EP4022759A1 - Ansteuerverfahren für einen gleichspannungswandler und gleichspannungswandler - Google Patents

Ansteuerverfahren für einen gleichspannungswandler und gleichspannungswandler

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EP4022759A1
EP4022759A1 EP20754242.4A EP20754242A EP4022759A1 EP 4022759 A1 EP4022759 A1 EP 4022759A1 EP 20754242 A EP20754242 A EP 20754242A EP 4022759 A1 EP4022759 A1 EP 4022759A1
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EP
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primary
switching
full bridge
transformer
connection
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EP20754242.4A
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English (en)
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Christian Winter
Jan Riedel
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ansteuerung eines Gleichspannungswandlers (1), wie zum Beispiel eines Phase- Shifted-Full-Bridge-Gleichspannungswandlers, wobei zwischen zwei vorgegebenen Schaltfolgen gewechselt werden kann. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige Beanspruchung der Schaltelemente (M1-M4) einer primärseitigen Vollbrücke (10) des Gleichspannungswandlers (1) erreicht werden. So können beispielsweise bei der ersten Schaltfolge (Sl) die Schaltelemente (Ml, M3) einer ersten Halbbrücke der primärseitigen Vollbrücke (10) hart geschaltet werden, während bei der zweiten Schaltfolge (S2) die Schaltelemente (M2, M4) einer zweiten Halbbrücke der primärseitigen Vollbrücke (10) hart geschaltet werden.

Description

Beschreibung
Titel
Ansteuerverfahren für einen Gleichspannungswandler und
Gleichspannungswandler
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Gleichspannungswandlers. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Gleichspannungswandler, insbesondere einen Phase-Shifted-Full-Bridge- Gleichspannungswandler.
Stand der Technik
Zur Konvertierung einer ersten Gleichspannung in eine zweite Gleichspannung mit anderer Spannungshöhe sind Gleichspannungswandler bekannt. Insbesondere umfasst die Gruppe der Gleichspannungswandler auch sogenannte Phase-Shifted-Full-Bridge-Gleichspannungswandler. Diese Gleichspannungswandler können unter bestimmten Rahmenbedingungen auch einen Leistungstransfer von der Sekundärseite auf die Primärseite realisieren, sofern auf der Sekundärseite auch aktive Schaltelemente eingesetzt werden. Beispielsweise können Gleichspannungswandler eingesetzt werden, um ein Hochvoltnetz eines Elektrofahrzeugs mit dem Niedervoltnetz des Fahrzeugs zu koppeln und elektrische Energie zwischen den beiden Bordnetzen eines solchen Elektrofahrzeugs zu übertragen.
Die Druckschrift DE 102016 200 662 Al offenbart einen bidirektionalen Gleichspannungswandler zur Energieübertragung zwischen einem Hochvoltnetz und einem Niedervoltnetz eines Elektrofahrzeugs. Der Wandler umfasst mindestens einen Transformator zur galvanischen Trennung der beiden Bordnetze, elektronische Schalter zum Umpolen der Wicklungen des Transformators sowie eine Steuereinrichtung zum Steuern der Schalter. Insbesondere soll der Gleichspannungswandler ein Aufladen eines Zwischenkreiskondensators auf der Hochvoltseite ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Ansteuerung eines Gleichspannungswandlers sowie einen Gleichspannungswandler mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Demgemäß ist vorgesehen:
Ein Verfahren zur Ansteuerung eines Gleichspannungswandlers. Der Gleichspannungswandler umfasst eine primärseitige Vollbrücke und einen Transformator. Der Transformator ist zwischen der primärseitigen Vollbrücke und einer Sekundärseite des Gleichspannungswandlers angeordnet. Das Verfahren zur Ansteuerung des Gleichspannungswandlers steuert abwechselnd einen ersten Diagonalzweig und einen zweiten Diagonalzweig der primärseitigen Vollbrücke an. Der erste Diagonalzweig ist dabei komplementär zu dem zweiten Diagonalzweig der primärseitigen Vollbrücke. Hierbei können die Schaltelemente der Vollbrücke abwechselnd gemäß einer ersten