WO2021089239A1 - Stromrichter und verfahren zum betreiben eines stromrichters - Google Patents

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WO2021089239A1
WO2021089239A1 PCT/EP2020/076963 EP2020076963W WO2021089239A1 WO 2021089239 A1 WO2021089239 A1 WO 2021089239A1 EP 2020076963 W EP2020076963 W EP 2020076963W WO 2021089239 A1 WO2021089239 A1 WO 2021089239A1
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switches
converter
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various embodiments
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Zaki Mohzani
Jan Riedel
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the present disclosure relates to a power converter and a method for operating a power converter.
  • Electric vehicles use power converters, such as DC / DC converters, to transfer energy between a low-voltage battery / grid and a higher-voltage battery. These DC / DC converters are also used to charge the vehicle batteries from the mains. Due to the tendency towards electrification of vehicles, direct current / direct current converters are still required that can not only transmit more power, but also with the same or even smaller mechanical size. The power density (kW / m 3 ) of the direct current / direct current converter must therefore be increased.
  • PSFB topologies phase-shifted full bridge
  • DAB topologies dual-active bridge
  • ZVS zero-voltage switching
  • PSFB or DAB-based versions are also not exempt from protection requirements, such as protection against undervoltage, overvoltage, overcurrent, short circuit and other unexpected events. These protection requirements require additional components (e.g. sensors), which can also increase the final cost of a product.
  • the present disclosure relates to a power converter.
  • the converter can be designed to receive an input voltage and to output an output voltage.
  • the converter can have several switches.
  • the converter can also have a control unit connected to the plurality of switches, the control unit being configured to control the plurality of switches of the converter based on data in a database using an input parameter or an output parameter of the converter.
  • the present disclosure also relates to a method for operating a power converter.
  • the method may include controlling multiple switches of the converter using a control unit connected to the multiple switches based on data in a database using an input parameter or an output parameter of the converter.
  • FIG. 1 illustrates a block diagram of a converter 100 according to various embodiments
  • FIG. 2 illustrates a block diagram of a power converter 200 according to various embodiments
  • FIG. 3 illustrates a basic circuit diagram of a converter 300 according to various embodiments
  • FIG. 4 illustrates a diagram 400 of a first gating signal 410 and a second gating signal 420 with a phase shift 430 according to various embodiments.
  • FIG. 1 illustrates a block diagram of a power converter 100 in accordance with various embodiments.
  • the power converter 100 can have a primary converter 110.
  • the power converter 100 can have an alternating current network 120.
  • the power converter 100 may include a secondary converter 130.
  • the converter 100 can have a control unit 140.
  • the primary converter 110 may be a DC-to-AC converter and the secondary converter 130 may be an AC-to-DC converter.
  • the primary converter 110 can include multiple switches.
  • the plurality of switches can be field effect transistors (FETs), for example metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOS FETs).
  • the multiple switches may be insulated gate bipolar transistors (IGBTs).
  • the AC grid 120 may be electrically coupled to the primary converter 110.
  • the secondary converter 130 may be electrically coupled to the AC grid 120.
  • the secondary converter 130 can include multiple switches.
  • the plurality of switches can be field effect transistors (FETs), for example metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOS FETs).
  • the multiple switches may be insulated gate bipolar transistors (IGBTs).
  • the controller 140 may be a wired logic circuit or a programmable logic circuit such as a programmable processor.
  • the control unit can also be a software executing processors such. Any type of computer program stored in memory, firmware, or any combination thereof.
  • the controller 140 may be connected to the plurality of switches.
  • the plurality of switches may be in the primary converter 110 and / or the secondary converter 130.
  • control unit 140 can be designed to activate the multiple switches of the converter based on data in a database using an input parameter or an output parameter of the current judge's 100 control.
  • the database can be a look-up table.
  • the look-up table can be implemented as read-only memory (ROM), electrically erasable programmable ROM (EEPROM), or any other suitable means, for example programmatic.
  • the AC grid 120 may include or be a transformer. In various embodiments, the AC grid 120 may have a primary side and a secondary side. The primary side of the AC grid 120 may be electrically coupled to the primary converter 110. The secondary side of the AC grid 120 may be electrically coupled to the secondary converter 130.
  • the power converter 100 can be a DC-DC converter.
  • the DC-DC converter can be an electronic circuit that is able to receive a first DC voltage level at an input and convert this into a second DC voltage level at an output, wherein the second voltage level can preferably differ from the first voltage level .
  • FIG. 2 illustrates a block diagram of a power converter 200 in accordance with various embodiments.
  • the power converter 200 may have a primary converter 210.
  • the power converter 200 can have an alternating current network 220.
  • the power converter 200 may have a secondary converter 230.
  • the power converter 200 can also have a control unit (not shown).
  • the primary converter 210 may be configured to receive an input voltage from a power source 250.
  • the power source 250 may be a DC power source.
  • the input voltage can be a direct voltage.
  • the input voltage can be between 250 V and 450 V.
  • the secondary converter 230 may be configured to output an output voltage.
  • the output voltage can be a direct voltage.
  • the output voltage can be below the input voltage.
  • the output voltage can be between 20 V and 40 V.
  • the secondary converter 230 may be connected to a load 260.
  • load 260 can be a DC load.
  • the secondary converter 230 may be configured to output the output voltage to the load 260.
  • the secondary converter 230 may be configured to receive an input voltage from a power source 250.
  • the power source 250 may be a DC power source.
  • the input voltage can be a direct voltage.
  • the primary converter 210 may be configured to output an output voltage.
  • the output voltage can be a direct voltage.
  • the primary converter 210 may be connected to a load 260.
  • load 260 can be a DC load.
  • the primary converter 210 may be configured to output the output voltage to the load 260.
  • the power converter 200 can be a bidirectional converter, for example, in one operating mode, the secondary converter 230 can receive a DC voltage as an input, a DC side (which is not connected to the AC mains 220) of the primary converter 210 can serve as an output and can be a A circuit connected to the DC side of the primary converter 210 serves as the load. In another mode of operation, the primary converter 210 can receive DC voltage as an input, a DC side (not connected to the AC grid 220) of the secondary converter 230 can serve as an output, and a circuit connected to the DC side of the secondary converter 230 can serve as an output. tion can serve as a burden.
  • FIG. 2 is used as an example to describe the bidirectionality of the converter, the disclosure is not limited thereto.
  • the description of the converter 100 also applies to the converter 200.
  • FIG. 3 illustrates a basic circuit diagram of a converter 300 according to various embodiments.
  • the power converter 300 can have a primary converter 310.
  • the converter 300 can have an alternating current network 320.
  • the power converter 300 may include a secondary converter 330.
  • the power converter 300 can also have a control unit (not shown) that controls the switches.
  • the control unit can be connected to the control connection of the transistors (connection not shown).
  • the primary converter 310 may be configured to receive an input voltage from a power source 250.
  • the power source 250 may be a DC power source.
  • the input voltage can be a direct voltage.
  • the secondary converter 330 may be configured to output an output voltage.
  • the output voltage can be a direct voltage.
  • the secondary converter 330 may be connected to a load 360.
  • the load 360 can be a DC load.
  • the secondary converter 330 may be configured to output the output voltage to the load 360.
  • the secondary converter 330 may be configured to receive an input voltage from a power source 250.
  • the power source 250 may be a direct current source.
  • the input voltage can be a direct voltage.
  • the primary converter 310 may be configured to output an output voltage.
  • the output voltage can be a direct voltage.
  • the primary converter 310 may be connected to a load 360.
  • the load 360 can be a DC load.
  • the primary converter 310 may be configured to output the output voltage to the load 360.
  • the primary converter 110 may have multiple switches.
  • the plurality of switches may be field effect transistors (FETs), for example metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOS FETs).
  • the multiple switches may be insulated gate bipolar transistors (IGBTs).
  • the secondary converter 330 can include multiple switches.
  • the plurality of switches can be field effect transistors (FETs), for example metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOS FETs).
  • the multiple switches may be insulated gate bipolar transistors (IGBTs).
