WO2013004665A2 - Boost converter and operating method therefor - Google Patents

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WO2013004665A2
WO2013004665A2 PCT/EP2012/062847 EP2012062847W WO2013004665A2 WO 2013004665 A2 WO2013004665 A2 WO 2013004665A2 EP 2012062847 W EP2012062847 W EP 2012062847W WO 2013004665 A2 WO2013004665 A2 WO 2013004665A2
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voltage source
potential
input
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Thomas Weiser
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Magna E-Car Systems Gmbh & Co Og
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters

Definitions

  • the invention relates to a boost converter comprising a series circuit having an inductance and a first switch connecting an input potential and a ground potential of the boost converter, a first one
  • Capacitance connecting an output potential and a ground potential of the up-converter and a first diode connecting in its flow direction the connection point of the inductor and the first switch to the output potential of the up-converter. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a Auf throughwandl he s.
  • Step-up converter or up-converter of the type mentioned are known in principle. These are capable of intermittent operation of the first switch in the
  • the object of the invention is therefore to provide an improved boost converter, or an improved operating method for this purpose.
  • the efficiency should Such a boost converter while limiting the inrush currents can be improved.
  • an up-converter of the type mentioned additionally comprising:
  • Input potential of the boost converter connects, or
  • Input potential of the boost converter connects, wherein the flow direction of the second diode facing in the direction of the input potential, or
  • a series circuit comprising a second switch and a second diode which connects the output of the voltage source to the input potential of the up-converter, the flow direction of the second diode facing in the direction of the input potential.
  • the first capacitance can be charged with the aid of the aforementioned voltage source even if there is no input voltage at the up-converter,
  • the boost converter is not connected to an external power source. This allows the currents in the first capacitor when turning on the boost converter
  • auxiliary voltage source Since the said voltage source for the current operation of the up-converter is not absolutely required, it is hereinafter referred to as “auxiliary voltage source” and their voltage as “auxiliary voltage” to the difference to the external or
  • the named external or supplying voltage source is therefore also referred to below as the "main voltage source”.
  • the first capacitor is always at the voltage of
  • Auxiliary voltage source is charged as soon as the capacitor voltage is lower than the auxiliary voltage when the first switch remains open.
  • a switch for the precharging of the first capacitor need not necessarily be driven, and it can generally when turning on the up converter to an external main power source to no short circuit come between the main power source and the auxiliary power source.
  • the first capacitor can also be charged to a higher voltage than the voltage of the auxiliary voltage source. In this case, energy is always drawn from the auxiliary voltage source by the second diode if its voltage is greater than that of the main voltage source.
  • the object of the invention is also achieved by a method of the type mentioned, in which the upwards he wandl connected to the ground potential
  • Combination of the second switch with the second diode is the upward Wandl he according to the variant c) particularly flexible and secure.
  • the up-converter comprises a resistor which is connected in series with the second switch and / or the second diode. In this way, the current in the first capacitance can be well set when turning on the boost converter to an input voltage.
  • the advantage of the invention is particularly apparent here, since the resistor is connected in a branch, which does not worsen the efficiency in the normal operation of the upwards he s s.
  • the auxiliary voltage source is designed as an accumulator. In this way, the boost converter does not need to be connected to a separate power source for pre-charging the first capacity, but works completely self-sufficiently. It is also favorable if, instead of the auxiliary voltage source, a second capacitor is provided. This design is largely maintenance-free, since no battery or a
  • the second capacitor may be charged during operation of the boost converter with the aid of the input voltage so that the energy is transferred from the second capacitor to the first capacitor at the next switch-on process.
  • the up-converter comprises a rectifier whose output is connected between the input potential and the ground potential of the up-converter. In this way, an AC / DC boost converter can be realized.
  • a Power Factor Correction (PFC) stage reduces the power draw associated with typical utility networks and is therefore required for many higher performance machines and equipment.
  • a typical PFC consists of the parts of said boost converter, through which a sinusoidal current can also be taken from the sinusoidal input voltage. If an electrical device with a conventional PFC is connected to the power grid, it comes to the described surge current in the first capacitor. This surge current can lead to flicker damage in the power network, but above all to the undesired triggering of a safety device. Ultimately, this surge current can also reduce the life of the first capacitor.
  • Battery charger in particular integrated in a battery charger for an electric motor vehicle.
  • the advantage of the invention is particularly apparent in this device class, since usually very large powers are transmitted and therefore the inrush current in the first capacitor is correspondingly high. Furthermore, the energy saved in this case is particularly large due to the improved efficiency of the up-converter.
  • the first capacity is continuously charged by operating the second switch.
  • the first capacitor can be constantly charged, so regardless of whether the upward Wandl it is connected to an external main power source or not via the auxiliary voltage source become.
  • it does not need to be detected in this case whether the boost converter is connected to a main voltage source or not.
  • the first capacitance is charged to an external main voltage source by actuating the second switch before turning on the up-converter.
  • the first capacity is only precharged when on
  • the first switch is actuated intermittently in order to charge the first capacitor with the aid of the auxiliary voltage source.
  • the first switch is actuated intermittently in order to charge the first capacitor with the aid of the auxiliary voltage source.
  • Boost converter simply operated with the auxiliary voltage source instead of the main voltage source. In this way, the first capacitor - regardless of the voltage generated by the auxiliary voltage source - can be charged to any value before the input of the up-converter is turned on to an input voltage. High inrush currents in the first capacitor can thus be particularly effectively avoided. If a second switch is provided, it is preferably kept closed when the first switch is operated intermittently.
  • the second switch is controlled after charging the first capacitor in an off state. In this way, a short circuit between the
  • the first capacitor is charged prior to turning on the up converter to an input voltage to a value that it has during operation of the up converter.
  • the first capacitor is charged to an input voltage to a value corresponding to the lower peak, upper peak, or average of the voltage at the first capacitance during operation of the up-converter.
  • the first capacitor but also be preloaded to a reduced voltage, resulting in a Reduction of said current when turning on the boost converter to an external main power source leads.
  • Capacitor should be preloaded or not. Furthermore, in this way, the turning on of the boost converter to an input voltage can be detected in order to open the second switch in succession. This is particularly advantageous when in
  • the inventive method can be performed by a controller, which is not necessarily part of the up converter.
  • the controller may be part of a software that runs away from the up-converter and also performs other tasks.
  • this control can also be implemented in hardware.
  • Figure 2 shows an up-converter with auxiliary voltage source and second switch;
  • Figure 3 as Figure 2 only without a rectifier at the input of the boost converter;
  • FIG. 4 shows an upward wall with auxiliary voltage source and second diode
  • FIG. 5 shows an upward converter with auxiliary voltage source, second switch and second
  • FIG. 7 shows an upward wall with a second capacity instead of the second one
  • FIG 8 is a block diagram of an OBC (On Board Charger).
  • FIG. 1 shows an up-converter of a type known per se, comprising:
  • a first capacitance Cl which is an output potential and a ground potential of the
  • Upward converter connects and
  • Inductance L and the first switch Sl connects to the output potential of the boost converter.
  • an optional rectifier G is also provided whose output is connected between the input potential and the ground potential of the up converter.
  • an AC / DC boost converter can be realized, which consists of the rectified input voltage between the input potential and the
  • the first switch Sl is alternately closed and opened. If the first switch S1 is closed, then a current is generated in the inductance L which, when the switch S1 is open, inevitably flows over the first capacitance C1 and this charging. If the rectifier G is omitted, a DC / DC boost converter based on the same principle of operation can be realized.
  • FIG. 2 now shows an upward wall 1a corresponding to the upward wall of FIG. 1, additionally having one connected to the ground potential
  • the voltage source V which may be formed for example as a battery or accumulator, a voltage at the first capacitor Cl can now be generated even if the input of the up-converter la is open and thus there is no
  • the first capacitor C1 can be slowly charged to the voltage of the voltage source V.
  • the circuit formed from the voltage source V, the first switch Sl, the second switch S2, the inductance L, the first diode Dl and the first capacitor Cl is operated as an upward converter.
  • the first switch S1 is alternately closed and opened when the second switch S2 is closed, that is, operated intermittently. If the first switch S1 is closed, then a current is generated in the inductance L which, when the switch S1 is open, inevitably flows over the first capacitance C1 and charges it.
  • the first capacitor Cl can be charged to an arbitrary value before the input of the up-converter la is connected to an external (main) voltage source (not shown), that is, an input voltage is applied to the up-converter la. High inrush currents in the first capacitor Cl can thus be effectively avoided.
