DE102012107122A1

DE102012107122A1 - Wechselrichterschaltung

Info

Publication number: DE102012107122A1
Application number: DE102012107122A
Authority: DE
Inventors: Jens Friebe; Klaus Rigbers; Peter Zacharias; Benjamin Sahan; Christian Nöding; Samuel Vasconcelos Araújo; Vladimir Scarpa
Original assignee: SMA Solar Technology AG
Current assignee: SMA Solar Technology AG
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2013-02-14

Abstract

Zur Formung eines Wechselstroms mit einer Wechselrichterschaltung (1), die eine geteilte Pufferkapazität (7) zwischen zwei Eingangsleitungen (2, 3), eine Reihenschaltung (10) von vier Schaltern (S1 bis S4) zwischen den Eingangsleitungen (2, 3), wobei ein Mittelpunkt (8) der geteilten Pufferkapazität (7) mit einem Mittelpunkt (11) der Reihenschaltung (10) verbunden ist, sowie eine mindestens zwei weitere Schalter aufweisende Wechselrichterteilschaltung (14), die zwischen einen ersten Zwischenpunkt (12) zwischen dem ersten Schalter (S1) und dem zweiten Schalter (S2) der Reihenschaltung (10) und einen zweiten Zwischenpunkt (13) zwischen dem dritten Schalter (S3) und dem vierten Schalter (S4) der Reihenschaltung (10) geschaltet ist und die einen Ausgang (15) für die jeweilige Phase des Wechselstroms aufweist, umfasst, werden alle Schalter (S1 bis S4) der Reihenschaltung (10) langsam getaktet, um zwischen den beiden Zwischenpunkten nacheinander gleiche Spannungen mit unterschiedlichem Potentialbezug zu dem Mittelpunkt (8) der geteilten Pufferkapazität (7) bereitzustellen, und zumindest die zwei weiteren Schalter der Wechselrichterteilschaltung (14) schnell getaktet, um den Wechselstrom zu formen.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Wechselrichterschaltung zur Formung eines insbesondere sinusförmigen Wechselstroms mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Wechselrichterschaltung zur Formung eines insbesondere sinusförmigen Wechselstroms mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 12.
Die Wechselrichterschaltung und das Verfahren können in einem Wechselrichter zum Einsatz kommen, mit dem elektrische Energie von einer Gleichstromquelle in ein Wechselstromnetz eingespeist wird. Die Gleichstromquelle kann insbesondere ein Photovoltaikgenerator sein.
Die Schalter der hier beschriebenen Wechselrichterschaltung sind typischerweise Halbleiterschalter, die inhärente antiparallele Dioden aufweisen oder mit entsprechenden externen Dioden parallel geschaltet sind. Zwingend sind derartige antiparallele Dioden für die Funktion der hier beschriebenen Wechselrichterschaltungen jedoch nicht.
Die Formung des Wechselstroms kann insbesondere durch Pulsweitenmodulation, aber z. B. auch durch Pulsdichtemodulation, eine Zweipunktregelung oder eine Hystereseregelung erfolgen.
STAND DER TECHNIK
Zur Formung eines Wechselstroms durch eine Wechselrichterschaltung sind Pulsweitenmodulationsverfahren bekannt. Als Maßnahme zur Reduzierung der Spannungszeitflächen am Ausgang der Wechselrichterschaltung bei der Pulsweitenmodulation ist der Einsatz von Schaltungen bekannt, die mehrere Spannungsniveaus für die Pulsweitenmodulation bereitstellen. Man spricht hierbei von Multilevel-Schaltungen.
Zu den bekannten Multilevel-Schaltungen gehört die NPC (Neutral Point Clamped)-Wechselrichterschaltung. Bei dieser sind vier Schalter zwischen zwei Eingangsleitungen für eine Eingangsgleichspannung in Reihe geschaltet. Der Mittelpunkt zwischen dem zweiten und dem dritten Schalter der Reihenschaltung bildet den Ausgang für den Wechselstrom. Die Zwischenpunkte zwischen dem ersten und zweiten sowie zwischen dem zweiten und dritten Schalter sind jeweils über eine Diode mit dem Mittelpunkt einer geteilten Pufferkapazität zwischen den Eingangsleitungen, d. h. dem Mittelpunkt eines geteilten Gleichspannungszwischenkreises, verbunden. Diese Dioden werden auch als Clamping-Dioden bezeichnet. Durch Schließen von unterschiedlichen Kombinationen der vier Schalter kann der Ausgang der NPC-Schaltung bezogen auf den Mittelpunkt des geteilten Gleichspannungszwischenkreises auf das Potential null, ein um die halbe Eingangsgleichspannung erhöhtes Potential und ein um die halbe Eingangsgleichspannung reduziertes Potential gelegt werden. Dabei stellen die Clamping-Dioden als passive Schaltelemente die elektrische Verbindung zu dem Mittelpunkt des Gleichspannungszwischenkreises her. Bei bekannten NPC-Wechselrichterschaltungen werden der erste und der vierte Schalter der Reihenschaltung zwischen den Eingangsleitungen zur Formung des Wechselstroms hochfrequent getaktet, typischerweise im kHz-Bereich, während der direkt an den Ausgang angrenzende zweite und dritte Schalter der Reihenschaltung mit der Frequenz des Wechselstroms von typischerweise 50 Hz getaktet werden.
Aus der DE 101 40 747 A1 ist eine als ANPC (Active NPC) bezeichnete Wechselrichterschaltung mit den Merkmalen der Oberbegriffe der unabhängigen Patentansprüche 1 und 12 bekannt. Hier sind gegenüber einer NPC-Schaltung statt der Clamping-Dioden zusätzliche Schalter vorgesehen. Auf diese Weise können zusätzliche Kommutierungspfade für den Wechselstrom bereitgestellt werden. Bis auf diesen Aspekt bleibt der grundsätzliche Betrieb gegenüber einer bekannten NPC-Wechselrichterschaltung unverändert.
