Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Stromquelle mit einem ersten Wand- 1er zum Umwandeln einer Eingangs Spannung in eine Zwischenkreisspannung, einen Zwi- schenkreiskondensator sowie einen zweiten Wandler zum Wandeln der Zwischenkreisspannung in eine Ausgangsspannung, wobei am Ausgang des zweiten Wandlers ein Prozess und insbesondere die Ausgangsspannung und/oder der Ausgangsstrom mit Hilfe des zweiten Wandlers geregelt wird.

Weiterhin betrifft die Erfindung einen Prozessregler für eine Stromquelle, wobei die Stromquelle einen ersten Wandler zum Umwandeln einer Eingangs Spannung in eine Zwischenkreisspannung, einen Zwischenkreiskondensator sowie einen zweiten Wandler zum Wandeln der Zwischenkreisspannung in eine Ausgangsspannung umfasst. Die Regelung umfasst dabei einen Eingang für die Ausgangsspannung und/oder den Ausgangsstrom einen Ausgang zur Ansteuerung des zweiten Wandlers sowie Mittel zur Ausführung eines Regelalgorithmus, bei dem die die Ausgangsspannung und/oder den Ausgangsstrom als Regelgröße und der zweite Wandler als Stellglied eines Regelkreises vorgesehen sind. Schließlich betrifft die Erfindung eine Stromquelle, umfassend einen ersten Wandler zum

Umwandeln einer Eingangs Spannung in eine Zwischenkreisspannung, einen Zwischenkreiskondensator sowie einen zweiten Wandler zum Wandeln der Zwischenkreisspannung in eine Ausgangsspannung und eine Regelung der genannten Art, deren Eingang für die Ausgangsspannung und/oder den Ausgangsstrom mit dem Ausgang der Schweißstromquelle und deren Ausgang zur Ansteuerung des zweiten Wandlers mit dem zweiten Wandler verbunden ist.

Verfahren zur Regelung einer Stromquelle der oben genannten Art sind prinzipiell bekannt. Dabei wird eine Eingangswechselspannung in eine Zwischenkreisspannung gewandelt. Alternativ ist es auch möglich eine Eingangsgleichspannung in eine Zwischenkreisspannung zu wandeln, wenn die Eingangsgleichspannung nicht die gewünschte Höhe hat. Diese Zwischenkreisspannung wird von einem Zwischenkreiskondensator auf annähernd konstantem Niveau gehalten. In Folge wird diese Zwischenkreisspannung in eine Ausgangsspannung gewandelt. Die Ausgangsspannung und/oder der Ausgangsstrom werden dabei mit Hilfe des zweiten Wandlers geregelt. Beispielsweise kann ein impulsförmiger Ausgangsstrom bei konstanter Spannung vorgesehen werden, so wie dies etwa für das Impuls schweißen benötigt wird. Weiterhin werden solche Verfahren zum Batterieladen eingesetzt. Ein weiterer Aspekt ist auch, dass ein Übersetzungsverhältnis eines Transformators, welcher wegen der galvanischen Trennung und der Stromübersetzung beispielsweise im zweiten Wandler vorhanden ist, in der Regel möglichst hoch angesetzt wird, sodass die Primärströme vergleichsweise niedrig ausfallen. Dies bedingt eine relativ hohe Zwischenkreisspannung und damit relativ große Luft & Kriechstromstrecken, besonders für primär - sekundär trennende Bauteile. Häufig wird ein hohes Übersetzungsverhältnis des genannten Transformators aber dadurch limitiert, dass benötigte und industriell verfügbare Bauteile einen bestimmten, jedoch für die oben erwähnten Luft & Kriechstromstrecken zu kleinen Pinabstand aufweisen. Eine deswegen vorgesehene, kleinere Zwischenkreisspannung bedingt jedoch wiederum hohe Primärströme und den Einsatz von teuren Bauteilen, insbesondere teuren Halbleitern in Gleich- und Wechselrichtern der genannten Stromquelle. Dies ist wie leicht einsehbar ist ein unbefriedigender Zustand, da die Leistungsfähigkeit einer Stromquelle durch diese äußeren Randbedingungen unnötig eingeschränkt wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur Regelung einer Stromquelle im Rahmen eines Schweissprozesses oder eines Batterieladeprozesses, einen verbesserten Prozessregler für eine Stromquelle sowie eine verbesserte Stromquelle anzugeben. Insbesondere soll die Schweissqualität oder Qualität beim Laden einer Batterie bei gleichbleibendem Leistungsteil verbessert werden. Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem von einem digitalen Prozessregler zumindest ein Parameter und/oder dessen Wert zur Regelung der Zwischenkreisspannung für den ersten Wandler in Abhängigkeit eines Ereignisses am Ausgang vorgegeben wird. Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin mit einem Prozessregler der eingangs genannten Art gelöst, umfassend einen Ausgang, welcher zur Beeinflussung der Zwischenkreisspannung in Abhängigkeit eines Schweißprozesses oder eines Batterieladeprozesses vorbereitet ist. Schließlich wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Stromquelle der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher der Ausgang der Regelung zur Beeinflussung der Zwischenkreis Spannung mit dem ersten Wandler oder einer weiteren mit dem ersten Wandler verbundenen Regelung verbunden ist.

