DE19829777A1 - DC/DC-Konverter - Google Patents

DC/DC-Konverter

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen DC/DC-Konverter, der abwechselnd in einer ersten Energieflußrichtung (A) als Hochsetzsteller und in einer zweiten Energieflußrichtung (B) als Tiefsetzsteller betreibbar ist. Eine Potentialtrennung zwischen der Niedervoltseite (N) und der Hochvoltseite (H) des Konverters ist mittels einer magnetischen Verbundeinheit (1) erreicht, die außer einer Transformatorfunktion auch eine Energiespeicherfunktion hat. Der Konverter arbeitet in beiden Energieflußrichtungen (A, B) als Gegentaktwandler. Der DC/DC-Konverter ist beispielsweise in Kraftfahrzeugen mit Brennstoffzellen gespeistem Elektroantrieb einsetzbar.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen DC/DC-Konverter mit bidirektionalem Ener­ giefluß.
Solche Konverter sind beispielsweise in der Kraftfahrzeugtechnik zur Energieüber­ tragung zwischen einer Starterbatterie und einem Brennstoffzellensystem einsetz­ bar.
Im Fall eines brennstoffzellengespeisten Elektrofahrzeugantriebs kann es für den Startvorgang erforderlich sein, Hilfsenergie mit einer Gleichspannung von mehr als 200 V und einer Leistung von etwa 2 kW zur Verfügung zu stellen. Unter Verwen­ dung eines Hochsetzstellers kann die benötigte Hilfsenergie während des Startvor­ gangs z. B. aus einer 12 V-Starterbatterie entnommen werden. Eine anschließende Nachladung der Starterbatterie kann unter Einsatz eines Tiefsetzstellers mittels der von der Brennstoffzellenbatterie mit einer Gleichspannung von beispielsweise 250 V lieferbaren elektrischen Energie erfolgen.
Die Verwendung sowohl eines Hochsetzstellers als auch zusätzlich eines Tiefsetz­ stellers in einer derartigen Anwendung bedeuten einen erheblichen Aufwand.
Wünschenswert ist daher ein DC/DC-Konverter, der in einer ersten Energieflußrich­ tung als Hochsetzsteller arbeitet und wechselweise in der umgekehrten Richtung als Tiefsetzsteller betreibbar ist. Dabei muß eine galvanische Entkopplung der mittels des DC/DC-Konverters zu verbindenden Stromkreise gegeben sein.
In manchen Anwendungsfällen, insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik werden auch DC/DC-Konverter benötigt, die nur als Tiefsetzsteller arbeiten, aber ebenfalls eine Potentialtrennung aufweisen. Sowohl solche unidirektionale DC/DC-Tiefsetzsteller, also auch der zuvor genannte bidirekte DC/DC-Konverter sollen besonders kompakt sowohl material- und kostensparend realisierbar sein.
Einen Ansatz zur Realisierung besonders kompakter Konverter liefert die DE 195 42 357 A1. Ihr sind eine magnetische Verbundenheit und einige Konverter­ schaltungen zu entnehmen. Mit Hilfe der magnetischen Verbundeinheit können Kon­ verterschaltungen realisiert werden, bei denen sowohl die Funktion einer Energie­ speicherdrossel mit Mittelanzapfung mit der Funktion eines potentialtrennenden Transformators in einem einzigen induktiven Bauelement kombiniert sind. In Zeich­ nungsfiguren 7, 8 und 8a der DE 195 42 357 A1 sind unterschiedliche Ausführungen der magnetischen Verbundeinheit angegeben.
In Fig. 6 der DE 195 42 357 A1 ist eine AC/DC-Konverterschaltung angegeben, die als Hochsetzsteller arbeitet. Diese Schaltung kann zwar ohne weiteres durch Weg­ lassen der eingangsseitigen Gleichrichterbrücke in einen DC/DC-Hochsetzsteller geändert werden, arbeitet jedoch nur in einer Energieflußrichtung.
Fig. 11 der DE 195 42 357 A1 zeigt eine weitere AC/DC-Konverterschaltung, die je nach Ansteuerung als Hoch- oder als Tiefsetzsteller arbeiten kann, allerdings immer nur in einer Energieflußrichtung. Diese Schaltung könnte durch Weglassen der ein­ gangsseitigen Gleichrichterbrücke ohne weiteres als DC/DC-Tiefsetzsteller ausge­ führt werden. Jedoch hat der Wandler im abwärtsstellenden Betrieb auf der Aus­ gangsseite hinter der Gleichrichtung einen nicht stetigen HF-Ausgangsstrom, des­ sen Wechselstromanteil den Ausgangskondensator streßt. Diese Anordnung ist da­ her zwar für große Ausgangsleistungen geeignet, aber nicht für große Ausgangs­ ströme.
