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DE20115475U1 - Gleichspannungs-Wandlervorrichtung - Google Patents

Gleichspannungs-Wandlervorrichtung

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DE20115475U1
DE20115475U1 DE20115475U DE20115475U DE20115475U1 DE 20115475 U1 DE20115475 U1 DE 20115475U1 DE 20115475 U DE20115475 U DE 20115475U DE 20115475 U DE20115475 U DE 20115475U DE 20115475 U1 DE20115475 U1 DE 20115475U1
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converter
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voltage
power supply
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DE20115475U
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Description

GRÜNECKER KlNKELD&Y·ST«ÖCI^WIAW*& S^HWANHÄUSSER
ANWALTSSOZIETÄT
GKS & S MAXIMILJANSTRASSE 58 D-80538 MÜNCHEN GERMANY
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Zweibrückenstr. 12
80297 München
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DR. ULRICH BLUMENRÖDER, LL. M.
CHRISTA NIKLAS-FALTER
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DR. HERMANN KINKELDEY PETER H. JAKOB WOLFHARD MEISTER HANS HILGERS DR. HENNING MEYER-PLATH ANNELIE EHNOLD THOMAS SCHUSTER DR. KLARA GOLDBACH MARTIN AUFENANGER GOTTFRIED KUTZSCH DR. HEIKE VOGELSANG-WENKE REINHARD KNAUER DIETMAR KUHL DR. FRANZ-JOSEF ZIMMER BETTINA K. REICHELT DR. ANTON K. PFAU DR. UDO WEIGELT RAINER BERTRAM JENS KOCH, M.S. (U of PA) M.S.
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DR. WILFRIED STOCKMAIR (-1996)
IHR ZEICHEN/YOUR REF.
UNSER ZEICHEN / OUR REF.
DATUM / DATE
G4613-829/Ü
19.09.2001
Anmelder:
KLAUS BIESTER AM MASCHSEE 2 29342 WIENHAUSEN
GLEICHSPANNUNGS-WANDLERVORRICHTUNG
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GLEICHSPANNUNGS-WANDLERVORRICHTUNG BESCHREIBUNG
Eine Gleichspannungs-Wandlervorrichtung ist eingangsseitig mit einer Gleichspannungsquelle verbunden. Ausgangsseitig gibt die Wandlervorrichtung an wenigstens einen elektrischen Verbraucher über eine Kabelverbindung eine umgewandelte Gleichspannung ab.
Solche Gleichspannungs-Wandlervorrichtungen werden insbesondere dort eingesetzt, wo Gleichspannungen umgeformt und/oder stabilisiert werden müssen. Typische Einsatzgebiete sind beispielsweise Photovoltaik-Anlagen, der KFZ-Bereich, Gleichstrom-Traktionsantriebe für U- und Straßenbahnen, Haushaltsantriebe für Fön, Bohrmaschine oder dergleichen, die Telekommunikation und auch die Halbleitertechnik.
Liegt eingangsseitig eine hohe Gleichspannung an, so ist eine entsprechende Wandlung in eine andere Gleichspannung in der Regel schwierig, da entsprechende Bauteile der Wandlervorrichtung nicht genügend hohe Durchschlagsfestigkeiten aufweisen. Außerdem kann bei einer hohen zu übertragenden Leistung die Wärmeentwicklung in der Wandlervorrichtung erheblich sein, selbst wenn die Verlustleistung nur 10 oder 20% beträgt. Um die in Wärme umgewandelte Verlustleistung abführen zu können, müssen entsprechende Kühleinrichtungen vorgesehen werden. Dadurch wird die Wandlervorrichtung teurer und durch die zusätzlichen Kühleinrichtungen ebenfalls größer.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gleichspannungs-Wandlervorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass auch bei hohen eingangsseitigen Gleichspannungen eine Umwandlung in eine andere Gleichspannung ohne besonderen konstruktiven Aufwand und ohne hohe Kosten bei gleichzeitiger Vermeidung aufwendiger Kühleinrichtungen oder dergleichen möglich ist.