  • the power converter 300 can be a dual-active bridge converter.
  • the primary converter can be or have a first active bridge circuit.
  • the secondary converter can be or have a second active bridge circuit.
  • the power converter 300 may include a first pair of switches 371, 372 of the plurality of switches and a second pair of switches 376,
  • the first pair of switches 371, 372 and the second pair of switches 376, 377 can be connected in a first active bridge circuit.
  • the first active bridge circuit can have a first half-bridge circuit 370 and a second half-bridge circuit 375.
  • the first half-bridge circuit 370 can include the first pair of switches 371, 372.
  • the second half-bridge circuit 375 can have the second pair of switches 376, 377.
  • the power converter 300 may include a third pair of switches 381, 382 of the plurality of switches and a fourth pair of switches 386, 387 of the plurality of switches.
  • the third pair of switches 381, 382 and the fourth pair of switches 386, 387 can be closed in a second active bridge circuit.
  • the second active bridge circuit can have a third half-bridge circuit 380 and a fourth half-bridge circuit 385.
  • the third half-bridge circuit 380 can have the third pair of switches 381, 382.
  • the fourth half-bridge circuit 385 can include the fourth pair of switches 386, 387.
  • each switch of each pair of switches of the first pair of switches, the second pair of switches, the third pair of switches, and the fourth pair of switches operate in a complementary operation with the other switch in the pair of switches, d. H. when one switch is on, the other switch is off.
  • the switches can be controlled by a control circuit, for example a gate driver.
  • one of the first pair of switches 371, 372 can be controlled by a first gating signal.
  • the first gating signal can be a voltage signal.
  • the switching on and off of a switch of the first pair of switches 371, 372 can be controlled by the first gating signal, which is fed to a control terminal of a switch of the first pair of switches 371, 372, for example a gate terminal of a MOSFET switch.
  • the other one of the first pair of switches 371, 372 can be controlled by a logically inverted first gating signal.
  • switch 371 may be on while switch 372 may be off, or switch 372 may be on while switch 371 can be off.
  • one of the second pair of switches 376, 377 can be controlled by a second gating signal.
  • the second Auftastsig signal can be a voltage signal.
  • the switching on and off of one switch of the second pair of switches 376, 377 can be controlled by the second gating signal that is sent to a control terminal of the one switch of the first pair of switches 376, 377, for example a gate terminal of a MOSFET switch will lead.
  • the other one of the second pair of switches 376, 377 can be controlled by a logically inverted first gating signal.
  • switch 376 can be on while switch 377 can be off, or switch 377 can be on while switch 376 can be off.
  • one of the third pair of switches 381, 382 can be controlled by a third keying signal.
  • the third gating signal can be a voltage signal.
  • the switching on and off of one switch of the third pair of switches 381, 382 can be controlled by the third gating signal that is sent to a control terminal of the one switch of the third pair of switches 381, 382, for example a gate terminal of a MOSFET switch will lead.
  • the other one switch of the third pair of switches 381, 382 can be controlled by a logically inverted first gating signal.
  • switch 381 can be on while switch 382 can be off, or switch 382 can be on while switch 381 can be off.
  • one of the fourth pair of switches 386, 387 can be controlled by a fourth gating signal.
  • the fourth gating signal can be a voltage signal.
  • the switching on and off of one switch of the fourth pair of switches 386, 387 can be controlled by the fourth gating signal that is sent to a control terminal of the one switch of the fourth pair of switches 386, 387, for example a gate terminal of a MOSFET switch will lead.
  • the other one of the fourth pair of switches 386, 387 can be controlled by a logically inverted first gating signal.
  • switch 386 can be on while switch 387 can be off, or switch 387 can be on and switch 386 can be off.
  • At least one of (e.g. all) the first keying signal, the second keying signal, the third keying signal and the fourth keying signal may be in the form of a pulse wave, for example a square wave.
  • the power converter 300 can include a gate driver chip that can provide complementary signals with a dead time, which can be referred to as the blanking time.
  • the blanking time can be a time gap between the complementary signals.
  • the time gap can be 10 ms to 20 ms.
  • the blanking time can be between 0 and 20% of the switching period (Tsw).
  • the blanking time can be relative to the switching frequency (freq_sw).
  • the gating signals can be the same, but the MOSFET switches can be complementary.
  • one switch of each pair of switches can be a p-switch while another switch of each pair of switches can be a n-switch.
  • each of the gating signals can, if necessary, be inverted and / or level-matched, for example depending on the characteristics of the transistor that is to be operated by a gating signal.
  • the control unit (not shown) of the converter 300 can be designed to control the first pair of switches 371, 372 and / or the second pair of switches 376, 377 and / or the third pair of switches 381, 382 and / or to control the fourth pair of switches 386, 387 in such a way that switching losses are reduced.
  • the control unit can be configured to operate all of the first pair of switches 371, 372, the second pair of switches 376, 377, the third pair of switches 381, 382, and the fourth pair of Switches 386, 387 to control.
  • the control unit can reduce the "switching losses" down to zero, whereby a zero voltage switching (ZVS) is achieved.
  • control unit can be configured to shift the first gating signal and the second gating signal in phase by a first time interval.
  • the phase shift between the first touch-up signal and the second touch-up signal can be 90 degrees.
  • switch 371 when switch 371 is on, switch 376 may be off. This can result in a maximum current flowing to the primary side of the AC grid 320.
  • control unit can also be designed to shift the third gating signal and the fourth gating signal in phase by a second time interval.
  • control unit can also be designed to shift the first gating signal and the third gating signal in phase by a third time interval.
  • control unit can also be designed to shift the second gating signal and the fourth gating signal into phase by a fourth time interval.
  • the duration of one or more of the first time interval, the second time interval and the third time interval may be related to a degree of the phase shift.
  • the phase shift can be within 0 degrees to 180 degrees.
  • the phase between two signals can be determined using the difference between the leading or trailing edges of the signals.
  • the absolute time interval (e.g. in milliseconds) of one or more of the first time interval, the second time interval and the third time interval can be determined using the switching frequency (freq_sw). For example, the absolute time interval can be calculated using (phase shift / 360) * (l / freq_sw).
  • the range for the first phase shift (alpha) between the first gating signal and the second gating signal can be between 0 and 180 degrees, wherein, if the first phase shift is 0 degrees, a zero voltage can be present through the primary winding, and wherein, if the first phase shift 180 degrees, a maximum voltage can be present through the primary winding.
  • the first time interval, when the first phase shift is 180 degrees between the first gating signal and the second gating signal, can be 0.5 * (l / freq_sw).
  • the range for the second phase shift (beta) between the third gating signal and the fourth gating signal can be between 0 to 180 degrees, wherein if the second phase shift is 0 degrees, a zero voltage can be present through the secondary winding, and where, if the second phase shift 180 degrees, a maximum voltage can be present through the secondary winding. If the second phase shift between the third gating signal and the fourth gating signal is 180 degrees, the second time interval can be 0.5 * (l / freq_sw).
  • the range for the third phase shift (delta) between the first gating signal and the third gating signal can be between -90 to 90 degrees, wherein if the third phase shift between the first gating signal and the third gating signal is -90 degrees, a maximum power transmission in negative Direction can be present, wherein when the third phase shift between the first Auftastsignal and the third Auftastignal is 0 degrees, there may be a zero power transmission between the primary winding and the secondary winding, and where, when the third phase shift between the first Auftastignal and the third Auftastignal 90 degrees is, there can be a maximum power transfer in the positive direction.
  • the third time interval can be 0.25 * (l / freq_sw).
  • the third phase shift when the third phase shift is 0 degrees, there may be minimal power transfer between the primary winding and the secondary winding when the primary winding voltage and the reflected secondary winding voltage (secondary * turns ratio) are not equal. For example, if the primary winding span voltage is 10 Vac and the reflected secondary winding voltage is 9 Vac, current can flow. The current can be (10-9) / (impedance_of_ the_AC network).
  • the power converter 300 can have a database.
  • the database can be a look-up table.
