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WO2022002469A1 - Vorrichtung und verfahren zum entladen eines zwischenkreiskondensators und spannungswandleranordnung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum entladen eines zwischenkreiskondensators und spannungswandleranordnung Download PDF

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WO2022002469A1
WO2022002469A1 PCT/EP2021/062609 EP2021062609W WO2022002469A1 WO 2022002469 A1 WO2022002469 A1 WO 2022002469A1 EP 2021062609 W EP2021062609 W EP 2021062609W WO 2022002469 A1 WO2022002469 A1 WO 2022002469A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
capacitor
intermediate circuit
connection
node
discharging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2021/062609
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Schweiker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2022002469A1 publication Critical patent/WO2022002469A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for discharging an intermediate circuit capacitor.
  • the present invention also relates to a voltage converter arrangement with a device for discharging an intermediate circuit capacitor.
  • Voltage networks with intermediate circuit capacitors for stabilizing a direct voltage are known, for example, from electrical drive systems. Since electrical voltages of several hundred volts can also be present on such intermediate circuit capacitors in high-voltage networks of electric vehicles, for example, in the event of a shutdown, especially in the event of an emergency shutdown, it must be ensured that the intermediate circuit capacitors can be discharged in a targeted manner.
  • the document DE 102012 201 827 A1 describes a device and a method for discharging an intermediate circuit of a high-voltage network.
  • two discharge circuits are provided, in a first step the intermediate circuit is initially partially discharged by means of the first discharge circuit and then in a second step the intermediate circuit is further discharged by means of a second discharge circuit.
  • the present invention provides an apparatus and a method for discharging an intermediate circuit capacitor and also a Voltage converter arrangement with the features of the independent claims. Further advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
  • a device for discharging an intermediate circuit capacitor with a capacitor element and a half bridge includes a first capacitor and a second capacitor.
  • the first capacitor is electrically connected at a first connection to a first connection of the intermediate circuit capacitor.
  • the first capacitor is electrically connected to a first node at a second connection.
  • the second capacitor is electrically connected to the first node at a first connection and is electrically connected to a second connection of the intermediate circuit capacitor at a second connection.
  • the first half bridge comprises a first semiconductor switching element and a second semiconductor switching element.
  • the first semiconductor switching element is electrically connected at a first connection to a first connection of the intermediate circuit capacitor.
  • the first semiconductor switching element is electrically connected to a second node at a second connection.
  • the second semiconductor switching element is electrically connected to the second node at a first connection and is electrically connected to the second connection of the intermediate circuit capacitor at a second connection.
  • the first node of the capacitor element is electrically coupled to the second node of the half bridge.
  • the voltage converter circuit can comprise at least one half bridge, but preferably several half bridges.
  • a method for discharging an intermediate circuit capacitor by means of a device according to the invention for discharging the intermediate circuit capacitor comprises two steps, which are carried out alternately. In a first step, the first semiconductor switching element of the half bridge is opened and the second semiconductor switching element of the half bridge is closed. In a second step, the first semiconductor switching element of the half bridge is closed and the second semiconductor switching element of the half bridge is opened.
  • the present invention is based on the knowledge that electrical losses occur when a capacitor is charged and discharged. Here electrical energy is converted into thermal energy. It is now an idea of the present invention to use these electrical losses to reduce the electrical energy stored in an intermediate circuit capacitor by means of several charging and discharging processes of further capacitors. If at least two capacitors connected in series are alternately charged and discharged parallel to the intermediate circuit capacitor, the resulting electrical losses can dissipate the energy of the intermediate circuit capacitor without causing a short circuit across the two connections of the intermediate circuit capacitor.
  • the total capacitance resulting from the series connection of the additional capacitors is arranged in parallel to the intermediate circuit capacitor in operational operation, no negative effects occur during operational operation. Rather, the total capacitance resulting from the series connection of the two additional capacitors, together with the capacitance of the intermediate circuit capacitor, increases the total capacitance slightly.
  • the capacities of the capacitors in the additional capacitor element can be dimensioned in a suitable manner such that the electrical currents flowing during the individual recharging processes can be safely controlled and at the same time the most efficient possible discharging of the intermediate circuit capacitance can be achieved.
  • a switching element for charging and discharging the individual capacitors in the capacitor element parallel to the intermediate circuit capacitor, a switching element, in particular a semiconductor switching element, such as a MOSFET or a bipolar transistor with an insulated gate connection or the like, is provided parallel to each capacitor.
  • the switching elements for recharging the individual capacitors can be arranged directly parallel to the respective capacitors. Alternatively, it is also possible to decouple the capacitors from the switching elements by means of an additional switch.
  • the reloading of the capacitors in the capacitor element can in principle take place with any switching frequency or clock rate.
  • the switching frequency for discharging the intermediate circuit capacitor can be selected to be higher than a switching frequency that is used for the operational operation of an assembly to which the intermediate circuit capacitor is connected.
  • the device for discharging the intermediate circuit capacitor comprises a control device.
  • the control device is designed to alternately set a first switching state or a second switching state in the half bridge.
  • the first switching state the first semiconductor switching element is open and the second semiconductor switching element is closed.
  • the second switching state the first semiconductor switching element is closed and the second semiconductor switching element is open.
  • a closed semiconductor switching element is first opened and, after a dead time, the respective other switching element is closed. In this way it can be ensured that when changing between the two switching states via the half bridge, there is no short circuit across the intermediate circuit capacitor.
  • the first node point of the capacitor element is electrically connected directly to the second node point of the half bridge.
  • no further components in particular no switching element or the like, are provided between the first node and the second node.
  • a particularly simple configuration can be implemented in this way.
  • the device for discharging the intermediate circuit capacitor comprises a switching device.
  • the switching device is designed to electrically connect or disconnect the first node of the capacitor element to the second node of the half-bridge.
  • the first node can be electrically connected to the second node by means of the switching device for discharging the intermediate circuit capacitor.
