DE102007021388B4

DE102007021388B4 - MF power generator

Info

Publication number: DE102007021388B4
Application number: DE102007021388A
Authority: DE
Inventors: Volkhard Richter
Original assignee: Huettinger Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Priority date: 2006-05-05
Filing date: 2007-05-04
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2027-05-05
Also published as: DE102007021388A1

Abstract

MF-Leistungsgenerator (1), insbesondere MF-Induktionsleistungsgenerator oder MF-Plasmaleistungsgenerator für eine Induktionserwärmung oder einen Plasmaprozess, mit einer DC-Stromversorgung (2), einem daran angeschlossenen Inverter (6), der zumindest ein an ein Stromversorgungspotential erster Polarität (11) angeschlossenes schaltendes Element (101, 102) aufweist, und einem Ausgangsnetzwerk (7), wobei für jedes schaltende Element (101, 102) eine Entkoppelschaltung (50) zur Entkopplung des schaltenden Elements (101, 102) von einer Spannung des Ausgangsnetzwerks (7) vorgesehen ist, wobei die Entkoppelschaltung (50) ein erstes Bauelement (51, 53) aufweist, das zwischen das schaltende Element und einen Eingangsanschluss des Ausgangsnetzwerks (7) geschaltet ist, und ein zweites Bauelement (52, 54) aufweist, das zwischen das schaltende Element (101, 102) oder den Eingangsanschluss des Ausgangsnetzwerks (7) und ein von dem Stromversorgungspotential erster Polarität (11) verschiedenes Begrenzungspotential geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes schaltende Element (101, 102) eine Entlastungsschaltung vorgesehen ist, die einen parallel zum schaltenden Element (101, 102) angeordneten Kondensator (C5, C6) aufweist.MF power generator (1), in particular MF induction power generator or MF plasma power generator for induction heating or a plasma process, having a DC power supply (2), an inverter connected thereto (6), which at least one to a power supply potential of the first polarity (11) connected switching element (101, 102), and an output network (7), wherein for each switching element (101, 102) a decoupling circuit (50) for decoupling the switching element (101, 102) from a voltage of the output network (7) is provided, wherein the decoupling circuit (50) comprises a first component (51, 53) which is connected between the switching element and an input terminal of the output network (7), and a second component (52, 54) which between the switching Element (101, 102) or the input terminal of the output network (7) and a different from the power supply potential of the first polarity (11) Begr is connected potential for potential, characterized in that for each switching element (101, 102) a discharge circuit is provided which has a parallel to the switching element (101, 102) arranged capacitor (C5, C6).

Description

Die Erfindung betrifft einen MF-Leistungsgenerator, insbesondere einen MF-Induktionsleistungsgenerator oder MF-Plasmaleistungsgenerator, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Leistungsregelung und/oder -steuerung eines MF-Leistungsgenerators gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 13. The The invention relates to an MF power generator, in particular a MF induction power generator or MF plasma power generator, according to the preamble of claim 1. The invention further relates to a method for Power control and / or control of a MF power generator according to the preamble of claim 13.

H. Ogiwara und M. Nakaoka, „Zero Current Soft Switching Mode Parallel Load Resonant Tank High-frequency Inverter using Normally Off Bipolar Mode SIT”, Power Electronics Specialists Conference Pesc 1994 Record; 25th Annual IEEE Taipeh Taiwan 20–25 Juni 1994, Seiten 95–101 offenbart einen Halbbrücken-Hochfrequenz-Inverter, der als Schaltelemente Hochleistungsbipolar-Transistoren benutzt. Das verwendete Schaltprinzip ist Zero Current Switching (ZCS).H. Ogiwara and M. Nakaoka, "Zero Current Soft Switching Mode Parallel Load Resonant Tank High-frequency Inverter using Normally Off Bipolar Mode SIT ", Power Electronics Specialists Conference Pesc 1994 Record; 25th Annual IEEE Taipei Taiwan 20-25 June 1994, pages 95-101 discloses a half-bridge high frequency inverter, used as switching elements high-performance bipolar transistors. The switching principle used is Zero Current Switching (ZCS).

Die DE 24 43 065 offenbart eine Wechselrichterschaltungsanordnung, bei der zwischen den Potentialen einer Speisegleichspannung ein Hauptstrom-Brückenzweig mit zwei Transistoren und ein paralleler Freilauf-Brückenzweig mit zwei Freilaufdioden geschaltet ist, deren Brückenmittelpunkte miteinander und mit einer Ausgangsklemme verbunden sind, wobei jeder Transistor jeweils über eine in seiner Durchlassrichtung gepolte Reihendiode mit dem Brückenmittelpunkt verbunden ist und jedem. Transistor ein Hilfskreis zugeordnet ist, der eine Reihenschaltung aus einem Kondensator und einem von einer Diode überbrückten Ladewiderstand enthält. Die Hilfskreise liegen jeweils. zwischen einem Potential der Speisegleichspannung und dem Verbindungspunkt zwischen dem Transistor und der Reihendiode der gegenüberliegenden Hälfte des Hauptstrom-Brückenzweiges. Die Dioden in den Hilfskreisen sind in Sperrrichtung der Transistoren gepolt.The DE 24 43 065 discloses an inverter circuit arrangement in which a main current bridge branch with two freewheeling diodes is connected between the potentials of a DC supply voltage, the bridge centers are connected to each other and to an output terminal, each transistor via a polarized in its forward direction Series diode is connected to the bridge center and each. Transistor is associated with an auxiliary circuit which includes a series circuit of a capacitor and a bridged by a diode charging resistor. The help circles are each. between a potential of the DC supply voltage and the connection point between the transistor and the series diode of the opposite half of the main current bridge branch. The diodes in the auxiliary circuits are poled in the reverse direction of the transistors.

Aus der DE 44 30 078 A1 ist eine Schaltungsanordnung zur Vermeidung von Schaltverlusten eines Zweigpaares eines selbstgeführten Stromrichters mit eingeprägter Zwischenkreisgleichspannung bekannt. Ein erster elektrischer Zweipol, der aus einem Kondensator besteht, sowie mindestens ein weiterer elektrischer Zweipol, der aus der Reihenschaltung einer Induktivität und eines elektronischen Schalters besteht, werden zwischen die Ausgangsklemme und die Mittelanzapfung der Zwischenkreisgleichspannungsquelle geschaltet.From the DE 44 30 078 A1 is a circuit arrangement for avoiding switching losses of a branch pair of a self-commutated converter with impressed DC link voltage known. A first electrical two-terminal, which consists of a capacitor, as well as at least one further electrical two-pole, which consists of the series connection of an inductor and an electronic switch, are connected between the output terminal and the center tap of the DC link voltage source.

MF-Leistungsgeneratoren – auch MF-Stromversorgungen genannt – für MF-Plasmaprozesse oder Induktionserwärmung, weisen üblicherweise zunächst einen AC/DC-Wandler auf, der die Netzwechselspannung zu einer geregelten oder ungeregelten Gleichspannung wandelt. Wenn eine Stromquellencharakteristik erwünscht ist, wird diese häufig durch nachgeschaltete Drosseln realisiert.MF power generators - also MF power supplies called - for MF plasma processes or Induction heating, usually first an AC / DC converter, the AC line voltage to a regulated or unregulated DC voltage converts. When a power source characteristic he wishes is, this is common implemented by downstream chokes.

