EP3625884A1 - Galvanically coupled electrical converter - Google Patents

Galvanically coupled electrical converter

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EP3625884A1
EP3625884A1 EP18739750.0A EP18739750A EP3625884A1 EP 3625884 A1 EP3625884 A1 EP 3625884A1 EP 18739750 A EP18739750 A EP 18739750A EP 3625884 A1 EP3625884 A1 EP 3625884A1
Authority
EP
European Patent Office
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converter
output
semiconductor switch
voltage
inductance
Prior art date
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Ceased
Application number
EP18739750.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Marvin TANNHÄUSER
Christopher Fromme
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 AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3625884A1 publication Critical patent/EP3625884A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • 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
    • H02M3/1582—Buck-boost converters
    • H—ELECTRICITY
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    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0095—Hybrid converter topologies, e.g. NPC mixed with flying capacitor, thyristor converter mixed with MMC or charge pump mixed with buck

Definitions

  • the invention relates to a galvanically coupled electrical converter.
  • DC-DC conversion of an input voltage of such as 20 V in an output voltage of, for example 400 V that is galvanically isolated DC-DC converters are used. These usually use an inverter, a transformer and a rectifier with subsequent smoothing to convert the input voltage into the output voltage.
  • the inventive galvanically coupled electrical Wand ⁇ ler for converting an input voltage applied to first terminals in an output voltage comprises an input side connected to the first terminals up converter and an input side with the first connections connected Inverswandler. Furthermore, the converter has a se ⁇ rienscnies of two capacitors connected to the output side positive pole of the boost converter and the output side negative pole of the inverter, the output side negative pole of the boost converter and the output side positive pole of the inverter are connected to each other and to the center terminal between the capacitors ,
  • Such a converter consists of a combination of an up-converter (step-up converter). ler, engl. Boost Converter) with an inverse converter (engl, inverting buck-boost converter) by the series connection of the outputs can provide a comparatively high output voltage ⁇ . Since each of the converter only has to provide half the output voltage, the respective transla ⁇ reduction ratio is significantly reduced compared to the case of a single converter.
  • the transformer is saved and thus achieved an improved efficiency. Since the transformer typically RESIZE ⁇ SSSR and is also more expensive than a simple te inductive compo-, is achieved by the inventive converter also has a smaller size and lower costs for the construction of the wall ⁇ toddlers. Furthermore, it is also possible by the construction of the converter to use both output voltages separately from each other.
  • boost converters and inverters are operated as DC-DC converters.
  • the converter according to the invention can also be operated so that essentially a DC voltage is present at its output in the form of the two capacitors.
  • the nature of the operation is determined by a control device which performs the circuits of the semiconductor switches present in the converters.
  • the control device can also be designed, at the output of the converter a to provide other voltage form than a DC voltage.
  • the boost converter may comprise a first series connection of a first semiconductor switch or a first diode with a second semiconductor switch.
  • the outer terminals of the first series circuit form the output side poles of the boost converter.
  • the boost converter comprises a first inductance, which is connected to the center terminal of the first series circuit and the positive pole of the input voltage.
  • a boost converter is realized.
  • Using a diode enables unidirectional energy flow. If the first series circuit comprises the first semiconductor switch, both directions of energy flow are supported by the up-converter. In other words, to clarify the construction variants, it is repeated that the first series circuit can either have two semiconductor switches or else a semiconductor switch and a diode. Both design variants can be combined with the variants mentioned below.
  • the inverse converter may comprise a second series connection of a third semiconductor switch with a fourth semiconductor switch or a second diode. Of these, one external connection forms the output-side negative pole of the inverter and the other external connection is connected to the positive pole of the input voltage. Furthermore, the inverse converter comprises a second inductance, which is connected to the center terminal of the second series circuit and to the middle terminal between the capacitors.
  • This implements an inverting buck-boost converter.
  • using the second diode enables unidirectional energy flow.
  • the fourth semiconductor switches are supported both energy flow directions from the buck-boost converter.
  • the second series circuit tion can either have two semiconductor switches or a semiconductor switch and a diode. Both construction variants can be combined with the variants mentioned below and above.
  • the converter may have a fifth semiconductor switch between the first inductance and the positive pole of the input voltage. Furthermore, in this case, the converter comprises a sixth semiconductor switch or a third diode between the first inductance and the negative pole of the input voltage.
  • the boost converter may inherently produce only voltages higher than the input voltage clamping ⁇ at its output.
  • the fifth and sixth semiconductor switches it is advantageously possible to represent smaller voltages than the input voltage. If the converter has the sixth semiconductor switch, both directions of energy flow are supported.
  • the transducer comprises the third diode, the energy flow ⁇ direction is supported by the side of the input voltage forth.
  • the converter may include a third inductor serially connected between the first semiconductor switch or the first diode and the second semiconductor switch in the first series connection. This further increases the possible gear ratio for the boost converter.
  • the first and third inductors are constructed as a common inductance with a center tap for the second semiconductor switch. With common inductance is meant that the inductors have a common magnetic circuit, that are arranged on a common core.
  • the converter may comprise a fourth inductor serially connected between the third semiconductor switch and the fourth semiconductor switch or the second diode in the second series circuit.
  • the second and fourth inductance are constructed as a common inductance with a center tap for the third semiconductor switch.
  • common inductance is meant here as in the first and third inductance that the inductors have a magnetic circuit the Common ⁇ men, are thus arranged on a common core.
  • the semiconductor switches of the up-converter and the inverse converter can be operated by the control device in staggered clocking. This has the effect that the switching frequency in the converter appears to be doubled compared to the switching frequency of the semiconductor switches, for example in the boost converter.
  • Inductors and capacitances of EMC filters are thereby reduced.
  • the components are thus significantly smaller and lighter. Since size and weight of these devices typically egg weight ⁇ NEN significant proportion of the overall size and the Truge- have a converter, thereby the entire wall ⁇ ler smaller in appreciably and lighter.
  • the up-converter and the inverse converter can be operated so that their output voltages are the same. Alternatively, they can be operated so that their output voltages are different from each other.
  • the power converter comprises an electrical converter according to the invention. Furthermore, the power converter comprises a full bridge connected in parallel with the series connection of two capacitors with the external terminals, whose center terminals in turn form output terminals for the power converter.
  • the inventive electrical converter is supplemented by the output side connected full bridge to a power converter.
  • the power converter for example, supports an energy flow from the side of the first terminals of the converter to the output terminals of the power converter, in which case the power converter operates as an inverter.
  • the control device of the electrical converter is also responsible for controlling the full bridge for further write-Be ⁇ .
  • the boost converter It is designed for operation as an inverter, to operate the boost converter so that at its output, ie at a first of the capacitors, a first half-wave voltage is generated. Furthermore, the inverse converter is operated so that at its output, so the second of the capacitors, a second half-wave voltage is generated whose polarity is opposite to that of the first voltage.
  • the phase of the half-waves is preferably identical. The polarities of the half-waves then add their amplitudes.
  • half-waves are not perfect. Due to the switching behavior of the respective semiconductor switches, which are switched at high frequencies, the half-wave form has harmonics. Furthermore, the voltage in the boost converter is limited to voltages above the input voltage, so that the half-waveform can not reach the voltage of 0V. So the half-wave needs to be understood, which can only be reached approximately in the Reali ⁇ ty of the electrical converter as idealized th and desired shape.
  • the control device is further configured to control the semiconductor switch of the full bridge so that the applied half-waves are indexed, wherein the polarity of the handoff is switched after each half-wave.
  • the semiconductor switches of the full bridge only have to be switched over at twice the frequency of the half-waves, ie up to a factor of 2 with the frequency corresponding to the alternating voltage generated.
  • the frequency of the generated AC voltage is freely selectable. If an alternating voltage with, for example, mains frequency of 50 Hz is to be generated , the half-waves must be generated at this frequency and the semiconductor switches of the full bridge must be switched at each zero crossing of the AC voltage, ie at 100 Hz.
  • the switching frequency of the semiconductor switches of the full bridge is therefore very low for typical inverter conditions.
  • the described inverter can be used advantageously in ⁇ example, as a solar inverter or battery chargers.
  • the first Se ⁇ rien circuit includes the first diode and the second semiconductor switch and the second series circuit comprises the second diode and the third semiconductor switch, while the first and fourth semiconductor switches are not present.
  • the first and second diodes but the first and fourth semiconductor switches, also in the direction of energy flow from the side of the first terminals of the converter to the output terminals of the power converter. This is the case, for example, in the case of the described generation of half-waves, since energy must be actively removed from the first or second capacitor during the falling edges of the half-waves.
  • the power converter also supports a flow of energy in the reverse direction, in which case expediently the first and fourth semiconductor switches are present, that is to say the first and second series circuits each comprise two semiconductor switches.
  • the power converter works as a rectifier.
  • the power converter may additionally have the following features:
  • the control device is preferably designed to check whether the height of the voltage to be generated by the boost converter is lower than the input voltage.
  • the up-converter can not represent the voltage in this case. This case can occur when the boost converter is to generate a DC voltage at the first capacitor whose level is lower than that of the input voltage. The case may continue to occur when the boost converter generates the halfwaves already described. In this case, there is always a part of the half-wave in which the voltage is lower than the input voltage. Depending on the amplitude of the half-wave, this may even be the case for the entire half-wave.
  • the controller may be configured to take one of two actions.
  • a first measure results from the fact that the up-converter comprises the fifth and sixth semiconductor switches.
  • Control device then controls these two semiconductor switches in addition to generate a voltage below the input voltage. For this it is possible to use two different operating forms
  • either the first and second semiconductor switch for generating the shape of the output voltage can be used during the fifth semiconductor switch switches turned ⁇ and the sixth semiconductor switch is turned off or reversed, the fifth and sixth semiconductor switch for generating the shape of the output voltage used while the first semiconductor switch is turned on and the second semiconductor switch is turned off.
  • the first and second semiconductor switches are used when the output voltage is higher than the input voltage.
  • the fifth and sixth semiconductor switches are used when the Output voltage is lower than the input voltage.
  • the boost converter formed with the first and second semiconductor switches and the buck converter formed with the fifth and sixth semiconductor switches are used alternately in time and independently of each other.
  • a second mode of operation results from the fact that the first, second, fifth and sixth semiconductor switches are switched diagonally. For switching between two switching states, wherein in the first switching state of the first and sixth semiconductor switches are turned on and in the second Wegzu ⁇ state of the second and fifth semiconductor switches are turned on.
  • the boost converter and the buck converter thus operate at the same time and not independently of each other.
  • This second mode of operation has an advantageously simplified control result.
  • a second, alternative measure may be taken by the controller when the boost converter does not include the fifth and sixth semiconductor switches.
  • the full bridge semiconductor switches are used to correct the output voltage of the boost converter.
  • the semiconductor switches of the full bridge are preferably high-frequency, for example with a
  • the power converter can have a third and fourth inductor in series with the output terminals and a capacitor connected between the output terminals. This creates an output filter.
  • the power converter using the fifth and be constructed sixth semiconductor switch. This makes it possible in the boost converter to output lower voltages than the input voltage.
  • Another output terminal of the power converter can be formed by the center connection between the capacitors. This enables operation with a single-phase three-wire network, such as in the USA.
  • the control device can be configured to operate the inverter and the boost converter so that the amplitude of the generated half-wave from the invert converter is different from the amplitude of the half-wave generated by the invert converter. This can advantageously the same
  • Figures 1 to 4 embodiments for the electrical converter Figure 5 is a construction diagram of a photovoltaic system with
  • FIG. 6 shows an embodiment for an inverter using the electrical converter
  • FIGS. 8 to 10 further embodiments for the inverter
  • the transducer 10 corresponds to the structure of an interconnection of an up converter and a home verswandlers, wherein the respective outputs are maral ⁇ tet in series.
  • the converter 10 has a first and second input input terminal IIA, IIB for the input voltage, with the first input terminal IIA to be used as a positive terminal.
  • the transducer 10 has a first and second output terminals 13A, 13B, the first output terminal 13A also typically the positive pole is ⁇ represents.
  • the transducer 10 further includes three electrical bone ⁇ tenivity 12A, 12B, 12C on the basis of which the structure ⁇ be written is.
  • the first node 12A is connected directly to the second input terminal A ⁇ IIB and further connected to ground. Between the first input terminal IIA and the second node 12B, a first inductance LI is angeord ⁇ net. Between the first output terminal 13A and the two ⁇ th node 12B, a first diode Dl is arranged. The first diode Dl is oriented so that a power line from the second node 12 B is made possible. Between the second node 12B and the first node 12A, a second semiconductor switch S2 is arranged.
  • a first capacitor Cl which represents the output of the up-converter, which is formed from the Ers ⁇ th diode Dl, the second semiconductor switch S2 and the first inductance LI.
  • a third semiconductor switch S3 is arranged between the first input terminal IIA and the third node 12C.
  • a second diode D2 is arranged between the second output terminal 13B and the third node 12C.