Ausgehend von der DE 195 42 357 A1 und den oben genannten Anforderungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen potentialgetrennten bidirektional be­ treibbaren DC/DC-Konverter sowie einen potentialgetrennten DC/DC-Tiefsetzsteller anzugeben, die jeweils mit besonders geringem Aufwand realisierbar sein sollen.
Diese Aufgabe wird durch einen DC/DC-Konverter mit den im Anspruch 1 angege­ benen Merkmalen gelöst, bzw. durch einen DC/DC-Tiefsetzsteller mit den im An­ spruch 11 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des DC/DC-Konverters sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Schaltung in Verbindung mit einer - auch in Flachbauweise ausführbaren magnetischen Verbundeinheit - ermöglicht die Herstellung besonders kompakter Konverter.
Eine weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt nachstehend anhand der in Zeich­ nungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Fig. 1 Prinzipschaltbild eines bidirektionalen DC/DC-Konverters,
Fig. 2 Stromverläufe im Hochsetzstellerbetrieb,
Fig. 3 Stromverläufe im Tiefsetzstellerbetrieb,
Fig. 4 Schaltungsanordnung im Fall der Anwendung des DC/DC-Konverters in einem Elektrofahrzeug mit Brennstoffzellenbatterie,
Fig. 5 Prinzipschaltbild eines Tiefsetzstellers
Fig. 6 erste Ausführungsvariante einer magnetischen Verbundeinheit und
Fig. 7 zweite Ausführungsvariante einer magnetischen Verbundeinheit.
Fig. 1 zeigt einen DC/DC-Konverter mit einer magnetischen Verbundeinheit 1, die auf einem Eisenkern 2 eine erste und eine zweite niedervoltseitige Wicklung 3, 4 sowie eine erste und eine zweite hochvoltseitige Wicklung 5, 6 aufweist. Die Nieder­ voltseite der Schaltungsanordnung ist mit N bezeichnet, die Hochvoltseite mit H. Die niedervoltseitigen Wicklungen 3, 4 sind elektrisch in Reihe geschaltet, wobei die Verbindungsstelle als Mittelanzapfung 7 herausgeführt ist. Auf der Hochvoltseite sind die Wicklungen 5, 6 ebenfalls in Reihe geschaltet, jedoch ohne Herausführung der Verbindungsstelle.
Zur Bildung eines im Gegentakt arbeitenden Hochsetzstellers sind die äußeren An­ schlüsse 8, 9 der niedervoltseitigen Wicklungen 3, 4 jeweils über Leistungstransisto­ ren T1, T2 mit einem ersten Pol 10 einer Niedervolt-Energiequelle 11 verbindbar. Die Mittelanzapfung 7 ist über einen ersten Umschalter 13 in dessen Stellung a mit dem zweiten Pol 12 der Niedervolt-Spannungsquelle 11 verbindbar. Die Anschlüsse 14, 15 der hochvoltseitigen Wicklungen 5, 6 sind mit einer Vollbrückenschaltung 16 mit den Gleichrichterdioden D3, D4, D5, D6 verbunden. Zum Gleichspannungsan­ schluß 17 der Vollbrückenschaltung 16 ist ein Glättungskondensator 18 parallelge­ schaltet. Im Hochstellerbetrieb ist über einen zweiten Umschalter 19 in dessen Stel­ lung a an den Gleichspannungsanschluß 17 eine hochvoltseitige Last 20 anschließ­ bar.
