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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft einen Aufwärtswandler beziehungsweise einen Hochsetzsteller, umfassend eine Serienschaltung mit einer Induktivität und einem ersten Schalter, welche ein Eingangspotential und ein Massepotential des Aufwärtswandlers verbindet, eine erste Kapazität, welche ein Ausgangspotential und ein Massepotential des Aufwärtswandlers verbindet und eine erste Diode, welche in ihrer Flussrichtung den Verbindungspunkt der Induktivität und des ersten Schalters mit dem Ausgangspotential des Aufwärtswandlers verbindet. Desweiteren betrifft die Erfindung für ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Aufwärtswandlers.
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STAND DER TECHNIK
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Hochsetzsteller beziehungsweise Aufwärtswandler der genannten Art sind prinzipiell bekannt. Diese sind in der Lage, durch intermittierende Betätigung des ersten Schalters eine im Vergleich zur Eingangsspannung höhere Ausgangsspannung zu erzeugen. Ist der erste Schalter geschlossen, so wird in der Induktivität ein Strom erzeugt, welcher bei geöffnetem Schalter zwangsläufig über die erste Kapazität fließt und diese somit auflädt. Dieses Wirkungsprinzip ist sowohl für DC/DC-Wandler als auch für AC/DC-Wandler bekannt.
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Problematisch ist an einer solche Anordnung, dass in der ersten Kapazität hohe Ströme entstehen können, wenn der Aufwärtswandler an eine externe Spannungsquelle geschaltet wird. Zur Lösung dieses Problems schlägt die
DE 10 2009 032 259 A1 beispielsweise vor, einen weiteren Schalter in Serie zum ersten Kondensator zu schalten. Nachteilig ist daran, dass an diesem elektronischen Schalter auch im laufenden, statischen Betrieb ein Spannungsabfall entsteht, welcher den Wirkungsgrad des Aufwärtswandlers verschlechtert.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen verbesserten Aufwärtswandler, beziehungsweise ein verbessertes Betriebsverfahren hierfür anzugeben. Insbesondere soll der Wirkungsgrad eines solchen Aufwärtswandlers bei gleichzeitiger Begrenzung der Einschaltströme verbessert werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Aufwärtswandler der eingangs genannten Art gelöst, zusätzlich umfassend:
eine mit dem Massepotential verbundene Spannungsquelle sowie
- a) einen zweiten Schalter, welcher den Ausgang der Spannungsquelle mit dem Eingangspotential des Aufwärtswandlers verbindet, oder
- b) eine zweite Diode, welche den Ausgang der Spannungsquelle mit dem Eingangspotential des Aufwärtswandlers verbindet, wobei die Flussrichtung der zweiten Diode in Richtung des Eingangspotentials weist, oder
- c) eine Serienschaltung umfassend einen zweiten Schalter und eine zweite Diode, welche den Ausgang der Spannungsquelle mit dem Eingangspotential des Aufwärtswandlers verbindet, wobei die Flussrichtung der zweiten Diode in Richtung des Eingangspotentials weist.
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Auf diese Weise kann die erste Kapazität mit Hilfe der genannten Spannungsquelle auch dann aufgeladen werden, wenn am Aufwärtswandler keine Eingangsspannung anliegt, beziehungsweise der Aufwärtswandler nicht mit einer externen Spannungsquelle verbunden ist. Dadurch können die Ströme in der ersten Kapazität beim Anschalten des Aufwärtswandlers an eine externe Spannungsquelle begrenzt werden, ohne dass der Wirkungsgrad des Aufwärtswandlers im laufenden Betrieb verschlechtert werden würde.
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Da die genannte Spannungsquelle für den laufenden Betrieb des Aufwärtswandlers nicht zwingend benötigt wird, wird sie im folgenden auch als „Hilfsspannungsquelle” und deren Spannung als „Hilfsspannung” bezeichnet, um den Unterschied zur externen oder versorgenden Spannungsquelle, an welche der Eingang des Aufwärtswandlers geschaltet wird, deutlich zu machen. Die genannte externe oder versorgende Spannungsquelle wird im Folgenden daher auch als „Hauptspannungsquelle” bezeichnet.
