DE202014011437U1

DE202014011437U1 - Hochfrequenzreihenwechselspannungsregler

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Publication number: DE202014011437U1
Application number: DE202014011437.4U
Authority: DE
Original assignee: Edge Electrons Ltd
Current assignee: Edge Electrons Ltd
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2024-10-29
Also published as: PH12016500802A1; US20150115913A1; CN105723603A; WO2015062483A1; PH12016500802B1; EP3063865A1; US9148058B2; CN105723603B; JP6280653B2; AU2014344411B2; EP3063865A4; JP2016538818A

Abstract

Reihenwechselspannungsregler zum Regeln einer Ausgangswechselspannung einer Ausgangswechselspannungs-Stromquelle, dadurch gekennzeichnet, dass er aufweist:
eine Hochfrequenz-Reihenwechselspannungsabwärtsregler-Topologie zum Verringern einer Eingangswechselspannung einer Eingangswechselspannungs-Stromquelle, aufweisend:
einen ersten Anschluss, der die Eingangswechselspannungs-Stromquelle elektrische verbindet;
einen zweiten Anschluss, der die Ausgangswechselspannungs-Stromquelle elektrisch verbindet,
einen ersten und einen zweiten unabhängig steuerbaren, bidirektionalen AC-Schalter (S1, S2) zur Aktivierung der HF-Wechselspannungs-Abwärtsregler-Topologie, wenn beide eingeschaltet sind, und Deaktivierung der HF-Wechselspannungs-Abwärtsregler-Topologie, wenn beide ausgeschaltet sind,
eine erste Leistungsinduktivität (L3), und
einen mit der ersten Leistungsinduktivität (L3) in Reihe geschalteten, ersten Stromtransformator (CT1) zur Erzeugung eines Stromrichtungsdatensignals (IL3) der ersten Leistungsinduktivität, welches die Stromrichtung der ersten Leistungsinduktivität angibt;
eine Hochfrequenz-Reihenwechselspannungsaufwärtsregler-Topologie zum Erhöhen der Eingangswechselspannung, aufweisend:
einen dritten Anschluss, der die Eingangswechselspannungs-Stromquelle elektrisch verbindet;
einen vierten Anschluss, der die Ausgangswechselspannungs-Stromquelle elektrisch verbindet;
einen dritten und einen vierten unabhängig steuerbaren, bidirektionalen AC-Schalter (S3, S4) zur Aktivierung der HF-Wechselspannungs-Aufwärtsregler-Topologie, wenn beide eingeschaltet sind, und Deaktivierung der HF-Wechselspannungs-Aufwärtsregler-Topologie, wenn beide ausgeschaltet sind;
eine zweite Leistungsinduktivität (L4), und
einen mit der zweiten Leistungsinduktivität in Reihe geschalteten, zweiten Stromtransformator (CT2) zur Erzeugung eines Stromrichtungsdatensignals (IL4) der zweiten Leistungsinduktivität, welches die Stromrichtung der zweiten Leistungsinduktivität angibt; und
eine Steuerungsschaltung, die eingerichtet ist, die Eingangswechselspannung, eine Referenzwechselspannung, die Ausgangswechselspannung, das Stromrichtungsdatensignal (IL3) der ersten Leistungsinduktivität, und das Stromrichtungsdatensignal (IL4) der zweiten Leistungsinduktivität aufzunehmen;
wobei die Steuerungsschaltung ferner eingerichtet ist, die HF-Wechselspannungs-Abwärtsregler-Topologie oder die HF-Wechselspannungs-Aufwärtsregler-Topologie basierend auf einer Amplitudendifferenz zwischen der Wechselspannungs-Referenzspannung und der Wechselspannungs-Ausgangsspannung durch Ein- oder Ausschalten von einem oder mehr bidirektionalen Wechselspannungs-Schaltern (S1, S2, S3, S4) zu aktivieren oder zu deaktivieren;
wobei die Steuerungsschaltung ferner eingerichtet ist, die Wechselspannungs-Eingangsspannungspolarität aus der aufgenommenen AC-Eingangsspannung zu bestimmen;
wobei die Wechselspannungs-Eingangsspannungspolarität einen möglichen Wert von Spannung positiv, Spannung negativ, und Spannung Null besitzt, wobei Spannung Null eine Spannungsamplitude der Wechselspannungs-Eingangsspannung unterhalb eines niedrigen Spannungsgrenzwerts darstellt;
wobei die Steuerungsschaltung ferner eingerichtet ist, die Wechselspannungs-Strompolarität aus dem empfangenen Stromrichtungsdatensignal (IL3) der ersten Leistungsinduktivität und dem empfangenen Stromrichtungsdatensignal (IL4) der zweiten Leistungsinduktivität (IL4) zu bestimmen;
wobei die Wechselspannungs-Strompolarität einen möglichen Wert von Strom positiv, Strom negativ, und Strom Null besitzt, wobei Strom Null eine Stromamplitude der jeweiligen Leistungsinduktivität unterhalb eines niedrigen Stromgrenzwerts darstellt;
wobei die Steuerungsschaltung ferner eingerichtet ist, eine Schaltsequenz basierend auf der Wechselspannungs-Eingangsspannungspolarität und der Wechselspannungs-Strompolarität zu erzeugen, die Schaltsequenz derart funktioniert, dass lediglich ein Satz aus den bidirektionalen Wechselspannungs-Schaltern (S1, S2) zur Verringerung der Eingangswechselspannung und der bidirektionalen Wechselspannungs-Schalter (S3, S4) zur Erhöhung der Eingangswechselspannung zu einem beliebigen Zeitpunkt eingeschaltet werden kann, wobei die Schaltsequenz absolut und unverwechselbar für jeweils Vorwärts-zu-Freilauf-Übergängen und Freilauf-zu-Vorwärts-Übergängen erzeugt wird, um einen „shoot through“-Leistungshalbleiter Zustand zu vermeiden;
wobei die Steuerungsschaltung ferner eingerichtet ist, Schalttreibersignale (q1, q2, q3, q4) gemäß der Schaltsequenz zu erzeugen, um die bidirektionalen Wechselspannungs-Schalter (S1, S2, S3, S4) ein oder auszuschalten;
wobei der erste Anschluss der HF-Wechselspannungs-Abwärtsregler-Topologie und der dritte Anschluss der HF-Wechselspannungs-Aufwärtsregler-Topologie mit der Eingangswechselspannungs-Stromquelle elektrisch parallelgeschaltet sind;
wobei der zweite Anschluss der HF-Wechselspannungs-Abwärtsregler-Topologie und der vierte Anschluss der HF-Wechselspannungs-Aufwärtsregler-Topologie mit der Ausgangswechselspannungs-Stromquelle elektrisch parallelgeschaltet sind; und
wobei die HF-Wechselspannungs-Abwärtsregler-Topologie und die HF-Wechselspannungs-Aufwärtsregler-Topologie jeweils unabhängig voneinander durch das Ein- oder Ausschalten von einem oder mehr bidirektionalen Wechselspannungs-Schaltern (S1, S2, S3, S4) aktiviert oder deaktiviert werden.

Description

URHEBERRECHTSVERMERK
Ein Teil der Offenbarung dieses Patentdokuments enthält Material, das urheberrechtlich geschützt ist. Der Urheberrechtsinhaber erhebt keinen Einwand in Bezug auf die exakt übereinstimmende Reproduktion des Patentdokuments oder der Patentoffenbarung, wie dieses bzw. diese in der Patentakte oder den Aufzeichnungen des Patent- und Markenamts erscheint, durch Dritte, behebt sich jedoch anderweitig sämtliche Urheberrechte vor.
Beanspruchung der inländischen Priorität
Diese Anmeldung beansprucht gemäß 35 U.S.C § 119 die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/896,635 , eingereicht am 28. Oktober 2013, der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/896,639 , eingereicht am 28. Oktober 2013, der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/908,763 , eingereicht am 26. November 2013, der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/913,932 , eingereicht am 10. Dezember 2013, der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/913,934 , eingereicht am 10. Dezember 2013, der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/913,935 , eingereicht am 10. Dezember 2013, der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/006,900 , eingereicht am 3. Juni 2014, der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. Nr. 62/006,901 , eingereicht am 3. Juni 2014, und der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/006,906 , eingereicht am 3. Juni 2014, deren Offenbarungsgehalte hiermit vollumfänglich durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Leistungselektronik. Konkret betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren und Leistungselektronik zur Regelung von Wechselspannung (AC), und insbesondere die Regelung einer Ausgangswechselspannung auf einen gewünschten Pegel unabhängig von der Variation in einer Eingangswechselspannung.
Hintergrund:
Wechselspannungsregler dienen unabhängig von der Wechselspannungsvariation am Eingang des Wechselspannungsreglers der genauen Steuerung und Regelung des Wechselspannungspegels, der an einen mit dem Ausgang des Wechselspannungsreglers verbundenen elektrischen Verbraucher geliefert wird.
