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DE102007059585A1 - Device and method for converting a voltage - Google Patents

Device and method for converting a voltage Download PDF

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DE102007059585A1
DE102007059585A1 DE102007059585A DE102007059585A DE102007059585A1 DE 102007059585 A1 DE102007059585 A1 DE 102007059585A1 DE 102007059585 A DE102007059585 A DE 102007059585A DE 102007059585 A DE102007059585 A DE 102007059585A DE 102007059585 A1 DE102007059585 A1 DE 102007059585A1
Authority
DE
Germany
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converter
recuperation
voltage
energy
relief network
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102007059585A
Other languages
German (de)
Inventor
Peter Maisel
Martin Saliternig
Wilhelm Berg
Martin Kutschker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Conti Temic Microelectronic GmbH
Finepower GmbH
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic GmbH
Finepower GmbH
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Publication date
Application filed by Conti Temic Microelectronic GmbH, Finepower GmbH filed Critical Conti Temic Microelectronic GmbH
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Priority to DE112008003717T priority patent/DE112008003717A5/en
Priority to PCT/DE2008/002045 priority patent/WO2009074143A2/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/34—Snubber circuits

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wandlung einer Spannung (ULV, UHV), umfassend einen ersten Gleichspannungswandler (1) mit Entlastungsnetzwerk (2), wobei der erste Gleichspannungswandler (1) als Hochsetzsteller und als Tiefsetzsteller ausgeführt ist. Erfindungsgemäß ist dem Entlastungsnetzwerk (2) ausgangsseitig ein Rekuperations-Wandler (3) elektrisch nachgeschaltet.The invention relates to a method and a device for converting a voltage (ULV, UHV), comprising a first DC-DC converter (1) with relief network (2), wherein the first DC-DC converter (1) is designed as boost converter and as buck converter. According to the invention, the discharge network (2) is electrically followed by a recuperation converter (3) on the output side.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wandlung einer Spannung mit einem ersten Gleichspannungswandler mit Entlastungsnetzwerk, wobei der Gleichspannungswandler als Hochsetzsteller und als Tiefsetzsteller ausgeführt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Wandlung einer Spannung, die mittels eines ersten Gleichspannungswandlers hochgesetzt oder tiefgesetzt wird, wobei mittels eines Entlastungsnetzwerkes Überspannungen in dem ersten Gleichspannungswandler zumindest verringert werden.The The invention relates to a device for converting a voltage with a first DC-DC converter with relieving network, wherein the DC-DC converter as boost converter and as buck converter accomplished is. The invention further relates to a method for conversion a voltage by means of a first DC-DC converter is set high or low, where by means of a relief network surges be at least reduced in the first DC-DC converter.

Bei einem Kontaktprellen oder einem öffnen von Kontakten in einem elektrischen Kreis, welcher Induktivitäten enthält, entstehen Überspannungen, insbesondere in Form von Spannungsspitzen, da eine Änderungsgeschwindigkeit eines elektrischen Stromes groß ist und daraus folgend die Induktivitäten eine Spannung in den elektrischen Kreis induzieren. Dieser Induktion kann mit einer Kapazität entgegengewirkt werden.at a contact bounce or an open one Contacts in an electrical circuit, which contains inductors, generate overvoltages, in particular in the form of voltage spikes, since a rate of change of a Electricity is large and from this the inductances a voltage in the electrical Induce circle. This induction can be counteracted with a capacity become.

Wird ein Gleichspannungswandler in einem Hochsetzbetrieb betrieben, kann es bei einem ungesteuerten Abschalten des Gleichspannungswandlers zu einer hohen Spannungsbeanspruchung von im Gleichspannungswandler angeordneten Halbleiterelementen kommen. Die hohe Spannungsbelastung in Form von Spannungsspitzen resultiert aus einer in Leistungsinduktivitäten gespeicherten Energie, welche bei einem Abschaltzeitpunkt abgegeben wird.Becomes a DC-DC converter operated in a boost mode, can it at an uncontrolled shutdown of the DC-DC converter a high voltage stress of the DC-DC converter arranged semiconductor elements come. The high voltage load in the form of voltage spikes results from a stored in power inductors Energy delivered at a shutdown time.

Häufig sind die auftretenden Spannungsspitzen höher als eine Sperrspannung der Halbleiterelemente, so dass es zu einem Spannungsdurchbruch (= Lawinendurchbruch oder Avalanchedurchbruch) der Halbleiterelemente, welcher diese stark elektrisch belastet, kommt.Frequently the occurring voltage peaks higher than a reverse voltage of the semiconductor elements, so that there is a voltage breakdown (= Avalanche breakdown or avalanche breakdown) of the semiconductor elements, which this heavily charged electrically, comes.

