WO2024023203A1 - Electric circuit and operating method - Google Patents

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WO2024023203A1
WO2024023203A1 PCT/EP2023/070816 EP2023070816W WO2024023203A1 WO 2024023203 A1 WO2024023203 A1 WO 2024023203A1 EP 2023070816 W EP2023070816 W EP 2023070816W WO 2024023203 A1 WO2024023203 A1 WO 2024023203A1
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potential
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PCT/EP2023/070816
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Inventor
Fabian Schnabel
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
    • H02H3/32Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors
    • H02H3/34Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors of a three-phase system
    • H02H3/347Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors of a three-phase system using summation current transformers
    • HELECTRICITY
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    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
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    • H02H7/10Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/125Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for rectifiers
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    • H02M7/219Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a circuit with a power converter circuit and shutdown sequence as well as a corresponding method for operating a power converter circuit and computer program.
  • Preferred exemplary embodiments relate to a circuit arrangement for detecting and switching off DC fault currents.
  • FIG. 1a shows a six-pulse bridge circuit 100, which is arranged between two potential taps 102a and 102b.
  • a direct voltage can be provided between the potential taps 102a and 102b based on an alternating voltage present at the alternating voltage inputs of the bridge circuit 100. This drops across the consumer/resistor 106.
  • the voltage existing between the potential taps and PE 104 results in a current i F in the event of an insulation fault.
  • the fault current can occur with both an insulation fault of 102a and 102b - the choke 106 leads to a smoothing of the current depending on the inductance value.
  • the residual current is marked as direct residual current i F in the diagram opposite.
  • FIG. 1 b The situation is analogous with the battery charger shown in FIG. 1 b, which also has a bridge circuit 100 between two potential taps 102a and 102b.
  • the battery 108 is charged in series with the smoothing inductor 106.
  • the DC residual current i F smoothed by the inductor 106 is shown in the associated diagram.
  • a publication [1] described the structure of a charger with galvanic isolation, as shown in Fig. 2.
  • the area B1 includes the AC voltage input with appropriate filtering.
  • the rectifier 124 and another power converter circuit 126 are arranged in area B2.
  • the further converter circuit 126 essentially serves to operate the transformer 120.
  • An analog converter circuit 128 is provided in area 3 on the secondary side of the transformer.
  • the galvanically isolated area 3 is omitted, as shown in connection with FIG.
  • FIG. 3 shows a charger with areas B1 and B2, both of which are provided in the common housing 122.
  • the last voltage connection including filtering is again provided in area B1.
  • the area B2 houses the power converter circuit, here a rectifier 124.
  • the rectifier direct voltage is then output to a battery without galvanic isolation.
  • a coupling can be provided via a cable 130 with a cable shield.
  • Error 1 represents an insulation fault in the input filter against the housing 122 of the charger, which is grounded via the protective conductor, and can be detected and switched off by a typical RCD-A 142, which is arranged, for example, in the charging column 140. The same applies to a double fault in which there is an internal insulation fault and an interrupted protective conductor at the same time. If a person touches the housing 122, error 2 is triggered and a contact current flows across the person in a closed circuit.
  • FIG. 5 again shows the power converter circuit 124 with the AC voltage filter 134, which is connected to the supply network 150 via the charging station 140.
  • the charger has a further power converter circuit or a further part of the power converter circuit 126 (see above) in front of the transformer 120, via which a battery can be coupled (cf. battery system 131).
  • the part of the power converter circuit 124 is connected to the part of the power converter circuit 126 via the common potential taps 124a and 124b.
  • an intermediate circuit 124z can also be provided.
  • Two errors are shown here as examples, namely an error 1 as a short circuit between the voltage tap 124a or 124b and the housing 122 and an error 2 in which the protective conductor connection to the housing is interrupted at the same time (see double lines in Fig. 5), so that a dangerous Contact current can flow over the person. Due to the blinding, the fault currents with a direct component cannot be detected, in contrast to the AC voltage faults from FIG. Personal safety is at risk.
  • FIG. 6 is based on the topology from FIG. 3.
  • FIG. 6 shows a charger with the power converter circuit 124 with the AC voltage input 135, the battery 131 or the battery system 131 being connected directly via a cable 130.
  • the charger is coupled to the power grid 150 via a charging station 140.
  • the charging station 140 again has the RCD-A 142, for example.
  • the AC voltage input 135 has an RCM-B 135r. This can carry out DC residual current measurements within the device.
  • the long response time until interruption can be problematic (typically 5 to 40 ms). During this time, the fault current in the event of a low impedance insulation fault can already reach current values for which the contactor or the diodes of the converter circuit 124 are no longer designed.
  • the filter chokes of the converter circuit have a limiting effect at first.
  • the power must be switched off very quickly.
  • the inductance of the filter chokes is very small and the current rise is higher. In order to be able to safely switch off the fault current, fast reaction times are required.
  • the components of the charger in particular the converter circuit 124, the high-voltage vehicle electrical system 130 and the battery system 131 are designed using double insulation.
  • This is provided with the reference number 133.
  • This solution is also suitable without the galvanic isolation, that is, the structural separation from the high-voltage electrical system 130 and 131, as is present, for example, in FIG. 5. Therefore, for example, the insulation 133 extends not only over the rectifier 124, but also the components of the high-voltage vehicle electrical system 130 and 131.
  • Patent US 2012/028674.0 A1 from Renault describes a charger without galvanic insulation. An excerpt of the circuit arrangement for non-isolated chargers is shown in Fig. 7.
  • Fig. 7 shows a non-insulated charger with an AC voltage input 5, a first converter circuit 6 and a second converter circuit 7 as well as inductors 14 in between.
  • the circuit 6 has bucking behavior.
  • the switches 12 and the diodes 11 are connected so that the current can be switched off in both directions.
  • a fault current on the DC side can be quickly switched off via the semiconductor switches after detection with the RCM-B.
  • the rectifier circuits commonly used have boosting behavior. With these it is not possible to switch off the current flow with the semiconductors in both directions. Therefore, there is a need for an improved approach.
  • Embodiments of the present invention are based on the object of improving the fault behavior in the case of DC voltage side insulation faults or fault currents for electrical circuits, such as chargers.
  • Embodiments of the present invention provide an electrical circuit, such as a charger with a power converter circuit, a voltage connection, such as an AC voltage connection, a residual current/voltage detection unit, and a controller.
  • the power converter circuit is arranged between a first potential tap and a second potential tap and has a plurality of switches.
  • the power converter circuit can have an H4 or B6 topology and can be designed to provide a direct voltage to the first and second potential taps based on an alternating voltage present at the voltage connection and/or in particular have a step-up behavior.
  • Other voltage conversions such as DC-AC voltage conversion or DC-DC conversion, are of course also conceivable.
  • a consumer e.g.
  • a battery or a source (e.g. a battery, photovoltaic, fuel cell) can be coupled via the first and/or the second potential tap.
  • the first and/or the second potential tap has an additional switch.
  • the fault current/fault voltage detection unit is coupled to the voltage connection (which in turn is coupled to the power converter circuit) and is designed to detect a fault current (or possibly a fault voltage). For example, it can be an RCM (residual current monitor) differential current sensor.
  • the controller is designed to execute a shutdown sequence in the event of a fault current or fault voltage detected by the fault current or fault voltage detection unit, according to which the additional switch of the first and/or the second potential tap as well as at least one of the switches of the power converter circuit is opened. According to a preferred exemplary embodiment, all switches of the power converter circuit are opened.
  • Embodiments of the present invention are based on the knowledge that by controlling the power converter circuit and opening the corresponding switches in the event of a fault current in combination with the opening of a switch in the first and/or second potential tap, practically all voltage or current sources are decoupled, so that The danger potential is significantly reduced even for chargers that are not galvanically isolated.
  • the fault current/fault voltage detection unit is designed to detect a direct current.
  • a fault current can be quickly interrupted in both the positive and negative paths through the rapid device-internal detection. This allows the semiconductors and the AC relays to be switched off in the event of a short circuit on the DC side. be protected. This also eliminates the need for an additional, expensive “high speed circuit breaker” on the DC side.
  • the simple switch in one of the potential taps is significantly more cost-effective than this circuit breaker.
  • the power converter circuit has a rectifier (on one side) and/or a DC-DC converter (on the other side). Both can be connected, for example, via the first and second potential taps.
  • the additional switch is arranged between the rectifier and the DC-DC converter in one of the potential taps.
  • the switch could also be arranged behind the DC-DC converter.
  • the current is higher there, i.e. in front of the DC-DC converter. Which is why the arrangement in between seems advantageous.
  • the DC-DC voltage converter it should be noted that, according to exemplary embodiments, it can have a center tap.
  • a battery can be coupled via this direct voltage to direct voltage converter.
  • the battery can be connected to a first pole of the battery with the first potential tap (generally: part of the input/output of the DC-DC converter, via which a battery/load/source can be coupled), the second The battery terminal is connected to the center tap.
  • the battery on the side of the second potential tap is connected to the second pole in the second potential tap (second part of the input/output of the DC-DC converter), in which case the first pole of the battery is connected to the center tap of the DC voltage -DC voltage converter is connected. Since a switch from the DC-DC converter is used, only another semiconductor switch with a diode is necessary.
  • the DC-DC converter can also be designed differently, for example only a switch and a diode can be provided in the opposite direction to the rectifier.
  • the at least one switch of the power converter circuit and/or the additional switch is implemented as a parallel connection of an active element (transistor) with a diode (e.g. IGBT) or as an active element with an intrinsic diode (e.g. MOSFET).
  • the diodes associated with the switches of the power converter circuit on the respective first or second side of the potential tap (or the switch of the rectifier on the respective first or second side of the potential tap) are opposite to the diode of the additional switch and/or opposite to the Diodes of the DC-DC voltage converter are arranged. This can prevent a corresponding current flow from occurring when the switch is open. It should be noted at this point that a bidirectional blocking switch would also be possible.
  • a further exemplary embodiment creates a method for operating the (electrical) circuit.
  • the method includes the step of executing a shutdown sequence in the event of a fault voltage or fault current detected by the fault current/fault voltage detection unit, the corresponding shutdown sequence opening the additional switch of the first and/or second potential tap and at least one of the switches or preferably all switches of the power converter circuit become.
  • Further exemplary embodiments relate to a computer program for carrying out the corresponding method.
  • FIG. 1a/1b schematic representations of rectifier circuits to illustrate DC residual currents ip (see [1]);
  • Fig. 2 shows a schematic structure of a charger with galvanic insulation (see [1]);
  • Fig. 3 is a schematic representation of a charging configuration without galvanic isolation (see [1]);
  • FIGS. 2 and 3 shows a schematic enlargement of the configuration from FIGS. 2 and 3 in parts of area 1 for error observation;
  • Fig. 5 shows a schematic enlargement of the topography from Fig. 2 for fault analysis in area 2 (DC link with direct current component);
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a charger without galvanic isolation between the supply network and the HV network (implementation example includes an AC/DC converter (Bridgeless PFC) according to [1]);
  • FIG. 8 shows a schematic representation of an electrical circuit according to a basic exemplary embodiment
  • FIG. 9 shows a schematic representation of a circuit for a charger without galvanic isolation with a DC-DC converter and battery at the negative intermediate circuit potential according to an expanded exemplary embodiment
  • Fig. 10 is a schematic representation of a circuit for a charger without galvanic insulation with DC-DC conversion and battery at the positive intermediate circuit potential according to an expanded exemplary embodiment.
  • Fig. 8 shows a circuit 10 with a power converter circuit 12, which here has two half bridges 12a and 12b.
  • the half bridges 12a and 12b and thus the converter circuit 12 are arranged between two potential taps 16a and 16b.
  • a battery 20 can optionally be coupled via these two potential taps 16a and 16b.
  • the battery 20 is connected, for example, with a first pole to the first voltage tap 16a and with a second pole to the second voltage tap 16b.
