative to the setpoint specifications of the AC modules AC1 or AC2 if the signal lamps are operated with DC voltage in the respective application. FIG. 5 shows a variant of the converter modules M1 and M2 with instead of a synchronous rectifier MOSFET in the freewheeling path Fl or F2 in each case an output-side semiconductor switch Τ1Β λ and T2B λ in the form of a MOSFET in addition to a discrete diode Dl or D2 between the respective Weil plus path PI, P2 and the respective minus or reference path Bl or B2. As can be seen, the gate drivers G1, G2 of the converter modules M1 and M2 respectively have a first terminal All, A21 and a second terminal A12, A22. The first one Terminal All, A21 is in turn - analogous to Figures 1 to 3 - connected to the respective PWM module PWM1 or PWM2. The respective second connection A12, A22 is connected to the respective desired-actual comparator module V SI1 or V SI2 .
Der PWM-Baustein PWM1, PWM2 steuert über den jeweiligen Gate- Treiber Gl, G2 den Halbleiterschalter TIA, T2A des Wandlermoduls Ml bzw. M2. Der Vergleicherbaustein VSI1, VSI2 steuert über den Gate-Treiber Gl, G2 den Halbleiterschalter T1B The PWM module PWM1, PWM2 controls via the respective gate driver Gl, G2 the semiconductor switch TIA, T2A of the converter module M1 or M2. The comparator module V SI1 , V SI2 controls the semiconductor switch T1B via the gate driver G1, G2
T2B λ der Wandlermodule Ml bzw. M2 zur Herstellung des jeweiligen Kurzschlusses gemäß den FIG 2 und 3. T2B λ of the converter modules Ml or M2 for producing the respective short circuit according to FIGS. 2 and 3.
Demgegenüber steuert bei der Ausführungsform nach den FIG 1 bis 3 der jeweilige PWM-Baustein PWM1, PWM2 über den entspre- chenden Gate-Treiber Gl, G2 beide Halbleiterschalter TIA, TIB bzw. T2A, T2B, da die Halbleiterschalter TIB, T2B Synchrongleichrichter sind und zeitrichtig die bei der Ausführungs¬ form nach den FIG 1 bis 3 nicht vorhandene Diode Dl, D2 er¬ setzt. Hier steuert der Soll-Ist-Vergleicherbaustein VSI1, VSI2 über das jeweilige Gate-Drive Gl, G2 ebenfalls den Synchron¬ gleichrichter-Halbleiterschalter TIB bzw. T2B und verursacht den Kurzschluss, während der jeweilige PWM-Baustein PWM1, PWM2 zu dieser Zeit ruht, da keine Spannung abzugeben ist. Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Aus¬ führungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Va¬ rianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausfüh- rungsbeispiel beschriebene Einzelmerkmale auch auf andereIn contrast, in the embodiment according to FIGS. 1 to 3, the respective PWM module PWM1, PWM2 controls both semiconductor switches TIA, TIB and T2A, T2B via the corresponding gate driver Gl, G2, since the semiconductor switches TIB, T2B are synchronous rectifiers and Timely correct in the embodiment ¬ form according to the Figures 1 to 3 not existing diode Dl, D2 he ¬ sets. Here, the target-actual comparator module V SI1 , V SI2 via the respective gate drive G1, G2 also controls the synchronous ¬ rectifier semiconductor switches TIB and T2B and causes the short circuit, while the respective PWM module PWM1, PWM2 at this time resting, because there is no tension. The invention is not limited to the above described example from ¬ guide. Rather, other Va ¬ variants of the invention to those skilled in can be derived therefrom without departing from the scope of the invention. In particular, all the individual features described in connection with the exemplary embodiment are also applicable to others
Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Way combined with each other, without departing from the subject invention.
So kann die Gleichstrom- oder Gleichspannungsquelle insgesamt mit umgekehrter Polarität angeschlossen sein. Für alle Halbleiterschalter TIA, TIB, T2A und T2B können auch solche Typen eingesetzt werden, die für die andere Polarität geeignet sind. Die Gleichstrom- oder Gleichspannungsquelle kann insge- samt mit umgekehrter Polarität angeschlossen sein, und alle Halbleiterschalter TIA, T1B, T2A und T2B können entgegen der Darstellungen in FIG 1 bis 3 mit vertauschtem Drain- und Source-Anschluss verwendet werden. Thus, the DC or DC voltage source can be connected in total with reverse polarity. For all semiconductor switches TIA, TIB, T2A and T2B, it is also possible to use those types which are suitable for the other polarity. The DC or DC voltage source can can be connected together with reverse polarity, and all semiconductor switches TIA, T1B, T2A and T2B can be used contrary to the representations in Figures 1 to 3 with reversed drain and source connection.