Schaltfolge und einer zweiten Schaltfolge angesteuert werden. In der ersten Schaltfolge wird zwischen dem Ansteuern des ersten Diagonalzweigs und dem Ansteuern des zweiten Diagonalzweigs der primärseitigen Vollbrücke eine Primärseite des Transformators mittels den oberen Schaltelementen der primärseitigen Vollbrücke kurzgeschlossen. In der zweiten Schaltfolge erfolgt ein Kurzschließen der Primärseite des Transformators zwischen dem Ansteuern des ersten Diagonalzweigs und dem Ansteuern des zweiten Diagonalzweigs der primärseitigen Vollbrücke mittels der unteren Schaltelemente der primärseitigen Vollbrücke. Darüber hinaus kann auch zwischen dem Ansteuern des zweiten Diagonalzweigs und dem Ansteuern des ersten Diagonalzweigs die Primärseite des Transformators mittels der oberen Schaltelemente oder der unteren Schaltelemente kurzgeschlossen werden. Weiterhin ist vorgesehen:
Ein Gleichspannungswandler, insbesondere ein Phase-Shifted-Full-Bridge- Gleichspannungswandler, mit einer primärseitigen Vollbrücke und einem Transformator. Der Transformator kann zwischen der primärseitigen Vollbrücke und einer Sekundärseite des Gleichspannungswandlers angeordnet sein. Die primärseitige Vollbrücke kann zwischen einem primärseitigen Gleichspannungsanschluss des Gleichspannungswandlers und einer Primärseite des Transformators angeordnet sein. Darüber hinaus umfasst der Gleichspannungswandler eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung kann dazu ausgelegt sein, die Schaltelemente der primärseitigen Vollbrücke gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren anzusteuern.
Vorteile der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer konventionellen Ansteuerung eines Gleichspannungswandlers, wie zum Beispiel einem Phase-Shifted-Full-Bridge-Gleichspannungswandler, die Schaltelemente in der primärseitigen Vollbrücke gemäß einer fest vorgegebenen Schaltfolge angesteuert werden. Hierbei müssen in der Regel die Schaltelemente einer Halbbrücke der Vollbrücke hart geschaltet werden, das heißt es liegt während dem Einschaltvorgang ein signifikanter Spannungsabfall über dem Schaltelement an. Die Schaltelemente der anderen Halbbrücke können dagegen gegebenenfalls weich geschaltet werden, das heißt es liegt kein signifikanter Spannungsabfall über dem Schaltelement während dem Einschaltvorgang an.
Da es bei einem harten Schaltvorgang in der Regel zu höheren Verlusten kommt, werden die Schaltelemente, welche hart geschaltet werden müssen, stärker belastet und somit erwärmen sich diese Schaltelemente stärker als die Schaltelemente, welche lediglich weich geschaltet werden. Dies führt einerseits zu einer ungleichmäßigen Beanspruchung der beteiligten Schaltelemente. Darüber hinaus wird die maximale Leistungsgrenze des Gleichspannungswandlers durch die am stärksten beanspruchten Bauteile begrenzt. Infolgedessen kann es in dem oben beschriebenen Verfahren zu einer Leistungsbegrenzung auf Grundlage der Verluste an den hart schaltenden Schaltelementen kommen.
Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und einen Gleichspannungswandler sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Gleichspannungswandlers vorzusehen, welche eine gleichmäßigere Beanspruchung der Bauteile, insbesondere der Schaltelemente in der primärseitigen Vollbrücke ermöglichen kann. Hierzu ist es vorgesehen, die Schaltfolge für das Ansteuern der Schaltelemente in der primärseitigen Vollbrücke zu modifizieren. Insbesondere ist es durch die modifizierte Schaltfolge möglich, dass nicht stets dieselben Schaltelemente hart schaltend bzw. weich schaltend betrieben werden. Durch einen Wechsel zwischen harten Schaltvorgängen und weichen Schaltvorgängen für die einzelnen Schaltelemente kann auf diese Weise die Beanspruchung und die dabei entstehende Verlustleistung gleichmäßig über alle beteiligten Schaltelemente verteilt werden. Auf diese Weise entsteht eine gleichmäßigere Beanspruchung und Erwärmung aller Schaltelemente in der primärseitigen Vollbrücke des Gleichspannungswandlers.