  • the second diode D2 is oriented so that a power line is enabled from the second output terminal 13B.
  • Zvi ⁇ rule the third node 12C and the first node 12A is disposed a second inductor L2.
  • a second capacitor C2 is arranged, which represents the output of the inverter, that of the second Diode D2, the third semiconductor switch S3 and the second inductance L2 is formed.
  • the semiconductor switches S2, S3 in the converter 10 are in this example GaN switches. However, other switches such as MOSFETs or IGBTs can be used.
  • the boost converter During operation of the circuit, the boost converter generates a positive voltage on the first capacitor Cl. This positive voltage is inherently at least as large as the A ⁇ input voltage at the input terminals IIA, IIB.
  • the inverter in turn, generates a negative voltage at the second output terminal 13B relative to the first node 12A.
  • the output voltage between the two output terminals 13A, 13B is the sum of the amounts of the two voltages generated in magnitude.
  • the gear ratio that results for a given input and output voltage is halved for the boost converter and the inverter converter, respectively.
  • FIG. 2 shows a converter 20 with an alternative construction to the converter 10 of FIG. 1.
  • the structure of the converter 20 differs from the converter 10 according to FIG. 1 in that a first semiconductor switch S1 is now present at the location of the first diode D1.
  • a fourth semiconductor switch S4 is present instead.
  • the operation of the converter 20 can be carried out analogously to the converter 10 according to FIG.
  • the converter 20 can also be extended, in which the target voltages at the capacitors C 1, C 2 are no longer DC voltages, but other waveforms, that is, generally mixed voltages.
  • a Steuerungsein ⁇ direction not shown in the figures provided which is designed for the extended operation to switch the first through fourth semiconductor switch S1 ... S4 so by means of a pulse-width modulation that the desired voltage curve across the capacitors Cl, C2 results.
  • Such a desired voltage curve may, for example, consist of a sequence of half-waves or of a DC voltage with an additional modulation. Furthermore, since the generated voltages at the first and second capacitors C 1, C 2 add to the output voltage, a high amplitude at a moderate transmission ratio for the converter can be achieved even with a mixed voltage.
  • the sequence of half-waves for example, both the up-converter and the inverse converter can produce a phase and amplitude-identical half-wave profile. Then, the amplitudes of the half-waves in the output voltage add to the output terminals 13A, 13B.
  • a limitation in the operation of converter 20 of Figure 2 is that the boost converter can not produce an output voltage below the input voltage. As a result, not all DC voltages and not all mixed voltage characteristics can be generated.
  • a possible solution for this ent ⁇ holds the converter 30 of Figure 3, which represents a further embodiment of the invention.
  • the converter 30 comprises the components of the converter 20 according to FIG. 2.
  • a fourth node 12D is present between the first inductance LI and the first input terminal IIA.
  • a fifth semiconductor switch S5 is arranged between the fourth node 12D and the first input terminal IIA.
  • a sixth semiconductor switch S6 is disposed between the fourth node 12D and the first node 12A.
  • a com bination of ⁇ down and up converter (English, a buck boost converter) is realized.
  • the characteristics of the boost converter can be established. Is an output voltage to be generated, which is lower than the input voltage, the first semiconductor switch is turned on Sl and the second semiconductor switch S2 are turned off, and thus only the down converter ⁇ be used.
  • the restriction of the converter 20 of FIG. 2 with respect to the output voltage is eliminated, and any positive DC voltages and waveforms whose amplitude is not too large can be generated.
  • the first, second, fifth and sixth semiconductor switches S1, S2, S5, S6 can be switched diagonally.
  • the boost converter and the buck converter thus operate at the same time and not independently of each other.
  • the converter 40 according to FIG. 4 is structurally based on the converter 20 according to FIG. In addition to this, however, the converter 40 has a third inductance L3 between the second node point 12B and the first semiconductor switch S1.
  • the first and the third inductance LI, L3 are in this case ⁇ play as a common inductance with center tap ⁇ builds, followed by the second semiconductor switch S2 connects.
  • the converter 40 has a fourth inductance L4 between the third node 12C and the fourth semiconductor switch S4.
  • the second and the fourth inductance L2, L4 are constructed analogously to the first and third inductors LI, L3 in this example as common inductance with center tap, to which the third semiconductor switch S3 is connected.
  • an inverter is constructed with the respective converter 20, 30, 40, which can be used for example as a micro-solar inverter (engl, solar micro-inverter or microinverter).
  • a micro-solar inverter engaging, solar micro-inverter or microinverter.
  • the use of such a micro-solar inverter is roughly sketched in FIG.
  • the inverter 60, 80, 90, 100 is connected to a photovoltaic solar module 51 and to the utility network 52.
  • an inverter 60, 80, 90, 100 is connected in the manner of a micro-solar inverter with exactly one solar module 51 and differs therewith from the conventional string inverter or central inverter.
  • the inverter 60, 80, 90, 100 takes over the conversion of the DC voltage coming from the solar module 51 into a voltage corresponding to the supply network with suitable amplitude, frequency and phase position.
  • FIG. 6 An exemplary structure for a first inverter 60 is shown in FIG. 6.
  • the inverter On the input side, the inverter has a converter 20, which is constructed in accordance with FIG.
  • the output terminals 13A, 13B of the converter 20 do not act as outputs for the inverter 60, but are connected to the external terminals of a full bridge V.
  • the full bridge V comprises four further semiconductor switches S7, S8, S9, S10.
  • the middle terminal of a first half bridge of the full bridge V with the seventh and ninth semiconductor switches S7, S9 is connected to a fifth inductance L5.
  • the middle connection of the second half bridge of the full bridge V with the eighth and tenth semiconductor switch S8, S10 is connected to a sixth inductance L6.
  • the center connections are also connected via a third capacitor.
  • the two center connections are further connected to an EMI filter 61.
  • the output of the EMI filter 61 represents the two output terminals 53A, 53B for the inverter 60.
  • the control device for the inverter 60 which performs the control of the semiconductor switches S1 ... S10.
  • the first and second semiconductor switches S1, S2, ie the up-converter are driven with pulse width modulation in such a way that at the output of the up-converter, ie at the first capacitor C1, the profile of the voltage UC1 takes the form of successive half-waves , This voltage curve is sketched in FIG. 7.
  • the third and fourth semiconductor switches S3, S4, ie the inverse converter are so controlled that at the output of the inverse converter, ie at the second capacitor C2, the course of the voltage UC2 also takes the form of successive half-waves.
  • the up-converter and the inverse converter are thus operated in contrast to the typical operation as a DC-DC converter now so that they produce at their output in each case just no constant DC voltage.
  • the polarity of the voltage UC2 at the second capacitor is such that an increased amplitude of the voltage waveform Zvi ⁇ rule results in sum the first and second output terminals 13A, 13B. With the same amplitude of the two voltage curves UC1, UC2, twice the amplitude for the half-wave results in total.
  • the resulting half-wave is applied to the outer terminals of the full bridge V.
  • the full bridge V is now so ⁇ controlled that the polarity of the half-wave changes with each half-wave and thus results in an ideal sinusoidal voltage waveform between the center terminals of the full bridge V. This is done by switching between two switching states. In the first switching state of the eighth and ninth semiconductor ⁇ switches S8, S9 are switched on, and the seventh and tenth half ⁇ conductor switches S7, S10 off. In the second switching state, the seventh and tenth semiconductor switch S7 is turned on ⁇ S10 and the eighth and ninth semiconductor switch S8, S9 off. The change between these switching states takes place with each half-wave.
  • the control-device is expedient designed to handle this prob ⁇ lem.
  • the control device can be designed, at least in the said time ranges to generate the voltage waveform of the sine wave by the circuit of the semi-conductor switch S7 ⁇ ... S10 of the full bridge V.
  • the semiconductor switches S7 ... S10 must be switched to high-frequency in these time ranges and the voltage form must be set by pulse width modulation.
  • the fifth and sixth inductors L5, L6 and the third capacitor C3 are designed for the necessary filtering of the resulting voltage form even in the case of a high-frequency circuit of the full-bridge V.
  • FIG. 8 shows, as a further exemplary embodiment, an inverter 80.
  • the inverter 80 is constructed approximately like the inverter 60 according to FIG. 6.
  • the inverter 80 according to FIG. 8 is based on the converter 30 according to FIG In other words, in the inverter 80 according to FIG , n
  • the fifth and sixth semiconductor switches S5, S6 are present.
  • the fifth and sixth inductor L5, L6, and the third capacitor C3 is not EXISTING ⁇ .
  • the boost converter is expanded by the fifth and sixth semiconductor switches S5, S6 to a combined up and down converter.
  • the restriction of the output voltage at the first capacitor Cl to voltages above the input voltage thereby eliminated.
  • the control device is configured to use the fifth and sixth semiconductor switches S5, S6 in addition to the first and second semiconductor switches S1, S2 in such a way that the half-wave to be generated is now completely present at the first capacitor C1.
  • the voltages applied to the first and second capacitors C1, C2 thus correspond as completely as possible to the voltage curves UC1, UC2 shown in FIG.
  • the full bridge V will now be described already for the inverter 60 of Figure 6 is controlled such that the half-wave Pola ⁇ rity changes with each half-wave and thus results ⁇ with a sinusoidal ideally voltage waveform across the center terminals of the full bridge V.
  • the eighth and ninth semiconductor switches S8, S9 are switched on and the seventh and tenth semiconductor switches S7, S10 are switched off.
  • the second switching state of the seventh and tenth semiconductor ⁇ switches S7, S10 are turned on and the eighth and ninth half ⁇ conductor switches S8, S9 off.
  • the semiconductor switches S7... S10 can basically switch at the frequency of, for example, 100 Hz. Therefore, even more so than in the case of Inverter 60 that in the full bridge advantageous such switches can be used, which are optimized for low line ⁇ losses.
  • the need for filtering the high-frequency switching is eliminated, whereby the fifth and sixth inductor L5, L6 and the third condensate ⁇ sator C3 become unnecessary.
  • Figure 9 shows as a further embodiment a change ⁇ rectifiers 90, which is designed for use in a single-phase three ladder network (English, split-phase grid).
  • the design of the inverter 90 including the configuration of the control device, largely corresponds to the design of the inverter 60 according to FIG. 6.
  • the first node 12A is provided as a further input for the EMI filter 61 and is led out of it as a neutral conductor.
  • the other functionality corresponds to the change ⁇ judge 60 of Figure 6.
  • FIG. 10 shows, as a further exemplary embodiment, an inverter 100 which is likewise designed for use in a single-phase three-wire network.
  • the construction of the inverter 100 corresponds including Ge ⁇ staltung the controller largely to the structure of the inverter 80 shown in Figure 8, thus has the fifth and sixth semiconductor switches S5, S6 instead of the fifth and sixth inductor L5, L6 and the third capacitor C3 ,
  • the first node 12A is provided as a further input for the EMI filter 61 and is led out of it as a neutral conductor.
  • the other functionality corresponds to the inverter 80 according to FIG. 8.
  • inverter is based on the structure of Figure 4. This construction with inductances with center tap can also be combined with the design variants according to FIGS. 6, 8, 9 and 10.

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Abstract

The invention relates to a galvanically coupled electrical converter for converting an input voltage applied to first terminals into an output voltage, comprising a step-up converter which is connected on the input side to the first terminals, a buck-boost converter which is connected on the input side to the first terminals and a series circuit of two capacitors, which is connected to the output-side positive terminal of the step-up converter and to the output-side negative pole of the buck-boost converter, wherein the output-side negative pole of the step-up converter and the output-side positive pole of the buck-boost converter are connected to the medium connection between the capacitors.

Description

Beschreibung description
Galvanisch gekoppelter elektrischer Wandler Galvanically coupled electrical converter
Die Erfindung betrifft einen galvanisch gekoppelten elektrischen Wandler. The invention relates to a galvanically coupled electrical converter.
