Dc/dc转换器和电网反馈单元
阅读说明：本技术 Dc/dc转换器和电网反馈单元 (DC/DC converter and grid feedback unit ) 是由 A·伊滕 B·费斯勒 C·施内根布格 D·舍库林 E·霍夫曼 于 2019-07-09 设计创作，主要内容包括：一种DC/DC转换器(1),具有：-第一连接极(U1+)和第二连接极(U1-),其中在所述第一连接极(U1+)和所述第二连接极(U1-)之间存在第一直流电压(U1),-第三连接极(U2+)和第四连接极(U2-),其中在所述第三连接极(U2+)和所述第四连接极(U2-)之间存在第二直流电压(U2),-第一换向单元(2),其中所述第一换向单元(2)具有电容器(3)、二极管(4)和半导体开关装置(5),-第二换向单元(6),其中所述第二换向单元(6)具有电容器(7)、二极管(8)和半导体开关装置(9),以及-用于对所述第一换向单元(2)的电容器(3)和所述第二换向单元(7)的电容器(7)进行预充电的预充电电路(11),其中所述预充电电路(11)具有预充电电阻器(12)和可控开关装置(13),其中所述预充电电阻器(12)和所述可控开关装置(13)并联连接,-其中所述第一换向单元(2)的电容器(3)、所述预充电电路(11)和所述第二换向单元(6)的电容器(7)串联地插入到所述第一连接极(U1+)和所述第二连接极(U1-)之间。(A DC/DC converter (1) having: -a first connection pole (U1 +) and a second connection pole (U1-), wherein a first direct voltage (U1) is present between the first connection pole (U1 +) and the second connection pole (U1-), -a third connection pole (U2 +) and a fourth connection pole (U2-), wherein a second direct voltage (U2) is present between the third connection pole (U2 +) and the fourth connection pole (U2-), -a first commutation unit (2), wherein the first commutation unit (2) has a capacitor (3), a diode (4) and a semiconductor switching device (5), -a second commutation unit (6), wherein the second commutation unit (6) has a capacitor (7), a diode (8) and a semiconductor switching device (9), and-a precharge circuit for precharging the capacitor (3) of the first commutation unit (2) and the capacitor (7) of the second commutation unit (7) An electrical pre-charge circuit (11), wherein the pre-charge circuit (11) has a pre-charge resistor (12) and a controllable switching device (13), wherein the pre-charge resistor (12) and the controllable switching device (13) are connected in parallel, -wherein the capacitor (3) of the first commutation cell (2), the pre-charge circuit (11) and the capacitor (7) of the second commutation cell (6) are inserted in series between the first connection pole (U1 +) and the second connection pole (U1-).)
技术领域
本发明涉及一种DC/DC转换器和一种具有这种DC/DC转换器的电网反馈单元。
背景技术
WO 2017/072297 A1展示了一种电网反馈单元，该电网反馈单元被构造为将来自电压中间回路的电能馈入三相电网中。所述电网反馈单元具有降压转换单元，所述降压转换单元具有降压转换器形式的第一DC/DC转换器和降压转换器形式的第二DC/DC转换器，其中所述第一降压转换器和所述第二降压转换器并联连接并且分别在输入侧与所述电压中间回路电耦合。