Es schließt sich dann ein Inverter an. Dem Inverter nachgeschaltet ist ein Ausgangsnetzwerk, das üblicherweise aus einem Schwingkreis besteht. Es kann sich dabei um einen Parallel- oder Serienschwingkreis handeln, der üblicherweise in der Nähe seiner Eigenresonanz betrieben wird.It includes then an inverter. Downstream of the inverter is an output network, which is usually consists of a resonant circuit. It can be a parallel or resonant circuit, which is usually close to its Self-resonance is operated.

Zur Leistungsregelung sind unterschiedliche Verfahren bekannt. Das überwiegend übliche Verfahren ist die Regelung der Gleichspannung oder des Gleichstroms. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die Fre quenz des Ausgangssignals für den jeweiligen Anwendungsfall individuell eingestellt werden kann, da die Leistung nicht über die Frequenz geregelt wird. Trotzdem ist dieses Verfahren zur Leistungsregelung relativ aufwändig. Häufig müssen je nach Netzwechselspannung sowohl Hochsetzsteller als auch Tiefsetzsteller eingesetzt werden.to Power control, different methods are known. The predominantly common procedure is the regulation of DC or DC. The advantage This method is that the Fre quency of the output signal for the particular application can be adjusted individually, since the performance does not have the Frequency is regulated. Nevertheless, this method is for power control relatively expensive. Often have to depending on the mains alternating voltage both boost converter and buck converter be used.

Eine Alternative stellt die Leistungsregelung über die Frequenzvariation dar. Da das Ausgangsnetzwerk eine Resonanzfrequenz besitzt, lässt sich die Leistung in diesem Ausgangsnetzwerk durch Annähern der Betriebsfrequenz an die Resonanzfrequenz erhöhen und umgekehrt erniedrigen.A Alternative represents the power control over the frequency variation. Since the output network has a resonant frequency, the Power in this output network by approximating the operating frequency increase the resonance frequency and vice versa.

Beim so genannten Phase-Shift-Verfahren werden schaltende Elemente des Inverters die maximal mögliche Einschaltdauer eingeschaltet, aber die Einschaltphasen der schaltenden Elemente werden so gegeneinander verschoben, dass Strom nur für einen Teil der Dauer einer Halbwelle in das Ausgangsnetzwerk fließen kann. Das Phase-Shift-Verfahren setzt eine Vollbrücke im Inverter voraus.At the So-called phase-shift methods are switching elements of the Inverters the maximum possible On duration switched on, but the switch-on phases of the switching Elements are shifted against each other so that electricity is only for one Part of the duration of a half-wave can flow into the output network. The phase-shift method sets a full bridge in the inverter ahead.

Ein weiteres Verfahren zur Leistungsregelung, das keine Vollbrücke voraussetzt, ist das Pulsweitenmodulationsverfahren (PWM), bei dem die schaltenden Elemente des Inverters nur für einen Teil der möglichen Einschaltdauer eingeschaltet werden. Auf diese Weise wird nur ein Teil der Leistung zum Ausgangsnetzwerk geführt. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die Frequenz stabil (konstant) bleiben kann, was für viele Prozesse vorteilhaft ist.One another method of power control that does not require a full bridge, is the pulse width modulation (PWM) method, in which the switching Elements of the inverter only for a part of the possible Duty cycle are turned on. This way only one Part of the power led to the output network. This procedure has the Advantage that the frequency can remain stable (constant), which for many Processes is advantageous.

Idealerweise entstehen an dem oder den schaltenden Elementen des Inverters keine Verluste, da im eingeschalteten Zustand die Spannung an dem oder den schaltenden Elemente gleich Null ist und im ausge schalteten Zustand der Strom gleich null ist. Problematisch sind die Ein- und Ausschaltvorgänge. Beim Einschalten der schaltenden Elemente stört eine vorhandene Spannung, da das schaltende Element diese zunächst abbauen muss und bis dahin sowohl ein Strom fließt, als auch eine Spannung anliegt. Vorteilhaft ist hier ein so genanntes Null-Spannungs-Schalten (Zero-Voltage Switching ZVS), was durch eine entsprechende Strom-Spannungs-Phasenverschiebung erreicht werden kann.Ideally, no losses occur at the switching element (s) of the inverter since, in the switched-on state, the voltage across the switching element (s) is equal to zero and in the switched-off state the current is equal to zero. The on and off operations are problematic. When switching the switching elements interferes with an existing voltage, since the switching element must first reduce these and until then both a current flows, as well as a voltage is applied. A so-called zero-voltage switching (ZVS) is advantageous here, which is achieved by a corresponding current-voltage phase senverschiebung can be achieved.

Die EP 0 975 084 A2 offenbart einen verlustarmen Leistungsinverter zur Umwandlung von Gleichspannung in Wechselspannung. Die bekannte Schaltung ermöglicht dabei ein Null-Spannungs-Schalten.The EP 0 975 084 A2 discloses a low loss power inverter for converting DC voltage to AC voltage. The known circuit allows a zero-voltage switching.

Beim Ausschalten der schaltenden Elemente ist ein noch fließender Strom unerwünscht, weil auch dieser zu Verlusten in den Schaltern führt. Vorteilhaft ist hier ein so genanntes Null-Strom-Schalten (Zero-Current Switching ZCS). Auch dies kann durch entsprechende Strom-Spannungs-Phasenverschiebung erreicht werden. Sowohl ZVS als auch ZCS sind oft nur sehr aufwändig zu erreichen.At the Turning off the switching elements is still a flowing stream undesirable, because this also leads to losses in the switches. It is advantageous here so-called zero-current switching (ZCS). This too can by appropriate current-voltage phase shift be achieved. Both ZVS and ZCS are often very expensive too to reach.

Die Verwendung des Pulsweitenmodulationsverfahrens bei Invertern, denen ein Ausgangsnetzwerk nachgeschaltet ist, gestaltet sich insbesondere deshalb als schwierig, da das Ausgangsnetzwerk die Spannung an den schaltenden Elementen des Inverters bestimmt.The Use of the pulse width modulation method in inverters, which an output network is downstream, designed in particular Therefore, as difficult as the output network voltage to the determined switching elements of the inverter.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und einen MF-Leistungsgenerator bereitzustellen, die ein vom Ausgangsnetzwerk entkoppeltes, verlustfreies Schalten ermöglichen, wenn Pulsweitenmodulation angewendet wird.task The present invention is therefore a method and a MF power generator that has a decoupled from the output network, enable lossless switching when Pulse width modulation is applied.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen MF-Leistungsgenerator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a MF power generator solved with the features of claim 1.

Dabei kann es sich um eine vollständige oder eine teilweise Entkopplung von einer Spannung des Ausgangsnetzwerks handeln. Bei geschlossenem schaltenden Element liegt ohne Entkoppelschaltung am Ausgangsnetzwerk die DC-Versorgungsspannung (= Spannung der DC-Stromversorgung) an. Wird das schaltende Element geöffnet, kann die Spannung am Ausgangsnetzwerk größer werden als die DC-Versorgungsspannung. Um Schaltverluste zu vermeiden, sollte diese Spannung während des Wiedereinschaltens nicht am schaltenden Element anliegen. Die Entkoppelschaltung bewirkt, dass die Spannung am schaltenden Element unabhängig von der Spannung am Ausgangsnetzwerk auf nahe 0 V gebracht werden kann.there it can be a complete one or partial decoupling from a voltage of the output network act. With closed switching element is without decoupling on Output network the DC supply voltage (= DC power supply voltage) at. When the switching element is opened, the voltage at the Output network get bigger as the DC supply voltage. To avoid switching losses, this voltage should be during the Do not rest on the switching element. The decoupling circuit causes the voltage at the switching element regardless of the voltage at the output network can be brought close to 0V.

