HOCH- ODER TIEFSETZSTELLER MIT ENTLASTUNGSKONDENSATOR
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Steller, insbesondere einen Hochsetzsteller (HSS) oder einen Tiefsetzsteller (TSS), mit einer Steller-Drossel, mit einer Steller-Diode, mit einem Steller- Schalter und mit einer zu dem Steller-Schalter parallel geschalteten Entlastungsschaltung. Die Entlastungsschaltung weist einen Entlastungskondensator und eine mit dem Entlastungskondensator in Reihe geschaltete Diode auf, wobei die Durchlassrichtung der Diode gleich einer regulären Stromflussrichtung durch den Steller-Schalter ist und wobei für den Entlastungskondensator eine Entladungsschaltung vorgesehen ist. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen Stellers.
Ein solcher Steller kann beispielsweise zur Anpassung zwischen einer von einem Photovoltaik- generator bereitgestellten Spannung und einer Spannung eines Eingangszwischenkreises eines Wechselrichters eingesetzt werden, mit dem elektrische Energie von dem Photovoltaik- generator in ein Wechselstromnetz eingespeist wird. Dabei kann der Steller dazu vorgesehen sein, den Betriebspunkt des Photovoltaikgenerators bei konstanter Eingangszwischenkreis- spannung des Wechselrichters so einzustellen, dass der Photovoltaikgenerator eine unter den aktuellen Betriebsbedingungen maximale elektrische Leistung bereitstellt.
Mit dem Entlastungskondensator kann eine Begrenzung des Spannungsanstiegs über dem Steller-Schalter beim Öffnen des Steller-Schalters erreicht werden: Der Entlastungskondensator kann beim Öffnen des Steller-Schalters den zwar unterbrochenen, aber noch fließenden Strom "abpuffern", wodurch er aufgeladen wird . Dabei bestimmt die sich über dem Entlastungskondensator aufbauende Spann u n g d ie ü ber d em offenen Steller-Schalter anliegende Spannung, d. h. ein durch d ie Kapazität d es Entlastungskondensators vorgegebener Spannungsanstieg wird nicht überschritten. Die Entladungsschaltung entlädt den Entlastungskondensator für das nächste Öffnen des Steller-Schalters, wobei die in dem Entlastungs-
kondensator gespeicherte elektrische Energie einem Ausgangszwischenkreis oder einem Eingangszwischenkreis des Stellers zugeführt wird.
STAND DER TECHNIK
Bei einem üblichen Hochsetzsteller ist in einer von zwei an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen Leitungen eine HSS-Drossel mit einer HSS-Diode in Reihe geschaltet. Hinter der HSS-Diode ist ein Zwischenkreiskondensator zwischen die beiden Leitungen geschaltet, an dem eine von dem Hochsetzsteller gegenüber seiner Eingangsspannung hochgesetzte Ausgangsspannung anliegt. Zwischen der HSS-Drossel und der HSS-Diode führt von der einen Leitung ein Querzweig zu der anderen Leitung, in dem ein HSS-Schalter angeordnet ist. Durch Schließen des HSS-Schalters wird die Eingangsspannung direkt an die HSS-Drossel angelegt, um die HSS-Drossel mit einem durch den HSS-Schalter fließenden großen Strom zu energetisieren. Nach dem Öffnen des HSS-Schalters wird diese Energie durch die HSS-Diode an den Zwischenkreiskondensator mit höherer Spannung abgegeben.
Bei einem aus der DE 101 03 633 A1 bekannten Hochsetzsteller sind mehrere parallele Teilsteller vorgesehen. Die Teilsteller weisen jeweils eine Reihenschaltung aus einer HSS- Drossel und einer HSS-Diode und einen dazwischen abzweigenden Querzweig mit einem HSS- Schalter auf und laden einen gemeinsamen Zwischenkreiskondensator auf. Dabei werden die einzelnen HSS-Schalter jeweils zu einem lückenden Betrieb oder kurz Lückbetrieb des durch die zugehörigen HSS-Drosseln fließenden Stroms angesteuert. Dies bedeutet, dass der Strom durch die jeweilige HSS-Drossel zum Zeitpunkt des Schließens des zugehörigen HSS-Schalters null ist und nach dem erneuten Öffnen des zugehörigen HSS-Schalters, bevor dieser erneut geschlossen wird, wieder auf null zurückgeht. Bei diesem Lückbetrieb sind in vorteilhafter Weise Einschaltverluste von als IGBT-Halbleiterschalter ausgebildeten HSS-Schaltern und auch Ausschaltverluste der HSS-Dioden minimiert. Allerdings treten durch das Abschalten hoher Ströme mit den HSS-Schaltern im Lückbetrieb relativ hohe Ausschaltverluste in den HSS-Schaltern auf, auch wenn diese die genannten Minimierungen der anderen Schaltverluste nicht aufzehren. Ein Stromrippel wird bei dem bekannten Hochsetzsteller durch versetztes Ansteuern der HSS-Schalter der parallel geschalteten Teilsteller reduziert. Das heißt, der Ladestrom in den Zwischenkreiskondensator geht trotz des Lückbetriebs der einzelnen Teilsteller nicht auf null zurück.
Aus der Druckschrift EP 1 51 9 475 A1 ist ein Hochsetzsteller mit einem Entlastungspfad bekannt, der parallel zu dem Querzweig mit dem HSS-Schalter verläuft und wie dieser zwischen der HSS-Drossel und der HSS-Diode abzweigt. In dem Entlastungspfad ist ein Entlastungskondensator für den HSS-Schalter angeordnet, wobei der Entlastungskondensator in dem Entlastungspfad mit einer Diode in Reihe geschaltet ist. Wen n der HSS-Schalter geöffnet wird, kann der Strom über die Diode auf den Entlastungskondensator weiterfließen, bis der Entlastungskondensator auf dieselbe Spannung wie ein ausgangsseitiger Zwischenkreis- kondensator des Hochsetzstellers aufgeladen ist. Da die über dem HSS-Schalter anliegende Spannung durch die über dem Entlastungskondensator anliegende Spannung vorgegeben ist, wird so der Spannungsanstieg über dem HSS-Schalter begrenzt. Um den Entlastungskondensator für das nächste Ausschalten zu entladen und dabei die in dem Entlastungskondensator gespeicherte elektrische Energie dem Zwischenkreiskondensator zuzuführen, ist eine Entladungsschaltung mit einem ansteuerbaren Schalter vorgesehen. Der Schalter der Entladungsschaltung wird derart gesteuert, dass er geschlossen wird, wenn der HSS-Schalter vor dem Abschalten des Stroms geschlossen ist.