  • the database can have data that take into account the input voltage, output voltage and the desired power of the converter 300.
  • the look-up table can be a three-dimensional table. In some embodiments, the look-up table can have three entries.
  • the three inputs can be an input voltage, an output voltage and a desired power or a desired current. For example, the input voltage can be 350 V, the output voltage 30 V and the desired current 20 A.
  • the look-up table can have three outputs.
  • the three outputs can be the first phase shift, the second phase shift, and the third phase shift.
  • the first phase shift can be a value between 0 and 180 degrees.
  • the second phase shift can be a value between 0 and 180 degrees.
  • the third phase shift can be a value between -90 and 90 degrees.
  • the first phase shift, the second phase shift and the third phase shift can be transferred in absolute time.
  • the database can have pre-calculated output values.
  • known input values operated by ZVS can be filled with corresponding output values.
  • known input values not operated by ZVS can be filtered out, or they can be set to zero for all three output values. For example, in the case of an overcurrent with an input voltage of 350V, an output voltage of 30V and a desired current of 35A (which exceeds the table limit by 5A) the first phase shift, the second phase shift and the third phase shift can be zero, which Can cause the converter to stop transmitting power.
  • the database can be a look-up table.
  • the look-up table can be an index arrangement.
  • the look-up table can be arranged as key-value pairs, where the keys are the searched (looked up) data items and the values are the data output of the look-up table.
  • the key can be the input parameters and / or the output parameters of the converter, while the data output of the look-up table can be at least one of the first to the fourth time interval of the phase shifts.
  • the first time interval and / or the second time interval and / or the third time interval can be obtained from the data in the database using an input parameter or an output parameter.
  • the determination of the first time interval and / or the second time interval and / or the third time interval using the database may include taking into account values of the impedance of the alternating current network 320.
  • the input parameter can be an input voltage. In various embodiments, the input parameter can be an input current.
  • the output parameter can be an output voltage. In various embodiments, the output parameter can be an output current.
  • the first time interval and / or the second time interval and / or the third time interval can be set to zero if the input parameter or the output parameter exceeds a value of the data in the database. In various embodiments, the first time interval and / or the second time interval and / or the third time interval can be set to zero within a switching period. When the time intervals are zero, the phase shift between the strobe signals is 0 degrees. For example, if the first time interval is zero, the phase shift between the first gating signal and the second gating signal is zero. This can result in no alternating current Selstromnetz 320 flows, which can protect the converter 300 during events such as an undervoltage, an overvoltage and an overcurrent.
  • the first phase shift when the first phase shift is 0 degrees, there may be a voltage of 0 V through the primary winding, although the switches are still turning on and off at the switching frequency.
  • the second phase shift when the second phase shift is 0 degrees, there may be a voltage of 0 volts through the secondary winding, although the switches are still turned on and off at the switching frequency.
  • the third phase shift can be set to 0 degrees to prevent further transmission of power.
  • the description of the converter 100 and / or of the converter 200 also applies to the converter 300.
  • FIG. 4 illustrates a diagram 400 of the first gating signal 410 and the second gating signal 420 with a phase shift 430 according to various embodiments.
  • a pair of phase-shifted periodic gating signals 410, 420 is shown for a switching period Tsw, the horizontal axis 450 representing the time and the vertical axis 460 representing the voltage.
  • the first gating signal 410 for a first switch and the second gating signal 420 for a second switch are phase-shifted by the time interval F.
  • the power converter can be used in the general power supply.
  • the converter can be used in an electrical or for an electrical transport device, for example an e-scooter charger.
  • the converter can be used in a motor vehicle direct current / direct current converter.
  • the converter can be in one An electric vehicle (EV) charger can be used.
  • the direct current / direct current converter can be used in photovoltaic (PV) systems, for example in PV home storage systems.
  • the power converter can be used in any suitable device that uses a PSFB or a DAB.
  • the converter can have a protection system that can be able to react within a switching period.
  • the converter can have the advantage that it has no control delay since no control loop is used.
  • the control loop can be used to adjust the resistance or temperature dependency of some components.
  • the database can handle 98-99% of the power transfer, while the remaining 1-2% can be handled by the control loop. Thus the control delay can be insignificant.
  • the power converter can have the advantage of protecting itself without any additional circuitry or with a reduced amount of additional circuitry.

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Abstract

Es wird ein Stromrichter (300) offenbart, der dafür ausgelegt ist, eine Eingangsspannung (350) zu empfangen und eine Ausgangsspannung (360) auszugeben. Der Stromrichter weist mehrere Schalter (371,...,387) auf. Der Stromrichter weist auch eine Steuereinheit auf, die an die mehreren Schalter angeschlossen ist, wobei die Steuereinheit dafür ausgelegt ist, die mehreren Schalter des Stromrichters basierend auf Daten in einer Datenbank unter Verwendung eines Eingangsparameters oder eines Ausgangsparameters zu steuern. Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Stromrichters offenbart. Das Verfahren weist das Steuern von mehreren Schaltern des Stromrichters unter Verwendung einer Steuereinheit auf, die an die mehreren Schalter angeschlossen ist, basierend auf Daten in einer Datenbank unter Verwendung eines Eingangsparameters oder eines Ausgangsparameters.

Description

Beschreibung
Titel
STROMRICHTER UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES STROMRICHTERS
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Stromrichter und ein Verfahren zum Betrei ben eines Stromrichters.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Elektrofahrzeuge (Electric Vehicles, EVs) nutzen Stromrichter, wie Gleich strom/Gleichstrom-Wandler, um Energie zwischen einer Niederspannungsbatterie / ei nem Niederspannungsnetz und einer Batterie mit höherer Spannung zu übertragen. Diese Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler werden auch verwendet, um die Fahrzeugbat terien am Stromnetz aufzuladen. Durch die Tendenz der Elektrifizierung von Fahrzeu gen werden weiterhin Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler benötigt, die nicht nur mehr Leistung übertragen können, sondern dies auch bei gleicher oder sogar kleinerer me chanischer Größe möglich ist. Somit muss die Leistungsdichte (kW/m3) der Gleich strom/Gleichstrom-Wandler erhöht werden.
Es können PSFB-Topologien (PSFB: Phase-shifted Full Bridge, phasenverschobene Vollbrücke) oder die DAB-Topologien (DAB: Dual-Active Bridge, doppelaktive Brücke) verwendet werden, um eine höhere Leistungsdichte zu erreichen. Diese neuen Topo logien bieten eine höhere Leistungsdichte durch das Ein- und Ausschalten von Halb leiterschaltern auf eine solche Weise, dass die „Schaltverluste“ auf null reduziert wer den. Diese Technik wird als Nullspannungsschaltung (Zero-Voltage Switching, ZVS) bezeichnet.
Bestehende PS FB/DAB- Ausführungen können während des Betriebs auf Grund von Schwankungen bei der Konstruktion des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers und/oder von im Betrieb verwendeten Lasten keine ZVS garantieren. Somit werden bei diesen bestehenden Wandlern Regelkreise und viele Sensoren verwendet, um eine ZVS zu gewährleisten, was die Kosten der Wandler erhöht.
PSFB- oder DAB-basierte Ausführungen sind auch nicht von Schutzanforderungen ausgenommen, wie der Schutz vor Unterspannung, Überspannung, Überstrom, Kurz schluss und anderen unerwarteten Ereignissen. Diese Schutzanforderungen erfordern zusätzliche Bauteile (z. B. Sensoren), die auch die Endkosten eines Produkts erhöhen können.
Somit besteht der Bedarf, einen verbesserten Stromrichter zur Verfügung zu stellen, der die Notwendigkeit zusätzlicher Bauteile sowie die Herstellungskosten verringern kann.
KURZFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Stromrichter. Der Stromrichter kann dafür ausgelegt sein, eine Eingangsspannung zu empfangen und eine Ausgangsspannung auszugeben. Der Stromrichter kann mehrere Schalter aufweisen. Der Stromrichter kann auch eine Steuereinheit aufweisen, die an die mehreren Schalter angeschlossen ist, wobei die Steuereinheit dafür ausgelegt ist, die mehreren Schalter des Stromrich ters basierend auf Daten in einer Datenbank unter Verwendung eines Eingangspara meters oder eines Ausgangsparameters des Stromrichters zu steuern.