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Bei der Variante b) wird der erste Kondensator immer auf die Spannung der Hilfsspannungsquelle geladen, sobald die Kondensatorspannung kleiner als die Hilfsspannung ist, wenn der erste Schalter geöffnet bleibt. Vorteilhaft braucht ein Schalter für das Vorladen des ersten Kondensators nicht unbedingt angesteuert werden, und es kann beim Anschalten des Aufwärtswandlers an eine externe Hauptspannungsquelle generell zu keinem Kurzschluss zwischen der Hauptspannungsquelle und der Hilfsspannungsquelle kommen. Durch intermittierendes Betätigen des ersten Schalters kann der erste Kondensator aber auch auf eine höhere Spannung als die Spannung der Hilfsspannungsquelle geladen werden. Durch die zweite Diode wird in diesem Fall immer dann Energie aus der Hilfsspannungsquelle bezogen, wenn deren Spannung größer ist als jene der Hauptspannungsquelle.
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Die Aufgabe der Erfindung wird aber auch mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem der Aufwärtswandler eine mit dem Massepotential verbundene Spannungsquelle sowie einen Verbindungszweigs mit einem zweiten Schalter umfasst, welche den Ausgang der Spannungsquelle mit dem Eingangspotential des Aufwärtswandlers verbindet, und bei dem die erste Kapazität durch Betätigen des zweiten Schalters aufgeladen wird. Auf diese Weise kann der Aufladevorgang der ersten Kapazität bei den Varianten a) und c) aktiv beeinflusst werden. Durch Schließen des zweiten Schalters kann die erste Kapazität beispielsweise langsam auf die Hilfsspannung vorgeladen werden. Bei der Variante c) kann es beim Anschalten des Aufwärtswandlers an eine externe Hauptspannungsquelle wegen der zweiten Diode auch dann zu keinem Kurzschluss zwischen Hauptspannungsquelle und der Hilfsspannungsquelle kommen, wenn der zweite Schalter geschlossen ist. Durch die Kombination des zweiten Schalters mit der zweiten Diode ist der Aufwärtswandler nach der Variante c) besonders flexibel und sicher.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich nun aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren.
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In einer vorteilhaften Variante umfasst der Aufwärtswandler einen Widerstand, welcher in Serie zu dem zweiten Schalter und/oder der zweiten Diode geschaltet ist. Auf diese Weise kann der Strom in der ersten Kapazität beim Anschalten des Aufwärtswandlers an eine Eingangsspannung gut eingestellt werden. Der Vorteil der Erfindung tritt hier besonders hervor, da der Widerstand in einen Zweig geschaltet wird, welcher den Wirkungsgrad im Normalbetrieb des Aufwärtswandlers nicht verschlechtert.
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Günstig ist es, wenn die Hilfsspannungsquelle als Akkumulator ausgeführt ist. Auf diese Weise braucht der Aufwärtswandler für das Vorladen der ersten Kapazität an keine gesonderte Energiequelle angeschlossen werden, sondern funktioniert völlig autark.
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Günstig ist es aber auch, wenn anstelle der Hilfsspannungsquelle eine zweite Kapazität vorgesehen ist. Diese Bauart ist weitgehend wartungsfrei, da keine Batterie oder ein Akkumulator getauscht werden muss und ein Kondensator sehr oft auf- und entladen werden kann ohne dabei Schaden zu nehmen. Beispielsweise kann die zweite Kapazität während des laufenden Betriebs des Aufwärtswandlers mit Hilfe der Eingangsspannung aufgeladen werden, damit beim nächsten Einschaltvorgang die Energie von der zweiten Kapazität in die erste Kapazität umgeladen wird.