Aus US 2006/0274558 A1 ist ein Hochsetzsteller mit einer sogenannten Snubber-Schaltung bekannt. Der Hochsetzsteller weist zwei Eingangs- und zwei Ausgangsanschlüsse auf, wobei zwischen den ersten Eingangs- und den ersten Ausgangsanschluss eine HSS-Drossel und eine HSS-Diode in Reihe geschaltet sind und wobei zwischen der HSS-Drossel und der HSS-Diode ein Querzweig mit einem HSS-Schalter abzweigt. Die Snubber-Schaltung weist einen Pfad mit einer ersten Diode, einer zweiten Diode und einer Drossel auf, die zwischen den ersten Ausgangsanschluss und den zweiten Eingangsanschluss des Hochsetzstellers in Reihe geschaltet sind. Dabei ist die Drossel der Snubber-Schaltung mit der HSS-Drossel magnetisch gekoppelt, und die Durchlassrichtungen der beiden Dioden der Snubber-Schaltung sind einander gleich gerichtet. Weiterhin weist die Snubber-Schaltung einen Kondensator auf, der zwischen dem ersten Ausgangsanschluss des Hochsetzstellers und einem Knotenpunkt zwischen der HSS-Drossel und der HSS-Diode mit der ersten Diode der Snubber-Schaltung in Reihe geschaltet ist. Wenn der HSS-Schalter geschlossen wird, wird aufgrund der magnetischen Kopplung der Drossel mit der HSS-Drossel in dem ersten Pfad der Snubber- Schaltung ein Stromfluss bewirkt, der den Kondensator auflädt, wobei die Polarität der resultierenden Spannung über dem Kondensator der Polarität der Spannung über einem zwischen den Ausgangsanschlüssen liegenden Zwischenkreiskondensators entgegengesetzt ist. Wenn der HSS-Schalter wieder geöffnet wird, fließt der unterbrochene Strom auf den
Kondensator, wodurch dieser entladen wird. Da die über dem HSS-Schalter anliegende Spannung die Differenz aus der zwischen den Ausgangsanschlüssen anliegenden Spannung und der über dem Kondensator anliegenden Spannung nicht überschreiten kann, wird so dem Auftreten von Überspannungen an dem HSS-Schalter entgegengewirkt. Bei einem üblichen Tiefsetzsteller ist in einer von zwei an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen Leitungen ein TSS-Schalter mit einer TSS-Drossel in Reihe geschaltet. Hinter der TSS-Drossel ist ein Zwischenkreiskondensator zwischen die beiden Leitungen geschaltet, an dem eine von dem Tiefsetzsteller gegenüber seiner Eingangsspannung herabgesetzte Ausgangsspannung anliegt. Zwischen dem TSS-Schalter und der TSS-Drossel führt von der einen Leitung ein Querzweig zu der anderen Leitung, in dem eine TSS-Diode angeordnet ist. Durch Schließen des TSS-Schalters fließt ein begrenzter Strom, der die TSS-Drossel energetisiert, durch die TSS-Drossel auf die eine Seite des Zwischenkreiskondensators. Nach dem Öffnen des TSS-Schalters wird diese Energie zum weiteren Aufladen des Zwischenkreiskondensators über die TSS-Diode abgegeben. Ein Hochsetzsteller mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 ist aus der US 2006/0262577 A1 bekannt. Hier ist, hinter dem Querzweig mit dem HSS- Schalter, eine sättigbare Drossel zwischen die HSS-Drossel und die HSS-Diode geschaltet. Eine Entladungsschaltung für einen parallel zu dem HSS-Schalter mit einer Diode in Reihe geschalteten Entlastungskondensator weist eine Drossel, die an demselben Anschluss des Entlastungskondensators angeschlossen ist, wie die mit ihm in Reihe geschaltete Diode, und eine mit der Drossel in Reihe geschaltete weitere Diode auf. Die beiden Dioden weisen von dem Entlastungskondensator aus gesehen einander entgegengesetzte Durchlassrichtungen auf. Die weitere Diode führt einerseits zu einem Resonanzkondensator, der zusammen mit dem Entlastungskondensator und der Drossel einen Serienresonanzkreis ausbildet und mit seinem anderen Ende zwischen der sättigbaren Drossel und der HSS-Diode angeschlossen ist, und andererseits zu einer Entladungsdiode, die hinter der HSS-Diode an den Ausgangs des Hochsetzstellers angeschlossen ist. Der Entlastungskondensator wird beim Öffnen des HSS- Schalters aufgeladen und entlädt sich binnen einer halben Resonanzperiode des Serienresonanzkreises in den Resonanzkondensator, während der HSS-Schalter geschlossen ist. Der Resonanzkondensator, von dem die Ladung wegen der zwischengeschalteten weiteren Diode nicht auf den Entlastungskondensator zurückfließen kann, entlädt sich, wenn der HSS-Schalter wieder geöffnet wird, wobei dann auch der Entlastungskondensator wieder geladen wird.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steller mit verbessertem Wirkungsgrad, insbesondere auch in Bezug auf Ausschaltverluste in dem Steller-Schalter im Lückbetrieb, und einfacherem Aufbau bereitzustellen.
LÖSUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß durch einen Steller mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Stellers sind den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 14 zu entnehmen. Patentanspruch 15 ist auf eine bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Stellers gerichtet.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der erfindungsgemäße Steller weist für seinen Steller-Schalter eine Entlastungsschaltung auf, die zu dem Steller-Schalter parallel geschaltet ist und in der ein Entlastungskondensator mit einer Diode in Reihe geschaltet ist. Für den Entlastungskondensator ist eine Entladungsschaltung vorgesehen, die eine mit der Steller-Drossel magnetisch gekoppelte Drossel aufweist.
Dadurch, dass die Entladungsschaltung die mit der Steller-Drossel magnetisch gekoppelte Drossel aufweist, wird erreicht, dass der Entlastungskondensator über die Entladungsschaltung passiv gesteuert entladen wird, wenn der Steller-Schalter geschlossen wird. Durch die magnetische Kopplung der Drossel mit der Steller-Drossel wird mit dem Beginn des Stromflusses durch die Steller-Drossel beim Schließen des Steller-Schalters ein Stromfluss auch durch die Drossel der Entladungsschaltung hervorgerufen, der zum Entladen des Entlastungskondensators führt. Insbesondere kann der Entlastungskondensator so auch entgegen einer über dem Entlastungskondensator und der Entladungsschaltung anliegenden Spannung des Ausgangs- oder Eingangszwischenkreises entladen werden.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass für das Entladen des Entlastungskondensators keine aktiv steuerbare Entladungsschaltung vorgesehen werden muss, sondern dass das Entladen des Entlastungskondensators auch über eine passiv gesteuerte Entladungsschaltung erfolgen kann. Zum Entladen des Entlastungskondensators kann der erfindungsgemäße Steller so
beispielsweise ohne einen aktiv angesteuerten Schalter, wie ei nen I G BT-Schalter, in der Entladungsschaltung auskommen. Dann wird auch kein Ansteuersignal oder keine Ansteuerschaltung für einen solchen Schalter benötigt, um zu steuern, wann ein Stromfluss in der Entladungsschaltung und somit eine Entladung des Entlastungskondensators erfolgen soll. Durch die passiv gesteuerte Entladungsschaltung kann somit insbesondere eine insgesamt einfachere Ansteuerung des Stellers erreicht werden.
