DE102013216831A1 - Converter circuit and method for operating such - Google Patents

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Abstract

Für die effektive, gleichzeitig aber einfach und mit wenig Platzaufwand realisierbare Messung des Ausgangsstroms (Ia) bei einer Wandlerschaltung (1), die eingangsseitig einen getakteten Wandler (3), ausgangsseitig einen Gleichrichter (5) sowie einen dem Wandler (3) und dem Gleichrichter (5) zwischengeschalteten Transformator (4) umfasst, wird der Ausgangstrom (Ia) der Wandlerschaltung (1) aus einem gemessenen Eingangsstrom (Ie) der Wandlerschaltung (1), aus einer Eingangsspannung (Ue) der Wandlerschaltung (1) und aus einer Ausgangsspannung (Ua) der Wandlerschaltung (1) unter zusätzlicher Berücksichtigung von Geräteparametern (G) der Wandlerschaltung (1) berechnet.For the effective, but at the same time simple and with little space feasible measurement of the output current (Ia) in a converter circuit (1), the input side a clocked converter (3), on the output side a rectifier (5) and a converter (3) and the rectifier (5) intermediate transformer (4), the output current (Ia) of the converter circuit (1) from a measured input current (Ie) of the converter circuit (1), an input voltage (Ue) of the converter circuit (1) and an output voltage ( Ua) of the converter circuit (1) with additional consideration of device parameters (G) of the converter circuit (1) calculated.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wandlerschaltung, die eingangsseitig einen getakteten Wandler, ausgangsseitig einen Gleichrichter sowie einen dem Wandler und dem Gleichrichter zwischengeschalteten Transformator umfasst. Die Erfindung bezieht sich dabei insbesondere auf eine Gleichspannungs-Wandlerschaltung, die zur Umwandlung einer eingangsseitig zugeführten Gleichspannung in eine ausgegebene Gleichspannung, in der Regel mit anderem Spannungsbetrag, dient. Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Wandlerschaltung. Die Wandlerschaltung und das zugehörige Betriebsverfahren sind insbesondere für den Einsatz in einem Elektrofahrzeug vorgesehen. The invention relates to a converter circuit, the input side comprises a clocked converter, the output side comprises a rectifier and a transformer connected to the converter and the rectifier. The invention relates in particular to a DC-DC converter circuit, which is used for converting a DC voltage supplied on the input side into an output DC voltage, generally with a different voltage amount. The invention further relates to a method for operating such a converter circuit. The converter circuit and the associated operating method are provided in particular for use in an electric vehicle.

Gleichspannungs-Wandlerschaltungen der vorstehend beschriebenen Art werden in einem Elektrofahrzeug insbesondere – anstelle der bei einem gewöhnlichen Kraftfahrzeug vorhandenen Lichtmaschine – eingesetzt, um das Niedervolt-Bordnetz des Kraftfahrzeugs aus der Hochvoltbatterie des Antriebsstranges zu versorgen. Während das Niedervolt-Bordnetz in üblicher Weise eine Gleichspannung mit einem Spannungsbetrag von typischerweise 12 Volt führt, liefert die Hochvoltbatterie regelmäßig eine Gleichspannung mit einem Nenn-Spannungswert von etwa 400 Volt. Um im Fehlerfall ein Überschlagen der Hochvoltspannung auf das Niedervolt-Bordnetz auszuschließen, ist innerhalb der Wandlerschaltung eine galvanische Trennung zwischen der Hochvolt-Versorgung und dem Niedervolt-Bordnetz vorgesehen. Hierzu dient der Transformator der Wandlerschaltung. Um elektrische Leistung über den Transformator übertragen zu können, formt der eingangsseitig angeordnete Wandler (nachfolgend Eingangswandler) die eingangsseitig zugeführte Gleichspannung (Eingangsspannung) in eine Wechselspannung oder Pulsspannung um, die auf die Primärwicklung des Transformators gegeben wird. Die hierdurch in der Sekundärwicklung des Transformators induzierte Wechselspannung wird von dem nachgeschalteten Gleichrichter in die ausgegebene Gleichspannung (Ausgangsspannung) gewandelt. DC voltage converter circuits of the type described above are used in an electric vehicle in particular - instead of the existing in an ordinary motor vehicle alternator - used to supply the low-voltage electrical system of the motor vehicle from the high-voltage battery of the drive train. While the low-voltage electrical system usually leads a DC voltage with a voltage of typically 12 volts, the high-voltage battery regularly supplies a DC voltage with a nominal voltage value of about 400 volts. In order to rule out a rollover of the high-voltage to the low-voltage electrical system in case of failure, a galvanic isolation between the high-voltage supply and the low-voltage electrical system is provided within the converter circuit. For this purpose, the transformer of the converter circuit is used. In order to be able to transmit electrical power via the transformer, the converter (hereinafter referred to as input converter) arranged on the input side converts the DC voltage (input voltage) supplied on the input side into an AC voltage or pulse voltage which is applied to the primary winding of the transformer. The thus induced in the secondary winding of the transformer AC voltage is converted by the downstream rectifier in the output DC voltage (output voltage).

Insbesondere zur Regelung der Wandlerschaltung ist regelmäßig die Kenntnis der Stromstärke des von dem Gleichrichter ausgegebenen Ausgangsstroms erforderlich. Diese Stromstärke wird in der Regel durch eine dem Gleichrichter nachgeschaltete Strommesseinrichtung gemessen. Die Strommessung erfolgt dabei entweder direkt über einem Strom-Shunt oder indirekt, zum Beispiel mittels eines Hall-Sensors oder eines magnetoresistiven Sensors. In particular, for the regulation of the converter circuit the knowledge of the current intensity of the output current output by the rectifier is regularly required. This current is usually measured by a rectifier downstream current measuring device. The current measurement takes place either directly via a current shunt or indirectly, for example by means of a Hall sensor or a magnetoresistive sensor.

Beide Messmethoden sind allerdings mit Nachteilen verbunden. So verursacht ein Strom-Shunt bei hohen Ausgangsströmen einen vergleichsweise hohen Leistungsverlust in der Messeinrichtung. Indirekt messende Stromsensoren wie Hall-Sensoren oder magnetoresistive Sensoren sind andererseits vergleichsweise teuer. Die Messung der vergleichsweise hohen Ausgangsströme verursacht jedenfalls einen hohen Platzbedarf, sowie Zusatzverluste in den zur Strommessung erforderlichen Verbindungselementen, wie zum Bespiel Stromschienen oder Verschraubungen. Both measurement methods, however, are associated with disadvantages. Thus, a current shunt causes a relatively high power loss in the measuring device at high output currents. On the other hand, indirectly measuring current sensors such as Hall sensors or magnetoresistive sensors are comparatively expensive. In any case, the measurement of the comparatively high output currents causes a large amount of space, as well as additional losses in the connection elements required for current measurement, such as busbars or screwed connections.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine effiziente, einfache und kompakte Lösung zum Messen des Ausgangsstromes in einer Wandlerschaltung der oben genannten Art anzugeben. The invention has for its object to provide an efficient, simple and compact solution for measuring the output current in a converter circuit of the type mentioned above.

Bezüglich eines Verfahrens zum Betrieb einer Wandlerschaltung der oben genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich einer solchen Wandlerschaltung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 4. Vorteilhafte und teils für sich gesehen erfinderische Ausgestaltungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargestellt. With respect to such a converter circuit, the object is achieved by the features of claim 4. Advantageous and partly seen in itself inventive embodiments and developments of the invention with respect to a method for operating a converter circuit of the type mentioned above The invention are set forth in the subclaims and the description below.