  • the first capacitor Cl is charged by means of the second switch S2 to the same voltage, which it has during operation, so that an increased current in the first capacitor Cl when turning on the Auf problemwandl he la to an external
  • the first capacitance C1 may be pre-charged to a value corresponding to the lower peak value, the upper peak value or the mean value of the voltage at the first capacitance C1 during the operation of the up-conversion circuit 1a before the turn-on converter is switched on.
  • the voltage at the first capacitance Cl is measured, and the charging process of the same is terminated when said voltage has reached a predeterminable value.
  • the second switch S2 must be opened at any rate when turning on the up converter la to an external voltage source, otherwise there is a short circuit between the supplying
  • Fig. 3 now shows an up-converter lb, which is constructed identically as the
  • the up-converter therefore, acts as a DC / DC up converter, whereas the up-converter acts as an AC / DC up-converter.
  • Fig. 4 now shows an upwardly he lc, which is constructed similar to the
  • Input potential of the up-converter lc connects, wherein the flow direction of the second diode D2 points in the direction of the input potential. That way, the first one becomes
  • Capacitor Cl is always charged to the voltage of voltage source V as soon as its voltage is lower than that (assuming ideal diodes D1 and D2).
  • a switch for the precharging of the first capacitor Cl need not be controlled, and it can when turning on the up converter lc to an external voltage source and no short circuit between the supplying voltage source and the
  • the first switch S1 as explained above, can be driven intermittently as shown in FIG. 2 in order to charge the first capacitor C1 to an arbitrary voltage value.
  • Fig. 5 now shows an upward Wandl ld, which a mixture of the
  • the voltage source V with a Series circuit comprising a second switch S2 and a second diode D2, connected to the input potential of the up-converter ld, wherein the flow direction of the second diode D2 points in the direction of the input potential.
  • the first capacitor Cl can be charged by intermittently operating the first switch Sl again to any value before the input of the up-converter ld is connected to an external voltage source.
  • the said flexibility is particularly useful when the first switch Sl and the second switch S2 are actuated by independent controls or regulations. For example, it is conceivable that an existing boost converter should be extended by the measures according to the invention. Because of the second switch S2, the charging process of the first capacitor C1 can also be interrupted or interrupted without influencing the first switch S1.
  • the first capacitor C1 is charged via the second switch S2 only when the up-converter ld is not connected to an external voltage source.
  • the current and / or the voltage at the input of the up-converter ld can be determined. Because of the second diode D2 but it is also possible, the first capacitor Cl constantly, so regardless of whether the
  • Up converter ld is connected to an external power source or not to charge via the voltage source V.
  • it does not need to be detected in this case whether the boost converter ld is connected to an external voltage source or not.
  • Fig. 6 now shows an up-converter le, which is constructed similar to the
  • Fig. 7 now shows an upward Wandl he lf, which in turn is similar in structure to the up-converter ld of FIG. 5. Instead of the voltage source V but a second capacitance C2 is provided in this case. This can be charged at any time using a voltage source, not shown, and then can deliver their energy to the first capacitor Cl.
  • OBC On-Board Charger integrated in an electric vehicle
  • line filter 2 arranged at the input E
  • PFC Power Factor Correction stage
  • DC link capacitor 4 connected thereto
  • DC / DC DC connected thereto
  • DC converter 5 as well as a connected and at the output A
  • the up-converter la .. lf shown in the figures is designed as a power factor correction stage.
  • a Power Factor Correction stage reduces the disruption of energy extraction from typical utility networks and is therefore mandatory for many higher performance machines and equipment.
  • a typical PFC consists of the parts of said boost converter, through which the sinusoidal
  • Input voltage can also be taken from a sinusoidal current. If an electrical device with a conventional PFC is connected to the power grid, it comes to the described surge current in the first capacitor. This surge current can too
  • the up-converter 10 illustrated in the figures is integrated in a battery charger, in particular in a battery charger for an electric motor vehicle.
  • the absolutely saved energy is particularly large due to the improved efficiency of the boost converter la. Lf.
  • a second capacitance C2 (see FIG. 7) can be charged via the electrical system of the motor vehicle.
  • the up-converter la .. lf can also have a control, not shown, for implementing the method according to the invention.
  • Control can be designed in software and / or hardware. Furthermore, the control can also be remote from the upside down he la .. lf be and / or be part of a higher-level control, which also performs other tasks. Finally, it is stated that the variants shown in the figures can be combined as desired.
  • the up-converter le from FIG. 6 may comprise a rectifier G.
  • the up-converter ld from FIG. 5 comprises a second capacitor C2 instead of the voltage source V. It is thus easy for the person skilled in the art to adapt the teaching disclosed here to his needs.

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

Abstract

The invention relates to a boost converter (1a...1f) of the traditional type, which additionally comprises a voltage source (V) connected to the ground potential, and a) a second switch (S2), which connects the output of the voltage source (V) to the input potential of the boost converter (1a, 1b, 1d, 1e, 1f), or b) a second diode (D2), which connects the output of the voltage source (V) to the input potential of the boost converter (1c...1f), wherein the flow direction of the second diode (D2) points in the direction of the input potential, or c) a combination of a) and b). The invention further relates to a method for operating such a boost converter (1a...1f).

Description

Aufwärtswandler und Betriebsverfahren hierfür TECHNISCHES GEBIET  Boost converter and method of operation therefor TECHNICAL FIELD
Die Erfindung betrifft einen Aufwärtswandler beziehungsweise einen Hochsetzsteller, umfassend eine Serienschaltung mit einer Induktivität und einem ersten Schalter, welche ein Eingangspotential und ein Massepotential des Aufwärtswandlers verbindet, eine erste The invention relates to a boost converter comprising a series circuit having an inductance and a first switch connecting an input potential and a ground potential of the boost converter, a first one
Kapazität, welche ein Ausgangspotential und ein Massepotential des Aufwärts wandl er s verbindet und eine erste Diode, welche in ihrer Flussrichtung den Verbindungspunkt der Induktivität und des ersten Schalters mit dem Ausgangspotential des Aufwärts wandl er s verbindet. Desweiteren betrifft die Erfindung für ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Aufwärtswandl er s . Capacitance connecting an output potential and a ground potential of the up-converter and a first diode connecting in its flow direction the connection point of the inductor and the first switch to the output potential of the up-converter. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a Aufwärtswandl he s.
STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART
Hochsetzsteller beziehungsweise Aufwärtswandl er der genannten Art sind prinzipiell bekannt. Diese sind in der Lage, durch intermittierende Betätigung des ersten Schalters eine im Step-up converter or up-converter of the type mentioned are known in principle. These are capable of intermittent operation of the first switch in the
Vergleich zur Eingangsspannung höhere Ausgangsspannung zu erzeugen. Ist der erste Schalter geschlossen, so wird in der Induktivität ein Strom erzeugt, welcher bei geöffnetem Schalter zwangsläufig über die erste Kapazität fließt und diese somit auflädt. Dieses Compared to the input voltage to produce higher output voltage. If the first switch is closed, a current is generated in the inductance, which inevitably flows over the first capacitance when the switch is open and thus charges it. This
Wirkungsprinzip ist sowohl für DC/DC-Wandler als auch für AC/DC-Wandler bekannt. The principle of operation is known both for DC / DC converters and for AC / DC converters.
