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DE102005024465B4 - Circuit arrangement and control method for a converter - Google Patents

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DE102005024465B4
DE102005024465B4 DE102005024465A DE102005024465A DE102005024465B4 DE 102005024465 B4 DE102005024465 B4 DE 102005024465B4 DE 102005024465 A DE102005024465 A DE 102005024465A DE 102005024465 A DE102005024465 A DE 102005024465A DE 102005024465 B4 DE102005024465 B4 DE 102005024465B4
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Abstract

Schaltungsanordnung (1) zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom oder von Wechselstrom in Gleichstrom,
mit wenigstens drei Gleichspannungsanschlüssen (2, 3, 4), zu denen wenigstens zwei Gleichspannungszweige (17, 18) und ein Neutralleiter (19) gehören,
mit Energiezwischenspeichern (6, 7), die jeweils zwischen einem Gleichspannungszweig (17, 18) und dem Neutralleiter (19) angeschlossen sind,
mit einer zwischen den Gleichspannungszweigen (17, 18) angeordneten Brückenschaltung (8), die pro Phase zwei Schaltereinheiten (S1, S2) aufweist, die über einen Verbindungspunkt (20), der einen Mittelabgriff der Brückenschaltung (8) bildet, in Reihe miteinander verbunden sind und zu denen jeweils eine Freilaufdiode (D1, D2) antiparallel geschaltet ist,
mit pro Phase zwei Wechselspannungsanschlüssen (12, 13), von denen einer (13) mit dem Neutralleiter (19) verbunden ist, während der andere (12) pro Phase über eine Verbindungsleitung (21), in der jeweils eine Speicherdrossel (L) enthalten ist, mit dem jeweiligen Mittelabgriff (20) der Brückenschaltung (8) verbunden ist, wobei an den Wechselspannungsanschlüssen (12,...
Circuit arrangement (1) for converting direct current into alternating current or from alternating current into direct current,
with at least three DC voltage connections (2, 3, 4), which include at least two DC voltage branches (17, 18) and a neutral conductor (19),
with energy buffers (6, 7) which are each connected between a DC voltage branch (17, 18) and the neutral conductor (19),
with a bridge circuit (8) arranged between the DC voltage branches (17, 18), which has two switch units (S1, S2) per phase, which are connected in series via a connection point (20) which forms a center tap of the bridge circuit (8) are and to which in each case a freewheeling diode (D1, D2) is connected in anti-parallel,
with two per phase ac voltage terminals (12, 13), one of which (13) is connected to the neutral conductor (19), while the other (12) per phase via a connecting line (21), each containing a storage inductor (L) is connected to the respective center tap (20) of the bridge circuit (8), wherein at the AC voltage terminals (12, ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft einen Umrichter zur Umformung zweier elektrischer Gleichspannungen in wenigstens eine Wechselspannung oder zur Umformung wenigstens einer elektrischen Wechselspannung in Gleichspannungen.The The invention relates to a converter for converting two electrical DC voltages in at least one AC voltage or for forming at least one electrical AC voltage in DC voltages.

Derartige Umrichter, auch Inverter genannt, werden insbesondere zur Einspeisung elektrischer Energie in das öffentliche Stromnetz eingesetzt, wenn bspw. Gleichspannungsquellen, wie z. B. Fotovoltaikanlagen, Akkumulatoren oder Brennstoffzellen, zur Verfügung stehen. Dabei gilt es, aus einem oder mehreren Gleichspannungspotenzialen einen Wechselstrom zu erzeugen, der in Bezug auf die Phasenlage und Amplitude an den Potenzialverlauf der Wechselspannung, bspw. einer sinusförmigen Netzspannung mit einer Frequenz von 50 oder 60 Hz, anzugleichen ist. Zu diesem Zweck sind ein- oder dreiphasige Wechselrichter mit und ohne Transformator bekannt.such Inverters, also called inverters, are used in particular for feeding electrical energy in the public Power supply used when, for example, DC sources such. As photovoltaic systems, accumulators or fuel cells, for disposal stand. It applies, from one or more DC potentials to generate an alternating current with respect to the phase position and amplitude to the potential curve of the AC voltage, eg. a sinusoidal mains voltage with a frequency of 50 or 60 Hz, is to be equalized. To this Purpose are single or three-phase inverters with and without transformer known.

Umrichter werden auch eingesetzt, um dem Wechselspannungsnetz sinusförmig Strom zu entnehmen. Dabei darf die Netzqualität hinsichtlich des Oberschwingungsgehaltes und/oder der Blindleistung nicht beeinträchtigt werden. Solche entnehmenden Stromrichter werden häufig mit weiteren, gleichstromseitig angeschlossenen Invertern kombiniert, die die dem Netz entnommene Energie in ein ein- oder mehrphasiges Wechselstromnetz variabler Frequenz umwandeln, um damit z. B. Motoren anzutreiben.inverter are also used to power the AC mains sinusoidally refer to. At the same time, the power quality may be with regard to the harmonic content and / or reactive power. Such abstractions Power converters become common combined with other inverters connected on the DC side, the the energy taken from the grid into a single or multi-phase AC grid convert variable frequency in order to z. B. to drive motors.

Aus der DE 102 21 592 A1 ist ein Wechselrichter zum Umwandeln einer elektrischen Gleichspannung in einen Wechselstrom bekannt. Der Wechselrichter weist zwei Gleichspannungsanschlüsse, die mit einem Gleichspannungserzeuger verbunden sind, einen Pufferkondensator und eine Brückenschaltung, die parallel zu dem Pufferkondensator angeschlossen sind, und zwei Wechselspannungsanschlüsse auf, die mit dem 50 Hz-Stromnetz verbunden sind. Die Brückenschaltung ist als Vollbrücke mit zwei Parallelästen ausgebildet, die jeweils zwei in Reihe geschaltete Schaltereinheiten aufweisen, zu denen jeweils eine Gleichrichterdiode parallel geschaltet ist. Jeder Wechselspannungsanschluss ist über eine Verbindungsleitung, die eine Drosselspule enthält, mit einem der Paralleläste der Brückenschaltung über einen Verbindungsknoten verbunden, der jeweils zwischen zwei Schaltereinheiten liegt. Zwischen den Verbindungsleitungen sind ferner zwei getrennte elektrische Verbindungspfade mit jeweils einem Schalter sowie einer in Reihe geschalteten Gleichrichterdiode vorgesehen. Die Gleichrichterdioden sind in den Verbindungspfaden in entgegengesetzter Durchlassrichtung zueinander geschaltet.From the DE 102 21 592 A1 For example, an inverter is known for converting a direct electrical voltage into an alternating current. The inverter has two DC voltage terminals connected to a DC voltage generator, a buffer capacitor and a bridge circuit connected in parallel to the buffer capacitor, and two AC voltage terminals connected to the 50 Hz power network. The bridge circuit is designed as a full bridge with two parallel branches, each having two series-connected switch units, to each of which a rectifier diode is connected in parallel. Each AC voltage terminal is connected via a connecting line, which includes a choke coil, with one of the parallel branches of the bridge circuit via a connection node, which is in each case between two switch units. Furthermore, two separate electrical connection paths each having a switch and a series-connected rectifier diode are provided between the connection lines. The rectifier diodes are connected in the connection paths in the opposite passage direction to each other.

Im Betrieb werden die Schaltereinheiten der Vollbrücke in Abhängigkeit von der Polarität der Netzwechselspannung symmetrisch getaktet. Bei einer positiven Halbwelle der Netzwechselspannung werden bspw. zwei sich diagonal gegenüberliegende Schaltereinheiten der Vollbrücke gemäß einem festgelegten Taktmuster hochfrequent und zeitsynchron geschlossen und geöffnet, während die anderen beiden geöffnet bleiben. Außerdem ist ein Schalter in einem ersten Verbindungspfad geschlossen. Im Schließzustand der Schaltereinheiten fließt der Strom über diese, um die Drosselspule aufzuladen. Beim Öffnen der Schaltereinheiten kommutiert der aufgrund der Abmagnetisierung innerhalb der Drosselinduktivitäten weiter fließende Spulenstrom während der sog. „Freilaufphase” über den geschlossenen Schalter und die zugehörige Gleichrichterdiode in dem ersten Verbindungspfad. Dadurch wird verhindert, dass der Spulenstrom über Dioden der Vollbrücke zurück in den Pufferkondensator kommutiert und somit zu Verlusten führt. Sobald die Halbwelle der Netzwechselspannung negativ ist, werden die anderen, diagonal gegenüberliegenden Schaltereinheiten und der Schalter in dem anderen Verbindungspfad eingesetzt.in the Operation, the switch units of the full bridge depending on the polarity of the AC mains voltage clocked symmetrically. At a positive half wave of the AC mains voltage become, for example, two diagonally opposite switch units the full bridge according to one fixed clock pattern high-frequency and time-synchronous closed and opened, while the other two open stay. Furthermore a switch is closed in a first connection path. In the closed state the switch units flows the current over this to charge the inductor. When opening the switch units commutes due to the demagnetization within the reactor inductances on flowing Coil current during the so-called "freewheeling phase" over the closed switch and the associated rectifier diode in the first connection path. This prevents the coil current via diodes the full bridge back commutated into the buffer capacitor and thus leads to losses. As soon as the half-wave of the AC mains voltage is negative, the other, diagonally opposite Switch units and the switch used in the other connection path.

Bei dem vorbekannten Wechselrichter befinden sich im die Spule aufladenden Schaltzustand zwei verlustbehaftete Schaltereinheiten im Strompfad, die hochfrequent geschaltet werden. Dies führt zu Schaltverlusten, die den Wirkungsgrad des Wechselrichters erheblich beeinträchtigen. Außerdem ist der Spannungshub, der von den Schalteinheiten bei jedem Takt ausgeführt werden muss, verhältnismäßig hoch. Abgesehen von den erheblichen Schaltverlusten verursacht dieser Spannungshub aufgrund der hierfür notwendigen hohen Steilheiten von Spannung und Strom nicht unerhebliche elektromagnetische Störungen.at The prior art inverter are charging in the coil Switching state of two lossy switch units in the current path, which are switched high frequency. This leads to switching losses, the significantly affect the efficiency of the inverter. Furthermore is the voltage swing of the switching units at each bar accomplished must be relatively high. Apart from the considerable switching losses this causes Voltage swing due to this necessary high slopes of voltage and current not insignificant electromagnetic interference.

Der Wechselrichter und das angegebene Steuerungsverfahren sind nicht zur Entnahme von Energie aus dem Netz vorgesehen, sondern dienen lediglich der Energieeinspeisung in das Netz. Hierbei ist nur ein einzelner Gleichspannungserzeuger anschließbar. Bei der Energieerzeugung mit einer Solaranlage bspw. werden aber mehrere Solarzellen in Reihe geschaltet, so dass durch diese Teilgeneratoren der gleiche Strom fließt. Wenn auf einen der Teilgeneratoren ein Schatten fällt, ist die erzeugbare Gesamtleistung unzureichend, weil sich nur Betriebspunkte mit gleichen Strömen einstellen können.Of the Inverter and the specified control method are not provided for the removal of energy from the network, but merely serve the energy feed into the network. Here's just a single one DC voltage generator connectable. In energy production with a solar system, for example, but several solar cells in series switched so that through these sub-generators the same current flows. If a shadow falls on one of the subgenerators, that is the total generating capacity insufficient, because only operating points with equal currents can adjust.

Aus der DE 102 25 020 A1 ist eine Schaltungsanordnung zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom bekannt, die zwei in Reihe zueinander angeordnete Gleichspannungsgeneratoren, zwei Gleichspannungszweige, zwei zu den Generatoren parallelgeschaltete Pufferkondensatoren und einen mit den beiden Gleichspannungszweigen verbundenen Wechselrichter aufweist. Der Wechselrichter ist durch eine Halbbrückenschaltung gebildet, die zwei in Reihe zueinander angeordnete, symmetrisch getaktete Schalter umfasst, zu denen jeweils eine Gleichrichterdiode parallel geschaltet ist. Eine über eine Drosselspule mit der Netzspannung verbundene Versorgungsleitung ist an dem Mittelpunkt zwischen den Schaltereinheiten abgegriffen. Zur Vermeidung von Gleichspannungsanteilen des Wechselstroms bei ungleicher Leistung der zuführenden Gleichspannungsgeneratoren sind dem Wechselrichter Leistungskompensationsmittel vorgeschaltet. Diese sind derart wirksam, dass die zu dem Wechselrichter in einem Gleichspannungszweig zugeführte Leistung gleich der vom Wechselrichter in dem anderen Gleichspannungszweig abgeführten Leistung ist.From the DE 102 25 020 A1 a circuit arrangement for the conversion of direct current into alternating current is known, the two series-connected DC voltage generators, two DC voltage branches, two parallel to the generators connected buffer capacitors and one connected to the two DC voltage branches NEN inverter has. The inverter is formed by a half-bridge circuit which comprises two symmetrically clocked switches arranged in series with each other, to each of which a rectifier diode is connected in parallel. A supply line connected via a choke coil with the mains voltage is tapped at the midpoint between the switch units. To avoid DC voltage components of the alternating current with unequal power of the feeding DC voltage generators power compensation means are connected upstream of the inverter. These are so effective that the power supplied to the inverter in a DC branch is equal to the power dissipated by the inverter in the other DC branch.

Bei diesem Wechselrichter wird bei jeder Halbwelle lediglich ein Schalter hochfrequent getaktet, wodurch sich die Schaltverluste reduzieren. Es findet jedoch während der Frei laufphase eine verlustbehaftete Rückkommutierung des Drosselspulenstroms zu den Pufferkondensatoren statt. Vorteilhafterweise wird zwar für eine Leistungskompensation zwischen den Gleichspannungszweigen gesorgt, die dringend erforderlich ist, weil im Betrieb auch nur geringe Unterschiede in der Leistung der Gleichspannungszweige Gleichstromanteile im Netz hervorrufen. Allerdings werden hierzu zusätzliche, dem Wechselrichter vorgeschaltete Mittel benötigt, die den Aufwand und die Kosten der Schaltungsrealisierung erhöhen. Eine Entnahme von Energie aus dem Netz ist nicht vorgesehen.at This inverter is only a switch at each half-wave clocked high-frequency, which reduces the switching losses. It does, however, take place during the free-running phase, a lossy Rückkommutierung the inductor current to the buffer capacitors instead. Advantageously, although for a power compensation between the DC branches that are urgently needed, because in the enterprise also only small differences in the achievement of the DC voltage branches cause DC components in the network. Indeed will be additional, the inverter upstream means required, the effort and the Increase cost of circuit realization. A withdrawal of energy from the network is not provided.

Wechselrichter mit einer Schaltungstopologie, die der im Patentanspruch 1 angegebenen entspricht, sind in der DE 38 42 985 C2 und WO 90/01826 A1 veranschaulicht. Die zugehörigen Pulsweitenmodulationssteuerungsverfahren sind dazu ausgelegt, den gesamten verfügbaren Spannungsbereich des Wechselrichters besser auszunutzen bzw. Anteile von Schwingungen höherer Ordnung in dem Ausgangssignal des Wechselrichters zu reduzieren.Inverters with a circuit topology corresponding to that specified in claim 1, are in the DE 38 42 985 C2 and WO 90/01826 A1 illustrated. The associated pulse width modulation control methods are designed to better utilize the entire available voltage range of the inverter or to reduce portions of higher order vibrations in the output signal of the inverter.

