Kostengünstiger Hochspannungs-Leistungsoszillator zur induktiven Energieübertragung

Diese Weiterentwicklung eines Royer-Converters ermöglicht eine eigensichere, kontaktlose Energieübertragung bei hoher Schaltfrequenz und Spannung. So lassen sich induktive Energieübertragungssysteme realisieren, die ohne zusätzlichen Tiefsetzsteller problemlos mit Netzspannung arbeiten können.

Im Zuge der neuen Mobilität und weiteren technischen Errungenschaften rücken auch neue, flexiblere Ladetechnologien in den Fokus. Das kontaktlose, induktive Laden bietet viele Vorteile, es fehlt aber an kostengünstigen, autoresonanten Bauteilen. Royer-Oszillatoren werden im industriellen Umfeld bereits für die induktive Erwärmung eingesetzt. Bisher konnten sie aber nur mit geringer Eingangsspannung betrieben werden und eigneten sich damit nicht für Hochleistungsanwendungen.

Für hohe Leistungsbereiche kommen heute überwiegend primärseitig seriell kompensierte Systeme zum Einsatz. Diese sind aber nicht Leerlauffest, oder benötigen zusätzliche Komponenten. Es fehlt momentan an einer kostengünstigen, zuverlässigen Lösung für eine effiziente Lade-Infrastruktur im Netzspannungsbereich.

Durch die Ergänzung mindestens eines weiteren Leistungsschalter/Transistors (Q3, Q4…Qn) in Reihe zu den bereits vorhandenen Leistungsschaltern (Q1, Q2) wird ein handelsüblicher Royer-Converter mit MOSFET-Transistoren zu einem primärseitig parallel kompensierten Hochspannungs-Konverter; die Spannungsfestigkeit wird dadurch signifikant erhöht. Um ein niedriges Potenzial im Abgriff (Qs1 und Qs2) sicherzustellen, befinden sich die zusätzlichen Elemente oberhalb der untersten Leistungsschalter. Um die Spannung zu symmetrieren werden zusätzliche Kondensatoren (Cs) und Widerstände (Rs) parallel zu den Leistungsschaltern Q1 bis Qn eingesetzt. Die Ansteuerung erfolgt galvanisch getrennt durch Transformatoren oder gemischt mit Transformatoren und aktiven Treiberschaltungen. Auf diese Weise können auch Zwischenkreisspannungen von 600 bis 800 V verarbeitet werden, ohne dabei auf die bekannten Vorteile eines Royer-Konverters verzichten zu müssen.

• kostengünstige Optimierung bewährter Komponenten
• hohe Spannungsfestigkeit
• keine zusätzlicher Tiefsetzsteller erforderlich
• ermöglicht Hochleistungsanwendungen mit Zwischenkreisspannungen von 600-800 V

Induktive Energieübertragung im Bereich der Netzspannung wie bspw. Lade-Infrastruktur für Elektromobilität.
Aber auch weitere Produkte, für die eine kabellose Energieübertragung von Vorteil ist, könnten künftig von dieser Technik profitieren. Ein Beispiel im Bereich der Medizintechnik sind VAD-Systeme.

D. Maier, J. Noeren, N. Parspour and C. Lauer, "A Novel Power Electronics for Contactless Inductive Energy Transfer Systems," 2018 IEEE 18th International Power Electronics and Motion Control Conference (PEMC), Budapest, 2018, pp. 40-45;
DOI: https://doi.org/10.1109/EPEPEMC.2018.8521752