  • the switching device can disconnect the electrical connection between the first node and the second node. In this way, the capacitor device is separated from the half-bridge during operational operation, so that the capacitors of the capacitor device do not have any negative effects on operational operation and, in particular, also do not cause any additional electrical losses during operational operation.
  • the capacitor element comprises at least one ohmic resistor.
  • the ohmic resistor is arranged in series with the first capacitor and the second capacitor.
  • an ohmic resistor can be provided for each capacitor of the capacitor element.
  • a series connection of the first capacitor and a first ohmic resistor can be provided in the capacitor element between the first connection of the intermediate circuit capacitor and the first node, and a series connection of a second capacitor and a second can be provided between the second node and the second connection of the intermediate circuit capacitor Ohmic resistance can be provided.
  • the capacitor element corresponds to an RC element, as is also used, for example, for so-called snubber circuits.
  • the half-bridge of the device for discharging the intermediate circuit capacitor is provided in addition to the voltage converter circuit.
  • a further half-bridge for discharging the intermediate circuit capacitor is provided for the device for discharging the intermediate circuit capacitor.
  • the half-bridge of the device for discharging the intermediate circuit capacitor can correspond to at least one half-bridge of the voltage converter circuit.
  • the corresponding half-bridge of the voltage converter circuit can carry out the charge reversal of the capacitors in the capacitor element in order to discharge the intermediate circuit capacitor.
  • a capacitor element is arranged in parallel with each half bridge of the voltage converter circuit. Accordingly, each half bridge, together with the corresponding capacitor element, can form a device for discharging the intermediate circuit capacitor. By using several half bridges with capacitor elements arranged in parallel, the intermediate circuit capacitor can thus be discharged particularly quickly.
  • Figure 1 a schematic representation of a basic circuit diagram of a
  • Figure 2 a schematic representation of a basic circuit diagram for a
  • Figure 3 a schematic representation of a basic circuit diagram of a
  • FIG. 4 a schematic representation of a basic circuit diagram of a
  • FIG. 5 a schematic representation of a flowchart on the basis of a method for discharging an intermediate circuit capacitor according to an embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a basic circuit diagram of a voltage converter arrangement with a device 1 for discharging an intermediate circuit capacitor 2 according to one embodiment.
  • the voltage converter arrangement can be used, for example, to convert a DC voltage provided at an input connection into a suitable voltage in order to control an electrical machine 4.
  • any other applications for a voltage converter arrangement are of course also possible.
  • the voltage converter arrangement comprises an intermediate circuit capacitor 2 which is arranged between the connection elements of a DC voltage connection.
  • the DC voltage provided at the DC voltage connection can be transferred from one voltage converter circuit 3 to another Voltage, for example a direct or alternating voltage, can be converted with a predetermined voltage level.
  • the voltage converter circuit 3 can, for example, convert the DC voltage provided on the input side into a three-phase electrical AC voltage in order to control the electrical machine 4.
  • the voltage converter circuit 3 can, for example, comprise a plurality of switching elements which are controlled with a predetermined clock frequency or a clock frequency within a predetermined frequency range.
  • an operating state can be provided, for example, in which the input connection of the voltage converter arrangement and thus in particular the intermediate circuit capacitor 2 is separated from further components and in particular from a DC voltage source.
  • a battery circuit breaker (not shown) can separate the input connection of the voltage converter arrangement from further components for this purpose.
  • the intermediate circuit capacitor 2 is initially charged to a voltage level which corresponds to the electrical voltage at the input connection before the disconnection. In such a case it may be necessary to discharge the intermediate circuit capacitor 2.
  • the intermediate circuit capacitor 2 can either be completely discharged or the voltage across the intermediate circuit capacitor 2 can be reduced to at least a predetermined maximum voltage level. Such a discharge of the intermediate circuit capacitor 2 can take place, for example, by means of the device 1 for discharging the intermediate circuit capacitor 2.
  • the device 1 for discharging the intermediate circuit capacitor 2 can, as shown in FIG. 1, comprise, for example, a capacitor element 10 and a half bridge 20.
  • the capacitor element 10 comprises two capacitors 11, 12 arranged in series.
  • a first connection element of the first capacitor 11 of the capacitor element 10 is electrically connected to a first connection of the intermediate circuit capacitor 2.
  • a second connection element of the first capacitor 11 is connected to a first node Kl.
  • a first connection element of the second capacitor 12 of the capacitor element 10 is also connected to the first node Kl connected.
  • a second connection element of the second capacitor 12 is connected to a second connection of the intermediate circuit capacitor 2.
  • the half bridge 20 comprises two switching elements connected in series, in particular semiconductor switching elements 21, 22.
  • the semiconductor switching elements can be, for example, MOSFETs or bipolar transistors with an insulated gate connection (IGBT). Of course, any other switching elements, in particular any other semiconductor switching elements, are also possible.
  • a first connection of the first switching element 21 of the half bridge 20 is electrically connected to the first connection of the intermediate circuit capacitor 2.
  • a second connection element of the switching element 21 is connected to a second node K2.
  • a first connection element of the second switching element 22 of the half bridge 20 is also electrically connected to the second node K2, and a second connection element of the second switching element 22 is connected to the second connection element of the intermediate circuit capacitor 2.
  • the first node Kl is electrically connected to the second node K2.
  • the electrical connection can provide a direct electrical connection between the two nodes K1 and K2.
  • no further components in particular no switching elements, are provided between the first node Kl and the second node K2.
  • the switching elements 21, 22 of the half bridge 20 can be activated by a control device 40, for example.
  • the control device 40 can be a control device which, if necessary, also controls the switching elements in the voltage converter circuit 3. In principle, however, it is also possible to provide separate control devices for controlling the switching elements 21, 22 of the half-bridge 20 and for controlling the switching elements in the voltage converter circuit 3.