Ursprünglich erfolgte dies mittels verschiedener elektrischer Niederfrequenz (LF)-Netzspannungsmagnetstrukturen, üblicherweise mit 50 oder 60 Hz. Diese Strukturen werden üblicherweise an spezifischen, diskreten Transformatorspannungsabgriffen in verschiedenen Transformatoren und Transformatorkonfigurationen abgegriffen. Dennoch bauen all diese Strukturen auf herkömmliche Wechselspannungsschaltvorrichtungen wie Relais, oder Halbleitervorrichtungen wie SCRs (gesteuerter Siliziumgleichrichter bzw. Thyristor) oder GTO-Thyristoren, welche als antiparallele Wechselspannungsschalter geschaltet sind, TRIACs, Wechselspannungsschalter wie Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBT), MOSFETs, und SCRs, die als Wechselspannungsschalter konfiguriert sind, beispielsweise zwischen Gleichrichtern geschaltet. Diese Wechselspannungsschalter werden durch den elektronischen Steuerkreis ausgewählt und aktiviert, um den ausgewählten Magnettransformatorstrukturabgriff zu schalten, wodurch wiederum der Transformator bzw. das Transformatorkonfigurationswicklungsverhältnis eingestellt wird, um die Ausgangswechselspannung so genau wie möglich auf den gewünschten Pegel zu steuern.
Ein weiteres herkömmliches Verfahren zur Regelung einer Ausgangswechselspannung besteht in der Verwendung eines elektromechanisch-einstellbaren Autotransformators, der durch elektromechanische Mittel angetrieben wird, beispielsweise mit einem gesteuerten Elektromotor. In diesem Fall sensiert die elektronische Steuerung die Eingangsspannung und treibt dann die elektromechanischen Mittel an, den Ausgangskontakt zu bewegen, um die Windungen des Autotransformators einzustellen, wodurch wiederum das korrekte Windungsverhältnis festgelegt wird, um die Ausgangswechselspannung auf dem gewünschten Pegel zu fixieren. Diese elektromechanisch-einstellbaren Autotransformatorvorrichtungen sind ebenfalls Niederfrequenzmagnetstrukturen, üblicherweise mit 50 Hz oder 60 Hz, bei denen allgemein Kohlebürsten zum Einsatz kommen, um den sich bewegenden elektrischen Kontakt zu den Autotransformatorwicklungen herzustellen. Diese Bürsten unterliegen jedoch mechanischem Verschleiß, weshalb sie häufige Wartung und Austausch erfordern.
Eine komplexere, vollelektronische Version verwendet ebenfalls Niederfrequenz-Netztransformatoren, üblicherweise bei 50 oder 60 Hz, die zwischen den Wechselspannungseingang und den Wechselspannungsausgang des Spannungsreglers geschaltet sind. Wenn sich der Eingangswechselspannungspegel verändert, sensiert die elektronische Wechselspannungsregler-Steuerung den Eingangsspannungspegel und richtet daraufhin eine phasengleich positive oder phasengleich negative Differenzwechselspannung ein, welche der veränderlichen Eingangswechselspannung hinzuaddiert bzw. von dieser subtrahiert wird, um die Ausgangswechselspannung auf dem gewünschten, vorgegebenen Pegel zu halten. Dieser herkömmliche Ansatz in seinen verschiedenen Ausprägungen verwendet immer noch Niederfrequenez (NF)-Netztransformatoren oder NF-Magnetstrukturen, üblicherweise bei 50 oder 60 Hz. In einer Ausgestaltung erzeugt die Leistungselektronik eine NF-Netzfrequenz, um die Eingangswechselspannung mittels Hochfrequenzpulsweitenmodulationsmitteln (HF PWM) zu korrigieren, und diese phasengleiche Korrekturspannung zur Korrektur der Eingangsnetzwechselspannung wird auf der Primärseite des Niederfrequenztransformators angelegt, wobei die Sekundärseite des Niederfrequenztransformators zwischen den Eingang und Ausgang der Wechselspannungsleitung in Reihe geschaltet ist. Trotz der Magnetstrukturen, die in diesen Ausgestaltungen verwendet werden, auch wenn die Leistungselektronik mit höheren PWM-Frequenzen arbeiten, wird die finale Differenzwellenform der Wechselspannung dennoch an den Niederfrequenzreihentransformator angelegt, üblicherweise mit 50 oder 60 Hz, weshalb der Niederfrequenztransformator bzw. die Magnetstrukturen weiterhin den Nachteil im Hinblick auf Größe und Gewicht haben.
Ein Reihenwechselspannungsregelungsverfahren wird in U.S. Patent Nr. 5,747,972 offenbart. Dieses Patent offenbart ein konkretes Verfahren der Verwendung von lediglich einer einfachen Spannungspolaritätssteuerung, bei dem es sich um ein eingeschränktes und einfaches Steuerungsverfahren handelt. Es beschreibt ferner die Grenze der Steuerschaltzustände von Leistungshalbleitervorrichtungen, die durch alleiniges Verwenden des einfachen Spannungspolaritätssteuerungsverfahrens bei den niedrigen, positiven und negativen Eingangswechselspannungspegeln um die Nullspannungsdurchgangspunkte herum erzeugt wird. Die Lösung dieses Problems unter alleiniger Verwendung des einfachen Spannungspolaritätssteuerungsverfahrens in diesem unbestimmten, niedrigen positiven oder negativen Eingangsspannungspegelbereich im Bereich der Null-Spannungsdurchgangspunkte führt auf eine uneindeutige Bestimmung der tatsächlichen Eingangsspannungspolarität aufgrund der niedrigen Nulldurchgangs-Eingangswechselspannungen, und daher dem Zustand der PWM-Schaltsequenz der Leistungshalbleiter bei diesen niedrigen, positiven oder negativen Spannungspegeln der Nulldurchgangspunkte der Eingangswechselspannung. Das US-Patent 5,747,972 offenbart diesen unbestimmten, niedrigen Spannungspegelzustand der Eingangswechselspannungspolarität bei unter 4 Volt, positiv und negativ, 13,65, 14,5 und wiederum 17,65, 18,5 und 18,10. Dementsprechend wird eine abnorme Schaltsequenz erzeugt, indem alle der Leistungshalbleiterschaltvorrichtungen für eine kurze Zeitspanne (wie offenbart z.B. 13,65 Mikrosekunden) eingeschaltet werden. Dies erzeugt ein „Shoot-through“ der Leistungshalbleiter, der die Eingangswechselspannungsquelle kurzschließt, was eine Schwächung oder destruktive Beschädigung der Leistungshalbleitervorrichtungen verursachen kann. „Shoot-through“ ist ein Ausdruck, der in der Elektronikindustrie eindeutig als sehr schwerwiegender Zustand verstanden wird, der bei Leistungshalbleitern vermieden werden muss, und Ingenieure sorgen sich immer um einen „shoot-through“ aufgrund seiner Schwächung und destruktiven Auswirkung auf Leistungshalbleiter.
Das vorgenannte Problem ist eindeutig Teil der Lehre des US-Patents 5,747,972 , aber anscheinend wird auf die tatsächliche niedrige Eingangswechselspannung an den Punkten der positiven und negativen Eingangswechselspannung nahe dem Nulldurchgang vertraut, und ebenfalls den Hochspannungseigenschaften von Leistungshalbleiter-leitenden Spannungen. Dieses US-Patent 5,747,972 lehrt, einen absichtlichen shoot-through PWM-Schaltsequenzzustand (13,65, 14,5 und 17,65, 18,5, 18,10) zu erzeugen. Aufgrund der Einschränkung bei der Verwendung der Eingangswechselspannungspolaritätssteuerung versucht dieses US-Patent Nr. 5,747,972 dieses Problem zu lösen, indem tatsächlich ein absichtlicher „shoot-through“-Zustand der Leistungshalbleiterschaltvorrichtungen erzeugt wird, der die Eingangswechselspannungsquelle tatsächlich kurzschließt. Dies ist ein kritischer Kompromiss, und insbesondere in dem Fall mit modernen Leistungshalbleitervorrichtungen, die einen viel niedrigeren Durchgangswiederstand bzw. ON-Widerstand haben und von dem niedrigen Source-Widerstand der Eingangswechselspannungsversorgung oder der Schaltungskapazität in der Nähe der Halbleiterleistungsvorrichtungen abhängen. Ferner kann ein „shoot-through“ ebenfalls eine undefinierte und unkontrollierte Stromsteuerung in der Leistungsinduktivität bewirken, welche die Betriebsleistung negativ beeinflusst. Deshalb besitzt das in US-Patent Nr. 5,747,972 offenbarte Reihenwechselspannungsregelungsverfahren gravierende Nachteile.
Kurzdarstellung der Erfindung:
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung anzugeben, welches mögliche Betriebsprobleme beseitigt, die bei Einsatz lediglich des einfachen Spannungspolaritätssteuerung entstehen, die in US-Patent Nr. 5,747,972 usw. aus dem Stand der Technik offenbart sind. Die vorliegende Erfindung behebt die Nachteile der früheren herkömmlichen Ansätze durch die Verwendung großer und schwerer Reihen-Magnetstrukturen mit niedriger Netzfrequenz (üblicherweise bei 50 Hz oder 60 Hz). Da die Größe beliebiger magnetischer Elemente im Wesentlichen umgekehrt proportional zu deren Betriebsfrequenz ist, liegt hierin ein zentraler Entwurfsparameter der vorliegenden Erfindung. Daher ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einzigartige, effiziente, robuste direkte AC/AC HF-Reihenwechselspannungsregler-Topologie mit bidirektionalem Stromfluss anzugeben, die Hochfrequenzreihenmagnetstrukturen (z.B. von 1 KHz bis 1000 KHz) einsetzt, welche die Größe, das Gewicht sowie die Kosten dieser Magnetstrukturen deutlich verringern.
