DE102011079253A1 - Circuit arrangement for equalizing state of charge of series-connected energy storage device of battery, has energy storage device which is connected parallelly with respect to series circuit of secondary winding of transformer - Google Patents

Circuit arrangement for equalizing state of charge of series-connected energy storage device of battery, has energy storage device which is connected parallelly with respect to series circuit of secondary winding of transformer Download PDF

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Matthias Burkhardt
Bernhard Siessegger
Felix Franck
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0018Circuits for equalisation of charge between batteries using separate charge circuits

Abstract

The circuit arrangement has transducer cells (W1-W3) which are connected in parallel to the adjacent energy storage devices (B1-B4). The energy storage device (B1) is connected parallelly with respect to series circuit of primary winding of transformers (Tr1), storage inductance and switches (S1). The energy storage device (B2) is connected parallelly with respect to series circuit of secondary winding of transformer (Tr2), storage inductance and diode (D1). The control circuit (Ctl) of each transducer cell is operated independently to control the operation of switch. An independent claim is included for method for equalizing state of charge of series-connected energy storage device of battery.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Ausgleich ungleicher Ladezustände von Energiespeichern oder Spannungsquellen, z.B. galvanischen Zellen in Akkumulatoren.The invention relates to a circuit arrangement and a method for compensating unequal states of charge of energy stores or voltage sources, e.g. galvanic cells in accumulators.

Die einzelnen Energiespeicher werden auch als Zellen bezeichnet. Die Zellen sind insbesondere in einer Reihenschaltung miteinander zu einem Akkumulator verbunden. Ein Akkumulator besteht also aus einer Reihenschaltung mehrerer Zellen. Bei typischen Akkumulatoren, wie z.B. Autobatterien, sind normalerweise nur die äußersten Anschlüsse als Akkumulatoranschlüsse zugänglich. Die inneren Verbindungen der Zellen, auch als Mittelknoten bezeichnet, befinden sich unzugänglich im Gehäuse.The individual energy stores are also referred to as cells. The cells are connected to each other in particular in a series circuit to an accumulator. An accumulator thus consists of a series connection of several cells. In typical accumulators, such as e.g. Car batteries, usually only the outermost connections are accessible as accumulator connections. The inner connections of the cells, also referred to as central nodes, are inaccessible in the housing.

Hintergrundbackground

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Angleichen des Ladezustandes von seriell verschalteten Energiespeichern nach der Gattung des Hauptanspruchs. Seriell verschaltete Energiespeicher finden in vielerlei Gebieten Anwendung. Sie sind in Notebooks ebenso zu finden wie in Akkuschraubern, Akkurasenmähern und diversen anderen Akkumulatorbetriebenen Werkzeugen. In neuerer Zeit werden hierfür immer öfter Lithium-basierte Energiespeicher verwendet. Diese haben diverse Vorteile wie eine höhere Energiedichte, keinen Memoryeffekt und eine höhere Zellenspannung. Lithium-basierte Energiespeicher haben aber auch Nachteile: Viele Varianten dieser Speicher benötigen, wenn sie seriell in einem Akkumulator verschaltet sind, aktive Schaltungen zum Ladungsangleich, da sonst die Gefahr besteht, das die einzelnen Zellen in einem Akkumulator auseinanderlaufen. Dies bedeutet, dass die in einer Zelle gespeicherte Energie im Vergleich zu der in den anderen Zellen des Akkumulators immer unterschiedlicher wird.The invention is based on a device for equalizing the state of charge of serially interconnected energy stores according to the preamble of the main claim. Serially interconnected energy stores are used in many areas. They can be found in notebooks as well as in cordless screwdrivers, battery mowers and various other accumulator operated tools. In recent times, more and more lithium-based energy storage are used for this purpose. These have various advantages such as a higher energy density, no memory effect and a higher cell voltage. However, lithium-based energy storage devices also have disadvantages: many variants of these memories, if they are connected in series in an accumulator, require active circuits for charge equalization, since otherwise there is the danger that the individual cells will diverge in one accumulator. This means that the energy stored in one cell becomes more and more different compared to that in the other cells of the accumulator.

Ohne Zugänge zu besagten Mittelknoten und ohne eine entsprechende Beschaltung können die Ladezustände der einzelnen Zellen nicht beeinflusst, insbesondere nicht effizient gegenseitig ausgeglichen werden. Dies führt dann zu einem Kapazitätsverlust des Akkumulators. Da einzelne Zellen fertigungsbedingt einer gewissen Streuung unterliegen, werden z.B. durch geringfügig unterschiedliche Innenwiderstände einzelne Zellen stärker entladen als ihre Nachbarn im Verbund des Akkumulators: Dieser gilt als entladen, sobald die erste Zelle des Verbundes entladen ist, obwohl in den anderen Zellen noch Restladungen vorhanden sind. Auch beim Laden des Akkumulators wirkt sich dieser Aspekt aus, und es werden einige Zellen mehr aufgeladen als andere. Über mehrere Zyklen kann das dazu führen, dass einige Zellen einen deutlich geringeren Ladezustand haben als andere und somit deutlich früher entladen sind als der Rest im Verbund. Auf der anderen Seite kann es auch Zellen geben, die aus oben genannten Gründen einen signifikant höheren Ladezustand besitzen und damit beim Laden deutlich früher vollgeladen sind als andere Zellen des Akkumulators: Obwohl dessen n-1 Zellen noch Restladekapazitäten hätten, gilt der Akkumulator als vollgeladen, sobald seine erste Zelle vollständig aufgeladen ist. Insbesondere bei Akkumulatoren mit Lithium-Chemie stellt dies ein erhebliches Problem dar, da Zellen dieser Chemie niemals überladen oder tiefentladen werden dürfen. Auch wenn dies nicht geschieht, ist bei Auseinanderlaufen der Zellen mit einer deutlich reduzierten Zyklenfestigkeit und mit einer geringen nutzbaren Entladungstiefe des Akkumulators zu rechnen. Hieraus resultiert, dass die Reihenschaltung aus mehreren Zellen zu einem Akkumulator nur so stark ist wie dessen schwächste Zelle. Schaltungen zum Ladungsausgleich zwischen diesen Zellen können diesen Missstand lindern.Without access to said central node and without a corresponding wiring, the charge states of the individual cells can not be influenced, in particular can not be compensated for each other efficiently. This then leads to a loss of capacity of the accumulator. Since individual cells are subject to a certain scatter due to production, e.g. by slightly different internal resistances single cells discharge more than their neighbors in the composite of the accumulator: This is considered discharged as soon as the first cell of the composite is discharged, although in the other cells still residual charges are present. Even when charging the battery, this aspect has an effect and some cells charge more than others. Over several cycles, this can lead to some cells having a significantly lower state of charge than others and thus being discharged much earlier than the rest in the composite. On the other hand, there may also be cells which for the reasons mentioned above have a significantly higher state of charge and thus are charged much faster when charging than other cells of the accumulator: although its n-1 cells still have residual charge capacities, the accumulator is considered fully charged, once his first cell is fully charged. This is a significant problem especially with rechargeable batteries with lithium chemistry since cells of this chemistry must never be overcharged or deep discharged. Even if this does not happen, it is to be reckoned with a significantly reduced cycle stability and with a small usable depth of discharge of the accumulator when the cells run apart. The result is that the series connection of several cells to an accumulator is only as strong as its weakest cell. Charge balance circuitry between these cells can alleviate this shortcoming.

Aus der US 6 356 055 B1 sind Ausgleichsschaltungen mit einem Gleichspannungswandler pro Zelle bekannt, die sekundär parallel zu sich selbst und zum Akkumulator geschaltet sind. Einzelne Zellen mit höherer Ladung werden über die Gleichspannungswandler entladen und die Energie über den gesamten Akkumulator verteilt. Diese Schaltung hat allerdings den Nachteil, dass die Gleichspannungswandler sekundärseitig für die volle Akkumulatorspannung ausgelegt sein müssen, was insbesondere bei Akkumulatoren für Elektroautos von Nachteil sein kann, da diese Spannungen bis zu 600 V aufweisen. Dies macht die Gleichspannungswandler teuer in der Herstellung, was um so schwerer wiegt, da bei solchen Akkumulatoren viele Zellen in Reihe geschaltet sind und somit viele Gleichspannungswandler benötigt werden. Ferner sinkt der maximal erzielbare Wirkungsgrad dieser Gleichspannungswandler mit der geforderten Spannungsübersetzung, welche beim Wandeln von ca. 4V auf z.B. 600V recht groß ist und damit den Wirkungsgrad schon von vorne herein negativ beeinflusst.From the US Pat. No. 6,356,055 B1 compensation circuits are known with a DC-DC converter per cell, which are secondarily connected in parallel to itself and to the accumulator. Single cells with higher charge are discharged via the DC-DC converter and the energy is distributed over the entire accumulator. However, this circuit has the disadvantage that the DC-DC converter must be designed on the secondary side for the full battery voltage, which can be particularly disadvantageous for batteries for electric cars, as these voltages up to 600 V. This makes the DC-DC converters expensive to manufacture, which is all the more serious, since many such cells are connected in series and thus many DC-DC converters are required in such accumulators. Furthermore, the maximum achievable efficiency of these DC-DC converter with the required voltage ratio decreases, which is quite large when converting from about 4V to 600V, for example, and thus already adversely affected the efficiency from the outset.

Aus der gleichen Schrift ist auch eine Ausgleichsschaltung mit einem Gleichspannungswandler pro Zelle bekannt, bei der die einzelnen Gleichspannungswandler überschneidend miteinander verschaltet sind. Die Gleichspannungswandler benötigen allerdings 2 Schalter pro Gleichspannungswandlerzelle und sind damit aufwendig und teuer in der Herstellung.From the same document, a compensation circuit with a DC-DC converter per cell is known in which the individual DC-DC converter are interconnected overlapping each other. However, the DC-DC converters require 2 switches per DC-DC converter cell and are therefore complicated and expensive to manufacture.

Aufgabetask

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die kostengünstiger in der Herstellung ist und die unabhängig von der Gesamtspannung des Akkumulators flexibel konfigurierbar ist.It is an object of the invention to provide a circuit arrangement which is less expensive to manufacture and which is independent of the Total voltage of the accumulator is flexibly configurable.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Lösung der Aufgabe bezüglich der Schaltungsanordnung erfolgt erfindungsgemäß mit einer Schaltungsanordnung zum Angleichen des Ladezustandes von seriell verschalteten Energiespeichern mit folgenden Merkmalen:

  • – die Schaltungsanordnung weist mindestens eine Wandlerzelle auf, die parallel zu jeweils zwei Energiespeichern aus der Serienschaltung des Akkumulators geschaltet ist,
  • – jede Wandlerzelle weist einen Transformator oder eine Speicherinduktivität, eine einzige Diode und einen einzigen Schalter auf,
  • – parallel zu einem ersten Energiespeicher ist eine Serienschaltung der Primärwicklung des Transformators oder der Speicherinduktivität und des Schalters geschaltet, deren Enden den Eingang der Wandlerzelle bilden,
  • – parallel zu einem seriell folgenden zweiten Energiespeicher ist eine Serienschaltung der Sekundärwicklung des Transformators oder der Speicherinduktivität und der Diode geschaltet, deren Enden den Ausgang der Wandlerzelle bilden,
  • – der Schalter wird von einer Steuerschaltung angesteuert,
  • – die Steuerschaltung jeder Wandlerzelle arbeitet autark für sich, und ist nicht mit den Steuerschaltungen weiterer Wandlerzellen verbunden.
The object is achieved with respect to the circuit arrangement according to the invention with a circuit arrangement for equalizing the state of charge of serially interconnected energy storage with the following features:
  • The circuit arrangement has at least one converter cell which is connected in parallel with two energy stores each from the series circuit of the accumulator,
  • Each converter cell has a transformer or a storage inductance, a single diode and a single switch,
  • A series circuit of the primary winding of the transformer or of the storage inductor and of the switch is connected in parallel with a first energy store, the ends of which form the input of the converter cell,
  • A series circuit of the secondary winding of the transformer or of the storage inductor and of the diode is connected in parallel with a series-connected second energy store, the ends of which form the output of the converter cell,
  • The switch is controlled by a control circuit,
  • - The control circuit of each converter cell operates autonomously by itself, and is not connected to the control circuits of other converter cells.

Die Steuerschaltung nutzt dabei bevorzugt das Potential zwischen dem ersten und dem zweiten Energiespeicher und besonders bevorzugt das negative Potential des ersten Energiespeichers als Bezugspotential (BP), und die Potentiale der anderen Pole des ersten beziehungsweise zweiten Energiespeichers als Steuerspannungen. The control circuit preferably uses the potential between the first and the second energy store and particularly preferably the negative potential of the first energy store as the reference potential (BP), and the potentials of the other poles of the first or second energy store as control voltages.

In einer ersten Ausführungsform ist die Wandlerzelle als Drosselinverswandler ausgeführt, der dem ersten Energiespeicher Energie entnimmt und in den zweiten Energiespeicher transferiert. In einer alternativen ersten Ausführungsform kann der Wandler als Boostwandler ausgeführt sein, der dem zweiten Energiespeicher Energie entnimmt und in den ersten Energiespeicher transferiert. Dies bietet den Vorteil eines einfachen und kostengünstigen Aufbaus.In a first embodiment, the converter cell is designed as a throttle inverter, which takes energy from the first energy store and transfers it to the second energy store. In an alternative first embodiment, the converter may be designed as a boost converter, which takes energy from the second energy store and transfers it into the first energy store. This offers the advantage of a simple and inexpensive construction.

In einer zweiten Ausführungsform ist die Wandlerzelle als galvanisch getrennter Sperrwandler bzw. Flyback-Wandler ausgeführt, der dem ersten Energiespeicher Energie entnimmt und in den zweiten Energiespeicher transferiert. Diese Ausführungsform ist mit nur geringen jeweiligen technischen Anpassungen – also beispielsweise auf identischen Schaltungsträgern – überall im Akkumulator einsetzbar und damit am flexibelsten bzgl. absoluter Lage der beteiligten ersten und zweiten Energiespeicher und bzgl. Festlegung des Bezugspotentials. Durch die galvanische Trennung kann die Energie auch zwischen zwei elektrisch nicht benachbarten Energiespeichern transferiert werden. In solch einer Ausführungsform ist der erste Energiespeicher dabei bevorzugt der Energiespeicher mit dem niedrigsten Potential im Akkumulator und der zweite Energiespeicher bevorzugt der Energiespeicher mit dem höchsten Potential im Akkumulator. In einer alternativen zweiten Ausführungsform ist der zweite Energiespeicher dabei bevorzugt der Energiespeicher mit dem niedrigsten Potential im Akkumulator und der erste Energiespeicher bevorzugt der Energiespeicher mit dem höchsten Potential im Akkumulator.In a second embodiment, the converter cell is designed as a galvanically isolated flyback converter or flyback converter which extracts energy from the first energy store and transfers it to the second energy store. This embodiment can be used anywhere in the accumulator with only slight respective technical adaptations-that is, for example, on identical circuit carriers-and thus most flexibly with regard to the absolute position of the first and second energy stores involved and with respect to the definition of the reference potential. Due to the galvanic isolation, the energy can also be transferred between two electrically non-adjacent energy stores. In such an embodiment, the first energy store is preferably the energy store with the lowest potential in the rechargeable battery and the second energy store preferably the energy store with the highest potential in the rechargeable battery. In an alternative second embodiment, the second energy store is preferably the energy store with the lowest potential in the rechargeable battery and the first energy store preferably the energy store with the highest potential in the rechargeable battery.

In einer alternativen zweiten Ausführungsform ist die Wandlerzelle durch einen Flyback-Wandler gebildet, der dem zweiten Energiespeicher Energie entnimmt und in den ersten Energiespeicher transferiert.In an alternative second embodiment, the converter cell is formed by a flyback converter, which takes energy from the second energy store and transfers it to the first energy store.

Die Steuerschaltung steuert den Wandler dabei bevorzugt mit einer Pulsweitenmodulation an. Diese Maßnahme resultiert in einem einfachen Aufbau der Steuerschaltung.The control circuit preferably controls the converter with a pulse width modulation. This measure results in a simple structure of the control circuit.

Die Steuerschaltung kann dabei analog oder digital aufgebaut sein.The control circuit can be constructed analog or digital.

Die Lösung der Aufgabe bezüglich des Verfahrens erfolgt erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Angleichen des Ladezustandes von seriell verschalteten Energiespeichern, welches von einer Steuerschaltung mit den obigen Merkmalen ausgeführt wird. Das Verfahren bewirkt, dass die Wandlerzelle dann eingeschaltet wird, wenn die Differenz der beiden von der Steuerschaltung gemessenen Energiespeicherspannungen des ersten und des zweiten Energiespeichers einen vorbestimmten ersten Wert überschreitet. Die Wandlerzelle wird dabei bevorzugt dann ausgeschaltet, wenn die Differenz der beiden von der Steuerschaltung gemessenen Energiespeicherspannungen einen vorbestimmten zweiten Wert unterschreitet.The object is achieved with respect to the method according to the invention with a method for equalizing the state of charge of serially interconnected energy storage, which is performed by a control circuit having the above features. The method has the effect that the converter cell is switched on when the difference between the two energy storage voltages of the first and the second energy store measured by the control circuit exceeds a predetermined first value. The converter cell is preferably turned off when the difference between the two measured by the control circuit energy storage voltages falls below a predetermined second value.

In einer alternativen Ausführungsform wird die Wandlerzelle dann eingeschaltet, wenn die Spannung des ersten Energiespeichers einen ersten Wert überschreitet, und dann wieder ausgeschaltet, wenn die Spannung des ersten Energiespeichers einen zweiten Wert unterschreitet.In an alternative embodiment, the converter cell is switched on when the voltage of the first energy store exceeds a first value and then switched off again when the voltage of the first energy store falls below a second value.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Angleichen des Ladezustandes von seriell verschalteten Energiespeichern ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.Further advantageous developments and refinements of the circuit arrangement according to the invention and of the method according to the invention for equalizing the state of charge of serially connected energy stores result from further dependent claims and from the following description.

Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)Short description of the drawing (s)

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments and with reference to the drawings, in which the same or functionally identical elements are provided with identical reference numerals. Showing:

1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einer ersten Ausführungsform der Steuerschaltung in einem Beispiel mit 4 seriell verschalteten Energiespeichern und 3 Wandlerzellen, 1 a first embodiment of the circuit arrangement according to the invention with a first embodiment of the control circuit in an example with 4 series-connected energy storage and 3 converter cells,

2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einer ersten Ausführungsform der Steuerschaltung in einem Beispiel mit 4 seriell verschalteten Energiespeichern und 3 Wandlerzellen, sowie mit einer Stromsenke, die ab einer fest vorgegebenen Schwellenspannung des an die Stromsenke angeschlossenen Energiespeichers zu arbeiten beginnt, 2 a second embodiment of the circuit arrangement according to the invention with a first embodiment of the control circuit in an example with 4 serially interconnected energy storage and 3 converter cells, and with a current sink that starts to work from a fixed threshold voltage of the connected to the current sink energy storage,

3a eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einer ersten Ausführungsform der Steuerschaltung in einem Beispiel mit 4 seriell verschalteten Energiespeichern und 4 Wandlerzellen, wobei die Messung für eine der Steuerschaltungen galvanisch getrennt ist, aber dennoch die Zellenspannungen vergleicht, 3a a third embodiment of the circuit arrangement according to the invention with a first embodiment of the control circuit in an example with 4 series-connected energy storage and 4 converter cells, the measurement for one of the control circuits is galvanically isolated, but still compares the cell voltages,

3b eine Schaltungsvariante mit Komparator für die in der Steuerschaltung verwendeten Schmitt-Trigger, 3b a circuit variant with comparator for the Schmitt triggers used in the control circuit,

4 eine zweite Ausführungsform der Steuerschaltung in einer Wandlerzelle, 4 a second embodiment of the control circuit in a converter cell,

5 drei für die Funktion der Steuerschaltung relevante Signale, 5 three signals relevant to the operation of the control circuit,

6a eine dritte Ausführungsform der Steuerschaltung in einer Wandlerzelle, 6a a third embodiment of the control circuit in a converter cell,

6b eine vierte Ausführungsform der Steuerschaltung in einer Wandlerzelle mit galvanisch getrennter, aber dennoch die Zellenspannungen vergleichender Spannungsmessung, 6b A fourth embodiment of the control circuit in a converter cell with galvanically isolated, but still the cell voltages comparative voltage measurement,

7 die aus 4 bekannte zweite Ausführungsform der Steuerschaltung in einer Wandlerzelle mit galvanisch getrenntem Mittelpol und mit einer Spannungsmessung, die nur die Spannung der energieabgebenden Zelle erfasst und mit einer festen Schwelle vergleicht, 7 from 4 known second embodiment of the control circuit in a converter cell with galvanically isolated center pole and with a voltage measurement which detects only the voltage of the energy-emitting cell and compares it with a fixed threshold,

8 die aus 4 bekannte zweite Ausführungsform der Steuerschaltung in einer Wandlerzelle mit galvanisch getrennter Spannungsmessung, die aber dennoch die Zellenspannungen miteinander vergleicht. 8th from 4 known second embodiment of the control circuit in a converter cell with galvanically isolated voltage measurement, which nevertheless compares the cell voltages with each other.

Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention

1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, die drei Wandlerzellen W1 bis W3, die hier beispielhaft für vier seriell verschaltete Energiespeicher B1 bis B4 ausgelegt sind, aufweist. Jede Wandlerzelle W1 bis W3 weist einen Eingang und einen Ausgang auf. Der Eingang ist dabei parallel zu einem ersten Energiespeicher B1 angeschlossen, und der Ausgang ist parallel zu einem zweiten Energiespeicher B2 angeschlossen, der mit dem ersten Energiespeicher B1 derart seriell verschaltet ist, dass der Minuspol des ersten Energiespeichers B1 mit dem Pluspol des zweiten Energiespeichers B2 verbunden ist. 1 shows a first embodiment of the circuit arrangement according to the invention, the three converter cells W1 to W3, which are designed here by way of example for four serially interconnected energy storage B1 to B4 has. Each converter cell W1 to W3 has an input and an output. The input is connected in parallel with a first energy store B1, and the output is connected in parallel with a second energy store B2 which is connected in series with the first energy store B1 such that the negative pole of the first energy store B1 is connected to the positive pole of the second energy store B2 is.

Im Folgenden wird nun der interne Aufbau des Leistungsteils einer Wandlerzelle beschrieben. Jede Wandlerzelle W (W1, W2 ... Wx) weist eine Serienschaltung eines Schalters S (S1, S2 ... Sx) und der Primärwicklung eines Transformators TR (TR1, TR2, ... TRx) auf, die an den Eingang der Wandlerzelle gekoppelt ist. Dabei ist ein Anschluss der Primärwicklung des Transformators TR mit dem positiven Potential des Eingangs gekoppelt, und ein Anschluss des Schalters S ist mit dem negativen Potential des Eingangs gekoppelt. Jede Wandlerzelle weist eine Serienschaltung einer Diode D (D1, D2, ... Dx) und der Sekundärwicklung des Transformators TR auf, die an den Ausgang der Wandlerzelle gekoppelt ist. Dabei ist ein Anschluss der Sekundärwicklung mit dem positiven Potential des Energiespeichers an selbigem Ausgang gekoppelt, und die Anode der Diode D ist mit dem negativen Potential des Energiespeichers an selbigem Ausgang gekoppelt. The internal structure of the power section of a converter cell will now be described below. Each converter cell W (W1, W2 ... Wx) has a series circuit of a switch S (S1, S2 ... Sx) and the primary winding of a transformer TR (TR1, TR2, ... TRx), which are connected to the input of the Transducer cell is coupled. In this case, a terminal of the primary winding of the transformer TR is coupled to the positive potential of the input, and a terminal of the switch S is coupled to the negative potential of the input. Each converter cell has a series connection of a diode D (D1, D2, ... Dx) and the secondary winding of the transformer TR, which is coupled to the output of the converter cell. In this case, a terminal of the secondary winding is coupled to the positive potential of the energy store at selbigem output, and the anode of the diode D is coupled to the negative potential of the energy storage at selbigem output.

Vorzugsweise hat der Transformator TR dabei ein symmetrisches Windungsverhältnis, so dass die Anzahl der Windungen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung gleich ist. Da die erforderliche Spannungsfestigkeit zwischen diesen zwei Wicklungen nur der doppelten (mit eingerechneten Überschwingern der geschalteten Spannungen durch S1 und D1 ca. der vierfachen) Akkuzellenspannung entspricht, ist der Transformator TR in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform bifilar ausgebildet, d.h. zwei identische, isolierte, zuvor farblich gekennzeichnete Drähte oder Leitungen werden parallel gelegt oder sogar verdrillt und in dieser Form miteinander und gleichzeitig auf den für den Transformator vorgesehenen Wickelkörper aufgebracht. Die in den Figuren jeweils mit Punkt gekennzeichneten Enden des Transformators TR liegen bei dieser bifilaren Ausführung des Bauteils direkt nebeneinander.Preferably, the transformer TR has a symmetrical turns ratio, so that the number of turns of the primary winding and the secondary winding is the same. Since the required withstand voltage between these two windings is only twice (with approximately 400 times the charged voltages of S1 and D1 switched over) battery voltage, in a particularly advantageous embodiment the transformer TR is bifilar, i. Two identical, insulated, previously color-coded wires or lines are laid parallel or even twisted and applied in this form each other and simultaneously on the winding body provided for the transformer. The ends of the transformer TR marked in each case in the figures lie directly next to each other in this bifilar version of the component.

In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem Anschluss des Schalters S und dem negativen Potential des Eingangs noch ein Strommesswiderstand RShunt geschaltet (nicht gezeigt). In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Strommesswiderstand RShunt durch den inneren Serienwiderstand des Schalters S gebildet sein. Der Schalter S ist bevorzugt ein Transistor. Als Transistor kann ein Feldeffekttransistor, beispielsweise ein MOSFET, oder ein Bipolartransistor verwendet werden, je nach der eingesetzten Chemie der Energiespeicher Bx. Ein Bipolartransistor wird z.B. dann obligat, wenn die Zellenspannung eines einzelnen Energiespeichers nicht mehr ausreicht, das Gate eines MOS-FETs zu treiben. Dies ist z.B. bei NiCd- oder NiMH-Zellchemien der Fall. In a further embodiment, a current measuring resistor R shunt is connected between the connection of the switch S and the negative potential of the input (not shown). In a preferred embodiment, the current measuring resistor R shunt may be formed by the internal series resistance of the switch S. The switch S is preferably a transistor. As a transistor, a field effect transistor, such as a MOSFET, or a bipolar transistor can be used, depending on the chemistry of the energy storage Bx. A bipolar transistor becomes mandatory, for example, when the cell voltage of a single energy store is no longer sufficient to drive the gate of a MOS-FET. This is the case, for example, with NiCd or NiMH cell chemistries.

Jede Wandlerzelle weist eine Steuerschaltung Ctl auf, die die Spannung des ersten Energiespeichers z.B. B1 mit der Spannung des zweiten Energiespeichers z.B. B2 vergleicht und die Wandlerzelle z.B. W1 einschaltet, wenn der erste Energiespeicher z.B. B1 eine höhere Spannung aufweist als der zweite Energiespeicher z.B. B2. Die Wandlerzelle W1 entlädt dann den ersten Energiespeicher B1 und lädt mit dieser Energie den zweiten Energiespeicher B2 auf. Each converter cell has a control circuit Ctl which determines the voltage of the first energy store, e.g. B1 with the voltage of the second energy storage e.g. B2 compares and the converter cell e.g. W1 turns on when the first energy storage, e.g. B1 has a higher voltage than the second energy store, e.g. B2. The converter cell W1 then discharges the first energy store B1 and charges the second energy store B2 with this energy.

Im Folgenden wird nun eine erste Ausführungsform der Steuerschaltung Ctl beschrieben. Dazu weist die Steuerschaltung Ctl einen Spannungsteiler aus zwei Widerständen R1 und R2 (R21, R31 ... Rx1 und R22, R32 ... Rx2) auf, der mit dem Pluspol des ersten Energiespeichers B1 und mit dem Minuspol des zweiten Energiespeichers B2 verbunden ist. Der Mittelpunkt des Spannungsteilers ist auf den ersten Eingang einer Vergleicherschaltung, in diesem Ausführungsbeispiel ein Schmitt-Trigger, geführt. Der zweite Eingang der Vergleicherschaltung ist mit dem Verbindungspunkt des ersten und des zweiten Energiespeichers verbunden. Mit dieser Anordnung wird eine Unsymmetrie zwischen den beiden Energiespeicherspannungen detektiert. Ist die Spannung des ersten Energiespeichers B1 um einen vorbestimmten Wert größer als die Spannung des zweiten Energiespeichers B2, so ist der Ausgang der Vergleicherschaltung auf high, beziehungsweise logisch 1. Dieser Ausgang ist mit dem Schalteingang enable einer Ansteuerschaltung PWM für den Schalter S, hier dem ersten Schalter S1, verbunden. Dieser Schalteingang kann die Ansteuerung bzw. Taktung des Transistors S generell ein- und ausschalten. Bevorzugt ist die Ansteuerschaltung PWM eine Pulsweitenmodulationsschaltung, die die Schalter mit einer Pulsweitenmodulation ansteuert, solange die Zellenspannungen differieren. Die Schalter sind dabei bevorzugt Transistoren, besonders bevorzugt MOSFETs. In der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform wird der Kanalwiderstand des MOSFETs im Ein-Zustand RDSon als Shunt bzw. Strommesswiderstand für die Strommessung im Primärkreis der Wandlerzelle benutzt. Nachdem der RDSon der verwendeten Silizium-MOSFETs eine signifikante Temperaturabhängigkeit aufweist, besitzt die Steuerschaltung Ctl eine Temperaturkompensation, die diesen Effekt weitestgehend eliminiert. Anderenfalls führt derselbe Effekt zu einer Rückregelung der übertragenen Leistung in der Wandlerzelle bei Erwärmung derselben, was ebenso wünschenswert ist, da es sich hierbei um eine inhärente Übertemperaturrückregelung (= Selbstschutzfunktion) handelt.A first embodiment of the control circuit Ctl will now be described below. For this purpose, the control circuit Ctl a voltage divider of two resistors R1 and R2 (R21, R31 ... Rx1 and R22, R32 ... Rx2), which is connected to the positive pole of the first energy storage B1 and the negative pole of the second energy storage B2 , The mid-point of the voltage divider is connected to the first input of a comparator circuit, in this embodiment a Schmitt trigger. The second input of the comparator circuit is connected to the connection point of the first and the second energy store. With this arrangement, an asymmetry between the two energy storage voltages is detected. If the voltage of the first energy storage device B1 is greater than the voltage of the second energy store B2 by a predetermined value, then the output of the comparator circuit is high or logic 1. This output is connected to the switching input enable of a drive circuit PWM for the switch S, here first switch S1, connected. This switching input can generally switch the activation or timing of the transistor S on and off. Preferably, the drive circuit PWM is a pulse width modulation circuit that drives the switches with a pulse width modulation, as long as the cell voltages differ. The switches are preferably transistors, particularly preferably MOSFETs. In the preferred embodiment shown here, the channel resistance of the MOSFET in the on-state RDSon is used as a shunt or current measuring resistor for the current measurement in the primary circuit of the converter cell. After the RDSon of the silicon MOSFETs used has a significant temperature dependence, the control circuit Ctl has a temperature compensation, which eliminates this effect as far as possible. Otherwise, the same effect leads to a re-regulation of the transmitted power in the converter cell when heated, which is also desirable, since this is an inherent over-temperature feedback (= self-protection function).

Für die Ansteuerung des Schalters beziehungsweise Transistors S weist die Ansteuerschaltung PWM einen Ansteuerausgang Out auf. Für die Strommessung weist die Steuerschaltung PWM einen Messeingang Sense auf.For the activation of the switch or transistor S, the drive circuit PWM has a drive output Out. For the current measurement, the control circuit PWM has a measuring input sense.

Erfindungsgemäß sind nun n – 1 Wandlerzellen mit n Energiespeichern derart verschaltet, dass der Eingang der ersten Wandlerzelle W1 parallel zum ersten Energiespeicher B1 ist, der Ausgang der ersten Wandlerzelle W1 parallel zum zweiten Energiespeicher B2 und parallel zum Eingang einer zweiten Wandlerzelle W2. Der Ausgang der zweiten Wandlerzelle W2 ist parallel zum einem dritten Energiespeicher B3 und parallel zum Eingang einer dritten Wandlerzelle W3 usw. Der Ausgang der n – 1-ten Wandlerzelle W(n – 1) ist dann parallel zum n-ten Energiespeicher Bn geschaltet, der bevorzugt mit höherer Kapazität ausgeführt ist. Dies deswegen, weil jeglicher Umladevorgang zwischen den Energiespeichern immer von ‚oben’ nach ‚unten’ geschieht, also vom ersten Energiespeicher B1 zum zweiten Energiespeicher B2, vom zweiten Energiespeicher B2 zum dritten Energiespeicher B3 usw., bis die Ladung im n-ten, dem ‚untersten’ Energiespeicher Bn ankommt, der damit etwas weiter aufgeladen wird als die restlichen Energiespeicher. Der unterste Energiespeicher Bn ist daher vorzugsweise mit gegenüber den anderen Energiespeichern erhöhter Kapazität ausgeführt.According to the invention, n-1 converter cells with n energy stores are connected in such a way that the input of the first converter cell W1 is parallel to the first energy store B1, the output of the first converter cell W1 is parallel to the second energy store B2 and parallel to the input of a second converter cell W2. The output of the second converter cell W2 is connected in parallel to a third energy store B3 and parallel to the input of a third converter cell W3, etc. The output of the nth-th converter cell W (n-1) is then connected in parallel to the nth energy store Bn, which is preferably designed with higher capacity. This is because any transshipment between the energy stores always from 'above' to 'down' happens, ie from the first energy storage B1 to the second energy storage B2, the second energy storage B2 to the third energy storage B3, etc., until the charge in the nth, the 'Lowest' energy storage Bn arrives, which is slightly more charged than the remaining energy storage. The lowest energy storage Bn is therefore preferably designed with respect to the other energy storage increased capacity.

Dieser kann dann z.B. als Quelle für eine Hilfsspannung dienen, damit er nicht mit der Zeit überladen wird. Um eine Überladung zu vermeiden, wird in einer zweiten Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, die überschüssige Ladung in eine Stromsenke CD geleitet. Die Stromsenke CD kann als n-te ‚Wandlerzelle’ angesehen werden, die aber die überschüssige Ladungsenergie nicht an eine andere Stelle des Akkumulators transportiert, sondern diese Energie verbraucht. Als einfachste Form sind diese Verbraucher ohmsche Widerstände R43 und R48, die die überschüssige Ladungsenergie in Wärme umwandeln. Damit wird sichergestellt, dass der n-te, im vorliegenden Ausführungsbeispiel der vierte Energiespeicher B4 nicht überladen werden kann. In solch einer Anordnung muss der n-te, also gewissermaßen der ‚unterste’ Energiespeicher auch nicht mehr mit erhöhter Kapazität ausgeführt sein.This can then serve as a source for an auxiliary voltage, for example, so that it will not become overloaded over time. In order to avoid overcharging, in a second embodiment, the in 2 shown, the excess charge is conducted into a current sink CD. The current sink CD can be regarded as the nth, converter cell ', but does not transport the excess charge energy to another point of the accumulator, but consumes this energy. The simplest form of these consumers are ohmic resistors R 43 and R 48 , which convert the excess charge energy into heat. This ensures that the nth, in the present embodiment, the fourth energy storage B4 can not be overloaded. In such an arrangement, the nth, so to speak, the "lowest" energy storage must not be designed with increased capacity.

Im Unterschied zu den drei darüberliegenden Wandlerzellen mit ihren dazugehörigen Steuerschaltungen Ctl weist die Schaltung CD eine vereinfachte Steuerung auf: Der Meßspannungsteiler aus R41 und R42 erstreckt sich nur über die Spannung eines Energiespeichers, hier B4, und erzeugt somit an seinem Mittelpunkt, der mit dem Pluseingang des Schmitt-Triggers verbunden ist, ein Potential oberhalb des Minuspols des untersten Energiespeichers. Dieser scheinbare Nachteil ermöglicht es aber, aus derselben Spannung des untersten Energiespeichers mittels R44 und der Zenerdiode Vref eine feste Referenz zu bilden, die mit dem Minuseingang des Schmitt-Triggers verbunden ist, und mit der somit die Messung aus R41 und R42 verglichen wird. Schaltet der Ausgang des Schmitt-Triggers Rv auf high bzw. Logisch 1 und damit Q4 ein, wird der Strom durch den Lastwiderstand R43 in Q4 durch den Emitterwiderstand R48 begrenzt. In contrast to the three overlying converter cells with their associated control circuits Ctl, the circuit CD has a simplified control: The Meßspannungssteiler from R41 and R42 extends only over the voltage of an energy storage, here B4, and thus generates at its center, which with the Pluseingang the Schmitt trigger is connected, a potential above the negative pole of the lowest energy storage. This apparent disadvantage, however, makes it possible to form a fixed reference from the same voltage of the lowermost energy store by means of R44 and the Zener diode Vref, which is connected to the minus input of the Schmitt trigger, and with which the measurement from R41 and R42 is thus compared. If the output of the Schmitt trigger Rv switches to high or logic 1 and thus to Q4, the current through the load resistor R43 in Q4 is limited by the emitter resistor R48.