  • the control device 40 can control the switching elements 21 and 22 of the half-bridge 20 in a suitable manner in order to discharge the intermediate circuit capacitor 2.
  • a suitable Configuration can be set, for example, to set a safe operating state.
  • a safe operating state can be, for example, a freewheeling or an active short circuit of an electrical machine 4 connected to the output connection of the voltage converters 3.
  • a first switching state for example, the upper switching element 21 of the half-bridge 20 can be closed, while the lower switching element 22 of the half-bridge 20 is open. In this way, the lower capacitor 12 is first charged via the upper switching element 21.
  • a second switching state can be set, in which the upper switching element is initially
  • the sequence described above can be repeated until the intermediate circuit capacitor 2 has been discharged to a desired voltage level.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a basic circuit diagram of a device 1 for discharging an intermediate circuit capacitor 2 according to one embodiment.
  • This embodiment according to FIG. 2 can also be used as a device 1 for discharging the intermediate circuit capacitor 2 in the voltage converter arrangement according to FIG. The same also applies to the embodiment according to FIG. 3 described below.
  • the device 1 for discharging the intermediate circuit capacitor 2 according to FIG. 2 differs from the embodiment according to FIG. 1 in that a switching device 30 is provided between the first node K1 and the second node K2.
  • This switching device 30 can have, for example, two series-connected semiconductor switching elements 31, 32, the freewheeling diodes of the two semiconductor switching elements 31, 32 being arranged opposite one another.
  • the switching device 30 can during a normal operational operation, so that the first node Kl is electrically separated from the second node K2.
  • the switching device 30 can electrically connect the first node Kl to the second node K2.
  • the two semiconductor switching elements 31, 32 can be closed.
  • the intermediate circuit capacitor 2 can be discharged by suitable control of the switching elements 21, 22 of the half-bridge 20.
  • the principle already described in connection with FIG. 1 can be used here.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a basic circuit diagram of a device 1 for discharging an intermediate circuit capacitor 2 according to a further embodiment.
  • the embodiment according to FIG. 3 differs from the embodiment described above in particular in that at least one ohmic resistor 13, 14 is provided in the capacitor element 10 in addition to the two capacitors 11 and 12.
  • an ohmic resistor 13, 14 is provided in series with each capacitor 11, 12.
  • a series circuit comprising a second ohmic resistor 14 and the second capacitor 12 is provided between the first node K1 and the second connection element of the intermediate circuit capacitor 2.
  • the two capacitors 11, 12 of the capacitor element 10 together with the ohmic resistor (s) 13, 14 form an R-C element which can also be used as a filter element for interference frequencies in operational operation.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a basic circuit diagram of a voltage converter arrangement according to a further embodiment.
  • the embodiment according to FIG. 4 differs from the embodiment described above in particular in that a half-bridge of the voltage converter circuit 3 is used as the half-bridge 20 for the device 1 for discharging the intermediate circuit capacitor 2.
  • a separate external half-bridge 20 can thus be omitted.
  • the capacitor device 10 in particular the first node Kl of the capacitor device 10 can be electrically isolated from the corresponding half bridge, in particular the second node K2, by means of a switching device 30 already described above.
  • this switching device 30 can then electrically connect the first node Kl to the second node K2, so that the intermediate circuit capacitor 2 can then be discharged in accordance with the sequence described above by appropriately controlling the switching elements 21, 22.
  • Voltage converter circuit 3 shown.
  • each half-bridge of the voltage converter circuit 3, together with the corresponding capacitor device 10 can each form a device 1 for discharging the intermediate circuit capacitor 2.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a flow chart of a method for discharging an intermediate circuit capacitor 2 according to one embodiment. The method can in particular be applied to one of the above-described embodiments of the device 1 for discharging an intermediate circuit capacitor 2.
  • two switching states are set alternately to discharge the intermediate circuit capacitor 2.
  • step S1 the second switching element 22 of the half bridge 20 is closed and the first switching element 21 of half bridge 20 is open.
  • a second switching state is then set, in which first the second switching element 22 is opened and then the first switching element connection element 21 is opened, preferably in compliance with a predetermined dead time of the switching elements.
  • the first switching state can be set again in step S2 by opening the first switching element 21 and then closing the second switching element 22.
  • the two switching states described above can now be set alternately until the intermediate circuit capacitor 2 has been discharged to a predetermined minimum voltage level.
  • the present invention relates to the discharging of an intermediate circuit capacitor by means of a half bridge with two switching elements, which alternately charge and discharge two series-connected capacitors of a capacitor device by suitably controlling the switching elements.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft das Entladen eines Zwischenkreiskondensators mittels einer Halbbrücke mit zwei Schaltelementen, welche durch geeignetes Ansteuern der Schaltelemente abwechselnd zwei in Serie geschaltete Kondensatoren einer Kondensatoreinrichtung auf- und entladen.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung und Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators und
Spannungswandleranordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Spannungswandleranordnung mit einer Vorrichtung zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators.
Stand der Technik
Spannungsnetze mit Zwischenkreiskondensatoren zur Stabilisierung einer Gleichspannung sind beispielsweise aus elektrischen Antriebssystemen bekannt. Da beispielsweise bei Hochvoltnetzen von Elektrofahrzeugen an derartigen Zwischenkreiskondensatoren auch elektrische Spannungen von mehreren hundert Volt anliegen können, muss im Falle einer Abschaltung, insbesondere bei einer Notabschaltung, sichergestellt werden, dass die Zwischenkreiskondensatoren gezielt entladen werden können.