Da der HF-Reihenwechselspannungsregler üblicherweise mit elektrischen Verteilernetzen hoher Wechselspannung verbunden ist und Leistungshalbleiter zum Schalten dieser hohen Spannungen verwendet, muss mit besonderer Vorsicht bei der Angabe und ganz besonders der Unterbelastung des Spannungsausfalls dieser Leistungshalbleiter vorgegangen werden. Daher muss mit besonderer Vorsicht bei der Entwicklung bzw. Inbetriebnahme von HF-Reihenwechselspannungsreglern besonders in der Pulsweitenmodulationssteuerung (PWM) dieser Leistungshalbleiter und den Betriebsbedingungen der Leistungsinduktivitäten, die mit den Leistungshalbleitern verbunden sind, vorgegangen werden. Hierbei wird beispielsweise Bezug genommen auf 1a, 1(b), und 2 (Leistungsinduktivität L3, Leistungsinduktivität L8, Leistungsinduktivitäten L3 und L4).
Die Leistungshalbleiter dürfen keinen destruktiven „shoot-through“ und hohe Spannungen erfahren, besonders unter bestimmten Betriebsbedingungen, die das PWM-Steuerungsverfahren nicht definieren kann, und die Kontrolle über die Leistungshalbleiterschaltkommutationszustände verlieren, oder die Bedingung wie in US-Patent Nr. 5,747,972 offenbart erfahren, in der ein potentiell gefährliches „shoot-through“ in der Steuerschaltsequenz absichtlich erzeugt wird, um das Problem zu beheben, dass lediglich Eingangswechselspannungspolarität für die PWM-Schaltsequenzsteuerung verwendet wird.
Ebenfalls gibt es einen kritischen Kompromiss der Effizienz und Robustheit des HF-Reihenwechselspannungsreglers, der nicht lediglich durch das Auswählen von sicheren, hohen Leistungshalbleiterdurchbruchspannungen oder hohen Leitungsspannungen, wie in US-Patent Nr. 5,747,972 gefordert, gelöst werden kann.
Im Allgemeinen gilt für jede Leistungshalbleitervorrichtung, dass je höher die Durchschlagsspannung ist, desto höher die Leitungs- und Schaltverluste sind, daher höhere Verluste und Verlustleistungen in den Leistungshalbleitervorrichtungen mit geringer Effizienz und mehr Wärme, die in den Leistungshalbleitervorrichtungen und in dem gesamten HF-Reihenwechselspannungsregler-Produkt erzeugt wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird niemals ein „shoot-through“-PWM-Zustand in der PWM-Schaltsequenz der Leistungshalbleitervorrichtungen erzeugt.
Die vorliegende Erfindung beseitigt wichtige Kompromisse in entscheidender Weise und ermöglicht es, dass normale Durchschlagsspannungen sowie die Verwendung von geringen Leitungsspannungen der modernen Leistungshalbleitervorrichtungen mit geringem Durchtrittswiderstand in sicherer Art und Weise für die Leistungshalbleitervorrichtungen angegeben werden können, weshalb die Leistungshalbleitervorrichtungen sicher arbeiten, mit geringen Verlusten und weniger Wärmeentwicklung, und sie erhöht die Effizienz des HF-Reihenspannungsreglers. Der Bedarf an der vorliegenden Erfindung wird weiter durch die deutliche Zunahme der Raffinesse in dem PWM-Steuerungsverfahren untermauert, welches anders als das oben genannte, lediglich einfache Spannungspolaritätsverfahren funktioniert.
Figurenliste
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend genauer unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:

1a ein Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform eines HF-Reihenwechselspannungs-Abwärtswandlers mit bidirektionalem AC-Halbleiter zeigt;
1b ein Schaltungsdiagramm einer anderen Ausführungsform eines HF-Reihenwechselspannungs-Aufwärtswandlers mit bidirektionalem AC-Halbleiter zeigt;
2 ein Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform eines HF-AC-Reihenspannungs-Abwärts/Aufwärts-Reglers zeigt;
3a eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Abwärts-Schaltsteuerungsschaltung zeigt; und
3b eine Schaltlogiktabelle für abwärts-erlaubte Zustände des Abwärtsschaltungs-Kommutationssequenz zeigt, wie in 3a dargestellt.

Ausführliche Beschreibung:
In der nachfolgenden Beschreibung werden Verfahren, Systeme und Vorrichtungen zur Regelung einer Ausgangswechselspannung auf einen gewünschten Pegel unabhängig von der Variation in einer Eingangswechselspannung und dergleichen als bevorzugte Beispiele dargelegt. Ein Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass Modifikationen, einschließlich Ergänzungen und/oder Ersetzungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang und Geist der Erfindung abzuweichen. Konkrete Details können entfallen, um die Erfindung nicht zu verschleiern; jedoch ist die Offenbarung so geschrieben, dass sie es einem Durchschnittsfachmann ermöglicht, die Lehren der Erfindung ohne unzumutbare Versuche auszuführen.
Es wird Bezug auf 1a genommen. In 1a ist ein Reihenwechselspannungsabwärtswandler mit bidirektionalen Wechselspannungshalbleiterschaltern S1 und S2 dargestellt. Ebenfalls in 1a gezeigt sind die HF-Filterkomponenten, die hinzugefügt werden, um die HF-Schaltfrequenz (z.B. 1 KHz bis 1000 KHz) an Eingang und Ausgang zu unterdrücken und zu filtern. Filterinduktivitäten L1 und L2 mit Filterumgehungskondensatoren C1 und C2 an dem Eingang; und Filterinduktivitäten L4 und L5 mit Filterumgehungskondensatoren C3 und C4 an dem Ausgang. Die Filterinduktivitäten L4 und L5 mit Umgehungskondensator C4 mitteln die HF-Spannungs-PWM-Welligkeit auf einen durchschnittlichen Gleichstrompegel, um eine glatte, geregelte Ausgangswechselspannung zu erzeugen. Die Drosselspule bzw. Induktivität L3 ist eine Leistungsinduktivität, die eingerichtet ist, bei HF zu arbeiten (z.B. 1KHz bis 1000 KHz).
Weil die bidirektionalen AC-Halbleiterschaltvorrichtungen S1 und S2 bei HF (z.B. 1 KHz bis 1000 KHz) unter elektronischer Pulsweitensteuerung (PWM) entweder durch analoge Schaltungen oder durch eine Mischung aus analogen und digitalen Schaltungen, aber typischerweise digitale Steuerungsschaltungen mit digitalem Signalprozessor (DSP) oder Microprozessorsignalverarbeitung schalten, und die PWM-Ausgänge aus der Steuerungselektronik die bidirektionalen Halbleiterschalter S1 und S2 mit HF (z.B. 1 KHz bis 1000 KHz) PWM-Modulation treiben, und an jedem HF-Punkt entlang des LF-Netzwechselspannungseingangs, typischerweise bei 50 Hz oder 60 Hz, die PWM-Steuerungselektronik einen spezifischen PWM-Puls einer Breite erzeugt, die breit genug ist, um die bidirektionalen AC-Halbleiterschalter S1 und S2 in Kombination mit der Leistungsinduktivität L3 zu treiben, erfolgt somit das Abwärtswandeln und Regeln der Ausgangsspannung an jedem Punkt entlang der Wechseleingangsspannung auf den gewünschten Wert, der durch die Steuerungsnennspannungsreferenz vorgegeben ist.
Falls die Steuerung zum Beispiel bei einer Entwurfsfrequenz von 25.000 Hz schaltet, wird die Amplitude der NF-Netzeingangsspannung, typischerweise mit 50 Hz oder 60 Hz, für jede 40 Mikrosekunden an diesem Punkt abwärtsgewandelt und verringert, gegen die vorgegebene Spannungsreferenz. Somit wandelt die Schaltung jede 40 µs die Eingangswechselspannung abwärts, um die gewünschte vorgegebene AC-Ausgangsspannung einzustellen und zu regeln. Das Eingangsfilter weist Kondensatoren C1 und C2 und Filterinduktivitäten L1 und L2 auf. Das Ausgangsfilter weist Kondensatoren C3 und C4 und Filterinduktivitäten L4 und L5 auf. Alternativ können verschiedene Kombinationen von HF-Filterelementen verwendet werden, um die HF-Schaltfrequenzen der mit HF, bspw. 25.000 Hz, schaltenden, bidirektionalen AC-Halbleiterschalter zu filtern und zu umgehen, und die HF-Spannungs-PWM-Welligkeit auf einen mittleren Gleichstrompegel zu mitteln, um eine glatte geregelte Ausgangswechselspannung zu erzeugen.