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In einer günstigen Variante umfasst der Aufwärtswandler einen Gleichrichter, dessen Ausgang zwischen das Eingangspotential und das Massepotential des Aufwärtswandlers geschaltet ist. Auf diese Weise kann ein AC/DC-Aufwärtswandler realisiert werden.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Aufwärtswandler als Power Factor Correction Stufe ausgebildet ist. Eine Power Factor Correction Stufe (PFC) reduziert die Störungen bei der Entnahme von Energie aus typischen Versorgungsnetzen und ist daher für viele Maschinen und Geräte mit höherer Leistung vorgeschrieben. Eine typische PFC besteht aus den Teilen des genannten Hochsetzstellers, durch die zur sinusförmigen Eingangsspannung auch ein sinusförmiger Strom entnommen werden kann. Wird ein elektrisches Gerät mit einer herkömmlichen PFC an das Stromnetz angeschlossen, kommt es zum beschriebenen Stoßstrom in den ersten Kondensator. Dieser Stoßstrom kann zu Flickerstörungen im Stromnetz, vor allem aber auch zum unerwünschten Auslösen einer Sicherungseinrichtung führen. Letztendlich kann dieser Stoßstrom auch die Lebensdauer des ersten Kondensators reduzieren.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erfindungsgemäße Aufwärtswandler in einem Batterieladegerät, insbesondere in einem Batterieladegerät für ein Elektrokraftfahrzeug integriert ist. Der Vorteil der Erfindung tritt bei dieser Geräteklasse besonders hervor, da üblicherweise sehr große Leistungen übertragen werden und daher auch der Einschaltstrom im ersten Kondensator dementsprechend hoch ist. Desweiteren ist die absolut eingesparte Energie aufgrund des verbesserten Wirkungsgrads des Aufwärtswandlers in diesem Fall besonders groß.
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Vorteilhaft ist es, wenn die erste Kapazität durch Betätigen des zweiten Schalters laufend aufgeladen wird. Insbesondere wenn eine zweite Diode vorgesehen ist, kann der erste Kondensator ständig, also unabhängig davon, ob der Aufwärtswandlers an eine externe Hauptspannungsquelle angeschlossen ist oder nicht, über die Hilfsspannungsquelle geladen werden. Vorteilhaft braucht in diesem Fall nicht detektiert werden, ob der Aufwärtswandlers an eine Hauptspannungsquelle angeschlossen ist oder nicht.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn die erste Kapazität durch Betätigen des zweiten Schalters vor dem Anschalten des Aufwärtswandlers an eine externe Hauptspannungsquelle aufgeladen wird. Bei dieser Variante wird die erste Kapazität nur dann vorgeladen, wenn am Aufwärtswandler keine Eingangsspannung anliegt. Diese Variante ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Aufwärtswandler keine zweite Diode aufweist und ein Aufladen des ersten Kondensators über die Hilfsspannungsquelle während des laufenden Betriebs des Aufwärtswandlers nicht oder nicht auf einfache Weise möglich wäre.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erste Schalter intermittierend betätigt wird, um die erste Kapazität mit Hilfe der Hilfsspannungsquelle aufzuladen. In diesem Fall wird der Aufwärtswandler einfach mit der Hilfsspannungsquelle anstatt mit der Hauptspannungsquelle betrieben. Auf diese Weise kann der erste Kondensator – unabhängig von der durch die Hilfsspannungsquelle erzeugten Spannung – auf einen beliebigen Wert aufgeladen werden, bevor der Eingang des Aufwärtswandlers an eine Eingangsspannung angeschaltet wird. Hohe Einschaltströme im ersten Kondensator können somit besonders wirkungsvoll vermieden werden. Ist ein zweiter Schalter vorgesehen, so wird dieser vorzugsweise geschlossen gehalten, wenn der erste Schalter intermittierend betätigt wird.
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Vorteilhaft ist es, wenn der zweite Schalter nach dem Aufladen der ersten Kapazität in einen Aus-Zustand gesteuert wird. Auf diese Weise kann ein Kurzschluss zwischen der versorgenden Hauptspannungsquelle und der Hilfsspannungsquelle vermieden werden. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn keine zweite Diode vorgesehen ist.
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Vorteilhaft wird die erste Kapazität vor dem Anschalten des Aufwärtswandlers an eine Eingangsspannung auf einen Wert aufgeladen wird, den sie auch im laufenden Betrieb des Aufwärtswandlers aufweist. Auf diese Weise kann ein erhöhter Strom im ersten Kondensator beim Anschalten des Aufwärtswandlers an eine externe Hauptspannungsquelle vermieden werden. Vorzugsweise wird die erste Kapazität vor dem Anschalten des Aufwärtswandlers an eine Eingangsspannung auf einen Wert aufgeladen wird, welcher dem unteren Scheitelwert, dem oberen Scheitelwert oder dem Mittelwert der Spannung an der ersten Kapazität im laufenden Betrieb des Aufwärtswandlers entspricht. Selbstverständlich kann der erste Kondensator aber auch auf eine nur verringerte Spannung vorgeladen werden, was zu einer Verringerung des genannten Stroms beim Anschalten des Aufwärtswandlers an eine externe Hauptspannungsquelle führt.
