DE102015224437B4 - Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler, Fahrzeugbordnetz mit einem Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler - Google Patents
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Abstract
Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler (SW) zur Umwandlung einer ersten Bordnetzspannung (U1) in einer zweiten Bordnetzspannung (U2) und einer dritten Bordnetzspannung (U3), umfassend:- einen ersten Stromanschluss (A1) und einen zweiten Stromanschluss (A2) zum Anschließen an der ersten Bordnetzspannung (U1);- zwei Primärwicklungsschaltungen (WP1, WP2), die zwischen dem ersten (A1) und dem zweiten (A2) Stromanschluss zueinander parallel angeschlossen sind;- einen dritten Stromanschluss (A3) und einen vierten Stromanschluss (A4) zum Bereitstellen der zweiten Bordnetzspannung (U2);- zwei Sekundärwicklungsschaltungen (WS1, WS2), die zwischen dem dritten (A3) und dem vierten (A4) Stromanschluss zueinander seriell angeschlossen sind;- einen fünften Stromanschluss (A5) zwischen den zwei Sekundärwicklungsschaltungen (WS1, WS2) zum Bereitstellen der dritten Bordnetzspannung (U3) zwischen dem fünften (A5) und dem vierten (A4) Stromanschluss;- wobei jeweils eine der zwei Primärwicklungsschaltungen (WP1, WP2) und jeweils eine der zwei Sekundärwicklungsschaltungen (WS1, WS2) paarweise miteinander elektromagnetisch gekoppelt sind;- eine gemeinsame Glättungsdrossel (LG), die zwischen den zwei Sekundärwicklungsschaltungen (WS1, WS2) elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, Wechselspannungsanteile in der zweiten (U2) und der dritten (U3) Bordnetzspannung zu reduzieren,- einen steuerbaren Schalter (ST), der zwischen der Glättungsdrossel (LG) und dem fünften Stromanschluss (A5) elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, in einem offenen Schaltzustand den fünften Stromanschluss (A5) von dem dritten Stromanschluss (A3) elektrisch zu trennen.
Description
- Technisches Gebiet:
- Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler sowie ein Fahrzeugbordnetz mit einem genannten Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler.
- Stand der Technik:
- Mehrspannungsbordnetze von Kraftfahrzeugen, insbesondere Hybridelektro-/Elektrofahrzeugen, mit mehreren Bordnetzzweigen weisen mindestens einen Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler auf, der eingerichtet ist, eine Bordnetzspannung eines Bordnetzzweigs in eine andere Bordnetzspannung eines anderen Bordnetzzweigs und/oder umgekehrt umzuwandeln.
- Insbesondere gibt es Drei- oder Mehrspannungsbordnetze, in denen drei oder mehr Bordnetzspannungen für verschiedene elektrische Komponenten des Bordnetzes mit unterschiedlich hohen Betriebsspannungen vorgesehen sind.
- Eine Offenlegungsschrift
US 2011/0 222 315 A1 - Eine Offenlegungsschrift
DE 10 2009 028 973 A1 beschreibt eine DC/DC-Wandlerschaltung mit mindestens zwei DC/DC-Wandlern und einem Tiefpass, wobei die DC/DC-Wandler jeweils eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite aufweisen und auf ihrer Ausgangsseite miteinander in Reihe geschaltet sind. Der Tiefpass ist den DC/DC-Wandlern nachgeschaltet und dient zum Glätten einer von den DC/DC-Wandlern an ihrer Ausgangsseite erzeugten Ausgangsspannung. - Eine Offenlegungsschrift
US 2004/0 037 092 A1 - Eine Offenlegungsschrift
DE 10 2013 201 637 A1 beschreibt eine Energieübertragungsanordnung mit einer elektromagnetischen Wandlereinheit, die eingangsseitig mit einer Wechselspannungsquelle koppelbar ist, einer ersten Gleichspannungsschaltung, die eingangsseitig mit der elektromagnetischen Wandlereinheit gekoppelt ist und ausgangsseitig mit einer ersten elektrischen Gleichspannungssenke koppelbar ist. Die Gleichspannungsschaltung ist dazu ausgebildet, ausgangsseitig eine erste Gleichspannung bereitzustellen. Die Energieübertragungsanordnung umfasst ferner eine zweite Gleichspannungsschaltung, die eingangsseitig mit der elektromagnetischen Wandlereinheit gekoppelt ist und ausgangsseitig mit einer zweiten elektrischen Gleichspannungssenke koppelbar ist. Die zweite Gleichspannungsschaltung ist dazu ausgebildet, ausgangsseitig eine zweite Gleichspannung bereitzustellen, wobei eine der Gleichspannungsschaltungen zum Einstellen ihrer ausgangsseitigen Gleichspannung einen Gleichspannungswandler aufweist. - Zur Umwandlung dieser drei bzw. mehr Bordnetzspannungen bedarf es somit ein Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler, der in der Lage ist, die drei bzw. mehr Bordnetzspannungen unterschiedliche Spannungsniveaus sicher in jeweils andere Bordnetzspannungen umzuwandeln.
- Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Möglichkeit zur sicheren und kostengünstigen Umwandlung der unterschiedlichen Bordnetzspannungen eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
- Beschreibung der Erfindung:
- Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler zur Umwandlung einer ersten Bordnetzspannung in einer zweiten Bordnetzspannung und einer dritten Bordnetzspannung umzuwandeln.
- Der Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler umfasst einen ersten Stromanschluss und einen zweiten Stromanschluss zum Anschließen des Fahrzeugbordnetzes an der ersten Bordnetzspannung sowie zwei Primärwicklungsschaltungen, die zwischen dem ersten und dem zweiten Stromanschluss zueinander parallel angeschlossen sind.
- Der Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler umfasst ferner einen dritten Stromanschluss und einen vierten Stromanschluss zum Bereitstellen der zweiten Bordnetzspannung sowie zwei Sekundärwicklungsschaltungen, die zwischen dem dritten und dem vierten Stromanschluss zueinander seriell angeschlossen sind.
- Der Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler umfasst ferner einen fünften Stromanschluss zwischen den zwei Sekundärwicklungsschaltungen zum Bereitstellen der dritten Bordnetzspannung zwischen dem fünften und dem vierten Stromanschluss.
- Dabei sind jeweils eine der zwei Primärwicklungsschaltungen und jeweils eine der zwei Sekundärwicklungsschaltungen paarweise miteinander elektromagnetisch gekoppelt.
- Mit dem oben beschriebenen Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler ist ein Spannungswandler für ein Drei- bzw. Mehrspannungsbordnetz mit drei oder mehr voneinander galvanisch getrennten Bordnetzzweigen geschaffen, der einstufige Umwandlung von der ersten in die zweite und die dritte Bordnetzspannung ermöglicht. Die einstufige Spannungsumwandlung weist im Vergleich zu einer mehrstufigen Spannungsumwandlung einen geringeren Aufwand an Bauteilen, eine geringere Komplexität der Schaltung und somit geringe Kosten auf.
- Durch die Parallelschaltung der beiden Primärwicklungsschaltungen und die Reihenschaltung der beiden Sekundärwicklungsschaltungen kann ein hohes Transformator-Übersetzungsverhältnis erzielt werden, wodurch die erforderliche Spannungsfestigkeit der verwendeten elektrischen bzw. elektronischen Bauelementen (unter der Berücksichtigung der möglichen Abschaltüberspannungen) gesenkt werden kann. Dies hat wiederum den Vorteil, dass vergleichsweise günstige elektrische bzw. elektronische Bauelemente bei dem Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler eingesetzt werden können. Zudem können Zeit-Spannungsflächen bei induktiven Bauelementen, wie z.B. nachfolgend zu beschreibenden Primär- und Sekundärwicklungen reduziert werden. Dies reduziert wiederum Kosten bei dem Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler.
- Vorzugsweise umfassen die zwei Primärwicklungsschaltungen jeweils eine Vollbrückenschaltung und jeweils eine Primärwicklung. Dabei umfassen die Vollbrückenschaltungen jeweils zwei Halbbrücken, wobei die Primärwicklungen der jeweiligen Primärwicklungsschaltungen zwischen den zwei Halbbrücken der entsprechenden Vollbrückenschaltungen elektrisch angeschlossen sind.
- Die zwei Sekundärwicklungsschaltungen umfassen jeweils eine Sekundärwicklung und jeweils einen der jeweiligen Sekundärwicklungen nachgeschalteten Gleichrichter, wobei die Sekundärwicklungen mit den jeweiligen Primärwicklungen der korrespondierenden Primärwicklungsschaltungen elektromagnetisch gekoppelt sind.
