WO2007077031A1 - Schaltungsanordnung mit doppeldrossel zur umwandlung einer gleichspannung in eine wechselspannung oder einen wechselstrom - Google Patents

Schaltungsanordnung mit doppeldrossel zur umwandlung einer gleichspannung in eine wechselspannung oder einen wechselstrom Download PDF

Info

Publication number
WO2007077031A1
WO2007077031A1 PCT/EP2006/012637 EP2006012637W WO2007077031A1 WO 2007077031 A1 WO2007077031 A1 WO 2007077031A1 EP 2006012637 W EP2006012637 W EP 2006012637W WO 2007077031 A1 WO2007077031 A1 WO 2007077031A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
voltage
circuit arrangement
arrangement according
windings
sub
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/012637
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heribert Schmidt
Bruno Burger
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft Zür Förderung Der Angewandten Forschung E.V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft Zür Förderung Der Angewandten Forschung E.V. filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft Zür Förderung Der Angewandten Forschung E.V.
Priority to US12/158,802 priority Critical patent/US20090251937A1/en
Priority to EP06841233A priority patent/EP1969708A1/de
Publication of WO2007077031A1 publication Critical patent/WO2007077031A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for converting a DC voltage into an AC voltage or an AC current according to the preamble of the main claim.
  • Inverters for converting a DC voltage into an AC voltage or an AC current are generally known, with these inverters being distinguished between inverters without galvanic isolation, ie transformerless inverters and those with galvanic isolation, ie transformer inverters.
  • the highest efficiencies are achieved with transformerless inverters in full bridge without step-up converter, as described for example in DE 102 21 592 Al. This varies with these circuits Potential of the source with mains frequency and half mains voltage with respect to the ground potential. Therefore, there is a limitation in the applicability of these concepts in sources with a high dissipation capacity to earth potential, as is the case for example with solar generators of certain technology, in particular thin-film modules.
  • the input voltage range is limited by the voltage at least required for feeding in the amount of the amplitude of the mains voltage, ie about 325 V at an effective value of 230 V, down.
  • transformerless concepts e.g. from DE 196 42 522 Cl and DE 197 32 218 Cl, in which a connection of the solar generator is fixedly connected to the neutral conductor and thus has a fixed potential to earth potential.
  • a choke coil is placed in a first clock section via two switches to an input voltage, which is buffered with a choicesskondensa- tor, and stored energy in the choke coil.
  • a plurality of switches are configured such that the voltage stored in the choke coil
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a circuit arrangement for converting a DC voltage into an AC voltage or an alternating current from a respect to a neutral unipolar DC voltage source, which offers high efficiency, based on simple, inexpensive, reliable and controllable easily controllable structures and a Input voltage range both below and above the mains voltage amplitude (typically 325 V with an RMS value of 230 V) allowed.
  • the throttle is designed as a double throttle with two windings arranged in close coupling to each other and the first winding is in series with the first electronic switch and the energy supplied via this switch caches and that the two windings are in each case connected via a second electronic switch to the AC voltage connection which is not connected to the neutral conductor, only three instead of five semiconductor switches are required. As a result, both efficiency and reliability increase considerably. In addition, the omission of two switches together with activation means a noticeable cost saving. The execution of the simple throttle with an additional winding represents only a minor extra effort.
  • windings of the double choke have the same number of turns and are formed in close coupling to one another, since in this way the same voltage is induced in both.
  • the windings of the double choke are connected so that one of the respective associated coil ends are at a quiescent potential (potential of the neutral conductor or the instantaneous capacitor voltage at the output), and the other of the respective associated coil ends the same to the Amount of the instantaneous capacitor voltage staggered voltage curve, whereby no cyclic transfer of parasitic coupling capacitances between the windings is necessary and lower peak currents occur at the first switch and the efficiency and the EMC behavior can be improved.
  • the circuit arrangement according to the invention can also be designed to be multi-phase, e.g. three-phase for feeding into the usual public three-phase network.
  • a solar generator is used as the DC voltage source, but it is also possible to use fuel cells, batteries or the like.
  • the positive pole of the solar generator is connected to the neutral conductor, whereby all modules or cells of the solar generator have a negative potential relative to the ground potential, which has an advantageous effect on the efficiency of certain solar cell types.
  • a plurality of input stages consisting of a first electronic switch, a double throttle with associated diodes and an input capacitor are connected in parallel, which transmit the energy to the output in an offset manner.
  • FIG. 4 shows the circuit configuration of a fourth embodiment of the invention with multiple input stages
  • Fig. 5 diagrams of the switches in the Fign. 1 to 3 occurring pulse pattern.
  • the illustrated in Fig. 1 and designed as an inverter circuit arrangement has a DC voltage source, which is a solar generator 1 in the embodiment, which is located with its terminals on a positive line 2 and a neutral or ground conductor 3.
  • This solar generator supplies a DC input voltage U SG -
  • a capacitor C 0 is provided, which buffers the input voltage U SG .
  • a first winding Wi a throttle which is referred to as a double throttle DRi
  • switch S 0 which may be formed as a transistor, preferably as a MOS-FET or IGBT .
  • the second winding W 2 of the double choke DRi is at the beginning of the winding
  • the windings W 1 , W 2 feed via the switches S x and S 2 feed an output capacitor Ci which is connected at its one terminal to the switches S x , S 2 and which lies with its other terminal on the neutral conductor 3.