Ausgehend davon ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zu schaffen, die die schaltungs- bzw. steuerungsbedingten Nachteile des Standes der Technik überwinden und vorzugsweise sowohl zur Einspeisung von Energie in ein Wechselspannungsnetz als auch zur Entnahme von Energie aus dem Netz geeignet sind. Insbesondere sollte eine Rückkommutierung des von Abmagnetisierungsvorgängen der Drosselinduktivitäten herrührenden Drosselstromes zu einem Pufferkondensator weitgehend vermieden und bei einfachem Aufbau ein zumindest teilweiser Leistungsausgleich ermöglicht sein.outgoing It is an object of the present invention, a circuit arrangement and to create a procedure that the switching or control related Overcome disadvantages of the prior art and preferably both for the supply of energy in an alternating voltage network as are also suitable for removal of energy from the network. Especially should be a back commutation of demagnetization processes the inductor inductances originating inductor current to a buffer capacitor largely avoided and simple Building an at least partial power equalization allows.

Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das erfin dungsgemäße Verfahren nach Anspruch 13 gelöst.These Task is by the circuit arrangement according to the invention the features of claim 1 and the inven tion proper method Claim 13 solved.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist wenigstens drei Gleichspannungsanschlüsse, von denen zwei mit Gleichspannungszweigen und einer mit einem Neutralleiter verbunden ist, wenigstens zwei Energiezwischenspeicher, bspw. Pufferkondensatoren, die jeweils zwischen einem Gleichspannungszweig und dem Neutralleiter in serieller Anordnung zueinander angeschlossen sind, eine Brückenschaltung, die zwischen den Gleichspannungs zweigen angeordnet ist, wenigstens zwei Wechselspannungsanschlüsse, die einerseits mit der Brückenschaltung verbunden und andererseits an eine Wechselspannung anschließbar sind, eine Weichenschaltung, die eine Umlenkung der Strompfade ermöglicht, und eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Betriebs der Schaltungsanordnung auf.The inventive circuit arrangement has at least three DC voltage terminals, two of which have DC voltage branches and one connected to a neutral conductor, at least two Energy buffer, for example. Buffer capacitors, each between a DC branch and the neutral in serial Arrangement are connected to each other, a bridge circuit between the the DC voltage branches is arranged, at least two AC voltage terminals, the on the one hand with the bridge circuit connected and on the other hand connected to an AC voltage, a switch circuit, which allows a deflection of the current paths, and a control device for controlling the operation of the circuit arrangement.

Die Brückenschaltung ist gemäß der Erfindung durch eine herkömmliche Halbbrücke gebildet, die pro Gleichspannungszweig lediglich eine einzige Schaltereinheit benötigt, zu der eine Freilaufdiode antiparallel geschaltet ist. In einer einphasigen Konfiguration sind also lediglich zwei Schaltereinheiten in Reihe miteinander verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen den Schaltereinheiten bildet einen Mittelabgriff der Brückenschaltung, von dem aus eine zu einem der Wechselspannungsanschlüsse führende Verbindungsleitung abzweigt, in der eine Speicherdrossel angeordnet ist. Der andere Wechselspannungsanschluss ist unmittelbar mit dem Neutralleiter verbunden. Vorteilhafterweise ist der Neutralleiter von der Gleichspannungsseite zu der Wechselspannungsseite hindurchgeführt und kann an das Erdpotenzial angeschlossen werden.The bridge circuit is according to the invention by a conventional half bridge formed, the DC voltage branch only a single switch unit needed to which a freewheeling diode is connected in antiparallel. In a Single-phase configuration are therefore only two switch units connected in series. The connection point between the Switch units forms a center tap of the bridge circuit, from there, a connecting line leading to one of the AC voltage terminals branches, in which a storage throttle is arranged. The other AC voltage connection is directly with the neutral conductor connected. Advantageously, the neutral conductor is from the DC voltage side passed to the AC side and can to the ground potential be connected.

Die Weichenschaltung ist zwischen der Verbindungsleitung und dem Neutralleiter angeschlossen und weist zwei Weichenpfade auf, in denen gesteuert schaltbare Schalterelemente vorgesehen sind, die je nach Zustand einen Stromfluss durch die Weichenpfade freigeben oder sperren. Die Steuerungseinrichtung taktet die Schaltereinheiten der Halbbrückenschaltung, um je nach Anwendung Gleichstrom in Wechselstrom oder Wechselstrom in Gleichstrom zu wandeln. Zusätzlich steuert die Steuerungseinrichtung die Weichenschaltung gemäß einem vorgegebenen Steuerungsverfahren derart an, dass im Freilaufzustand eine Rückkommutierung des bei der Abmagnetisierung der Speicher drossel fließenden Stromes zu den Zwischenspeichern weitgehend verhindert wird und/oder bei Bedarf eine Leistungskompensation zwischen den Gleichspannungszweigen erreicht wird. Beides wird bewerkstelligt, indem die Schalterelemente in den Weichenpfaden durch die Steuerungseinrichtung gezielt geschlossen bzw. geöffnet werden, um die Weichenpfade wahlweise entweder als Freilaufpfade für die Freilaufströme zu verwenden und/oder die Ströme auf Leistungskompensationspfade zur gezielten Aufladung der Zwischenspeicher umzuleiten. Durch die vorteilhafte, der Brückenschaltung nachgelagerte Anordnung der Weichenschaltung und das ausgeklügelte Ansteuerungsverfahren gemäß der Erfindung können diese beiden Aufgaben mit lediglich einem Mittel, nämlich der Weiche, bewerkstelligt werden. Der Schaltungsaufbau ist wesentlich vereinfacht.The switch circuit is connected between the connecting line and the neutral conductor and has two switch paths, in which controlled switchable switch elements are provided, which enable or block a current flow through the switch paths, depending on the state. The controller clocks the switch units of the half-bridge circuit to convert DC to AC or AC to DC, depending on the application. In addition, the control device controls the switch circuit according to a predetermined control method such that in the freewheeling state Rückkommutierung of the demagnetization of the storage throttle current flowing to the latches is largely prevented and / or if necessary, a power compensation between the DC voltage branches is achieved. Both are accomplished by the switch elements in the turnout paths selectively closed or opened by the controller to either use the switch paths as freewheeling paths for the freewheeling currents and / or to redirect the streams to power compensation paths for selective charging of the buffer memories. Due to the advantageous, the bridge circuit downstream arrangement of the switch circuit and the sophisticated control method according to the invention, these two tasks can be accomplished with only one means, namely the switch. The circuit construction is considerably simplified.

Vorzugsweise bildet die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung einen Umrichter, der aus Halbleiter-Schaltelementen aufgebaut ist, vorzugsweise verlustarme IGBT- oder Mosfet-Schalter verwendet, und ohne einen Transformator auskommt. Transformatorlose Umrichter weisen einen höheren Wirkungsgrad auf. Jedoch ist die Erfindung auch auf Umrichter mit einem spannungsanpassenden und/oder galvanisch trennenden Transformator anwendbar.Preferably forms the circuit arrangement according to the invention a converter constructed of semiconductor switching elements, preferably uses low-loss IGBT or Mosfet switches, and without a transformer gets along. Transformerless inverters have a higher efficiency on. However, the invention is also applicable to inverters having a voltage-adjusting and / or galvanically isolating transformer applicable.

Vorteilhafterweise ermöglicht die vorliegende Erfindung, zwischen den Gleichspannungszweigen und dem Neutralleiter wenigstens zwei Gleichspannungserzeuger oder -verbraucher anzuschließen. Dies erweitert den Anwendungsbereich gegenüber herkömmlichen Schaltungen, die für lediglich einen Generator oder Verbraucher ausgelegt sind.advantageously, allows the present invention, between the DC voltage branches and the neutral conductor at least two DC voltage generator or consumer to join. This extends the scope over conventional circuits that are for only a generator or consumer are designed.

In einer bevorzugten Anwendungsform wird die Erfindung zur Einspeisung elektrischer Energie bspw. in ein öffentliches Stromnetz eingesetzt. Die Energie kann z. B. mit Fotovoltaik-Generatoren aus Sonnenlicht gewonnen oder durch Akkumulatoren, Brennstoffzellen oder dgl. geliefert werden. Der erzeugte Wechselstrom wird dem Wechselstromnetz mit der richtigen Amplitude, Frequenz und Phasenlage zugeführt. Bei der Energieeinspeisung befindet sich während des die Spule aufladenden Teils der Taktung in beiden Halbwellen in dem Strompfad jeweils nur ein Schalter, der hochfrequent zu schalten ist. Folglich sind die Durchlassverluste gering. Eine Rückkommutierung des Drosselstromes in die zwei Energiezwischenspeicher wird durch die erfindungsgemäße Ansteuerung der Schalterelemente in den Weichenpfaden wirksam minimiert. Der durch diese Schalterelemente für jede Netzspannungshalbwelle eröffnete Weichenpfad ermöglicht eine Abmagnetisierung der Speicherdrossel, ohne dass Energie zurück in den Gleichstromkreis mit den Energiezwischenspeichern zurückgeführt wird. Der Wirkungsgrad ist erhöht.In A preferred embodiment of the invention is for feeding electrical energy, for example, used in a public power grid. The energy can z. B. won with photovoltaic generators from sunlight or by accumulators, fuel cells or the like. The AC power generated is the AC mains with the right one Amplitude, frequency and phase angle supplied. In the energy supply is during of the coil charging part of the clock in both half-waves in the current path only one switch, which is to be switched high frequency. As a result, the conduction losses are low. A Rückkommutierung of the inductor current in the two energy buffers is through the control according to the invention the switch elements effectively minimized in the turnout paths. Of the through these switch elements for every mains voltage half-wave opened Switch path allows a demagnetization of the storage choke without putting energy back into the DC circuit with the energy buffers is returned. The efficiency is increased.

In einer anderen Anwendungsform wird die Schaltungsanordnung zur Entnahme von Energie aus einem Wechselspannungsnetz und zur Versorgung von wenigstens zwei Gleichspannungsverbrauchern eingesetzt. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung ermöglicht es, die Energie verlustarm und sinusförmig zu entnehmen. Hierzu werden die Schaltereinheiten und Schalterelemente derart angesteuert, dass die Speicherdrossel über die Sinushalbwelle einer an den Wechselspannungsanschlüssen angelegten Netzspannung weitgehend unter Verwendung der anliegenden Spannung zwischen Netzphase und Neutralleiter aufgeladen wird. Lediglich im Bereich des Nulldurchgangs der Netzspannung ist für ein schmales Zeitfenster der Einsatz von Energie aus dem die Energiezwischenspeicher enthaltenden Gleichstromkreis erforderlich. Hier wird in Ermangelung einer ausreichenden Spannung zwischen Netzphase und Neutralleiter auf die konventionelle Taktung des gegenüberliegenden Schalters zur Aufladung der Drossel zurückgegriffen.In another form of application is the circuit arrangement for removal of energy from an alternating voltage network and for the supply of at least two DC consumers used. The control device according to the invention allows it to take the energy lossless and sinusoidal. To do this the switch units and switch elements are driven in such a way that the storage throttle over the sine half-wave of a voltage applied to the AC terminals Mains voltage largely using the applied voltage between mains phase and neutral is charged. Only in the range of the zero crossing of the mains voltage is for a narrow Time window of the use of energy from the the energy cache containing DC circuit required. Here is failing sufficient voltage between mains phase and neutral conductor to the conventional timing of the opposite switch to Charging the throttle resorted.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann eine einphasige Umrichterkonfiguration bilden oder zu einer dreiphasigen Konfiguration erweitert werden. Für jede Phase ist eine Halbbrücke mit lediglich zwei Schaltereinheiten und eine Weichenschaltung mit nur zwei Weichenpfaden erforderlich. Insbesondere in der dreiphasigen Konfiguration ist bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung im Vergleich zu herkömmlichen Schaltungstopologien, die eine Vollbrückenschaltung mit drei Brückenzweigen verwenden, der Spannungshub an den Schaltern geringer, weil die Brückenschaltungen an den Neutralleiter angebunden sind und somit über die zugehörigen Schaltungsäste nur ein reduzierter Spannungshub auszuführen ist. Die Schaltverluste sind deutlich verringert. Mit nur einem Schalter pro Pfad sind auch die Durchlassverluste kleiner.The inventive circuit arrangement can form a single-phase converter configuration or one be extended to three-phase configuration. For each phase is a half bridge with only two switch units and a switch circuit with only two turnouts required. Especially in the three-phase Configuration is in the embodiment of the invention in comparison to conventional Circuit Topologies Using a Full Bridge Circuit Having Three Bridge Branches the voltage swing at the switches lower, because the bridge circuits are connected to the neutral conductor and thus on the associated circuit branches only a reduced voltage swing is executed. The switching losses are significantly reduced. With only one switch per path are also the Pass losses smaller.

Sowohl bei der ein- als auch bei der dreiphasigen Konfiguration kann auf der Gleichstromseite wenigstens ein weiterer Wechselrichter angeschlossen sein. Dadurch ist es möglich, mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung den Wechselstrom oder die Wechselspannung eines öffentlichen Netzes zunächst in einen Gleichstrom oder eine Gleichspannung umzuwandeln, um diesen bzw. diese anschließend mittels des weiteren Wechselrichters in einen Wechselstrom mit bspw. zum Antrieb eines Motors geeigneten Parametern, wie Amplitude, Frequenz und dgl., umzuwandeln. Der Wechselrichter kann auf herkömmliche Weise oder vorzugsweise gemäß der Erfindung ausgestaltet sein.Either in the one-as well as the three-phase configuration can on at least one other inverter connected to the DC side be. This makes it possible with the circuit arrangement according to the invention the AC or AC voltage of a public network initially in to convert a DC or DC voltage to this one or afterwards by means of the further inverter in an alternating current with eg. suitable for driving a motor parameters such as amplitude, frequency and Like., to convert. The inverter can be used on conventional Way or preferably according to the invention be designed.

In einer bevorzugten, einfach aufgebauten Ausführungsform weist die Weichenschaltung pro Phase lediglich zwei Weichenpfade auf, die jeweils einer Halbwelle zugeordnet sind. In jedem Weichenpfad ist ein Schalter mit einer zu dem Schalter pa rallel angeschlossenen Freilaufdiode und eine in Reihe geschaltete Gleichrichterdiode angeordnet. Die Gleichrichterdioden in den einzelnen Weichenpfaden sind zueinander in entgegengesetzter Durchlassrichtung geschaltet. Ist ein Schalter in einem Weichenpfad geschlossen, ist ein Freilaufstrom durch diesen Weichenpfad freigegeben. Jeder Schalter mit der zugehörigen Gleichrichterdiode kann oder beide Weichenpfade gemeinsam können in Form eines einzigen integrierten Bauelementes realisiert sein.In a preferred, simply constructed embodiment, the points circuit per phase only two points paths, which are each associated with a half-wave. In each switch path, a switch with a pa rallel to the switch connected freewheeling diode and a rectifier diode connected in series is arranged. The rectifier diodes in the individual switch paths are in the opposite passage direction to each other switched. If a switch is closed in a switch path, a freewheeling current is released through this switch path. Each switch with the associated rectifier diode or both switch paths together can be realized in the form of a single integrated component.

