DE102022131309A1

DE102022131309A1 - Device for generating a current

Info

Publication number: DE102022131309A1
Application number: DE102022131309.3A
Authority: DE
Inventors: Daniel Spesser; Tim Pfizenmaier; Florian Mayer; Stefan Endres
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2022-11-28
Filing date: 2022-11-28
Publication date: 2024-05-29

Abstract

Eine Vorrichtung (20) zur Erzeugung eines Stroms (62) an einem Versorgungsnetz (10), hat eine Spannungsregelungsvorrichtung (30), eine Stromerzeugungsvorrichtung (60), eine Kondensatoranordnung (200), einen ersten Punkt (50), mindestens zwei Aktivleiteranschlüsse (21, 24) und einen Schutzleiteranschluss (25), wobei über einen Gleichrichter (210) eine erste Spannung (U201) und eine zweite Spannung (U202) erzeugt werden, über welche das Potenzial am ersten Punkt (50) an das Potenzial am Schutzleiteranschluss (25) angepasst werden kann, und wobei die Stromerzeugungsvorrichtung (60) dazu eingerichtet ist, einen Strom (62) zwischen dem ersten Punkt (50) und dem Schutzleiteranschluss (25) zu erzeugen.

A device (20) for generating a current (62) on a supply network (10), has a voltage regulation device (30), a current generation device (60), a capacitor arrangement (200), a first point (50), at least two active conductor connections (21, 24) and a protective conductor connection (25), wherein a first voltage (U201) and a second voltage (U202) are generated via a rectifier (210), via which the potential at the first point (50) can be adapted to the potential at the protective conductor connection (25), and wherein the current generation device (60) is designed to generate a current (62) between the first point (50) and the protective conductor connection (25).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Stroms.The invention relates to a device for generating a current.

Die DE 10 2018 203 388 A1 zeigt das Vorladen eines Zwischenkreiskondensators eines Gleichstromzwischenkreises.The EN 10 2018 203 388 A1 shows the precharging of an intermediate circuit capacitor of a DC link.

Die DE 10 2016 005 565 A1 zeigt eine Schaltungsanordnung für eine Zwischenkreiskapazität.The EN 10 2016 005 565 A1 shows a circuit arrangement for an intermediate circuit capacitance.

Die EP 2 517 345 B1 zeigt einen geerdeten Gleichstrom-Gleichstrom-Umrichter.The EP 2 517 345 B1 shows a grounded DC-DC converter.

Die WO 2020 / 156 689 B1 zeigt ein Verfahren zum Vorladen eines Netzabschnitts.The WO 2020 / 156 689 B1 shows a method for precharging a network section.

Die DE 10 2012 209 731 A1 zeigt eine Dämpfungsschaltung für eine Energiespeichereinrichtung.The EN 10 2012 209 731 A1 shows a damping circuit for an energy storage device.

Die DE 10 2020 119 106 B3 zeigt eine Vorrichtung mit einer Spannungsregelungsvorrichtung und einer Stromerzeugungsvorrichtung.The EN 10 2020 119 106 B3 shows a device with a voltage regulation device and a current generation device.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Vorrichtung zur Erzeugung eines Stroms bereitzustellen.It is therefore an object of the invention to provide a new device for generating a current.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1.The problem is solved by the subject matter of claim 1.

Eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Stroms an einem Versorgungsnetz weist eine Spannungsregelungsvorrichtung, eine Stromerzeugungsvorrichtung, eine Kondensatoranordnung, einen ersten Punkt, mindestens zwei Aktivleiteranschlüsse und einen Schutzleiteranschluss auf, welche mindestens zwei Aktivleiteranschlüsse einen ersten Aktivleiteranschluss und einen zweiten Aktivleiteranschluss umfassen, welche Spannungsregelungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, eine erste Spannung am ersten Punkt auf eine zweite Spannung am Schutzleiteranschluss zu regeln, welche Kondensatoranordnung eine erste Leitung, eine zweite Leitung, einen ersten Kondensator, einen zweiten Kondensator und einen zweiten Punkt aufweist, welche erste Leitung über den ersten Kondensator mit dem zweiten Punkt verbunden ist, welche zweite Leitung über den zweiten Kondensator mit dem zweiten Punkt verbunden ist, welcher zweite Punkt mit dem zweiten Aktivleiteranschluss verbunden ist, welcher erste Aktivleiteranschluss mit einem Gleichrichter verbunden ist, welcher Gleichrichter einen ersten Gleichstromseitenanschluss und eine zweiten Gleichstromseitenanschluss aufweist, welcher erste Gleichstromseitenanschluss mit der ersten Leitung verbunden ist, welcher zweite Gleichstromseitenanschluss mit der zweiten Leitung verbunden ist, welche Spannungsregelungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, die Spannung am ersten Punkt unter Nutzung des Potenzials an der ersten Leitung und/oder an der zweiten Leitung auf die zweite Spannung am Schutzleiteranschluss zu regeln, und welche Stromerzeugungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, einen Strom zwischen dem ersten Punkt und dem Schutzleiteranschluss zu erzeugen.
Das Vorsehen der Kondensatoranordnung und deren Aufladung durch den Gleichrichter ermöglichen auch bei besonderen Typen von Versorgungsnetzen eine sichere Spannungsregelung der Spannung am ersten Punkt.A device for generating a current on a supply network has a voltage regulation device, a current generation device, a capacitor arrangement, a first point, at least two active conductor connections and a protective conductor connection, which at least two active conductor connections comprise a first active conductor connection and a second active conductor connection, which voltage regulation device is designed to regulate a first voltage at the first point to a second voltage at the protective conductor connection, which capacitor arrangement has a first line, a second line, a first capacitor, a second capacitor and a second point, which first line is connected to the second point via the first capacitor, which second line is connected to the second point via the second capacitor, which second point is connected to the second active conductor connection, which first active conductor connection is connected to a rectifier, which rectifier has a first direct current side connection and a second direct current side connection, which first direct current side connection is connected to the first line, which second direct current side connection is connected to the second line, which voltage regulation device is designed to regulate the voltage at the first point to the second voltage at the protective conductor connection using the potential on the first line and/or on the second line and which current generating device is arranged to generate a current between the first point and the protective conductor terminal.
The provision of the capacitor arrangement and its charging by the rectifier enable reliable voltage regulation of the voltage at the first point even in special types of supply networks.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Gleichrichter eine erste Diode und eine zweite Diode auf, welche erste Diode auf der Anodenseite mit dem ersten Aktivleiteranschluss und auf der Kathodenseite mit dem ersten Gleichstromseitenanschluss verbunden ist, und welche zweite Diode auf der Kathodenseite mit dem ersten Aktivleiteranschluss und auf der Anodenseite mit dem zweiten Gleichstromseitenanschluss verbunden ist.
Dies ist eine einfache Art eines Gleichrichters und ermöglicht eine Potenzialerzeugung an der ersten und zweiten Leitung.According to a preferred embodiment, the rectifier has a first diode and a second diode, which first diode is connected on the anode side to the first active conductor terminal and on the cathode side to the first direct current side terminal, and which second diode is connected on the cathode side to the first active conductor terminal and on the anode side to the second direct current side terminal.
This is a simple type of rectifier and allows potential generation on the first and second lines.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine dritte Diode und eine vierte Diode auf, welche dritte Diode zwischen dem zweiten Punkt und der ersten Leitung derart verschaltet ist, dass die Kathode der dritten Diode mit der ersten Leitung verbunden ist, und welche vierte Diode zwischen dem zweiten Punkt und der zweiten Leitung derart verschaltet ist, dass die Anode der vierten Diode mit der zweiten Leitung verbunden ist. Dies erhöht die Funktionssicherheit, wenn die Kondensatoranordnung temporär entladen ist.According to a preferred embodiment, the device has a third diode and a fourth diode, which third diode is connected between the second point and the first line in such a way that the cathode of the third diode is connected to the first line, and which fourth diode is connected between the second point and the second line in such a way that the anode of the fourth diode is connected to the second line. This increases the functional reliability when the capacitor arrangement is temporarily discharged.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine erste Stromsteuervorrichtung und eine zweite Stromsteuervorrichtung auf, welche erste Stromsteuervorrichtung zwischen der ersten Leitung und dem ersten Punkt vorgesehen und dazu ausgebildet ist, einen Stromfluss zwischen der ersten Leitung und dem ersten Punkt zu ermöglichen, welche zweite Stromsteuervorrichtung zwischen der zweiten Leitung und dem ersten Punkt vorgesehen und dazu ausgebildet ist, einen Stromfluss zwischen der zweiten Leitung und dem ersten Punkt zu ermöglichen, und welche Spannungsregelungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, die erste Stromsteuervorrichtung und die zweite Stromsteuervorrichtung anzusteuern, um die Spannung am ersten Punkt zu beeinflussen. Diese Stromsteuervorrichtungen ermöglichen eine kontrollierte Beeinflussung der Spannung am ersten Punkt.According to a preferred embodiment, the device has a first current control device and a second current control device, which first current control device is provided between the first line and the first point and is designed to enable a current flow between the first line and the first point, which second current control device is provided between the second line and the first point and is designed to enable a current flow between the second line and the first point, and which voltage regulation device is designed to control the first current control device and the second current control device in order to influence the voltage at the first point. These current control devices enable a controlled influencing of the voltage at the first point.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste Stromsteuervorrichtung und die zweite Stromsteuervorrichtung als lineare Stromsteuervorrichtungen oder als lineare Stromregler ausgebildet. Diese Stromsteuervorrichtungstypen funktionieren zuverlässig mit den Spannungen an der ersten und zweiten Leitung.According to a preferred embodiment, the first current control device and the second Current control devices are designed as linear current control devices or as linear current regulators. These types of current control devices function reliably with the voltages on the first and second lines.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine dritte Stromsteuervorrichtung und eine vierte Stromsteuervorrichtung auf, welche dritte Stromsteuervorrichtung zwischen dem ersten Aktivleiteranschluss und dem ersten Punkt vorgesehen und dazu ausgebildet ist, einen Stromfluss zwischen dem ersten Aktivleiteranschluss und dem ersten Punkt zu ermöglichen, welche vierte Stromsteuervorrichtung zwischen dem zweiten Aktivleiteranschluss und dem ersten Punkt vorgesehen und dazu ausgebildet ist, einen Stromfluss zwischen dem zweiten Aktivleiteranschluss und dem ersten Punkt zu ermöglichen, und welche Spannungsregelungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, die dritte Stromsteuervorrichtung und die vierte Stromsteuervorrichtung anzusteuern, um die Spannung am ersten Punkt zu beeinflussen. Abhängig von der Art des Versorgungsnetzes können die dritte und vierte Stromsteuervorrichtung vorteilhaft für die Spannungsregelung eingesetzt werden.According to a preferred embodiment, the device has a third current control device and a fourth current control device, which third current control device is provided between the first active conductor connection and the first point and is designed to enable a current flow between the first active conductor connection and the first point, which fourth current control device is provided between the second active conductor connection and the first point and is designed to enable a current flow between the second active conductor connection and the first point, and which voltage regulation device is designed to control the third current control device and the fourth current control device in order to influence the voltage at the first point. Depending on the type of supply network, the third and fourth current control devices can be advantageously used for voltage regulation.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Gleichstromwandler auf, welcher Gleichstromwandler eingangsseitig mit der ersten Leitung und mit der zweiten Leitung verbunden ist und ausgangsseitig mit dem ersten Punkt verbunden ist, und welcher Gleichstromwandler dazu eingerichtet ist, am ersten Punkt die Erzeugung einer positiven Spannung und einer negativen Spannung zu ermöglichen. Derartige Gleichstromwandler können ausgehend von einer vorgegebenen Spannung entweder positive Spannungen oder auch negative Spannungen am Ausgang erzeugen, und sie sind für die Spannungsregelung gut geeignet. Sie arbeiten beispielsweise mit in einem Kondensator oder in einer Spule bzw. Induktivität gespeicherter Energie.According to a preferred embodiment, the device has a DC converter, which DC converter is connected on the input side to the first line and to the second line and on the output side to the first point, and which DC converter is designed to enable the generation of a positive voltage and a negative voltage at the first point. DC converters of this type can generate either positive voltages or negative voltages at the output based on a predetermined voltage, and they are well suited for voltage regulation. They work, for example, with energy stored in a capacitor or in a coil or inductance.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Gleichstromwandler eine Buck-Boost-Stufe oder eine Boost-Buck-Stufe auf. Diese Stufen erledigen mit vergleichsweise geringem Schaltungsaufwand die geforderte Spannungseinstellung.According to a preferred embodiment, the DC-DC converter has a buck-boost stage or a boost-buck stage. These stages carry out the required voltage setting with comparatively little circuit effort.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Gleichstromwandler einen ersten Halbleiterschalter, einen zweiten Halbleiterschalter, eine fünfte Diode, eine sechste Diode, einen dritten Punkt, einen Kondensator und eine Induktivität auf, die erste Leitung ist über den ersten Halbleiterschalter mit dem dritten Punkt verbunden, die zweite Leitung ist über den zweiten Halbleiterschalter mit dem dritten Punkt verbunden, die erste Leitung ist über die fünfte Diode mit dem dritten Punkt verbunden, wobei die Anode der fünften Diode mit dem dritten Punkt verbunden, die zweite Leitung ist über die sechste Diode mit dem dritten Punkt verbunden, wobei die Kathode der sechsten Diode mit dem dritten Punkt verbunden ist, der dritte Punkt ist über die Induktivität mit dem ersten Punkt verbunden, und die zweite Leitung ist über den Kondensator mit dem ersten Punkt verbunden. Dies ist eine bevorzugte Ausführungsform des Gleichstromwandler.According to a preferred embodiment, the DC-DC converter comprises a first semiconductor switch, a second semiconductor switch, a fifth diode, a sixth diode, a third point, a capacitor and an inductance, the first line is connected to the third point via the first semiconductor switch, the second line is connected to the third point via the second semiconductor switch, the first line is connected to the third point via the fifth diode, the anode of the fifth diode is connected to the third point, the second line is connected to the third point via the sixth diode, the cathode of the sixth diode is connected to the third point, the third point is connected to the first point via the inductance, and the second line is connected to the first point via the capacitor. This is a preferred embodiment of the DC-DC converter.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Kompensationsvorrichtung zur Kompensation von Ableitströmen auf, welche Kompensationsvorrichtung dazu eingerichtet ist, einen Kompensationsstrom über die Stromerzeugungsvorrichtung zu erzeugen. Die Vorrichtung ermöglicht eine genaue Erzeugung des Kompensationsstroms und damit eine gute elektrische Eigenschaft der gesamten elektrischen Schaltung.According to a preferred embodiment, the device has a compensation device for compensating leakage currents, which compensation device is designed to generate a compensation current via the current generation device. The device enables precise generation of the compensation current and thus good electrical properties of the entire electrical circuit.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung eines an den Schutzleiteranschluss angeschlossenen Schutzleiters unter Verwendung eines Teststroms auf, und die Überwachungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, den Teststrom über die Stromerzeugungsvorrichtung zu erzeugen. Derartige Überwachungsvorrichtungen profitieren von einer genauen Erzeugung des Teststroms, und dies ist mit der Vorrichtung möglich.According to a preferred embodiment, the device comprises a monitoring device for monitoring a protective conductor connected to the protective conductor terminal using a test current, and the monitoring device is arranged to generate the test current via the current generating device. Such monitoring devices benefit from accurate generation of the test current, and this is possible with the device.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Stromerzeugungsvorrichtung als Stromquelle einen Operationsverstärker auf. Operationsverstärker ermöglichen eine sehr genaue Erzeugung eines Stroms.According to a preferred embodiment, the current generating device has an operational amplifier as a current source. Operational amplifiers enable a very precise generation of a current.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat ein Fahrzeug eine solche Vorrichtung. Dies ermöglicht einen Anschluss des Fahrzeugs für einen Ladevorgang in unterschiedlichen Ländern mit unterschiedlichen Versorgungsnetzen.According to a preferred embodiment, a vehicle has such a device. This enables the vehicle to be connected for charging in different countries with different supply networks.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt

1 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Stroms mit einer Spannungsregelungsvorrichtung,
2 ein Diagramm mit unterschiedlichen Spannungen für eine Beeinflussung eines Potenzials an einem Punkt,
3 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zur Erzeugung eines Stroms mit einer Spannungsregelungsvorrichtung, und
4 eine Stromsteuervorrichtung für die Vorrichtung von 1.