Die Druckschrift DE 102012 201 827 Al beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreises eines Hochspannungsnetzes. Hierbei sind zwei Entladeschaltungen vorgesehen, wobei in einem ersten Schritt der Zwischenkreis mittels der ersten Entladeschaltung zunächst teilweise entladen wird und anschließend in einem zweiten Schritt der Zwischenkreis mittels einer zweiten Entladeschaltung weiter entladen wird.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators sowie eine Spannungswandleranordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Demgemäß ist vorgesehen:
Eine Vorrichtung zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators mit einem Kondensatorelement und einer Halbbrücke. Das Kondensatorelement umfasst einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator. Der erste Kondensator ist an einem ersten Anschluss mit einem ersten Anschluss des Zwischenkreiskondensators elektrisch verbunden. An einem zweiten Anschluss ist der erste Kondensator mit einem ersten Knotenpunkt elektrisch verbunden. Der zweite Kondensator ist an einem ersten Anschluss mit dem ersten Knotenpunkt elektrisch verbunden und an einem zweiten Anschluss mit einem zweiten Anschluss des Zwischenkreiskondensators elektrisch verbunden. Die erste Halbbrücke umfasst ein erstes Halbleiterschaltelement und ein zweites Halbleiterschaltelement. Das erste Halbleiterschaltelement ist an einem ersten Anschluss mit einem ersten Anschluss des Zwischenkreiskondensators elektrisch verbunden. An einem zweiten Anschluss ist das erste Halbleiterschaltelement mit einem zweiten Knotenpunkt elektrisch verbunden. Das zweite Halbleiterschaltelement ist an einem ersten Anschluss mit dem zweiten Knotenpunkt elektrisch verbunden und an einem zweiten Anschluss mit dem zweiten Anschluss des Zwischenkreiskondensators elektrisch verbunden. Ferner ist der erste Knotenpunkt des Kondensatorelements mit dem zweiten Knotenpunkt der Halbbrücke elektrisch gekoppelt.
Weiterhin ist vorgesehen:
Eine Spannungswandleranordnung mit einem Zwischenkreiskondensator, einer Spannungswandlerschaltung und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entladen des Zwischenkreiskondensators. Die Spannungswandlerschaltung kann mindestens eine Halbbrücke, vorzugsweise jedoch mehrere Halbbrücken umfassen.
Schließlich ist vorgesehen: Ein Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entladen des Zwischenkreiskondensators. Das Verfahren umfasst zwei Schritte, welche abwechselnd ausgeführt werden. In einem ersten Schritt wird das erste Halbleiterschaltelement der Halbbrücke geöffnet und das zweite Halbleiterschaltelement der Halbbrücke geschlossen. In einem zweiten Schritt wird das erste Halbleiterschaltelement der Halbbrücke geschlossen und das zweite Halbleiterschaltelement der Halbbrücke geöffnet.
Vorteile der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei dem Auf- und Entladen eines Kondensators elektrische Verluste entstehen. Hierbei wird elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt. Es ist nun eine Idee der vorliegenden Erfindung, diese elektrischen Verluste dazu zu nutzen, die in einem Zwischenkreiskondensator gespeicherte elektrische Energie mittels mehrerer Lade- und Entladevorgängen von weiteren Kondensatoren abzubauen. Werden dabei parallel zu dem Zwischenkreiskondensator mindestens zwei in Serie geschaltete Kondensatoren abwechselnd auf- und entladen, so kann durch die dabei entstehenden elektrischen Verluste die Energie des Zwischenkreiskondensators abgebaut werden, ohne dass dabei ein Kurzschluss über den beiden Anschlüssen des Zwischenkreiskondensators entsteht.
Da die aus der Serienschaltung der zusätzlichen Kondensatoren herrührende Gesamtkapazität im operativen Betrieb parallel zu dem Zwischenkreiskondensator angeordnet ist, treten während des operativen Betriebs keine negativen Effekte auf. Vielmehr vergrößert die aus der Serienschaltung der beiden zusätzlichen Kondensatoren herrührende Gesamtkapazität zusammen mit der Kapazität des Zwischenkreiskondensators die Gesamtkapazität geringfügig. Die Kapazitäten der Kondensatoren in dem zusätzlichen Kondensatorelement kann dabei in geeigneter Weise derart dimensioniert werden, dass die während der einzelnen Umladevorgängen fließenden elektrischen Ströme sicher beherrschbar sind und dabei gleichzeitig ein möglichst effizientes Entladen der Zwischenkreiskapazität erzielt werden kann. Für das Auf- und Entladen der einzelnen Kondensatoren in dem Kondensatorelement parallel zu dem Zwischenkreiskondensator ist parallel zu jedem Kondensator ein Schaltelement, insbesondere ein Halbleiterschaltelement, wie zum Beispiel ein MOSFET oder ein bipolarer Transistor mit einem isolierten Gateanschluss oder ähnliches vorgesehen. Wie im Nachfolgenden noch näher erläutert wird, können die Schaltelemente zum Umladen der einzelnen Kondensatoren direkt parallel zu den jeweiligen Kondensatoren angeordnet sein. Alternativ ist es auch möglich, die Kondensatoren von den Schaltelementen mittels eines zusätzlichen Schalters zu entkoppeln.