Die Steuerungseinrichtung kann sämtliche Schalter gemäß einem im Voraus festgelegten Taktschema schalten. In einer bevorzugten Ausführungsform erfasst die Steuerungseinrichtung aber Parameter, die Betriebsbedingungen kennzeichnen, um basierend auf den Betriebsparametern die Schalter anzusteuern. Hierzu weist sie vorzugsweise eine Sensoreinrichtung mit Sensormitteln zur Erfassung der an den Energiezwischenspeichern anliegenden Spannungen, der in den Gleichspannungszweigen fließenden Ströme und/oder der an den Wechselspannungsanschlüssen anliegenden Wechselspannung auf. Ferner weist die Steuerungseinrichtung logische Mittel auf, die dazu dienen, die erfassten Parameter miteinander und gegebenenfalls mit vorgebbaren Schwellenwerten zu vergleichen und daraufhin die Schalterelemente der Weichenschaltung zu schalten. Insbesondere sind die Logikmittel dazu eingerichtet, durch Freischaltung der Weichenpfade eine Rückkommutierung der Speicherdrosselströme zu den Energiezwischenspeichern weitgehend zu verhindern und erforderlichenfalls eine Leistungskompensation zu veranlassen. Somit können angeschlossene Gleichspannungsgeneratoren oder -verbraucher im Wesentlichen in ihren optimalen Betriebspunkten betrieben werden. Die Steuerungseinrichtung mit den Logikmitteln ist vorzugsweise in Form einer Schaltung realisiert, kann aber auch einen Mikroprozessor, Mikrocontrol ler oder dgl. umfassen.The Control device can switch all according to one switch to a pre-defined clock scheme. In a preferred embodiment However, the controller detects parameters, the operating conditions to indicate the switches based on the operating parameters head for. For this purpose, it preferably has a sensor device with sensor means for detecting the energy buffers applied voltages, the currents flowing in the DC voltage branches and / or the alternating voltage applied to the AC voltage terminals on. Furthermore, the control device has logical means, which serve the captured parameters together and if necessary with predeterminable thresholds and then the Switch elements of the switch circuit to switch. Especially are the logic means set up by unlocking the Turnout paths a Rückkommutierung the storage throttle currents too To largely prevent the energy buffers and if necessary to cause a power compensation. Thus, connected DC generators or consumers essentially in their optimal operating points are operated. The control device with the logic means is preferably realized in the form of a circuit, but may also include a microprocessor, Mikrocontrol ler or the like ..

Ein Leistungsausgleich wird, wenn er erforderlich ist, sowohl bei der Einspeisung von Energie in ein Netz als auch bei der Entnahme von Energie aus einem Netz vorgenommen. Im Falle der Energieeinspeisung wird in einer ausgewählten Netzspannungshalbwelle entsprechend dem geforderten Ausgleichsanteil gezielt der zugehörige Weichenpfad zum Neutralleiter geöffnet und eine Abmagnetisierung der Speicherdrossel über den Energiespeicher und die Freilaufdiode des gegenüberliegenden Gleichspannungszweiges erzwungen. Durch diesen, auf die positive oder negative Halbwelle beschränkten, kontrollierten kurzzeitigen Übergang auf eine herkömmliche Art der Rückkommutierung wird erfindungsgemäß ohne zusätzliche, dem Wechselrichter vorgeschaltete Mittel Energie in den jeweils anderen Gleichspannungszweig übertragen. Die übertragene Energiemenge reicht aus, um bspw. für zwei Fotovoltaikanlagen oder Brennstoffzellen bei den im Betrieb gewöhnlich vorkommenden, durch Herstellungstoleranzen oder Abschattungseffekte bedingten Leistungsabweichungen ein ausreichendes Maß an Kompensation zu erzielen. Der Wirkungsgrad ist kaum beeinträchtigt, nachdem die Aufladung des jeweils gegenüberliegenden Energiezwischenspeichers nur auf einen Bruchteil lediglich einer Halbwelle beschränkt ist. Bei der anderen Halbwelle wird erfindungsgemäß in der Freilaufphase der entsprechende Weichenpfad durchgeschaltet und der Strom ohne Rückkommutierungseffekte, verlustarm ins Netz gespeist.One Equalization will, if necessary, be made both in the case of Feeding energy into a grid as well as taking off Energy made from a network. In the case of energy supply will be in a selected Mains voltage half-wave corresponding to the required compensation component specifically the associated Switch path to the neutral conductor open and a demagnetization of the storage throttle via the energy storage and the freewheeling diode of the opposite DC voltage branch enforced. Through this, on the positive or negative half wave limited, controlled short-term transition on a conventional Type of Rückkommutierung is inventively without additional, The inverter upstream means energy in the respective transmitted to other DC voltage branch. The transmitted amount of energy is enough, for example, for two photovoltaic plants or fuel cells in the usual operation, due to manufacturing tolerances or shading effects Performance deviations to achieve a sufficient level of compensation. The efficiency is hardly affected after charging of the opposite one Energy caching only a fraction of only one Half wave limited is. In the other half wave is inventively in the Freewheeling phase of the corresponding switch path switched through and the current without back-commutation effects, low-loss fed into the grid.

Im Falle der Energieentnahme ist ebenfalls ein Leistungsausgleich zwischen den beiden Gleichspannungszweigen ohne zusätzliche, dem Wechselrichter vorgeschaltete Mittel möglich. Hierzu wird das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren der Aufladung der Speicherdrossel mittels der vorhande nen Spannung zwischen Netzphase und Neutralleiter und der kurzzeitigen Verwendung von Energie aus dem Gleichstromkreis im Bereich des Nulldurchgangs der Netzspannung dadurch weitergebildet, dass ausschließlich im Bereich der positiven bzw. negativen Halbwelle das Zeitfenster des Einsatzes von Energie aus dem Gleichstromkreis kontrolliert erweitert wird. Dadurch wird durch Rückkommutierung des Speicherdrosselstromes in den gegenüberliegenden Gleichspannungszweig ein Leistungsausgleich in dem erforderlichen Maße erzielt. Wie im Einspeisebetrieb wird auch hier der Wirkungsgrad unwesentlich beeinträchtigt.in the Case of energy extraction is also a power balance between the two DC voltage branches without additional, the inverter upstream means possible. For this purpose, the above-described inventive method the charging of the storage choke by means of the existing voltage between mains phase and neutral and short-term use of energy from the DC circuit in the area of the zero crossing the mains voltage further developed in that exclusively in Range of the positive or negative half-wave the time window of the insert is extended by energy from the DC circuit controlled. This is done by back commutation the storage throttle current in the opposite DC voltage branch achieved a power balance to the extent necessary. As in the feed-in operation Here, too, the efficiency is negligibly affected.

Die bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung hervorgerufenen geringen Spannungshübe an der Speicherdrossel erzeugen eine ebenso geringe Stromwelligkeit in dem die Speicherdrosselstrom. Die Speicherdrossel kann wegen der dadurch geringeren Eisenverluste und geringeren erforderlichen Induktivität kleiner dimensioniert werden. Da der invertierte Strom in dem die Drossel aufladenden Betriebsfall stets nur durch eine Schaltereinheit fließt, entstehen geringere Durchlassverluste, während sich durch die geringeren Spannungshübe die Schaltverluste verringern. Insgesamt führt dies zu geringeren Halbleiterverlusten. Folglich können sekundäre Bauteile, wie z. B. Kühlkörper, kleiner dimensioniert werden. Weil, abgesehen von einer gewollten Leistungskompensation, Rückkommutierungseffekte vermieden werden, können kostengünstigere Kondensatoren eingesetzt werden, die auf eine geringere Wechselstrombelastung ausgelegt sind. Insbesondere im Falle einer dreiphasigen Anordnung ist es möglich, den Gleichstromkreis ohne Einsatz von Elektrolytkondensatoren auszuführen, was enorme Vorteile hinsichtlich der Lebensdauer und der Lagerfähigkeit der Umrichter ergibt.The in the circuit arrangement according to the invention produce caused low voltage swings on the storage throttle an equally low current ripple in which the storage throttle current. The storage choke can because of the lower iron losses and smaller required inductance are made smaller. Since the inverted current in the reactor charging charging case always flows only through a switch unit, resulting in lower passage losses, while through the lower voltage swings reduce the switching losses. Overall, this leads to lower semiconductor losses. Consequently, you can secondary Components such. B. heatsink, smaller be dimensioned. Because, except for a wanted power compensation, Rückkommutierungseffekte can be avoided cost-effective Capacitors are used, which operate at a lower AC load are designed. Especially in the case of a three-phase arrangement Is it possible, the DC circuit without the use of electrolytic capacitors perform what enormous benefits in terms of the life and shelf life of the Inverter results.

Durch die erfindungsgemäße Schaltungstopologie und die geringe Anzahl jeweils aktiver Bauteile in dieser ist ein sehr kompakter Aufbau der Halbleiter und der an der Kommutierung beteiligten Bauteile und damit eine Reduktion der von diesen aufgespannten Fläche möglich. Da zusätzlich die Änderungen des Stromes und der Spannung pro Zeiteinheit geringer ausfallen können, verursacht die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung geringere elektromagnetische Störungen. Gewöhnlich verwendete externe Filterbauteile, wie Drosseln oder Kondensatoren, zur Unterdrückung dieser elektromagnetischen Störungen können weggelassen oder zumindest kleiner dimensioniert und damit wirtschaftlicher ausgeführt werden.Due to the circuit topology of the invention and the small number of active components in each case a very compact structure of the semiconductor and the components involved in the commutation and thus a reduction of the area spanned by these is possible. In addition, since the amendments conditions of the current and the voltage per unit time may be lower, causes the circuit arrangement according to the invention lower electromagnetic interference. Commonly used external filter components, such as chokes or capacitors, to suppress these electromagnetic disturbances can be omitted or at least made smaller and thus made more economical.

Die Möglichkeit des gleichspannungsseitigen Anschlusses eines Pols der Gleichspannungsquellen/-senken an den durch den Inverter hindurchgeführten Neutralleiter stellt sicher, dass an den angeschlossenen Geräten keine durch die Taktung des Inverters bedingten hoch- oder niederfrequenten Spannungsschwankungen auftreten können, welche zu Ableitströmen über parasitäre Kapazitäten führen könnten. Dadurch wird die elektromagnetische Verträglichkeit weiter verbessert. Das beträchtliche Gefährdungspotenzial durch hochfrequente Spannungssprünge bei Berührung der isolierten Moduloberflächen, z. B. eines Solargenerators, wird eliminiert. Für den Betrieb der Schaltungsanordnung in einer dreiphasigen Umrichterkonfiguration führt die direkte Anbindung des motorseitigen Wechselrichters über den Neutralleiter zu einer wesentlich geringeren Isolationsbelastung des Motors hinsichtlich der Maximalamplitude der anliegenden Spannung gegenüber dem Erdpotenzial.The possibility the DC side terminal of a pole of the DC voltage sources / sinks to the passed through the inverter neutral sure that on the connected devices no through the clocking of the inverter caused high or low frequency voltage fluctuations may occur, which could lead to leakage currents via parasitic capacitances. Thereby the electromagnetic compatibility is further improved. The considerable potential hazard by high-frequency voltage jumps On contact the isolated module surfaces, z. B. a solar generator is eliminated. For the operation of the circuit arrangement In a three-phase converter configuration, the direct connection of the motor-side inverter over the neutral conductor to a much lower insulation load of the motor with respect to the maximum amplitude of the applied voltage compared to the Potential.

Die Erfindung ermöglicht es, Schaltnetzteile, Pulsgleichrichter oder Wechselrichter zu realisieren, die einen besonders guten Wirkungsgrad und geringe elektromagnetische Rückwirkungen aufweisen und bei einfachem, kostengünstigem Aufbau eine hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer sicherstellen.The Invention allows it to realize switching power supplies, pulse rectifiers or inverters, the a particularly good efficiency and low electromagnetic repercussions have and with a simple, inexpensive construction high reliability and ensure long life.

Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der Beschreibung oder Unteransprüchen.Further Details of advantageous embodiments The invention are the subject of the drawing, the description or Dependent claims.

In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:In The drawings are embodiments of Invention illustrated. Show it:

1 eine Schaltungsanordnung für einen Umrichter gemäß der Erfindung in einer einphasigen Konfiguration; 1 a circuit arrangement for a converter according to the invention in a single-phase configuration;

2 eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Spannung an der Speicherdrossel, der Ströme und der Steuersignale bei der Schaltungsanordnung nach 1 im Falle einer Einspeisung von Energie in ein Netz ohne Leistungsausgleich; 2 a schematic representation of the time course of the voltage across the storage inductor, the currents and the control signals in the circuit arrangement according to 1 in the case of energy being fed into a grid without power equalization;

3 eine der 2 ähnliche Darstellung für den Fall einer Einspeisung von Energie in ein Netz mit Leistungsausgleich; 3 one of the 2 similar representation in the case of a supply of energy in a network with power equalization;

4 eine schematische Darstellung des Verlaufs der Spannung an der Speicherdrossel, der Ströme und der Steuersignale bei der Schaltungsanordnung nach 1 im Falle einer Entnahme von Energie aus einem Netz ohne Leistungsausgleich; 4 a schematic representation of the profile of the voltage across the storage inductor, the currents and the control signals in the circuit arrangement according to 1 in the case of withdrawal of energy from a grid without compensation;

5 eine der 4 ähnliche Darstellung für den Fall einer Entnahme von Energie aus einem Netz mit Leistungsausgleich; 5 one of the 4 similar representation in the case of extraction of energy from a power-sharing network;

6a und 6b Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aus führungsform nach 1; 6a and 6b Further developments of the imple mentation from the invention 1 ;

7 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einer dreiphasigen Konfiguration und 7 a circuit arrangement according to the invention in a three-phase configuration and

8 eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Umrichterschaltung nach 7. 8th a development of the converter circuit according to the invention after 7 ,

1 zeigt leicht schematisiert eine Schaltungsanordnung 1 eines Umrichters gemäß der vorliegenden Erfindung. In der veranschaulichten einphasigen, transformatorlosen Konfiguration dient der Umrichter 1 als Wechselrichter zur Erzeugung und Einspeisung eines Wechselstromes in ein externes Netz. Hierzu weist der Umrichter 1 drei Gleichspannungsanschlüsse 2, 3, 4, zwei Energiezwischenspeicher 6, 7, eine Brückenschaltung 8, eine Weichenschaltung 9, eine Steuerungseinrichtung 11 und zwei Wechselspannungsanschlüsse 12, 13 auf. An den Gleichspannungsanschlüssen 2, 3, 4 sind hier zwei Gleichspannungsgeneratoren 14, 16, bspw. Fotovoltaikgeneratoren, Brennstoffzellen, Akkumulatoren oder dgl., in Reihe zueinander angeschlossen, während an den Wechselspannungsanschlüssen 12, 13 eine externe Netzspannung UNETZ angelegt ist. 1 shows a schematic diagram of a circuit arrangement 1 an inverter according to the present invention. In the illustrated single-phase, transformerless configuration, the inverter is used 1 as an inverter for the generation and supply of an alternating current in an external network. For this purpose, the inverter 1 three DC voltage connections 2 . 3 . 4 , two energy buffers 6 . 7 , a bridge circuit 8th , a switch circuit 9 , a control device 11 and two AC voltage terminals 12 . 13 on. At the DC voltage connections 2 . 3 . 4 Here are two DC generators 14 . 16 , For example, photovoltaic generators, fuel cells, accumulators or the like., Connected in series to each other, while at the AC voltage terminals 12 . 13 an external mains voltage U NETZ is created.