Diese Aufgabe wird im Zusammenhang mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Gleichspannungs-Wandlervorrichtung eine
Mehrzahl von Gleichspannungs-Wandlerbausteinen aufweist, von denen jeder eingangsseitig seriell mit der Gleichspannungsquelle und ausgangsseitig parallel mit der Kabelverbindung zur Bereitstellung der entsprechenden Gleichspannung für den elektrischen Verbraucher verschaltet ist.
Durch die Verwendung der Wandlerbausteine und die spezielle Verschaltung relativ zur Gleichspannungsquelle wandelt jeder Baustein nur einen Teil der anliegenden hohen Gleichspannung um. Liegt beispielsweise eine Gleichspannung von 6000 Volt eingangsseitig an, wird jeder der Wandlerbausteine bei identischem Aufbau und bei einer Anzahl von &eegr; Wandlerbausteinen nur den &eegr;-ten Bruchteil der Eingangsspannung umwandeln. Ist &eegr; beispielsweise 30, so würde jeder Wandlerbaustein nur 200 Volt umwandeln. Die Durchschlagsfestigkeit ein der entsprechenden Bauteile der Wandlerbausteine sind in der Regel erheblich höher als 200 Volt, so dass in dieser Hinsicht keine Gefahr besteht.
Ausgangsseitig kann je nach Auslegung der Wandlerbausteine und durch die entsprechende Verschaltung mit der Kabelverbindung beispielsweise ein Wert von 300 Volt für den elektrischen Verbraucher bereitgestellt werden.
Es ist selbstverständlich, dass auch andere Anzahlen von Wandlerbausteinen verwendet werden können, wobei sich die Anzahl beispielsweise aus der eingangsseitig anliegenden hohen Gleichspannung, aus der vom elektrischen Verbraucher benötigten Ausgangsspannung und dergleichen ergibt. Es ist ebenso möglich, dass die Wandlerbausteine nicht gleichartig aufgebaut sind, sondern beispielsweise unterschiedliche Anteile der Eingangsspannung pro Wandlerbaustein in eine entsprechende Ausgangsspannung umwandeln. Allerdings ist es aus Gründen der Wartung und Instandsetzung günstiger, wenn alle Wandlerbausteine identisch ausgebildet sind.
Durch die Anzahl der Wandlerbausteine ist außerdem gewährleistet, dass bei Ausfall von einem, zwei, drei oder auch mehr Wandlerbausteinen kein vollständiger Ausfall der Spannungsversorgung des elektrischen Verbrauchers zu erwarten ist (Redundanz). Statt dessen können die noch funktionsfähigen Wandlerbausteine entsprechend mehr Spannung eingangsseitig aufnehmen und in die verlangte Ausgangsspannung umwandeln.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von einer Mehrzahl von Wandlerbausteinen ist, dass auch bei höheren Leistungen im kW-Bereich mit beispielsweise 6000 Volt und 1,2, 3 oder mehr Ampere die Verlustleistung der Wandlervorrichtung auf die entsprechenden Wandlerbausteine aufgeteilt ist. Dadurch entsteht nicht punktuell und auf engem Raum eine der Verlustleistung entsprechende Wärme, sondern diese wird über alle Wandlerbausteine im Wesentlichen gleichmäßig verteilt erzeugt. Dadurch ist eine Kühlung erheblich vereinfacht und in der Regel ist eine einfache Luftkühlung oder je nach Anordnung der Wandlerbausteine keine weitere Kühlung als durch die Umgebung notwendig.
Beispielsweise können die Wandlerbausteine so weit beabstandet voneinander angeordnet sein, dass sie sich in ihrer Wärmeentwicklung nicht gegenseitig beeinflussen und daher jeder Wandlerbaustein für sich gekühlt werden kann.
