用于传输能量的线路布置的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于传输能量的线路布置。
【背景技术】
[0002]为了将两个开关电路彼此电流分离，已知，将所述开关电路通过变压器耦合。能量传输在这里在交流电压运行中进行。如果能量源仅提供直流电压，则在初级侧上设置变流器电路，所述变流器电路将直流电压转换成交流电压。以相应的方式需要的是，在次级侧将交流电压转换成直流电压，如果消耗器要以直流电压运行的话。变压器和也许必需的变压器设备的设置与高的结构空间需求相关联。备选地，两个开关电路的电流分离可以通过包括所谓的隔离变压器(Trennilbertrager)的初级脉冲的开关电源件进行。所述隔离变压器也需要相对大的结构空间。
[0003]两种变型要求高的电路耗费，由此结果是需要昂贵的空间需求。同样由已知的结构方式造成高的重量。另一个缺点在于，能量传输在两种情况中是频率限制的。
【发明内容】
[0004]本发明的任务是，给出一种用于传输能量的线路布置，所述线路布置在结构上和/或功能上进行改善，从而所述线路布置具有相对较小的结构空间。
[0005]该任务通过按照权利要求1的特征的用于传输能量的线路布置解决。有利的设计由从属权利要求得出。
[0006]用于传输能量的线路布置包括能量源、控制装置和至少一个能量分配网络。每个能量分配网络包括基本元件和至少一个负载元件。基本元件包括第一中间电路蓄能器，所述第一中间电路蓄能器为了构成第一能量电路能经由两个可控制的第一开关元件通过控制装置与能量源电连接或与该能量源电分离。所述至少一个负载元件包括能量消耗器，所述能量消耗器为了构成第二能量电路能经由两个可控制的第二开关元件通过控制装置与第一中间电路蓄能器的端子电连接或与该第一中间电路蓄能器的端子电分离。控制装置构成用于，这样操控相应的能量分配网络的第一和第二开关元件，使得能量从能量源传输至能量消耗器或从能量消耗器传输至能量源，其中，在任何时间点不存在能量源和能量消耗器之间的直接的导电连接。
[0007]由此可能的是，将电压或电流在能量源和消耗器之间自由选择地彼此转换。在此通过所述线路布置保证，所述两个电的能量电路并且借此能量消耗器和能量源之间的连接在每个时间点彼此电流分离。能量传输在这里基于一个或一一如由后续的说明可看出的那样一一多个中间电路蓄能器，所述中间电路蓄能器根据按照本发明的布线不构成变压器。该线路布置的一个优点在于，所述布置结构相对于变压器或初级脉冲的开关电源件具有较小的重量和减少的空间需求。尤其是线路布置可以以小的结构高度和小的体积制造。由此产生成本优势。此外线路布置也可以在高的切换频率中运行。变压器典型地限定到200kHz。提出的布置结构能够以在较高的兆赫范围中的频率运行。
[0008]按照一种构造形式，一个或多个所述能量分配网络可以具有至少一个中间元件，所述一个或多个中间元件连接在基本元件和所述至少一个负载元件之间。每个中间元件包括第二中间电路蓄能器，其中，每个第二中间电路蓄能器为了构成相应的第二能量电路能经由两个可控制的第三开关元件通过控制装置与相应在前的第一或第二中间电路蓄能器的两个端子或与相应在后的第二中间电路蓄能器或所述至少一个能量消耗器电连接或者与其电分离。由此能够形成能量源和消耗器之间的能量电路的链，沿着所述链，能量包能够与能量源和消耗器电流分离地运输。
[0009]在一种构造形式中，两个或更多个中间元件可以并联到基本元件或在前的中间元件上。备选或附加地可能的是，两个或更多个负载元件并联到基本元件或所述中间元件之一上。至少一个中间元件的设置相对于将负载元件直接连接到基本元件上具有如下优点，SP，可以为负载元件的消耗器连续地提供能量。
[0010]此外，通过设置一个或多个中间元件可以形成任意的能量分配网络，这样由能量源能够为多个消耗器提供能量。
[0011 ] 能量源可以可选地构成为电流源或作为电压源。
[0012]按照另一种符合目的的构造形式，当第一中间电路蓄能器构成为电感时，可以将开关元件与第一中间电路蓄能器并联连接。在存在中间元件的情况下，相应的开关元件也可以与至少一个所述第二中间电路蓄能器并联连接。通过至蓄能器的该并联的开关元件，相应操控地在传递能量包时减少电压峰值并且优化能量平衡。
[0013]线路布置的另一种变型规定，至少两个能量分配网络与能量源并联连接。例如在能量分配网络中提供的电压和/或电流可以为了为不同的消耗器供电而是不同高的。