Durch die gleichmäßige Verteilung der Verlustleistung auf die einzelnen Schaltelemente ist es möglich, gegebenenfalls auch Schaltelemente mit höheren Einschaltverlusten einzusetzen. Ferner ist auch die Auslegung der Kühlung weniger kritisch.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt in der ersten Schaltfolge zwischen dem Ansteuern des zweiten Diagonalzweigs und dem Ansteuern des ersten Diagonalzweigs in der primärseitigen Vollbrücke ein elektrisches Verbinden der Anschlusselemente der Primärseite des Transformators mittels der unteren Schaltelemente der primärseitigen Vollbrücke. Analog erfolgt in der zweiten Schaltfolge zwischen dem Ansteuern des zweiten Diagonalzweigs und dem Ansteuern des ersten Diagonalzweigs in der primärseitigen Vollbrücke ein elektrisches Verbinden der Anschlusselemente auf der Primärseite des Transformators mittels der oberen Schaltelemente der primärseitigen Vollbrücke. Auf diese Weise erfolgt zwischen jedem Ansteuern eines Diagonalzweigs in der primärseitigen Vollbrücke jeweils ein elektrisches Verbinden der Anschlusselemente der Primärseite des Transformators. Mit anderen Worten, zwischen zwei Ansteuervorgängen von Diagonalzweigen in der primärseitigen Vollbrücke erfolgt jeweils ein primärseitiger Kurzschluss des Transformators über die oberen oder die unteren Schaltelemente der primärseitigen Vollbrücke.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt der Wechsel zwischen der ersten Schaltfolge und der zweiten Schaltfolge nach einer vorbestimmten Anzahl von Schaltzyklen. Als Schaltzyklus kann beispielsweise jeweils das Ansteuern eines Diagonalzweiges betrachtet werden. Alternativ kann als Schaltzyklus auch jeweils das Ansteuern zunächst eines ersten Diagonalzweigs und daraufhin des zweiten Diagonalzweigs betrachtet werden. Alternativ kann der Wechsel zwischen der Schaltfolge und der zweiten Schaltfolge auch nach vorbestimmten Zeitintervallen oder beliebigen anderen Kriterien erfolgen. Beispielsweise kann auch eine Temperatur an einem oder mehreren Schaltelementen der ersten Vollbrücke überwacht werden und beim Erreichen einer vorbestimmten Grenztemperatur ein Wechsel zwischen der ersten und der zweiten Schaltfolge erfolgen. Selbstverständlich kann auch der Wechsel von der zweiten Schaltfolge zurück zur ersten Schaltfolge gemäß den gleichen oder korrespondierenden Kriterien erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform wird in dem Verfahren zum Ansteuern des Gleichspannungswandlers der Gleichspannungswandler in einem lückenden Betriebsmodus (Englisch: Discontinuous Conduction Mode, DCM) angesteuert werden. In diesem Betriebsmodus wird während einer vorbestimmten Zeitdauer über einen Diagonalzweig des primärseitigen Gleichspannungswandlers elektrische Energie in den Transformator eingespeist, so dass sich in dem Transformator ein ansteigender elektrischer Strom einstellt. Daraufhin wird die Primärseite des Transformators kurzgeschlossen und der elektrische Strom in dem Transformator sinkt bis auf 0 Ampere ab. Im weiteren Verlauf wird dieser Vorgang durch Ansteuern des komplementären Diagonalzweigs in der primärseitigen Vollbrücke mit umgekehrtem Vorzeichen wiederholt. Die primärseitige Vollbrücke kann eine erste Halbbrücke und eine zweite Halbbrücke umfassen. Hierbei kann die erste Halbbrücke ein erstes oberes Schaltelement und ein erstes unteres Schaltelement umfassen. Analog kann die zweite Halbbrücke ein zweites oberes Schaltelement und ein zweites unteres Schaltelement umfassen. Das erste obere Schaltelement kann zwischen einem ersten Anschlusselement des primärseitigen Gleichspannungsanschluss und einem ersten Knotenpunkt angeordnet sein. Das erste untere Schaltelement kann zwischen dem ersten Knotenpunkt und einem zweiten Anschluss des primärseitigen Gleichspannungsanschluss angeordnet sein. Analog kann das zweite obere Schaltelement zwischen dem ersten Anschlusselement des primärseitigen