Ein erster Gleichspannungsanschluss 2 ist mit einem ersten Gleichspannungszweig 17 und ein zweiter Gleichspannungsanschluss 4 mit einem zweiten Gleichspannungszweig 18 verbunden, während der in der Mitte befindliche Gleichspannungsanschluss 3 durch die gesamte Schaltungsanordnung 1 hindurchgeführt ist und einen Neutralleiter 19 bildet. Dieser ist mit dem Wechselspannungsanschluss 13 verbunden und kann netzseitig, bspw. in einem Schaltschrank, durch Erdung auf ein definiertes Null-Potenzial gelegt werden. Gegebenenfalls können in dem Neutralleiter 19 Filterelemente zur Unterdrückung hochfrequenter Stö rungen enthalten sein. Die Generatoren 14, 16 sind jeweils an einem Gleichspannungszweig 17 bzw. 18 und an dem Neutralleiter 19 angeschlossen.A first DC voltage connection 2 is with a first DC voltage branch 17 and a second DC voltage connection 4 with a second DC voltage branch 18 connected while the center DC voltage connection 3 through the entire circuit arrangement 1 passed through and a neutral conductor 19 forms. This is with the AC voltage connection 13 can be connected to the mains, eg in a control cabinet, by grounding to a defined zero potential. Optionally, in the neutral conductor 19 Filter elements for the suppression of high-frequency interference ments be included. The generators 14 . 16 are each at a DC voltage branch 17 respectively. 18 and on the neutral conductor 19 connected.

Die Energiezwischenspeicher 6, 7 sind parallel zu jedem Generator 14, 16, jeweils zwischen einem der Gleichspannungszweige 17 bzw. 18 und dem Neutralleiter 19 angeordnet. Sie sind vorzugsweise durch Pufferkondensatoren C1 und C2 gebildet. Parallel zu der Reihenschaltung aus den Energiezwischenspeichern 6 und 7 ist zwischen den Gleichspannungszweigen 17, 18 die Brückenschaltung 8 angeschlossen.The energy caches 6 . 7 are parallel to each generator 14 . 16 , in each case between one of the DC voltage branches 17 respectively. 18 and the neutral conductor 19 arranged. They are preferred example formed by buffer capacitors C1 and C2. Parallel to the series connection of the energy buffers 6 and 7 is between the DC voltage branches 17 . 18 the bridge circuit 8th connected.

Die Brückenschaltung 8 ist als herkömmliche Halbbrücke ausgebildet, die zwei in Reihe miteinander verbundene Schaltereinheiten S1 und S2 aufweist, die mit hohen Frequenzen von bis zu 100 kHz schaltbar sind. Bevorzugterweise werden hierzu verlustarme IGBT-(Insulated Gate Bipolar Transistor) oder MOS-Feldeffekttansistor-Schalter eingesetzt, obwohl auch andere Schalterrealisierungen möglich sind. Parallel zu jeder Schaltereinheit S1, S2 ist eine Freilaufdiode D1 bzw. D2 in entgegengesetzter Durchlassrichtung angeordnet. Der Verbindungspunkt 20 zwischen den Schaltereinheiten S1 und S2 ist über eine Verbindungsleitung 21, die eine Speicherdrossel L enthält, an den Wechselspannungsanschluss 12 angeschlossen.The bridge circuit 8th is formed as a conventional half-bridge having two series-connected switch units S1 and S2, which are switchable at high frequencies of up to 100 kHz. Preferably, low loss IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or MOS field effect transistor switches are used, although other switch implementations are possible. Parallel to each switch unit S1, S2, a freewheeling diode D1 or D2 is arranged in the opposite forward direction. The connection point 20 between the switch units S1 and S2 is via a connecting line 21 , which includes a storage choke L, to the AC voltage terminal 12 connected.

Die Weichenschaltung 9 dient dazu, bei Bedarf auf gesteuerte Weise durch die Speicherdrossel L fließende Ströme umzuleiten. Die Weichenschaltung 9 ist hier durch eine Parallelschaltung zweier Weichenpfade 22, 23 gebildet, die der Brückenschaltung nachgeschaltet, zwischen der Verbindungsleitung 21 und dem Neutralleiter 19 verlaufen. Der Weichenpfad 22 weist ein Schalterelement S3 mit einer auf herkömmliche Weise antiparallel hierzu angeschlossenen Freilaufdiode D3 und eine Gleichrichterdiode D5 auf, die zu der Parallelanordnung aus dem Schalterelement S3 und der Diode D3 in Reihe liegt. Die Durchlassrichtung der Diode D5 weist von dem Neutralleiter 19 zu der Verbindungsleitung 21 hin. In ähnlicher Weise sind in dem Weichenpfad 23 ein Schalterelement S4 mit einer antiparallelen Freilaufdiode D4 sowie eine in Reihe hierzu angeordnete Gleichrichterdiode D6 vorgesehen. Die Anode der Gleichrichterdiode D6 ist mit der Verbindungsleitung 21 verbunden, so dass die Diode D6 in Bezug auf die Gleichrichterdiode D5 die entgegengesetzte Durchlassrichtung aufweist.The switch circuit 9 serves to redirect currents flowing through the storage inductor L in a controlled manner as needed. The switch circuit 9 is here by a parallel connection of two turnout paths 22 . 23 formed downstream of the bridge circuit, between the connecting line 21 and the neutral conductor 19 run. The switch path 22 comprises a switch element S3 having a freewheeling diode D3 connected in antiparallel thereto and a rectifier diode D5 in series with the parallel arrangement of the switch element S3 and the diode D3. The forward direction of the diode D5 points from the neutral conductor 19 to the connection line 21 out. Similarly, in the switch path 23 a switch element S4 provided with an antiparallel freewheeling diode D4 and a rectifier diode D6 arranged in series therewith. The anode of the rectifier diode D6 is connected to the connecting line 21 so that the diode D6 has the opposite forward direction with respect to the rectifier diode D5.

Zur Überwachung und Steuerung der Betriebsweise der Schaltungsanordnung 1 dient die Steuerungseinrichtung 11, die Teil der Schaltung 1 bildet oder auch teilweise in Form einer hiervon gesonderten integrierten Schaltung realisiert sein kann. Es kann auch ein Mikroprozessor oder dgl. verwendet werden. Jedenfalls enthält die Steuerungseinrichtung 11 zwei in Form von Blöcken 24, 26 dargestellte Funktionseinheiten. Der Block 24 kennzeichnet eine Sensoreinrichtung, die dazu dient, Betriebsparameter der Schaltungsanordnung 1 zu erfassen und hierfür kennzeichnende Signale 27 zu liefern. Hierzu enthält die Sensoreinrichtung 24 geeignet eingerichtete, hier zur Vereinfachung der Veranschaulichung nicht näher dargestellte Sensormittel, zu denen bspw. Spannungsmesser zur Erfassung der an den Pufferkondensatoren C1 und C2 anliegenden Gleichspannungen UDC1, UDC2 der Gleichstromkreise, Strommesser zur Erfassung der in den Gleichspannungszweigen 17, 18 durch die Halbbrückenkomponenten S1, D1 bzw. S2, D2 fließenden Ströme I1 bzw. I2, ein Mittel zur Erfassung des durch die Drosselspule L fließenden Stromes IL und/oder Mittel gehören, die die zwischen den Anschlüssen 12 und 13 anfallende Spannung UNETZ erfassen. Natürlich können die hier angegebenen Spannungen oder Ströme anhand allgemein bekannter elektrotechnischer Beziehungen auch aus anderen erfassbaren Teilspannungen oder Teilströmen in der Schaltungsanordnung 1 hergeleitet werden.For monitoring and controlling the operation of the circuit arrangement 1 serves the control device 11 that part of the circuit 1 forms or may be partially realized in the form of a separate integrated circuit thereof. A microprocessor or the like may also be used. In any case, the control device contains 11 two in the form of blocks 24 . 26 illustrated functional units. The block 24 denotes a sensor device which serves to operate parameters of the circuit arrangement 1 to capture and signaling signals for this purpose 27 to deliver. For this purpose, the sensor device contains 24 Suitable equipped, for example, to simplify the illustration not shown sensor means to which, for example. Voltmeter for detecting the voltage applied to the buffer capacitors C1 and C2 DC voltages U DC1 , U DC2 of the DC circuits, ammeters for detecting the in the DC voltage branches 17 . 18 by the half-bridge components S1, D1 and S2, D2 flowing currents I 1 and I 2 , a means for detecting the current flowing through the inductor L current I L and / or means belonging to the between the terminals 12 and 13 accumulating voltage U NETZ capture. Of course, the voltages or currents given here can also be based on generally known electrical relationships from other detectable partial voltages or partial currents in the circuit arrangement 1 be derived.

Der Block 26 kennzeichnet Logikelemente der Steuerungseinrichtung 11, die dazu eingerichtet sind, die von der Sensoreinrichtung 24 gelieferten Signale 27 entgegenzunehmen und zu verarbeiten, um basierend darauf die Schaltereinheiten S1 und S2 der Halbbrücke 8 wie auch die Schalterelemente S3 und S4 der Weichenschaltung 9 geeignet anzusteuern. Dies ist in 1 durch gestrichelt angedeutete Ansteuerungspfade veranschaulicht, von denen einer exemplarisch mit dem Bezugszeichen 28 versehen ist. Die Logikelemente 26 können insbesondere eine Vergleicherlogik, um die gemessenen Spannungen oder Ströme miteinander oder mit vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellenwerten zu vergleichen, sowie eine Entscheidungslogik enthalten, um basierend auf den Ergebnissen der Vergleiche die geeignete Ansteuerungsstrategie zu wählen.The block 26 indicates logic elements of the control device 11 which are adapted to that of the sensor device 24 supplied signals 27 to receive and process based on the switch units S1 and S2 of the half-bridge 8th as well as the switch elements S3 and S4 of the switch circuit 9 suitable to control. This is in 1 illustrated by dashed lines indicated control paths, one of which is exemplified by the reference numeral 28 is provided. The logic elements 26 In particular, comparator logic may be used to compare the measured voltages or currents with one another or with predefined or predefinable threshold values, as well as a decision logic in order to select the suitable control strategy based on the results of the comparisons.

Die Funktionsweise der insoweit beschriebenen erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 ist nachstehend mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben, die vereinfachte Diagramme mit Zeitverläufen wichtigster Spannungen und Ströme sowie Steuerungssignale in der Schaltungsanordnung 1 für den in 1 veranschaulichten Fall der Einspeisung von Energie in ein Netz veranschaulichen. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 funktioniert wie folgt:
Es wird angenommen, dass an den Wechselspannungsanschlüssen eine Wechselspannung UNETZ mit einer Scheitelspannung von √2·230 Volt und einer Frequenz von 50 Hz anliegt, wie sie aus der obersten Diagrammdarstellung in 2 für eine Periode ersichtlich ist. Zur Wechselrichtung der von den Generatoren 14, 16 erzeugten Gleichspannung werden die Schalter S1 bis S4 in Abhängigkeit von der Polarität der Netzspannung UNETZ durch die Steuerungseinrichtung 11 nach einem bestimmten Taktmuster geschlossen und geöffnet. Es sollte beachtet werden, dass aus Übersichtlichkeitsgründen in der Diagrammdarstellung die Tastverhältnisse der Schaltereinheiten S1 und S2 in jeweiligen Zeitabschnitten der Netzspannungshalbwelle beispielhaft eingezeichnet sind. In Wirklichkeit beträgt deren Schaltfrequenz bspw. 16 kHz oder mehr. Vorteilhafterweise wird pro Halbwelle nur eine Schaltereinheit S1 bzw. S2 geschaltet, was die Durchlassverluste minimiert und einen hohen Wirkungsgrad fördert.
The mode of operation of the circuit arrangement described so far 1 is below with reference to 2 and 3 described, the simplified diagrams with time histories of the most important voltages and currents and control signals in the circuit arrangement 1 for the in 1 illustrate illustrated case of feeding energy into a network. The circuit arrangement according to the invention 1 works as follows:
It is assumed that the AC voltage terminals have an AC voltage U NETZ with a peak voltage of √2 · 230 volts and a frequency of 50 Hz, as shown in the uppermost diagram in FIG 2 is visible for a period. To the direction of change of the generators 14 . 16 generated DC voltage, the switches S1 to S4 depending on the polarity of the mains voltage U NETZ by the controller 11 closed and opened after a certain clock pattern. It should be noted that, for reasons of clarity in the diagram representation, the duty cycles of the switch units S1 and S2 are shown by way of example in respective time segments of the mains voltage half-cycle. In reality, their switching frequency is for example 16 kHz or more. Advantageously, only one switch unit S1 or S2 is connected per half-wave, which minimizes the forward losses and promotes high efficiency.

Wie aus 2 zu erkennen, wird in der positiven Halbwelle der Netzspannung UNETZ die Schaltereinheit S1 hochfrequent geschaltet. Ferner ist das Schalterelement S3 in dem Weichenpfad 22 geschlossen, während die Schalter S2 und S4 geöffnet bleiben, so dass ein Stromfluss durch diese verhindert ist. Beim Schließen der Schaltereinheit S1 der Halbbrücke 8 liegt die Spannung UDC1 an der Drosselspule L an, wodurch der Strom IL ansteigt und die Drosselspule aufmagnetisiert wird.How out 2 to recognize the switch unit S1 is switched high frequency in the positive half-wave of the mains voltage U NETZ . Further, the switch element S3 is in the switch path 22 closed, while the switches S2 and S4 remain open, so that a current flow is prevented by this. When closing the switch unit S1 of the half-bridge 8th is the voltage U DC1 to the inductor L, whereby the current I L increases and the inductor is magnetized.

Während der Freilaufphase, wenn die Schaltereinheit S1 geöffnet ist, wird die Drosselspule L abmagnetisiert, wobei der positive Drosselspulenstrom IL weiter fließt, sein Betrag jedoch allmählich abnimmt. Der Drosselspulenstrom IL kommutiert dabei über die geschlossenen Schalter S3 und die Gleichrichterdiode D5 in dem Weichenpfad 22, der als Freilaufpfad dient. Der Drosselspulenstrom IL gelangt nicht zurück zu dem Pufferkondensator C2. Die damit verbundenen Energieverluste und Wirkungsgradverschlechterungen werden wirksam vermieden.During the coasting phase, when the switch unit S1 is opened, the reactor L is demagnetized, the positive reactor current I L continues to flow, but its amount gradually decreases. The inductor current I L commutates via the closed switch S3 and the rectifier diode D5 in the switch path 22 which serves as a freewheeling path. The reactor current I L does not return to the buffer capacitor C2. The associated energy losses and efficiency deteriorations are effectively avoided.

Vorteilhafterweise fällt die Spannung UL in der Freilaufphase lediglich auf den Wert Null ab. Der Spannungshub, der von der Schaltereinheit S1 und der Freilaufdiode D1 bei jedem Takt auszuführen ist, ist somit auf den Wert der Gleichspan nung UDC1 beschränkt und somit relativ gering. Dies rührt daher, weil die Weichenpfade 22, 23 mit dem Neutralleiter 19 verbunden sind, an den auch der Generator 14 und der Pufferkondensator C1 angeschlossen sind.Advantageously, the voltage U L falls in the freewheeling phase only to the value zero. The voltage swing, which is to be executed by the switch unit S1 and the freewheeling diode D1 at each clock, is thus limited to the value of the DC clamping DC DC1 and thus relatively low. This is because the switch paths 22 . 23 with the neutral conductor 19 connected to the generator 14 and the buffer capacitor C1 are connected.

