DE102017121759A1

DE102017121759A1 - Serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung sowie Ansteuerverfahren

Info

Publication number: DE102017121759A1
Application number: DE102017121759.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Peter Dick
Original assignee: Technische Hochschule Koeln
Current assignee: Technische Hochschule Koeln
Priority date: 2017-09-20
Filing date: 2017-09-20
Publication date: 2019-03-21
Also published as: WO2019057245A1; EP3685502A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung für elektrochemische Energiespeicher mit einer Serienresonanzeinheit enthaltend eine Resonanzinduktivität und einer in Reihe zu derselben angeordneten Resonanzkapazität, wobei ein Übersetzungsverhältnis aus einem Quotienten zwischen einer Ausgangsspannung und einer Eingangsspannung der Serienresonanzeinheit gebildet ist, und mit mindestens einer der Serienresonanzeinheit zugeordneten Schalteinheit, wobei die Serienresonanzeinheit derart ansteuerbar ist, dass die Ausgangsspannung während eines ersten Zeitintervalls, das einer halben Resonanzperiodendauer oder einem Vielfachen der halben Resonanzperiodendauer der Resonanzelemente der Serienresonanzeinheit entspricht, abwechselnd auf einen positiven Spannungswert und auf einen negativen Spannungswert geschaltet wird und dass die Ausgangsspannung in einem zweiten Zeitintervall für eine Anzahl von halben Resonanzperiodendauern auf null geschaltet wird, so dass ein Spannungsübersetzungsverhältnis der Serienresonanzeinheit von größer EINS gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung für elektrochemische Energiespeicher mit einer Serienresonanzeinheit enthaltend eine Resonanzinduktivität und einer in Reihe zu derselben angeordneten Resonanzkapazität, wobei ein Übersetzungsverhältnis aus einem Quotienten zwischen einer Ausgangsspannung und einer Eingangsspannung der Serienresonanzeinheit gebildet ist, und mit mindestens einer der Serienresonanzeinheit zugeordneten Schalteinheit.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern einer Serienresonanzeinheit enthaltend eine Resonanzinduktivität und eine Resonanzkapazität, die in Reihe geschaltet sind, an deren Eingang eine Eingangsspannung und an deren Ausgang eine Ausgangsspannung anliegt.
Aus der DE 196 45 740 A1 ist eine serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung bekannt, die eine Eingangsschalteinheit mit steuerbaren Schaltbauteilen, eine Serienresonanzeinheit mit einer Resonanzinduktivität und einer Resonanzkapazität, eine Transformatoreinheit, eine Ausgangsschalteinheit mit steuerbaren Schaltbauteilen sowie eine Ansteuereinheit zur Ansteuerung der steuerbaren Schaltbauteile der Eingangsschalteinheit aufweist. Die Ansteuereinheit schaltet die schaltbaren Bauteile derart an, dass ausgangsseitig der Eingangsschalteinheit bzw. eingangsseitig der Serienresonanzeinheit positive oder negative Spannungspegel anliegen. Im Betrieb schwingt der Strom in der Serienresonanzeinheit mit einem sinusförmigen Signalverlauf bei der Resonanzfrequenz. Um schnell auf Lastveränderungen anzusprechen, verwendet die Ansteuereinheit bei einer niedrigen Ausgangsleistung Phasenmodulation zum Schalten der schaltbaren Schaltbauteile und bei einer hohen Ausgangsleistung Frequenzmodulation zur Steuerung der steuerbaren Schaltbauteile.
Weiterhin ist aus der DE 10 2012 212 291 A1 eine serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung bekannt, die für eine leistungsfähige Gleichstrom-Schnellladestationen eingesetzt wird. Die serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung weist eine Eingangsschalteinheit, eine Serienresonanzeinheit, eine Transformatoreinheit und eine Ausgangsschalteinheit auf. Ein Spannungsübersetzungsverhältnis zwischen dem Eingang und dem Ausgang wird allein durch das Übersetzungsverhältnis der Transformatoreinheit eingestellt und ist somit nicht zur Laufzeit aktiv regelbar/anpassbar.
Aus der US 7 843 708 B2 ist eine serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung bekannt, die eine Eingangsschalteinheit mit steuerbaren Schaltbauteilen, eine Serienresonanzeinheit mit einer Resonanzinduktivität und mit einer Resonanzkapazität, eine Transformatoreinheit, eine Ausgangsschalteinheit mit steuerbaren Schaltbauteilen sowie eine Ansteuereinheit zur Ansteuerung der Einschalteinheit aufweist. Die Ansteuereinheit ist derart ausgelegt, dass die Schaltverluste minimiert werden. Die Serienresonanzeinheit wird bei einer Resonanzfrequenz betrieben, wobei sich ein sinusförmiger Strom einstellt. Im stationären Betrieb der Serienresonanzeinheit ist das Spannungsübersetzungsverhältnis zwischen einer Eingangsspannung und einer Ausgangsspannung der Serienresonanzeinheit stets eins. Laständerungen am Ausgang der Leistungsumwandlungsvorrichtung werden über eine die Serienresonanzeinheit aufschwingende Spannung so lange selbststabilisierend ausgeglichen, bis sich der stationäre Zustand wieder eingestellt hat. Nachteilig hieran ist, dass das Spannungsverhältnis in der Serienresonanzeinheit bei eins liegt und daher im Wesentlichen nur über die Transformatoreinheit eine