WO2021037627A1 - Hilfsspannungsversorgung für stromrichter und ihr einsatz in fahrzeugen - Google Patents

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WO2021037627A1
WO2021037627A1 PCT/EP2020/073182 EP2020073182W WO2021037627A1 WO 2021037627 A1 WO2021037627 A1 WO 2021037627A1 EP 2020073182 W EP2020073182 W EP 2020073182W WO 2021037627 A1 WO2021037627 A1 WO 2021037627A1
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bridge circuit
converter
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Christoph Berndt Marxgut
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Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg
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    • H02M1/0006—Arrangements for supplying an adequate voltage to the control circuit of converters

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for generating an auxiliary DC voltage for converters.
  • the invention also applies to a converter with such a circuit arrangement and a vehicle with such a converter.
  • the invention also relates to an associated process for generating an auxiliary DC voltage.
  • a central point here is to ensure the auxiliary voltage supply of the converter, because the function of the converter depends on the availability of the auxiliary voltage supply.
  • auxiliary voltage supplies are designed with multiple redundancies in order to be able to intercept the failure of an auxiliary voltage branch through other paths. These are either fed by AC / DC converters from the vehicle electrical system (typ. 115 V / 400 Hz) or by battery systems (typ. 28 V / DC).
  • AC / DC converters from the vehicle electrical system (typ. 115 V / 400 Hz) or by battery systems (typ. 28 V / DC).
  • the disadvantage of these designs is, on the one hand, the complexity that the redundancy entails. On the other hand, it increases the weight of the entire auxiliary voltage supply, which is particularly unfavorable in aviation.
  • FIG. 1 shows the associated circuit arrangement 1.
  • a DC input voltage Vi is converted into an AC output voltage for supplying one phase of a three-phase electrical machine 11.
  • the input voltage Vi buffered by the intermediate circuit capacitors 4, is fed to a half-bridge circuit 2.
  • the half-bridge circuit 2 is formed by the first branch Ai and the second branch A2.
  • the half-bridge circuit 2 converts the DC voltage into an AC voltage.
  • the half-bridge circuit does not consist, as in conventional topologies, of two switching elements, in which the center point is fed to a load, but of four switching elements Si to S4.
  • the switching elements Si to S4 are preferably semiconductor components.
  • the first and the second simultaneously switching switching element Si and S2 form the first branch Ai and the third and fourth simultaneously switching switching element S3 and S4 form the second branch A2.
  • the series connection of the switching elements Si and S2 or S3 and S4 enables the input voltage Vi to be divided between two switching elements Si and S2 or S3 and S4 of the corresponding branches Ai and A2. Accordingly, switching elements Si to S4 with a nominal voltage approximately equal to half the input voltage Vi can be used. Since it is only necessary to ensure that the voltage distribution of the two switching elements Si and S2 or S3 and S4 is always the same, otherwise there will be a voltage distribution or current overload of one or more of the switching elements Si to S4 occurs, whereby the entire circuit arrangement 1 can be destroyed.
  • a flying capacitor 3 is arranged in parallel on the input side of the half-bridge circuit 2, which keeps the voltages of the switching elements Si and S2 or S3 and S4 almost constant even during the commutation period. This allows at unequal ON and OFF of the switching elements Z Si and S2 or S3 and S4IN eitpunk th the branches Ai and A2, no large voltage imbalance form.
  • a first aspect of the invention is that an inherently necessary capacitor of a converter is used to feed an auxiliary voltage generating unit. This is particularly important in the case of multilevel topologies, as shown in FIG. 1 Darge is easily possible because this requires capacitors that have not applied the full intermediate circuit voltage. This means that the switches of the auxiliary voltage generation unit and the insulation do not have to be designed for the entire intermediate circuit voltage, which reduces the costs, the weight and the complexity of the converter.
  • the voltage of the tapped capacitor in the high-voltage circuit should preferably be actively regulated, since otherwise the operation of the primary converter could be disrupted or even interrupted. In the case of the aforementioned modular multilevel, quasi-multilevel, and nL flying capacitor topologies, this is guaranteed throughout.