Je nach Anzahl und Auslegung der Wandlerbausteine können eingangsseitig Gleichspannungen von in etwa 1 kV bis 10 kV und insbesondere 3 kV bis 8 kV anliegen. Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass auch höhere Eingangsspannungen mit entsprechend hoher Leistung umgewandelt werden können, wenn die Anzahl der Wandlerbausteine beziehungsweise deren jeweiliger Aufbau entsprechend angepasst ist. Dabei ist insbesondere darauf zu achten, dass die Durchschlagfestigkeit der Bauteile eines jeden Wandlerbausteins zumindest so hoch ist, dass der von dem Wandlerbaustein umzuwandelnde Anteil der Eingangsspannung geringer als die Durchschlagfestigkeit ist.
Um die Gleichspannungen ohne größere Verluste und ohne größere Störungen auch über weite Entfernungen von der Gleichspannungsquelle empfangen zu können, kann die Gleichspannungs-Wandlervorrichtung über eine Koaxialkabelverbindung mit der Gleichspannungsquelle verbunden sein. Selbst bei hohen Gleichspannungen und hohen Leistungen kann dies Koaxialkabelverbindung einen geringen Querschnitt aufweisen, wodurch die Kosten beispielsweise im Vergleich zu einer Wechselspannungsversorgung erheblich reduziert sind. Außerdem ist eine Koaxialkabelverbindung zusätzlich zur Übertragung von elektrischer Leistung auch für eine Datenübertragung gut geeignet. Bezüglich einer Übertragung von Gleichspannung ist weiterhin zu beachten, dass hier-
bei nur Leiterverluste auftreten und nicht zusätzlich Dämpfungsverluste, wie bei Übertragung von Wechselspannung.
Um gegebenenfalls über die Kabelverbindung in Richtung Gleichspannungsquelle übertragenen Daten ohne Störungen und mit hoher Geschwindigkeit übertragen zu können, kann die Gleichspannungs-Wandlervorrichtung eine eingangsseitig vorgeschaltete Filtereinrichtung aufweisen.
Um Wandlerbausteine mit hohem Wirkungsgrad zu verwenden, die entsprechend nur zu einer geringen Erwärmung und damit verbunden zu einer hohen Zuverlässigkeit führen und die gleichzeitig in der Herstellung und im Betrieb wirtschaftlich sehr gut sind, kann ein entsprechender Gleichspannungs-Wandlerbaustein als getaktetes Schaltnetzteil ausgebildet sein. Diese zeigen gegenüber beispielsweise linear geregelten Netzteilen als weiteren Vorteil, dass sie ein geringes Volumen, eine geringe Geräuschentwicklung, einen geringen Glättungsaufwand und einen größeren Eingangsspannungsbereich aufweisen.
Die Schaltnetzteile unterteilen sich in primär und sekundär getaktete. Um eine galvanische Trennung zwischen Eingang und Ausgang der Wandlervorrichtung zu gewährleisten, kann das Schaltnetzteil vorzugsweise primär getaktet sein.
Sollen insbesondere hohe Ausgangsleistungen im kW-Bereich erzeugt werden, kann das Schaltnetzteil als Gegentaktwandler ausgebildet sein. Ein solcher zeichnet sich weiterhin durch eine geringere Strombelastung seiner Halbleiterbauteile, eine leichte Regelbarkeit der Ausgangsspannung, einen guten Wirkungsgrad und einen kleinen Transformator als Übertrager aus.
Ein solcher Gegentaktwandler kann als Halbrücken- oder Vollbrücken-Gegentaktwandler ausgebildet sein. Insbesondere für höchste Leistungen kann das Schaltnetzteil als Vollbrücken-Gegentaktwandler ausgebildet sein.
Eine Schalteinrichtung zum entsprechenden Umschalten des Übertragers des Schaltnetzteils kann beispielsweise als Schalttransistor, insbesondere als Leistungs-MOSFET
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oder BIMOSFET ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass die Schalteinrichtung als Thyristor ausgebildet ist.