Wenn der Steller-Schalter des Stellers geöffnet wird, während ein Strom durch die zugehörige Steller-Drossel fließt, kann der durch die Steller-Drossel fließende Strom über die Diode der Entlastungsschaltung, deren Durchlassrichtung gleich einer regulären Flussrichtung des Stroms durch den Steller-Schalter ist, auf den Entlastungskondensator fließen, bis der Entlastungskondensator auf dieselbe Spannung wie ein ausgangsseitiger oder eingangsseitiger Zwischen- kreiskondensator des Stellers aufgeladen ist. Da die über dem Steller-Schalter anliegende Spannung durch die über dem Entlastungskondensator anliegende Spannung vorgegeben ist, wird so der Spannungsanstieg über dem Steller-Schalter begrenzt. Insbesondere werden Spannungsspitzen vermieden. Diese Zeit, bis der E ntlastu ngskondensator auf dieselbe Spannung wie der ausgangsseitige oder eingangsseitige Zwischenkreiskondensator aufgeladen ist, ist ausreichend lang, um die Ausschaltverluste in dem Steller-Schalter erheblich zu reduzieren. Allerdings steht sie nur dann zur Verfügung, d. h. nur dann können Ausschaltverluste effektiv reduziert werden, wenn der Entlastungskondensator beim Öffnen des Steller- Schalters entladen ist, d. h. zuvor entladen wurde.
Zum Entladen des Entlastungskondensators ist die Entladungsschaltung vorgesehen. Die Entladungsschaltung ist dabei derart ausgebildet, dass das Entladen des Entlastungskondensators automatisch dann erfolgt, wenn der Steller-Schalter geschlossen wird. Dann ist die Entlastungsschaltung über den Steller-Schalter kurzgeschlossen, so dass keine Spannung über ihr abfällt. Solange der Steller-Schalter offen ist, fällt über der Entlastungsschaltung hingegen zumindest ein Teil der Eingangsspannung oder Ausgangsspannung des Stellers ab.
Dass sich der Entlastungskondensator auch über den Steller-Schalter entlädt, wenn dieser geschlossen ist, ist unerwünscht und wird durch die Diode der Entlastungsschaltung verhindert: In einem Stromkreis von einem Anschluss des Entlastungskondensators über die Diode und den Steller-Schalter zu dem anderen Anschluss des Entlastungskondensators ist d ie Durchlassrichtung der Diode der regulären Stromflussrichtung durch den Steller-Schalter
entgegengesetzt. So wird ein Stromfluss in diesem Stromkreis, der durch die über dem aufgeladenen Entlastungskondensator abfallende Spannung getrieben werden könnte, von der Diode der Entlastungsschaltung gesperrt. Anders ausgedrückt fällt bei geschlossenem Steller- Schalter, d. h. wenn die Entlastungsschaltung kurzgeschlossen ist und keine Spannung über der Entlastungsschaltung abfällt, eine Spannung über der Diode ab, die der über dem Entlastungskondensator abfallenden Spannung entgegengesetzt ist, womit ein durch die über dem Entlastungskondensator abfallende Spannung getriebener Stromfluss von der Diode der Entlastungsschaltung gesperrt wird.
Über ein in der Entladungsschaltung mit der Drossel in Reihe geschaltetes Schaltelement mit unidirektionaler Durchflussrichtung, wobei die unidirektionale Durchflussrichtung des Schaltelements von dem Entlastungskondensator aus gesehen der Durchlassrichtung der Diode der Entladungsschaltung entgegen gerichtet ist, wird sichergestellt, dass der Entlastungskondensator über die Entladungsschaltung und den Ausgangszwischenkreis oder einen Eingangszwischenkreis des Stellers entladen werden kann, während ein Stromfluss in umgekehrter Richtung verhindert ist. In vielen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stellers reicht ein passives Schaltelement mit unidirektionaler Durchflussrichtung, d. h. insbesondere eine weitere Diode aus, deren Durchlassrichtung dann von dem Entlastungskondensator aus gesehen der Durchlassrichtung der Diode der Entladungsschaltung entgegen gerichtet ist.
Wenn das Schaltelement mit unidirektionaler Durchflussrichtung als aktiv angesteuerter Hilfsschalter ausgebildet ist, muss dieser vom Reverse Blocking-Typ sein oder diskret aus einem Transistor und einer damit in Reihe geschalteten Diode bestehen. Die aktive Ansteuerung eines solchen Hilfsschalters ist bei dem erfindungsgemäßen Steller einfach zu realisieren, indem der Hilfsschalter synchron mit dem Steller-Schalter eingeschaltet und zusammen mit diesem oder zumindest nach dem Entladen des Entlastungskondensators wieder ausgeschaltet wird.
Die Steller-Drossel und die mit der Steller-Drossel magnetisch gekoppelte Drossel der Entladungsschaltung können als Luftdrosseln ausgebildet sein. Im Vergleich zur Verwendung von Drosseln mit Kernen werden dadurch eine reduzierte Geräuschentwicklung bei Schaltfrequenzen im hörbaren Bereich, ein reduzierter Ummagnetisierungsverlust bei allen Schaltfrequenzen und in jedem Fall ein Massevorteil erreicht. Beispielsweise kann die Drossel
der Entladungsschaltung als eine Art Zusatzwicklung auf der als Luftdrossel ausgebildeten Steller-Drossel ausgebildet sein.
Grundsätzlich ist eine beliebige Reihenfolge des Entlastungskondensators und der Diode in einem Entlastungspfad der Entlastungsschaltung möglich. Bevorzugt sind der Entlastungskon- densator und die Diode in dem Entlastungspfad jedoch derart angeordnet, dass die Diode mit einem Anschluss des Steller-Schalters verbunden ist, über den der Steller-Schalter mit der Steller-Diode verbunden ist.