  • the voltage of the capacitor Ci is marked U C i.
  • Capacitor Ci and switch Si, S 2 are connected to a smoothing or supply choke Li, whose other terminal is connected to one of the phases L of the network 4, in which an alternating current is to be fed, the mains voltage being called U net .
  • the N / PE designated neutral 3 also constitutes an AC output terminal.
  • the double choke DRi represents a transformer with energy storage properties, the galvanic separation of which is not used in the present case.
  • the winding W x is used twice to store the energy and to generate an inverted voltage related to the potential of the neutral conductor 3.
  • the winding W 2 is used to generate a reference to the neutral voltage with the same polarity as the input voltage.
  • the windings W x and W 2 advantageously have the same number of turns and are wound in close coupling to a core, wherein they can also be wound bifilar.
  • the buffered input voltage U SG is applied via the clocked switch S 0 to the first winding W 1 of the double choke DRi, whereby in the first clock phase, in which the switch S 0 is turned on, a time-increasing current in the winding W 1st connected to an energy storage in the magnetic circuit of the double choke DR 1 .
  • the switch-on duration of the switch S 0 is adjusted via a control circuit, not shown here (eg pulse width modulator PWM), so that a sinusoidal current is set in the output choke L 1 which is then fed into the public power grid.
  • a control circuit not shown here (eg pulse width modulator PWM)
  • PWM pulse width modulator
  • the switches S 1 and S 2 are closed as shown in FIG.
  • the positive half-cycle S 1 is permanently closed, and stored in the inductor DR 1 energy flows through the winding W 2 , the diode Di and the switch S 1 in the output capacitor Ci.
  • the switch S 2 is correspondingly permanently closed, and the energy flow takes place via the winding Wi, the diode D 2 and the switch S 2 in the output capacitor C 1 .
  • the energy delivered in this way to the output capacitor Ci in a pulse-like manner is integrated there with the voltage U C i and fed into the network 4 via the smoothing inductor Li.
  • a further circuit arrangement is shown, which differs from the circuit of FIG. 1 in that the order within the series connection of the winding W 2 of the double choke DRi and the diode D 1 is reversed.
  • the diode D 1 with its one connection to the Neutral conductor 3 is connected and with its other connection to the winding start of the winding W 2 , whose other terminal is connected to the switch Si.
  • a capacitor C 2 is each connected to the winding start of the winding W 1 and the winding start of the winding W 2 .
  • the operation is as previously described, ie, the general function remains unchanged.
  • both winding ends of the windings W 1 , W 2 are at rest, ie at the reference potential which is predetermined by the neutral conductor 3, or at the instantaneous capacitor voltage U C1 lying at the capacitor C 1 .
  • the two winding starts thus have the same voltage curve relative to each other by the height of the instantaneous capacitor voltage U C1 .
  • the two windings W 1 , W 2 can be wound very closely adjacent to one another, for example as a bifilar winding, since the parasitic coupling capacitance forming between the two windings does not have to be reloaded in each cycle. From the spatially tight structure results in a very good magnetic coupling of the windings W 1 , W 2 and thus a low leakage inductance, improved EMC behavior and lower switching losses in the switch S 0 .
  • the two winding starts can be connected to the coupling capacitor C 2 .
  • this additional coupling capacitor C 2 absorbs part of the energy stored in the primary-side leakage inductance of the double choke DR 1 and outputs it via the winding W 2 during the positive half-cycle in the next cycle to the exit.
  • overvoltages are limited during the switching process.
  • the limitation takes place via the diode D 2 and the then closed switch S 2 .
  • circuits according to FIGS. 1 and 2 can also be constructed in a complementary way.
  • 3 shows by way of example the complementary structure of the circuit according to FIG. 2.
  • Fig. 3 is the positive terminal of the DC voltage source 1, ie the solar generator, on the neutral conductor 3.
  • the switch S 0 is in the negative supply voltage line 6, which simplifies its control circuitry, in particular, if several parallel input stages are provided.
  • N-channel transistors require a positive gate voltage of e.g. 15 volts to the emitter potential, for which an auxiliary voltage must be provided. If a plurality of transistors with their emitters are at the same potential, advantageously a common auxiliary voltage source can be used.
  • Fig. 4 is a circuit arrangement corresponding to FIG. 1 with a plurality of input stages, consisting of the capacitor C 0 , the switch S 0 , the double throttle
  • the diodes O 1 , D 2 provided, wherein in the figure only a second input stage is shown, the reference numerals are the same as in the first input stage, but are provided with a dash. If a circuit arrangement according to FIG. 2 or FIG. 3 is provided, the coupling capacitor C 2 still belongs to the input stage.
  • the input stages are each connected to the switch Si or the switch S 2 and are fed from the same source.
  • input stages can also have separate input terminals, which in turn can be connected to associated, also different solar generators or other DC voltage sources.
  • a solar generator is used as a DC power source.
  • fuel cells or batteries or the like may be provided.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer an Gleichspannungsanschlüssen liegenden Gleichspannung in einen über Wechselspannungsanschlüsse gelieferten Wechselstrom bzw. eine Wechselspannung vorgeschlagen, die eine mit den Gleichspannungsanschlüssen verbundene erste Reihenschaltung aus Hersten einem elektronischen Schalter (S0) und einer Drossel und eine Mehrzahl von zweiten elektronischen Schaltern (S1, S2) aufweist, wobei einer der Gleich- und einer der Wechsel-Spannungsanschlüsse an einem Neutralleiter (N/PE) liegen. Die Drossel ist als Doppeldrossel (DR1) mit zwei in enger Kopplung zueinander angeordneten Wicklungen (W1,W2) ausgebildet, wobei die erste Wicklung (W1) mit dem ersten elektronischen Schalter (S0) in Reihe liegt und die über diesen gelieferte Energie zwischenspeichert. Die beiden Wicklungen stehen jeweils über einen zweiten elektronischen Schalter (S1, S2) mit dem nicht an dem Neutralleiter liegenden Wechselspannungsanschluss in Verbindung.