Verfahrensgemäß wird dabei ein Ausgangsstrom der Wandlerschaltung (genauer gesagt die Stromstärke eines Ausgangsstroms) aus einem Eingangsstrom der Wandlerschaltung (genauergesagt der Stromstärke eines Eingangsstroms), aus einer Eingangsspannung der Wandlerschaltung sowie aus einer Ausgangsspannung der Wandlerschaltung unter zusätzlicher Berücksichtigung von Geräteparametern der Wandlerschaltung berechnet. According to the method, an output current of the converter circuit (more precisely, the current strength of an output current) is calculated from an input current of the converter circuit (more precisely, the current strength of an input current), an input voltage of the converter circuit and an output voltage of the converter circuit with additional consideration of device parameters of the converter circuit.

Als „Ausgangsstrom“ wird hierbei der Strom bezeichnet, der von dem Gleichrichter der Wandlerschaltung, beispielsweise in das Niedervolt-Bordnetz eines Kraftfahrzeuges, ausgegeben wird. Als „Ausgangsspannung“ ist die diesen Ausgangsstrom treibende elektrische Spannung bezeichnet, die am Ausgang des Gleichrichters anliegt. Entsprechend bezeichnet der Begriff „Eingangsstrom“ denjenigen Strom, der dem Eingangswandler der Wandlerschaltung zugeführt ist, während als Eingangsspannung die den Eingangsstrom treibende und am Eingang des Eingangswandlers anliegende elektrische Spannung bezeichnet ist. Der Eingangsstrom kann im Rahmen der Erfindung unmittelbar gemessen werden. Alternativ hierzu können im Rahmen der Erfindung auch die mit dem Eingangsstrom korrelierten Ströme gemessen werden, die durch die Leistungshalbleiter des Eingangswandlers fließen. In this case, the term "output current" refers to the current which is output by the rectifier of the converter circuit, for example into the low-voltage vehicle electrical system of a motor vehicle. The term "output voltage" refers to the electrical voltage which drives this output current and which is present at the output of the rectifier. Accordingly, the term "input current" designates that current which is fed to the input converter of the converter circuit, while the input voltage is the electrical voltage which drives the input current and is applied to the input of the input converter. The input current can be measured directly within the scope of the invention. Alternatively, under the Invention are also measured correlated with the input current currents flowing through the power semiconductors of the input transducer.

Infolge der erfindungsgemäßen Idee, den Ausgangsstrom der Wanderschaltung rechnerisch zu ermitteln, entfällt die üblicherweise vorgesehene ausgangsseitige Strommesseinrichtung. Hierdurch kann die Wandlerschaltung vergleichsweise einfach und kompakt ausgebildet werden. Mit der ausgangsseitigen Strommesseinrichtung entfallen auch die mit dieser verbundenen Leistungsverluste, so dass das vorstehend beschriebene Verfahren einen besonders effizienten Betrieb der Wandlerschaltung ermöglicht. As a result of the inventive idea to determine the output current of the traveling circuit by calculation, eliminates the usually provided output-side current measuring device. As a result, the converter circuit can be made comparatively simple and compact. The output-side current measuring device also eliminates the power losses associated therewith, so that the method described above enables a particularly efficient operation of the converter circuit.

Als Geräteparameter der Wandlerschaltung werden vorzugsweise mindestens eine, zweckmäßigerweise mehrere der folgenden Größen berücksichtigt:

  • – Die Übersetzung des Transformators.
  • – Der ohmsche Widerstand und/oder die Induktivität der mit dem Wandler verschalteten Primärwicklung des Transformators.
  • – Der Spannungsabfall und/oder die Induktivität der mit dem Gleichrichter verschalteten Sekundärwicklung des Transformators.
  • – Der Spannungsabfall der Leistungshalbleiter des Wandlers.
  • – Der ohmsche Widerstand der Leistungshalbleiter des Gleichrichters.
  • – Die Taktdauer für die Ansteuerung des Wandlers oder eine hierzu proportionale Größe.
  • – Das Abtastverhältnis für die Ansteuerung des Wandlers.
As device parameters of the converter circuit preferably at least one, suitably more of the following variables are taken into account:
  • - The translation of the transformer.
  • - The ohmic resistance and / or the inductance of the transformer connected to the primary winding of the transformer.
  • - The voltage drop and / or the inductance of the connected to the rectifier secondary winding of the transformer.
  • - The voltage drop of the power semiconductors of the converter.
  • - The ohmic resistance of the power semiconductors of the rectifier.
  • - The cycle time for the control of the converter or a proportional size.
  • - The sampling ratio for driving the converter.

Weitere Geräteparameter, insbesondere der durch die Leistungshalbleiter des Wandlers sowie durch die Primärwicklung des Transformators eingangsseitig verursachte Spannungsabfall oder der durch die Leistungshalbleiter des Gleichrichters sowie durch die Sekundärwicklung des Transformators ausgangsseitig verursachte Spannungsabfall können ebenfalls vorgegeben sein. Vorzugsweise werden letztere Größen aber durch die Steuereinheit – insbesondere als Variable in Abhängigkeit der Betriebstemperatur der Leistungshalbleiter – berechnet. Further device parameters, in particular the voltage drop caused on the input side by the power semiconductors of the converter and by the primary winding of the transformer, or the voltage drop caused by the power semiconductors of the rectifier and by the secondary winding of the transformer, can also be predetermined. Preferably, however, the latter variables are calculated by the control unit-in particular as a variable as a function of the operating temperature of the power semiconductors.

Vorzugsweise werden zusätzlich zu dem Eingangsstrom bzw. den im Eingangswandler fließenden Strömen auch die Eingangsspannung und/oder die Ausgangsspannung der Wandlerschaltung messtechnisch erfasst. Grundsätzlich ist im Rahmen der Erfindung aber auch denkbar, dass für die die Eingangsspannung bzw. Ausgangsspannung auf hinterlegte Werte zurückgegriffen wird. Preferably, in addition to the input current or the currents flowing in the input converter, the input voltage and / or the output voltage of the converter circuit are also detected by measurement. In principle, however, it is also conceivable within the scope of the invention for the input voltage or output voltage to be used for stored values.

Die erfindungsgemäße Wandlerschaltung umfasst einen Leistungspfad, in dem durch Umwandlung der Eingangsspannung in die Ausgangsspannung elektrische Leistung übertragen wird. In diesem Leistungspfad sind, wie vorstehend beschrieben, der Eingangswandler, der Transformator und der Gleichrichter angeordnet. Zusätzlich zu diesem Leistungspfad umfasst die Wandlerschaltung eine Steuerschaltung, die Mittel zu Messung der Stromstärke des Eingangsstroms oder der im Eingangswandler fließenden Ströme sowie eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Eingangswandlers umfasst. Die Steuereinheit ist dabei zur automatischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere in einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten, eingerichtet. The converter circuit according to the invention comprises a power path in which electrical power is transmitted by converting the input voltage into the output voltage. In this power path, as described above, the input converter, the transformer and the rectifier are arranged. In addition to this power path, the converter circuit comprises a control circuit which comprises means for measuring the current intensity of the input current or the currents flowing in the input converter and a control unit for controlling the input converter. The control unit is set up for automatically carrying out the method according to the invention, in particular in one of the previously described embodiments.

Die Steuereinheit ist vorzugsweise durch einen Mikrocontroller gebildet, in dem die Funktionalität zur automatischen Durchführung des Verfahrens in einer Steuersoftware, d.h. einem Computerprogramm lauffähig implementiert ist. Alternativ hierzu kann die Steuereinheit im Rahmen der Erfindung aber auch durch ein nicht-programmierbares Bauteil, z.B. einem ASIC gebildet sein, das schaltungstechnich zur automatischen Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist. The control unit is preferably constituted by a microcontroller in which the functionality for automatically carrying out the method in a control software, i. a computer program executable is implemented. Alternatively, in the context of the invention, the control unit can also be provided by a non-programmable component, e.g. be formed an ASIC, the circuitry is set up for the automatic implementation of the method.