Veränderung des Spannungsverhältnisses zwischen Ausgang und Eingang der Leistungsumwandlungsvorrichtung gewährleistet ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Ansteuern einer Serienresonanzeinheit anzugeben, dass auf einfache Weise ein relativ weiter Spannungsstellbereich bereitgestellt und die zu übertragende Leistung gezielt geregelt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Serienresonanzeinheit derart ansteuerbar ist, dass die Ausgangsspannung während eines ersten Zeitintervalls, das einer halben Resonanzperiodendauer oder einem Vielfachen der halben Resonanzperiodendauer der Resonanzelemente der Serienresonanzeinheit entspricht, abwechselnd auf einen positiven Spannungswert und auf einen negativen Spannungswert geschaltet wird und dass die Ausgangsspannung in einem zweiten Zeitintervall für eine Anzahl von halben Resonanzperiodendauern auf null geschaltet wird, so dass ein Spannungsübersetzungsverhältnis der Serienresonanzeinheit von größer EINS gebildet ist.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine Serienresonanzeinheit durch entsprechende Ansteuerung zur Einstellung eines Spannungsstellbereiches genutzt werden kann, bei dem eine Ausgangsspannung der Serienresonanzeinheit in einem weiten Bereich größer ist als eine Eingangsspannung derselben. Nach der Erfindung entsteht ein neues Modulationsmuster, dessen Makroperiodendauer ein Vielfaches der halben Resonanzperiodendauer der Serienresonanzeinheit entspricht. Die Ausgangsspannung der Serienresonanzeinheit weist nicht nur positive und negative Spannungspegel, sondern auch den Nullspannungspegel auf.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden Schaltbauteile einer Ausgangsschalteinheit derart angesteuert, dass die Ausgangsspannung der Serienresonanzschalteinheit nicht nur positive und negative Pegel annehmen kann, sondern auch einen Nullwert. Die positiven und negativen Spannungspegel liegen in einem ersten Zeitintervall vor, das einem Vielfachen der halben Resonanzperiodendauer entspricht. Die Nullwerte der Eingangsspannung bzw. Ausgangsspannung liegen in einem zweiten Zeitintervall vor, der einer vorgegebenen Anzahl der halben Resonanzperiodendauer entspricht. Das erste Zeitintervall und das zweite Zeitintervall liegen in einer Makroperiodendauer, wobei aus dem Verhältnis aus dem zweitem Zeitintervall zu dem ersten Zeitintervall ein Spannungsübersetzungsverhältnis der Serienresonanzeinheit abgeleitet werden kann. Nach der Erfindung entsteht somit eine Makroperiodendauer, die einem Vielfachen der halben Resonanzperiodendauer entspricht. Vorteilhaft kann die Serienresonanzeinheit somit zu einer Erhöhung einerseits oder zur Erhöhung und Verringerung eines Spannungsübersetzungsverhältnisses der Leistungsumwandlungsvorrichtung andererseits beitragen. Es kann somit ein schnelleres und effektiveres Laden von elektrischen Speichersystemen, beispielsweise von Elektrofahrzeugen, erfolgen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Hochsetz-Betrieb der Serienresonanzeinheit gewährleistet, wobei die Spannung ausgangsseitig erhöht werden kann im Vergleich zur Eingangsspannung. Vorteilhaft kann hierdurch die Serienresonanzeinheit nach Art eines Hochsetzstellers eingesetzt werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist einer Eingangsspannung der Serienresonanzeinheit eine Eingangsschalteinheit und/oder einer Ausgangsspannung der Serienresonanzeinheit eine Ausschalteinheit zugeordnet, so dass vorzugsweise durch Ausbildung jeweils derselben als Voll- bzw. Halbbrückenschaltung der Nullspannungspegel eingangsseitig- und/oder ausgangsseitig eingestellt werden kann.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Eingangsschalteinheit und/oder die Ausgangsschalteinheit derart ansteuerbar, dass der Resonanzstrom innerhalb der Makroperiodendauer zur Null gebracht werden kann, so dass die Serienresonanzeinheit eine Regelfunktion ausüben kann.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Serienresonanzeinheit eingangsseitig unmittelbar mit der Eingangsschalteinheit und ausgangsseitig über eine Transformatoreinheit mit der Ausgangsschalteinheit und/oder eingangsseitig mit der Transformatoreinheit und ausgangsseitig mit der Ausgangsschalteinheit verbunden. Gegebenenfalls kann die Induktivität der Serienresonanzeinheit ganz oder teilweise durch die Streuinduktivität der Transformatoreinheit gebildet sein. Die Reihenfolge der Induktivität der Serienresonanzeinheit, der Kapazität der Serienresonanzeinheit und der Transformatoreinheit kann in Leistungsrichtung beliebig sein. Der Gegenstand der Erfindung ist in allen Fällen gegeben, insbesondere bei bidirektionalem Betrieb mit wechselnder Richtung des Leistungsflusses ändert sich die Betrachtungsweise von Eingang und Ausgang, und damit auch die Reihenfolge von Transformatoreinheit, Kapazität und Induktivität der Serienresonanzeinheit. Vorteilhaft kann der Spannungsstellungsbereich erhöht werden, da das Windungsverhältnis der Transformatoreinheit und/oder die Art der Eingangsschalt- bzw. Ausgangsschalteinheit zusätzlich zur Spannungsübersetzung genutzt werden kann.