Die vorliegende Offenbarung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines Strom richters. Das Verfahren kann das Steuern von mehreren Schaltern des Stromrichters unter Verwendung einer Steuereinheit, die an die mehreren Schalter angeschlossen ist, basierend auf Daten in einer Datenbank unter Verwendung eines Eingangsparame ters oder eines Ausgangsparameters des Stromrichters aufweisen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der vorlie genden Offenbarung anhand der folgenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
FIG. 1 ein Blockschaltbild eines Stromrichters 100 gemäß verschiedenen Ausführungs formen veranschaulicht,
FIG. 2 ein Blockschaltbild eines Stromrichters 200 gemäß verschiedenen Ausführungs formen veranschaulicht,
FIG. 3 ein Prinzipschaltbild eines Stromrichters 300 gemäß verschiedenen Ausfüh rungsformen veranschaulicht,
FIG. 4 ein Diagramm 400 eines ersten Auftastsignals 410 und eines zweiten Auftast signals 420 mit einer Phasenverschiebung 430 gemäß verschiedenen Ausführungs formen veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende ausführliche Beschreibung beschreibt spezielle Einzelheiten und Ausfüh rungsformen, bei denen die Erfindung praktiziert werden kann. Diese Ausführungsfor men sind ausreichend ausführlich beschrieben, um Fachleute in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen. Sonstige Ausführungsformen können benutzt und Ände rungen vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Die verschiedenen Ausführungsformen schließen sich nicht unbedingt gegenseitig aus, da einige Ausführungsformen mit einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert werden können, um neue Ausführungsformen zu bilden.
Merkmale, die im Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben werden, können entsprechend auf das gleiche oder ähnliche Merkmale in den anderen Ausfüh rungsformen anwendbar sein. Merkmale, die im Zusammenhang mit einer Ausfüh rungsform beschrieben werden, können entsprechend auf andere Ausführungsformen anwendbar sein, auch wenn dies nicht ausdrücklich in diesen anderen Ausführungs formen beschrieben ist. Außerdem können Zusätze und/oder Kombinationen und/oder Alternativen, wie sie für ein Merkmal im Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben werden, entsprechend auf das gleiche oder ähnliche Merkmal in den an deren Ausführungsformen anwendbar sein.
Die hier veranschaulichend beschriebene Erfindung kann geeigneterweise ohne ir gendein Element oder irgendwelche Elemente, irgendeine Einschränkung oder irgend welche Einschränkungen, die hier nicht speziell offenbart sind, praktiziert werden. So mit verstehen sich die Begriffe „umfassend“, „aufweisend“, „enthaltend“ usw. umfang reich und ohne Einschränkung. Das Wort „umfassen“ oder Abwandlungen, wie etwa „umfasst“ oder „umfassend“, verstehen sich demgemäß derart, dass sie die Einbezie hung einer angegebenen ganzen Zahl oder Gruppen von ganzen Zahlen, jedoch nicht den Ausschluss irgendeiner anderen ganzen Zahl oder Gruppe von ganzen Zahlen im plizieren. Außerdem wurden die Begriffe und Ausdrücke, die hier verwendet wurden, als Begriffe der Beschreibung und nicht der Einschränkung verwendet, und es besteht bei der Verwendung solcher Begriffe und Ausdrücke keinerlei Absicht, irgendwelche Äquivalente der gezeigten und beschriebenen Merkmale oder Teile von diesen auszu schließen, es wird jedoch erkannt, dass verschiedene Modifikationen innerhalb des beanspruchten Rahmens der Erfindung möglich sind. Somit sollte es selbstverständlich sein, dass, obwohl die vorliegende Erfindung speziell durch beispielhafte Ausführungs formen und optionale Merkmale offenbart wurde, die Fachleute auf eine Modifikation und Variante der hier ausgeführten offenbarten Erfindungen zurückgreifen können, und dass solche Modifikationen und Varianten als innerhalb des Rahmens dieser Erfindung liegend betrachtet werden.
FIG. 1 veranschaulicht ein Blockschaltbild eines Stromrichters 100 gemäß verschiede nen Ausführungsformen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Stromrichter 100 einen primären Wandler 110 aufweisen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Stromrichter 100 ein Wechselstromnetz 120 aufweisen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Stromrichter 100 einen sekundären Wandler 130 aufweisen. In verschiedenen Aus führungsformen kann der Stromrichter 100 eine Steuereinheit 140 aufweisen. Zum Beispiel kann der primäre Wandler 110 ein Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler und der sekundäre Wandler 130 ein Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler sein. Bei manchen Ausführungsformen kann der primäre Wandler 110 mehrere Schalter aufweisen. In verschiedenen Ausführungsformen können die mehreren Schalter Feld effekttransistoren (FETs) sein, zum Beispiel Metall-Oxid-Halbleiter- Feldeffekttransistoren (MOS FETs). Bei manchen Ausführungsformen können die meh reren Schalter Isolierschicht-Bipolartransistoren (Insulated Gate Bipolar Transistors, IGBTs) sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Wechselstromnetz 120 elektrisch an den primären Wandler 110 gekoppelt sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der sekundäre Wandler 130 elektrisch an das Wechselstromnetz 120 gekoppelt sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der sekundäre Wandler 130 mehrere Schalter aufweisen. In verschiedenen Ausführungsformen können die mehreren Schal ter Feldeffekttransistoren (FETs) sein, zum Beispiel Metall-Oxid-Halbleiter- Feldeffekttransistoren (MOS FETs). Bei manchen Ausführungsformen können die meh reren Schalter Isolierschicht-Bipolartransistoren (Insulated Gate Bipolar Transistors, IGBTs) sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuereinheit 140 eine drahtgebundene Logikschaltung oder eine programmierbare Logikschaltung, wie ein programmierbarer Prozessor, sein. Die Steuereinheit kann auch ein eine Software ausführender Prozes sor sein, z. B. jede Art von Computerprogramm, das in einem Speicher gespeichert ist, Firmware oder irgendeine Kombination davon.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuereinheit 140 an die mehreren Schalter angeschlossen sein. In verschiedenen Ausführungsformen können die mehre ren Schalter in dem primären Wandler 110 und/oder dem sekundären Wandler 130 vorliegen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuereinheit 140 dafür ausgelegt sein, die mehreren Schalter des Stromrichters basierend auf Daten in einer Datenbank unter Verwendung eines Eingangsparameters oder eines Ausgangsparameter des Strom- richters 100 zu steuern. In verschiedenen Ausführungsformen kann es sich bei der Da tenbank um eine Nachschlagetabelle handeln. Die Nachschlagetabelle kann als Fest speicher (Read-Only Memory, ROM), elektrisch löschbarer programmierbarer Fest speicher (Electrically Erasable Programmable ROM, EEPROM) oder irgendeine ande re geeignete Einrichtung, zum Beispiel programmatisch, implementiert sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Wechselstromnetz 120 einen Trans formator aufweisen oder ein solcher sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Wechselstromnetz 120 eine primäre Seite und eine sekundäre Seite aufweisen. Die primäre Seite des Wechselstromnetzes 120 kann elektrisch an den primären Wandler 110 gekoppelt sein. Die sekundäre Seite des Wechselstromnetzes 120 kann elektrisch an den sekundären Wandler 130 gekoppelt sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Stromrichter 100 ein Gleichstrom- Gleichstrom-Wandler sein. Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler kann eine elektroni sche Schaltung sein, die in der Lage ist, einen ersten Gleichspannungspegel an einem Eingang zu empfangen und diesen in einen zweiten Gleichspannungspegel an einem Ausgang umzuwandeln, wobei sich der zweite Spannungspegel vorzugsweise von dem ersten Spannungspegel unterscheiden kann.