Problematisch ist an einer solche Anordnung, dass in der ersten Kapazität hohe Ströme entstehen können, wenn der Aufwärtswandl er an eine externe Spannungsquelle geschaltet wird. Zur Lösung dieses Problems schlägt die DE 10 2009 032 259 AI beispielsweise vor, einen weiteren Schalter in Serie zum ersten Kondensator zu schalten. Nachteilig ist daran, dass an diesem elektronischen Schalter auch im laufenden, statischen Betrieb ein The problem with such an arrangement is that high currents can occur in the first capacitor when the up-converter is switched to an external voltage source. To solve this problem, DE 10 2009 032 259 AI proposes, for example, to connect another switch in series with the first capacitor. The disadvantage is that on this electronic switch in the ongoing, static operation
Spannungsabfall entsteht, welcher den Wirkungsgrad des Aufwärtswandlers verschlechtert. Voltage drop occurs, which degrades the efficiency of the boost converter.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG DISCLOSURE OF THE INVENTION
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen verbesserten Aufwärtswandler, beziehungsweise ein verbessertes Betriebsverfahren hierfür anzugeben. Insbesondere soll der Wirkungsgrad eines solchen Aufwärtswandlers bei gleichzeitiger Begrenzung der Einschaltströme verbessert werden. The object of the invention is therefore to provide an improved boost converter, or an improved operating method for this purpose. In particular, the efficiency should Such a boost converter while limiting the inrush currents can be improved.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Aufwärtswandler der eingangs genannten Art gelöst, zusätzlich umfassend: The object of the invention is achieved with an up-converter of the type mentioned, additionally comprising:
eine mit dem Massepotential verbundene Spannungsquelle sowie a voltage source connected to the ground potential and
a) einen zweiten Schalter, welcher den Ausgang der Spannungsquelle mit dem a) a second switch which connects the output of the voltage source with the
Eingangspotential des Aufwärtswandlers verbindet, oder Input potential of the boost converter connects, or
b) eine zweite Diode, welche den Ausgang der Spannungsquelle mit dem b) a second diode which connects the output of the voltage source with the
Eingangspotential des Aufwärtswandlers verbindet, wobei die Flussrichtung der zweiten Diode in Richtung des Eingangspotentials weist, oder Input potential of the boost converter connects, wherein the flow direction of the second diode facing in the direction of the input potential, or
c) eine Serienschaltung umfassend einen zweiten Schalter und eine zweite Diode, welche den Ausgang der Spannungsquelle mit dem Eingangspotential des Aufwärts wandl er s verbindet, wobei die Flussrichtung der zweiten Diode in Richtung des Eingangspotentials weist. c) a series circuit comprising a second switch and a second diode which connects the output of the voltage source to the input potential of the up-converter, the flow direction of the second diode facing in the direction of the input potential.
Auf diese Weise kann die erste Kapazität mit Hilfe der genannten Spannungsquelle auch dann aufgeladen werden, wenn am Aufwärtswandler keine Eingangsspannung anliegt, In this way, the first capacitance can be charged with the aid of the aforementioned voltage source even if there is no input voltage at the up-converter,
beziehungsweise der Aufwärtswandler nicht mit einer externen Spannungsquelle verbunden ist. Dadurch können die Ströme in der ersten Kapazität beim Anschalten des or the boost converter is not connected to an external power source. This allows the currents in the first capacitor when turning on the
Aufwärts wandlers an eine externe Spannungsquelle begrenzt werden, ohne dass der Up converter to be limited to an external power source without the
Wirkungsgrad des Aufwärts wandlers im laufenden Betrieb verschlechtert werden würde. Efficiency of the up converter would be deteriorated during operation.
Da die genannte Spannungsquelle für den laufenden Betrieb des Aufwärtswandlers nicht zwingend benötigt wird, wird sie im folgenden auch als„Hilfsspannungsquelle" und deren Spannung als„Hilfsspannung" bezeichnet, um den Unterschied zur externen oder Since the said voltage source for the current operation of the up-converter is not absolutely required, it is hereinafter referred to as "auxiliary voltage source" and their voltage as "auxiliary voltage" to the difference to the external or
versorgenden Spannungsquelle, an welche der Eingang des Aufwärtswandlers geschaltet wird, deutlich zu machen. Die genannte externe oder versorgende Spannungsquelle wird im Folgenden daher auch als„Hauptspannungsquelle" bezeichnet. supplying power source to which the input of the boost converter is switched to make clear. The named external or supplying voltage source is therefore also referred to below as the "main voltage source".
Bei der Variante b) wird der erste Kondensator immer auf die Spannung der In variant b), the first capacitor is always at the voltage of
Hilfsspannungsquelle geladen, sobald die Kondensatorspannung kleiner als die Hilfsspannung ist, wenn der erste Schalter geöffnet bleibt. Vorteilhaft braucht ein Schalter für das Vorladen des ersten Kondensators nicht unbedingt angesteuert werden, und es kann beim Anschalten des Aufwärts wandlers an eine externe Hauptspannungsquelle generell zu keinem Kurzschluss zwischen der Hauptspannungsquelle und der Hilfsspannungsquelle kommen. Durch intermittierendes Betätigen des ersten Schalters kann der erste Kondensator aber auch auf eine höhere Spannung als die Spannung der Hilfsspannungsquelle geladen werden. Durch die zweite Diode wird in diesem Fall immer dann Energie aus der Hilfsspannungsquelle bezogen, wenn deren Spannung größer ist als jene der Hauptspannungsquelle. Auxiliary voltage source is charged as soon as the capacitor voltage is lower than the auxiliary voltage when the first switch remains open. Advantageously, a switch for the precharging of the first capacitor need not necessarily be driven, and it can generally when turning on the up converter to an external main power source to no short circuit come between the main power source and the auxiliary power source. By intermittently actuating the first switch, however, the first capacitor can also be charged to a higher voltage than the voltage of the auxiliary voltage source. In this case, energy is always drawn from the auxiliary voltage source by the second diode if its voltage is greater than that of the main voltage source.
Die Aufgabe der Erfindung wird aber auch mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem der Aufwärts wandl er eine mit dem Massepotential verbundene The object of the invention is also achieved by a method of the type mentioned, in which the upwards he wandl connected to the ground potential
Spannungsquelle sowie einen Verbindungszweigs mit einem zweiten Schalter umfasst, welche den Ausgang der Spannungsquelle mit dem Eingangspotential des Aufwärts wandl er s verbindet, und bei dem die erste Kapazität durch Betätigen des zweiten Schalters aufgeladen wird. Auf diese Weise kann der Aufladevorgang der ersten Kapazität bei den Varianten a) und c) aktiv beeinflusst werden. Durch Schließen des zweiten Schalters kann die erste Kapazität beispielsweise langsam auf die Hilfsspannung vorgeladen werden. Bei der Variante c) kann es beim Anschalten des Aufwärtswandlers an eine externe Hauptspannungsquelle wegen der zweiten Diode auch dann zu keinem Kurzschluss zwischen Hauptspannungsquelle und der Hilfsspannungsquelle kommen, wenn der zweite Schalter geschlossen ist. Durch die Voltage source and a connection branch with a second switch, which connects the output of the voltage source to the input potential of the upward Wandl ers, and in which the first capacitor is charged by operating the second switch. In this way, the charging of the first capacity in the variants a) and c) can be actively influenced. By closing the second switch, the first capacitor can be preloaded, for example, slowly to the auxiliary voltage. In the variant c), when the boost converter is turned on to an external main voltage source because of the second diode, no short circuit between the main voltage source and the auxiliary voltage source can occur even when the second switch is closed. By the
Kombination des zweiten Schalters mit der zweiten Diode ist der Aufwärts wandl er nach der Variante c) besonders flexibel und sicher. Combination of the second switch with the second diode is the upward Wandl he according to the variant c) particularly flexible and secure.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich nun aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren. Advantageous embodiments and developments of the invention will become apparent from the dependent claims and from the description in conjunction with the figures.
In einer vorteilhaften Variante umfasst der Aufwärtswandler einen Widerstand, welcher in Serie zu dem zweiten Schalter und/oder der zweiten Diode geschaltet ist. Auf diese Weise kann der Strom in der ersten Kapazität beim Anschalten des Aufwärtswandlers an eine Eingangsspannung gut eingestellt werden. Der Vorteil der Erfindung tritt hier besonders hervor, da der Widerstand in einen Zweig geschaltet wird, welcher den Wirkungsgrad im Normalbetrieb des Aufwärts wandl er s nicht verschlechtert. In an advantageous variant of the up-converter comprises a resistor which is connected in series with the second switch and / or the second diode. In this way, the current in the first capacitance can be well set when turning on the boost converter to an input voltage. The advantage of the invention is particularly apparent here, since the resistor is connected in a branch, which does not worsen the efficiency in the normal operation of the upwards he s s.
Günstig ist es, wenn die Hilfsspannungsquelle als Akkumulator ausgeführt ist. Auf diese Weise braucht der Aufwärtswandler für das Vorladen der ersten Kapazität an keine gesonderte Energiequelle angeschlossen werden, sondern funktioniert völlig autark. Günstig ist es aber auch, wenn anstelle der Hilfsspannungsquelle eine zweite Kapazität vorgesehen ist. Diese Bauart ist weitgehend wartungsfrei, da keine Batterie oder ein It is advantageous if the auxiliary voltage source is designed as an accumulator. In this way, the boost converter does not need to be connected to a separate power source for pre-charging the first capacity, but works completely self-sufficiently. It is also favorable if, instead of the auxiliary voltage source, a second capacitor is provided. This design is largely maintenance-free, since no battery or a
Akkumulator getauscht werden muss und ein Kondensator sehr oft auf- und entladen werden kann ohne dabei Schaden zu nehmen. Beispielsweise kann die zweite Kapazität während des laufenden Betriebs des Aufwärtswandlers mit Hilfe der Eingangsspannung aufgeladen werden, damit beim nächsten Einschaltvorgang die Energie von der zweiten Kapazität in die erste Kapazität umgeladen wird. Accumulator must be replaced and a capacitor can be very often charged and discharged without damage. For example, the second capacitor may be charged during operation of the boost converter with the aid of the input voltage so that the energy is transferred from the second capacitor to the first capacitor at the next switch-on process.