- Der Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler umfasst ferner eine gemeinsame Glättungsdrossel, die zwischen den zwei Sekundärwicklungsschaltungen elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, Wechselspannungsanteile in der zweiten und der dritten Bordnetzspannung zu reduzieren.
- Durch die gemeinsame Nutzung der Glättungsdrossel und dem versetzten Ansteuern der beiden Primärwicklungsschaltungen kann die Glättungsdrossel kleiner dimensioniert werden.
- Der Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler umfasst ferner einen steuerbaren Schalter, der zwischen der Glättungsdrossel und dem fünften Stromanschluss elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, in einem offenen Schaltzustand den fünften Stromanschluss von dem dritten Stromanschluss elektrisch zu trennen.
- Vorzugsweise liegt die zweite Bordnetzspannung bei über 40 Volt, insbesondere bei 48 Volt.
- Vorzugsweise liegt die dritte Bordnetzspannung bei unter 40 Volt, insbesondere bei 12 Volt.
- Die zwei Primärwicklungsschaltungen sind vorzugsweise zueinander schaltungstechnisch identisch ausgebildet.
- Vorzugsweise sind die zwei Sekundärwicklungsschaltungen ebenfalls zueinander schaltungstechnisch identisch ausgebildet.
- Der Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler umfasst ferner eine Steuereinheit zur Steuerung der zwei Primärwicklungsschaltungen, die ferner eingerichtet ist, die zwei Primärwicklungsschaltungen bzw. die Vollbrückenschaltungen der zwei Primärwicklungsschaltungen voneinander um 90 Grad versetzt anzusteuern. Dabei bedeutet das „versetzte Ansteuern“, dass pulsweitenmodulierte Steuersignale zur Steuerung der Halbleiterschalter der Vollbrückenschaltungen der zwei Primärwicklungsschaltungen bezogen auf die Signalperiode um 90° voneinander versetzt sind.
- Die Steuereinheit ist vorzugsweise ferner eingerichtet, zum Bereitstellen der dritten Bordnetzspannung die Vollbrückenschaltung eine der zwei Primärwicklungsschaltungen auszuschalten und die Vollbrückenschaltung einer anderen der zwei Primärwicklungsschaltungen in einem Halbbrückenbetriebmodus zu betreiben. Dabei ist ein Halbbrückenbetriebmodus ein Betriebsmodus, bei dem ein Schalter einer der beiden Halbbrücken der Vollbrückenschaltung durchgehend ausgeschaltet und der andere Schalter derselben Halbbrücke durchgehend eingeschaltet.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeugbordnetz, insbesondere für ein Hybridelektro-/Elektrofahrzeug, bereitgestellt, das einen ersten Bordnetzzweig mit einer ersten Bordnetzspannung, einen zweiten Bordnetzzweig mit einer zweiten Bordnetzspannung sowie einen dritten Bordnetzzweig mit einer dritten Bordnetzspannung umfasst.
- Das Fahrzeugbordnetz umfasst ferner einen zuvor beschriebenen Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler, der über den ersten und den zweiten Stromanschluss mit dem ersten Bordnetzzweig, über den dritten und den vierten Stromanschluss mit dem zweiten Bordnetzzweig, sowie über den fünften und den vierten Stromanschluss mit dem dritten Bordnetzzweig elektrisch verbunden ist und eingerichtet ist, die erste Bordnetzspannung des ersten Bordnetzzweigs in die zweite Bordnetzspannung des zweiten Bordnetzzweigs und in die dritte Bordnetzspannung des dritten Bordnetzzweigs umzuwandeln.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen des oben beschriebenen Fahrzeugbordnetz-Spannungswandlers sind, soweit im Möglichen auf das oben genannte Fahrzeugbordnetz übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen des Fahrzeugbordnetzes anzusehen.