Bei einem Gegentaktwandler sind zumindest zwei Schalttransistoren im Einsatz, die im Gegentakt arbeiten. Vorteilhafterweise kann im Gegentakt mit einem Taktverhältnis von 1:1 gearbeitet werden. Das heißt, dass beide Schalttransistoren jeweils abwechselnd für gleiche Zeiten durchgeschaltet sind.
Um eine möglichst glatte Ausgangsspannung mit einem relativ geringen Anteil von O-berschwingungen zu erhalten, können die Schaltnetzteile der Gleichspannungs-Wandlervorrichtung synchron getaktet sein. Das heißt, alle Schaltnetzteile sind mit der gleichen Taktfrequenz getaktet.
Um eine Systemgrenzfrequenz bezüglich Störungen der Gleichspannung auf der Sekundärseite möglichst weit zu erhöhen, können die Schaltnetzteile der Gleichspannungs-Wandlervorrichtung phasenverschoben zueinander getaktet sein.
Um in diesem Zusammenhang entsprechende Oberschwingungen nur in geringem Maße zu erzeugen, kann eine Phasenverschiebung in der Taktung benachbarter Schaltnetzteile jeweils 1/n betragen, wenn &eegr; die Anzahl der Schaltnetzteile der Gleichspannungs-Wandlervorrichtung ist. Die Phasenverschiebung ist folglich so, dass das n+ 1. Schaltnetzteil wieder phasengleich zum ersten Schaltnetzteil wäre (zyklische Phasenverschiebung).
Um insbesondere über die Koaxialkabelverbindung zur Gleichspannungsquelle auch Daten übertragen zu können, kann der Filtereinrichtung in Richtung Gleichspannungsquelle eine Datensignalein-/-auskuppeleinrichtung vorgeordnet sein. Diese dient zur Kommunikation mit der gegebenenfalls weit entfernten Gleichspannungsquelle und allen weiteren dort befindlichen Einrichtungen. Diese Kommunikationsverbindung dient ebenfalls zur Überwachung, Steuerung und gegebenenfalls Regelung der Bauteile der Gleichspannungs-Wandlervorrichtung und der mit dieser über die Kabelverbindung verbundenen elektrischen Verbraucher.
Um in diesem Zusammenhang vor Ort die entsprechenden Bauteile der Gleichspannungs-Wandlervorrichtung überwachen, steuern und regeln zu können, kann ein Controller zumindest der Gleichspannungs-Wandlervorrichtung und deren Bauteilen zugeordnet sein. Der Controller kann allerdings auch für von der Wandlervorrichtung mit Gleichspannung versorgte elektrische Verbraucher zuständig sein und diese in ihrer Funktion überwachen und die Steuerung oder Regelung der Verbraucher durchführen.
Um im Zusammenhang mit einer Kommunikationsverbindung deren ungestörte Übertragung zu gewährleisten und gleichzeitig die Gleichspannung auf der Eingangsseite im Wesentlichen vollständig abzutasten, kann die Taktfrequenz des Schaltnetzteils im Bereich von 10 kHz bis mehr als 1 MHz und insbesondere im Bereich von 50 kHz bis 300 kHz liegen.
In diesem Zusammenhang kann jedes Schaltnetzteil beispielsweise über Änderungen des Tastverhältnisses insbesondere bei Ausfall eines anderen Schaltnetzteils der Gleichspannungs-Wandlervorrichtung in seiner Ausgangsspannung nachregelbar sein.
Im einfachsten Fall kann die Nachregelung der Ausgangsspannung eines Schaltnetzteils über eine Veränderung des Tastverhältnisses des Schalttransistors erfolgen.
Um die Schalttransistoren entsprechend anzusteuern, kann das Schaltnetzteil zur getakteten Ansteuerung der Schalttransistoren eine Pulsmodulationseinrichtung aufweisen, welche eine Folge von Pulsen mit veränderbarer Breite und/oder Höhe und/oder Frequenz zur Tastung der Schalttransistoren abgibt.
