用于傳輸能量的線路布置的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于傳輸能量的線路布置。
【背景技術】
[0002]為了將兩個開關電路彼此電流分離，已知，將所述開關電路通過變壓器耦合。能量傳輸在這里在交流電壓運行中進行。如果能量源僅提供直流電壓，則在初級側上設置變流器電路，所述變流器電路將直流電壓轉換成交流電壓。以相應的方式需要的是，在次級側將交流電壓轉換成直流電壓，如果消耗器要以直流電壓運行的話。變壓器和也許必需的變壓器設備的設置與高的結構空間需求相關聯(lián)。備選地，兩個開關電路的電流分離可以通過包括所謂的隔離變壓器(Trennilbertrager)的初級脈沖的開關電源件進行。所述隔離變壓器也需要相對大的結構空間。
[0003]兩種變型要求高的電路耗費，由此結果是需要昂貴的空間需求。同樣由已知的結構方式造成高的重量。另一個缺點在于，能量傳輸在兩種情況中是頻率限制的。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的任務是，給出一種用于傳輸能量的線路布置，所述線路布置在結構上和/或功能上進行改善，從而所述線路布置具有相對較小的結構空間。
[0005]該任務通過按照權利要求1的特征的用于傳輸能量的線路布置解決。有利的設計由從屬權利要求得出。
[0006]用于傳輸能量的線路布置包括能量源、控制裝置和至少一個能量分配網(wǎng)絡。每個能量分配網(wǎng)絡包括基本元件和至少一個負載元件。基本元件包括第一中間電路蓄能器，所述第一中間電路蓄能器為了構成第一能量電路能經(jīng)由兩個可控制的第一開關元件通過控制裝置與能量源電連接或與該能量源電分離。所述至少一個負載元件包括能量消耗器，所述能量消耗器為了構成第二能量電路能經(jīng)由兩個可控制的第二開關元件通過控制裝置與第一中間電路蓄能器的端子電連接或與該第一中間電路蓄能器的端子電分離?？刂蒲b置構成用于，這樣操控相應的能量分配網(wǎng)絡的第一和第二開關元件，使得能量從能量源傳輸至能量消耗器或從能量消耗器傳輸至能量源，其中，在任何時間點不存在能量源和能量消耗器之間的直接的導電連接。
[0007]由此可能的是，將電壓或電流在能量源和消耗器之間自由選擇地彼此轉換。在此通過所述線路布置保證，所述兩個電的能量電路并且借此能量消耗器和能量源之間的連接在每個時間點彼此電流分離。能量傳輸在這里基于一個或一一如由后續(xù)的說明可看出的那樣一一多個中間電路蓄能器，所述中間電路蓄能器根據(jù)按照本發(fā)明的布線不構成變壓器。該線路布置的一個優(yōu)點在于，所述布置結構相對于變壓器或初級脈沖的開關電源件具有較小的重量和減少的空間需求。尤其是線路布置可以以小的結構高度和小的體積制造。由此產生成本優(yōu)勢。此外線路布置也可以在高的切換頻率中運行。變壓器典型地限定到200kHz。提出的布置結構能夠以在較高的兆赫范圍中的頻率運行。
[0008]按照一種構造形式，一個或多個所述能量分配網(wǎng)絡可以具有至少一個中間元件，所述一個或多個中間元件連接在基本元件和所述至少一個負載元件之間。每個中間元件包括第二中間電路蓄能器，其中，每個第二中間電路蓄能器為了構成相應的第二能量電路能經(jīng)由兩個可控制的第三開關元件通過控制裝置與相應在前的第一或第二中間電路蓄能器的兩個端子或與相應在后的第二中間電路蓄能器或所述至少一個能量消耗器電連接或者與其電分離。由此能夠形成能量源和消耗器之間的能量電路的鏈，沿著所述鏈，能量包能夠與能量源和消耗器電流分離地運輸。
[0009]在一種構造形式中，兩個或更多個中間元件可以并聯(lián)到基本元件或在前的中間元件上。備選或附加地可能的是，兩個或更多個負載元件并聯(lián)到基本元件或所述中間元件之一上。至少一個中間元件的設置相對于將負載元件直接連接到基本元件上具有如下優(yōu)點，SP，可以為負載元件的消耗器連續(xù)地提供能量。
[0010]此外，通過設置一個或多個中間元件可以形成任意的能量分配網(wǎng)絡，這樣由能量源能夠為多個消耗器提供能量。
[0011 ] 能量源可以可選地構成為電流源或作為電壓源。
[0012]按照另一種符合目的的構造形式，當?shù)谝恢虚g電路蓄能器構成為電感時，可以將開關元件與第一中間電路蓄能器并聯(lián)連接。在存在中間元件的情況下，相應的開關元件也可以與至少一個所述第二中間電路蓄能器并聯(lián)連接。通過至蓄能器的該并聯(lián)的開關元件，相應操控地在傳遞能量包時減少電壓峰值并且優(yōu)化能量平衡。
[0013]線路布置的另一種變型規(guī)定，至少兩個能量分配網(wǎng)絡與能量源并聯(lián)連接。例如在能量分配網(wǎng)絡中提供的電壓和/或電流可以為了為不同的消耗器供電而是不同高的。