In einer günstigen Variante umfasst der Aufwärts wandl er einen Gleichrichter, dessen Ausgang zwischen das Eingangspotential und das Massepotential des Aufwärts wandl er s geschaltet ist. Auf diese Weise kann ein AC/DC- Aufwärtswandler realisiert werden. In a favorable variant, the up-converter comprises a rectifier whose output is connected between the input potential and the ground potential of the up-converter. In this way, an AC / DC boost converter can be realized.
Vorteilhaft ist es, wenn der Aufwärts wandl er als Power Factor Correction Stufe ausgebildet ist. Eine Power Factor Correction Stufe (PFC) reduziert die Störungen bei der Entnahme von Energie aus typischen Versorgungsnetzen und ist daher für viele Maschinen und Geräte mit höherer Leistung vorgeschrieben. Eine typische PFC besteht aus den Teilen des genannten Hochsetzstellers, durch die zur sinusförmigen Eingangsspannung auch ein sinusförmiger Strom entnommen werden kann. Wird ein elektrisches Gerät mit einer herkömmlichen PFC an das Stromnetz angeschlossen, kommt es zum beschriebenen Stoßstrom in den ersten Kondensator. Dieser Stoßstrom kann zu Flickerstörungen im Stromnetz, vor allem aber auch zum unerwünschten Auslösen einer Sicherungseinrichtung führen. Letztendlich kann dieser Stoßstrom auch die Lebensdauer des ersten Kondensators reduzieren. It is advantageous if the upward Wandl he is designed as a power factor correction stage. A Power Factor Correction (PFC) stage reduces the power draw associated with typical utility networks and is therefore required for many higher performance machines and equipment. A typical PFC consists of the parts of said boost converter, through which a sinusoidal current can also be taken from the sinusoidal input voltage. If an electrical device with a conventional PFC is connected to the power grid, it comes to the described surge current in the first capacitor. This surge current can lead to flicker damage in the power network, but above all to the undesired triggering of a safety device. Ultimately, this surge current can also reduce the life of the first capacitor.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erfindungsgemäße Aufwärtswandler in einem It when the boost converter according to the invention in a
Batterieladegerät, insbesondere in einem Batterieladegerät für ein Elektrokraftfahrzeug integriert ist. Der Vorteil der Erfindung tritt bei dieser Geräteklasse besonders hervor, da üblicherweise sehr große Leistungen übertragen werden und daher auch der Einschaltstrom im ersten Kondensator dementsprechend hoch ist. Desweiteren ist die absolut eingesparte Energie aufgrund des verbesserten Wirkungsgrads des Aufwärts wandl er s in diesem Fall besonders groß. Battery charger, in particular integrated in a battery charger for an electric motor vehicle. The advantage of the invention is particularly apparent in this device class, since usually very large powers are transmitted and therefore the inrush current in the first capacitor is correspondingly high. Furthermore, the energy saved in this case is particularly large due to the improved efficiency of the up-converter.
Vorteilhaft ist es, wenn die erste Kapazität durch Betätigen des zweiten Schalters laufend aufgeladen wird. Insbesondere wenn eine zweite Diode vorgesehen ist, kann der erste Kondensator ständig, also unabhängig davon, ob der Aufwärts wandl er s an eine externe Hauptspannungsquelle angeschlossen ist oder nicht, über die Hilfsspannungsquelle geladen werden. Vorteilhaft braucht in diesem Fall nicht detektiert werden, ob der Aufwärtswandlers an eine Hauptspannungsquelle angeschlossen ist oder nicht. It is advantageous if the first capacity is continuously charged by operating the second switch. In particular, when a second diode is provided, the first capacitor can be constantly charged, so regardless of whether the upward Wandl it is connected to an external main power source or not via the auxiliary voltage source become. Advantageously, it does not need to be detected in this case whether the boost converter is connected to a main voltage source or not.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die erste Kapazität durch Betätigen des zweiten Schalters vor dem Anschalten des Aufwärts wandl er s an eine externe Hauptspannungsquelle aufgeladen wird. Bei dieser Variante wird die erste Kapazität nur dann vorgeladen, wenn am It is also advantageous if the first capacitance is charged to an external main voltage source by actuating the second switch before turning on the up-converter. In this variant, the first capacity is only precharged when on
Aufwärts wandl er keine Eingangsspannung anliegt. Diese Variante ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Aufwärts wandl er keine zweite Diode aufweist und ein Aufladen des ersten Kondensators über die Hilfsspannungsquelle während des laufenden Betriebs des Upwards he no input voltage is applied. This variant is particularly advantageous if the up-convert he has no second diode and charging the first capacitor via the auxiliary voltage source during operation of the
Aufwärts wandlers nicht oder nicht auf einfache Weise möglich wäre. Up converter would not or not easily possible.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erste Schalter intermittierend betätigt wird, um die erste Kapazität mit Hilfe der Hilfsspannungsquelle aufzuladen. In diesem Fall wird der It is particularly advantageous if the first switch is actuated intermittently in order to charge the first capacitor with the aid of the auxiliary voltage source. In this case, the
Aufwärtswandler einfach mit der Hilfsspannungsquelle anstatt mit der Hauptspannungsquelle betrieben. Auf diese Weise kann der erste Kondensator - unabhängig von der durch die Hilfsspannungsquelle erzeugten Spannung - auf einen beliebigen Wert aufgeladen werden, bevor der Eingang des Aufwärts wandlers an eine Eingangsspannung angeschaltet wird. Hohe Einschaltströme im ersten Kondensator können somit besonders wirkungsvoll vermieden werden. Ist ein zweiter Schalter vorgesehen, so wird dieser vorzugsweise geschlossen gehalten, wenn der erste Schalter intermittierend betätigt wird. Boost converter simply operated with the auxiliary voltage source instead of the main voltage source. In this way, the first capacitor - regardless of the voltage generated by the auxiliary voltage source - can be charged to any value before the input of the up-converter is turned on to an input voltage. High inrush currents in the first capacitor can thus be particularly effectively avoided. If a second switch is provided, it is preferably kept closed when the first switch is operated intermittently.
Vorteilhaft ist es, wenn der zweite Schalter nach dem Aufladen der ersten Kapazität in einen Aus-Zustand gesteuert wird. Auf diese Weise kann ein Kurzschluss zwischen der It is advantageous if the second switch is controlled after charging the first capacitor in an off state. In this way, a short circuit between the
versorgenden Hauptspannungsquelle und der Hilfsspannungsquelle vermieden werden. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn keine zweite Diode vorgesehen ist. supplying main power source and the auxiliary power source can be avoided. This is especially important if no second diode is provided.
Vorteilhaft wird die erste Kapazität vor dem Anschalten des Aufwärts wandlers an eine Eingangsspannung auf einen Wert aufgeladen wird, den sie auch im laufenden Betrieb des Aufwärts wandlers aufweist. Auf diese Weise kann ein erhöhter Strom im ersten Kondensator beim Anschalten des Aufwärtswandlers an eine externe Hauptspannungsquelle vermieden werden. Vorzugsweise wird die erste Kapazität vor dem Anschalten des Aufwärtswandlers an eine Eingangsspannung auf einen Wert aufgeladen wird, welcher dem unteren Scheitelwert, dem oberen Scheitelwert oder dem Mittelwert der Spannung an der ersten Kapazität im laufenden Betrieb des Aufwärts wandlers entspricht. Selbstverständlich kann der erste Kondensator aber auch auf eine nur verringerte Spannung vorgeladen werden, was zu einer Verringerung des genannten Stroms beim Anschalten des Aufwärtswandlers an eine externe Hauptspannungsquelle führt. Advantageously, the first capacitor is charged prior to turning on the up converter to an input voltage to a value that it has during operation of the up converter. In this way, an increased current in the first capacitor when turning on the boost converter to an external main power source can be avoided. Preferably, prior to turning on the boost converter, the first capacitor is charged to an input voltage to a value corresponding to the lower peak, upper peak, or average of the voltage at the first capacitance during operation of the up-converter. Of course, the first capacitor but also be preloaded to a reduced voltage, resulting in a Reduction of said current when turning on the boost converter to an external main power source leads.