  • an additional switch 28 ' is arranged in the voltage tap 16b (between the second pole and 16b), which will be discussed later.
  • a switch 28′′ of an analogous position can alternatively or additionally be provided on the potential tap 16a (between the first pole and 16a).
  • the switch 28' or 28" can be part of the DC-DC converter, as will be explained below.
  • a voltage connection 22 here for example an AC voltage connection, is provided.
  • the controller 26 is used to control or supports the control of the switchable elements 14 and the switch 28 'or the optional switch 28" in one of the two potential taps 16a and 16b, here in the potential tap 16b, namely between the converter circuit 12 and the DC voltage side or the battery 20.
  • the voltage input 22 can also have relays 27 for disconnecting from the network. These are controlled by the controller 26 and, for example in the event of a fault, decouple the converter circuit 12 from the network 22.
  • Each switch can have a diode connected in parallel, as shown, for example, in FIG.
  • the power converter circuit 12 represents, for example, a rectifier which is designed based on an alternating current applied to the alternating voltage connection 22. Voltage to provide a DC voltage at the potential taps 16a and 16b. Both the function as a step-up converter and a step-down converter would be theoretically conceivable. It should be noted that a buck rectifier topology as shown in FIG. 7 can turn off current in both directions, according to embodiments. For this purpose, the switchable elements 14 in the half bridges 12a and 12b are controlled accordingly. The control can be carried out, for example, by the control unit 26 or another control unit. In this respect, a battery charger is realized through this structure. It should be noted at this point that not only rectification would be possible as conceivable modes, but also DC-DC conversion or a combination of rectification with DC-DC conversions.
  • the fault current/fault voltage detection unit 24 can, for example, be connected to the voltage connection and is designed to detect a fault current (or possibly a fault voltage). Examples of a recognizable fault current is an insulation fault between one of the voltage taps 16a or 16b and ground. This leads to a fault current on the high-voltage side, which is detected by the fault current/fault voltage detection unit 24.
  • the unit 24 can be implemented, for example, in the form of a differential current sensor RCM (residual current monitor).
  • a so-called switch-off procedure is triggered by the controller 26. This switches off the or preferably the additional switches 28' and 28" as well as at least one or preferably more of the switches 14 of the power converter unit. For example, the four switches 14 on the side of the potential tap 16a or preferably all switches 14 can be opened.
  • a so-called overvoltage protection 28ü can be provided in parallel with the additional switches 28', 28" or associated with the additional switch 28', 28".
  • the background is that switching off in combination with inductors can lead to an overvoltage, which is dissipated via this overvoltage protection.
  • An example of a surge protector is a varistor.
  • Fig. 9 shows a charger 10' with a power converter circuit that includes a first part 12' and a second part 13'.
  • Part 12' is a B6 rectifier connected to three phase inputs 22a, 22b and 22c.
  • the phase inputs 22a to 22c are each connected to center nodes of the half bridges of the rectifier 12' via inductors 23.
  • One of the half bridges 12c is explained as an example for all half bridges.
  • Each half bridge 12c has two switchable elements 14' connected in series. These are implemented here, for example, by a parallel connection of a switchable element with a respective diode.
  • the center tap is located between the switchable elements 14', via which the respective phases 22a, 22b and 22c are coupled.
  • the further part of the power converter circuit 13' forms a DC-DC converter, which is also formed by a comparable half-bridge. All half bridges 12a to 12c and the half bridge 13' are arranged in parallel between the two potential taps 16a and 16b. It should be noted at this point that an intermediate circuit capacitance 15 can optionally also be provided between the potential taps 16a and 16b.
  • the battery 20 is provided on the output side of the DC-DC converter 13 'and in this exemplary embodiment in such a way that the first pole of the battery, here the positive pole, is directly connected to the DC-DC converter 16a, while the second pole (here the negative pole) is connected via a Inductance is coupled to a center tap of the half bridge 13 'of the DC-DC converter.
  • the fault voltage/fault current detection device 24 is provided on the input side, that is to say at the phase connections 22a, 22b and 22c, which are connected to the mains connection 25.
  • the corresponding evaluation is provided with the reference number 26 and is designed to open the switches 14 'of the power converter circuits 12' or 13' in the event of the detection of a fault current or a fault voltage.
  • an additional switch 28' is provided in one of the potential taps, here the potential tap 16a. When arranging the additional switch 28', it is chosen so that it is preferably provided between the rectifier 12' and the DC-DC converter 13', specifically on the side on which the pole of the battery is directly connected to the respective potential tap 16a is connected.
  • the switch 28' controls the potential tap 16a can separate.
  • the switch 28' can be provided by a combination of parallel-connected switches and diodes (eg IGBT) or a switch with an intrinsic diode (eg MOSFET).
  • the diode is in turn arranged so that it blocks the switch 14 'opposite to the diode direction.
  • the switch can theoretically be placed to the left of the intermediate circuit 15 or between or after the DC-DC converter, although the placement explained above has proven to be best (current load, intermediate circuit connection to the rectifier 12).
  • Fig. 10 The reverse arrangement of the additional switch is shown in Fig. 10.
  • the topology of Fig. 10 represents the more common topology compared to Fig. 9.
  • Fig. 10 shows another charger 10", in which the two parts of the converter circuit 12' and 13' are provided. These are connected to one another via the voltage taps 16a and 16b, with the voltage tap 16b comprising the additional switch 28′′ in this exemplary embodiment.
  • the connection of the converter circuit 12' to the AC voltage network 25 also takes place via the three-phase connection 22a, 22b and 22c, with these phase connections 22a, 22b, 22c providing error detection 24 and subsequent evaluation 26.
  • Each of the phase connections 22a, 22b and 22c has a corresponding inductance 23.
  • the coupling of the battery 20 is different here, namely such that one pole, here the negative pole of the battery 20, is connected directly to the potential tap 16b, while the other pole, here the positive pole, is connected to the center node of the DC voltage - Converter 13 'is connected.
  • the connection to the center node takes place via an inductor, with a capacitance being connected in parallel to the battery 20 and thus forming the DC-DC converter.
  • the residual current/error voltage detection unit 24 is preferably an all-current sensitive (AC+DC) differential current sensor within the charger.
  • a fault is detected when an insulation fault against ground potential occurs on the DC side. This causes the differential current in the sensor to increase. This signal will evaluated and all power semiconductors 14 'switched off.
  • the fault current can be interrupted because the two diodes connected in series (D1 in both Fig. 19 and Fig. 10) in the current path can block the current in both directions.
  • the positive side or side of the potential tap 16a and in the exemplary embodiment from FIG Normal operation is permanently closed.
  • this switch 28' or 28" is also opened and the two diodes D2 connected in anti-series can interrupt the fault current again in both directions. If the battery is connected with its positive pole to the positive intermediate circuit voltage, the additional switch can be installed in the positive path.
  • the DC-DC converter 13 ' can be designed with a different topography according to further exemplary embodiments, e.g. B. Flying capacitor technology.
  • the decisive factor is the arrangement of the diodes D1 and D2, which are provided in the corresponding DC-DC converter 13 'and the rectifier 12'.
  • the “high speed circuit breaker” described in [2] is implemented in this case by combining the all-current sensitive (AC+DC) differential current sensor in combination with a switch of the DC-DC converter and an additional switch.
  • AC+DC all-current sensitive
  • exemplary embodiments enable DC residual currents to be switched off quickly by using an all-current sensitive differential current sensor in combination with a DC-DC converter and an additional semiconductor switch (if already known, with the restriction to non-insulating battery chargers).
  • the switching off process is carried out by a controller.
  • the method includes the step of executing a shutdown sequence as already explained above.
  • a DC-DC converter 13 can be provided on the DC voltage side (see FIG. 11).
  • an additional switch of the converter 13, here in this exemplary embodiment the additional switch 13a ' can be opened by the switch-off sequence.
  • the first potential tap 16a and the second potential tap 16b can each have an additional switch 28, 28 ', 28 ".
  • aspects have been described in connection with a device, it is understood that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
  • Some or all of the method steps may be performed by a hardware apparatus (or using a hardware device). Apparatus), such as a microprocessor, a programmable computer or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the key process steps may be performed by such apparatus.
  • embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software.
  • the implementation may be using a digital storage medium such as a floppy disk, a DVD, a Blu-ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or a FLASH memory, a hard drive or other magnetic or optical memory are carried out on which electronically readable control signals are stored, which can interact with a programmable computer system in such a way that the respective method is carried out. Therefore, the digital storage medium can be computer readable.
  • Some embodiments according to the invention thus include a data carrier that has electronically readable control signals that are capable of interacting with a programmable computer system such that one of the methods described herein is carried out.
  • embodiments of the present invention may be implemented as a computer program product with a program code, the program code being effective to perform one of the methods when the computer program product runs on a computer.
  • the program code can, for example, also be stored on a machine-readable medium.
  • an exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a computer program that has a program code for carrying out one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.
  • a further exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program for carrying out one of the methods described herein is recorded.
  • a further exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a data stream or a sequence of signals which represents the computer program for carrying out one of the methods described herein.
  • the data stream or the sequence of signals can, for example, be configured to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.
  • Another embodiment includes a processing device, such as a computer or a programmable logic device, configured or adapted to perform one of the methods described herein.
  • a processing device such as a computer or a programmable logic device, configured or adapted to perform one of the methods described herein.
  • Another embodiment includes a computer on which the computer program for performing one of the methods described herein is installed.
  • a further embodiment according to the invention includes a device or system designed to transmit a computer program to a receiver for carrying out at least one of the methods described herein. The transmission can take place electronically or optically, for example.
  • the recipient may be, for example, a computer, a mobile device, a storage device or a similar device.
  • the device or system can, for example, comprise a file server for transmitting the computer program to the recipient.
  • a programmable logic device e.g., a field programmable gate array, an FPGA
  • a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform any of the methods described herein.
  • the methods are performed by any hardware device. This can be universally applicable hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the method, such as an ASIC.

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Abstract

The invention relates to an electric circuit (10, 10', 10'') having the following features: a converter circuit (12, 12', 13') which is located between a first potential tap (16a) and a second potential tap (16b) and comprises a plurality of switches (14), wherein a battery (20) can be coupled via the first potential tap (16a) and/or the second potential tap (16b), wherein the first and/or the second potential tap (16b) comprise(s) an additional switch (28, 28', 28''); a voltage terminal (22) which is connected to the converter circuit (12, 12', 13'); a fault-current/fault-voltage detection unit (24) which is coupled to the voltage terminal (22) and is designed to detect a fault current or fault voltage; a controller (26) which is designed, when a fault current or fault voltage is detected by the fault-current/fault-voltage detection unit (24), to perform a turn-off sequence according to which the additional switch (28, 28', 28'') of the first and/or the second potential tap (16b) as well as at least one of the switches of the converter circuit (12, 12', 13') are opened.

Description

Elektrische Schaltung sowie Betriebsverfahren Electrical circuit and operating procedures
Beschreibung Description
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Schaltung mit einer Stromrichterschaltung und Abschaltsequenz sowie auf ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer Stromrichterschaltung und Computerprogramm. Embodiments of the present invention relate to a circuit with a power converter circuit and shutdown sequence as well as a corresponding method for operating a power converter circuit and computer program.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Schaltungsanordnung zur Detektion und Abschaltung von DC-Fehlerströmen. Preferred exemplary embodiments relate to a circuit arrangement for detecting and switching off DC fault currents.
Beim Betrieb von nichtisolierenden Gleichrichtern (AC-DC-Wandlung, unidirektional oder bidirektional) können durch Isolationsfehler auf der Gleichspannungsseite pulsierende Gleichfehlerströme oder Gleichfehlerströme entstehen. Diese können beim Einsatz von TYP AC oder A Fehlerstromschutzschaltern zur Sättigung des magnetischen Kerns des Wandlers führen. Der Fehlerstromschutzschalter kann dadurch einen möglicherweise vorhandenen Fehlerstrom nicht mehr detektieren und abschalten („Erblinden“ des RCDs). When operating non-insulating rectifiers (AC-DC conversion, unidirectional or bidirectional), pulsating DC residual currents or DC residual currents can arise due to insulation faults on the DC voltage side. When using TYPE AC or A residual current circuit breakers, these can lead to saturation of the magnetic core of the converter. This means that the residual current circuit breaker can no longer detect and switch off any residual current that may be present (“blinding” the RCD).