Aus dem Stand der Technik sind Entlastungsnetzwerke bekannt, mittels derer die Überspannungen vermieden werden. Dabei wird zwischen rein passiven und verlustarmen Entlastungsnetzwerken unterschieden.Out Relief networks are known in the prior art by means of derer the surges be avoided. It is between purely passive and low-loss Relief networks distinguished.

Das rein passive Entlastungsnetzwerk ist dabei im Allgemeinen aus einer Reihen- oder Parallelschaltung von ohmschen Widerstand und einem elektrischen Kondensator und gegebenenfalls einer Diode gebildet (auch kurz RC- oder RCD-Glied genannt). Dabei dient das Entlastungsnetzwerk der Kompensierung von Spannungsspitzen, wobei die Spannungsspitzen in dem Kondensator einen Stromfluss verursachen, der zu einer elektrischen Ladung des Kondensators führt.The purely passive relief network is generally one of them Series or parallel connection of ohmic resistance and an electrical Capacitor and possibly a diode formed (also short RC or RCD member). The relief network serves to compensate for voltage peaks, the voltage spikes in the capacitor causing a current flow, which leads to an electric charge of the capacitor.

Als verlustlose oder verlustarme Entlastungsnetzwerke werden elektrische Schaltungen (auch kurz Snubber-Schaltungen) bezeichnet, welche im Resonanzpunkt eine im Abschaltmoment überflüssige oder schädliche Energie kurzzeitig im Entlastungsnetzwerk, insbesondere im Kondensator speichern und im Einschaltmoment wieder abgegeben. Dieser Effekt ist üblicherweise nur für bestimmte Betriebspunkte nutzbar und insbesondere zeitlich kritisch, da es sich um eine Resonanz zwischen Leistungsteil und Entlastungsnetzwerk handelt. Somit entstehen durch die genutzten Resonanzeffekte möglichst geringe Verluste.When lossless or low-loss relief networks become electrical Circuits (also short snubber circuits) referred to, which in Resonance point a superfluous or harmful energy in the Abschaltmoment temporarily stored in the relief network, in particular in the capacitor and delivered again at the moment of switch-on. This effect is common only for certain operating points usable and especially critical in terms of time, since it is a resonance between power section and discharge network is. Thus arise as possible by the used resonance effects low losses.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Wandlung einer Spannung mit einem ersten Gleichspannungswandler und einem diesen zugehörigen Entlastungsnetzwerk anzugeben, welches einfach und kostengünstig realisierbar ist.Of the Invention is therefore based on the object, a device and a method for converting a voltage with a first DC-DC converter and a dedicated Relief Network indicate which is easy and inexpensive to implement.

Die Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Erfindung durch die im Anspruch 9 angegebenen Merkmale gelöst.The Task is according to the invention with respect to the device the features specified in claim 1 solved. With regard to the procedure will the invention solved by the features specified in claim 9.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wandlung einer Spannung umfasst einen ersten Gleichspannungswandler mit Entlastungsnetzwerk, wobei der erste Gleichspannungswandler als Hochsetzsteller und als Tiefsetzsteller ausgeführt ist. Erfindungsgemäß ist dem Entlastungsnetzwerk ausgangsseitig ein Rekuperations-Wandler elektrisch nachgeschaltet.The inventive device for converting a voltage comprises a first DC-DC converter with relief network, the first DC-DC converter is designed as a boost converter and as a buck converter. According to the invention Relief network output downstream of a recuperation converter electrically downstream.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Wandlung einer Spannung, die mittels eines ersten Gleichspannungswandlers hochgesetzt oder tiefgesetzt wird, werden anhand eines Entlastungsnetzwerkes Überspannungen in dem ersten Gleichspannungswandler reduziert. Erfindungsgemäß wird eine in dem Entlastungsnetzwerk gespeicherte Energie mittels eines Rekuperations-Wandlers eingestellt, wobei der Rekuperations-Wandler ein zweiter Gleichspannungswandler ist, der als Hochsetzsteller und Tiefsetzsteller ausgeführt ist.at the method according to the invention for converting a voltage by means of a first DC-DC converter is set high or low, surges are created by means of a relief network reduced in the first DC-DC converter. According to the invention in Energy stored in the relief network by means of a recuperation converter set, wherein the recuperation converter, a second DC-DC converter is, which is designed as a boost converter and buck converter.