Im Zusammenhang mit der Filtereinrichtung sei noch erwähnt, dass diese insbesondere den Frequenzbereich filtert, in dem die Kommunikationsverbindung zur Gleichspannungsquelle erfolgt. Das heißt, nur ein unterer Frequenzbereich bis beispielsweise 50 kHz wird gefiltert. Dadurch sind relative einfache und kostengünstige Filter ausreichend.
Der erfindungsgemäß verwendete Controller kann in seiner Überwachungsfunktion so ausgebildet sein, dass er beispielsweise die einzelnen Schaltnetzteile überwacht, Ausfall von entsprechenden Schaltnetzteilen und Ort dieser Schaltnetzteile innerhalb der
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Gleichspannungs-Wandlervorrichtung meldet und bei Ausfall einer vorgegebenen Anzahl von Schaltnetzteilen eine Warnmeldung ausgibt. Die entsprechenden Informationen des Controllers können über die Koaxialkabelverbindung bis zur weit entfernten Gleichspannungsquelle übermittelt und dort entsprechend dargestellt werden.
Im Folgenden wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der in der Zeichnung beigefügten Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Gleichspannungs-Wandlervorrichtung;
Figur 2 ein prinzipielles Ausführungsbeispiel für ein Schaltnetzteil zur Verwendung in der Gleichspannungs-Wandlervorrichtung nach Figur 1;
Figur 3 einen Vollbrücken-Gegentaktwandler als Schaltnetzteil nach Figur 2, und
Figur 4 einen Halbbrücken-Gegentaktwandler als Schaltnetzteil nach Figur 2.
In Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Gleichspannungs-Wandlervorrichtung 1 dargestellt.
Die Wandlervorrichtung 1 weist eine Vielzahl von Gleichspannungs-Wandlerbausteinen 5 in Form von Schaltnetzteilen 8 auf. Diese sind eingangsseitig hintereinander verschaltet und über eine Koaxialkabelverbindung 6 mit einer Gleichspannungsquelle 2 verbunden. Die Gleichspannungsquelle 2 kann an einem entfernten Ort angeordnet sein, wobei die Länge der Koaxialkabelverbindung 6 mehrere Kilometer, wie beispielsweise 50, 60 oder mehr Kilometer betragen kann.
Den Gleichspannungs-Wandlerbausteinen 5 ist eine Filtereinrichtung 7 vorgeordnet. Durch diese wird insbesondere ein für eine Kommunikationsverbindung zur Gleichspannungsquelle 2 benötigter Frequenzbereich gefiltert. Die Filterung kann beispielsweise in einem Frequenzbereich bis zu 50 kHz erfolgen.
Die Gleichspannungs-Wandlerbausteine 5 beziehungsweise die entsprechenden Schaltnetzteile 8 sind auf ihrer Ausgangsseite parallel zueinander verschaltet und entsprechend mit einer Kabelverbindung 4 verbunden. Die Kabelverbindung 4 führt zu wenigstens einem elektrischen Verbraucher 3.
Ein solcher elektrischer Verbraucher kann beispielsweise ein Aktuator für eine Einrichtung zur Steuerung einer Fluidströmung in eine Fluidleitung hinein oder innerhalb der Fluidleitung sein. Solche Einrichtungen sind beispielsweise Ventile, Absperrorgane für Notfälle, wie Lecks, Leitungsbruch oder dergleichen, Drosseln, Pumpen usw.. Diese Einrichtungen sowie die ihnen zugeordneten Aktuatoren sind möglicherweise in einem unwegsamen und schwer erreichbaren Gelände angeordnet. Die Anordnung der Einrichtungen und Aktuatoren kann auch unter Wasser erfolgen. Das Fluid kann mit hohem Druck in die Leitungen eintreten und entlang dieser geführt werden. Außerdem kann das Fluid aggressiv oder umweltverschmutzend sein, so dass eine entsprechende Überwachung und Steuerung der Fluidströmung äußerst wichtig ist.