Es wird nun Bezug genommen auf 1b. In 1b ist ein Reihenwechselspannungsaufwärtswandler mit bidirektionalen Wechselspannungshalbleiterschaltern S3 und S4 dargestellt. In 1b sind ebenfalls die HF-Filterkomponenten dargestellt, die hinzugefügt werden, um die HF-Schaltfrequenz (z.B. 1 KHz bis 1000 KHz) an Eingang und Ausgang zu unterdrücken und zu filtern. Filterinduktivitäten L6 und L7 mit Filterumgehungskondensatoren C5 und C6 an dem Eingang. Filterinduktivitäten L9 und L10 mit Filterumgehungskondensatoren C7 und C8 an dem Ausgang. Filterinduktivitäten L9 und L10 mit Filterumgehungskondensator C8 mitteln die HF-Spannungs-PWM-Welligkeit auf einen mittleren Gleichspannungspegel, um eine glatte, geregelte Ausgangswechselspannung zu erzeugen. Die Drosselspule bzw. Induktivität L8 ist eine Leistungsinduktivität, die eingerichtet ist, bei HF zu arbeiten (z.B. 1 KHz bis 1000 KHz).
Weil die bidirektionalen AC-Halbleiterschalter S3 und S4 bei HF (z.B. 1 KHz bis 1000 KHz) unter elektronischer Pulsweitensteuerung (PWM) entweder durch analoge Schaltungen oder durch eine Mischung aus analogen und digitalen Schaltungen schalten, aber typischerweise digitale Steuerungsschaltungen mit digitalem Signalprozessor (DSP) oder Microprozessorsignalverarbeitung und die PWM-Ausgänge aus der Steuerungselektronik die bidirektionalen AC-Halbleiterschalter S3 und S4 mit HF (z.B. 1 KHz bis 1000 KHz) PWM-Modulation treiben, und an jedem HF-Punkt entlang des NF-Netzwechselspannungseingangs, typischerweise bei 50 Hz oder 60 Hz, die Steuerungselektronik einen spezifischen PWM-Puls einer Breite erzeugt, die breit genug ist, um die bidirektionalen AC-Halbleiterschalter S3 und S4 in Kombination mit der Leistungsinduktivität L8 zu treiben, erfolgt somit das Erhöhen und Regeln der Ausgangsspannung an jedem Punkt entlang der Wechseleingangsspannung auf den gewünschten Wert, der durch die Steuerungsnennspannungsreferenz vorgegeben ist.
Falls die Steuerung zum Beispiel bei einer Entwurfsfrequenz von 25 000 Hz schaltet, wird die Amplitude der NF-Netzeingangsspannung, typischerweise mit 50 Hz oder 60 Hz, für alle 40 Mikrosekunden an diesem Punkt erhöht, gegen die vorgegebene Spannungsreferenz. Somit erhöht die PWM-Steuerungsschaltung, welche die bidirektionalen Halbleiterschalter S3 und S4 in Kombination mit der Leistungsinduktivität L8 treibt, alle 40 µs die Eingangswechselspannung, um die gewünschte vorgegebene AC-Ausgangsspannung einzustellen und zu regeln. Der Eingangsfilter weist Kondensatoren C5 und C6 und Filterinduktivitäten L6 und L7 auf. Der Ausgangsfilter weist Kondensatoren C7 und C8 sowie Filterinduktivitäten L9 und L10 auf. Alternativ können verschiedene Kombinationen von HF-Filterelementen verwendet werden, um die HF-Schaltfrequenzen der mit HF, bspw. 25000 Hz, schaltenden, bidirektionalen AC-Halbleiterschalter zu filtern und zu umgehen, und die HF-Spannungs-PWM-Welligkeit auf einen mittleren Gleichstrompegel zu mitteln, um eine glatte geregelte Ausgangswechselspannung zu erzeugen.
Ein Durchschnittsfachmann kann wählen, den einzelnen AC-Spannungsabwärtsregler-Abschnitt wie in 1a dargestellt als AC-Reihenspannungsabwärtsregler zu verwenden, oder den einzelnen AC-Reihenspannungsaufwärtsregler wie in 1b gezeigt als AC-Spannungsaufwärtsregler zu verwenden, eine Kombination aus dem AC-Spannungsabwärtsregler wie in 1a dargestellt und dem AC-Spannungsaufwärtsregler wie in 1b dargestellt als HF-AC-Vollregler zu verwenden, oder den automatischen Spannungsregler (AVR), wie in 2 dargestellt, als automatische HF-AC-AC-AVR-Reihenspannungsregler-Topologie zu verwenden.
2 zeigt die grundlegenden Funktionsprinzipien der vorliegenden Erfindung als einen vollständigen AVR-HF-AC-Reihenspannungsvollregler, der die Eingangswechselspannung an jedem HF-Punkt verringern oder erhöhen kann. Falls zum Beispiel die Betriebsfrequenz des AVR HF AC Spannungsreglers als 25 kHz eingerichtet ist, wird die Eingangsspannung durch die elektronische analoge Schaltung oder Mischung aus digitaler und analoger Schaltung sensiert und mit einer Spannungsreferenz verglichen, und dann werden die bidirektionalen AC-Halbleiterschalter S1, S2, S3 und S4 in Kombination mit den Leistungsinduktivitäten L3 und L4 unter PWM-Steuerung getrieben, um die Eingangswechselspannung an dem AVR HF AC Reihenspannungsreglerausgang zu verringern oder zu verstärken. Die Spannung wird an jedem 40 Mikrosekunden-Intervallpunkt in jeden NF-Netzspannungszyklus eingestellt, typischerweise, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, bei 50 Hz oder 60 Hz. Deshalb ist unter einer analogen oder digitalen elektronischen PWM-Steuerung mit Bezugnahme auf einen fixierten Referenzspannungspegel der AVR HF AC Reihenspannungsvollregler in der Lage, die Ausgangswechselspannung auf den gewünschten vorgegeben Pegel zu regeln.
2 zeigt ebenfalls die Wellenformen der HF PWM, welche die Eingangswechselspannung an dem AVR HF AC Reihenspannungsreglerausgang verringert oder erhöht, und die Eingangsfilterkomponenten C1, C2, L1 und L2 in Kombination werden dazu verwendet, die HF-Schaltenergie davon abzuhalten, zurück in die Eingangs-AC-Quelle zu fließen; und die Ausgangsfilterkomponenten C3, C4, L5 und L6 in Kombination werden dazu verwendet, die HF-PWM-Ausgangsschaltpulse zu beseitigen und die HF-Spannung-PWM-Welligkeit auf einen mittleren DC-Pegel zu mitteln, wodurch eine glatte, geregelte Ausgangswechselspannung erzeugt wird.
Die Schaltungen und deren Beschreibungen, die hier offenbart sind, sind zur Klarheit vereinfacht, und verschiedene andere Schaltungskonfigurationen und Vorrichtungen können bei der Anwendung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispielsweise sind die bidirektionalen AC-Halbleiterschalter Halbleitervorrichtungen und können verschiedene Schaltungskonfigurationen aufweisen, aber diese Schalter fungieren dennoch als bidirektionale AC-Halbleiterschalter, wie sie in der Industrie gemeinhin verwendet werden. Solche bidirektionalen AC-Halbleiterschalter können zum Beispiel, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, eine Gleichrichterbrücke sein, die vier Gleichrichter aufweist, mit einer unipolaren Halbleitervorrichtungskonfiguration, die in die Brücke eingefügt ist, beispielsweise SCR, GTO, IGBT, MOSFET, oder eine beliebige andere Halbleitervorrichtung, die für die gleiche Wirkung verwendet wird, mit PWM-Steuerung, die eine gesteuerte bidirektionale AC-Halbleiterschaltervorrichtung erzeugen kann. Auch sind andere AC-Halbleiterschalterkonfigurationen und Vorrichtungen, die in der Industrie verwendet werden, mit oder ohne Gleichrichter, wie back-to-back oder antiparallele SCRs, GTO, IGBT, RB-IGBT, MOSFET, jedwede anderen back-to-back oder antiparallelen bidirektionalen AC Halbleitervorrichtungen oder Konfigurationen, oder andere ähnliche neue Halbleitervorrichtungen in der Zukunft, wie zum Beispiel, ohne hierauf beschränkt zu sein, GaN, SiC, einige der alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Obgleich hier nur einphasige elektrische Systeme beschrieben werden, können die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auf andere AC-Frequenz und Polyphasen-AC-Systeme angewendet werden, beispielsweise übliche elektrische Systeme mit 3 Phasen, indem eine Anzahl der HF-AC-Reihenabwärtsreglertopologien, HF-Reihenaufwärtsreglertopologien, oder kombinierter AVR-HF-Reihen-Aufwärts/Abwärtsreglertopologien für automatische HF AC AVR Spannungsvollsteuerungsabschnitte oder -Einheiten verwendet und untereinander verbunden werden, um Polyphasen-Spannungsregler zu erzeugen. Weil diese HF-Reihenspannungsabschnitte unabhängig gesteuert werden können, können sich ebenfalls für Spannungsausgleichskonfigurationen entworfen werden, um Nichtgleichgewichts-Polyphasenspannungen auszugleichen.
