Patent DE-202014011437-U1 (DE)
Title: Hochfrequenzreihenwechselspannungsregler
IPC: H02M5/293
Filed: 2014-10-28
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.