  • the invention claims a circuit arrangement for generating an auxiliary DC voltage, having
  • the half-bridge circuit in each of the two branches has at least two switching elements arranged in series and
  • An auxiliary voltage generation unit fed with electrical energy by the flying capacitor which is designed to generate an auxiliary DC voltage less than or equal to 48 V.
  • the voltage on the capacitor can Flying- Z eitin of the switching elements to be controlled by the choice of switching.
  • the circuit arrangement has at least two intermediate circuit capacitors arranged in series parallel to the half-bridge circuit on the input side.
  • the auxiliary voltage generating unit has:
  • the invention also claims a power converter, in particular an inverter, with a circuit arrangement according to the invention.
  • An inverter is a converter that generates an alternating voltage with a changed frequency and amplitude from a direct voltage.
  • An output AC voltage is generated from an input DC voltage via a DC voltage intermediate circuit and pulsed semiconductor switches.
  • the invention also claims a vehicle, in particular an aircraft, with a power converter according to the invention for an electric or hybrid-electric drive.
  • a vehicle is understood to mean any type of means of locomotion or transport, be it manned or unmanned.
  • An aircraft is a flying vehicle.
  • the vehicle has:
  • the invention also claims a method for generating an auxiliary DC voltage, comprising:
  • a half-bridge circuit which emits a load current and converts a direct voltage into an alternating voltage
  • the half-bridge circuit in each of the two branches has at least two switching elements arranged in series and
  • a flying capacitor is connected in parallel to corresponding switching elements th of the two branches, an auxiliary voltage generating unit being fed with electrical energy from the flying capacitor, the auxiliary DC voltage being generated less than or equal to 48V.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of a circuit arrangement according to the prior art
  • Fig. 2 is a block diagram of a circuit arrangement with auxiliary pannungser Wegungsaku S,
  • Fig. 3 is a circuit diagram of a circuit arrangement with an auxiliary voltage generating unit
  • FIG 5 shows an aircraft with a power converter.
  • FIG. 2 shows the auxiliary voltage architecture according to the invention using the example of a quasi-2L converter (but only one phase is shown).
  • the voltage across the flying capacitor 3 is in this case the switching elements Si by the offset of the on Z eitular regulated to S4; the flying capacitor 3 is required to stabilize the switching transients and at the same time forms the input capacitor of the auxiliary voltage generating unit 5.
  • FIG. 2 shows the circuit arrangement 1 according to FIG. 1 with a half-bridge circuit 2 and a parallel flying capacitor 3, the auxiliary voltage generating unit 5 being arranged in parallel with the flying capacitor 3, the electrical Energy is fed.
  • the auxiliary voltage generation unit 5 generates an auxiliary DC voltage VL V less than or equal to 48 V.
  • FIG. 3 shows an example of a circuit of the auxiliary voltage generating unit 5.
  • a full bridge circuit 5.1 which generates an alternating voltage from an input direct voltage.
  • the alternating voltage is fed to a transformer 5.2 for electrical isolation.
  • a rectifier circuit 5.3 is connected to the transformer 5.2 on the output side.
  • the auxiliary DC voltage VL V is now available at the output of the rectifier circuit 5.3.
  • the topology of the auxiliary voltage generating unit 5 can in principle be freely selected and designed by the designer, but must provide the transformer 5.2 to isolate the voltage due to the potential on which the flying capacitor 3 is located.
  • a great advantage of this architecture is that the switches of the full bridge circuit are not loaded with the full intermediate circuit voltage (> 1 kV), but with the maximum voltage on the flying capacitor 3, which is significantly lower depending on the number of levels . This means that switches with the same voltage requirements as in the power circuit (switching elements Si to S4) can be installed (but with a lower current requirement).
  • V oraussa can already gen that the very popular for Hilfsliquesumrichter fly-back topology is not optimal here because this output voltage to an even transformed output voltage strikes the switch.
  • either the magnetic circuit of the transformer can also be tapped or the energy is fed to the capacitor at the output via diodes.
  • a supply path from high voltage to low voltage is established in a suitable manner, which was previously only possible with additional high-voltage auxiliary converters.