[0014]在设置多个并联连接的能量供应网络时符合目的的是，所述至少两个能量分配网络的基本元件的第一中间电路蓄能器在不同的时间点与能量源电连接。优点在于，由此可以均匀地对能量源加载。当在确定的时间点能量供给到第一能量分配网络中时，所述一个或多个另外的能量分配网络的相应的基本元件分开至能量源的电连接。如果第一能量分配网络这时与能量源分离，从而在基本元件中存储的能量包可以运输到下一个能量电路上，则下一个能量分配网络(即其基本元件)与能量源连接等。
[0015]按照另一种符合目的的构造形式，控制装置构成用于，通过选择性地操控基本元件、可选的中间元件和负载元件的开关对在运行中这样将能量源和能量消耗器之间的连接切换为导通和截止，使得在每个给定的时间点至少一个所述开关对截止。由此在每个时间点保证能量源和消耗器之间的电流分离。因此电流分离仅通过可控制的开关元件就能够实现。
[0016]在另一种构造形式中，控制装置构成用于，通过选择性地操控基本元件、可选的中间元件和负载元件的开关对这样将能量源和能量消耗器之间的连接切换为导通和截止，使得能量包从能量源能经由第一中间电路存储器和所述一个或多个可选的第二中间电路存储器传输到能量消耗器上或反之亦然。由此尽管存在能量源和消耗器之间的电流分离，还是保证以能量对消耗器供应。
[0017]按照另一种设计，通过动态地适配通过控制装置对基本元件、可选的中间元件和负载元件的开关对的操控，能任意逆转在各能量电路之间的能量运输的方向。如果消耗器能进行能量回收的话，这例如在车辆中使用线路布置时是重要的。在此获得的能量然后可以一一通过相应地操控相应的开关对一一由负载元件通过一个或多个可选的中间元件并且通过基本元件传输到能量源、例如储能器上，所述储能器于是在该运行中构成能量阱。
[0018]相应的中间元件的第一中间电路蓄能器和/或所述至少一个可选的第二中间电路蓄能器按照另一种构造形式分别具有至少一个电感和/或电容器，由此在相应地操控开关元件时可以顺序地对接着的能量电路的每个中间电路蓄能器充电和放电，直到能量消耗器被提供能量。如解释的，该原理也可以以相反的方向应用。
[0019]负载元件可以附加于能量消耗器包括至少一个蓄能器。如果负载元件如以其基本形状具有仅一个能量消耗器，则所述消耗器也可以中断地被提供能量。通过负载元件中的蓄能器与此相对地可能的是，连续地为能量消耗器提供能量。
[0020]负载元件的蓄能器在一种变型中可以是电感，所述电感与消耗器串联连接，其中，蓄能器电感和消耗器的串联电路并联于第四开关元件。在另一种变型中，负载元件的蓄能器可以是充电存储器，所述充电存储器并联于消耗器。
[0021 ] 蓄能器也可以通过一个或多个电感和一个或多个充电存储器的组合形成。
[0022]如果在先的能量电路(基本元件或中间元件)的可控制的开关元件关闭，则在相关的中间电路蓄能器中包含的能量可以放出到负载元件的蓄能器上。然后由该蓄能器为消耗器供电。
[0023]按照另一种构造形式，第一和第二开关元件是半导体开关元件。尤其是涉及MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)或HEMT(高电子迀移率晶体管)。为了在低的损耗时可以达到特别高的切换频率，符合目的的是，半导体开关元件由氮化镓(GaN)或碳化硅(SiC)、即所谓的宽带隙材料形成。
【附图说明】
[0024]以下借助附图中的实施例更详细地阐述本发明。图中:
[0025]图1示出按照本发明的用于传输能量的线路布置的示意图，其中，所述线路布置示例性地由基本元件和负载元件形成；
[0026]图2至4示出线路布置的负载元件的不同设计，其中，省略负载元件的开关元件对；
[0027]图5示出在按照图1的线路布置中所包含的开关元件的操控的时间流程；
[0028]图6示出图1中的线路布置在能量传输的各个阶段中的拓扑结构；
[0029]图7示出线路布置的示意图，其除了基本元件和负载元件之外包括中间元件；
[0030]图8示出线路布置的示意图，所述线路布置包括两个并联连接到基本元件上的中间元件；以及
[0031]图9示出线路布置的示意图，所述线路布置包括基本元件和负载元件的两个并联的能量分配网络。
【具体实施方式】
[0032]图1示出按照本发明的用于传输能量的线路布置的一个单个的能量分配网络EVN的示意图，其中，能量分配网络EVN示例性地具有基本元件GE和负载元件LE，用于借助电子开关使两个能量电路Ka、Km电流分离。示出在接线端al和a2之间连接的能量源Q，所述能量例如可以以蓄电池的形式或一般地作为电流源或电压源存在。能量源Q为基本元件GE的第一能量电路Ka提供能量。连接在接线端Zl和z2之间的第一中间电路蓄能器Ea通过两个第一开关元件Sal、Sa2(所谓的开关元件对)与能量源Q的接线端al、a2连接。第一开关元件Sal连接在接线端al和第一中间电路蓄能器Ea(即接线端zl)之间，第二开关元件Sa2连接在接线端a2和