Zwischen dem Steller-Schalter und der Diode der Entlastungsschaltung müssen keine weiteren elektrischen Bauteile vorgesehen sein. Daher können der Steller-Schalter und die Diode der Entlastungsschaltung räumlich nah zueinander angeordnet sein. In einer besonders kompakten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stellers sind diese von einem gemeinsamen Halbleiterbauteil ausgebildet. Dadurch werden eine besonders gute, d. h. weitgehend verlustfreie und/oder induktivitätsarme elektrische Verbindung zwischen dem Steller-Schalter und der Diode und entsprechend eine besonders gute Ankopplung des Entlastungspfads erreicht. Ausschaltverlusten beim Öffnen des Steller-Schalters kann so besonders gut entgegengewirkt werden.
Wenn die Diode mit dem Anschluss des Steller-Schalters verbunden ist, der mit dem der Steller-Diode verbunden ist, kann neben dem Steller-Schalter und der Diode der Entlastungsschaltung auch die Steller-Diode von dem gemeinsamen Halbleiterbauteil ausgebildet sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Steller können mehrere Teilsteller vorgesehen sein. Diese können beispielsweise zwischen einem gemeinsamen Eingang und einem gemeinsamen Ausgangszwischenkreis parallel geschaltet sein. Die Teilsteller können aber auch einen sogenannten symmetrischen Steller bilden, bei dem die Teilsteller paarweise abgesehen von den Stromflussrichtungen durch die Steller-Schalter und den Durchlassrichtungen durch die Dioden spiegelbildlich zu einem Mittelpunkt eines gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreises ausgebildet sind. Wenn mehrere Teilsteller vorgesehen sind, kann jeder Teilsteller einen eigenen Steller-Schalter, eine eigene Steller-Drossel, eine eigene Steller-Diode sowie einen eigenen Entlastungskondensator für den Steller-Schalter und eine eigene Entladungsschaltung m i t e i n e r D ross e l a ufwe i s e n . U m d a be i zu g ewä h rl e i ste n , d a s s d e r j ewe i l i g e
Entlastungskondensator passiv gesteuert über die ihm zugeordnete Entladungsschaltung, aber nicht über die Entladungsschaltung eines anderen Teilstellers passiv gesteuert entladen wird, sind die Drosseln der Entladungsschaltungen und die Steller-Drosseln der verschiedenen Teilsteller jeweils separat voneinander magnetisch zu koppeln. Mit dem Schließen des Steller- Schalters eines Teilstellers und dem Beginn eines Stromflusses durch die zugehörige Steller- Drossel wird dann nur ein Stromfluss durch die Drossel der zugehörigen Entladungsschaltung und damit nur ein Entladen des Entlastungskondensators, der diesem Teilsteller zugeordnet ist, bewirkt.
Wenn der Steller mehrere Teilsteller aufweist, ist vorzugsweise eine Steuerung vorgesehen, die jeden Steller-Schalter zu einem lückenden Betrieb des jeweiligen Teilstellers ansteuert. Dabei werden die bereits aus dem Stand der Technik bekannten Vorteile der minimierten Einschaltverluste an den Steller-Schaltern und der insgesamt minimierten Schaltverluste an den Steller-Dioden realisiert. Bei dem erfindungsgemäßen Steller wird zudem durch den Entlastungskondensator eine Reduktion der Ausschaltverluste an dem Steller-Schalter erreicht. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Steuerung die Steller-Schalter mehrerer Teilsteller versetzt ansteuert, womit der Rippel des insgesamt in den Ausgangszwischenkreis fließenden Stroms minimiert werden kann.
In einer konkreten Ausführungsform handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Steller um einen Hochsetzsteller. Die Steller-Drossel und die Steller-Diode sind dann die HSS-Drossel und die HSS-Diode des Hochsetzstellers, und der Steller-Schalter ist der HSS-Schalter des Hochsetzstellers, der in einem zwischen der HSS-Drossel und der HSS-Diode abzweigenden Querzweig angeordnet ist. Die Entlastungsschaltung mit dem Entlastungskondensator und der Diode ist zu dem HSS-Schalter parallel geschaltet. Wenn die Entladungsschaltung für den Entlastungskondensator einen Entladungspfad aufweist, der zwischen der Diode des Entlastungspfads und dem Entlastungskondensator abzweigt und der mit einem ausgangs- seitigen Anschluss der HSS-Diode verbunden ist, kann auf einfache Weise erreicht werden, dass sich der Entlastungskondensator über den Ausgangszwischenkreis des Hochsetzstellers entlädt. Die mittels dem Entlastungskondensator zwischenzeitlich gespeicherte Energie kann so dem Ausgangszwischenkreis zugeführt werden und geht somit nicht verloren. Konkret kann es sich bei einem als Hochsetzsteller ausgeführten erfindungsgemäßen Steller um einen zu einem Mittelpunkt symmetrischen Hochsetzsteller handeln. Dieser weist dann eine
zweite HSS-Drossel, eine mit der zweiten HSS-Drossel in Reihe geschaltete zweite HSS-Diode, einen zweiten HSS-Schalter, der in einem zwischen der zweiten HSS-Drossel und der zweiten HSS-Diode abzweigenden Querzweig angeordnet ist, eine zu dem zweiten HSS-Schalter parallel geschaltete zweite Entlastungsschaltung, in der ein zweiter Entlastungskondensator mit einer zweiten Diode in Reihe geschaltet ist, wobei die Durchlassrichtung der zweiten Diode gleich einer regulären Stromflussrichtung durch den zweiten HSS-Schalter ist, und eine zweite Entladungsschaltung für den zweiten Entlastungskondensator auf. Die zweite Entladungsschaltung weist einen zweiten Entladungspfad auf, welcher zwischen der Diode und dem zweiten Entlastungskondensator abzweigt und mit einem ausgangsseitigen Anschluss der HSS- Diode verbunden ist und in welchem eine zweite Drossel angeordnet ist.
Die zweite Drossel der zweiten Entladungsschaltung kann dabei mit der HSS-Drossel, der zweiten HSS-Drossel und der Drossel der Entladungsschaltung magnetisch gekoppelt sein. Dann sind gegenüber einem bekannten, zu einem Mittelpunkt symmetrischen Hochsetzsteller mit gekoppelten HSS-Drosseln zusätzlich zwei Entlastungsschaltungen mit Drosseln vorgesehen, die in die magnetische Kopplung der HSS-Drosseln einbezogen sind. Dabei kommt es jedoch dazu, dass nicht nur dann, wenn der jeweilige Entlastungskondensator mit Hilfe der jeweiligen Drossel der zugeordneten Entladungsschaltung entladen werden soll, eine Spannung in der jeweiligen Drossel aufgrund der magnetischen Kopplung induziert wird. Daher weist bei einem solchen erfindungsgemäßen symmetrischen Hochsetzsteller die Entladungsschaltung einen mit ihrer Drossel in Reihe geschalteten Hilfsschalter auf, der synchron mit dem HSS-Schalter eingeschaltet wird, und die zweite Entladungsschaltung weist einen mit der zweiten Drossel in Reihe geschalteten zweiten Hilfsschalter auf, der synchron mit dem zweiten HSS-Schalter eingeschaltet wird. Bei diesen Hilfsschaltern handelt es sich um Ausführungsformen des bereits angesprochenen Schaltelements mit unidirektionaler Durchflussrichtung.