Erfindungsgemäß kann also die Zwischenkreisspannung an einen Schweissprozess oder einen Batterieladeprozess angepasst, das heißt variiert werden, d.h., dass aufgrund eines in kürze auftretenden Zustandes am Ausgang eine Anpassung der Zwischenkreisspannung erfolgt, um immer ausreichend Energie zur Verfügung zu stellen und ein Einbrechen der Zwischenkreis- Spannung zu vermeiden. Durch diesen Eingriff auf den ersten Wandler können die genannten Prozesse maßgeblich verbessert werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass das Leistungsteil als solches, das heißt die beiden Wandler, an sich unverändert bleiben können. Die Qualitätssteigerung wird dadurch erreicht, dass diese auf eine neuartige Weise angesteuert werden. Die Erfindung kann somit mit besonders geringem technischen Aufwand in die Praxis umgesetzt werden. Des weiteren ist auch die Nachrüstung bestehender Leistungsteile auf einfache Weise möglich.

Ein weiterer Aspekt ist auch, dass sich durch die Variation der Zwischenkreisspannung im Mittel eine Zwischenkreisspannung ergibt, die kleiner als deren Maximalwert ist. Luft & Kriechstromstrecken werden aber üblicherweise nicht auf den Maximalwert der Zwischenkreisspannung ausgelegt, sondern auf deren Mittelwert. Auch sind manche Bauteile resistent gegen kurzfristige Spannungs spitzen beziehungsweise Spannungsüberhöhungen. Auf diese Weise ist es möglich, Stromquellen ohne die erwähnten Nachteile aufzubauen. Insbesondere kann das Übersetzungsverhältnis eines Transformators, welcher beispielsweise im zweiten Wandler vorhanden ist, hoch angesetzt werden was zu relativ geringen Primärströmen führt. Somit ist es bei höherer Leistungsfähigkeit der Stromquelle möglich, einerseits Bauteile mit vergleichsweise geringem Pinabstand beziehungsweise vergleichsweise geringer Spannungsresistenz zu verwenden, andererseits aber auch Bauteile mit vergleichsweise geringer Strombelastbarkeit. Diese scheinbar paradoxe Situation ergibt sich durch den im Mittel geringeren Wert einer variierenden Zwischenkreisspannung.

Außerdem entsteht durch die neuartige Reglerstruktur ein Dimensionierungsvorteil bei der Auslegung des ersten Wandlers. Das kurzzeitige Anheben der Zwischenkreisspannung liefert nur in diesem kurzen Zeitraum eine Ausgangskennlinie die hohe Ausgangsleistungen zulässt. In der Praxis wird im statischen Stromquellenbetrieb dieser Bereich der Ausgangskennlinie so gut wie nie genutzt, bzw. soll die Stromquelle für den Dauerbetrieb ja eigentlich nicht für diesen Bereich dimensioniert sein.

Die über einen größeren Zeitraum reduzierte Zwischenkreis Spannung begrenzt die mögliche Ausgangsleistung der Stromquelle. So entsprechen z.B. 500A Ausgangsstrom bei einem 1: 10 Trafo 50A Primärstrom. Stehen 700Vdc am Zwischenkreis zur Verfügung so können am Ausgang theoretisch 700Vdc x 50 = 35 kW abgegeben werden. Reduziert man die Zwischen- kreisspannung z.B. auf 650V, so kann nur mehr eine Leistung von 32,5 kW abgegeben werden.

Die allermeisten Bauteile können kurzzeitig mit höheren Leistungen beaufschlagt werden. Somit kann z.B. eine Induktivität des Wandlers deutlich geringer dimensioniert werden.