Aus der US 5,198,971 A ist eine Wechselrichterschaltung für einen dreiphasigen Wechselrichter bekannt, bei der für jede Phase ein Paar von Halbbrücken zwischen die Eingangsleitungen geschaltet ist, an denen die durch eine Pufferkapazität stabilisierte Eingangsgleichspannung anliegt. Die beiden Halbbrücken jedes Paars sind durch zwei Schalter ausgebildet. Die Mittelpunkte der beiden Halbbrücken jedes Paars sind an äußere Anschlüsse von zwei magnetisch gekoppelten und elektrisch in Reihe geschalteten Drosseln angeschlossen. Die beiden gekoppelten Drosseln werden als Interphase Transformer (IPT) bezeichnet. Der Mittelpunkt zwischen den beiden Drosseln bildet den Ausgang für die jeweilige Phase des Wechselstroms. Zusätzlich sind die drei Phasen des Wechselstroms über einen Neutral Forming Transformer (NFT) mit einem Neutralleiter verbunden. Bei dieser bekannten Wechselrichterschaltung werden die beiden Schalter der beiden Halbbrücken jedes Paars für jede Phase des Wechselstroms versetzt zueinander getaktet. Hierdurch sollen Spannungsoberschwingungen bei dem ausgegebenen Wechselstrom unterdrückt werden.
Aus der EP 1 137 160 B1 ist eine Wechselrichterschaltung für einen dreiphasigen Wechselrichter bekannt, die bis auf die magnetische Kopplung der beiden Drosseln der für jede Phase vorgesehenen Wechselrichterteilschaltung entspricht, wie sie aus der US 5,198,971 A hervorgeht. Zusätzlich wird hier eine Ausführungsform der beiden Halbbrücken als asymmetrische Halbbrücken mit jeweils nur einem Schalter und einer Diode als passivem Schaltelement offenbart.
Aus John Salmon, et al.: PWM Inverters Using Split-Wound Coupled Inductors, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 45, No. 6, November/December 2009 ist auch eine Wechselrichterschaltung mit einem Paar von versetzt getakteten asymmetrischen Halbbrücken je Phase des ausgegebenen Wechselstroms bekannt, bei der an die Mittelpunkte der Halbbrücken angeschlossene Drosseln sowohl elektrisch in Reihe geschaltet als auch magnetisch gekoppelt sind. Diese Wechselrichterschaltung wird hier als Alternative zu einem NPC-Wechselrichter beschrieben, der die oben beschriebene NPC-Wechselrichterschaltung einmal für jede Phase des ausgegebenen Wechselstroms aufweist.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wechselrichterschaltung bereitzustellen, die den ausgegebenen Wechselstrom in besonders effizienter Weise durch Pulsweitenmodulation formt und dennoch frei von Spannungsoberschwingungen großer Amplitude bereitstellt.
LÖSUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Wechselrichterschaltung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zum Betreiben einer Wechselrichterschaltung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 13 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wechselrichterschaltung und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine erfindungsgemäße Wechselrichterschaltung zur Formung eines Wechselstroms weist zwei Eingangsleitungen für eine Eingangsgleichspannung und eine geteilte Pufferkapazität zwischen den Eingangsleitungen auf. Für jede Phase des Wechselstroms ist eine Reihenschaltung von vier Schaltern zwischen den Eingangsleitungen vorgesehen, wobei ein Mittelpunkt der geteilten Pufferkapazität mit einem Mittelpunkt zwischen dem zweiten und dritten Schalter der Reihenschaltung verbunden ist. Für jede Phase ist weiterhin eine mindestens zwei weitere Schalter aufweisende Wechselrichterteilschaltung vorgesehen, die zwischen einen ersten Zwischenpunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Schalter der Reihenschaltung und einen zweiten Zwischenpunkt zwischen dem dritten und dem vierten Schalter der Reihenschaltung geschaltet ist und die einen Ausgang für die jeweilige Phase des Wechselstroms aufweist. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Wechselrichterschaltung eine die Schalter taktende Steuerung auf, die alle Schalter jeder Reihenschaltung langsam taktet, um zwischen den beiden Zwischenpunkten nacheinander gleiche Spannungen mit unterschiedlichem Potentialbezug zu dem Mittelpunkt der geteilten Pufferkapazität bereitzustellen, und die zumindest die mindestens zwei weiteren Schalter jeder Wechselrichterteilschaltung schnell taktet, um den Wechselstrom zu formen. Die Steuerung muss die mindestens zwei weiteren Schalter jedoch nicht zwangsläufig gleichzeitig schnell takten. Die voranstehende Definition ist vielmehr bereits erfüllt, wenn die Steuerung jeden der mindestens zwei weiteren Schalter innerhalb einer Periode des Wechselstroms häufiger taktet als alle Schalter jeder Reihenschaltung.
Obwohl die neue Wechselrichterschaltung eine Anordnung von Schaltern aufweisen kann, die derjenigen bei einer ANPC-Wechselrichterschaltung entspricht, ist sie mit einer ANPC-Wechselrichterschaltung niemals identisch. Der wesentliche Unterschied liegt in der anderen Verwendung der Reihenschaltung von vier Schaltern zwischen den Eingangsleitungen, deren Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der geteilten Pufferkapazität, d. h. dem Mittelpunkt des geteilten Gleichspannungszwischenkreises auf der Eingangsseite der Wechselrichterschaltung verbunden ist. Bei der neuen Wechselrichterschaltung werden die Schalter dieser Reihenschaltung nur langsam, typischerweise mit der Frequenz des zu formenden Wechselstroms und maximal mit der doppelten Frequenz dieses Wechselstroms getaktet, um für die den Wechselstrom formende Wechselrichterteilschaltung unterschiedliche Potentiale an den Zwischenpunkten zwischen dem ersten und zweiten sowie dem dritten und vierten Schalter bereitzustellen. Dabei bleibt aber ein Potentialunterschied zwischen diesen beiden Zwischenpunkten konstant. Verschoben wird nur das Spannungsniveau, d. h. das Potential gegenüber dem Mittelpunkt des geteilten Gleichspannungszwischenkreises. Dies impliziert, dass die Potentialunterschiede zwischen den beiden Zwischenpunkten gegenüber der Eingangsgleichspannung an den Eingangsleitungen reduziert sind. Typischerweise betragen sie jeweils die Hälfte der Eingangsgleichspannung. Entsprechend sind die bei der Pulsweitenmodulation zur Formung des Wechselstroms in der Wechselrichterteilschaltung auftretenden Spannungsvariationen immer auf die Hälfte der Eingangsgleichspannung beschränkt. Alle Bauteile der Wechselrichterteilschaltung müssen daher ausschließlich für die halbe Eingangsgleichspannung ausgelegt werden; und auch über jeden der vier Schalter der Reihenschaltung fällt maximal die halbe Eingangsgleichspannung ab, so dass auch diese Schalter nur für die halbe Eingangsgleichspannung dimensioniert werden müssen. Eine kleinere Dimensionierung von elektrischen Bauteilen, d. h. eine geringere Spannungsfestigkeit dieser Bauteile, geht nicht nur mit reduzierten Kosten für die Bereitstellung der Bauteile, sondern auch mit reduzierten Schalt- und Durchlassverlusten einher.
