Regeneratoren Regenerieren der Eingangsspannung

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Die Regeneratortopologie ist eine sehr einfache Buck/Boost-Topologie gemäß dem SYKO-Patentverfahren. Sie gilt als sicherheitsrelevant, da Primär- und Sekundärseite nicht zur anderen Seite durchgreifen kann.

Die einfache Handhabung der Regeneratortopologie basiert darauf, dass die Schaltung mit einem Transistor, einer Diode und einer Drossel plus einem Schwebekondensator entsprechend der Buck- oder Boost-Topologie auskommt. Die Ansteuerung des Schalttransistors, die Ausgangs-DC-Strommessung mittels Shunt arbeitet gegen 0-V-Bezug, was die Handhabung vereinfacht.

Eingesetzt wird diese Topologie im Niedervolt-Batteriebereich zur Regenerierung der Eingangsspannung aber auch als PWM-Leistungs-Vorstufe vor der Transformatorstufe im Hochspannungsbereich als spannungskaskadierte Frontendstufe mit geregelter Spannungsaufteilung bis zu größer 5.000 V mit 1.200-V-Halbleitern. Bei Leistungserhöhung wird die Leistungsstufe parallel kaskadiert mit geregelter Stromaufteilung über die dem Spannungsregelkreis nachgeschalteten Stromregelkreise.

Auch als PFC-Stufe lässt sich über eine digitale Regelung gemäß des geschachtelten U-I-Regelkreises mit der Stromsollwertkorrektur

arbeiten. Mit diesen Optionen werden 1.000 V_AC – 16 2/3 Hz, 1.500 V_AC – 50 Hz und mögliche 3.000 V_AC – 50 Hz bei SYKO im Leistungsbereich bis ≥6 kW beherrscht (Serie BLG.H1000AC.28.120 mit 28 V Batterieladung und bis 120 A).

Potenzialtrennende Systemkomponenten lassen sich im unteren Leistungsbereich als einstufige Wandler mit dem PWM-bewerteten Ausgangsstrom und der Transformation des Ausgangskondensators über den Stromtransformator aufbauen. Hier beherrscht SYKO die Isolationskoordination für Luft- und Kriechstrecken bis ≥80 mm mit glimmaussetzfreiem Transformator. Um funktionierende Systemkomponenten im Bahnbereich zu schaffen, muss oft auf nicht ideale Schaltungstopologien zurückgegriffen werden um den Aufwand komplexer Schaltungen gering zu halten.

Im mobilen Anwendungsbereich an Batterienetzen mit 24 bis 110 V lässt sich ohne Potenzialtrennung die Nennspannung bei durchgehend 0-V-Anschluss eine konstante, über externer Sollwertvorgabe verstellbare, kurzschlussfeste, gleich/größere/kleinere Ausgangsspannung beherrschen.

So gibt es bis in den Hunderte-Watt-Bereich Wandler mit geregelter Ausgangsspannung bei ≤14,4 bis ≥154 V (Universalbereich) Eingangsspannungsbereich. Umgebungstemperaturen von –40 bis 85 °C werden bei den guten Wirkungsgraden beherrscht.

Die Ausgangsspannung folgt der Formel:

D = 0 bis 1 (theoretisch)

Bild 1 zeigt die Serie NSR.VO 03.24.050 mit dem Universalbereich und 24 V/0,6 A Ausgang und Bild 2 die Serie LSR.V oder GTK 05 mit 16 bis 36 V Dauereingangs- und 9 bis 100 V dynamischer Eingangsspannung und konstantem 24-V-/12-A-Ausgang.

Wenn man so viele Vorteile erhält, gibt es auch zu berücksichtigen, dass die Halbleiter die Addition von Eingangs- und Ausgangsspannung sowie Eingangs- und Ausgangsstrom beherrschen müssen.

Im Hochvoltbereich verbessert sich der Wirkungsgrad durch Einsatz von SiC-Halbleitern, deren Handhabung funktional keine Probleme zu bisherigen Halbleitern aufweisen. Es gilt jedoch abzuwägen, ob 1.700-V-Transistoren im Spannungsbereich der Drain-Source-Amplitude wegen der quadratisch steigenden CU²-Verluste voll ausgesteuert werden.

* Reinhard Kalfhaus ist Geschäftsführer der SYKO Gesellschaft für Leistungselektronik mbH.

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