Durch das Entlastungsnetzwerk ist es in vorteilhafter Weise möglich, eine Überspannung an in dem ersten Gleichspannungswandler angeordneten Halbleiterelementen sowohl in dem Hochsetzbetrieb als auch in dem Tiefsetzbetrieb des ersten Gleichspannungswandlers zu vermeiden. Daraus ergibt sich, dass Spannungsdurchbrüche der Halbleiterelemente bei einem ungesteuerten Abschalten des ersten Gleichspannungswandlers, insbesondere in einem Hochsetzbetrieb verhindert werden, so dass sich eine Erhöhung der Lebensdauer der gesamten elektrischen Schaltung ergibt. Durch die Einstellung der in dem Entlastungsnetzwerk gespeicherten Energie auf ein vorgegebenes Spannungsniveau mittels des Rekuperations-Wandlers wird eine verlustarme Rückspeisung der Energie in verschiedene Punkte der Vorrichtung erreicht.Due to the relief network, it is advantageously possible to avoid an overvoltage on semiconductor elements arranged in the first DC-DC converter both in the boosting operation and in the step-down operation of the first DC-DC converter. It follows that voltage breakdowns of the semiconductor elements are prevented in an uncontrolled switching off of the first DC-DC converter, in particular in a high-set operation, so that an increase in the life of the entire electrical circuit results. By adjusting the energy stored in the relief network to a predetermined voltage level by means of the recuperation converter, a low-loss regeneration of the energy is achieved in various points of the device.

Bei diesen Punkten handelt es sich in Weiterbildungen der Erfindung insbesondere um eine Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers, eine Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers, eine Hilfsspannungsversorgung der Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers und/oder um eine Hilfsspannungsversorgung der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers. Aus der Rückspeisung der Energie in diese Punkte resultiert als Vorteil eine Steigerung des Wirkungsgrades des ersten Gleichspannungswandlers.at These points are in developments of the invention in particular around an input side of the first DC-DC converter, a Output side of the first DC-DC converter, an auxiliary power supply the input side of the first DC-DC converter and / or order an auxiliary power supply of the output side of the first DC-DC converter. From the feedback the energy into these points results as an advantage an increase the efficiency of the first DC-DC converter.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Entlastungsnetzwerk aus einer Reihenschaltung eines Kondensators und eines Widerstands gebildet. Auch kann zusätzlich eine Diode vorgesehen sein. Alternativ können der Kondensator, der Widerstand und gegebenenfalls die Diode parallel geschaltet sein. Dabei kann es sich auch um ein weitgehend verlustloses Entlastungsnetzwerk handeln, welches im Resonanzpunkt im Abschaltmoment überflüssige Energie kurzzeitig speichert und im Einschaltmoment wieder abgibt. Dabei sind die Elemente des Entlastungsnetzwerks, wie Kondensator, Widerstand und/oder Diode auf das Leistungsteil abgestimmt. Zudem weisen die Elemente des Entlastungsnetzwerks enge Toleranzbereiche auf. Zusammenfassend wird das passive verlustarme Entlastungsnetzwerk in Kombination mit dem Schaltnetzteil zur Energierückspeisung in mindestens einem Betriebspunkt, insbesondere im Resonanzpunkt genutzt.In An embodiment of the invention is the relief network a series circuit of a capacitor and a resistor is formed. Also can additionally a diode may be provided. Alternatively, the capacitor, the resistor and if necessary, the diode be connected in parallel. It can also be a largely lossless relief network, which temporarily stores superfluous energy at the resonance point in the switch-off moment and again at the moment of switch-on. Here are the elements of Relief network, such as capacitor, resistor and / or diode matched to the power section. In addition, the elements of the Relief network close tolerance ranges. In summary becomes the passive low-loss relief network in combination with the switching power supply for energy recovery in at least one Operating point, used in particular at the resonance point.