  • the concept presented here can be used both as a "stand-alone" auxiliary voltage supply for AC / DC, DC / AC and DC / DC (quasi) multilevel converters, or as an additional auxiliary supply branch for critical applications, such as in aviation .
  • FIG. 4 shows a block diagram of a DC / AC converter 7, in particular a converter, with a circuit arrangement for generating a three-phase alternating voltage.
  • a half-bridge circuit 2 with a flying capacitor 3 is formed for each phase.
  • the half-bridge circuit 2 is provided by an intermediate circuit capacitor 4 with direct voltage.
  • Each flying capacitor 3 feeds an auxiliary voltage generating unit 5.
  • FIG. 5 shows an electric or hybrid-electric aircraft 8, in particular an aircraft, with a converter 7 according to FIG. 4, which supplies an electric motor 9 with electrical energy.
  • the electric motor 9 drives a propeller 10. Both are part of an electrical thrust generating unit.
  • a converter 7 can also be part of an on-board electrical system.

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Abstract

Die Erfindung gibt eine Schaltungsanordnung (1) zur Erzeugung einer Hilfsgleichspannung (VLV) an, aufweisend: - eine einen Laststrom (IL) abgebende Halbbrückenschaltung (2), die eine Gleichspannung (V1) in eine Wechselspannung wandelt, und 10 - wobei die Halbbrückenschaltung (2) in jedem der beiden Äste (A1, A2) mindestens zwei in Serie angeordnete Schaltelemente (S1, S2 bzw. S3, S4) aufweist und - wobei parallel zu jeweils korrespondierenden Schaltelementen (S2, S3) der beiden Äste (A1, A2) ein Flying- Kondensator (3) geschaltet ist, gekennzeichnet durch: - eine durch den Flying-Kondensator (3) mit elektrischer Energie gespeiste Hilfsspannungserzeugungseinheit (5), die ausgebildet ist, eine Hilfsgleichspannung (VLV) kleiner gleich 48 V zu erzeugen Ein zugehöriges Verfahren zur Erzeugung einer Hilfsgleichspannung sowie ein Stromrichter und ein Fahrzeug mit einer derartigen Schaltungsanordnung werden ebenfalls angegeben.

Description

Beschreibung
Hilfsspannungsversorgung für Stromrichter und ihr Einsatz in Fahrzeugen
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Hilfsgleichspannung für Stromrichter. Die Erfindung be trifft auch einen Stromrichter mit einer derartigen Schal tungsanordnung sowie ein Fahrzeug mit einem derartigen Strom richter. Die Erfindung betrifft außerdem ein zugehöriges Ver fahren zur Erzeugung einer Hilfsgleichspannung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Anwendungen, bei denen eine hohe Verfügbarkeit bzw. eine sehr geringe Ausfallwahrscheinlichkeit von leistungselektronischen Stromrichtern in der Hochspannungstechnik (> lkV) gefordert sind, stellen eine besondere Herausforderung an das Design, weil diese Anforderungen sowohl in technischer (Gewicht, Ef fizienz, Volumen, Komplexität, etc.) als auch in wirtschaft licher Hinsicht anspruchsvoll sind.
Ein zentraler Punkt dabei ist die Sicherstellung der Hilfs spannungsversorgung des Stromrichters, weil von der Verfüg barkeit der Hilfsspannungsversorgung die Funktion des Strom richters abhängt.
In Luftfahrtanwendungen werden Hilfsspannungsversorgungen mehrfach redundant ausgeführt, um den Ausfall eines Hilfs spannungszweiges durch andere Pfade abfangen zu können. Diese werden entweder durch AC/DC-Wandler aus dem Bordnetz (typ. 115 V / 400 Hz) gespeist oder von Batteriesystemen (typ. 28 V / DC) versorgt. Der Nachteil dieser Ausführungen ist zum einen die Komplexität, die die Redundanz mit sich bringt. Zum anderen erhöht sich dadurch das Gewicht der ge- samten Hilfsspannungsversorgung, was insbesondere in der Luftfahrt ungünstig ist.
Aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise in der Patent anmeldung US 2012/0218795 Al offengelegt, ist bei Stromrich tern eine „Flying-Kondensator Topologie" bekannt, die in der Leistungselektronik eine bekannte Mehrpunkttopologie dar stellt.
Aus der nachveröffentichten Patentanmeldung DE 102019 212 073 Al ist eine ähnliche Topologie bekannt. FIG. 1 zeigt die dazugehörige Schaltungsanordnung 1. Dabei wird eine DC Ein gangsspannung Vi in eine AC Ausgangsspannung zur Versorgung einer Phase einer dreiphasigen elektrischen Maschine 11 ge wandelt. Dazu wird die Eingangsspannung Vi, gepuffert durch die Zwischenkreiskondensatoren 4, einer Halbbrückenschaltung 2 zugeführt. Die Halbbrückenschaltung 2 wird durch den ersten Ast Ai und den zweiten Ast A2 gebildet. Die Halbbrückenschal tung 2 wandelt die Gleichspannung in eine Wechselspannung um.
Wie zu erkennen ist, besteht die Halbbrückenschaltung nicht wie in konventionellen Topologien aus zwei Schaltelementen, bei denen der Mittelpunkt einer Last zugeführt wird, sondern durch vier Schaltelemente Si bis S4. Die Schaltelemente Si bis S4 sind vorzugsweise Halbleiterbauelemente.
Das erste und das zweite gleichzeitig schaltende Schaltele ment Si und S2 bilden den ersten Ast Ai und das dritte und das vierte gleichzeitig schaltende Schaltelement S3 und S4 bilden den zweiten Ast A2. Die Serienschaltung der Schaltelemente Si und S2 bzw. S3 und S4 ermöglicht die Aufteilung der Eingangs spannung Vi auf jeweils zwei Schaltelemente Si und S2 bzw. S3 und S4 der entsprechenden Äste Ai bzw. A2. Dementsprechend können Schaltelemente Si bis S4 mit einer Nennspannung etwa gleich der halben Eingangsspannung Vi eingesetzt werden. Da bei muss lediglich sichergestellt werden, dass die Spannungs aufteilung der beiden Schaltelemente Si und S2 bzw. S3 und S4 jeweils gleich ist, da es sonst zu einer spannungsmäßigen bzw. strommäßigen Überbeanspruchung eines oder mehrerer der Schaltelemente Si bis S4 kommt, wodurch die gesamte Schal tungsanordnung 1 zerstört werden kann.
Um eine möglichst gleichmäßige Aufteilung der Eingangsspan nung Vi zu erreichen, wird an der Halbbrückenschaltung 2 ein gangsseitig parallel ein Flying-Kondensator 3 angeordnet, der die Spannungen der Schaltelemente Si und S2 bzw. S3 und S4 auch während des Kommutierungszeitraums nahezu konstant hält. Dadurch kann sich bei ungleichen Ein- und AusschaltZeitpunk ten der Schaltelemente Si und S2 bzw. S3 und S4in den Ästen Ai bzw. A2 kein großes Spannungsungleichgewicht bilden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung für eine Hilfsspan nungsversorgung bei Stromrichtern anzugeben, die gegenüber dem Stand der Technik weniger komplex ist und weniger Gewicht hat.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Ein erster Aspekt der Erfindung besteht darin, dass ein inhä rent notwendiger Kondensator eines Stromrichters zur Speisung einer Hilfsspannungserzeugungseinheit verwendet wird. Dies ist besonders bei Multilevel-Topologien, wie in FIG. 1 darge stellt, einfach möglich, weil hierbei Kondensatoren benötigt werden, die nicht die volle Zwischenkreisspannung angelegt haben. Damit müssen die Schalter der Hilfsspannungserzeu gungseinheit und die Isolation nicht auf die gesamte Zwi schenkreisspannung ausgelegt werden, was die Kosten, das Ge wicht und die Komplexität des Stromrichters verringert. Vorzugsweise soll die Spannung des angezapften Kondensators im Hochspannungskreis aktiv geregelt werden, da sonst der Be trieb des Primärstromrichters gestört oder gar unterbrochen werden könnte. Im Falle der erwähnten modularen Multilevel-, der Quasi-Multilevel-, und den nL-Flying-Capacitor-Topologien ist dies allerdings durchgehend gewährleistet.