Auch kann eines der Wandlermodule Ml oder M2 mit umgekehrter Polarität an die Gleichstrom- oder Gleichspannungsquelle an¬ geschlossen und mit den dafür geeigneten Halbleiterschaltern versehen werden. Zudem kann eines der Wandlermodule Ml oder M2 mit umgekehrter Polarität an die Gleichstrom- oder Gleichspannungsquelle angeschlossen sein, und die darin verwendeten Halbleiterschalter werden mit vertauschtem Drain- und Source- Anschluss angeschlossen. Also, one of the converter modules Ml or M2 will be closed with reversed polarity to the direct current or direct voltage source to ¬ and provided with suitable for this purpose semiconductor switches. In addition, one of the converter modules M1 or M2 may be connected to the DC or DC voltage source in reverse polarity, and the semiconductor switches used therein are connected with the drain and source terminals reversed.
Bezugs zeichenliste Reference sign list
1 Ansteuervorrichtung 1 drive device
2 Last/Signalleuchte  2 load / signal light
3 Steuer-/Regeleinrichtung  3 control device
A Auswahl A selection
All, 21 Gate-Treiber -Anschluss  All, 21 gate driver connection
A21,22 Gate-Treiber -Anschluss  A21.22 gate driver connector
AC1,2 Sollwerterzeuger/AC-Baustein  AC1,2 setpoint generator / AC component
Bl,2 Bezugspfad  Bl, 2 reference path
BL1, 2 Sollwerterzeuger/Blinksynchronisationsbaustein BL1, 2 setpoint generator / flashing synchronization block
Cl,2 Kondensator Cl, 2 capacitor
DC1, 2 Sollwerterzeuger/DC-Baustein  DC1, 2 setpoint generator / DC module
Fl, 2 Freilaufpfad  Fl, 2 freewheeling path
Gl, 2 Gate-Treiber  Gl, 2 gate drivers
LA1, 2 Sollwerterzeuger/Leitungsanpassungsbaustein  LA1, 2 setpoint generator / line adaption block
IL Laststrom I L load current
I L<+) Lastromkreis I L <+) load circuit
LI, 2 Induktivität/Spule  LI, 2 inductor / coil
Ml, 2 Wandlermodul  Ml, 2 converter module
PI, 2 Pluspfad  PI, 2 plus path
PWM1,2 PWM-Baustein  PWM1,2 PWM module
Sl,2 PWM-/Steuersignal  Sl, 2 PWM / control signal
SV1,2 Sollwertvorgabe  SV1,2 setpoint specification
TIA Halbleiterschalter  TIA semiconductor switch
T2A Halbleiterschalter  T2A semiconductor switch
T1B Halbleiterschalter (Synchrongleichrichter-MOSFET) T1B semiconductor switch (synchronous rectifier MOSFET)
T2B Halbleiterschalter (Synchrongleichrichter-MOSFET) Τ1Βλ Halbleiterschalter T2B semiconductor switch (synchronous rectifier MOSFET) Τ1Β λ semiconductor switch
T2B λ Halbleiterschalter T2B λ semiconductor switch
TN1, 2 Sollwerterzeuger/Tag-Nacht-Baustein  TN1, 2 setpoint generator / day / night module
UE Pluspol/Gleichspannungsquelle U E positive pole / DC voltage source
Vli Istwert  Vli actual value
V2i Istwert  V2i actual value
Vis Sollwert  Vis setpoint
V2s Sollwert  V2s setpoint
VSIif2 Vergleicherbaustein Vol (t) Spannungshalbwellen/pulsierende GleichspannungV SI i f 2 comparator block Vol (t) voltage half-waves / pulsating DC voltage
Vo2 (t) Spannungshalbwellen/pulsierende GleichspannungVo2 (t) voltage half-waves / pulsating DC voltage
Vo (t) sinusförmige Ausgangs-/Lastspannung Vo (t) sinusoidal output / load voltage
ta Ausschaltzeit t a switch-off time
te Einschaltzeit t e switch
tp Periodendauer t p period
d Tastgrad (duty cycle) d duty cycle

Claims

Verfahren zur Ansteuerung einer Last (2), insbesondere zur Ansteuerung von Signalleuchten einer Signalanlage, mittels eines getakteten Spannungswandlers mit zwei Wandlermodulen (Ml, M2), die mittels pulsmodulierten Steuersignalen (Sl, S2) derart angesteuert werden, dass die ausgangsseitige Last (2) mit zwei gegeneinander um eine halbe Periode versetzten Spannungshalbwellen Method for controlling a load (2), in particular for controlling signal lights of a signaling system, by means of a clocked voltage converter with two converter modules (M1, M2) which are controlled by means of pulse-modulated control signals (S1, S2) in such a way that the output-side load (2) with two voltage half-waves offset by half a period
(Vol (t) , Vo2 (t) ) versorgt wird.  (Vol (t), Vo2 (t)) is supplied.
