EP0928059A2

Current-voltage converter and relative control circuit

Abstract

The converter has a primary side with several series subsystems (16,18,20), each containing a transistor power switch (T1-T3) and its own transformer primary winding (TP1-TP3), and a secondary side (22), via which the subsystems are coupled to a common load output. The series subsystems each have a branch with input inductance (L16.1,L18.1,L20.1) and the power switch. The inductances are at least temporarily connected electrically in series to an input voltage via the transistor power switches and cause voltage symmetry between the subsystems. Each subsystem output is connected to a transformer primary as a current supply isolating transformer. An Independent claim is also included for a method of regulating the converter.

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31 claims: 31 independent, 0 dependent

  1. 1
    Current-voltage converter (10), particularly for high input voltages, comprising a primary side (14), the plurality of serially connected partial systems (16, 18, 20) with in each case at least one transistor circuit breaker (T1, T2, T3) and in each case a own associated transformer primary winding (TP1, TP2, TP3) having, as well as a secondary side (22), over which the partial systems (16, 18, 20) to a common Load output (24) are coupled, characterized, that the series-connected subsystems (16, 18, 20) each have a branch with an input Inductance (L16.1, L18.1, L20.1) and the at least one transistor circuit breaker (T1, T2, T3), in that the inductances (L16.1, L18.1, L20.1) at least temporarily over the corresponding transistor power-switches (T1, T2, T3) electrically connected in series to the input voltage Ue lie and a voltage balancing between the subsystems (16, 18, 20) effect, and that one output each of the Subsystems (16, 18, 20) each having the transformer primary winding (TP1, TP2, TP3) acting as isolating transformer (TR1, TR2, TR3) is connected to the power supply. Strom-Spannungswandler (10), insbesondere für hohe Eingangsspannungen, umfassend eine Primärseite (14), die mehrere in Reihe geschaltete Teilsysteme (16, 18, 20) mit jeweils zumindest einem Transistor-Leistungsschalter (T1, T2, T3) und jeweils einer eigenen zugeordneten Transformator-Primärwicklung (TP1, TP2, TP3) aufweist, sowie eine Sekundärseite (22), über die die Teilsysteme (16, 18, 20) an einen gemeinsamen Lastausgang (24) angekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die in Reihe geschalteten Teilsysteme (16, 18, 20) je einen Zweig mit eingangsseitiger Induktivität (L16.1, L18.1, L20.1) und dem zumindest einen Transistor-Leistungsschalter (T1, T2, T3) aufweisen, dass die Induktivitäten (L16.1, L18.1, L20.1) zumindest zeitweise über die jeweiligen Transistor-Leistungsschalter (T1, T2, T3) elektrisch in Reihe an Eingangsspannung UE liegen und eine Spannungssymmetrierung zwischen den Teilsystemen (16, 18, 20) bewirken und dass jeweils ein Ausgang der Teilsysteme (16, 18, 20) mit jeweils der Transformator-Primärwicklung (TP1, TP2, TP3) als Trenntransformator (TR1, TR2, TR3) zur Stromspeisung verbunden ist.
  2. 2
    Current-voltage converter (92), particularly for high input currents, comprising a Primary side (96), a plurality of parallel connected partial systems (98, 100, 102) with in each case at least one transistor circuit breaker (T4, T5, T6) and each having a own associated transformer primary winding (TP4, TP5, TP6) having, as well as a secondary side (104), over which the partial systems (98, 100, 102) to a common Load output (106) are coupled, characterized, that the parallel connected partial systems (98, 100, 102) each have a branch input side of a Inductance (L98.1, L100.1, L102.1) and the at least one transistor circuit breaker (T4, T5, T6), in that the inductances (L98.1, L100.1, L102.1) at least temporarily over the corresponding transistor power-switches (T4, T5, T6) electrically connected in parallel to input voltage Ue lie and a current balancing effect between the subsystems and that one output of the subsystems with each of the transformer primary winding (TP4, TP5, TP6) acting as isolating transformer (TR4, TR5, TR6) connected to the power supply. Strom-Spannungswandler (92), insbesondere für hohe Eingangsströme, umfassend eine Primärseite (96), die mehrere parallel geschaltete Teilsysteme (98, 100, 102) mit jeweils zumindest einem Transistor-Leistungsschalter (T4, T5, T6) und jeweils einer eigenen zugeordneten Transformator-Primärwicklung (TP4, TP5, TP6) aufweist, sowie eine Sekundärseite (104), über die die Teilsysteme (98, 100, 102) an einen gemeinsamen Lastausgang (106) angekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel geschalteten Teilsysteme (98, 100, 102) je einen Zweig aus einer eingangsseitigen Induktivität (L98.1, L100.1, L102.1) und dem zumindest einen Transistor-Leistungsschalter (T4, T5, T6) aufweisen, dass die Induktivitäten (L98.1, L100.1, L102.1) zumindest zeitweise über die jeweiligen Transistor-Leistungsschalter (T4, T5, T6) elektrisch parallel an Eingangsspannung UE liegen und eine Stromsymmetrierung zwischen den Teilsystemen bewirken und dass jeweils ein Ausgang der Teilsysteme mit jeweils der Transformator-Primärwicklung (TP4, TP5, TP6) als Trenntransformator (TR4, TR5, TR6) zur Stromspeisung verbunden ist.