Gleichspannungsanschluss und einem zweiten Knotenpunkt angeordnet sein. Das zweite untere Schaltelement kann zwischen dem zweiten Knotenpunkt und dem zweiten Anschlusselement des primärseitigen Gleichspannungsanschluss angeordnet sein. Weiterhin kann der erste Knotenpunkt mit einem ersten Anschlusselement der Primärseite des Transformators verbunden sein und der zweite Knotenpunkt kann mit einem zweiten Anschlusselement der Primärseite des Transformators verbunden sein. Auf diese Weise bilden das erste obere Schaltelement sowie das zweite untere Schaltelement einen ersten Diagonalzweig. Analog bilden das zweite obere Schaltelement sowie das erste untere Schaltelement einen zweiten Diagonalzweig, der komplementär zu dem ersten Diagonalzweig ist.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann dabei auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen: Figur 1: eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds, wie es einem
Gleichspannungswandler gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt;
Figur 2-5: zeigen jeweils Prinzipschaltbilder verschiedener Schaltzustände während des Ansteuerns eines Gleichspannungswandlers gemäß einer Ausführungsform; und
Figur 6: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem
Verfahren zur Ansteuerung eines Gleichspannungswandlers gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds, wie es einem Gleichspannungswandler 1 gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. Bei dem Gleichspannungswandler 1 kann es sich beispielsweise um einen Phase-Shifted-Full-Bridge-Gleichspannungswandler handeln. Der Gleichspannungswandler umfasst eine primärseitige Vollbrücke 10 sowie eine sekundärseitige Vollbrücke 20. Zwischen der primärseitigen Vollbrücke 10 und der sekundärseitigen Vollbrücke 20 ist ein Transformator 30 angeordnet. Grundsätzlich ist es auch möglich, anstelle der sekundärseitigen Vollbrücke 20 einen passiven Gleichrichter, beispielsweise mittels vier Dioden vorzusehen. Die Schaltelemente Ml bis M4 der primärseitigen Vollbrücke 10 sowie gegebenenfalls die Schaltelemente M5 bis M8 der sekundärseitigen Vollbrücke 20 können beispielsweise mittels der Steuereinrichtung 50 angesteuert werden.
Die Vollbrücke 10 umfasst zwei Halbbrücken mit jeweils zwei Schaltelementen.
In einer ersten Halbbrücke kann ein erstes Schaltelement Ml zwischen einem ersten Eingangsanschluss auf der Primärseite des Gleichspannungswandlers und einem ersten Knotenpunkt 11 angeordnet sein. Ein zweites Schaltelement M2 kann zwischen dem ersten Knotenpunkt 11 und einem zweiten Eingangsanschluss auf der Primärseite des Gleichspannungswandlers 1 angeordnet sein. Analog kann in der zweiten Halbbrücke ein drittes Schaltelement M3 zwischen dem ersten Anschlusselement auf der Primärseite des Gleichspannungswandlers 1 und einem zweiten Knotenpunkt 12 vorgesehen sein. Ein viertes Schaltelement M4 kann zwischen dem zweiten Knotenpunkt 12 und dem zweiten Eingangsanschluss auf der Primärseite des Gleichspannungswandlers angeordnet sein. Der erste Knotenpunkt 11 kann mit einem ersten Anschluss der Primärseite des Transformators 30 verbunden sein. Analog kann der zweite Knotenpunkt 12 mit einem zweiten Anschluss auf der Primärseite des Transformators 30 verbunden sein. Sofern der Gleichspannungswandler 1 auch sekundärseitig eine Vollbrücke 20 aufweist, kann diese analog zu der primärseitigen Vollbrücke 10 zwischen der Sekundärseite des Transformators 30 und dem sekundärseitigen Anschluss des Gleichspannungswandlers 1 aufgebaut sein. Zwischen den beiden Anschlusselementen des primärseitigen Anschlusses und/oder zwischen den beiden Anschlusselementen des sekundärseitigen Anschlusses des Gleichspannungswandlers 1 kann jeweils ein Kondensator vorgesehen sein. Darüber hinaus kann zwischen der sekundärseitigen Vollbrücke 20 und einem Anschlusselement auf der Sekundärseite des Gleichspannungswandlers 1 eine Serieninduktivität L vorgesehen sein.
