DE10023516A1 - Circuit for transferring energy between direct current, direct voltage circuits has inverters, rectifier connected via inductance, capacitance on d.c. side and to transformer on a.c. side - Google Patents

Circuit for transferring energy between direct current, direct voltage circuits has inverters, rectifier connected via inductance, capacitance on d.c. side and to transformer on a.c. side

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Abstract

The circuit consists of a conventional power electronic switch with an antiparallel circuit of an actively switched non-blocking power semiconductor and a diode forming an inverter and conventional rectifiers. The inverters are connected via an inductance on the d.c. side and to a transformer on the a.c. side and the rectifier is connected via a capacitor on the d.c. side and to the transformer with a parallel capacitance on the a.c. side. The circuit consists of a conventional center point or bridge circuit power electronic switch with an antiparallel circuit of an actively switched non-blocking power semiconductor and a diode forming an inverter and conventional rectifiers. The inverters are connected via an inductance on the d.c. side and to a transformer on the a.c. side so as to superimpose current and the rectifier is connected via a capacitor on the d.c. side and to the transformer with a parallel capacitance on the a.c. side so as to superimpose a voltage. Independent claims are also included for the following: a method of controlling a circuit for transferring energy between direct current and direct voltage circuits, implementation of a conversion capacitance determining the working point-dependent delay and implementation of an overvoltage limiting network.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur potentialtrennenden Energieübertragung zwischen einem Gleichstrom­ kreis und einem Gleichspannungskreis mit unterschiedlichen Spannungsebenen sowie ein zugehöriges Ansteuerverfahren.The invention relates to a circuit arrangement for isolating energy transfer between a direct current circuit and a DC circuit with different Voltage levels and an associated control method.

Eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art besteht grund­ sätzlich aus einem induktiven Übertrager, sowie bekannten Wechselrichterschaltungen, bestehend aus der Mittelpunkt- oder Brückenschaltung leistungselektronischer Schalter, die sich aus der Antiparallelschaltung eines aktiv schaltbaren, nichtsperr­ fähigen Leistungshalbleiters und einer Diode zusammensetzen, nachfolgend als Wechselrichter bezeichnet, und bekannten Gleichrichterschaltungen, bestehend aus der Mittelpunkt- oder Brückenschaltung von Dioden, nachfolgend als Gleichrichter bezeichnet, mit jeweils zwei Anschlußpunkten P+ und P-.A circuit arrangement of the type mentioned above exists additionally from an inductive transformer, as well as known Inverter circuits consisting of the center point or Bridge circuit of power electronic switches that are made up the anti-parallel connection of an actively switchable, non-lock capable power semiconductor and a diode, hereinafter referred to as an inverter, and known Rectifier circuits consisting of the center point or Bridge connection of diodes, subsequently as a rectifier designated, each with two connection points P + and P-.

Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Art, die für techno­ logische Stromversorgungen Anwendung finden, bestehen am Gleichstromkreis aus bekannten Wechselrichterschaltungen und am Gleichspannungskreis aus bekannten Gleichrichterschaltungen. Als nachteilig vorallem bezüglich einer Erhöhung der Betriebsfrequenz erweisen sich die erhöhten Schaltverluste an den Leistungshalbleitern des Wechselrichters.Circuit arrangements of the type mentioned, for techno logical power supplies are used on DC circuit from known inverter circuits and am DC voltage circuit from known rectifier circuits. As disadvantageous especially with regard to an increase in the operating frequency the increased switching losses at the Power semiconductors of the inverter.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungs­ anordnung (Fig. 1) sowie ein zugehöriges Ansteuerverfahren (Fig. 2) zu schaffen, wodurch eine verlustarme Energieübertragung bei minimalen Durchlaßverlusten, eine Vermeidung von Überspannungs­ spitzen mit geringem Steuerungsaufwand und maximaler Bauelementeausnutzung ermöglicht wird.The invention is therefore based on the object to provide a circuit arrangement ( Fig. 1) and an associated control method ( Fig. 2), whereby a low-loss energy transfer with minimal transmission losses, avoidance of overvoltage peaks with little control effort and maximum component utilization is made possible.