Die Erfindung beansprucht eine Schaltungsanordnung zur Erzeu gung einer Hilfsgleichspannung, aufweisend
- eine einen Laststrom abgebende Halbbrückenschaltung, die eine Gleichspannung in eine Wechselspannung wandelt,
- wobei die Halbbrückenschaltung in jedem der beiden Äste mindestens zwei in Serie angeordnete Schaltelemente auf weist und
- wobei parallel zu jeweils korrespondierenden Schaltelemen ten der beiden Äste ein Flying-Kondensator (3, geschaltet ist, und weiter aufweisend
- eine durch den Flying-Kondensator mit elektrischer Energie gespeiste Hilfsspannungserzeugungseinheit, die ausgebildet ist, eine Hilfsgleichspannung kleiner gleich 48 V zu er zeugen.
In einer Weiterbildung kann die Spannung am Flying- Kondensator durch die Wahl der SchaltZeitpunkte der Schalt elemente regelbar sein.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Schaltungsanordnung mindestens zwei eingangsseitig, in Serie parallel zur Halb brückenschaltung angeordnete Zwischenkreiskondensatoren auf.
In einer Weiterbildung weist die Hilfsspannungserzeugungsein heit auf:
- eine Vollbrückenschaltung,
- einen durch die Vollbrückenschaltung gespeisten Transfor mator und
- eine durch den Transformator gespeiste Gleichrichterschal tung. Die Erfindung beansprucht auch einen Stromrichter, insbeson dere einen Inverter, mit einer erfindungsgemäßen Schaltungs anordnung.
Als Inverter wird ein Stromrichter bezeichnet, der aus einer Gleichspannung eine in der Frequenz und Amplitude veränderte Wechselspannung erzeugt. Aus einer Eingangsgleichspannung wird über einen Gleichspannungszwischenkreis und getaktete Halbleiterschalter eine Ausgangswechselspannung erzeugt.
Die Erfindung beansprucht auch ein Fahrzeug, insbesondere ein Luftfahrzeug, mit einem erfindungsgemäßen Stromrichter für einen elektrischen oder hybrid-elektrischen Antrieb.
Unter Fahrzeug wird jede Art von Fortbewegungs- oder Trans portmittel, sei es bemannt oder unbemannt, verstanden. Ein Luftfahrzeug ist ein fliegendes Fahrzeug.
In einer weiteren Ausgestaltung weist das Fahrzeug auf:
- einen durch den Stromrichter mit elektrischer Energie ver sorgten Elektromotor und
- einen durch den Elektromotor in Rotation versetzbaren Pro peller.
Die Erfindung beansprucht auch ein Verfahren zur Erzeugung einer Hilfsgleichspannung, aufweisend:
- eine einen Laststrom abgebende Halbbrückenschaltung, die eine Gleichspannung in eine Wechselspannung wandelt, und
- wobei die Halbbrückenschaltung in jedem der beiden Äste mindestens zwei in Serie angeordnete Schaltelemente auf weist und
- wobei parallel zu jeweils korrespondierenden Schaltelemen ten der beiden Äste ein Flying-Kondensator geschaltet ist, wobei eine Hilfsspannungserzeugungseinheit mit elektrischer Energie aus dem Flying-Kondensator gespeist wird, wobei die Hilfsgleichspannung kleiner gleich 48 V erzeugt wird. Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen eines Ausführungsbeispiels anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung gemäß Stand der Technik,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung mit HilfsSpannungserzeugungseinheit,
Fig. 3 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung mit Hilfs spannungserzeugungseinheit,
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Stromrichters und
Fig. 5 ein Luftfahrzeug mit einem Stromrichter.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
FIG. 2 zeigt die erfindungsgemäße Hilfsspannungsarchitektur am Beispiel eines Quasi-2L-Umrichters (nur eine Phase ist aber dargestellt). Die Spannung an dem Flying-Kondensator 3 wird dabei durch den Versatz der EinschaltZeitpunkte der Schaltelemente Si bis S4 geregelt; der Flying-Kondensator 3 wird zur Stabilisierung der Schalttransienten benötigt und bildet gleichzeitig den Eingangskondensator der Hilfsspan nungserzeugungseinheit 5.