Further details and advantageous developments of the invention emerge from the embodiments described below and shown in the drawings, which are in no way to be understood as a limitation of the invention, as well as from the subclaims. It shows

1 a first embodiment of a device for generating a current with a voltage control device,
2 a diagram with different voltages for influencing a potential at a point,
3 a further embodiment of the device for generating a current with a voltage control device, and
4 a current control device for the device of 1 .

Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen die gleichen Elemente, und diese werden üblicherweise nur einmal beschrieben.The figures are described in a coherent and comprehensive manner. The same reference numbers refer to the same elements, and these are usually described only once.

1 zeigt eine Vorrichtung 20 zur Erzeugung eines Stroms 62. Die Vorrichtung 20 hat einen Aktivleiteranschluss 21 mit einer Leitung 51, einen Aktivleiteranschluss 22 mit einer Leitung 152, einen Aktivleiteranschluss 23 mit einer Leitung 153, einen Aktivleiteranschluss 24 mit einer Leitung 54 sowie einen Schutzleiteranschluss 25 mit einer Leitung 55. Der Schutzleiteranschluss 25 ist mit einem Schutzleitersymbol 99 versehen, das auch an anderer Stelle der Schaltung als Symbol für eine leitende Verbindung mit dem Schutzleiteranschluss 25 verwendet wird. Als Aktivleiter werden elektrische Leiter bezeichnet, die unter normalen Betriebsbedingungen - bei nicht gestörtem Betrieb - üblicherweise unter Spannung stehen und Strom führend sind. Dazu gehören die Außenleiter L (L1, L2, L3) und der Neutralleiter N. Leiter mit Schutzerdungsleiterfunktion wie der PEN-Leiter und alle Teile, die mit diesem in leitender Verbindung stehen, zählen nicht zu den aktiven Leitern. 1 shows a device 20 for generating a current 62. The device 20 has an active conductor connection 21 with a line 51, an active conductor connection 22 with a line 152, an active conductor connection 23 with a line 153, an active conductor connection 24 with a line 54 and a protective conductor connection 25 with a line 55. The protective conductor connection 25 is provided with a protective conductor symbol 99, which is also used elsewhere in the circuit as a symbol for a conductive connection to the protective conductor connection 25. Active conductors are electrical conductors that are usually live and carry current under normal operating conditions - when there is no interference. These include the outer conductors L (L1, L2, L3) and the neutral conductor N. Conductors with a protective earthing conductor function such as the PEN conductor and all parts that are in a conductive connection with it are not considered active conductors.

Die Vorrichtung ist beispielhaft an ein Versorgungsnetz 10 angeschlossen, das als Aktivleiter zwei oder drei verkettete Wechselspannungen mit einer Phasendifferenz von 120° und keinen Neutralleiter aufweist. Ein solches Versorgungsnetz gibt es beispielsweise in Norwegen, und es ist häufig als IT-Netz (IT = Isole Terre) ausgebildet. Es besteht also keine galvanische Verbindung zwischen den Aktivleitern und geerdeten Teilen.The device is connected, for example, to a supply network 10 which has two or three linked alternating voltages with a phase difference of 120° as active conductors and no neutral conductor. Such a supply network exists in Norway, for example, and is often designed as an IT network (IT = Isole Terre). There is therefore no galvanic connection between the active conductors and earthed parts.

Ein Punkt 13 ist über eine erste Wechselspannungsquelle 11 mit dem Aktivleiteranschluss 21 (L1) verbunden und über eine Wechselspannungsquelle 12 mit dem Anschluss 24 (L2). Ein Erdungsanschluss 199 ist optional mit dem Schutzleiteranschluss 25 (PE) verbunden. Die Wechselspannungsquellen 11, 12 sind beispielsweise die Sekundärseite eines Transformators.A point 13 is connected to the active conductor connection 21 (L1) via a first alternating voltage source 11 and to the connection 24 (L2) via an alternating voltage source 12. An earth connection 199 is optionally connected to the protective conductor connection 25 (PE). The alternating voltage sources 11, 12 are, for example, the secondary side of a transformer.

Am Aktivleiteranschluss 21 ist eine Spannung U21 und am Aktivleiteranschluss 24 eine Spannung U24.There is a voltage U21 at the active conductor connection 21 and a voltage U24 at the active conductor connection 24.

Eine Vorrichtung 15 ist beispielhaft auf einer Wechselstromseite über eine Leitung 151 an den Aktivleiteranschluss 21, über eine Leitung 154 an den Aktivleiteranschluss 24, über die Leitung 152 an den Aktivleiteranschluss 22, über die Leitung 153 an den Aktivleiteranschluss 23 und über eine Leitung 155 an den Schutzleiteranschluss 25 angeschlossen und kann somit Leistung aus dem Versorgungsnetz 10 entnehmen bzw. aus dem Versorgungsnetz 10 gespeist werden.A device 15 is, for example, connected on an alternating current side via a line 151 to the active conductor connection 21, via a line 154 to the active conductor connection 24, via the line 152 to the active conductor connection 22, via the line 153 to the active conductor connection 23 and via a line 155 to the protective conductor connection 25 and can thus draw power from the supply network 10 or be fed from the supply network 10.

An einer Gleichstromseite der Vorrichtung 15 ist beispielhaft ein Verbraucher 16 über Leitungen 161 (Plus-Leitung), 162 (Minus-Leitung) und 163 (PE) angeschlossen.For example, a consumer 16 is connected to a direct current side of the device 15 via lines 161 (plus line), 162 (minus line) and 163 (PE).

Die Vorrichtung 15 ist beispielsweise ein Ladegerät mit einem AC/DC-Wandler oder ein AC/DC-Wandler.The device 15 is, for example, a charger with an AC/DC converter or an AC/DC converter.

Eine Differenzstrom-Messvorrichtung 170 ist schematisch eingezeichnet, und sie dient zur Messung des Differenzstroms durch Erzeugung eines Messwerts für den Summenstroms der Leitungen L1, L2, L3 und N bzw. der durch die Anschlüsse 21, 22, 23, 24 fließenden Ströme. Ein Differenzstrom tritt insbesondere dann auch, wenn Strom nicht über die Aktivleiteranschlüsse 21, 22, 23, 24 fließt sondern über den Schutzleiteranschluss 25. Solche Ströme entstehen beispielsweise durch Filter-Kondensatoren.A differential current measuring device 170 is shown schematically and is used to measure the differential current by generating a measured value for the total current of the lines L1, L2, L3 and N or the currents flowing through the connections 21, 22, 23, 24. A differential current also occurs in particular when current does not flow via the active conductor connections 21, 22, 23, 24 but via the protective conductor connection 25. Such currents arise, for example, from filter capacitors.

Die Vorrichtung 20 hat eine Spannungsregelungsvorrichtung 30, eine Stromerzeugungsvorrichtung 60, einen ersten Punkt 50 und vier Stromsteuervorrichtungen 41, 42, 141, 142.The device 20 has a voltage regulation device 30, a current generation device 60, a first point 50 and four current control devices 41, 42, 141, 142.

Die Stromsteuervorrichtungen 141, 142 sind jeweils mit einem zugeordneten Aktivleiteranschluss 21, 24 einerseits und mit dem ersten Punkt 50 andererseits verbunden und dazu ausgebildet, einen Stromfluss 1141, 1142 zwischen dem ersten Punkt 50 und dem zugeordneten Anschluss 21, 24 zu ermöglichen.The current control devices 141, 142 are each connected to an associated active conductor connection 21, 24 on the one hand and to the first point 50 on the other hand and are designed to enable a current flow 1141, 1142 between the first point 50 and the associated connection 21, 24.