Praktisch schließt die Steuerung der erfindungsgemäßen Wechselrichterschaltung für jeweils eine halbe Periodendauer des Wechselstroms gleichzeitig den ersten und dritten Schalter der Reihenschaltung und dann für jeweils eine halbe Periodendauer gleichzeitig den zweiten und vierten Schalter der Reihenschaltung. Dabei schließt der Begriff "halbe Periodendauer" hier auch Zeiträume ein, die etwas, bspw. bis maximal wenige Prozent, kürzer sind als genau das 0,500-fache der Periodendauer. Typischerweise werden die vier Schalter der Reihenschaltung jedoch paarweise für Zeiträume geschlossen, die auf weniger als 1 Prozent an die halbe Periodendauer herankommen. Hingegen taktet die Steuerung die mindestens zwei weiteren Schalter der Wechselrichterteilschaltung mindestens 10-mal, vorzugsweise mindestens 100-mal häufiger als alle Schalter der Reihenschaltung. Typischerweise liegt die Frequenz, mit der die mindestens zwei weiteren Schalter getaktet werden, wobei das Takten auch durch Pausen unterbrochen sein kann, über 10 kHz und kann beispielsweise 16 oder 32 kHz betragen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der neuen Wechselrichterschaltung weist jede Wechselrichterteilschaltung zwischen den Zwischenpunkten zwischen dem ersten und dem zweiten sowie dem dritten und dem vierten Schalter der Reihenschaltung mindestens zwei Halbbrücken auf. Die Mittelpunkte dieser Halbbrücken sind dabei an äußere Anschlüsse von zwei magnetisch gekoppelten und elektrisch in Reihe geschalteten Drosseln angeschlossen. Ein Mittelpunkt zwischen den beiden Drosseln wiederum führt zu dem Ausgang, über den der geformte Wechselstrom abgegeben wird. Dabei kann zwischen dem Mittelpunkt der beiden Drosseln und dem Ausgang mindestens eine weitere Drossel vorgesehen sein. Die beiden Halbbrücken können jeweils zwei Schalter aufweisen. Sie können aber auch als asymmetrische Halbbrücken mit einem Schalter und einem passiven Schaltelement, d. h. einer Diode, ausgebildet sein. In diesem Fall kann jede der beiden Halbbrücken konkret einen Halbleiterschalter mit antiparalleler Diode und eine mit der Diode des Schalters mit gleicher Durchlassrichtung in Reihe geschaltete Diode aufweisen.
Da alle Schalter der Wechselrichterschaltung verglichen mit einer herkömmlichen NPC-Schaltung nur mit der halben Zwischenkreisspannung belastet werden und die als Freilaufdioden dienenden Dioden der Halbleiterschalter der Wechselrichterteilschaltung durch das Filter entkoppelt sind und so nicht bestromt werden, können die Halbleiterschalter, wenn die über die Wechselrichterschaltung fließenden Leistungen nicht zu groß werden, nicht nur als IGBTs sondern auch als MOSFETs ausgebildet sein. Auch die Schalter der Reihenschaltung sind wegen ihrer Taktung mit nur niedriger Frequenz sowohl als IGBTs als auch als weniger aufwändige MOSFETs ausführbar.
Getaktet werden die Schalter der beiden Halbbrücken von der Steuerung der erfindungsgemäßen Wechselrichterschaltung vorzugsweise derart, dass die beiden Halbbrücken als parallel geschaltete Wandler im Interleaving-Mode betrieben werden. Dabei kann an dem Mittelpunkt zwischen den beiden magnetisch gekoppelten und elektrisch in Reihe geschalteten Drosseln durch abgestimmte Taktung der Schalter der beiden Halbbrücken auch die Hälfte der über den Halbbrücken abfallenden Spannung eingestellt werden. Auf diese Weise kann an dem Mittelpunkt zwischen den beiden magnetisch gekoppelten und elektrisch in Reihe geschalteten Drosseln sowohl das an dem ersten Zwischenpunkt zwischen dem ersten Schalter und dem zweiten Schalter der Reihenschaltung anliegende Potential als auch das an dem zweiten Zwischenpunkt zwischen dem dritten Schalter und dem vierten Schalter der Reihenschaltung anliegende Potential als auch jeweils die Hälfte der Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Zwischenpunkt eingestellt werden. So wird ein ausgangsseitiges Filter mit noch geringeren Spannungszeitflächen belastet. Dies hat insbesondere Auswirkungen auf eine nachgeschaltete Drossel, die entsprechend kleiner dimensioniert werden kann.
Das Prinzip mit den über ein Paar von magnetisch gekoppelten und elektrisch in Reihe geschalteten Drosseln kombinierten Halbbrücken kann auch kaskadiert werden. Bei der ersten Kaskadierung weist jede Wechselrichterteilschaltung mindestens zwei Paare von Halbbrücken auf, deren Mittelpunkte paarweise an äußere Anschlüsse eines von zwei Paaren von magnetisch gekoppelten und elektrisch in Reihe geschalteten Drosseln angeschlossen sind. Die beiden zwischen den beiden Drosseln jeweils eines der beiden Paare liegenden Mittelpunkte sind dann an äußere Anschlüsse von zwei weiteren magnetisch gekoppelten und elektrisch in Reihe geschalteten Drosseln angeschlossen, wobei ein Mittelpunkt zwischen den beiden weiteren Drosseln zu dem Ausgang für den Wechselstrom führt. Zwischen diesem Mittelpunkt zwischen den beiden weiteren Drosseln und dem Ausgang kann noch eine weitere Drossel vorgesehen sein. In dieser ersten Kaskadierungsstufe können an dem Mittelpunkt zwischen den beiden weiteren Drosseln insgesamt neun Spannungsniveaus eingestellt werden, nämlich 1/2, 3/8, 1/4, 1/8, 0, –1/8, –1/4, –3/8 und –1/2 der Eingangsgleichspannung. Die Steuerung taktet dazu die Schalter der beiden Paare von Halbbrücken in einem abgestimmten Interleaving-Mode.