Bei einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stellers als Hochsetzsteller handelt es sich um einen sogenannten Dual-X-Hochsetzsteller. Dieser weist eine zweite HSS- Drossel, eine mit der zweiten HSS-Drossel in Reihe geschaltete zweite HSS-Diode und einen zweiten HSS-Schalter auf, der in einem zwischen der zweiten HSS-Drossel und der zweiten HSS-Diode abzweigenden Querzweig angeordnet und über einen Mittelpunkt hinweg mit dem HSS-Schalter in Reihe geschaltet ist. Die erfindungsgemäße Entlastungsschaltung ist dabei auch zu dem zweiten HSS-Schalter parallel geschaltet, indem sie mit dem Anschluss des HSS-
Schalters, über den der HSS-Schalter mit der HSS-Diode verbunden ist, und mit dem Anschluss des zweiten HSS-Schalters verbunden ist, über den der zweite HSS-Schalter mit der zweiten Diode verbunden ist. Die Drossel der erfindungsgemäßen Entladungsschaltung ist magnetisch sowohl mit der HSS-Drossel als auch der zweiten HSS-Drossel gekoppelt. Beim Entlasten sowoh l des H SS-Schalters als auch des zweiten HSS-Schalters wird der Entlastungskondensator der Entlastungsschaltung in gleicher Richtung aufgeladen. Mit dem nächsten Einschalten eines der beiden HSS-Schalter wird der Entlastungskondensator über die magnetisch gekoppelte Drossel der Entladungsschaltung wieder entladen. Bei einem exakt gleichzeitigen Takten der beiden HSS-Schalter, verhalten sich die Entlastungsschaltung und die Entladungsschaltung so, als wenn nur ein HSS-Schalter vorhanden wäre. Wenn die beiden HSS-Schalter beim synchronen Takten, wie es bei einem Dual-X-Hochsetzsteller mit magnetisch gekoppelten HSS-Drosseln erfolgt, nicht exakt gleichzeitig öffnen und schließen, wird in jedem Fall jeder der beiden HSS-Schalter, der einen Strom abschaltet, entlastet, und der Entlastungskondensator wird entladen, sobald durch eine oder beide der HSS-Drosseln mit dem neuerlichen Schließen der HSS-Schalter wieder ein Strom fließt.
In einer anderen konkreten Ausführungsform ist der Steller ein Tiefsetzsteller mit einem TSS- Schalter und einer mit dem TSS-Schalter in Reihe geschalteten TSS-Drossel, wobei zwischen dem TSS-Schalter und der TSS-Drossel ein Querzweig abzweigt, in dem eine TSS-Diode angeordnet ist. Dabei stellen der TSS-Schalter, die TSS-Drossel und die TSS-Diode in diesem Fall den Steller-Schalter, die Steller-Drossel und die Steller-Diode dar. Parallel zu dem TSS- Schalter ist die Entlastungsschaltung vorgesehen, in der der Entlastungskondensator mit der Diode in Reihe geschaltet ist, wobei die Durchlassrichtung der Diode des Entlastungspfads gleich der regulären Stromflussrichtung durch den TSS-Schalter ist. Über den Entlastungspfad kann (analog zu den obigen Ausführungen) für gewisse Zeit nach dem Öffnen des TSS- Schalters der unterbrochene Strom auf den Entlastungskondensator fließen, wodurch der Entlastungskondensator aufgeladen wird. Damit können Ausschaltverluste in dem TSS-Schalter reduziert werden. Dies kann jedoch nur dann erfolgen, wenn der Entlastungskondensator zuvor entladen wurde. Dazu weist der erfindungsgemäße Tiefsetzsteller die passiv gesteuerte Entladungsschaltung für den Entlastungskondensator auf. Die Entladungsschaltung des erfindungsgemäßen Tiefsetzstellers ist dabei derart ausgebildet, dass das Entladen des Entlastungskondensators beim Schließen des TSS-Schalters über einen Eingangszwischenkreis des Tiefsetzstellers erfolgt.
Um das Entladen des Entlastungskondensators über den Eingangszwischenkreis zu ermöglichen, weist die Entladungsschaltung des Tiefsetzstellers vorzugsweise einen Entladungspfad auf, der wie bei dem Hochsetzsteller zwischen dem Entlastungskondensator und der Diode abzweigt. Anders als bei dem Hochsetzsteller, bei dem das Entladen des Kondensators über einen Ausgangszwischenkreis erfolgt, erfolgt das Entladen im Fall des Tiefsetzstellers über einen Eingangszwischenkreis. Dazu ist der Entladungspfad im Fall des Tiefsetzstellers mit einem eingangsseitigen Anschluss der TSS-Diode verbunden.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung eines Stellers und insbesondere eines Hochsetzstellers oder eines Tiefsetzstellers, wobei beim Öffnen des Steller-Schalters der Entlastungskondensator aufgeladen wird, so dass ein Spannungsanstieg über dem Steller- Schalter begrenzt wird, wird der Steller-Schalter vorzugsweise erst dann erneut geöffnet, wenn der Entlastungskondensator auf eine vordefinierte Restspannung von nicht mehr als 25 % einer Zwischenkreisspannung des Ausgangs- oder Eingangszwischenkreises entladen ist. Damit wird sicher gestellt, dass ein Aufladen des Entlastungskondensators beim Öffnen des Steller- Schalters möglich ist und damit Ausschaltverluste reduziert werden können. Dass der Entlastungskondensator ausreichend entladen ist, so dass der Strom auf den Entlastungskondensator fließen kann, wenn der Steller-Schalter geöffnet wird, kann auch erreicht werden, indem vor dem Öffnen des Steller-Schalters eine vorgegebene Mindestzeitspanne abgewartet wird, die durch eine Entladungskonstante für das Entladen des Kondensators bestimmt ist. I nsbesondere ist d iese abhängig von der Kapazität des Entlastungskondensators, der Induktivität, insbesondere der Streuinduktivität der Drossel des Entlastungspfads, der magnetischen Kopplung der Drossel des Entlastungspfads mit der Steller-Drossel und/oder deren Wicklungsverhältnis.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Be- Schreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprüng- liehen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend
von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen. Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem HSS-Schalter die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein HSS-Schalter, zwei HSS-Schalter oder mehr HSS-Schalter vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht. Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Hochsetzsteller. Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Hochsetzsteller mit mehreren Teilstellern.
Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Tiefsetzsteller.
Fig, 4 zeigt einen erfindungsgemäßen symmetrischen Hochsetzsteller.
Fig. 5 zeigt den magnetischen Kreis des symmetrischen Hochsetzstellers gemäß
Fig. 4. Fig. 6 zeigt einen erfindungsgemäßen Dual-X-Hochsetzsteller; und
Fig. 7 zeigt den magnetischen Kreis des erfindungsgemäßen Dual-X-Hochsetzstellers gemäß Fig. 6.
FIGURENBESCHREIBUNG
Der in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Hochsetzsteller 1 weist eine für einen Hochsetzsteller typische Verschaltung einer HSS-Drossel 2, einer HSS-Diode 3 und eines HSS-Schalters 4 auf. Die HSS-Drossel 2 und die HSS-Diode 3 sind in einer Leitung 5 zwischen einem Eingang 6 und einem Ausgang 7 des Hochsetzstellers 1 in Reihe geschaltet. Der HSS-Schalter 4 ist in einem Querzweig 8 angeordnet, der von der Leitung 5 zu einer anderen Leitung 9 führt, die den Eingang 6 hier direkt mit dem Ausgang 7 verbindet. Am Ausgang 7 ist ein Zwischen- kreiskondensator 10 zwischen die Leitungen 5 und 9 geschaltet, der einen Ausgangszwischenkreis 1 1 bildet und über dem die Ausgangszwischenkreisspannung anliegt.
Zusätzlich weist der Hochsetzsteller 1 eine Entlastungsschaltung 12 mit einem Entlastungspfad 13 auf, der parallel zu dem Querzweig 8 mit dem HSS-Schalter 4 zwischen den Leitungen 5 und 9 verläuft und in dem eine Diode 14 und ein Entlastungskondensator 15 in Reihe geschaltet sind. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist die Diode 14 in dem Entlastungspfad 13 vor dem Entlastungskondensator 15 angeordnet. So wird eine räumlich nahe Anordnung des HSS-Schalters 4, der Diode 14 und der HSS-Diode 3 erreicht. Insbesondere können der HSS- Schalter 4 und die Diode 14 von einem gemeinsamen Halbleiterbauteil ausgebildet sein, wobei dann auch die HSS-Diode 3 von diesem gemeinsamen Halbleiterbauteil ausgebildet sein kann. Die Durchlassrichtung der Diode 14 der Entlastungsschaltung 12 ist von der HSS-Drossel 2 aus gesehen gleich der regulären Stromflussrichtung durch den HSS-Schalter 4 und damit der Durchlassrichtung einer zu dem HSS-Schalter 4 parallel geschalteten Freilaufdiode 15 entgegen gerichtet. Ein Strom, den der HSS-Schalter 4 abschaltet, kann für begrenzte Zeit über die Diode 14 auf den Entlastungskondensator 15 fließen, bis dieser auf die gleiche Spannung wie der Zwischenkreiskondensator 10 aufgeladen ist. Hierdurch wird ein Ausschaltverlust in dem HSS-Schalter 4 reduziert. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn der Entlastungskondensator 15 nach jedem Aufladen wieder entladen wird. Dies kann dann erfolgen, wenn der HSS-Schalter 4 geschlossen ist, womit die Entlastungsschaltung 12 kurzgeschlossen wird und somit keine Spannung über dem Entlastungspfad 13 anliegt.
Dass sich der Entlastungskondensator 15 über die Diode 14 und den HSS-Schalter 4 entladen kann, wenn der HSS-Schalter 4 geschlossen ist, wird durch die Diode 14 der Entlastungsschaltung 12 verhindert: Wenn der HSS-Schalter 4 geschlossen ist fällt zwar keine Spannung über der Entlastungsschaltung 12 ab, bei aufgeladenem Entlastungskondensator 15 bedeutet dies jedoch, dass über der Diode 14 eine Spannung abfällt, die der über dem aufgeladenen Entlastungskondensator 15 abfallenden Spannung entgegengesetzt ist. Mit der in Fig. 1 gezeigten Ausrichtung der Durchlassrichtung der Diode 14 bzw. der regulären Stromflussrichtung durch den HSS-Schalter 4 wird dann in einem Stromkreis von einem Anschluss des Entlastungskondensators 15 über die Diode 14 und den HSS-Schalter 4 zu dem anderen Anschluss des Entlastungskondensators 15 ein Stromfluss, d e r d u rc h d i e ü be r d e m aufgeladenen Entlastungskondensator 15 abfallende Spannung getrieben werden könnte, von der Diode 14 der Entlastungsschaltung 12 gesperrt.
Zum Entladen des Entlastungskondensators 15 ist eine Entladungsschaltung 17 vorgesehen. Diese weist einen Entladungspfad 18 auf, der zwischen der Diode 14 und dem Entlastungskon- densator 15 abzweigt und mit einem ausgangsseitigen Anschluss 19 der HSS-Diode 3 verbunden ist. Die Entladungsschaltung 17 umfasst eine mit der HSS-Drossel 2 magnetisch gekoppelte Drossel 20 und eine weitere Diode 21 , wobei die Durchlassrichtungen der Diode 14 und der weiteren Diode 21 von dem Entlastungskondensator 15 aus gesehen einander entgegen gerichtet sind. Durch die magnetische Kopplung der Drossel 20 mit der HSS-Drossel 2 wird erreicht, dass mit einem beim Schließen des HSS-Schalters 4 einsetzenden Stromfluss durch die HSS-Drossel 2 auch ein Stromfluss durch die Drossel 20 in Durchlassrichtung der weiteren Diode 21 bewirkt wird. So wird der Entlastungskondensator 15 über den Ausgangszwischenkreis 1 1 entladen. Somit wird beim Schließen des HSS-Schalters 4 ein passiv gesteuertes Entladen des Entlastungskondensators 15 erreicht. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind die HSS-Drossel 2 und die Drossel 20 mit gleichem Wicklungssinn auf einen gemeinsamen magnetischen Kern gewickelt. Das passiv gesteuerte Entladen würde jedoch auch dann erreicht werden, wenn die Drosseln 2, 20 mit entgegengesetztem Wicklungssinn auf den magnetischen Kern gewickelt sind und die Anschlüsse an der entsprechenden Drossel 2, 20 vertauscht sind. Die für das Entladen des Entlastungskondensators 15 charakteristische Zeitkonstante wird dabei durch die Kapazität des Entlastungskondensators 15, die Induktivität der Drossel 20, die
magnetische Kopplung der Drossel 20 mit der HSS-Drossel 2 und/oder deren Wicklungsverhältnis bestimmt. Indem vor dem Öffnen des HSS-Schalters 4 eine Zeitspanne abgewartet wird, die größer ist, als die charakteristische Zeitkonstante für das Entladen des Entlastungskondensators 15, kann sichergestellt werden, dass dieser ausreichend entladen ist, um Ausschaltverluste beim Öffnen des HSS-Schalters 4 effektiv reduzieren zu können.