Die Schaltereinheit S1 wird in der positiven Netzspannungshalbwelle wiederholt getaktet, wobei die Schließdauern im Bereich des Scheitelwertes der Netzspannung UNETZ länger sind als in der Nähe deren Nulldurchgänge, um dem jeweiligen Augenblickswert der Netzspannung UNETZ bei der Auf- und Abmagnetisierung der Speicherdrossel L gerecht zu werden. Diese Schalterbetätigung wird durch Pulsweitenmodulation der von der Steuerungseinrichtung 11 gelieferten Ansteuersignale 28 oder durch eine andere geeignete, das Tastverhältnis vorgebende Modulationsart erzielt. Der erzeugte Wechselstrom IL, wie er sich im Verlauf der Taktung im Mittel ergibt und in 2 punktiert angedeutet ist, ist hinsichtlich der Phasenlage und der Amplitude an den Potenzialverlauf der Wechselspannung UNETZ gut angepasst. Gegenüber einer herkömmlichen Vollbrückenschaltung sind die Spannungshübe an der Speicherdrossel L geringer und verursachen eine nur geringe Welligkeit oder verhältnismäßig kleine Rippel in dem Spulenstrom IL. Dadurch ist eine ordnungsgemäße Einspeisung von Energie in das externe Netz möglich.The switch unit S1 is repeatedly clocked in the positive mains voltage half-wave, wherein the closing periods in the range of the peak value of the mains voltage U NETZ are longer than in the vicinity of their zero crossings to the respective instantaneous value of the mains voltage U NETZ in the up and down magnetization of the storage inductor L fair become. This switch operation is performed by pulse width modulation of the control device 11 supplied control signals 28 or by another suitable, the duty cycle predetermining type of modulation achieved. The generated alternating current I L , as it results in the course of the clock average and in 2 is indicated dotted, is well adjusted with respect to the phase angle and the amplitude of the potential profile of the AC voltage U NETZ . Compared to a conventional full bridge circuit, the voltage swings at the storage inductor L are less and cause only a small ripple or relatively small ripple in the coil current I L. This allows a proper feed of energy into the external network.

In analoger Weise wird in der negativen Halbwelle der Netzspannung UNETZ bei geschlossenem Schalterelement S4 in dem Weichenpfad 23 und geöffneten Schaltern S1 und S3 die Schaltereinheit S2 der Halbbrücke 8 geeignet angesteuert. Der Drosselspulenstrom IL fließt im Schließzustand der Schaltereinheit S2 von dem Gleichspannungszweig 18 über diese zu der Drosselspule L, um sie aufzumagnetisieren, während er im Öffnungszustand der Schaltereinheit S2 über den nunmehr als Freilaufpfad dienenden Weichenpfad 23 mit dem geschlossenen Schalterelement S4 kommutiert. Eine Rückführung der Energie in den Pufferkondensator C1 wird wiederum verhindert. Es gelten die obigen Ausführungen zum Betrieb während der positiven Halbwelle entsprechend.In an analogous manner, the mains voltage U NETZ is in the negative half-wave of the switch element S4 in the switch path 23 and opened switches S1 and S3, the switch unit S2 of the half-bridge 8th suitably controlled. The reactor current I L flows in the closed state of the switch unit S2 of the DC branch 18 via these to the choke coil L to magnetize them while in the opening state of the switch unit S2 via the now serving as a freewheel path switch path 23 commutated with the closed switch element S4. A return of the energy in the buffer capacitor C1 is again prevented. The above statements regarding operation during the positive half cycle apply accordingly.

Die Steuerungseinrichtung 11 steuert nicht nur die Brücke 8 und die Weicheneinrichtung 9 im Sinne eines vorteilhaften Betriebs der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1, insbesondere im Freilaufzustand, sondern sorgt darüber hinaus für eine gegebenenfalls erforderliche Leistungskompensation. Wenn bspw. die Generatoren 14, 16 in Form von Fotovoltaik-Generatoren ausgebildet sind, die unterschiedlich stark abgeschattet sind, oder aus sonstigen Gründen, bspw. aufgrund von herstellungsbedingten Toleranzabweichungen unterschiedliche Leistungen abgeben, würde der in das Netz eingespeiste Wechselstrom IL einen Gleichanteil enthalten, der zu verhindern ist. Die Steuerungseinrichtung 11 bewirkt in diesem Fall einen derartigen Energieaustausch zwischen den Generatoren 14 und 16, dass beide in ihrem optimalen Betriebsbereich betrieben werden können.The control device 11 not only controls the bridge 8th and the switch device 9 in the sense of an advantageous operation of the circuit arrangement according to the invention 1 In particular, in the freewheeling state, but also provides for any required power compensation. If, for example, the generators 14 . 16 In the form of photovoltaic generators are formed, which are shaded to different degrees, or for other reasons, for example, give different benefits due to manufacturing tolerances tolerance, the fed into the network AC I L would contain a DC component, which is to be prevented. The control device 11 causes in this case such an energy exchange between the generators 14 and 16 that both can be operated in their optimum operating range.

In 3 ist als Beispiel ein bezüglich des maximal möglichen 50%iger Leistungsausgleich von dem oberen Gleichspannungszweig 17 in den unteren Gleichspannungszweig 18 veranschaulicht. Die unterschiedliche Leistungsabgabe der Generatoren 14, 16 wird bspw. durch die Logikmittel 26 der Steuerungseinrichtung 11 anhand der mit der Sensoreinrichtung 24 erfassten Spannungen UDC1, UDC2 und/oder Ströme I1, I2 festgestellt. Die Logikmittel 26 veranlassen daraufhin, dass das Schalterelement S3 während eines bestimmten Zeitanteils der positiven Halbwelle, der dem benötigten Leistungskompensationsgrad entspricht, geöffnet bleibt. Im Schließzustand der Schaltereinheit S1 ist die Funktionsweise wie oben skizziert. Im Freilaufzustand kommutiert nun aber der Drosselstrom IL nicht über den Weichenpfad 22, sondern über die Freilaufdiode D2 zu dem Pufferkondensator C2 zurück, der dadurch entsprechend aufgeladen wird. Die Hälfte der von dem Generator 14 zugeführten Energie wird von dem oberen 17 auf den unteren Gleichspannungszweig 18 übertragen.In 3 is an example of the maximum possible 50% power compensation from the upper DC branch 17 in the lower DC voltage branch 18 illustrated. The different power output of the generators 14 . 16 is, for example, by the logic means 26 the control device 11 on the basis of the with the sensor device 24 detected voltages U DC1 , U DC2 and / or currents I 1 , I 2 detected. The logic means 26 then cause switch element S3 to remain open during a certain portion of the positive half wave corresponding to the required power compensation level. In the closed state of the switch unit S1, the operation is outlined as above. In the freewheeling state, however, the inductor current I L does not commute via the switch path 22 but via the freewheeling diode D2 back to the buffer capacitor C2, which is thereby charged accordingly. Half of the generator 14 supplied energy is from the top 17 on the lower DC voltage branch 18 transfer.

Während des Leistungsausgleichs erhöhen sich zwar die Spannungspotentialsprünge an der Halbbrücke 8 auf die Summe der Gleichspannungen UDC1 und UDC2, wie aus dem Verlauf der Spannung UL ersichtlich, und die Stromrippel in dem Drosselspulenstrom IL nehmen zu. Dies tritt aber nur während eines Bruchteils lediglich der positiven Halbwelle auf und ist für den Gesamtwirkungsgrad wenig schädlich. Im Gegenzug wird jedoch ein gezielter Leistungsausgleich ermöglicht.Increase during power balancing Although the voltage potential jumps at the half bridge 8th to the sum of the DC voltages U DC1 and U DC2 , as can be seen from the course of the voltage U L , and the current ripple in the inductor current I L increase. However, this only occurs during a fraction of only the positive half wave and is not very harmful to the overall efficiency. In return, however, a targeted compensation is possible.

Ist ein geringerer oder höherer Grad an Leistungskompensation erforderlich, wird die gesamte Öffnungsdauer des Schalterelementes S3 in jeder positiven Halbwelle entsprechend verkürzt bzw. verlängert. Dies kann auch durch mehrmaliges Öffnen und Schließen des Schalters S3 pro Halbwelle bewerkstelligt werden. Ist der Schalter S3 während der gesamten positiven Halbwelle geschlossen bzw. geöffnet, findet kein bzw. maximaler Leistungsausgleich statt. Unabhängig von der Ausgleichsrichtung ist der maximale Leistungsausgleich vom jeweiligen Verhältnis der Gleichspannungen UDC1, UDC2 zu dem Scheitelwert der Netzspannung UNETZ abhängig. Für die hier vorgesehenen Anwendungen, insbesondere Energiegewinnung und -einspeisung mittels in Reihe geschalteter Fotovoltaik- oder Brennstoffzellen-Generatoren, ist das mögliche Maß der Leistungskompensation ausreichend.If a lower or higher degree of power compensation is required, the entire opening duration of the switch element S3 is correspondingly shortened or lengthened in each positive half cycle. This can also be accomplished by repeatedly opening and closing the switch S3 per half-wave. If the switch S3 is closed or opened during the entire positive half-cycle, no or maximum power compensation takes place. Irrespective of the compensation direction , the maximum power compensation depends on the respective ratio of the DC voltages U DC1 , U DC2 to the peak value of the mains voltage U NETZ . For the applications provided here, in particular energy generation and feeding by means of series-connected photovoltaic or fuel cell generators, the possible measure of the power compensation is sufficient.

Ein Leistungsausgleich von dem unteren Gleichspannungszweig 18 in den oberen Gleichspannungszweig 17 wird bei Bedarf entsprechend bewerkstelligt, indem das Schalterelement S4 während eines Teils der negativen Halbwelle der Netzspannung UNETZ geöffnet bleibt und eine Rückkommutierung des Drosselspulenstromes IL auf den Kondensator C1 gezielt ermöglicht wird.A power balance from the lower DC branch 18 in the upper DC voltage branch 17 If required, the switch element S4 remains open during a part of the negative half cycle of the mains voltage U NETZ and a back commutation of the inductor current I L to the capacitor C1 is made possible.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 bildet einen bidirektionalen Umrichter, der auch zur Entnahme von Energie aus einem externen Netz eingerichtet ist. Hierzu sollen die Generatoren 14, 16 in 1 entsprechende Verbraucher kennzeichnen. Die Funktionsweise ist in 4 für den Fall, dass kein Leistungsausgleich stattfindet, und in 5 für den Fall mit Leistungsausgleich veranschaulicht.The circuit arrangement according to the invention 1 forms a bi-directional inverter, which is also set up to extract energy from an external network. For this purpose, the generators 14 . 16 in 1 identify corresponding consumers. The functionality is in 4 in the event that no power equalization takes place, and in 5 illustrated for the case with power compensation.

Es soll zunächst die positive Halbwelle der Netzspannung UNETZ unter der Annahme betrachtet werden, dass sämtliche Schalter S1 bis S4 geöffnet sind. Im Nulldurchgang reicht die Netzspannung UNETZ gegen den Nullleiter 19 nicht aus, um die Drossel L aufzumagnetisieren. Deshalb wird zunächst die Schaltereinheit S2 hochfrequent angesteuert, um im geschlossenen Zustand das Potenzial der Spannung UL jeweils auf nahezu das Potenzial –UDC2 des Gleichspannungszweiges 4 zu bringen, um einen Stromfluss von der Drosselspule L über die Schaltereinheit S2 zu ermöglichen. Dies ergibt einen ansteigenden Strom I2, der zu dem Gleichspannungszweig 18 und dem Kondensator C2 fließt. Im Öffnungszustand der Schaltereinheit S2 stellt sich ein Potential +UDC1 an der Verbindungsleitung 21 ein und der dabei abnehmende Drosselspulenstrom IL fließt über die Freilaufdiode D1 der Halbbrücke 8 auf den Gleichspannungszweig 17, was einen Strom I1 zur Aufladung des Kondensators C1 zur Folge hat, vgl. 4.First, consider the positive half-wave of the mains voltage U NETZ on the assumption that all switches S1 to S4 are open. At zero crossing, the mains voltage U NETZ reaches the neutral conductor 19 not enough to magnetize the inductor L. For this reason, the switch unit S2 is first of all driven in a high-frequency manner in order, in the closed state, to set the potential of the voltage U L to almost the potential -U DC2 of the DC voltage branch 4 to bring about a flow of current from the inductor L via the switch unit S2. This results in a rising current I 2 , which leads to the DC branch 18 and the capacitor C2 flows. In the opening state of the switch unit S2, a potential + U DC1 arises at the connecting line 21 one and the thereby decreasing inductor current I L flows through the freewheeling diode D1 of the half-bridge 8th on the DC branch 17 , which has a current I 1 to charge the capacitor C1 result, see. 4 ,

Sobald die Netzspannung ausreichend groß ist, bleibt die Schaltereinheit S2 geöffnet. Statt dessen wird das Schaltele ment S4 in dem Weichenpfad 23 geschaltet. Im Schließzustand des Schalterelementes S4 wird die Drossel L von der Netzspannung UNETZ aufgeladen. Der Drosselspulenstrom IL fließt über das Schalterelement S4 und wird über den Neutralleiter verlustarm abgeleitet. Im Öffnungszustand des Schalterelementes S4 entlädt sich die Drossel L, wie vorstehend beschrieben, über die Freilaufdiode D1 zu dem Kondensator C1. Auf diese Weise wird ein Verbrauch von Energie aus dem Energiezwischenspeicher 7 über die gesamte Dauer der positiven Halbwelle verhindert. Im Übergangsbereich zwischen der positiven Halbwelle der Netzspannung UNETZ und ihrer negativen Halbwelle wird mangels eines ausreichenden Potenzials wieder auf die oben erläuterte Weise die Schaltereinheit S2 angesteuert.As soon as the mains voltage is sufficiently high, the switch unit S2 remains open. Instead, the switching element S4 is in the switch path 23 connected. In the closed state of the switch element S4, the inductor L is charged by the mains voltage U NETZ . The inductor current I L flows through the switch element S4 and is dissipated via the neutral loss. In the opening state of the switch element S4, the throttle L discharges, as described above, via the freewheeling diode D1 to the capacitor C1. In this way, a consumption of energy from the energy cache 7 prevented over the entire duration of the positive half wave. In the transition region between the positive half-wave of the mains voltage U NETZ and its negative half-wave, the switch unit S2 is driven again in the manner explained above, in the absence of a sufficient potential.

In der negativen Halbwelle der Netzspannung UNETZ wird analog das Schalterelement S3 statt S4 eingesetzt, wobei im Schließzustand des Schalterelementes S3 die Drossel L aufgeladen wird und im Öffnungszustand die Freilaufdiode D2 leitend ist, wodurch der Kondensator C2 aufgeladen wird. Im Bereich des Nulldurchgangs wird auf die gegenüberliegende Schaltereinheit S1 der Halbbrücke 8 zurückgegriffen.In the negative half-wave of the mains voltage U NETZ analogously, the switch element S3 is used instead of S4, wherein in the closed state of the switch element S3, the inductor L is charged and in the open state, the freewheeling diode D2 is conductive, whereby the capacitor C2 is charged. In the region of the zero crossing is on the opposite switch unit S1 of the half-bridge 8th resorted.