Um eine zusätzliche Tiefsetzstellerfunktion zu ermöglichen, sind zur Bildung einer zweiten Gegentaktwandlerfunktion auf der Hochvoltseite in der Vollbrückenschal­ tung 16 den Dioden D3 bis D6 jeweils Transistoren T3 bis T6 parallelgeschaltet, wo­ bei eine Einspeisung elektrischer Energie über den zweiten Umschalter 19 in des­ sen Stellung b aus einer Hochvolt-Energiequelle 21 erfolgt. Auf der Niedervoltseite sind für den Tiefsetzstellerbetrieb.zu den Transistoren T1, T2 jeweils Dioden D1, D2 parallelgeschaltet. Geeignet sind dafür insbesondere Schottky-Dioden. Die Mittelan­ zapfung 7 ist mittels des ersten Umschalters 13 in seiner Stellung b im Tiefsetzstel­ lerbetrieb mit einer niedervoltseitigen Last 22 verbunden. Ein auf der Niedervoltseite N angeordneter, zwischen die Mittelanzapfung 7 und Masse geschalteter Kondensa­ tor 25 ist vorgesehen zur Aufnahme von höherfrequenten Wechselströmen. Er soll somit eine konstante Lastspannung bewirken. Wenn die Last, beispielsweise eine Batterie, selbst im Stande ist diese Aufgabe zu übernehmen, kann der Kondensator 26 entfallen. Einer Steuereinrichtung 24 sind jeweils die hoch und niederspannungs­ seitigen Spannungen sowie Steuersignale über einen Steuereingang 25 zugeführt.
Die Steuereinrichtung 24 bewirkt eine Unischaltung der Unischalter 13, 19 sowie eine Ansteuerung der Transistoren T1 bis T6. Die Energieflußrichtung im Hochsetz­ stellerbetrieb ist mit A bezeichnet, die Energieflußrichtung im Tiefsetzstellerbetrieb mit B.
Zur Erläuterung der Arbeitsweise des bidirektionalen Konverters zeigt Fig. 2 zuge­ hörige Stromverläufe im Hochsetzbetrieb und Fig. 3 Stromverläufe im Tiefsetzbe­ trieb.
In Fig. 2 sind in Zeile a Taktimpulse P dargestellt, in Zeile b zugehörige, bezüglich der Dauer variable Einschaltzustände 1 bzw. Ausschaltzustände 0 des Transistors T1 im Verlauf der Zeit t dargestellt. Zeile c zeigt die entsprechenden Einschaltdau­ ern des zweiten Transistors T2. Zeile d zeigt die zugehörige Dauer der Leitendzu­ stände L bzw. Sperrzustände S der Dioden D4, D5 und Zeile e der Dioden D3, D6.
Aus Fig. 2 ist zu entnehmen, daß sich im Hochsetzstellerbetrieb die Einschaltzeiten der Transistoren T1, T2 im Gegentaktbetrieb überlappen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, überlappen sich dagegen die Einschaltzeiten der Transistoren T4 und T5 nicht mit den Einschaltzeiten der Transistoren T3 und T5. Fig. 3 zeigt ähnlich wie Fig. 2 in Zeile a die Taktimpulse P, in den Zeilen b bzw. c die steuerbaren Einschaltdauern der Transistoren T4, T5 bzw. T3, T6 und in den Zeilen d und e die zugehörigen Lei­ tendphasen der Dioden D1 und D2.
Während Fig. 1 eine allgemein gültige Darstellung des bidirektionalen DC/DC-Kon­ verters mit hoch- bzw. niedervoltseitigen Umschaltmöglichkeiten zwischen Lasten und Energiequellen zeigt, ist in Fig. 4 der bidirektionale DC/DC-Konverter in einem Anwendungsfall dargestellt, in dem der Konverter in einem Elektrofahrzeug mit Brennstoffzellenspeisung eingesetzt ist. Dabei ist eine Brennstoffzelle unterstellt, die für den Startvorgang eine Hilfsenergie benötigt. In diesem Sonderfall ist auf der Niedervoltseite eine Starterbatterie 26, z. B. eine 12 V-Batterie vorhanden, die im Hochsetzbetrieb als Energiequelle und im Tiefsetzbetrieb als Last wirkt. Daher ent­ fällt der niedervoltseitige Umschalter 13 (Fig. 1). Auch der hochvoltseitige Umschal­ ter 19 (Fig. 1) entfällt. Statt dessen ist in der Anordnung gemäß Fig. 4 ein Schalter 27 vorhanden, mit dessen Hilfe eine Brennstoffzellenbatterie 28 an den DC/DC-Konverter 31 anschließbar ist. Die Brennstoffzellenbatterie 28 wirkt im Hoch­ setzbetrieb als Last und im Tiefsetzbetrieb als Energiequelle. Das bedeutet, daß nach dem Start der Brennstoffzellenbatterie 28 eine Nachladung der Starterbatterie 26 erfolgen kann. Die Brennstoffzellenbatterie 28 arbeitet z. B. in einem Spannungs­ bereich von 190 bis 320 Volt. Als Hauptlast ist an die Brennstoffzellenbatterie 28 mittels eines Lastschalters 29 ein Fahrzeugantrieb 30 zuschaltbar.