Der AVR-HF-AC-Reihenspannungs-Abwärts/Aufwärtsregler, der in 2 dargestellt ist, verwendet die HF-Leistungsinduktivität L3 (z.B. 1 kHz bis 1.000 kHz) in Kombination mit den bidirektionalen AC-Halbleiterschaltern S1 und S2, um die Eingangswechselspannung zu verringern, und die HF-Leistungsinduktivität L4 in Kombination mit den bidirektionalen AC-Halbleiterschaltern S3 und S4, um die Eingangswechselspannung zu erhöhen. Die bidirektionalen AC-Halbleiterschalter S1, S2, S3 und S4 werden einzeln durch PWM-Ausgänge von der elektronischen Steuerungsschaltung getrieben, um eine automatische AVR-Spannungssteuerungstopologie zu erzeugen, welche die Eingangswechselspannung verringern oder erhöhen kann, um die Ausgangswechselspannung auf einen vorgegebenen gewünschten Pegel zu regeln. Diese Ausgestaltung ist eine direkte einzelne Stufe für bidirektionalen Stromfluss und weist keinen internen Gleichspannungszwischenkreiskondensator auf, bei dem es sich typischerweise um einen unzuverlässigen Elektrolytkondensator handelt.
In anderen Ausführungsformen können die Abwärtsregler-Topologie und die Aufwärtsregler-Topologie getrennt arbeiten. Zusammen mit der kombinierten AVR HF AC-Reihenspannungs-Abwärts/Aufwärtsregler-Topologie, die in 2 dargestellt ist, muss jede dieser Topologien in Abhängigkeit von dem Pegel des Eingangswechselspannungsbereich und dessen Variation lediglich einen Teil der Gesamtabgabe verarbeiten.
Bei jedem HF PWM-Intervall, zum Beispiel 40 Mikrosekunden PWM-Intervallen bei 25 kHz, wird die Eingangsspannung verringert oder erhöht unter der HF-Schalt-PWM-Steuerung, die das korrekte PWM-Treibersignal an die bidirektionalem AC-Halbleiterschalter an jedem HF-Punkt der Netzspannungsniederfrequenz, typischerweise 50 oder 60 Hz, um die Ausgangswechselspannungspegel auf eine gewünschte, vorgegebene Ausgangswechselspannungsreferenz, die der Steuerelektronik zugeführt wird, zu verringern oder zu erhöhen und zu korrigieren.
Andere Ausführungsformen umfassen verschiedene Filterkonfigurationen, welche die gewünschten Wirkungen wie oben beschrieben erzeugen können, mit einer Eingangsfilterkonfiguration, um die HF-Schaltpulse davon abzuhalten, in die Eingangswechselnetzspannungsquelle zu gelangen, und einer Ausgangsfilterkonfiguration, welche die HF-Schaltschaltpulse aus der Ausgangswechselspannung beseitigt. Noch weitere Ausführungsformen weisen eine AC-Ausgangsspannungsrückkopplungsschleife und Steuerelektronik auf, um die Ausgangsspannung derart zu regeln, dass diese die Ausgangswechselspannungsvorgabe eines quadratischen Mittels (RMS, root mean square), der bevorzugten Ausführungsform, einer Durchschnittsspannung oder Spitzenspannungspegel der Ausgangswechselspannung erfüllt.
Auch müssen der AVR HF AC Reihenspannungs-Aufwärts/Abwärtsregler und die unabhängigen Aufwärts- bzw. Abwärtsregler-Abschnitte, falls getrennt verwendet, nur die Differenzleistung parallel zu den Aufwärts- bzw. Abwärtsinduktivitäten L3 und L4 verarbeiten, um die variierende Eingangswechselspannung auf eine fixierte und geregelte Ausgangswechselspannung zu regeln; dies ist aufgrund der Konfiguration somit wesentlich weniger Leistung als die Gesamtleistungsabgabe. Die Abwärts- und Aufwärtsinduktivitäten L3 bzw. L4 müssen lediglich den Anteil der Gesamtleistungsabgabe bewältigen, der benötigt wird, die Differenzeingangswechselspannung einzustellen, um die Ausgangswechselspannung auf einen gewünschten vorgegebenen Pegel zu regeln.
Die Steuerung einer unabhängigen HF-AC-Reihenspannungs-Abwärtsregler-Topologie, einer unabhängigen HF-AC-Reihenspannungs-Aufwärtsregler-Topologie, oder einer kombinierten AVR HF Reihenspannungs-Abwärts/Aufwärtsregler-Topologie für die automatische HF AC AVR Spannungsvollsteuerung kann eingerichtet sein, eine einfache Spannungspolaritäts-PWM-Steuerung zu sein, wie in dem oben genannten US Patent Nr. 5,747,972 offenbart. Jedoch kann wie oben dargelegt ein derartiges, simples Spannungspolarität-PWM-Steuerungsverfahren die sichere Kommunikation der Leistungshalbleitervorrichtungen aufgrund des absichtlichen „shoot-through“ der Leistungshalbleiter während der Sensierungsuneindeutigkeit der Spannungspolarität bei den sehr niedrigeren Spannungen in der Nähe der positiven und negativen Nulldurchgänge der Eingangswechselspannung nicht sicherstellen.
Die Lehre der vorliegenden Erfindung weicht von jener des US-Patents Nr. 5,747,972 und anderen bekannten Ansätzen aus dem Stand der Technik dahingehend ab, dass zum Beispiel der HF Reihenwechselspannungs-Abwärtswandlerabschnitt bidirektionale AC-Halbleiterschalter S1 und S2 in Kombination mit Leistungsinduktivitäten L3 und Stromtransformator CT1 aufweist. Der Stromtransformator CT3 in 2 ist typisch und wird in den meisten Stromzufuhreinrichtungen weit verbreitet eingesetzt, so wie er hier verwendet wird, um die Ausgangsstromstärke einfach als Ausgangsstromüberstromschutz zu messen, oder ein Überstromschutz kann durch Stromtransformatoren erzielt werden, die in Reihe mit jeder der Leistungshalbleitervorrichtungen hinzugefügt werden, um die gleiche Funktion zu erzielen, weil die Ausgangsströme durch die Überstromschutztransformatoren detektiert werden und die Information bzgl. der Ausgangsstromstärke an die Steuerungsschaltung rückgekoppelt wird, um die Ausgangsstrom zu sperren oder zu begrenzen, um den Ausgangsstrom zum Zwecke des Ausgangsüberstromschutzes zu steuern. Auf den Ausgangsüberstromschutz wird auch in US-Patent Nr. 5,747,972 Bezug genommen. Wie in den 1, 4, 5, 6, 7 und 9 abgesehen von 4 in der 972-er Patentoffenbarung ausführlich dargestellt ist jedoch ein Stromtransformator in keiner dieser Figuren dargestellt. Und die Stromtransformatoren T1 und T2, die lediglich in 4 der 972-er Patentoffenbarung erscheinen, werden als typische Ausgangsüberstromschutz-Sensiertransformatoren verwendet. Dies wird auch in Absatz 14.50 in der Beschreibung des 972-er Patents bestätigt und eindeutig als typischer und weitverbreiteter „Ausgangsüberstromschutz“ angegebenen und erläutert, und die Stromsensierungsinformationen von T1 und T2, den einzigen Stromtransformatoren, auf die in 4 in der 972-er Patentoffenbarung Bezug genommen wird, werden nicht als für das PWM-Schaltwechselspannungssteuerungsverfahren verwendet oder als für dieses relevant offenbart. Das US-Patent Nr. 5,747,972 lehrt also eindeutig lediglich die Verwendung einer simplen Spannungspolarität-PWM-Steuerung ohne Verwendung jedweder Strominformationen in den Leistungsinduktivitäten, was die einzigartige und wichtige Grundlage der vorliegenden Erfindung ist. Es ist also eindeutig, dass in dem Fall des US-Patents Nr. 5,747,972 und ebenfalls in allen anderen Ansätzen aus dem Stand der Technik viele Topologie-Figuren offenbart werden, die noch nicht einmal einen enthaltenen Stromtransformator beinhalten. In der einzigen Figur, die sie enthielt, werden die Stromtransformatoren T1 und T2 nur als typischer Standardüberstromschutz verwendet. Es ist deshalb klar, dass das US-Patent Nr. 5,747,972 offenbart, dass lediglich die simple Spannungspolaritäts-PWM-Steuerung verwendet wurde, um die PWM-Leistungshalbleiterschaltsequenz für die tatsächliche Abwärtswandlungs-Wechselspannungsregelung zu erzeugen. Die wichtige Sensierung der Stromrichtung in den tatsächlichen Leistungsinduktivitäten, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist eine Verbesserung des PWM-Steuerungsverfahrens gegenüber dem Stand der Technik, die in US-Patent Nr. 5,747,972 eindeutig nicht in Betracht gezogen wurde. Die Vorteile dieser neuen, verbesserten Erfindung werden in der folgenden Offenbarung verdeutlicht, und besitzt deutliche gewichtige Vorteile und Verbesserungen in Bezug auf das PWM-Steuerungsverfahren bei der sicheren Kommunikation der Leistungshalbleiter, um ein Schaltsequenzverfahren der Leistungshalbleiter der PWM-Steuerung zu erzeugen, das niemals einen „shoot-through“-Zustand generiert, und daher eine Verschlechterung oder einen destruktiven „shoot-through“ wie in der vorliegenden Erfindung offenbart, verhindert.