Die Einrichtungen und die ihnen zugeordneten Aktuatoren können ebenso wie die Gleichspannungs-Wandlereinrichtung unterhalb des Meerespiegels angeordnet sein. Die Koaxialkabelverbindung ist bis an die Wasseroberfläche zur entsprechenden Gleichspannungsquelle verlegbar. Es ist ebenso möglich, dass Einrichtungen und Aktuatoren an einem schwer zugänglichen Ort an der Erdoberfläche angeordnet sind und entsprechend von weit entfernter Stelle gesteuert und überwacht werden.
Zur Überwachung, Steuerung und Regelung der entsprechenden Einrichtungen ist zumindest der Gleichspannungs-Wandlervorrichtung 1 ein Controller 17 zugeordnet. Dieser kann ebenfalls den oder die elektrischen Verbraucher 3 überwachen, steuern oder regeln.
Zur Übermittlung entsprechender Daten an die entfernte Gleichspannungsquelle 2 und ihr weiter zugeordnete Einrichtungen ist eine Datenein-/-auskoppeleinrichtung 16 vorgesehen. Diese ist zwischen Filtereinrichtung 7 und Gleichspannungsquelle 2 der Filtereinrichtung 7 vorgeordnet. Über die Datenein-Z-auskoppeleinrichtung 16 sind entsprechende Datensignale beispielsweise vom Controler 17 in die Koaxialkabelverbindung 6 einbeziehungsweise auskoppelbar. Auf diese Weise wird eine Kommunikationsverbindung zwischen Gleichspannungsquelle 2 und den dieser zugeordneten Einrichtungen sowie Gleichspannungs-Wandlervorrichtung 1 und den von dieser versorgten elektrischen Verbraucher 3 hergestellt. Die Kommunikationsverbindung ist bidirektional, so dass Daten in beide Richtungen über die Koaxialkabelverbindung 6 und mit dem Controller 17 ausgetauscht werden können.
In Figur 2 ist eine vereinfachte Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Schaltnetzteils 8 zur Verwendung für die Gleichspannungs-Wandlerbausteine 5 nach Figur 1 dargestellt.
Das Schaltnetzteil 8 ist durch einen Gegentaktwandler 9 gebildet. Dieser ist mit weiteren Gegentaktwandlern auf seiner Eingangsseite mit entsprechenden Eingangsanschlüssen 26 und 28 seriell verschaltet. Der Gegentaktwandler 9 weist einen Eingangskondensator 25 sowie einen Übertrager 24 auf, die entsprechend mit den Eingangsanschlüssen 26 und 28 verschaltet sind. Der Übertrager 24 umfasst eine Primär- und eine Sekundärwicklung, die magnetisch gekoppelt sind. Die Primärwicklung ist parallel zum Eingangskondensator 25 verschaltet.
Eine Ansteuerung und entsprechende Taktung der Primärwicklung erfolgt über eine Schalteinrichtung 11 des Gegentaktwandlers 9. Diese Schalteinrichtung 11 ist durch ein oder mehrere Schalttransistoren, siehe Figuren 3 und 4, gebildet. Bevorzugt ist ein solcher Schalttransistor als Leistungs-MOSFET, BIMOSFET oder Thyristor ausgebildet. Zur Vereinfachung ist in Figur 2 die Schalteinrichtung 11 symbolisch durch einen Schalter dargestellt, dem bei den Ausführungsbeispielen nach Figuren 3 und 4 vier beziehungsweise zwei Schalttransistoren entsprechen.
Die Sekundärwicklung ist über eine Diode 20 und eine Last 21 mit einem Ausgangsanschluss 29 verschaltet. Die Last 21 kann beispielsweise eine Induktivität 23, siehe Figuren 3 und 4, sein. Parallel zur Sekundärwicklung ist ein Glättungskondensator 22 verschaltet.