Description

SCHALTUNGSANORDNUNG MIT DOPPELDROSSEL ZUR UMWANDLUNG EINER GLEICHSPANNUNG IN EINE WECHSELSPANNUNG ODER EINEN WECHSELSTROM
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung oder einen Wechselstrom nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs .
Wechselrichter zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung oder einen Wechselstrom sind allgemein bekannt, wobei bei diesen Wechselrichtern zwischen Wechselrichtern ohne galvanische Trennung, d.h. transformatorlosen Wechselrichtern und solchen mit galvanischer Trennung, d.h. Transformator-Wechselrichtern, unterschieden wird. Die höchsten Wirkungsgrade werden mit transformatorlosen Wechselrichtern in Vollbrückenschaltung ohne Hochsetzsteller erzielt, wie sie beispielsweise in der DE 102 21 592 Al beschrieben sind. Bei diesen Schaltungen schwankt das Potential der Quelle mit Netzfrequenz und halber Netzspannung gegenüber dem Erdpotential. Daher besteht eine Einschränkung in der Anwendbarkeit dieser Konzepte bei Quellen mit einer hohen Ableitkapazität gegenüber Erdpotential, wie es z.B. bei Solargeneratoren bestimmter Technologie, insbesondere Dünnschichtmodulen, der Fall ist. Bei konventionellen transformatorlosen Wechselrichtern ohne Hochsetzstel- ler ist der Eingangsspannungsbereich durch die zur Einspeisung wenigstens erforderliche Spannung in Höhe der Amplitude der Netzspannung, also ca. 325 V bei einem Effektivwert von 230 V, nach unten begrenzt.
Weiterhin sind transformatorlose Konzepte, z.B. aus der DE 196 42 522 Cl und der DE 197 32 218 Cl, bekannt, bei denen ein Anschluss des Solargenerators fest mit dem Neutralleiter verbunden ist und somit ein festes Potential gegenüber Erdpotential aufweist. Dadurch können auch bei beliebig hohen Ableitkapazi- täten prinzipbedingt keine Ableitströme fließen.
Bei der DE 196 42 522 Cl wird eine Drosselspule in einem ersten Taktabschnitt über zwei Schalter an eine Eingangsspannung, welche mit einem Eingangskondensa- tor gepuffert wird, gelegt und Energie in der Drosselspule gespeichert. Im zweiten Taktabschnitt werden, je nach Polarität der Spannung an einem Ausgangskondensator, welcher im Wesentlichen der Netzspannung entspricht, mehrere Schalter so konfigu- riert, dass die in der Drosselspule gespeicherte
Energie über Dioden und besagte Schalter an den Ausgang abgegeben werden kann. Von Nachteil bei dieser bekannten Schaltungsanordnung ist es, dass insgesamt fünf Schalter benötigt werden. In der ersten Taktpha- se sind immer zwei Schalter im Strompfad, in der zweiten Taktphase während der positiven Halbwelle zwei Schalter und zwei Dioden und in der negativen zwei Schalter und eine Diode. Hierdurch ergeben sich hohe Verluste und entsprechend ein schlechter Wirkungsgrad. Außerdem stellen die Schalter, gemeinsam mit den zugehörigen Ansteuerungen, einen erheblichen Aufwand dar und vermindern die Zuverlässigkeit. Diese Wechselrichter zeichnen sich somit durch eine hohe Komplexität und damit einen schlechten Wirkungsgrad, einen hohen Aufwand sowie eine verminderte Zuverläs- sigkeit aus.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung oder einen Wechselstrom aus einer bezüglich eines Neutralleiters unipolaren Gleichspannungsquelle zu schaffen, die einen hohen Wirkungsgrad bietet, auf einfachen, kostengünstigen, zuverlässigen und regelungstechnisch leicht beherrschbaren Strukturen beruht und einen Eingangs- Spannungsbereich sowohl unterhalb als auch oberhalb der Netzspannungsamplitude (typischerweise 325 V bei einem Effektivwert von 230 V) erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn- zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse- rungen möglich.
Dadurch, dass die Drossel als Doppeldrossel mit zwei in enger Kopplung zueinander angeordneten Wicklungen ausgebildet ist und die erste Wicklung mit dem ersten elektronischen Schalter in Reihe liegt und die über diesen Schalter gelieferte Energie zwischenspeichert und dass die beiden Wicklungen jeweils über einen zweiten elektronischen Schalter mit dem nicht an dem Neutralleiter liegenden Wechselspannungsanschluss in Verbindung stehen, werden nur drei anstatt fünf HaIb- leiterschalter benötigt. Hierdurch erhöhen sich sowohl Wirkungsgrad als auch Zuverlässigkeit erheblich. Darüber hinaus bedeutet der Wegfall von zwei Schaltern nebst Ansteuerung eine merkbare Kosteneinsparung. Die Ausführung der einfachen Drossel mit einer zusätzlichen Wicklung stellt nur einen geringfügigen Mehraufwand dar.
Vorteilhaft ist, dass die Wicklungen der Doppeldrossel gleiche Windungszahlen aufweisen und in enger Kopplung zueinander ausgebildet sind, da dadurch in beiden die gleiche Spannung induziert wird.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Wicklungen der Doppeldrossel so geschaltet sind, dass die einen der jeweils zugeordneten Wicklungsenden auf einem ruhenden Potential liegen (Potential des Neutralleiters bzw. der momentanen KondensatorSpannung am Ausgang) , und die anderen der jeweils zugeordneten Wicklungsenden den gleichen, um den Betrag der momentanen Kon- densatorspannung versetzten Spannungsverlauf aufweisen, wodurch keine taktweise Umladung der parasitären Koppelkapazitäten zwischen den Wicklungen notwendig ist und geringere Spitzenströmen an dem ersten Schalter auftreten und der Wirkungsgrad sowie das EMV-Ver- halten verbessert werden.