Zur DC-DC-Wandlung einer Eingangsspannung von beispielsweise 20 V in eine Ausgangsspannung von beispielsweise 400 V, d.h. mit einem Übersetzungsverhältnis von 20 oder mehr werden ty¬ pischerweise transformatorische, d.h. galvanisch entkoppelte DC-DC-Wandler eingesetzt. Diese setzen üblicherweise einen Wechselrichter, einen Transformator und einen Gleichrichter mit nachfolgender Glättung ein, um die Eingangsspannung in die Ausgangsspannung zu wandeln. For DC-DC conversion of an input voltage of such as 20 V in an output voltage of, for example 400 V, ie having a gear ratio of 20 or more ty ¬ pisch legally transformer, that is galvanically isolated DC-DC converters are used. These usually use an inverter, a transformer and a rectifier with subsequent smoothing to convert the input voltage into the output voltage.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten elektrischen Wandler anzugeben, der insbesondere eine gegen- über bekannten Lösungen verringerte Baugröße aufweist. It is an object of the present invention to provide an improved electrical converter, which in particular has a reduced size compared to known solutions.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrischen Wandler mit den Merkmalen von Anspruch 1. Der erfindungsgemäße galvanisch gekoppelte elektrische Wand¬ ler zur Wandlung einer an ersten Anschlüssen anliegenden Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung umfasst einen ein- gangsseitig mit den ersten Anschlüssen verbundenen Aufwärtswandler sowie einen eingangsseitig mit den ersten Anschlüssen verbundenen Inverswandler . Ferner weist der Wandler eine mit dem ausgangsseitigen Pluspol des Aufwärtswandlers und dem ausgangsseitige Minuspol des Inverswandlers verbundene Se¬ rienschaltung aus zwei Kondensatoren auf, wobei der ausgangsseitige Minuspol des Aufwärtswandlers und der ausgangsseitige Pluspol des Inverswandlers miteinander und mit dem Mittelan- schluss zwischen den Kondensatoren verbunden sind. This object is achieved by an electrical converter with the features of claim 1. The inventive galvanically coupled electrical Wand ¬ ler for converting an input voltage applied to first terminals in an output voltage comprises an input side connected to the first terminals up converter and an input side with the first connections connected Inverswandler. Furthermore, the converter has a se ¬ rienschaltung of two capacitors connected to the output side positive pole of the boost converter and the output side negative pole of the inverter, the output side negative pole of the boost converter and the output side positive pole of the inverter are connected to each other and to the center terminal between the capacitors ,
Für die Erfindung wurde erkannt, dass ein derartiger Wandler aus einer Kombination eines Aufwärtswandlers (Hochsetzstel- ler, engl. Boost Converter) mit einem Inverswandler (engl, inverting Buck-Boost-Converter) durch die Reihenschaltung der Ausgänge eine vergleichsweise hohe Ausgangsspannung bereit¬ stellen kann. Da jeder der Converter nur etwa die halbe Aus- gangsspannung bereitstellen muss, ist das jeweilige Überset¬ zungsverhältnis gegenüber dem Fall eines einzelnen Converters deutlich verkleinert. For the invention it has been recognized that such a converter consists of a combination of an up-converter (step-up converter). ler, engl. Boost Converter) with an inverse converter (engl, inverting buck-boost converter) by the series connection of the outputs can provide a comparatively high output voltage ¬ . Since each of the converter only has to provide half the output voltage, the respective transla ¬ reduction ratio is significantly reduced compared to the case of a single converter.
Hierdurch ist es möglich, auch ein hohes Übersetzungsverhält- nis von beispielsweise mehr als 20, insbesondere mehr als 25, transformatorlos bereitzustellen. Vorteilhaft wird dadurch der Transformator eingespart und damit ein verbesserter Wirkungsgrad erreicht. Da der Transformator typischerweise grö¬ ßer und auch teurer ist als eine einfache induktive Komponen- te, wird durch den erfindungsgemäßen Wandler auch eine geringere Baugröße sowie geringere Kosten für den Aufbau des Wand¬ lers erreicht. Weiterhin ist es durch den Aufbau des Wandlers auch möglich, beide Ausgangsspannungen getrennt voneinander zu verwenden. This makes it possible to provide even a high transmission ratio of, for example, more than 20, in particular more than 25 transformerless. Advantageously, the transformer is saved and thus achieved an improved efficiency. Since the transformer typically RESIZE ¬ SSSR and is also more expensive than a simple te inductive compo-, is achieved by the inventive converter also has a smaller size and lower costs for the construction of the wall ¬ toddlers. Furthermore, it is also possible by the construction of the converter to use both output voltages separately from each other.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen hervor. Dabei kann die Ausführungsform nach Anspruch 1 mit den Merkmalen eines der Unteransprüche oder vorzugsweise auch mit denen aus mehreren Unteransprüchen kombiniert werden. Demgemäß können für den Stromwandler noch zusätzlich folgende Merkmale vorgesehen werden: Advantageous embodiments of the device according to the invention will become apparent from the dependent of claim 1 claims. In this case, the embodiment can be combined according to claim 1 with the features of one of the subclaims or preferably also with those of several subclaims. Accordingly, the following features can additionally be provided for the current transformer:
- Typischerweise werden Aufwärtswandler und Inverswandler als DC-DC-Wandler betrieben. Mit anderen Worten wird versucht, eine möglichst gleichmäßige Ausgangsspannung bereitzustel¬ len. Der erfindungsgemäße Wandler kann ebenso betrieben werden, sodass an seinem Ausgang in Form der zwei Kondensatoren im Wesentlichen eine Gleichspannung anliegt. Die Art des Betriebs wir dabei durch eine Steuerungseinrichtung bestimmt, die die Schaltungen der in den Wandlern vorhandenen Halbleiterschalter vornimmt. Die Steuerungseinrichtung kann aber auch ausgestaltet sein, am Ausgang des Wandlers eine andere Spannungsform bereitzustellen als eine Gleichspannung . Typically, boost converters and inverters are operated as DC-DC converters. In other words, an attempt is made as uniform as possible output voltage bereitzustel ¬ len. The converter according to the invention can also be operated so that essentially a DC voltage is present at its output in the form of the two capacitors. The nature of the operation is determined by a control device which performs the circuits of the semiconductor switches present in the converters. The control device can also be designed, at the output of the converter a to provide other voltage form than a DC voltage.
Der Aufwärtswandler kann eine erste Serienschaltung eines ersten Halbleiterschalters oder einer ersten Diode mit einem zweiten Halbleiterschalter umfassen. Die Außenanschlüsse der ersten Serienschaltung bilden dabei die aus- gangsseitigen Pole des Aufwärtswandlers. Weiterhin umfasst der Aufwärtswandler eine erste Induktivität, die mit dem Mittelanschluss der ersten Serienschaltung sowie dem Pluspol der Eingangsspannung verbunden ist. Hierdurch wird ein Hochsetzsteller realisiert. Mit Verwendung einer Diode wird ein unidirektionaler Energiefluss ermöglicht. Umfasst die erste Serienschaltung den ersten Halbleiterschalter, werden beide Energieflussrichtungen vom Aufwärtswandler unterstützt. Um die Aufbauvarianten zu verdeutlichen, wird mit anderen Worten wiederholt, dass die erste Serienschaltung entweder zwei Halbleiterschalter aufweisen kann oder aber einen Halbleiterschalter und eine Diode. Beide Aufbauvarianten sind mit den im Folgenden genannten Varianten kombinierbar . The boost converter may comprise a first series connection of a first semiconductor switch or a first diode with a second semiconductor switch. The outer terminals of the first series circuit form the output side poles of the boost converter. Furthermore, the boost converter comprises a first inductance, which is connected to the center terminal of the first series circuit and the positive pole of the input voltage. As a result, a boost converter is realized. Using a diode enables unidirectional energy flow. If the first series circuit comprises the first semiconductor switch, both directions of energy flow are supported by the up-converter. In other words, to clarify the construction variants, it is repeated that the first series circuit can either have two semiconductor switches or else a semiconductor switch and a diode. Both design variants can be combined with the variants mentioned below.
Der Inverswandler kann eine zweite Serienschaltung eines dritten Halbleiterschalters mit einem vierten Halbleiterschalter oder einer zweiten Diode umfassen. Davon bildet ein Außenanschluss den ausgangsseitigen Minuspol des In- verswandlers und der andere Außenanschluss ist mit dem Pluspol der Eingangsspannung verbunden. Weiterhin umfasst der Inverswandler eine zweite Induktivität, die mit dem Mittelanschluss der zweiten Serienschaltung sowie dem Mittelanschluss zwischen den Kondensatoren verbunden ist. The inverse converter may comprise a second series connection of a third semiconductor switch with a fourth semiconductor switch or a second diode. Of these, one external connection forms the output-side negative pole of the inverter and the other external connection is connected to the positive pole of the input voltage. Furthermore, the inverse converter comprises a second inductance, which is connected to the center terminal of the second series circuit and to the middle terminal between the capacitors.
Hierdurch wird ein invertierender Buck-Boost-Converter realisiert. Mit Verwendung der zweiten Diode wird wiederum ein unidirektionaler Energiefluss ermöglicht. Umfasst die zwei¬ te Serienschaltung dagegen den vierten Halbleiterschalter, werden beide Energieflussrichtungen vom Inverswandler unterstützt. Um die Aufbauvarianten zu verdeutlichen, wird mit anderen Worten wiederholt, dass die zweite Serienschal- tung entweder zwei Halbleiterschalter aufweisen kann oder aber einen Halbleiterschalter und eine Diode. Beide Aufbauvarianten sind mit den im Folgenden und vorher genannten Varianten kombinierbar. This implements an inverting buck-boost converter. In turn, using the second diode enables unidirectional energy flow. Includes two ¬ th series circuit, however the fourth semiconductor switches are supported both energy flow directions from the buck-boost converter. In order to clarify the design variants, it is repeated in other words that the second series circuit tion can either have two semiconductor switches or a semiconductor switch and a diode. Both construction variants can be combined with the variants mentioned below and above.
Der Wandler kann einen fünften Halbleiterschalter zwischen der ersten Induktivität und dem Pluspol der Eingangsspannung aufweisen. Weiterhin umfasst der Wandler in diesem Fall einen sechsten Halbleiterschalter oder eine dritte Diode zwischen der ersten Induktivität und dem Minuspol der Eingangsspannung. Normalerweise kann der Aufwärtswandler prinzipbedingt nur höhere Spannungen als die Eingangsspan¬ nung an seinem Ausgang erzeugen. Durch den fünften und sechsten Halbleiterschalter ist es vorteilhaft möglich, auch kleinere Spannungen als die Eingangsspannung darzustellen. Weist der Wandler den sechsten Halbleiterschalter auf, werden beide Energieflussrichtungen unterstützt. Weist der Wandler die dritte Diode auf, wird die Energiefluss¬ richtung von der Seite der Eingangsspannung her unterstützt . The converter may have a fifth semiconductor switch between the first inductance and the positive pole of the input voltage. Furthermore, in this case, the converter comprises a sixth semiconductor switch or a third diode between the first inductance and the negative pole of the input voltage. Normally, the boost converter may inherently produce only voltages higher than the input voltage clamping ¬ at its output. By the fifth and sixth semiconductor switches, it is advantageously possible to represent smaller voltages than the input voltage. If the converter has the sixth semiconductor switch, both directions of energy flow are supported. The transducer comprises the third diode, the energy flow ¬ direction is supported by the side of the input voltage forth.
Der Wandler kann eine dritte Induktivität umfassen, die in der ersten Serienschaltung seriell zwischen den ersten Halbleiterschalter oder die erste Diode und den zweiten Halbleiterschalter geschaltet ist. Hierdurch wird das mögliche Übersetzungsverhältnis für den Aufwärtswandler weiter erhöht. Dabei sind die erste und dritte Induktivität als eine gemeinsame Induktivität mit einem Mittelabgriff für den zweiten Halbleiterschalter aufgebaut. Mit gemeinsamer Induktivität ist dabei gemeint, dass die Induktivitäten einen gemeinsamen magnetischen Kreis aufweisen, also auf einem gemeinsamen Kern angeordnet sind. The converter may include a third inductor serially connected between the first semiconductor switch or the first diode and the second semiconductor switch in the first series connection. This further increases the possible gear ratio for the boost converter. In this case, the first and third inductors are constructed as a common inductance with a center tap for the second semiconductor switch. With common inductance is meant that the inductors have a common magnetic circuit, that are arranged on a common core.
Der Wandler kann eine vierte Induktivität umfassen, die in der zweiten Serienschaltung seriell zwischen den dritten Halbleiterschalter und den vierten Halbleiterschalter oder die zweite Diode geschaltet ist. Hierdurch wird das mögli¬ che Übersetzungsverhältnis für den Inverswandler weiter er- höht. Dabei sind die zweite und vierte Induktivität als eine gemeinsame Induktivität mit einem Mittelabgriff für den dritten Halbleiterschalter aufgebaut. Mit gemeinsamer Induktivität ist dabei wie bei der ersten und dritten In- duktivität gemeint, dass die Induktivitäten einen gemeinsa¬ men magnetischen Kreis aufweisen, also auf einem gemeinsamen Kern angeordnet sind. The converter may comprise a fourth inductor serially connected between the third semiconductor switch and the fourth semiconductor switch or the second diode in the second series circuit. This allows the Moegli ¬ che ratio will continue to ER for the buck-boost converter increased. In this case, the second and fourth inductance are constructed as a common inductance with a center tap for the third semiconductor switch. With common inductance is meant here as in the first and third inductance that the inductors have a magnetic circuit the Common ¬ men, are thus arranged on a common core.