- Beschreibung der Zeichnung:
- Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung bezugnehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur in einer schematischen Schaltungstopologie ein Fahrzeugbordnetz mit einem Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
- Das Fahrzeugbordnetz
BN , beispielsweise eines Hybridelektrofahrzeugs, umfasst einen ersten BordnetzzweigBZ1 mit einer ersten BordnetzspannungU1 , einen zweiten BordnetzzweigBZ2 mit einer zweiten BordnetzspannungU2 sowie einen dritten BordnetzzweigBZ3 mit einer dritten BordnetzspannungU3 . - Dabei betragen die erste Bordnetzspannung
U1 bspw. 450 Volt, die zweite BordnetzspannungU2 bspw. 48 Volt und die dritte BordnetzspannungU3 bspw. 12 Volt. - Das Bordnetz
BN umfasst ferner einen SpannungswandlerSW , der über einen ersten und einen zweiten StromanschlussA1 ,A2 mit dem ersten BordnetzzweigBZ1 , über einen dritten und einen vierten StromanschlussA3 ,A4 mit dem zweiten BordnetzzweigBZ2 sowie über einen fünften und den vierten StromanschlussA5 ,A4 mit dem dritten BordnetzzweigBZ3 elektrisch verbunden ist. - Der Spannungswandler
SW ist eingerichtet, die erste BordnetzspannungU1 in die zweite und die dritte BordnetzspannungU2 ,U3 umzuwandeln. - Der Spannungswandler
SW umfasst auf dessen mit dem ersten BordnetzzweigBZ1 elektrisch verbundenen PrimärseitePS eine erste und eine zweite PrimärwicklungsschaltungWP1 ,WP2 , welche zwischen dem ersten und dem zweiten StromanschlussA1 ,A2 zueinander parallel elektrisch geschalten sind. - Die beiden Primärwicklungsschaltungen
WP1 ,WP2 sind zueinander im Wesentlichen analog ausgebildet und umfassen jeweils eine VollbrückenschaltungVB1 ,VB2 . Jede der beiden VollbrückenschaltungenVB1 ,VB2 umfasst wiederum jeweils zwei zueinander identischen HalbbrückenHB1 ,HB2 ;HB3 ,HB4 , jeweils eine PrimärwicklungLP1 ;LP2 sowie jeweils einen KondensatorKD1 ;KD2 . Dabei sind die PrimärwicklungLP1 ,LP2 und der KondensatorKD1 ,KD2 der jeweiligen VollbrückenschaltungenVB1 ,VB2 zwischen den jeweiligen beiden HalbbrückenHB1 ,HB2 bzw.HB3 ,HB4 seriell angeschlossen. Die HalbbrückenHB1 ,HB2 ,HB3 ,HB4 umfassen jeweils einen positivspannungsseitigenHS11 ,HS21 ,HS31 ,HS41 und einen negativspannungsseitigenHS12 ,HS22 ,HS32 ,HS42 Halbleiterschalter, welche in Reihe geschaltet sind. Die KondensatorenKD1 ,KD2 dienen dazu, die Gleichspannungsanteile in Strömen zu reduzieren, welche durch die jeweiligen VollbrückenschaltungenVB1 ,VB2 fließen. - Der Spannungswandler
SW umfasst ferner eine SteuereinheitSE , welche signalausgangsseitig mit den Steueranschlüssen der positivspannungsseitigenHS11 ,HS21 ,HS31 ,HS41 und einen negativspannungsseitigenHS12 ,HS22 ,HS32 ,HS42 Halbleiterschalter elektrisch verbunden ist und eingerichtet ist, zur Umwandlung der ersten BordnetzspannungU1 in die zweite bzw. die dritte BordnetzspannungU2 ,U3 die HalbbrückenHB1 ,HB2 ,HB3 ,HB4 bzw. die HalbleiterschalterHS11 ,HS21 ,HS31 ,HS41 ;HS12 ,HS22 ,HS32 ,HS42 in einer nachfolgend zu beschreibenden Weise anzusteuern. - Auf einer mit dem zweiten und dem dritten Bordnetzzweig