Zur Durchführung einer Verfahrensvariante, bei der die Eingangsspannung und/oder die Ausgangsspannung gemessen wird, umfasst die Steuerschaltung in vorteilhafter Ausgestaltung zusätzlich Mittel zur Messung der Eingangsspannung bzw. Mittel zur Messung der Ausgangsspannung, insbesondere in Form jeweils eines entsprechenden (Spannungs-)Messwandlers. In order to carry out a method variant in which the input voltage and / or the output voltage is measured, the control circuit in an advantageous embodiment additionally comprises means for measuring the input voltage or means for measuring the output voltage, in particular in the form of a corresponding (voltage) transducer.

In bevorzugter Ausgestaltung ist der Eingangswandler als Vollbrückenwandler ausgebildet. Grundsätzlich kann der Eingangswandler allerdings auch in einer davon abweichenden Topologie gestaltet sein, beispielsweise als Halbbrückenwandler, Eintaktwandler, etc. In a preferred embodiment, the input transducer is designed as a full bridge converter. In principle, however, the input converter can also be designed in a different topology, for example as a half-bridge converter, single-ended converter, etc.

Der Gleichrichter der Wandlerschaltung ist vorzugsweise als gesteuerter Gleichrichter, insbesondere als gesteuerter Mittelpunktsgleichrichter ausgebildet. In diesem Fall dient die Steuereinheit vorzugsweise auch zur Ansteuerung des Gleichrichters. Grundsätzlich kann aber auch der Gleichrichter im Rahmen der Erfindung in einer davon abweichenden Topologie gestaltet sein, insbesondere als ungesteuerter Gleichrichter, z.B. in Form eines Dioden-Brückengleichrichters. The rectifier of the converter circuit is preferably designed as a controlled rectifier, in particular as a controlled center-point rectifier. In this case, the control unit preferably also serves to control the rectifier. In principle, however, the rectifier may also be designed in the context of the invention in a different topology, in particular as an uncontrolled rectifier, e.g. in the form of a diode bridge rectifier.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:

1 In einem schematischen Blockschaltbild eine Wandlerschaltung mit einem Leistungspfad, der einen getakteten Wandler (Eingangswandler), einen Transformator und einen Gleichrichter umfasst, sowie mit einer Steuerschaltung zur Ansteuerung des Eingangswandlers, sowie – optional – des Gleichrichters, 1 In a schematic block diagram, a converter circuit with a power path comprising a clocked converter (input converter), a transformer and a rectifier, and with a control circuit for controlling the input transducer, and - optionally - the rectifier,

2 in einem vereinfachten elektrischen Schaltbild eine Ausführungsform der Wandlerschaltung gemäß 1 bei der der Eingangswandler als Vollbrückenwandler und der Gleichrichter als gesteuerter Mittelpunktsgleichrichter ausgebildet sind, und 2 in a simplified electrical circuit diagram, an embodiment of the converter circuit according to 1 in which the input converter is designed as a full bridge converter and the rectifier as a controlled center-point rectifier, and

3 in elf synchronen Diagrammen übereinander den jeweiligen Verlauf verschiedener elektrischer Größen der Wandlerschaltung im Betrieb derselben. 3 in eleven synchronous diagrams one above the other the respective course of various electrical variables of the converter circuit in the operation of the same.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference numerals in all figures.

Die in 1 dargestellte Wandlerschaltung 1 umfasst einen Leistungspfad 2, entlang dem unter Umwandlung einer Eingangsspannung Ue in eine Ausgangsspannung Ua elektrische Leistung übertragen wird. In diesem Leistungspfad 2 umfasst die Wandlerschaltung 1 eingangsseitig einen getakteten Wandler (Eingangswandler 3), diesem nachgeschaltet einen Transformator 4 sowie ausgangsseitig einen Gleichrichter 5. Der Gleichrichter 5 kann grundsätzlich wahlweise entweder als gesteuerter Gleichrichter oder als ungesteuerter (passiver) Gleichrichter ausgeführt sein. In the 1 illustrated converter circuit 1 includes a power path 2 along which electric power is transmitted by converting an input voltage U e into an output voltage U a . In this performance path 2 includes the converter circuit 1 On the input side, a clocked converter (input converter 3 ), this is followed by a transformer 4 as well as a rectifier on the output side 5 , The rectifier 5 In principle, it can be designed either as a controlled rectifier or as an uncontrolled (passive) rectifier.

Im Betrieb der Wandlerschaltung 1 setzt der Eingangswandler 3 die Eingangsspannung Ue in eine Pulsspannung um, die als Primärspannung Up auf eine Primärwicklung 6 des Transformators 4 gegeben wird. Aufgrund der Primärspannung Up wird in einer Sekundärwicklung 7 des Transformators 4 eine Sekundärspannung Us in Form einer Wechselspannung erzeugt. Diese Sekundärspannung Us wird im Gleichrichter 5 zur Erzeugung der Ausgangsspannung Ua gleichgerichtet und geglättet. During operation of the converter circuit 1 sets the input converter 3 the input voltage U e in a pulse voltage, which as a primary voltage U p to a primary winding 6 of the transformer 4 is given. Due to the primary voltage U p is in a secondary winding 7 of the transformer 4 generates a secondary voltage U s in the form of an alternating voltage. This secondary voltage U s is in the rectifier 5 rectified and smoothed to produce the output voltage U a .

Im Betrieb der Wandlerschaltung 1 fließt dem Eingangswandler 3 unter Wirkung der Eingangsspannung Ue ein Eingangsstrom Ie zu. Unter Wirkung der Primärspannung Up fließt durch die Primärwicklung 6 des Transformators 4 ein Primärstrom Ip. Unter Wirkung der Sekundärspannung Us fließt durch die Sekundärspule 7 des Transformators 4 ein Sekundärstrom Is. Von dem Gleichrichter 5 wird schließlich, getrieben durch die Ausgabespannung Ua, ein Ausgangsstrom Ia ausgegeben. During operation of the converter circuit 1 flows to the input converter 3 under the action of the input voltage U e to an input current I e . Under the action of the primary voltage U p flows through the primary winding 6 of the transformer 4 a primary current I p . Under the action of the secondary voltage U s flows through the secondary coil 7 of the transformer 4 a secondary current I s . From the rectifier 5 Finally, driven by the output voltage U a , an output current I a output.

Die Wandlerschaltung 1 ist insbesondere in einem Elektrokraftfahrzeug zur Versorgung des Niedervolt-Bordnetzes aus der Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs eingesetzt. Bei der Eingangsspannung Ue handelt es sich in diesem Beispiel um die von der Hochvoltbatterie zur Verfügung gestellte Hochvoltspannung, mithin um eine Gleichspannung mit einem Nenn-Spannungsbetrag von typischerweise etwa 400 Volt. Bei der von der Wandlerschaltung 1 ausgegebenen Ausgangsspannung Ua handelt es sich dagegen um die im Niedervolt-Bordnetz geführte Niedervoltspannung, mithin in der Regel um eine Gleichspannung mit einem Spannungsbetrag von 12 Volt. The converter circuit 1 is used in particular in an electric motor vehicle for supplying the low-voltage electrical system from the high-voltage battery of the motor vehicle. The input voltage U e in this example is the high-voltage voltage provided by the high-voltage battery, that is, a DC voltage having a nominal voltage amount of typically about 400 volts. In the case of the converter circuit 1 Output voltage U a , on the other hand, is the low-voltage voltage carried in the low-voltage on-board electrical system, and is therefore generally a DC voltage with a voltage of 12 volts.