In jeder Halbwelle wird lediglich eine Schaltereinheit S1 bzw. S2 der Brückenschaltung 8 geschaltet und, abgesehen von den Netzspannungsnulldurchgängen, eine Rückkommutierung des Stromes zu dem gegenüberliegenden Pufferkondensator C1 bzw. C2 minimiert. Die Spannung UL springt lediglich zwischen den durch die Gleichspannungen vorgegebenen Potenzialen und dem Nullpotential, also zwischen +UDC1 und Null bzw. zwischen –UDC2 und Null. Hierdurch ist die Welligkeit des Drosselspulenstromes IL gering. Folglich ist eine sinusförmige Entnahme von Energie aus dem Wechselspannungsnetz mit geringen Verlusten und hohem Wirkungsgrad möglich. Es ist aber zu beachten, dass bei der Energieentnahme die Dauer des Öffnungszustands der Schalterelemente S3 bzw. S4 in den Weichenpfaden 22, 23 im Bereich des Scheitelwertes der Netzspannung UNETZ durch entsprechende Ansteuerung größer zu wählen ist als in der Nähe der Nulldurchgänge.In each half-wave, only one switch unit S1 or S2 of the bridge circuit 8th and, apart from the line voltage zero crossings, minimizing back commutation of the current to the opposite buffer capacitor C1 or C2. The voltage U L jumps only between the predetermined by the DC voltages potential and the zero potential, ie between + U DC1 and zero or between -U DC2 and zero. As a result, the ripple of the inductor current I L is low. Consequently, a sinusoidal extraction of energy from the AC network with low losses and high efficiency is possible. However, it should be noted that in the energy extraction, the duration of the opening state of the switch elements S3 and S4 in the turnout paths 22 . 23 in the range of the peak value of the mains voltage U NETZ is to be selected larger by appropriate control than in the vicinity of the zero crossings.

Wie 5 veranschaulicht, wird erfindungsgemäß eine Leistungskompensation erreicht, wenn einer der Verbraucher 14, 16 einen größeren Energiebedarf aufweist. Bspw. wird während der positiven Halbwelle der Netzspannung UNETZ das Zeitfenster in der Nähe des Nulldurchganges, in dem S2 getaktet wird, entsprechend verlängert, um eine Entladung des Kondensators C2 mittels des Stromes I2 zu verstärken. Je nach Tastverhältnis zwischen der Taktung der Schaltereinheit S2 und der anschließenden Taktung des Schalterelementes S4 wird pro Halbwelle ein entsprechendes Maß an Energieübertragung von dem unteren 18 in den oberen Gleichspannungszweig 17 erreicht. Ein Leistungsausgleich von dem oberen 17 in den unteren Gleichspannungszweig 18 kann in dem erforderlichen Maße während der negativen Halbwelle der Netzspannung UNETZ durch entsprechende Festlegung des Tastverhältnisses zwischen den Schaltern S1 und S3 erzielt werden.As 5 illustrated, a power compensation is achieved according to the invention, if one of the consumers 14 . 16 has a larger energy requirement. For example. During the positive half cycle of the mains voltage U NETZ, the time window in the vicinity of the zero crossing, in which S2 is clocked, is correspondingly extended in order to amplify a discharge of the capacitor C2 by means of the current I 2 . Depending on the duty cycle between the timing of the switch unit S2 and the subsequent clocking of the switch element S4 per half-wave, a corresponding amount of energy transfer from the lower 18 in the upper DC voltage branch 17 reached. A power balance from the upper one 17 in the lower DC voltage branch 18 can be achieved to the required extent during the negative half cycle of the mains voltage U NETZ by appropriate determination of the duty cycle between the switches S1 and S3.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Modifikationen möglich. Bspw. kann die Schaltungsanordnung 1 erweitert werden, um mehr als zwei in Reihe miteinander verbundene Gleichspannungserzeuger zu verwenden, die dann an mehrere Gleichspannungsanschlüsse anzuschließen sind und für die jeweils ein Energiezwischenspeicher vorzusehen ist. Die Brückenschaltung 8, die Weichenschaltung 9 und die Ansteuerungslogik 26 müssen entsprechend angepasst werden, um ausgehend von den Gleichspannungen an den Energiezwischenspeichern 6, 7 eine Wechselspannung der gewünschten Frequenz und Amplitude zu erzeugen. Umgekehrt kann auch eine Wechselspannung UNETZ eines externen Netzes gleichgerichtet und auf mehrere Verbraucher verteilt werden. Außerdem können in dem Verbindungspfad 21 mehrere Speicherdrosseln L eingefügt sein. An den Wechselspannungsanschlüssen 12, 13 können Filtermittel zur Entstörung vorgesehen sein. Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren kann auch in Form von Firm- oder Software realisiert sein.Numerous modifications are possible within the scope of the invention. For example. can the circuitry 1 be extended to use more than two series-connected DC voltage generator, which are then connect to a plurality of DC terminals and for each of which a temporary energy storage is provided. The bridge circuit 8th , the switch circuit 9 and the control logic 26 must be adjusted accordingly in order to start from the DC voltages at the energy buffers 6 . 7 to generate an AC voltage of the desired frequency and amplitude. Conversely, an AC voltage U NETZ an external network can be rectified and distributed to several consumers. Also, in the connection path 21 be inserted several storage chokes L. At the AC voltage terminals 12 . 13 Filtering agents may be provided for suppression. The control method according to the invention can also be implemented in the form of firmware or software.

Die Dioden D3, D4 schützen den jeweiligen Halbleiter-Schalter S3, S4, können jedoch gegebenenfalls weggelassen werden. Dies insbesondere, wenn integrierte Halbleiter-Schalter mit Rückwärtssperrfähigkeit, bspw. selbstsperrende IGBT-Schalter, eingesetzt werden, sofern diese für hochfrequente Anwendungen geeignet sind.The Protect diodes D3, D4 the respective semiconductor switch S3, S4, can however, if necessary, be omitted. This particular, though integrated semiconductor switch with reverse blocking capability, eg self-locking IGBT switch, used if they are for high-frequency applications are suitable.

Für den ordnungsgemäßen Betrieb muss die Spannung UDC1 bzw. UDC2 in dem jeweiligen Gleichstromkreis größer als der Scheitelwert der Netzspannung UNETZ sein. 6a und 6b zeigen Prinzipdarstellungen von Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Umrichters, die es ermöglichen, auch kleinere Spannungen UDC1 bzw. UDC2 zu nutzen. Die Schaltungsanordnung 1 ist darin zur Vereinfachung lediglich in Form eines Blocks 1 dargestellt.For proper operation, the voltage U DC1 or U DC2 in the respective DC circuit must be greater than the peak value of the mains voltage U NETZ . 6a and 6b show schematic diagrams of developments of the inverter according to the invention, which make it possible to use even smaller voltages U DC1 and U DC2 . The circuit arrangement 1 is merely in the form of a block for simplicity 1 shown.

Bei der in 6a dargestellten Lösung sind in den Gleichspannungszweigen 17, 18 auch als DC-Steller bezeichnete Hochsetzsteller 29a bzw. 29b eingefügt. Derartige Hochsetzsteller sind aus der Technik in unterschiedlichen Formen, bspw. als vorteilhafte Multi-String-Schaltungen, bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert zu werden. Es genügt zu erwähnen, dass jeder Hochsetzsteller 29a, 29b die Aufgabe hat, das Potential der von dem Generator 14 bzw. 16 erzeugten Spannung auf ein für den Betrieb geeignetes Niveau UDC1 bzw. UDC2 anzuheben. Damit können Probleme, die bei Verknüpfung von Ge neratoren unterschiedlicher Typen oder bei starken Teilabschattungen entstehen, mühelos bewältigt werden. Der Umrichter 1 kann im großen Leistungsbereich mit maximalem Ertrag betrieben werden. Der Betrieb der Hochsetzsteller 29a, 29b ist vorzugsweise durch einen Regler geregelt, der Teil der Steuerungseinrichtung 11 sein kann. Vorzugsweise ist ferner parallel zu jedem Hochsetzsteller 29a bzw. 29b ein Schalter S5a bzw. S5b angeordnet, der geschlossen werden kann, um den zugehörigen Hochsetzsteller 29a bzw. 29b bei Nichtgebrauch zu überbrücken. Damit lassen sich Verluste minimieren.At the in 6a The solution shown are in the DC voltage branches 17 . 18 also referred to as a DC controller boost converter 29a respectively. 29b inserted. Such boosters are known from the art in various forms, for example. As advantageous multi-string circuits, and need not be explained in detail here. Suffice it to mention that each boost converter 29a . 29b the job has the potential of the generator 14 respectively. 16 generated voltage to a suitable level for operation U DC1 and U DC2 . This can easily handle problems that arise when linking generators of different types or with strong partial shading. The inverter 1 can be operated in the large power range with maximum yield. The operation of the boost converter 29a . 29b is preferably controlled by a controller, which is part of the control device 11 can be. Preferably, it is also parallel to each boost converter 29a respectively. 29b a switch S5a or S5b, which can be closed to the associated boost converter 29a respectively. 29b to bridge when not in use. This minimizes losses.

Die in 6b veranschaulichte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Umrichters 1 weist anstelle der auf der Gleichspannungsseite angeordneten Hochsetzsteller 29a, 29b auf der Wechselspannungsseite eine Ausblendschaltung 31 auf, die in der zu dem Wechselspannungsanschluss 12 führenden Verbindungsleitung 21 eingefügt ist. Die Schaltung 31 ist hier durch eine Parallelschaltung zweier selbstsperrender IGBT-Schalter S6a, S6b gebildet, die entgegengesetzte Durchlassrichtungen aufweisen. Durch geeignete Ansteuerung der Schalter S6a, S6b kann die Netzspannung UNETZ in Zeiträumen, in denen ihr Augenblickswert die gerade verwendete Gleichspannung UDC1 bzw. UDC2 übersteigt, ausgeblendet werden, um auch in diesen Zeiträumen die Gleichspannungen zu nutzen. Natürlich können auch andere Schaltungen zu diesem Zweck eingesetzt werden. Bspw. können die selbstsperrenden IGBT-Schalter S6a, S6b auch durch andere Schaltertypen mit jeweils in der entsprechenden Durchlassrichtung ausgerichteten Gleichrichterdiode ersetzt werden. Vorteilhafterweise kann die Schaltung 31 einen weiteren Schalter S7 enthalten, um die Schalter S6a, S6b bei Nichtgebrauch zu überbrücken.In the 6b illustrated embodiment of an inverter according to the invention 1 has in place of the arranged on the DC side boost converter 29a . 29b on the AC side a blanking circuit 31 on that in to the AC voltage connection 12 leading connection line 21 is inserted. The circuit 31 is formed here by a parallel connection of two self-blocking IGBT switches S6a, S6b, which have opposite passage directions. By suitable activation of the switches S6a, S6b, the mains voltage U NETZ can be masked out during periods in which its instantaneous value exceeds the DC voltage U DC1 or U DC2 that is currently being used in order to use the DC voltages also in these periods. Of course, other circuits can be used for this purpose. For example. For example, the normally-off IGBT switches S6a, S6b can also be replaced by other types of switches with rectifier diodes each oriented in the corresponding forward direction. Advantageously, the circuit 31 a further switch S7 to bridge the switches S6a, S6b when not in use.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den 7 und 8 veranschaulicht. Soweit Übereinstimmung in Bau und/oder Funktion besteht, wird unter Verwendung gleicher Bezugszeichen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.Further advantageous embodiments of the invention are in the 7 and 8th illustrated. As far as conformity in construction and / or function, reference is made to the above description using the same reference numerals.

7 zeigt auf vereinfachte Weise eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1' in der dreiphasigen Umrichterkonfiguration. Die Schaltungsanordnung 1' enthält drei mit der Schaltungsanordnung 1 nach 1 wie auch untereinander identisch ausgebildete Schaltkreise 1a, 1b, 1c, deren Komponenten durch Hinzufügung der Indizes a, b bzw. c kenntlich gemacht sind. Die Schaltkreise 1a, 1b, 1c sind gemeinsam an den Gleichspannungsanschlüssen 2, 4 angeschlossen, zwischen denen Energieerzeuger oder -verbraucher in Reihe zueinander angeschlossen werden können und zu denen zwei Energiezwischenspeicher 6, 7 in Form von Pufferkondensatoren C1 und C2 jeweils parallel angeordnet sind. Ein dritter Gleichspannungsanschluss 3 ist mit einem Neutralleiter 19 verbunden, der allen Schaltkreisen 1a, 1b, 1c gemeinsam zugeordnet ist und vorzugsweise im Betrieb mit der Erde verbunden ist. Parallel zu den Pufferkondensatoren sind Halbbrückenschaltungen 8a, 8b, 8c angeordnet, von denen die Verbindungsleitungen 21a, 21b, 21c abzweigen, die über Drosselspulen L an die Wechselspannungsanschlüsse 12a, 12b, 12c angeschlossen sind. Zwischen den Verbindungsleitungen 21a, 21b, 21c und der Neutralleitung 19 sind erfindungsgemäße Weichenschaltungen 9a, 9b, 9c vorgesehen. Die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung 11 ist in 7 aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen. 7 shows in a simplified manner a circuit arrangement according to the invention 1' in the three-phase converter configuration. The circuit arrangement 1' contains three with the circuitry 1 to 1 as well as mutually identical formed circuits 1a . 1b . 1c whose components are identified by adding the indices a, b and c, respectively. The circuits 1a . 1b . 1c are common to the DC terminals 2 . 4 connected between which energy producers or consumers can be connected in series with each other and to which two intermediate energy storage 6 . 7 are arranged in parallel in the form of buffer capacitors C1 and C2. A third DC voltage connection 3 is with a neutral conductor 19 connected to all circuits 1a . 1b . 1c is assigned together and is preferably connected in operation with the earth. Parallel to the buffer capacitors are half-bridge circuits 8a . 8b . 8c arranged, of which the connecting lines 21a . 21b . 21c branch off, which via inductors L to the AC voltage connections 12a . 12b . 12c are connected. Between the connecting lines 21a . 21b . 21c and the neutral line 19 are switch circuits according to the invention 9a . 9b . 9c intended. The control device according to the invention 11 is in 7 omitted for clarity.

Hinsichtlich der genauen Anordnung und Ausgestaltung einzelner Komponenten der Schaltkreise 1a, 1b, 1c, insbesondere der Halbbrücken 8a, 8b, 8c und der Weichenschaltungen 9a, 9b, 9c, sowie deren Funktionsweise wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach 1 ver wiesen. Es soll hier nur kurz erwähnt werden, dass die Schaltungsanordnung 1' sowohl zur Wechselrichtung, um aus den Gleichspannungen UDC1 und UDC2 einen dreiphasigen Wechselstrom (sog. Drehstrom) zu erzeugen, als auch zur Gleichrichtung verwendet werden kann, um ausgehend von einem von außen eingespeisten Drehstrom die Gleichspannungen UDC1 und UDC2 zu erzeugen. Dabei steuert die Steuerungseinrichtung 11 die Halbbrücken- und Weichenschaltungen 8a und 9a, 8b und 9b sowie 8c und 9c entsprechend dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren geeignet an, um entweder zueinander jeweils um 120° phasenverschobene Drosselströme ILa, ILb und ILc zu erzeugen, die in das Drehstromnetz eingespeist werden, oder um dem Drehstromnetz in vorteilhafter Weise hinsichtlich der Phasenlage und des Oberschwingungsgehalts Energie zur Versorgung der Gleichspannungsverbraucher zu entnehmen. Vorteilhafterweise wird pro Phase Ua, Ub, Uc und Halbwelle nur ein Brückenschalter S1a, S1b, S1c bzw. S2a, S2b, S2c hochfrequent geschaltet. Ferner kann in beiden Fällen eine Rückkommutierung der Drosselspulenströme zu den Pufferkondensatoren C1 und C2 im Freilaufzustand verhindert und bedarfsweise eine Leistungskompensation zwischen den Gleichspannungszweigen 17 und 18 durchgeführt werden. Außerdem ist es möglich, bei Verwendung von Elektrolytkondensatoren auf eine Symmetrierung, die normalerweise für einen dreiphasigen Umrichter mit drei Brückenzweigen zwingend erforderlich ist, zu verzichten, weil die notwendige Gleichspannung UDC1 bzw. UDC2 lediglich Werte im Bereich der wirtschaftlichen Verfügbarkeit von Elektrolytkondensatoren annimmt.With regard to the exact arrangement and design of individual components of the circuits 1a . 1b . 1c , in particular the half-bridges 8a . 8b . 8c and the switch circuits 9a . 9b . 9c , as well as their operation is based on the above statements in connection with the embodiment 1 proven. It should be mentioned here only briefly that the circuit arrangement 1' both to the AC direction to generate from the DC voltages U DC1 and U DC2 a three-phase AC (so-called. Three-phase), and can be used for rectification, to generate starting from a three-phase supplied from the outside DC voltages U DC1 and U DC2 . In this case, the control device controls 11 the half-bridge and switch circuits 8a and 9a . 8b and 9b such as 8c and 9c according to the control method according to the invention suitable to generate either to each 120 ° phase-shifted inductor currents I La , I Lb and I Lc , which are fed into the three-phase network, or to the three-phase network in an advantageous manner with respect to the phase position and the harmonic energy supply to remove the DC consumer. Advantageously, only one bridge switch S1a, S1b, S1c or S2a, S2b, S2c is switched to high-frequency per phase Ua, Ub, Uc and half-wave. Furthermore, in both cases, a Rückkommutierung the choke currents to the buffer capacitors C1 and C2 prevented in the freewheeling state and, if necessary, a power compensation between the DC voltage branches 17 and 18 be performed. In addition, it is possible to dispense with the use of electrolytic capacitors on a balancing, which is normally mandatory for a three-phase inverter with three bridge arms , because the necessary DC voltage U DC1 and U DC2 only assumes values in the range of economic availability of electrolytic capacitors.