BZ2 ,BZ3 elektrisch verbundenen, von der PrimärseitePS galvanisch getrennten SekundärseiteSS umfasst der SpannungswandlerSW analog eine erste und eine zweite SekundärwicklungsschaltungWS1 ,WS2 , welche zwischen dem dritten und dem vierten StromanschlussA3 ,A4 zueinander seriell angeschlossen sind. - Die zwei Sekundärwicklungsschaltungen
WS1 ,WS2 umfassen jeweils eine SekundärwicklungLS1 ,LS2 und jeweils einen der jeweiligen SekundärwicklungenLS1 ,LS2 nachgeschalteten GleichrichterGR1 ,GR2 . Dabei sind die SekundärwicklungenLS1 ,LS2 der ersten und der zweiten SekundärwicklungsschaltungenWS1 ,WS2 mit den jeweiligen PrimärwicklungenLP1 ,LP2 der ersten bzw. der zweiten PrimärwicklungsschaltungenWP1 ,WP2 paarweise elektromagnetisch gekoppelt. - Die Gleichrichter
GR1 ,GR2 umfassen jeweils zwei DiodenD11 ,D12 ;D21 ,D22 , welche mit ihren Kollektoranschlüssen der jeweiligen korrespondierenden SekundärwicklungLS1 ,LS2 weisen. Alternativ können die beiden GleichrichterGR1 ,GR2 anstelle der DiodenD11 ,D12 ;D21 ,D22 Halbleiterschalter, wie z. B. Metall Oxid Halbleiter Feldeffekttransistoren (MOSFET), aufweisen, welche dann zur Spannungsumwandlung von der Steuereinheit SE in einer dem Fachmann bekannten Weise synchron zu den HalbleiterschalternHS11 ,HS21 ,HS31 ,HS41 ;HS12 ,HS22 ,HS32 ,HS42 der HalbbrückenHB1 ,HB2 ,HB3 ,HB4 der beiden PrimärwicklungsschaltungenWP1 ,WP2 angesteuert werden. Sind die beiden GleichrichterGR1 ,GR2 mit Halbleiterschaltern ausgestattet, so kann der Spannungswandler SW auch bidirektional betrieben werden und die erste BordnetzspannungU1 in die zweite und die dritte BordnetzspannungenU2 ,U3 bzw. die zweite und die dritte BordnetzspannungenU2 ,U3 in die erste BordnetzspannungU1 umwandeln. - Der Spannungswandler
SW umfasst ferner eine GlättungsdrosselLG , die zwischen den beiden SekundärwicklungsschaltungenWS1 ,WS2 elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, Wechselspannungsanteile in der zweiten und der dritten aus der ersten BordnetzspannungU1 umgewandelten BordnetzspannungU2 ,U3 zu reduzieren. - Der Spannungswandler
SW umfasst ferner einen Strompfad SP zwischen der GlättungsdrosselLG und dem fünften AnschlussA5 sowie einen steuerbaren HalbleiterschalterST in dem Strompfad SP. Der HalbleiterschalterST ist eingerichtet, in einem offenen Schaltzustand den fünften AnschlussA5 von dem dritten AnschlussA3 elektrisch zu trennen. In einem geschlossenen Schaltzustand verbindet der HalbleiterschalterST die zweite SekundärwicklungsschaltungWS2 mit dem dritten BordnetzzweigBZ3 elektrisch. In diesem Fall wird der erste GleichrichterGR1 inaktiv und dient mit den beiden DiodenD11 undD12 als ein Sperrelement zwischen dem zweiten und dem dritten BordnetzzweigBZ2 ,BZ3 . - Der Spannungswandler
SW umfasst ferner eine SteuereinheitSE zum Steuern des Halbleiterschalters ST. - Der Spannungswandler
SW umfasst zudem einen weiteren KondensatorC1 zwischen dem ersten und dem zweiten AnschlussA1 ,A2 , einen weiteren KondensatorC2 zwischen dem dritten und dem vierten AnschlussA3 ,A4 , sowie einen weiteren KondensatorC3 zwischen dem fünften und vierten AnschlussA5 ,A4 . Diese KondensatorenC1 ,C2 ,C3 dienen zur Reduzierung von Spannungsschwankungen in der ersten, der zweiten bzw. der dritten BordnetzspannungU1 ,U2 ,U3 . - Nachdem die Schaltungstopologie des Fahrzeugbordnetzes