Die Wandlerschaltung 1 umfasst des Weiteren eine Steuerschaltung 10, die zur Ansteuerung des Eingangswandlers 3 sowie – sofern es sich bei dem Gleichrichter 5 um einen gesteuerten Gleichrichter handelt – auch zur Ansteuerung des Gleichrichters 5 dient. Durch die Steuerschaltung 10 wird des Weiteren – in nachfolgend näher beschriebener Weise – der Ausgangsstrom Ia (genauer gesagt die Stromstärke desselben) berechnet. The converter circuit 1 further comprises a control circuit 10 , which are used to control the input converter 3 and - if it is the rectifier 5 is a controlled rectifier - also for controlling the rectifier 5 serves. Through the control circuit 10 is further - in the manner described in more detail below - the output current I a (more precisely, the current strength thereof) is calculated.

Die Steuerschaltung 10 umfasst hierzu eine Steuereinheit 11, zwei (Spannungs-)Messwandler 12 und 13, einen (Strom-)Messwandler 14, eine Steuerstufe 15 zur Ansteuerung des Eingangswandlers 3 sowie – optional – eine weitere Steuerstufe 16 zur Ansteuerung des Gleichrichters 5. Die Steuerstufe 16 ist nur dann vorhanden, wenn es sich bei dem Gleichrichter 5 um einen gesteuerten Gleichrichter handelt. Sie ist deshalb lediglich durch gestrichelte Linien angedeutet. The control circuit 10 includes a control unit for this purpose 11 , two (voltage) transducers 12 and 13 , a (current) transducer 14 , a tax step 15 for controlling the input converter 3 and - optionally - another tax level 16 for controlling the rectifier 5 , The tax level 16 is only available if it is the rectifier 5 is a controlled rectifier. It is therefore indicated only by dashed lines.

Im Betrieb der Wandlerschaltung 1 wird durch den Spannungsmesswandler 12 fortlaufend ein Messwert MUe der Eingangsspannung Ue erfasst. Durch den Spannungsmesswandler 13 wird in entsprechender Weise fortlaufend ein Messwert MUa der Ausgangsspannung UA erfasst. Durch den Strommesswandler 14 wird schließlich fortlaufend ein Messwert MIe des Eingangsstroms Ie erfasst. Die Messwerte MUe, MUa und MIe werden der Steuereinheit 11 durch den jeweiligen Messwandler 12, 13 bzw. 14 als Eingangsgrößen zugeführt. During operation of the converter circuit 1 is through the voltage transducer 12 continuously recorded a measured value M Ue the input voltage U e . Through the voltage transducer 13 In a corresponding manner, a measured value M Ua of the output voltage U A is continuously recorded. By the current transducer 14 Finally, a measured value M Ie of the input current I e is continuously recorded. The measured values M Ue , M Ua and M Ie become the control unit 11 through the respective transducer 12 . 13 respectively. 14 supplied as input variables.

Weiterhin greift die Steuereinheit 11 einen Sollwert SUa der Ausgangsspannung Ua oder einen Sollwert SIa des Ausgangsstroms Ia. In alternativen Varianten der Wandlerschaltung 1 wird jeweils eine dieser beiden Größen, d.h. Ausgangsspannung Ua oder der Ausgangsstrom Ia, geregelt. Die jeweils andere Größe wird begrenzt. Furthermore, the control unit intervenes 11 a desired value S Ua of the output voltage U a or a desired value S Ia of the output current I a . In alternative variants of the converter circuit 1 in each case one of these two variables, ie output voltage U a or the output current I a , regulated. The other size is limited.

Schließlich erhält die Steuereinheit 11 als weitere Eingangsgrößen auf eine Anzahl von Geräteparametern G zu, die relevante elektrische Eigenschaften von Komponenten des Eingangswandlers 3, Transformators 4 und/oder Gleichrichters 5 charakterisieren. Diese Geräteparameter G sind topologie- und/oder auslegungsspezifisch. „Topologiespezifisch“ bedeutet hierbei, dass die Steuereinheit 11 je nach der Topologie, die dem konkreten Aufbau des Eingangswandlers 3, des Transformators 4 bzw. des Gleichrichters 5 zugrundeliegt, auf unterschiedliche Geräteparameter G zugreift, zumal der Eingangswandler 3, der Transformator 4 und der Gleichrichter 5 je nach Topologie unterschiedliche Komponenten aufweisen. „Auslegungsspezifisch“ bedeutet andererseits, dass die Geräteparameter G, auf die die Steuereinheit 11 zugreift, je nach Auslegung (das heißt technischer Dimensionierung) der Komponenten des Eingangswandlers 3, Transformators 4 bzw. Gleichrichters 5 unterschiedliche Werte aufweisen. Die Geräteparameter G können der Steuereinheit 11 – wie in 1 exemplarisch dargestellt – von einer externen Speichereinheit zugeführt werden. Alternativ können diese Werte auch in einem internen Speicher der Steuereinheit 11 hinterlegt sein. Insbesondere können ein, mehrere oder sogar alle Geräteparameter G Werte auch als Konstanten fest in der Steuersoftware programmiert sein. Ferner können ein oder mehrere Geräteparameter G auch von der Steuereinheit 11 auch aus anderen vorgegebenen Geräteparametern G rechnerisch abgeleitet werden. Finally, the control unit receives 11 as further input variables to a number of device parameters G to, the relevant electrical properties of components of the input transducer 3 , Transformers 4 and / or rectifier 5 characterize. These device parameters G are topology- and / or design-specific. "Topology-specific" here means that the control unit 11 depending on the topology, the specific design of the input transducer 3 , of the transformer 4 or the rectifier 5 is based on different device parameters G accesses, especially the input transducer 3 , the transformer 4 and the rectifier 5 Depending on the topology have different components. On the other hand, "design-specific" means that the device parameters G to which the control unit 11 depending on the design (ie technical dimensioning) of the components of the input transducer 3 , Transformers 4 or rectifier 5 have different values. The device parameters G can be the control unit 11 - as in 1 exemplified - are supplied from an external storage unit. Alternatively, these values can also be stored in an internal memory of the control unit 11 be deposited. In particular, one, several or even all device parameters G values can also be programmed as constants in the control software. Furthermore, one or more device parameters G may also be provided by the control unit 11 be derived from other predetermined device parameters G computationally.

Bei der Steuereinheit 11 handelt es sich vorzugsweise um einen Mikrocontroller, in dem eine Steuersoftware lauffähig implementiert ist, wobei die im Betrieb der Wandlerschaltung 1 ausgeführte Steuersoftware die Funktionalität der Wandlerschaltung 1 bestimmt. At the control unit 11 it is preferably a microcontroller, in which a control software is implemented executable, wherein in the operation of the converter circuit 1 executed control software, the functionality of the converter circuit 1 certainly.

Nach der Maßgabe der Steuersoftware erzeugt die Steuereinheit 11 im Betrieb der Wandlerschaltung 1 – anhand der zugeführten Messwerte MUe, MUa und MIe und Sollwerte SUa bzw. SIa – Steuersignale Cw sowie – sofern es sich bei dem Gleichrichter 5, einem gesteuerten Gleichrichter handelt – Steuersignale Cg, die dem Eingangswandler 3 bzw. dem Gleichrichter 5 über die jeweilige Steuerstufe 15 bzw. 16 zugeführt werden. Die Wandlerschaltung 1 wird vorzugsweise geregelt betrieben. Die Steuersignale Cw und CG werden hierbei von der Steuereinheit 11 nach einem vorgegebenen Regelalgorithmus derart erzeugt, dass die Ausgangsspannung Ua oder der Ausgangsstrom Ia an den jeweiligen Sollwert SUa bzw. SIa angeglichen werden. According to the requirement of the control software the control unit generates 11 during operation of the converter circuit 1 - Based on the supplied measured values M Ue , M Ua and M Ie and setpoints S Ua and S Ia - control signals C w and - if it is in the rectifier 5 , a controlled rectifier is - control signals C g , the input transducer 3 or the rectifier 5 about the respective tax level 15 respectively. 16 be supplied. The converter circuit 1 is preferably operated regulated. The control signals C w and C G are in this case by the control unit 11 generated according to a predetermined control algorithm such that the output voltage U a or the output current I a to the respective desired value S Ua and S Ia be equalized.