Zum Zwecke der Darstellung der wichtigen Vorteile der vorliegenden Erfindung über die lediglich simple Spannungspolaritätssteuerung in US-Patent Nr. 5,747,972 , wird unter Bezugnahme zum Beispiel auf 2 bei dem HF Reihenwechselspannung-Abwärtswandler-Abschnitt der Stromtransformator CT3 für einen typischen Ausgangsüberstromschutz verwendet, wohingegen der Stromtransformator CT1 die wichtige konkrete Verbesserung in der vorliegenden Erfindung ist, weil der Stromtransformator CT1 die wichtigen Stromrichtungsdaten der Leistungsinduktivität L3 für die AC-Leistungshalbleiterschalter S1 und S2 erzeugt. Das PWM-Steuerungsverfahren in der vorliegenden Erfindung verwendet die Stromrichtung in der Leistungsinduktivität L3 konkret für den HF Reihenwechselspannung-Abwärtswandler-Abschnitt. Der Einsatz der Stromtransformatoren CT1 und CT2, wie in 2 gezeigt, stellt ein Verfahren zur Sensierung der Stromrichtung in einem Leiter dar, und andere Mittel können verwendet werden, beispielsweise eine Rogowski-Spule oder Spulen, ein Widerstand bzw. Widerstände in Reihe mit der Leistungsinduktivität, Hall-Effekt-Vorrichtungen, die dem Magnetfeld von der Leistungsinduktivität zugeordnet sind, oder andere bekannte verschiedene Verfahren zur Gewinnung der tatsächlichen Strominformationen aus der Spannungswellenform über der Leistungsinduktivitätswicklung oder einer partiellen Spulenwicklung oder zusätzlichen Wicklungen an der Leistungsinduktivität, die spezifisch für diese Industrie bekannte Induktivitätsspannungsverfahren, oder eine Kombination dieser Stromsensiervorrichtungen, aber die Verwendung die Verwendung einer beliebigen alternativen Stromsensiervorrichtung richtet sich in keinster Weise an das wesentliche, erfindungsgemäße, neue PWM-Steuerungsverfahrensprinzip der vorliegenden Erfindung, oder vermeidet dieses, der Verwendung der Leistungsinduktivität-Stromrichtung als den wichtigen Parameter, in diesem zum Beispiel, um das PWM Schaltsequenzverfahren des Abwärtswandlers herzuleiten, unabhängig von dem Verfahren, wie die Stromrichtung der Leistungsinduktivität tatsächlich sensiert wird.
Zum Zwecke der weiteren Darstellung, dass die vorliegende Erfindung eine klare und wichtige Verbesserung und Überwindung des Stands der Technik ist, wird zum Beispiel Bezug genommen auf den HF Reihenwechselspannungsaufwärtswandler-Abschnitt, wie in 2 dargestellt, und auf lediglich den Aufwärtswandlerabschnitt des Aufwärts/Abwärts-Voll-AVR. Der Aufwärtswandlerabschnitt weist wesentliche Aufwärtswandlerbauteile auf, namentlich die AC-Halbleiterschalter S3 und S4, Leistungsinduktivität L4, und Leistungsinduktivität L4 Stromtransformator CT2. Der Stromtransformator CT3 wird als verbreiteter und typischer Ausgangsüberstromschutz verwendet, wohingegen der Stromtransformator CT2 die wichtige konkrete Verbesserung der vorliegenden Erfindung ist, weil er die wichtigen Stromrichtungsdaten der Leistungsinduktivität L4 für die Pulsweitensteuerung der Leistungshalbleiter erzeugt, welche die Stromrichtung konkret in der Leistungsinduktivität L4 für den Aufwärtswandlerabschnitt verwendet. Und wie oben für den Abwärtswandlerabschnitt zum Beispiel angegeben, richtet sich die Verwendung einer/eines beliebigen alternativen Stromsensiervorrichtung oder -Verfahrens in keinster Weise an das wesentliche erfindungsgemäße neue Prinzip des Pulsweitenmodulationssteuerungsverfahrens der vorliegenden Erfindung, oder vermeidet dieses, der Verwendung der Stromrichtung der Leistungsinduktivität als den wichtigen Parameter, um, in diesem zum Beispiel, das PWM-Schaltsequenzverfahren des Aufwärtswandlers herzuleiten, unabhängig von dem Verfahren, wie die Stromrichtung der Leistungsinduktivität tatsächlich sensiert wird.
Um die wichtigen Vorteile der Verbesserung der vorliegenden Erfindung gegenüber dem simplen lediglich Spannungspolarität-PWM-Steuerungsverfahren, wie in US-Patent Nr. 5,747,972 offenbart, verwendet ein neues erfindungsgemäßes Pulsweitenmodulations-Steuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur die Spannungspolarität, sondern verwendet zudem in einzigartiger und konkreter Art und Weise die wichtigen Daten für die Stromrichtung in den Leistungsinduktivitäten. Dies macht es möglich, dass die PWM-Schaltsequenz der Leistungshalbleiter durch die PWM-Steuerung getrieben werden, in einer Art und Weise, dass dies auf einer absolut gesteuerten Schaltsequenz ohne Uneindeutigkeit erfolgt, was es der PWM-Steuerung ermöglicht, den Strom der Leistungsinduktivität in der zweckmäßigen Leistungshalbleitervorrichtung zu steuern, ohne auf irgendeine Form von verschlechternder oder destruktiver „shoot-through“ Bedingungen zurückzugreifen, so dass der absichtliche „shoot-through“ der Leistungshalbleiter, wie der Lehre in US-Patent Nr. 5,747,972 zu entnehmen ist, vollständig und in sicherer Art und Weise vermieden wird.
3a zeigt die folgenden Funktionsabschnitte der elektronischen Schaltung:

(1) digitale Schaltungen, die auch, ohne hierauf beschränkt zu sein, ein DSP oder ein Mikroprozessor sein können, die digitale Ausgaben wie etwa PWM und Taktsignale, als Eingaben für die Leistungshalbleiter-Schaltsequenz-Digitalschaltung (4) erzeugen.
(2) Analoge Schaltungen, die, ohne hierauf beschränkt zu sein, diskrete Schaltungen, oder allgemein die einfache oder mehrfache Kombination von analogen integrierten Schaltungen aufweist, welche die Wechseleingangsspannung (V input) und den wesentlichen und wichtigen Parameter der vorliegenden Erfindung - Strom der Induktivität L3 - aufnimmt, welcher hier als analoges Stromsignal von dem Stromtransformator CT1 in diesem Beispiel gezeigt ist, der den Strompegel sowie die Richtung in der Leistungsinduktivität L3 (Strom der Induktivität L3) angibt. Diese analoge Schaltung verarbeitet daraufhin diese analogen Eingaben, um analoge Ausgaben als analoge Eingaben für die A/D-Wandler (3) zu erzeugen. Der Funktionsabschnitt der analogen Schaltung (2) erzeugt die folgenden analogen und digitalen Ausgaben bzw. Ausgänge:
- - Vi - Wechseleingangsspannung.
- - Vp - Wechseleingangsspanungspolarität als positiv (+VE), negativ (-VE) oder null (0).
- - Ii - Spulenstrom in der Leistungsinduktivität L3 von dem Stromtransformator CT1.
- - Ip - Spulenstrompolarität in der Leistungsinduktivität L3 von Ii als +VE, -VE oder 0.
(3) A/D-Wandler, und diese A/D-Wandler sind allgemein in und als Teil der Leistungshalbleiterschaltsequenz-Digitalschaltung (4) integriert, oder können getrennt sein. Die Digitalwandler (3) nehmen die analogen Ausgänge von dem Funktionsabschnitt der analogen Schaltung (2) auf und wandeln die analogen Eingänge Vi, Ii in das digitale Format Vp, Ip, welches daraufhin durch die digitale Schaltung (4) mit den digitalen PWM- und Takteingängen von der Digitalschaltung (1) verwendet und verarbeitet wird, um die benötigte Leistungshalbleiter-PWM-Schalttreibersignale q1, q2, q3 und q4 zu erzeugen.
(4) AC-Leistungshalbleiterschalter (5) und (6) als unipolare, back-to-back MOSFET Leistungshalbleitervorrichtungen. Der obere AC-Leistungshalbleiter-Schalter S1 des Abwärtswandlerabschnitts weist die kombinierten unipolaren, back-to-back MOSFET Leistungshalbleitervorrichtungen Q1 und Q2 auf. Der untere AC-Leistungshalbleiter-Schalter S2 weist die kombinierten, unipolaren, back-to-back MOSFET-Leistungshalbleitervorrichtungen Q3 und Q4 auf. Diese Leistungshalbleitervorrichtungen Q1, Q2, Q3 und Q4 werden geschaltet und steuern unabhängig getrieben durch die PWM-Schalttreibersignale die Ausgänge q1, q2, q3 und q4, die von der PWM-Schaltsequenz-Digitalschaltung (4) erzeugt werden.

Ein Durchschnittsfachmann kann eine Reihe von unterschiedlichen Konfigurationen von analogen und digitalen Schaltungen erzeugen, um die gleichen Funktionen wie oben beschrieben zu reproduzieren, jedoch können diese möglicherweise verschiedenen analogen oder digitalen Konfigurationen in keinster die Grundlage dieses neuen und erfindungsgemäßen Prinzips der vorliegenden Erfindung vermeiden, in dem die Strominformation in der Leistungsinduktivität konkret dazu verwendet wird, das Problem zu beseitigen, nur das Spannungspolarität-PWM-Steuerungsverfahren zu verwenden, wenn sich die Wechseleingangsspannung niedrigen positiven und negativen Pegeln an den Eingangswechselspannungsnulldurchgangspunkten nähert.