BN anhand der Figur detailliert beschrieben wurde, wird nachfolgend dessen Funktionsweise näher beschrieben. - Zum Generieren der zweiten Bordnetzspannung
U2 von 48 Volt aus der ersten BordnetzspannungU1 von 450 Volt steuert die SteuereinheitSE die HalbleiterschalterHS11 ,HS21 ,HS31 ,HS41 ,HS12 ,HS22 ,HS32 ,HS42 der HalbbrückenHB1 ,HB2 ,HB3 ,HB4 mittels pulsweitenmodulierten Steuersignalen voneinander zeitlich versetzt derart, dass die beiden VollbrückenschaltungenVB1 ,VB2 pro Signalperiode der Steuersignalen voneinander um 90° versetzt an der ersten BordnetzspannungU1 angeschlossen werden. Die HalbleiterschalterHS11 ,HS21 ,HS31 ,HS41 ,HS12 ,HS22 ,HS32 ,HS42 werden dabei derart angesteuert, dass die beiden VollbrückenschaltungenVB1 ,VB2 pro Periode einmal positiv und einmal negativ an der ersten BordnetzspannungU1 angeschlossen werden. - Durch die elektromagnetischen Kopplungen und die entsprechende Einstellung der Tastgrade der Steuersignale entstehen an den beiden Sekundärwicklungsschaltungen
WS1 ,WS2 jeweils eine Ausgangsspannung von 24 Volt entstehen. Durch die Reihenschaltung der beide SekundärwicklungsschaltungenWS1 ,WS2 entsteht zwischen dem dritten und dem vierten StromanschlussA3 ,A4 eine gesamte Ausgangsspannung von 48 Volt, welche dann als die zweite BordnetzspannungU2 dem zweiten BordnetzzweigBZ2 bereitgestellt wird. - Zum Generieren der dritten Bordnetzspannung
U3 von 12 Volt aus der ersten BordnetzspannungU1 von 450 Volt schaltet die Steuereinheit SE die HalbleiterschalterHS11 ,HS12 ,HS21 ,HS22 der beiden HalbbrückenHB1 ,HB2 der ersten VollbrückenschaltungVB1 und somit die erste PrimärwicklungsschaltungenWP1 durchgehend aus. Weiterhin schaltet die Steuereinheit SE einen der beiden HalbleiterschalterHS41 einer der beiden HalbbrückenHB4 durchgehend ein und den anderen HalbleiterschalterHS41 derselben HalbbrückeHB4 durchgehend aus und treibt somit die zweite VollbrückenschaltungVB2 in einem Halbbrückenbetriebmodus. - Dadurch entsteht am Ausgang der zweiten Sekundärwicklungsschaltung
WS2 bei einem unveränderten Tastgrad eine Ausgangsspannung von 12 Volt, also der Hälfte einer in einem Vollbrückenbetriebmodus generierbaren Spannung von 24 Volt. - Durch das Ausschalten der ersten Primärwicklungsschaltungen
WP1 entsteht in der ersten SekundärwicklungsschaltungWS1 eine Ausgangsspannung von 0 Volt. - Die Steuereinheit SE schaltet ferner den Schalter ST ein und verbindet somit die zweite Sekundärwicklungsschaltung
WS2 mit dem fünften StromanschlussA5 . Dadurch entsteht zwischen dem fünften und dem vierten StromanschlussA4 ,A5 eine Ausgangsspannung von 12 Volt, welche dann als die dritte BordnetzspannungU3 dem dritten BordnetzzweigBZ3 bereitgestellt wird. - Durch die entsprechende Einstellung der Schaltfrequenz, des Tastgrades und der Schaltzeiten der positivspannungsseitigen und der negativspannungsseitigen Halbleiterschalter
HS11 ,HS12 ,HS21 ,HS22 ,HS31 ,HS32 ,HS41 undHS42 der beiden VollbrückenschaltungenVB1 ,VB2 können in einem Halbbrückenbetriebmodus auf der Primärseite PS ein Nullstrombetrieb (Zero-Current-Betrieb) erreicht und folglich auf der Sekundärseite SS so genannte Reverse-Recovery Verluste reduziert werden.