Aus regelungstechnischen Zwecken und/oder im Rahmen eines Überlastschutzes benötigt die Steuereinheit 11 die Kenntnis über die Stromstärke des Ausgangsstroms Ia. Der Ausgangsstrom Ia wird allerdings bei der Wandlerschaltung 1 nicht unmittelbar gemessen. Vielmehr wird fortlaufend ein Messwert MIa des Ausgangsstroms Ia von der Steuereinheit 11 berechnet. Als Eingangsgrößen für diese Berechnung zieht die Steuereinheit 11 zusätzlich zu den Messwerten MUe, MUa, MIe auch die Geräteparameter G heran. Die Berechnung des Ausgangsstroms Ia erfolgt hierbei nach einer topologiespezifischen (das heißt von der jeweiligen Ausprägung des Eingangswandlers 3, Transformators 4 und Gleichrichters 5 abhängigen) Formel, die in der Steuereinheit 11 im Rahmen der dortigen Steuersoftware implementiert ist. For control purposes and / or as part of an overload protection required the control unit 11 the knowledge about the current strength of the output current I a . However, the output current I a is in the converter circuit 1 not directly measured. Rather, a measured value M Ia of the output current I a is continuously from the control unit 11 calculated. The control unit draws as input variables for this calculation 11 In addition to the measured values M Ue , M Ua , M Ie also the device parameters G approach. The calculation of the output current I a is carried out according to a topology-specific (that is of the respective expression of the input transducer 3 , Transformers 4 and rectifier 5 dependent) formula used in the control unit 11 is implemented in the context of the local control software.

Der Messwert MIa des Ausgangsstroms Ia wird optional von der Steuereinheit 11 zur weiteren Verwendung durch andere Komponenten im Elektrofahrzeug ausgegeben. The measured value M Ia of the output current I a is optional from the control unit 11 for further use by other components in the electric vehicle.

2 zeigt eine spezielle Ausführungsform der in 1 allgemein dargestellten Wandlerschaltung 1, bei der der Eingangswandler 3 als getakteter Vollbrückenwandler ausgebildet ist, während der Gleichrichter 5 als gesteuerter Mittelpunktsgleichrichter ausgebildet ist. 2 shows a specific embodiment of the in 1 generally illustrated converter circuit 1 in which the input transducer 3 is designed as a clocked full-bridge converter, while the rectifier 5 is designed as a controlled center-point rectifier.

Entsprechend umfasst der Eingangswandler 3 in dieser Ausführungsform zwei Halbbrücken 20 und 21, die in Parallelschaltung zueinander zwischen eine Hochpotentialschiene 22 und eine Niederpotentialschiene 23 geschaltet sind. Jede Halbbrücke 20, 21 umfasst zwischen einem Mittelabgriff 24 bzw. 25 und der Hochpotentialschiene 22 einen hochpotentialseitigen Leistungshalbleiter 26 bzw. 27, sowie zwischen dem jeweiligen Mittelabgriff 24 bzw. 25 und der Niederpotentialschiene 23 jeweils einen niederpotentialseitigen Leistungshalbleiter 28 bzw. 29. Jeder der Leistungshalbleiter 26 bis 29 ist hierbei durch einen Halbleiterschalter, insbesondere in Form eines IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) und eine hierzu antiparallel geschaltete Freilaufdiode gebildet. Accordingly, the input transducer comprises 3 in this embodiment, two half-bridges 20 and 21 connected in parallel to each other between a high potential rail 22 and a low potential rail 23 are switched. Every half bridge 20 . 21 includes between a center tap 24 respectively. 25 and the high-potential rail 22 a high-potential-side power semiconductor 26 respectively. 27 , as well as between the respective center tap 24 respectively. 25 and the low potential rail 23 each a low potential side Power semiconductor 28 respectively. 29 , Each of the power semiconductors 26 to 29 is in this case formed by a semiconductor switch, in particular in the form of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) and an antiparallel connected freewheeling diode.

Den Halbrücken 20 und 21 ist ferner ein (Eingangs-)Kondensator 30 parallelgeschaltet. The half bridges 20 and 21 is also an (input) capacitor 30 connected in parallel.

Der Gleichrichter 5 umfasst in der Ausführungsform gemäß 2 zwei Leistungshalbleiter 40 und 41, die – analog zu den Leistungshalbleitern 26 bis 29 des Eingangswandlers 3 – jeweils durch einen Halbleiterschalter, insbesondere wiederum in Form eines MOSFET mit antiparallel geschalteter Freilaufdiode gebildet sind. Die beiden Leistungshalbleiter 40 und 41 sind in Parallelschaltung zwischen zueinander entgegengesetzte Endanzapfungen der Sekundärwicklung 7 und eine Niederpotentialschiene 42 des Gleichrichters 5 geschaltet. Eine Hochpotentialschiene 43 des Gleichrichters 5 ist mit einer Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 7 verbunden. Zwischen die Hochpotentialschiene 43 und die Niederpotentialschiene 42 ist ein Ausgangskondensator 45 geschaltet. Innerhalb der Hochpotentialschiene 43 ist mit dem Ausgangskondensator 45 und der Mittelanzapfung 44 eine Ausgangsdrossel 46 zwischengeschaltet. The rectifier 5 includes in the embodiment according to 2 two power semiconductors 40 and 41 , which - analogous to the power semiconductors 26 to 29 of the input converter 3 - Are each formed by a semiconductor switch, in turn, in the form of a MOSFET with anti-parallel connected freewheeling diode. The two power semiconductors 40 and 41 are in parallel connection between mutually opposite Endanzapfungen the secondary winding 7 and a low potential rail 42 of the rectifier 5 connected. A high potential rail 43 of the rectifier 5 is with a center tap of the secondary winding 7 connected. Between the high potential rail 43 and the low potential rail 42 is an output capacitor 45 connected. Within the high-potential rail 43 is with the output capacitor 45 and the center tap 44 an output choke 46 interposed.

Wie aus 2 ferner zu erkennen ist, sind die durch die Halbleiterschalter der Leistungshalbleiter 26–29 jeweils fließenden Ströme als I1, I2, I3 bzw. I4 bezeichnet. How out 2 can also be seen, are the through the semiconductor switches of the power semiconductor 26 - 29 each flowing currents as I 1 , I 2 , I 3 and I 4 referred to.

Die durch den Gleichrichter 5 gleichgerichtete Sekundärspannung ist nachfolgend mit U’s bezeichnet. Der von der Mittelanzapfung 44 der Sekundärspule 7 auf den Ausgangskondensator 45 fließende Strom ist nachfolgend als ungeglätteter Ausgangsstrom I’a bezeichnet. In 2 ist ferner der Magnetisierungsstrom iµ des Transformators 4 angedeutet. The through the rectifier 5 rectified secondary voltage is hereinafter referred to as U ' s . The one of the center tap 44 the secondary coil 7 on the output capacitor 45 flowing current is hereinafter referred to as unsmoothed output current I ' a . In 2 is also the magnetizing current i μ of the transformer 4 indicated.