Der Stromsteuervorrichtung 141 ist ein Kondensator 133 parallel geschaltet, und der Stromsteuervorrichtung 142 ist ein Kondensator 134 parallel geschaltet. Die Kondensatoren 133, 134 ermöglichen auch dann einen Stromfluss über die Stromerzeugungsvorrichtung 60, wenn die an den Aktivleiteranschlüssen 21, 24 anliegende Phase gerade einen Nulldurchgang hat. In diesem Fall kann der benötigte Stromfluss nicht oder nur mit geringer Stromstärke über die Stromsteuervorrichtungen 141, 142 gewährleistet werden.A capacitor 133 is connected in parallel to the current control device 141, and a capacitor 134 is connected in parallel to the current control device 142. The capacitors 133, 134 enable a current flow via the current generation device 60 even when the phase present at the active conductor terminals 21, 24 is currently crossing zero. In this case, the required current flow cannot be ensured via the current control devices 141, 142, or can only be ensured with a low current intensity.

Die Vorrichtung 20 weist eine Kondensatoranordnung 200 auf, welche Kondensatoranordnung 200 eine erste Leitung 201, eine zweite Leitung 202, einen ersten Kondensator 203, einen zweiten Kondensator 204 und einen Punkt 205 aufweist.The device 20 comprises a capacitor arrangement 200, which capacitor arrangement 200 comprises a first line 201, a second line 202, a first capacitor 203, a second capacitor 204 and a point 205.

Die erste Leitung 201 ist über den ersten Kondensator 203 mit dem Punkt 205 verbunden, die zweite Leitung 202 ist über den zweiten Kondensator 204 mit dem Punkt 205 verbunden.The first line 201 is connected to the point 205 via the first capacitor 203, the second line 202 is connected to the point 205 via the second capacitor 204.

Der Punkt 205 ist mit dem zweiten Aktivleiteranschluss 24 verbunden.The point 205 is connected to the second active conductor connection 24.

Der erste Aktivleiteranschluss 21 ist mit einem Gleichrichter 210 verbunden, welcher Gleichrichter 210 einen ersten Gleichstromseitenanschluss 211 und eine zweiten Gleichstromseitenanschluss 212 aufweist. Der erste Gleichstromseitenanschluss 211 ist mit der ersten Leitung 201 verbunden, und der zweite Gleichstromseitenanschluss 212 ist mit der zweiten Leitung 202 verbunden.The first active conductor terminal 21 is connected to a rectifier 210, which rectifier 210 has a first DC side terminal 211 and a second DC side terminal 212. The first DC side terminal 211 is connected to the first line 201, and the second DC side terminal 212 is connected to the second line 202.

An der Leitung 201 wird eine Spannung U201 und an der Leitung 202 eine Spannung U202 erzeugt.A voltage U201 is generated on line 201 and a voltage U202 is generated on line 202.

Im Ausführungsbeispiel weist der Gleichrichter 210 eine Diode 213, eine Diode 214 und einen Punkt 215 auf. Die Diode 213 ist auf der Anodenseite mit dem Punkt 215 und auf der Kathodenseite mit dem ersten Gleichstromseitenanschluss 211 verbunden. Die Diode 214 ist auf der Kathodenseite mit dem Punkt 215 und auf der Anodenseite mit dem zweiten Gleichstromseitenanschluss 212 verbunden. Der Punkt 215 ist mit dem Aktivleiteranschluss 21 verbunden. Der Gleichrichter 210 kann beispielsweise alternativ als Vollbrückengleichrichter ausgebildet werden.In the exemplary embodiment, the rectifier 210 has a diode 213, a diode 214 and a point 215. The diode 213 is connected on the anode side to the point 215 and on the cathode side to the first direct current side connection 211. The diode 214 is connected on the cathode side to the point 215 and on the anode side to the second direct current side connection 212. The point 215 is connected to the active conductor connection 21. The rectifier 210 can alternatively be designed as a full-bridge rectifier, for example.

Wenn in dieser Anmeldung von einem Strom zwischen zwei Punkten gesprochen wird, umfasst dies einen Strom in beide Richtungen. Wenn dagegen von einem Strom von einem Punkt A zu einem Punkt B gesprochen wird, umfasst dies nur eine Richtung von Punkt A zu Punkt B.When this application refers to a current between two points, this includes a current in both directions. On the other hand, when it refers to a current from a point A to a point B, this only includes a direction from point A to point B.

Die Spannungsregelungsvorrichtung 30 ist dazu ausgebildet, die Spannung U50 am Punkt 50 auf die Spannung U25 am Schutzleiteranschluss 25 zu regeln. Durch diese Regelung besteht eine geringe Spannungsdifferenz zwischen dem Punkt 50 und dem Schutzleiteranschluss 25.The voltage regulation device 30 is designed to regulate the voltage U50 at point 50 to the voltage U25 at the protective conductor connection 25. This regulation results in a small voltage difference between point 50 and the protective conductor connection 25.

Die Spannungsregelungsvorrichtung 30 hat einen Vergleicher 30A und den eigentlichen Spannungsregler 30B. Die Spannungsregelungsvorrichtung 30 ist eingangsseitig mit dem Punkt 50 und mit dem Schutzleiteranschluss 25 (Schutzleitersymbol 99) verbunden, und die Spannungsregelungsvorrichtung 30 kann somit einen Vergleich zwischen der Spannung U50 am ersten Punkt 50 und der Spannung U25 am Schutzleiteranschluss 25 durchführen. Am Ausgang des Vergleichers 30A wird ein Signal U_DIFF erzeugt, welches die Regeldifferenz charakterisiert. Das Signal U_DIFF wird dem Spannungsregler 30B zugeführt. Die Spannungsregelungsvorrichtung 30 wählt in Abhängigkeit vom Signal U_DIFF eine der Stromsteuervorrichtungen 41, 42, 141, 142 aus, welche zur Beeinflussung des Potenzials U50 am Punkt 50 geeignet ist. Hierzu hat die Spannungsregelungsvorrichtung 30 bevorzugt - nicht dargestellte - Spannungsmessvorrichtungen, welche die Spannungen an den Leitungen 51, 52, 201, 202 misst oder zumindest das Vorzeichen der Spannungsdifferenz dieser Spannungen relativ zur Spannung U25 ermittelt. Sofern der Typ des Versorgungsnetzes 10 fest steht und eine Information über die Phasenlage vorhanden ist, ist eine Spannungsmessung nicht erforderlich.The voltage regulation device 30 has a comparator 30A and the actual voltage regulator 30B. The voltage regulation device 30 is connected on the input side to the point 50 and to the protective conductor connection 25 (protective conductor symbol 99), and the voltage regulation device 30 can thus carry out a comparison between the voltage U50 at the first point 50 and the voltage U25 at the protective conductor connection 25. A signal U_DIFF is generated at the output of the comparator 30A, which characterizes the control difference. The signal U_DIFF is fed to the voltage regulator 30B. Depending on the signal U_DIFF, the voltage regulation device 30 selects one of the current control devices 41, 42, 141, 142, which is suitable for influencing the potential U50 at the point 50. For this purpose, the voltage regulation device 30 preferably has voltage measuring devices (not shown) which measure the voltages on the lines 51, 52, 201, 202 or at least determine the sign of the voltage difference of these voltages relative to the voltage U25. If the type of supply network 10 is fixed and information about the phase position is available, a voltage measurement is not necessary.

Die Stromsteuervorrichtungen 41, 42, 141, 142 können in einer einfachen Ausführungsform als lineare Stromsteuervorrichtungen oder als lineare Stromregler ausgebildet sein.In a simple embodiment, the current control devices 41, 42, 141, 142 can be designed as linear current control devices or as linear current regulators.

Die Stromerzeugungsvorrichtung 60 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von einem Vorgabesignal I_S den Strom 62 zwischen dem Schutzleiteranschluss 25 und dem ersten vorgegebenen Punkt 50 zu erzeugen. Die Stromerzeugungsvorrichtung 60 weist bevorzugt als Stromquelle einen Operationsverstärker auf.The current generating device 60 is designed to generate the current 62 between the protective conductor connection 25 and the first predetermined point 50 as a function of a preset signal I_S. The current generating device 60 preferably has an operational amplifier as a current source.