Die Erfindung kann somit auch darin gesehen werden, zu erkennen, dass die Variation einer Zwischenkreisspannung zu Vorteilen führt, obwohl die Zwischenkreis Spannung traditionell möglichst konstant gehalten wird, d.h. eine Gleichspannung im Zwischenkreis angestrebt wird. Trotz der Abkehr von diesem Prinzip kann die Spannung im Zwischenkreis natürlich wenigstens temporär konstant gehalten werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren. Günstig ist es, wenn der Sollwert zu einem berechneten Zeitpunkt vor dem Ereignis vorgegeben wird und die Zwischenkreisspannung bis zum Zeitpunkt angepasst wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass bei Eintritt des Ereignisses eine ausreichende Leistung zur Verfügung steht und die Zwischenkreisspannung nur wenig oder überhaupt nicht einbricht. Vorteilhaft ist es, wenn die Zwischenkreisspannung mit Hilfe des ersten Wandlers geregelt wird und ein Sollwert der Zwischenkreisspannung in Abhängigkeit einer zukünftigen Ausgangsspannung und/oder eines zukünftigen Ausgangsstroms vorgegeben wird. Bei dieser Variante folgt die Zwischenkreisspannung - anders als bei einer Steuerung derselben - besonders gut einem in Abhängigkeit der Ausgangs Spannung und/oder des Ausgangsstroms vorgegeben Sollwert. Der Prozessregler„blickt" zudem gleichsam in die Zukunft und bereitet die Spannung im Zwischenkreiskondensator auf zukünftige Anforderungen vor. Beispielsweise„weiß" der Prozessregler, wann beim Impulsschweißen der nächste Impuls zu setzen ist, und kann daher entsprechend vorsorglich darauf reagieren, indem die Zwischenkreisspannung angehoben wird, um eine möglichst ideale Impulsform realisieren zu können. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Prozessregler auf eine Prozessdatenbank zugreift, um die entsprechenden Informationen zu erhalten („preselected control signal from process data base"). Natürlich kann zur unmittelbaren Beeinflussung der Zwischenkreisspannung auch direkt die Stellgröße des Reglers in Abhängigkeit eines Prozesses angepasst werden, um ein rasches Erhöhen der Zwischenkreisspannung zu bewirken.

Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang also, wenn ein Ausgangs ström impuls- förmig ist (insbesondere mit einem Gleichanteil) und die Zwischenkreisspannung vor einem Impuls angehoben wird. Auf diese Weise kann die Steilheit des Stromanstiegs vergrößert werden, sodass sich der Impuls besser an eine Idealform annähert. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Zwischenkreisspannung vor einem Impuls so rechtzeitig angehoben wird (vorzugsweise 0 ms bis 5 ms vor dem Puls), dass sie zu Beginn des Stromimpulses ihren Maximalwert erreicht, sodass auch ein maximaler Stromanstieg erzielbar ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zwischenkreisspannung abgesenkt wird, wenn der im- pulsförmige Ausgangsstrom seinen oberen Sollwert erreicht hat. Auf diese Weise wird die Zwischenkreisspannung sofort wieder gesenkt, nachdem die Anhebung ihren Zweck erfüllt hat. Auf diese Weise kann der Mittelwert der Zwischenkreisspannung stark reduziert werden. Damit können geringer dimensionierte Bauelemente eingesetzt werden, wodurch die Herstellungskosten wesentlich gesenkt werden können.

Vorteilhaft ist es, wenn die Zwischenkreisspannung bei einem kürzeren Impuls stärker angehoben wird als bei einem längeren Impuls. Auf diese Weise kann der Effekt des Anhebens der Zwischenkreisspannung bei gleichbleibendem Mittelwert derselben optimal ausgenutzt werden. Beispielsweise kann die Zwischenkreisspannung bei einem Pulsdauerverhältnis von 30% doppelt so hoch angehoben werden wie bei einem Pulsdauerverhältnis von 60%. Vorteilhaft ist es auch, wenn rechtzeitig vor einem Impuls dahingehend in den Sollwert der Zwischenkreisspannung bzw. direkt in die Stellgröße des Reglers des ersten Wandlers eingegriffen wird, dass die Zwischenkreisspannung nicht so stark bzw. überhaupt nicht einbricht. Die Zwischenkreisspannung kann also deutlich konstanter gehalten werden als das nur mit dem normalen Reglerparametern möglich wäre, da auch hier schon vor Auftreten eines Ereignisses im Prozess darauf reagiert werden kann. Analog gilt diese Überlegung auch z.B. bei einem Pulsende, bei dem schon vorher oder genau zum Pulsende ein Überschwingen der Zwischenkreisspannung reduziert oder verhindert werden kann. Vorteilhaft ist es weiters, insbesondere bei einer Schweißstromquelle, wenn nach Detektieren eines Startvorganges die Zwischenkreisspannung in einer ausreichend großen Zeit vor dem Beginn des Fließens des Ausgangsstromes angehoben wird. Dadurch steht beim Prozessstart mehr Ausgangsleistung zur Verfügung bzw. wird der Ausgangsstromanstieg beschleunigt. Vorteilhaft ist es zudem, wenn die Zwischenkreisspannung im Leerlauf der Stromquelle abgesenkt wird. Diese Variante bietet Vorteile, da manche Schweißstromquellen bzw. Batterieladegeräte einen großen Teil der Lebensdauer im Leerlauf betrieben werden. Auf diese Weise wird die dauerhafte Bauteilbelastung mancher Bauteile (z.B Zwischenkreiskondensatoren) reduziert und deren Lebensdauer erhöht.