Durch Vorsehen eines Kondensators zwischen den Wicklungsenden mit dem gleichen zeitlichen, aber um den Betrag der momentanen Ausgangsspannung versetzten Spannungsverlauf, kann die in den unvermeidlichen Streuinduktivitäten der Doppeldrossel gespeicherte Energie beim Öffnen des ersten Schalters aufgenommen werden und im nächsten Taktabschnitt nahezu verlust- frei an den Ausgang weitergegeben werden.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann auch mehrphasig ausgeführt werden, z.B. dreiphasig zur Einspeisung in das übliche öffentliche Drehstromnetz. In vorteilhafter Weise wird als Gleichspannungsquelle ein Solargenerator verwendet, es können jedoch auch Brennstoffzellen, Batterien oder dergleichen verwendet werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Pluspol des Solargenerators mit dem Neutralleiter verbunden, wodurch alle Module oder Zellen des Solargenerators ein negatives Potential gegenüber dem Erdpotential haben, was sich bei bestimmten Solarzellentypen vorteilhaft auf den Wirkungsgrad auswirkt.
In vorteilhafter Weise ist eine Mehrzahl von Eingangsstufen bestehend aus erstem elektronischen Schalter, Doppeldrossel mit zugeordneten Dioden und einem Eingangskondensator parallel geschaltet, die versetzt taktend die Energie an den Ausgang übertra- gen. Dadurch wird der Rippel am Eingangskondensator reduziert und es ist auch ein sequentielles Zuschalten der Eingangsstufen abhängig von der momentanen Leistung entsprechend einem Master-Slave-Betrieb möglich, wodurch sich der Wirkungsgradverlauf im Teil- lastbereich deutlich verbessert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die schaltungsgemäße Ausgestaltung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 2 die schaltungsgemäße Ausgestaltung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 3 die schaltungsgemäße Ausgestaltung eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfin- düng,
Fig. 4 die schaltungsgemäße Ausgestaltung eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit mehreren Eingangsstufen,
Fig. 5 Diagramme der an den Schaltern in den Fign. 1 bis 3 auftretenden Pulsmuster.
Die in Fig. 1 dargestellte und als Wechselrichter ausgebildete Schaltungsanordnung weist eine Gleichspannungsquelle auf, die im Ausführungsbeispiel ein Solargenerator 1 ist, der mit seinen Anschlüssen an einer positiven Leitung 2 und einem Neutral- oder Erdleiter 3 liegt. Dieser Solargenerator liefert eine Eingangsgleichspannung USG-
Parallel zu dem Solargenerator 1 ist ein Kondensator C0 vorgesehen, der die Eingangsspannung USG puffert. Zwischen den Leitungen 2, 3 liegt die Reihenschaltung einer ersten Wicklung Wi einer Drossel, die als Doppeldrossel DRi bezeichnet wird, und eines durch eine nicht dargestellte Steuereinheit getakteten Schalters S0, der als Transistor, vorzugsweise als MOS-FET oder IGBT, ausgebildet sein kann. Die zweite Wicklung W2 der Doppeldrossel DRi ist mit dem Wicklungsanfang
(die Punkte an den Wicklungen Wi, W2 kennzeichnen in bekannter Art deren Wicklungsanfänge) an den Neutral- leiter 3 angeschlossen, wobei das Wicklungsende mit einer ersten Diode Di verbunden ist, die mit der Schaltstrecke eines elektronischen Schalters S1 in Reihe liegt. An dem Verbindungspunkt zwischen erster Wicklung Wi und dem Schalter S0 ist eine zweite Diode D2 angeschlossen, die mit der Schaltstrecke eines elektronischen Schalters S2 in Reihe liegt.
Die Wicklungen W1, W2 speisen über die Schalter Sx und S2 speisen einen Ausgangskondensator Ci, der mit seinem einen Anschluss mit den Schaltern Sx, S2 verbunden ist und der mit seinem anderen Anschluss auf dem Neutralleiter 3 liegt. Die Spannung des Kondensators Ci wird mit UCi gekennzeichnet. Kondensator Ci und Schalter Si, S2 sind mit einer Glättungs- oder Einspeisedrossel Li verbunden, deren anderer Anschluss mit einer der Phasen L des Netzes 4 verbunden ist, in das ein Wechselstrom eingespeist werden soll, wobei die Netzspannung mit UNetz bezeichnet wird. Der mit N/PE gekennzeichnete Neutralleiter 3 bildet gleichfalls einen Wechselspannungsausgangsanschluss .
Die Doppeldrossel DRi stellt einen Transformator mit Energiespeicher-Eigenschaften dar, dessen galvanische Trennung im vorliegenden Fall jedoch nicht benutzt wird. Die Wicklung Wx wird doppelt genutzt zur Einspeicherung der Energie und zur Erzeugung einer auf das Potential des Neutralleiters 3 bezogenen inver- tierten Spannung. Die Wicklung W2 dient zur Erzeugung einer auf den Neutralleiter bezogenen Spannung mit gleicher Polarität wie die EingangsSpannung. Die Wicklungen Wx und W2 haben vorteilhafterweise die gleiche Windungszahl und sind in enger Kopplung auf einen Kern gewickelt, wobei sie auch bifilar gewickelt sein können. Die gepufferte EingangsSpannung USG wird über den getakteten Schalter S0 an die erste Wicklung W1 der Doppeldrossel DRi gelegt, wodurch in der ersten Takt- phase, in welcher der Schalter S0 durchgeschaltet ist, sich ein zeitlich zunehmender Strom in der Wicklung W1 aufbaut, verbunden mit einer Energiespeiche- rung im magnetischen Kreis der Doppeldrossel DR1.