In den Figuren 1a und 1b sind Brückenschaltungen illustriert, bei welchen Fehlerströme auftreten können. Fig. 1a zeigt eine Sechspuls-Brückenschaltung 100, die zwischen zwei Potentialabgriffen 102a und 102b angeordnet ist. Zwischen den Potentialabgriffen 102a und 102b kann basierend auf einer an den Wechselspannungseingängen der Brückenschaltung 100 anliegenden Wechselspannung eine Gleichspannung bereitgestellt werden. Diese fällt über den Verbraucher/Widerstand 106 ab. Die zwischen den Potentialabgriffen und PE 104 bestehende Spannung resultiert bei einem Isolationsfehler in einem Strom iF. Beispielsweise kann der Fehlerstrom sowohl bei einem Isolationsfehler von 102a als auch von 102b auftreten - die Drossel 106 führt je nach Induktivitätswert zu einer Glättung des Stroms. Der Fehlerstrom ist in dem nebenstehenden Diagramm als Gleichfehlerstrom iF markiert. Figures 1a and 1b illustrate bridge circuits in which fault currents can occur. Fig. 1a shows a six-pulse bridge circuit 100, which is arranged between two potential taps 102a and 102b. A direct voltage can be provided between the potential taps 102a and 102b based on an alternating voltage present at the alternating voltage inputs of the bridge circuit 100. This drops across the consumer/resistor 106. The voltage existing between the potential taps and PE 104 results in a current i F in the event of an insulation fault. For example, the fault current can occur with both an insulation fault of 102a and 102b - the choke 106 leads to a smoothing of the current depending on the inductance value. The residual current is marked as direct residual current i F in the diagram opposite.
Analog verhält es sich bei dem in Fig. 1 b dargestellten Batterieladegerät, das ebenfalls eine Brückenschaltung 100 zwischen zwei Potentialabgriffen 102a und 102b aufweist. Die Batterie 108 wird in Serie geschaltet zu der Glättungsinduktivität 106 geladen. Der durch die Induktivität 106 geglättete Gleichfehlerstrom iF ist in dem zugehörigen Diagramm dargestellt. In einer Veröffentlichung [1] wurde der Aufbau eines Ladegeräts mit galvanischer Isolierung beschrieben, wie sie in Fig. 2 abgebildet ist. Hierbei gibt es drei Bereiche B1 , B2 und B3, wobei die Bereiche B2 und B3 durch einen Transformator 120 getrennt sind. Alle Bereiche B1 , B2 und B3 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 122 angeordnet. Der Bereich B1 umfasst den Wechselspannungseingang mit entsprechender Filterung. Im Bereich B2 ist der Gleichrichter 124 sowie eine weitere Stromrichterschaltung 126 angeordnet. Die weitere Stromrichterschaltung 126 dient im Wesentlichen für das Betreiben des Transformators 120. Eine analog aufgebaute Stromrichterschaltung 128 ist im Bereich 3 auf der Sekundärseite des Trafos vorgesehen. The situation is analogous with the battery charger shown in FIG. 1 b, which also has a bridge circuit 100 between two potential taps 102a and 102b. The battery 108 is charged in series with the smoothing inductor 106. The DC residual current i F smoothed by the inductor 106 is shown in the associated diagram. A publication [1] described the structure of a charger with galvanic isolation, as shown in Fig. 2. There are three areas B1, B2 and B3, with the areas B2 and B3 being separated by a transformer 120. All areas B1, B2 and B3 are arranged in a common housing 122. The area B1 includes the AC voltage input with appropriate filtering. The rectifier 124 and another power converter circuit 126 are arranged in area B2. The further converter circuit 126 essentially serves to operate the transformer 120. An analog converter circuit 128 is provided in area 3 on the secondary side of the transformer.
Für ein Ladegerät ohne galvanische Isolation entfällt der galvanisch getrennte Bereich 3, wie im Zusammenhang mit Fig. 3 dargestellt ist. For a charger without galvanic isolation, the galvanically isolated area 3 is omitted, as shown in connection with FIG.
Fig. 3 zeigt ein Ladegerät mit den Bereichen B1 und B2, die beide in dem gemeinsamen Gehäuse 122 vorgesehen sind. Im Bereich B1 ist wiederum der letzte Spannungsanschluss samt Filterung vorgesehen. Der Bereich B2 beherbergt die Stromrichterschaltung, hier einen Gleichrichter 124. Die Gleichrichter-Gleichspannung wird dann ohne galvanische Trennung an eine Batterie ausgegeben. Sowohl bei der Variante aus Fig. 2 als auch bei der Variante aus Fig. 3 kann eine Ankopplung über ein Kabel 130 mit Leitungsschirm vorgesehen sein. 3 shows a charger with areas B1 and B2, both of which are provided in the common housing 122. The last voltage connection including filtering is again provided in area B1. The area B2 houses the power converter circuit, here a rectifier 124. The rectifier direct voltage is then output to a battery without galvanic isolation. Both in the variant from FIG. 2 and in the variant from FIG. 3, a coupling can be provided via a cable 130 with a cable shield.
In beiden Varianten von Fig. 2 und Fig. 3 sind mittels Pfeilsymbolen exemplarisch potentielle Isolationsdurchbrüche zwischen Schaltungskomponenten in den Bereichen B1 , B2 und B3 und in dem Gehäuse 122 dargestellt. Fehlerströme im Bereich B1 werden durch Stand der Technik-Mittel vermieden beziehungsweise können durch einen RCD-A erkannt und abgeschaltet werden, wie Bezug nehmend auf Fig. 4 erläutert wird. In both variants of FIGS. 2 and 3 , potential insulation breakthroughs between circuit components in the areas B1, B2 and B3 and in the housing 122 are shown as examples using arrow symbols. Fault currents in area B1 are avoided by state-of-the-art means or can be detected and switched off by an RCD-A, as explained with reference to FIG. 4.
Fig. 4 zeigt eine Stromrichterschaltung 124 mit dem Wechselspannungseingang beziehungsweise Wechselspannungsfilter 134. Dieser kann beispielsweise einen Gleichtaktfilter 1341, einen Gegentaktfilter 134r und ein oder mehrere Kapazitäten 134c aufweisen. Dieser Wechselspannungsanschluss beziehungsweise Eingangsfilter 134 des Ladegeräts ist über eine Ladestation 140 mit dem Versorgungsnetz 150, hier beispielsweise ein TN-C- Netz beziehungsweise TN-C-S verbunden. Exemplarisch sind zwei Fehler dargestellt. Fehler 1 stellt einen Isolationsfehler im Eingangsfilter gegen das über den Schutzleiter geerdete Gehäuse 122 des Ladegeräts dar und kann durch einen typischen RCD-A 142, der beispielsweise in der Ladesäule 140 angeordnet ist, erkannt und abgeschaltet werden. Das Gleiche gilt bei einem Doppelfehler bei dem ein interner Isolationsfehler und gleichzeitig ein unterbrochener Schutzleiter vorliegt. Berührt eine Person das Gehäuse 122 wird Fehler 2 ausgelöst und ein Berührstrom fließt im geschlossenen Stromkreis über die Person. 4 shows a power converter circuit 124 with the AC voltage input or AC voltage filter 134. This can, for example, have a common mode filter 1341, a push-pull filter 134r and one or more capacitances 134c. This AC voltage connection or input filter 134 of the charger is connected via a charging station 140 to the supply network 150, here for example a TN-C network or TN-CS. Two errors are shown as examples. Error 1 represents an insulation fault in the input filter against the housing 122 of the charger, which is grounded via the protective conductor, and can be detected and switched off by a typical RCD-A 142, which is arranged, for example, in the charging column 140. The The same applies to a double fault in which there is an internal insulation fault and an interrupted protective conductor at the same time. If a person touches the housing 122, error 2 is triggered and a contact current flows across the person in a closed circuit.
Fehlerströme im Bereich B2 finden auf Gleichspannungsseite statt und führen zur „Erblindung“ des RCD-A, wie nachfolgend Bezug nehmend auf Fig. 5 erläutert wird. Fig. 5 zeigt wiederum die Stromrichterschaltung 124 mit dem Wechselspannungsfilter 134, der über die Ladesäule 140 an das Versorgungsnetz 150 angeschlossen ist. Fault currents in area B2 occur on the DC voltage side and lead to “blindness” of the RCD-A, as will be explained below with reference to Fig. 5. 5 again shows the power converter circuit 124 with the AC voltage filter 134, which is connected to the supply network 150 via the charging station 140.
Das Ladegerät weist neben der Stromrichterschaltung 124 eine weitere Stromrichterschaltung beziehungsweise einen weiteren Teil der Stromrichterschaltung 126 (siehe oben) vor dem Transformator 120 auf, über weichen eine Batterie angekoppelt (vgl. Batteriesystem 131) sein kann. Der Teil der Stromrichterschaltung 124 ist mit dem Teil der Stromrichterschaltung 126 über die gemeinsamen Potentialabgriffe 124a und 124b verbunden. Darüber hinaus kann auch noch ein Zwischenkreis 124z vorgesehen sein. In addition to the power converter circuit 124, the charger has a further power converter circuit or a further part of the power converter circuit 126 (see above) in front of the transformer 120, via which a battery can be coupled (cf. battery system 131). The part of the power converter circuit 124 is connected to the part of the power converter circuit 126 via the common potential taps 124a and 124b. In addition, an intermediate circuit 124z can also be provided.
Hier sind exemplarisch zwei Fehler dargestellt, nämlich ein Fehler 1 als Kurzschluss zwischen dem Spannungsabgriff 124a bzw. 124b und dem Gehäuse 122 und ein Fehler 2 bei dem gleichzeitig der Schutzleiteranschluss zum Gehäuse unterbrochen ist (vgl. Doppelstriche in Fig. 5), sodass ein gefährlicher Berührstrom über die Person fließen kann. Aufgrund des Erblindens können die Fehlerströme mit Gleichanteil im Gegensatz zu den Wechselspannungsfehlern aus Fig. 4 nicht erkannt werden. Die Personensicherheit ist gefährdet. Two errors are shown here as examples, namely an error 1 as a short circuit between the voltage tap 124a or 124b and the housing 122 and an error 2 in which the protective conductor connection to the housing is interrupted at the same time (see double lines in Fig. 5), so that a dangerous Contact current can flow over the person. Due to the blinding, the fault currents with a direct component cannot be detected, in contrast to the AC voltage faults from FIG. Personal safety is at risk.
Im Stand der Technik gibt es einige Ansätze zur Überwindung dieser Probleme. Diese sind beispielsweise in Fig. 6 gezeigt, von der Topologie aus Fig. 3 ausgegangen wird. There are some approaches in the prior art to overcome these problems. These are shown, for example, in FIG. 6, which is based on the topology from FIG. 3.