FIG. 2 zeigt die Schaltungsanordnung 1 gemäß FIG. 1 mit einer Halbbrückenschaltung 2 und einem parallelen Flying- Kondensator 3, wobei parallel zum Flying-Kondensator 3 die Hilfsspannungserzeugungseinheit 5 angeordnet ist, die durch die in dem Flying-Kondensator 3 gespeicherte elektrische Energie gespeist wird. Die Hilfsspannungserzeugungseinheit 5 erzeugt eine Hilfsgleichspannung VLV kleiner gleich 48 V.
FIG. 3 zeigt ein Beispiel einer Schaltung der Hilfsspannungs erzeugungseinheit 5. Eingangsseitig befindet sich eine Voll brückenschaltung 5.1, die aus einer Eingangsgleichspannung eine Wechselspannung erzeugt. Die Wechselspannung wird zur Potenzialtrennung einem Transformator 5.2 zugeführt. Aus gangsseitig ist an dem Transformator 5.2 eine Gleichrichter schaltung 5.3 angeschlossen. Am Ausgang der Gleichrichter schaltung 5.3 steht nun die Hilfsgleichspannung VLV zur Ver fügung.
Die Topologie der Hilfsspannungserzeugungseinheit 5 kann vom Designer prinzipiell frei gewählt und ausgelegt werden, muss jedoch auf Grund des Potenzials, auf dem der Flying- Kondensator 3 liegt, den Transformator 5.2 zur Isolation der Spannung vorsehen.
Ein großer Vorteil dieser Architektur ist, dass die Schalter der Vollbrückenschaltung nicht mit der vollen Zwischenkreis spannung (> 1 kV), sondern mit der maximalen Spannung am Fly- ing-Kondensator 3 belastet werden, die je nach Anzahl der Le- vels deutlich kleiner ist. Damit können Schalter mit dersel ben Spannungsanforderung wie im Leistungskreis (Schaltelemen te Si bis S4) eingebaut werden (aber mit geringerer Stroman forderung).
In diesem Zusammenhang lässt sich aber auch schon Voraussa gen, dass die für Hilfsspannungsumrichter sehr beliebte Fly- back-Topologie hier nicht optimal ist, weil diese zur Ein gangsspannung auch noch die transformierte Ausgangsspannung auf die Schalter schlägt.
Für den Fall einer redundanten Hilfsspannungsarchitektur kann entweder der magnetische Kreis des Transformators zusätzlich angezapft werden oder die Energie wird über Dioden an den Kondensator am Ausgang gespeist. Man hätte mit der Architek- tur jedenfalls ein Versorgungspfad von Hochspannung auf Nie derspannung auf geeignete Weise hergestellt, was bislang nur durch zusätzliche Hochspannungs-Hilfswandler möglich war.
Das hier vorgestellte Konzept kann sowohl als „Stand-alone"- Hilfsspannungsversorgung für AC/DC, DC/AC und DC/DC (Quasi-) Multilevel-Stromrichter eingesetzt werden, oder als zusätzli chen Hilfsversorgungszweig für kritische Anwendungen, wie beispielsweise in der Luftfahrt.
FIG. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines DC/AC Stromrichters 7, insbesondere eines Umrichters, mit einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer dreiphasigen Wechselspannung. Dazu sind für jede Phase eine Halbbrückenschaltung 2 mit Flying- Kondensator 3 ausgebildet. Die Halbbrückenschaltung 2 wird von einem Zwischenkreiskondensator 4 mit Gleichspannung ver sorgt. Jeder Flying-Kondensator 3 speist jeweils eine Hilfs spannungserzeugungseinheit 5.