Bei der erfindungsgemäßen Wechselrichterschaltung kann die Wechselrichterteilschaltung einen zwischen die beiden Zwischenpunkte der Reihenschaltung geschalteten Stützkondensator aufweisen. Die über diesem Stützkondensator abfallende Spannung bleibt beim Umschalten der Schalter der Reihenschaltung gleich, so dass der Stützkondensator nicht umgeladen werden muss. Der nahe den Halbbrücken der Wechselrichterteilschaltung angeordnete Stützkondensator stabilisiert bereits bei geringer Kapazität die über der Wechselrichterteilschaltung abfallende Spannung über die hochfrequente Taktung der Schalter der Wechselrichterteilschaltung hinweg. Durch den Interleaving-Mode beim Takten mehrerer Halbbrücken der Wechselrichterteilschaltung nivellieren sich die Stromflüsse zwischen den Zwischenpunkten der Reihenschaltung im hochfrequent getakteten Betrieb der Wechselrichterteilschaltung bereits etwas, so dass die Kapazität des Stützkondensators besonders klein ausfallen kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei der erfindungsgemäßen Wechselrichterschaltung durch deren Steuerung umgesetzt und wurde daher bereits bei der Beschreibung der erfindungsgemäßen Wechselrichterschaltung mitbeschrieben.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere der relativen Anordnung und Wirkverbindung mehrerer Bauteile – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.
1 zeigt den Grundaufbau der erfindungsgemäßen Wechselrichterschaltung für einen einphasigen Wechselrichter.
2 zeigt eine erste mögliche Ausführungsform einer Wechselrichterteilschaltung der Wechselrichterschaltung gemäß 1.
3 zeigt eine zweite mögliche Ausführungsform der Wechselrichterteilschaltung der Wechselrichterschaltung gemäß 1.
4 zeigt noch eine weitere mögliche Ausführungsform der Wechselrichterteilschaltung des Wechselrichters gemäß 1.
5 zeigt eine Ausführungsform eines Filters, das Teil der Wechselrichterteilschaltung gemäß 3 oder 4 sein kann.
6 zeigt eine andere Ausführungsform des Filters, das Teil der Wechselrichterteilschaltung gemäß 3 oder 4 sein kann.
7 zeigt die Zusammenfassung der Ausführungsform der Wechselrichterteilschaltung gemäß 3 mit der Wechselrichterschaltung gemäß 1, wobei das Filter gemäß 5 oder 6 zur Anwendung kommen kann.
8 zeigt eine bezüglich der Anzahl ihrer Halbbrücken erweiterte Ausführungsform der Wechselrichterschaltung.
9 zeigt ein ausgangsseitiges Filter der Wechselrichterschaltung gemäß 8.
10 zeigt einen Schaltzustand einer Wechselrichterschaltung gemäß 7 mit dem Filter gemäß 5, in dem – bei Stromfluss in ein Wechselstromnetz – eine halbe Eingangsgleichspannung mit positivem Vorzeichen gegenüber Masse am Ausgang anliegt.
11 zeigt einen Schaltzustand der Wechselrichterschaltung gemäß 10, in dem – weiterhin bei Stromfluss in das Wechselstromnetz – ein Viertel der Eingangsgleichspannung mit positiven Vorzeichen gegenüber Masse am Ausgang anliegt.
12 zeigt einen Schaltzustand der Wechselrichterschaltung gemäß 10 und 11, in dem – weiterhin bei Stromfluss in das Wechselstromnetz – ebenfalls ein Viertel der Eingangsgleichspannung mit positivem Vorzeichen gegenüber Masse am Ausgang anliegt.
13 zeigt einen Schaltzustand der Wechselrichterschaltung gemäß den 10 bis 12, in dem – weiterhin bei Stromfluss in das Wechselstromnetz – eine Spannung von null gegenüber Masse am Ausgang anliegt.
14 zeigt einen Schaltzustand der Wechselrichterschaltung gemäß den 10 bis 13, in dem – jetzt bei Stromfluss aus dem Wechselstromnetz – ebenfalls eine Spannung von null gegenüber Masse am Ausgang anliegt.
15 zeigt einen Schaltzustand der Wechselrichterschaltung gemäß den 10 bis 14, in dem – wieder bei Stromfluss aus dem Wechselstromnetz – ein Viertel der Eingangsgleichspannung mit negativem Vorzeichen gegenüber Masse am Ausgang anliegt.
16 zeigt einen Schaltzustand der Wechselrichterschaltung gemäß den 10 bis 15, in dem – wieder bei Stromfluss aus dem Wechselstromnetz – ein Viertel der Eingangsgleichspannung mit negativem Vorzeichen gegenüber Masse am Ausgang anliegt; und
17 zeigt einen Schaltzustand der Wechselrichterschaltung gemäß den 10 bis 16, in dem – wieder bei Stromfluss aus dem Wechselstromnetz – die Hälfte der Eingangsgleichspannung mit negativem Vorzeichen gegenüber Masse am Ausgang anliegt.