Die Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung zur potential­ trennenden Energieübertragung zwischen einem Gleichstrom- und einem Gleichspannungskreis durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und der Ansprüche 3 bis 5, sowie dem zugehörigen Ansteuerverfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 gelöst.The task becomes potential with a circuit arrangement separating energy transfer between a direct current and a DC circuit through the characteristic part of the Claim 1 and claims 3 to 5, and the associated Control method according to the characterizing part of claim 2 solved.

Sowohl durch die Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1, sowie 3 bis 5 und das Ansteuerverfahren nach Anspruch 2 wird die Möglichkeit eröffnet, eine verlustarme potentialtrennende Energieübertragung zwischen einem Gleichstrom- und einem Gleichspannungskreis bei minimalen Durchlaßverlusten, Vermeidung von Überspannungsspitzen und maximaler Bauelementeausnutzung zu realisieren, um damit die Betriebsfrequenz der Schaltungsanordnung zu erhöhen und die Baugröße des Übertragers zu verringern.Both by the circuit arrangement according to claims 1 and 3 to 5 and the control method according to claim 2 is the Possibility opened a low loss potential isolating  Energy transfer between a DC and a DC circuit with minimal forward loss, avoidance of surge peaks and maximum component utilization realize so that the operating frequency of the circuit arrangement to increase and reduce the size of the transformer.

Die Kommutierung des Wechselrichters wird durch das gemeinsame Einschalten der Schalter T1. . .4 eingeleitet, so daß sich am Übertrager ein strom- und spannungsloser Zeitabschnitt ergibt. Während dieser Zeit kommutiert der Strom der zuvor energieübertragenden leitenden Schalter T2 und T3 auf grund eines angeregten Umschwingvorgangs aus diesen heraus. Zum Zeitpunkt der Amplitude des Umschwingstromes werden T2 und T3 ausgeschaltet. Die Energieübertragung erfolgt nun über die Schalter T1 und T4.The commutation of the inverter is done by the common Turn on switches T1. . .4 initiated so that on Transmitter results in a period of no current or voltage. During this time, the current commutates to the one previously energy-transmitting conductive switches T2 and T3 due to a excited swinging out of these. At the time of The amplitude of the reversing current is switched off T2 and T3. The Energy is now transferred via switches T1 and T4.

Anhand der Zeichnungen wird die Schaltungsanordnung und das zugehörige Ansteuerverfahren nachstehend erläutert.The circuit arrangement and the associated control procedures explained below.

Fig. 1 zeigt die Schaltungsanordnung am Beispiel zweier Brückenschaltungen. Fig. 1 shows the circuit arrangement using the example of two bridge circuits.

Fig. 2 zeigt die zeitlichen Verläufe von Strom und Spannung am Übertrager wechselstromseitig. Fig. 2 shows the time characteristics of current and voltage is the AC side on the transformer.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung, in der Wechselrichter und Gleichrichter als Brückenschaltung mit jeweils 4 Schaltern ausgeführt sind, zeigt die ac-seitig am Gleichrichter zusätzlich parallelgeschaltete Kapazität zur gezielten Beeinflußung des Umschwingvorgangs.The circuit arrangement shown in FIG. 1, in which the inverter and rectifier are designed as a bridge circuit with 4 switches each, shows the capacitance additionally connected in parallel on the ac side of the rectifier for specifically influencing the reversal process.

Fig. 2 zeigt den Spannungs- und Stromverlauf ac-seitig am Wechsel­ richter und den zugehörigen Ansteueralgorithmus mit der arbeitspunktabhängigen Verzögerungszeit tv. Fig. 2 shows the voltage and current profile on the ac side of the inverter and the associated control algorithm with the operating point-dependent delay time t v .