Das Umladen der Kondensatoren in dem Kondensatorelement kann grundsätzlich mit einer beliebigen Schaltfrequenz bzw. Taktrate erfolgen. Mit steigender Schaltfrequenz kann dabei pro Zeiteinheit eine größere Energiemenge umgesetzt werden, wobei auch pro Zeiteinheit die elektrischen Verluste steigen und somit ein schnelleres Entladen der Zwischenkreiskapazität erreicht werden kann. Insbesondere kann die Schaltfrequenz für das Entladen des Zwischenkreiskondensators höher gewählt werden, als eine Schaltfrequenz, die für den operativen Betrieb einer Baugruppe verwendet wird, an welche der Zwischenkreiskondensator angeschlossen ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zum Entladen des Zwischenkreiskondensators eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, in der Halbbrücke abwechselnd einen ersten Schaltzustand oder einen zweiten Schaltzustand einzustellen. In dem ersten Schaltzustand ist das erste Halbleiterschaltelement geöffnet und das zweite Halbleiterschaltelement geschlossen. In dem zweiten Schaltzustand ist das erste Halbleiterschaltelement geschlossen und das zweite Halbleiterschaltelement geöffnet. Bei dem Wechsel zwischen dem ersten Schaltzustand und dem zweiten Schaltzustand können dabei insbesondere auch die Totzeiten der Halbleiterschaltelemente berücksichtigt werden. Hierzu wird zunächst ein geschlossenes Halbleiterschaltelement geöffnet und nach einer Totzeit das jeweils andere Schaltelement geschlossen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass es bei dem Wechsel zwischen den beiden Schaltzuständen über die Halbbrücke zu keinem Kurzschluss über dem Zwischenkreiskondensator kommt. Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Knotenpunkt des Kondensatorelements direkt mit dem zweiten Knotenpunkt der Halbbrücke elektrisch verbunden. Somit sind zwischen dem ersten Knotenpunkt und dem zweiten Knotenpunkt keine weiteren Bauelemente, insbesondere kein Schaltelement oder ähnliches vorgesehen. Hierdurch kann eine besonders einfache Konfiguration realisiert werden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zum Entladen des Zwischenkreiskondensators eine Schalteinrichtung. Die Schalteinrichtung ist dazu ausgelegt, den ersten Knotenpunkt des Kondensatorelements mit dem zweiten Knotenpunkt der Halbbrücke elektrisch zu verbinden oder zu trennen. Insbesondere kann für das Entladen des Zwischenkreiskondensators der erste Knotenpunkt mit dem zweiten Knotenpunkt mittels der Schalteinrichtung elektrisch verbunden werden. Während eines operativen Betriebs einer an den Zwischenkreiskondensator angeschlossenen Baugruppe kann die Schalteinrichtung die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Knotenpunkt und dem zweiten Knotenpunkt trennen. Auf diese Weise ist die Kondensatoreinrichtung von der Halbbrücke während des operativen Betriebs getrennt, so dass die Kondensatoren der Kondensatoreinrichtung keine negativen Einflüsse auf den operativen Betrieb nehmen und insbesondere auch keine zusätzlichen elektrischen Verluste während des operativen Betriebs bewirken.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Kondensatorelement mindestens einen Ohmschen Widerstand. Der Ohmsche Widerstand ist hierbei in Serie mit dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator angeordnet. Insbesondere kann für jeden Kondensator des Kondensatorelements ein Ohmscher Widerstand vorgesehen sein. So kann beispielsweise in dem Kondensatorelement zwischen dem ersten Anschluss des Zwischenkreiskondensators und dem ersten Knotenpunkt eine Serienschaltung aus dem ersten Kondensator und einem ersten Ohmschen Widerstand vorgesehen sein und zwischen dem zweiten Knotenpunkt und dem zweiten Anschluss des Zwischenkreiskondensators kann eine Serienschaltung aus einem zweiten Kondensator und einem zweiten Ohmschen Widerstand vorgesehen sein. Das Kondensatorelement entspricht in diesem Fall einem R-C-Glied, wie es beispielsweise auch für sogenannte Snubber-Schaltungen verwendet wird. Gemäß einer Ausführungsform der Spannungswandleranordnung ist die Halbbrücke der Vorrichtung zum Entladen des Zwischenkreiskondensators zusätzlich zu der Spannungswandlerschaltung vorgesehen. Somit ist für die Vorrichtung zum Entladen des Zwischenkreiskondensators neben den Halbbrücken der Spannungswandlerschaltung eine weitere Halbbrücke zum Entladen des Zwischenkreiskondensators vorgesehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Halbbrücke der Vorrichtung zum Entladen des Zwischenkreiskondensators mindestens einer Halbbrücke der Spannungswandlerschaltung entsprechen. Auf diese Weise kann die entsprechende Halbbrücke der Spannungswandlerschaltung das Umladen der Kondensatoren in dem Kondensatorelement zum Entladen des Zwischenkreiskondensators ausführen.
Gemäß einer Ausführungsform ist parallel zu jeder Halbbrücke der Spannungswandlerschaltung ein Kondensatorelement angeordnet. Entsprechend kann jede Halbbrücke zusammen mit dem korrespondierenden Kondensatorelement eine Vorrichtung zum Entladen des Zwischenkreiskondensators bilden. Durch die Verwendung mehrerer Halbbrücken mit parallel angeordneten Kondensatorelementen kann somit ein besonders schnelles Entladen des Zwischenkreiskondensators erfolgen.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen: Figur 1: eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds einer
Spannungswandleranordnung mit einer Vorrichtung zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators gemäß einer Ausführungsform;
Figur 2: eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds für eine
Vorrichtung zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators gemäß einer Ausführungsform;
Figur 3: eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds einer
Vorrichtung zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Figur 4: eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds einer
Spannungswandleranordnung mit einer Vorrichtung zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
Figur 5: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbildes einer Spannungswandleranordnung mit einer Vorrichtung 1 zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators 2 gemäß einer Ausführungsform. Die Spannungswandleranordnung kann beispielsweise dazu genutzt werden, um eine an einem Eingangsanschluss bereitgestellte Gleichspannung in eine geeignete Spannung zu konvertieren, um eine elektrische Maschine 4 anzusteuern. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige weitere Anwendungen für eine Spannungswandleranordnung möglich.
Die Spannungswandleranordnung umfasst einen Zwischenkreiskondensator 2, der zwischen den Anschlusselementen eines Gleichspannungsanschlusses angeordnet ist. Die an dem Gleichspannungsanschluss bereitgestellte Gleichspannung kann von einer Spannungswandlerschaltung 3 in eine weitere Spannung, beispielsweise eine Gleich- oder Wechselspannung mit einer vorgegebenen Spannungshöhe konvertiert werden. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Spannungswandlerschaltung 3 beispielsweise die eingangsseitig bereitgestellte Gleichspannung in eine dreiphasige elektrische Wechselspannung konvertieren, um die elektrische Maschine 4 anzusteuern. Hierzu kann die Spannungswandlerschaltung 3 beispielsweise mehrere Schaltelemente umfassen, welche mit einer vorbestimmten Taktfrequenz oder einer Taktfrequenz innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches angesteuert werden.