Besonders vorteilhaft, wenn durch Messung des Stroms und/oder der Spannung am Eingang des Aufwärts wandlers ermittelt wird, ob dieser an eine externe Hauptspannungsquelle angeschaltet ist oder nicht. Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob der erste Particularly advantageous if it is determined by measuring the current and / or the voltage at the input of the up converter, whether this is connected to an external main power source or not. In this way it can be determined if the first
Kondensator vorgeladen werden soll oder nicht. Weiterhin kann auf diese Weise auch das Anschalten des Aufwärtswandlers an eine Eingangsspannung detektiert werden, um in Folge den zweiten Schalter zu öffnen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn im Capacitor should be preloaded or not. Furthermore, in this way, the turning on of the boost converter to an input voltage can be detected in order to open the second switch in succession. This is particularly advantageous when in
Aufwärts wandler keine zweite Diode vorgesehen ist. Up converter no second diode is provided.
Schließlich ist es von Vorteil, wenn die Spannung an der ersten Kapazität gemessen wird und der Aufladevorgang desselben beendet wird, wenn die genannte Spannung einen vorgebbaren Wert erreicht hat. Auf diese Weise wir die Spannung an der ersten Kapazität geregelt und nicht bloß gesteuert. Finally, it is advantageous if the voltage at the first capacitance is measured and the charging process of the same is terminated when said voltage has reached a predefinable value. In this way we regulated the voltage at the first capacity and not just controlled.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass sich die zum erfindungsgemäßen Verfahren genannten Varianten und sich daraus ergebenden Vorteile auch auf den erfindungsgemäßen Aufwärtswandler beziehen und umgekehrt. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren von einer Steuerung ausgeführt werden kann, welche nicht zwangsläufig Teil des Aufwärts wandlers ist. Beispielsweise kann die Steuerung ein Teil einer Software sein, die abseits des Aufwärtswandlers ausgeführt wird und auch andere Aufgaben übernimmt. Selbstverständlich kann diese Steuerung aber auch in Hardware ausgeführt sein. It should be noted at this point that the variants mentioned for the method according to the invention and the resulting advantages also relate to the up-converter according to the invention and vice versa. Furthermore, it should be noted that the inventive method can be performed by a controller, which is not necessarily part of the up converter. For example, the controller may be part of a software that runs away from the up-converter and also performs other tasks. Of course, this control can also be implemented in hardware.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung lassen sich auf beliebige Art und Weise kombinieren. The above embodiments and developments of the invention can be combined in any manner.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei: einen Aufwärts wandler nach dem Stand der Technik; The present invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawing. It shows: an up-converter according to the prior art;
Figur 2 einen Aufwärts wandler mit Hilfsspannungsquelle und zweitem Schalter; Figur 3 wie Figur 2 nur ohne Gleichrichter am Eingang des Aufwärtswandlers; Figure 2 shows an up-converter with auxiliary voltage source and second switch; Figure 3 as Figure 2 only without a rectifier at the input of the boost converter;
Figur 4 einen Aufwärts wandl er mit Hilfsspannungsquelle und zweiter Diode; FIG. 4 shows an upward wall with auxiliary voltage source and second diode;
Figur 5 einen Aufwärts wandl er mit Hilfsspannungsquelle, zweitem Schalter und zweiter FIG. 5 shows an upward converter with auxiliary voltage source, second switch and second
Diode;  Diode;
Figur 6 wie Figur 5, nur mit zusätzlichem Widerstand in Serie zum zweiten Schalter und zur zweiten Diode; Figure 6 as Figure 5, only with additional resistance in series with the second switch and the second diode;
Figur 7 einen Aufwärts wandl er mit einer zweiten Kapazität anstelle der FIG. 7 shows an upward wall with a second capacity instead of the second one
Hilfsspannungsquelle und  Auxiliary voltage source and
Figur 8 ein Blockschaltbild eines OBCs (On Board Charger). Figure 8 is a block diagram of an OBC (On Board Charger).
DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Die Fig. 1 zeigt einen Aufwärtswandler an sich bekannter Bauart, umfassend: FIG. 1 shows an up-converter of a type known per se, comprising:
eine Serienschaltung mit einer Induktivität L und einem ersten Schalter Sl, welche ein a series circuit with an inductance L and a first switch Sl, which a
Eingangspotential und ein Massepotential des Aufwärtswandlers verbindet, Input potential and a ground potential of the boost converter connects,
eine erste Kapazität Cl, welche ein Ausgangspotential und ein Massepotential des a first capacitance Cl, which is an output potential and a ground potential of the
Aufwärts wandlers verbindet und Upward converter connects and
eine erste Diode Dl, welche in ihrer Flussrichtung den Verbindungspunkt der  a first diode Dl, which in its flow direction the connection point of the
Induktivität L und des ersten Schalters Sl mit dem Ausgangspotential des Aufwärtswandlers verbindet.  Inductance L and the first switch Sl connects to the output potential of the boost converter.
In der Fig. 1 ist darüber hinaus ein optionaler Gleichrichter G vorgesehen, dessen Ausgang zwischen das Eingangspotential und das Massepotential des Aufwärts wandlers geschaltet ist. Auf diese Weise kann ein AC/DC- Aufwärtswandler realisiert werden, welcher aus der gleichgerichteten Eingangsspannung zwischen dem Eingangspotential und dem  In Fig. 1, an optional rectifier G is also provided whose output is connected between the input potential and the ground potential of the up converter. In this way, an AC / DC boost converter can be realized, which consists of the rectified input voltage between the input potential and the
Massepotential des Aufwärts wandlers eine im Vergleich zur Eingangsspannung höhere Ausgangsspannung zwischen dem Ausgangspotential und dem Massepotential des Ground potential of the up converter in comparison to the input voltage higher output voltage between the output potential and the ground potential of the
Aufwärts wandlers erzeugt. Dabei wird der erste Schalter Sl abwechselnd geschlossen und geöffnet. Ist der erste Schalter Sl geschlossen, so wird in der Induktivität L ein Strom erzeugt, welcher bei geöffnetem Schalter Sl zwangsläufig über die erste Kapazität Cl fließt und diese auflädt. Wird der Gleichrichter G weggelassen kann ein DC/DC- Aufwärtswandler nach demselben Wirkungsprinzip realisiert werden. Up converter generated. In this case, the first switch Sl is alternately closed and opened. If the first switch S1 is closed, then a current is generated in the inductance L which, when the switch S1 is open, inevitably flows over the first capacitance C1 and this charging. If the rectifier G is omitted, a DC / DC boost converter based on the same principle of operation can be realized.
Fig. 2 zeigt nun einen Aufwärts wandl er la, welcher dem Aufwärts wandl er aus der Fig. 1 entspricht, zusätzlich aufweisend eine mit dem Massepotential verbundene FIG. 2 now shows an upward wall 1a corresponding to the upward wall of FIG. 1, additionally having one connected to the ground potential
(Hilfs)Spannungsquelle V sowie einen zweiten Schalter S2, welcher den Ausgang der Spannungsquelle V mit dem Eingangspotential des Aufwärtswandlers la verbindet. (Auxiliary) voltage source V and a second switch S2, which connects the output of the voltage source V to the input potential of the boost converter la.
Mit Hilfe der Spannungsquelle V, welche beispielsweise als Batterie oder Akkumulator ausgebildet sein kann, kann nun auch dann eine Spannung am ersten Kondensator Cl erzeugt werden, wenn der Eingang des Aufwärtswandlers la offen ist und dort somit keine With the help of the voltage source V, which may be formed for example as a battery or accumulator, a voltage at the first capacitor Cl can now be generated even if the input of the up-converter la is open and thus there is no
Eingangsspannung anliegt. Durch Schließen des zweiten Schalters S2 kann die erste Kapazität Cl langsam auf die Spannung der Spannungsquelle V aufgeladen werden. Vorzugsweise wird aber die aus der Spannungsquelle V, dem ersten Schalter Sl, dem zweiten Schalter S2, der Induktivität L, der ersten Diode Dl und der ersten Kapazität Cl gebildete Schaltung als Aufwärtswandl er betrieben. Dabei wird der erste Schalter Sl bei geschlossenem zweiten Schalter S2 abwechselnd geschlossen und geöffnet, also intermittierend betätigt. Ist der erste Schalter Sl geschlossen, so wird in der Induktivität L ein Strom erzeugt, welcher bei geöffnetem Schalter Sl zwangsläufig über die erste Kapazität Cl fließt und diese auflädt. Input voltage applied. By closing the second switch S2, the first capacitor C1 can be slowly charged to the voltage of the voltage source V. Preferably, however, the circuit formed from the voltage source V, the first switch Sl, the second switch S2, the inductance L, the first diode Dl and the first capacitor Cl is operated as an upward converter. In this case, the first switch S1 is alternately closed and opened when the second switch S2 is closed, that is, operated intermittently. If the first switch S1 is closed, then a current is generated in the inductance L which, when the switch S1 is open, inevitably flows over the first capacitance C1 and charges it.