Fig. 6 zeigt also ein Ladegerät mit der Stromrichterschaltung 124 mit dem Wechselspannungseingang 135, wobei über ein Kabel 130 direkt die Batterie 131 beziehungsweise das Batteriesystem 131 angebunden ist. Das Ladegerät ist an das Stromnetz 150 über eine Ladestation 140 angekoppelt. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Ladestation 140 beispielsweise wiederum den RCD-A 142 auf. Der Wechselspannungseingang 135 weist einen RCM-B 135r auf. Dieser kann Geräte-intern DC-Fehlerstrommessungen durchführen. Problematisch kann bei Verwendung von Schützen/Relais die lange Reaktionszeit bis zur Unterbrechung sein (typisch 5 bis 40 ms). In dieser Zeit kann der Fehlerstrom bei einem niederimpedanten Isolationsfehler bereits Stromwerte erreichen, für die das Schütz oder die Dioden der Stromrichterschaltung 124 nicht mehr ausgelegt ist. Auf den Stromanstieg begrenzend wirken im ersten Moment die Filterdrosseln der Stromrichterschaltung. Um eine Sättigung der Drosseln und eine Beschädigung der Stromrichterschaltung 124 zu vermeiden, muss der Strom sehr schnell abgeschaltet werden. Speziell beim Einsatz von Wide- Bandgap-Halbleitern mit hohen Schaltfrequenzen ist die Induktivität der Filterdrosseln sehr klein und der Stromanstieg höher. Um den Fehlerstrom sicher abschalten zu können, sind schnelle Reaktionszeiten erforderlich. 6 shows a charger with the power converter circuit 124 with the AC voltage input 135, the battery 131 or the battery system 131 being connected directly via a cable 130. The charger is coupled to the power grid 150 via a charging station 140. In this exemplary embodiment, the charging station 140 again has the RCD-A 142, for example. The AC voltage input 135 has an RCM-B 135r. This can carry out DC residual current measurements within the device. When using contactors/relays, the long response time until interruption can be problematic (typically 5 to 40 ms). During this time, the fault current in the event of a low impedance insulation fault can already reach current values for which the contactor or the diodes of the converter circuit 124 are no longer designed. On the current increase The filter chokes of the converter circuit have a limiting effect at first. In order to avoid saturation of the chokes and damage to the converter circuit 124, the power must be switched off very quickly. Especially when using wide-bandgap semiconductors with high switching frequencies, the inductance of the filter chokes is very small and the current rise is higher. In order to be able to safely switch off the fault current, fast reaction times are required.
Darüber hinaus sind die Komponenten des Ladegeräts, insbesondere der Stromrichterschaltung 124, des Hochvoltbordnetzes 130 und des Batteriesystems 131 mittels einer doppelten Isolation ausgeführt. Diese ist mit dem Bezugszeichen 133 versehen. Diese Lösung eignet sich auch ohne die galvanische Isolation, das heißt also die strukturelle Trennung zu dem Hochvoltbordnetz 130 und 131 , wie sie beispielsweise bei Fig. 5 vorhanden ist. Deshalb erstreckt sich beispielsweise die Isolation 133 nicht nur über den Gleichrichter 124, sondern auch die Komponenten des Hochvoltbordnetzes 130 und 131. In addition, the components of the charger, in particular the converter circuit 124, the high-voltage vehicle electrical system 130 and the battery system 131 are designed using double insulation. This is provided with the reference number 133. This solution is also suitable without the galvanic isolation, that is, the structural separation from the high-voltage electrical system 130 and 131, as is present, for example, in FIG. 5. Therefore, for example, the insulation 133 extends not only over the rectifier 124, but also the components of the high-voltage vehicle electrical system 130 and 131.
Im Patent US 2012/028674.0 A1 der Firma Renault wird ein Ladegerät ohne galvanische Isolierung beschrieben. Ein Auszug der Schaltungsanordnung für nichtisolierte Ladegeräte ist in Fig. 7 gezeigt. Patent US 2012/028674.0 A1 from Renault describes a charger without galvanic insulation. An excerpt of the circuit arrangement for non-isolated chargers is shown in Fig. 7.
Fig. 7 zeigt ein nichtisoliertes Ladegerät mit einem Wechselspannungseingang 5, einer ersten Stromrichterschaltung 6 und einer zweiten Stromrichterschaltung 7 sowie dazwischenliegenden Induktivitäten 14. Die Schaltung 6 hat tiefsetzendes Verhalten. Die Schalter 12 und die Dioden 11 sind so verschaltet, das der Strom in beide Richtungen abgeschaltet werden kann. Ein Fehlerstrom auf der DC-Seite kann dadurch nach einer Detektion mit dem RCM-B über die Halbleiterschalter schnell abgeschaltet werden. Die üblicherweise eingesetzten Gleichrichterschaltungen haben jedoch hochsetzendes Verhalten. Bei diesen ist es nicht möglich den Stromfluss mit den Halbleitern in beiden Richtungen abzuschalten. Deshalb besteht der Bedarf nach einem verbesserten Ansatz. Fig. 7 shows a non-insulated charger with an AC voltage input 5, a first converter circuit 6 and a second converter circuit 7 as well as inductors 14 in between. The circuit 6 has bucking behavior. The switches 12 and the diodes 11 are connected so that the current can be switched off in both directions. A fault current on the DC side can be quickly switched off via the semiconductor switches after detection with the RCM-B. However, the rectifier circuits commonly used have boosting behavior. With these it is not possible to switch off the current flow with the semiconductors in both directions. Therefore, there is a need for an improved approach.
Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Fehlerverhalten bei Gleichspannungsseitigen Isolationsfehlern beziehungsweise Fehlerströmen für elektrische Schaltungen, wie beispielsweise Ladegeräten zu verbessern. Embodiments of the present invention are based on the object of improving the fault behavior in the case of DC voltage side insulation faults or fault currents for electrical circuits, such as chargers.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine elektrische Schaltung, wie zum Beispiel ein Ladegerät mit einer Stromrichterschaltung, einem Spannungsanschluss, wie zum Beispiel einem Wechselspannungsanschluss, einer Fehlerstrom-/Fehlerspan- nungs-Detektionseinheit sowie einer Steuerung. Die Stromrichterschaltung ist zwischen einem ersten Potentialabgriff und einem zweiten Potentialabgriff angeordnet und weist mehrere Schalter auf. Beispielsweise kann die Stromrichterschaltung eine H4- oder B6-Topolo- gie aufweisen und ausgebildet sein, um auf Basis einer an dem Spanungsanschluss anliegenden Wechselspannung eine Gleichspannung an den ersten und zweiten Potentialabgriff bereitzustellen und/oder insbesondere ein hochsetzstellendes Verhalten aufweisen. Andere Spannungswandlungen, wie zum Beispiel eine Gleichspannungs- Wechselspannungs- Wandlung oder Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlung sind natürlich auch denkbar. Über den ersten und/oder den zweiten Potentialabgriff ist ein Verbraucher (z.B. eine Batterie) oder eine Quelle ankoppelbar (z.B. eine Batterie, Photovoltaik, Brennstoffzelle). Der erste und/oder der zweite Potentialabgriff weist einen zusätzlichen Schalter auf. Die Fehlerstrom-/Fehlerspannungs-Detektionseinheit ist mit dem Spannungsanschluss gekoppelt (der wiederum mit der Stromrichterschaltung gekoppelt ist) und ausgebildet, einen Fehlerstrom (oder ggf. eine Fehlerspannung) zu erkennen. Beispielsweise kann es sich um einen Differenzstromsensor RCM (residual current monitor) handeln. Die Steuerung ist ausgebildet, bei einem durch die Fehlerstrom- oder Fehlerspannungs-Detektionseinheit erkannten Fehlerstrom oder Fehlerspannung eine Abschaltsequenz auszuführen, entsprechend welcher der zusätzliche Schalter des ersten und/oder des zweiten Potentialabgriffs sowie zumindest einer der Schalter der Stromrichterschaltung geöffnet wird. Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden alle Schalter der Stromrichterschaltung geöffnet. The task is solved by the subject matter of the independent patent claims. Embodiments of the present invention provide an electrical circuit, such as a charger with a power converter circuit, a voltage connection, such as an AC voltage connection, a residual current/voltage detection unit, and a controller. The power converter circuit is arranged between a first potential tap and a second potential tap and has a plurality of switches. For example, the power converter circuit can have an H4 or B6 topology and can be designed to provide a direct voltage to the first and second potential taps based on an alternating voltage present at the voltage connection and/or in particular have a step-up behavior. Other voltage conversions, such as DC-AC voltage conversion or DC-DC conversion, are of course also conceivable. A consumer (e.g. a battery) or a source (e.g. a battery, photovoltaic, fuel cell) can be coupled via the first and/or the second potential tap. The first and/or the second potential tap has an additional switch. The fault current/fault voltage detection unit is coupled to the voltage connection (which in turn is coupled to the power converter circuit) and is designed to detect a fault current (or possibly a fault voltage). For example, it can be an RCM (residual current monitor) differential current sensor. The controller is designed to execute a shutdown sequence in the event of a fault current or fault voltage detected by the fault current or fault voltage detection unit, according to which the additional switch of the first and/or the second potential tap as well as at least one of the switches of the power converter circuit is opened. According to a preferred exemplary embodiment, all switches of the power converter circuit are opened.
Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Ansteuerung der Stromrichterschaltung und die Öffnung der entsprechenden Schalter bei einem Fehlerstrom in Kombination mit der Öffnung eines Schalters in dem ersten und/oder zweiten Potentialabgriff praktisch alle Spannungs- oder Stromquellen abkoppelt werden, so dass selbst für galvanisch nichtisolierte Ladegeräte das Gefahrenpotential erheblich reduziert wird. Entsprechend Ausführungsbeispielen ist die Fehlerstrom- /Fehlerspannungs-Detektionseinheit ausgebildet, einen Gleichstrom zu detektieren. So kann also vorteilhafterweise durch die schnelle Geräteinterne Erfassung ein Fehlerstrom sowohl im positiven als auch im negativen Pfad schnell unterbrochen werden. Das ermöglicht, dass die Halbleiter und die AC-Relais bei einem Kurzschluss auf der DC-Seite ge- schützt werden. Auf einen zusätzlichen teuren Leistungsschalter „high speed circuit breaker“ auf der DC-Seite kann so auch verzichtet werden. Der einfache Schalter in einem der Potentialabgriffe ist signifikant kostengünstiger als dieser Leistungsschalter. Embodiments of the present invention are based on the knowledge that by controlling the power converter circuit and opening the corresponding switches in the event of a fault current in combination with the opening of a switch in the first and/or second potential tap, practically all voltage or current sources are decoupled, so that The danger potential is significantly reduced even for chargers that are not galvanically isolated. According to exemplary embodiments, the fault current/fault voltage detection unit is designed to detect a direct current. Advantageously, a fault current can be quickly interrupted in both the positive and negative paths through the rapid device-internal detection. This allows the semiconductors and the AC relays to be switched off in the event of a short circuit on the DC side. be protected. This also eliminates the need for an additional, expensive “high speed circuit breaker” on the DC side. The simple switch in one of the potential taps is significantly more cost-effective than this circuit breaker.
Durch die schnelle Fehlerabschaltung kann vermutlich die in Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden, dargestellte doppelte Isolierung des HV-Bordnetzes und Batteriesystems entfallen und wie üblich eine Basisisolierung eingesetzt werden. Dadurch können zusätzliche Kosten für die doppelte Isolierung eingespart werden, welche den Einsatz nichtisolierender Gleichrichtern, z.B. in Ladegeräten trotz ihrer potentiell geringeren Kosten in Summe finanziell unattraktiv machen. Die normative Bewertung dieses Sicherheitsaspekts befindet sich in der Bearbeitung. Due to the quick error shutdown, the error can probably occur! Reference source could not be found, double insulation of the HV electrical system and battery system shown is omitted and basic insulation is used as usual. This can save additional costs for double insulation, which makes the use of non-insulating rectifiers, e.g. in chargers, financially unattractive despite their potentially lower overall costs. The normative assessment of this security aspect is currently being processed.