Zur Lösung der Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9 dadurch gekennzeichnet, dass die die Ausgangsspannung periodisch in einem ersten Zeitintervall, welches eine Anzahl einer halben Resonanzperiodendauer entspricht, abwechselnd auf einen positiven Spannungswert und auf einen negativen Spannungswert geschaltet wird, dass die Ausgangsspannung in einem zweiten Zeitintervall, welches eine Anzahl von halben Resonanzperiodendauern auf null geschaltet wird, so dass in einem stationären Zustand das Übersetzungsverhältnis zwischen der Ausgangsspannung und der Eingangsspannung von dem Verhältnis der Dauer des ersten Zeitintervalls zu dem zweiten Zeitintervall abhängt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die dynamische Einstellung eines Spannungsübersetzungsverhältnisses an einem Serienresonanzwandler. Vorteilhaft wird die Erhöhung einer Ausgangsspannung im Vergleich zu einer Eingangsspannung dieses Serienresonanzwandlers möglich. Nach der Erfindung kann durch ausgangsseitige Ansteuerung für eine bestimmte Anzahl von Resonanz-Halbperioden ein Freilauf bei einer Ausgangsspannung von 0 V erfolgen, so dass dem Serienresonanzkreis Energie entnommen oder eingeprägt wird. Vorteilhaft können in einem bestimmten Spannungsstellbereich beliebig große Spannungsübersetzungsverhältnisse eingestellt werden. Die Möglichkeit der dynamischen Einstellbarkeit erlaubt z.B. eine Leistungsregelung des Wandlers zu implementieren.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann der Resonanzstrom in Arbeitspunkten geringer Leistung auf Null abgesenkt werden (Diskontinuierlicher Modus). In den gleichen Arbeitspunkten erlaubt die Erfindung jedoch auch den regulären Betrieb, in dem ein Mindest-Resonanzstrom im Freilauf weiter schwingt (Kontinuierlicher Modus). Der Entwickler kann die spezifisch vorteilhaftere Variante wählen. In allen Fällen ist weiterhin die Regelbarkeit gegeben, um z.B. gezielt einen Batterielade- oder entladestrom einzustellen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen serienresonanten Leistungsumwandlungsvorrichtung mit einer Eingangsschalteinheit, mit einer Serienresonanzeinheit, mit einer Transformatoreinheit, mit einer Ausgangsschalteinheit und mit einer Ansteuereinheit,
2a ein Schaltbild der serienresonanten Leistungsumwandlungsvorrichtung mit einer in drei Spannungspegel schaltbaren Ausgangsschalteinheit für einen Hochsetz-Betrieb,
2b ein Spannungs- und Stromverlauf bei Ansteuerung der Ausgangsschalteinheit gemäß 2a,
3a ein Schaltbild der serienresonanten Leistungsumwandlungsvorrichtung mit einer in drei Spannungspegel schaltbaren Eingangsschalteinheit für einen Tiefsetz-Betrieb,
3b ein Spannungs- und Stromverlauf bei Ansteuerung der Eingangsschalteinheit gemäß 3a,
4a ein Schaltbild einer Eingangs- und/oder Ausgangsschaltung als eine Vollbrücke mit zwei Schaltzweigen,
4b ein Schaltbild einer Eingangsschalteinheit im Tiefsetzbetrieb oder einer Ausgangsschalteinheit in einem Hochsetzbetrieb als Halbbrückenschaltung, wobei ein Diodenzweig statt eines Schalterzweigs für einen unidirektionalen Leitungsfluss im Hochsetz-Betrieb vorgesehen werden kann,
4c ein Schaltbild für eine Eingangsschalteinheit im Hochsetz-Betrieb und einer Ausgangsschalteinheit für den Tiefsetz-Betrieb (Dioden statt MOSFET's möglich),
4d ein Schaltplan für eine Ausgangsschalteinheit im Hochsetz-Betrieb oder eine Eingangsschalteinheit für den Tiefsetz-Betrieb zum Anschluss an eine Transformatoreinheit mit Anzapfung und
4e ein Schaltbild der serienresonanten Leistungsumwandlungsvorrichtung für einen kombinierten Hochsetz- und Tiefsetz-Betrieb.

Eine erfindungsgemäße serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung wird vorzugsweise für elektrochemische Energiespeicher eingesetzt, um diese in einem Spannungsbereich von 250 V bis 920 V zu laden. Der Energiespeicher kann beispielsweise die Batterie eines Elektrofahrzeuges sein. Die Nennleistung ist höher als 50 kW. Alternativ könnten unter anderem Energiespeicher in Haushalten mit einer Nennleistung von 1kW und einem Spannungsbereich von 35V bis 55V betrieben werden.
Die serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung besteht im Wesentlichen aus einer Eingangsschalteinheit 1, einer ausgangsseitig mit derselben verbundenen Serienresonanzeinheit 2, einer ausgangsseitig zu der Serienresonanzeinheit 2 angeordneten Transformatoreinheit 3, einer ausgangsseitig mit der Transformatoreinheit 3 verbundenen Ausgangsschalteinheit 4 und einer Ansteuereinheit 5 zur Ansteuerung der Eingangsschalteinheit 1 und/oder der Ausgangsschalteinheit 4. Alternativ kann die Transformatoreinheit 3 auch mit dem Ausgang der Eingangsschalteinheit 1 und die Ausgangsschalteinheit 4 mit dem Ausgang der Serienresonanzeinheit 2 verbunden sein, oder die Serienresonanzeinheit 2 kann vor und nach dem Transformator 3 verteilt aufgebaut sein, oder die Resonanzinduktivität L ist (teilweise) durch die Streuinduktivität der Transformatoreinheit realisiert, dabei sind die Schaltungen in der Regel bidirektional.
Die Eingangsschalteinheit 1 und die Ausgangsschalteinheit 4 können als Vollbrücken- oder Halbrückenschaltung ausgebildet sein. Eingangsseitig ist die Eingangsschalteinheit 1 mit einer Eingangs-Gleichspannung U_dc,in einer Gleichspannungsbatterie verbunden. Durch entsprechende Ansteuerung der Ansteuereinheit 5 wird die Eingangs-Gleichspannung U_dc,in in eine rechteckige Wechselspannung U₁ umgewandelt.
Die Serienresonanzeinheit 2 weist einen Serienresonanzkreis auf mit Resonanzelementen, nämlich einer Resonanzinduktivität L und einer Resonanzkapazität C. Die Resonanzinduktivität L ist als eine Resonanzspule oder ganz oder teilweise als Streuinduktivität der Transformatoreinheit und die Resonanzkapazität C als ein Resonanzkondensator ausgebildet.
Die Transformatoreinheit 3 ist in üblicher Weise mit zwei gekoppelten Spulen ausgebildet, wobei das Windungsverhältnis $r = N1/N 2$
das Spannungsübersetzungsverhältnis der Transformatoreinheit 3 zwischen einer der Serienresonanzeinheit 2 zugewandten Primärseite und einer der Ausschalteinheit 4 zugewandten Sekundärseite der Transformatoreinheit 3 wiedergibt. Auf der Primärseite der Transformatoreinheit 3 liegt die Ausgangsspannung U₂ der Serienresonanzeinheit 2 an.