Das Vorgabesignal I_S wird von einer Vorgabevorrichtung 59 erzeugt und an die Stromerzeugungsvorrichtung 60 ausgegeben. Die Stromerzeugungsvorrichtung 60 ist beispielsweise als Differenzstromerfassungsvorrichtung und/oder als Isolationsüberwachungsvorrichtung ausgebildet. Die Vorgabevorrichtung 59 kann als Hardwareschaltung, mit Softwaresteuerung oder hybrid ausgebildet werden. Die Wahl hängt insbesondere von der erforderlichen Geschwindigkeit der Regelung ab.The specification signal I_S is generated by a specification device 59 and output to the current generation device 60. The current generation device 60 is designed, for example, as a differential current detection device and/or as an insulation monitoring device. The specification device 59 can be designed as a hardware circuit, with software control or hybrid. The choice depends in particular on the required speed of the control.

Das Stromvorgabesignal I_S wird beispielsweise von der als Differenzstromerfassungsvorrichtung ausgebildeten Vorgabevorrichtung 59 erzeugt, um den Strom 62 als Kompensationsstrom zur Kompensation von Ableitströmen zu erzeugen. Hierzu nutzt die Vorgabevorrichtung 59 beispielsweise die Differenzstrom-Messvorrichtung 170.The current specification signal I_S is generated, for example, by the specification device 59 designed as a differential current detection device in order to generate the current 62 as a compensation current for compensating leakage currents. For this purpose, the specification device 59 uses, for example, the differential current measuring device 170.

Alternativ oder zusätzlich kann das Stromvorgabesignal I_S von der als Isolationsüberwachungsvorrichtung ausgebildeten Vorgabevorrichtung 59 erzeugt werden, welche insbesondere bei IT-Netzen eingesetzt wird, um den Isolationszustand des IT-Netzes zu überprüfen. Hierfür wird der Strom 62 als Prüfstrom erzeugt, und es wird geprüft, ob der Schutzleiteranschluss 25 auf der Seite des Versorgungsnetzes 10 mit den Aktivleitern niederohmig verbunden ist. Alternatively or additionally, the current specification signal I_S can be generated by the specification device 59 designed as an insulation monitoring device, which is used in particular in IT networks to check the insulation state of the IT network. For this purpose, the current 62 is generated as a test current, and it is checked whether the protective conductor connection 25 on the side of the supply network 10 is connected to the active conductors with low resistance.

Der zweistufige Ansatz mit der Regelung des Potenzials am Punkt 50 auf das Potenzial U25 am Schutzleiteranschluss 25 und der Stromerzeugung zwischen dem Punkt 50 und dem Schutzleiteranschluss 25 ist vorteilhaft, da die Potenzialdifferenz aufgrund der Spannungsregelung gering ist. Der Punkt 50 kann als virtueller Neutralleiter bezeichnet werden, da dessen Potenzial durch die Regelung weitgehend dem Potenzial am Schutzleiteranschluss 25 entspricht. Dabei sind die Anforderungen an die Spannungsregelung niedriger als die Anforderungen an die Stromauflösung. Es ist also nicht kritisch, wenn das Potenzial am Punkt 50 trotz der Spannungsregelung um wenige Volt vom Potenzial am Punkt 25 abweicht. Der Strom 62 kann in einem solchen Fall weiterhin mit hoher Genauigkeit erzeugt werden. Durch die Spannungsregelung kann die Stromerzeugungsvorrichtung 60 auf vergleichsweise niedrige Maximal-Differenzspannungen U25 - U50 ausgelegt werden, beispielsweise auf ±15 V.The two-stage approach with the regulation of the potential at point 50 to the potential U25 at the protective conductor connection 25 and the generation of current between point 50 and the protective conductor connection 25 is advantageous because the potential difference is small due to the voltage regulation. Point 50 can be referred to as a virtual neutral conductor because its potential largely corresponds to the potential at the protective conductor connection 25 due to the regulation. The requirements for the voltage regulation are lower than the requirements for the current resolution. It is therefore not critical if the potential at point 50 deviates by a few volts from the potential at point 25 despite the voltage regulation. In such a case, the current 62 can still be generated with high accuracy. Due to the voltage regulation, the current generating device 60 can be designed for comparatively low maximum differential voltages U25 - U50, for example ±15 V.

Es ist grundsätzlich möglich, beim Fehlen eines Neutralleiters eine Stromerzeugung direkt von einem Außenleiter zum Punkt 25 vorzunehmen. Dies erfordert allerdings eine Hochvoltstromquelle, die auch beim Scheitelpunkt der Spannung des Außenleiters (z.B. ±230 V oder ±400 V) arbeiten kann. Dies ist mit Hochvoltstromquellen möglich, die im getakteten Betrieb oder im Linearbetrieb arbeiten. Bei einem getakteten Betrieb besteht die Schwierigkeit, die erforderliche Bandbreite und Genauigkeit zu erreichen. In Abhängigkeit vom Einzelfall kann die geforderte Bandbreite beispielsweise 10 kHz oder 250 kHz und die geforderte Stromauflösung 1 mA betragen. Beim Linearbetrieb sind teure Hochvolt-Operationsverstärker erforderlich.In principle, it is possible to generate current directly from an outer conductor to point 25 in the absence of a neutral conductor. However, this requires a high-voltage power source that can also operate at the peak of the voltage of the outer conductor (e.g. ±230 V or ±400 V). This is possible with high-voltage power sources that operate in clocked mode or linear mode. In clocked mode, it is difficult to achieve the required bandwidth and accuracy. Depending on the individual case, the required bandwidth can be 10 kHz or 250 kHz and the required current resolution 1 mA. In linear mode, expensive high-voltage operational amplifiers are required.

Die bevorzugt im Linearbetrieb betriebenen Stromsteuervorrichtungen 41, 42, 141, 142 müssen ggf. mit einer großen Kühlleistung gekühlt werden. Die Verluste in Linearschaltern nehmen quadratisch mit der Spannung zu.The current control devices 41, 42, 141, 142, which are preferably operated in linear mode, may need to be cooled with a large cooling capacity. The losses in linear switches increase quadratically with the voltage.

Die Vorrichtung 20 ist beispielhaft Teil eines Fahrzeugs 14 und ermöglicht insbesondere einen Anschluss eines batteriebetriebenen Fahrzeugs 14 an unterschiedliche Versorgungsnetze 10.The device 20 is, for example, part of a vehicle 14 and in particular enables a battery-operated vehicle 14 to be connected to different supply networks 10.

2 zeigt ein Diagramm, in dem die Spannung U21 des Aktivleiteranschlusses 21, die Spannung U24 des Aktivleiteranschlusses 24, die Spannung U201 an der Leitung 201, die Spannung U202 an der Leitung 202 und die Spannung U25 am Schutzleiteranschluss 25 über die Zeit t für eine Periode aufgetragen sind. 2 shows a diagram in which the voltage U21 of the active conductor connection 21, the voltage U24 of the active conductor connection 24, the voltage U201 on the line 201, the voltage U202 on the line 202 and the voltage U25 on the protective conductor connection 25 are plotted over time t for one period.

Es handelt sich im Ausführungsbeispiel um ein Versorgungsnetz 10, bei dem die Aktivleiteranschlüsse 21, 24 mit Außenleitern (L1, L2) verbunden sind, deren Phasendifferenz 120° (bzw. 240°) beträgt.The exemplary embodiment is a supply network 10 in which the active conductor connections 21, 24 are connected to outer conductors (L1, L2) whose phase difference is 120° (or 240°).

Bei diesem Versorgungsnetz 10 besteht das Problem, dass beide Spannungen U21 und U24 im Zeitbereich 501 positiv sind und im Zeitbereich 502 negativ sind. Wenn also im Zeitbereich 501 die Spannung U50 am Punkt 50 zu hoch wäre, könnte zumindest über lineare Stromsteuervorrichtungen 141, 142 keine Erniedrigung des Potenzials am Punkt 50 durch die Spannungsregelungsvorrichtung 30 erfolgen.The problem with this supply network 10 is that both voltages U21 and U24 are positive in the time range 501 and negative in the time range 502. If the voltage U50 at point 50 were too high in the time range 501, the voltage control device 30 would not be able to reduce the potential at point 50, at least via linear current control devices 141, 142.