Der Ausgangsanschluss 29 sowie die entsprechenden Ausgangsanschlüsse 29 der weiteren Schaltnetzteile 8 beziehungsweise Gegentaktwandler 9 sind seriell miteinander verschaltet und mit der Kabelverbindung 4 verbunden, siehe Figur 1.
Der weitere Ausgabeanschluss 30 auf der Sekundärseite des Gegentaktwandlers 9 ist mit den ebenfalls weiteren Ausgabeanschlüssen 30 der anderen Gegentaktwandler seriell mit Masse 31 verschaltet.
In Figuren 3 und 4 sind zwei detailliertere Ausführungsbeispiele für einen Gegentaktwandler 9 dargestellt.
Der Gegentaktwandler nach Figur 3 ist als Vollbrücken-Gegentaktwandler 10 ausgebildet.
Bei diesem ist die Schalteinrichtung 11 durch vier Schalttransistoren 12, 13, 14 und 15 gebildet. Je zwei der Schaltungstransistoren sind zusammengefasst und dienen paarweise zum Zuführen der Eingangsspannung von Gleichspannungsquelle 2 zur Primärwicklung, wobei die Paare von Schaltungstransistoren im Gegentakt angesteuert sind. Die Gegentaktung erfolgt dabei so, dass das Tastverhältnis der beiden Paare jeweils 1:1 ist.
Zur getakteten Ansteuerung der Schaltungstransistoren 12 bis 15 ist eine Pulsmodulationseinrichtung 18 vorgesehen. Diese gibt eine Folge von Pulsen ab, die in ihrer Breite und/oder Höhe und/oder Frequenz variierbar sind.
Die Pulsmodulationseinrichtung 18 ist durch eine entsprechende, an sich bekannte elektronische Schaltung realisiert.
Es besteht die Möglichkeit, dass das Tastverhältnis primärseitig geändert wird und damit die entsprechende Ausgangsspannung. Dies erfolgt beispielsweise dann, wenn eine oder mehrere der Gegentaktwandler 9 ausgefallen sind. Durch entsprechende Regelung des Tastverhältnisses und Erhöhung der Ausgangsspannung der restlichen Gegentaktwandler kann trotz des Ausfalls einer Anzahl von Gegentaktwandlern durch die übrigen Gegentaktwandler ausgangsseitig noch die erwünschte Spannung bereitgestellt werden. Um die Ausgangsspannung zu regeln, kann diese am Ausgang kontinuierlich abgegriffen, eventuell verstärkt und zur galvanischen Trennung über einen Optokoppler der Pufsmodulationseinrichtung zugeführt werden.
Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel des Gegentaktwandlers nach Figur 4 ist dieser als Halbbrücken-Gegentaktwandler 19 ausgebildet. In diesem Fall sind im Wesentlichen zwei Schalter durch jeweils einen Schalttransistor gebildet. Diese schalten abwechselnd im Gegentakt und nichtüberlappend die Primärwicklung an die Eingangsspannung. Die entsprechenden Dioden auf der Ausgangsseite sind ebenfalls abwechseln leitend.
Wegen des symmetrischen Betriebs arbeitet der Übertrager 24 gleichstromfrei. Dies gilt allerdings nur dann, wenn die Einschaltdauer der Schalttransistoren exakt gleich sind. Dies kann durch entsprechende Ansteuerung durch die Pulsmodulationseinrichtung 18 erfolgen, die zur Vereinfachung in den Figuren 2 und 4 nicht dargestellt ist.

Claims (19)

1. Gleichspannungs-Wandlervorrichtung (1), welche eingangsseitig mit einer Gleichspannungsquelle (2) verbunden ist und ausgangsseitig an wenigstens einen elektrischen Verbraucher (3) über eine Kabelverbindung (4) eine umgewandelte Gleichspannung abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungs-Wandlervorrichtung eine Mehrzahl von Gleichspannungs- Wandlerbausteinen aufweist, von denen jeder eingangsseitig seriell mit der Gleichspannungsquelle (2) und ausgangsseitig parallel mit der Kabelverbindung (4) zur Bereitstellung der umgewandelten Gleichspannung verschaltet ist.