  3. 3
    Current to voltage converter according to claim 1 or 2, characterized, that the isolating transformers TR1 - TR3 and TR4 - TR6 as current transformers are formed and each have a separate magnetic core. Strom-Spannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenntransformatoren TR1 - TR3 bzw. TR4 - TR6 als Stromtransformatoren ausgebildet sind und jeweils einen separaten magnetischen Kern aufweisen.
  4. 4
    Current to voltage converter according to one or more of the aforementioned claims, characterized, that the partial systems (16, 18, 20, 98, 100, 102) as a SEPIC converter (26, 26 ', 26 ") or Regenerator are formed. Strom-Spannungswandler nach einem oder mehreren der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilsysteme (16, 18, 20, 98, 100, 102) als SEPIC-Wandler (26, 26', 26") oder Regenerator ausgebildet sind.
  5. 5
    Current to voltage converter according to one or more of the aforementioned claims, characterized, that only a partial system, preferably the reference potential (ground) connected Subsystem is connected to a control circuit (200). Strom-Spannungswandler nach einem oder mehreren der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teilsystem, vorzugsweise das mit Bezugspotential (Masse) verbundene Teilsystem, mit einem Regelkreis (200) verbunden ist.
  6. 6
    Current to voltage converter according to one or more of the aforementioned claims, characterized, that the control circuit (200) one connected to the mains voltage circuit (226) for detecting the network voltage and / or the line frequency, in that the circuit (226) forwards corresponding signals to the control circuit (200), so that the Current-voltage converter (10, 92) in dependence on the input voltage either as DC converter or AC converter adapted with PFC analysis. Strom-Spannungswandler nach einem oder mehreren der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (200) einen mit der Netzspannung verbundenen Schaltkreis (226) zur Erfassung der Netzspannung und/oder der Netzfrequenz aufweist, dass der Schaltkreis (226) entsprechende Signale an den Regelkreis (200) weitergibt, so dass der Strom-Spannungswandler (10, 92) in Abhängigkeit von der Eingangsspannung entweder als DC-Wandler oder als AC-Wandler mit PFC-Bewertung adaptiert ist.
  7. 7
    Current to voltage converter according to one or more of the aforementioned claims, characterized, that the transducer to the international UIC voltages, preferably 1,000 VAC 16.2 / 3 Hz, 1500 VAC 50 Hz or 1500 VDC to 3000 VDC, without switching is connected. Strom-Spannungswandler nach einem oder mehreren der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler an die internationalen UIC-Spannungen , vorzugsweise 1000 VAC 16,2/3 Hz, 1500 VAC 50 Hz bzw. 1500 VDC bis 3000 VDC, ohne Umschaltung anschließbar ist.
  8. 8
    Current to voltage converter according to one or more of the aforementioned claims, characterized, that at least in each case a further, with the respective input-side inductance as inductor (L16.1, L18.1, 20.1;L98.1, L100.1) magnetically coupled inductor as inductor (L16.2, L18.2, L20.2, L98.2, L100.2, L102.2) a measuring element such as a shunt is associated with at which a to the output current IA proportional size IA' can be tapped. Strom-Spannungswandler nach einem oder mehreren der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest jeweils einer weiteren, mit der jeweiligen eingangsseitigen Induktivität wie Drosselspule (L16.1, L18.1, 20.1;L98.1, L100.1) magnetisch gekoppelten Induktivität wie Drosselspule (L16.2, L18.2, L20.2;L98.2, L100.2, L102.2) ein Messelement wie Shunt zugeordnet ist, an dem eine dem Ausgangsstrom IA proportionale Größe IA' abgreifbar ist.