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Besonders vorteilhaft, wenn durch Messung des Stroms und/oder der Spannung am Eingang des Aufwärtswandlers ermittelt wird, ob dieser an eine externe Hauptspannungsquelle angeschaltet ist oder nicht. Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob der erste Kondensator vorgeladen werden soll oder nicht. Weiterhin kann auf diese Weise auch das Anschalten des Aufwärtswandlers an eine Eingangsspannung detektiert werden, um in Folge den zweiten Schalter zu öffnen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn im Aufwärtswandler keine zweite Diode vorgesehen ist.
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Schließlich ist es von Vorteil, wenn die Spannung an der ersten Kapazität gemessen wird und der Aufladevorgang desselben beendet wird, wenn die genannte Spannung einen vorgebbaren Wert erreicht hat. Auf diese Weise wir die Spannung an der ersten Kapazität geregelt und nicht bloß gesteuert.
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An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass sich die zum erfindungsgemäßen Verfahren genannten Varianten und sich daraus ergebenden Vorteile auch auf den erfindungsgemäßen Aufwärtswandler beziehen und umgekehrt. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren von einer Steuerung ausgeführt werden kann, welche nicht zwangsläufig Teil des Aufwärtswandlers ist. Beispielsweise kann die Steuerung ein Teil einer Software sein, die abseits des Aufwärtswandlers ausgeführt wird und auch andere Aufgaben übernimmt. Selbstverständlich kann diese Steuerung aber auch in Hardware ausgeführt sein.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung lassen sich auf beliebige Art und Weise kombinieren.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
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1 einen Aufwärtswandler nach dem Stand der Technik;
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2 einen Aufwärtswandler mit Hilfsspannungsquelle und zweitem Schalter;
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3 wie 2 nur ohne Gleichrichter am Eingang des Aufwärtswandlers;
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4 einen Aufwärtswandler mit Hilfsspannungsquelle und zweiter Diode;
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5 einen Aufwärtswandler mit Hilfsspannungsquelle, zweitem Schalter und zweiter Diode;
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6 wie 5, nur mit zusätzlichem Widerstand in Serie zum zweiten Schalter und zur zweiten Diode;
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7 einen Aufwärtswandler mit einer zweiten Kapazität anstelle der Hilfsspannungsquelle und
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8 ein Blockschaltbild eines OBCs (On Board Charger).
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DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die 1 zeigt einen Aufwärtswandler an sich bekannter Bauart, umfassend:
- – eine Serienschaltung mit einer Induktivität L und einem ersten Schalter S1, welche ein Eingangspotential und ein Massepotential des Aufwärtswandlers verbindet,
- – eine erste Kapazität C1, welche ein Ausgangspotential und ein Massepotential des Aufwärtswandlers verbindet und
- – eine erste Diode D1, welche in ihrer Flussrichtung den Verbindungspunkt der Induktivität L und des ersten Schalters S1 mit dem Ausgangspotential des Aufwärtswandlers verbindet.
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In der 1 ist darüber hinaus ein optionaler Gleichrichter G vorgesehen, dessen Ausgang zwischen das Eingangspotential und das Massepotential des Aufwärtswandlers geschaltet ist. Auf diese Weise kann ein AC/DC-Aufwärtswandler realisiert werden, welcher aus der gleichgerichteten Eingangsspannung zwischen dem Eingangspotential und dem Massepotential des Aufwärtswandlers eine im Vergleich zur Eingangsspannung höhere Ausgangsspannung zwischen dem Ausgangspotential und dem Massepotential des Aufwärtswandlers erzeugt. Dabei wird der erste Schalter S1 abwechselnd geschlossen und geöffnet. Ist der erste Schalter S1 geschlossen, so wird in der Induktivität L ein Strom erzeugt, welcher bei geöffnetem Schalter S1 zwangsläufig über die erste Kapazität C1 fließt und diese auflädt. Wird der Gleichrichter G weggelassen kann ein DC/DC-Aufwärtswandler nach demselben Wirkungsprinzip realisiert werden.