Diese Entkopplung wird beispielsweise dadurch realisiert, dass die Stromrichtung zwischen schaltendem Element und Ausgangsnetzwerk nach dem Öffnen des schaltenden Elements gesteuert wird, z. B. durch die Entkoppelschaltung dafür gesorgt wird, dass eine Stromrichtungsumkehr zwischen schaltendem Element und Ausgangsnetzwerk verhindert wird, wenn die Spannung am Ausgangsnetzwerk größer als die DC-Versorgungsspannung wird.These Decoupling is realized, for example, that the current direction between switching element and output network after opening the is controlled switching element, for. B. by the decoupling circuit ensured is that a current reversal between switching element and output network is prevented when the voltage at the output network greater than the DC supply voltage is.

Durch die Entkoppelschaltung ist es also möglich, die an einem schaltenden Element anliegende Spannung beim Einschalten auf eine niedrige Spannung zu begrenzen, insbesondere auf etwa 0 V zu begrenzen. Dadurch können die schaltenden Elemente unabhängig von den aktuellen Betriebsparametern des MF-Leistungsgenerators sehr verlustarmen geschaltet werden.By the decoupling, it is therefore possible to switch on a Element voltage applied when switching to a low voltage in particular, to limit to about 0V. This allows the independent switching elements from the current operating parameters of the MF power generator be switched very low-loss.

Das Ausgangsnetzwerk kann einen Schwingkreis aufweisen bzw. als ein solcher ausgebildet sein. Dabei kann es sich um einen Serienschwingkreis oder um einen Parallelschwingkreis handeln. Bestandteil des Schwingkreises kann ein Ausgangstransformator sein, dessen Streuinduktivität ein Teil der Induktivität des Schwingkreises sein kann. Ein Transformator kann auch unabhängig vom Schwingkreis zwischen Inverter und Ausgangsnetzwerk geschaltet sein. Mit einem (Ausgangs-)transformator ist der Ausgang des MF-Leistungsgenerators von einem Netzanschluss galvanisch getrennt. Zusätzlich kann ein Serienkondensator am Ausgang des MF-Leistungsgenerators vorgesehen sein, der die Symmetrie der Leistungsverteilung auf beiden Ausgangsleitungen verbessern kann. Die Vorteile der Entkoppelschaltung kommen bei einem Ausgangsschwingkreis besonders zum Tragen, da aufgrund von Resonanzschwingungen im Ausgangsschwingkreis die Gefahr besonders groß ist, dass die Spannung am Ausgangsnetzwerk größer wird als die DC-Versorgungsspannung.The Output network may include a resonant circuit or as a be designed such. It can be a series resonant circuit or act around a parallel resonant circuit. Component of the resonant circuit may be an output transformer whose leakage inductance is a part the inductance of the resonant circuit can be. A transformer can also be independent of the resonant circuit be connected between inverter and output network. With a (Output) transformer is the output of the MF power generator of a mains connection galvanically isolated. In addition, a series capacitor be provided at the output of the MF power generator, the symmetry improve the power distribution on both output lines can. The advantages of the decoupling circuit come in an output resonant circuit especially due to resonant vibrations in the output resonant circuit the danger is especially great that the voltage at the output network is greater than the DC supply voltage.

Das erste Bauelement kann dabei die Entkopplung des schaltenden Elements von der Spannung des Ausgangsnetzwerks durchführen. Das zweite Bauelement kann als Freilaufelement ausgebildet sein, so dass bei ausgeschaltetem (geöffnetem) schaltenden Element ein durch Induktivitäten, beispielsweise Leitungsinduktivitäten in der Leitung von dem Inverter zum Ausgangsnetzwerk, verursachter Strom weiterhin bei gleich bleibender Stromrichtung gezogen werden kann.The first component can be the decoupling of the switching element from the voltage of the output network. The second component can be designed as a freewheeling element, so that when switched off (Open) a switching element by inductances, such as line inductances in the Lead from the inverter to the output network, induced current can continue to be drawn at a constant current direction.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Entkoppelschaltung nicht-lineare und/oder aktive Bauelemente aufweist. Als nichtlineare Bauelemente kommen beispielsweise Dioden infrage. Alternativ sind Induktivitäten denkbar, die extern, beispielsweise durch eine Steuerung, beeinflusst werden oder bewusst in die Sättigung betrieben werden. Als aktive Bauelemente kommen beispielsweise Schalter infrage, die für vorbestimmbare Zeiten ein – und ausgeschaltet werden.Especially It is advantageous if the decoupling circuit is non-linear and / or having active components. Come as a non-linear components for example, diodes in question. Alternatively, inductors are conceivable which are externally influenced, for example by a controller or consciously in saturation operate. As active components are, for example, switches in question, for predeterminable times turned off.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung kann das erste Bauelement als Diode und das zweite Bauelement als Freilaufdiode ausgebildet sein. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache und kostengünstige Realisierung des ersten und zweiten Bauelements.at In a preferred development, the first component can be a diode and the second component may be formed as a freewheeling diode. This results a particularly simple and cost-effective implementation of the first and second component.

Eine besonders einfache Ausgestaltung des erfindungsgemäßen MF-Leistungsgenerators ergibt sich, wenn das Begrenzungspotential ein Stromversorgungspotential zweiter Polarität ist. Dies bedeutet, dass das schaltende Element an einen Anschluss einer Stromversorgung, beispielsweise den positiven Anschluss, und das zweite Bauelement an den anderen Anschluss der Stromversorgung, beispielsweise den negativen Anschluss, angeschlossen werden können. Für das Begrenzungspotential ist kein weiterer Anschluss notwendig. Dadurch ergibt sich eine einfache Schaltung mit wenigen Bauteilen.A particularly simple embodiment of the MF power generator according to the invention results when the limiting potential is a power supply potential second polarity is. This means that the switching element connects to a connector a power supply, such as the positive terminal, and the second component to the other terminal of the power supply, For example, the negative connection, can be connected. For the limiting potential no further connection is necessary. This results in a simple Circuit with few components.

Vorteile ergeben sich jedoch auch bei einer alternativen Ausgestaltung, bei der das Begrenzungspotential betragsmäßig größer ist als das Stromversorgungspotential zweiter Polarität. Dadurch wird das zweite Bauelement, beispielsweise eine Freilaufdiode, auf eine betragsmäßig höhere Spannung gehoben. Somit kann der Inverter als Hochsetzsteller arbeiten. Die Spannung am Ausgangsnetzwerk kann also betragsmäßig größere Spannungswerte annehmen als die Spannung, mit der der Inverter gespeist wird. Damit bekommt der Generator einen erweiterten Steuer- bzw. Regelbereich.advantages However, arise in an alternative embodiment, in the limiting potential is greater in magnitude than the power supply potential second polarity. As a result, the second component, for example a freewheeling diode, on a magnitude higher voltage lifted. Thus, the inverter can work as a boost converter. The Voltage at the output network can therefore assume greater voltage values in terms of magnitude as the voltage with which the inverter is fed. Get it the generator has an extended control range.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann für jedes schaltende Element eine Entlastungsschaltung vorgesehen sein. Dadurch kann die Spannung am schaltenden Elementen vor dem Einschalten auf etwa 0 V gebracht werden, ohne dabei die Spannung im Ausgangsnetzwerk deutlich zu beeinflussen.at a preferred embodiment for each switching element may be provided a discharge circuit. Thereby The voltage at the switching elements may be on before switching on be brought about 0 V, without reducing the voltage in the output network clearly influence.