  9. 9
    Current to voltage converter according to one or more of the aforementioned claims, characterized, that the transformers (TR1, TR2, TR3) having a power of 1 / N times Total power, where n is the number of in series or parallel connected subsystems equivalent. Strom-Spannungswandler nach einem oder mehreren der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatoren (TR1, TR2, TR3) eine Leistung aufweisen, die der 1/N-fachen Gesamtleistung entspricht, wobei N der Anzahl der in Reihe oder parallel geschalteten Teilsysteme entspricht.
  10. 10
    Current to voltage converter according to one or more of the aforementioned claims, characterized, that the current-voltage converter has multiple output voltages, whereby the Output voltages of the cascaded current-voltage converter (10, 92) via control the TOn- Time proportional to 1 / Ue piloted and TOff adjusted or can be regulated. Strom-Spannungswandler nach einem oder mehreren der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom-Spannungswandler multiple Ausgangsspannungen aufweist, wobei die Ausgangsspannungen der kaskadierten Strom-Spannungswandler (10, 92) über Steuerung der TOn- Zeit proportional 1/UE vorgesteuert und über TOff einstellbar bzw. regelbar sind.
  11. 11
    Current to voltage converter according to one or more of the aforementioned claims, characterized, that in the subsystems (16, 18, 20) contained transistor circuit breaker (T1 - T6) via a Ansteuerglied as Ansteuerüberträger (50, 50 ', 50 ") with a TOn-Zeitfläche are controllable. Strom-Spannungswandler nach einem oder mehreren der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Teilsystemen (16, 18, 20) enthaltenen Transistor-Leistungsschalter (T1 - T6) über ein Ansteuerglied wie Ansteuerüberträger (50, 50', 50") mit einer TOn-Zeitfläche ansteuerbar sind.
  12. 12
    Current to voltage converter according to one or more of the aforementioned claims, characterized, that the primary winding (TP1, TP2, TP3) of the isolating transformer (TR1, TR2, TR3) via a diode (32, 32 ', 32 ") to a respective output of the SEPIC converter (26, 26 ', 26 ") is coupled dining current. Strom-Spannungswandler nach einem oder mehreren der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklung (TP1, TP2, TP3) des Trenntransformators (TR1, TR2, TR3) über eine Diode (32, 32', 32") an einen jeweiligen Ausgang des SEPIC-Wandlers (26, 26', 26") stromspeisend angekoppelt ist.
  13. 13
    Current to voltage converter according to one or more of the aforementioned claims, characterized, that at least one of the primary windings (TP1, TP2, TP3) a plurality of secondary windings (TS1.1, TS1.2, TS1.3) preferably having different numbers of turns to Formation of multiple outputs are assigned. Strom-Spannungswandler nach einem oder mehreren der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Primärwicklungen (TP1, TP2, TP3) mehrere Sekundärwicklungen (TS1.1, TS1.2, TS1.3) mit vorzugsweise unterschiedlichen Windungszahlen zur Bildung multipler Ausgänge zugeordnet sind.
  14. 14
    Control circuit (200) for a current-voltage converter (10, 92), in particular SEPIC-converter, comprising a voltage regulator with voltage comparator (200) and Voltage amplifier (214), a current regulator with current comparator (240) and power amplifier (248) as well as an arranged between voltage regulator and current regulator Corrector (220) characterized, that the control circuit comprises a circuit (226) for detecting the network voltage and / or has mains frequency, that the circuit (226) connected to a sampling circuit (208) is, the U having an input at one of the output voltageA proportional size UA'And is connected with an output to the voltage comparator (202) and that the voltage regulator on the output side to a first input (218) of a D / A converter (220) is connected, in turn, with a second Input (222) having an output (224) of the circuit (226) and on the output side is connected to an input (238) of the current comparator (240) of the current regulator. Regelkreis (200) für einen Strom-Spannungswandler (10, 92), insbesondere SEPIC-Wandler, umfassend einen Spannungsregler mit Spannungsvergleicher (200) und Spannungsverstärker (214), einen Stromregler mit Stromvergleicher (240) und Stromverstärker (248) sowie ein zwischen Spannungsregler und Stromregler angeordnetes Korrekturglied (220), dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis einen Schaltkreis (226) zur Erfassung der Netzspannung und/oder Netzfrequenz aufweist, dass der Schaltkreis (226) mit einer Abtastschaltung (208) verbunden ist, die mit einem Eingang an einer der Ausgangsspannung UA proportionalen Größe UA' liegt und mit einem Ausgang mit dem Spannungsvergleicher (202) verbunden ist und dass der Spannungsregler ausgangsseitig mit einem ersten Eingang (218) eines D/A-Wandlers (220) verbunden ist, der seinerseits mit einem zweiten Eingang (222) mit einem Ausgang (224) des Schaltkreises (226) und ausgangsseitig mit einem Eingang (238) des Stromvergleichers (240) des Stromreglers verbunden ist.