- Die Halbleiterschalter des Aufwärtswandlers und des Invers- wandlers können durch die Steuerungseinrichtung in versetzter Taktung betrieben werden. Hierdurch wird bewirkt, dass die Schaltfrequenz im Wandler gegenüber der Schaltfrequenz der Halbleiterschalter beispielsweise im Aufwärtswandler verdoppelt erscheint. Die nötige Größe für die The semiconductor switches of the up-converter and the inverse converter can be operated by the control device in staggered clocking. This has the effect that the switching frequency in the converter appears to be doubled compared to the switching frequency of the semiconductor switches, for example in the boost converter. The necessary size for the
Induktivitäten und Kapazitäten von EMV-Filtern, beispielsweise am Eingang des Wandlers, wird dadurch verringert. Die Bauelemente werden dadurch deutlich kleiner und leichter. Da Größe und Gewicht dieser Bauelemente typischerweise ei¬ nen erheblichen Anteil an der Gesamtgröße und am Gesamtge- wicht eines Wandlers haben, wird dadurch der gesamte Wand¬ ler in merklicher Weise kleiner und leichter. Inductors and capacitances of EMC filters, for example at the input of the converter, are thereby reduced. The components are thus significantly smaller and lighter. Since size and weight of these devices typically egg weight ¬ NEN significant proportion of the overall size and the Gesamtge- have a converter, thereby the entire wall ¬ ler smaller in appreciably and lighter.
- Der Aufwärts- und der Inverswandler können so betrieben werden, dass ihre Ausgangsspannungen gleich sind. Alterna- tiv können sie so betrieben werden, dass ihre Ausgangsspannungen verschieden voneinander sind. - The up-converter and the inverse converter can be operated so that their output voltages are the same. Alternatively, they can be operated so that their output voltages are different from each other.
Mit dem elektrischen Wandler lässt sich in besonders vorteilhafter Weise ein Stromrichter aufbauen. Der Stromrichter um- fasst einen erfindungsgemäßen elektrischen Wandler. Weiterhin umfasst der Stromrichter eine mit den Außenanschlüssen parallel zur Serienschaltung aus zwei Kondensatoren geschaltete Vollbrücke, deren Mittelanschlüsse wiederum Ausgangsanschlüs¬ se für den Stromrichter bilden. Mit anderen Worten wird der erfindungsgemäße elektrische Wandler durch die Ausgangsseitig angeschlossene Vollbrücke ergänzt zu einem Stromrichter. Der Stromrichter unterstützt beispielsweise einen Energie- fluss von der Seite der ersten Anschlüsse des Wandlers zu den Ausgangsanschlüssen des Stromrichters, wobei der Stromrichter in diesem Fall als Wechselrichter arbeitet. Die Steuerungs- einrichtung des elektrischen Wandlers ist für die weitere Be¬ schreibung auch für die Steuerung der Vollbrücke zuständig. Sie ist für den Betrieb als Wechselrichter ausgestaltet, den Aufwärtswandler so zu betreiben, dass an seinem Ausgang, d.h. an einem ersten der Kondensatoren, eine erste halbwellenför- mige Spannung erzeugt wird. Weiterhin wird der Inverswandler so betrieben, dass an seinem Ausgang, also dem zweiten der Kondensatoren, eine zweite halbwellenförmige Spannung erzeugt wird, deren Polarität derjenigen der ersten Spannung entgegengesetzt ist. Die Phase der Halbwellen ist dabei bevorzugt identisch. Durch die Polaritäten der Halbwellen addieren sich dann deren Amplituden. With the electrical converter can be built in a particularly advantageous manner, a power converter. The power converter comprises an electrical converter according to the invention. Furthermore, the power converter comprises a full bridge connected in parallel with the series connection of two capacitors with the external terminals, whose center terminals in turn form output terminals for the power converter. In other words, the inventive electrical converter is supplemented by the output side connected full bridge to a power converter. The power converter, for example, supports an energy flow from the side of the first terminals of the converter to the output terminals of the power converter, in which case the power converter operates as an inverter. The control device of the electrical converter is also responsible for controlling the full bridge for further write-Be ¬. It is designed for operation as an inverter, to operate the boost converter so that at its output, ie at a first of the capacitors, a first half-wave voltage is generated. Furthermore, the inverse converter is operated so that at its output, so the second of the capacitors, a second half-wave voltage is generated whose polarity is opposite to that of the first voltage. The phase of the half-waves is preferably identical. The polarities of the half-waves then add their amplitudes.
Es versteht sich, dass die Form von Halbwellen nicht perfekt ist. Durch das Schaltverhalten der jeweiligen Halbleiter- Schalter, die mit hohen Frequenzen geschaltet werden, weist die Halbwellenform Oberwellen auf. Weiterhin ist die Spannung im Aufwärtswandler begrenzt auf Spannungen oberhalb der Eingangsspannung, sodass die Halbwellenform die Spannung von 0 V nicht erreichen kann. Die Halbwelle muss also als idealisier- te und angestrebte Form verstanden werden, die in der Reali¬ tät des elektrischen Wandlers nur ungefähr erreicht werden kann . It is understood that the shape of half-waves is not perfect. Due to the switching behavior of the respective semiconductor switches, which are switched at high frequencies, the half-wave form has harmonics. Furthermore, the voltage in the boost converter is limited to voltages above the input voltage, so that the half-waveform can not reach the voltage of 0V. So the half-wave needs to be understood, which can only be reached approximately in the Reali ¬ ty of the electrical converter as idealized th and desired shape.
Die Steuerungseinrichtung ist weiterhin ausgestaltet, die Halbleiterschalter der Vollbrücke so anzusteuern, dass die anliegenden Halbwellen weitergeschaltet werden, wobei die Polarität der Weiterschaltung nach jeder Halbwelle umgeschaltet wird. Die Halbleiterschalter der Vollbrücke müssen dazu nur mit der doppelten Frequenz der Halbwellen umgeschaltet wer- den, also bis auf den Faktor 2 mit der Frequenz, die der erzeugten Wechselspannung entspricht. Die Frequenz der erzeugten Wechselspannung ist frei wählbar. Soll eine Wechselspannung mit beispielsweise Netzfrequenz von 50 Hz erzeugt wer- den, müssen die Halbwellen mit dieser Frequenz erzeugt werden und die Halbleiterschalter der Vollbrücke müssen bei jedem Nulldurchgang der Wechselspannung, also mit 100 Hz umgeschaltet werden. Die Schaltfrequenz der Halbleiterschalter der Vollbrücke ist daher für typische Wechselrichterverhältnisse sehr niedrig. The control device is further configured to control the semiconductor switch of the full bridge so that the applied half-waves are indexed, wherein the polarity of the handoff is switched after each half-wave. For this purpose, the semiconductor switches of the full bridge only have to be switched over at twice the frequency of the half-waves, ie up to a factor of 2 with the frequency corresponding to the alternating voltage generated. The frequency of the generated AC voltage is freely selectable. If an alternating voltage with, for example, mains frequency of 50 Hz is to be generated , the half-waves must be generated at this frequency and the semiconductor switches of the full bridge must be switched at each zero crossing of the AC voltage, ie at 100 Hz. The switching frequency of the semiconductor switches of the full bridge is therefore very low for typical inverter conditions.
Der beschriebene Wechselrichter ist vorteilhaft nutzbar bei¬ spielsweise als Solarwechselrichter oder für Batterieladege- räte . The described inverter can be used advantageously in ¬ example, as a solar inverter or battery chargers.
Bei einem Betrieb als Wechselrichter mit dieser Energiefluss¬ richtung ist es möglich, in der ersten Serienschaltung die erste Diode und in der zweiten Serienschaltung die zweite Di- ode zu verwenden. Mit anderen Worten umfasst die erste Se¬ rienschaltung die erste Diode und den zweiten Halbleiterschalter und die zweite Serienschaltung umfasst die zweite Diode und den dritten Halbleiterschalter, während der erste und vierte Halbleiterschalter nicht vorhanden sind. When operating as an inverter with this flow of energy ¬ direction, it is possible to use the second diode in the first series circuit, the first diode and the second series circuit. In other words, the first Se ¬ rien circuit includes the first diode and the second semiconductor switch and the second series circuit comprises the second diode and the third semiconductor switch, while the first and fourth semiconductor switches are not present.
Je nach Betriebsform kann es aber auch zweckmäßig sein, auch bei der Energieflussrichtung von der Seite der ersten Anschlüsse des Wandlers zu den Ausgangsanschlüssen des Stromrichters nicht die erste und zweite Diode, sondern den ersten und vierten Halbleiterschalter zu verwenden. Das ist beispielsweise bei der beschriebenen Erzeugung von Halbwellen der Fall, da hier während der fallenden Flanken der Halbwellen aktiv Energie aus dem ersten bzw. zweiten Kondensator abgezogen werden muss. Depending on the operating form, it may also be expedient to use not the first and second diodes, but the first and fourth semiconductor switches, also in the direction of energy flow from the side of the first terminals of the converter to the output terminals of the power converter. This is the case, for example, in the case of the described generation of half-waves, since energy must be actively removed from the first or second capacitor during the falling edges of the half-waves.
Der Stromrichter unterstützt auch einen Energiefluss in die umgekehrte Richtung, wobei dann zweckmäßig der erste und vierte Halbleiterschalter vorhanden sind, also die erste und zweite Serienschaltung je zwei Halbleiterschalter umfassen. In diesem Fall arbeitet der Stromrichter als Gleichrichter. The power converter also supports a flow of energy in the reverse direction, in which case expediently the first and fourth semiconductor switches are present, that is to say the first and second series circuits each comprise two semiconductor switches. In this case, the power converter works as a rectifier.
Der Stromrichter kann noch zusätzlich folgende Merkmale aufweisen : - Die Steuerungseinrichtung ist bevorzugt ausgestaltet, zu prüfen, ob die vom Aufwärtswandler zu erzeugende Höhe der Spannung kleiner als die Eingangsspannung ist. Der Auf- wärtswandler kann in diesem Fall die Spannung nicht darstellen. Dieser Fall kann auftreten, wenn der Aufwärtswandler eine DC-Spannung am ersten Kondensator erzeugen soll, deren Höhe geringer als die der Eingangsspannung ist. Der Fall kann weiterhin auftreten, wenn der Aufwärtswandler die bereits beschriebenen Halbwellen erzeugt. In diesem Fall gibt es stets einen Teil der Halbwelle, in dem die Spannung geringer als die Eingangsspannung ist. Je nach Amplitude der Halbwelle kann das sogar für die gesamte Halbwelle der Fall sein. The power converter may additionally have the following features: The control device is preferably designed to check whether the height of the voltage to be generated by the boost converter is lower than the input voltage. The up-converter can not represent the voltage in this case. This case can occur when the boost converter is to generate a DC voltage at the first capacitor whose level is lower than that of the input voltage. The case may continue to occur when the boost converter generates the halfwaves already described. In this case, there is always a part of the half-wave in which the voltage is lower than the input voltage. Depending on the amplitude of the half-wave, this may even be the case for the entire half-wave.
Erkennt die Steuerungseinrichtung, dass eine Spannung unterhalb der Eingangsspannung erzeugt werden soll, kann sie ausgestaltet sein, eine von zwei Maßnahmen vorzunehmen. Eine erste Maßnahme ergibt sich dadurch, dass der Aufwärtswandler den fünften und sechsten Halbleiterschalter umfasst. DieIf the controller detects that a voltage below the input voltage is to be generated, it may be configured to take one of two actions. A first measure results from the fact that the up-converter comprises the fifth and sixth semiconductor switches. The
Steuerungseinrichtung steuert dann diese beiden Halbleiterschalter zusätzlich an, um eine Spannung unterhalb der Eingangsspannung zu erzeugen. Dafür ist es möglich, zwei verschiedene Betriebsformen derControl device then controls these two semiconductor switches in addition to generate a voltage below the input voltage. For this it is possible to use two different operating forms
Ansteuerung zu verwenden, mit denen der erste, zweite, fünfte und sechste Halbleiterschalter angesteuert werden. In der ersten Betriebsform werden entweder der erste und zweite Halbleiterschalter zur Erzeugung der Form der Ausgangsspan- nung verwendet, während der fünfte Halbleiterschalter einge¬ schaltet und der sechste Halbleiterschalter abgeschaltet ist oder aber umgekehrt der fünfte und sechste Halbleiterschalter zur Erzeugung der Form der Ausgangsspannung verwendet, während der erste Halbleiterschalter eingeschaltet und der zwei- te Halbleiterschalter abgeschaltet ist. Der erste und zweite Halbleiterschalter werden verwendet, wenn die Ausgangsspannung höher als die Eingangsspannung ist. Der fünfte und sechste Halbleiterschalter werden verwendet, wenn die die Ausgangsspannung geringer als die Eingangsspannung ist. Mit anderen Worten werden der Aufwärtswandler, der mit dem ersten und zweiten Halbleiterschalter gebildet ist und der Abwärtswandler, der mit dem fünften und sechsten Halbleiterschalter gebildet ist, zeitlich abwechselnd und unabhängig voneinander verwendet . To use control with which the first, second, fifth and sixth semiconductor switches are controlled. In the first operating mode, either the first and second semiconductor switch for generating the shape of the output voltage can be used during the fifth semiconductor switch switches turned ¬ and the sixth semiconductor switch is turned off or reversed, the fifth and sixth semiconductor switch for generating the shape of the output voltage used while the first semiconductor switch is turned on and the second semiconductor switch is turned off. The first and second semiconductor switches are used when the output voltage is higher than the input voltage. The fifth and sixth semiconductor switches are used when the Output voltage is lower than the input voltage. In other words, the boost converter formed with the first and second semiconductor switches and the buck converter formed with the fifth and sixth semiconductor switches are used alternately in time and independently of each other.