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zur potentialtrennenden Energieübertragung zwischen einem Gleichstrom- und einem Gleichspannungskreis unter Verwendung eines Übertragers, sowie bekannter Wechselrichterschal­ tungen, bestehend aus der Mittelpunkt- oder Brückenschaltung leistungselektronischer Schalter, die sich aus der Antiparallel­ schaltung eines aktiv schaltbaren, nichtsperrfähigen Leistungs­ halbleiters und einer Diode zusammensetzen, nachfolgend als Wechselrichter bezeichnet, und bekannter Gleichrichterschaltungen, bestehend aus der Mittelpunkt- oder Brückenschaltung von Dioden, nachfolgend als Gleichrichter bezeichnet, mit jeweils zwei Anschlußpunkten P+ und P-, gekennzeichnet dadurch, daß der Wechselrichter dc-seitig über eine Induktivität und ac- seitig am Übertrager stromeinprägend angeschlossen ist und der Gleichrichter dc-seitig über eine Kapazität und ac-seitig am Übertrager mit paralleler Kapazität spannungseinprägend angeschlossen ist.1.Circuit arrangement for potential-separating energy transmission between a direct current and a direct voltage circuit using a transformer, as well as known inverter circuits, consisting of the center or bridge circuit of power electronic switches, which are composed of the antiparallel circuit of an actively switchable, non-blocking power semiconductor and a diode , hereinafter referred to as inverter, and known rectifier circuits, consisting of the center or bridge circuit of diodes, hereinafter referred to as rectifier, each with two connection points P + and P-, characterized in that the inverter on the dc side via an inductor and ac side is connected to the transformer in a current-impressing manner and the rectifier is connected on the DC side via a capacitance and on the AC side to the transformer with parallel capacitance in a voltage-impressing manner. 2. Verfahren zur Steuerung der Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Stromrichtungswechsel im Übertrager durch das aktive Einschalten der stromübernehmenden Schalter begonnen wird und die zuvor stromführenden Schalter nach einer arbeitspunktabhängigen Verzögerungszeit aktiv ausgeschaltet werden.2. A method for controlling the circuit according to claim 1, characterized by that the current direction change in the transformer by the active Turning on the current-taking switch is started and the previously live switch after an operating point dependent Delay time can be actively switched off. 3. Realisierung der die arbeitspunktabhängige Verzögerungszeit mitbestimmenden Umschwingkapazität, gekennzeichnet dadurch, daß eine zusätzliche Kapazität Cac nach Anspruch 1 ac-seitig am Gleichrichter und parallel zum Übertrager geschaltet wird.3. Realization of the swinging capacitance which also determines the operating point-dependent delay time, characterized in that an additional capacitance C ac is connected on the ac side to the rectifier and in parallel with the transformer. 4. Realisierung der die arbeitspunktabhängige Verzögerungszeit mitbestimmenden Umschwingkapazität, gekennzeichnet dadurch, daß zu den Dioden des Gleichrichters parallele Beschaltungs­ kapazitäten CB geschaltet werden. 4. Realization of the swinging capacitance which determines the operating point-dependent delay time, characterized in that parallel wiring capacitances C B are connected to the diodes of the rectifier. 5. Realisierung eines Überspannungsbegrenzungsnetzwerkes, gekennzeichnet dadurch, daß die Energie der zu begrenzenden Schaltspannung beim aktiven Ausschalten der leistungselektronischen Schalter des Wechselrichters nach Anspruch 1 aktiv zurückgespeist wird.5. Realization of an overvoltage limitation network, characterized by that the energy of the switching voltage to be limited when active Turn off the power electronic switches of the Inverter according to claim 1 is actively fed back.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5162982A (en) * 1991-05-30 1992-11-10 General Electric Company Power converter continuously operable through boost and buck modes

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