  15. 15
    Control circuit according to claim 14, characterized, that the switching circuit (226) includes a circuit for detecting the network voltage and / or Line frequency, a circuit to generate a synthetic sine function, a having trigger circuit and a synchronization circuit. Regelkreis nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkreis (226) eine Schaltung zur Erfassung der Netzspannung und/oder Netzfrequenz, eine Schaltung zur Erzeugung einer synthetischen Sinusfunktion, eine Triggerschaltung sowie eine Synchronisationsschaltung aufweist.
  16. 16
    Control circuit according to claim 14, characterized, that at the output (224) of the circuit (226) is a synthetic sine B = Bmax | Sin (.omega.t) | is constant amplitude B available, the actual grid frequency represents. Regelkreis nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang (224) des Schaltkreises (226) ein synthetischer Sinus B = Bmax |sin (ωt)| mit konstanter Amplitude B zur Verfügung steht, der die tatsächliche Netzfrequenz repräsentiert.
  17. 17
    Control circuit according to one or more of the aforementioned claims, characterized, that at the output (230) of the circuit (226) a trigger signal for the sampling circuit (208) is available. Regelkreis nach einem oder mehreren der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang (230) des Schaltkreises (226) ein Triggersignal für die Abtast-Schaltung (208) zur Verfügung steht.
  18. 18
    Control circuit according to one or more of the aforementioned claims, characterized, that in the switching circuit (226) preprogrammed sine functions are stored. Regelkreis nach einem oder mehreren der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schaltkreis (226) vorprogrammierte Sinusfunktionen abgelegt sind.
  19. 19
    Method for regulating a current-voltage converter, said output voltage UA and output current IA recorded with desired quantities to produce a control variable are compared, characterized, that the mains voltage and / or frequency is detected, that depending on the Power frequency, a trigger signal for sampling the output voltage is produced, that depending on the grid frequency synthetic sine or a constant Size is generated that the generated sinusoidal or constant digital value in converted an analog quantity and with an amplified error voltage KU x .DELTA.UAfor generating a reference value for the output current IA is multiplied. Verfahren zur Regelung eines Strom-Spannungswandlers, wobei Ausgangsspannung UA und Ausgangsstrom IA erfasst und mit Sollgrößen zur Erzeugung einer Regelgröße verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzspannung und/oder Netzfrequenz erfasst wird, dass in Abhängigkeit der Netzfrequenz ein Triggersignal zur Abtastung der Ausgangsspannung erzeugt wird, dass in Abhängigkeit der Netzfrequenz ein synthetischer Sinus bzw. eine konstante Größe erzeugt wird, dass die erzeugte sinusförmige oder konstante digitale Größe in eine analoge Größe umgewandelt und mit einer verstärkten Fehlerspannung KU x ΔUA zur Erzeugung einer Sollgröße für den Ausgangsstrom IA multipliziert wird.
  20. 20
    A method according to claim 19, characterized, that the primary subsystems (16, 18, 20;98, 100, 102) in the non-pulsating current Operating be operated. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die primären Teilsysteme (16, 18, 20;98, 100, 102) im nicht stromlückenden Betrieb betrieben werden.
  21. 21
    A method according to claim 19, characterized, that the PFC analysis of the cascaded partial systems (16, 18, 20;98, 100, 102) stage on a subsystem (20, 102) takes place. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die PFC-Bewertung der kaskadierten Teilsysteme (16, 18, 20;98, 100, 102) einstufig an einem Teilsystem (20, 102) erfolgt.
  22. 22
    A method according to claim 19, characterized, that the input voltage Ue the output side via the TOn-Time Is measured. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsspannung UE ausgangsseitig über die TOn-Zeit gemessen wird.