Eine Umsteuerung zwischen Hochsetzsteller- und Tiefsetzstellerbetrieb erfolgt im Fall der Anordnung gemäß Fig. 4 allein durch entsprechende Ansteuerung der Transistoren T1 bis T6 durch die Steuereinrichtung 24 des Konverters 31.
In Fig. 4 ist als mögliche Ausgestaltung der Erfindung mit gestrichelten Linien eine Diode D7 zwischen die Verbindungsstelle der hochvoltseitigen Wicklungen 5, 6 und Masse geschaltet, die somit eine halbleitende Verbindung zum Minuspol der Hoch­ voltseite darstellt. Damit wird ein Anfahrbetrieb ermöglicht, in dem - während noch keine Last (28, 30) zugeschaltet ist - der Glättungskondensator 18 mit kleiner Kon­ verterleistung auf Arbeitsspannungsniveau aufgeladen wird. Eine für diesen Anfahr­ betrieb geignete Art der Ansteuerung der Transistoren T1, T2 ist in der DE 195 42 357 A1 als Betriebsweise der dort in Fig. 11 dargestellten Schaltung beschrieben.
Fig. 5 zeigt eine mögliche Ausführung des Konverters in einem Anwendungsfall, in dem lediglich eine Tiefsetzstellerfunktion benötigt wird. Die dann in der Schaltungs­ anordnung benötigten Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen wie die Komponenten der Anordnung gemäß Fig. 1 bezeichnet, so daß sich eine Wiederho­ lung der Beschreibung erübrigt.
Der Konverter verhält sich wie der bekannte Gegentakt-Flußwandler, ist aber mit geringererem Bauelemente-Aufwand realisierbar.
In den Fig. 1, 4 und 5 dargestellten Konverteranordnungen kann vorteilhaft jede der in der DE 195 42 357 A1 beschriebenen und in Zeichnungsfiguren dargestellten magnetischen Verbundeinheiten eingesetzt werden.
Zwei dieser bekannten magnetischen Verbundeinheiten sind in den Fig. 6 und 7 dargestellt.
Fig. 6 zeigt eine magnetische Verbundeinheit 1, die als Eisenkern 2 einen drei­ schenkligen Kern 41 aufweist, dessen mittlerer Schenkel 42 einen Luftspalt 43 hat, und dessen äußere Schenkel 44, 45 jeweils eine niedervoltseitige Wicklung 3 bzw. 4 und eine hochvoltseitige Wicklung 5 bzw. 6 tragen. Mittels eines Permanentmagne­ ten 60 im Bereich des Luftspalts 43 ist ein luftspaltbehafteter magnetischer Kreis 40 mit permanentmagnetischer Vorspannung gebildet. Mit 31 ist ein - mit gestrichelter Linie eingezeichneter - luftspaltloser magnetischer Kreis bezeichnet.
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsvariante der magnetischen Verbundeinheit 1, die einen vierschenkligen Kern 51 aufweist. Die äußeren Schenkel 52, 53 sind jeweils mit ei­ nem Luftspalt 54 versehen. Die inneren Schenkel 55, 56 tragen jeweils eine nieder­ voltseitige Wicklung 3 bzw. 4 und eine hochvoltseitige Wicklung 5 bzw. 6.