Das erste Schaltelement Ml der ersten Halbbrücke bildet somit ein erstes oberes Schaltelement. Das zweite Schaltelement M2 der ersten Halbbrücke bildet somit ein erstes unteres Schaltelement. Das dritte Schaltelement M3 der zweiten Halbbrücke bildet ein zweites oberes Schaltelement, und das vierte Schaltelement M4 der zweiten Halbbrücke bildet ein zweites unteres Schaltelement. Somit bilden das erste obere Schaltelement Ml und das zweite untere Schaltelement M4 einen ersten Diagonalzweig. Analog bilden das zweite obere Schaltelement M3 und das erste untere Schaltelement M2 einen zweiten Diagonalzweig, der komplementär zu dem ersten Diagonalzweig ist.
In den nachfolgenden Figuren 2 bis 5 werden unterschiedliche Schaltzustände beschrieben, wie sie mittels der primärseitigen Vollbrücke 10 eingestellt werden können. Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung der primärseitigen Vollbrücke 10, bei der die Schaltelemente Ml und M4 eines ersten Diagonalzweigs angesteuert sind. Entsprechend kann ein elektrischer Strom von dem ersten Anschlusselement des primärseitigen Anschlusses über das erste Schaltelemente Ml und die Primärseite des Transformators 30, sowie das zweite untere Schaltelement M4 zum zweiten Anschlusselement des primärseitigen Anschlusses des Gleichspannungswandlers 1 fließen. Hierdurch wird sich ein ansteigender elektrischer Strom in dem Transformator 30 einstellen.
Figur 3 zeigt einen Schaltzustand der primärseitigen Vollbrücke 10, bei welcher die beiden oberen Schaltelemente Ml und M3 geschlossen sind, und die beiden unteren Schaltelemente M2 und M4 geöffnet sind. In diesem Schaltzustand sind die beiden Anschlusselemente der Primärseite des Transformators 30 über die beiden oberen Schaltelemente Ml und M3 elektrisch miteinander verbunden und somit die Primärseite des Transformators 30 kurzgeschlossen. In diesem Schaltzustand kann ein sich in dem Transformator 30 eingestellter elektrischer Strom kontinuierlich bis auf 0 Ampere abklingen.
Figur 4 zeigt den Schaltzustand der primärseitigen Vollbrücke 10, bei welchem der zweite Diagonalzweig aus dem ersten unteren Schaltelement M2 und dem zweiten oberen Schaltelement M3 geschlossen ist. Entsprechend ist in diesem Schaltzustand der zweite Diagonalzweig, der komplementär zu dem Diagonalzweig gemäß Figur 2 ist, angesteuert. Somit kann sich in dem Transformator 30 ein elektrischer Strom aufbauen, dessen Flussrichtung entgegengesetzt zu der Flussrichtung des elektrischen Stroms gemäß Figur 2 ist.