3a zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einem Beispiel mit ebenfalls 4 seriell verschalteten Energiespeichern B1 bis B4 und 4 Wandlerzellen W1 bis W4. Hier ist die Stromsenke der vorigen Ausführungsform durch einen vierten Wandler W4 ersetzt, der die überschüssige Ladungsenergie wieder dem ersten Energiespeicher B1 zuführt. Der Eingang der vierten Wandlerzelle W4 ist somit parallel zum vierten Energiespeicher B4 geschaltet, und der Ausgang der vierten Wandlerzelle W4 ist zum ersten Energiespeicher B1 parallel geschaltet. Allgemein gesagt ist der Eingang der n-ten Wandlerzelle Wn parallel zum n-ten Energiespeicher Bn geschaltet, und der Ausgang der n-ten Wandlerzelle Wn ist parallel zum ersten Energiespeicher B1 geschaltet. Die n-te Wandlerzelle Wn ist damit die einzige, deren Eingang galvanisch vom Ausgang getrennt sein muss, und deren Spannungsfestigkeit mindestens auf die Gesamtspannung des Akkumulators ausgelegt sein muss, was sich wesentlich auf die Konstruktion des Transformators Tr4, insbesondere die seiner Wicklungsisolierungen, und auf die Ausgestaltung der Messschaltung auswirkt. 3a shows a third embodiment of the circuit arrangement according to the invention in an example with also 4 serially interconnected energy storage devices B1 to B4 and 4 converter cells W1 to W4. Here, the current sink of the previous embodiment is replaced by a fourth converter W4, which feeds the excess charge energy back to the first energy storage B1. The input of the fourth converter cell W4 is thus connected in parallel with the fourth energy store B4, and the output of the fourth converter cell W4 is connected in parallel to the first energy store B1. Generally speaking, the input of the nth converter cell Wn is connected in parallel to the nth energy storage Bn, and the output of the nth converter cell Wn is connected in parallel to the first energy storage B1. The nth converter cell Wn is thus the only one whose input must be galvanically isolated from the output, and whose dielectric strength must be designed at least on the total voltage of the battery, which is essential to the construction of the transformer Tr4, in particular its winding insulation, and the design of the measuring circuit affects.

Alle anderen Wandlerzellen W1 bis W(n – 1) können einfacher aufgebaut sein, da an ihnen als Maximalspannung lediglich die Spannung zweier Energiespeicher anliegt. Es findet also eine Umschichtung der Ladung statt, die vom ersten Energiespeicher B1 sukzessive bis zum letzten Energiespeicher Bn geschoben wird, um von dort dann wieder zum ersten Energiespeicher B1 transferiert zu werden. Die Ladung wird also reihum verschoben, und zwar so lange, bis alle Energiespeicher gleiches Ladungsniveau aufweisen. Durch das Prinzip, dass die Ladung immer nur vom ‚höheren’ zum ‚niedrigeren’ Energiespeicher verschoben wird, können die Wandlerzellen sehr einfach, kompakt und kostengünstig realisiert werden. Eine zentrale Steuerung wird nicht benötigt, die einfachen Steuerungen der Wandler betrachten lediglich die Zellenspannungen zweier seriell geschalteter Energiespeicher und vergleichen diese miteinander. Durch die überlappende Verschaltung der einzelnen Wandlerzellen kommt die Schaltungsanordnung ohne zentrale Steuerung aus. Dieses Prinzip ist sehr flexibel, da immer gleiche Wandlerzellen produziert werden können, und damit praktisch sämtliche Akkumulatorgrößen ungeachtet der Gesamtakkumulatorspannung mit Ladungsausgleich versehen werden können. Dazu ist lediglich pro Akkumulatorzelle eine Wandlerzelle notwendig. Lediglich die unterste Wandlerzelle muss in ihrer Spannungsfestigkeit an die Gesamtakkumulatorspannung angepasst sein. Eine ausführliche Beschreibung der zum Spannungsvergleich zwischen unterster und oberster Zelle eingesetzten Optokoppler-Messschaltung befindet sich weiter unten in Zusammenhang mit 6b.All other converter cells W1 to W (n-1) can be of simpler construction since only the voltage of two energy stores is applied to them as the maximum voltage. Thus, there is a redeployment of the charge, which is successively pushed by the first energy storage B1 to the last energy storage Bn, to be transferred from there then back to the first energy storage B1. The charge is thus shifted in turn, and that until all energy stores have the same charge level. Due to the principle that the charge is always moved only from the 'higher' to the 'lower' energy storage, the converter cells can be very simple, compact and inexpensive realized. A central control is not required, the simple controls of the converter only consider the cell voltages of two series-connected energy storage and compare them with each other. Due to the overlapping interconnection of the individual converter cells, the circuit arrangement does not require central control. This principle is very flexible, since always identical converter cells can be produced, and thus virtually all accumulator sizes can be provided with charge compensation regardless of the total accumulator voltage. For this purpose, a converter cell is only necessary per accumulator cell. Only the lowermost converter cell must be adapted in its dielectric strength to the total accumulator voltage. A detailed description of the optocoupler measurement circuit used for voltage comparison between the bottom and top cells is provided below 6b ,

3b zeigt eine alternative Vergleicherschaltung zu dem in den 1 bis 3a gezeigten Schmitt-Trigger, die aus einem Komparator gebildet ist, und durch Rückkopplung mittels eines Widerstandes Rx5 eine Hysterese aufweist. Genauer gesagt wird das Komparator- oder Operationsverstärker-Ausgangssignal über Rx5 auf den hochohmig beschalteten positiven Eingang desselben Verstärkers rückgekoppelt, also mitgekoppelt. Die Hysteresebreite ergibt sich aus dem Verhältnis zwischen Rx5 und der Parallelschaltung aus Rx1 mit Rx2. 3b shows an alternative comparator circuit to that in the 1 to 3a shown Schmitt trigger, which is formed of a comparator, and by feedback by means of a resistor Rx5 has a hysteresis. More precisely, the comparator or operational amplifier output signal is fed back via Rx5 to the high-impedance connected positive input of the same amplifier, that is coupled with it. The hysteresis width results from the ratio between Rx5 and the parallel connection from Rx1 to Rx2.

4 zeigt eine Wandlerzelle mit einer zweiten Ausführungsform der Steuerschaltung Ctl. In dieser zweiten Ausführungsform ist die Steuerschaltung Ctl inklusive der nötigen PWM-Funktion mit Operationsverstärkern aufgebaut. Die Spannungsteiler aus R4 und R6 sowie aus R7 bis R9 ermöglichen es, alle beteiligten Verstärker nur mit der einen Zellenspannung des zugehörigen Energiespeichers B1 zu versorgen anstatt mit der Serienspannung der beiden (meist) benachbarten Energiespeicher B1 und B2, die vom betrachteten Wandler ent- bzw. geladen werden. Dadurch bleibt die modulare Aufbauweise erhalten, denn insbesondere bei dem Wandler für den ‚untersten’ Energiespeicher, dessen Überschussladung ja an den ‚obersten’ Energiespeicher abgegeben werden soll, ist die Versorgung der zugehörigen Steuerung durch beide Zellenspannungen gleichzeitig aufgrund der nötigen Potentialtrennung unmöglich. Dadurch ergibt sich, dass das Referenzpotential für die gesamte Steuerung, welches durch die weiter unten noch näher beschriebene Spannung Vp am positiven Pol des Eingangsvergleichsmessverstärkers U3 gegeben ist, etwa 0,7V ... 1,0V über dem Bezugspotential BP liegt. Diese Verschiebung des Referenzpotentials nach oben wird dadurch ausgeglichen, dass der Widerstand R1 des vergleichenden Messspannungsteilers etwas niederohmiger dimensioniert wird als der Widerstand R2. 4 shows a converter cell with a second embodiment of the control circuit Ctl. In this second embodiment, the control circuit Ctl including the necessary PWM function is constructed with operational amplifiers. The voltage divider of R4 and R6 and R7 to R9 make it possible to supply all participating amplifiers with only one cell voltage of the associated energy storage B1 instead of the series voltage of the two (usually) adjacent energy storage B1 and B2, the ent of the considered transducer or . getting charged. As a result, the modular design remains, because in particular in the converter for the 'lowest' energy storage whose excess charge is to be delivered to the 'top' energy storage, the supply of the associated control by both cell voltages at the same time due to the necessary potential separation is impossible. This results in that the reference potential for the entire control, which is given by the voltage Vp, which will be described in more detail below, at the positive pole of the input comparison measuring amplifier U3 is approximately 0.7V to 1.0V above the reference potential BP. This upward shift of the reference potential is compensated for by dimensioning the resistor R1 of the comparative measuring voltage divider somewhat lower than the resistance R2.

Obwohl es dadurch so aussieht, als ob das Meßergebnis neben dem Vergleich der Zellenspannungen der Energiespeicher B1 und B2 auch von der Absolutspannung des Energiespeichers B1 abhängt, zeigt die folgende kurze Berechnung, dass die Absolutspannungen keinerlei Auswirkung auf das Ergebnis der Vergleichsmessung haben. Der Operationsverstärker U3 dient zur Erkennung, wann und um wieviel der Energiespeicher B1 eine höhere Spannung (die ja ein Maß für den Ladezustand des Energiespeichers ist) als der Energiespeicher B2 aufweist. U3 stellt den vergleichenden Eingangsmessverstärker dar und wird als einziger im linearen Bereich betrieben, was an der proportionalen, also ohmschen Rückkopplung seines Ausgangs über den Widerstand R3 auf seinen hochohmig beschalteten negativen Eingang, also an seiner Gegenkopplung zu erkennen ist. Although it thus appears that the measurement result depends not only on the comparison of the cell voltages of the energy stores B1 and B2 but also on the absolute voltage of the energy store B1, the following brief calculation shows that the absolute voltages have no effect on the result of the comparison measurement. The operational amplifier U3 is used to detect when and by how much the energy store B1 has a higher voltage (which is a measure of the state of charge of the energy store) than the energy store B2. U3 represents the comparative input measuring amplifier and is the only one operated in the linear range, which can be recognized by the proportional, ie ohmic feedback of its output via the resistor R3 to its high-impedance connected negative input, ie at its negative feedback.

Die zum Nachweis einer echten Vergleichsmessung nötige Fragestellung lautet: Kippt der nicht gegengekoppelte Messverstärker U3, wenn die Spannungen Vb1 und Vb2 der beiden beteiligten Energiespeicher B1 und B2 zwar untereinander gleich bleiben, sich jedoch in ihren Absolutwerten verändern? Dazu müssen die Spannungen Vp und Vn (jeweils gemessen gegenüber BP) am positiven bzw. negativen Eingang des Messverstärkers U3 betrachtet werden: Sie müssen immer gleich bleiben, damit U3 nicht kippt, also damit sein Messergebnis unabhängig von den Absolutspannungen bleibt: Vb1 = Vb2 = V + dV. The question necessary for the proof of a real comparison measurement is: Does the non-feedback measuring amplifier U3 tilt if the voltages Vb1 and Vb2 of the two energy stores B1 and B2 involved remain the same, but change in their absolute values? For this purpose, the voltages Vp and Vn (each measured with respect to BP) at the positive or negative input of the measuring amplifier U3 must be considered: They must always remain the same, so that U3 does not tilt, so that his measurement remains independent of the absolute voltages: Vb1 = Vb2 = V + dV.

Das Referenzpotential Vp berechnet sich zu Vp = ((V + dV)·R6)/(R4 + R6). The reference potential Vp is calculated to Vp = ((V + dV) * R6) / (R4 + R6).

Damit die Ruheströme durch die beiden am Verstärker U3 angeschlossenen Spannungsteiler gleich sind, womit für die Gleichheit zwischen Vp und Vn optimale Startbedingungen bereitgestellt werden, gilt: R1 = R4. So that the quiescent currents through the two voltage dividers connected to the amplifier U3 are equal, thus providing optimum starting conditions for the equality between Vp and Vn, the following applies: R1 = R4.

Oben angesprochene Kompensation durch den Widerstand R2, der hochohmiger als R1 gewählt werden muss, lässt sich damit allgemeingültig quantifizieren: R2 = 2·R6 + R1 = 2·R6 + R4. The above-mentioned compensation by the resistor R2, which must be chosen higher impedance than R1, can thus be quantified universally: R2 = 2 * R6 + R1 = 2 * R6 + R4.

Somit lautet die Gleichung für die Messeingangsspannung Vn: Vn = (2·(V + dV)·R2)/(R1 + R2) – (V + dV) = = (2·(V + dV)·(2R6 + R4))/(2R6 + 2R4) – (V + dV) = = ((V + dV)·(2R6 + R4) – (R6 + R4)·(V + dV))/(R6 + R4) = = ((V + dV)·R6)/(R6 + R4) = = Vp, q.e.d. Thus, the equation for the measurement input voltage Vn is: Vn = (2 * (V + dV) * R2) / (R1 + R2) - (V + dV) = = (2 * (V + dV) * (2R6 + R4)) / (2R6 + 2R4) - ( V + dV) = ((V + dV) * (2R6 + R4) - (R6 + R4) * (V + dV)) / (R6 + R4) = = ((V + dV) * R6) / ( R6 + R4) = = Vp, qed

Bei einer dieser Berechnung entsprechenden Dimensionierung der Widerstände R1, R2, R4 und R6 bleiben die Messverstärker-Eingangsspannungen Vp und Vn relativ zueinander immer gleich, solange die Zellspannungen Vb1 und Vb2 relativ zueinander gleich bleiben. Dies gilt sogar ohne die Rückkopplung der Ausgangsspannung V2 (gemessen ggü. BP) des Messverstärkers U3 durch den Widerstand R3 auf seinen negativen Eingang, also ohne Gegenkopplung.In a dimensioning of the resistors R1, R2, R4 and R6 corresponding to this calculation, the measuring amplifier input voltages Vp and Vn always remain the same relative to one another as long as the cell voltages Vb1 and Vb2 remain the same relative to one another. This is true even without the feedback of the output voltage V2 (measured against BP) of the measuring amplifier U3 through the resistor R3 to its negative input, ie without negative feedback.

Dank dieser Gegenkopplung kann der Messverstärker U3 durch seine Ausgangsspannung V2 seine eine Eingangsspannung Vn derart beeinflussen, dass sie immer gleich Vp ist, auch und gerade dann, wenn Vb1 ungleich Vb2 ist. Dadurch ist die Höhe von V2 nur noch durch die Eingangsgrößen Vb1 und Vb2, durch die Dimensionierung der beteiligten Widerstände R3, R4 und R6 sowie durch die davon abhängige Dimensionierung der Widerstände R1 und R2 bestimmt, und (fast gar) nicht mehr durch die Eigenschaften des Messverstärkers U3 selbst: Prinzip des gegengekoppelten Operationsverstärkers.Thanks to this negative feedback, the measuring amplifier U3 can influence its one input voltage Vn by its output voltage V2 so that it is always equal to Vp, even and especially when Vb1 is not equal to Vb2. As a result, the height of V2 is determined only by the input variables Vb1 and Vb2, by the dimensioning of the resistors R3, R4 and R6 involved and by the dimensioning of the resistors R1 and R2 which depends thereon, and (almost) not by the properties of the resistor Measuring amplifier U3 itself: principle of the feedback operational amplifier.

Das Referenzpotential für die gesamte Steuerung ist, wie oben schon erwähnt, gegeben durch die Spannung Vp gemessen ggü. BP: Vp = Vb1·R6/(R6 + R4). The reference potential for the entire control is, as already mentioned above, given by the voltage Vp measured against. BP: Vp = Vb1 * R6 / (R6 + R4).

Dank Gegenkopplung gilt außer bei hochdynamischen Einschwingvorgängen in sehr guter Näherung: Vn = Vp. Thanks to negative feedback except in the case of highly dynamic transients, the following applies in a very good approximation: Vn = Vp.

Da vor den Start eines Umladevorgangs, wie aus weiter unten noch genauer beschriebener 5 ersichtlich, die Messverstärker-Ausgangsspannung V2 unter dem Referenzpotential Vp liegt, wird für die folgende Überlegung ein Strom I3 durch den Gegenkopplungswiderstand R3 angenommen, der in den Ausgang des Messverstärkers U3 hineinfließt. Weiters fließe ein Strom I1 aus dem positiven Pol von Vb1 durch R1 hindurch in Richtung Vn, schliesslich ein Strom I2 aus dem Knoten Vn hinaus durch R2 in den negativen Pol von Vb2 hinein. Daraus ergibt sich die Bedingung I1 = I2 + I3. Since before the start of a reload, as described in more detail below 5 As can be seen, the measuring amplifier output voltage V2 is below the reference potential Vp, a current I3 is assumed by the negative feedback resistor R3, which flows into the output of the measuring amplifier U3 for the following reasoning. Furthermore, a current I1 flows from the positive pole of Vb1 through R1 in the direction of Vn, finally a current I2 out of the node Vn through R2 into the negative pole of Vb2. This gives the condition I1 = I2 + I3.

Werden diese drei Ströme durch ihre sie bestimmenden Spannungen (mit Vn = Vp) und Widerstände (mit R1 = R4) ausgedrückt, lautet obige Gleichung wie folgt: (Vb1 – Vp)/R4 = (Vp + Vb2)/R2 + (Vp – V2)/R3; V2/R3 = Vp/R3 + Vp/R2 + Vp/R4 – Vb1/R4 + Vb2/R2. These three currents are determined by their determining voltages (with Vn = Vp) and Resistances (expressed as R1 = R4), the equation above is as follows: (Vb1 - Vp) / R4 = (Vp + Vb2) / R2 + (Vp - V2) / R3; V2 / R3 = Vp / R3 + Vp / R2 + Vp / R4 - Vb1 / R4 + Vb2 / R2.