Claims (11)

1. DC/DC-Konverter, der abwechselnd in einer ersten Energieflußrichtung (A) als Hochsetzsteller und in einer zweiten Energieflußrichtung (B) als Tiefsetzstel­ ler betreibbar ist, und der enthält:
  • a) eine magnetische Verbundeinheit (1), die
    • a1) einen Eisenkern (2) mit einem luftspaltbehafteten magnetischen Kreis (31) zur Realisierung einer Energiespeicherfunktion und parallel dazu einen luftspaltlosen magnetischen Kreis (40) zur Realisierung einer Transformatorfunktion aufweist,
    • a2) zwei in Reihe geschaltete niedervoltseitige Wicklungen (3, 4) hat, de­ ren Verbindungsstelle als Mittelanzapfung (7) herausgeführt ist,
    • a3) zwei in Reihe geschaltete hochvoltseitige Wicklungen (5, 6) hat, wobei
    • a4) jeweils eine niedervoltseitige Wicklung (3 oder 4) zusammen mit einer hochvoltseitigen Wicklung (5 oder 6) auf einem luftspaltlosen Schenkel des Kerns (2) angeordnet ist,
  • b) erste Schalt- (T1, T2), Gleichrichtungs- (D3, D4, D5, D6), Glättungs- (18) und Steuerungs-Mittel (24) für den Hochsetzstellerbetrieb,
  • c) zweite Schalt- (T3, T4, T5, T6), Gleichrichtungs- (D1, D2), Glättungs- (23) und Steuerungs-Mittel (24) für den Tiefsetzstellerbetrieb, und
  • d) Mittel (13, 19, 24) zur Steuerung der Energieflußrichtung (A, B).
2. DC/DC-Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Verbundeinheit (1) als Eisenkern (2) einen dreischenkligen Kern (41) aufweist, dessen mittlerer Schenkel (42) einen Luftspalt (43) hat, und dessen äußere Schenkel (44, 45) jeweils eine niedervoltseitige Wicklung (3 bzw. 4) und eine hoch­ voltseitige Wicklung (5 bzw. 6) tragen.
3. DC/DC-Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Verbundeinheit (1) als Eisenkern (2) einen vierschenkligen Kern (51) aufweist, dessen äußere Schenkel (52, 53) jeweils mit einem Luftspalt (54) versehen sind, und dessen innere Schenkel (55, 56) jeweils eine niedervoltseitige Wicklung (3 bzw. 4) und eine hochvoltseitige Wicklung (5 bzw. 6) tragen.
4. DC/DC-Konverter nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch wenigstens einen Permanentmagneten (60) wenigstens ein luftspaltbehafteter magnetischer Kreis (40) mit permanentmagnetischer Vorspan­ nung gebildet ist.
5. DC/DC-Konverter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Schaltmittel (T1 bis T6) Leistungstransistoren verwendet sind.
6. DC/DC-Konverter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Gleichrichtungsmittel (D1 bis D6) Halbleiterdioden, insbeson­ dere Schottky-Dioden eingesetzt sind.
7. DC/DC-Konverter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Glättungsmittel (18, 23) Kondensatoren vorhanden sind.
8. DC/DC-Konverter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Mittel (13, 19, 24) zur Steuerung der Energieflußrichtung (A, B) Umschalter (13, 19) und/oder elektronische Steuerungen (24) zur Ansteuerung der Schaltmittel (T1 bis T6, 13, 19) vorhanden sind.
9. DC/DC-Konverter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Konverter dafür eingerichtet ist, im Hoch- und Tiefsetzsteller­ betrieb nach dem Gegentaktwandlerprinzip zu arbeiten, wobei auf der Hochvoltseite (H) eine Dioden-Vollbrücke (D3, D4, D5, D6) mit jeweils zu den einzelnen Dioden (D3, D4, D5, D6) parallelgeschalteten Leistungstransistoren (T3, T4, T5, T6) vor­ handen ist.
10. DC/DC-Konverter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Verbindungsstelle (70) der in Reihe geschalteten hochvoltseitigen Wicklungen (5, 6) die Kathode einer Diode (D7) angeschlossen ist, deren Anode mit dem Minuspol einer in den Konverter einspeisenden Energiequelle (26) verbunden ist.