  23. 23
    A method according to claim 19, characterized, that the output voltage UA proportional size UA'And the output current IA proportional size IA'Are measured on the primary side. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Ausgangsspannung UA proportionale Größe UA' und eine dem Ausgangsstrom IA proportionale Größe IA' primärseitig gemessen werden.
  24. 24
    A method according to claim 19, characterized, that a correction of the control circuit via the input voltage Ue deleted. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrektur des Regelkreises über die Eingangsspannung UE entfällt.
  25. 25
    Current-voltage converter (400) having an input (414) to which a first inductor (L420.1) is connected, via a capacitor (422) and a diode (424) with a in a first terminal (426) a primary winding (TP7) of an isolation transformer is connected (TR) connected to its second terminal (428) with a Output (416) is connected, wherein a junction (430) between the first Inductance (L420.1) and the capacitor (422) via a power switching element (T7) is connected to the output (416) and wherein a connection point (440) between the capacitor (422) and the diode (424) via a series circuit comprising Second Iduktivität (420.2) and measuring element (444) connected to the output (416) is. characterized, that the isolation transformer (TR) arranged in a plurality on a common core (446) Secondary windings (TS7.1, TS7.2, TS7.3) to form multiple outputs having. Strom-Spannungswandler (400) mit einem Eingang (414), an dem eine erste Induktivität (L420.1) angeschlossen ist, die über einen Kondensator (422) und eine Diode (424) mit einer in einem ersten Anschluss (426) einer Primärwicklung (TP7) eines Trenntransformators (TR) verbunden ist, der mit seinem zweiten Anschluss (428) mit einem Ausgang (416) verbunden ist, wobei eine Verbindungsstelle (430) zwischen der ersten Induktivität (L420.1) und dem Kondensator (422) über ein Leistungs-Schaltelement (T7) mit dem Ausgang (416) verbunden ist und wobei eine Verbindungsstelle (440) zwischen dem Kondensator (422) und der Diode (424) über eine Reihenschaltung aus zweiter Iduktivität (420.2) und Messelement (444) mit dem Ausgang (416) verbunden ist. dadurch gekennzeichnet, dass der Trenntransformator (TR) mehrere auf einem gemeinsamen Kern (446) angeordnete Sekundärwicklungen (TS7.1, TS7.2, TS7.3) zur Bildung multipler Ausgänge aufweist.
  26. 26
    Current to voltage converter according to claim 25, characterized, that the current-voltage converter (400) operates in the non-pulsating current operation. Strom-Spannungswandler nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom-Spannungswandler (400) im nicht stromlückenden Betrieb arbeitet.
  27. 27
    Current to voltage converter according to claim 25, characterized, that the output voltages UA1, UA2, UA3 proportional size UA' at the primary transformer winding (TP7) can be tapped. Strom-Spannungswandler nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Ausgangsspannungen UA1, UA2, UA3 proportionale Größe UA' an der primären Trafowicklung (TP7) abgreifbar ist.
  28. 28
    Current to voltage converter according to claim 25, characterized, that the output currents IA1, IA2, IA3 proportional size IA'On the series to the second inductance (L420.2) lying measuring element (444) as measured shunt is. Strom-Spannungswandler nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Ausgangsströmen IA1, IA2, IA3 proportionale Größe IA' an dem in Reihe zu der zweiten Induktivität (L420.2) liegenden Messelement (444) wie Shunt messbar ist.
  29. 29
    Current to voltage converter according to claim 25, characterized, that Senkundärwicklungen (TS7.1, TS7.2, TS7.3) for setting the various Output voltage UA1, UA2, UA3 have different numbers of turns. Strom-Spannungswandler nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Senkundärwicklungen (TS7.1, TS7.2, TS7.3) zur Einstellung der verschiedenen Ausgangsspannung UA1, UA2, UA3 unterschiedliche Windungszahlen aufweisen.
  30. 30
    Current to voltage converter according to claim 25, characterized, that the output voltages UA1, UA2, UA3 are constant. Strom-Spannungswandler nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannungen UA1, UA2, UA3 konstant sind.
  31. 31
    Current to voltage converter according to claim 25, characterized, that an additional winding or a secondary winding and / or the primary winding itself is designed as a measuring coil and control variables for a control loop for Provides. Strom-Spannungswandler nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zusatzwicklung oder eine Sekundärwicklung und/oder die Primärwicklung selbst als Messwicklung ausgebildet ist und Regelgrößen für einen Regelkreis zur Verfügung stellt.
Independent claims31