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2 zeigt nun einen Aufwärtswandler 1a, welcher dem Aufwärtswandler aus der 1 entspricht, zusätzlich aufweisend eine mit dem Massepotential verbundene (Hilfs)Spannungsquelle V sowie einen zweiten Schalter S2, welcher den Ausgang der Spannungsquelle V mit dem Eingangspotential des Aufwärtswandlers 1a verbindet.
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Mit Hilfe der Spannungsquelle V, welche beispielsweise als Batterie oder Akkumulator ausgebildet sein kann, kann nun auch dann eine Spannung am ersten Kondensator C1 erzeugt werden, wenn der Eingang des Aufwärtswandlers 1a offen ist und dort somit keine Eingangsspannung anliegt. Durch Schließen des zweiten Schalters S2 kann die erste Kapazität C1 langsam auf die Spannung der Spannungsquelle V aufgeladen werden. Vorzugsweise wird aber die aus der Spannungsquelle V, dem ersten Schalter S1, dem zweiten Schalter S2, der Induktivität L, der ersten Diode D1 und der ersten Kapazität C1 gebildete Schaltung als Aufwärtswandler betrieben. Dabei wird der erste Schalter S1 bei geschlossenem zweiten Schalter S2 abwechselnd geschlossen und geöffnet, also intermittierend betätigt. Ist der erste Schalter S1 geschlossen, so wird in der Induktivität L ein Strom erzeugt, welcher bei geöffnetem Schalter S1 zwangsläufig über die erste Kapazität C1 fließt und diese auflädt.
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Auf diese Weise kann der erste Kondensator C1 auf einen beliebigen Wert aufgeladen werden, bevor der Eingang des Aufwärtswandlers 1a an eine externe beziehungsweise versorgende (Haupt)Spannungsquelle (nicht dargestellt) angeschlossen wird, das heißt eine Eingangsspannung an den Aufwärtswandler 1a angelegt wird. Hohe Einschaltströme im ersten Kondensator C1 können somit wirkungsvoll vermieden werden.
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Vorteilhaft wird der erste Kondensator C1 mit Hilfe des zweiten Schalters S2 auf dieselbe Spannung aufgeladen, welche er auch im laufenden Betrieb hat, sodass ein erhöhter Strom im ersten Kondensator C1 beim Anschalten des Aufwärtswandlers 1a an eine externe Spannungsquelle überhaupt vermieden werden. Beispielsweise kann die erste Kapazität C1 vor dem Anschalten des Aufwärtswandlers 1a auf einen Wert vorgeladen wird, welcher dem unteren Scheitelwert, dem oberen Scheitelwert oder dem Mittelwert der Spannung an der ersten Kapazität C1 im laufenden Betrieb des Aufwärtswandlers 1a entspricht. Selbstverständlich kann der erste Kondensator C1 aber auch auf eine nur verringerte Spannung vorgeladen werden, was zu einer Verringerung des genannten Stroms beim Anschalten des Aufwärtswandlers 1a an eine externe Spannungsquelle führt. Vorteilhaft wird die Spannung an der ersten Kapazität C1 gemessen, und der Aufladevorgang desselben wird beendet, wenn die genannte Spannung einen vorgebbaren Wert erreicht hat.
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Zu berücksichtigen ist bei dieser Variante des Aufwärtswandlers 1a, dass der zweite Schalter S2 beim Anschalten des Aufwärtswandlers 1a an eine externe Spannungsquelle jedenfalls geöffnet werden muss, da es sonst zu einem Kurzschluss zwischen der versorgenden Spannungsquelle und der Spannungsquelle V kommt. Daher ist es vorteilhaft, wenn durch Messung des Stroms und/oder der Spannung am Eingang des Aufwärtswandlers 1a ermittelt wird, ob dieser an eine externe Spannungsquelle angeschaltet ist oder nicht. Wird detektiert, dass der Aufwärtswandlers 1a an eine externe Spannungsquelle angeschlossen wird, so ist der Ladevorgang des ersten Kondensators C1 durch Öffnen des zweiten Schalters S2 jedenfalls zu beenden.