In Figur 5 schließlich ist ein Schaltzustand dargestellt, bei dem die beiden unteren Schaltelemente M2 und M4 geschlossen sind, und die beiden oberen Schaltelemente Ml und M3 geöffnet sind. Entsprechend ist die Primärseite des Transformators 30 über die beiden unteren Schaltelemente M2 und M4 kurzgeschlossen. Somit kann ein elektrischer Strom über die beiden unteren Schaltelemente M2 und M4 fließen, bis der elektrische Strom in dem Transformator 30 zu 0 Ampere abgeklungen ist. Für die nachfolgende Erläuterung wird der Schaltzustand gemäß Figur 2 als Schaltzustand 1 bezeichnet, der Schaltzustand gemäß Figur 3 als Schaltzustand 2, der Schaltzustand gemäß Figur 4 als Schaltzustand 3 und der Schaltzustand gemäß Figur 5 als Schaltzustand 4.
Für eine Übertragung elektrischer Energie von der Primärseite zur Sekundärseite des Gleichspannungswandlers 1 kann beispielsweise durch eine Abfolge der Schaltzustände 1-2-3-4-1-2-3-4... periodisch ein elektrischer Strom mit abwechselnd positiver und negativer Flussrichtung in den Transformator 30 eingeprägt werden. Dabei liegt beim Einschalten des ersten oberen Schaltelements Ml für den Schaltzustand 1 sowie beim Schließen des ersten unteren Schaltelements M2 für den dritten Schaltzustand 3 jeweils die volle primärseitige Eingangsspannung U_prim über dem jeweiligen Schaltelement Ml, M2 an. Somit müssen die Schaltelemente Ml, M2 der ersten Halbbrücke hart geschaltet werden. Dagegen liegt beim Schließen der Schaltelemente M3 und M4 der zweiten Halbbrücke jeweils eine deutlich geringere elektrische Spannung über den Schaltelementen M3, M4 an, so dass diese Schaltelemente jeweils weich geschaltet werden können. Würde der Gleichspannungswandler 1 daher konstant stets mit der oben beschriebenen Schaltfolge 1-2-3-4 angesteuert werden, so wären die Verluste an den Schaltelementen Ml, M2 der ersten Halbbrücke höher als die Verluste über den beiden Schaltelementen M3, M4 der zweiten Halbbrücke.
Wird der Gleichspannungswandler 1 dagegen mit einer alternativen Schaltfolge 1-4-3-2-1-4-3-2... angesteuert, so werden in dieser Schaltfolge die Schaltelemente M3 und M4 der zweiten Halbbrücke hart geschaltet, während die Schaltelemente Ml, M2 der ersten Halbbrücke weich geschaltet werden. In diesem Fall entsteht an den Schaltelementen M3 und M4 der zweiten Halbbrücke eine höhere Verlustleistungen als an den Schaltelementen Ml und M2 der ersten Halbbrücke.
Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Verluste in der ersten Vollbrücke 10 zu erzielen, kann daher zwischen den beiden oben beschriebenen Schaltfolgen gewechselt werden. Beispielsweise kann regelmäßig nach einer vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen zwischen der ersten Schaltfolge (1- 2-3-4) und der zweiten Schaltfolge (1-4-3-2) gewechselt werden. Selbstverständlich sind auch beliebige andere Vorgaben für einen regelmäßigen Wechsel zwischen den beiden Schaltfolgen möglich. So kann beispielsweise jeweils nach vorbestimmten Zeitintervallen zwischen den beiden Schaltfolgen gewechselt werden. Alternativ kann beispielsweise auch die Temperatur an den Schaltelementen überwacht werden. Hierzu können beispielsweise Temperatursensoren oder Temperaturmodelle zur Berechnung der Temperaturen herangezogen werden. Überschreiten die Temperaturen der Schaltelemente an einer Halbbrücke einen vorgegebenen Schwellwert, so kann daraufhin beispielsweise zu der alternativen Schaltfolge gewechselt werden, um die entsprechenden Schaltelemente zu entlasten. Selbstverständlich sind auch beliebige andere Schemata für den Wechsel zwischen den Schaltfolgen möglich.
Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zur Ansteuerung eines Gleichspannungswandlers gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. Für dieses Verfahren gelten alle zuvor im Zusammenhang mit dem Gleichspannungswandler 1 gemachte Ausführungen. Darüber hinaus kann der zuvor beschriebene Gleichspannungswandler 1 auch entsprechend ausgelegt sein, um alle ihm nachfolgenden im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Schritte auszuführen.
Der Gleichspannungswandler kann in einem ersten Schritt S1 mit einer ersten Schaltfolge angesteuert werden. Bei dieser ersten Schaltfolge werden abwechselnd der erste Diagonalzweig und der zweite Diagonalzweig angesteuert. Dazwischen erfolgt jeweils ein elektrisches Verbinden der beiden Anschlüsse der Primärseite des Transformators entweder über die oberen Schaltelemente Ml, M3 oder die unteren Schaltelemente M2, M4. In der ersten Schaltfolge kann, wie beispielsweise zuvor durch die Schaltfolge 1-2-3-4 beschrieben, zunächst ein erster Diagonalzweig, beispielsweise aus dem ersten oberen Schaltelement Ml und dem zweiten unteren Schaltelement M2 angesteuert werden. Daraufhin können im Schaltzustand 2 die beiden oberen Schaltelemente Ml und M3 angesteuert werden. Im Weiteren kann der zweite Diagonalzweig aus dem zweiten oberen Schaltelement M3 und dem ersten unteren Schaltelement M2 angesteuert werden. Schließlich werden die beiden unteren Schaltelemente M2 und M4 angesteuert. Daraufhin kann erneut gemäß dem ersten Schaltzustand 1 der erste Diagonalzweig angesteuert werden.
In einer zweiten Schaltfolge S2 erfolgt der Wechsel zwischen dem ersten Diagonalzweig und dem zweiten Diagonalzweig durch das Ansteuern der beiden unteren Schaltelemente M2 und M4. Entsprechend erfolgt der Wechsel zwischen dem zweiten Diagonalzweig zu dem ersten Diagonalzweig durch Ansteuern der beiden oberen Schaltelemente Ml und M3.
Zwischen der ersten Schaltfolge in Schritt S1 und der zweiten Schaltfolge in Schritt S2 kann dabei regelmäßig, beispielsweise periodisch, gewechselt werden. Wie zuvor bereits beschrieben, sind hierzu beliebige Schemata, beispielsweise ein Wechsel auf einer vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen, nach einer vorbestimmten Zeitspanne oder ähnlichem möglich.
Insbesondere kann der Gleichspannungswandler in einem lückenden Betrieb (DCM) betrieben werden.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung die Ansteuerung eines Gleichspannungswandlers, wie zum Beispiel eines Phase-Shifted-Full-Bridge- Gleichspannungswandlers, wobei zwischen zwei vorgegebenen Schaltfolgen gewechselt werden kann. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige Beanspruchung der Schaltelemente einer primärseitigen Vollbrücke des Gleichspannungswandlers erreicht werden. So können beispielsweise bei der ersten Schaltfolge die Schaltelemente einer ersten Halbbrücke der primärseitigen Vollbrücke hart geschaltet werden, während bei der zweiten Schaltfolge die Schaltelemente einer zweiten Halbbrücke der primärseitigen Vollbrücke hart geschaltet werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Ansteuern eines Gleichspannungswandlers (1) mit einer primärseitigen Vollbrücke (10) und einem Transformator (30), der zwischen der primärseitigen Vollbrücke (10) und einer Sekundärseite des Gleichspannungswandlers (1) angeordnet ist, wobei abwechselnd ein erster Diagonalzweig und ein zweiter Diagonalzweig ansteuert werden, und der erste Diagonalzweig komplementär zu dem zweiten Diagonalzweig ist; wobei in einer ersten Schaltfolge (Sl) zwischen dem Ansteuern des ersten Diagonalzweigs und dem Ansteuern des zweiten Diagonalzweigs die Anschlusselemente einer Primärseite des Transformators (30) mittels der oberen Schaltelemente (Ml, M3) der primärseitigen Vollbrücke (10) elektrisch miteinander verbunden werden, und in einer zweiten Schaltfolge (S2) zwischen dem Ansteuern des ersten Diagonalzweigs und dem Ansteuern des zweiten Diagonalzweigs die Anschlusselemente der Primärseite des Transformators (30) mittels der unteren Schaltelemente (M2, M4) der primärseitigen Vollbrücke (10) elektrisch miteinander verbunden werden, und wobei die primärseitige Vollbrücke (10) abwechselnd gemäß der ersten Schaltfolge (Sl) und der zweiten Schaltfolge (S2) angesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in der ersten Schaltfolge (Sl) zwischen dem Ansteuern des zweiten Diagonalzweigs und dem Ansteuern des ersten Diagonalzweigs die Anschlusselemente der Primärseite des Transformators (30) mittels der unteren Schaltelemente (M2, M4) der primärseitigen Vollbrücke (10) elektrisch miteinander verbunden werden, und in der zweiten Schaltfolge (S2) zwischen dem Ansteuern des zweiten Diagonalzweigs und dem Ansteuern des ersten Diagonalzweigs die Anschlusselemente der Primärseite des Transformators (30) mittels der oberen Schaltelemente (Ml, M3) der primärseitigen Vollbrücke (10) elektrisch miteinander verbunden werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Wechsel zwischen der ersten Schaltfolge (Sl) und der zweiten Schaltfolgen (S2) nach einer vorbestimmten Anzahl von Schaltzyklen erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Gleichspannungswandler (1) in einem lückenden Betriebsmodus angesteuert wird.
5. Gleichspannungswandler (1), mit: einer primärseiteigen Vollbrücke (10), und einem Transformator (30), der zwischen der primärseitigen Vollbrücke (10) und einer Sekundärseite des Gleichspannungswandlers (1) angeordnet ist, wobei die primärseitige Vollbrücke (10) zwischen einem primärseitigen Gleichspannungsanschluss und einer Primärseite des Transformators (30) angeordnet ist, und wobei der Gleichspannungswandler (1) eine Steuereinrichtung (50) umfasst, die dazu ausgelegt ist, die Schaltelemente (Ml - M4) der primärseitigen Vollbrücke (10) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 anzusteuern.
6. Gleichspannungswandler (1) nach Anspruch 5, wobei die primärseitige Vollbrücke (10) eine erste Halbbrücke und einen zweite Halbbrücke umfasst, wobei die erste Halbbrücke ein erstes oberes Schaltelement (Ml) und ein erstes unteres Schaltelement (M2) umfasst, und die zweite Halbbrücke ein zweites oberes Schaltelement (M3) und ein zweites unteres Schaltelement (M4) umfasst, wobei das erste obere Schaltelement (Ml) zwischen einem ersten Anschlusselement des primärseitigen Gleichspannungsanschluss und einem ersten Knotenpunkt (11) angeordnet ist, und das erste untere Schaltelement (M2) zwischen dem ersten Knotenpunkt (11) und einem zweiten Anschlusselement des primärseitigen Gleichspannungsanschluss angeordnet ist, wobei das zweite obere Schaltelement (M3) zwischen dem ersten Anschlusselement des primärseitigen Gleichspannungsanschluss und einem zweiten Knotenpunkt (12) angeordnet ist, und das zweite untere Schaltelement (M4) zwischen dem zweiten Knotenpunkt (12) und dem zweiten Anschlusselement des primärseitigen Gleichspannungsanschluss angeordnet ist, und wobei der erste Knotenpunkt (11) mit einem ersten Anschlusselement der Primärseite des Transformators (30) verbunden ist, und der zweite Knotenpunkt (12) mit einem zweiten Anschlusselement der Primärseite des Transformators (30) verbunden ist.
7. Gleichspannungswandler nach Anspruch 5 oder 6, mit einer sekundärseitigen Vollbrücke (20), die zwischen einer Sekundärseite des Transformators (30) und einem sekundärseitigen
Gleichspannungsanschluss des Gleichspannungswandlers (1) angeordnet ist.
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