Zusätzlich kann aufgrund des dem Entlastungsnetzwerk nachgeschalteten Rekuperations-Wandlers der erste Gleichspannungswandler in einem Normalmodus oder einem Pulsmodus betrieben werden.In addition, can due to the recovery network downstream Rekuperations converter the first DC-DC converter in a normal mode or a Pulse mode are operated.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.embodiments The invention will be explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 schematisch einen ersten Gleichspannungswandler mit einem Entlastungsnetzwerk und einem Rekuperations- Wandler zur Energierückspeisung in eine Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers, 1 2 schematically shows a first DC-DC converter with a relief network and a recuperation converter for energy recovery in an input side of the first DC-DC converter,

2 schematisch einen ersten Gleichspannungswandler mit einem Entlastungsnetzwerk und einem Rekuperations-Wandler zur Energierückspeisung in eine Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers, 2 1 schematically shows a first DC-DC converter with a relief network and a recuperation converter for energy recovery in an output side of the first DC-DC converter,

3 schematisch einen ersten Gleichspannungswandler mit einem Entlastungsnetzwerk und einem Rekuperations-Wandler zur Energierückspeisung in eine Hilfsspannungsversorgung der Eingangsseite des ersten Gleichspannungswandlers, 3 1 schematically shows a first DC-DC converter with a relief network and a recuperation converter for energy recovery into an auxiliary voltage supply of the input side of the first DC-DC converter,

4 schematisch einen ersten Gleichspannungswandler mit einem Entlastungsnetzwerk und einem Rekuperations-Wandler zur Energierückspeisung in eine Hilfsspannungsversorgung der Ausgangsseite des ersten Gleichspannungswandlers, 4 2 schematically shows a first DC-DC converter with a relief network and a recuperation converter for energy recovery in an auxiliary voltage supply of the output side of the first DC-DC converter,

5 schematisch einen Schaltplan eines Entlastungsnetzwerkes und eines Rekuperations-Wandlers, wobei der Kondensator C nicht zwingend auf Massepotential gelegt sein muss, 5 schematically a circuit diagram of a relief network and a recuperation converter, the capacitor C need not necessarily be set to ground potential,

6 schematisch eine zeitliche Signalfolge eines Pulspaketmodus und eines Normalmodus, und 6 schematically a temporal signal sequence of a pulse packet mode and a normal mode, and

7 schematisch einen Schaltplan einer möglichen Ausführungsform eines Rekuperations-Wandlers. 7 schematically a circuit diagram of a possible embodiment of a recuperation converter.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.each other corresponding parts are in all figures with the same reference numerals Mistake.

Die 1 bis 4 stellen einen ersten Gleichspannungswandler 1 dar, mittels dem eine elektrische Spannung U in einem Hochsetzbetrieb H vergrößert oder in einem Tiefsetzbetrieb T verringert wird, wobei in dem ersten Gleichspannungswandler 1 nicht näher dargestellte Halbleiterelemente angeordnet sind. Diese Ausführungsform ist im Allgemeinen als bidirektionaler Gleichspannungswandler bekannt, wobei sowohl eine an einer Eingangsseite LV (= Niederspannungsseite) anliegende Spannung ULV auf eine an der Ausgangsseite HV (= Hochspannungsseite) entnehmbare Spannung UHV, hochgesetzt werden kann als auch eine an der Ausgangsseite HV anliegende Spannung UHV auf eine an einer Eingangsseite LV entnehmbare Spannung ULV tiefgesetzt werden kann.The 1 to 4 make a first DC-DC converter 1 by means of which an electrical voltage U is increased in a boosting operation H or reduced in a step-down operation T, wherein in the first DC-DC converter 1 not shown semiconductor elements are arranged. This embodiment is generally known as a bidirectional DC-DC converter, wherein both a voltage U LV applied to an input side LV (= low voltage side) can be boosted to a voltage U HV , which can be taken from the output side HV (= high voltage side), and to an output side HV applied voltage U HV can be lowered to a removable at an input side LV voltage U LV .

Bei einem Ausschalten des ersten Gleichspannungswandlers 1 im Hochsetzbetrieb H tritt häufig eine sehr hohe Spannungsbeanspruchung der Halbleiterelemente auf. Die hohe Spannungsbelastung in Form von Spannungsspitzen resultiert aus einer in nicht näher dargestellten Leistungsinduktivitäten gespeicherten Energie, welche bei einem Abschaltzeitpunkt als Überspannung abgegeben wird. Häufig sind die auftretenden Spannungsspitzen höher als eine Sperrspannung der Halbleiterelemente, so dass es zu einem Spannungsdurchbruch (= Lawinendurchbruch oder Avalanchedurchbruch) der Halbleiterelemente kommt, welcher diese stark elektrisch belastet und deren Lebensdauer vermindert.When switching off the first DC-DC converter 1 in Hochsetzbetrieb H often occurs a very high voltage stress of the semiconductor elements. The high voltage load in the form of voltage peaks results from a stored in unspecified power inductors energy, which is delivered at a switch-off as overvoltage. Frequently, the occurring voltage peaks are higher than a reverse voltage of the semiconductor elements, so that there is a voltage breakdown (= avalanche breakdown or avalanche breakdown) of Semiconductor elements comes, which this strongly electrically charged and reduces their life.