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3 zeigt nun einen Aufwärtswandler 1b, welcher identisch aufgebaut ist wie der Aufwärtswandler 1a, jedoch keinen Gleichrichter G aufweist. Der Aufwärtswandler 1b wirkt daher als DC/DC-Aufwärtswandler, wohingegen der Aufwärtswandler 1a als AC/DC-Aufwärtswandler wirkt.
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4 zeigt nun einen Aufwärtswandler 1c, welcher ähnlich aufgebaut ist wie der Aufwärtswandler 1b aus der 3. Allerdings weist dieser anstelle des zweiten Schalters S2 eine zweite Diode D2 auf, welche den Ausgang der Spannungsquelle V mit dem Eingangspotential des Aufwärtswandlers 1c verbindet, wobei die Flussrichtung der zweiten Diode D2 in Richtung des Eingangspotentials weist. Auf diese Weise wird der ersten Kondensator C1 immer auf die Spannung der Spannungsquelle V geladen, sobald dessen Spannung kleiner als dieselbe ist (ideale Dioden D1 und D2 vorausgesetzt). Vorteilhaft braucht ein Schalter für das Vorladen des ersten Kondensators C1 nicht angesteuert werden, und es kann beim Anschalten des Aufwärtswandlers 1c an eine externe Spannungsquelle auch zu keinem Kurzschluss zwischen der versorgenden Spannungsquelle und der Spannungsquelle V kommen. Selbstverständlich kann der erste Schalter S1 wie bereits zum Aufwärtswandler 1a aus 2 erläutert intermittierend angesteuert werden, um den ersten Kondensator C1 auf einen beliebigen Spannungswert aufzuladen.
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5 zeigt nun einen Aufwärtswandler 1d, welcher einer Mischung aus dem Aufwärtswandler 1b und 1c entspricht. Dabei wird die Spannungsquelle V mit einer Serienschaltung, umfassend einen zweiten Schalter S2 und eine zweite Diode D2, mit dem Eingangspotential des Aufwärtswandlers 1d verbunden, wobei die Flussrichtung der zweiten Diode D2 in Richtung des Eingangspotentials weist. Vorteilhaft kann der erste Kondensator C1 durch intermittierendes Betätigen des ersten Schalters S1 wiederum auf einen beliebigen Wert aufgeladen werden, bevor der Eingang des Aufwärtswandlers 1d an eine externe Spannungsquelle angeschlossen wird. Zudem kann es beim Anschalten des Aufwärtswandlers 1d an eine externe Spannungsquelle wegen der zweiten Diode D2 zu keinem Kurzschluss zwischen der versorgenden Spannungsquelle und der Spannungsquelle V kommen. Durch die Kombination des zweiten Schalters S2 mit der zweiten Diode D2 ist der Aufwärtswandler 1d besonders flexibel und sicher.
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Die genannte Flexibilität kommt dann besonders zum Tragen, wenn der erste Schalter S1 und der zweite Schalter S2 von voneinander unabhängigen Steuerungen oder Regelungen betätigt werden. Beispielsweise ist vorstellbar, dass ein bestehender Aufwärtswandler um die erfindungsgemäßen Maßnahmen erweitert werden soll. Wegen des zweiten Schalters S2 kann der Aufladevorgang der ersten Kapazität C1 auch ab- oder unterbrochen werden, ohne Einfluss auf den ersten Schalter S1 zu nehmen.
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Generell kann vorgesehen sein, dass die erste Kapazität C1 über den zweiten Schalter S2 nur dann aufgeladen wird, wenn der Aufwärtswandler 1d nicht an eine externe Spannungsquelle angeschlossen ist. Dazu kann wie bereits erwähnt der Strom und/oder die Spannung am Eingang des Aufwärtswandlers 1d ermittelt werden. Wegen der zweiten Diode D2 ist es aber auch möglich, den ersten Kondensator C1 ständig, also unabhängig davon, ob der Aufwärtswandlers 1d an eine externe Spannungsquelle angeschlossen ist oder nicht, über die Spannungsquelle V zu laden. Vorteilhaft braucht in diesem Fall nicht detektiert werden, ob der Aufwärtswandlers 1d an eine externe Spannungsquelle angeschlossen ist oder nicht.