Eine zweite Betriebsform ergibt sich dadurch, dass der erste, zweite, fünfte und sechste Halbleiterschalter diagonal ge- schaltet werden. Dafür wird zwischen zwei Schaltzuständen gewechselt, wobei im ersten Schaltzustand der erste und sechste Halbleiterschalter angeschaltet sind und im zweiten Schaltzu¬ stand der zweite und fünfte Halbleiterschalter angeschaltet sind. In dieser Betriebsform agieren der Aufwärtswandler und der Abwärtswandler also zur gleichen Zeit und nicht unabhängig voneinander. Diese zweite Betriebsform hat eine vorteilhaft vereinfachte Regelung zur Folge. A second mode of operation results from the fact that the first, second, fifth and sixth semiconductor switches are switched diagonally. For switching between two switching states, wherein in the first switching state of the first and sixth semiconductor switches are turned on and in the second Schaltzu ¬ state of the second and fifth semiconductor switches are turned on. In this mode of operation, the boost converter and the buck converter thus operate at the same time and not independently of each other. This second mode of operation has an advantageously simplified control result.
Eine zweite, alternative Maßnahme kann von der Steuerungsein- richtung vorgenommen werden, wenn der Aufwärtswandler den fünften und sechsten Halbleiterschalter nicht umfasst. In diesem Fall werden die Halbleiterschalter der Vollbrücke verwendet, um eine Korrektur der Ausgangsspannung des Aufwärtswandlers vorzunehmen. Dazu werden die Halbleiterschalter der Vollbrücke bevorzugt hochfrequent, beispielsweise mit einerA second, alternative measure may be taken by the controller when the boost converter does not include the fifth and sixth semiconductor switches. In this case, the full bridge semiconductor switches are used to correct the output voltage of the boost converter. For this purpose, the semiconductor switches of the full bridge are preferably high-frequency, for example with a
Frequenz zwischen 50 kHz und 500 kHz geschaltet und durch eine Pulsweitenmodulation die Korrektur der Spannung vorzunehmen . - Um im Fall der hochfrequenten Ansteuerung der Vollbrücke die Qualität der erzeugten Wechselspannung zu verbessern, kann der Stromrichter eine dritte und vierte Induktivität in Serie zu den Ausgangsanschlüssen sowie einen zwischen die Ausgangsanschlüsse geschalteten Kondensator aufweisen. Hierdurch wird ein Ausgangsfilter geschaffen. Frequency switched between 50 kHz and 500 kHz and make the correction of the voltage by a pulse width modulation. In order to improve the quality of the generated alternating voltage in the case of the high-frequency control of the full bridge, the power converter can have a third and fourth inductor in series with the output terminals and a capacitor connected between the output terminals. This creates an output filter.
- Alternativ zur Schaltung der Vollbrücke mit hoher Frequenz kann der Stromrichter unter Verwendung des fünften und sechsten Halbleiterschalters aufgebaut sein. Damit ist es schon im Aufwärtswandler möglich, geringere Spannungen als die Eingangsspannung auszugeben. - As an alternative to switching the full bridge at high frequency, the power converter using the fifth and be constructed sixth semiconductor switch. This makes it possible in the boost converter to output lower voltages than the input voltage.
Ein weiterer Ausgangsanschluss des Stromrichters kann durch den Mittelanschluss zwischen den Kondensatoren gebildet werden. Dadurch wird ein Betrieb mit einem Einphasen- Dreileiternetz wie beispielsweise in den USA ermöglicht. Another output terminal of the power converter can be formed by the center connection between the capacitors. This enables operation with a single-phase three-wire network, such as in the USA.
Die Steuerungseinrichtung kann ausgestaltet sind, den In- verswandler und den Aufwärtswandler so zu betreiben, dass die Amplitude der erzeugten Halbwelle vom Inverswandler verschieden ist von der Amplitude der vom Inverswandler erzeugten Halbwelle. Dadurch können vorteilhaft gleiche The control device can be configured to operate the inverter and the boost converter so that the amplitude of the generated half-wave from the invert converter is different from the amplitude of the half-wave generated by the invert converter. This can advantageously the same
Schaltspannungen und Rippelströme erreicht werden.  Switching voltages and ripple currents can be achieved.
Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren zu entnehmen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile und Funktionen. Further advantages and features can be taken from the following description of exemplary embodiments with reference to the figures. In the figures, like reference numerals designate like components and functions.
Es zeigen: Show it:
Figuren 1 bis 4 Ausführungen für den elektrischen Wandler, Figur 5 ein Aufbauschema einer Photovoltaik-Anlage mit Figures 1 to 4 embodiments for the electrical converter, Figure 5 is a construction diagram of a photovoltaic system with
einem Wechselrichter,  an inverter,
Figur 6 eine Ausführung für einen Wechselrichter unter Verwendung des elektrischen Wandlers, FIG. 6 shows an embodiment for an inverter using the electrical converter,
Figur 7 vom Wandler als Teil des Wechselrichters erzeugte Figure 7 generated by the converter as part of the inverter
Spannungen,  tensions
Figuren 8 bis 10 weitere Ausführungen für den Wechselrichter,  FIGS. 8 to 10 further embodiments for the inverter,
Als erstes Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen elektrischen Wandler zeigt Figur 1 ein Schaltbild für einen ersten Wandler 10. Der Wandler 10 entspricht in seinem Aufbau einer Zusammenschaltung eines Aufwärtswandlers und eines In- verswandlers , wobei die jeweiligen Ausgänge in Reihe geschal¬ tet sind. Der Wandler 10 hat einen ersten und zweiten Ein- gangsanschluss IIA, IIB für die Eingangsspannung, wobei der erste Eingangsanschluss IIA als positiver Pol zu verwenden ist. Weiterhin weist der Wandler 10 einen ersten und zweiten Ausgangsanschluss 13A, 13B auf, wobei der erste Ausgangsan- schluss 13A ebenfalls typischerweise den positiven Pol dar¬ stellt. Der Wandler 10 weist weiterhin drei elektrische Kno¬ tenpunkte 12A, 12B, 12C auf, anhand derer der Aufbau be¬ schrieben wird. As a first exemplary embodiment of the inventive electrical transducer 1 shows a circuit diagram for a first transducer 10. The transducer 10 corresponds to the structure of an interconnection of an up converter and a home verswandlers, wherein the respective outputs are geschal ¬ tet in series. The converter 10 has a first and second input input terminal IIA, IIB for the input voltage, with the first input terminal IIA to be used as a positive terminal. Furthermore, the transducer 10 has a first and second output terminals 13A, 13B, the first output terminal 13A also typically the positive pole is ¬ represents. The transducer 10 further includes three electrical bone ¬ tenpunkte 12A, 12B, 12C on the basis of which the structure ¬ be written is.
Der erste Knotenpunkt 12A ist direkt mit dem zweiten Ein¬ gangsanschluss IIB verbunden und weiterhin mit Masse verbunden. Zwischen dem ersten Eingangsanschluss IIA und dem zweiten Knotenpunkt 12B ist eine erste Induktivität LI angeord¬ net. Zwischen dem ersten Ausgangsanschluss 13A und dem zwei¬ ten Knotenpunkt 12B ist eine erste Diode Dl angeordnet. Die erste Diode Dl ist so orientiert, dass eine Stromleitung vom zweiten Knotenpunkt 12B aus ermöglicht ist. Zwischen dem zweiten Knotenpunkt 12B und dem ersten Knotenpunkt 12A ist ein zweiter Halbleiterschalter S2 angeordnet. The first node 12A is connected directly to the second input terminal A ¬ IIB and further connected to ground. Between the first input terminal IIA and the second node 12B, a first inductance LI is angeord ¬ net. Between the first output terminal 13A and the two ¬ th node 12B, a first diode Dl is arranged. The first diode Dl is oriented so that a power line from the second node 12 B is made possible. Between the second node 12B and the first node 12A, a second semiconductor switch S2 is arranged.
Zwischen dem ersten Ausganganschluss 13A und dem ersten Knotenpunkt 12A ist ein erster Kondensator Cl angeordnet, der den Ausgang des Aufwärtswandlers darstellt, der aus der ers¬ ten Diode Dl, dem zweiten Halbleiterschalter S2 und der ersten Induktivität LI gebildet ist. Between the first output terminal 13A and the first node 12A, a first capacitor Cl is arranged, which represents the output of the up-converter, which is formed from the Ers ¬ th diode Dl, the second semiconductor switch S2 and the first inductance LI.
Zwischen dem ersten Eingangsanschluss IIA und dem dritten Knotenpunkt 12C ist ein dritter Halbleiterschalter S3 angeordnet. Zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss 13B und dem dritten Knotenpunkt 12C ist eine zweite Diode D2 angeordnet. Die zweite Diode D2 ist so orientiert, dass eine Stromleitung vom zweiten Ausgangsanschluss 13B aus ermöglicht ist. Zwi¬ schen dem dritten Knotenpunkt 12C und dem ersten Knotenpunkt 12A ist eine zweite Induktivität L2 angeordnet. Between the first input terminal IIA and the third node 12C, a third semiconductor switch S3 is arranged. Between the second output terminal 13B and the third node 12C, a second diode D2 is arranged. The second diode D2 is oriented so that a power line is enabled from the second output terminal 13B. Zvi ¬ rule the third node 12C and the first node 12A is disposed a second inductor L2.
Zwischen dem zweiten Ausganganschluss 13B und dem ersten Knotenpunkt 12A ist ein zweiter Kondensator C2 angeordnet, der den Ausgang des Inverswandlers darstellt, der aus der zweiten Diode D2, dem dritten Halbleiterschalter S3 und der zweiten Induktivität L2 gebildet ist. Between the second output terminal 13B and the first node 12A, a second capacitor C2 is arranged, which represents the output of the inverter, that of the second Diode D2, the third semiconductor switch S3 and the second inductance L2 is formed.
Die Halbleiterschalter S2, S3 im Wandler 10 sind in diesem Beispiel GaN-Schalter . Es können aber auch andere Schalter wie MOSFETs oder IGBTs verwendet werden. The semiconductor switches S2, S3 in the converter 10 are in this example GaN switches. However, other switches such as MOSFETs or IGBTs can be used.
Im Betrieb der Schaltung erzeugt der Aufwärtswandler eine positive Spannung am ersten Kondensator Cl . Diese positive Spannung ist prinzipbedingt mindestens so groß wie die Ein¬ gangsspannung an den Eingangsanschlüssen IIA, IIB. Der In- verswandler wiederum erzeugt eine negative Spannung am zweiten Ausgangsanschluss 13B relativ zum ersten Knotenpunkt 12A. Durch die Serienschaltung der beiden Kondensatoren Cl, C2 ist die Ausgangsspannung zwischen den beiden Ausgangsanschlüssen 13A, 13B dem Betrag nach die Summe der Beträge der beiden erzeugten Spannungen. Somit ist das Übersetzungsverhältnis, das sich bei einer gegebenen Ein- und Ausgangsspannung ergibt, für den Aufwärtswandler und den Inverswandler jeweils hal- biert. During operation of the circuit, the boost converter generates a positive voltage on the first capacitor Cl. This positive voltage is inherently at least as large as the A ¬ input voltage at the input terminals IIA, IIB. The inverter, in turn, generates a negative voltage at the second output terminal 13B relative to the first node 12A. By the series connection of the two capacitors Cl, C2, the output voltage between the two output terminals 13A, 13B is the sum of the amounts of the two voltages generated in magnitude. Thus, the gear ratio that results for a given input and output voltage is halved for the boost converter and the inverter converter, respectively.