FIGURENBESCHREIBUNG
Die in 1 gezeigte Wechselrichterschaltung 1 ist für einen einphasigen Wechselrichter vorgesehen. Die Wechselrichterschaltung 1 weist zwei Eingangsleitungen 2 und 3 zum Anschluss an eine Gleichstromquelle auf. Zwischen den Eingangsleitungen 2 und 3 liegt die von der Gleichstromquelle für die Wechselrichterschaltung 1 bereitgestellte Eingangsgleichspannung U_DC an. Diese Eingangsgleichspannung U_DC wird in einem geteilten Gleichspannungszwischenkreis 4 auf zwei zwischen die Eingangsleitungen 2 und 3 in Reihe geschaltete Kondensatoren 5 und 6 einer geteilten Pufferkapazität 7 aufgeteilt. Ein Mittelpunkt 8 des Gleichspannungszwischenkreises 4 und der Pufferkapazität 7 ist mit Masse 9 verbunden. Hinter dem Gleichspannungszwischenkreis 4 ist eine Reihenschaltung 10 aus vier Schaltern S1, S2, S3 und S4 zwischen die Eingangsleitungen 2 und 3 geschaltet, wobei ein Mittelpunkt 11 dieser Reihenschaltung mit dem Mittelpunkt 8 des Gleichspannungszwischenkreises 4 verbunden ist. Zwischen Zwischenpunkte 12 und 13 der Reihenschaltung 10, die zwischen dem ersten Schalter S1 und dem zweiten Schalter S2 sowie dem dritten Schalter S3 und dem vierten Schalter S4 liegen, ist eine Wechselrichterteilschaltung 14 geschaltet, die einen Ausgang 15 für einen Wechselstrom aufweist, um diesen gegenüber Masse 9 in ein Wechselstromnetz 16 einzuspeisen. Die Schalter S1 bis S4 der Reihenschaltung 10 sind Halbleiterschalter mit inhärenten oder externen antiparallelen Dioden D1 bis D4. Von den Schaltern S1 bis S4 werden die Schalter S1 und S3 und dann die Schalter S2 und S4 jeweils gleichzeitig für die Dauer einer Halbwelle des Wechselstroms geschlossen. Die beiden anderen Schalter sind jeweils geöffnet. Wenn die Schalter S1 und S3 geschlossen sind, liegt am Zwischenpunkt 13 das Potential 0 der Masse 9 an, während der Zwischenpunkt 12 demgegenüber auf einem um U_DC/2, d. h. der Hälfte der Eingangsspannung U_DC höheren Potential liegt. Wenn die Schalter S2 und S4 hingegen geschlossen sind, liegt der Zwischenpunkt 12 auf dem Potential 0 der Masse 9 und der Zwischenpunkt 13 demgegenüber auf einem um U_DC/2 niedrigeren Spannungsniveau. Die Spannung, d. h. die Potentialdifferenz zwischen den Zwischenpunkten 12 und 13 bleibt jedoch mit U_DC/2 sowohl bezüglich ihres Betrags als auch ihres Vorzeichens gleich. Unterschiedlich ist ausschließlich der Potentialbezug der Spannung zur Masse 9. Da über der Wechselrichterteilschaltung 14 immer nur die halbe Eingangsspannung U_DC abfällt, können alle Bauteile der Wechselrichterteilschaltung 14 auf diese Spannung U_DC/2 ausgelegt sein. Dasselbe gilt für die Schalter S1 bis S4, da auch über ihnen jeweils maximal die halbe Eingangswechselspannung U_DC abfällt.
Indem die Wechselrichterteilschaltung 14 beim Schließen der Schalter S1 und S3 eine gegenüber Masse 9 positive Eingangsspannung aufweist, werden die Schalter S1 und S3 für positive Ausgangsspannungen gegenüber Masse 9 geschlossen. Umgekehrt werden die Schalter S2 und S4 für negative Ausgangsspannungen gegenüber Masse 9 geschlossen. Somit sind für den Fall eines Leistungsfaktors nahe eins weitestgehend die Schalter S1 und S3 für die positive Ausgangsstromhalbwelle und weitestgehend die Schalter S2 und S4 für die negative Ausgangsstromhalbwelle eingeschaltet.
2 zeigt eine Ausführungsform der Wechselrichterteilschaltung 14 zwischen den Zwischenpunkten 12 und 13 gemäß 1. Die Wechselrichterteilschaltung 14 weist hier eine Halbbrücke 17 mit zwei zwischen die Zwischenpunkte 12 und 13 in Reihe geschalteten Schaltern S5 und S6 auf. Ein Mittelpunkt 18 der Halbbrücke 17 zwischen den Schaltern S5 und S6 ist über eine Drossel 19 als Filter 20 mit dem Ausgang 15 für den Wechselstrom verbunden. Die Schalter S5 und S6 werden versetzt zueinander getaktet, um den durch die Drossel 19 zu dem Ausgang 15 fließenden Strom durch Pulsweitenmodulation zu formen. Die Schalter S5 und S6 sind als Halbleiterschalter mit antiparallelen Dioden D5 und D6 ausgebildet. Parallel zu der Halbbrücke 17 weist die Wechselrichterteilschaltung 14 einen Pufferkondensator 21 auf, der die Spannungsdifferenz zwischen den Zwischenpunkten 12 und 13 über die von den Zwischenpunkten 12 und 13 zu dem Mittelpunkt 18 fließenden gepulsten Ströme hinweg konstant hält. Da jedoch die Schalter S5 und S6 mit hoher Frequenz von typischerweise oberhalb 10 kHz und versetzt zueinander getaktet werden, reicht eine kleine Kapazität des Stützkondensators 21 aus. Dieser Stützkondensator 21 kann auch bei den im Folgenden beschriebenen Wechselrichterteilschaltungen 14 vorhanden sein, auch wenn er in den zugehörigen Figuren nicht dargestellt ist.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Wechselrichterteilschaltung 14. Hier sind zwei parallel zueinander zwischen die Zwischenpunkte 12 und 13 geschaltete Halbbrücken 17 vorgesehen. Beide Halbbrücken 17 weisen zwei Schalter S5 und S6 bzw. S7 und S8 mit antiparallelen Dioden D5 und D6 bzw. D7 und D8 auf. Die Mittelpunkte 18 beider Halbbrücken 17 sind mit dem Filter 20 verbunden, dessen Aufbau im Einzelnen hier nicht dargestellt ist. Am Ausgang 15 hinter dem Filter 20 gibt die Wechselrichterteilschaltung 14 den gewünschten Wechselstrom an das Wechselstromnetz 16 aus. Die beiden Halbbrücken 17 sind hier nicht als Teile einer Wechselrichtervollbrücke in H-Form vorgesehen, sondern als parallel geschaltete Wandler, die im Interleaving-Mode betrieben werden. Die Taktung aller Schalter S5 bis S8 erfolgt zur Formung des Wechselstroms an dem Ausgang 15 durch hochfrequente Pulsweitenmodulation.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Wechselrichterteilschaltung 14, bei der zwei Halbbrücken 17 als asymmetrische Halbbrücken mit jeweils einem Schalter S5 bzw. S8 mit antiparalleler Diode D5 bzw. D8 und einem passiven Schaltelement in Form einer mit der antiparallelen Diode mit gleicher Durchlassrichtung in Reihe geschalteten Diode D6 bzw. D7 vorgesehen sind. Auch hier sind die Mittelpunkte 18 der beiden Halbbrücken 17 an das Filter 20 angeschlossen. Dadurch sind die als Freilaufdioden dienenden Dioden D5 und D8 der Schalter S5 und S8 entkoppelt und müssen im Betrieb der Wechselrichterteilschaltung 14 keinen Strom tragen. Wenn die über die Wechselrichterschaltung 1 fließenden Leistungen nicht zu groß werden, können die Schalter S5 und S8 daher nicht nur als IGBTs sondern auch als MOSFETs ausgebildet werden. Auch die Schalter S1 bis S4 der Reihenschaltung 10 können bei niedrigen über die Wechselrichterschaltung 1 fließenden Leistungen wegen ihrer Taktung mit nur niedriger Frequenz sowohl als IGBTs als auch als weniger aufwändige MOSFETs ausgeführt werden, da alle Schalter S1 bis S12 der Wechselrichterschaltung 1 mit maximal der halben Zwischenkreisspannung des Gleichspannungszwischenkreises 4 beaufschlagt werden.