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6 zeigt mm einen Aufwärtswandler 1e, welcher ähnlich aufgebaut ist wie der Aufwärtswandler 1d aus der 5. Zusätzlich ist hier aber ein Widerstand R im Verbindungszweig zwischen der Spannungsquelle V und dem Eingangspotential des Aufwärtswandlers 1e angeordnet. Das heißt, der Widerstand R liegt in Serie zum zweiten Schalter S2 und der zweiten Diode D2. Auf diese Weise kann der Strom beim Laden des ersten Kondensators C1 über die Spannungsquelle V begrenzt und durch entsprechende Wahl des Widerstands R auf einen beliebigen Wert eingestellt werden.
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7 zeigt nun einen Aufwärtswandler 1f, welcher wiederum ähnlich aufgebaut ist wie der Aufwärtswandler 1d aus der 5. Anstelle der Spannungsquelle V ist in diesem Fall aber eine zweite Kapazität C2 vorgesehen. Diese kann zu einem beliebigen Zeitpunkt mit Hilfe einer nicht dargestellten Spannungsquelle geladen werden und kann dann ihre Energie an die erste Kapazität C1 abgeben.
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8 zeigt einen OBC (On Board Charger = Ladegerät integriert in einem Elektrofahrzeug), umfassend ein am Eingang E angeordnetes Netzfilter 2, eine damit verbundene Power Factor Correction Stufe (PFC) 3, einen damit verbundenen Zwischenkreiskondensator 4, einen damit verbundene DC/DC-Wandler 5, sowie ein damit verbundenes und am Ausgang A angeordnetes Ausgangsfilter 6.
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Vorteilhaft ist es, wenn der in den Figuren dargestellte Aufwärtswandler 1a..1f als Power Factor Correction Stufe ausgebildet ist. Eine Power Factor Correction Stufe reduziert die Störungen bei der Entnahme von Energie aus typischen Versorgungsnetzen und ist daher für viele Maschinen und Geräte mit höherer Leistung vorgeschrieben. Eine typische PFC besteht aus den Teilen des genannten Hochsetzstellers, durch die zur sinusförmigen Eingangsspannung auch ein sinusförmiger Strom entnommen werden kann. Wird ein elektrisches Gerät mit einer herkömmlichen PFC an das Stromnetz angeschlossen, kommt es zum beschriebenen Stoßstrom in den ersten Kondensator. Dieser Stoßstrom kann zu Flickerstörungen im Stromnetz, vor allem aber auch zum unerwünschten Auslösen einer Sicherungseinrichtung führen. Letztendlich kann dieser Stoßstrom auch die Lebensdauer des ersten Kondensators reduzieren.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der in den Figuren dargestellte Aufwärtswandler 1a..1f in einem Batterieladegerät, insbesondere in einem Batterieladegerät für ein Elektrokraftfahrzeug integriert ist. In diesem Fall ist die absolut eingesparte Energie aufgrund des verbesserten Wirkungsgrads des Aufwärtswandlers 1a..1f besonders groß. Zudem kann eine zweite Kapazität C2 (siehe 7) über das Bordnetz des Kraftfahrzeugs aufgeladen werden.
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Abschließend wird festgehalten, dass der Aufwärtswandler 1a..1f auch eine nicht dargestellte Steuerung zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweisen kann. Diese Steuerung kann in Software und/oder Hardware ausgebildet sein. Desweiteren kann die Steuerung auch abgesetzt vom Aufwärtswandler 1a..1f sein und/oder auch Teil einer übergeordneten Steuerung sein, welche auch andere Aufgaben ausführt.
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Abschließend wird festgehalten, dass die in den Figuren dargestellten Varianten beliebig kombiniert werden können. Beispielsweise kann der Aufwärtswandler 1e aus der 6 einen Gleichrichter G umfassen. Beispielsweise ist auch denkbar, dass der Aufwärtswandler 1d aus der 5 eine zweite Kapazität C2 anstelle der Spannungsquelle V umfasst. Für den Fachmann ist es somit ein Leichtes, die hier offenbarte Lehre auf seine Bedürfnisse anzupassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009032259 A1 [0003]