Um diese elektrische Belastung der Halbleiterelemente zu minimieren, ist ein Entlastungsnetzwerk 2 vorgesehen. Dabei handelt es sich insbesondere um ein herkömmliches Entlastungsnetzwerk, welches insbesondere aus einer Reihenschaltung eines elektrischen Kondensators C und eines ohmschen Widerstands R und gegebenenfalls einer Diode D gebildet ist. Die Spannungsspitzen verursachen in dem elektrischen Kondensator C einen Stromfluss, so dass sich in dem Kondensator C eine elektrische Ladung und somit elektrische Energie bildet, die gespeichert wird.To minimize this electrical load on the semiconductor elements is a relief network 2 intended. This is in particular a conventional relief network, which is formed in particular of a series connection of an electrical capacitor C and an ohmic resistor R and optionally a diode D. The voltage spikes cause a current flow in the electrical capacitor C, so that an electrical charge, and thus electrical energy, is formed in the capacitor C, which is stored.

Allen in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist gemeinsam, dass dem Entlastungsnetzwerk 2 ausgangsseitig ein Rekuperations-Wandler 3 elektrisch nachgeschaltet ist. Der Rekuperations-Wandler 3 ist als zweiter Gleichspannungswandler ausgeführt, wobei dieser ebenfalls als Hochsetzsteller und Tiefsetzsteller verwendbar ist.Allen in the 1 to 4 illustrated embodiments of the invention has in common that the relief network 2 on the output side a recuperation converter 3 is electrically connected downstream. The recuperation converter 3 is designed as a second DC-DC converter, which can also be used as a boost converter and buck converter.

Mittels des Rekuperations-Wandlers 3 wird die in dem Entlastungsnetzwerk 2, insbesondere im Kondensator C gespeicherte Energie auf ein vorgegebenes Spannungsniveau geregelt, d. h. hochgesetzt oder tiefgesetzt, und rückgeführt. Die Höhe des Spannungsniveaus ist abhängig davon, an welchen Punkt der elektrischen Schaltung die Energie zurückgeführt werden soll.By means of the recuperation converter 3 will be in the relief network 2 , in particular in the capacitor C stored energy regulated to a predetermined voltage level, that is set high or low, and returned. The level of the voltage level depends on where the electrical circuit is to be returned.

In 1 ist eine elektrische Schaltung dargestellt, bei welcher die in dem Kondensator C gespeicherte Energie mittels des Rekuperations-Wandlers 3 der Eingangsseite LV des ersten Gleichspannungswandlers 1 zugeführt wird, so dass der Rekuperations-Wandler 3 elektrisch mit dieser verschaltet ist. Der Rekuperations-Wandler 3 stellt die in dem Kondensator C gespeicherte Energie auf das Spannungsniveau der Spannung ULV ein und führt die Energie dem ersten Gleichspannungswandler 1 eingangsseitig wieder zu.In 1 an electrical circuit is shown in which the energy stored in the capacitor C by means of the recuperation converter 3 the input side LV of the first DC-DC converter 1 is fed so that the recuperation converter 3 is electrically connected to this. The recuperation converter 3 sets the energy stored in the capacitor C to the voltage level of the voltage U LV and supplies the power to the first DC-DC converter 1 on the input side again.

In 2 ist eine elektrische Schaltung dargestellt, bei welcher die in dem Kondensator C gespeicherte Energie mittels des Rekuperations-Wandlers 3 der Ausgangsseite LV des ersten Gleichspannungswandlers 1 zugeführt wird, so dass der Rekuperations-Wandler 3 elektrisch mit dieser verschaltet ist. Der Rekuperations-Wandler 3 stellt die in dem Kondensator C gespeicherte Energie auf das Spannungsniveau der Spannung UHV, ein und führt die Energie dem ersten Gleichspannungswandler 1 ausgangsseitig wieder zu.In 2 an electrical circuit is shown in which the energy stored in the capacitor C by means of the recuperation converter 3 the output side LV of the first DC-DC converter 1 is fed so that the recuperation converter 3 is electrically connected to this. The recuperation converter 3 sets the energy stored in the capacitor C to the voltage level of the voltage U HV , and supplies the power to the first DC-DC converter 1 on the output side again.