Die vorletzte Gleichung mit Vp und Vb1 hier in die zweiten und dritten Summanden eingesetzt, ergibt V2/R3 = Vp/R3 + Vb1·(R6·(1/R2 + 1/R4)/(R4 + R6) – 1/R4) + Vb2/R2. The penultimate equation with Vp and Vb1 inserted here into the second and third summands yields V2 / R3 = Vp / R3 + Vb1 * (R6 * (1 / R2 + 1 / R4) / (R4 + R6) - 1 / R4) + Vb2 / R2.

Mit der Bedingung, dass R2 = 2R6 + R4 gilt, läßt sich der Faktor bei Vb1 stark vereinfachen, und es ergibt sich V2 = Vp + R3·(Vb2 – Vb1)/R2. With the condition that R2 = 2R6 + R4, the factor at Vb1 can be greatly simplified, and it turns out V2 = Vp + R3 * (Vb2-Vb1) / R2.

Der vergleichende Messverstärker U3 addiert also an seinem Ausgang die Referenzspannung Vp an seinem positiven Eingang mit einer weiteren Spannung, die nur von der Differenz der beiden beteiligten Zellenspannungen und vom Widerstandsverhältnis R3/R2 abhängig ist. Der Messverstärker U3 arbeitet, wie dank seiner Gegenkopplung zu erwarten, bzgl. seiner Versorgungsspannung Vb1 invertierend, was an dem negativen Term in obigem Ergebnis für V2 sichtbar wird.The comparative measuring amplifier U3 adds at its output the reference voltage Vp at its positive input with a further voltage, which depends only on the difference between the two cell voltages involved and the resistance ratio R3 / R2. As expected due to its negative feedback, the measuring amplifier U3 operates inversely with regard to its supply voltage Vb1, which is visible at the negative term in the above result for V2.

Die Operationsverstärker U1 und U2 arbeiten im Gegensatz dazu als Komparatoren. Der Operationsverstärker U1 dient zur Strombegrenzung der Wandlerzelle, indem er den Kanalwiderstand der Drain-Source-Strecke des Transistors S1 als Shunt zur Strommessung verwendet und den Transistor bei einem vorbestimmten Strom abschaltet. Der Spannungsteiler aus R11 und R12 bildet die Referenzspannung Voff für den Strommesswert, bei deren Überschreitung U1 auf logisch 0 schaltet: Somit kann U1 auch als Strommesskomparator bezeichnet werden. U2 koppelt die Signale der beiden Operationsverstärker U1 und U3 so zusammen, dass eine funktionsfähige Pulsweitenmodulationsansteuerung für die Wandlerschaltung entsteht. The operational amplifiers U1 and U2, in contrast, operate as comparators. The operational amplifier U1 serves to current-limit the converter cell by using the channel resistance of the drain-source path of the transistor S1 as a shunt for current measurement and turns off the transistor at a predetermined current. The voltage divider of R11 and R12 forms the reference voltage Voff for the current measured value, when exceeded, U1 switches to logic 0: Thus, U1 can also be referred to as current measuring comparator. U2 combines the signals of the two operational amplifiers U1 and U3 in such a way that a functional pulse width modulation control for the converter circuit is produced.

Der Widerstand R5 erzeugt eine Mitkopplung, da er analog zu 3b zusätzlich zu einer ansonsten hochohmigen Beschaltung am positiven Pol Vp des Messverstärkers angeschlossen ist. Der Kondensator C1 speichert die Mitkopplung für sehr kurze Zeit zwischen, somit bewirken R5 und C1 eine Hysterese, die den Zellwandler etwas länger eingeschaltet lässt, um die Spannungsdrift der beiden Energiespeicher B1 und B2 beim Umladen zu kompensieren. Durch den Ladevorgang steigt die Zellenspannung des Energiespeichers B2 etwas an, während die Spannung des Energiespeichers B1 beim Entladen etwas einbricht. Sind die Zellen in guter Näherung etwa gleich, so weisen sie einen ähnlichen Innenwiderstand auf, und der Spannungseinbruch der entladenen Zelle entspricht dem Spannungsanstieg der geladenen Zelle. Ohne die Hysterese würde der Wandler nach kurzem Betrieb sofort wieder abschalten, da die Ladespannung des Energiespeichers B2 über die Entladespannung des Energiespeichers B1 steigt, obwohl der Ladezustand des Energiespeichers B1 höher ist als der Ladezustand des Energiespeichers B2.The resistor R5 generates a positive feedback since it is analogous to 3b in addition to an otherwise high-impedance wiring is connected to the positive pole Vp of the measuring amplifier. The capacitor C1 stores the positive feedback for a very short time, thus causing R5 and C1 hysteresis, which leaves the cell converter turned on a little longer to compensate for the voltage drift of the two energy storage B1 and B2 during reloading. As a result of the charging process, the cell voltage of the energy store B2 rises somewhat, while the voltage of the energy store B1 breaks somewhat during the discharge. If the cells are approximately equal in good approximation, they have a similar internal resistance, and the voltage drop of the discharged cell corresponds to the voltage increase of the charged cell. Without the hysteresis, the converter would shut down immediately after a short operation, since the charging voltage of the energy storage device B2 rises above the discharge voltage of the energy storage device B1, although the state of charge of the energy storage device B1 is higher than the state of charge of the energy storage device B2.

5 zeigt den Verlauf der drei Spannungen, welche zwischen den in 4 bezeichneten Punkten V1 und BP, zwischen Vp und BP sowie zwischen V2 und BP anliegen, die im Folgenden der Einfachheit halber als Spannungen V1, Vp und V2 bezeichnet werden. V1 ist die über einen Widerstand R9 geführte und durch die Widerstände R7 und R8 gedämpfte und zentrierte Ausgangsspannung des Komparators U1. V1 steuert im Prinzip den Transistor S1 über den Komparator U2 an. Dazu wird die Spannung V1 in den positiven Eingang des Komparators U2 eingegeben. Der negative Eingang von U2 ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers U3 verbunden, und somit wird die Spannung V2 in den negativen Eingang des Komparators U2 eingegeben: Der Komparator U2 hat somit die Entscheidungsgewalt darüber, ob und wann die Wandlerzelle überhaupt eingeschaltet wird, sprich ob die PWM ans Gate des Schalters S1 durchgeschaltet wird oder nicht. Ist die Wandlerzelle eingeschaltet, so ist die Spannung V1 eine rechteckförmige Spannung mit einem bestimmten Tastverhältnis, hier etwa 50%. Die Spannung V2 ist ein Maß für den Spannungsunterschied der beiden Energiespeicher B1 und B2 und ist um so kleiner, je größer die Spannung Vb1 über B1 im Vergleich zur Spannung Vb2 über B2 ist. Bei Gleichheit zwischen Vb1 und Vb2 liegt V2 in sehr guter Näherung auf besagtem Referenzpotential Vp von 0,7V ... 1,0V oberhalb BP. V2 wird um so größer, je mehr die Spannung Vb2 die Spannung Vb1 überwiegt. 5 shows the course of the three tensions that exist between the in 4 indicated points V1 and BP, between Vp and BP and between V2 and BP, which are referred to below as voltages V1, Vp and V2 for the sake of simplicity. V1 is the output voltage of the comparator U1, which is conducted via a resistor R9 and is attenuated and centered by the resistors R7 and R8. V1 controls in principle the transistor S1 via the comparator U2. For this purpose, the voltage V1 is input to the positive input of the comparator U2. The negative input of U2 is connected to the output of the operational amplifier U3, and thus the voltage V2 is input to the negative input of the comparator U2. The comparator U2 thus has the power of decision on whether and when the converter cell is turned on at all, that is, if PWM is switched to the gate of the switch S1 or not. If the converter cell is switched on, the voltage V1 is a rectangular voltage with a specific duty cycle, here about 50%. The voltage V2 is a measure of the voltage difference between the two energy stores B1 and B2 and is the smaller, the greater the voltage Vb1 over B1 compared to the voltage Vb2 over B2. For equality between Vb1 and Vb2, V2 is in very good approximation at said reference potential Vp of 0.7V ... 1.0V above BP. V2 becomes larger the more the voltage Vb2 outweighs the voltage Vb1.

Solange also kein Spannungsunterschied zwischen den beiden Energiespeichern besteht, oder sogar Vb2 größer als Vb1 ist, ist die Spannung V2 größer als das Referenzpotential Vp oder ihm gleich, und der Komparator U2 ist ausgeschaltet. Das Gate des Transistors S1 liegt somit auf Bezugspotential BP. Dieses ist hier das Potential zwischen den Energiespeichern B1 und B2, auf dem auch der Source-Anschluss des Transistors S1 liegt. Bei ausgeschaltetem Transistor S1 ist der Komparator U1 ebenfalls ausgeschaltet, da dessen negativer Eingang über R10 und der Primärwicklung des Transformators TR1 auf dem positiven Potential des Energiespeichers B1 liegt. Damit ergibt sich die Spannung V1 über den Spannungsteiler aus der Parallelschaltung der Widerstände R8 und R9 und dem Widerstand R7, die durch entsprechende Einstellung der drei beteiligten Widerstände R7 ... R9 und bei ruhender Wandlerzelle, also am linken Rand der 5, auf der Spannung Vu etwas unterhalb von Vp liegt, also bei etwa 0,4V ... 0,5V über dem Bezugspotential BP: Diese Spannung Vu ist die sogenannte Startschwelle. Sobald der Spannungsunterschied zwischen den Energiespeichern B1 und B2 so groß ist, dass die Spannung V2 kleiner wird als die Startschwelle, wird durch das Kippen von U2 der Transistor S1 initial eingeschaltet und damit die PWM gestartet. Durch das Einschalten von S1 wird der negative Eingang des Komparators U1 in Richtung Bezugspotential BP gezogen, und der Komparator U1 schaltet ein. Damit wird die Spannung V1 nun durch den Spannungsteiler aus dem Widerstand R8 und der Parallelschaltung der Widerstände R7 und R9 definiert und vollzieht damit gegenüber ihrem bisherigen Wert Vu einen deutlichen Sprung noch oben. Der sich dabei ergebende obere Wert Vo der Spannung V1 ist die sogenannte Stoppschwelle, deren Bedeutung weiter unten erläutert wird. Dadurch wird sichergestellt, dass der Komparator U2 eingeschaltet bleibt: Die PWM-Aktion selbst unterstützt die initiale Einschaltentscheidung des Komparators U2 durch Mitkopplung über den Strommesskomparator U1, wie eben beschrieben. Thus, as long as there is no voltage difference between the two energy stores, or even Vb2 is greater than Vb1, the voltage V2 is greater than the reference potential Vp or equal to it, and the comparator U2 is off. The gate of the transistor S1 is thus at reference potential BP. This is the potential between the energy stores B1 and B2, on which the source terminal of the transistor S1 is located. When the transistor S1 is switched off, the comparator U1 is likewise switched off, since its negative input via R10 and the primary winding of the transformer TR1 is at the positive potential of the energy store B1. This results in the voltage V1 across the voltage divider from the parallel circuit of the resistors R8 and R9 and the resistor R7, which involved by appropriate adjustment of the three Resistors R7 ... R9 and at dormant converter cell, so on the left edge of 5 , at the voltage Vu is slightly below Vp, that is at about 0.4V ... 0.5V above the reference potential BP: This voltage Vu is the so-called start threshold. As soon as the voltage difference between the energy stores B1 and B2 is so great that the voltage V2 becomes smaller than the start threshold, the tilting of U2 initially switches on the transistor S1 and thus starts the PWM. By turning on S1, the negative input of the comparator U1 is pulled towards the reference potential BP, and the comparator U1 turns on. Thus, the voltage V1 is now defined by the voltage divider from the resistor R8 and the parallel circuit of the resistors R7 and R9 and thus takes over their previous value Vu a significant leap up. The resulting upper value Vo of the voltage V1 is the so-called stop threshold, the meaning of which will be explained below. This ensures that the comparator U2 remains switched on: The PWM action itself supports the initial switch-on decision of the comparator U2 by positive feedback via the current measuring comparator U1, as just described.

Durch das Einschalten des Transistors S1 steigt der Strom durch ihn an, und das Potential VS am negativen Eingang des Strommesskomparators U1 steigt, bedingt durch den Bahnwiderstand des Transistors S1 und die Übertragung der an ihm abfallenden Spannung durch den Messwiderstand R10, an. Wegen der annähernden Stromlosigkeit ist die Spannung über R10 während dieses Messvorgangs annähernd null und somit der Parallelkondensator C10 wirkungslos. Sobald VS größer wird als die Referenzspannung Voff am positiven Eingang des Komparators U1, definiert durch die Widerstände R11 und R12, schaltet U1 wieder ab. Damit sinkt die Spannung V1 schlagartig wieder auf die Startschwelle Vu ab, womit der Komparator U2 und mit ihm der Transistor S1 wieder ausgeschaltet werden sollen.By turning on the transistor S1, the current through it increases, and the potential VS at the negative input of the current measuring comparator U1 rises, due to the track resistance of the transistor S1 and the transmission of the voltage drop across it by the measuring resistor R10. Due to the approximate lack of current, the voltage across R10 during this measurement process is almost zero and thus the parallel capacitor C10 ineffective. As soon as VS becomes greater than the reference voltage Voff at the positive input of the comparator U1, defined by the resistors R11 and R12, U1 switches off again. Thus, the voltage V1 abruptly decreases again to the start threshold Vu, whereby the comparator U2 and with it the transistor S1 should be turned off again.

Damit dieser eben beschriebene erste Ausschaltbefehl, der vom Strommesskomparator U1 ausgelöst wird, sicher ans Gate des Transistors S1 durchgegeben wird, muss die Spannung V2 ein wenig über die Startschwelle gehoben werden, solange die betrachtete Wandlerzelle durch PWM getaktet wird. Denn der Minimalwert von V1 entspricht der Startschwelle, und wenn V2 wie beim initialen Einschalten auf diesem Potential oder sogar etwas darunter verweilen würde, könnte S1 theoretisch nie mehr ausgeschaltet werden, was zur Zerstörung der Wandlerzelle führen würde. Dieses Problem wird durch die Mitkopplung des gemittelten Gatesignals gelöst. Es handelt sich dabei um dieselbe Mitkopplung, die den weiter oben beschriebenen Spannungseinbruch und -anstieg von unter Entladung bzw. Aufladung stehender Energiespeicher kompensiert.For this just-described first switch-off command, which is triggered by the current measuring comparator U1, to be safely passed to the gate of the transistor S1, the voltage V2 has to be raised a little above the start threshold, as long as the considered converter cell is clocked by PWM. For the minimum value of V1 corresponds to the start threshold, and if V2 would remain at this potential or even somewhat below it at the initial switch-on, S1 could theoretically never be switched off, which would destroy the converter cell. This problem is solved by the positive feedback of the averaged gate signal. This is the same positive feedback, which compensates for the above-described voltage dip and rise of under discharging or charging energy storage.

R5 und C1 bilden einen Tiefpaß, der ohne Belastung durch R6 am Knoten zwischen R5 und C1 nach der charakteristischen Zeitkonstante abhängig vom Puls-Pausen-Verhältnis der am Ausgang von U2 herauskommenden PWM in etwa die halbe Gatespannung entstehen lässt. Besagte charakteristische Zeitkonstante bewirkt die oben erwähnte Zwischenspeicherung der Mitkopplung für sehr kurze Zeit und ist definiert durch die Kapazität von C1 und den Widerstand der Parallelschaltung der drei Widerstände R4 ... R6. Diese in etwa halbe Gatespannung wird dem Referenzpotential Vp des vergleichenden Eingangsmessverstärkers U3 zumindest teilweise überlagert, wodurch sich dessen Ausgangsspannung V2 entsprechend erhöht, solange die betrachtete Wandlerzelle getaktet wird. Die charakteristische Zeitkonstante muss kurz genug sein, so dass die Messverstärker-Ausgangsspannung V2 bereits nach der ersten PWM-Halbperiode von etwa 10µs ausreichend oberhalb der Startschwelle Vu herauskommt, damit zu diesem Zeitpunkt U2 sicher wieder abschaltet. Daraus folgt, dass die charakteristische Zeitkonstante recht kurz und somit die Filterwirkung besagten Tiefpasses recht schwach ist: Daraus resultiert der gezackte Verlauf der Spannungen V2 und Vp in 5.R5 and C1 form a low-pass filter which, without being stressed by R6 at the node between R5 and C1, produces about half the gate voltage according to the characteristic time constant as a function of the pulse-pause ratio of the PWM coming out at the output of U2. Said characteristic time constant causes the above-mentioned latching for very short time and is defined by the capacitance of C1 and the resistance of the parallel connection of the three resistors R4 ... R6. This approximately half the gate voltage is at least partially superimposed on the reference potential Vp of the comparative input measuring amplifier U3, as a result of which its output voltage V2 increases correspondingly, as long as the considered converter cell is clocked. The characteristic time constant must be short enough so that the measuring amplifier output voltage V2 already comes out sufficiently above the starting threshold Vu after the first PWM half-period of approximately 10 μs, so that U2 reliably shuts off again at this point in time. It follows that the characteristic time constant is quite short and thus the filter effect of said low-pass filter is quite weak: the result is the jagged profile of the voltages V2 and Vp in 5 ,

Nach dem Abschalten des Transistors S1 schwingt das Potential VS nach oben auf einen Wert von etwa Vb1 + Vb2 über BP und lässt damit den Komparator U1 ausgeschaltet: Wieder liegt die Mitkopplung einer Schaltentscheidung durch den Effekt der Schaltaktion selbst vor, die im folgenden als PWM-Mitkopplung bezeichnet wird. Der Transformator Tr1 ist umgeschwungen, die Diode D1 wird leitend, um den Transformator zu entmagnetisieren. In dieser Phase wird die in der Hauptinduktivität des Transformators Tr1 zwischengespeicherte Energie, die aus dem Energiespeicher B1 stammt, an den Energiespeicher B2 wieder abgegeben. Daran ist zu erkennen, dass der Transformator Tr1 gegen Sättigung geschützt sein muss, vorzugsweise durch einen Luftspalt in seiner magnetischen Wegstrecke. Ferner werden in dieser Phase die Klemmdiode D10 und mit ihr die Messelemente R10 und C10 aktiv. Fehlten die drei letztgenannten Elemente, würde der Minuseingang des Strommesskomparators über dessen Versorgunsspannung gezogen und damit zerstört werden. Mit der Anordnung aus 4 wird die PWM-Mitkopplung in etwa auf die Versorgungsspannung geklemmt, und C10 wird auf eine Spannung aufgeladen, deren Wert in etwa der Spannung Vb2 des unteren Energiespeichers B2 entspricht und deren positives Ende sich am Knoten ‚VS’ befindet.After switching off the transistor S1, the potential VS swings upward to a value of about Vb1 + Vb2 via BP and thus leaves the comparator U1 off: Again, the positive feedback of a switching decision is due to the effect of the switching action itself, hereinafter referred to as PWM Mitkopplung is called. The transformer Tr1 is swung around, the diode D1 is turned on to demagnetize the transformer. In this phase, the cached in the main inductance of the transformer Tr1 energy that comes from the energy storage B1, delivered to the energy storage B2 again. It can be seen that the transformer Tr1 must be protected against saturation, preferably by an air gap in its magnetic path. Furthermore, the clamping diode D10 and with it the measuring elements R10 and C10 are active in this phase. Missing the last three elements, the negative input of the current measuring comparator would be pulled over its supply voltage and thus destroyed. With the arrangement off 4 the PWM positive feedback is clamped at about the supply voltage, and C10 is charged to a voltage whose value is approximately equal to the voltage Vb2 of the lower energy storage B2 and whose positive end is at the node, VS '.