Bei der in 8 veranschaulichten Weiterbildung der Ausführungsform nach 7 ist an der Gleichspannungsseite des Umrichters 1' ein weiterer Inverter 1'' angeschlossen. Der durch Energieentnahme aus dem Drehstromnetz mit dem Umrichter 1' erzeugte Gleichstrom oder die Gleichspannung wird mittels des Inverters 1'' in einen zum Antrieb eines Motors geeigneten Drehstrom umgewandelt. Der Inverter 1'' kann beliebig ausgestaltet werden, ist jedoch vorzugsweise mit dem Umrichter 1' identisch ausgebildet und weist ebenfalls eine Weichenschaltung 9 auf, um Verluste im Betrieb zu minimieren und Leistung ausgleichen zu können. Vorteilhafterweise ist der Umrichter 1'' unmittelbar an den Neutralleiter angebunden, wodurch das Auftreten durch die Taktung der Schalter verursachter Spannungsschwankungen und damit verbundener elektromagnetischer Störsignale minimiert. Durch geringere Spannungshübe an den Wicklungsanschlüssen von Motoren ist z. B. deren Isolationsbelastung deutlich verringert. Die Schaltungsanordnung nach 8 kann auch zur Speisung eines externen Drehstromnetzes mittels eines Drehstromgenerators eingesetzt werden.At the in 8th illustrated embodiment of the embodiment according to 7 is on the DC side of the inverter 1' another inverter 1'' connected. The by energy extraction from the three-phase network with the inverter 1' generated DC or DC voltage is by means of the inverter 1'' converted into a suitable for driving a motor three-phase current. The inverter 1'' can be configured arbitrarily, but is preferably with the inverter 1' identically formed and also has a switch circuit 9 in order to minimize losses in operation and to be able to compensate for their performance. Advantageously, the inverter 1'' connected directly to the neutral conductor, whereby the occurrence caused by the timing of the switch voltage fluctuations and associated electromagnetic interference minimized. Due to lower voltage strokes at the winding terminals of motors z. B. their insulation burden significantly reduced. The circuit arrangement 8th can also be used to power an external three-phase system by means of an alternator.

Eine Schaltungsanordnung 1 für einen bidirektionalen Umrichter weist in einer einphasigen Konfiguration zwei zwischen Gleichspannungszweigen 17, 18 in Reihe miteinander verbundene Gleichspannungserzeuger oder -verbraucher 14, 16 auf, deren Verbindungspunkt an einen Neutralleiter 19 angeschlossen ist und zu denen parallel Energiezwischenspeicher 6, 7 sowie eine zwischen den Gleichspannungszweigen 17, 18 angeordnete Brückenschaltung 8 angeschlossen sind. Die Brückenschaltung 8 ist als Halbbrücke mit zwei in Reihe miteinander verbundenen Schaltereinheiten S1, S2 ausgeführt, zu denen jeweils eine Freilaufdiode D1, D2 antiparallel geschaltet ist. Der Mittelabgriff 20 der Brückenschaltung 8 ist über eine Verbindungsleitung 21, die eine Speicherdrossel L enthält, mit einem ersten Wechselspannungsanschluss 12 verbunden, während der Neutralleiter 19 mit einem zweiten Wechselspannungsanschluss 13 verbunden ist. Zwischen der Verbindungsleitung 21 und dem Neutralleiter 19 ist eine Weichenschaltung 9 mit Schalterelementen S3, S4 angeordnet. Eine Steuerungseinrichtung 11 steu ert die Weichenschaltung 9 in Abhängigkeit von erfassten Betriebsbedingungen oder gemäß einem festgelegten Taktschema an, um bedarfsweise eine Kommutierung des im Freilaufzustand durch die Speicherdrossel L fließenden Stromes zu den Zwischenspeichern 6, 7 zu verhindern und/oder eine Leistungskompensation zwischen den Gleichspannungszweigen 17, 18 zu bewerkstelligen. In einer Weiterbildung ist eine dreiphasige Umrichterkonfiguration geschaffen.A circuit arrangement 1 for a bidirectional inverter, in a single-phase configuration, has two between DC voltage branches 17 . 18 series-connected DC voltage generators or consumers 14 . 16 on, whose connection point to a neutral conductor 19 is connected and to which parallel energy cache 6 . 7 and one between the DC voltage branches 17 . 18 arranged bridge circuit 8th are connected. The bridge circuit 8th is designed as a half-bridge with two interconnected in series switch units S1, S2, to each of which a freewheeling diode D1, D2 is connected in anti-parallel. The center tap 20 the bridge circuit 8th is via a connection line 21 comprising a storage choke L having a first AC voltage terminal 12 connected while the neutral conductor 19 with a second AC voltage connection 13 connected is. Between the connection line 21 and the neutral conductor 19 is a switch circuit 9 arranged with switch elements S3, S4. A control device 11 controls the switch circuit 9 in response to detected operating conditions or according to a fixed timing scheme to, if necessary, a commutation of the flowing in the freewheeling state through the storage inductor L current to the latches 6 . 7 to prevent and / or a power compensation between the DC voltage branches 17 . 18 to accomplish. In a further development, a three-phase Umrichterkonfigu ration created.

Claims (18)