Das Filter 20 für die Wechselrichterteilschaltungen 14 gemäß den 3 und 4 weist zumindest ein Paar von zwischen seinen Eingängen bzw. den Mittelpunkten 18 der Halbbrücken 17 in Reihe geschalteten und magnetisch gekoppelten Drosseln 22 auf, deren Mittelpunkt 23 zu dem Ausgang 15 führt. Dies ist in 5 für das Filter 20 dargestellt. Zwischen dem Mittelpunkt kann auch eine weitere der Drossel 19 in 2 entsprechende Drossel 19 vorgesehen sein. Dies ist in 6 dargestellt. Wenn die beiden Halbbrücken, deren Mittelpunkte 18 an das Filter 20 angeschlossen sind, auf beiden Seiten des Mittelpunkts 18 jeweils einen Schalter aufweisen und die Schalter beider Halbbrücken in geeigneter Weise phasenversetzt getaktet werden, können an dem Mittelpunkt 23 der Drosseln 22 neben den Spannungsniveaus von 0 sowie +U_DC/2 und –U_DC/2 gegenüber Masse 9 auch die Spannungsniveaus ±U_DC/4 im Rahmen der Pulsweitenmodulation zur Formung des ausgegebenen Wechselstroms eingestellt werden. Hierdurch können die Amplituden der Oberschwingungen der Spannung an dem Ausgang 15 weiter reduziert werden, indem zwischen benachbarten Spannungsniveaus mit der Spannungsdifferenz U_DC/4 anstelle von benachbarten Spannungsniveaus mit der Spannungsdifferenz U_DC/2 umgeschaltet wird.
Ein solcher Betrieb ist insbesondere bei der Wechselrichterschaltung 1 gemäß 7 vorgesehen, die die Schaltungsdetails von 1 und 3 zusammenfasst. Gegenüber einer sogenannten ANPC-Schaltung scheint hier nur eine zweite Halbbrücke 17 aus den Schaltern S7 und S8 parallel zu der Halbbrücke 17 aus den Schaltern S5 und S6 vorgesehen zu sein, um den Wechselstrom über das Filter 20 auszugeben. Tatsächlich werden anders als bei einer ANPC-Schaltung die Schalter S1 bis S4 jedoch nur langsam getaktet, um zwischen den Zwischenpunkten 12 und 13, an die die beiden Halbbrücken 17 angeschlossen sind, die Spannungsdifferenzen von U_DC/2 mit unterschiedlichem Potentialbezug zur Masse 9 bereitzustellen. Wie bei einer ANPC-Schaltung sind aber alle dargestellten Schalter für jede Phase eines mehrphasigen Wechselrichters vorzusehen. Nur der Gleichspannungszwischenkreis 4 ist für alle Phasen derselbe.
Dies gilt auch für die Ausführungsform der Wechselrichterschaltung 1 gemäß 8. Diese weist zusätzlich zu der Wechselrichterschaltung 1 gemäß 7 ein weiteres Paar von Halbbrücken 17 aus Schaltern S9 und S10 mit antiparallelen Dioden D9 und D10 bzw. Schaltern S11 und S12 mit antiparallelen Dioden D11 und D12 auf, deren Mittelpunkte 18 ebenfalls mit dem Filter 20 verbunden sind. Dabei ist das Filter 20 wie in 9 dargestellt ausgebildet. Die Mittelpunkte 18 sind jeweils an eine Drossel 22 eines Paars von elektrisch in Reihe geschalteten und magnetisch gekoppelten Drosseln 22 angeschlossen. Die Mittelpunkte 23 der beiden Paare von Drosseln 22 wiederum sind an die äußeren Enden weiterer zwei Drosseln 24 angeschlossen, die elektrisch in Reihe geschaltet und magnetisch gekoppelt sind. Ein Mittelpunkt 25 dieser Drosseln 24 führt dann zu dem Ausgang 15, wobei dazwischen eine weitere Drossel vorgesehen sein kann. Durch Ansteuerung der Mittelpunkte 23 auf unterschiedliche elektrische Potentiale aus der Auswahl 0, ± DC/4 und ± DC/2 können Potentiale aus der Auswahl 0, ± DC/8, ± DC/4, ± 3DC/8 und ± DC/2 an dem Mittelpunkt 25 eingestellt werden. Hierdurch können die Spannungsschwankungen an dem Ausgang 15 während der Formung des Wechselstroms noch weiter reduziert werden. Jede Reduktion der Spannungsschwankung bedeutet auch die Möglichkeit einer kleineren Dimensionierung einer diesen Spannungsschwankungen ausgesetzten Drossel. Die Ansteuerung aller Schalter der jeweiligen Wechselrichterschaltung 1 erfolgt durch eine in 8 schematisch wiedergegebene Steuerung 26.