Entsprechend Ausführungsbeispielen weist die Stromrichterschaltung einen Gleichrichter (auf der einen Seite) und/oder einen Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler (auf der anderen Seite) auf. Beide können beispielsweise über den ersten und zweiten Potentialab- griff verbunden sein. Der zusätzliche Schalter ist entsprechend den Ausführungsbeispielen zwischen den Gleichrichter und den Gleichspannungs-Gleichspannungs- Wandler in einem der Potentialabgriffe angeordnet. Alternativ könnte der Schalter auch hinter dem Gleichspannungswandler angeordnet sein. Dort ist der Strom jedoch höher also vor dem Gleichspannungswandler. Weshalb die Anordnung dazwischen vorteilhaft erscheint. Bezüglich des Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandlers sei angemerkt, dass dieser entsprechend Ausführungsbeispielen einen Mittelabgriff aufweisen kann. Über diesen Gleichspan- nungs-Gleichspannungs-Wandler kann entsprechend Ausführungsbeispielen eine Batterie angekoppelt werden. Beispielsweise kann die Batterie auf Seiten des ersten Potentialab- griffs mit einem ersten Pol der Batterie mit dem ersten Potentialabgriff (allgemein: Teil des Ein-/Ausgang des Gleichspannungswandlers, über welchen eine Batterie/Last/Quelle ankoppelbar ist) verbunden sein, wobei der zweite Pol der Batterie mit dem Mittelabgriff verbunden ist. Alternativ wäre es auch denkbar, dass die Batterie auf Seiten des zweiten Po- tentialabgriffs mit dem zweiten Pol in dem zweiten Potentialabgriff (zweiter Teil des Ein- /Ausgang des Gleichspannungswandlers) verbunden ist, wobei dann der erste Pol der Batterie mit dem Mittelabgriff des Gleichspannungs-Gleichspannungs- Wandlers verbunden ist. Da ein Schalter des DC-DC-Wandlers verwendet wird, ist nur ein weiterer Halbleiterschalter mit Diode notwendig. Da dieser im Normalbetrieb dauerhaft eingeschaltet ist, fallen keine zusätzlichen Schaltverluste an, welche den Wirkungsgrad des Gleichrichters verschlechtern würden. Die auftretenden Leitverluste, sind bei Verwendung eines auf geringe Leitver- luste optimierten Schalters gering und vergleichbar mit den Leitverlusten, die in zusätzlichen Sicherungen oder Leistungsschaltern auftreten würden. An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler auch anders ausgeführt sein kann, z.B. kann nur ein Schalter und eine Diode in entgegengesetzter Richtung zum Gleichrichter vorgesehen werden. According to exemplary embodiments, the power converter circuit has a rectifier (on one side) and/or a DC-DC converter (on the other side). Both can be connected, for example, via the first and second potential taps. According to the exemplary embodiments, the additional switch is arranged between the rectifier and the DC-DC converter in one of the potential taps. Alternatively, the switch could also be arranged behind the DC-DC converter. However, the current is higher there, i.e. in front of the DC-DC converter. Which is why the arrangement in between seems advantageous. With regard to the DC-DC voltage converter, it should be noted that, according to exemplary embodiments, it can have a center tap. According to exemplary embodiments, a battery can be coupled via this direct voltage to direct voltage converter. For example, on the side of the first potential tap, the battery can be connected to a first pole of the battery with the first potential tap (generally: part of the input/output of the DC-DC converter, via which a battery/load/source can be coupled), the second The battery terminal is connected to the center tap. Alternatively, it would also be conceivable that the battery on the side of the second potential tap is connected to the second pole in the second potential tap (second part of the input/output of the DC-DC converter), in which case the first pole of the battery is connected to the center tap of the DC voltage -DC voltage converter is connected. Since a switch from the DC-DC converter is used, only another semiconductor switch with a diode is necessary. Since this is permanently switched on during normal operation, there are no additional switching losses that would reduce the efficiency of the rectifier. The conduction losses that occur are when using a low conductivity The loss of an optimized switch is low and comparable to the conduction losses that would occur in additional fuses or circuit breakers. At this point it should be noted that the DC-DC converter can also be designed differently, for example only a switch and a diode can be provided in the opposite direction to the rectifier.
Entsprechend Ausführungsbeispielen ist der zumindest ein Schalter der Stromrichterschaltung und/oder der zusätzliche Schalter als Parallelschaltung eines aktiven Elements (Transistors) mit einer Diode implementiert (z.B. IGBT) oder als aktives Element mit intrinsischer Diode (z.B. MOSFET). Entsprechend einem Ausführungsbeispiel sind die Dioden zugehörig zu den Schaltern der Stromrichterschaltung auf der jeweiligen ersten oder zweiten Seite des Potentialabgriffs (beziehungsweise des Schalters des Gleichrichters auf der jeweiligen ersten oder zweiten Seite des Potentialabgriffs) entgegengesetzt zu der Diode des zusätzlichen Schalters und/oder entgegengesetzt zu den Dioden des Gleichspannungs-Gleich- spannungs-Wandlers angeordnet. So kann also verhindert werden, dass bei geöffnetem Schalter ein entsprechender Stromfluss entsteht. An dieser Stelle Sei angemerkt, dass auch ein bidirektional sperrender Schalter möglich wäre. According to exemplary embodiments, the at least one switch of the power converter circuit and/or the additional switch is implemented as a parallel connection of an active element (transistor) with a diode (e.g. IGBT) or as an active element with an intrinsic diode (e.g. MOSFET). According to one exemplary embodiment, the diodes associated with the switches of the power converter circuit on the respective first or second side of the potential tap (or the switch of the rectifier on the respective first or second side of the potential tap) are opposite to the diode of the additional switch and/or opposite to the Diodes of the DC-DC voltage converter are arranged. This can prevent a corresponding current flow from occurring when the switch is open. It should be noted at this point that a bidirectional blocking switch would also be possible.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Batterieladegerät oder ein nichtisolierendes Batterieladegerät oder ein Batterieladegerät mit einem nichtisolierten Gleichrichter oder eine andere Anwendung umfassend die (elektrische) Schaltung, wie sie oben diskutiert wurde, z.B. Elektrolysegleichrichter, PV-Wechselrichter usw.. Further embodiments provide a battery charger or a non-insulating battery charger or a battery charger with a non-isolated rectifier or another application comprising the (electrical) circuit as discussed above, e.g. electrolysis rectifiers, PV inverters, etc.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel schafft ein Verfahren zum Betreiben der (elektrischen) Schaltung. Das Verfahren umfasst den Schritt der Ausführens einer Abschaltsequenz bei einem durch die Fehlerstrom-/Fehlerspannungs-Detektionseinheit erkannten Fehlerspannung oder Fehlerstrom, wobei die entsprechende Abschaltsequenz der zusätzliche Schalter des ersten und/oder zweiten Potentialabgriffs sowie zumindest einer der Schalter oder vorzugsweise alle Schalter der Stromrichterschaltung geöffnet werden. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Computerprogramm zur Ausführung des entsprechenden Verfahrens. A further exemplary embodiment creates a method for operating the (electrical) circuit. The method includes the step of executing a shutdown sequence in the event of a fault voltage or fault current detected by the fault current/fault voltage detection unit, the corresponding shutdown sequence opening the additional switch of the first and/or second potential tap and at least one of the switches or preferably all switches of the power converter circuit become. Further exemplary embodiments relate to a computer program for carrying out the corresponding method.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1a/1 b schematische Darstellungen von Gleichrichterschaltungen zur Illustration von Gleichfehlerströmen ip (vgl. [1]); Embodiments of the present invention are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it: Fig. 1a/1b schematic representations of rectifier circuits to illustrate DC residual currents ip (see [1]);
Fig. 2 einen schematischen Aufbau eines Ladegeräts mit galvanischer Isolierung (vgl. [1]); Fig. 2 shows a schematic structure of a charger with galvanic insulation (see [1]);
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ladekonfiguration ohne galvanische Isolierung (vgl. [1]); Fig. 3 is a schematic representation of a charging configuration without galvanic isolation (see [1]);
Fig. 4 eine schematische Vergrößerung der Konfiguration aus Fig. 2 und Fig. 3 in Teilen des Bereichs 1 zur Fehlerbetrachtung; 4 shows a schematic enlargement of the configuration from FIGS. 2 and 3 in parts of area 1 for error observation;
Fig. 5 eine schematische Vergrößerung der Topographie aus Fig. 2 zur Fehlerbetrachtung im Bereich 2 (Zwischenkreis mit Gleichstromanteil); Fig. 5 shows a schematic enlargement of the topography from Fig. 2 for fault analysis in area 2 (DC link with direct current component);
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Ladegeräts ohne galvanische Isolierung zwischen dem Versorgungsnetz und dem HV-Netz (Realisierungsbeispiel umfasst einen AC/DC-Wandler (Bridgeless PFC) gemäß [1]); 6 shows a schematic representation of a charger without galvanic isolation between the supply network and the HV network (implementation example includes an AC/DC converter (Bridgeless PFC) according to [1]);
Fig. 7 eine Schaltungsanordnung für nichtisolierende Ladegeräte gemäß dem Stand der Technik; 7 shows a circuit arrangement for non-insulating chargers according to the prior art;
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer elektrischen Schaltung gemäß einem Basisausführungsbeispiel; 8 shows a schematic representation of an electrical circuit according to a basic exemplary embodiment;
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Schaltung für ein Ladegerät ohne galvanische Isolierung mit DC-DC-Wandler und Batterie am negativen Zwischenkreispotential gemäß einem erweiterten Ausführungsbeispiel; und 9 shows a schematic representation of a circuit for a charger without galvanic isolation with a DC-DC converter and battery at the negative intermediate circuit potential according to an expanded exemplary embodiment; and
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Schaltung für ein Ladegerät ohne galvanische Isolierung mit DC-DC-Wandlung und Batterie am positiven Zwischenkreispotential gemäß einem erweiterten Ausführungsbeispiel. Fig. 10 is a schematic representation of a circuit for a charger without galvanic insulation with DC-DC conversion and battery at the positive intermediate circuit potential according to an expanded exemplary embodiment.
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente und Strukturen mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer aufeinander anwendbar beziehungsweise austauschbar ist. Before exemplary embodiments of the present invention are explained below with reference to the accompanying drawings, it should be noted that the same elements and Structures are provided with the same reference numerals so that the description of them can be applied to one another or interchangeable.
Fig. 8 zeigt eine Schaltung 10 mit einer Stromrichterschaltung 12, die hier zwei Halbbrücken 12a und 12b aufweist. Die Halbbrücken 12a und 12b und damit die Stromrichterschaltung 12 ist zwischen zwei Potentialabgriffen 16a und 16b angeordnet. Über diese zwei Potenti- alabgriffen 16a und 16b kann optionalerweise eine Batterie 20 angekoppelt werden. Die Batterie 20 ist beispielsweise mit einem ersten Pol mit dem ersten Spannungsabgriff 16a verbunden und mit einem zweiten Pol mit dem zweiten Spannungsabgriff 16b. Dazwischen ist ein zusätzlicher Schalter 28‘ in dem Spannungsabgriff 16b (zwischen dem zweiten Pol und 16b) angeordnet, worauf später noch eingegangen werden wird. Entsprechend Ausführungsbeispielen kann alternativ oder additiv ein Schalter 28“ ein analoger Lage an dem Potentialabgriff 16a (zwischen dem ersten Pol und 16a) vorgesehen sein. Die Schalter 28‘ oder 28“ kann je nach Ausführung Bestandteil des Gleichspannungswandlers sein, wie unten noch erläutert wird. Fig. 8 shows a circuit 10 with a power converter circuit 12, which here has two half bridges 12a and 12b. The half bridges 12a and 12b and thus the converter circuit 12 are arranged between two potential taps 16a and 16b. A battery 20 can optionally be coupled via these two potential taps 16a and 16b. The battery 20 is connected, for example, with a first pole to the first voltage tap 16a and with a second pole to the second voltage tap 16b. In between, an additional switch 28 'is arranged in the voltage tap 16b (between the second pole and 16b), which will be discussed later. According to exemplary embodiments, a switch 28″ of an analogous position can alternatively or additionally be provided on the potential tap 16a (between the first pole and 16a). Depending on the version, the switch 28' or 28" can be part of the DC-DC converter, as will be explained below.