Gemäß Fig. 5 wird die Einschaltdauer des Schalters S0 über einen hier nicht dargestellten Regelkreis (z.B. Pulsweiten-Modulator PWM) so eingestellt, dass sich in der Ausgangsdrossel L1 ein sinusförmiger Strom einstellt, der dann in das öffentliche Stromnetz ein- gespeist wird. Abhängig von der Polarität der Kondensatorspannung UC1, welche im Wesentlichen der Netzspannung UNetz entspricht, werden gemäß Fig. 5 die Schalter S1 bzw. S2 geschlossen. Während der positiven Halbwelle ist S1 permanent geschlossen, und die in der Drosselspule DR1 gespeicherte Energie fließt über die Wicklung W2, die Diode Di und den Schalter S1 in den Ausgangskondensator Ci. In der negativen Halbwelle ist entsprechend der Schalter S2 permanent geschlossen, und der Energiefluss erfolgt über die Wicklung Wi, die Diode D2 und den Schalter S2 in den Ausgangskondensator C1. Die in dieser Weise pulsartig an den Ausgangskondensator Ci abgegebene Energie wird dort zu der Spannung UCi aufintegriert und über die Glättungsdrossel Li in das Netz 4 eingespeist.
In Fig. 2 ist eine weitere Schaltungsanordnung dargestellt, die sich von der Schaltung nach Fig. 1 dadurch unterscheidet, dass die Reihenfolge innerhalb der Reihenschaltung der Wicklung W2 der Doppeldrossel DRi und der Diode D1 vertauscht ist. Das bedeutet, dass die Diode D1 mit ihrem einen Anschluss an den Neutralleiter 3 angeschlossen ist und mit ihrem anderen Anschluss an den Wicklungsanfang der Wicklung W2 liegt, deren anderer Anschluss mit dem Schalter Si verbunden ist. Außerdem ist ein Kondensator C2 je- weils mit dem Wicklungsanfang der Wicklung W1 und dem Wicklungsanfang der Wicklung W2 verbunden. Grundsätzlich ist die Funktionsweise wie vorher beschrieben, d.h., die generelle Funktion verbleibt unverändert. Von Vorteil ist jedoch, dass beide Wicklungsenden der Wicklungen W1, W2 auf ruhendem Potential liegen, d.h. auf dem Bezugspotential, das von dem Neutralleiter 3 vorgegeben ist, bzw. auf der am Kondensator C1 liegenden momentanen Kondensatorspannung UC1. Die beiden Wicklungsanfänge haben somit den gleichen, um die Hö- he der momentanen Kondensatorspannung UC1 versetzten Spannungsverlauf zueinander. Damit können die beiden Wicklungen W1, W2 sehr eng benachbart zueinander gewickelt werden, beispielsweise als bifilare Wicklung, da die sich zwischen den beiden Wicklungen ausbilden- de parasitäre Koppelkapazität nicht in jedem Takt umgeladen werden muss . Aus dem räumlich engen Aufbau resultiert eine sehr gute magnetische Kopplung der Wicklungen W1, W2 und somit eine geringe Streuinduktivität, ein verbessertes EMV-Verhalten sowie gerin- gere Schaltverluste in dem Schalter S0.
Da in der Schaltung nach Fig. 2 die beiden Wicklungs- anfänge idealerweise den gleichen, aber um den Betrag der momentanen AusgangsSpannung versetzten Spannungs- verlauf aufweisen, können die beiden Wicklungsanfänge mit dem Koppelkondensator C2 verbunden werden. Dieser zusätzliche Koppelkondensator C2 nimmt beim Abschalten des Schalters S0 einen Teil der in der primärsei- tigen Streuinduktivität der Doppeldrossel DR1 gespei- cherten Energie auf und gibt diese während der positiven Halbwelle im nächsten Takt über die Wicklung W2 an den Ausgang ab. Hierdurch werden Überspannungen während des Schaltvorganges begrenzt. In der negativen Halbwelle erfolgt die Begrenzung über die Diode D2 und den dann geschlossenen Schalter S2.
Die Schaltungen nach den Fign. 1 und 2 können auch komplementär aufgebaut werden. Fig. 3 zeigt beispielhaft den komplementären Aufbau der Schaltung nach Fig. 2.
In Fig. 3 liegt der positive Anschluss der Gleichspannungsquelle 1, d.h. des Solargenerators, auf dem Neutralleiter 3. Dies hat den Vorteil, dass alle Module des Solargenerators 1 ein negatives Potential gegenüber dem Erdpotential haben, was sich bei bestimmten Solarzellentypen vorteilhaft auf deren Wirkungsgrad auswirkt. Weiterhin liegt der Schalter S0 in der negativen Versorgungsspannungsleitung 6, was seine Ansteuerung schaltungstechnisch vereinfacht, insbesondere, wenn mehrere parallel arbeitende Eingangsstufen vorgesehen sind.
Als Schalter werden, wie schon erwähnt, bevorzugt MOS-FETs oder IGBTs vom N-Kanal-Typ eingesetzt. N-Kanal-Transistoren benötigen zur Ansteuerung eine positive Gate-Spannung von z.B. 15 Volt gegenüber dem Emitterpotential, wozu eine Hilfsspannung zur Verfügung gestellt werden muss. Wenn mehrere Transistoren mit ihren Emittern auf dem gleichen Potential liegen, kann vorteilhafterweise eine gemeinsame Hilfsspan- nungsquelle genutzt werden.
In Fig. 4 ist eine Schaltungsanordnung entsprechend Fig. 1 mit mehreren Eingangsstufen, bestehend aus dem Kondensator C0, dem Schalter S0, der Doppeldrossel
DRi, den Dioden O1, D2 vorgesehen, wobei in der Figur nur eine zweite Eingangsstufe dargestellt ist, deren Bezugszeichen die gleichen sind wie in der ersten Eingangsstufe, jedoch mit einem Strich versehen sind. Falls eine Schaltungsanordnung nach Fig. 2 oder Fig. 3 vorgesehen ist, gehört zur Eingangsstufe noch der Koppelkondensator C2. Die Eingangsstufen sind alle jeweils mit dem Schalter Si bzw. dem Schalter S2 verbunden und werden aus der selben Quelle gespeist.
Vorteilhafterweise werden dabei die zugehörigen
Schalter S0 bzw. S0 1 zeitlich versetzt getaktet, so dass sich sowohl am Eingang, d.h. an den jeweiligen Kondensatoren C0, C0 1, als auch am Ausgang ein ver- gleichmäßigter Leistungsfluss ergibt. Weiterhin ist ein sog. Master-Slave-Betrieb möglich, bei welchem die einzelnen Eingangsstufen abhängig von der momentan zu übertragenden Leistung zugeschaltet werden. Hierdurch kann der Wirkungsgradverlauf insbesondere im Teillastbereich deutlich verbessert werden.
