DE-102010023652-B4 - Gleichspannungswandler und Verfahren zum Ansteuern eines Gleichspannungswandlers

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines gesteuerten drei-phasigen Gleichspannungswandlers, wobei aus einer Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers mittels eines Wechselrichters (1) mit drei Halbbrücken (10, 12, 14) drei Wechselspannungsphasen erzeugt werden, wobei die drei Halbbrücken (10, 12, 14) mit einem jeweiligen periodischen Steuersignal, insbesondere zur Erzeugung einer gewünschten Aussteuerung, angesteuert werden, welches zwischen zwei Steuerzuständen wechselt, wobei die periodischen Steuersignale jeweils um 1/3 Periodendauer gegeneinander phasenverschoben sind und bei Vollaussteuerung des Gleichspannungswandlers die periodischen Steuersignale innerhalb einer jeweiligen Periodendauer jeweils einer Stufenfunktion mit einer Stufe nach einer jeweiligen Halbperiode entsprechen, wobei zur Änderung der Aussteuerung des Gleichspannungswandlers für jede Eingangsphase innerhalb einer jeweiligen Halbperiode symmetrisch in der Mitte der jeweiligen Halbperiode der Steuerzustand für einen Anteil der jeweiligen Halbperiode gewechselt wird, insbesondere wobei also bei Vollaussteuerung der Anteil verschwindet, wobei an die drei Halbbrücken (10, 12, 14) ein Transformator (16) in Dreieckschaltung angeschlossen ist, wobei die Wechselspannungsphasen an eine jeweilige Phase eines Transformators in Dreieckschaltung angeschlossen sind und der Transformator die drei Wechselspannungsphasen in drei Ausgangsphasen wandelt, wobei ein Gleichrichter die gewandelte Wechselspannung gleichrichtet, wobei die gleichgerichtete, gewandelte Wechselspannung dann die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers bildet.

Inventors

• Hans Jürgen Kollar
• Ralf Bennerscheidt
• Frank-Jörg Depré
• Manuel Fuchs

Assignees

• SEW-EURODRIVE GMBH & CO KG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20100614

Claims (14)