Nach erfolgter Abmagnetisierung des Transformators Tr1 schaltet die Gleichrichterdiode D1 der Wandlerzelle wieder aus. Zu diesem Zeitpunkt ist der Transformator Tr1 zwar stromlos, steht aber unter Spannung. Gleichzeitig ist die parasitäre D1-Parallelkapazität bzw. Diodenkapazität vollständig entladen und die parasitäre S1-Parallelkapazität bzw. Transistorkapazität in etwa auf die doppelte Zellenspannung aufgeladen. Aus allem folgt, dass durch diese drei letztgenannten Komponenten ein parasitärer Rückschwingstrom entsteht, dessen Richtung gegenläufig zum zuletzt durch D1 geflossenen Abmagnetisierungsstrom ist. Dadurch wird die parasitäre Diodenkapazität aufgeladen und die parasitäre Transistorkapazität entladen. Nach einer viertel Periode dieser parasitären Rückschwingung hat der Rückschwingstrom ein relatives Maximum erreicht, und sowohl Dioden- als auch Transistorkapazität sind auf Spannungen entsprechend der zugehörigen Zellen ge- bzw. entladen. Wegen dieses Strommaximums in der Hauptinduktivität des Transformators Tr1 schließt sich eine weitere Viertelperiode der parasitären Schwingung an, in der der Rückschwingstrom zwar weiterfliesst, aber wieder abgebaut wird, weil die Transistorkapazität weiter entladen wird, also das Potential von VS unter Vb1 sinkt, und weil die Diodenkapazität über die Spannung Vb2 hinaus aufgeladen wird. Ist der Rückschwingstrom wieder zu null geworden, beträgt das Kathodenpotential der Diode D1 in etwa Vb1 über BP und damit die Sperrspannung über D1 in etwa das doppelte einer Zellenspannung. Dadurch ist auch die Spannung VS annähernd vollständig zu null geschwungen, und der Komparator U1 schaltet wieder ein, was zur Folge hat, dass der Komparator U2 und somit auch der Transistor S1 wieder einschaltet. Die Spannung V1 wird durch diese Schaltmimik eine Rechteckspannung, die zwischen seinem unteren Wert Vu, der Startschwelle, und seinem oberen Wert Vo, der Stoppschwelle, hin- und herspringt. Die Gatespannung VG des Transistors S1 springt zwischen null und Vb1 und folgt dabei zeitlich der Spannung V1. After demagnetization of the transformer Tr1, the rectifier diode D1 switches the Transducer cell off again. Although the transformer Tr1 is de-energized at this time, it is under voltage. At the same time, the parasitic D1 parallel capacitance or diode capacitance is completely discharged and the parasitic S1 parallel capacitance or transistor capacitance is charged approximately to twice the cell voltage. It follows from all that a parasitic return oscillation current is created by these three latter components, whose direction is opposite to the last by demagnetization current flowed by D1. This charges the parasitic diode capacitance and discharges the parasitic transistor capacitance. After a quarter period of this parasitic return oscillation, the backscatter current has reached a relative maximum, and both diode and transistor capacitances are charged or discharged to voltages corresponding to the associated cells. Because of this maximum current in the main inductance of the transformer Tr1 is followed by another quarter period of the parasitic oscillation, in which the return oscillation current indeed continues, but is degraded again, because the transistor capacity is further discharged, so the potential of VS drops below Vb1, and because the Diode capacity is charged beyond the voltage Vb2 addition. If the return oscillation current has become zero again, the cathode potential of the diode D1 is approximately Vb1 above BP and thus the blocking voltage across D1 is approximately twice a cell voltage. As a result, the voltage VS is almost completely curved to zero, and the comparator U1 turns on again, which has the consequence that the comparator U2 and thus also the transistor S1 turns on again. The voltage V1 is by this switching mimic a square-wave voltage that jumps back and forth between its lower value Vu, the start threshold, and its upper value Vo, the stop threshold. The gate voltage VG of the transistor S1 jumps between zero and Vb1 and follows in time the voltage V1.

Oben ist der Idealfall dieser parasitären Rückschwingung beschrieben. Durch Verluste insbesondere im Transformator kommt es häufig vor, dass nach Ablauf einer halben Periode dieser Rückschwingung das Potential VS nicht vollständig auf null bzw. unter Voff zurückgeschwungen ist. Damit der Strommesskomparator U1 dennoch wieder Tritt fassen und einschalten kann, ist der Parallelkondensator C10 vorgesehen: Zu Beginn der parasitären Rückschwingung war dieser auf etwa eine Zellenspannung aufgeladen und hält während der Rückschwingung diesen Potentialunterschied zwischen dem Knoten ‚VS’ und dem negativen Eingang des Komparators U1 zumindest teilweise aufrecht. Das bedeutet, dass besagter Eingang immer ein tieferes Potential aufweist als der Knoten VS. Damit kann U1 zurückkippen und wieder einschalten, auch wenn Vs nicht völlig auf null zurückschwingt. Die Dauer der halben Periode der Rückschwingung ist bekannt oder kann gemessen werden. Ebenso bekannt oder messbar ist das Minimum des Potentials von VS nach Abschalten von D1 und nach besagter halber Periode. Wenn Transistor T1 nicht bei Drain-Source-Spannung = null eingeschaltet werden kann, ist genau dieser Zeitpunkt zum Einschalten optimal. R10 ist so hochohmig dimensioniert, dass während der Leitphase von D1 ein Strom durch ihn fließt, dessen Größenordnung der der Ströme durch die Widerstände R1, R4, R7 und R11 entspricht. Nun ist C10 dermaßen zu dimensionieren, dass die sich aus C10 und R10 ergebende Zeitkonstante genau so lang ist, dass sich während besagter halber Periode die ursprüngliche Potentialdifferenz von etwa einer Zellenspannung höchstens auf den Wert entladen hat, der dem Welt des VS–Minimums über BP entspricht.The ideal case of this parasitic return oscillation is described above. Due to losses, in particular in the transformer, it frequently happens that, after one half period of this return oscillation has elapsed, the potential VS has not completely swung back to zero or below Voff. In order for the current measuring comparator U1 to be able to react and switch on again, the parallel capacitor C10 is provided: at the beginning of the parasitic return oscillation, it was charged to approximately one cell voltage and, during the return oscillation, holds this potential difference between the node, VS 'and the negative input of the comparator U1 at least partially upright. This means that said input always has a lower potential than the node VS. This will allow U1 to back down and turn on again, even if Vs does not return to zero. The duration of the half period of the return oscillation is known or can be measured. Equally known or measurable is the minimum of the potential of VS after switching off D1 and after said half period. If transistor T1 can not be turned on at drain-to-source voltage = zero, then exactly this point in time for turn-on is optimal. R10 is so high-impedance dimensioned that during the conduction phase of D1, a current flows through it, the magnitude of which corresponds to the currents through the resistors R1, R4, R7 and R11. Now, C10 is to be sized so that the time constant resulting from C10 and R10 is just long enough that during that half period the original potential difference of about one cell voltage has discharged at most to the value above the world of the VS minimum above BP equivalent.

Bei jedem Taktzyklus steigt die Spannung V2, bedingt durch das Umladen der Energiespeicher B1 und B2, ein wenig an. Dies ist am Verlauf von V2 in 5 ersichtlich, auch wenn der Großteil dieses Prozesses im Ausbruch in der Mitte der Figur versteckt ist. Die Schaltung ist so dimensioniert, dass die Spannung V2 dann den gleichen Wert erreicht wie die Spannung V1 bei eingeschaltetem Komparator U1, also den Wert der Stoppschwelle Vo, wenn die Zellenspannung des Energiespeichers B2 um einen vorbestimmten Wert größer ist als die Zellenspannung des Energiespeichers B1. Der vorbestimmte Wert beträgt zwischen 0,5V und etwa 2V und definiert eine sinnvolle Schwelle, bei deren Überschreitung die Wandlerzelle wieder zu arbeiten aufhören soll. Daher wird dieser obere Wert der Spannung V1 bei eingeschaltetem Komparator U1, wie oben bereits erwähnt, Stoppschwelle genannt.At each clock cycle, the voltage V2, due to the reloading of the energy storage B1 and B2, increases a little. This is on the course of V2 in 5 even though most of this process is hidden in the middle of the figure in the outbreak. The circuit is dimensioned such that the voltage V2 then reaches the same value as the voltage V1 when the comparator U1 is switched on, ie the value of the stop threshold Vo, when the cell voltage of the energy store B2 is greater than the cell voltage of the energy store B1 by a predetermined value. The predetermined value is between 0.5V and about 2V and defines a reasonable threshold above which the converter cell should stop working again. Therefore, this upper value of the voltage V1 when the comparator U1 is turned on, as mentioned above, stop threshold.

Wird bei eingeschaltetem Transistor S1 die Spannung V2 größer als die Spannung V1, überschreitet V2 also besagte Stoppschwelle, so wird der Transistor S1 nicht mehr durch den Komparator U1 abgeschaltet, sondern durch den Komparator U2. Dies bestätigt dessen Rolle als zentraler Entscheider, ob überhaupt getaktet werden soll oder nicht. Durch diesen Rollentausch wird der Einschaltpuls des Transistors S1 kürzer, der Transformator TR1 wird weniger aufmagnetisiert und benötigt daher nach dem Ausschalten von S1 weniger Zeit zum Abmagnetisieren durch D1. Das PWM-Tastverhältnis bleibt daher in dieser Schlussphase einer Umladeaktion in etwa unverändert, die Schaltfrequenz in der Wandlerzelle erhöht sich aber deutlich. Dadurch steigt der oben bereits beschriebene Einfluss der Verluste, weshalb nach kurzer Zeit die ebendort beschriebene Zeitkonstante aus R10 und C10 nicht mehr ausreicht, um den Strommesskomparator U1 zum erneuten Einschalten und damit zum Fortsetzen seines PWM-Taktes zu bewegen: Die Wandlerzelle hört auf zu arbeiten.If the voltage V2 is greater than the voltage V1 when the transistor S1 is switched on, that is to say V2 exceeds said stop threshold, then the transistor S1 is no longer switched off by the comparator U1 but by the comparator U2. This confirms its role as the central decision maker, whether to clock at all or not. As a result of this roller replacement, the turn-on pulse of the transistor S1 becomes shorter, the transformer TR1 is less magnetized and therefore requires less time to be demagnetized by D1 after switching off S1. The PWM duty cycle therefore remains unchanged in this final phase of a Umladeaktion, the switching frequency in the converter cell but increases significantly. This increases the influence of the losses already described above, which is why after a short time the time constant of R10 and C10 described above is no longer sufficient to move the current measuring comparator U1 to restart and thus continue its PWM cycle: The converter cell stops working ,

Obwohl die Hystereseaufschaltung über dem aufgeladenen Kondensator C1 schnell abklingt, bleibt aufgrund der inzwischen umgekehrten Ladungsbilanz der beiden beteiligten Energiespeicher B1 und B2 die Spannung V2 nach einem letzten Taktpuls der Spannung V1 weit oberhalb des Referenzpotentials Vp und der Startschwelle Vu, ferner fehlt besagte PWM-Mitkopplung, weshalb die Wandlerzelle abgeschaltet bleibt.Although hysteresis over the charged capacitor C1 decays rapidly, it remains due to the meanwhile reversed charge balance of the two energy storage devices B1 and B2, the voltage V2 after a last clock pulse of the voltage V1 far above the reference potential Vp and the start threshold Vu, also said PWM positive feedback is missing, so the converter cell remains switched off.

6a zeigt eine Wandlerzelle mit einer dritten Ausführungsform der Steuerschaltung Ctl. Diese ist hier als rein diskrete Schaltung mit den Bipolartransistoren T1 ... T7 und einem MOSFET als Wandlerzellen-Leistungstransistor S1 ausgeführt. Das Wirkprinzip ist ähnlich wie anhand der 4 und 5 beschrieben, es werden hier ebenfalls die Spannungen der beiden beteiligten Energiespeicher B1 und B2 miteinander verglichen. Dazu wird die Gesamtspannung beider beteiligten Energiespeicher B1 und B2 über den Spannungsteiler aus R1 und R2 gemessen und über seinen Mittelknoten, dessen Potential aufgrund der Basis-Emitter-Spannung von T7 und des über R6 zu erwartenden Spannungsabfalls, der durch den Strom durch den oberen Referenzwiderstand R4 voreingestellt wird, ähnlich wie in 4 oberhalb des Bezugspotentials BP liegen muss, an die Basis des Messtransistors T7 geführt. Das aus 4 bekannte Bezugspotential Vp ist hier am Knoten aus R6, R4 und dem Emitter von T7 zu finden. T7 übernimmt hier die Funktion des Eingangsmessverstärkers, der in 4 mit U3 bezeichnet ist. Im Gegensatz zu der dortigen Ausgangsspannung V2 ist die interessierende Ausgangsgröße hier der Strom I7, der in den Kollektor des Transistors T7 hineinfließt. 6a shows a converter cell with a third embodiment of the control circuit Ctl. This is designed here as a purely discrete circuit with the bipolar transistors T1 ... T7 and a MOSFET as a converter cell power transistor S1. The principle of action is similar to that of the 4 and 5 described, it also here the voltages of the two energy storage devices B1 and B2 are compared. For this purpose, the total voltage of both energy storage devices B1 and B2 is measured via the voltage divider R1 and R2 and via its center node whose potential due to the base-emitter voltage of T7 and the voltage drop to be expected via R6, by the current through the upper reference resistor R4 is preset, similar to in 4 must be above the reference potential BP, led to the base of the measuring transistor T7. The end 4 known reference potential Vp can be found here at the node of R6, R4 and the emitter of T7. T7 takes over the function of the input measuring amplifier, which in 4 labeled U3. In contrast to the local output voltage V2, the output of interest here is the current I7, which flows into the collector of the transistor T7.

Wird die Basis-Emitter-Spannung an T7 vernachlässigt, gilt in erster Näherung eine Potentialgleichheit zwischen dem Mittelknoten des R1-R2-Spannungsteilers und dem Bezugspotential Vp: Dies entspricht der über die Gegenkopplung erzwungenen Potentialgleichheit zwischen Vn und Vp an den Eingängen von U3 in 4. Wird ferner die Stromverstärkung von T7 als sehr groß angenommen, kann auch der Basisstrom von T7 vernachlässigt werden, so dass – wiederum in erster Näherung – seine gesamte Umgebung nur noch vom Spannungsabfall an R6 abhängt: Vp = R6·(I4 + I7). If the base-emitter voltage at T7 is neglected, a potential equality between the center node of the R1-R2 voltage divider and the reference potential Vp applies in the first approximation. This corresponds to the potential equality forced by the negative feedback between Vn and Vp at the inputs of U3 in FIG 4 , Furthermore, assuming the current gain of T7 to be very large, the base current of T7 can be neglected, so that - again in a first approximation - its entire environment depends only on the voltage drop at R6: Vp = R6 * (I4 + I7).

I4 ist der Strom von der zugehörigen Zellenspannung Vb1 durch den oberen Referenzwiderstand R4, und am Term „I7“ in obiger Gleichung ist zu erkennen, dass der Ausgangsstrom des Messverstärkers hier direkt auf die Referenzspannung gegenkoppelt. Daher ist in dieser voll-diskreten Ausführung aus 6a kein Gegenkopplungswiderstand R3 nötig, ergo auch nicht zu finden. Aufgrund dieser direkten Gegenkopplung variiert hier auch die Spannung über R4 und somit der Strom durch ihn: I4 = (Vb1 – Vp)/R4. I4 is the current from the associated cell voltage Vb1 through the upper reference resistor R4, and it can be seen from the term "I7" in the above equation that the output current of the measuring amplifier directly couples directly to the reference voltage. Therefore, in this fully discrete version is out 6a no negative feedback resistor R3 needed, ergo also not to find. Because of this direct negative feedback also varies the voltage across R4 and thus the current through it: I4 = (Vb1-Vp) / R4.

Dies in obige Gleichung für Vp eingesetzt und nach Vp aufgelöst ergibt Vp = (R6·Vb1/R4 + R6·I7)/(1 + R6/R4). This is used in the above equation for Vp and solved for Vp Vp = (R6 * Vb1 / R4 + R6 * I7) / (1 + R6 / R4).

Bei Vernachlässigung des Basisstroms von T7 gilt für den Strom durch den gesamten Messspannungsteiler aus R1 und R2: I1 = I2 = (Vb1 + Vb2)/(R1 + R2) = (Vb1 + Vb2)/(2R6 + R4), wobei für den letzten Term die beiden von oben bekannten Widerstandsrelationen R1 = R4 und R2 = 2R6 + R4 herangezogen wurden. Wird nun auch anhand des Messspannungsteilers die Referenzspannung ausgerechnet, wird die harte Spannungsverkopplung durch die Basis von T7 sozusagen auch mathematisch vollzogen: Vp = Vb1 – R1·I1 = Vb1 – (Vb1 + Vb2)/(2·(R6/R4 + 1)). Neglecting the base current of T7, the current through the entire measuring voltage divider R1 and R2 applies: I1 = I2 = (Vb1 + Vb2) / (R1 + R2) = (Vb1 + Vb2) / (2R6 + R4), where for the last term the two above-known resistance relations R1 = R4 and R2 = 2R6 + R4 were used. If the reference voltage is now also calculated on the basis of the measuring voltage divider, the hard voltage coupling through the basis of T7 is, so to speak, mathematically accomplished as well: Vp = Vb1 - R1 • I1 = Vb1 - (Vb1 + Vb2) / (2 * (R6 / R4 + 1)).