FIG. 2 veranschaulicht ein Blockschaltbild eines Stromrichters 200 gemäß verschiede nen Ausführungsformen. Der Stromrichter 200 kann einen primären Wandler 210 auf weisen. Der Stromrichter 200 kann ein Wechselstromnetz 220 aufweisen. Der Strom richter 200 kann einen sekundären Wandler 230 aufweisen. Der Stromrichter 200 kann auch eine Steuereinheit (nicht gezeigt) aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der primäre Wandler 210 dafür ausgelegt sein, eine Eingangsspannung von einer Stromquelle 250 zu empfangen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Stromquelle 250 eine Gleichstromquel le sein. Die Eingangsspannung kann eine Gleichspannung sein. Die Eingangsspan nung kann zwischen 250 V und 450 V liegen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der sekundäre Wandler 230 dafür ausge legt sein, eine Ausgangsspannung auszugeben. Die Ausgangsspannung kann eine Gleichspannung sein. Die Ausgangsspannung kann unter der Eingangsspannung lie gen. Die Ausgangsspannung kann zwischen 20 V und 40 V liegen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der sekundäre Wandler 230 an eine Last 260 angeschlossen sein. Zum Beispiel kann die Last 260 eine Gleichstromlast sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann der sekundäre Wandler 230 dafür ausgelegt sein, die Ausgangsspannung an die Last 260 auszugeben.
Alternativ kann der sekundäre Wandler 230 dafür ausgelegt sein, eine Eingangsspan nung von einer Stromquelle 250 zu empfangen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Stromquelle 250 eine Gleichstromquel le sein. Die Eingangsspannung kann eine Gleichspannung sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der primäre Wandler 210 dafür ausgelegt sein, eine Ausgangsspannung auszugeben. Die Ausgangsspannung kann eine Gleich spannung sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der primäre Wandler 210 an eine Last 260 angeschlossen sein. Zum Beispiel kann die Last 260 eine Gleichstromlast sein. In ver schiedenen Ausführungsformen kann der primäre Wandler 210 dafür ausgelegt sein, die Ausgangsspannung an die Last 260 auszugeben.
Der Stromrichter 200 kann ein bidirektionaler Wandler sein, zum Beispiel kann in ei nem Betriebsmodus der sekundäre Wandler 230 eine Gleichspannung als Eingabe empfangen, kann eine Gleichstromseite (die nicht an das Wechselstromnetz 220 an geschlossen ist) des primären Wandlers 210 als Ausgabe dienen und kann eine an die Gleichstromseite des primären Wandlers 210 angeschlossene Schaltung als Last die nen. In einem anderen Betriebsmodus kann der primäre Wandler 210 Gleichspannung als Eingabe empfangen, eine Gleichstromseite (die nicht an das Wechselstromnetz 220 angeschlossen ist) des sekundären Wandlers 230 kann als Ausgabe dienen, und eine an die Gleichstromseite des sekundären Wandlers 230 angeschlossene Schal- tung kann als Last dienen. Obwohl FIG. 2 als Beispiel zum Beschreiben der Bidirektio- nalität des Wandlers verwendet wird, ist die Offenbarung nicht darauf beschränkt.
In verschiedenen Ausführungsformen gilt die Beschreibung des Stromrichters 100 auch für den Stromrichter 200.
FIG. 3 veranschaulicht ein Prinzipschaltbild eines Stromrichters 300 gemäß verschie denen Ausführungsformen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Stromrichter 300 einen primären Wandler 310 aufweisen. Der Stromrichter 300 kann ein Wechselstromnetz 320 aufwei sen. Der Stromrichter 300 kann einen sekundären Wandler 330 aufweisen. Der Strom richter 300 kann auch eine Steuereinheit (nicht gezeigt) aufweisen, die die Schalter steuert. Die Steuereinheit kann an den Steueranschluss der Transistoren angeschlos sen sein (Anschluss nicht gezeigt).
In verschiedenen Ausführungsformen kann der primäre Wandler 310 dafür ausgelegt sein, eine Eingangsspannung von einer Stromquelle 250 zu empfangen. Die Strom quelle 250 kann eine Gleichstromquelle sein. Die Eingangsspannung kann eine Gleichspannung sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der sekundäre Wandler 330 dafür ausge legt sein, eine Ausgangsspannung auszugeben. Die Ausgangsspannung kann eine Gleichspannung sein. Der sekundäre Wandler 330 kann an eine Last 360 angeschlos sen sein. Die Last 360 kann eine Gleichstromlast sein. Der sekundäre Wandler 330 kann dafür ausgelegt sein, die Ausgangsspannung an die Last 360 auszugeben.
Alternativ kann der sekundäre Wandler 330 dafür ausgelegt sein, eine Eingangsspan nung von einer Stromquelle 250 zu empfangen. Die Stromquelle 250 kann eine Gleich stromquelle sein. Die Eingangsspannung kann eine Gleichspannung sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der primäre Wandler 310 dafür ausgelegt sein, eine Ausgangsspannung auszugeben. Die Ausgangsspannung kann eine Gleich spannung sein. Der primäre Wandler 310 kann an eine Last 360 angeschlossen sein. Die Last 360 kann eine Gleichstromlast sein. Der primäre Wandler 310 kann dafür ausgelegt sein, die Ausgangsspannung an die Last 360 auszugeben.
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der primäre Wandler 110 mehrere Schal ter aufweisen. In manchen Ausführungsformen können die mehreren Schalter Feldef fekttransistoren (FETs) sein, zum Beispiel Metall-Oxid-Halbleiter- Feldeffekttransistoren (MOS FETs). Bei manchen Ausführungsformen können die meh reren Schalter Isolierschicht-Bipolartransistoren (Insulated Gate Bipolar Transistors, IGBTs) sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der sekundäre Wandler 330 mehrere Schalter aufweisen. In manchen Ausführungsformen können die mehreren Schalter Feldeffekttransistoren (FETs) sein, zum Beispiel Metall-Oxid-Halbleiter- Feldeffekttransistoren (MOS FETs). Bei manchen Ausführungsformen können die meh reren Schalter Isolierschicht-Bipolartransistoren (Insulated Gate Bipolar Transistors, IGBTs) sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Stromrichter 300 ein doppelt aktiver Brücken-Wandler (Dual-Active Bridge) sein. Der primäre Wandler kann eine erste akti ve Brückenschaltung sein oder aufweisen. Der sekundäre Wandler kann eine zweite aktive Brückenschaltung sein oder aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Stromrichter 300 ein erstes Paar von Schaltern 371, 372 der mehreren Schalter und ein zweites Paar von Schaltern 376,
377 der mehreren Schalter aufweisen. Das erste Paar von Schaltern 371, 372 und das zweite Paar von Schaltern 376, 377 können in einer ersten aktiven Brückenschaltung angeschlossen sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die erste aktive Brückenschaltung eine ers te Halb-Brückenschaltung 370 und eine zweite Halb-Brückenschaltung 375 aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Halb-Brückenschaltung 370 das erste Paar von Schaltern 371, 372 aufweisen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die zweite Halb-Brückenschaltung 375 das zweite Paar von Schaltern 376, 377 aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Stromrichter 300 ein drittes Paar von Schaltern 381, 382 der mehreren Schalter und ein viertes Paar von Schaltern 386, 387 der mehreren Schalter aufweisen. Das dritte Paar von Schaltern 381, 382 und das vier te Paar von Schaltern 386, 387 können in einer zweiten aktiven Brückenschaltung an geschlossen sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die zweite aktive Brückenschaltung eine dritte Halb-Brückenschaltung 380 und eine vierte Halb-Brückenschaltung 385 aufwei sen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die dritte Halb-Brückenschaltung 380 das dritte Paar von Schaltern 381, 382 aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die vierte Halb-Brückenschaltung 385 das vierte Paar von Schaltern 386, 387 aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen arbeitet jeder Schalter von jedem Paar von Schaltern des ersten Paars von Schaltern, des zweiten Paars von Schaltern, des drit ten Paars von Schaltern und des vierten Paars von Schaltern in einem komplementä ren Betrieb mit dem anderen Schalter in dem Paar von Schaltern, d. h. wenn ein Schal ter eingeschaltet ist, ist der andere Schalter ausgeschaltet. Die Schalter