发明内容
本发明所基于的任务是提供一种DC/DC转换器和一种具有这种DC/DC转换器的电网反馈单元，它们可以成本有利地制造和/或具有低损耗功率。
本发明通过根据权利要求1的DC/DC转换器和根据权利要求12的电网反馈单元解决了该任务。
所述DC/DC转换器通常具有第一连接极和第二连接极，其中在所述第一连接极和所述第二连接极之间存在或者说输出或施加第一直流电压。
所述DC/DC转换器还具有第三连接极和第四连接极，其中在所述第三连接极和所述第四连接极之间存在或者说输出或施加第二直流电压。
所述第一直流电压和所述第二直流电压典型地具有不同的电压电平。
所述DC/DC转换器还具有第一换向单元，其中所述第一换向单元具有电容器、二极管和可控的半导体开关装置，例如以场效应晶体管或IGBT的形式。
所述DC/DC转换器还具有第二换向单元，其中所述第二换向单元具有电容器、二极管和半导体开关装置，例如以场效应晶体管或IGBT的形式。
优选操控或用时钟控制第一和第二换向单元的半导体开关装置，使得第一或第二直流电压的电平具有预给定值。
所述第一换向单元的电容器和所述第二换向单元的电容器可以一起形成待预充电的缓冲电容器。
所述DC/DC转换器还具有用于对所述第一换向单元的电容器和所述第二换向单元的电容器进行预充电的预充电电路。所述预充电电路具有预充电电阻器和例如继电器形式的可控开关装置，其中所述预充电电阻器和所述可控开关装置并联连接。
所述第一换向单元的电容器、所述预充电电路（即，所述预充电电阻器和并联的可控开关装置）以及所述第二换向单元的电容器串联插入到所述第一连接极和所述第二连接极之间。
根据一种实施方式，所述第一换向单元插入到所述第一连接极和所述第三连接极之间，并且所述第二换向单元插入到所述第二连接极和所述第四连接极之间。
根据一种实施方式，所述DC/DC转换器具有控制单元，所述控制单元被构造为操控所述预充电电路的可控开关装置，使得所述可控开关装置在所述第一换向单元的电容器和所述第二换向单元的电容器的预充电阶段期间断开。所述预充电阶段可以具有预给定的持续时间。一旦在待预充电的电容器上产生了预给定的阈值电压，就可以结束所述预充电阶段。所述预充电电路的开关装置的断开促使在接入或接通所述第一直流电压和/或所述第二直流电压时限制接通电流，因为所述预充电电阻器在充电电流路径中是有效的，即没有短路。
根据一种实施方式，所述预充电电路具有电容器，其中所述预充电电阻器、所述可控开关装置和所述电容器并联连接。所述预充电电路的电容器的电容可以小于所述第一换向单元的电容器的电容，并且可以小于所述第二换向单元的电容器的电容。
根据一种实施方式，所述第一换向单元具有线圈，其中所述第一换向单元的开关装置和所述第一换向单元的线圈串联插入到所述第一连接极和所述第三连接极之间。对应地，所述第二换向单元具有线圈，其中所述第二换向单元的开关装置和所述第二换向单元的线圈串联插入到所述第二连接极和所述第四连接极之间。
根据一种实施方式，所述第一换向单元的电容器和二极管一起形成第一换向路径，当所述第一换向单元的开关装置断开时，所述第一换向路径接收流过所述第一换向单元的线圈的电流。对应地，所述第二换向单元的电容器和二极管一起形成第二换向路径，当所述第二换向单元的开关装置断开时，所述第二换向路径接收流过所述第二换向单元的线圈的电流。
根据一种实施方式，所述DC/DC转换器或其预充电电路的尺寸被确定为使得流过所述预充电电路的换向电流小于所述第一换向单元和所述第二换向单元中各自的换向电流，并且流过所述预充电电路的换向电流小于流过所述第一换向单元的线圈和所述第二换向单元的线圈的各自主电流。换向电流在此典型地是从一个导通分支传送到另一导通分支的电流。例如，所述换向电流流向闭合的接触部或在所述预充电电路的开关装置闭合的情况下流动。其余的请参考相关的专业文献。
根据一种实施方式，所述预充电电路被构造为，如果所述第一换向单元的半导体开关装置被构造为反向截止并且所述第二换向单元的半导体开关装置被构造为反向截止，则在接入所述第一直流电压时限制接通电流。这例如通过断开所述预充电电路的开关装置并对应地确定该所述预充电电阻器的尺寸来实现。
根据一种实施方式，所述预充电电路被构造为，如果所述第一换向单元的半导体开关装置被构造为反向导通并且所述第二换向单元的半导体开关装置被构造为反向导通，则在接入所述第一直流电压和/或在接入所述第二直流电压时限制接通电流。这例如可以通过断开所述预充电电路的开关装置并对应地确定所述预充电电阻器的尺寸来实现。
根据一种实施方式，所述预充电电路的预充电电阻器是欧姆电阻器或正温度系数电阻器。
根据本发明的电网反馈单元被构造为将来自电压中间回路的电能馈入或反馈到三相电网中。
所述电网反馈单元具有至少一个上述DC/DC转换器。所述电网反馈单元优选具有两个并联连接的DC/DC转换器，这两个DC/DC转换器被以时钟彼此错开地控制。
所述电网反馈单元还具有逆变器，所述逆变器在输入侧与所述DC/DC转换器的第三连接极和第四连接极电耦合，并且在输出侧与三相电网电耦合。