Die Ausgangsschalteinheit 4 ist im Wesentlichen als Gleichrichter ausgebildet zur Wandlung der Ausgangsspannung U₂ der Serienresonanzeinheit 2 oder der Transformatoreinheit 3 in eine Ausgangs-Gleichspannung U_dc,out , die zum Beispiel an einer zu ladenden Batterie anliegt. Die Eingangsschalteinheit 1 ist im Wesentlichen als Wechselrichter ausgebildet, die eine Gleichspannung U_dc,in in eine Wechselspannung umwandelt, die an einem Eingang der Transformatoreinheit 3 oder der Serienresonanzeinheit 2 anliegt. Wie oben gilt, dass Eingangsseite und Ausgangsseite der Leistungsumwandlungsvorrichtung in Richtung des Leistungsflusses betrachtet werden. Betrachtet man eine in den 4a bis 4e dargestellte Topologie, sind die Eingangs-/Ausgangsschalteinheiten 1, 4 in Abhängigkeit des Leistungsflusses Gleichrichter oder Wechselrichter.
In Abhängigkeit von einer Betriebsart der serienresonanten Leistungsumwandlungsvorrichtung, nämlich Hochsetz-Betrieb und/oder Tiefsetz-Betrieb oder dem kombinierten Hoch-Tiefsetzbetrieb, können die Eingangsschalteinheit 1 und/oder die Ausgangsschalteinheit 4 steuerbare und/oder nicht steuerbare Schaltbauteile, vorzugsweise Transistoren (MOS-FET-Transistoren, IGBT's), aufweisen.
Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß den 2a und 2b weist die Transformatoreinheit 3 primärseitig eine Anzapfung, insbesondere eine Mittelpunktanzapfung, auf. Die Transformatoreinheit 3 ist primärseitig an der Eingangsschalteinheit 1 angeschlossen. Sekundärseitig ist die Transformatoreinheit 3 mit der Serienresonanzeinheit 2 verbunden. Ausgangsseitig der Serienresonanzeinheit ist die Ausgangsschalteinheit 4 angeordnet, die steuerbare Schaltbauteile aufweist, derart, dass sie mittels der Ansteuereinheit 5 drei Spannungspegel, nämlich -U_0,2 , +U_0,2 und Null einstellen kann, die am Eingang der Ausgangsschalteinheit 4 anliegt bzw. die Ausgangsspannung der Serienresonanzeinheit 2 bildet. Es gilt: $u_{1} \in {- U_{0,1}, U_{0,1}} mit U_{0,1} = \frac{1}{r} U_{dc,in}$
$u_{2} \in {- U_{0,2},0 V, U_{0,2}} mit U_{0,2} = \frac{1}{2} U_{dc, out}$
Die serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung befindet sich in einem Hochsetz-Betrieb, bei der die Ausgangsspannung U_0,2 der Serienresonanzeinheit 2 größer ist als die Eingangsspannung U_0,1 derselben. Ein Spannungsübersetzungsverhältnis M= U_0,2/U_0,1 der Serienresonanzeinheit 2 ist größer als Eins und berechnet sich als: $M = (I_{max} + m_{max}) {/m}_{max}$
wobei
m_max = Anzahl der halben Resonanzperiodendauer T_res, in denen abwechselnd positive und negative Spannungswerte der Ausgangsspannung U₂ vorliegen, in dem ersten Zeitintervall Δt₁, I_max= Anzahl der halben Resonanzperiodendauern T_res, in dem die Ausgangsspannung U₂ null ist.
Wie aus 2b zu ersehen ist, sind die Schalter T der Eingangsschalteinheit 2 durch die Ansteuereinheit 5 derart angesteuert, dass sich eine periodische Rechteckspannung U₁ mit einer Periode T_res identisch zur Eigenresonanz von L und C einstellt. Der bidirektionale Schalter T_bi und der Transistorzweig der Ausgangsschalteinheit 4 werden durch die Ansteuereinheit 5 derart angesteuert, dass die Ausgangsspannung U₂ der Serienresonanzeinheit 2 in einem ersten Zeitintervall Δt₁ abwechselnd den positiven Spannungswert U_0,2 und -U_0,2 annimmt und in einem zweiten Zeitintervall Δt₂ den Spannungswert Null einnimmt. Die Länge des ersten Zeitintervalls Δt₁ beträgt im Beispiel mit m_max = 2 - 2 x der halben Resonanzperiodendauer. Die Dauer des zweiten Zeitintervalls Δt₂ entspricht z.B. mit I_max= 3 - 3 x der halben Resonanzperiodendauer.
Während des zweiten Zeitintervalls Δt₂ erfolgt ein Freilauf, wobei ein Aufschwingen des Stromes i(t) in der Serienresonanzeinheit 2 bzw. der Kondensatorspannung U_c(t) erfolgt. Während in dem ersten Zeitintervall Δt₁ die in der Serienresonanzeinheit 2 gespeicherte Energie abnimmt (vgl. Vorzeichen U_LC(t) und i(t)), nimmt die Energie im zweiten Zeitintervall Δt₂ gleichermaßen zu (vgl. Vorzeichen), resultierend in einem eingeschwungenen Zustand für die Makroperiode T.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt l_max= 3 und m_max = 2, so dass sich folgendes Spannungsverhältnis M ergibt: $M = (2 + 3) / 2 = 2,5$
Die Regelung der Spannung bzw. die übergeordnete Regelung z.B.: der Leistung erfolgt durch dynamische Anpassung der Parameter l_max und m_max zur Laufzeit.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß den 3a und 3b kann die Leistungsumwandlungsvorrichtung auch in einem Tiefsetz-Betrieb betrieben werden, wobei die Eingangsschalteinheit 1 ausgangsseitig mit der Serienresonanzeinheit 2 verbunden ist. Ausgangsseitig der Serienresonanzeinheit 2 ist diese mit der Transformatoreinheit 3 verbunden. Der Transformator 3 ist sekundärseitig mit einer Mittelpunktanzapfung versehen und an der Ausgangsschalteinheit 4 angeschlossen. Die Eingangsschalteinheit 1 weist einen Kondensatorzweig, einen zu demselben parallelen Schalterzweig sowie einen bidirektionalen Schalter T_bi auf, der mit dem Eingang U₁ der Serienresonanzeinheit 2 verbunden ist. Die Ausgangsschalteinheit 4 weist zwei Schalter T1, T2 auf, die jeweils mit einer Massenanschlussklemme der Ausgangsschalteinheit 4 einerseits und mit unterschiedlichen Endklemmen der Transformatoreinheit 3 andererseits verbunden sind. Eine Mittelpunktanzapfung der Transformatoreinheit 3 ist mit der positiven Ausgangsklemme der Ausgangsschalteinheit 4 verbunden.