Ein typischer zeitlicher Verlauf der vorstehend eingeführten Größen im Betrieb der Wandlerschaltung 1 ist in 3 anhand eines Schaltspiels des Eingangswandlers 3 schematisch dargestellt. Darin sind in elf synchronen Diagrammen jeweils gegen die Zeit t

  • – der Verlauf der Primärspannung Up und des Magnetisierungsstroms iµ (oberstes Diagramm),
  • – der Verlauf des Primärstroms Ip (zweites Diagramm von oben),
  • – der Verlauf der Ströme I1 – I4 (drittes bis sechstes Diagramm von oben),
  • – der zeitliche Verlauf der Summe I1 + I2 der Ströme I1 und I2(siebtes Diagramm von oben) und des Eingangsstroms Ie (achtes Diagramm von oben),
  • – der Verlauf der Sekundärspannung Us (neuntes Diagramm von oben) und der gleichgerichteten Sekundärspannung U’s (zehntes Diagramm von oben), sowie
  • – und der Verlauf des ungeglätteten Ausgangsstroms I’a und des Ausgangsstroms Ia (unterstes Diagramm)
dargestellt. Vereinfachend ist bei den Strömen I1 bis I4 jeweils nur der positive Teil des Stroms dargestellt, da nur dieser positive Teil des Stroms für die Berechnung des Ausgangsstroms Ia relevant ist. A typical time profile of the variables introduced above in the operation of the converter circuit 1 is in 3 based on a switching cycle of the input converter 3 shown schematically. These are in eleven synchronous diagrams in each case against the time t
  • The course of the primary voltage U p and of the magnetizing current i μ (top diagram),
  • The course of the primary current I p (second diagram from above),
  • The course of the currents I 1 -I 4 (third to sixth diagram from above),
  • The time course of the sum I 1 + I 2 of the currents I 1 and I 2 (seventh diagram from above) and of the input current I e (eighth diagram from above),
  • The course of the secondary voltage U s (ninth diagram from above) and the rectified secondary voltage U ' s (tenth diagram from above), as well as
  • - and the course of the unsmoothed output current I ' a and the output current I a (bottom diagram)
shown. For simplicity, only the positive part of the current is shown in the currents I 1 to I 4 , since only this positive part of the current is relevant for the calculation of the output current I a .

Das anhand von 3 verdeutlichte Schaltspiel ist gegliedert in vier Zeiträume t1–t4, nämlich

  • – einen ersten Zeitraum t1, in dem die Leistungshalbleiter 26 und 29 aufgesteuert, und die Leistungshalbleiter 27 und 28 abgesteuert sind,
  • – einen Zeitraum t2, in dem die Leistungshalbleiter 26 und 27 aufgesteuert, und die Leistungshalbleiter 28 und 29 abgesteuert sind,
  • – einen Zeitraum t3, in dem die Leistungshalbleiter 27 und 28 aufgesteuert und Leistungshalbleiter 26 und 29 abgesteuert sind, sowie
  • – einen Zeitraum t4, in dem die Leistungshalbleiter 28 und 29 aufgesteuert, und die Leistungshalbleiter 26 und 27 abgesteuert sind.
The basis of 3 clarified switching game is divided into four periods t 1 -t 4 , namely
  • - A first period t 1 , in which the power semiconductors 26 and 29 turned on, and the power semiconductors 27 and 28 are repatriated,
  • - A period t 2 , in which the power semiconductors 26 and 27 turned on, and the power semiconductors 28 and 29 are repatriated,
  • - A period t 3 , in which the power semiconductors 27 and 28 controlled and power semiconductors 26 and 29 are repatriated, as well
  • - A period t 4 , in which the power semiconductors 28 and 29 turned on, and the power semiconductors 26 and 27 are disarmed.

In aufgesteuerten Zustand ist dabei durch die Steuersignale Cw der Halbleiterschalter des jeweiligen Leistungshalbleiters 26–29 stromleitend, in abgesteuertem Zustand stromsperrend geschaltet. In the open state is by the control signals C w of the semiconductor switch of the respective power semiconductor 26 - 29 current-conducting, switched off in a deactivated state.

Wie aus 3 erkennbar ist, wird der Ablauf der Zeiträume t1–t4 fortlaufend zyklisch wiederholt, so dass auf den Zeitraum t4 stets von neuem der Zeitraum t1 folgt. How out 3 is recognizable, the sequence of periods t 1 -t 4 is cyclically repeated continuously, so that the time period t 4 is always followed by the period t 1 again .

Wie aus dem obersten Diagramm der 3 zu ersehen ist, bildet sich in den Zeiträumen t3 und t4 ein zeitlicher Verlauf der Primärspannung Up aus, der invers (also spiegelbildlich zur Nulllinie) bezüglich des Verlaufs innerhalb der Zeiträume t1 und t2 ist. Die Zeiträume t1 und t2 bilden somit einen ersten Halbtakt T des Schaltspiels aus, während die Zeiträume t3 und t4 einen zweiten Halbtakt T bilden. Die zeitliche Länge der Zeiträume t1 und t3 ist hierbei jeweils als Anschaltzeit ton (mit ton = t1 = t3) bezeichnet. Das Verhältnis der Anschaltzeit ton zur zeitlichen Länge des Halbtaktes T ist nachfolgend auch als Abtastverhältnis D (mit D = ton/T) bezeichnet. As seen from the top diagram of the 3 can be seen, formed in the periods t 3 and t 4 is a time course of the primary voltage U p , which is inverse (ie mirror image of the zero line) with respect to the course within the periods t 1 and t 2 . The periods t1 and t2 thus form a first half-cycle T of the switching cycle, while the periods t 3 and t 4 form a second half-cycle T. The temporal length of the time periods t 1 and t 3 is in each case designated as the turn-on time t on (with t on = t 1 = t 3 ). The ratio of Turn- on time t on to the time length of the half-clock T is hereinafter also referred to as the sampling ratio D (with D = t on / T).

Aus 3 ist zu erkennen, dass der ungeglättete Ausgangsstrom Ia zwischen den Stromwerten I’amin und I’amax schwankt. In ähnlicher Weise schwankt auch der Eingangsstrom Ie zwischen den Werten Iemin und Iemax. Out 3 It can be seen that the non-smoothed output current I a between the current values I 'amine and I' varies amax. Similarly, the input current I e also varies between the values I emin and I emax.

Im Betrieb der Wandlerschaltung 1 gemäß 2 berechnet die Steuereinheit 11 nun die Stromstärke des Ausgangsstroms Ia gemäß der in dem Steuerprogramm implementierten Vorschrift

Figure DE102013216831A1_0002
During operation of the converter circuit 1 according to 2 calculates the control unit 11 now the amperage of the output current I a according to the regulation implemented in the control program
Figure DE102013216831A1_0002

Der Parameter ü bezeichnet hierbei die Übersetzung des Transformators 4, also das Verhältnis der Windungszahl Np der Primärwicklung 6 zu der Windungszahl Ns der Sekundärwicklung 7 (ü = Np/Ns). Die Windungszahlen Np, Ns oder die Übersetzung ü sind der Steuereinheit 11 als Geräteparameter G vorgegeben. The parameter ü designates the translation of the transformer 4 , ie the ratio of the number of turns N p of the primary winding 6 to the number of turns N s of the secondary winding 7 (ü = N p / N s ). The number of turns N p , N s or the translation ü are the control unit 11 specified as device parameter G.

Die Stromwerte Iemax und Iemin werden von der Steuereinheit 11 durch Auswertung der zugeführten Messwerte MIe des Eingangsstroms Ie ermittelt. The current values I emax and I emin are provided by the control unit 11 determined by evaluation of the supplied measured values M Ie of the input current I e .

Der Magnetisierungsstrom iµ wird von der Steuerschaltung 10 nach folgender Gleichung berechnet:

Figure DE102013216831A1_0003
The magnetizing current i μ is from the control circuit 10 calculated according to the following equation:
Figure DE102013216831A1_0003

Die Größe Lh bezeichnet hierbei die Primärinduktivität des Transformators 4, also die Induktivität der Primärwicklung 6, der Steuereinheit 11 ebenfalls als Geräteparameter G vorgegeben ist. The size L h denotes the primary inductance of the transformer 4 , ie the inductance of the primary winding 6 , the control unit 11 is also specified as a device parameter G.