Neben dem operativen Betrieb kann beispielsweise ein Betriebszustand vorgesehen sein, in welchem der Eingangsanschluss der Spannungswandleranordnung und somit insbesondere der Zwischenkreiskondensator 2 von weiteren Komponenten und insbesondere von einer Gleichspannungsquelle getrennt ist. Beispielsweise kann hierzu ein nicht dargestellter Batterieschutzschalter den Eingangsanschluss der Spannungswandleranordnung von weiteren Komponenten trennen. In diesem Fall ist der Zwischenkreiskondensator 2 jedoch zunächst noch auf ein Spannungsniveau aufgeladen, welches der elektrischen Spannung am Eingangsanschluss vor dem Trennen entspricht. In einem solchen Fall kann es erforderlich sein, den Zwischenkreiskondensator 2 zu entladen. Der Zwischenkreiskondensator 2 kann dabei entweder vollständig entladen werden oder die Spannung über dem Zwischenkreiskondensator 2 kann zumindest auf ein vorbestimmtes maximales Spannungsniveau abgesenkt werden. Ein solches Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 kann beispielsweise mittels der Vorrichtung 1 zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 erfolgen.
Die Vorrichtung 1 zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 kann, wie in Figur 1 dargestellt, beispielsweise ein Kondensatorelement 10 und eine Halbbrücke 20 umfassen. Das Kondensatorelement 10 umfasst zwei in Serie angeordnete Kondensatoren 11, 12. Ein erstes Anschlusselement des ersten Kondensators 11 des Kondensatorelements 10 ist dabei mit einem ersten Anschluss des Zwischenkreiskondensators 2 elektrisch verbunden. Ein zweites Anschlusselement des ersten Kondensators 11 ist mit einem ersten Knotenpunkt Kl verbunden. Ein erstes Anschlusselement des zweiten Kondensators 12 des Kondensatorelements 10 ist ebenfalls mit dem ersten Knotenpunkt Kl verbunden. Ein zweites Anschlusselement des zweiten Kondensators 12 ist mit einem zweiten Anschluss des Zwischenkreiskondensators 2 verbunden. Die Halbbrücke 20 umfasst zwei in Serie geschaltete Schaltelemente, insbesondere Halbleiterschaltelemente 21, 22. Bei den Halbleiterschaltelementen kann es sich beispielsweise um MOSFET oder bipolare Transistoren mit einem isolierten Gateanschluss (IGBT) handeln. Selbstverständlich sind auch beliebige andere Schaltelemente, insbesondere beliebige andere Halbleiterschaltelemente möglich. Ein erster Anschluss des ersten Schaltelementes 21 der Halbbrücke 20 ist mit dem ersten Anschluss des Zwischenkreiskondensators 2 elektrisch verbunden. Ein zweites Anschlusselement des Schaltelements 21 ist mit einem zweiten Knotenpunkt K2 verbunden. Ein erstes Anschlusselement des zweiten Schaltelements 22 der Halbbrücke 20 ist ebenfalls mit dem zweiten Knotenpunkt K2 elektrisch verbunden, und ein zweites Anschlusselement des zweiten Schaltelements 22 ist mit dem zweiten Anschlusselement des Zwischenkreiskondensators 2 verbunden. Weiterhin ist der erste Knotenpunkt Kl mit dem zweiten Knotenpunkt K2 elektrisch verbunden. Die elektrische Verbindung kann, wie in Figur 1 dargestellt, eine direkte elektrische Verbindung zwischen den beiden Knotenpunkten Kl und K2 vorsehen. In diesem Fall sind keine weiteren Bauelemente, insbesondere keine Schaltelemente zwischen dem ersten Knotenpunkt Kl und dem zweiten Knotenpunkt K2 vorgesehen. Alternativ ist es jedoch auch möglich, wie im Nachfolgenden noch erläutert wird, zwischen dem ersten Knotenpunkt Kl und dem zweiten Knotenpunkt K2 eine Schalteinrichtung vorzusehen.
Die Schaltelemente 21, 22 der Halbbrücke 20 können beispielsweise von einer Steuereinrichtung 40 angesteuert werden. Bei der Steuereinrichtung 40 kann es sich um eine Steuereinrichtung handeln, welche gegebenenfalls auch die Schaltelemente in der Spannungswandlerschaltung 3 ansteuert. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, für das Ansteuern der Schaltelemente 21, 22 der Halbbrücke 20 und das Ansteuern der Schaltelemente in der Spannungswandlerschaltung 3 separate Steuereinrichtungen vorzusehen.
Die Steuereinrichtung 40 kann zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 die Schaltelemente 21 und 22 der Halbbrücke 20 in geeigneter Weise ansteuern. Während des Entladens des Zwischenkreiskondensators 2 kann an den Schaltelementen der Spannungswandlerschaltung 3 eine geeignete Konfiguration eingestellt werden, um beispielsweise einen sicheren Betriebszustand einzustellen. Bei einem solchen sicheren Betriebszustand kann es sich beispielsweise um einen Freilauf oder einen aktiven Kurzschluss einer am Ausgangsanschluss der Spannungswandler 3 angeschlossenen elektrischen Maschine 4 handeln.