können von einer Steuerschaltung, zum Beispiel einem Gattertreiber, gesteuert werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Schalter des ersten Paars von Schal tern 371, 372 durch ein erstes Auftastsignal gesteuert werden. Das erste Auftastsignal kann ein Spannungssignal sein. Das Ein- und Ausschalten eines Schalters des ersten Paars von Schaltern 371, 372 kann durch das erste Auftastsignal gesteuert werden, das einem Steueranschluss eines Schalters des ersten Paars von Schaltern 371, 372, zum Beispiel einem Gatteranschluss eines MOSFET-Schalters, zugeführt wird. Der andere eine Schalter des ersten Paars von Schaltern 371, 372 kann durch ein logisch invertiertes erstes Auftastsignal gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Schalter 371 eingeschaltet sein, während der Schalter 372 ausgeschaltet sein kann, oder der Schal ter 372 kann eingeschaltet sein, während der Schalter 371 ausgeschaltet sein kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Schalter des zweiten Paars von Schal tern 376, 377 durch ein zweites Auftastsignal gesteuert werden. Das zweite Auftastsig nal kann ein Spannungssignal sein. Das Ein- und Ausschalten des einen Schalters des zweiten Paars von Schaltern 376, 377 kann durch das zweite Auftastsignal gesteuert werden, das einem Steueranschluss des einen Schalters des ersten Paars von Schal tern 376, 377, zum Beispiel einem Gatteranschluss eines MOSFET-Schalters, zuge führt wird. Der andere eine Schalter des zweiten Paars von Schaltern 376, 377 kann durch ein logisch invertiertes erstes Auftastsignal gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Schalter 376 eingeschaltet sein, während der Schalter 377 ausgeschaltet sein kann, oder der Schalter 377 kann eingeschaltet sein, während der Schalter 376 ausge schaltet sein kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Schalter des dritten Paars von Schal tern 381, 382 durch ein drittes Auftastsignal gesteuert werden. Das dritte Auftastsignal kann ein Spannungssignal sein. Das Ein- und Ausschalten des einen Schalters des dritten Paars von Schaltern 381, 382 kann durch das dritte Auftastsignal gesteuert werden, das einem Steueranschluss des einen Schalters des dritten Paars von Schal tern 381, 382, zum Beispiel einem Gatteranschluss eines MOSFET-Schalters, zuge führt wird. Der andere eine Schalter des dritten Paars von Schaltern 381, 382 kann durch ein logisch invertiertes erstes Auftastsignal gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Schalter 381 eingeschaltet sein, während der Schalter 382 ausgeschaltet sein kann, oder der Schalter 382 kann eingeschaltet sein, während der Schalter 381 ausge schaltet sein kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Schalter des vierten Paars von Schal tern 386, 387 durch ein viertes Auftastsignal gesteuert werden. Das vierte Auftastsignal kann ein Spannungssignal sein. Das Ein- und Ausschalten des einen Schalters des vierten Paars von Schaltern 386, 387 kann durch das vierte Auftastsignal gesteuert werden, das einem Steueranschluss des einen Schalters des vierten Paars von Schal tern 386, 387, zum Beispiel einem Gatteranschluss eines MOSFET-Schalters, zuge führt wird. Der andere eine Schalter des vierten Paars von Schaltern 386, 387 kann durch ein logisch invertiertes erstes Auftastsignal gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Schalter 386 eingeschaltet sein, während der Schalter 387 ausgeschaltet sein kann, oder der Schalter 387 kann eingeschaltet sein und der Schalter 386 kann ausge schaltet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mindestens eines von (z. B. alle) dem ersten Auftastsignal, dem zweiten Auftastsignal, dem dritten Auftastsignal und dem vierten Auftastsignal in Form einer Impulswelle, zum Beispiel einer Rechteckwelle, vor liegen.
Bei manchen Ausführungsformen kann der Stromrichter 300 einen Gattertreiberchip aufweisen, der komplementäre Signale mit einer Totzeit, die als Austastzeit bezeichnet werden kann, bereitstellen kann. Die Austastzeit kann ein Zeitspalt zwischen den kom plementären Signalen sein. Der Zeitspalt kann 10 ms bis 20 ms betragen. Die Austast zeit kann zwischen 0 bis 20 % des Schaltzeitraums (Tsw) betragen. Die Austastzeit kann relativ zur Schaltfrequenz (freq_sw) sein.
Alternativ können die Auftastsignale die gleichen sein, aber die MOSFET-Schalter können komplementär sein. Zum Beispiel kann ein Schalter von jedem Paar von Schal tern ein p-Schalter sein, während ein anderer Schalter von jedem Paar von Schaltern ein n-Schalter sein kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann jedes der Auftastsignale bedarfsweise in vertiert und/oder pegelangepasst sein, zum Beispiel je nach den Kennzeichen des Transistors, der von einem Auftastsignal betrieben werden soll.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuereinheit (nicht gezeigt) des Strom richters 300 dafür ausgelegt sein, das erste Paar von Schaltern 371, 372 und/oder das zweite Paar von Schaltern 376, 377 und/oder das dritte Paar von Schaltern 381, 382 und/oder das vierte Paar von Schaltern 386, 387 auf eine solche Weise zu steuern, dass Schaltverluste verringert werden. Zum Beispiel kann die Steuereinheit dafür aus gelegt sein, alle von dem ersten Paar von Schaltern 371, 372, dem zweiten Paar von Schaltern 376, 377, dem dritten Paar von Schaltern 381, 382 und dem vierten Paar von Schaltern 386, 387 zu steuern. Die Steuereinheit kann die „Schaltverluste“ bis auf null verringern, wodurch eine Nullspannungsschaltung (ZVS) erreicht wird.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuereinheit dafür ausgelegt sein, das erste Auftastsignal und das zweite Auftastsignal um einen ersten Zeitintervall in Phase zu verschieben. Um einen maximalen Strom durch die primäre Seite des Wechsel stromnetzes 320 zu erreichen, kann die Phasenverschiebung zwischen dem ersten Auftastsignal und dem zweiten Auftastsignal 90 Grad betragen. Wenn zum Beispiel der Schalter 371 eingeschaltet ist, kann der Schalter 376 ausgeschaltet sein. Dies kann zu einem maximalen Strom, der zur primären Seite des Wechselstromnetzes 320 fließt, führen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuereinheit auch dafür ausgelegt sein, das dritte Auftastsignal und das vierte Auftastsignal um einen zweiten Zeitintervall in Phase zu verschieben.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuereinheit auch dafür ausgelegt sein, das erste Auftastsignal und das dritte Auftastsignal um einen dritten Zeitintervall in Phase zu verschieben.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuereinheit auch dafür ausgelegt sein, das zweite Auftastsignal und das vierte Auftastsignal um einen vierten Zeitinter vall in Phase zu verschieben.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Dauer von einem oder mehreren von dem ersten Zeitintervall, dem zweiten Zeitintervall und dem dritten Zeitintervall auf ei nen Grad der Phasenverschiebung bezogen sein. In verschiedenen Ausführungsfor men kann die Phasenverschiebung innerhalb von 0 Grad bis 180 Grad liegen. Die Phase zwischen zwei Signalen kann mit der Differenz der Vorderflanken oder Hinter flanken der Signale bestimmt werden. Der absolute Zeitintervall (z. B. in Millisekun den) von einem oder mehreren von dem ersten Zeitintervall, dem zweiten Zeitintervall und dem dritten Zeitintervall kann unter Verwendung der Schaltfrequenz (freq_sw) be stimmt werden. Zum Beispiel kann der absolute Zeitintervall durch (Phasenverschie- bung/360)*(l/freq_sw) berechnet werden. Der Bereich für die erste Phasenverschiebung (alpha) zwischen dem ersten Auftastsignal und dem zweiten Auftastsignal kann zwischen 0 bis 180 Grad liegen, wobei, wenn die erste Phasenverschiebung 0 Grad beträgt, eine Nullspannung durch die Primärwicklung vorliegen kann, und wobei, wenn die erste Phasenverschiebung 180 Grad beträgt, eine maximale Spannung durch die Primärwicklung vorliegen kann. Das erste Zeitintervall, wenn die erste Phasenverschiebung 180 Grad zwischen dem ersten Auftastsignal und dem zweiten Auftastsignal beträgt, kann 0,5*(l/freq_sw) betragen.