Die Entlastung lässt sich besonders einfach realisieren, wenn die Entlastungsschaltung nicht-lineare und/oder aktive Bauelemente umfasst.The Relief leaves Particularly easy to realize when the discharge circuit comprises non-linear and / or active components.

Weitere Vorteile ergeben sich, da die Entlastungsschaltung einen parallel zum schaltenden Element angeordneten Kondensator als Spannungsanstiegsverzögerungsanordnung aufweist. Dadurch wird das schaltende Element geschont und werden Verluste vermindert.Further Benefits arise because the discharge circuit has a parallel capacitor arranged as a voltage rise delay arrangement having. As a result, the switching element is spared and losses reduced.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Entlastungsschaltung ein erstes aktives Element, insbesondere einen Transistor aufweist, der zwischen das zu entlastende schaltende Element und das Stromversorgungspotential zweiter Polarität geschaltet ist. Dieses aktive Element kann ebenfalls verlustfrei eingeschaltet werden, wenn der Strom über die Freilaufdiode fließt, da dann an dem aktiven Element eine vernachlässigbare Spannung anliegt. Zwischen dem schaltenden Element und dem ersten aktiven Element können noch weitere Bauelemente vorgesehen sein, wie beispielsweise eine Diode.at a preferred embodiment of the invention can be provided the relief circuit comprises a first active element, in particular a Transistor has, between the relieved switching Element and the power supply potential of the second polarity connected is. This active element can also be turned on lossless when the electricity is over the freewheeling diode flows, because then there is a negligible voltage applied to the active element. Between the switching element and the first active element can Still other components may be provided, such as a Diode.

Vorzugsweise weist die Entlastungsschaltung ein zweites aktives Element, insbesondere einen Transistor auf, das zwischen das zu entlastende schaltende Element und ein Bezugspotential geschaltet ist. Mithilfe dieses aktiven Elements kann ein parallel zum schaltenden Element angeordneter Kondensator umgeladen werden. Durch Einstellung der Zeitdifferenz zwischen dem Einschalten des zweiten aktiven Elements und des Ausschaltens des ersten aktiven Elements kann eingestellt werden, wie schnell und bis zu welcher Spannung der Kondensa tor umgeladen wird. Vorzugsweise wird diese Zeit so eingestellt, dass immer eine Umladung des Kondensators bis auf 0 V erfolgt. Auf diese Weise kann verlustarm geschaltet werden.Preferably the relief circuit has a second active element, in particular a transistor between the switching to be relieved Element and a reference potential is switched. Using this active element may be a parallel to the switching element arranged capacitor be reloaded. By adjusting the time difference between the Turn on the second active element and turn off the first active element can be set as fast and up to which voltage the capacitor is reloaded. Preferably set this time so that there is always a charge of the capacitor up to 0 V. In this way can be switched to low loss become.

Das Bezugspotential liegt vorzugsweise in der Mitte zwischen den Stromversorgungspotentialen erster und zweiter Polarität. Das erste und zweite aktive Element können dabei MOSFETs oder IGBTs sein, die Ströme bis zu mehreren 100 Ampère schalten können.The Reference potential is preferably in the middle between the power supply potentials first and second polarity. The first and second active elements may be MOSFETs or IGBTs, the streams up to several 100 amps can switch.

Bei einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass dem zweiten aktiven Element ein Netzwerk zugeordnet ist. Dieses Netzwerk kann beispielsweise eine Spule und eine Diode aufweisen. Mithilfe der Spule kann der Kondensator umgeladen werden und die Stromanstiegsgeschwindigkeit in den aktiven Elementen eingestellt werden.at a further development can be provided that the second active Element is assigned to a network. For example, this network can a coil and a diode. Using the coil, the Capacitor be reloaded and the current slew rate be set in the active elements.

Eine besonders einfache Realisierung einer DC-Stromversorgung ergibt sich, wenn die DC-Stromversorgung als Netzgleichrichter oder PFC-Glied ausgebildet ist, die jeweils an eine Netzwechselspannung angeschlossen sind. Dabei kann die erzeugte DC-Spannung sowohl eine feste geregelte Spannung sein als auch eine ungeregelte Spannung sein.A particularly simple realization of a DC power supply results itself if the DC power supply is designed as a mains rectifier or PFC link is, which are each connected to a mains AC voltage. The generated DC voltage can be both a fixed regulated To be tension as well as an unregulated tension.

Der Inverter kann ein schaltendes Element, eine Halbbrücke mit zwei schaltenden Elementen oder eine Vollbrücke mit vier schaltenden Elementen aufweisen, wobei die schaltenden Elemente durch eine Steuerung angesteuert sind. Über die Steuerung kann die Pulsweite eingestellt werden.Of the Inverter can be a switching element, a half bridge with have two switching elements or a full bridge with four switching elements, wherein the switching elements are controlled by a controller are. about the controller can be adjusted the pulse width.

In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dadurch kann das schaltende Element geschaltet werden, wenn die Spannung am schaltenden Element nahe 0 V ist, auch wenn die Spannung am Ausgangsnetzwerk größer ist als die DC-Versorgungsspannung.In falls within the scope of the invention as well Method with the features of claim 1. As a result, the switching Element switched when the voltage at the switching element near 0 V, even if the voltage at the output network is larger as the DC supply voltage.

Das schaltende Element wird während seiner Schaltvorgänge entlastet, indem beim Öffnen des schaltenden Elements durch einen parallel zum schaltenden Element angeordneten Kondensator der Spannungsanstieg am schaltenden Element verzögert wird. Dadurch wird eine Reduzierung der Verluste beim Öffnen des schaltenden Elements ermöglicht.The switching element is relieved during its switching operations by verzö the opening of the switching element by a parallel to the switching element arranged capacitor, the voltage increase at the switching element will be. This enables a reduction in the losses when opening the switching element.

Das schaltende Element wird entlastet, indem die an ihm anliegende Spannung vor dem Schließen des schaltenden Elements reduziert wird, insbesondere auf etwa 0 V reduziert wird. Dadurch wird auch ein nahezu verlustfreies Schließen des schaltenden Elements ermöglicht.The switching element is relieved by the voltage applied to it before closing of the switching element is reduced, in particular to about 0 V is reduced. This also causes a nearly lossless closing of the switching Elements enabled.

Bei einer Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass das schaltende Element im Pulsgruppenmode betrieben wird. Dies erlaubt die Verwendung kleinerer Induktivitäten auch bei niedrigen Frequenzen.at a variant of the method can be provided that the switching Element is operated in the pulse group mode. This allows the use smaller inductances even at low frequencies.