Der Entlastungskondensator 15 hat seine besondere Bedeutung beim Ansteuern des HSS- Schalters 4 zum Lückbetrieb des Hochsetzstellers 1 , in dem ein großer Strom durch die HSS- Drossel 2 beim Öffnen des HSS-Schalters 4 abgeschaltet wird. Er sorgt in diesem Fall dafür, dass die Ausschaltverluste, die in dem HSS-Schalter 4 anfallen, reduziert werden. Im Lückbetrieb des Hochsetzstellers 1 sind zudem die Einschaltverluste des HSS-Schalters 4 ebenso minimiert wie die Ausschaltverluste in der HSS-Diode 3.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochsetzstellers 1 als symmetrischer Hochsetzsteller, hier in einer Ausführung als Dreipunkthochsetzsteller gezeigt, bei der der Hochsetzsteller 1 ein Paar von Teilstellern 22, 23 aufweist, die zwischen zwei Eingangsanschlüsse 24, 25 des Hochsetzstellers 1 geschaltet sind. Der grundsätzliche Aufbau eines Dreipunkthochsetzstellers und seine grundsätzliche Funktionsweise sind beispielsweise aus der Druckschrift DE 197 50 041 C1 bekannt.
Der grundsätzliche Aufbau der einzelnen Teilsteller 22, 23 entspricht jeweils dem Aufbau gemäß Fig. 1 : Jeder der Teilsteller 22, 23 weist eine HSS-Drossel 2, eine HSS-Diode 3 und einen HSS-Schalter 4 in einem Querzweig 8 auf. Weiterhin ist für jeden Teilsteller 22, 23 eine Entlastungsschaltung 12 mit einer Diode 14 und einem Entlastungskondensator 15 vorgesehen, wobei jedem Entlastungskondensator 15 eine Entladungsschaltung 17 mit einer Drossel 20 und einer weiteren Diode 21 zugeordnet ist. Zwischen Ausgangsanschlüssen 26, 27 des Hochsetzstellers 1 sind zwei Zwischenkreiskondensatoren 10 vorgesehen, wobei jeder der beiden Zwischenkreiskondensatoren 10 einem der Teilsteller 22, 23 zugeordnet ist. Die Zwischenkreiskondensatoren 10 bilden einen gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis mit einem Mittelpunkt 49. Dabei sind die beiden Teilsteller 22, 23 in Bezug auf den Mittelpunkt 49 abgesehen von den Stromflussrichtungen durch ihre HSS-Schalter 4 und den Durchlassrichtungen durch ihre Dioden 3, 14, 21 spiegelsymmetrisch ausgebildet.
Indem die Drosseln 20 und die HSS-Drosseln 2 der verschiedenen Teilsteller 22, 23 jeweils separat voneinander magnetisch gekoppelt sind, wird sichergestellt, dass sich die Entladungsschaltungen 17 der beiden Teilsteller 22, 23 für das automatische Entladen der Entlastungskondensatoren 15, wenn der HSS-Schalter 4 des jeweiligen Teilstellers 22, 23 geschlossen ist, nicht gegenseitig beeinflussen.
Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Tiefsetzsteller 28, der eine für einen Tiefsetzsteller typische Verschaltung eines TSS-Schalters 29, einer TSS-Drossel 30 und einer TSS-Diode 31 aufweist. Der TSS-Schalter 29 und die TSS-Drossel 30 sind in einer Leitung 32 zwischen einem Eingang 33 und einem Ausgang 34 des Tiefsetzstellers 28 in Reihe geschaltet. Die TSS-Diode 31 ist in einem Querzweig 35 angeordnet, der von der Leitung 32 zu einer anderen Leitung 36 führt, die den Eingang 33 direkt mit dem Ausgang 34 verbindet. Am Ausgang 34 ist ein Zwischenkreiskondensator 37 zwischen die Leitungen 32 und 36 geschaltet, der einen Ausgangszwischenkreis 38 bildet und über dem eine Ausgangszwischenkreisspannung anliegt. Am Eingang 33 ist ein Zwischenkreiskondensator 50 zwischen die Leitungen 32 und 36 geschaltet, mit dem ein Eingangszwischenkreis 51 gebildet ist.
Der Tiefsetzsteller 28 weist weiterhin eine Entlastungsschaltung 39 mit einem dem TSS- Schalter 29 parallel geschalteten Entlastungspfad 40 auf, der vor einem eingangsseitigen Anschluss 41 des TSS-Schalters 28 von der Leitung 32 abzweigt und zwischen dem TSS- Schalter 29 und der TSS-Drossel 30 wieder an die Leitung 32 anschließt. In dem Entlastungspfad 40 sind (von dem eingangsseitigen Anschluss 41 aus gesehen) ein Entlastungskondensator 42 und eine Diode 43 in Reihe geschaltet, wobei die Durchlassrichtung der Diode 43 gleich der regulären Stromflussrichtung durch den TSS-Schalter 29 ist und damit der Durchlassrichtung seiner Freilaufdiode 44 entgegengesetzt ist. Ein Strom, den der TSS- Schalter 29 abschaltet, kann so für begrenzte Zeit über den Entlastungspfad 40 geführt werden, womit der Entlastungskondensator 42 aufgeladen wird. Hierdurch werden Ausschaltverluste in dem TSS-Schalter 29 reduziert.