Die Eingangsspannung Ue wird von der Steuereinheit 11 aus dem zugeführten Messwert MUe ermittelt. The input voltage U e is from the control unit 11 determined from the supplied measured value M Ue .

Die Größe ΔUe bezeichnet den Spannungsabfall über den Leistungshalbleitern 26–29 des Eingangswandlers 3 und der Primärspule 6. Dieser Spannungsabfall ΔUe wird von der Steuereinheit 11 anhand von elektrischen Eigenschaften (Spannungsabfall, Induktivität und ggf. Kapazität) der Leistungshalbleiter 26–29 und der Primärspule 6 berechnet, wobei der Steuereinheit 11 diese Größen ebenfalls im Rahmen der Geräteparameter G zugeführt sind. Zumindest die ohmschen Widerstände der Leistungshalbleiter 26–29 sind der Steuereinheit 11 hierbei als temperaturabhängige Größen vorgegeben. Zu präzisen Bestimmung des Ausgangsstroms Ia greift die Steuereinheit 11 hierbei auf Messwerte der Arbeitstemperatur der Leistungshalbleiter 26–29 zurück und berücksichtigt für die Bestimmung des Spannungsabfalls ΔUe die dieser Arbeitstemperatur entsprechenden Widerstandswerte. The quantity ΔU e denotes the voltage drop across the power semiconductors 26 - 29 of the input converter 3 and the primary coil 6 , This voltage drop ΔU e is from the control unit 11 based on electrical properties (voltage drop, inductance and possibly capacity) of the power semiconductors 26 - 29 and the primary coil 6 calculated, the control unit 11 These variables are also supplied in the context of the device parameters G. At least the ohmic resistances of the power semiconductors 26 - 29 are the control unit 11 specified here as temperature-dependent variables. For precise determination of the output current I a , the control unit 11 here on measured values of the working temperature of the power semiconductors 26 - 29 and takes into account the resistance values corresponding to this operating temperature for the determination of the voltage drop ΔU e .

Die Anschaltzahl ton berechnet die Steuereinheit 11 vorzugsweise aus dem Abtastverhältnis D und der vorgegebenen zeitlichen Länge des Halbtaktes T gemäß ton = D·T GLG 3 The connection number t on calculates the control unit 11 preferably from the sampling ratio D and the predetermined time length of the half-clock T according to t on = D · T GLG 3

Um das Abtastverhältnis D, bezogen auf die Primärspannung Up, möglichst präzise zu bestimmen, wird das Abtastverhältnis D dabei durch die Steuereinheit 11 vorzugsweise gemäß

Figure DE102013216831A1_0004
berechnet.In order to determine the sampling ratio D, as precisely as possible with respect to the primary voltage U p , the sampling ratio D is determined by the control unit 11 preferably according to
Figure DE102013216831A1_0004
calculated.

Die Ausgangsspannung Ua wird hierbei wiederum von der Steuereinheit 11 aus dem zugeführten Messwert MUa ermittelt. The output voltage U a is in turn from the control unit 11 determined from the supplied measured value M Ua .

Analog zu dem eingangsseitigen Spannungsabfall ΔUe steht die Größe ΔUa für den ausgangsseitigen Spannungsabfall an den Leistungshalbleitern 40, 41 des Gleichrichters 5 sowie der Sekundärwicklung 7 des Transformators 4. Ebenso wie der Spannungsabfall ΔUe wird auch der ausgangsseitige Spannungsabfall ΔUa von der Steuereinheit 11 unter Berücksichtigung der als Geräteparameter G vorgegebenen elektrischen Eigenschaften (Spannungsabfall, Induktivität und ggf. Kapazität) der Leistungshalbleiter 40 und 41 sowie der Sekundärwicklung 7 (insbesondere temperaturabhängig) berechnet. Analogously to the input-side voltage drop ΔU e , the quantity ΔU a represents the output-side voltage drop across the power semiconductors 40 . 41 of the rectifier 5 as well as the secondary winding 7 of the transformer 4 , As well as the voltage drop .DELTA.U e and the output side voltage drop .DELTA.U a from the control unit 11 taking into account the electrical properties (voltage drop, inductance and optionally capacitance) given as device parameter G of the power semiconductors 40 and 41 as well as the secondary winding 7 (in particular temperature-dependent).

Die obige GLG 1 beruht auf der Tatsache, dass die Glättung der Ausgangsspannung I’a durch den Ausgangskondensator 45 und die Ausgangsdrossel 46 einer Mittelwertbildung der Stromwerte I’amin und I’amax gemäß Ia = 1 / 2· (I'amin + I'amax) GLG 5 gleichkommt, wobei die Stromwerte I’amin und I’amax des Ausgangsstroms I’a gemäß

Figure DE102013216831A1_0005
und
Figure DE102013216831A1_0006
mit den Stromwerten iemin und iemax des Eingangsstroms Ie verknüpft sind. The above GLG 1 is based on the fact that the smoothing of the output voltage I ' a by the output capacitor 45 and the output choke 46 averaging the current values I 'amine and I' according to amax I a = 1/2 · (I ' amine + I' amax ) GLG 5 equal to, the current values I 'amine and I' amax of the output current I 'according to a
Figure DE102013216831A1_0005
and
Figure DE102013216831A1_0006
are associated with the current values i emin and i emax of the input current I e .

Anhand der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele wird die Erfindung besonders deutlich. Gleichwohl ist die Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Beschreibung sowie anhand der Ansprüche abgeleitet werden. With reference to the embodiments described above, the invention is particularly clear. However, the invention is not limited to these embodiments. Rather, further embodiments of the invention can be derived from the description and from the claims.

So ist insbesondere die erfindungsgemäße Wandlerschaltung 1 nicht auf die beispielhaft beschriebenen Topologien für den Eingangswandler 3 und den Gleichrichter 5 beschränkt. Beispielsweise könnte der Eingangswandler 3 im Rahmen der Erfindung auch als Halbbrückenwandler, und/oder der Gleichrichter 5 auch als gesteuerter oder ungesteuerter Brückengleichrichter ausgebildet sein. Desweiteren kann der Transformator 4 auf der Primärseite und/oder auf der Sekundärseite eine abweichende Anzahl von Anzapfungen aufweisen. Der Transformator 4 kann desweiteren weitere Wicklungen auf der Primärseite und/oder der Sekundärseite aufweisen. Die in der Steuereinheit 11 hinterlegte Formel zur Berechnung des Ausgangsstroms Ia ist jeweils an die gewählte Topologie gemäß den Gesetzen der Elektrotechnik anzupassen. Thus, in particular, the converter circuit according to the invention 1 not on the exemplified topologies for the input transducer 3 and the rectifier 5 limited. For example, the input transducer could 3 in the context of the invention also as a half-bridge converter, and / or the rectifier 5 be designed as a controlled or uncontrolled bridge rectifier. Furthermore, the transformer 4 on the primary side and / or on the secondary side have a different number of taps. The transformer 4 may further comprise further windings on the primary side and / or the secondary side. The in the control unit 11 stored formula for calculating the output current I a is in each case adapted to the selected topology according to the laws of electrical engineering.

Anstelle des Eingangsstroms Ie können auch diejenigen Ströme messtechnisch erfasst werden, die jeweils durch die Leistungshalbleiter des Eingangswandlers 3 fließen. In einer entsprechenden Ausführungsform enthält die Wandlerschaltung 1 anstelle des Strommesswandlers 14 eine entsprechende Anzahl von Strommesswandlern, die diese Ströme messen und entsprechende Messwerte der Steuereinheit 11 zuführen. Instead of the input current I e , it is also possible to metrologically detect those currents which are respectively generated by the power semiconductors of the input transducer 3 flow. In a corresponding embodiment, the converter circuit includes 1 instead of the current transducer 14 a corresponding number of current transducers that measure these currents and corresponding measurements of the control unit 11 respectively.