Auf diese Weise kann der erste Kondensator Cl auf einen beliebigen Wert aufgeladen werden, bevor der Eingang des Aufwärtswandlers la an eine externe beziehungsweise versorgende (Haupt)Spannungsquelle (nicht dargestellt) angeschlossen wird, das heißt eine Eingangsspannung an den Aufwärtswandler la angelegt wird. Hohe Einschaltströme im ersten Kondensator Cl können somit wirkungsvoll vermieden werden. In this way, the first capacitor Cl can be charged to an arbitrary value before the input of the up-converter la is connected to an external (main) voltage source (not shown), that is, an input voltage is applied to the up-converter la. High inrush currents in the first capacitor Cl can thus be effectively avoided.
Vorteilhaft wird der erste Kondensator Cl mit Hilfe des zweiten Schalters S2 auf dieselbe Spannung aufgeladen, welche er auch im laufenden Betrieb hat, sodass ein erhöhter Strom im ersten Kondensator Cl beim Anschalten des Aufwärtswandl er s la an eine externe Advantageously, the first capacitor Cl is charged by means of the second switch S2 to the same voltage, which it has during operation, so that an increased current in the first capacitor Cl when turning on the Aufwärtswandl he la to an external
Spannungsquelle überhaupt vermieden werden. Beispielsweise kann die erste Kapazität Cl vor dem Anschalten des Aufwärtswandl er s la auf einen Wert vorgeladen wird, welcher dem unteren Scheitelwert, dem oberen Scheitelwert oder dem Mittelwert der Spannung an der ersten Kapazität Cl im laufenden Betrieb des Aufwärtswandl er s la entspricht. Voltage source can be avoided at all. For example, the first capacitance C1 may be pre-charged to a value corresponding to the lower peak value, the upper peak value or the mean value of the voltage at the first capacitance C1 during the operation of the up-conversion circuit 1a before the turn-on converter is switched on.
Selbstverständlich kann der erste Kondensator Cl aber auch auf eine nur verringerte Of course, the first capacitor Cl but also reduced to only one
Spannung vorgeladen werden, was zu einer Verringerung des genannten Stroms beim Anschalten des Aufwärts wandlers la an eine externe Spannungsquelle führt. Vorteilhaft wird die Spannung an der ersten Kapazität Cl gemessen, und der Aufladevorgang desselben wird beendet, wenn die genannte Spannung einen vorgebbaren Wert erreicht hat. Be precharged voltage, resulting in a reduction of said current in the Turning on the up converter la leads to an external voltage source. Advantageously, the voltage at the first capacitance Cl is measured, and the charging process of the same is terminated when said voltage has reached a predeterminable value.
Zu berücksichtigen ist bei dieser Variante des Aufwärtswandlers la, dass der zweite Schalter S2 beim Anschalten des Aufwärts wandlers la an eine externe Spannungsquelle jedenfalls geöffnet werden muss, da es sonst zu einem Kurzschluss zwischen der versorgenden It should be considered in this variant of the up-converter la, that the second switch S2 must be opened at any rate when turning on the up converter la to an external voltage source, otherwise there is a short circuit between the supplying
Spannungsquelle und der Spannungsquelle V kommt. Daher ist es vorteilhaft, wenn durch Messung des Stroms und/oder der Spannung am Eingang des Aufwärtswandlers la ermittelt wird, ob dieser an eine externe Spannungsquelle angeschaltet ist oder nicht. Wird detektiert, dass der Aufwärts wandlers la an eine externe Spannungsquelle angeschlossen wird, so ist der Ladevorgang des ersten Kondensators Cl durch Öffnen des zweiten Schalters S2 jedenfalls zu beenden. Voltage source and the voltage source V comes. Therefore, it is advantageous if it is determined by measuring the current and / or the voltage at the input of the boost converter la, whether this is connected to an external power source or not. If it is detected that the up-converter la is connected to an external voltage source, the charging process of the first capacitor C1 must be stopped by opening the second switch S2.
Fig. 3 zeigt nun einen Aufwärtswandler lb, welcher identisch aufgebaut ist wie der Fig. 3 now shows an up-converter lb, which is constructed identically as the
Aufwärts wandl er la, jedoch keinen Gleichrichter G aufweist. Der Aufwärts wandl er lb wirkt daher als DC/DC- Aufwärts wandl er, wohingegen der Aufwärts wandl er la als AC/DC- Aufwärtswandler wirkt. Upwards he la, but has no rectifier G has. The up-converter, therefore, acts as a DC / DC up converter, whereas the up-converter acts as an AC / DC up-converter.
Fig. 4 zeigt nun einen Aufwärts wandl er lc, welcher ähnlich aufgebaut ist wie der Fig. 4 now shows an upwardly he lc, which is constructed similar to the
Aufwärts wandl er lb aus der Fig. 3. Allerdings weist dieser anstelle des zweiten Schalters S2 eine zweite Diode D2 auf, welche den Ausgang der Spannungsquelle V mit dem However, this has instead of the second switch S2, a second diode D2, which the output of the voltage source V with the
Eingangspotential des Aufwärtswandlers lc verbindet, wobei die Flussrichtung der zweiten Diode D2 in Richtung des Eingangspotentials weist. Auf diese Weise wird der ersten Input potential of the up-converter lc connects, wherein the flow direction of the second diode D2 points in the direction of the input potential. That way, the first one becomes
Kondensator Cl immer auf die Spannung der Spannungsquelle V geladen, sobald dessen Spannung kleiner als dieselbe ist (ideale Dioden Dl und D2 vorausgesetzt). Vorteilhaft braucht ein Schalter für das Vorladen des ersten Kondensators Cl nicht angesteuert werden, und es kann beim Anschalten des Aufwärts wandlers lc an eine externe Spannungsquelle auch zu keinem Kurzschluss zwischen der versorgenden Spannungsquelle und der Capacitor Cl is always charged to the voltage of voltage source V as soon as its voltage is lower than that (assuming ideal diodes D1 and D2). Advantageously, a switch for the precharging of the first capacitor Cl need not be controlled, and it can when turning on the up converter lc to an external voltage source and no short circuit between the supplying voltage source and the
Spannungsquelle V kommen. Selbstverständlich kann der erste Schalter Sl wie bereits zum Aufwärts wandl er la aus Fig. 2 erläutert intermittierend angesteuert werden, um den ersten Kondensator Cl auf einen beliebigen Spannungswert aufzuladen. Voltage source V come. Of course, the first switch S1, as explained above, can be driven intermittently as shown in FIG. 2 in order to charge the first capacitor C1 to an arbitrary voltage value.
Fig. 5 zeigt nun einen Aufwärts wandl er ld, welcher einer Mischung aus dem Fig. 5 now shows an upward Wandl ld, which a mixture of the
Aufwärts wandl er lb und lc entspricht. Dabei wird die Spannungsquelle V mit einer Serienschaltung, umfassend einen zweiten Schalter S2 und eine zweite Diode D2, mit dem Eingangspotential des Aufwärtswandlers ld verbunden, wobei die Flussrichtung der zweiten Diode D2 in Richtung des Eingangspotentials weist. Vorteilhaft kann der erste Kondensator Cl durch intermittierendes Betätigen des ersten Schalters Sl wiederum auf einen beliebigen Wert aufgeladen werden, bevor der Eingang des Aufwärtswandlers ld an eine externe Spannungsquelle angeschlossen wird. Zudem kann es beim Anschalten des Aufwärts wandl er s ld an eine externe Spannungsquelle wegen der zweiten Diode D2 zu keinem Kurzschluss zwischen der versorgenden Spannungsquelle und der Spannungsquelle V kommen. Durch die Kombination des zweiten Schalters S2 mit der zweiten Diode D2 ist der Aufwärts wandl er ld besonders flexibel und sicher. Upwards he lb and lc corresponds. In this case, the voltage source V with a Series circuit comprising a second switch S2 and a second diode D2, connected to the input potential of the up-converter ld, wherein the flow direction of the second diode D2 points in the direction of the input potential. Advantageously, the first capacitor Cl can be charged by intermittently operating the first switch Sl again to any value before the input of the up-converter ld is connected to an external voltage source. In addition, there may be no short circuit between the supplying voltage source and the voltage source V when turning on the upward Wandl he ld to an external voltage source because of the second diode D2. By combining the second switch S2 with the second diode D2, the up-converter 1 is particularly flexible and safe.