Die in den 10 bis 13 gezeigten Schaltzustände einer Wechselrichterschaltung 1, die den Aufbau gemäß 7 mit dem Filter gemäß 5 aufweist, entsprechen jeweils einem Strom in das Wechselstromnetz 16, d. h. der positiven Halbwelle des Wechselstroms. Dabei sind die Schalter S1 und S3 dauerhaft geschlossen und mit den Schaltern S5 bis S8 wird die Ausgangsspannung an dem Ausgang auf null (13), ein Viertel der Eingangsgleichspannung (11 und 12) und die halbe Eingangsgleichspannung (10) jeweils mit positivem Vorzeichen gegenüber Masse 9 eingestellt.
Die 14 bis 17 zeigen entsprechend Schaltzustände der Wechselrichterschaltung 1 gemäß den 10 bis 13, mit denen bei aus dem Wechselstromnetz 16 fließendem Strom Spannungen von null (14), einem Viertel der Eingangsgleichspannung (15 und 16) und einer Hälfte der Eingangsgleichspannung (17) jeweils mit negativem Vorzeichen gegenüber Masse an dem Ausgang 15 eingestellt werden.
Die über der Wechselrichterteilschaltung 14 abfallende Potentialdifferenz beträgt in keinem der Schaltzustände gemäß den 10 bis 14 mehr als die Hälfte der Eingangsgleichspannung.
Bezugszeichenliste

1: Wechselrichterschaltung
2: Eingangsleitung
3: Eingangsleitung
4: Gleichspannungszwischenkreis
5: Kondensator
6: Kondensator
7: Pufferkapazität
8: Mittelpunkt
9: Masse
10: Reihenschaltung
11: Mittelpunkt
12: Zwischenpunkt
13: Zwischenpunkt
14: Wechselrichterteilschaltung
15: Ausgang
16: Wechselstromnetz
17: Halbbrücke
18: Mittelpunkt
19: Drossel
20: Filter
21: Stützkondensator
22: Drossel
23: Mittelpunkt
24: Drossel
25: Mittelpunkt
26: Steuerung
S1: Schalter
S2: Schalter
S3: Schalter
S4: Schalter
S5: Schalter
S6: Schalter
S7: Schalter
S8: Schalter
S9: Schalter
S10: Schalter
S11: Schalter
S12: Schalter
D1: Diode
D2: Diode
D3: Diode
D4: Diode
D5: Diode
D6: Diode
D7: Diode
D8: Diode
D9: Diode
D10: Diode
D11: Diode
D12: Diode
UDC: Eingangsgleichspannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10140747 A1 [0007]
US 5198971 A [0008, 0009]
EP 1137160 B1 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

John Salmon, et al.: PWM Inverters Using Split-Wound Coupled Inductors, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 45, No. 6, November/December 2009 [0010]

Claims

Wechselrichterschaltung (1) zur Formung eines Wechselstroms – mit zwei Eingangsleitungen (2, 3) für eine Eingangsgleichspannung (U_DC), – mit einer geteilten Pufferkapazität (7) zwischen den Eingangsleitungen (2, 3), – mit für jede Phase des Wechselstroms – einer Reihenschaltung (10) von vier Schaltern (S1 bis S4) zwischen den Eingangsleitungen (2, 3), wobei ein Mittelpunkt (8) der geteilten Pufferkapazität (7) mit einem Mittelpunkt (11) zwischen dem zweiten Schalter (S2) und dem dritten Schalter (S3) der Reihenschaltung (10) verbunden ist, sowie – einer mindestens zwei weitere Schalter (S5 bis S12) aufweisenden Wechselrichterteilschaltung (14), die zwischen einen ersten Zwischenpunkt (12) zwischen dem ersten Schalter (S1) und dem zweiten Schalter (S2) der Reihenschaltung (10) und einen zweiten Zwischenpunkt (13) zwischen dem dritten Schalter (S3) und dem vierten Schalter (S4) der Reihenschaltung (10) geschaltet ist und die einen Ausgang (15) für die jeweilige Phase des Wechselstroms aufweist, und – mit einer die Schalter (S1 bis S4) der Reihenschaltung (10) und die Schalter (S5 bis S12) der Wechselrichterteilschaltung (14) taktenden Steuerung (26), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (26) alle Schalter (S1 bis S4) jeder Reihenschaltung (10) langsam taktet, um zwischen den beiden Zwischenpunkten (12, 13) nacheinander gleiche Spannungen mit unterschiedlichem Potentialbezug zu dem Mittelpunkt (8) der geteilten Pufferkapazität (7) bereitzustellen, und dass die Steuerung (26) zumindest die mindestens zwei weiteren Schalter (S5 bis S12) jeder Wechselrichterteilschaltung (14) schnell taktet, um den Wechselstrom zu formen.
Wechselrichterschaltung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (26) alle Schalter (S1 bis S4) jeder Reihenschaltung (10) maximal mit der doppelten Frequenz des Wechselstroms taktet, wobei die Steuerung (26) optional jeweils für eine halbe Periodendauer des Wechselstroms gleichzeitig den ersten Schalter (S1) und den dritten Schalter (S3) jeder Reihenschaltung (10) und dann jeweils für eine halbe Periodendauer des Wechselstroms gleichzeitig den zweiten Schalter (S2) und den vierten Schalter (S4) der jeweiligen Reihenschaltung (10) schließt.
Wechselrichterschaltung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (26) die mindestens zwei weiteren Schalter (S5 bis S12) der Wechselrichterteilschaltung (14) mindestens 10-mal, vorzugsweise mindestens 100-mal häufiger taktet als alle Schalter (S1 bis S4) der Reihenschaltung (10).
Wechselrichterschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schalter (S1 bis S4) jeder Reihenschaltung (10) MOSFETs sind.
Wechselrichterschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Wechselrichterteilschaltung (14) mindestens zwei Halbbrücken (17) aufweist, deren Mittelpunkte (18) an äußere Anschlüsse von zwei magnetisch gekoppelten und elektrisch in Reihe geschalteten Drosseln (22) angeschlossen sind, wobei ein Mittelpunkt (23) zwischen den beiden Drosseln (22) zu dem Ausgang (15) führt.