Claims (8)

Verfahren zum Betrieb einer Wandlerschaltung (1), die eingangsseitig einen getakteten Wandler (3), ausgangsseitig einen Gleichrichter (5) sowie einen dem Wandler (3) und dem Gleichrichter (5) zwischengeschalteten Transformator (4) umfasst, wobei verfahrensgemäß ein Ausgangstrom (Ia) der Wandlerschaltung (1) aus einem gemessenen Eingangsstrom (Ie) der Wandlerschaltung (1) oder den im Wandler (3) fließenden Strömen (I1–I4), aus einer Eingangsspannung (Ue) der Wandlerschaltung (1) und aus einer Ausgangsspannung (Ua) der Wandlerschaltung (1) unter zusätzlicher Berücksichtigung von Geräteparametern (G) der Wandlerschaltung (1) berechnet wird. Method for operating a converter circuit ( 1 ), the input side a clocked converter ( 3 ), on the output side a rectifier ( 5 ) and a converter ( 3 ) and the rectifier ( 5 ) intermediate transformer ( 4 ), according to the method an output current (I a ) of the converter circuit ( 1 ) from a measured input current (I e ) of the converter circuit ( 1 ) or in the converter ( 3 ) flowing currents (I 1 -I 4 ), from an input voltage (U e ) of the converter circuit ( 1 ) and from an output voltage (U a ) of the converter circuit ( 1 ) with additional consideration of device parameters (G) of the converter circuit ( 1 ) is calculated. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem als Geräteparameter (G) – die Übersetzung (ü) des Transformators (4), – der Spannungsabfall und/oder die Induktivität (Lh) der mit dem Wandler (3) verschalteten Primärwicklung (6) des Transformators (4), – der Spannungsabfall und/oder die Induktivität der mit dem Gleichrichter (5) verschalteten Sekundärwicklung (7) des Transformators (4), – der ohmsche Widerstand der Leistungshalbleiter (26–29) des Wandlers (3), – der ohmsche Widerstand der Leistungshalbleiter (40, 41) des Gleichrichters (5), – die Taktdauer für die Ansteuerung des Wandlers (3) oder eine hierzu proportionale Größe (T), und/oder – das Abtastverhältnis (D) für die Ansteuerung des Wandlers (3) berücksichtigt werden. Method according to Claim 1, in which the device parameter (G) is the ratio (g) of the transformer ( 4 ), - the voltage drop and / or the inductance (L h ) of the with the converter ( 3 ) interconnected primary winding ( 6 ) of the transformer ( 4 ), - the voltage drop and / or the inductance of the rectifier ( 5 ) connected secondary winding ( 7 ) of the transformer ( 4 ) The ohmic resistance of the power semiconductors ( 26 - 29 ) of the converter ( 3 ), - the ohmic resistance of the power semiconductors ( 40 . 41 ) of the rectifier ( 5 ), - the cycle time for the control of the converter ( 3 ) or a variable (T) proportional thereto, and / or the sampling ratio (D) for driving the converter ( 3 ). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Eingangsspannung (Ue) und/oder die Ausgangsspannung (Ua) der Wandlerschaltung (1) gemessen werden. Method according to Claim 1 or 2, in which the input voltage (U e ) and / or the output voltage (U a ) of the converter circuit ( 1 ) are measured. Wandlerschaltung (1), – mit einem Leistungspfad (2), der – eingangsseitig einen getakteten Wandler (3), – ausgangsseitig einen Gleichrichter (5), – sowie dem Wandler (3) und dem Gleichrichter (5) zwischengeschaltet einen Transformator (4) umfasst, sowie – mit einer Steuerschaltung (10), die – Mittel (14) zur Messung eines Eingangsstroms (Ie) der Wandlerschaltung (1) oder der im Wandler (3) fließenden Ströme sowie eine Steuereinheit (11) zur Ansteuerung des Wandlers (3), umfasst, wobei die Steuereinheit (11) dazu eingerichtet ist, einen Ausgangstrom (Ia) der Wandlerschaltung (1) aus dem gemessenen Eingangsstrom (Ie), aus einer Eingangsspannung (Ue) der Wandlerschaltung (1) und aus einer Ausgangsspannung (Ua) der Wandlerschaltung (1) unter zusätzlicher Berücksichtigung von Geräteparametern (G) der Wandlerschaltung (1) zu berechnen. Converter circuit ( 1 ), - with a power path ( 2 ), the - input side a clocked converter ( 3 ), - on the output side a rectifier ( 5 ), - and the converter ( 3 ) and the rectifier ( 5 ) interposed a transformer ( 4 ), and - with a control circuit ( 10 ), the means ( 14 ) for measuring an input current (I e ) of the converter circuit ( 1 ) or in the converter ( 3 ) flowing streams and a control unit ( 11 ) for controlling the converter ( 3 ), the control unit ( 11 ) is adapted to an output current (I a ) of the converter circuit ( 1 ) from the measured input current (I e ), from an input voltage (U e ) of the converter circuit ( 1 ) and from an output voltage (U a ) of the converter circuit ( 1 ) with additional consideration of device parameters (G) of the converter circuit ( 1 ) to calculate. Wandlerschaltung (1) nach Anspruch 4, wobei die Steuereinheit (11) dazu eingerichtet ist, als Geräteparameter (G) – die Übersetzung (ü) des Transformators (4), – den Spannungsabfall und/oder die Induktivität (Lh) der mit dem Wandler (3) verschalteten Primärwicklung (6) des Transformators (4), – den Spannungsabfall und/oder die Induktivität der mit dem Gleichrichter (5) verschalteten Sekundärwicklung (7) des Transformators (4), – den ohmsche Widerstand der Leistungshalbleiter (26–29) des Wandlers (3), – den ohmsche Widerstand der Leistungshalbleiter (40, 41) des Gleichrichters (5), – die Taktdauer für die Ansteuerung des Wandlers (3) oder eine hierzu proportionale Größe (T), und/oder – das Abtastverhältnis (D) für die Ansteuerung des Wandlers (3) zu berücksichtigen. Converter circuit ( 1 ) according to claim 4, wherein the control unit ( 11 ) is set up as a device parameter (G) - the ratio (ü) of the transformer ( 4 ), - the voltage drop and / or the inductance (L h ) of the with the converter ( 3 ) interconnected primary winding ( 6 ) of the transformer ( 4 ), - the voltage drop and / or the inductance of the rectifier ( 5 ) connected secondary winding ( 7 ) of the transformer ( 4 ), - the ohmic resistance of the power semiconductors ( 26 - 29 ) of the converter ( 3 ), - the ohmic resistance of the power semiconductors ( 40 . 41 ) of the rectifier ( 5 ), - the cycle time for the control of the converter ( 3 ) or a variable (T) proportional thereto, and / or the sampling ratio (D) for driving the converter ( 3 ). Wandlerschaltung (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Steuerschaltung (10) Mittel (12) zur Messung der Eingangsspannung (Ue) und/oder Mittel (13) zur Messung der Ausgangsspannung (14) aufweist. Converter circuit ( 1 ) according to claim 4 or 5, wherein the control circuit ( 10 ) Medium ( 12 ) for measuring the input voltage (U e ) and / or means ( 13 ) for measuring the output voltage ( 14 ) having. Wandlerschaltung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Wandler (3) als Vollbrückenwandler ausgebildet ist. Converter circuit ( 1 ) according to one of claims 4 to 6, wherein the transducer ( 3 ) is designed as a full bridge converter. Wandlerschaltung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der Gleichrichter (5) als gesteuerter Gleichrichter, insbesondere gesteuerter Mittelpunktgleichrichter ausgebildet ist. Converter circuit ( 1 ) according to one of claims 4 to 7, wherein the rectifier ( 5 ) is designed as a controlled rectifier, in particular controlled center rectifier.
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