Die genannte Flexibilität kommt dann besonders zum Tragen, wenn der erste Schalter Sl und der zweite Schalter S2 von voneinander unabhängigen Steuerungen oder Regelungen betätigt werden. Beispielsweise ist vorstellbar, dass ein bestehender Aufwärtswandler um die erfindungsgemäßen Maßnahmen erweitert werden soll. Wegen des zweiten Schalters S2 kann der Aufladevorgang der ersten Kapazität Cl auch ab- oder unterbrochen werden, ohne Einfluss auf den ersten Schalter Sl zu nehmen. The said flexibility is particularly useful when the first switch Sl and the second switch S2 are actuated by independent controls or regulations. For example, it is conceivable that an existing boost converter should be extended by the measures according to the invention. Because of the second switch S2, the charging process of the first capacitor C1 can also be interrupted or interrupted without influencing the first switch S1.
Generell kann vorgesehen sein, dass die erste Kapazität Cl über den zweiten Schalter S2 nur dann aufgeladen wird, wenn der Aufwärtswandler ld nicht an eine externe Spannungsquelle angeschlossen ist. Dazu kann wie bereits erwähnt der Strom und/oder die Spannung am Eingang des Aufwärtswandlers ld ermittelt werden. Wegen der zweiten Diode D2 ist es aber auch möglich, den ersten Kondensator Cl ständig, also unabhängig davon, ob der In general, it can be provided that the first capacitor C1 is charged via the second switch S2 only when the up-converter ld is not connected to an external voltage source. For this purpose, as already mentioned, the current and / or the voltage at the input of the up-converter ld can be determined. Because of the second diode D2 but it is also possible, the first capacitor Cl constantly, so regardless of whether the
Aufwärts wandlers ld an eine externe Spannungsquelle angeschlossen ist oder nicht, über die Spannungsquelle V zu laden. Vorteilhaft braucht in diesem Fall nicht detektiert werden, ob der Aufwärtswandlers ld an eine externe Spannungsquelle angeschlossen ist oder nicht. Up converter ld is connected to an external power source or not to charge via the voltage source V. Advantageously, it does not need to be detected in this case whether the boost converter ld is connected to an external voltage source or not.
Fig. 6 zeigt nun einen Aufwärtswandler le, welcher ähnlich aufgebaut ist wie der Fig. 6 now shows an up-converter le, which is constructed similar to the
Aufwärts wandl er ld aus der Fig. 5. Zusätzlich ist hier aber ein Widerstand R im Upward wandl ld from Fig. 5. In addition, however, here is a resistor R in
Verbindungszweig zwischen der Spannungsquelle V und dem Eingangspotential des Connection branch between the voltage source V and the input potential of
Aufwärts wandlers le angeordnet. Das heißt, der Widerstand R liegt in Serie zum zweiten Schalter S2 und der zweiten Diode D2. Auf diese Weise kann der Strom beim Laden des ersten Kondensators Cl über die Spannungsquelle V begrenzt und durch entsprechende Wahl des Widerstands R auf einen beliebigen Wert eingestellt werden. Fig. 7 zeigt nun einen Aufwärts wandl er lf, welcher wiederum ähnlich aufgebaut ist wie der Aufwärts wandler ld aus der Fig. 5. Anstelle der Spannungsquelle V ist in diesem Fall aber eine zweite Kapazität C2 vorgesehen. Diese kann zu einem beliebigen Zeitpunkt mit Hilfe einer nicht dargestellten Spannungsquelle geladen werden und kann dann ihre Energie an die erste Kapazität Cl abgeben. Upward converter le arranged. That is, the resistor R is in series with the second switch S2 and the second diode D2. In this way, the current during charging of the first capacitor Cl via the voltage source V can be limited and adjusted by appropriate selection of the resistance R to an arbitrary value. Fig. 7 now shows an upward Wandl he lf, which in turn is similar in structure to the up-converter ld of FIG. 5. Instead of the voltage source V but a second capacitance C2 is provided in this case. This can be charged at any time using a voltage source, not shown, and then can deliver their energy to the first capacitor Cl.
Fig. 8 zeigt einen OBC (On Board Charger = Ladegerät integriert in einem Elektrofahrzeug), umfassend ein am Eingang E angeordnetes Netzfilter 2, eine damit verbundene Power Factor Correction Stufe (PFC) 3, einen damit verbundenen Zwischenkreiskondensator 4, einen damit verbundene DC/DC-Wandler 5, sowie ein damit verbundenes und am Ausgang A 8 shows an OBC (On-Board Charger integrated in an electric vehicle), comprising a line filter 2 arranged at the input E, a connected Power Factor Correction stage (PFC) 3, a DC link capacitor 4 connected thereto, a DC / DC connected thereto. DC converter 5, as well as a connected and at the output A
angeordnetes Ausgangsfilter 6. arranged output filter. 6
Vorteilhaft ist es, wenn der in den Figuren dargestellte Aufwärtswandler la.. lf als Power Factor Correction Stufe ausgebildet ist. Eine Power Factor Correction Stufe reduziert die Störungen bei der Entnahme von Energie aus typischen Versorgungsnetzen und ist daher für viele Maschinen und Geräte mit höherer Leistung vorgeschrieben. Eine typische PFC besteht aus den Teilen des genannten Hochsetzstellers, durch die zur sinusförmigen It is advantageous if the up-converter la .. lf shown in the figures is designed as a power factor correction stage. A Power Factor Correction stage reduces the disruption of energy extraction from typical utility networks and is therefore mandatory for many higher performance machines and equipment. A typical PFC consists of the parts of said boost converter, through which the sinusoidal
Eingangsspannung auch ein sinusförmiger Strom entnommen werden kann. Wird ein elektrisches Gerät mit einer herkömmlichen PFC an das Stromnetz angeschlossen, kommt es zum beschriebenen Stoßstrom in den ersten Kondensator. Dieser Stoßstrom kann zu Input voltage can also be taken from a sinusoidal current. If an electrical device with a conventional PFC is connected to the power grid, it comes to the described surge current in the first capacitor. This surge current can too
Flickerstörungen im Stromnetz, vor allem aber auch zum unerwünschten Auslösen einer Sicherungseinrichtung führen. Letztendlich kann dieser Stoßstrom auch die Lebensdauer des ersten Kondensators reduzieren. Flicker damage in the power grid, but above all lead to the unwanted triggering of a safety device. Ultimately, this surge current can also reduce the life of the first capacitor.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der in den Figuren dargestellte Aufwärts wandl er la.. lf in einem Batterieladegerät, insbesondere in einem Batterieladegerät für ein Elektrokraftfahrzeug integriert ist. In diesem Fall ist die absolut eingesparte Energie aufgrund des verbesserten Wirkungsgrads des Aufwärtswandlers la.. lf besonders groß. Zudem kann eine zweite Kapazität C2 (siehe Fig. 7) über das Bordnetz des Kraftfahrzeugs aufgeladen werden. It is particularly advantageous if the up-converter 10 illustrated in the figures is integrated in a battery charger, in particular in a battery charger for an electric motor vehicle. In this case, the absolutely saved energy is particularly large due to the improved efficiency of the boost converter la. Lf. In addition, a second capacitance C2 (see FIG. 7) can be charged via the electrical system of the motor vehicle.