Figur 2 zeigt einen Wandler 20 mit einem alternativen Aufbau zum Wandler 10 der Figur 1. Der Aufbau des Wandlers 20 unterscheidet sich vom Wandler 10 gemäß Figur 1 dadurch, dass an der Stelle der ersten Diode Dl nun ein erster Halbleiterschalter Sl vorhanden ist. Weiterhin ist an der Stelle der zweiten Diode D2 stattdessen ein vierter Halbleiterschalter S4 vorhanden. Der Betrieb des Wandlers 20 kann analog zum Wandler 10 gemäß Figur 1 erfolgen. Zusätzlich kann aber beim Wandler 20 auch ein erweiterter Betrieb erfolgen, bei dem die Zielspannungen an den Kondensatoren Cl, C2 nicht mehr DC-Spannungen, sondern andere Wellenformen, also allgemein Mischspannungen sind. Hierzu ist eine in den Figuren nicht gezeigte Steuerungsein¬ richtung vorhanden, die für den erweiterten Betrieb ausgestaltet ist, den ersten bis vierten Halbleiterschalter S1...S4 so mittels einer Pulsweitenmodulation zu schalten, dass sich der gewünschte Spannungsverlauf an den Kondensatoren Cl, C2 ergibt . FIG. 2 shows a converter 20 with an alternative construction to the converter 10 of FIG. 1. The structure of the converter 20 differs from the converter 10 according to FIG. 1 in that a first semiconductor switch S1 is now present at the location of the first diode D1. Furthermore, instead of the second diode D2, a fourth semiconductor switch S4 is present instead. The operation of the converter 20 can be carried out analogously to the converter 10 according to FIG. In addition, however, the converter 20 can also be extended, in which the target voltages at the capacitors C 1, C 2 are no longer DC voltages, but other waveforms, that is, generally mixed voltages. For this purpose a Steuerungsein ¬ direction not shown in the figures provided, which is designed for the extended operation to switch the first through fourth semiconductor switch S1 ... S4 so by means of a pulse-width modulation that the desired voltage curve across the capacitors Cl, C2 results.
Ein solcher gewünschter Spannungsverlauf kann beispielsweise in einer Folge von Halbwellen bestehen oder in einer DC-Span- nung mit einer zusätzlichen Modulation. Da sich weiterhin die erzeugten Spannungen am ersten und zweiten Kondensator Cl, C2 zur Ausgangsspannung addieren, kann auch bei einer Mischspannung eine hohe Amplitude bei moderatem Übersetzungsverhältnis für den Wandler erreicht werden. Für die Folge von Halbwellen können beispielsweise sowohl der Aufwärtswandler als auch der Inverswandler einen phasen- und amplitudengleichen Halbwel- lenverlauf erzeugen. Dann addieren sich die Amplituden der Halbwellen in der Ausgangsspannung an den Ausgangsanschlüssen 13A, 13B. Such a desired voltage curve may, for example, consist of a sequence of half-waves or of a DC voltage with an additional modulation. Furthermore, since the generated voltages at the first and second capacitors C 1, C 2 add to the output voltage, a high amplitude at a moderate transmission ratio for the converter can be achieved even with a mixed voltage. For the sequence of half-waves, for example, both the up-converter and the inverse converter can produce a phase and amplitude-identical half-wave profile. Then, the amplitudes of the half-waves in the output voltage add to the output terminals 13A, 13B.
Eine Einschränkung im Betrieb des Wandlers 20 nach Figur 2 besteht darin, dass der Aufwärtswandler keine Ausgangsspannung unterhalb der Eingangsspannung erzeugen kann. Dadurch können nicht alle DC-Spannungen und nicht alle Mischspan- nungsverläufe erzeugt werden. Eine mögliche Lösung dafür ent¬ hält der Wandler 30 nach Figur 3, der ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Erfindung darstellt. Der Wandler 30 umfasst die Komponenten des Wandlers 20 gemäß Figur 2. Zusätzlich zum Wandler 20 ist zwischen der ersten Induktivität LI und dem ersten Eingangsanschluss IIA ein vierter Knotenpunkt 12D vorhanden. Zwischen dem vierten Knotenpunkt 12D und dem ersten Eingangsanschluss IIA ist ein fünfter Halbleiterschalter S5 angeordnet. Ein sechster Halbleiterschalter S6 ist zwischen dem vierten Knotenpunkt 12D und dem ersten Knotenpunkt 12A angeordnet. A limitation in the operation of converter 20 of Figure 2 is that the boost converter can not produce an output voltage below the input voltage. As a result, not all DC voltages and not all mixed voltage characteristics can be generated. A possible solution for this ent ¬ holds the converter 30 of Figure 3, which represents a further embodiment of the invention. The converter 30 comprises the components of the converter 20 according to FIG. 2. In addition to the converter 20, a fourth node 12D is present between the first inductance LI and the first input terminal IIA. Between the fourth node 12D and the first input terminal IIA, a fifth semiconductor switch S5 is arranged. A sixth semiconductor switch S6 is disposed between the fourth node 12D and the first node 12A.
Durch die zusätzlichen Halbleiterschalter S5, S6 in Verbin- dung mit den Komponenten des Aufwärtswandlers wird eine Kom¬ bination aus Abwärts- und Aufwärtswandler (engl, ein Buck- Boost-Converter) realisiert. Durch Abschalten des sechsten Halbleiterschalters S6 und Einschalten des fünften Halblei- terschalters S5 können die Eigenschaften des Aufwärtswandlers hergestellt werden. Ist eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die geringer als die Eingangsspannung ist, kann der erste Halbleiterschalter Sl angeschaltet und der zweite Halbleiter- Schalter S2 abgeschaltet werden und somit nur der Abwärts¬ wandler verwendet werden. Somit fällt die Einschränkung des Wandlers 20 gemäß Figur 2 bezüglich der Ausgangsspannung weg und alle positiven DC-Spannungen und Wellenformen können erzeugt werden, deren Amplitude nicht zu groß ist. The additional semiconductor switches S5, S6 in conjunction with the components of the boost converter, a com bination of ¬ down and up converter (English, a buck boost converter) is realized. By switching off the sixth semiconductor switch S6 and switching on the fifth semiconductor switch switch S5, the characteristics of the boost converter can be established. Is an output voltage to be generated, which is lower than the input voltage, the first semiconductor switch is turned on Sl and the second semiconductor switch S2 are turned off, and thus only the down converter ¬ be used. Thus, the restriction of the converter 20 of FIG. 2 with respect to the output voltage is eliminated, and any positive DC voltages and waveforms whose amplitude is not too large can be generated.
In einer alternativen Betriebsform können der erste, zweite, fünfte und sechste Halbleiterschalter Sl, S2, S5, S6 diagonal geschaltet werden. Dafür wird zwischen zwei Schaltzuständen gewechselt, wobei im ersten Schaltzustand der erste und sechste Halbleiterschalter Sl, S6 angeschaltet sind und im zweiten Schaltzustand der zweite und fünfte Halbleiterschal¬ ter S2, S5 angeschaltet sind. In dieser Betriebsform agieren der Aufwärtswandler und der Abwärtswandler also zur gleichen Zeit und nicht unabhängig voneinander. In an alternative operating form, the first, second, fifth and sixth semiconductor switches S1, S2, S5, S6 can be switched diagonally. For switching between two switching states, wherein in the first switching state of the first and sixth semiconductor switches Sl, S6 are turned on and in the second switching state of the second and fifth semiconductor scarf ¬ ter S2, S5 are turned on. In this mode of operation, the boost converter and the buck converter thus operate at the same time and not independently of each other.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Figur 4 dargestellt. Der Wandler 40 gemäß Figur 4 geht im Aufbau vom Wandler 20 gemäß der Figur 2 aus. Zusätzlich zu diesem weist der Wandler 40 aber eine dritte Induktivität L3 zwischen dem zweiten Kno- tenpunkt 12B und dem ersten Halbleiterschalter Sl auf. Die erste und die dritte Induktivität LI, L3 sind in diesem Bei¬ spiel als gemeinsame Induktivität mit Mittelabgriff aufge¬ baut, an den der zweite Halbleiterschalter S2 anschließt. Weiterhin weist der Wandler 40 eine vierte Induktivität L4 zwischen dem dritten Knotenpunkt 12C und dem vierten Halbleiterschalter S4 auf. Die zweite und die vierte Induktivität L2, L4 sind analog zur ersten und dritten Induktivität LI, L3 in diesem Beispiel als gemeinsame Induktivität mit Mittelab- griff aufgebaut, an den der dritte Halbleiterschalter S3 anschließt . Durch den Aufbau des Wandlers 40 gemäß Figur 4 können noch höhere Übersetzungsverhältnisse zwischen der Ausgangs- und der Eingangsspannung erreicht werden. Anhand der folgenden Figuren wird ein mögliches Anwendungsge¬ biet der beschriebenen Wandler 20, 30, 40 beschrieben. Dabei wird mit dem jeweiligen Wandler 20, 30, 40 ein Wechselrichter aufgebaut, der beispielsweise als Mikro-Solarinverter (engl, solar micro-inverter oder microinverter) verwendet werden kann. Der Einsatz eines solchen Mikro-Solarinverters ist in Figur 5 grob skizziert. Der Wechselrichter 60, 80, 90, 100 ist verbunden mit einem Photovoltaik-Solarmodul 51 und mit dem Versorgungsnetzwerk 52. Typischerweise ist ein Wechselrichter 60, 80, 90, 100 nach Art eines Mikro-Solarinverters mit genau einem Solarmodul 51 verbunden und unterscheidet sich damit vom herkömmlichen String-Wechselrichter oder zentralen Wechselrichter. Der Wechselrichter 60, 80, 90, 100 übernimmt die Wandlung der von dem Solarmodul 51 kommenden Gleichspannung in eine dem Versorgungsnetzwerk entsprechende Spannung mit passender Amplitude, Frequenz und Phasenlage. Another embodiment is shown in FIG. The converter 40 according to FIG. 4 is structurally based on the converter 20 according to FIG. In addition to this, however, the converter 40 has a third inductance L3 between the second node point 12B and the first semiconductor switch S1. The first and the third inductance LI, L3 are in this case ¬ play as a common inductance with center tap ¬ builds, followed by the second semiconductor switch S2 connects. Furthermore, the converter 40 has a fourth inductance L4 between the third node 12C and the fourth semiconductor switch S4. The second and the fourth inductance L2, L4 are constructed analogously to the first and third inductors LI, L3 in this example as common inductance with center tap, to which the third semiconductor switch S3 is connected. Due to the structure of the converter 40 according to Figure 4 even higher ratios between the output and the input voltage can be achieved. A possible Anwendungsge ¬ Bidding of transducers 20, 30, 40 described will be described with reference to the following figures. In this case, an inverter is constructed with the respective converter 20, 30, 40, which can be used for example as a micro-solar inverter (engl, solar micro-inverter or microinverter). The use of such a micro-solar inverter is roughly sketched in FIG. The inverter 60, 80, 90, 100 is connected to a photovoltaic solar module 51 and to the utility network 52. Typically, an inverter 60, 80, 90, 100 is connected in the manner of a micro-solar inverter with exactly one solar module 51 and differs therewith from the conventional string inverter or central inverter. The inverter 60, 80, 90, 100 takes over the conversion of the DC voltage coming from the solar module 51 into a voltage corresponding to the supply network with suitable amplitude, frequency and phase position.