Beide rechten Seiten obiger Gleichungen für Vp zusammengesetzt ergeben I7 = (Vb1 – Vb2)/(2·R6). Composed both right sides of the above equations for Vp I7 = (Vb1-Vb2) / (2 * R6).

Anhand dieser nur an zwei üblichen und zulässigen Stellen vereinfachten Rechnung zeigt sich, dass das Ausgangssignal I7 des Eingangsmessverstärkertransistors T7 ausschließlich von der Differenz der beteiligten Zellenspannungen Vb1 und Vb2 abhängt, und dass der Wertebereich von I7 durch R6 skalierbar ist. Im Gegensatz zu U3 aus 4 arbeitet T7 hier nichtinvertierend: Je größer Vb1 im Vergleich zu Vb2 ist, desto größer wird auch I7, was ein Starten der Wandlerzelle ermöglicht, wie weiter unten beschrieben. Es versteht sich anhand 6a von selbst, dass I7 nur positive Werte annehmen kann, und dass sein Wert null ist, sobald Vb2 > Vb1 gilt.On the basis of this calculation, which is simplified only in two usual and permissible places, it can be seen that the output signal I7 of the input measuring amplifier transistor T7 depends exclusively on the difference of the cell voltages Vb1 and Vb2 involved, and that the value range of I7 is scalable by R6. Unlike U3 off 4 T7 works non-inverting here: the larger Vb1 compared to Vb2, the larger I7, which allows the converter cell to be started, as described below. It is understood by way of reference 6a of course, that I7 can only take positive values and that its value is zero as soon as Vb2> Vb1 holds.

Die Schaltung aus T1 ... T4 entspricht der mit diskreten Bipolartransistoren aufgebauten Eingangsstufe des Strommeßkomparators U1 aus 4. Der obere Emitterwiderstand R11, der aus 4 als oberer Ausschaltschwellenwiderstand bekannt ist, verstärkt hier zudem die differenzierende Wirkung des Eingangsdifferenzverstärkers aus T1 und T2, die beiden gleich großen unteren Emitterwiderstände R18 und R19 erhöhen die Genauigkeit des Stromspiegels aus T4 und T3. Statt dieser, oder zusätzlich, kann ein Wilson-Stromspiegel eingesetzt werden, der einen dritten Transistor umfasst (hier nicht dargestellt). Die Arbeitsweise eines Stromspiegels und eines Wilson-Stromspiegels kann z.B. dem Wikipedia-Artikel Stromspiegel ( http://de.wikipedia.org/wiki/Stromspiegel ), abgerufen am 11.4.2011, entnommen werden. Der positive Eingang oder Referenzeingang des Strommesskomparators ist die Basis von T1, der negative Eingang oder Messeingang ist die Basis von T2. Abnehmende Ströme aus den Eingängen dieser Schaltung heraus sind hier als wachsende Spannungen an den Eingängen eines klassischen Komparators zu interpretieren. Daher ist im Ausschaltschwellen-Spannungsteiler das Widerstandsverhältnis zwischen R11 und R12 hier in etwa invers zu dimensionieren, gemessen am Verhältnis in 4. Damit wird auch die Funktion von R12, der Schottkydiode und R10 klar: R12 und R10 haben in etwa gleichen Wert, und damit stellt die über die Schottkydiode abfallende Spannung Voff die Referenz dar, auf die im Falle der Aktivität der betrachteten Wandlerzelle die Spannung am Bahnwiderstand des MOSFETs anstiegen darf, bis die besagte Komparator-Eingangsstufe umkippt und zum Wiederausschalten des Transistors S1 führt.The circuit of T1... T4 corresponds to the input stage of the current measuring comparator U1 constructed with discrete bipolar transistors 4 , The upper emitter resistor R11, the out 4 is known here as the upper turn-off threshold resistance, here also amplifies the differentiating effect of the input differential amplifier of T1 and T2, the two equal lower emitter resistors R18 and R19 increase the accuracy of the current mirror from T4 and T3. Instead of this, or in addition, a Wilson current mirror may be used which comprises a third transistor (not shown here). The operation of a current mirror and a Wilson current mirror can, for example, the Wikipedia article current mirror ( http://de.wikipedia.org/wiki/Stromspiegel ), retrieved on April 11, 2011, taken become. The positive input or reference input of the current measuring comparator is the base of T1, the negative input or measuring input is the basis of T2. Decreasing currents from the inputs of this circuit are interpreted here as increasing voltages at the inputs of a classical comparator. Therefore, in the turn-off threshold voltage divider, the resistance ratio between R11 and R12 should be approximately inversely dimensioned here, as measured by the ratio in 4 , Thus, the function of R12, the Schottky diode and R10 is clear: R12 and R10 have approximately the same value, and thus represents the falling across the Schottky diode voltage Voff is the reference to the voltage in the case of the activity of the considered converter cell voltage resistance of the MOSFET is allowed to rise until said comparator input stage tilts and leads to the re-switching of the transistor S1.

Durch Trimmen des unteren Ausschaltschwellenwiderstands R12 lässt sich die Ausschaltschwelle feinjustieren. Weil in der durch die Schottkydiode, R11 und R12 definierten Ruhelage der Wandlerzelle nur T1 leitend ist, liegt die Spannung des Knotens VK knapp unterhalb der Zellenspannung des Energiespeichers B1. Anstatt den Ausgang VK dieser Eingangsstufe wie in klassischen Komparatoren linear zu invertieren und zu verstärken, wird VK hier direkt an die dynamisch angesteuerte, invertierende Gegentaktstufe aus T5 und T6 geführt. Diese Schaltung, die insbesondere durch die beiden Basisserienkondensatoren C2 und C3 charakterisiert ist, hat erstens den Vorteil, dass es mangels einer direkten ohmschen Verbindung zwischen den Basen der beiden Transistoren T5 und T6 und wegen der Basisparallelwiderstände R15 und R16 keinen Querstrom gibt, der gleichzeitig durch T5 und T6 fliessen und hohe Verluste erzeugen würde, und dass sie im Grunde keine statische, nur während der Einschaltzeitdauern von S1 eine geringe statische Leistung aus dem Knoten VK heraus benötigt. Widerstand R13 stellt sicher, dass S1 in der Ruhelage der Wandlerzelle sicher ausgeschaltet ist. R9 sorgt dafür, dass bei symmetrischem Pulsmuster an VK das Gate von S1 langsamer geladen als entladen wird, was im Stand der Technik allgemein als vorteilhaft erachtet wird. Bleiben schließlich noch die Klemmschaltungen parallel zu R15 und R16, jeweils aus einer LED und einer Seriendiode bestehend, die durch die hauptsächlich dynamische Ansteuerung der Basen von T5 und T6 nötig werden zum Schutz derselben vor Überspannung bei jeweils nichtleitender Basis: Diese Zweige sind zugleich Indikatoren, ob die Zelle arbeitet, und wie. Arbeitet sie mit voller Leistung, leuchten beide LEDs, also rot und grün, befindet sich die Zelle in einer Endphase ähnlich wie oben bei 4 beschrieben, nimmt die Dynamik des Einschaltens von S1 ab, weshalb die rote LED erlischt. Die zum Überlisten von Spannungseinbruch und -anstieg von Zellen im Umlademodus nötige Hysterese wird hier ausschließlich durch dynamische Mitkopplung der durch die ganze Schaltung hindurch wirkenden PWM erzeugt.By trimming the lower turn-off threshold resistor R12, the turn-off threshold can be finely adjusted. Because in the resting position of the converter cell defined by the Schottky diode, R11 and R12, only T1 is conducting, the voltage of the node VK is just below the cell voltage of the energy store B1. Instead of linearly inverting and amplifying the output VK of this input stage as in classical comparators, VK is here routed directly to the dynamically controlled, inverting push-pull stage from T5 and T6. This circuit, which is characterized in particular by the two basic series capacitors C2 and C3, firstly has the advantage that there is no cross-flow due to lack of a direct ohmic connection between the bases of the two transistors T5 and T6 and because of the base parallel resistors R15 and R16, the same time T5 and T6 would flow and produce high losses, and that they basically do not need any static power, only during the turn-on periods of S1, a low static power out of the node VK. Resistor R13 ensures that S1 is safely switched off in the rest position of the converter cell. R9 ensures that with a symmetric pulse pattern at VK, the gate of S1 is charged slower than it discharges, which is generally considered advantageous in the prior art. Finally, the clamping circuits remain parallel to R15 and R16, each consisting of an LED and a series diode, which are required by the mainly dynamic control of the bases of T5 and T6 to protect them from overvoltage at each non-conductive basis: These branches are also indicators, whether the cell works, and how. If it is working at full power, both LEDs, ie red and green, light up in a similar way to the cell above 4 described, decreases the dynamics of switching on S1, which is why the red LED goes out. The hysteresis required for overriding the voltage dip and rise of cells in the charge-transfer mode is generated here exclusively by dynamic positive feedback of the PWM acting through the entire circuit.

Steigt die Ladung des Energiespeichers B1 gegenüber dem Energiespeicher B2 und dementsprechend auch dessen Spannung Vb1 im Vergleich zu Vb2, so beginnt Transistor T7 wie oben berechnet zu leiten, und es fließt ein kleiner Strom I7 durch den Meßwiderstand R10, gegengekoppelt durch den Emitterwiderstand R6. Dieser Strom sorgt dafür, dass auch der Transistor T2 zu leiten beginnt. Dadurch fließt ein Strom in den Stromspiegel, der aus den Transistoren T3 und T4 besteht, wobei T4 den Eingang des Stromspiegels und T3 den Ausgang des Stromspiegels repräsentiert. Ein Referenzstrom für den Stromspiegel wird durch den Spannungsteiler R11, Voff, R12 erzeugt, fließt durch die Basis des Transistors T1 und hält ihn leitend. Die Widerstände R15 und R17 unterstützen die daraus resultierde Lage des Knotens VK knapp unterhalb der Zellenspannung des Energiespeichers B1 und erzeugen einen Gleichstromanteil auf der Ausgangsseite des Stromspiegels, der nur durch den von der Teilschaltung aus R1, R2, R4, T7, R6 und T2 bei erkannter und auszugleichender Ladungsdiskrepanz erzeugten, oben beschriebenen kleinen Gleichstrom I7 überwunden werden kann. Dieser fließt zunächst nur über R10, und erst bei ausreichendem Spannungsabfall dort – aufgrund eines ausreichenden Spannungsüberhangs von B1 ggü. B2 – wird der Differenzverstärkertransistor T2 des negativen Komparatoreingangs leitend. Sein Kollektor-, also Ausgangsstrom stellt den Eingangsstrom für den oben schon beschriebenen Stromspiegel aus T4 und T3 dar. Gleichzeitig fließen ab jetzt Basis- und Kollektorstrom von T2 zusätzlich durch R11, wodurch sich dessen Spannungsabfall erhöht und folglich sich der über R12 reduziert: Der Basisstrom durch T1, oben auch als Referenzstrom in Ruhelage bezeichnet, reduziert sich. Gleichzeitig entsteht am Kollektor von T3 der Stromspiegelausgangsstrom, der seinem Eingangsstrom zw. Kollektor von T2 und T4 entspricht, und belastet erstmals den Kollektor des Differenzverstärkertransistors T1 am positiven Eingang oder Referenzeingang des Komparators. Wird aufgrund einer weiteren Ladungs- und damit Spannungszunahme von B1 der Kollektorstrom von Transistor T2 größer, so wächst gespiegelt der Strom durch den Kollektor von T3. Wird nun dieser Strom größer als der aktuell schon leicht reduzierte Referenzstrom durch R12 multipliziert mit der Sättigungsstromverstärkung des Transistors T1, so beginnt T1 bei diesem Wert seines Kollektorstroms, Spannung abfallen zu lassen: VK beginnt, nach unten zu wandern. Ab diesem Zeitpunkt addiert sich zum Kollektorstrom von T1 der oben genannte Gleichstromanteil durch R15 und R17, die Summe aus beiden ist der Stromspiegel-Ausgangsstrom am Kollektor von T3, somit muss der gleiche – wiederum größer gewordene – Strom auch aus dem Kollektor von T2 herauskommen: Das Herunterziehen des Potentials von VK erfolgt linear mit der Ansteuerung des diskret aufgebauten Komparators über den Basisstrom von T2, der im wesentlichen vom schon berechneten I7 abhängt. Der letzte entscheidende Punkt wird erreicht, wenn der Spannungsabfall über R15 groß genug ist, so dass der obere Gatetreibertransistor T5 leitend wird. Bald darauf ist das Gate von S1 genug aufgeladen, so dass der Wandlerzellen-Leistungstransistor S1 durchschaltet: Das Potential von VS wird Richtung Bezugspotential BP gezogen, zum Messausgangsstrom I7 aus der Basis von T2 kommt plötzlich ein invertierter Strom durch R10 hinzu. Somit klappt der Stromspiegel vollends um, und der Punkt VK wird in Richtung des Bezugspotentials BP gezogen. Dadurch bleibt der Transistor T5 sicher leitfähig, und dieser wiederum lässt den MOSFET S1 eingeschaltet. If the charge of the energy store B1 increases relative to the energy store B2 and accordingly also its voltage Vb1 in comparison to Vb2, transistor T7 begins to conduct as calculated above, and a small current I7 flows through the measuring resistor R10, counter-coupled through the emitter resistor R6. This current ensures that the transistor T2 begins to conduct. As a result, a current flows in the current mirror, which consists of the transistors T3 and T4, where T4 represents the input of the current mirror and T3 represents the output of the current mirror. A reference current for the current mirror is generated by the voltage divider R11, Voff, R12, flows through the base of the transistor T1 and keeps it conductive. The resistors R15 and R17 support the resulting position of the node VK just below the cell voltage of the energy storage B1 and generate a DC component on the output side of the current mirror, which only by that of the sub-circuit of R1, R2, R4, T7, R6 and T2 at detected and compensated charge discrepancy generated, described above, small DC I7 can be overcome. This initially flows only via R10, and only when sufficient voltage drop there - due to a sufficient voltage overshoot of B1 compared. B2 - the differential amplifier transistor T2 of the negative comparator input becomes conductive. Its collector output current represents the input current for the T4 and T3 current mirror already described above. At the same time, the base and collector currents of T2 are now also flowing through R11, which increases its voltage drop and consequently reduces over R12: the base current T1, referred to above as reference current in rest position, is reduced. At the same time arises at the collector of T3, the current mirror output current corresponding to its input current between the collector of T2 and T4, and charged for the first time the collector of the differential amplifier transistor T1 at the positive input or reference input of the comparator. If, due to a further charge and thus voltage increase of B1, the collector current of transistor T2 increases, the current through the collector of T3 is mirrored. If this current is greater than the currently already slightly reduced reference current through R12 multiplied by the saturation current amplification of the transistor T1, T1 begins to drop voltage at this value of its collector current: VK begins to travel downwards. From this point on the collector current of T1 is added to the above DC component through R15 and R17, the sum of both is the current mirror output current at the collector of T3, thus the same - again larger - current must also be taken from the collector of T2 pull down: The pulling down of the potential of VK is linear with the control of the discretely constructed comparator via the base current of T2, which depends essentially on the already calculated I7. The last crucial point is reached when the voltage drop across R15 is large enough so that the upper gate drive transistor T5 becomes conductive. Soon thereafter, the gate of S1 is charged enough so that the converter cell power transistor S1 turns on: the potential of VS is pulled towards reference potential BP, to the measurement output current I7 from the base of T2 suddenly an inverted current through R10 is added. Thus, the current mirror completely turns around, and the point VK is pulled toward the reference potential BP. As a result, the transistor T5 remains reliably conductive, and this in turn leaves the MOSFET S1 turned on.

Ist der MOSFET S1 eingeschaltet, so fließt ein Strom über den Transformator TR1, der dadurch aufmagnetisiert wird. Der Punkt VS ist durch den eingeschalteten MOSFET S1 auf Bezugspotential BP gezogen, was zur Folge hat, dass über den Widerstand R10 ein Basisstrom aus dem Transistor T2 heraus zum Bezugspotential fließt und der Kollektorstrom des Transistors T2 somit hoch bleibt. Dadurch wird der Zustand des Stromspiegels gefestigt und der Punkt VK weiterhin auf Bezugspotential gehalten: Auch hier liegt, wie oben zu 5 für die Schaltung von 4 beschrieben, eine PWM-Mitkopplung vor.If the MOSFET S1 is turned on, a current flows through the transformer TR1, which is thereby magnetized. The point VS is pulled to reference potential BP by the switched-on MOSFET S1, with the result that via the resistor R10 a base current flows out of the transistor T2 out to the reference potential and the collector current of the transistor T2 thus remains high. As a result, the state of the current mirror is strengthened and the point VK continues to be held at reference potential: Here, too, as above 5 for the circuit of 4 described, a PWM positive feedback before.

Der steigende Strom erzeugt bedingt durch den Bahnwiderstand des Transistors S1 eine steigende Spannung am Punkt VS. Diese Spannung erzeugt über den Widerstand R10 einen sinkenden Basisstrom im Transistor T2, der dessen Kollektorstrom ebenso sinken lässt und damit das Potential des Punktes VK langsam ein wenig anhebt, da der Stromspiegel-Ausgangsstrom in den Kollektor des Transistors T3 hinein entsprechend abnimmt. Ab einer bestimmten Stromstärke durch den MOSFET S1 ist die Spannung im Punkt VS so hoch, dass der Basisstrom durch den Transistor T2 unter den Referenzbasisstrom des Transistors T1 fällt: Der Stromspiegel klappt wieder um und zieht den Punkt VK in Richtung des Pluspols des ersten Energiespeichers B1. Dadurch schaltet der Transistor T5 ab, und der Transistor T6 kurz ein, um die im Gate des MOSFET S1 gespeicherte Ladung auszuräumen. Der MOSFET S1 wird dadurch abgeschaltet, der Punkt VS wandert etwa eine Zellenspannung über den Pluspol des oberen Energiespeichers B1. Um eine Zerstörung der Basis-Emitter-Strecke des Transistors T2 sicher zu vermeiden, ist die Klemmdiode D10 vorhanden, die außer diesem Schutz auch hilft, den Parallelkondensator C10, der wie oben beschrieben mit R10 die Vorhaltszeitkonstante zum sicheren Weiterlaufen der PWM erzeugt, korrekt aufzuladen. Während dieser Zeit ist der Transformator TR1 umgeschwungen, und die Diode D1 ist leitend und entmagnetisiert den Transformator TR1. Nach Ausschalten der Diode D1 schwingt der Punkt VS aufgrund derselben wie zu 4 beschriebenen parasitären Rückschwingung wieder nach unten in Richtung Bezugspotential BP. Bedingt durch die Vorhaltszeitkonstante aufgrund des Parallelkondensators C10 gelangt der Knoten mit R10, C10, der Basis von T2 und dem Kollektor von T7 sogar unter das Bezugspotential BP. Damit steigt der Basisstrom des Transistors T2 zuverlässig an, so dass der Stromspiegel erneut umkippt und den MOSFET S1 wieder einschaltet.Due to the track resistance of the transistor S1, the rising current generates a rising voltage at the point VS. This voltage generated via the resistor R10 a sinking base current in the transistor T2, which also drops its collector current and thus slowly raises the potential of the point VK a little, since the current mirror output current in the collector of the transistor T3 decreases accordingly. From a certain current through the MOSFET S1, the voltage at the point VS is so high that the base current through the transistor T2 falls below the reference base current of the transistor T1: The current mirror folds back and pulls the point VK in the direction of the positive pole of the first energy storage B1 , As a result, the transistor T5 turns off, and the transistor T6 briefly turns off to clear the charge stored in the gate of the MOSFET S1. The MOSFET S1 is thereby turned off, the point VS moves about a cell voltage across the positive pole of the upper energy storage B1. In order to safely avoid destruction of the base-emitter path of the transistor T2, the clamping diode D10 is present, which also helps to properly charge the parallel capacitor C10, which generates the lead time constant for safe continuation of the PWM with R10 as described above , During this time, the transformer TR1 is recirculated, and the diode D1 is conductive and demagnetizes the transformer TR1. After turning off the diode D1, the point VS oscillates due to the same as 4 described parasitic return oscillation back down in the direction of reference potential BP. Due to the lead time constant due to the parallel capacitor C10, the node with R10, C10, the base of T2 and the collector of T7 even reaches below the reference potential BP. Thus, the base current of the transistor T2 increases reliably, so that the current mirror again tilts and turns on the MOSFET S1 again.