FIG. 5 zeigt ein elektrisches oder hybrid-elektrisches Luft fahrzeug 8, insbesondere ein Flugzeug, mit einem Stromrichter 7 gemäß FIG. 4, der einen Elektromotor 9 mit elektrischer Energie versorgt. Der Elektromotor 9 treibt einen Propeller 10 an. Beide sind Teil einer elektrischen Schuberzeugungsein heit. Ein Stromrichter 7 kann auch Teil eines elektrischen Bordnetzes sein.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung durch die offenbarten Beispiele nicht eingeschränkt und ande re Variationen können vom Fachmann daraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Bezugszeichenliste
1 Schaltungsanordnung
2 Halbbrückenschaltung
3 Flying-Kondensator
4 Zwischenkreiskondensator
5 Hilf sSpannungserzeugungseinheit
5.1 Vollbrückenschaltung
5.2 Transformator
5.3 Gleichrichterschaltung
7 Stromrichter
8 Luftfahrzeug
9 Elektromotor
10 Propeller
11 Elektrische Maschine
Ai erster Ast
A2 zweiter Ast
II Laststrom
51 erstes Schaltelement
52 zweites Schaltelement
53 drittes Schaltelement
54 viertes Schaltelement
Vcxi Spannung am Flying Kondensator 3
Vi Eingangsspannung
VLV Hilfsgleichspannung

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung (1) zur Erzeugung einer Hilfsgleich spannung (VLV), aufweisend:
- eine einen Laststrom (II) abgebende Halbbrückenschaltung (2), die eine Gleichspannung (Vf) in eine Wechselspannung wandelt, und
- wobei die Halbbrückenschaltung (2) in jedem der beiden Äs te (Ai, A2) mindestens zwei in Serie angeordnete Schalt elemente (Si, S2 bzw. S3, S4) aufweist und
- wobei parallel zu jeweils korrespondierenden Schaltelemen ten (S2, S3) der beiden Äste (Ai, A2) ein Flying- Kondensator (3) geschaltet ist, gekennzeichnet durc :
- eine durch den Flying-Kondensator (3) mit elektrischer Energie gespeiste Hilfsspannungserzeugungseinheit (5), die ausgebildet ist, eine Hilfsgleichspannung (VLV) kleiner gleich 48 V zu erzeugen.
2. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung (Vcxi) am Flying-Kondensator (3) durch die Wahl der SchaltZeitpunkte der Schaltelemente (Si bis S4) re gelbar ist.
3. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch:
- mindestens zwei eingangsseitig, in Serie parallel zur Halbbrückenschaltung (2) angeordnete Zwischenkreiskonden satoren (4).
4. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsspannungserzeugungseinheit (5) aufweist:
- eine Vollbrückenschaltung (5.1),
- einen durch die Vollbrückenschaltung (5.1) gespeisten Transformator (5.2) und - eine durch den Transformator (5.2) gespeiste Gleichrich terschaltung (5.3).
5. Stromrichter (7) mit einer Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
6. Stromrichter (7) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet dass der Stromrichter (7) ein Inverter ist.
7. Fahrzeug mit einem Stromrichter (7) nach Anspruch 5 oder 6 für einen elektrischen oder hybrid-elektrischen Antrieb.
8. Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Luftfahrzeug (8) ist.
9. Fahrzeug (8) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch:
- einen durch den Stromrichter (7) mit elektrischer Energie versorgten Elektromotor (9) und
- einen durch den Elektromotor (9) in Rotation versetzbaren Propeller (10).
10. Verfahren zur Erzeugung einer Hilfsgleichspannung (VLV), aufweisend:
- eine einen Laststrom (IL) abgebende Halbbrückenschaltung (2), die eine Gleichspannung (Vi) in eine Wechselspannung wandelt, und
- wobei die Halbbrückenschaltung (2) in jedem der beiden Äs te (Ai, A2) mindestens zwei in Serie angeordnete Schalt elemente (Si, S2 bzw. S3, S4) aufweist und
- wobei parallel zu jeweils korrespondierenden Schaltelemen ten (S2, S3) der beiden Äste (Ai, A2) ein Flying- Kondensator (3) geschaltet ist, gekennzeichnet durch:
- eine Speisung einer Hilfsspannungserzeugungseinheit (5) mit elektrischer Energie aus dem Flying-Kondensator (3), wobei eine Hilfsgleichspannung (VLV) kleiner gleich 48 V erzeugt wird.
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