Der Bereich für die zweite Phasenverschiebung (beta) zwischen dem dritten Auftastsignal und dem vierten Auftastsignal kann zwischen 0 bis 180 Grad liegen, wobei, wenn die zweite Phasenverschiebung 0 Grad beträgt, eine Nullspannung durch die Sekundärwicklung vorliegen kann, und wobei, wenn die zweite Phasenverschiebung 180 Grad beträgt, eine maximale Spannung durch die Sekundärwicklung vorliegen kann. Das zweite Zeitintervall kann, wenn die zweite Phasenverschiebung zwischen dem dritten Auftastsignal und dem vierten Auftastsignal 180 Grad beträgt, 0,5*(l/freq_sw) betragen.
Der Bereich für die dritte Phasenverschiebung (delta) zwischen dem ersten Auftastsignal und dem dritten Auftastsignal kann zwischen -90 bis 90 Grad liegen, wobei, wenn die dritte Phasenverschiebung zwischen dem ersten Auftastsignal und dem dritten Auftastsignal -90 Grad beträgt, eine maximale Leistungsübertragung in negativer Richtung vorliegen kann, wobei, wenn die dritte Phasenverschiebung zwischen dem ersten Auftastsignal und dem dritten Auftastsignal 0 Grad beträgt, eine Nullleistungsübertragung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung vorliegen kann, und wobei, wenn die dritte Phasenverschiebung zwischen dem ersten Auftastsignal und dem dritten Auftastsignal 90 Grad beträgt, eine maximale Leistungsübertragung in positiver Richtung vorliegen kann. Das dritte Zeitintervall kann, wenn die dritte Phasenverschiebung zwischen dem ersten Auftastsignal und dem dritten Auftastsignal 90 Grad beträgt, 0,25*(l/freq_sw) betragen. Bei manchen Ausführungsformen kann, wenn die dritte Phasenverschiebung 0 Grad beträgt, eine minimale Leistungsübertragung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung vorliegen, wenn die Primärwicklungsspannung und die reflektierte Sekundärwicklungsspannung (sekun- där*Windungsverhältnis) nicht gleich ist. Wenn zum Beispiel die Primärwicklungsspan- nung 10 Vac beträgt und die reflektierte Sekundärwicklungsspannung 9 Vac beträgt, kann Strom fließen. Der Strom kann (10-9)/(lmpedanz_des_ Wechselstromnetzes) sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Stromrichter 300 eine Datenbank auf weisen. Die Datenbank kann eine Nachschlagetabelle sein. In verschiedenen Ausfüh rungsformen kann die Datenbank Daten aufweisen, die die Eingangsspannung, Aus gangsspannung und die gewünschte Leistung des Stromrichters 300 berücksichtigt.
Bei manchen Ausführungsformen kann die Nachschlagetabelle eine dreidimensionale Tabelle sein. Bei manchen Ausführungsformen kann die Nachschlagetabelle drei Ein gaben aufweisen. Die drei Eingaben können eine Eingangsspannung, eine Ausgangs spannung und eine gewünschte Leistung oder ein gewünschter Strom sein. Zum Bei spiel kann die Eingangsspannung 350 V, die Ausgangsspannung 30 V und der ge wünschte Strom 20 A betragen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Nach schlagetabelle drei Ausgaben aufweisen. Die drei Ausgaben können die erste Phasen verschiebung, die zweite Phasenverschiebung und die dritte Phasenverschiebung sein. Die erste Phasenverschiebung kann ein Wert zwischen 0 und 180 Grad sein. Die zwei te Phasenverschiebung kann ein Wert zwischen 0 und 180 Grad sein. Die dritte Pha senverschiebung kann ein Wert zwischen -90 und 90 Grad sein. Bei manchen Ausfüh rungsformen können die erste Phasenverschiebung, die zweite Phasenverschiebung und die dritte Phasenverschiebung in absolute Zeit übertragen werden. Bei manchen Ausführungsformen kann die Datenbank vorberechnete Ausgabewerte aufweisen. Bei manchen Ausführungsformen können bekannte, bei ZVS betriebene Eingabewerte mit entsprechenden Ausgabewerten gefüllt werden. Bei manchen Ausführungsformen können bekannte, nicht bei ZVS betriebene Eingabewerte herausgefiltert werden, oder sie können für alle drei Ausgabewerte auf Null eingestellt werden. Zum Beispiel können im Fall eines Überstroms mit einer Eingangsspannung von 350 V, einer Ausgangs spannung von 30 V und einem gewünschten Strom von 35 A (was die Tabellengrenze um 5A übersteigt) die erste Phasenverschiebung, die zweite Phasenverschiebung und die dritte Phasenverschiebung null sein, was den Stromrichter veranlassen kann, das Übertragen von Leistung anzuhalten.
In verschiedenen Ausführungsformen kann es sich bei der Datenbank um eine Nach schlagetabelle handeln. Die Nachschlagetabelle kann eine Indexanordnung sein. Die Nachschlagetabelle kann als Schlüssel-Wert-Paare angeordnet sein, wobei die Schlüssel die gesuchten (nachgeschlagenen) Datenelemente sind und die Werte die Datenausgabe der Nachschlagetabelle sind. Zum Beispiel kann der Schlüssel der Ein gangsparameter und/oder der Ausgangsparameter des Stromrichters sein, während die Datenausgabe der Nachschlagetabelle mindestens eines von dem ersten bis zum vierten Zeitintervall der Phasenverschiebungen sein kann.
In verschiedenen Ausführungsformen können das erste Zeitintervall und/oder das zweite Zeitintervall und/oder das dritte Zeitintervall von den Daten in der Datenbank un ter Verwendung eines Eingangsparameters oder eines Ausgangsparameters erhalten werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Bestimmung des ersten Zeitintervalls und/oder des zweiten Zeitintervalls und/oder des dritten Zeitintervalls unter Verwen dung der Datenbank das Berücksichtigen von Werten der Impedanz des Wechsel stromnetzes 320 aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Eingangsparameter eine Eingangs spannung sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Eingangsparameter ein Eingangsstrom sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Ausgangsparameter eine Ausgangs spannung sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Ausgangsparameter ein Ausgangsstrom sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das erste Zeitintervall und/oder das zweite Zeitintervall und/oder das dritte Zeitintervall auf null eingestellt werden, wenn der Ein gangsparameter oder der Ausgangsparameter einen Wert der Daten in der Datenbank übersteigt. In verschiedenen Ausführungsformen kann das erste Zeitintervall und/oder das zweite Zeitintervall und/oder das dritte Zeitintervall innerhalb eines Schaltzeitraums auf Null eingestellt werden. Wenn die Zeitintervalle null betragen, beträgt die Phasen verschiebung zwischen den Auftastsignalen 0 Grad. Wenn zum Beispiel das erste Zeit intervall null ist, beträgt die Phasenverschiebung zwischen dem ersten Auftastsignal und dem zweiten Auftastsignal null. Dies kann dazu führen, dass kein Strom ins Wech- selstromnetz 320 fließt, was den Stromrichter 300 während Ereignissen wie einer Un terspannung, einer Überspannung und einem Überstrom schützen kann.