Die Spannung U201 ist jedoch aufgrund des Gleichrichters 210 und der als Energiespeicher wirkenden Kondensatorvorrichtung 200 durchgehend positiv, und die Spannung U202 ist durchgehend negativ.However, the voltage U201 is consistently positive due to the rectifier 210 and the capacitor device 200 acting as an energy storage device, and the voltage U202 is consistently negative.

Daher kann die Spannungsregelungsvorrichtung 30 über die Stromsteuervorrichtungen 41, 42 bei diesem Versorgungsnetz durchgehend die Spannung U50 am Punkt 50 beeinflussen.Therefore, the voltage control device 30 can continuously influence the voltage U50 at point 50 in this supply network via the current control devices 41, 42.

Die Vorrichtung 20 kann auch mit anderen Versorgungsnetzen 10 verbunden werden. So haben beispielsweise bei einem Versorgungsnetz vom Typ US split phase die Phasen HOT1 (U21) und HOT2 (U24) eine Phasenverschiebung von 180°. Ein solches Versorgungsnetz 10 wird auch als Einphasen-Dreileiternetz bezeichnet. Damit ist - außer beim Nulldurchgang - immer eine der Spannungen U21, U24 positiv und die andere negativ. In diesem Fall kann die Spannungsregelungsvorrichtung 30 entweder mit den Stromsteuervorrichtungen 41, 42 oder mit den Stromsteuervorrichtungen 141, 142 oder mit allen Stromsteuervorrichtungen 41, 42, 141, 142 die Spannung U50 beeinflussen.The device 20 can also be connected to other supply networks 10. For example, in a supply network of the US split phase type, the phases HOT1 (U21) and HOT2 (U24) have a phase shift of 180°. Such a supply network 10 is also referred to as a single-phase three-wire network. This means that - except at zero crossing - one of the voltages U21, U24 is always positive and the other negative. In this case, the voltage control device 30 can influence the voltage U50 either with the current control devices 41, 42 or with the current control devices 141, 142 or with all current control devices 41, 42, 141, 142.

Bei Versorgungsnetzen vom Typ TN mit einem Neutralleiter N am Aktivleiteranschluss 24 kann die Spannungsregelungsvorrichtung 30 die Stromsteuervorrichtung 142 durchgehend leitend schalten, da der Sternpunkt im Transformator eines solchen Versorgungsnetzes 10 als Neutralleiter N dient und gleichzeitig geerdet ist. Damit ist eine geringe Potenzialdifferenz zwischen dem Punkt 50 und dem Schutzleiteranschluss 25 gewährleistet.In the case of supply networks of the TN type with a neutral conductor N at the active conductor connection 24, the voltage regulation device 30 can switch the current control device 142 to be continuously conductive, since the star point in the transformer of such a supply network 10 serves as the neutral conductor N and is simultaneously earthed. This ensures a small potential difference between the point 50 and the protective conductor connection 25.

3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 20 von 1. Die Vorrichtung 15, der Verbraucher 16 und die weiteren Aktivleiteranschlüsse 22, 23 sind zur Vereinfachung nicht dargestellt und können beispielsweise in gleicher Weise vorgesehen werden. 3 shows another embodiment of the device 20 of 1 . The device 15, the consumer 16 and the other active conductor connections 22, 23 are not shown for the sake of simplicity and can, for example, be provided in the same way.

Die Kondensatoranordnung 200 und der Gleichrichter 210 sind in gleicher Weise vorgesehen wie in 1. Die Erzeugung des Potenzials am Punkt 50 erfolgt bei dieser Ausführungsform durch einen Gleichstromwandler 241, der auch als Gleichspannungswandler bezeichnet werden kann.The capacitor arrangement 200 and the rectifier 210 are provided in the same way as in 1 In this embodiment, the potential at point 50 is generated by a direct current converter 241, which can also be referred to as a direct voltage converter.

Der Gleichstromwandler 241 ist eingangsseitig mit der ersten Leitung 201 und mit der zweiten Leitung 202 verbunden und ausgangsseitig mit dem ersten Punkt 50 verbunden. Der Gleichstromwandler 241 kann Energie aus der Kondensatoranordnung 200 entnehmen und ist dazu eingerichtet, am Punkt 50 die Erzeugung einer positiven Spannung und einer negativen Spannung zu ermöglichen.The DC converter 241 is connected on the input side to the first line 201 and to the second line 202 and on the output side to the first point 50. The DC converter 241 can extract energy from the capacitor arrangement 200 and is designed to enable the generation of a positive voltage and a negative voltage at point 50.

Geeignete Ausführungsformen für den Gleichstromwandler 241 sind eine Buck-Boost-Stufe oder eine Boost-Buck-Stufe.Suitable embodiments for the DC-DC converter 241 are a buck-boost stage or a boost-buck stage.

Im Ausführungsbeispiel weist der Gleichstromwandler 241 einen Halbleiterschalter 301, einen Halbleiterschalter 302, ein Diode 305, eine Diode 306, einen Punkt 303, einen Kondensator 310, bevorzugt einen Kondensator 311, eine Induktivität 307 und bevorzugt einen Widerstand 309 auf.In the exemplary embodiment, the DC-DC converter 241 has a semiconductor switch 301, a semiconductor switch 302, a diode 305, a diode 306, a point 303, a capacitor 310, preferably a capacitor 311, an inductance 307 and preferably a resistor 309.

Die erste Leitung 201 ist über den Halbleiterschalter 301 mit dem Punkt 303 verbunden, die zweite Leitung 202 ist über den zweiten Halbleiterschalter 302 mit dem Punkt 303 verbunden.The first line 201 is connected to the point 303 via the semiconductor switch 301, the second line 202 is connected to the point 303 via the second semiconductor switch 302.

Die erste Leitung 201 ist über die Diode 305 mit dem Punkt 303 verbunden, wobei die Anode der Diode 305 mit dem Punkt 303 verbunden ist, und die zweite Leitung 202 ist über die Diode 306 mit dem Punkt 303 verbunden, wobei die Kathode der Diode 306 mit dem Punkt 303 verbunden ist.The first line 201 is connected to the point 303 via the diode 305, with the anode of the diode 305 being connected to the point 303, and the second line 202 is connected to the point 303 via the diode 306, with the cathode of the diode 306 being connected to the point 303.

Der Punkt 303 ist über den Kondensator 311, über die in Reihe geschaltete Induktivität 307 und ggf. über den mit der Induktivität 307 in Reihe geschalteten Widerstand 309 mit dem Punkt 50 verbunden, und die zweite Leitung 202 ist über den Kondensator 310 mit dem Punkt 50 verbunden.The point 303 is connected to the point 50 via the capacitor 311, via the inductance 307 connected in series and possibly via the resistor 309 connected in series with the inductance 307, and the second line 202 is connected to the point 50 via the capacitor 310.

Dies ergibt beispielhaft eine Buck-Boost-Stufe, und durch entsprechende, bevorzugt getaktete Ansteuerung der Halbleiterschalter 301, 302 durch die Spannungsregelungsvorrichtung 30 kann das Potenzial am Punkt 50 in beide Richtungen (positiv und negativ) beeinflusst werden. Die Halbleiterschalter 301, 302 werden bevorzugt nicht gleichzeitig leitend geschaltet, und über die jeweiligen Tastverhältnisse kann die Ausgangsspannung beeinflusst werden.This results, for example, in a buck-boost stage, and by appropriate, preferably clocked control of the semiconductor switches 301, 302 by the voltage regulation device 30, the potential at point 50 can be influenced in both directions (positive and negative). The semiconductor switches 301, 302 are preferably not switched on at the same time, and the output voltage can be influenced via the respective duty cycles.