Der Pulsgruppenmode kann aus Pulsen unterschiedlicher Länge bestehen. Dabei können die ersten Pulse der Pulsgruppe länger andauern als die späteren. Dadurch ist es beispielsweise möglich, den Strom zwischen schaltendem Element und Ausgangsnetzwerk schnell ansteigen zu lassen und dann über den Rest der Zeit (Dauer der Pulsgruppe) in etwa konstant zu halten.Of the Pulse group mode can consist of pulses of different lengths. It can the first pulses of the pulse group last longer than the later ones. Thereby is it possible, for example, the current between switching element and output network quickly to rise and then over to keep the rest of the time (duration of the pulse group) approximately constant.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale kön nen je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of exemplary embodiments the invention, with reference to the figures of the drawing, the invention essential Details show, and from the claims. The individual characteristics can each individually for one or more in any combination in a variant be realized the invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:preferred embodiments The invention are shown schematically in the drawing and will be explained in more detail with reference to the figures of the drawing. It shows:

1 eine schematische Darstellung eines MF-Leistungsgenerators; 1 a schematic representation of an MF power generator;

2 eine schematische Darstellung eines Teils eines MF-Leistungsgenerators mit einem Inverter, der ein schaltendes Elementen aufweist, ohne separates Begrenzungsspannungspotential; 2 a schematic representation of a portion of a MF power generator with an inverter having a switching elements, without separate limiting voltage potential;

3 eine schematische Darstellung eines Teils eines MF-Leistungsgenerators mit einem Inverter, der ein schaltendes Elementen aufweist, mit separatem Begrenzungsspannungspotential; 3 a schematic representation of a portion of a MF power generator with an inverter having a switching elements, with a separate limiting voltage potential;

4 eine schematische Darstellung eines Teils eines MF-Leistungsgenerators mit einem Inverter, der zwei schaltende Elemente aufweist, ohne separates Begrenzungsspannungspotential; 4 a schematic representation of a portion of a MF power generator with an inverter having two switching elements, without separate limiting voltage potential;

5 eine schematische Darstellung eines Teils eines MF-Leistungsgenerators mit einem Inverter, der zwei schaltende Elemente aufweist, mit separatem Begrenzungsspannungspotential; 5 a schematic representation of a portion of a MF power generator with an inverter having two switching elements, with a separate limiting voltage potential;

6 einen Schaltplan eines MF-Leistungsgenerators; 6 a circuit diagram of an MF power generator;

7a–7d zeitliche Verläufe von ausgewählten Signalen in der Schaltung gemäß 6. 7a - 7d Timing of selected signals in the circuit according to 6 ,

Der in der 1 gezeigte MF-Leistungsgenerator 1 umfasst als DC-Stromversorgung 2 einen AC/DC-Wandler, der an ein Wechselspannungsnetz 3 angeschlossen ist. Ein Inverter 6 ist an die DC-Stromversorgung 2 angeschlossen. Ein Kondensator 4 kann zwischen die Anschlüsse der Stromversorgung 2 angeschlossen werden. Ein an den Inverter 6 angeschlossenes Ausgangsnetzwerk 7 umfasst einen Schwingkreis 8 und einen Ausgangstransformator 9, der den Ausgang 10 des MF-Leistungsgenerators 1 von dem Wechselspannungsnetz 3 galvanisch isoliert.The Indian 1 shown MF power generator 1 includes as a DC power supply 2 an AC / DC converter connected to an AC mains 3 connected. An inverter 6 is connected to the DC power supply 2 connected. A capacitor 4 can be between the terminals of the power supply 2 be connected. One to the inverter 6 connected output network 7 includes a resonant circuit 8th and an output transformer 9 that the exit 10 of the MF power generator 1 from the AC mains 3 galvanically isolated.

In der schematischen Darstellung der 2 ist eine DC-Stromversorgung 2 gezeigt, an die der Inverter 6 angeschlossen ist. Der Inverter 6 weist ein schaltendes Element 101 auf, welches an ein Stromversorgungspotential erster Polarität 11 – hier dem gegenüber dem Bezugspotential 12 positiven Potential – angeschlossen ist. Bei geschlossenem schaltendem Element 101 kann ein Strom über das Ausgangsnetzwerk 7 zu dem Bezugspotential 12 fließen. Um das schaltende Element 101 von dem Ausgangsnetzwerk 7 zu entkoppeln, ist eine Entkoppelschaltung 50 vorgesehen. Die Entkoppelschaltung 50 umfasst ein erstes als Diode ausgebildetes Bauelement 51 und ein zweites als Diode ausgebildetes Bauelement 52, welches eine Freilaufdiode darstellt. Das zweite Bauelement 52 ist an ein Stromversorgungspotential zweiter Polarität 13 angeschlossen.In the schematic representation of 2 is a DC power supply 2 shown to the inverter 6 connected. The inverter 6 has a switching element 101 which is connected to a power supply potential of the first polarity 11 - here in relation to the reference potential 12 positive potential - connected. When the switching element is closed 101 can be a power over the output network 7 to the reference potential 12 flow. To the switching element 101 from the source network 7 to decouple, is a decoupling circuit 50 intended. The decoupling circuit 50 comprises a first component designed as a diode 51 and a second diode-shaped device 52 which represents a freewheeling diode. The second component 52 is at a power supply potential of the second polarity 13 connected.

Die Darstellung der 3 entspricht im Wesentlichen der der 2 mit dem Unterschied, dass das zweite Bauelement 52 an ein Begrenzungspotential 14 angeschlossen ist, welches betragsmäßig größer ist als das Stromversorgungspotential zweiter Polarität 13 – hier dem im Vergleich zum Bezugspotential 12 negativen Potential. Vorteilhafterweise wird das zweite Bauelement 52 nach dem ersten Bauelement 51 angeschlossen. Es kann alternativ aber auch vor dem ersten Bauelement 51 angeschlossen werden, was durch die gepunktete Linie 60 angedeutet wird.The presentation of the 3 is essentially the same as the 2 with the difference that the second component 52 to a limiting potential 14 is connected, which is greater in magnitude than the power supply potential of the second polarity 13 - here in comparison to the reference potential 12 negative potential. Advantageously, the second component 52 after the first component 51 connected. It may alternatively but before the first component 51 be connected, which is indicated by the dotted line 60 is hinted at.

Bei der Ausführungsform der 4 weist der Inverter 6 eine Halbbrücke mit zwei schaltenden Elementen 101, 102 auf. Dabei stellen das erste Bauelement 51 und das zweite Bauelement 52 die Entkopplungsschaltung für das erste schaltende Element 101 dar und stellen das erste Bauelement 53 und das zweite Bauelement 54 die Entkoppelschaltung für das schaltende Element 102 dar. Die zweiten Bauelemente 52, 54 sind jeweils an ein Stromversorgungspotential 11, 13 angeschlossen, wobei für das schaltende Element 101 und die zugehörige Entlastungsschaltung das Stromversorgungspotential 11 das Stromversorgungspotential erster Polarität und das Stromversorgungspotential 13 das Stromversorgungspotential zweiter Polarität darstellt. Entsprechend stellt das Stromversorgungspotential 13 für das schaltende Element 102 und die zugehörige Entlastungsschaltung das Stromversorgungspotential erster Polarität und das Stromversorgungspotential 11 das Stromversorgungspotential zweiter Polarität dar.In the embodiment of the 4 instructs the inverter 6 a half bridge with two switching elements 101 . 102 on. This represents the first component 51 and the second component 52 the decoupling circuit for the first switching element 101 represent and represent the first component 53 and the second component 54 the decoupling circuit for the switching element 102 dar. The second components 52 . 54 are each at a power supply potential 11 . 13 connected, where for the switching element 101 and the associated discharge circuit the power supply potential 11 the power supply potential of the first polarity and the power supply potential 13 represents the power supply potential of the second polarity. Accordingly, the power supply potential 13 for the switching element 102 and the associated discharge circuit, the power supply potential of the first polarity and the power supply potential 11 the power supply potential of the second polarity.