In dem ersten Gleichspannungswandler 1 kann sowohl an der Eingangsseite LV als auch an der Ausgangsseite HV eine Hilfsspannungsversorgung 4, 5 angeordnet sein, mittels beispielsweise eine nicht näher dargestellte Steuerung des Gleichspannungswandlers 1 oder die in diesem angeordneten Halbleiterelemente elektrisch versorgt werden.In the first DC-DC converter 1 can be an auxiliary voltage supply both on the input side LV and on the output side HV 4 . 5 be arranged by means of, for example, a not shown control of the DC-DC converter 1 or the semiconductor elements arranged in this are electrically supplied.

In einer Weiterbildung der Erfindung besteht die Möglichkeit, den Rekuperations-Wandler 3 gemäß 3 derart elektrisch der Hilfsspannungsversorgung 4 der Eingangsseite LV vorzuschalten, dass die in dem Kondensator C gespeicherte Energie auf das Spannungsniveau der Hilfsspannungsversorgung 4 eingestellt und die Energie dieser zugeführt wird.In one embodiment of the invention, there is the possibility of the recuperation converter 3 according to 3 so electrically the auxiliary voltage supply 4 upstream of the input side LV, that the energy stored in the capacitor C to the voltage level of the auxiliary voltage supply 4 set and the energy is supplied to this.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Rekuperations-Wandler 3 gemäß 4 derart elektrisch der Hilfsspannungsversorgung 5 der Ausgangsseite HV vorgeschaltet, dass die in dem Kondensator C gespeicherte Energie auf das Spannungsniveau der Hilfsspannungsversorgung 5 eingestellt und die Energie dieser zugeführt wird.In a further embodiment of the invention, the recuperation converter 3 according to 4 so electrically the auxiliary voltage supply 5 upstream of the output side HV, that the stored energy in the capacitor C to the voltage level of the auxiliary voltage supply 5 set and the energy is supplied to this.

5 zeigt schematisch im Detail ein Ausführungsbeispiel für ein Entlastungsnetzwerk 2 aus einer Zusammenschaltung von Kondensator C und zwei Dioden D1 und D2 sowie deren Kopplung mit dem Rekuperations-Wandler 3, welcher der Rückspeisung der im Kondensator C gespeicherten Energie dient. Dabei ist das Entlastungsnetzwerk 2 über die beiden Dioden D1 und D2 eingangsseitig mit der Ausgangsseite HV oder der Eingangsseite LV des Gleichspannungswandlers 1 an geeigneter Stelle derart koppelbar, dass überschüssige Energie, insbesondere Spannungsspitzen an das Entlastungsnetzwerk 2 abgegeben und dort im Kondensator C gespeichert wird. Durch die Kopplung des Entlastungsnetzwerks 2 mit dem Rekuperations-Wandler 3 und dessen Verbindung direkt oder indirekt mit der Ausgangsseite HV oder der Eingangsseite LV des Gleichspannungswandlers 1 kann die vom Kondensator C des Entlastungsnetzwerks 2 gespeicherte Energie an gewünschter Stelle der Ausgangsseite HV bzw. der Eingangsseite LV des Gleichspannungswandlers 1 wieder zugeführt werden. 5 schematically shows in detail an embodiment of a relief network 2 from an interconnection of capacitor C and two diodes D1 and D2 and their coupling to the recuperation converter 3 which serves to regenerate the energy stored in the capacitor C. Here is the relief network 2 via the two diodes D1 and D2 on the input side to the output side HV or the input side LV of the DC-DC converter 1 coupled at a suitable point such that excess energy, in particular voltage peaks to the relief network 2 is discharged and stored there in the capacitor C. By coupling the relief network 2 with the recuperation converter 3 and its connection directly or indirectly with the output side HV or the input side LV of the DC-DC converter 1 can from the capacitor C of the relief network 2 stored energy at the desired location of the output side HV and the input side LV of the DC-DC converter 1 be fed again.