Da die vorliegende Erfindung den Kompromiss beseitigt, bei dem die Spannungspolarität wie in US-Patent Nr. 5,747,972 allein gelehrt ohne die Stromrichtung in der Leistungsinduktivität verwendet wird, die es der gesamten PWM-Schaltsequenz für die Leistungshalbleiter ermöglicht, eindeutig und sicher, wie in der vorliegenden Erfindung offenbart, bestimmt zu werden, ermöglicht die vorliegende Erfindung es somit dieser neuen HF-Reihenwechselspannungsabwärtsregler-Topologie, einer HF-Reihenwechselspannungsaufwärtsregler-Topologie zur automatischen HF AC AVR Spannungsvollsteuerung bezüglich Strompegeln und Spannungspegeln nach oben und unten skaliert zu werden, mit einer geeigneten Auswahl von Bauteilen, wie etwa den Leistungshalbleitervorrichtungen bezüglich Stromstärke, Spannung und unter Berücksichtigung von Temperaturauslegung, der Größengestaltung und der Leistung der Leistungsinduktivität, und der anderen Bauteile, wie durch jedweden Fachmann zum Skalieren dieser neuen, erfindungsgemäßen Topologie wie in der vorliegenden Erfindung offenbart, bestimmt wurde.
Zusammengefasst und unter Bezugnahme auf den Voll-Abwärtswandlerabschnitt in 2 in Kombination mit den Eingangs- und Ausgangsfiltern- und Bauteilen, die PWM-Schaltsequenz für die unabhängig gesteuerten Leistungshalbleitervorrichtungen (5): Q1 und Q2 für S1 in 2, und (6): Q3 und Q4 für S2 in 2, unter Verwendung der Strominformationen in der Leistungsinduktivität L3 durch den Stromtransformator CT1, der den Strompegel und die Richtung in der Leistungsinduktivität L3 erzeugt, kombiniert mit den funktionalen Steuerungsabschnitten für den Wechselspannungsregler-Abwärtswandlerabschnitt, wie in diesem Beispiel (1), (2), (3) und (4) schafft eine innovative Erfindung, die in diesem Beispiel einen AC-HF-Spannungsregler, der die Beschränkungen, Kompromisse und Risiken der Verwendung von nur einer Spannungspolaritätsinformation für die PWM-Schaltsequenz überwindet, wie bei der entscheidenden Verbesserung der vorliegenden Erfindung, der oben erläuterten Verwendung der Stromrichtung der kritischen Leistungsinduktivität. Somit erzeugt dieses neue erfindungsgemäße PWM-Steuerungsverfahren niemals eine undefinierte PWM-Schaltsequenz für die Leistungshalbleiter, und mit Sicherheit keine „Shoot-Through“-PWM-Sequenz.
Bezugnehmend auf die 3a und 3b sind die Schritte für das PWM-Steuerungsverfahren, beispielsweise den Abwärtswandler-Abschnitt der vorliegenden Erfindung, wie folgt:

1) Erzeugen eines Eingangsspannungs-Polaritätssignals (Vp) aus der Eingangsspannungsinformation (Vi). Das Eingangsspannungs-Polaritätssignal (Vp) umfasst drei logische Zustände: positiv (+VE), negativ (- VE) und null (0); wobei null (0) sich auf eine Eingangsspannung bezieht, die niedriger ist als ein vordefinierter Absolutwert, beispielsweise IV oder niedriger. Beispielsweise unter Bezugnahme auf 3a wird das Eingangsspannungs-Polaritätssignal (Vp) aus der Eingangsspannung (Vi) mit dem Abschnitt (2) der analogen Schaltung abgeleitet.
2) Erzeugen eines Spulenstrom-Polaritätssignals (Ip) aus dem Stromsignal (Ii) der Leistungsinduktivität L3 aus dem Stromtransformator CT1 der Leistungsinduktivität L3, um die Stromrichtungspolaritätsinformation (Ip) der Leistungsinduktivität L3 zu gewinnen. Die Stromrichtungspolaritätsinformation (Ip) der Leistungsinduktivität umfasst drei logische Zustände: positiv (+VE), negativ (- VE) und null (0); wobei null (0) sich auf einen Spulenstrom bezieht, der niedriger ist als ein vordefinierter Absolutwert, beispielsweise 2 % des Volllast-Spulenstroms oder niedriger. Beispielsweise unter Bezugnahme auf 3a wird das Spulenstrom-Polaritätssignal (Ip) in der Leistungsinduktivität L3 aus dem Stromsignal (Ii) der Leistungsinduktivität L3 aus dem Stromtransformator CT1 gewonnen, und das Spulenstrom-Polaritätssignal (Ip) wird mit der analogen Schaltung (2) erzeugt.
3) Die Schaltzustände der vier unabhängigen Leistungshalbleitervorrichtungen unter PWM-Steuerung, die von den Schaltsignalen q1, q2, q3 und q4 getrieben werden, die aus der digitalen Schaltung (4) gewonnen werden, bei der es sich, ohne hierauf beschränkt zu sein, um ein Logik-Array handeln kann, wie in diesem Beispielabschnitt (4) unter Bezugnahme auf 3(a) gezeigt ist. In dieser bevorzugten Ausführungsform schaltet der bidirektionalen AC-Halbleiterschalter in dem Abwärtswandlerabschnitt des AVR HF AC Reihenwechselspannungs-Aufwärts/Abwärtsreglers, unter Bezugnahme auf S1 und S2 in 2, gezeigt dahingehend, unipolare, back-to-back MOSFET Leistungshalbleitervorrichtungen Q1, Q2, Q3 und Q4 zu verwenden, wie beispielsweise die Form und Konfiguration, jedoch nicht auf diese beschränkt, wie beispielsweise in 3a gezeigt, (5) und (6) sind nun korrekt und eindeutig auf Grundlage der Spannungs- und Strompolaritätsinformationsreferenzierungsschritte S1) und S2) oben sequenziert. Beispielsweise und unter Bezugnahme auf 3a und die bevorzugte Ausführungsform ist die Verwendung von vier unabhängig gesteuerten back-to-back Unipolar-Leistungshalbleiterschaltern Q1, Q2, Q3 und Q4, wie etwa in diesem Beispiel unipolaren MOSFETS, unter erneuter Bezugnahme auf 3a, die eingerichtet sind, als bidirektionale AC-Halbleiterschalter zu arbeiten, wiederum in 2 als S1 und S2 gezeigt, referenzieren den Abwärtswandlerabschnitt von nur dem AVR-HF-AC-Reihenspannungs-Abwärts/Aufwärtsregler, unter Bezugnahme auf 2. Die vier unabhängig gesteuerten unipolaren back-to-back Leistungshalbleitervorrichtungen Q1, Q2, Q3 und Q4, wie in diesem Beispiel bezugnehmend auf die 3a gezeigt sind, haben sehr spezielle PWM-Schaltsequenzen, die aus dem obigen Schritt 1) gewonnen werden, und sind sehr entscheidend, und das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung - die Leistungsinduktivität L3, in diesem Beispiel die Strompolarität - Schritt 2). Daher wird jede PWM-Schaltsequenz absolut und eindeutig konkret gesteuert und für jeden der Vorwärts-zu-Freilauf-Übergänge sowie Freilauf-zu-Vorwärts-Übergänge erzeugt, was garantiert, das alle Schaltzustände klar für alle Betriebszustände definiert sind, einschließlich schwerer kapazitiver oder Kriech-Lasten, und niemals einen gefährlichen und vorsätzlichen „Shoot-Through“-Zustand in dieser Schaltsequenz, wie in US-Patent Nr. 5,747,972 gelehrt.

Eine ähnliche PWM-Steuerungs- und Schaltsequenz kann sowohl für die Abwärtsregler-Topologie, wie in diesem Beispiel, als auch die Aufwärtsregler-Topologie, für die zwei Übergänge für einen beliebigen, komplementären Wechselspannungshalbleiterschalter konstruiert werden.
Die vorliegend offenbarten Ausführungsformen können mithilfe von Allzweck- oder mit spezialisierten Rechenvorrichtungen, Computerprozessoren, Microcontrollern oder elektronischen Schaltungen verwirklicht werden, einschließlich, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, digitale Signalprozessoren (DSP), anwendungsspezifische Schaltungen (ASICs), Feld-programmierbare Gate-Arrays (FPGAs), und anderen programmierbaren Logikvorrichtungen, die gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung konfiguriert oder programmiert sind. Rechnerbefehle oder Softwarecode, die auf den Allzweck- oder spezialisierten Rechenvorrichtungen, Computerprozessoren oder programmierbaren Logikvorrichtungen laufen, können von einem Fachmann, der Kenntnisse in der Software- oder Elektrotechnik hat, auf Grundlage der Lehren der vorliegenden Offenbarung leicht erzeugt werden.
Die obenstehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Es ist nicht beabsichtigt, dass sie erschöpfend im Hinblick auf die offenbarten konkreten Ausführungsformen ist oder sie die Erfindung auf diese beschränkt. Einem Fachmann auf dem Gebiet werden viele Modifizierungen und Abwandlungen naheliegen.