Für eine Entlastung der schaltenden Elemente 101, 102, insbesondere für ein Null-Spannungs-Schalten, ist es vorteilhaft, wenn die Spannung an den schaltenden Elementen 101, 102 auf 0 V gebracht werden kann, ohne dabei die Spannung am Ausgangsnetzwerk 7 deutlich zu beeinflussen. Dazu ist es vorteilhaft, wenn das schaltende Element 101 mit dem ersten Bauelement 51 und das schaltende Element 102 mit dem ersten Bauelement 53 entkoppelt werden. Allerdings ziehen Induktivitäten, zumindest die Leitungsinduktivitäten der Leitungen zwischen dem Inverter 6 und dem Ausgangsnetzwerk 7, auch bei ausgeschaltetem schaltenden Element 101 weiterhin einen Strom. Deswegen sind die als Freilaufdioden ausgebildeten zweiten Bauelemente 52, 54 zwischen dem Eingangsanschluss 20 des Ausgangsnetzwerks 7 und den Stromversorgungspotentialen erster beziehungsweise zweiter Polarität 11, 13 vorgesehen. Beim Ausschalten des schaltenden Elements 101 kann so der Strom über das zweite Bauelement 52 geführt werden, beim Ausschalten des schaltenden Elements 102 kann so der Strom über das zweite Bauelement 54 geführt werden.For a relief of the switching elements 101 . 102 In particular, for a zero-voltage switching, it is advantageous if the voltage at the switching elements 101 . 102 can be brought to 0 V without losing the voltage at the output network 7 clearly influence. For this it is advantageous if the switching element 101 with the first component 51 and the switching element 102 with the first component 53 be decoupled. However, inductors, at least the line inductances of the lines, pull between the inverter 6 and the source network 7 , even when the switching element is switched off 101 continue a stream. Because of this, the second components designed as freewheeling diodes are 52 . 54 between the input terminal 20 the output network 7 and the power supply potentials of first and second polarity, respectively 11 . 13 intended. When switching off the switching element 101 so can the electricity through the second component 52 when turning off the switching element 102 so can the electricity through the second component 54 be guided.

In analoger Weise zur 3 sind in der Anordnung der 5 Begrenzungspotentiale 14, 15 vorgesehen, an die die zweiten Bauelemente 52, 54 angeschlossen sind. Durch diese Maßnahme wird es ermöglicht, den Inverter 6 als Hochsetzsteller zu betreiben.In an analogous way to 3 are in the arrangement of 5 limiting potential 14 . 15 provided, to which the second components 52 . 54 are connected. This measure allows the inverter 6 operate as a boost converter.

In der 6 ist ein Schaltbild eines Inverters 6 mit angeschlossenem Ausgangsnetzwerk 7 dargestellt, anhand dessen die Funktionsweise erläutert wird. Im Folgenden wird die Schaltentlastung für das schaltende Element 101 erklärt, für das schaltende Element 102 verläuft die Schaltentlastung analog.In the 6 is a circuit diagram of an inverter 6 with connected output network 7 illustrated, with the help of which the mode of operation is explained. The following is the switching relief for the switching element 101 explained, for the switching element 102 the switching discharge is analog.

Zum Zeitpunkt t₁, wird das schaltende Element 101 abgeschaltet, d. h. es wird geöffnet und ein Stromfluss durch das schaltende Element 101 wird unterbunden. Der Strom, der von den Leitungsinduktivitäten L2, L3 in den Leitungen zum Ausgangsnetzwerk 7 weiter gezogen wird, kommutiert zu der als Kondensator ausgebildeten Spannungsanstiegsverzögerungsanordnung C5 (z. B. 100 nF). So wird ein schneller Anstieg der Spannung dU/dt am schaltenden Element 101 verhindert. Die Spannungsanstiegsverzögerungsanordnung C5 lädt sich auf bis das als Freilaufdiode ausgebildete zweite Bauelement 52 leitend wird. Nun kann das erste aktive Element T3 verlustfrei eingeschaltet werden, da auch hier die Spannung nahezu gleich 0 V ist. Der Strom durch die Leitungsinduktivitäten L2, L3 ist seit dem Ausschalten des schaltenden Elements 101 ständig gesunken, bis er schließlich 0 A beträgt. Zu diesem Zeitpunkt sinkt auch die Spannung über den Leitungsinduktivitäten L2 und L3 auf Null Volt. Das erste Bauelement 51 hat seit dem Zeitpunkt als das zweite Bauelement 52 leitend wurde und den Strom durch die Leitungsinduktivitäten L2, L3 geführt hat, Zeit gehabt, zu rekombinieren, da keine Spannung mehr anlag. Zu dem Zeitpunkt, wenn der Strom durch die Leitungsinduktivitäten L2, L3 seinen Nulldurchgang durchlaufen würde und es zu einer Stromrichtungsumkehr kommen würde, beginnen die Bauelemente 51, 52 zu sperren.At time t ₁ , the switching element becomes 101 switched off, ie it is opened and a current flow through the switching element 101 is prevented. The current flowing from the line inductances L2, L3 in the lines to the output network 7 is pulled further, commutated to the voltage rise delay arrangement C5 (eg 100 nF), which is designed as a capacitor. Thus, a rapid increase of the voltage dU / dt at the switching element 101 prevented. The Spannungsanstiegsverzögerungsanordnung C5 charges up to the designed as a freewheeling diode second component 52 becomes conductive. Now, the first active element T3 can be switched off without loss, since the voltage is almost equal to 0 V here. The current through the line inductances L2, L3 has been since the switching element was switched off 101 dropped steadily until it finally amounts to 0 A. At this time, the voltage across the line inductances L2 and L3 also drops to zero volts. The first component 51 has since the time as the second component 52 became conductive and led the current through the line inductances L2, L3, had time to recombine, since no more voltage applied. At the time when the current through the line inductances L2, L3 would pass through its zero crossing and there would be a reversal of the current direction, the devices will begin 51 . 52 to lock.