Sind mehrere Eingangsstufen vorhanden, so können diese auch über getrennte Eingangsklemmen verfügen, die wiederum mit zugehörigen, auch unterschiedlichen Solargeneratoren oder anderen Gleichspannungsquellen verbunden sein können.
Im obigen Ausführungsbeispiel wird ein Solargenerator als Gleichspannungsquelle verwendet. Es können jedoch auch Brennstoffzellen oder Batterien oder dergleichen vorgesehen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer an Gleichspannungsanschlüssen liegenden Gleichspannung in einen über Wechselspannungsanschlüsse abgegebenen Wechselstrom bzw. eine Wechselspan- nung mit einer mit den Gleichspannungsanschlüssen verbundenen ersten Reihenschaltung aus mindestens einem elektronischen Schalter und einer Drossel und einer Mehrzahl von zweiten elektronischen Schaltern, wobei einer der Gleich- und einer der Wechselspannungsanschlüsse an einem
Neutralleiter liegen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Drossel als Doppeldrossel (DRi) mit zwei in enger Kopplung zueinander angeordneten Wicklungen (W17W2) ausgebildet ist, wobei die erste Wicklung (W1) mit dem ersten elektronischen Schalter (S0) in Reihe liegt und die über diesen gelieferte Energie zwischenspeichert und wobei die beiden Wicklungen (W1, W2) jeweils ü- ber einen zweiten elektronischen Schalter (S1,
S2) mit dem nicht an dem Neutralleiter liegenden Wechselspannungsanschluss in Verbindung stehen.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei zweiten elektroni- sehen Schalter (Si, S2) jeweils in Reihe mit einer Diode (D1, D2) und einer Wicklung der Doppeldrossel (DR1) liegen.
3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu den Wechselspannungsanschlüssen ein Speicherkondensator (Ci) angeschlossen ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklun- gen (Wi, W2) der Doppeldrossel (DR1) gleiche Windungszahlen aufweisen.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen der Doppeldrossel (DR1) bifilare Wicklungen sind.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schalter (S0) getaktet wird, und dass in der einen Schaltphase eine Energiespeicherung in dem magnetischen Kreis der Doppeldrossel (DR1) stattfindet, und in der anderen Schaltphase in beiden Wicklungen (W1, W2) eine Spannung derart induziert wird, dass über die zweiten Schalter (S1, S2) jeweils ein Ladestrom in den Kondensa- tor (C1) fließt.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen der Doppeldrossel (DR1) derart geschaltet sind, dass die einen, mit Wicklungsenden be- zeichneten Anschlüsse der Wicklungen (W1, W2) , auf ruhendem Potential liegen, und die anderen, mit Wicklungsanfängen bezeichneten Anschlüsse, den gleichen zeitlichen Spannungsverlauf haben.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Wicklungsanfänge der
Wicklungen (Wx, W2) der Doppeldrossel (DRi) über einen Koppelkondensator (C2) miteinander verbunden sind.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wicklung (Wx) einerseits an den Neutralleiter (3) angeschlossen ist und andererseits über eine Diode (D2) mit einem der zweiten Schalter (S2) verbunden ist und die zweite Wicklung (W2) einerseits über eine Diode (Di) an dem Neutralleiter (3) liegt und andererseits mit dem anderen der zweiten Schalter (S1) verbunden ist.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an die Gleichspannungsanschlüsse ein Solargenerator (1) , vorzugsweise mit mehreren Modulen, eine Brennstoffzelle und/oder eine Batterie ange- schlössen ist.
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die als Solargenerator (1) ausgebildete Gleichspannungs- quelle mit ihrem negativen Anschluss mit dem Neutralleiter (3) verbunden ist und alle Module der Gleichspannungsquelle ein positives Potential gegenüber dem Neutralleiter (3) aufweisen.
12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die als So- largenerator (1) ausgebildete Gleichspannungs- quelle mit ihrem positiven Anschluss mit dem Neutralleiter (3) verbunden ist und alle Module der Gleichspannungsquelle ein negatives Potential gegenüber dem Neutralleiter aufweisen.
13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Eingangsstufen bestehend aus erstem elektronischen Schalter (S0) , Doppeldrossel (DRi) und zugeordneten Dioden (D1, D2) und gegebenenfalls Koppelkondensator (C2) vorhanden ist und über die zweiten Schalter (Si, S2) in einen gemeinsamen Speicherkondensator (Ci) speisen.
14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Eingangsstufen parallel geschaltet sind und abhängig von der momentan zu übertragenden Leistung zuschalt- bar sind.
15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl Eingangsstufen unabhängig voneinander benutzbar sind und gegebenenfalls gleichzeitig aus unterschiedlichen Quellen wie Solargenerato- ren, Brennstoffzellen oder Batterien gespeist werden .
PCT/EP2006/012637 2005-12-23 2006-12-20 Schaltungsanordnung mit doppeldrossel zur umwandlung einer gleichspannung in eine wechselspannung oder einen wechselstrom WO2007077031A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/158,802 US20090251937A1 (en) 2005-12-23 2006-12-20 Circuit arrangement having a dual coil for converting a direct voltage into an alternating voltage or an alternating current
EP06841233A EP1969708A1 (de) 2005-12-23 2006-12-20 Schaltungsanordnung mit doppeldrossel zur umwandlung einer gleichspannung in eine wechselspannung oder einen wechselstrom