Abschließend wird festgehalten, dass der Aufwärtswandler la.. lf auch eine nicht dargestellte Steuerung zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweisen kann. Diese Finally, it is stated that the up-converter la .. lf can also have a control, not shown, for implementing the method according to the invention. These
Steuerung kann in Software und/oder Hardware ausgebildet sein. Desweiteren kann die Steuerung auch abgesetzt vom Aufwärts wandl er la.. lf sein und/oder auch Teil einer übergeordneten Steuerung sein, welche auch andere Aufgaben ausführt. Abschließend wird festgehalten, dass die in den Figuren dargestellten Varianten beliebig kombiniert werden können. Beispielsweise kann der Aufwärtswandler le aus der Fig. 6 einen Gleichrichter G umfassen. Beispielsweise ist auch denkbar, dass der Aufwärtswandler ld aus der Fig. 5 eine zweite Kapazität C2 anstelle der Spannungsquelle V umfasst. Für den Fachmann ist es somit ein Leichtes, die hier offenbarte Lehre auf seine Bedürfnisse anzupassen. Control can be designed in software and / or hardware. Furthermore, the control can also be remote from the upside down he la .. lf be and / or be part of a higher-level control, which also performs other tasks. Finally, it is stated that the variants shown in the figures can be combined as desired. For example, the up-converter le from FIG. 6 may comprise a rectifier G. For example, it is also conceivable that the up-converter ld from FIG. 5 comprises a second capacitor C2 instead of the voltage source V. It is thus easy for the person skilled in the art to adapt the teaching disclosed here to his needs.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Aufwärts wandler (la.. lf), umfassend eine Serienschaltung mit einer Induktivität (L) und einem ersten Schalter (Sl), welche ein Eingangspotential und ein Massepotential des Aufwärtswandlers (la.. lf) verbindet, eine erste Kapazität (Cl), welche ein Ausgangspotential und ein Massepotential des Aufwärtswandlers (la.. lf) verbindet und eine erste Diode (Dl), welche in ihrer Flussrichtung den Verbindungspunkt der Induktivität (L) und des ersten Schalters (Sl) mit dem Ausgangspotential des Aufwärtswandlers (la.. lf) verbindet, gekennzeichnet durch 1. up converter (la .. lf), comprising a series circuit having an inductance (L) and a first switch (Sl), which connects an input potential and a ground potential of the boost converter (la .. lf), a first capacitance (Cl) , which connects an output potential and a ground potential of the boost converter (la .. lf) and a first diode (Dl), which in its flow direction the connection point of the inductance (L) and the first switch (Sl) with the output potential of the up-converter (la. lf), characterized by
eine mit dem Massepotential verbundene Spannungsquelle (V) sowie a connected to the ground potential voltage source (V) and
a) einen zweiten Schalter (S2), welcher den Ausgang der Spannungsquelle (V) mit dem Eingangspotential des Aufwärtswandlers (la, lb, ld, le, lf) verbindet, oder a) a second switch (S2), which connects the output of the voltage source (V) to the input potential of the up-converter (la, lb, ld, le, lf), or
b) eine zweite Diode (D2), welche den Ausgang der Spannungsquelle (V) mit dem Eingangspotential des Aufwärtswandlers (lc. lf) verbindet, wobei die Flussrichtung der zweiten Diode (D2) in Richtung des Eingangspotentials weist, oder b) a second diode (D2), which connects the output of the voltage source (V) to the input potential of the boost converter (lc, lf), the flow direction of the second diode (D2) pointing in the direction of the input potential, or
c) eine Serienschaltung umfassend einen zweiten Schalter (S2) und eine zweite Diode (D2), welche den Ausgang der Spannungsquelle (V) mit dem Eingangspotential des c) a series circuit comprising a second switch (S2) and a second diode (D2), which connects the output of the voltage source (V) to the input potential of the
Aufwärtswandlers (Id.. lf) verbindet, wobei die Flussrichtung der zweiten Diode (D2) in Richtung des Eingangspotentials weist. Up converter (Id .. lf) connects, wherein the flow direction of the second diode (D2) points in the direction of the input potential.
2. Aufwärts wandler (le) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Widerstand (R), welcher in Serie zu dem zweiten Schalter (S2) und/oder der zweiten Diode (D2) geschaltet ist. 2. up converter (le) according to claim 1, characterized by a resistor (R) which is connected in series with the second switch (S2) and / or the second diode (D2).
3. Aufwärts wandler (la.. le) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (V) als Akkumulator ausgeführt ist. 3. up converter (la .. le) according to claim 1 or 2, characterized in that the voltage source (V) is designed as an accumulator.
4. Aufwärts wandler (lf) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Spannungsquelle (V) eine zweite Kapazität (C2) vorgesehen ist. 4. up converter (lf) according to claim 1 or 2, characterized in that instead of the voltage source (V), a second capacitor (C2) is provided.
5. Aufwärts wandler (lb) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Gleichrichter (G), dessen Ausgang zwischen das Eingangspotential und das Massepotential des Aufwärtswandlers (lb) geschaltet ist. 5. up converter (lb) according to one of claims 1 to 4, characterized by a rectifier (G) whose output is connected between the input potential and the ground potential of the boost converter (lb).
6. Aufwärts wandler (la.. lf) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Power Factor Correction Stufe ausgebildet ist. 6. up converter (la .. lf) according to one of claims 1 to 5, characterized in that it is designed as a power factor correction stage.
7. Batterieladegerät, gekennzeichnet durch einen Aufwärts wandler (lb) nach einem der Ansprüche 1 bis 6. 7. Battery charger, characterized by an up-converter (lb) according to one of claims 1 to 6.
8. Verfahren zum Betrieb eines Aufwärtswandlers (la.. lf) mit einer Serienschaltung mit einer Induktivität (L) und einem ersten Schalter (Sl), welche ein Eingangspotential und ein Massepotential des Aufwärtswandlers (la.. lf) verbindet, einer ersten Kapazität (Cl), welche ein Ausgangspotential und ein Massepotential des Aufwärtswandlers (la.. lf) verbindet, einer erste Diode (Dl), welche in ihrer Flussrichtung den Verbindungspunkt der Induktivität (L) und des ersten Schalters (Sl) mit dem Ausgangspotential des Aufwärts wandl er s (la.. lf) verbindet, einer mit dem Massepotential verbundene Spannungsquelle (V) sowie eines Verbindungszweigs mit einem zweiten Schalter (S2), welche den Ausgang der 8. A method for operating a boost converter (la .. lf) having a series circuit with an inductance (L) and a first switch (Sl) which connects an input potential and a ground potential of the boost converter (la .. lf), a first capacitor ( Cl), which connects an output potential and a ground potential of the boost converter (la .. lf), a first diode (Dl), which in its flow direction, the connection point of the inductance (L) and the first switch (Sl) with the output potential of the upward Wandl he s (la .. lf) connects, connected to the ground potential voltage source (V) and a connection branch with a second switch (S2), which the output of the
Spannungsquelle (V) mit dem Eingangspotential des Aufwärtswandlers (la.. lf) verbindet, dadurch gekennzeichnet, Voltage source (V) to the input potential of the up-converter (la .. lf) connects, characterized
dass die erste Kapazität (Cl) durch Betätigen des zweiten Schalters (S2) aufgeladen wird. that the first capacitor (Cl) is charged by operating the second switch (S2).
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kapazität (Cl) durch Betätigen des zweiten Schalters (S2) laufend aufgeladen wird. 9. The method according to claim 8, characterized in that the first capacitor (Cl) by operating the second switch (S2) is charged continuously.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kapazität (Cl) durch Betätigen des zweiten Schalters (S2) vor dem Anschalten des Aufwärts wandl er s (la.. lf) an eine externe Spannungsquelleaufgeladen wird. 10. The method according to claim 8, characterized in that the first capacitance (Cl) by operating the second switch (S2) before turning on the upward Wandl ers (la .. lf) is charged to an external power source.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schalter (Sl) intermittierend betätigt wird. 11. The method according to any one of claims 8 to 10, characterized in that the first switch (Sl) is actuated intermittently.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schalter (S2) nach dem Aufladen der ersten Kapazität (Cl) in einen Aus-Zustand gesteuert wird. 12. The method according to any one of claims 8 to 11, characterized in that the second switch (S2) is controlled after charging the first capacitance (Cl) in an off state.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kapazität (Cl) vor dem Anschalten des Aufwärtswandlers (la.. lf) an eine Eingangsspannung auf einen Wert aufgeladen wird, den sie auch im laufenden Betrieb des Aufwärts wandl er s (la.. lf) aufweist. 13. The method according to any one of claims 8 to 12, characterized in that the first capacitance (Cl) is charged to an input voltage to a value before turning on the up-converter (la .. lf), they also in the current operation of the upward wandl he s (la .. lf) has.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, die erste Kapazität (Cl) vor dem Anschalten des Aufwärtswandlers (la.. lf) an eine Eingangsspannung auf einen Wert aufgeladen wird, welcher dem unteren Scheitelwert, dem oberen Scheitelwert oder dem Mittelwert der Spannung an der ersten Kapazität (Cl) im laufenden Betrieb des 14. The method according to claim 13, characterized in that the first capacitance (Cl) is charged to an input voltage to a value which corresponds to the lower peak value, the upper peak value or the mean value of the voltage before switching on the step-up converter the first capacity (Cl) during operation of the
Aufwärtswandlers (la.. lf) entspricht. Up converter (la .. lf) corresponds.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch Messung des Stroms und/oder der Spannung am Eingang des Aufwärtswandlers (la.. lf) ermittelt wird, ob dieser an eine externe Spannungsquelle angeschaltet ist oder nicht. 15. The method according to any one of claims 8 to 14, characterized in that it is determined by measuring the current and / or the voltage at the input of the boost converter (la .. lf), whether it is connected to an external power source or not.
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