Auf der gegenüberliegenden Seite der Stromrichterschaltung 12, das heißt also beispielsweise eingangsseitig, wenn man davon ausgeht, dass die Batterie 20 ausgangsseitig vorgesehen ist (was typisch für Batterieladegeräte ist), ist ein Spannungsanschluss 22, hier beispielsweise ein Wechselspannungsanschluss vorgesehen. On the opposite side of the power converter circuit 12, that is, for example, on the input side, assuming that the battery 20 is provided on the output side (which is typical for battery chargers), a voltage connection 22, here for example an AC voltage connection, is provided.
Am Spannungsanschluss 22 befindet sich eine Detektionseinheit 24, die mit einer Steuerung 26 verbunden ist. Die Steuerung 26 dient zur Steuerung beziehungsweise unterstützt die Steuerung der schaltbaren Elemente 14 sowie des Schalters 28‘ bzw. des optionalen Schalters 28“ in einem der zwei Potentialabgriffe 16a und 16b, hier in dem Potentialabgriff 16b, und zwar zwischen der Stromrichterschaltung 12 und der Gleichspannungsseite beziehungsweise der Batterie 20. Optional kann der Spannungseingang 22 auch Relais 27 zur Netztrennung aufweisen. Diese werden durch die Steuerung 26 angesteuert und koppeln, z.B. im Störfall, die Stromrichterschaltung 12 vom Netz 22 ab. Jeder Schalter kann eine parallel geschaltet Diode aufweisen, wie beispielsweise in Fig. 8 dargestellt ist. There is a detection unit 24 at the voltage connection 22, which is connected to a controller 26. The controller 26 is used to control or supports the control of the switchable elements 14 and the switch 28 'or the optional switch 28" in one of the two potential taps 16a and 16b, here in the potential tap 16b, namely between the converter circuit 12 and the DC voltage side or the battery 20. Optionally, the voltage input 22 can also have relays 27 for disconnecting from the network. These are controlled by the controller 26 and, for example in the event of a fault, decouple the converter circuit 12 from the network 22. Each switch can have a diode connected in parallel, as shown, for example, in FIG.
Nachdem nun die Struktur erläutert wurde, wird auf die Funktionsweise eingegangen. Now that the structure has been explained, how it works will be discussed.
Die Stromrichterschaltung 12 stellt beispielsweise einen Gleichrichter dar, der ausgebildet ist, ausgehend von einer an dem Wechselspannungsanschluss 22 anliegenden Wechsel- Spannung eine Gleichspannung an den Potentialabgriffen 16a und 16b bereitzustellen. Sowohl die Funktion als Hochsetzsteller als auch als Tiefsetzsteller wären theoretisch denkbar. Es sei angemerkt, dass eine Tiefsetzstellende Gleichrichter-Topologie wie in Fig. 7 dargestellt, entsprechend Ausführungsbeispielen den Strom in beide Richtungen abschalten kann. Hierzu werden die schaltbaren Elemente 14 in den Halbbrücken 12a und 12b entsprechend angesteuert. Die Steuerung kann beispielsweise durch die Steuerungseinheit 26 oder eine weitere Steuerungseinheit erfolgen. Insofern wird durch diese Struktur ein Batterieladegerät realisiert. An dieser Stelle sei gleich angemerkt, dass nicht nur die Gleichrichtung als denkbare Modi möglich wären, sondern auch eine Gleichspannungs-Gleich- spannungs-Wandlung oder eine Kombination von Gleichrichtung mit Gleichspannungs- Gleichspannungs- Wandlungen. The power converter circuit 12 represents, for example, a rectifier which is designed based on an alternating current applied to the alternating voltage connection 22. Voltage to provide a DC voltage at the potential taps 16a and 16b. Both the function as a step-up converter and a step-down converter would be theoretically conceivable. It should be noted that a buck rectifier topology as shown in FIG. 7 can turn off current in both directions, according to embodiments. For this purpose, the switchable elements 14 in the half bridges 12a and 12b are controlled accordingly. The control can be carried out, for example, by the control unit 26 or another control unit. In this respect, a battery charger is realized through this structure. It should be noted at this point that not only rectification would be possible as conceivable modes, but also DC-DC conversion or a combination of rectification with DC-DC conversions.
Die Fehlerstrom-/Fehlerspannungs-Detektionseinheit 24 kann beispielsweise mit dem Spannungsanschluss verbunden sein und ist ausgebildet, einen Fehlerstrom (oder ggf. eine Fehlerspannung) zu erkennen. Beispiele für einen erkennbaren Fehlerstrom ist ein Isolationsfehler zwischen einem der Spannungsabgriffe 16a oder 16b und der Erdung. Dies führt zu einem Fehlerstrom auf Hochvoltseite, welche durch die Fehlerstrom-/Fehlerspannungs- Detektionseinheit 24 erkannt wird. Die Einheit 24 kann beispielsweise in Form eines Differenzstromsensors RCM (residual current monitor) realisiert sein. The fault current/fault voltage detection unit 24 can, for example, be connected to the voltage connection and is designed to detect a fault current (or possibly a fault voltage). Examples of a recognizable fault current is an insulation fault between one of the voltage taps 16a or 16b and ground. This leads to a fault current on the high-voltage side, which is detected by the fault current/fault voltage detection unit 24. The unit 24 can be implemented, for example, in the form of a differential current sensor RCM (residual current monitor).
Bei entsprechender Kennung eines Fehlerstroms wird eine sogenannte Abschaltprozedur durch die Steuerung 26 ausgelöst. Diese schaltet den oder bevorzugt die zusätzlichen Schalter 28‘ und 28“ sowie zumindest einen oder vorzugsweise mehrere der Schalter 14 der Stromrichtereinheit aus. Beispielsweise können die vier Schalter 14 auf Seiten des Po- tentialabgriffs 16a geöffnet werden oder vorzugsweise alle Schalter 14. If a fault current is identified accordingly, a so-called switch-off procedure is triggered by the controller 26. This switches off the or preferably the additional switches 28' and 28" as well as at least one or preferably more of the switches 14 of the power converter unit. For example, the four switches 14 on the side of the potential tap 16a or preferably all switches 14 can be opened.
Wie in Fig. 8 dargestellt, kann parallel zu den zusätzlichen Schalter 28‘, 28“ bzw. zugehörig zu dem zusätzlichen Schalter 28‘, 28“ ein sogenannter Überspannungsschutz 28ü vorgesehen sein. Hintergrund ist, dass durch das Abschalten in Kombination mit Induktivitäten es zu einer Überspannung kommen kann, die über diesen Überspannungsschutz abgeleitet wird. Ein Beispiel für einen Überspannungsschutz ist ein Varistor. As shown in Fig. 8, a so-called overvoltage protection 28ü can be provided in parallel with the additional switches 28', 28" or associated with the additional switch 28', 28". The background is that switching off in combination with inductors can lead to an overvoltage, which is dissipated via this overvoltage protection. An example of a surge protector is a varistor.
Bezug nehmend auf Fig. 9 wird eine erweiterte Ausführung erläutert. Fig. 9 zeigt ein Ladegerät 10‘ mit einer Stromrichterschaltung, die einen ersten Teil 12‘ und einen zweiten Teil 13‘ umfasst. Der Teil 12‘ ist ein B6-Gleichrichter, der mit drei Phaseneingängen 22a, 22b und 22c verbunden ist. Die Phaseneingänge 22a bis 22c sind jeweils über Induktivitäten 23 mit Mittelknoten der Halbbrücken des Gleichrichters 12‘ verbunden. Eine der Halbbrücken 12c wird exemplarisch für alle Halbbrücken erläutert. Jede Halbbrücke 12c weist zwei in Serie geschaltete schaltbare Elemente 14‘ auf. Diese sind hier beispielsweise durch eine Parallelschaltung eines schaltbaren Elements mit einer jeweiligen Diode implementiert. Zwischen den schaltbaren Elementen 14‘ befindet sich der Mittelabgriff, über weichen die jeweilige Phase 22a, 22b und 22c angekoppelt ist. Referring to FIG. 9, an expanded embodiment will be explained. Fig. 9 shows a charger 10' with a power converter circuit that includes a first part 12' and a second part 13'. Part 12' is a B6 rectifier connected to three phase inputs 22a, 22b and 22c. The phase inputs 22a to 22c are each connected to center nodes of the half bridges of the rectifier 12' via inductors 23. One of the half bridges 12c is explained as an example for all half bridges. Each half bridge 12c has two switchable elements 14' connected in series. These are implemented here, for example, by a parallel connection of a switchable element with a respective diode. The center tap is located between the switchable elements 14', via which the respective phases 22a, 22b and 22c are coupled.
Der weitere Teil der Stromrichterschaltung 13‘ formt einen Gleichspannungs-Gleichspan- nungs-Wandler, der ebenfalls durch eine vergleichbare Halbbrücke gebildet ist. Alle Halbbrücken 12a bis 12c sowie die Halbbrücke 13‘ sind parallel zwischen den zwei Potentialab- griffen 16a und 16b angeordnet. An dieser Stelle sei angemerkt, dass optionalerweise auch eine Zwischenkreiskapazität 15 zwischen den Potentialabgriffen 16a und 16b vorgesehen sein kann. The further part of the power converter circuit 13' forms a DC-DC converter, which is also formed by a comparable half-bridge. All half bridges 12a to 12c and the half bridge 13' are arranged in parallel between the two potential taps 16a and 16b. It should be noted at this point that an intermediate circuit capacitance 15 can optionally also be provided between the potential taps 16a and 16b.
Die Batterie 20 ist ausgangsseitig beim Gleichspannungs-Gleichspannungs- Wandler 13‘ vorgesehen und zwar in diesem Ausführungsbeispiel so, dass der erste Pol der Batterie, hier der Pluspol mit dem Gleichspannungswandler 16a direkt verbunden ist, während der zweite Pol (hier der Minuspol) über eine Induktivität mit einem Mittelabgriff der Halbbrücke 13‘ des Gleichspannungswandlers gekoppelt ist. The battery 20 is provided on the output side of the DC-DC converter 13 'and in this exemplary embodiment in such a way that the first pole of the battery, here the positive pole, is directly connected to the DC-DC converter 16a, while the second pole (here the negative pole) is connected via a Inductance is coupled to a center tap of the half bridge 13 'of the DC-DC converter.