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005062845.1 2005-12-23
DE102005062845 2005-12-23
DE102006016284.6 2006-04-03
DE102006016284A DE102006016284A1 (de) 2005-12-23 2006-04-03 Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung oder einen Wechselstrom

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007077031A1 true WO2007077031A1 (de) 2007-07-12

Family

ID=37913843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2006/012637 WO2007077031A1 (de) 2005-12-23 2006-12-20 Schaltungsanordnung mit doppeldrossel zur umwandlung einer gleichspannung in eine wechselspannung oder einen wechselstrom

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20090251937A1 (de)
EP (1) EP1969708A1 (de)
DE (1) DE102006016284A1 (de)
WO (1) WO2007077031A1 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007029767B3 (de) * 2007-06-22 2008-12-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Wechselrichter
DE102011052768A1 (de) 2011-08-17 2013-02-21 Sma Solar Technology Ag Wechselrichter mit gekoppelten Induktivitäten
US10377255B2 (en) * 2016-05-13 2019-08-13 Witricity Corporation Methods and apparatus for reducing flux cancellation in ferrite of double couple inductive power transfer systems
CN113595427B (zh) * 2021-07-23 2022-08-19 南京信息工程大学 一种双输入双升压无漏电流逆变器及其控制电路和方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4935861A (en) * 1989-06-13 1990-06-19 Exide Electronics Uninterrupted power supply having no low frequency power magnetics
EP1291997A2 (de) * 2001-08-30 2003-03-12 Canon Kabushiki Kaisha System zur photovoltaischen Energieerzeugung