Um zu erreichen, dass der Entlastungskondensator 42 nach jedem Aufladen wieder entladen wird, ist für den Entlastungskondensator 42 eine Entladungsschaltung 45 vorgesehen, über die der Entlastungskondensator 42 automatisch, d. h. passiv gesteuert, beim Schließen des TSS- Schalters 29 entladen wird. Die Entladungsschaltung 45 weist einen Entladungspfad 46 auf, der zwischen dem Entlastungskondensator 42 und der Diode 43 des Entlastungspfads 40 abzweigt
und mit einem eingangsseitigen Anschluss 52 der TSS-Diode 31 und somit der Leitung 36 verbunden ist. In dem Entladungspfad 46 sind eine Drossel 47 und eine weitere Diode 48 in Reihe geschaltet, wobei die Durchlassrichtungen der Diode 43 und der weiteren Diode 48 von dem Entlastungskondensator 42 aus gesehen einander entgegen gerichtet sind. Die die Drossel 47 ist mit der TSS-Drossel 30 magnetisch gekoppelt. Beim Schließen des TSS- Schalters 29 setzt ein Strom durch die TSS-Drossel 30 ein. Aufgrund der magnetischen Kopplung der TSS-Drossel 30 mit der Drossel 47 der Entladungsschaltung 45 wird damit auch ein Stromfluss durch die Drossel 47 und damit durch den Entladungspfad 46 in Durchlassrichtung der weiteren Diode 48 hervorgerufen. Der Stromfluss hat dabei zur Folge, dass der Entlastungskondensator 42 über den Eingangszwischenkreis 51 entladen wird. Indem vor dem erneuten Öffnen des TSS-Schalters 29 eine Zeitspanne abgewartet wird, die größer ist, als die charakteristische Zeitkonstante für das Entladen des Entlastungskondensators 42, kann sichergestellt werden, dass dieser ausreichend entladen ist, um beim Öffnen des TSS- Schalters 29 wieder aufgeladen werden zu können, so dass die Ausschaltverluste in dem TSS- Schalter 29 reduziert werden können.
Anders als in Fig. 3 dargestellt können die TSS-Drossel 30 und die Drossel 47 auch mit entgegengesetztem Wicklungssinn auf einen gemeinsamen magnetischen Kern gewickelt sein, ohne dass die Funktion des erfindungsgemäßen Tiefsetzstellers 28 beeinträchtigt wird, wenn die Anschlüsse an der entsprechenden Drossel 30, 47 vertauscht werden. Der in Fig. 4 dargestellte erfindungsgemäße symmetrische Hochsetzsteller 1 unterscheidet sich von dem in Fig. 2 dargestellten symmetrischen Hochsetzsteller 1 dadurch, dass die beiden HSS-Drosseln 2 und damit auch die beiden Drosseln 20 magnetisch miteinander gekoppelt sind. Die Details der magnetischen Kopplung gehen dabei aus Fig. 5 hervor, die den magnetischen Kreis der beiden HSS-Drosseln 2 und der beiden Drosseln 20 zeigt. Im Wesentlichen entspricht der magnetische Kreis demjenigen bei einem symmetrischen Hochsetzsteller mit gekoppelten HSS-Drosseln ohne die Entlastungsschaltungen 12. Die Drosseln 20 führen im Vergleich zu den HSS-Drosseln 2 nur einen kleinen Strom und haben damit keinen Einfluss auf die Dimensionierung des Kerns 53. Zu beachten ist lediglich eine ausreichende Streuinduktivität zwischen den HSS-Drosseln 2 und den Drosseln 20 (L sigma_1/L sigma_2). Durch die magnetische Kopplung der jeweils einen Drossel 20 des einen Teilstellers 22, 23 mit der HSS-Drossel 2 des anderen Teilstellers 23, 22 werden auch ungewollte Spannungen in den Drosseln 20 induziert. Um einen resultierenden ungewollten
Stromfluss durch die Drosseln 20 zu blockieren, sind statt der weiteren Dioden 21 Hilfsschalter 54 in den Entladungspfaden 18 mit den Drosseln 20 in Reihe geschaltet. Diese Hilfsschalter 54 sind wie die Dioden 20 grundsätzlich als Schaltelemente mit unidirektionaler Durchflussrichtung ausgebildet, die zudem ganz gesperrt werden können, um zusätzlich ungewollte Stromflüsse auch in der unidirektionalen Durchflussrichtung zu unterbinden. Dazu werden die Hilfsschalter 54 synchron mit dem jeweiligen HSS-Schalter 4 desselben Teilstellers 22 bzw. 23 eingeschaltet und entweder zusammen mit diesem oder dann, wenn der zugehörige Entlastungskondensator 15 wunschgemäß entladen ist, ausgeschaltet. Der Vorteil der Ausführungsform des symmetrischen Hochsetzstellers 1 gemäß den Fig. 4 und 5 ist eine kompakte, insbesondere leichtgewichtigere Drosseleinrichtung als bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2.
Bei dem in Fig. 6 gezeigten Hochsetzsteller 1 handelt es sich um einen sogenannten Dual-X- Hochsetzsteller mit zwei Paaren von Eingangsanschlüssen 24 und 25, um dort zwei Spannungsquellen 55 parallel anzuschließen. Ein Dual-X-HSS ist grundsätzlich aus der DE 10 2010 006 124 A1 bekannt. Wie der Hochsetzsteller 1 gemäß Fig. 4 weist der Dual-X- Hochsetzsteller zwei HSS-Drosseln 2, zwei HSS-Dioden 3 und zwei HSS-Schalter 4 auf. Da sich die damit aufgebauten Teilsteller 22 und 23 im Bereich ihrer Querzweige 8 überlappen und die beiden HSS-Schalter 4 synchron getaktet werden, reicht hier eine gemeinsame Entlastungsschaltung 12 und auch eine gemeinsame Entladungsschaltung 17 mit nur einer Drossel 20 aus, die in dem Entladungspfad 18 mit der Diode 21 in Reihe geschaltet ist. Zudem wird durch die gemeinsame Entlastungsschaltung 12 und die gemeinsame Entladungsschaltung 17 eine Rückwirkung der Entlastungsschaltung 12 auf eine Symmetrierung für die Reihenschaltung der HSS-Schalter 4 vermieden. Fig. 7 skizziert den magnetischen Kreis des Hochsetzstellers 1 gemäß Fig. 6.
BEZUGSZEICHENLISTE Hochsetzsteller
HSS-Drossel
HSS-Diode
HSS-Schalter
Leitung
Eingang
Ausgang
Querzweig
Leitung
Zwischenkreiskondensator
Ausgangszwischenkreis
Entlastungsschaltung
Entlastungspfad
Diode
Entlastungskondensator
Freilaufdiode
Entladungsschaltung
Entladungspfad
Anschluss
Drossel
Diode
Teilsteller
Teilsteller
Eingangsanschluss
Eingangsanschluss
Ausgangsanschluss
Ausgangsanschluss
Tiefsetzsteller
TSS-Schalter
TSS-Drossel
TSS-Diode
Leitung
Eingang
Ausgang
Querzweig
Leitung
Zwischenkreiskondensator Ausgangszwischenkreis Entlastungsschaltung Entlastungspfad
Anschluss
Entlastungskondensator Diode
Freilaufdiode
Entladungsschaltung Entladungspfad
Drossel
Diode
Mittelpunkt
Zwischenkreiskondensator Eingangszwischenkreis Anschluss
Kern
Hilfsschalter
Spannungsquelle