Das Folgende beschreibt die Beendigung der Sperrphase des schaltenden Elements 101. Das aktive Element T3 ist weiterhin geschlossen (leitend) und das zweite aktive Element T5 wird eingeschaltet (geschlossen). Dem zweiten aktiven Element T5 ist ein Netzwerk 70 zugeordnet, welches im Ausführungsbeispiel eine Diode D13 und eine Induktivität L5 aufweist. Der Strom in beiden aktiven Elementen T3, T5 steigt linear an (nicht unbedingt langsam, da L5 = z. B. 250 nH), da die Induktivität L5 in Reihe zum zweiten aktiven Element T5 geschaltet ist. Wenn genügend Energie für den folgenden Vorgang in der Induktivität L5 gespeichert ist, wird das erste aktive Element T3 ausgeschaltet und der Strom, getrieben von der Induktivität L5 lädt nun die als Kondensator ausgebildete Spannungsanstiegsverzögerungsanordnung C5 um. Der Umladevorgang ist eine Schwingung, die sich aus der Ei genresonanz des Schwingkreises mit den Elementen C5 und L5 ergibt. Daher ist die Schwingung sinusförmig.The following describes the termination of the blocking phase of the switching element 101 , The active element T3 is still closed (conducting) and the second active element T5 is turned on (closed). The second active element T5 is a network 70 associated, which has a diode D13 and an inductance L5 in the embodiment. The current in both active elements T3, T5 increases linearly (not necessarily slowly, since L5 = eg 250 nH), since the inductance L5 is connected in series with the second active element T5. When enough energy for the following process is stored in the inductor L5, the first active element T3 is turned off and the current driven by the inductor L5 now charges the voltage rise delay arrangement C5 formed as a capacitor. The transhipment process is a vibration that results from the egg genresonanz the resonant circuit with the elements C5 and L5. Therefore, the vibration is sinusoidal.

Über die Zeitspanne zwischen dem Einschalten des zweiten aktiven Elements T5 und dem Ausschalten des ersten aktiven Elements T3 kann man steuern, wie schnell und bis zu welcher Spannung die Spannungsanstiegsverzögerungsanordnung C5 umgeladen wird. Vorteilhafterweise wird diese Zeit so eingestellt, dass unter allen Umständen die Umladung von C5 bis auf 0 V erfolgt. Überschüssige Energie wird dadurch abgebaut, dass die inhärente Diode D5 leitend wird. Sobald die Spannung an der Spannungsanstiegsverzögerungsanordnung C5 und damit am schaltenden Element 101 0 V beträgt, wird das schaltende Element 101 nahezu verlustfrei eingeschaltet.Over the period of time between the switching on of the second active element T5 and the switching off of the first active element T3, one can control how fast and to which voltage the voltage rise delay arrangement C5 is reloaded. Advantageously, this time is set so that under all circumstances, the transhipment from C5 to 0 V takes place. Excess energy is dissipated by the inherent diode D5 becoming conductive. Once the voltage on the Spannungsanstiegsverzögerungsanordnung C5 and thus the switching element 101 0 V, becomes the switching element 101 turned on almost lossless.

Mit Hilfe der im Ausführungsbeispiel gleich großen Kondensatoren C3 und C4 wird das Bezugspotential 12 generiert. Durch die DC-Stromversorgung 2 wird eine Zwischenkreisspannung UZ generiert, die zwischen den Stromversorgungspotentialen 11, 13 liegt. Mit Kondensatoren C3, C4 gleicher Kapazität und mit einem Tastverhältnis, das für die schaltenden Elemente 101 und 102 die gleiche Dauer aufweist, kann bewirkt werden, dass das Bezugspotential 12 bei UZ/2 liegt.With the help of the same in the embodiment large capacitors C3 and C4 becomes the reference potential 12 generated. Through the DC power supply 2 a DC link voltage UZ is generated between the power supply potentials 11 . 13 lies. With capacitors C3, C4 of the same capacity and with a duty cycle that is suitable for the switching elements 101 and 102 having the same duration, can cause the reference potential 12 at UZ / 2.

Aufgrund der Spannungsdifferenz zwischen UZ und UZ/2 verringert sich der Strom in der Induktivität L5 immer weiter bis auf 0 A, ab diesem Zeitpunkt sperrt die (schnelle) Diode D13. Ab diesem Zeitpunkt kann auch das zweite aktive Element T5 gesperrt werden.by virtue of the voltage difference between UZ and UZ / 2 decreases Current in the inductance L5 continues to 0A, from this point the (fast) locks Diode D13. From this point on, the second active element can also be used T5 be locked.

Mit der Diode D9 wird verhindert, dass der Freilaufstrom anstatt über das zweite Bauelement 52 über das erste aktive Element T3, die Diode D7 oder das erste Bauelement 51 fließt.Diode D9 prevents the freewheeling current rather than the second device 52 via the first active element T3, the diode D7 or the first component 51 flows.

Für das schaltende Element 102 sind zur Entlastung ein erstes aktives Elementen T4 und ein zweites aktives Element T6 mit zugeordnetem Netzwerk 71 vorgesehen.For the switching element 102 are for relief a first active element T4 and a second active element T6 with associated network 71 intended.

Für die Entkopplung beziehungsweise Entlastung des ersten schaltenden Elements 101 sind das Stromversorgungspotential erster Polarität das Stromversorgungspotential 11 und das Stromversorgungspotential zweiter Polarität das Stromversorgungspotential 13. Für die Entkopplung beziehungsweise Entlastung des zweiten schaltenden Elements 102 sind das Stromversorgungspotential erster Polarität das Stromversorgungspotential 13 und das Stromversorgungspotential zweiter Polarität das Stromversorgungspotential 11.For the decoupling or discharge of the first switching element 101 For example, the power supply potential of the first polarity is the power supply potential 11 and the power supply potential of the second polarity the power supply potential 13 , For the decoupling or discharge of the second switching element 102 For example, the power supply potential of the first polarity is the power supply potential 13 and the power supply potential of the second polarity the power supply potential 11 ,

Die Dioden D5, D6, D7, D8, D11, D12 sind die zu den schaltenden Elementen 101, 102 bzw. aktiven Elementen T3, T4, T5, T6 antiparallelen inhärenten Dioden.The diodes D5, D6, D7, D8, D11, D12 are the switching elements 101 . 102 or active elements T3, T4, T5, T6 antiparallel inherent diodes.

Die aktiven Elemente T3, T4, T5, T6 dienen zusammen mit C5, C6 L5, L6 D13, D14, D9 und D10 zur Entlastung der schaltenden Elemente 101, 102, wobei T3, T5, C5, L5 und D13 eine Entlastungsschaltung für das schaltende Element 101 und T4, T6, C6, L6 und D14 eine Entlastungsschaltung für das schaltende Element 102 darstellen.The active elements T3, T4, T5, T6 together with C5, C6 L5, L6 D13, D14, D9 and D10 are used to relieve the switching elements 101 . 102 wherein T3, T5, C5, L5 and D13 are a switching element relieving circuit 101 and T4, T6, C6, L6 and D14, a switching element relieving circuit 102 represent.

Anhand der 7a–7d werden die Abläufe in der 6 nochmals verdeutlicht. Die 7a zeigt das Ansteuersignal 200 des schaltenden Elements 101. Bei der steigenden Flanke 201 wird das schaltende Element 101 geschlossen und bei der fallenden Flanke 202 wird das schaltende Element 101 geöffnet.Based on 7a - 7d will the processes in the 6 again clarified. The 7a shows the drive signal 200 of the switching element 101 , At the rising edge 201 becomes the switching element 101 closed and at the falling edge 202 becomes the switching element 101 open.