Wechselrichterschaltung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Mittelpunkt (23) der beiden Drosseln (22) und dem Ausgang (15) mindestens eine weitere Drossel (19, 24) vorgesehen ist.
Wechselrichterschaltung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede der mindestens zwei Halbbrücken (17) einen Schalter (S5, S8) mit antiparalleler Diode (D5, D8) und eine mit der Diode (D5, D8) des Schalters (S5, S8) mit gleicher Durchlassrichtung in Reihe geschaltete Diode (D6, D7) aufweist.
Wechselrichterschaltung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schalter (S1 bis S4) der Reihenschaltung (10) und alle Schalter (S5, S8) der Wechselrichterteilschaltung MOSFETs sind.
Wechselrichterschaltung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Halbbrücken (17) jeweils zwei Schalter (S5 bis S12) aufweisen.
Wechselrichterschaltung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (26) die Schalter (S5 bis S12) der mindestens zwei Halbbrücken (17) im Interleaving-Mode taktet.
Wechselrichterschaltung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede Wechselrichterteilschaltung mindestens zwei Paare von Halbbrücken (17) aufweist, deren Mittelpunkte (18) paarweise an äußere Anschlüsse eines von zwei Paaren von magnetisch gekoppelten und elektrisch in Reihe geschalteten Drosseln (22) angeschlossen sind, wobei die beiden zwischen den beiden Drosseln (22) jeweils eines der beiden Paare liegenden Mittelpunkte (23) an äußere Anschlüsse von zwei weiteren magnetisch gekoppelten und elektrisch in Reihe geschalteten Drosseln (24) angeschlossen sind, wobei ein Mittelpunkt (25) zwischen den beiden weiteren Drosseln (24) zu dem Ausgang (15) führt, wobei die Steuerung die Schalter (S5 bis S12) der beiden Paare von Halbbrücken (17) optional im Interleaving-Mode taktet.
Wechselrichterschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Wechselrichterteilschaltung (14) einen zwischen die beiden Zwischenpunkte (12, 13) der zugehörigen Reihenschaltung (10) geschalteten Stützkondensator (21) aufweist.
Verfahren zum Betreiben einer Wechselrichterschaltung (1) zur Formung eines Wechselstroms, wobei die Wechselrichterschaltung (1) – zwei Eingangsleitungen (2, 3) für eine Eingangsgleichspannung (U_DC), – eine geteilte Pufferkapazität (7) zwischen den Eingangsleitungen (2, 3) und – für jede Phase des Wechselstroms – eine Reihenschaltung (10) von vier Schaltern (S1 bis S4) zwischen den Eingangsleitungen (2, 3), wobei ein Mittelpunkt (8) der geteilten Pufferkapazität (7) mit einem Mittelpunkt (11) zwischen dem zweiten Schalter (S2) und dem dritten Schalter (S3) der Reihenschaltung (10) verbunden ist, sowie – eine mindestens zwei weitere Schalter (S5 bis S12) aufweisende Wechselrichterteilschaltung (14), die zwischen einen ersten Zwischenpunkt (12) zwischen dem ersten Schalter (S1) und dem zweiten Schalter (S2) der Reihenschaltung (10) und einen zweiten Zwischenpunkt (13) zwischen dem dritten Schalter (S3) und dem vierten Schalter (S4) der Reihenschaltung (10) geschaltet ist und die einen Ausgang (15) für die jeweilige Phase des Wechselstroms aufweist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schalter (S1 bis S4) jeder Reihenschaltung (10) langsam getaktet werden, um zwischen den beiden Zwischenpunkten (12, 13) nacheinander gleiche Spannungen mit unterschiedlichem Potentialbezug zu dem Mittelpunkt (8) der geteilten Pufferkapazität (7) bereitzustellen, und dass zumindest die mindestens zwei weiteren Schalter (S5 bis S12) jeder Wechselrichterteilschaltung (14) schnell getaktet werden, um den Wechselstrom zu formen.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schalter (S1 bis S4) jeder Reihenschaltung (10) maximal mit der doppelten Frequenz des Wechselstroms getaktet werden, wobei optional jeweils für eine halbe Periodendauer des Wechselstroms gleichzeitig der erste Schalter (S1) und der dritte Schalter (S3) jeder Reihenschaltung (10) und dann jeweils für eine halbe Periodendauer des Wechselstroms gleichzeitig der zweite Schalter (S2) und der vierte Schalter (S4) der jeweiligen Reihenschaltung (10) geschlossen werden.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei weiteren Schalter (S5 bis S12) der Wechselrichterteilschaltung (14) mindestens 10-mal, vorzugsweise mindestens 100-mal häufiger getaktet werden als alle Schalter der Reihenschaltung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei jede Wechselrichterteilschaltung (14) mindestens zwei Halbbrücken (17) aufweist, die jeweils zwei Schalter (S 5 bis S12) aufweisen und deren Mittelpunkte (18) an äußere Anschlüsse von zwei magnetisch gekoppelten und elektrisch in Reihe geschalteten Drosseln (22) angeschlossen sind, wobei ein Mittelpunkt (23) zwischen den beiden Drosseln (22) zu dem Ausgang (15) führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (S5 bis S12) der mindestens zwei Halbbrücken (17) im Interleaving-Mode getaktet werden.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei jede Wechselrichterteilschaltung (14) mindestens zwei Paare von Halbbrücken (17) aufweist, deren Mittelpunkte (18) paarweise an äußere Anschlüsse eines von zwei Paaren von magnetisch gekoppelten und elektrisch in Reihe geschalteten Drosseln (22) angeschlossen sind, wobei die beiden zwischen den beiden Drosseln (22) jeweils eines der beiden Paare liegenden Mittelpunkte (23) an äußere Anschlüsse von zwei weiteren magnetisch gekoppelten und elektrisch in Reihe geschalteten Drosseln (24) angeschlossen sind, wobei ein Mittelpunkt (25) zwischen den beiden weiteren Drosseln (24) zu dem Ausgang (15) führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (S5 bis S12) der beiden Paare von Halbbrücken (17) im Interleaving-Mode getaktet werden.