Verfahren nach Anspruch 1, Method according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,  characterized,
dass während der Erzeugung der Spannungshalbwellen  during the generation of the voltage half-waves
(Vol (t) , Vo2 (t) ) mittels jeweils eines der beiden Wand¬ lermodule (Ml, M2) der ausgangsseitige Lastromkreis (Vol (t), Vo2 (t)) by means of one of the two wall ¬ lermodule (Ml, M2) of the output side load circuit
(IL<+), IL(->) über das jeweils andere Wandlermodul (M2, Ml) geschlossen wird. (IL < + ), IL (->) via the other converter module (M2, Ml) is closed.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, Method according to claim 1 or 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,  characterized,
dass jeweils eines der beiden Wandlermodule (Ml, M2) ausgangsseitig über einen Freilauf- oder Strompfad (Fl, in that each one of the two converter modules (M1, M2) has its output side via a free-wheeling or current path (Fl,
F2) kurzgeschlossen wird, während das jeweils andereF2) is shorted while the other one
Wandlermodul (M2, Ml) die Spannungshalbwellen (Vo2 (t) ,Converter module (M2, M1) the voltage half-waves (Vo2 (t),
Vol ( t ) ) erzeugt . Vol (t)) generated.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Method according to one of claims 1 to 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,  characterized,
dass jeweils eines der beiden Wandlermodule (Ml, M2) ausgangsseitig über einen steuerbaren Halbleiterschalter (T1B, T2B; Τ1Βλ, Τ2Βλ), insbesondere einen Synchron- gleichrichter-MOSFET, kurzgeschlossen wird, während das jeweils andere Wandlermodul (M2, Ml) die Spannungshalb¬ wellen (Vo2 (t) , Vol (t) ) erzeugt. that in each case one of the two converter modules (Ml, M2) on the output side via a controllable semiconductor switches (T1B, T2B; Τ1Β λ, Τ2Β λ) is short-circuited, in particular a synchronous rectifier MOSFET, while the other transducer module (M2, Ml) the Voltage half waves (Vo2 (t), Vol (t)) generated.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. The method according to any one of claims 1 to 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass aus von den Wandlermodulen (M12, M2) erzeugten, insbesondere positiven, Spannungshalbwellen (Vol (t) , Vo2 (t) ) eine Lastspannung (Vo (t) ) mit periodisch positi¬ ven und negativen Halbwellen gebildet wird. characterized, that of generated by the transducer modules (M12, M2), in particular positive voltage half-waves (v (t), o2 (t)) a load voltage (Vo (t)) is formed with periodically positi ¬ ven and negative half-waves.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, Method according to one of claims 1 to 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass jedes der beiden Wandlermodule (Ml, M2) ausgangs- seitig ein pulsierende Gleichspannung erzeugt, aus denen eine sinusförmige Lastspannung (Vo (t) ) gebildet wird. that each of the two converter modules (M1, M2) generates a pulsating DC voltage on the output side, from which a sinusoidal load voltage (Vo (t)) is formed.
Vorrichtung (1) zur Ansteuerung einer Last (2), mit einem getakteten Spannungswandler mit zwei eingangsseitig parallel geschalteten, insbesondere als Tiefsetzsteller arbeitenden, Wandlermodulen (Ml, M2) mit zwischen diesen geschalter Last (2), und mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung (3) zur Steuerung der Wandlermodule (Ml, M2) derart, dass diese ausgangsseitig zwei gegeneinander um eine halbe Periode versetzte Spannungshalbwellen (Vol (t) , Vo2 (t) ) erzeugen. Device (1) for controlling a load (2), with a clocked voltage converter with two input side connected in parallel, in particular working as buck converter, converter modules (Ml, M2) with switched between these load (2), and with a control and / or Control device (3) for controlling the converter modules (Ml, M2) such that they produce on the output side two voltage half-waves (Vol (t), Vo2 (t)) offset from one another by half a period.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, Device (1) according to claim 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass jedes Wandlermodul (Ml, M2) einen positiven Strompfad (PI, P2) mit einer Reihenschaltung aus einem steuerbaren Halbleiterschalter (TIA, T2A) und einer Induktivität (LI, L2) sowie einen Bezugspfad (Bl, B2) aufweist, wobei die Last (2) ausgangsseitig zwischen die beiden positiven Strompfade (PI, P2) geschaltet ist. in that each converter module (M1, M2) has a positive current path (PI, P2) with a series connection of a controllable semiconductor switch (TIA, T2A) and an inductance (L1, L2) and a reference path (B1, B2), the load ( 2) is connected on the output side between the two positive current paths (PI, P2).