Die 7b zeigt einen Strom I_L2, der sich als Folge des Ein- bzw. Ausschaltens des schaltenden Elements 101 in der Induktivität L2 einstellt. Beim Einschalten des schaltenden Elements 101 (steigende Flanke 201) steigt der Strom I_L2 langsam an und fällt nach dem Ausschalten des schaltenden Elements 101 (fallende Flanke 202) wieder ab. Damit der Anstieg des Stroms nicht zu schnell erfolgt und der Strom besonders bei langen Einschaltdauern nicht über die Belastungsgrenzen der Bauteile steigt, müssen die Induktivitäten L2 und L3 ausreichend groß sein. Für niedrige Frequenzen müssen dazu evtl. große und teure Induktivitäten vorgesehen werden. Wenn dies nicht erwünscht ist, kann durch den Betrieb der schaltenden Elemente 101, 102 im Pulsgruppenmode auch für niedrige Frequenzen der gleiche Aufbau wie für hohe Frequenzen genutzt werden, und es können immer relativ kleine Induktivitäten L2, L3 genutzt werden. Einige Zeit nach dem Ausschalten (fallende Flanke 202) des ersten schaltenden Elements 101 wird das schaltende Element 102 eingeschaltet und es ergibt sich ein entsprechender Stromverlauf I_L2.The 7b shows a current I _L2 , which arises as a result of switching on and off of the switching element 101 in the inductance L2 sets. When switching on the switching element 101 (rising edge 201 ), the current I _L2 rises slowly and falls after switching off the switching element 101 (falling edge 202 ) again. In order to prevent the current from rising too quickly and the current does not exceed the load limits of the components, especially with long switch-on durations, the inductances L2 and L3 must be sufficiently large. For low frequencies, it may be necessary to provide large and expensive inductors. If this is not desired, the operation of the switching elements can 101 . 102 In pulse group mode, the same structure as for high frequencies is used even for low frequencies, and relatively small inductances L2, L3 can always be used. Some time after switching off (falling edge 202 ) of the first switching element 101 becomes the switching element 102 turned on and there is a corresponding current waveform I _L2 .

In der 7c ist das Ansteuersignal 200 des schaltenden Elements 101 im Pulsgruppenmode gezeigt (während der Aus-Phasen bleibt auch das schaltende Element 102 geöffnet). Die entsprechende Reaktion des Stroms I_L2 ist in der 7d gezeigt. Die Induktivitäten L2 und L3 sind hier deutlich kleiner, was man an der größeren Steilheit der Kurven erkennt. Würde man diese Induktivitätswerte nutzen und das schaltende Element 101 die gesamte Zeit, wie in der 7a eingeschaltet lassen, wäre ein Stromanstieg über die Grenzen zulässiger Betriebsbedingungen des Inverters möglich. Die Pulsdauer der einzelnen Pulse in der Pulsgruppe müssen nicht gleich lang sein, insbesondere ist es häufig vorteilhaft, die ersten Einschaltdauern länger zu wählen als die späteren, um den Strom I_L2 schnell ansteigen zu lassen und dann über den Rest der Zeit in etwa konstant zu halten.In the 7c is the drive signal 200 of the switching element 101 shown in the pulse group mode (during the Aus phases also the switching element remains 102 open). The corresponding reaction of the current I _L2 is in the 7d shown. The inductances L2 and L3 are significantly smaller here, which is recognized by the greater steepness of the curves. Would you use these inductance values and the switching element 101 the entire time, like in the 7a If this is left on, a current increase beyond the limits of permissible operating conditions of the inverter would be possible. The pulse duration of the individual pulses in the pulse group need not be the same length, in particular it is often advantageous to choose the first turn-on longer than the later, to increase the current I _L2 quickly and then over the rest of the time in approximately constant hold.

Claims

MF power generator ( 1 ), in particular MF induction power generator or MF plasma power generator for induction heating or a plasma process, with a DC power supply ( 2 ), a connected inverter ( 6 ), which at least one to a power supply potential of the first polarity ( 11 ) connected switching element ( 101 . 102 ) and an output network ( 7 ), wherein for each switching element ( 101 . 102 ) a decoupling circuit ( 50 ) for decoupling the switching element ( 101 . 102 ) of a voltage of the output network ( 7 ), wherein the decoupling circuit ( 50 ) a first component ( 51 . 53 ) between the switching element and an input terminal conclusion of the initial network ( 7 ), and a second component ( 52 . 54 ), which between the switching element ( 101 . 102 ) or the input port of the output network ( 7 ) and one of the power supply potential of the first polarity ( 11 ) different limiting potential is connected, characterized in that for each switching element ( 101 . 102 ) a relief circuit is provided, which is a parallel to the switching element ( 101 . 102 ) arranged capacitor (C5, C6).

MF power generator according to claim 1, characterized in that the output network ( 7 ) as output resonant circuit ( 8th ) is trained.

MF power generator according to claim 1 or 2, characterized in that the decoupling circuit ( 50 ) has non-linear and / or active components.

MF power generator according to one of the preceding claims, characterized in that the first component ( 51 . 53 ) as a diode and the second component ( 52 . 54 ) are designed as freewheeling diode.

MF power generator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the limiting potential, a power supply potential of the second polarity ( 13 ).

MF power generator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the limiting potential is greater in magnitude than a power supply potential of the second polarity ( 13 ).

MF power generator according to one of the preceding Claims, characterized in that the unloading circuit is non-linear and / or active components.

MF power generator according to one of the preceding claims in conjunction with claim 5, characterized in that the discharge circuit comprises a first active element (T3, T4), in particular a transistor which is connected between the switching element to be relieved ( 101 . 102 ) and the power supply potential of the second polarity ( 13 ) is switched.

MF power generator according to one of the preceding claims, characterized in that the discharge circuit comprises a second active element (T5, T6), in particular a transistor which is connected between the switching element to be relieved ( 101 . 102 ) and a reference potential ( 12 ) is switched.

MF power generator according to claim 9, characterized in that the second active element (T5, T6) is a network ( 70 . 71 ) assigned.

MF power generator according to one of the preceding claims, characterized in that the DC power supply ( 2 ) is designed as a power rectifier or PFC member.

MF power generator according to one of the preceding claims, characterized in that the inverter ( 6 ) a switching element ( 101 ), a half bridge with two switching elements ( 101 . 102 ) or a full bridge with four switching elements ( 101 . 102 ), wherein the switching elements ( 101 . 102 ) are controlled by a controller.

Method for power control and / or control of an MF power generator ( 1 ) with at least one controllable switching element ( 101 . 102 ) inverter ( 6 ) and an output network, preferably designed as an output resonant circuit ( 7 ) in the pulse width modulation method, wherein the switching element ( 101 . 102 ) of a voltage of the output network ( 7 ) is at least largely decoupled by after opening the switching element ( 101 . 102 ) a current reversal of the current between the switching element ( 101 . 102 ) and the initial network ( 7 ), characterized in that the switching element ( 101 . 102 ) is relieved during its switching operations by the opening of the switching element ( 101 . 102 ) by a parallel to the switching element arranged capacitor (C5, C6), the voltage increase at the switching element ( 101 . 102 ) is delayed.

Method according to claim 13, characterized in that the switching element ( 101 . 102 ) is relieved by the voltage applied to it before closing the switching element ( 101 . 102 ) is reduced, in particular to about 0 V is reduced.

Method according to one of claims 13 or 14, characterized in that the switching element ( 101 . 102 ) is operated in the pulse group mode.

Method according to claim 15, characterized in that that the pulse group mode consists of pulses of different lengths.

Method according to claim 16, characterized in that that the first pulses of the pulse group last longer than the later ones.