11. DC/DC-Tiefsetzsteller, der enthält:
  • a) eine magnetische Verbundeinheit (1), die
    • a1) einen Eisenkern (2) mit einem luftspaltbehafteten magnetischen Kreis (31) zur Realisierung einer Energiespeicherfunktion und parallel dazu einen luftspaltlosen magnetischen Kreis (40) zur Realisierung einer Transformatorfunktion aufweist,
    • a2) zwei in Reihe geschaltete niedervoltseitige Wicklungen (3, 4) hat, de­ ren Verbindungsstelle als Mittelanzapfung (7) herausgeführt ist,
    • a3) zwei in Reihe geschaltete hochvoltseitige Wicklungen (5, 6) hat, wobei
    • a4) jeweils eine niedervoltseitige Wicklung (3 oder 4) zusammen mit einer hochvoltseitigen Wicklung (5 oder 6) auf einem luftspaltlosen Schenkel des Kerns (2) angeordnet ist,
  • b) auf der Hochvoltseite (H) der Verbundeinheit (1) eine Leistungstransi­ stor-Vollbrücke (T3, T4, T5, T6),
  • c) auf der Niedervoltseite (N) der Verbundeinheit (1) Gleichrichterdioden (D1, D2) und einen Kondensator (23), und
  • d) eine Steuereinrichtung (24) zur Ansteuerung der Leistungstransi­ stor-Vollbrücke (T3, T4, T5, T6) im Gegentaktbetrieb.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10006781A1 (de) * 2000-02-18 2002-03-14 Xcellsis Gmbh Vorrichtung mit einer Brennstoffzelle für die Erzeugung elektrischer Energie und mit Verteilung der elektrischen Energie an Verbraucher
DE102016221514A1 (de) 2016-11-03 2018-05-03 Audi Ag Energietechnisches Koppeln eines Hochvoltbordnetzes mit einem Kleinspannungsbordnetz
DE102022207464A1 (de) 2022-07-21 2024-02-01 Zf Friedrichshafen Ag Bidirektional betreibbarer, parallel gespeister Gegentaktflusswandler

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE522758C2 (sv) * 2000-05-11 2004-03-02 Saab Ab Anordning för att höja likspänning från ett första värde till ett andra värde
US6798670B2 (en) * 2001-04-02 2004-09-28 International Rectifier Corporation DC-DC converter
AT412435B (de) * 2001-06-12 2005-02-25 Siemens Ag Oesterreich Schaltwandler
AU2003214528A1 (en) * 2002-04-23 2003-11-10 Koninklijke Philips Electronics N.V. Llc half-bridge converter
US6894461B1 (en) 2002-10-11 2005-05-17 Linear Technology Corp. Bidirectional power conversion with multiple control loops
US7057905B2 (en) * 2003-08-05 2006-06-06 Jl Audio, Inc Method and apparatus for power conversion having a four-quadrant output
TWI276240B (en) * 2003-11-26 2007-03-11 Ind Tech Res Inst Fuel cell power supply device
DE102005033477B4 (de) * 2005-07-18 2016-02-04 Austriamicrosystems Ag Schaltungsanordnung und Verfahren zum Konvertieren einer Wechselspannung in eine gleichgerichtete Spannung
JP2008079454A (ja) * 2006-09-22 2008-04-03 Toyota Industries Corp 双方向ｄｃ−ｄｃコンバータの制御方法
JP5145724B2 (ja) * 2007-02-14 2013-02-20 トヨタ自動車株式会社 電力供給システム
US20090108677A1 (en) * 2007-10-29 2009-04-30 Linear Technology Corporation Bidirectional power converters
US8358107B2 (en) * 2007-12-31 2013-01-22 Intel Corporation Bidirectional power management techniques
KR101031217B1 (ko) 2009-10-21 2011-04-27 주식회사 오리엔트전자 고정 시비율로 동작하는 ｌｌｃ 공진 컨버터를 사용한 2단 방식 절연형 양방향 ｄｃ／ｄｃ 전력변환기
US8363427B2 (en) 2010-06-25 2013-01-29 Greecon Technologies Ltd. Bi-directional power converter with regulated output and soft switching
KR101168078B1 (ko) 2010-12-17 2012-07-24 한국에너지기술연구원 다중입력 양방향 ｄｃ-ｄｃ 컨버터
KR101200554B1 (ko) 2010-12-24 2012-11-13 한국에너지기술연구원 다상 인터리브 양방향 ｄｃ―ｄｃ 컨버터
CN102383985A (zh) * 2011-07-13 2012-03-21 苏州两江科技有限公司 醇类燃油电动泵的设置方法
KR101333409B1 (ko) * 2012-03-12 2013-11-28 명지대학교 산학협력단 양방향 고주파 공진기 및 이를 이용한 양방향 변압기
CN102611319B (zh) * 2012-03-14 2014-10-29 东南大学 非对称双向直流变换器
KR101314903B1 (ko) 2012-04-25 2013-10-04 카코뉴에너지 주식회사 양방향 직류-직류 컨버터
KR101338147B1 (ko) 2012-11-28 2013-12-09 한국전기연구원 양방향 ｄｃ－ｄｃ 컨버터
KR101387829B1 (ko) 2013-01-03 2014-04-25 카코뉴에너지 주식회사 양방향 전력 변환 직류-직류 컨버터
CN109861539B (zh) * 2017-11-30 2022-02-08 比亚迪股份有限公司 电动汽车及其电源电路