6 zeigt schematisch eine mögliche zeitliche Signalfolge zum Betreiben des Gleichspannungswandlers 1 insbesondere im Hochsetzbetrieb mit Betriebspunkten, welche nur durch einen so genannten Skip- oder Pulspaketmode dargestellt werden können. In diesem Betriebspunkt entsteht besonders viel Abschaltenergie, die im Kondensator C des Entlastungsnetzwerks zwischengespeichert wird und über den Rekuperations-Wandler 3 in das Netz zurückgespeist wird. Im Normalbetrieb des Gleichspannungswandlers 1 wird dieser im Normalmodus betrieben. 6 schematically shows a possible temporal signal sequence for operating the DC-DC converter 1 especially in Hochsetzbetrieb with operating points, which can only be represented by a so-called skip or Pulspaketmode. In this operating point, a great deal of cut-off energy is generated, which is temporarily stored in the capacitor C of the relief network and via the recuperation converter 3 is fed back into the grid. In normal operation of the DC-DC converter 1 this is operated in normal mode.

7 zeigt schematisch einen Schaltplan einer möglichen Ausführungsform eines Rekuperations-Wandlers 3 mit dem eingangsseitigen Anschluss A zum Entlastungsnetzwerk 2 und dem ausgangsseitigen Anschluss B zur Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers 1. Dabei umfasst der Rekuperations-Wandler 3 einen steuerbaren Schalter S1, über den die im Kondensator C des Entlastungsnetzwerks 2 gespeicherte Energie auf das Spannungsniveau der Ausgangsseite HV oder Eingangsseite LV des Gleichspannungswandlers 1 eingestellt wird. Dazu umfasst der Rekuperations-Wandler 3 den Schalter S1, der über einen Widerstand R1 auf Masse gelegt ist. Eingangsseitig und ausgangsseitig umfasst der Rekuperations-Wandler 3 jeweils Kondensatoren C1, C2 zur Zwischenspeicherung. Darüber hinaus kann der Rekuperations-Wandler 3 ein galvanisches Element 6 zur galvanischen Isolation umfassen. Zusätzlich ist ausgangsseitig eine Sperrdiode D3, um eine Rückkopplung vom Gleichspannungswandler 1 zu vermeiden. 7 schematically shows a circuit diagram ei ner possible embodiment of a recuperation converter 3 with the input-side port A to the relief network 2 and the output side terminal B to the output side of the DC-DC converter 1 , In this case, the recuperation converter includes 3 a controllable switch S1, via which in the capacitor C of the relief network 2 stored energy to the voltage level of the output side HV or input side LV of the DC-DC converter 1 is set. This includes the recuperation converter 3 the switch S1, which is grounded via a resistor R1. On the input side and output side comprises the recuperation converter 3 each capacitors C1, C2 for temporary storage. In addition, the recuperation converter 3 a galvanic element 6 for galvanic isolation. In addition, the output side is a blocking diode D3 to a feedback from the DC-DC converter 1 to avoid.

11
GleichspannungswandlerDC converter
22
EntlastungsnetzwerkRelief Network
33
Rekuperations-WandlerRecuperation converter
44
Hilfsspannungsversorgung Eingangsseite GleichspannungswandlerAuxiliary power supply Input side DC-DC converter
55
Hilfsspannungsversorgung Ausgangsseite GleichspannungswandlerAuxiliary power supply Output side DC-DC converter
66
Galvanisches Elementgalvanic element
AA
eingangsseitiger Anschluss Rekuperations-Wandlerinput side Connection recuperation converter
BB
ausgangsseitiger Anschluss Rekuperations-Wandleroutput side Connection recuperation converter
CC
Kondensator Entlastungsnetzwerkcapacitor Relief Network
C1, C2C1, C2
Kondensatoren Rekuperations-Wandlercapacitors Recuperation converter
D1, D2D1, D2
Dioden Entlastungsnetzwerkdiodes Relief Network
D3D3
Diode Rekuperations-Wandlerdiode Recuperation converter
HVHV
Ausgangsseite Gleichspannungswandleroutput side DC converter
LVLV
Eingangsseite Gleichspannungswandlerinput side DC converter
R1R1
Widerstand Rekuperations-Wandlerresistance Recuperation converter
S1S1
Schalter Rekuperations-Wandlerswitch Recuperation converter
UHV U HV
Ausgangsspannung Gleichspannungswandleroutput voltage DC converter
ULV U LV
Eingangsspannung Gleichspannungswandlerinput voltage DC converter

Claims (14)