Wie auch schon im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 8 erläutert, ist eingangsseitig, das heißt also bei den Phasenanschlüssen 22a, 22b und 22c, die mit dem Netzanschluss 25 verbunden sind, die Fehlerspannungs-/Fehlerstrom-Detektionsvorrich- tung 24 vorgesehen. Die entsprechende Auswertung ist mit dem Bezugszeichen 26 versehen und ausgebildet, im Falle der Detektion eines Fehlerstroms beziehungsweise einer Fehlerspannung die Schalter 14‘ der Stromrichterschaltungen 12‘ beziehungsweise 13‘ zu öffnen. Zusätzlich wird wiederum ein zusätzlicher Schalter 28‘ in einem der Potentialab- griffe, hier dem Potentialabgriff 16a vorgesehen. Bei der Anordnung des zusätzlichen Schalters 28‘ ist diese so gewählt, dass er vorzugsweise zwischen dem Gleichrichter 12‘ und dem Gleichspannungs-Gleichspannungs- Wandler 13‘ vorgesehen ist, und zwar auf der Seite, bei welcher der Pol der Batterie direkt mit dem jeweiligen Potentialabgriff 16a verbunden ist. Das heißt also, bei diesem Ausführungsbeispiel, bei welchem die Batterie 20 direkt mit dem Potentialabgriff 16a gekoppelt ist, dass der Schalter 28‘ den Potentialabgriff 16a trennen kann. Wie zu erkennen ist, kann hier wiederum der Schalter 28‘ durch eine Kombination aus parallel geschalteten Schaltern und Dioden (z.B. IGBT) oder einem Schalter mit intrinsischer Diode (z.B. MOSFET) vorgesehen sein. Die Diode ist wiederum so angeordnet, dass sie entgegen der Diodenrichtung der Schalter 14‘ sperrt. Bzgl. der Anordnung des Schalters sein angemerkt, dass der Schalter theoretisch links vom Zwischenkreis 15 oder zwischen oder nach dem Gleichspannungswandler platziert werden kann, wobei die oben erläuterte Platzierung sich jedoch als am Besten (Strombelastung, Zwischenkreisanbindung an den Gleichrichter 12) herausgestellt hat. As already explained in connection with the exemplary embodiment from FIG. 8, the fault voltage/fault current detection device 24 is provided on the input side, that is to say at the phase connections 22a, 22b and 22c, which are connected to the mains connection 25. The corresponding evaluation is provided with the reference number 26 and is designed to open the switches 14 'of the power converter circuits 12' or 13' in the event of the detection of a fault current or a fault voltage. In addition, an additional switch 28' is provided in one of the potential taps, here the potential tap 16a. When arranging the additional switch 28', it is chosen so that it is preferably provided between the rectifier 12' and the DC-DC converter 13', specifically on the side on which the pole of the battery is directly connected to the respective potential tap 16a is connected. This means, in this exemplary embodiment, in which the battery 20 is coupled directly to the potential tap 16a, that the switch 28' controls the potential tap 16a can separate. As can be seen, here again the switch 28' can be provided by a combination of parallel-connected switches and diodes (eg IGBT) or a switch with an intrinsic diode (eg MOSFET). The diode is in turn arranged so that it blocks the switch 14 'opposite to the diode direction. With regard to the arrangement of the switch, it should be noted that the switch can theoretically be placed to the left of the intermediate circuit 15 or between or after the DC-DC converter, although the placement explained above has proven to be best (current load, intermediate circuit connection to the rectifier 12).
Die umgekehrte Anordnung des zusätzlichen Schalters wird in Fig. 10 dargestellt. Die Topologie aus Fig. 10 stellt die üblichere Topologie im Vergleich zu Fig. 9 dar. The reverse arrangement of the additional switch is shown in Fig. 10. The topology of Fig. 10 represents the more common topology compared to Fig. 9.
Fig. 10 zeigt ein weiteres Ladegerät 10“, bei welchem die zwei Teile der Stromrichterschaltung 12‘ und 13‘ vorgesehen sind. Diese sind über die Spannungsabgriffe 16a und 16b miteinander verbunden, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel der Spannungsabgriff 16b den zusätzlichen Schalter 28“ umfasst. Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass der Anschluss der Stromrichterschaltung 12‘ an das Wechselspannungsnetz 25 ebenso über den dreiphasigen Anschluss 22a, 22b und 22c erfolgt, wobei mit diesen Phasenanschlüssen 22a, 22b, 22c die Fehlerdetektion 24 und nachfolgenden Auswertung 26 vorgesehen ist. Jeder der Phasenanschlüsse 22a, 22b und 22c weist eine entsprechende Induktivität 23 auf. Fig. 10 shows another charger 10", in which the two parts of the converter circuit 12' and 13' are provided. These are connected to one another via the voltage taps 16a and 16b, with the voltage tap 16b comprising the additional switch 28″ in this exemplary embodiment. For the sake of completeness, it should be noted that the connection of the converter circuit 12' to the AC voltage network 25 also takes place via the three-phase connection 22a, 22b and 22c, with these phase connections 22a, 22b, 22c providing error detection 24 and subsequent evaluation 26. Each of the phase connections 22a, 22b and 22c has a corresponding inductance 23.
Wie bereits oben angemerkt, ist die Ankopplung der Batterie 20 hier unterschiedlich, nämlich derart, dass ein Pol, hier der Minuspol der Batterie 20 direkt mit dem Potentialabgriff 16b verbunden ist, während der andere Pol, hier der Pluspol mit dem Mittelknoten des Gleichspannungs-Gleichspannungs- Wandlers 13‘ verbunden ist. Die Verbindung mit dem Mittelknoten erfolgt über eine Induktivität, wobei parallel zu der Batterie 20 eine Kapazität geschaltet ist und so den Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler ausbildet. As already noted above, the coupling of the battery 20 is different here, namely such that one pole, here the negative pole of the battery 20, is connected directly to the potential tap 16b, while the other pole, here the positive pole, is connected to the center node of the DC voltage - Converter 13 'is connected. The connection to the center node takes place via an inductor, with a capacitance being connected in parallel to the battery 20 and thus forming the DC-DC converter.
Nachfolgend wird die Funktionsweise, insbesondere die Funktionsweise bei der Fehlerdetektion in Teilen erläutert. The functionality, in particular the functionality of error detection, is explained in part below.
Wie bereits erläutert, handelt es sich vorzugsweise bei der Fehlerstrom-/Fehlerspannungs- Detektionseinheit 24 um einen allstromsensitiven (AC+DC) Differenzstromsensor innerhalb des Ladegeräts. Ein Fehler wird erkannt, wenn auf der DC-Seite ein Isolationsfehler gegen Erdpotential auftritt. Dadurch steigt der Differenzstrom im Sensor an. Dieses Signal wird ausgewertet und alle Leistungshalbleiter 14‘ abgeschaltet. Auf der positiven Seite der DC- Spannung kann so der Fehlerstrom unterbrochen werden, da die zwei antiseriell verschal- teten Dioden (D1 sowohl in Fig. 19 als auch Fig. 10) im Strompfad den Strom in beide Richtungen sperren können. Auf der gegenüberliegenden Seite, bei den Ausführungsbeispiel aus Fig. 9 der positiven Seite beziehungsweise Seite des Potentialabgriffs 16a und bei dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 10 der negativen Seite beziehungsweise der Seite des Potentialabgriffs 16b ist der zusätzliche Schalter 28‘ beziehungsweise 28“ eingefügt, welcher im Normalbetrieb dauerhaft geschlossen ist. Im Fehlerfall wird dieser Schalter 28‘ bzw. 28“ ebenfalls geöffnet und die beiden antiseriell verschalteten Dioden D2 können den Fehlerstrom wieder in beide Richtungen unterbrechen. Wird die Batterie mit ihrem Pluspol an der positiven Zwischenkreisspannung angeschlossen, kann der zusätzliche Schalter im positiven Pfad eingebaut werden. As already explained, the residual current/error voltage detection unit 24 is preferably an all-current sensitive (AC+DC) differential current sensor within the charger. A fault is detected when an insulation fault against ground potential occurs on the DC side. This causes the differential current in the sensor to increase. This signal will evaluated and all power semiconductors 14 'switched off. On the positive side of the DC voltage, the fault current can be interrupted because the two diodes connected in series (D1 in both Fig. 19 and Fig. 10) in the current path can block the current in both directions. On the opposite side, in the exemplary embodiment from FIG. 9 the positive side or side of the potential tap 16a and in the exemplary embodiment from FIG Normal operation is permanently closed. In the event of a fault, this switch 28' or 28" is also opened and the two diodes D2 connected in anti-series can interrupt the fault current again in both directions. If the battery is connected with its positive pole to the positive intermediate circuit voltage, the additional switch can be installed in the positive path.
Der DC-DC-Wandler 13‘ kann entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen durch eine andere Topographie ausgeführt sein, z. B. Flying-Capacitor-Technologie. Entscheidend ist entsprechend Ausführungsbeispielen die Anordnung der Dioden D1 und D2, die in dem entsprechenden Gleichspannungs-Gleichspannungs- Wandler 13‘ und dem Gleichrichter 12‘ vorgesehen sind. The DC-DC converter 13 'can be designed with a different topography according to further exemplary embodiments, e.g. B. Flying capacitor technology. According to exemplary embodiments, the decisive factor is the arrangement of the diodes D1 and D2, which are provided in the corresponding DC-DC converter 13 'and the rectifier 12'.
Der in [2] beschriebene „high speed circuit breaker“ wird in diesem Fall durch die Kombination des allstromsensitiven (AC+DC) Differenzstromsensors in Kombination mit einem Schalter des DC-DC-Wandlers und einem zusätzlichen Schalter realisiert. The “high speed circuit breaker” described in [2] is implemented in this case by combining the all-current sensitive (AC+DC) differential current sensor in combination with a switch of the DC-DC converter and an additional switch.
Insofern ermöglichen Ausführungsbeispiele, die schnelle Abschaltung von DC- Fehlerströmen durch den Einsatz eines allstromsensitiven Differenzstromsensors in Kombination mit einem DC-DC-Wandler und einem zusätzlichen Halbleiterschalter (falls schon bekannt mit der Einschränkung auf nichtisolierende Batterieladegeräte). In this respect, exemplary embodiments enable DC residual currents to be switched off quickly by using an all-current sensitive differential current sensor in combination with a DC-DC converter and an additional semiconductor switch (if already known, with the restriction to non-insulating battery chargers).
Entsprechend Ausführungsbeispielen wird der Vorgang des Abschaltens durch eine Steuerung ausgeführt. Das Verfahren umfasst den Schritt des Ausführens einer Abschaltsequenz, wie sie oben bereits erläutert wurde. According to exemplary embodiments, the switching off process is carried out by a controller. The method includes the step of executing a shutdown sequence as already explained above.
Entsprechend Ausführungsbeispielen kann ein Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler 13 auf Gleichspannungsseite vorgesehen sein (vgl. Fig. 11). Gerade bei ein Implemen- tierung eines Tiefsetzsteller oder Hochsetzsteller kann ein zusätzlicher Schalter des Wandlers 13, hier in diesen Ausführungsbeispiel der zusätzliche Schalter 13a‘ durch die abschalte Sequenz geöffnet werden. According to exemplary embodiments, a DC-DC converter 13 can be provided on the DC voltage side (see FIG. 11). Especially with an implementation By adjusting a step-down converter or step-up converter, an additional switch of the converter 13, here in this exemplary embodiment the additional switch 13a ', can be opened by the switch-off sequence.
Entsprechend Ausführungsbeispielen kann der erste Potentialabgriff 16a und der zweiten Potentialabgriff 16b jeweils einen zusätzlichen Schalter 28, 28‘, 28“ aufweisen. According to exemplary embodiments, the first potential tap 16a and the second potential tap 16b can each have an additional switch 28, 28 ', 28 ".
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eine Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden. Although some aspects have been described in connection with a device, it is understood that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device. Some or all of the method steps may be performed by a hardware apparatus (or using a hardware device). Apparatus), such as a microprocessor, a programmable computer or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the key process steps may be performed by such apparatus.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart Zusammenwirken können oder Zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein. Depending on particular implementation requirements, embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software. The implementation may be using a digital storage medium such as a floppy disk, a DVD, a Blu-ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or a FLASH memory, a hard drive or other magnetic or optical memory are carried out on which electronically readable control signals are stored, which can interact with a programmable computer system in such a way that the respective method is carried out. Therefore, the digital storage medium can be computer readable.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Some embodiments according to the invention thus include a data carrier that has electronically readable control signals that are capable of interacting with a programmable computer system such that one of the methods described herein is carried out. In general, embodiments of the present invention may be implemented as a computer program product with a program code, the program code being effective to perform one of the methods when the computer program product runs on a computer.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein. The program code can, for example, also be stored on a machine-readable medium.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft. Other embodiments include the computer program for performing one of the methods described herein, the computer program being stored on a machine-readable medium. In other words, an exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a computer program that has a program code for carrying out one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. A further exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program for carrying out one of the methods described herein is recorded.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden. A further exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a data stream or a sequence of signals which represents the computer program for carrying out one of the methods described herein. The data stream or the sequence of signals can, for example, be configured to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Another embodiment includes a processing device, such as a computer or a programmable logic device, configured or adapted to perform one of the methods described herein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist. Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen. Another embodiment includes a computer on which the computer program for performing one of the methods described herein is installed. A further embodiment according to the invention includes a device or system designed to transmit a computer program to a receiver for carrying out at least one of the methods described herein. The transmission can take place electronically or optically, for example. The recipient may be, for example, a computer, a mobile device, a storage device or a similar device. The device or system can, for example, comprise a file server for transmitting the computer program to the recipient.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor Zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC. In some embodiments, a programmable logic device (e.g., a field programmable gate array, an FPGA) may be used to perform some or all of the functionality of the methods described herein. In some embodiments, a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform any of the methods described herein. Generally, in some embodiments, the methods are performed by any hardware device. This can be universally applicable hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the method, such as an ASIC.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei. The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It will be understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will occur to others skilled in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the following claims and not by the specific details presented from the description and explanation of the exemplary embodiments herein.