Für das Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 kann in einem ersten Schaltzustand beispielsweise das obere Schaltelement 21 der Halbbrücke 20 geschlossen werden, während das untere Schaltelement 22 der Halbbrücke 20 geöffnet ist. Auf diese Weise wird zunächst der untere Kondensator 12 über das obere Schaltelement 21 aufgeladen. Darüber hinaus kann ein zweiter Schaltzustand eingestellt werden, in welchem zunächst das obere Schaltelement
21 der Halbbrücke 20 geöffnet wird und anschließend das untere Schaltelement
22 geschlossen wird. Daraufhin wird der untere Kondensator 12 entladen, während der obere Kondensator 11 aufgeladen wird. Im weiteren Verlauf kann das obere Schaltelement 21 geöffnet werden, und daraufhin das untere Schaltelement 22 geschlossen werden, um erneut den ersten Schaltzustand einzustellen. Zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 22 kann die oben beschriebene Abfolge solange wiederholt werden, bis der Zwischenkreiskondensator 2 auf ein gewünschtes Spannungsniveau entladen worden ist.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds einer Vorrichtung 1 zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators 2 gemäß einer Ausführungsform. Diese Ausführungsform gemäß Figur 2 kann ebenfalls als Vorrichtung 1 zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 in der Spannungswandleranordnung gemäß Figur 1 eingesetzt werden. Gleiches gilt auch für die nachfolgend beschriebene Ausführungsform gemäß Figur 3.
Die Vorrichtung 1 zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 gemäß Figur 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Figur 1 darin, dass zwischen dem ersten Knotenpunkt Kl und dem zweiten Knotenpunkt K2 eine Schalteinrichtung 30 vorgesehen ist. Diese Schaltvorrichtung 30 kann beispielsweise zwei in Serie geschaltete Halbleiterschaltelemente 31, 32 aufweisen, wobei die Freilaufdioden der beiden Halbleiterschaltelemente 31, 32 entgegengesetzt angeordnet sind. Die Schalteinrichtung 30 kann während eines normalen operativen Betriebs geöffnet sein, so dass der erste Knotenpunkt Kl elektrisch von dem zweiten Knotenpunkt K2 getrennt ist. Zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 kann die Schalteinrichtung 30 den ersten Knotenpunkt Kl mit dem zweiten Knotenpunkt K2 elektrisch verbinden. Hierzu können beispielsweise die beiden Halbleiterschaltelemente 31, 32 geschlossen werden. Es versteht sich jedoch, dass anstelle der beiden Halbleiterschaltelemente 31, 32 auch beliebige andere geeignete Schaltelemente verwendet werden können. Nach dem Schließen der Schalteinrichtung 30 kann durch ein geeignetes Ansteuern der Schaltelemente 21, 22 der Halbbrücke 20 der Zwischenkreiskondensator 2 entladen werden. Hierbei kann insbesondere das im Zusammenhang mit Figur 1 bereits beschriebene Prinzip angewendet werden.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds einer Vorrichtung 1 zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators 2 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Ausführungsform gemäß Figur 3 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführungsform insbesondere darin, dass in dem Kondensatorelement 10 zusätzlich zu den beiden Kondensatoren 11 und 12 noch mindestens ein Ohmscher Widerstand 13, 14 vorgesehen ist. In der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform ist in Serie zu jedem Kondensator 11, 12 jeweils ein Ohmscher Widerstand 13, 14 vorgesehen. Somit ist zwischen dem ersten Anschlusselement des Zwischenkreiskondensators 2 und dem ersten Knotenpunkt Kl eine Serienschaltung aus einem ersten Ohmschen Widerstand
13 und einem ersten Kondensator 11 vorgesehen. Analog ist zwischen dem ersten Knotenpunkt Kl und dem zweiten Anschlusselement des Zwischenkreiskondensators 2 eine Serienschaltung aus einem zweiten Ohmschen Widerstand 14 und dem zweiten Kondensator 12 vorgesehen. Somit bilden die beiden Kondensatoren 11, 12 des Kondensatorelements 10 zusammen mit dem oder den Ohmschen Widerständen 13, 14 ein R-C-Glied, welches auch als Filterelement für Störfrequenzen im operativen Betrieb eingesetzt werden kann. Darüber hinaus führen die Ohmschen Widerstände 13,
14 in dem Kondensatorelement 10 zu weiteren Ohmschen Verlusten und somit zur Umwandlung von elektrischer Energie in thermische Energie. Auch in diesem Fall kann gegebenenfalls zwischen dem ersten Knotenpunkt Kl und dem Knotenpunkt K2 ein Schaltelement 30 vorgesehen sein. Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds einer Spannungswandleranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Ausführungsform gemäß Figur 4 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführungsform insbesondere darin, dass als Halbbrücke 20 für die Vorrichtung 1 zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 eine Halbbrücke der Spannungswandlerschaltung 3 verwendet wird. Somit kann eine separate externe Halbbrücke 20 entfallen. Zur Vermeidung von übermäßigen Schaltverlusten kann die Kondensatoreinrichtung 10, insbesondere der erste Knotenpunkt Kl der Kondensatoreinrichtung 10 von der entsprechenden Halbbrücke, insbesondere dem zweiten Knotenpunkt K2, mittels einer zuvor bereits beschriebenen Schalteinrichtung 30 elektrisch getrennt werden. Zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 kann daraufhin diese Schalteinrichtung 30 den ersten Knotenpunkt Kl mit dem zweiten Knotenpunkt K2 elektrisch verbinden, so dass daraufhin gemäß dem oben beschriebenen Ablauf durch entsprechendes Ansteuern der Schaltelemente 21, 22 der Zwischenkreiskondensator 2 entladen werden kann.
In dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist lediglich eine Kondensatoreinrichtung 10 für eine Halbbrücke in der
Spannungswandlerschaltung 3 dargestellt. Darüber hinaus ist es auch möglich, für mehrere Halbbrücke in der Spannungswandlerschaltung 3, insbesondere auch für alle Halbbrücken in der Spannungswandlerschaltung 3, jeweils eine separate Kondensatoreinrichtung 11 vorzusehen. Auf diese Weise kann jede Halbbrücke der Spannungswandlerschaltung 3 zusammen mit der korrespondierenden Kondensatoreinrichtung 10 jeweils eine Vorrichtung 1 zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 bilden.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms eines Verfahrens zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators 2 gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren kann insbesondere auf eine der oben beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung 1 zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators 2 angewendet werden.