[0014]在設置多個并聯(lián)連接的能量供應網(wǎng)絡時符合目的的是，所述至少兩個能量分配網(wǎng)絡的基本元件的第一中間電路蓄能器在不同的時間點與能量源電連接。優(yōu)點在于，由此可以均勻地對能量源加載。當在確定的時間點能量供給到第一能量分配網(wǎng)絡中時，所述一個或多個另外的能量分配網(wǎng)絡的相應的基本元件分開至能量源的電連接。如果第一能量分配網(wǎng)絡這時與能量源分離，從而在基本元件中存儲的能量包可以運輸?shù)较乱粋€能量電路上，則下一個能量分配網(wǎng)絡(即其基本元件)與能量源連接等。
[0015]按照另一種符合目的的構造形式，控制裝置構成用于，通過選擇性地操控基本元件、可選的中間元件和負載元件的開關對在運行中這樣將能量源和能量消耗器之間的連接切換為導通和截止，使得在每個給定的時間點至少一個所述開關對截止。由此在每個時間點保證能量源和消耗器之間的電流分離。因此電流分離僅通過可控制的開關元件就能夠實現(xiàn)。
[0016]在另一種構造形式中，控制裝置構成用于，通過選擇性地操控基本元件、可選的中間元件和負載元件的開關對這樣將能量源和能量消耗器之間的連接切換為導通和截止，使得能量包從能量源能經(jīng)由第一中間電路存儲器和所述一個或多個可選的第二中間電路存儲器傳輸?shù)侥芰肯钠魃匣蚍粗嗳?。由此盡管存在能量源和消耗器之間的電流分離，還是保證以能量對消耗器供應。
[0017]按照另一種設計，通過動態(tài)地適配通過控制裝置對基本元件、可選的中間元件和負載元件的開關對的操控，能任意逆轉在各能量電路之間的能量運輸?shù)姆较?。如果消耗器能進行能量回收的話，這例如在車輛中使用線路布置時是重要的。在此獲得的能量然后可以一一通過相應地操控相應的開關對一一由負載元件通過一個或多個可選的中間元件并且通過基本元件傳輸?shù)侥芰吭?、例如儲能器上，所述儲能器于是在該運行中構成能量阱。
[0018]相應的中間元件的第一中間電路蓄能器和/或所述至少一個可選的第二中間電路蓄能器按照另一種構造形式分別具有至少一個電感和/或電容器，由此在相應地操控開關元件時可以順序地對接著的能量電路的每個中間電路蓄能器充電和放電，直到能量消耗器被提供能量。如解釋的，該原理也可以以相反的方向應用。
[0019]負載元件可以附加于能量消耗器包括至少一個蓄能器。如果負載元件如以其基本形狀具有僅一個能量消耗器，則所述消耗器也可以中斷地被提供能量。通過負載元件中的蓄能器與此相對地可能的是，連續(xù)地為能量消耗器提供能量。
[0020]負載元件的蓄能器在一種變型中可以是電感，所述電感與消耗器串聯(lián)連接，其中，蓄能器電感和消耗器的串聯(lián)電路并聯(lián)于第四開關元件。在另一種變型中，負載元件的蓄能器可以是充電存儲器，所述充電存儲器并聯(lián)于消耗器。
[0021 ] 蓄能器也可以通過一個或多個電感和一個或多個充電存儲器的組合形成。
[0022]如果在先的能量電路(基本元件或中間元件)的可控制的開關元件關閉，則在相關的中間電路蓄能器中包含的能量可以放出到負載元件的蓄能器上。然后由該蓄能器為消耗器供電。
[0023]按照另一種構造形式，第一和第二開關元件是半導體開關元件。尤其是涉及MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)或HEMT(高電子迀移率晶體管)。為了在低的損耗時可以達到特別高的切換頻率，符合目的的是，半導體開關元件由氮化鎵(GaN)或碳化硅(SiC)、即所謂的寬帶隙材料形成。
【附圖說明】
[0024]以下借助附圖中的實施例更詳細地闡述本發(fā)明。圖中:
[0025]圖1示出按照本發(fā)明的用于傳輸能量的線路布置的示意圖，其中，所述線路布置示例性地由基本元件和負載元件形成；
[0026]圖2至4示出線路布置的負載元件的不同設計，其中，省略負載元件的開關元件對；
[0027]圖5示出在按照圖1的線路布置中所包含的開關元件的操控的時間流程；
[0028]圖6示出圖1中的線路布置在能量傳輸?shù)母鱾€階段中的拓撲結構；
[0029]圖7示出線路布置的示意圖，其除了基本元件和負載元件之外包括中間元件；
[0030]圖8示出線路布置的示意圖，所述線路布置包括兩個并聯(lián)連接到基本元件上的中間元件；以及
[0031]圖9示出線路布置的示意圖，所述線路布置包括基本元件和負載元件的兩個并聯(lián)的能量分配網(wǎng)絡。
【具體實施方式】
[0032]圖1示出按照本發(fā)明的用于傳輸能量的線路布置的一個單個的能量分配網(wǎng)絡EVN的示意圖，其中，能量分配網(wǎng)絡EVN示例性地具有基本元件GE和負載元件LE，用于借助電子開關使兩個能量電路Ka、Km電流分離。示出在接線端al和a2之間連接的能量源Q，所述能量例如可以以蓄電池的形式或一般地作為電流源或電壓源存在。能量源Q為基本元件GE的第一能量電路Ka提供能量。連接在接線端Zl和z2之間的第一中間電路蓄能器Ea通過兩個第一開關元件Sal、Sa2(所謂的開關元件對)與能量源Q的接線端al、a2連接。第一開關元件Sal連接在接線端al和第一中間電路蓄能器Ea(即接線端zl)之間，第二開關元件Sa2連接在接線端a2和