Die Wandlerzelle arbeitet nun und entlädt den ersten Energiespeicher B1 und lädt mit dieser Energie den zweiten Energiespeicher B2 auf. Dadurch sinkt die Spannung am ersten Energiespeicher B1, und gleichzeitig steigt die Spannung am zweiten Energiespeicher B2. Das Potential BP hebt sich gegenüber dem Potential der Basis des Transistors T7 langsam an, und der Basisstrom durch den Transistor T7 wird weniger und ebbt schließlich ganz ab: Damit wird auch sein Ausgangsstrom I7, der die Zelle aktiviert und während ihrer Arbeit den Gleichstrom-Offset in der Ansteuerschaltung durch R15 und R17 überwunden hat, zu null, wie oben berechnet. Dadurch reicht der Basisstrom in den Transistor T2 beim Zurückschwingen des Transformators TR1 nicht mehr aus, um den Stromspiegel zum Kippen zu bringen, und die Wandlerzelle schaltet sich wieder ab.The converter cell now operates and discharges the first energy store B1 and charges the second energy store B2 with this energy. As a result, the voltage at the first energy store B1 decreases, and at the same time the voltage at the second energy store B2 increases. The potential BP slowly rises from the potential of the base of the transistor T7, and the base current through the transistor T7 becomes less and eventually becomes quite ebbated: thus also its output current I7 activates the cell and during its work the DC offset in the drive circuit through R15 and R17, to zero, as calculated above. As a result, the base current in the transistor T2 when swinging back of the transformer TR1 is no longer sufficient to bring the current mirror to tilt, and the converter cell switches off again.

6b zeigt eine vierte Ausführungsform der Steuerschaltung in einer Wandlerzelle, die sich von der dritten Ausführungsform gemäß 6a im wesentlichen darin unterscheidet, dass deren Spannungsmessung galvanisch getrennt ist. Daher werden hier nur die Unterschiede zur dritten Ausführungsform beschrieben. Die Wandlerzelle der 6b hat eine vollständige galvanische Trennung zwischen den Energiespeichern. Diese Wandlerzelle ist in einem Verbund nur einmal notwendig, nämlich um den Energiespeicher, der den Minuspol des Akkumulators umfasst, mit dem Energiespeicher, der den Pluspol des Akkumulators umfasst, miteinander zu verbinden, oder umgekehrt, und damit eine Umladung der überschüssigen Energie im Kreis realisieren zu können. Dazu ist der Spannungsteiler aus den Widerständen R1 und R2, der in der dritten Ausführungsform die Spannungen beider Energiespeicher summiert und dann mit dem Referenzpotential Vp in der Nähe des Mittelpunktes dieser beiden Spannungen vergleicht, in zwei Spannungsteiler aufgeteilt, die jeweils die Spannung eines Energiespeichers messen. Die Spannung des Energiespeichers, der mit dem Minuspol des Akkumulators verbunden ist, wird mit einem Spannungsteiler gemessen, der aus einer Serienschaltung des Widerstandes R1 und des Primäranschlusses oder der Sendedoide eines zweiten Optokopplers OK2 mit dem Sekundäranschlusses oder dem Empfangstransistor eines ersten Optokopplers OK1 besteht, an dessen Kollektor zusätzlich die Basis des aus 6a bereits bekannten vergleichenden Messverstärkertransistors T7 angeschlossen ist. Alternativ kann dieser Spannungsteiler auch aus dem Widerstand R1 und der direkten Serienschaltung von Sendediode des OK2 und Empfangstransistor des OK1 bestehen, die Basis von T7 angeschlossen zwischen R1 und der OK2-Sendediode (nicht dargestellt). Die Spannung des Energiespeichers, der mit dem Pluspol des Akkumulators verbunden ist, wird mit einem Spannungsteiler gemessen, der aus einer Serienschaltung eines Widerstandes R2 und einer Parallelschaltung des Sekundäranschlusses bzw. Empfangstransistors des zweiten Optokopplers OK2 mit der Serienschaltung eines Widerstandes R14 und dem Primäranschluss bzw. der Sendediode des ersten Optokopplers OK1 besteht. Damit ergibt sich eine galvanisch getrennte Spannungsmessung, die dennoch die Zellenspannungen miteinander vergleicht. Die beiden Optokoppler sind so konfiguriert, dass sie einen ohmschen Spannungsteiler über beide beteiligten Energiespeicher nachbilden und den Transistor T7 in oben schon beschriebener Weise ansteuern. Die Spannungsvergleichsfunktion wird dadurch sichergestellt, dass die beiden Optokoppler OK1 und OK2 derart gegengekoppelt sind, dass sie einen Wilson-Stromspiegel nachbilden. Dem Widerstand R1 ist hier die Eingangsdiode des zweiten Optokopplers OK2 in Serie geschaltet, um ein Signal an die Sekundärseite der gesamten Schaltung zu übermitteln, das der Absolutspannung von B1 in etwa entspricht. Durch dieses Signal wird mittels des Empfangstransistors des zweiten Optokopplers der Messzweig des sekundärseiten Messspannungsteilers, der aus den beiden Widerständen R2 und R14 sowie der Sendediode des ersten Optokopplers entsteht, teilweise überbrückt. Dadurch wird eine Vergrößerung der Spannung an B2 umso stärker gewichtet, je kleiner die Spannung an B1 ist, und umgekehrt. Durch diese Gegenkopplung ist auch über Potentialgrenzen hinweg eine vergleichende Spannungsmessung möglich. Die galvanische Trennung ist über die Optokoppler somit auf optischem Wege realisiert, die Schaltungsanordnung arbeitet aber ansonsten in gleicher Weise wie die in 6a beschriebene Schaltungsanordnung. 6b shows a fourth embodiment of the control circuit in a converter cell, which differs from the third embodiment according to 6a essentially differs in that their voltage measurement is galvanically isolated. Therefore, only the differences from the third embodiment will be described here. The converter cell of 6b has a complete galvanic isolation between the energy stores. This converter cell is only necessary once in a network, namely in order to connect the energy store, which comprises the negative pole of the accumulator, to the energy store, which comprises the positive pole of the accumulator, or vice versa, and thus to realize a transhipment of the excess energy in a circle to be able to. For this purpose, the voltage divider comprising the resistors R1 and R2, which in the third embodiment sums the voltages of both energy stores and then compares them to the reference potential Vp in the vicinity of the midpoint of these two voltages, is divided into two voltage dividers, each of which measures the voltage of an energy store. The voltage of the energy store, which is connected to the negative terminal of the accumulator, is measured with a voltage divider consisting of a series connection of the resistor R1 and the primary terminal or the transmittingoids of a second optocoupler OK2 with the secondary terminal or the receiving transistor a first optocoupler OK1 is at the collector in addition to the base of 6a already known comparative measuring amplifier transistor T7 is connected. Alternatively, this voltage divider can also consist of the resistor R1 and the direct series connection of the transmitting diode of the OK2 and the receiving transistor of the OK1, the base of T7 connected between R1 and the OK2 transmitting diode (not shown). The voltage of the energy store, which is connected to the positive pole of the accumulator is measured by a voltage divider consisting of a series connection of a resistor R2 and a parallel connection of the secondary terminal or receiving transistor of the second optocoupler OK2 with the series connection of a resistor R14 and the primary terminal or the transmitting diode of the first optocoupler OK1 exists. This results in a galvanically isolated voltage measurement, which nevertheless compares the cell voltages with each other. The two optocouplers are configured such that they simulate an ohmic voltage divider via both energy stores involved and drive the transistor T7 in the manner already described above. The voltage comparison function is ensured by the fact that the two optocouplers OK1 and OK2 are coupled in such a way that they emulate a Wilson current mirror. The resistor R1 here is the input diode of the second optocoupler OK2 connected in series to transmit a signal to the secondary side of the entire circuit, which corresponds to the absolute voltage of B1 approximately. By means of this signal, the measuring branch of the secondary side measuring voltage divider, which arises from the two resistors R2 and R14 as well as the transmitting diode of the first opto-coupler, is partially bypassed by means of the receiving transistor of the second optocoupler. As a result, the smaller the voltage at B1, the greater the weighting of an increase in the B2 voltage, and vice versa. Due to this negative feedback, a comparative voltage measurement is possible even across potential limits. The galvanic isolation is thus realized optically via the optocouplers, but the circuit arrangement otherwise works in the same way as in 6a described circuit arrangement.

Bildlich gesprochen beinhaltet der untere Spannungsmesswiderstand R2 in der oben schon beschriebenen zweiten Ausführungsform nach 4, oder aber genauso in der dritten Ausführungsform nach 6a, zweimal den unteren Referenzwiderstand R6. Diese zwei Anteile werden nun durch die eben vorgeschlagene gegengekoppelte Optokopplerschaltung ersetzt, so dass sich in erster Näherung für 6b ergibt: R2 = R1. Figuratively speaking, the lower voltage measuring resistor R2 includes in the second embodiment already described above 4 , or just as in the third embodiment 6a , twice the lower reference resistance R6. These two components are now replaced by the just-proposed negative feedback optocoupler circuit, so that in a first approximation for 6b results: R2 = R1.

Diesem liegt erstens zugrunde, dass der Strom bei galvanisch verbundenem Spannungsteiler gemäß 4 oder 6a und bei Vernachlässigung des Gegenkoppelstroms durch R3 bzw. des Basisstroms für T7 durch die beiden Widerstände R1 und R2 jeweils gleich ist, und zweitens, dass ein Anteil mit Wert von R6 zur Wandlerzellen-Eingangsseite, der zweite Anteil mit Wert R6 zur Wandlerzellen-Ausgangsseite gezählt wird. Dadurch wird die Voraussetzung zum eben vorgeschlagenen Ersatz dieser Anteile durch die Optokopplerschaltung geschaffen. Da die Messung Teil der Rückkopplung ist, muss deren Ausgangsseite auf die Eingangsseite der Wandlerzelle gelegt werden, also wie oben beschrieben auf die Seite mit dem Minuspol des gesamten Akkumulators, deren Mess- bzw. Eingangsseite hingegen auf die Ausgangsseite der Wandlerzelle, also entsprechend auf die Seite mit dem Pluspol des gesamten Akkumulators. Analog zum Stromspiegel ist die Messseite durch einen Knoten gekennzeichnet, der spannungsmäßig durch eine Flussspannung eines an der Messschaltung beteiligten Halbleiters festgelegt ist, und in den ein Strom hineinfließt: Dies ist der Knoten zwischen R2 und dem Kollektor des Empfangstransistors des Gegenkopplungsoptokopplers OK2, der in ihn hineinfließende Strom wird durch die am unteren Messwiderstand R2 abfallende Spannung festgelegt. Die diesen Knoten definierende Spannung ist die Flussspannung der Sendediode des Messoptokopplers OK1. Ist diese deutlich größer als 0,7V, beispielsweise 1,4V, kann der Wert von R14 zu null gesetzt, dieser Widerstand also durch einen Kurzschluss ersetzt werden. Von dieser Vereinfachung wird im folgenden ausgegangen. Im Gegensatz dazu muss die Ausgangsseite dieser Messschaltung Open-Collector-Charakteristik aufweisen, was besonders vorteilhaft durch oben beschriebene Serienschaltung der Elemente der beiden an der Messung beteiligten Optokoppler realisierbar ist. Der obere Messwiderstand R1 arbeitet hierfür als „Pull-Up“ und definiert in dieser Funktion einen Strom, mit dem der durch R2 messbare Strom verglichen werden kann. Im folgenden gilt I1 als Strom durch den oberen Messwiderstand R1, I2 als Strom durch den unteren Meßwiderstand R2, ß als Stromverstärkung für beide Optokoppler OK1 und OK2, Im als Messstrom durch die Sendediode von OK1, Igg als Gegenkoppelstrom durch den Empfangstransistor von OK2, und wie schon erwähnt R14 = 0. Dementsprechend gelten ß·Im = I1, Igg = ß·I1, und I2 = Im + Igg = I1/ß + ß·I1 = (1/ß + ß)·I1. This is based, firstly, that the current in galvanically connected voltage divider according to 4 or 6a and, neglecting the back-coupling current by R3 and the base current for T7, respectively, by the two resistors R1 and R2, and, secondly, counting one part with value of R6 to the converter cell input side, the second part with value R6 to the converter cell output side becomes. This creates the prerequisite for the just proposed replacement of these components by the optocoupler circuit. Since the measurement is part of the feedback, its output side must be placed on the input side of the converter cell, so as described above on the side with the negative pole of the entire accumulator whose measuring or input side, however, on the output side of the converter cell, so according to the Page with the positive pole of the entire accumulator. Analogous to the current mirror, the measurement side is characterized by a node which is voltage-fixed by a forward voltage of a semiconductor involved in the measurement circuit and into which a current flows: this is the node between R2 and the collector of the receive transistor of the negative feedback opto-coupler OK2 inserted in it incoming current is determined by the voltage drop across the lower measuring resistor R2. The voltage defining this node is the forward voltage of the transmitting diode of the measuring optocoupler OK1. If this is significantly greater than 0.7 V, for example 1.4 V, the value of R14 can be set to zero, ie this resistance can be replaced by a short circuit. This simplification is assumed below. In contrast, the output side of this measurement circuit must have open-collector characteristic, which is particularly advantageous realized by the above-described series connection of the elements of the two opto-couplers involved in the measurement. The upper measuring resistor R1 works as a "pull-up" and defines in this function a current with which the current measurable by R2 can be compared. In the following I1 as a current through the upper measuring resistor R1, I2 as a current through the lower measuring resistor R2, ß as current amplification for both optocouplers OK1 and OK2, Im as a measuring current through the transmitting diode of OK1, Igg as a negative feedback current through the receiving transistor of OK2, and as already mentioned R14 = 0. Accordingly, apply ß · Im = I1, IgG = βI1, and I2 = Im + Igg = I1 / β + β · I1 = (1 / β + β) · I1.

Um die Abhängigkeit gemäß der oben beschriebenen Messrichtung darzustellen, muss die letzte Gleichung noch umgestellt werden: I1 = (ß·I2)/(1 + ß2). To represent the dependence according to the measuring direction described above, the last equation has yet to be changed: I1 = (ß · I2) / (1 + beta 2).

Im Gegensatz zu den in Stromspiegeln üblichen Transistoren mit sehr hohen Stromverstärkungen liegt hier der Wert von ß für beide Optokoppler gleichermaßen ungefähr bei 1. Daher lohnt es sich, die Funktion fM(ß) der Messverstärkung I1/I2 genauer zu betrachten: I1/I2 = fM(ß) = ß/(1 + ß2). In contrast to the transistors with very high current amplifications, which are common in current mirrors, the value of β for both optocouplers is approximately equal to 1. Therefore, it is worth taking a closer look at the function fM (ß) of the measurement gain I1 / I2: I1 / I2 = fM (β) = β / (1 + β 2 ).

Für sehr kleine Werte von ß entspricht der Graph dieser Funktion der Winkelhalbierenden durch den Koordinatenursprung, für sehr große Werte von ß der Hyperbel von 1/ß. Die Ableitung von fM(ß) nach ß errechnet sich zu dfM(ß)/dß = (1 – ß2)/(1 + ß2)2. For very small values of β, the graph of this function corresponds to the bisector of the coordinate origin, for very large values of β the hyperbola of 1 / β. The derivative of fM (ß) with ß is calculated too df M (β) / dβ = (1-β 2 ) / (1 + β 2 ) 2 .

Diese ist null für ß = 1: An dieser Stelle befindet sich ein lokales Maximum der Messverstärkung fM(ß) mit dem Wert 1/2, d.h. bei einem ß in der Umgebung von 1 hängt die Messverstärkung praktisch nicht vom exakten Wert von ß ab und beträgt 0,5. Bei ß ~ 1 beträgt somit I1 immer die Hälfte von I2.This is zero for β = 1: at this point there is a local maximum of the measurement gain f M (β) with the value 1/2, i. at a β in the vicinity of 1, the measurement gain practically does not depend on the exact value of β and is 0.5. At ß ~ 1 I1 is therefore always half of I2.

Bei Stromverstärkungen ß << 1 überwiegt die Abhängigkeit vom Wert von ß, die Messung wird also stärker toleranzabhängig bei sehr kleinen Stromverstärkungen. Bei Stromverstärkungen ß > 1 ist dieses Toleranzproblem geringer, weil der rechte Ast der oben schon beschriebenen Hyperbel aus der Funktion fM(ß) fast waagerecht verläuft.With current amplification ß << 1 the dependence on the value of ß predominates, so the measurement becomes more tolerance dependent with very small current amplifications. With current amplifications ß> 1, this tolerance problem is less, because the right branch of the hyperbola already described above from the function fM (ß) runs almost horizontally.