附图说明
下面参考附图详细描述本发明。在此：
图1示出了根据本发明的DC/DC转换器的电路图，以及
图2示出了根据本发明的具有并联连接的DC/DC转换器的电网反馈单元的电路图。
具体实施方式
图1示出了DC/DC转换器1的电路图。
DC/DC转换器1具有第一连接极U1+和第二连接极U1-，其中在第一连接极U1+和第二连接极U1-之间存在第一直流电压U1。
DC/DC转换器1还具有第三连接极U2+和第四连接极U2-，其中在第三连接极U2+和第四连接极U2-之间存在第二DC电压U2。
DC/DC转换器1还具有第一换向单元2，该第一换向单元2具有电容器3、二极管4、半导体开关装置5和线圈16。可选的二极管18与半导体开关装置5并联连接，并且在截止方向上插入到第一连接极U1+和第三连接极u2+之间。如果半导体开关装置5被实施为场效应晶体管，则二极管18可以是所谓的体二极管。半导体开关装置5和线圈16串联插入到第一连接极U1+和第三连接极U2+之间。二极管4的阴极与半导体开关装置5、二极管18的阳极和线圈16电连接，并且二极管4的阳极与电容器3和预充电电路11电连接。
DC/DC转换器1还具有第二换向单元6，第二换向单元6具有电容器7、二极管8、半导体开关装置9和线圈17。可选的二极管19与半导体开关装置9并联连接，并且在导通方向上插入到第二连接极U1-和第四连接极U2-之间。如果半导体开关装置9被实施为场效应晶体管，则二极管19可以是所谓的体二极管。半导体开关装置9和线圈17串联插入到第二连接极U1-和第四连接极U2-之间。二极管8的阳极与半导体开关装置9、二极管19的阴极和线圈17电连接，并且二极管8的阴极与电容器7和预充电电路11电连接。
DC/DC转换器1具有用于对电容器3和7进行预充电的预充电电路11，其中预充电电路11具有预充电电阻器12、继电器13形式的可控开关装置和可选的电容器15，其中预充电电阻器12、可控开关装置13和电容器15并联连接。
第一换向单元2的电容器3、预充电电路11（即由预充电电阻器12、可控开关装置13和电容器15组成的并联电路）以及第二换向单元6的电容器7串联插入到第一连接极U1+和第二连接极U1-之间。
DC/DC转换器1具有例如微处理器形式的控制单元14，该控制单元14被构造为操控预充电电路11的可控开关装置13，使得可控开关装置13在电容器3和7的预充电阶段期间断开，以将电容器3和7一直充电到期望的预充电电压。
DC/DC转换器1可以构造为降压转换器，即适用U1>U2。
典型地将电容器15的电容选择为小于电容器3或7的电容。
图2示出了根据本发明的电网反馈单元100的电路图，电网反馈单元100具有两个并联连接的DC/DC转换器1，其中各自的DC/DC转换器1对应于图1中所示的DC/DC转换器1。
电网反馈单元100被构造为将来自电压中间回路101的电能馈入三相电网102中。电网反馈单元100基于WO 2017/072297 A1中所示的电网反馈单元，并且特别是在预充电电路11方面对该电网反馈单元进行了扩展。因此关于电网反馈单元100的基本功能也参考WO2017/072297 A1的公开内容。
电网反馈单元100具有两个如图1所示的DC/DC转换器1和一个逆变器10，该逆变器在输入侧与DC/DC转换器1的各自的第三连接极U2+和各自的第四连接极U2-电耦合，并且在输出侧与三相的三相电网102电耦合。可以理解，代替两个DC/DC转换器1也可以只设置单个DC/DC转换器，或者多于两个DC/DC转换器可以并联连接。
滤波电容器24与预充电电路一起串联地插入到DC/DC转换器1的各自的第三连接极U2+和各自的第四连接极U2-之间，所述预充电电路具有电阻器25和可控开关装置26。为了对滤波电容器24进行预充电，断开开关装置26。开关装置26可以构造为继电器。
逆变器10具有在桥电路中的常规的半导体开关装置22。在电网侧设置电网扼流圈23。可以例如以>60kHz的开关频率运行逆变器10或用电网频率时钟控制逆变器10。
预充电电路11布置在专用于低频均衡电流的电路领域中。在运行期间产生的均衡电流或纹波电流明显小于要由DC/DC转换器传输的电流，从而仅一小部分的换向电流流过各自的开关装置13。因此，没有在换向路径中加入额外的阻抗，并且可以避免半导体开关装置5和9处的振荡或过电压。每个DC/DC转换器1只需单个开关装置或预充电继电器13就足够了。
这使得不必将预充电电路11设计为承担整个设备功率。由于所产生的低损耗功率，预充电电路11及其外围设备可以在印刷电路板上实现，而无需额外的冷却。
二极管20和21阻止从三相电网102向中间回路101反向充电。
借助于本发明可以实现以下优点：
-节省空间
-降低成本
-低损耗功率，因此可以实现在未经冷却的印刷电路板上
-布局在中间回路电容器区域内并且因此布局在继电器所需的安装高度反正已经存在的位置处。
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