Der Kondensator 311 ermöglicht eine galvanische Trennung zwischen dem mit dem Schutzleiteranschluss (PE) 25 verschalteten Punkt 50 und der Wechselstromseite der Schaltung. Dies ist vorteilhaft zur Erhaltung der Schutzimpedanz. Alternativ kann der Kondensator 311 durch eine elektrische Leitung ersetzt werden, sofern dies gemäß der geltenden Norm des verwendeten Stromnetzes zulässig ist.The capacitor 311 enables galvanic isolation between the point 50 connected to the protective conductor (PE) connection 25 and the AC side of the circuit. This is advantageous for maintaining the protective impedance. Alternatively, the capacitor 311 can be replaced by an electrical cable, provided this is permitted by the applicable standard of the power grid used.

Durch das Vorsehen der Halbleiterschalter 301, 302 sind die Stromsteuervorrichtungen 41, 42, 141, 142 von 1 nicht mehr erforderlich, sie können aber trotzdem zumindest teilweise vorgesehen sein.By providing the semiconductor switches 301, 302, the current control devices 41, 42, 141, 142 are 1 no longer required, but they can still be provided at least in part.

Die Spannungsregelungsvorrichtung 30 kann grundsätzlich aufgebaut sein wie in 1 dargestellt. Als Stellwert kann sie insbesondere Einfluss nehmen auf das Tastverhältnis der Ansteuersignale der Halbleiterschalter 301, 302 sowie auf die Schaltfrequenz.The voltage control device 30 can basically be constructed as in 1 As a control value, it can particularly influence the duty cycle of the control signals of the semiconductor switches 301, 302 as well as the switching frequency.

Im Unterschied zur Ausführungsform von 1 sind zusätzlich eine Diode 223 und eine Diode 224 vorgesehen. Die Diode 223 ist zwischen dem Punkt 205 und der ersten Leitung 201 derart verschaltet, dass die Kathode der Diode 223 mit der ersten Leitung 201 verbunden ist, und die Diode 224 ist zwischen dem Punkt 205 und der zweiten Leitung 202 derart verschaltet, dass die Anode der vierten Diode 224 mit der zweiten Leitung 202 verbunden ist. Diese optionale Ausführungsform kann auch beim Ausführungsbeispiel von 1 verwendet werden.In contrast to the embodiment of 1 In addition, a diode 223 and a diode 224 are provided. The diode 223 is connected between the point 205 and the first line 201 in such a way that the cathode of the diode 223 is connected to the first line 201, and the diode 224 is connected between the point 205 and the second line 202 in such a way that the anode of the fourth diode 224 is connected to the second line 202. This optional embodiment can also be used in the embodiment of 1 be used.

Wenn beispielsweise das Potenzial U50 dem Potenzial U25 entspricht, der durch die Stromerzeugungsvorrichtung 60 erzeugte Stromfluss in Richtung zum Kondensator 310 orientiert ist und der Kondensator 204 vollständig entladen ist, kann ohne die Diode 224 die Spannung U50 nicht auf 0 V (Beispielspannung U25) gehalten werden. Dies ist jedoch durch die Diode 224 möglich, die einen Strom zum Aktivleiteranschluss 24 hin ermöglicht. Eine entsprechende Funktion hat die Diode 223 bei einem umgedrehten Stromfluss.If, for example, the potential U50 corresponds to the potential U25, the current flow generated by the current generating device 60 is oriented towards the capacitor 310 and the capacitor 204 is completely discharged, the voltage U50 cannot be kept at 0 V (example voltage U25) without the diode 224. However, this is possible with the diode 224, which enables a current to flow to the active conductor connection 24. The diode 223 has a corresponding function when the current flow is reversed.

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Stromsteuervorrichtung 41. Die Stromsteuervorrichtungen 42, 141, 142 sind bevorzugt in gleicher Weise aufgebaut. 4 shows an embodiment of the current control device 41. The current control devices 42, 141, 142 are preferably constructed in the same way.

Die Stromsteuervorrichtung 41 ist einerseits mit dem Anschluss 21 und andererseits mit dem Punkt 50 verbunden. Der Anschluss 21 ist direkt oder indirekt (beispielsweise über einen Widerstand) mit einem Punkt 113 verbunden. Der Punkt 113 ist über eine Diode 101 mit einer Leitung 111 verbunden und über eine Diode 102 mit einer Leitung 112. Die Leitung 111 ist über eine Diode 103 mit einem Punkt 114 verbunden, und die Leitung 112 ist über eine Diode 104 mit dem Punkt 114 verbunden. Der Punkt 114 ist über einen Widerstand 115 mit dem Punkt 50 verbunden.The current control device 41 is connected on the one hand to the terminal 21 and on the other hand to the point 50. The terminal 21 is connected directly or indirectly (for example via a resistor) to a point 113. The point 113 is connected via a diode 101 to a line 111 and via a diode 102 to a line 112. The line 111 is connected via a diode 103 to a point 114 and the line 112 is connected via a diode 104 to the point 114. The point 114 is connected via a resistor 115 to the point 50.

Die Kathoden der Dioden 101, 103 sind zur Leitung 111 hin geschaltet, und die Anoden der Dioden 102, 104 sind zur Leitung 112 hin geschaltet. Hierdurch bilden die Dioden 101, 102, 103, 104 einen Brückengleichrichter 100.The cathodes of the diodes 101, 103 are connected to the line 111, and the anodes of the diodes 102, 104 are connected to the line 112. The diodes 101, 102, 103, 104 thus form a bridge rectifier 100.

Die Leitung 111 ist über einen Spannungsbegrenzer 45 und eine Schalteranordnung 47 mit der Leitung 112 verbunden. Dem Spannungsbegrenzer 45 wird über eine Leitung 46 ein Sollwert U_S zugeführt, der die maximale Spannung an der Schalteranordnung 47 vorgibt. Die Schalteranordnung 47 hat einen Schalter 48, welcher über eine galvanische Trennvorrichtung 49 ansteuerbar ist. Die Schalteranordnung 47 hat einen Eingang 43A und einen Eingang 43B, über welche die galvanische Trennvorrichtung 49 durch die Spannungsregelungsvorrichtung 30 ansteuerbar ist. Im Ausführungsbeispiel ist die galvanische Trennvorrichtung 49 als Optokoppler ausgebildet. Es ist auch eine Ausbildung als Transformator möglich.The line 111 is connected to the line 112 via a voltage limiter 45 and a switch arrangement 47. The voltage limiter 45 is supplied with a setpoint value U_S via a line 46. which specifies the maximum voltage at the switch arrangement 47. The switch arrangement 47 has a switch 48 which can be controlled via a galvanic isolating device 49. The switch arrangement 47 has an input 43A and an input 43B via which the galvanic isolating device 49 can be controlled by the voltage regulation device 30. In the exemplary embodiment, the galvanic isolating device 49 is designed as an optocoupler. It can also be designed as a transformer.

Die Diode 101 ist in Durchlassrichtung vom Punkt 113 zur Leitung 111 geschaltet, und die Diode 103 ist in Durchlassrichtung vom Punkt 114 zur Leitung 111 geschaltet. Es kann somit ein Strom vom Anschluss 21 zur Leitung 111 und ein Strom vom Punkt 50 zur Leitung 111 fließen. Die Dioden 101, 103 ermöglichen jedoch keinen Strom in umgekehrter Richtung.Diode 101 is forward-biased from point 113 to line 111, and diode 103 is forward-biased from point 114 to line 111. Thus, current can flow from terminal 21 to line 111 and current can flow from point 50 to line 111. However, diodes 101, 103 do not allow current to flow in the opposite direction.

Die Diode 102 erlaubt einen Strom von der Leitung 112 zum Anschluss 21, und die Diode 104 erlaubt einen Strom von der Leitung 112 zum Punkt 50. Ein Strom in umgekehrter Richtung wird jedoch von den Dioden 102 bzw. 104 verhindert.Diode 102 allows current from line 112 to terminal 21, and diode 104 allows current from line 112 to point 50. However, current in the reverse direction is prevented by diodes 102 and 104, respectively.

Die Schalteranordnung 47 ist dazu ausgebildet, in einem ersten Zustand Z1 einen Stromfluss von der Leitung 111 zur Leitung 112 zu ermöglichen, und in einem zweiten Zustand Z2 den Stromfluss von der Leitung 111 zur Leitung 112 zu unterbrechen.The switch arrangement 47 is designed to enable a current flow from the line 111 to the line 112 in a first state Z1 and to interrupt the current flow from the line 111 to the line 112 in a second state Z2.