Die Ausgangsschalteinheit 4 wird derart angesteuert, dass dem Ausgang U₂ der Serienresonanzeinheit 2 eine Rechteckspannung mit abwechselnd positiven Spannungspegel U_0,2 und negativen Spannungspegel -U_0,2 anliegt, wobei die Periodendauer T_res beträgt. Die Eingangsschalteinheit 1 wird derart angesteuert, dass in einem ersten Zeitintervall Δt₁ die Eingangsspannung U₁ der Serienresonanzeinheit 2 mit einer Rechteckspannung angesteuert wird, wobei diese abwechselnd positive Spannungspegel U_0,1 und negative Spannungspegel -U_0,1 aufweist. In einem zweiten Zeitintervall Δt₂ wird die Eingangsschalteinheit 1 derart angesteuert, dass die Eingangsspannung U_0,1 Null ist. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung befindet sich in einem Tiefsetz-Betrieb, wobei das Spannungsübersetzungsverhältnis M zwischen der Ausgangsspannung U_0.2 und der Eingangsspannung U_0.1 der Serienresonanzeinheit 2 lautet: $M = n_{max} / (n_{max} + k_{max}),$
wobei n_max : Anzahl der halben Resonanzperiodendauer T_res , in dem abwechselnd positiven und negativen Spannungswerte der Eingangsspannung U₁ vorliegen, in einem ersten Zeitintervall Δt₁ ,
k_max : Anzahl der halben Resonanzperiodendauern T_res , in denen die Eingangsspannung U₁ den Spannungswert Null aufweist, in einem zweiten Zeitintervall Δt₂ .
Wie aus der 3b ersichtlich ist, beträgt n_max = 3 und k_max = 2, so dass die Spannungsübersetzung M beträgt: $M = 3 / (3 + 2) = 0,6$
Die Regelung der Spannung bzw. die übergeordnete Regelung z.B.: der Leistung erfolgt durch dynamische Anpassung der Parameter n_max und k_max zur Laufzeit.
Während im ersten Zeitintervall Δt₁ der Serienresonanzeinheit 2 Energie hinzugefügt wird, wird während des zweiten Zeitintervalls Δt₂ derselben Energie abgeführt. Im ersten Zeitintervall Δt₁ schwingen die Amplituden der Kondensatorspannung U_C , Spulenspannung U_L bzw. des Stromes i(t) auf, während des zweiten Zeitintervalls Δt₂ abschwingen. Die Spannung ΔU_nklm = U_0,1 - U_0,2 gibt mit ihrem Vorzeichen an, ob deren Resonanzkreis Energie hinzugefügt wird (U_0,1 - U_0,2 = positiv) oder abgeführt wird (ΔU_nklm = -U₀₂). Die über die Serienresonanzeinheit 2 anliegende Spannung U_LC lässt sich definieren als: $\begin{array}{l} : & u_{L C} = Δ U_{n i k l m} \cdot {(- 1)}^{1 + n + k + l + m}, \\ wobei & \begin{matrix} n_{m a x} = k_{m a x} = 0 @Hochsetz - Betrieb (Boost), \\ l_{m a x} = m_{m a x} = 0 @Tiefsetz - Betrieb (Buck) \end{matrix} \end{array}$
In 4a ist eine Vollbrückenschaltung dargestellt mit zwei Schaltzweigen, die parallel zueinander verlaufen. Hiermit lassen sich insbesondere als Ausgangsschalteinheit 4 für den Hochsetz-Betrieb die drei Spannungspegel -U_0,1 , 0 V und +U_0,1 einstellen. Dasselbe gilt natürlich auch für die Ausschalteinheit 1 im Tiefsetz-Betrieb. In 4b ist nochmals auf der linken Seite die Ausschalteinheit 4 im Hochsetz-Betrieb gemäß 2a dargestellt mit einem Kondensatorzweig, einem parallelen Schalterzweig und einem bidirektionalen Schalter T_bi , der an den Ausgangsklemmen U₂ der Serienresonanzeinheit 2 angeschlossen ist. Diese Halbbrückenschaltung ermöglicht den Freilauf der Ausschalteinheit 4 mit 0 V. Alternativ kann die Ausschalteinheit 4 auch statt des Schalterzweiges einen Diodenzweig aufweisen, siehe rechte Seite von 4b, wenn nur ein unidirektionaler Leitungsfluss im Hochsetz-Betrieb gewünscht ist.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß der 4c kann die Eingangsschalteinheit 1 oder die Ausgangsschalteinheit 4 zur Bereitstellung von lediglich zwei Spannungspegeln am Eingang der Serienresonanzeinheit 2 oder am Ausgang der Serienresonanzeinheit 2 eine Halbbrückenschaltung gemäß 4c aufweisen. Diese weist einen Schalterzweig sowie einen Kondensatorzweig auf.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Schaltung gemäß 4d kann der bidirektionale Schalter T_bi an Endklemmen der Transformatoreinheit 3 angeschlossen sein. Eine erste Endklemme der Transformatoreinheit 3 ist an einem ersten Schalter T1 und eine zweite Endklemme der Transformatoreinheit 3 an einem zweiten Schalter T2 angeschlossen. Eine Anzapfklemme der Transformatoreinheit 3 ist an einem positiven Anschluss der Ausschalteinheit 4 oder der Einschalteinheit 1 angeschlossen. Vorteilhaft ist diese Schaltung für Hochstromanwendung bei kleiner Spannung vorgesehen. Vorteilhaft ist die Transformatoreinheit 3 einfacher zu bauen. Die Schalter T1, T2 können auf einer dem Transformator 3 abgewandt an einem Masseanschluss der Eingangs- oder Ausgangsschalteinheit, s. linke Seite in 4d oder an positiven Anschluss der Ausgangsspannung, s. rechte Seite von 4d, angeschlossen sein.