Vorrichtung zur Wandlung einer Spannung (ULV, UHV), umfassend einen ersten Gleichspannungswandler (1) mit Entlastungsnetzwerk (2), wobei der erste Gleichspannungswandler (1) als Hochsetzsteller und als Tiefsetzsteller ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Entlastungsnetzwerk (2) ausgangsseitig ein Rekuperations-Wandler (3) elektrisch nachgeschaltet ist.Device for converting a voltage (U LV , U HV ) comprising a first DC-DC converter ( 1 ) with relief network ( 2 ), wherein the first DC-DC converter ( 1 ) is implemented as a boost converter and as a buck converter, characterized in that the relief network ( 2 ) on the output side a recuperation converter ( 3 ) is electrically connected downstream. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rekuperations-Wandler (3) einer Eingangsseite (LV) des ersten Gleichspannungswandlers (1) elektrisch vorgeschaltet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the recuperation converter ( 3 ) an input side (LV) of the first DC-DC converter ( 1 ) is electrically connected upstream. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rekuperations-Wandler (3) einer Ausgangsseite (HV) des ersten Gleichspannungswandlers (1) elektrisch vorgeschaltet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the recuperation converter ( 3 ) of an output side (HV) of the first DC-DC converter ( 1 ) is electrically connected upstream. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rekuperations-Wandler (3) einer Hilfsspannungsversorgung (4) der Eingangsseite (LV) des ersten Gleichspannungswandlers (1) elektrisch vorgeschaltet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the recuperation converter ( 3 ) of an auxiliary power supply ( 4 ) of the input side (LV) of the first DC-DC converter ( 1 ) is electrically connected upstream. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rekuperations-Wandler (3) einer Hilfsspannungsversorgung (5) der Ausgangsseite (HV) des ersten Gleichspannungswandlers (1) elektrisch vorgeschaltet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the recuperation converter ( 3 ) of an auxiliary power supply ( 5 ) of the output side (HV) of the first DC-DC converter ( 1 ) is electrically connected upstream. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rekuperations-Wandler (3) ein zweiter Gleichspannungswandler ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the recuperation converter ( 3 ) is a second DC-DC converter. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gleichspannungswandler als Hochsetzsteller und als Tiefsetzsteller ausgeführt ist.Device according to one of claims 6, characterized in that that the second DC-DC converter as boost converter and as Step-down converter implemented is. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlastungsnetzwerk aus einer Kombination von Kondensatoren (C), Dioden (D) und/oder Widerständen (R) gebildet ist.Device according to claim 1, characterized in that that the relief network consists of a combination of capacitors (C), diodes (D) and / or resistors (R) is formed. Verfahren zur Wandlung einer Spannung (ULV, UHV), die mittels eines ersten Gleichspannungswandlers (1) hochgesetzt oder tiefgesetzt wird, wobei anhand eines Entlastungsnetzwerkes (2) Überspannungen in dem ersten Gleichspannungswandler (1) reduziert werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine in dem Entlastungsnetzwerk (2) gespeicherte Energie mittels eines Rekuperations-Wandlers (3) auf ein vorgegebenes Spannungsniveau eingestellt wird.Method for converting a voltage (U LV , U HV ), which is determined by means of a first DC-DC converter ( 1 ) is increased or reduced, based on a relief network ( 2 ) Overvoltages in the first DC-DC converter ( 1 ), characterized in that one in the relief network ( 2 ) stored energy by means of a recuperation converter ( 3 ) is set to a predetermined voltage level. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie einer Eingangsseite (LV) des ersten Gleichspannungswandlers (1) zugeführt wird.Method according to Claim 9, characterized in that the energy of an input side (LV) of the first DC-DC converter ( 1 ) is supplied. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie einer Ausgangsseite (HV) des ersten Gleichspannungswandlers (1) zugeführt wird.A method according to claim 9, characterized in that the energy of an output side (HV) of the first DC-DC converter ( 1 ) is supplied. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie einer Hilfsspannungsversorgung (4) der Eingangsseite (LV) des ersten Gleichspannungswandlers (1) zugeführt wird.Method according to claim 9, characterized in that the energy of an auxiliary power supply ( 4 ) of the input side (LV) of the first DC-DC converter ( 1 ) is supplied. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie einer Hilfsspannungsversorgung (5) der Ausgangsseite (HV) des ersten Gleichspannungswandlers (1) zugeführt wird.Method according to claim 9, characterized in that the energy of an auxiliary power supply ( 5 ) of the output side (HV) of the first DC-DC converter ( 1 ) is supplied. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gleichspannungswandler (1) in einem Normalmodus oder einem Pulspaketmodus betrieben wird.Method according to one of claims 9 to 13, characterized in that the first DC-DC converter ( 1 ) is operated in a normal mode or a pulse packet mode.
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