Im Ausführungsbeispiel ist der Schalter 48 unidirektional ausgebildet, und durch den Brückengleichrichter 100 ist sichergestellt, dass der Schalter 48 nur in der Durchlassrichtung betrieben wird. Bei der Verwendung einer bidirektionalen Schalteranordnung 47 kann der Brückengleichrichter 100 entfallen, und die bidirektionale Schalteranordnung 47 wird mit dem Spannungsbegrenzer 45 zwischen dem Anschluss 21 und dem Punkt 50 verschaltet.In the exemplary embodiment, the switch 48 is unidirectional, and the bridge rectifier 100 ensures that the switch 48 is only operated in the forward direction. When using a bidirectional switch arrangement 47, the bridge rectifier 100 can be omitted, and the bidirectional switch arrangement 47 is connected to the voltage limiter 45 between the connection 21 and the point 50.

Das Vorsehen der galvanischen Trennvorrichtung 49 erleichtert das Ansteuern der einzelnen Schalter. Es sind auch andere Ansteuerschaltungen möglich, die jedoch häufig einen höheren Schaltungsaufwand erfordern.The provision of the galvanic isolating device 49 facilitates the control of the individual switches. Other control circuits are also possible, but these often require a higher circuit complexity.

Die galvanische Trennvorrichtung 49 kann zusätzlich mit einer Darlington-Stufe versehen werden, um einen höheren Maximalstrom zu ermöglichen.The galvanic isolating device 49 can additionally be provided with a Darlington stage to enable a higher maximum current.

In der Praxis treten beim Versorgungsnetz 10 vom Typ US split phase und auch bei anderen Netzen unsymmetrische Verläufe zwischen den einzelnen Außenleitern auf, beispielsweise unterschiedliche Amplituden. Dies kann bei anderen Lösungen zu Problemen führen. Ein großer Vorteil der in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtung 20 ist, dass die Spannung am Punkt 50 auch beim Vorhandensein von unsymmetrischen Verläufen gut geregelt werden kann. Die Vorrichtung 20 ist somit vergleichsweise robust und funktioniert auch unter schlechten Bedingungen.In practice, in the supply network 10 of the US split phase type and also in other networks, asymmetrical curves occur between the individual outer conductors, for example different amplitudes. This can lead to problems with other solutions. A major advantage of the device 20 described in this application is that the voltage at point 50 can be well regulated even when asymmetrical curves are present. The device 20 is therefore comparatively robust and functions even under poor conditions.

Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.Naturally, various variations and modifications are possible within the scope of the present invention.

Die in den Figuren vorgesehenen Gleichrichterschaltungen, die aus der Wechselspannung eine Gleichspannung zur Beeinflussung des Potenzials am Punkt 50 erzeugen, können auch durch ein ggf. vorhandenes Gleichspannungsnetz ersetzt werden, beispielsweise durch das Bordnetz.The rectifier circuits shown in the figures, which generate a direct voltage from the alternating voltage to influence the potential at point 50, can also be replaced by a direct voltage network that may be present, for example by the vehicle electrical system.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102018203388 A1 [0002]
DE 102016005565 A1 [0003]
EP 2517345 B1 [0004]
WO 2020156689 B1 [0005]
DE 102012209731 A1 [0006]
DE 102020119106 B3 [0007]

Claims

Device (20) for generating a current (62) on a supply network (10), which device has a voltage regulation device (30), a current generation device (60), a capacitor arrangement (200), a first point (50), at least two active conductor connections (21, 24) and a protective conductor connection (25), which at least two active conductor connections (21, 24) comprise a first active conductor connection (21) and a second active conductor connection (24), which voltage regulation device (30) is designed to regulate a first voltage (U50) at the first point (50) to a second voltage (U25) at the protective conductor connection (25), which capacitor arrangement (200) has a first line (201), a second line (202), a first capacitor (203), a second capacitor (204) and a second point (205), which first line (201) is connected to the second point (205) via the first capacitor (203) which second line (202) is connected to the second point (205) via the second capacitor (204), which second point (205) is connected to the second active conductor connection (24), which first active conductor connection (21) is connected to a rectifier (210), which rectifier (210) has a first direct current side connection (211) and a second direct current side connection (212), which first direct current side connection (211) is connected to the first line (201), which second direct current side connection (212) is connected to the second line (202), which voltage regulation device (30) is designed to regulate the voltage (U50) at the first point (50) using the potential on the first line (201) or on the second line (202) to the second voltage (U25) at the protective conductor connection (25), and which current generation device (60) is designed to generate a current (62) between the first point (50) and the protective conductor connection (25).

Device (20) according to one of the preceding claims, in which the rectifier (210) has a first diode (213) and a second diode (214), which first diode (213) is connected on the anode side to the first active conductor terminal (21) and on the cathode side to the first direct current side terminal (211), and which second diode (214) is connected on the cathode side to the first active conductor terminal (21) and on the anode side to the second direct current side terminal (212).

Device (20) according to Claim 1 or 2 which has a third diode (223) and a fourth diode (224), which third diode (223) is connected between the second point (205) and the first line (201) such that the cathode of the third diode (223) is connected to the first line (201), and which fourth diode (224) is connected between the second point (205) and the second line (202) such that the anode of the fourth diode (224) is connected to the second line (202).

Device (20) according to one of the preceding claims, which has a first current control device (41) and a second current control device (42), which first current control device (41) is provided between the first line (201) and the first point (50) and is designed to enable a current flow (141) between the first line (201) and the first point (50), which second current control device (42) is provided between the second line (202) and the first point (50) and is designed to enable a current flow (142) between the second line (202) and the first point (50), and which voltage regulation device (30) is designed to control the first current control device (41) and the second current control device (42) in order to influence the voltage at the first point (50).

Device according to Claim 4 , in which the first current control device (41) and the second current control device (42) are designed as linear current control devices or as linear current regulators.

Device according to one of the preceding claims, which has a third current control device (141) and a fourth current control device (142), which third current control device (141) is provided between the first active conductor connection (21) and the first point (50) and is designed to enable a current flow (1141) between the first active conductor connection (21) and the first point (50), which fourth current control device (142) is provided between the second active conductor connection (24) and the first point (50) and is designed to enable a current flow (1142) between the second active conductor connection and the first point (50), and which voltage regulation device (30) is designed to control the third current control device (141) and the fourth current control device (142) in order to influence the voltage at the first point (50).

Device (20) according to one of the preceding claims, which has a DC converter (241), which DC converter (241) is connected on the input side to the first line (201) and to the second line (202) and is connected on the output side to the first point (50), and which DC converter (241) is designed to enable the generation of a positive voltage and a negative voltage at the first point (50).

Device (20) according to Claim 7 , in which the DC-DC converter (241) has a buck-boost stage or a boost-buck stage.

Device (20) according to Claim 7 or 8th , in which the DC converter (241) has a first semiconductor switch (301), a second semiconductor switch (302), a fifth diode (305), a sixth diode (306), a third point (303), a capacitor (310) and an inductance (307), in which the first line (201) is connected to the third point (303) via the first semiconductor switch (301), in which the second line (202) is connected to the third point (303) via the second semiconductor switch (302), in which the first line (201) is connected to the third point (303) via the fifth diode (305), the anode of the fifth diode (305) being connected to the third point (303), in which the second line (202) is connected to the third point (303) via the sixth diode (306), the cathode of the sixth diode (306) is connected to the third point (303), in which the third point (303) is connected to the first point (50) via the inductance (307), and in which the second line (202) is connected to the first point (50) via the capacitor (310).

Device according to one of the preceding claims, which has a compensation device (59) for compensating leakage currents, which compensation device (59) is designed to generate a compensation current via the current generation device (60).

Device according to one of the preceding claims, which has a monitoring device (59) for monitoring a protective conductor (199) connected to the protective conductor connection (25) using a test current, and which monitoring device (59) is designed to generate the test current via the current generating device (60).

Device (20) according to one of the preceding claims, wherein the current generating device (60) has an operational amplifier as a current source.