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß 4e ist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung vorgesehen, die zum einen einen Hochsetz-Betrieb und zum anderen einen Tiefsetz-Betrieb ermöglicht. Die ausgangsseitige Spannung U₂ kann somit erhöht und gesenkt werden. Hierzu weist die Eingangsschalteinheit 1 eine Vollbrücke mit zwei parallelen Schaltzweigen und die Ausgangsschalteinheit 4 die in 4d, linke Seite dargestellte Schaltung auf. Mit dieser Schaltung kann insbesondere der unter Effizienzgesichtspunkten vorteilhafte Betrieb z.B. an einer Batterie erfolgen, die z.B. von 300V auf 400V aufgeladen wird, wobei das Trafo-Übersetzungsverhältnis regulär ohne die Gegenstände der Erfindung eine Spannung von 350V einstellen würde. Zugehörige Kurvenformen sind nicht im Detail abgebildet, für diesen kombinierten Hochsetz-Tiefsetz-Betrieb werden die vier Parameter n_max ,k_max ,l_max ,m_max analog zu den 2b und 3b definiert, diese können unabhängig voneinander von der Ansteuereinheit 5 im allgemeinen frei gewählt werden. Durch die zur Laufzeit dynamische Veränderung der vier Parameter können Regelungsfunktionen erzielt werden.
Vorzugsweise werden die Parameter so eingestellt, dass n_max+k_max =l_max+m_max gilt. Unter dieser Voraussetzung werden vorzugsweise die Zeitspannen von eingangs und ausgangsseitigen Freilauf-Resonanzhalbperioden bei null Volt, also Δt_2,Eingang und Δt_2,Ausgang , zeitlich möglichst mittig zentriert eingestellt.
Die in den 4a bis 4e dargestellten Schaltungen können sowohl für die Eingangsschalteinheit 1 als auch für die Ausgangsschalteinheit 4 genutzt werden.
Im Hochsetz-Tiefsetz-Betrieb kann Hochsetz-Betrieb und der Tiefsetz-Betrieb wahlweise erfolgen, d.h. die Leistungsumwandlungsvorrichtung wird zeitlich versetzt im Hochsetz-Betrieb und Tiefsetz-Betrieb betrieben. Alternativ kann die Leistungsumwandlungsvorrichtung auch gleichzeitig im Hochsetz-Betrieb und Tiefsetz-Betrieb betrieben werden. Hierbei ist das Spannungs- Übersetzungsverhältnis M größer.
Die Resonanzperiodendauern T_res ergeben sich aus der Formel: $ω_res = 2 π /T_res = 1 / (sqrt (L * C))$
Vorzugsweise ist die Vorrichtung für Hochstromanwendungen bei kleiner Spannung an den Klemmen „out“ vorgesehen.
Wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung für kleine Ströme verwendet werden soll, soll sie vorzugsweise im diskontinuierlichen Modus (DCM) betrieben werden. Alternativ kann bei kleinen Strömen auch die Schaltung gemäß 4e verwendet werden, diese kann ebenso im kontinuierlichen Betriebsmodus (CCM) angesteuert werden. Ein Freilauf kann primär- und sekundärseitig erfolgen, wobei die Schaltverluste relativ klein sind.
Die Schaltbauteile der Eingangsschalteinheit 1 und der Ausgangsschalteinheit 4 sind vorzugsweise als MOSFETs-Schaltbauteile ausgebildet. Die Schaltverluste sind relativ gering. Vorzugsweise werden diese Schaltbauteile nach dem Zero-Voltage-Switching (ZVS)-Betrieb betrieben. Um beide Halbbrücken zu entlasten, werden die Methoden verglichen:

a. Betrieb bei Resonanzfrequenz und Nutzung der Transformator-Magnetisierungsinduktivität für den ZVS-Strom (Ausgangsschalteinheit als Synchrongleichrichter),
b. geringer zeitlicher Versatz der Pulsmuster beider Hallbrücken. Der Resonanzstrom liegt dann mit dem Nulldurchgang zwischen den Schaltflanken der Halbbrücken, so dass ZVS für beide Halbbrücken vorliegt.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19645740 A1 [0003]
DE 102012212291 A1 [0004]
US 7843708 B2 [0005]

Claims

Serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung für elektrochemische Energiespeicher mit einer Serienresonanzeinheit (2) enthaltend eine Resonanzinduktivität (L) und einer in Reihe zu derselben angeordneten Resonanzkapazität (C), wobei ein Übersetzungsverhältnis (M) aus einem Quotienten zwischen einer Ausgangsspannung (U_0,2) und einer Eingangsspannung (U_0,1) der Serienresonanzeinheit (2) gebildet ist, und mit mindestens einer der Serienresonanzeinheit (2) zugeordneten Schalteinheit (1, 4), dadurch gekennzeichnet, dass die Serienresonanzeinheit (2) derart ansteuerbar ist, - dass die Ausgangsspannung (U₂) während eines ersten Zeitintervalls (Δt₁), das einer halben Resonanzperiodendauer (T_res) oder einem Vielfachen der halben Resonanzperiodendauer der Resonanzelemente (L, C) der Serienresonanzeinheit (2) entspricht, abwechselnd auf einen positiven Spannungswert +U_0,2) und auf einen negativen Spannungswert (-U_0,2) geschaltet wird und - dass die Ausgangsspannung (U₂) in einem zweiten Zeitintervall (Δt₂) für eine Anzahl von halben Resonanzperiodendauern (T_res) auf null geschaltet wird, so dass ein Spannungsübersetzungsverhältnis (M) der Serienresonanzeinheit (2) von größer EINS gebildet ist.
Serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass eine Eingangsschalteinheit (1) mit steuerbaren und/oder nicht steuerbaren Schaltbauteilen (T₁, T₂, T₃, T_n) zur Wandlung einer Eingangs-Gleichspannung (U_dc,in) in eine Wechselspannung (U₁) vorgesehen ist, wobei die Wechselspannung (U₁) am Eingang der Serienresonanzeinheit (2) oder am Eingang einer Transformatoreinheit (3) anliegt, - dass eine mit einem Eingang (U₁) oder mit einem Ausgang (U₂) der Serienresonanzeinheit (2) verbundenen Transformatoreinheit (3) enthaltend eine Primärseite und eine Sekundärseite zum Transformieren der am Ausgang der Serienresonanzeinheit (2) anliegenden Ausgangsspannung (U₂) oder der am Ausgang der Eingangsschalteinheit (1) anliegenden Spannung in eine Sekundärspannung in einer Höhe entsprechend einem Windungsverhältnis der Transformatoreinheit (3) vorgesehen ist, - dass eine Ausgangsschalteinheit (4) mit nicht steuerbaren und/oder steuerbaren Schaltbauteilen zur Wandlung der Sekundärspannung der Transformatoreinheit (3) in eine Ausgangs-Gleichspannung (U_dc,out) oder am Ausgang (U₂) der Serienresonanzeinheit (2) vorgesehen ist, - dass eine Ansteuereinheit (5) zur Ansteuerung der Schaltbauteile der Eingangsschalteinheit (1) und/oder der Ausgangsschalteinheit (4) vorgesehen ist.
Serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Hochsetz-Betrieb das Spannungsübersetzungsverhältnis (M) der Serienresonanzeinheit (2) als Quotient aus Ausgangsspannung (U_0,2) und Eingangsspannung (U_0,1) bestimmbar ist durch $M = (I_{max} + m_{max}) {/m}_{max},$
wobei m_max: Anzahl der halben Resonanzperiodendauer (T_res), in der die Ausgangsspannung (U₂) abwechselnd positive und negative Spannungswerte einnimmt in dem ersten Zeitintervall (Δt₁) und l_max: Anzahl der halben Resonanzspeicherperiodendauer (T_res), in dem jeweils die Ausgangsspannung (U₂) null ist in dem zweiten Zeitintervall (Δt₂).
Serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Tiefsetz-Betrieb das Spannungsübersetzungsverhältnis (M) der Serienresonanzeinheit (2) als Quotient aus der Ausgangsspannung (U_0,2) zu der Eingangsspannung (U_0,1) bestimmbar ist durch $M = n_{max} / (n_{max} + k_{max}),$
wobei n_max: Anzahl der halben Resonanzperiodendauer (Tres), in der die Eingangsspannung (U1) abwechselnd positive und negative Spannungswerte in dem ersten Zeitintervall (Δt₁) annimmt, k_max: Anzahl der halben Resonanzperiodendauern (Tres), in dem die Eingangsspannung (U1) den Spannungswert Null aufweist.
Serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Hoch-Tiefsetz-Betrieb die Leistungsumwandlungsvorrichtung wahlweise im Hochsetz-Betrieb und wahlweise im Tiefsetz-Betrieb betreibbar ist, oder dass die Leistungsumwandlungseinheit in dem Hoch-Tiefsetz-Betrieb gleichzeitig im Hochsetz-Betrieb und im Tiefsetz-Betrieb Betreiber ist, wobei sowohl die Eingangsschalteinheit (1) als auch die Ausgangsschalteinheit (1) simultan für eine Anzahl (k_max bzw. l_max, i.A. ungleich) halber Resonanzperioden auf null Volt geschaltet sind und wobei das Spannungsübersetzungsverhältnis (M) der Serienresonanzeinheit (2) als Quotient aus der Ausgangsspannung (U_0,2) zu der Eingangsspannung (U_0,1) bestimmbar ist durch $M = [n_{max} / (n_{max} + k_{max})] * [(I_{max} + m_{max}) {/m}_{max}] .$
Serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsschalteinheit (1) und die Ausgangsschalteinheit (4) derart ansteuerbar sind, das der Hochsetz-Betrieb mit einem Spannungsübersetzungsverhältnis (M) der Serienresonanzeinheit (2) von größer Eins und der Tiefsetz-Betrieb mit einem Spannungsübersetzungsverhältnis (M) der Serienresonanzeinheit (2) von kleiner Eins wahlweise einstellbar ist.
Serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatoreinheit (3) in dem Hochsetz-Betrieb eingangsseitig eine Anzapfung, insbesondere eine Mittelpunktanzapfung, aufweist und dass die Ausgangsschalteinheit (4) einen bidirektionalen Schalter (T_bi) an dem Ausgang der Serienresonanzeinheit (2) aufweist.
Serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Hochsetzbetrieb die Ausgangsschalteinheit (4) und in dem Tiefsetz-Betrieb die Eingangsschalteinheit (1) eine Vollbrückenschaltung aufweist.
Serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsschalteinheit (1) im Tiefsetz-Betrieb oder die Ausgangsschalteinheit (4) im Hochsetz-Betrieb als eine Halbbrückenschaltung mit einem Diodenzweig oder mit einem Schalterzweig, einem parallelen Kondensatorzweig und einem bidirektionalen Schalter (T_bi) am Ausgang der Serienresonanzeinheit (2) ausgebildet ist.
Serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsschalteinheit (1) im Tiefsetz-Betrieb oder die Ausgangsschalteinheit (4) im Hochsetzbetrieb eine Halbbrückenschaltung mit einem Schaltzweig und einem parallelen Kondensatorzweig aufweist.
Serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatoreinheit (3) eine Anzapfung, insbesondere eine Mittelpunktanzapfung, aufweist und dass ein bidirektionaler Schalter (T_bi) an Endklemmen der Transformatoreinheit (3), eine erste Endklemme der Transformatoreinheit an einem ersten Schalter (T1), eine zweite Endklemme der Transformatoreinheit (3) an einem zweiten Schalter (T2) und eine Anzapfklemme der Transformatoreinheit (3) an eine Anschlussklemme der Ausgangsschalteinheit (4) angeschlossen ist.
Serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatoreinheit (3) eine Anzapfung, insbesondere an eine Mittelpunktanzapfung, aufweist, wobei eine erste Endklemme der Transformatoreinheit (3) an einem ersten Schalter (T1), eine zweite Endklemme der Transformatoreinheit (3) an einem zweiten Schalter (T2) und eine Anzapfklemme der Transformatoreinheit (3) an einer Anschlussklemme der Eingangsschalteinheit (1) oder der Ausgangsschalteinheit (4) angeschlossen ist.
Serienresonante Leistungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsschalteinheit (1) eine Vollbrückenschaltung und die Ausgangsschalteinheit (4) an einer Transformatoreinheit (3) mit einer Anzapfung, insbesondere mit einer Mittelpunktanzapfung, angeschlossen ist, wobei ein bidirektionaler Schalter (T_bi) an Endklemmen der Transformatoreinheit (3), eine erste Endklemme der Transformatoreinheit (3) an einem Schalter (T1), eine zweite Endklemme der Transformatoreinheit an einem zweiten Schalter (T2) und eine Anzapfklemme der Transformationseinheit (3) an einer Anschlussklemme der Ausgangsschalteinheit (4) angeschlossen ist.
Verfahren zum Ansteuern einer Serienresonanzeinheit (2) enthaltend eine Resonanzinduktivität (L) und eine Resonanzkapazität (C), die in Reihe geschaltet sind, an deren Eingang eine Eingangsspannung (U₁) und an deren Ausgang eine Ausgangsspannung (U₂) anliegt, dadurch gekennzeichnet, - dass die Ausgangsspannung (U₂) periodisch in einem ersten Zeitintervall (Δt₁), das einer halben Resonanzperiodendauer (T_res) oder einem Vielfachen der halben Resonanzperiodendauer (T_res) der Resonanzelemente (L, C) der Serienresonanzeinheit (2) entspricht, abwechselnd auf einen positiven Spannungswert +U_0,2) und auf einen negativen Spannungswert (-U_0,2) geschaltet wird, - dass die Ausgangsspannung (U₂) in einem zweiten Zeitintervall (Δt₂), welches eine Anzahl von halben Periodendauern (T_res/2) der Resonanzelemente (L, C) der Serienresonanzeinheit (2) entspricht, auf Null geschaltet wird, so dass in einem stationären Zustand das Übersetzungsverhältnis (M) zwischen der Ausgangsspannung (U₂) und der Eingangsspannung (U₁) von dem Verhältnis der Dauer des ersten Zeitintervalls (Δt₁) zu dem zweiten Zeitintervall (Δt₂) abhängt, wobei das erste Zeitintervall (Δt₁) kürzer ist als das zweite Zeitintervall (Δt₂).
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsspannung (U₁) und die Ausgangsspannung (U₂) so angesteuert werden, dass sich in einem stationären Zustand für ein vorgegebenes Spannungsübersetzungsverhältnis (M) die jeweils gleich langen ersten Zeitintervalle (Δt₁) mit den jeweils gleich langen zweiten Zeitintervallen (Δt₂) abwechseln.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Tiefsetz-Betrieb, in dem die Ausgangsspannung (U_0,2) im stationären Betrieb kleiner ist als die Eingangsspannung (U_0,1), die Eingangsspannung (U₁) für die Dauer des ersten Zeitintervalls (Δt₁) abwechselnd zwischen einem positiven Spannungswert (+U_0,1) und einem negativen Spannungswert (-U_0,1) geschaltet wird und dass in dem zweiten Zeitintervall (Δt₂) die Eingangsspannung (U₁) auf null geschaltet wird zur Energieentnahme aus dem Serienresonanzkreis (2) und dass in einem Hochsetz-Betrieb, in dem die Ausgangsspannung (U_0,2) im stationären Betrieb größer ist als die Eingangsspannung (U_0,1), die Ausgangsspannung (U₂) in dem ersten Zeitintervall (Δt₁) abwechselnd zwischen dem positiven Spannungswert (+U_0,2) und dem negativen Spannungswert (-U_0,2) geschaltet wird und dass in dem zweiten Zeitintervall (Δt₂) die Ausgangsspannung (U₂) auf null geschaltet wird zur Energieeinprägung in den Serienresonanzkreis (2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Tiefsetz-Betrieb die Ausgangsspannung (U₂) periodisch mit der Resonanzperiodendauer (T_res) zwischen der positiven Spannungsseite (U_0,2) und der negativen Spannungsseite (-U_0,2) hin- und her geschaltet wird und/oder dass in dem Hochsetz-Betrieb die Eingangsspannung (U₁) periodisch mit der Resonanzperiodendauer (T_res) zwischen positivem Spannungswert (+U_0,1) und negativen Spannungswert (-U_0,1) hin- und her geschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass dynamisch zur Laufzeit mit der Ansteuereinheit (5) das erste Zeitintervall (Δt₁) und das zweite Zeitintervall (Δt₂) in dem Hochsetz-Betrieb und in dem Tiefsetz-Betrieb verändert werden, um so Regelungsfunktionen zu realisieren, die eine Richtung und eine Höhe des Leistungsflusses bei variablen Spannungsübersetzungsverhältnissen einstellen.