Einen beispielhaften Aufbau für einen ersten Wechselrichter 60 zeigt Figur 6. Der Wechselrichter weist eingangsseitig einen Wandler 20 auf, der gemäß Figur 2 aufgebaut ist. Die Ausgangsanschlüsse 13A, 13B des Wandlers 20 agieren nicht als Ausgänge für den Wechselrichter 60, sondern sind mit den Außenanschlüssen einer Vollbrücke V verbunden. Die Vollbrücke V umfasst vier weitere Halbleiterschalter S7, S8, S9, S10. Der Mittelanschluss einer ersten Halbbrücke der Vollbrücke V mit dem siebten und neunten Halbleiterschalter S7, S9 ist mit einer fünften Induktivität L5 verbunden. Der Mittelanschluss der zweiten Halbbrücke der Vollbrücke V mit dem achten und zehnten Halbleiterschalter S8, S10 ist mit einer sechsten Induktivität L6 verbunden. Die Mittelanschlüsse sind weiterhin über einen dritten Kondensator verbunden. Die beiden Mittelanschlüsse sind weiterhin mit einem EMI-Filter 61 verbunden. Der Ausgang des EMI-Filters 61 stellt die beiden Ausgangsanschlüsse 53A, 53B für den Wechselrichter 60 dar. Nicht in Figur 6 dargestellt ist die Steuerungseinrichtung für den Wechselrichter 60, die die Ansteuerung der Halbleiterschalter S1...S10 vornimmt. Für die Funktion als Wechsel- richter werden der erste und zweite Halbleiterschalter Sl, S2, d.h. der Aufwärtswandler, derart mit einer Pulsweitenmodulation angesteuert, dass am Ausgang des Aufwärtswandlers, d.h. am ersten Kondensator Cl, der Verlauf der Spannung UC1 die Form von aufeinanderfolgenden Halbwellen annimmt. Dieser Spannungsverlauf ist in Fig. 7 skizziert. Der dritte und vierte Halbleiterschalter S3, S4, d.h. der Inverswandler, werden so angesteuert, dass am Ausgang des Inverswandlers , d.h. am zweiten Kondensator C2, der Verlauf der Spannung UC2 ebenfalls die Form von aufeinanderfolgenden Halbwellen an- nimmt. Der Aufwärtswandler und der Inverswandler werden also im Gegensatz zum typischen Betrieb als DC-DC-Wandler nun so betrieben, dass sie an ihrem Ausgang jeweils gerade keine konstante DC-Spannung erzeugen. Die Polarität der Spannung UC2 am zweiten Kondensator ist dabei derart, dass sich in Summe eine erhöhte Amplitude für den Spannungsverlauf zwi¬ schen dem ersten und zweiten Ausgangsanschluss 13A, 13B ergibt. Bei gleicher Amplitude der beiden Spannungsverläufe UC1, UC2 ergibt sich in Summe die doppelte Amplitude für die Halbwelle . An exemplary structure for a first inverter 60 is shown in FIG. 6. On the input side, the inverter has a converter 20, which is constructed in accordance with FIG. The output terminals 13A, 13B of the converter 20 do not act as outputs for the inverter 60, but are connected to the external terminals of a full bridge V. The full bridge V comprises four further semiconductor switches S7, S8, S9, S10. The middle terminal of a first half bridge of the full bridge V with the seventh and ninth semiconductor switches S7, S9 is connected to a fifth inductance L5. The middle connection of the second half bridge of the full bridge V with the eighth and tenth semiconductor switch S8, S10 is connected to a sixth inductance L6. The center connections are also connected via a third capacitor. The two center connections are further connected to an EMI filter 61. The output of the EMI filter 61 represents the two output terminals 53A, 53B for the inverter 60. Not shown in Figure 6 is the control device for the inverter 60, which performs the control of the semiconductor switches S1 ... S10. For the function as an inverter, the first and second semiconductor switches S1, S2, ie the up-converter, are driven with pulse width modulation in such a way that at the output of the up-converter, ie at the first capacitor C1, the profile of the voltage UC1 takes the form of successive half-waves , This voltage curve is sketched in FIG. 7. The third and fourth semiconductor switches S3, S4, ie the inverse converter, are so controlled that at the output of the inverse converter, ie at the second capacitor C2, the course of the voltage UC2 also takes the form of successive half-waves. The up-converter and the inverse converter are thus operated in contrast to the typical operation as a DC-DC converter now so that they produce at their output in each case just no constant DC voltage. The polarity of the voltage UC2 at the second capacitor is such that an increased amplitude of the voltage waveform Zvi ¬ rule results in sum the first and second output terminals 13A, 13B. With the same amplitude of the two voltage curves UC1, UC2, twice the amplitude for the half-wave results in total.
Die sich ergebende Halbwelle liegt an den Außenanschlüssen der Vollbrücke V an. Die Vollbrücke V wird nun derart ange¬ steuert, dass die Polarität der Halbwelle mit jeder Halbwelle wechselt und sich somit ein im Idealfall sinusförmiger Span- nungsverlauf zwischen den Mittelanschlüssen der Vollbrücke V ergibt. Hierzu wird zwischen zwei Schaltzuständen gewechselt. Im ersten Schaltzustand sind der achte und neunte Halbleiter¬ schalter S8, S9 angeschaltet und der siebte und zehnte Halb¬ leiterschalter S7, S10 abgeschaltet. Im zweiten Schaltzustand sind der siebte und zehnte Halbleiterschalter S7, S10 ange¬ schaltet und der achte und neunte Halbleiterschalter S8, S9 abgeschaltet. Der Wechsel zwischen diesen Schaltzuständen erfolgt dabei mit jeder Halbwelle. Zweckmäßig entspricht die Frequenz des sich ergebenden sinusförmigen Spannungsverlaufs der Frequenz des Versorgungsnetzwerks, also beispielsweise 50 Hz. Die Halbwellen werden dann so erzeugt, dass sie mit 100 Hz aufeinanderfolgen und die Vollbrücke V muss die Pola- rität mit 100 Hz umschalten, sodass sich aus je zwei Halbwel¬ len eine vollständige Sinus-Welle ergibt. Daraus folgt, dass die Halbleiterschalter S7...S10 mit nur 100 Hz schalten müssen, also für Umrichterverhältnisse vergleichsweise selten. Des¬ halb können in der Vollbrücke vorteilhaft solche Schalter verwendet werden, die für geringe Leitungsverluste optimiert sind . The resulting half-wave is applied to the outer terminals of the full bridge V. The full bridge V is now so ¬ controlled that the polarity of the half-wave changes with each half-wave and thus results in an ideal sinusoidal voltage waveform between the center terminals of the full bridge V. This is done by switching between two switching states. In the first switching state of the eighth and ninth semiconductor ¬ switches S8, S9 are switched on, and the seventh and tenth half ¬ conductor switches S7, S10 off. In the second switching state, the seventh and tenth semiconductor switch S7 is turned on ¬ S10 and the eighth and ninth semiconductor switch S8, S9 off. The change between these switching states takes place with each half-wave. Appropriately corresponds to the Frequency of the resulting sinusoidal voltage curve of the frequency of the supply network, so for example 50 Hz. The half-waves are then generated so that they follow each other at 100 Hz and the full bridge V must switch the polarity with 100 Hz, so that in each case two Halbwel ¬ len results in a complete sine wave. It follows that the semiconductor switches S7 ... S10 must switch with only 100 Hz, that is, comparatively rarely for inverter ratios. Des ¬ half can advantageously be used in the full bridge such switches, which are optimized for low line losses.
Da in dem Wechselrichter 60 der Figur 6 der Aufwärtswandler nicht in der Lage ist, eine geringere Spannung als die Ein- gangsspannung an seinem Ausgang zu erzeugen, ist die erzeugte Halbwelle am ersten Kondensator Cl unvollständig. In Zeitbe¬ reichen, in denen die Spannung dem Verlauf der Halbwelle nach eigentlich geringer als die Eingangsspannung sein müsste, entspricht sie trotzdem etwa der Eingangsspannung. Die Steue- rungseinrichtung ist zweckmäßig dafür ausgelegt, dieses Prob¬ lem zu behandeln. Dafür kann die Steuerungseinrichtung ausgestaltet sein, zumindest in den genannten Zeitbereichen den Spannungsverlauf der Sinuswelle durch die Schaltung der Halb¬ leiterschalter S7...S10 der Vollbrücke V zu erzeugen. Hierzu müssen in diesen Zeitbereichen die Halbleiterschalter S7...S10 hochfrequent geschaltet werden und die Spannungsform per Pulsweitenmodulation eingestellt werden. Die fünfte und sechste Induktivität L5, L6 sowie der dritte Kondensator C3 sind ausgestaltet für die nötige Filterung der sich ergeben- den Spannungsform auch bei einer hochfrequenten Schaltung der Vollbrücke V. Since in the inverter 60 of FIG. 6 the boost converter is unable to produce a lower voltage than the input voltage at its output, the half-wave generated at the first capacitor C1 is incomplete. In Zeitbe ¬ rich, in which the voltage should be the course of the half-wave after actually lower than the input voltage, it still corresponds approximately to the input voltage. The control-device is expedient designed to handle this prob ¬ lem. For this, the control device can be designed, at least in the said time ranges to generate the voltage waveform of the sine wave by the circuit of the semi-conductor switch S7 ¬ ... S10 of the full bridge V. For this purpose, the semiconductor switches S7 ... S10 must be switched to high-frequency in these time ranges and the voltage form must be set by pulse width modulation. The fifth and sixth inductors L5, L6 and the third capacitor C3 are designed for the necessary filtering of the resulting voltage form even in the case of a high-frequency circuit of the full-bridge V.
Figur 8 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel einen Wechselrichter 80. Der Wechselrichter 80 ist in etwa aufge- baut wie der Wechselrichter 60 gemäß Figur 6. Im Unterschied zum Wechselrichter 60 gemäß Figur 6 basiert der Wechselrichter 80 gemäß Figur 8 auf dem Wandler 30 gemäß Figur 3. Mit anderen Worten sind also im Wechselrichter 80 gemäß Figur 8 , n FIG. 8 shows, as a further exemplary embodiment, an inverter 80. The inverter 80 is constructed approximately like the inverter 60 according to FIG. 6. In contrast to the inverter 60 according to FIG. 6, the inverter 80 according to FIG. 8 is based on the converter 30 according to FIG In other words, in the inverter 80 according to FIG , n
der fünfte und sechste Halbleiterschalter S5, S6 vorhanden. Dafür sind im Wechselrichter 80 die fünfte und sechste Induktivität L5, L6 sowie der dritte Kondensator C3 nicht vorhan¬ den . the fifth and sixth semiconductor switches S5, S6 are present. For this are in the inverter 80, the fifth and sixth inductor L5, L6, and the third capacitor C3 is not EXISTING ¬.
Wie bereits beschrieben für Figur 3 wird der Aufwärtswandler durch den fünften und sechsten Halbleiterschalter S5, S6 zu einem kombinierten Auf- und Abwärtswandler erweitert. Die Beschränkung der Ausgangsspannung am ersten Kondensator Cl auf Spannungen oberhalb der Eingangsspannung fällt dadurch weg. Die Steuerungseinrichtung ist in diesem Fall dazu ausgestaltete, den fünften und sechsten Halbleiterschalter S5, S6 so zusätzlich zum ersten und zweiten Halbleiterschalter Sl, S2 zu verwenden, dass nun die zu erzeugende Halbwelle vollstän- dig am ersten Kondensator Cl vorliegt. Die am ersten und zweiten Kondensator Cl, C2 anliegenden Spannungen entsprechen damit soweit als möglich vollständig den in Figur 7 gezeigten Spannungsverläufen UC1, UC2. As already described for Figure 3, the boost converter is expanded by the fifth and sixth semiconductor switches S5, S6 to a combined up and down converter. The restriction of the output voltage at the first capacitor Cl to voltages above the input voltage thereby eliminated. In this case, the control device is configured to use the fifth and sixth semiconductor switches S5, S6 in addition to the first and second semiconductor switches S1, S2 in such a way that the half-wave to be generated is now completely present at the first capacitor C1. The voltages applied to the first and second capacitors C1, C2 thus correspond as completely as possible to the voltage curves UC1, UC2 shown in FIG.
Die Vollbrücke V wird nun wie bereits für den Wechselrichter 60 der Figur 6 beschrieben derart angesteuert, dass die Pola¬ rität der Halbwelle mit jeder Halbwelle wechselt und sich so¬ mit ein im Idealfall sinusförmiger Spannungsverlauf zwischen den Mittelanschlüssen der Vollbrücke V ergibt. Hierzu wird wie beim Wechselrichter der Figur 6 zwischen zwei Schaltzuständen gewechselt. Im ersten Schaltzustand sind der achte und neunte Halbleiterschalter S8, S9 angeschaltet und der siebte und zehnte Halbleiterschalter S7, S10 abgeschaltet. Im zweiten Schaltzustand sind der siebte und zehnte Halbleiter¬ schalter S7, S10 angeschaltet und der achte und neunte Halb¬ leiterschalter S8, S9 abgeschaltet. The full bridge V will now be described already for the inverter 60 of Figure 6 is controlled such that the half-wave Pola ¬ rity changes with each half-wave and thus results ¬ with a sinusoidal ideally voltage waveform across the center terminals of the full bridge V. For this purpose, as in the inverter of Figure 6 is changed between two switching states. In the first switching state, the eighth and ninth semiconductor switches S8, S9 are switched on and the seventh and tenth semiconductor switches S7, S10 are switched off. In the second switching state of the seventh and tenth semiconductor ¬ switches S7, S10 are turned on and the eighth and ninth half ¬ conductor switches S8, S9 off.
Da die Halbwellen nun vollständig vorliegen, entfällt beim Wechselrichter 80 die Notwendigkeit, zu bestimmten Zeiten ein hochfrequentes Schalten der Halbleiterschalter S7...S10 derSince the half-waves are now complete, eliminating the need for the inverter 80, at certain times a high-frequency switching of the semiconductor switch S7 ... S10 the
Vollbrücke V vorzusehen. Vielmehr können die Halbleiterschal¬ ter S7...S10 grundsätzlich mit der Frequenz von beispielsweise 100 Hz schalten. Deshalb gilt hier noch mehr als beim Wech- selrichter 60, dass in der Vollbrücke vorteilhaft solche Schalter verwendet werden können, die für geringe Leitungs¬ verluste optimiert sind. Vorteilhaft fällt die Notwendigkeit der Filterung für das hochfrequente Schalten weg, wodurch die fünfte und sechste Induktivität L5, L6 und der dritte Konden¬ sator C3 unnötig werden. Full bridge V provide. On the contrary, the semiconductor switches S7... S10 can basically switch at the frequency of, for example, 100 Hz. Therefore, even more so than in the case of Inverter 60 that in the full bridge advantageous such switches can be used, which are optimized for low line ¬ losses. Advantageously, the need for filtering the high-frequency switching is eliminated, whereby the fifth and sixth inductor L5, L6 and the third condensate ¬ sator C3 become unnecessary.