1. Verfahren zum Betreiben eines gesteuerten drei-phasigen Gleichspannungswandlers, wobei aus einer Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers mittels eines Wechselrichters (1) mit drei Halbbrücken (10, 12, 14) drei Wechselspannungsphasen erzeugt werden, wobei die drei Halbbrücken (10, 12, 14) mit einem jeweiligen periodischen Steuersignal, insbesondere zur Erzeugung einer gewünschten Aussteuerung, angesteuert werden, welches zwischen zwei Steuerzuständen wechselt, wobei die periodischen Steuersignale jeweils um 1/3 Periodendauer gegeneinander phasenverschoben sind und bei Vollaussteuerung des Gleichspannungswandlers die periodischen Steuersignale innerhalb einer jeweiligen Periodendauer jeweils einer Stufenfunktion mit einer Stufe nach einer jeweiligen Halbperiode entsprechen, wobei zur Änderung der Aussteuerung des Gleichspannungswandlers für jede Eingangsphase innerhalb einer jeweiligen Halbperiode symmetrisch in der Mitte der jeweiligen Halbperiode der Steuerzustand für einen Anteil der jeweiligen Halbperiode gewechselt wird, insbesondere wobei also bei Vollaussteuerung der Anteil verschwindet, wobei an die drei Halbbrücken (10, 12, 14) ein Transformator (16) in Dreieckschaltung angeschlossen ist, wobei die Wechselspannungsphasen an eine jeweilige Phase eines Transformators in Dreieckschaltung angeschlossen sind und der Transformator die drei Wechselspannungsphasen in drei Ausgangsphasen wandelt, wobei ein Gleichrichter die gewandelte Wechselspannung gleichrichtet, wobei die gleichgerichtete, gewandelte Wechselspannung dann die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers bildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet , dass der Anteil der Halbperiode für jede Eingangsphase gleich groß ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass der Anteil der Halbperiode von 180 Grad zwischen 0 Grad und 60 Grad liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet , dass die Spannung der Wechselspannungsphasen jeweils durch Schalten zweier Schalter der Halbbrücken (10, 12, 14) erzeugt wird, insbesondere weisen die Halbbrücken (10, 12, 14) eine Reichenschaltung, welche durch die Eingangsspannung versorgt wird, mit je zwei Schaltern auf.
5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet , dass zwischen den Spannungszuständen gewechselt wird, in dem entweder jeweils ein oberer Schalter einer Halbbrücke (10, 12, 14) geschlossen wird und ein unterer Schalter geöffnet wird oder umgekehrt.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet , dass die Ausgangsphasen jeweils gleichgerichtet werden.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet , dass die drei Ausgangsphasen mit jeweils einer Gleichrichterschaltung gleichgerichtet werden und als eine Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers parallel zusammengeführt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet , dass jede Gleichrichterschaltung zwei Schalter aufweist, welche entsprechend getaktet sind, um die Ausgangsphasen gleichzurichten.
9. Verfahren nach Anspruch 8 oder 7 , dadurch gekennzeichnet , dass die Spannungen der gleichgerichteten Ausgangsphasen mit jeweils einem Kondensator (26) geglättet werden.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet , dass die Schalter der Gleichrichterschaltungen derart synchronisiert mit den Schaltern des Wechselrichters (1) betrieben werden, so dass ein Rückspeisung, also ein Energiefluss von der Ausgangsseite zur Eingangsseite des Gleichspannungswandlers ausgeführt wird.
11. Anordnung mit einer elektrischen Schaltung, dadurch gekennzeichnet , dass die elektrische Schaltung zum Ausführen der Schritte des Verfahrens einem der vorangegangenen Ansprüche eingerichtet ist.
12. Anordnung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet , dass Primärwicklungen und Sekundärwicklungen des Transformators (16) auf einem dreischenkligen Kern des Transformators (16) aufgewickelt sind.
13. Anordnung nach Anspruch 12 oder 11 , dadurch gekennzeichnet , dass auf der Sekundärseite ein Mittelpunkgleichrichter an der Sekundärwicklung angeordnet ist, welcher die Transformatorausgangsspannung gleichrichtet.
14. Anordnung nach Anspruch 12 , 13 oder 11 , dadurch gekennzeichnet , dass vor dem Ausgang des Gleichspannungswandler eine Induktivität (28) in Reihe und/oder eine Kapazität parallel zum Ausgang geschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler und ein Verfahren zum Ansteuern eines Gleichspannungswandlers. Die EP 2 023 472 A1 betrifft einen taktgesteuerten Gleichspannungswandlers. Ein Verfahren zur Ansteuerung eines taktgesteuerten Gleichspannungswandlers ist aus der EP 1 589 648 A2 bekannt. Aus der EP 1 589 648 A2 ist ein dreiphasiger DC/DC Wandler bekannt. Aus der US 2006 / 0 083 030 A1 ist ein Leistungsumrichter für ein Batterieladegerät bekannt. Aus der US 6 944 033 B1 ist ein Multiphasen DC/DC Umrichter bekannt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Gleichspannungswandler und ein Verfahren zum Ansteuern eines Gleichspannungswandlers weiterzubilden, wobei die Ansteuerung einfach ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und bei der Anordnung nach den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst. Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren zum Betreiben eines gesteuerten drei-phasigen Gleichspannungswandlers sind, dass aus einer Eingangsspannung des Gleichspannungswandlers mittels eines Wechselrichters mit drei Halbbrücken drei Wechselspannungsphasen erzeugt werden, wobei die drei Halbbrücken mit einem jeweiligen periodischen Steuersignal angesteuert werden, welches zwischen zwei Steuerzuständen wechselt, wobei die periodischen Steuersignale um 120° phasenverschoben sind und bei Vollaussteuerung des Gleichspannungswandlers die periodischen Steuersignale einer Stufenfunktion mit einer Stufe nach einer Halbperiode entsprechen, wobei zur Änderung der Aussteuerung des Gleichspannungswandlers für jede Eingangsphase innerhalb einer jeweiligen Halbperiode symmetrisch in der Mitte der jeweiligen Halbperiode der Steuerzustand für einen Anteil der jeweiligen Halbperiode gewechselt wird. Von Vorteil ist dabei, dass ein linearer Zusammenhang zwischen dem Anteil und der Spannungszeitfläche des Gleichspannungswandlers gegeben ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Anteil der Halbperiode für jede Eingangsphase gleich groß. Von Vorteil ist dabei, dass kein Gleichspannungsanteil am Transformator entsteht. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt der Anteil der Halbperiode von 180 Grad zwischen 0 Grad und 60 Grad. Von Vorteil ist dabei, dass die Spannungszeitfläche zwischen einem maximalen Wert und dem Wert 0Vs regelbar ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Spannung der Wechselspannungsphasen jeweils durch Schalten zweier Schalter der Halbbrücken erzeugt. Von Vorteil ist dabei, dass die Regelung der Ausgangsspannung einfach ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zwischen den Spannungszuständen gewechselt, in dem jeweils ein oberer Schalter einer Halbbrücke geschlossen wird und ein unterer Schalter geöffnet wird. Von Vorteil ist dabei, dass ein Gleichspannungsanteil vermieden wird. Erfindungsgemäß sind die Wechselspannungsphasen an eine jeweilige Phase eines Transformators in Dreieckschaltung angeschlossen und der Transformator wandelt die drei Wechselspannungsphasen in drei Ausgangsphasen. Von Vorteil ist dabei, dass die Welligkeit der Ausgangsspannung verringert ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Ausgangsphasen jeweils gleichgerichtet. Von Vorteil ist dabei, dass die Welligkeit der Ausgangsspannung verringert ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die drei Ausgangsphasen mit jeweils einer Gleichrichterschaltung gleichgerichtet und werden vorzugsweise an einem Punkt der Schaltung zusammengeführt und an diesem Punkt wird eine Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers abgegriffen. Von Vorteil ist dabei, dass die Welligkeit der Ausgangsspannung verringert ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jede Gleichrichterschaltung zwei Schalter auf, welche entsprechend getaktet sind, um die Ausgangsphasen gleichzurichten. Von Vorteil ist dabei, dass die Verluste verringert sind, da die Durchflussspannung der Schalter kleiner ist als eine Gelichrichterdiode. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Spannungen der gleichgerichteten Ausgangsphasen mit jeweils einem Kondensator geglättet. Von Vorteil ist dabei, dass die Welligkeit der Ausgangsspannung verringert ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Schalter der Gleichrichterschaltungen derart synchronisiert mit den Schaltern des Wechselrichters betrieben, so dass eine Rückspeisung, d.h. ein Energiefluss von der Ausgangsseite zur Eingangsseite des Gleichspannungswandlers ausgeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass Energie in beide Richtungen des Gleichspannungswandlers übertragbar ist. Wichtig Merkmale bei der Anordnung sind, dass diese zum Ausführen der Schritte eines oben beschriebenen Verfahrens angepasst ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein Gleichspannungswandler mit einfacher Sollwertvorgabe für die Aussteuerung bei nahe der Taktfrequenz liegender Ausgangsfrequenz zur Verfügung steht. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung sind Primärwicklungen und Sekundärwicklungen des Transf