Damit muss die Anfanghypothese R1 = R2 entsprechend verfeinert werden, da die Annahme I1 = I2 nicht mehr gilt. Stattdessen errechnen sich die Widerstandwerte gemäß der Formel R2/R1 = I1/I2 = ß/(1 + ß2). Thus, the initial hypothesis R1 = R2 must be refined accordingly, since the assumption I1 = I2 no longer holds. Instead, the resistance values are calculated according to the formula R2 / R1 = I1 / I2 = fl / (1 + beta 2).

R1 ist also ungefähr doppelt so hochohmig zu wählen wie R2 bzw. gemäß des tatsächlich vorliegenden Wertes der Optokopplerstromverstärkung ß. Den letzten Schliff bekommt die Messschaltung, wenn der Wert von R1 um den Betrag reduziert wird, der zur Kompensation der Flussspannung der Sendediode des Gegenkopplungsoptokopplers OK2 erforderlich ist.R1 is thus to be selected approximately twice as high as R2 or according to the actual value of the optocoupler current amplification β. The final touch is given to the measuring circuit when the value of R1 is reduced by the amount required to compensate for the forward voltage of the transmitting diode of the negative feedback optocoupler OK2.

7 zeigt die aus 4 bekannte zweite Ausführungsform der Steuerschaltung in einer Wandlerzelle mit galvanisch getrenntem Mittelpol, also mit galvanisch völlig getrennter Ausgangsseite, und mit einer Spannungsmessung, die nur die Spannung der energieabgebenden Zelle erfasst und mit einer festen Schwelle vergleicht. Diese feste Schwelle wird durch Vref, gespeist von R1, gebildet, und über R20 dem positiven Eingang des Meßverstärkers U3 zugeführt. R20 ist nötig, um auch hier mittels R5 und C1 die oben schon erwähnte Mitkopplung bei Taktung der Wandlerzelle zu erreichen, die nötig ist, um Spannungseinbruch und -anstieg bei beiden in Umladung befindlichen Energiespeichern zu kompensieren. Der Rest der Schaltung samt aller zugehörigen Funktionen entspricht der 4. 7 shows the off 4 known second embodiment of the control circuit in a converter cell with galvanically isolated center pole, ie with galvanically completely separate output side, and with a voltage measurement that detects only the voltage of the energy-emitting cell and compares it with a fixed threshold. This fixed threshold is formed by Vref, fed by R1, and fed via R20 to the positive input of the sense amplifier U3. R20 is necessary in order to achieve the above-mentioned positive feedback with clocking of the converter cell by means of R5 and C1, which is necessary in order to compensate for the voltage dip and rise in both energy stores in transhipment. The remainder of the circuit including all associated functions corresponds to the 4 ,

8 beschreibt die aus 4 bekannte zweite Ausführungsform der Steuerschaltung in einer Wandlerzelle für zwei vollständig voneinander galvanisch getrennte Energiespeicher mit genauso galvanisch getrennter Spannungsmessung, die aber dennoch die Zellenspannungen mittels eines ersten Optokopplers OK1 und eines zweiten Optokopplers OK2 miteinander vergleicht. Funktion und Beschreibung dieser galvanisch getrennten vergleichenden Spannungsmessung sind mit der aus 6b identisch, außer dass hier am Knoten zwischen der Eingangsdiode des zweiten Optokopplers OK2 und dem Empfangstransistor des ersten Optokopplers OK1 statt der Basis von T7 der negative Eingang des Eingangsmessverstärkers U3 und sein Gegenkopplungswiderstand R3 angeschlossen sind. 8th describes the 4 known second embodiment of the control circuit in a converter cell for two completely galvanically isolated energy storage with equally galvanically isolated voltage measurement, but still compares the cell voltages by means of a first optocoupler OK1 and a second optocoupler OK2 with each other. Function and description of this galvanically isolated comparative voltage measurement are with the 6b identical, except that here at the node between the input diode of the second optocoupler OK2 and the receiving transistor of the first optocoupler OK1 instead of the base of T7, the negative input of the input measuring amplifier U3 and its negative feedback resistor R3 are connected.

Die bisher beschriebenen Ausführungsformen der Steuerschaltung sind alle analog aufgebaut. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Steuerschaltung digital z.B. mittels eines Mikrocontrollers aufzubauen, und die Spannungsmessungen über Analog/Digital-Wandler durchzuführen. Für die Ansteuerung des Schalttransistors ist dazu evtl. eine Treiberstufe notwendig.The previously described embodiments of the control circuit are all constructed analogously. Of course, it is also possible to control the control circuit digitally e.g. build up by means of a microcontroller, and perform the voltage measurements via analog / digital converter. For the control of the switching transistor, a driver stage may be necessary.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

BPBP
Bezugspotentialreference potential
BxBx
Energiespeicher oder Zelle B1, B2, B3, B4Energy storage or cell B1, B2, B3, B4
C1C1
Kondensator für die Mitkopplungs-ZeitkonstanteCapacitor for the positive feedback time constant
C2C2
Auskoppelkondensator zum Treiben der Gateansteuerung so, dass der Wandlerzellentransistor eingeschaltet wirdDecoupling capacitor for driving the gate driver so that the converter cell transistor is turned on
C3C3
Auskoppelkondensator zum Treiben der Gateansteuerung so, dass der Wandlerzellentransistor ausgeschaltet wirdDecoupling capacitor for driving the gate driver so that the converter cell transistor is turned off
C4C4
Ausgangsglättungskondensator der WandlerzelleOutput smoothing capacitor of the converter cell
C10C10
Vorhaltkondensator zur Quasi-ZVS-ErkennungReserve capacitor for quasi-ZVS detection
CtlCtl
Steuerschaltung für eine betrachtete WandlerzelleControl circuit for a considered converter cell
Dxdx
Ausgangs- bzw. Gleichrichterdiode D1, D2, D3, D4 der Wandlerzelle xOutput or rectifier diode D1, D2, D3, D4 of the converter cell x
D10D10
Klemmdiode am negativen Eingang des StrommeßkomparatorsClamping diode at the negative input of the current measuring comparator
OK1OK1
MessoptokopplerMessoptokoppler
OK2 OK2
GegenkopplungsoptokopplerGegenkopplungsoptokoppler
Rx1Rx1
Oberer Spannungsmeßwiderstand R1, R21, R31, R41Upper voltage measuring resistor R1, R21, R31, R41
Rx2Rx2
Unterer Spannungsmeßwiderstand R2, R22, R32, R42Lower voltage measuring resistor R2, R22, R32, R42
R3R3
Gegenkopplungswiderstand der ZellenspannungsmessungNegative feedback resistance of the cell voltage measurement
Rx4rx4
Oberer Referenzwiderstand R4, R44Upper reference resistor R4, R44
Rx5Rx5
Mitkopplungswiderstand R5, R45 zur Bildung einer Schmitt-Trigger-CharakteristikCoupling resistor R5, R45 for forming a Schmitt-trigger characteristic
Rx6Rx6
Unterer Referenzwiderstand R6, R46Lower reference resistor R6, R46
R7R7
Oberer SchwellenwiderstandUpper threshold resistance
R8R8
Unterer SchwellenwiderstandLower threshold resistance
R9R9
PWM- bzw. Gatetreiber-AusgangswiderstandPWM or gate driver output resistance
R10R10
Drain-Spannungs-MeßwiderstandDrain voltage measuring resistor
R11R11
Oberer AusschaltschwellenwiderstandUpper turn-off threshold resistance
R12R12
Unterer AusschaltschwellenwiderstandLower turn-off threshold resistance
R13R13
Gate-EntladewiderstandGate discharge resistor
R14R14
Gegenkopplungswiderstand auf der Wandlerausgangsseite bei potentialgetrennter vergleichender SpannungsmessungNegative feedback resistor on the converter output side with potential-separated comparative voltage measurement
R15R15
Oberer Gatetreiber-EntladewiderstandUpper gate driver discharge resistor
R16R16
Unterer Gatetreiber-EntladewiderstandLower gate driver discharge resistor
R17R17
Gatetreiber-EinschaltgegenkoppelwiderstandGate driver Einschaltgegenkoppelwiderstand
R18R18
Stromspiegel-EingangsemitterwiderstandCurrent mirror input emitter resistor
R19R19
Stromspiegel-AusgangsemitterwiderstandCurrent mirror output emitter resistor
R20R20
SpannungsmessserienwiderstandVoltage measuring series resistance
R43R43
Stromsenken-LastwiderstandCurrent sink load resistance
R48R48
Stromsenken-GegenkoppelwiderstandCurrent sink counter coupling resistor
SxSx
Wandlerzellen-Leistungsschalttransistor T1, T2, T3, T4Converter cell power switching transistor T1, T2, T3, T4
T1T1
Differenzverstärkertransistor am positiven EingangDifferential amplifier transistor at the positive input
T2T2
Differenzverstärkertransistor am negativen Eingang Differential amplifier transistor at the negative input
T3T3
Stromspiegel-AusgangstransistorCurrent mirror output transistor
T4T4
Stromspiegel-EingangstransistorCurrent mirror input transistor
T5T5
Oberer GatetreibertransistorUpper gate driver transistor
T6T6
Unterer GatetreibertransistorLower gate driver transistor
T7T7
Messtransistormeasuring transistor
TrxTrx
Übertrager oder Leistungstransformator Tr1, Tr2, Tr3, Tr4 der Wandlerzelle xTransformer or power transformer Tr1, Tr2, Tr3, Tr4 of the converter cell x
U1U1
Strommeßkomparator, der auch die PWM erzeugtCurrent measuring comparator, which also generates the PWM
U2U2
Ablaufskontroll-KomparatorFlow control comparator
U3U3
Eingangs(-vergleichs-)messverstärkerInput (-vergleichs-) measuring amplifier
V1V1
gedämpfte und zentrierte Ausgangsspannung des Strommeßkomparators U1attenuated and centered output voltage of the current measuring comparator U1
V2V2
Ausgangsspannung des Eingangsmessverstärkers U3Output voltage of the input measuring amplifier U3
Vb1Vb1
Zellenspannung des zu entladenden EnergiespeichersCell voltage of the energy storage to be discharged
Vb2Vb2
Zellenspannung des aufzuladenden EnergiespeichersCell voltage of the energy storage to be charged
VGVG
Gatespannung des Wandlerzellen-Leistungstransistors S1Gate voltage of the converter cell power transistor S1
VKVK
Potential des Ausgangs der diskret aufgebauten Komparator-EingangsstufePotential of the output of the discretely constructed comparator input stage
VnVn
Spannung am negativen Eingang von U3Voltage at the negative input of U3
VoVo
Stoppschwellestop threshold
Voffvoff
Referenzspannung am positiven Eingang von U1Reference voltage at the positive input of U1
Vpvp
Spannung am positiven Eingang von U3 bzw. an der Basis von T7, zugleich Referenzpotential für die gesamte SteuerungVoltage at the positive input of U3 or at the base of T7, at the same time reference potential for the entire control
VSVS
Drainpotential des Wandlerzellentransistors S1Drain potential of the converter cell transistor S1
VuVu
Startschwellestart threshold

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 6356055 B1 [0005] US 6356055 B1 [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • http://de.wikipedia.org/wiki/Stromspiegel [0078] http://en.wikipedia.org/wiki/stream_mirror [0078]

Claims (15)

Schaltungsanordnung zum Angleichen des Ladezustandes von seriell verschalteten Energiespeichern (B1, B2, ..., Bn) eines Akkumulators mit folgenden Merkmalen: – die Schaltungsanordnung weist mindestens eine Wandlerzelle auf, die parallel zu jeweils zwei Energiespeichern aus dem Verbund des Akkumulators geschaltet ist, – jede Wandlerzelle weist einen Transformator (Tr1, Tr2, ...) oder eine Speicherinduktivität, eine einzige Diode (D1, D2, ...) und einen einzigen Schalter (S1, S2, ...) auf, – parallel zu einem ersten Energiespeicher (B1) ist eine Serienschaltung des Schalters (S1) und der Speicherinduktivität oder der Primärwicklung des Transformators (Tr1) geschaltet, deren Enden den Eingang der Wandlerzelle bilden, – parallel zu einem seriell folgenden zweiten Energiespeicher (B2) ist eine Serienschaltung der Diode (D1) und der Speicherinduktivität oder der Sekundärwicklung des Transformators (Tr1) geschaltet, deren Enden den Ausgang der Wandlerzelle bilden, – der Schalter wird von einer Steuerschaltung (Ctl) angesteuert, – die Steuerschaltung (Ctl) jeder Wandlerzelle arbeitet autark für sich, und ist nicht mit den Steuerschaltungen weiterer Wandlerzellen verbunden.Circuit arrangement for equalizing the state of charge of serially interconnected energy stores (B1, B2, ..., Bn) of an accumulator having the following features: The circuit arrangement has at least one converter cell, which is connected in parallel with two energy stores each from the composite of the accumulator, Each converter cell has a transformer (Tr1, Tr2,...) Or a storage inductance, a single diode (D1, D2,...) And a single switch (S1, S2,. Connected in parallel to a first energy store (B1) is a series connection of the switch (S1) and the storage inductance or the primary winding of the transformer (Tr1) whose ends form the input of the converter cell, A series circuit of the diode (D1) and the storage inductance or the secondary winding of the transformer (Tr1) is connected in parallel with a series-connected second energy store (B2) whose ends form the output of the converter cell, The switch is controlled by a control circuit (Ctl), - The control circuit (Ctl) of each converter cell operates autonomously by itself, and is not connected to the control circuits of other converter cells. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung das Potential zwischen dem ersten (B1) und dem zweiten (B2) Energiespeicher als Bezugspotential (BP) nutzt und die beiden Potentiale der anderen Pole des ersten (B1) beziehungsweise zweiten (B2) Energiespeichers als Steuerspannungen nutzt.Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the control circuit uses the potential between the first (B1) and the second (B2) energy storage as reference potential (BP) and the two potentials of the other poles of the first (B1) and second (B2) energy storage uses as control voltages. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (Ctl) die Spannung des ersten Energiespeichers (B1) mit der des zweiten Energiespeichers (B2) vergleicht, und dass diese Vergleichsmessung über zwei Optokoppler (OK1, OK2), die nach Art eines Wilson-Stromspiegels gegengekoppelt sind, durchgeführt wird. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the control circuit (Ctl) compares the voltage of the first energy store (B1) with that of the second energy store (B2), and in that this comparison measurement via two optocouplers (OK1, OK2), the Wilson Current mirror are coupled, is performed. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Optokoppler (OK1, OK2) derart verschaltet sind, dass eine Serienschaltung aus dem Empfangstransistor des ersten Optokopplers (OK1) und der Sendediode des zweiten Optokopplers (OK2) an den ersten Energiespeicher (B1) gekoppelt ist und dass eine Parallelschaltung aus dem Empfangstransistor des zweiten Optokopplers (OK2) und der Sendediode des ersten Optokopplers (OK1) an den zweiten Energiespeicher (B2) gekoppelt ist.Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the two optocouplers (OK1, OK2) are connected such that a series circuit of the receiving transistor of the first optocoupler (OK1) and the transmitting diode of the second optocoupler (OK2) coupled to the first energy store (B1) is and that a parallel circuit of the receiving transistor of the second optical coupler (OK2) and the transmitting diode of the first optical coupler (OK1) to the second energy storage device (B2) is coupled. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlerzelle als Boostwandler ausgeführt ist, der dem zweiten Energiespeicher (B2) Energie entnimmt und in den ersten Energiespeicher (B1) transferiert.Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the converter cell is designed as a boost converter, which takes energy from the second energy store (B2) and transfers it into the first energy store (B1). Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlerzelle als Drosselinverswandler ausgeführt ist, der dem ersten Energiespeicher (B1) Energie entnimmt und in den zweiten Energiespeicher (B2) transferiert. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the converter cell is designed as Drosselelinverswandler, which takes the first energy store (B1) energy and transferred to the second energy store (B2). Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlerzelle als galvanisch getrennter Sperrwandler bzw. Flyback-Wandler ausgeführt ist, der dem ersten Energiespeicher (B1) Energie entnimmt und in den zweiten Energiespeicher (B2) transferiert.Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the converter cell is designed as a galvanically isolated flyback converter or flyback converter which takes energy from the first energy store (B1) and transfers it to the second energy store (B2). Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (Ctl) den Wandler mit einer Pulsweitenmodulation ansteuert.Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the control circuit (Ctl) drives the converter with a pulse width modulation. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung analog aufgebaut ist.Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the control circuit is constructed analogously. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (Ctl) digital aufgebaut ist.Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the control circuit (Ctl) is constructed digitally. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Energiespeicher (B1) der Energiespeicher mit dem niedrigsten Potential im Akkumulator und der zweite Energiespeicher (B2) der Energiespeicher mit dem höchsten Potential im Akkumulator ist.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that the first energy store (B1) is the energy store with the lowest potential in the accumulator and the second energy store (B2) is the energy store with the highest potential in the accumulator. Verfahren zum Angleichen des Ladezustandes von seriell verschalteten Energiespeichern, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 verwendet.Method for equalizing the state of charge of serially connected energy stores, characterized in that it uses a circuit arrangement according to one of claims 1 to 11. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlerzelle eingeschaltet wird, wenn die Differenz der beiden von der Steuerschaltung gemessenen Energiespeicherspannungen (Vb1, Vb2) einen vorbestimmten ersten Wert überschreitet. A method according to claim 12, characterized in that the converter cell is turned on when the difference between the two measured by the control circuit energy storage voltages (V b1 , V b2 ) exceeds a predetermined first value. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlerzelle ausgeschaltet wird, wenn die Differenz der beiden von der Steuerschaltung gemessenen Energiespeicherspannungen (Vb1, Vb2) einen vorbestimmten zweiten Wert unterschreitet.A method according to claim 12 or 13, characterized in that the converter cell is turned off when the difference between the two measured by the control circuit energy storage voltages (V b1 , V b2 ) falls below a predetermined second value. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlerzelle eingeschaltet wird, wenn die Spannung des ersten Energiespeichers (Vb1) einen ersten Wert überschreitet, und wieder ausgeschaltet wird, wenn die Spannung des ersten Energiespeichers (Vb1) einen zweiten Wert unterschreitet.A method according to claim 12, characterized in that the converter cell is turned on when the voltage of the first Energy storage (V b1 ) exceeds a first value, and is turned off again when the voltage of the first energy storage (V b1 ) falls below a second value.
DE201110079253 2011-07-15 2011-07-15 Circuit arrangement for equalizing state of charge of series-connected energy storage device of battery, has energy storage device which is connected parallelly with respect to series circuit of secondary winding of transformer Ceased DE102011079253A1 (en)

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