In verschiedenen Ausführungsformen kann es, wenn die erste Phasenverschiebung 0 Grad beträgt, eine Spannung von 0 V durch die Primärwicklung geben, obwohl die Schalter immer noch mit der Schaltfrequenz ein- und ausgeschaltet werden. In ver schiedenen Ausführungsformen kann es, wenn die zweite Phasenverschiebung 0 Grad beträgt, eine Spannung von 0 V durch die Sekundärwicklung geben, obwohl die Schal ter immer noch mit der Schaltfrequenz ein- und ausgeschaltet werden. Bei manchen Ausführungsformen ist, wenn die erste Phasenverschiebung und die zweite Phasen verschiebung 0 Grad betragen, der durch den Stromrichter fließende Strom I = (0 Vac - 0 Vac) / Wechselstrom Jmpedanz, die 0 A beträgt. Bei manchen Ausführungsformen kann die dritte Phasenverschiebung auf 0 Grad eingestellt werden, um ein weiteres Übertragen von Leistung zu verhindern.
In verschiedenen Ausführungsformen gilt die Beschreibung des Stromrichters 100 und/oder des Stromrichters 200 auch für den Stromrichter 300.
FIG. 4 veranschaulicht ein Diagramm 400 des ersten Auftastsignals 410 und des zwei ten Auftastsignals 420 mit einer Phasenverschiebung 430 gemäß verschiedenen Aus führungsformen.
Wie im Diagramm 400 gezeigt ist, ist ein Paar von phasenverschobenen periodischen Auftastsignalen 410, 420 für einen Schaltzeitraum Tsw dargestellt, wobei die horizonta le Achse 450 die Zeit und die vertikale Achse 460 die Spannung darstellt. Das erste Auftastsignal 410 für einen ersten Schalter und das zweite Auftastsignal 420 für einen zweiten Schalter sind um den Zeitintervall F phasenverschoben.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Stromrichter bei der allgemeinen Stromzufuhr verwendet werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Strom richter in einer elektrischen oder für eine elektrische Transporteinrichtung verwendet werden, zum Beispiel einem E-Scooter-Ladegerät. In verschiedenen Ausführungsfor men kann der Stromrichter in einem Kraftfahrzeug-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler verwendet werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Stromrichter in ei- nem Ladegerät für ein Elektrofahrzeug (EV) verwendet werden. In verschiedenen Aus führungsformen kann der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler in photovoltaischen (PV) Systemen verwendet werden, zum Beispiel in PV-Heim-Speichersystemen. In ver schiedenen Ausführungsformen kann der Stromrichter in jeder geeigneten Vorrichtung verwendet werden, die ein PSFB oder ein DAB verwendet.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Stromrichter ein Schutzsystem aufwei sen, das in der Lage sein kann, innerhalb eines Schaltzeitraums zu reagieren. In ver schiedenen Ausführungsformen kann der Stromrichter den Vorteil haben, dass er keine Steuerungsverzögerung hat, da kein Regelkreis verwendet wird. In verschiedenen Aus führungsformen kann es einen Regelkreis geben, aber die Verwendung oder Bedeu tung kann unwesentlich sein. Zum Beispiel kann der Regelkreis verwendet werden, um die Widerstands- oder Temperaturabhängigkeit einiger Bauteile einzustellen. Die Da tenbank kann 98-99% der Leistungsübertragung bewältigen, während die verbleiben- den 1-2% durch den Regelkreis bewältigt werden können. Somit kann die Steuerungs verzögerung unwesentlich sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Stromrichter den Vorteil haben, dass er sich ohne irgendwelche zusätzlichen Schaltungen oder mit einer verringerten Menge an zusätzlichen Schaltungen selbst schützt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Stromrichter, der dafür ausgelegt ist, eine Eingangsspannung zu empfangen und eine Ausgangsspannung auszugeben, wobei der Stromrichter umfasst: mehrere Schalter; und eine Steuereinheit, die an die mehreren Schalter angeschlossen ist, wobei die Steu ereinheit dafür ausgelegt ist, die mehreren Schalter des Stromrichters basierend auf Daten in einer Datenbank unter Verwendung eines Eingangsparameters oder eines Ausgangsparameters zu steuern.
2. Stromrichter nach Anspruch 1, umfassend: einen primären Wandler, der dafür ausgelegt ist, die Eingangsspannung von einer Stromquelle zu empfangen; ein Wechselstromnetz (AC), das elektrisch an den primären Wandler gekoppelt ist; einen sekundären Wandler, der dafür ausgelegt ist, eine Ausgangsspannung auszu geben, wobei der sekundäre Wandler elektrisch an das Wechselstromnetz gekoppelt ist.
3. Stromrichter nach Anspruch 2, wobei der primäre Wandler ein erstes Paar von Schaltern der mehreren Schalter und ein zweites Paar von Schaltern der mehreren Schalter umfasst, die in einer ersten Brü ckenschaltung angeschlossen sind; und wobei der sekundäre Wandler ein drittes Paar von Schaltern der mehreren Schalter und ein viertes Paar von Schaltern der mehreren Schalter umfasst, die in einer zweiten Brückenschaltung angeschlossen sind.
4. Stromrichter nach Anspruch 3, wobei die erste Brückenschaltung eine erste Halb-Brückenschaltung und eine zweite Halb-Brückenschaltung umfasst, wobei die erste Halb-Brückenschaltung das erste Paar von Schaltern und die zweite Halb-Brückenschaltung das zweite Paar von Schal tern umfasst; und wobei die zweite Brückenschaltung eine dritte Halb-Brückenschaltung und eine vierte Halb-Brückenschaltung umfasst, wobei die dritte Halb-Brückenschaltung das dritte Paar von Schaltern und die vierte Halb-Brückenschaltung das vierte Paar von Schal tern umfasst.
5. Stromrichter nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei die Steuereinheit dafür ausgelegt ist, die mehreren Schalter so zu steuern, dass in jedem Paar von Schaltern des ersten Paars von Schaltern, des zweiten Paars von Schaltern, des dritten Paars von Schaltern und des vierten Paars von Schaltern ein Schalter an und ein Schalter aus ist.
6. Stromrichter nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das erste Paar von Schaltern durch ein erstes Auftastsignal gesteuert wird, das zweite Paar von Schaltern durch ein zweites Auftastsignal gesteuert wird, das dritte Paar von Schaltern durch ein drittes Auftastsignal gesteuert wird und das vierte Paar von Schaltern durch ein viertes Auftastsignal gesteuert wird.
7. Stromrichter nach Anspruch 6, wobei die Steuereinheit dafür ausgelegt ist, das erste Auftastsignal und das zweite Auftastsignal um ein erstes Zeitintervall in der Phase zu verschieben, das dritte Auftastsignal und das vierte Auftastsignal um ein zweites Zeitintervall in der Phase zu verschieben und das erste Auftastsignal und das dritte Auftastsignal um ein drittes Zeitintervall in der Phase zu verschieben.
8. Stromrichter nach Anspruch 7, wobei das erste Zeitintervall, das zweite Zeitin tervall und das dritte Zeitintervall von den Daten in der Datenbank unter Verwendung des Eingangsparameters oder des Ausgangsparameters erhalten werden.
9. Stromrichter nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei das erste Zeitintervall, das zweite Zeitintervall und das dritte Zeitintervall auf Null eingestellt werden, wenn der Eingangsparameter oder der Ausgangsparameter einen Wert der Daten in der Daten bank übersteigt.
10. Stromrichter nach Anspruch 9, wobei das erste Zeitintervall, das zweite Zeitin tervall und das dritte Zeitintervall innerhalb eines Schaltzeitraums auf Null eingestellt werden.
11. Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Datenbank eine
Nachschlagetabelle ist und wobei der Eingangsparameter und/oder der Ausgangspa rameter eine Eingabe der Nachschlagetabelle ist und eine Ausgabe der Nachschlage tabelle mindestens eines von dem ersten Zeitintervall, dem zweiten Zeitintervall und dem dritten Zeitintervall ist.
12. Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Eingangsparame ter die Eingangsspannung ist und der Ausgangsparameter die Ausgangsspannung ist.
13. Verfahren zum Betreiben eines Stromrichters, umfassend: das Steuern von mehreren Schaltern des Stromrichters unter Verwendung einer
Steuereinheit, die an die mehreren Schalter angeschlossen ist, basierend auf Daten in einer Datenbank unter Verwendung eines Eingangsparameters oder eines Aus gangsparameters.
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