US20220103083A1 (en) * 2019-01-24 2022-03-31 Xiang Zhou Method and system using a noise filter to drive synchronous rectifiers of an llc dc-dc converter
KR20210117319A (ko) * 2019-01-24 2021-09-28 마그나 인터내셔널 인코포레이티드 스위치 제어 커패시터를 갖는 다상 llc 전력 컨버터를 균형화하기 위한 방법 및 시스템
EP3884573A4 (de) * 2019-01-25 2022-01-05 Magna International Inc Entwurf und optimierung eines niedrigspannungs-gleichstromwandlers mit hoher leistungsdichte für elektrische fahrzeuge
US10958204B1 (en) * 2019-10-22 2021-03-23 Ford Global Technologies, Llc Automotive electric drive systems with interleaved variable voltage converters
US11411510B2 (en) 2020-01-24 2022-08-09 Lear Corporation DC/AC inverter resonance topology

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3986097A (en) * 1975-06-30 1976-10-12 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Bilateral direct current converters
DE19542357A1 (de) * 1995-10-24 1997-04-30 Abb Patent Gmbh Schaltungsanordnung für einen AC/DC-Konverter mit Potentialtrennung und induktives Bauelement zur Verwendung in einer solchen Schaltungsanordnung

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4953068A (en) * 1989-11-08 1990-08-28 Unisys Corporation Full bridge power converter with multiple zero voltage resonant transition switching
US5255174A (en) * 1991-10-18 1993-10-19 Allied-Signal Inc. Regulated bi-directional DC-to-DC voltage converter which maintains a continuous input current during step-up conversion
US5140509A (en) * 1991-11-08 1992-08-18 Allied-Signal Inc. Regulated bi-directional DC-to-DC voltage converter
US5181169A (en) * 1991-11-15 1993-01-19 Allied-Signal Inc. Bi-directional PWM converter
GB9206022D0 (en) * 1992-03-19 1992-04-29 Astec Int Ltd Push-pull inverter
DE29522242U1 (de) * 1995-10-24 2000-12-21 Abb Patent Gmbh Schaltungsanordnung für einen AC/DC-Konverter mit Potentialtrennung und induktives Bauelement zur Verwendung in einer solchen Schaltungsanordnung
US5930134A (en) * 1997-06-30 1999-07-27 Sundstrand Corporation Starting system for a prime mover
US5903448A (en) * 1997-08-20 1999-05-11 Lucent Technologies Inc. Four quadrant flyback converter, method of operation thereof and power plant employing the same
US6021052A (en) * 1997-09-22 2000-02-01 Statpower Technologies Partnership DC/AC power converter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3986097A (en) * 1975-06-30 1976-10-12 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Bilateral direct current converters
DE19542357A1 (de) * 1995-10-24 1997-04-30 Abb Patent Gmbh Schaltungsanordnung für einen AC/DC-Konverter mit Potentialtrennung und induktives Bauelement zur Verwendung in einer solchen Schaltungsanordnung

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10006781A1 (de) * 2000-02-18 2002-03-14 Xcellsis Gmbh Vorrichtung mit einer Brennstoffzelle für die Erzeugung elektrischer Energie und mit Verteilung der elektrischen Energie an Verbraucher
US7057306B2 (en) 2000-02-18 2006-06-06 Nucellsys Gmbh Fuel cell and control unit in a detachable housing
DE102016221514A1 (de) 2016-11-03 2018-05-03 Audi Ag Energietechnisches Koppeln eines Hochvoltbordnetzes mit einem Kleinspannungsbordnetz
WO2018082843A1 (de) 2016-11-03 2018-05-11 Audi Ag Energietechnisches koppeln eines hochvoltbordnetzes mit einem kleinspannungsbordnetz
US10730456B2 (en) 2016-11-03 2020-08-04 Audi Ag Electrically coupling a high-voltage on-board electrical system to a low-voltage on-board electrical system
DE102022207464A1 (de) 2022-07-21 2024-02-01 Zf Friedrichshafen Ag Bidirektional betreibbarer, parallel gespeister Gegentaktflusswandler

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US6205035B1 (en) 2001-03-20
EP0969585A3 (de) 2001-03-14
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