Figur 9 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel einen Wechsel¬ richter 90, der für die Verwendung in einem Einphasen-Drei- leiternetzwerk (engl, split phase grid) ausgestaltet ist. Der Aufbau des Wechselrichters 90 entspricht einschließlich der Gestaltung der Steuerungseinrichtung weitgehend dem Aufbau des Wechselrichters 60 gemäß Figur 6. Zusätzlich ist aber der erste Knotenpunkt 12A als weiterer Eingang für den EMI-Filter 61 vorgesehen und wird als Neutralleiter aus diesem herausgeführt. Die sonstige Funktionalität entspricht dem Wechsel¬ richter 60 nach Figur 6. Figure 9 shows as a further embodiment a change ¬ rectifiers 90, which is designed for use in a single-phase three ladder network (English, split-phase grid). The design of the inverter 90, including the configuration of the control device, largely corresponds to the design of the inverter 60 according to FIG. 6. In addition, however, the first node 12A is provided as a further input for the EMI filter 61 and is led out of it as a neutral conductor. The other functionality corresponds to the change ¬ judge 60 of Figure 6.
Figur 10 schließlich zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel einen Wechselrichter 100, der ebenfalls für die Verwendung in einem Einphasen-Dreileiternetzwerk ausgestaltet ist. Der Aufbau des Wechselrichters 100 entspricht einschließlich der Ge¬ staltung der Steuerungseinrichtung weitgehend dem Aufbau des Wechselrichters 80 gemäß Figur 8, weist also statt der fünf- ten und sechsten Induktivität L5, L6 und dem dritten Kondensator C3 den fünften und sechsten Halbleiterschalter S5, S6 auf. Zusätzlich ist aber der erste Knotenpunkt 12A als weite¬ rer Eingang für den EMI-Filter 61 vorgesehen und wird als Neutralleiter aus diesem herausgeführt. Die sonstige Funktio- nalität entspricht dem Wechselrichter 80 nach Figur 8. Finally, FIG. 10 shows, as a further exemplary embodiment, an inverter 100 which is likewise designed for use in a single-phase three-wire network. The construction of the inverter 100 corresponds including Ge ¬ staltung the controller largely to the structure of the inverter 80 shown in Figure 8, thus has the fifth and sixth semiconductor switches S5, S6 instead of the fifth and sixth inductor L5, L6 and the third capacitor C3 , In addition, however, the first node 12A is provided as a further input for the EMI filter 61 and is led out of it as a neutral conductor. The other functionality corresponds to the inverter 80 according to FIG. 8.
Weitere Ausführungsmöglichkeiten für den Wechselrichter bestehen darin, dass der Wechselrichter auf dem Aufbau gemäß Figur 4 basiert. Dieser Aufbau mit Induktivitäten mit Mittel- abgriff kann auch mit den Aufbauvarianten gemäß der Figuren 6, 8, 9 und 10 kombiniert werden. Further embodiments for the inverter are that the inverter is based on the structure of Figure 4. This construction with inductances with center tap can also be combined with the design variants according to FIGS. 6, 8, 9 and 10.

Claims

Patentansprüche claims
1. Galvanisch gekoppelter elektrischer Wandler (10, 20, 30, 40) zur Wandlung einer an ersten Anschlüssen (IIA, IIB) an- liegenden Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung, aufweisend : 1. Galvanically coupled electrical converter (10, 20, 30, 40) for converting an input voltage present at first terminals (IIA, IIB) into an output voltage, comprising:
- einen eingangsseitig mit den ersten Anschlüssen (IIA, IIB) verbundenen Aufwärtswandler,  a boost converter connected on the input side to the first terminals (IIA, IIB),
- einen eingangsseitig mit den ersten Anschlüssen (IIA, IIB) verbundenen Inverswandler und  - An input side connected to the first terminals (IIA, IIB) inverters and
- eine mit dem ausgangsseitigen Pluspol (13A) des Aufwärts¬ wandlers und dem ausgangsseitigen Minuspol (13B) des In- verswandlers verbundene Serienschaltung aus zwei Kondensa¬ toren (Cl, C2), wobei der ausgangsseitige Minuspol des Auf- wärtswandlers und der ausgangsseitige Pluspol des Invers- wandlers mit dem Mittelanschluss (12A) zwischen den Konden¬ satoren (Cl, C2) verbunden sind. - a to the output side positive terminal (13A) of the up ¬ converter and the output side negative terminal (13B) of the home verswandlers associated series circuit of two Kondensa ¬ factors (Cl, C2), wherein the output side negative terminal of the upward converter and the output side positive terminal of the Inverse converter with the center terminal (12A) between the condensate ¬ capacitors (Cl, C2) are connected.
2. Wandler (10, 20, 30, 40) nach Anspruch 1, bei dem der Auf- wärtswandler eine erste Serienschaltung eines ersten Halbleiterschalters (Sl) oder einer ersten Diode (Dl) mit einem zweiten Halbleiterschalter (S2) umfasst, deren Außenanschlüsse die ausgangsseitigen Pole des Aufwärtswandlers bilden so¬ wie eine erste Induktivität (LI), die mit dem Mittelanschluss (12B) der ersten Serienschaltung sowie dem Pluspol (IIA) der Eingangsspannung verbunden ist. 2. converter (10, 20, 30, 40) according to claim 1, wherein the up-converter comprises a first series connection of a first semiconductor switch (Sl) or a first diode (Dl) with a second semiconductor switch (S2) whose external terminals the Output-side poles of the boost converter form ¬ as a first inductor (LI), which is connected to the center terminal (12B) of the first series circuit and the positive pole (IIA) of the input voltage.
3. Wandler (10, 20, 30, 40) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Inverswandler eine zweite Serienschaltung eines dritten Halbleiterschalters (S3) mit einem vierten Halbleiterschalter (S4) oder einer zweiten Diode (D2) umfasst, von denen ein Außenanschluss den ausgangsseitigen Minuspol des Inverswand- lers bildet und der andere Außenanschluss mit dem Pluspol (IIA) der Eingangsspannung verbunden ist, wobei der Invers- wandler weiterhin eine zweite Induktivität (L2) umfasst, die mit dem Mittelanschluss (12C) der zweiten Serienschaltung sowie dem Mittelanschluss (12A) zwischen den Kondensatoren (Cl, C2) verbunden ist. 3. converter (10, 20, 30, 40) according to claim 1 or 2, wherein the inverse converter comprises a second series connection of a third semiconductor switch (S3) with a fourth semiconductor switch (S4) or a second diode (D2), of which a The outer terminal forms the output-side negative terminal of the inverse converter and the other external terminal is connected to the positive terminal (IIA) of the input voltage, wherein the inverse converter further comprises a second inductance (L2) connected to the center terminal (12C) of the second series circuit and the Center terminal (12A) between the capacitors (Cl, C2) is connected.
4. Wandler (10, 20, 30, 40) nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem fünften Halbleiterschalter (S5) zwischen der ersten Induktivität (LI) und dem Pluspol (IIA) der Ein- gangsspannung sowie einem sechsten Halbleiterschalter (S6) oder einer dritte Diode (D3) zwischen der ersten Induktivität (LI) und dem Minuspol (IIB) der Eingangsspannung. 4. converter (10, 20, 30, 40) according to one of the preceding claims with a fifth semiconductor switch (S5) between the first inductance (LI) and the positive terminal (IIA) of the input voltage and a sixth semiconductor switch (S6) or a third diode (D3) between the first inductance (LI) and the negative pole (IIB) of the input voltage.
5. Wandler (10, 20, 30, 40) nach einem der vorangehenden An- sprüche mit einer dritten Induktivität (L3) , die in der ers¬ ten Serienschaltung seriell zwischen den ersten Halbleiterschalter (Sl) oder die erste Diode (Dl) und den zweiten Halbleiterschalter (S2) geschaltet ist, wobei die erste und drit¬ te Induktivität (LI, L3) als gemeinsame Induktivität mit Mit- telabgriff für den zweiten Halbleiterschalter (S2) gestaltet ist . 5. converter (10, 20, 30, 40) according to one of the preceding claims with a third inductance (L3), in the ers ¬ th series connection serially between the first semiconductor switch (Sl) or the first diode (Dl) and the second semiconductor switch (S2) is connected, wherein the first and third ¬ th inductance (LI, L3) as a common inductance with center tapping for the second semiconductor switch (S2) is designed.
6. Wandler (10, 20, 30, 40) nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer vierten Induktivität (L4), die in der zwei- ten Serienschaltung seriell zwischen den dritten Halbleiterschalter (S3) und den vierten Halbleiterschalter (S4) oder die zweite Diode (D2) geschaltet ist, wobei die zweite und vierte Induktivität (L2, L4) als gemeinsame Induktivität mit Mittelabgriff für den dritten Halbleiterschalter (S3) gestal- tet ist. 6. converter (10, 20, 30, 40) according to one of the preceding claims with a fourth inductance (L4), in the second series connection serially between the third semiconductor switch (S3) and the fourth semiconductor switch (S4) or the second Diode (D2) is connected, wherein the second and fourth inductance (L2, L4) is designed as a common inductance with center tap for the third semiconductor switch (S3).
7. Wandler (10, 20, 30, 40) nach einem der vorangehenden Ansprüche, derart ausgestaltet, dass die Halbleiterschalter (Sl, S2) des Aufwärtswandlers und die Halbleiterschalter (S3, S4) des Inverswandlers in versetzter Taktung betrieben werden . 7. converter (10, 20, 30, 40) according to one of the preceding claims, configured such that the semiconductor switches (Sl, S2) of the boost converter and the semiconductor switches (S3, S4) of the inverter are operated in offset timing.
8. Stromrichter (60, 80, 90, 100), der einen elektrischen Wandler (10, 20, 30, 40) nach einem der vorangehenden Ansprü- che umfasst sowie eine mit den Außenanschlüssen parallel zur Serienschaltung aus zwei Kondensatoren (Cl, C2) geschaltete Vollbrücke (V) , deren Mittelanschlüsse Ausgangsanschlüsse für den Stromrichter (60, 80, 90, 100) bilden. 8. power converter (60, 80, 90, 100) comprising an electrical converter (10, 20, 30, 40) che according to one of the preceding Ansprü- and one with the external terminals in parallel to the series circuit of two capacitors (Cl, C2) switched full bridge (V) whose center connections form output connections for the power converter (60, 80, 90, 100).
9. Stromrichter (60, 80, 90, 100) nach Anspruch 8 mit einer Steuerungseinrichtung, die ausgestaltet ist, den Aufwärts¬ wandler so zu betreiben, dass an seinem Ausgang eine erste halbwellenförmige Spannung (UC1) erzeugt wird und den Invers- wandler so zu betreiben, dass an seinem Ausgang eine zweite halbwellenförmige Spannung (UC2) erzeugt wird, deren Polari¬ tät derjenigen der ersten Spannung entgegengesetzt ist. 9. power converter (60, 80, 90, 100) according to claim 8 with a control device which is designed to operate the up ¬ converter so that at its output a first half-wave voltage (UC1) is generated and the inverse converter so to operate that at its output a second half-wave voltage (UC2) is generated, whose Polari ¬ ity is opposite to that of the first voltage.
10. Stromrichter (60, 80, 90, 100) nach Anspruch 9, bei dem die Steuerungseinrichtung ausgestaltet ist, als Frequenz für die halbwellenförmigen Spannungen (UC1, UC2) die Netzfrequenz zu verwenden. 10. power converter (60, 80, 90, 100) according to claim 9, wherein the control device is designed to use as a frequency for the half-wave voltages (UC1, UC2) the mains frequency.
11. Stromrichter (60, 80, 90, 100) nach Anspruch 10, bei dem die Steuerungseinrichtung ausgestaltet ist, die Halbleiterschalter (S7...10) der Vollbrücke (V) mit Netzfrequenz umzu¬ schalten . 11. Power converter (60, 80, 90, 100) according to claim 10, wherein the control device is configured to switch the semiconductor switches (S7 ... 10) of the full bridge (V) with mains frequency ¬ .
12. Stromrichter (60, 80, 90, 100) nach einem der Ansprüche 8 bis 11 mit einer fünften und sechsten Induktivität (L5, L6) in Serie zu den Ausgangsanschlüssen sowie einem zwischen die Ausgangsanschlüsse geschalteten dritten Kondensator (C3) . 12. A power converter (60, 80, 90, 100) according to any one of claims 8 to 11 having a fifth and sixth inductance (L5, L6) in series with the output terminals and a third capacitor connected between the output terminals (C3).
13. Stromrichter (60, 80, 90, 100) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem ein weiterer Ausgangsanschluss für ein 13. power converter (60, 80, 90, 100) according to any one of claims 8 to 12, wherein a further output terminal for a
Einphasen-Dreileiternetz durch den Mittelanschluss (12A) zwischen den Kondensatoren (Cl, C2) gebildet wird. One-phase three-core network is formed by the center terminal (12A) between the capacitors (Cl, C2).
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