Die Ausführungsformen wurden dahingehend ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und deren praktische Anwendung am besten zu erläutern, wodurch es anderen Fachmännern möglich wird, die Erfindung für verschiedene Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen nachzuvollziehen, die für die spezielle Anwendung betrachtet werden. Es ist beabsichtigt, dass der Schutzumfang der Erfindung durch die nachfolgenden Ansprüche und deren Entsprechungen definiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

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Claims

Reihenwechselspannungsregler zum Regeln einer Ausgangswechselspannung einer Ausgangswechselspannungs-Stromquelle, dadurch gekennzeichnet, dass er aufweist: eine Hochfrequenz-Reihenwechselspannungsabwärtsregler-Topologie zum Verringern einer Eingangswechselspannung einer Eingangswechselspannungs-Stromquelle, aufweisend: einen ersten Anschluss, der die Eingangswechselspannungs-Stromquelle elektrische verbindet; einen zweiten Anschluss, der die Ausgangswechselspannungs-Stromquelle elektrisch verbindet, einen ersten und einen zweiten unabhängig steuerbaren, bidirektionalen AC-Schalter (S1, S2) zur Aktivierung der HF-Wechselspannungs-Abwärtsregler-Topologie, wenn beide eingeschaltet sind, und Deaktivierung der HF-Wechselspannungs-Abwärtsregler-Topologie, wenn beide ausgeschaltet sind, eine erste Leistungsinduktivität (L3), und einen mit der ersten Leistungsinduktivität (L3) in Reihe geschalteten, ersten Stromtransformator (CT1) zur Erzeugung eines Stromrichtungsdatensignals (IL3) der ersten Leistungsinduktivität, welches die Stromrichtung der ersten Leistungsinduktivität angibt; eine Hochfrequenz-Reihenwechselspannungsaufwärtsregler-Topologie zum Erhöhen der Eingangswechselspannung, aufweisend: einen dritten Anschluss, der die Eingangswechselspannungs-Stromquelle elektrisch verbindet; einen vierten Anschluss, der die Ausgangswechselspannungs-Stromquelle elektrisch verbindet; einen dritten und einen vierten unabhängig steuerbaren, bidirektionalen AC-Schalter (S3, S4) zur Aktivierung der HF-Wechselspannungs-Aufwärtsregler-Topologie, wenn beide eingeschaltet sind, und Deaktivierung der HF-Wechselspannungs-Aufwärtsregler-Topologie, wenn beide ausgeschaltet sind; eine zweite Leistungsinduktivität (L4), und einen mit der zweiten Leistungsinduktivität in Reihe geschalteten, zweiten Stromtransformator (CT2) zur Erzeugung eines Stromrichtungsdatensignals (IL4) der zweiten Leistungsinduktivität, welches die Stromrichtung der zweiten Leistungsinduktivität angibt; und eine Steuerungsschaltung, die eingerichtet ist, die Eingangswechselspannung, eine Referenzwechselspannung, die Ausgangswechselspannung, das Stromrichtungsdatensignal (IL3) der ersten Leistungsinduktivität, und das Stromrichtungsdatensignal (IL4) der zweiten Leistungsinduktivität aufzunehmen; wobei die Steuerungsschaltung ferner eingerichtet ist, die HF-Wechselspannungs-Abwärtsregler-Topologie oder die HF-Wechselspannungs-Aufwärtsregler-Topologie basierend auf einer Amplitudendifferenz zwischen der Wechselspannungs-Referenzspannung und der Wechselspannungs-Ausgangsspannung durch Ein- oder Ausschalten von einem oder mehr bidirektionalen Wechselspannungs-Schaltern (S1, S2, S3, S4) zu aktivieren oder zu deaktivieren; wobei die Steuerungsschaltung ferner eingerichtet ist, die Wechselspannungs-Eingangsspannungspolarität aus der aufgenommenen AC-Eingangsspannung zu bestimmen; wobei die Wechselspannungs-Eingangsspannungspolarität einen möglichen Wert von Spannung positiv, Spannung negativ, und Spannung Null besitzt, wobei Spannung Null eine Spannungsamplitude der Wechselspannungs-Eingangsspannung unterhalb eines niedrigen Spannungsgrenzwerts darstellt; wobei die Steuerungsschaltung ferner eingerichtet ist, die Wechselspannungs-Strompolarität aus dem empfangenen Stromrichtungsdatensignal (IL3) der ersten Leistungsinduktivität und dem empfangenen Stromrichtungsdatensignal (IL4) der zweiten Leistungsinduktivität (IL4) zu bestimmen; wobei die Wechselspannungs-Strompolarität einen möglichen Wert von Strom positiv, Strom negativ, und Strom Null besitzt, wobei Strom Null eine Stromamplitude der jeweiligen Leistungsinduktivität unterhalb eines niedrigen Stromgrenzwerts darstellt; wobei die Steuerungsschaltung ferner eingerichtet ist, eine Schaltsequenz basierend auf der Wechselspannungs-Eingangsspannungspolarität und der Wechselspannungs-Strompolarität zu erzeugen, die Schaltsequenz derart funktioniert, dass lediglich ein Satz aus den bidirektionalen Wechselspannungs-Schaltern (S1, S2) zur Verringerung der Eingangswechselspannung und der bidirektionalen Wechselspannungs-Schalter (S3, S4) zur Erhöhung der Eingangswechselspannung zu einem beliebigen Zeitpunkt eingeschaltet werden kann, wobei die Schaltsequenz absolut und unverwechselbar für jeweils Vorwärts-zu-Freilauf-Übergängen und Freilauf-zu-Vorwärts-Übergängen erzeugt wird, um einen „shoot through“-Leistungshalbleiter Zustand zu vermeiden; wobei die Steuerungsschaltung ferner eingerichtet ist, Schalttreibersignale (q1, q2, q3, q4) gemäß der Schaltsequenz zu erzeugen, um die bidirektionalen Wechselspannungs-Schalter (S1, S2, S3, S4) ein oder auszuschalten; wobei der erste Anschluss der HF-Wechselspannungs-Abwärtsregler-Topologie und der dritte Anschluss der HF-Wechselspannungs-Aufwärtsregler-Topologie mit der Eingangswechselspannungs-Stromquelle elektrisch parallelgeschaltet sind; wobei der zweite Anschluss der HF-Wechselspannungs-Abwärtsregler-Topologie und der vierte Anschluss der HF-Wechselspannungs-Aufwärtsregler-Topologie mit der Ausgangswechselspannungs-Stromquelle elektrisch parallelgeschaltet sind; und wobei die HF-Wechselspannungs-Abwärtsregler-Topologie und die HF-Wechselspannungs-Aufwärtsregler-Topologie jeweils unabhängig voneinander durch das Ein- oder Ausschalten von einem oder mehr bidirektionalen Wechselspannungs-Schaltern (S1, S2, S3, S4) aktiviert oder deaktiviert werden.
Reihenwechselspannungsregler nach Anspruch 1, wobei zum jedem Zeitpunkt während des Betriebs die HF-Reihenwechselspannungsabwärtsregler-Topologie arbeitet und die HF-Reihenwechselspannungsaufwärtsregler-Topologie nicht aktiviert ist.
Reihenwechselspannungsregler nach Anspruch 1, wobei zu jedem Zeitpunkt während des Betriebs die HF-Reihenwechselspannungsaufwärtsregler-Topologie aktiviert ist und die HF-Reihenwechselspannungsabwärtsregler-Topologie nicht aktiviert ist.
Reihenwechselspannungsregler nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Eingangsfilter zum Verhindern, dass HF-Schaltenergie zurück in die Eingangswechselspannungsquelle fließt.
Reihenwechselspannungsregler nach Anspruch 4, wobei das Eingangsfilter zwei Kondensatoren und zwei Induktivitäten aufweist.
Reihenwechselspannungsregler nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Eingangsfilter zum Mitteln von HF-Spannungswelligkeit, um einen glatten, geregelten Spannungspegel für die Ausgangswechselspannung zu erzeugen.
Reihenwechselspannungsregler nach Anspruch 6, wobei das Ausgangsfilter zwei Kondensatoren und zwei Induktivitäten aufweist.
Reihenwechselspannungsregler nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen dritten Stromtransformator zur Erzeugung eines Ausgangsstrommesssignals an die Steuerungsschaltung, um einen Überstromschutz zu erzielen.
Reihenwechselspannungsregler nach Anspruch 1, wobei die Schalttreibersignale für die bidirektionalen Wechselspannungs-Schalter Pulsweitenmodulation (PWM)-Steuersignale sind.
Reihenwechselspannungsregler nach Anspruch 1, wobei jeder der bidirektionalen Wechselspannungs-Schalter eine oder mehr Leistungshalbleitervorrichtungen aufweist.
Reihenwechselspannungsregler nach Anspruch 10, wobei die Leistungshalbleitervorrichtungen unipolare, back-to-back MOSFET Leistungshalbleitervorrichtungen, gesteuerte Siliziumgleichrichter (SCR), GTO (Gate Turn Off) Thyristoren, die als antiparallele AC-Schalter geschaltet sind, TRIACs Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBT), MOSFET Transistoren, oder als AC-Schalter konfigurierte SCRs sind.