Quellenangabe Source reference
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[2] Semiconductor Fuse Applications Guide, Mersen (formerly Ferraz Shawmut), January 2002 [2] Semiconductor Fuse Applications Guide, Mersen (formerly Ferraz Shawmut), January 2002

Claims

Patentansprüche Elektrische Schaltung (10, 10‘, 10“), mit folgenden Merkmalen: einer Stromrichterschaltung (12, 12‘, 13‘), die zwischen einem ersten Potentialab- griff (16a) und einem zweiten Potentialabgriff (16b) angeordnet ist und mehrere Schalter (14) umfasst, wobei über den ersten (16a) und/oder den zweiten Potentialabgriff (16b) eine Batterie (20) ankoppelbar ist, wobei der erste und/oder der zweite Potentialabgriff (16b) einen zusätzlichen Schalter (28, 28‘, 28“) aufweist; einem Spannungsanschluss (22), der mit der Stromrichterschaltung (12, 12‘, 13‘) verbunden ist; einer Fehlerstrom-/Fehlerspannungs-Detektionseinheit (24), die mit dem Spannungsanschluss (22) gekoppelt ist und ausgebildet ist, einen Fehlerstrom oder eine Fehlerspannung zu erkennen; einer Steuerung (26), die ausgebildet ist, bei einem durch die Fehlerstrom-/oder Fehlerspannungs-Detektionseinheit (24) erkannten Fehlerstrom- oder Fehlerspannung eine Abschaltsequenz auszuführen, entsprechend welcher der zusätzliche Schalter (28, 28‘, 28“) des ersten und/oder des zweiten Potentialabgriffs (16b) sowie zumindest einer der Schalter der Stromrichterschaltung (12, 12‘, 13‘) geöffnet wird. Elektrische Schaltung gemäß Anspruch 1 , wobei der Spannungsanschluss (22) eingangsseitig angeordnet ist; und/oder wobei der Spannungsanschluss (22) ein einphasiger oder dreiphasiger Wechselspannungsanschluss (22) ist; und/oder wobei der Spannungsanschluss (22) mit einem Mittelabgriff von Halbbrücken der Stromrichterschaltung (12, 12‘, 13‘) verbunden ist. Elektrische Schaltung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei bei der Abschaltsequenz alle Schalter der Stromrichterschaltung (12, 12‘, 13‘) geöffnet werden. Elektrische Schaltung (10, 10‘, 10“) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Fehlerstrom-/Fehlerspannungs-Detektionseinheit (24) einen Gleichstromdetektor aufweist und/oder einen RCD des Typs A, einen RCD des Typs B oder einen RCD des Typs B+ aufweist. Elektrische Schaltung (10, 10‘, 10“) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen der Fehlerstrom-/Fehlerspannungs-Detektionseinheit (24) und der Stromrichterschaltung (12, 12‘, 13‘) je Phase eine Induktivität vorgesehen ist. Elektrische Schaltung (10, 10‘, 10“) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Stromrichterschaltung (12, 12‘, 13‘) einen Gleichrichter und/oder einen Gleich- spannungs-Gleichspannungs-Wandler aufweist; oder wobei die Stromrichterschaltung (12, 12‘, 13‘) einen Gleichrichter und einen Gleich- spannungs-Gleichspannungs-Wandler aufweist; und wobei der zusätzliche Schalter (28, 28‘, 28“) zwischen dem Gleichrichter und dem Gleichspannungs-Gleichspannungs- Wandler angeordnet ist. Elektrische Schaltung (10, 10‘, 10“) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Potentialabgriff (16b) ein Gleichspannungs- Gleichspannungs-Wandler und/oder ein Gleichspannungswandler mit einem Mittelabgriff vorgesehen ist; oder wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Potentialabgriff (16b) ein Gleichspannungs-Gleichspannungs- Wandler und/oder ein Gleichspannungswandler mit einem Mittelabgriff vorgesehen ist; wobei ein Schalter des Gleichspannungs-Gleichspan- nungs-Wandlers, der dem zusätzlichen Schalter gegenüberliegt, durch die Abschaltsequenz zum Öffnen angesteuert wird. Elektrische Schaltung (10, 10‘, 10“) gemäß Anspruch 7, wobei die Batterie (20) auf Seiten des ersten Potentialabgriffs (16a) mit einem ersten Pol (22a, 22b, 22c) der Batterie mit dem ersten Potentialabgriff (16a) verbunden ist, wobei der zweite Pol (22a, 22b, 22c) der Batterie (20) mit dem Mittelabgriff des Gleichspannungs-Gleich- spannungs-Wandlers verbunden ist. Claims Electrical circuit (10, 10', 10"), with the following features: a power converter circuit (12, 12', 13'), which is arranged between a first potential tap (16a) and a second potential tap (16b) and several Switch (14), wherein a battery (20) can be coupled via the first (16a) and/or the second potential tap (16b), the first and/or the second potential tap (16b) having an additional switch (28, 28'). , 28"); a voltage connection (22) connected to the power converter circuit (12, 12', 13'); a fault current/fault voltage detection unit (24), which is coupled to the voltage connection (22) and is designed to detect a fault current or a fault voltage; a controller (26) which is designed to carry out a switch-off sequence in the event of a fault current or fault voltage detected by the fault current/or fault voltage detection unit (24), according to which the additional switch (28, 28', 28") of the first and / or the second potential tap (16b) and at least one of the switches of the converter circuit (12, 12', 13') is opened. Electrical circuit according to claim 1, wherein the voltage connection (22) is arranged on the input side; and/or wherein the voltage connection (22) is a single-phase or three-phase AC voltage connection (22); and/or wherein the voltage connection (22) is connected to a center tap of half bridges of the power converter circuit (12, 12', 13'). Electrical circuit according to one of the preceding claims, wherein all switches of the power converter circuit (12, 12', 13') are opened during the shutdown sequence. Electrical circuit (10, 10', 10") according to one of the preceding claims, wherein the fault current/fault voltage detection unit (24) has a direct current detector and/or a type A RCD, a type B RCD or a type RCD B+. Electrical circuit (10, 10', 10") according to one of the preceding claims, wherein an inductance is provided per phase between the fault current/fault voltage detection unit (24) and the power converter circuit (12, 12', 13'). Electrical circuit (10, 10', 10") according to one of the preceding claims, wherein the power converter circuit (12, 12', 13') has a rectifier and/or a DC-DC converter; or wherein the power converter circuit (12, 12', 13') has a rectifier and a DC-DC converter; and wherein the additional switch (28, 28', 28”) is arranged between the rectifier and the DC-DC converter. Electrical circuit (10, 10', 10") according to one of the preceding claims, wherein a DC-DC converter and/or a DC-DC converter with a center tap is provided between the first and second potential taps (16b); or wherein a DC-DC converter and/or a DC-DC converter with a center tap is provided between the first and second potential taps (16b); wherein a switch of the DC-DC converter, which is opposite the additional switch, is controlled to open by the switch-off sequence. Electrical circuit (10, 10', 10") according to claim 7, wherein the battery (20) on the side of the first potential tap (16a) is connected to a first pole (22a, 22b, 22c) of the battery with the first potential tap (16a). is, wherein the second pole (22a, 22b, 22c) of the battery (20) is connected to the center tap of the DC-DC converter.
9. Elektrische Schaltung (10, 10‘, 10“) gemäß Anspruch 7, wobei die Batterie (20) auf Seiten des zweiten Potentialabgriffs (16b) mit dem zweiten Pol (22a, 22b, 22c) mit dem zweiten Potentialabgriff (16b) verbunden ist oder wobei ein erster Pol (22a, 22b, 22c) der Batterie (20) mit dem Mittelabgriff des Gleichspannungs-Gleichspan- nungs-Wandlers verbunden ist. 9. Electrical circuit (10, 10 ', 10") according to claim 7, wherein the battery (20) on the side of the second potential tap (16b) is connected to the second pole (22a, 22b, 22c) with the second potential tap (16b). is or wherein a first pole (22a, 22b, 22c) of the battery (20) is connected to the center tap of the DC-DC converter.
10. Elektrische Schaltung (10, 10‘, 10“) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Stromrichterschaltung (12, 12‘, 13‘) eine B4-Topologie oder B6-Topologie aufweist. 10. Electrical circuit (10, 10', 10") according to one of the preceding claims, wherein the power converter circuit (12, 12', 13') has a B4 topology or B6 topology.
11. Elektrische Schaltung (10, 10‘, 10“) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine Schalter der Stromrichterschaltung (12, 12‘, 13‘) und/oder der zusätzliche Schalter (28, 28‘, 28“) als Parallelschaltung eines aktiven Elements mit einer Diode implementiert ist. 11. Electrical circuit (10, 10', 10") according to one of the preceding claims, wherein the at least one switch of the power converter circuit (12, 12', 13') and/or the additional switch (28, 28', 28") is implemented as a parallel connection of an active element with a diode.
12. Elektrische Schaltung (10, 10‘, 10“) gemäß Anspruch 11 , wobei die Diode zugehörig zu dem zusätzlichen Schalter (28, 28‘, 28“) den Dioden zugehörig zu der Stromrichterschaltung (12, 12‘, 13‘) auf Seiten des jeweiligen ersten oder zweiten Potentialabgriffs (16b) entgegengesetzt sind. 12. Electrical circuit (10, 10', 10") according to claim 11, wherein the diode associated with the additional switch (28, 28', 28") has the diodes associated with the power converter circuit (12, 12', 13'). Sides of the respective first or second potential tap (16b) are opposite.
13. Batterieladegerät oder nichtisolierendes Batterieladegerät oder Gleichrichter, nichtisolierten Gleichrichter, Wechselrichter, nichtisolierten Wechselrichter umfassend eine Schaltung (10, 10‘, 10“) gemäß einem der vorherigen Ansprüche. 13. Battery charger or non-insulating battery charger or rectifier, non-isolated rectifier, inverter, non-isolated inverter comprising a circuit (10, 10 ', 10") according to one of the preceding claims.
14. Verfahren zum Betreiben einer Schaltung (10, 10‘, 10“) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 mit dem Schritt des Ausführens einer Abschaltsequenz bei einem durch die Fehlerstrom-/Fehlerspannungs-Detektionseinheit (24) erkannten Fehlerstrom o- der Fehlerspannung, wobei entsprechend der Abschaltsequenz der zusätzliche Schalter (28, 28‘, 28“) des ersten und/oder des zweiten Potentialabgriffs (16b) sowie zumindest einer der Schalter der Stromrichterschaltung (12, 12‘, 13‘) geöffnet wird. 14. A method for operating a circuit (10, 10', 10") according to one of claims 1 to 12 with the step of executing a shutdown sequence in the event of a fault current or fault voltage detected by the fault current/fault voltage detection unit (24), wherein the additional switch (28, 28', 28") of the first and/or the second potential tap (16b) and at least one of the switches of the power converter circuit (12, 12', 13') are opened in accordance with the switch-off sequence.
15. Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 14, wenn das Programm auf einer Steuerung (26) einer elektrischen Schaltung (10, 10‘, 10“) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 abläuft. 15. Computer program for carrying out the method according to claim 14, if the program runs on a controller (26) of an electrical circuit (10, 10 ', 10") according to one of claims 1 to 12.
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