Schaltungsanordnung (1) zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom oder von Wechselstrom in Gleichstrom, mit wenigstens drei Gleichspannungsanschlüssen (2, 3, 4), zu denen wenigstens zwei Gleichspannungszweige (17, 18) und ein Neutralleiter (19) gehören, mit Energiezwischenspeichern (6, 7), die jeweils zwischen einem Gleichspannungszweig (17, 18) und dem Neutralleiter (19) angeschlossen sind, mit einer zwischen den Gleichspannungszweigen (17, 18) angeordneten Brückenschaltung (8), die pro Phase zwei Schaltereinheiten (S1, S2) aufweist, die über einen Verbindungspunkt (20), der einen Mittelabgriff der Brückenschaltung (8) bildet, in Reihe miteinander verbunden sind und zu denen jeweils eine Freilaufdiode (D1, D2) antiparallel geschaltet ist, mit pro Phase zwei Wechselspannungsanschlüssen (12, 13), von denen einer (13) mit dem Neutralleiter (19) verbunden ist, während der andere (12) pro Phase über eine Verbindungsleitung (21), in der jeweils eine Speicherdrossel (L) enthalten ist, mit dem jeweiligen Mittelabgriff (20) der Brückenschaltung (8) verbunden ist, wobei an den Wechselspannungsanschlüssen (12, 13) eine Wechselspannung (UNETZ) mit einer Amplitude und Frequenz anliegt, mit einer Weichenschaltung (9), die pro Phase zwischen der Verbindungsleitung (21) und dem Neutralleiter (19) angeschlossene Weichenpfade (22, 23) und in den Weichenpfaden (22, 23) vorgesehene Schalterelemente (S3, S4) aufweist, die ge steuert schaltbar sind, um einen Stromfluss durch die Weichenpfade (22, 23) zu ermöglichen oder zu verhindern, und mit einer Steuerungseinrichtung (11), die für den Fall einer Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom dazu eingerichtet ist, während einer Halbwelle der Wechselspannung (UNETZ) eine der jeweiligen Halbwelle zugeordnete Schaltereinheit (S1, S2) hochfrequent zu schalten, um im Schließzustand der Schaltereinheit (S1, S2) die Speicherdrossel (L) aufzumagnetisieren, während ein der jeweiligen Halbwelle zugeordnetes Schalterelement (S3, S4) der Weichenschaltung (9) geschlossen ist, um im Öffnungszustand der Schaltereinheit (S1, S2) den durch die Speicherdrossel (L) getriebenen Strom durch den zugehörigen Weichenpfad (22, 23) zu leiten und eine Kommutierung des Stromes zu den Energiezwischenspeichern (6, 7) im Wesentlichen zu verhindern (2), und anhand erfasster Betriebsbedingungen (UDC1, UDC2, I1, I2) einen Leistungskompensationsbedarf zwischen den Gleichspannungszweigen (17, 18) festzustellen und bedarfsweise das geschlossene Schalterelement (S3, S4) während eines bestimmten Zeitanteils der Halbwelle, der dem benötigten Leistungskompensationsgrad entspricht, zu öffnen, um im Öffnungszustand der Schaltereinheit (S1, S2) den Strom über eine der jeweiligen Halbwelle zugeordnete Freilaufdiode (D1, D2) zu einem der Energiezwischenspeicher (C1, C2) zurückzuleiten, um diesen aufzuladen und dadurch eine Leistungskompensation zu bewerkstelligen (3), oder für den Fall einer Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom dazu eingerichtet ist, während einer Halbwelle der Wechselspannung (UNETZ) im Wesentlichen ein der jeweiligen Halbwelle zugeordnetes Schaltelement (S3, S4) der Weichenschaltung (9) hochfrequent zu schalten, um im Schließzustand des Schaltelementes (S3, S4) die Speicherdrossel (L) aufzumagnetisieren und den durch die Speicherdrossel (L) fließenden Strom über den zugehörigen Weichenpfad (22, 23) zu leiten, wobei im Öffnungszustand des Schalterelementes (S3, S4) der Strom durch eine der jeweiligen Halbwelle zugeordnete Freilaufdiode (D1, D2) zu einem der Gleichspannungszweige (17, 18) fließt und den jeweiligen Energiezwischenspeicher (6, 7) auf lädt (4), und anhand erfasster Betriebsbedingungen (UDC1, UDC2, I1, I2) einen Leistungskompensationsbedarf festzustellen und bedarfsweise anstelle des Schalterelementes (S3, S4) der Weichenschaltung (9) eine der jeweiligen Halbwelle zugeordnete Schaltereinheit (S1, S2) der Brückenschaltung (8) während eines bestimmten Zeitanteils der Halbwelle, der dem benötigten Leistungskompensationsgrad entspricht, hochfrequent zu schalten, um im Schließzustand der Schaltereinheit (S1, S2) den Strom zu dem dem jeweiligen Energiezwischenspeicher (6, 7) gegenüberliegenden Energiezwischenspeicher (6, 7) zu leiten, um diesen zu entladen und dadurch eine Leistungskompensation zwischen den Gleichspannungszweigen (17, 18) zu bewerkstelligen (5).Circuit arrangement ( 1 ) for converting direct current into alternating current or from alternating current into direct current, with at least three direct voltage connections ( 2 . 3 . 4 ), to which at least two DC voltage branches ( 17 . 18 ) and a neutral conductor ( 19 ), with energy buffers ( 6 . 7 ), each between a DC voltage branch ( 17 . 18 ) and the neutral conductor ( 19 ), with one between the DC voltage branches ( 17 . 18 ) bridge circuit ( 8th ), which has two switch units (S1, S2) per phase, which are connected via a connection point ( 20 ), which has a center tap of the bridge circuit ( 8th ) are connected in series with each other and to each of which a freewheeling diode (D1, D2) is connected in anti-parallel, with per phase two AC voltage terminals ( 12 . 13 ), one of which ( 13 ) with the neutral conductor ( 19 ), while the other ( 12 ) per phase via a connecting line ( 21 ), in each of which a storage throttle (L) is included, with the respective center tap ( 20 ) of the bridge circuit ( 8th ), wherein at the AC voltage terminals ( 12 . 13 ) an alternating voltage (U NETZ ) with an amplitude and frequency is applied, with a switch circuit ( 9 ), the per phase between the connecting line ( 21 ) and the neutral conductor ( 19 ) connected turnout paths ( 22 . 23 ) and in the turnouts ( 22 . 23 ) provided switch elements (S3, S4), the ge controls are switchable to a current flow through the turnout paths ( 22 . 23 ) or with a control device ( 11 ) which, in the case of a conversion from direct current into alternating current, is set up to switch a switching unit (S1, S2) assigned to the respective half- cycle during a half-wave of the alternating voltage (U NETZ ) in a high-frequency manner, in order to switch the switching unit (S1, S2) in the closed state to magnetize the storage inductor (L), while one of the respective half-wave associated switch element (S3, S4) of the points circuit ( 9 ) is closed, in the opening state of the switch unit (S1, S2), the current through the storage choke (L) through the associated switch path ( 22 . 23 ) and commutation of the current to the energy buffers ( 6 . 7 ) substantially ( 2 ), and based on detected operating conditions (U DC1 , U DC2 , I 1 , I 2 ) a power compensation requirement between the DC voltage branches ( 17 . 18 ) and, if necessary, to open the closed switch element (S3, S4) during a certain time proportion of the half-wave corresponding to the required power compensation degree, in order to open the current through a freewheeling diode (D1, S1, S2) associated with the respective half-cycle in the opening state of the switch unit (S1, S2). D2) to one of the intermediate energy buffers (C1, C2) in order to charge it and thereby achieve power compensation ( 3 ), or, in the case of a conversion of alternating current into direct current, during a half-wave of the alternating voltage (U NETZ ) substantially a switching element (S3, S4) of the point circuit ( 9 ) high-frequency switch in order to magnetize the storage inductor (L) in the closed state of the switching element (S3, S4) and the current flowing through the storage inductor (L) via the associated switch path ( 22 . 23 ), wherein in the opening state of the switch element (S3, S4), the current through one of the respective half-wave associated freewheeling diode (D1, D2) to one of the DC voltage branches ( 17 . 18 ) and the respective energy buffer ( 6 . 7 ) loads ( 4 ), and on the basis of detected operating conditions (U DC1 , U DC2 , I 1 , I 2 ) determine a power compensation requirement and, if necessary, instead of the switch element (S3, S4) of the point circuit ( 9 ) one of the respective half-wave associated switch unit (S1, S2) of the bridge circuit ( 8th ) during a certain time proportion of the half-wave, which corresponds to the required power compensation degree, to switch high-frequency, in the closed state of the switch unit (S1, S2) the current to the respective energy buffer ( 6 . 7 ) opposite energy buffer ( 6 . 7 ) in order to discharge it and thereby provide a power compensation between the DC voltage branches ( 17 . 18 ) ( 5 ). Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen transformatorlosen Umrichter mit Halbleiter-Schaltelementen bildet.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized that they have a transformerless inverter with semiconductor switching elements forms. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Gleichspannungsanschlüssen (17, 18) zwei Gleichspannungsgeneratoren (14, 16) angeschlossen sind, die in Reihe zueinander geschaltet sind, und die Schaltungsanordnung (1) zur Einspeisung von Energie in ein Netz eingesetzt wird.Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that between the DC voltage terminals ( 17 . 18 ) two DC generators ( 14 . 16 ) connected in series with one another, and the circuit arrangement ( 1 ) is used to feed energy into a network. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Gleichspannungsanschlüssen (17, 18) zwei Gleichspannungsverbraucher (14, 16) angeschlossen sind, die in Reihe zueinander geschaltet sind, und die Schaltungsanordnung (1) zur Entnahme von Energie aus einem Wechselspannungsnetz eingesetzt wird.Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that between the DC voltage terminals ( 17 . 18 ) two DC consumers ( 14 . 16 ) connected in series with one another, and the circuit arrangement ( 1 ) is used for the removal of energy from an AC voltage network. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine einphasige Umrichterkonfiguration bildet.Circuit arrangement according to claim 1, since characterized in that it forms a single-phase converter configuration. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine dreiphasige Umrichterkonfiguration bildet.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized that it forms a three-phase converter configuration. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Weichenpfad (22, 23) ein Schalterelement (S3, S4) und eine in Reihe geschaltete Gleichrichterdiode (D5, D6) vorgesehen ist, wobei die Gleichrichterdioden (D5, D6) zueinander in entgegengesetzter Durchlassrichtung geschaltet sind.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that in each switch path ( 22 . 23 ), a switch element (S3, S4) and a rectifier diode connected in series (D5, D6) is provided, wherein the rectifier diodes (D5, D6) are connected to each other in the opposite forward direction. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (11) dazu eingerichtet ist, Betriebsbedingungen zu erfassen und die Weichenschaltung in Abhängigkeit von den erfassten Betriebsbedingungen anzusteuern.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that the control device ( 11 ) is adapted to detect operating conditions and to control the switch circuit depending on the detected operating conditions. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (11) zur Erfassung von die Betriebsbedingungen kennzeichnender Parameter eine Sensoreinrichtung (24), einschließlich Sensormittel zur Erfassung der an den Energiezwischenspeichern (6, 7) anliegenden Spannungen, der in den Gleichspannungszweigen (17, 18) fließenden Ströme und/oder der an den Wechselspannungsanschlüssen (12, 13) anliegenden Wechselspannung, aufweist.Circuit arrangement according to Claim 8, characterized in that the control device ( 11 ) for detecting parameters characterizing the operating conditions, a sensor device ( 24 ), including sensor means for detecting the energy buffers ( 6 . 7 ) in the DC voltage branches ( 17 . 18 ) flowing currents and / or at the AC voltage terminals ( 12 . 13 ) applied AC voltage having. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (11) eine Logik (26) aufweist, die dazu dient, die erfassten Parameter (27) miteinander und gegebenenfalls mit vorgebbaren Schwellenwerten zu vergleichen und basierend auf dem Vergleich die Schalterelemente (S3, S4) der Weichenschaltung (9) zu schalten.Circuit arrangement according to Claim 9, characterized in that the control device ( 11 ) a logic ( 26 ), which serves to capture the detected parameters ( 27 ) and, if appropriate, with predefinable threshold values and based on the comparison, the switch elements (S3, S4) of the point circuit ( 9 ) to switch. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Logik (26) ferner dazu eingerichtet ist, eine Leistungskompensation derart zu veranlassen, dass an den Gleichspannungsanschlüssen (2, 3, 4) in Reihe zueinander angeschlossene Gleichspannungsgeneratoren oder -verbraucher (14, 16) im Wesentlichen in ihrem optimalen Betriebspunkt betrieben werden.Circuit arrangement according to Claim 10, characterized in that the logic ( 26 ) is further arranged to cause a power compensation such that at the DC voltage terminals ( 2 . 3 . 4 ) in series with each other connected DC generators or consumers ( 14 . 16 ) are operated substantially at their optimum operating point. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf der Gleichstromseite mit wenigstens einem weiteren Inverter (1'') verbunden ist.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that it is arranged on the DC side with at least one further inverter ( 1'' ) connected is. Verfahren zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom oder von Wechselstrom in Gleichstrom mit einer Schaltungsanordnung (1), zu der gehören: wenigstens zwei Gleichspannungszweige (17, 18) und ein Neutralleiter (19), Energie zwischenspeicher (6, 7), die jeweils zwischen einem Gleichspannungszweig (17, 18) und dem Neutralleiter (19) angeschlossen sind, eine zwischen den Gleichspannungszweigen (17, 18) angeordnete Brückenschaltung (8), die pro Phase zwei Schaltereinheiten (S1, S2) aufweist, die über einen Verbindungspunkt (20), der einen Mittelabgriff der Brückenschaltung (8) bildet, in Reihe miteinander verbunden sind und zu denen jeweils eine Freilaufdiode (D1, D2) antiparallel geschaltet ist, und pro Phase zwei Wechselspannungsanschlüsse (12, 13), von denen einer (13) mit dem Neutralleiter (19) verbunden ist, während der andere (12) pro Phase über eine Verbindungsleitung (21), in der jeweils eine Speicherdrossel (L) enthalten ist, mit dem jeweiligen Mittelabgriff (20) der Brückenschaltung (8) verbunden ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Vorsehen von Weichenpfaden (22, 23) pro Phase zwischen der Verbindungsleitung (21) und dem Neutralleiter (19) mit in den Weichenpfaden (22, 23) enthaltenen Schalterelementen (S3, S4), die gesteuert schaltbar sind, um einen Stromfluss durch die Weichenpfade (22, 23) zu ermöglichen oder zu verhindern, Erfassen von Betriebsparametern, die an den Energiezwischenspeichern (6, 7) anliegende Gleichspannungen, in den Gleichspannungszweigen (17, 18) fließende Ströme und/oder eine an den Wechselspannungsanschlüssen (12, 13) anliegende Wechselspannung (UNETZ) kennzeichnen, und Steuern der Stromflüsse durch die Weichenpfade (22, 23) in Abhängigkeit von den erfassten Betriebsbedingungen derart, dass für den Fall einer Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom während einer Halbwelle der Wechselspannung (UNETZ) eine der jeweiligen Halbwelle zugeordnete Schalter einheit (S1, S2) hochfrequent geschaltet wird, um im Schließzustand der Schaltereinheit (S1, S2) die Speicherdrossel (L) aufzumagnetisieren, während ein der jeweiligen Halbwelle zugeordnetes Schalterelement (S3, S4) der Weichenschaltung (9) geschlossen ist, um im Öffnungszustand der Schaltereinheit (S1, S2) den durch die Speicherdrossel (L) getriebenen Strom durch den zugehörigen Weichenpfad (22, 23) zu leiten und eine Kommutierung des Stromes zu den Energiezwischenspeichern (6, 7) im Wesentlichen zu verhindern (2), und anhand erfasster Betriebsbedingungen (UDC1, UDC2, I1, I2) ein Leistungskompensationsbedarf zwischen den Gleichspannungszweigen (17, 18) festgestellt und bedarfsweise das geschlossene Schalterelement (S3, S4) während eines bestimmten Zeitanteils der Halbwelle, der dem benötigten Leistungskompensationsgrad entspricht, geöffnet wird, um im Öffnungszustand der Schaltereinheit (S1, S2) den Strom über eine der jeweiligen Halbwelle zugeordnete Freilaufdiode (D1, D2) zu einem der Energiezwischenspeicher (C1, C2) zu leiten, um diesen aufzuladen und dadurch Leistung zwischen den Gleichspannungszweigen (17, 18) auszugleichen (3), oder für den Fall einer Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom während einer Halbwelle der Wechselspannung (UNETZ) im Wesentlichen ein der jeweiligen Halbwelle zugeordnetes Schaltelement (S3, S4) der Weichenschaltung (9) hochfrequent geschaltet wird, um im Schließzustand des Schalterelementes (S3, S4) die Speicherdrossel (L) aufzumagnetisieren und den durch die Speicherdrossel (L) fließenden Strom über den zugehörigen Weichenpfad (22, 23) zu leiten, wobei im Öffnungszustand des Schalterelementes (S3, S4) der Strom über eine der jeweiligen Halbwelle zugeordnete Freilaufdiode (D1, D2) zu einem der Gleichspannungszweige (17, 18) fließt und den jeweiligen Energiezwischenspeicher (6, 7) auflädt (4), und anhand erfasster Betriebsbedingungen (UDC1, UDC2, I1, I2) ein Leistungskompensationsbedarf festgestellt und bedarfsweise anstelle des Schalterelementes (S3, S4) der Weichenschaltung (9) eine der jeweiligen Halbwelle zugeordnete Schaltereinheit (S1, S2) der Brückenschaltung (8) während eines bestimmten Zeitanteils der Halbwelle, der dem benötigten Leistungskompensationsgrad entspricht, hochfrequent geschaltet wird, um im Schließzustand der Schaltereinheit (S1, S2) den Strom zu dem dem jeweiligen Energiezwischenspeicher (6, 7) gegenüberliegenden Energiezwischenspeicher (6, 7) zu leiten, um diesen zu entladen und dadurch Leistung zwischen den Gleichspannungszweigen (17, 18) auszugleichen (5).Method for converting direct current into alternating current or from alternating current into direct current with a circuit arrangement ( 1 ), which includes: at least two DC voltage branches ( 17 . 18 ) and a neutral conductor ( 19 ), Energy cache ( 6 . 7 ), each between a DC voltage branch ( 17 . 18 ) and the neutral conductor ( 19 ), one between the DC voltage branches ( 17 . 18 ) arranged bridge circuit ( 8th ), which has two switch units (S1, S2) per phase, which are connected via a connection point ( 20 ), which has a center tap of the bridge circuit ( 8th ) are connected in series with each other and to each of which a freewheeling diode (D1, D2) is connected in antiparallel, and per phase two AC voltage terminals ( 12 . 13 ), one of which ( 13 ) with the neutral conductor ( 19 ), while the other ( 12 ) per phase via a connecting line ( 21 ), in each of which a storage throttle (L) is included, with the respective center tap ( 20 ) of the bridge circuit ( 8th ), the method comprising the steps of: providing switch paths ( 22 . 23 ) per phase between the connecting line ( 21 ) and the neutral conductor ( 19 ) in the turnout paths ( 22 . 23 ) switch elements (S3, S4), which are controlled switchable to a flow of current through the switch paths ( 22 . 23 ) to enable or prevent the acquisition of operating parameters that occur at the energy buffers ( 6 . 7 ) applied DC voltages, in the DC voltage branches ( 17 . 18 ) flowing currents and / or one of the AC voltage terminals ( 12 . 13 ) AC voltage present (U NETZ ), and controlling the flow of electricity through the switch paths ( 22 . 23 ) in response to the detected operating conditions such that in the case of a conversion of direct current into alternating current during a half-wave of the alternating voltage (U NETZ ) one of the respective half-wave associated switch unit (S1, S2) is switched to high frequency, in the closed state of the switch unit ( S1, S2) to magnetize the storage inductor (L), while one of the respective half-wave associated switch element (S3, S4) of the points circuit ( 9 ) is closed, in the opening state of the switch unit (S1, S2), the current through the storage choke (L) through the associated switch path ( 22 . 23 ) and commutation of the current to the energy buffers ( 6 . 7 ) substantially ( 2 ), and based on detected operating conditions (U DC1 , U DC2 , I 1 , I 2 ) a power compensation requirement between the DC voltage branches ( 17 . 18 ) and if necessary, the closed switch element (S3, S4) during a certain time proportion of the half-wave, which corresponds to the required Leistungskompompations degree, is opened, in the opening state of the switch unit (S1, S2) the current via a respective half-wave associated freewheeling diode (D1, D2) to one of the energy buffers (C1, C2) to charge it and thereby power between the DC chip branches ( 17 . 18 ) compensate ( 3 ), or in the case of a conversion of alternating current into direct current during a half-wave of the alternating voltage (U NETZ ) substantially one of the respective half-wave associated switching element (S3, S4) of the point circuit ( 9 ) is switched high-frequency, in order to magnetize the storage inductor (L) in the closed state of the switch element (S3, S4) and the current flowing through the storage inductor (L) via the associated switch path ( 22 . 23 ), wherein in the opening state of the switch element (S3, S4), the current via one of the respective half-wave associated freewheeling diode (D1, D2) to one of the DC voltage branches ( 17 . 18 ) and the respective energy buffer ( 6 . 7 ) ( 4 ), and determined on the basis of detected operating conditions (U DC1 , U DC2 , I 1 , I 2 ) a power compensation need and, if necessary, instead of the switch element (S3, S4) of the points circuit ( 9 ) one of the respective half-wave associated switch unit (S1, S2) of the bridge circuit ( 8th ) is high-frequency switched during a certain time proportion of the half-wave, which corresponds to the required power compensation degree, in order, in the closed state of the switch unit (S1, S2), to supply the current to the respective energy buffer ( 6 . 7 ) opposite energy buffer ( 6 . 7 ) in order to discharge it, thereby reducing power between the DC voltage branches ( 17 . 18 ) compensate ( 5 ). Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Gleichspannungszweigen (17, 18) und dem Neutralleiter (19) Gleichspannungsquellen (14, 16) angeschlossen und diese jeweils im Wesentlichen an ihrem optimalen Betriebspunkt betrieben werden, um Energie in ein Netz zu speisen.Method according to claim 13, characterized in that between the DC voltage branches ( 17 . 18 ) and the neutral conductor ( 19 ) DC voltage sources ( 14 . 16 ) and these are each operated substantially at their optimum operating point to feed energy into a grid. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Gleichspannungszweigen (17, 18) und dem Neutralleiter Gleichspannungssenken (14, 16) angeschlossen und diese jeweils im Wesentlichen an ihrem optimalen Betriebspunkt betrieben werden, um einem Netz Energie zu entnehmen.Method according to claim 13, characterized in that between the DC voltage branches ( 17 . 18 ) and the neutral conductor DC voltage sinks ( 14 . 16 ) and these are each operated substantially at their optimum operating point to draw energy from a network. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zeitfenster im Bereich des Nulldurchgangs der Wechselspannung auf eine Taktung unter Verbrauch von Energie aus einem Gleichstromkreis umgeschaltet wird.Method according to one of claims 13 to 15, characterized that in a time window in the range of the zero crossing of the AC voltage to a clocking while consuming energy from a DC circuit is switched. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Leistungskompensation das Tastverhältnis zwischen getakteten Schaltern (S1/S3; S2/S4) in der Halbbrücke (8) und den Weichenpfaden (22, 23) geeignet festgelegt wird.Method according to Claim 16, characterized in that, for power compensation, the duty cycle between clocked switches (S1 / S3; S2 / S4) in the half-bridge ( 8th ) and the turnouts ( 22 . 23 ) is determined suitably. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Leistungskompensation das Zeitfenster im Bereich des Nulldurchgangs der Wechselspannung entsprechend verkürzt oder erweitert wird.Method according to claim 17, characterized in that that for power compensation, the time window in the range of the zero crossing the AC voltage is shortened or extended accordingly.
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