2. Gleichspannungs-Wandlervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eingangsseitig an der Gleichspannungs-Wandlenrorrichtung eine Gleichspannung von der Gleichspannungsquelle in Höhe von in etwa 1 kV bis 10 kV und insbesondere 3 kV-6 kV anliegt.
3. Gleichspannungs-Wandlervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungs-Wandlervorrichtung (1) über eine Koaxialkabelverbindung (6) mit der Gleichspannungsquelle (2) verbunden ist.
4. Gleichspannungs-Wandlervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungs-Wandlervorrichtung (1) eine eingangsseitig vorgeschaltete Filtereinrichtung (7) aufweist.
5. Gleichspannungs-Wandlervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungs-Wandlerbaustein (5) als getaktetes Schaltnetzteil (8) ausgebildet ist.
6. Gleichspannungs-Wandlervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltnetzteil (8) primär getaktet ist.
7. Gleichspannungs-Wandlervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltnetzteil (8) als Gegentaktwandler (9) ausgebildet ist.
8. Gleichspannungs-Wandlervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltnetzteil (8) als Vollbrücken-Gegentaktwandler (10) ausgebildet ist.
9. Gleichspannungs-Wandlervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltnetzteil (8) als Schalteinrichtung (11) Schalttransistoren (12, 13, 14, 15), insbesondere Leistungs-MOSFETs oder BIMOSFET's, aufweist.
10. Gleichspannungs-Wandlervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalttransistoren (12, 13, 14, 15) im Gegentakt mit einem Taktverhältnis von 1 : 1 getaktet sind.
11. Gleichspannungs-Wandlervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltnetzteile (8) der Gleichspannungs-Wandlervorrichtung (1) synchrongetaktet sind.
12. Gleichspannungs-Wandlervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltnetzteile (8) der Gleichspannungs-Wandlervorrichtung (1) phasenverschoben zueinander getaktet sind.
13. Gleichspannungs-Wandlervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Phasenverschiebung in der Taktung benachbarter Schaltnetzteile (8) jeweils 1/n beträgt, wenn n die Anzahl der Schaltnetzteile (8) der Gleichspannungs- Wandlervorrichtung (1) ist.
14. Gleichspannungs-Wandlervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filtereinrichtung (7) in Richtung Gleichspannungsquelle (2) eine Datensignalein-/-auskoppeleinrichtung vorgeordnet ist.
15. Gleichspannungs-Wandlervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Controler (17) zumindest der Gleichspannungs-Wandlervorrichtung (1) und deren Bauteilen (5, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) zugeordnet ist.
16. Gleichspannungs-Wandlervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktfrequenz des Schaltnetzteils (8) im Bereich von 10 kHz bis mehr als 1 MHz und insbesondere im Bereich von 50 kHz bis 300 kHz liegt.
17. Gleichspannungs-Wandlervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Schaltnetzteil (8) insbesondere bei Ausfall eines anderen Schaltnetzteils der Gleichspannungs-Wandlervorrichtung (1) in seiner Ausgangsspannung nachregelbar ist.
18. Gleichspannungs-Wandlervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Nachregelung der Ausgangsspannung eines Schaltnetzteils (8) das Tastverhältnis der Schalttransistoren (12 bis 15) veränderbar ist.
19. Gleichspannungs-Wandlervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltnetzteil (8) zur getakteten Ansteuerung der Schalteinrichtung (11) eine Pulsmodulationseinrichtung (18) aufweist, welche eine Folge von Pulsen mit varüerbarer Breite und/oder Höhe und/oder Frequenz zur Tastung abgibt.
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