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3790878A (en) * 1971-12-22 1974-02-05 Keithley Instruments Switching regulator having improved control circuiting
US4218647A (en) * 1978-10-27 1980-08-19 Burroughs Corporation Voltage regulator with current limiting circuitry
DE3319306C2 (de) * 1983-05-27 1985-04-04 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Fehlererkennungsschaltung für parallel auf einen Verbraucher speisende Stromversorgungsgeräte
US5119013A (en) * 1991-04-17 1992-06-02 Square D Company Switching regulator with multiple isolated outputs
US5189601A (en) * 1991-11-18 1993-02-23 Eni Div. Of Astec America, Inc. Half bridge converter with current mode controller
US6069412A (en) * 1993-03-29 2000-05-30 Powerware Corporation Power factor corrected UPS with improved connection of battery to neutral
US5814903A (en) * 1996-09-13 1998-09-29 Lockheed Martin Corporation Programmable gain for switched power control
US5737209A (en) * 1996-10-16 1998-04-07 Stevens; Carlile Power quality and demand management module
CA2227747A1 (en) * 1998-01-23 1999-07-23 Gary Arthur Edwards Buck regulator with plural outputs
DE10034054A1 (de) * 2000-07-13 2002-04-04 Epcos Ag Netzfilter
US7064969B2 (en) * 2003-02-21 2006-06-20 Distributed Power, Inc. Monopolar DC to bipolar to AC converter
TW200709544A (en) * 2005-08-29 2007-03-01 Ind Tech Res Inst Transformer-free power conversion circuit for parallel connection with commercial electricity system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4935861A (en) * 1989-06-13 1990-06-19 Exide Electronics Uninterrupted power supply having no low frequency power magnetics
EP1291997A2 (de) * 2001-08-30 2003-03-12 Canon Kabushiki Kaisha System zur photovoltaischen Energieerzeugung

Also Published As

Publication number Publication date
EP1969708A1 (de) 2008-09-17
US20090251937A1 (en) 2009-10-08
DE102006016284A1 (de) 2007-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006012164B4 (de) Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Wechselspannung oder eines Wechselstroms
EP2027647B1 (de) Vorrichtung zur einspeisung elektrischer energie in ein energieversorgungsnetz und gleichspannungswandler für eine solche vorrichtung
DE60112789T2 (de) Bidirektionaler leistungswandler mit mehrfachanschlüssen
DE102008048841B3 (de) Trennschaltung für Wechselrichter
DE102013212682B4 (de) Energiespeichereinrichtung mit Gleichspannungsversorgungsschaltung und Verfahren zum Bereitstellen einer Gleichspannung aus einer Energiespeichereinrichtung
DE102009052461A1 (de) Wechselrichter-Schaltungsanordnung
DE112012001746T5 (de) Energie-Umwandlungsvorrichtung und mit einer solchen ausgestattete Stromversorgungsvorrichtung in einem Fahrzeug
WO2014206724A1 (de) Energiespeichereinrichtung mit gleichspannungsversorgungsschaltung und verfahren zum bereitstellen einer gleichspannung aus einer energiespeichereinrichtung
WO2009003432A1 (de) Wechselrichter zur einspeisung elektrischer energie in ein energieversorgungsnetz
WO2009156230A2 (de) Wechselrichter und verfahren zum betreiben des wechselrichters
EP2709257A2 (de) Stromrichterschaltung und Verfahren zur Steuerung der Stromrichterschaltung
DE102012202867A1 (de) Ladeschaltung für eine Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Laden einer Energiespeichereinrichtung
DE102013221830A1 (de) Ladeschaltung für eine Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Laden einer Energiespeichereinrichtung
DE102010060508B4 (de) Spannungswandler mit einer Speicherdrossel mit einer Wicklung und einer Speicherdrossel mit zwei Wicklungen
DE102013102433A1 (de) Wechselrichter für eine variable Eingangsgleichspannung
DE69831267T2 (de) Ladeschaltung für usv
EP1969708A1 (de) Schaltungsanordnung mit doppeldrossel zur umwandlung einer gleichspannung in eine wechselspannung oder einen wechselstrom
WO2009098093A2 (de) Wechselrichteranordnung zum einspeisen von photovoltaisch gewonnener energie in ein öffentliches netz
DE102013212692A1 (de) Energiespeichereinrichtung mit Gleichspannungsversorgungsschaltung
DE102007029767B3 (de) Wechselrichter
DE102011081448A1 (de) Schaltungsanordnung mit elektronischem Schalter und Induktivität
EP3360241A1 (de) Gleichspannungswandler und verfahren zum betrieb eines gleichspannungswandlers
WO2024056744A1 (de) Elektrischer gleichspannungswandler zum wandeln einer eingangs-gleichspannung in eine ausgangs-gleichspannung
DE102022128819A1 (de) Wandlerschaltung, Gleichspannungswandler, Stromversorgungseinrichtung sowie Verfahren zum Vorladen eines Zwischenkreises
DE102021103205A1 (de) Zuführen von elektrischer Energie von einem Wechselspannungsnetz zu einem Gleichspannungsnetz

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006841233

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2006841233

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12158802

Country of ref document: US