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, Device (1) according to claim 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass jedes der beiden Wandlermodule (Ml, M2) zwischen dem positiven Strompfad (PI, P2) und dem Bezugspfad (Bl, B2) einen Strom- oder Freilaufpfad (Fl, F2) aufweist, über den während der Erzeugung der Spannungshalbwellen (Vol (t) , Vo2 (t) ) mittels des jeweils anderen der beiden Wandlermodule (M2, Ml) der Laststromkreis (IL (+) F IL<-) ) geschlossen ist. in that each of the two converter modules (M1, M2) has a current or freewheeling path (F1, F2) between the positive current path (PI, P2) and the reference path (B1, B2), via which during the generation of the voltage half-waves (Vol (t ), Vo2 (t)) by means of the other of the two Converter module (M2, Ml) of the load circuit (I L (+) F IL <- ) ) is closed.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, Device (1) according to claim 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass in den Strom- bzw. Freilaufpfad (Fl, F2) des jewei¬ ligen Wandlermoduls (Ml, M2) ein mittels der Steuer- und/oder Regeleinrichtung (3) steuerbarer Halbleiterschalter (T1B, T2B; Τ1Βλ, Τ2Βλ), insbesondere ein mittels der Steuer- und/oder Regeleinrichtung (3) gesteuerter Synchrongleichrichter-MOSFET (T1B, T2B) , geschaltet ist . in that in the current or freewheeling path (Fl, F2) of the jewei ¬ ligen converter module (Ml, M2) by means of the control and / or regulating device (3) controllable semiconductor switch (T1B, T2B, Τ1Β λ , Τ2Β λ ), in particular a means of the control and / or regulating device (3) controlled synchronous rectifier MOSFET (T1B, T2B), is connected.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, Device (1) according to any one of claims 7 to 10, d a d e c o v e c e n e c e n e,
dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (3) anhand eines Vergleichs der an den Wandlermodulen (Ml, M2) aus- gangsseitig erfassten Istwerte (Vli, V2i) und eines von einer Sollwertvorgabe (SV1, SV2) erzeugten Sollwertes (Vis, V2s) den Tastgrad eines pulsmodulierten, insbesondere pulsweiten- und/oder puls-pausen-modulierten, Steuersignals (Sl, S2) für das jeweilige Wandlermodul (Ml, M2) zur Formung der Spannungshalbwellen (Vol (t) , Vo2 (t) ) einstellt . in that the control and / or regulating device (3) is based on a comparison of the actual values (Vli, V2i) detected on the converter modules (M1, M2) and a desired value (Vis, V2s) generated by a setpoint specification (SV1, SV2) the duty cycle of a pulse-modulated, in particular pulse width and / or pulse-pause-modulated, control signal (Sl, S2) for the respective converter module (Ml, M2) for forming the voltage half-waves (Vol (t), Vo2 (t)) sets.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, Device (1) according to any one of claims 7 to 11, d a d e c e c e s e c e n e c e,
dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (3) einen Sollwerterzeuger (AC1, AC2) zur Formung der Spannungshalbwellen (Vol (t) , Vo2 (t) ) aufweist. the control and / or regulating device (3) has a set value generator (AC1, AC2) for shaping the voltage half-waves (Vol (t), Vo2 (t)).
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 12 zur Ansteuerung von Signalleuchten (2) einer Signalanlage für Schienenfahrzeuge, Device (1) according to one of claims 7 to 12 for the control of signal lights (2) of a signal system for rail vehicles,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (3) einen Sollwerterzeuger (TN1, TN2) für eine Nacht-Helligkeit, einen Sollwerterzeuger (BL1, BL2) für eine synchroni- sierte Blinkgeschwindigkeit und/oder einen Sollwerter¬ zeuger (LA1, LA2) für eine Erhöhung der Ausgangsspannung zum Ausgleich von Anschlussleitungswiderständen der oder jeder Signalleuchte (2) aufweist. in that the control and / or regulating device (3) has a setpoint generator (TN1, TN2) for a nighttime brightness, a setpoint generator (BL1, BL2) for a synchronous Siert flashing speed and / or a Soller ¬ generator (LA1, LA2) for an increase in the output voltage to compensate for connection line resistance of the or each signal light (2).
Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, Device (1) according to claim 13,
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h marked by
mindestens eine Auswahlleitung (A) zur Aktivierung eines oder mehrerer Sollwerterzeuger (AC1, AC2; TN1, TN2 ; BL1, BL2; LA1, LA2 ) . at least one selection line (A) for activating one or more set value generators (AC1, AC2, TN1, TN2, BL1, BL2, LA1, LA2).
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