Claims (9)
- Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler (SW) zur Umwandlung einer ersten Bordnetzspannung (U1) in einer zweiten Bordnetzspannung (U2) und einer dritten Bordnetzspannung (U3), umfassend: - einen ersten Stromanschluss (A1) und einen zweiten Stromanschluss (A2) zum Anschließen an der ersten Bordnetzspannung (U1); - zwei Primärwicklungsschaltungen (WP1, WP2), die zwischen dem ersten (A1) und dem zweiten (A2) Stromanschluss zueinander parallel angeschlossen sind; - einen dritten Stromanschluss (A3) und einen vierten Stromanschluss (A4) zum Bereitstellen der zweiten Bordnetzspannung (U2); - zwei Sekundärwicklungsschaltungen (WS1, WS2), die zwischen dem dritten (A3) und dem vierten (A4) Stromanschluss zueinander seriell angeschlossen sind; - einen fünften Stromanschluss (A5) zwischen den zwei Sekundärwicklungsschaltungen (WS1, WS2) zum Bereitstellen der dritten Bordnetzspannung (U3) zwischen dem fünften (A5) und dem vierten (A4) Stromanschluss; - wobei jeweils eine der zwei Primärwicklungsschaltungen (WP1, WP2) und jeweils eine der zwei Sekundärwicklungsschaltungen (WS1, WS2) paarweise miteinander elektromagnetisch gekoppelt sind; - eine gemeinsame Glättungsdrossel (LG), die zwischen den zwei Sekundärwicklungsschaltungen (WS1, WS2) elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, Wechselspannungsanteile in der zweiten (U2) und der dritten (U3) Bordnetzspannung zu reduzieren, - einen steuerbaren Schalter (ST), der zwischen der Glättungsdrossel (LG) und dem fünften Stromanschluss (A5) elektrisch angeschlossen ist und eingerichtet ist, in einem offenen Schaltzustand den fünften Stromanschluss (A5) von dem dritten Stromanschluss (A3) elektrisch zu trennen.
- Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler (SW) nach
Anspruch 1 , wobei die zwei Primärwicklungsschaltungen (WP1, WP2) jeweils eine Vollbrückenschaltung (VB1; VB2) mit jeweils zwei Halbbrücken (HB1, HB2; HB3, HB4) und jeweils einer Primärwicklung (LP1; LP2) zwischen den zwei Halbbrücken (HB1, HB2; HB3, HB4) umfassen. - Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler (SW) nach
Anspruch 1 oder2 , wobei die zwei Sekundärwicklungsschaltungen (WS1, WS2) jeweils eine Sekundärwicklung (LS1; LS2) und jeweils einen der jeweiligen Sekundärwicklung (LS1; LS2) nachgeschalteten Gleichrichter (GR1; GR2) umfassen, wobei die Sekundärwicklungen (LS1, LS2) mit den jeweiligen Primärwicklungen (LP1; LP2) der korrespondierenden Primärwicklungsschaltungen (WP1; WP2) elektromagnetisch gekoppelt sind. - Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler (SW) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Bordnetzspannung (U2) bei über 40 Volt, insb. bei 48 Volt, liegt.
- Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler (SW) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die dritte Bordnetzspannung (U3) bei unter 40 Volt, insb. bei 12 Volt, liegt.
- Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler (SW) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zwei Primärwicklungsschaltungen (WP1, WP2) zueinander schaltungstechnisch identisch ausgebildet sind, und/oder die zwei Sekundärwicklungsschaltungen (WS1, WS2) zueinander schaltungstechnisch identisch ausgebildet sind.
- Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler (SW) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Steuereinheit (SE) zur Steuerung der zwei Primärwicklungsschaltungen (WP1, WP2), die eingerichtet ist, die zwei Primärwicklungsschaltungen (WP1, WP2) voneinander um 90° versetzt anzusteuern.
- Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler (SW) nach einem der
Ansprüche 2 bis7 , wobei die Steuereinheit (SE) ferner eingerichtet ist, zum Bereitstellen der dritten Bordnetzspannung (U3) die Vollbrückenschaltung (VB1) einer der zwei Primärwicklungsschaltungen (WP1) auszuschalten und die Vollbrückenschaltung (VB2) einer anderen der zwei Primärwicklungsschaltungen (WP2) in einem Halbbrückenbetriebmodus zu betreiben. - Fahrzeugbordnetz (BN), umfassend: - einen ersten Bordnetzzweig (BZ1) mit der ersten Bordnetzspannung (U1); - einen zweiten Bordnetzzweig (BZ2) mit der zweiten Bordnetzspannung (U2); - einen dritten Bordnetzzweig (BZ3) mit der dritten Bordnetzspannung (U3); - einen Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler (SW) nach einem der vorangehenden Ansprüche, der über den ersten (A1) und den zweiten (A2) Stromanschluss (A) mit dem ersten Bordnetzzweig (BZ1), über den dritten (A3) und den vierten (A4) Stromanschluss mit dem zweiten Bordnetzzweig (BZ2), sowie über den fünften (A5) und den vierten (A4) Stromanschluss mit dem dritten Bordnetzzweig (BZ3) elektrisch verbunden ist und eingerichtet ist, die erste Bordnetzspannung (U1) in die zweite Bordnetzspannung (U2) und die dritte Bordnetzspannung (U3) umzuwandeln.
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