In dem Verfahren werden zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 abwechselnd zwei Schaltzustände eingestellt. In Schritt S1 wird das zweite Schaltelement 22 der Halbbrücke 20 geschlossen und das erste Schaltelement 21 der Halbbrücke 20 geöffnet. Anschließend wird ein zweiter Schaltzustand eingestellt, in dem zunächst das zweite Schaltelement 22 geöffnet wird und daraufhin, vorzugsweise unter Einhaltung einer vorgegebenen Totzeit der Schaltelemente, das erste Schaltelement Anschlusselement 21 geöffnet wird. Im weiteren Verlauf kann in Schritt S2 durch Öffnen des ersten Schaltelements 21 und anschließend das Schließen des zweiten Schaltelements 22 erneut der erste Schaltzustand eingestellt werden. Die beiden oben beschriebenen Schaltzustände können nun abwechselnd solange eingestellt werden, bis der Zwischenkreiskondensator 2 auf ei vorgegebenes minimales Spannungsniveau entladen worden ist.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung das Entladen eines Zwischenkreiskondensators mittels einer Halbbrücke mit zwei Schaltelementen, welche durch geeignetes Ansteuern der Schaltelemente abwechselnd zwei in Serie geschaltete Kondensatoren einer Kondensatoreinrichtung auf- und entladen.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (1) zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators (2), mit: einem Kondensatorelement (10) mit einem ersten Kondensator (11) und einem zweiten Kondensator (12), wobei der erste Kondensator (11) an einem ersten Anschluss mit einem ersten Anschluss des Zwischenkreiskondensators (2) elektrisch verbunden ist und an einem zweiten Anschluss mit einem ersten Knotenpunkt (Kl) elektrisch verbunden ist, und wobei der zweite Kondensator (12) an einem ersten Anschluss mit dem ersten Knotenpunkt (Kl) elektrisch verbunden ist und an einem zweiten Anschluss mit einem zweiten Anschluss des Zwischenkreiskondensators (2) elektrisch verbunden ist; und einer Halbbrücke (20) mit einem ersten Halbleiterschaltelement (21) und einem zweiten Halbleiterschaltelement (22), wobei das erste Halbleiterschaltelement (21) an einem ersten Anschluss mit dem ersten Anschluss des Zwischenkreiskondensators (2) elektrisch verbunden ist und an einem zweiten Anschluss mit einem zweiten Knotenpunkt (K2) elektrisch verbunden ist, und wobei das zweite Halbleiterschaltelement (22) an einem ersten Anschluss mit dem zweiten Knotenpunkt (K2) elektrisch verbunden ist und an einem zweiten Anschluss mit dem zweiten Anschluss des Zwischenkreiskondensators (2) elektrisch verbunden ist; wobei der erste Knotenpunkt (Kl) des Kondensatorelements (10) mit dem zweiten Knotenpunkt (K2) der Halbbrücke (20) elektrisch gekoppelt ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, mit einer Steuereinrichtung (40), die dazu ausgelegt ist, in der Halbbrücke (20) abwechselnd einen ersten Schaltzustand oder einen zweiten Schaltzustand einzustellen, wobei in dem ersten Schaltzustand das erste Halbleiterschaltelement (21) geöffnet ist und das zweite Halbleiterschaltelement (22) geschlossen ist, und wobei in dem zweiten Schaltzustand das erste Halbleiterschaltelement (21) geschlossen ist und das zweite Halbleiterschaltelement (22) geöffnet ist.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Knotenpunkt (Kl) des Kondensatorelements (10) direkt mit dem zweiten Knotenpunkt (K2) der Halbbrücke (20) elektrischen verbunden ist.
4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Schalteinrichtung (30), die dazu ausgelegt ist, den ersten Knotenpunkt (Kl) des Kondensatorelements (10) mit dem zweiten Knotenpunkt (K2) der Halbbrücke (20) elektrisch zu verbinden.
5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Kondensatorelement (10) mindestens einen ohmschen Widerstand (13,14) umfasst, der in Serie mit dem ersten Kondensator (11) und dem zweiten Kondensator (12) angeordnet ist.
6. Spannungswandleranordnung, mit: einem Zwischenkreiskondensator (2), einer Spannungswandlerschaltung (3) mit mehreren Halbbrücken; und einer Vorrichtung (1) zum Entladen des Zwischenkreiskondensators (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
7. Spannungswandleranordnung nach Anspruch 6, wobei die Spannungswandlerschaltung (3) die Halbbrücke (20) der Vorrichtung (1) zum Entladen des Zwischenkreiskondensators (2) umfasst.
8. Spannungswandleranordnung nach Anspruch 6, wobei parallel zu jeder Halbbrücke der Spannungswandlerschaltung (3) ein Kondensatorelement (10) angeordnet ist, und wobei jede Halbbrücke zusammen mit dem jeweils korrespondierenden Kondensatorelement (10) eine Vorrichtung (1) zum Entladen des Zwischenkreiskondensators (2) bildet.
9. Spannungswandleranordnung nach Anspruch 6, wobei die Halbbrücke (20) der Vorrichtung (1) zum Entladen des Zwischenkreiskondensators parallel zu den Halbbrücken der Spannungswandlerschaltung (3) angeordnet ist.
10. Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators (2) mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verfahren abwechselnd in einem ersten Schritt (Sl) das erste Halbleiterschaltelement (21) öffnet und das zweite Halbleiterschaltelement (22) schließt, und in einem zweiten Schritt das erste Halbleiterschaltelement (eine 20) schließt und das zweite Halbleiterschaltelement (22) öffnet.
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