Weiters ist es vorteilhaft, insbesondere bei einem Batterieladegerät, wenn die Zwischenkreisspannung bei einem Prozess, der eine variable Ausgangsspannung in Abhängigkeit des Prozesses benötigt, in Abhängigkeit der Ausgangsspannungshöhe erhöht oder erniedrigt wird. Dadurch kann der zweite Wandler ständig in einem optimalen Arbeitspunkt betrieben werden, z.B. können Schaltverluste in diesem Wandler über den gesamten Ausgangsspannungsbereich maximal reduziert werden.

Günstig ist es, wenn der erste Wandler einen passiven Gleichrichter sowie einen damit verbundenen Spannungsteller umfasst. Auf diese Weise kann die Zwischenkreisspannung gut eingestellt werden. Des Weiteren stellen der passive Gleichrichter sowie der Spannungsteller erprobte Mittel dar, weswegen die Erfindung mit vergleichsweise geringem technischen Aufwand in die Praxis umgesetzt werden kann und gleichzeitig zuverlässig ist. Günstig ist es auch, wenn der erste Wandler einen gesteuerten Gleichrichter umfasst. Dies ist ein weiteres erprobtes Mittel zur Einstellung einer Zwischenkreisspannung.

Günstig ist es zudem, wenn der zweite Wandler einen Wechselrichter, einen damit verbundenen Transformator und einen damit verbundenen Gleichrichter umfasst. Auf diese Weise kann die Zwischenkreisspannung gut in eine gewünschte Ausgangs Spannung gewandelt werden. Des Weiteren stellen der Wechselrichter, der Transformator sowie der Gleichrichter erprobte Mittel dar, weswegen die Erfindung mit vergleichsweise geringem technischen Aufwand in die Praxis umgesetzt werden kann und gleichzeitig zuverlässig ist.

Vorteilhaft ist es schließlich, wenn die Strom- bzw. Spannungsquelle als Schweißstromquelle oder Batterieladegerät ausgebildet ist. Häufig werden bei diesen Geräten nämlich impulsför- mige Stromverläufe benötigt, welche sich mit Hilfe der Erfindung besonders gut realisieren lassen.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

Es zeigen jeweils in stark schematisch vereinfachter Darstellung:

Fig. 1 eine erste schematisch dargestellte Variante einer Stromquelle mit zwei getrennten Regelkreisen für die Zwischenkreisspannung und die Ausgangsspannung beziehungsweise den Ausgangsstrom; Fig. 2 eine zweite schematisch dargestellte Variante einer Stromquelle mit einem gemeinsamen Regelkreis für die Zwischenkreisspannung und die Ausgangsspannung beziehungsweise den Ausgangsstrom;

Fig. 3 ein Beispiel für den ersten Wandler mit einem passiven Gleichrichter sowie ei- nen damit verbundenen Spannungsteller;

Fig. 4 ein weiteres Beispiel für den ersten Wandler mit einem gesteuerten Gleichrichter; Fig. 5 ein Beispiel für den zweiten Wandler mit einem Wechselrichter, einem Transformator und einem Gleichrichter;

Fig. 6 ein beispielhaftes Strom-Zeit-Diagramm mehrerer impulsförmiger Verläufe des

Ausgangsstroms;

Fig. 7 ein beispielhaftes kombiniertes Diagramm für die zeitlichen Verläufe von Ausgangsstrom, Zwischenkreisspannung und Zwischenkreisleistung;

Fig. 8 ein Beispiel, wie die vorgestellte Regelung mit Hilfe einer sägezahnförmigen

Hilfsspannung angesteuert wird;

Fig. 9 den zeitlichen Verlauf der Zwischenkreisspannung, welche trotz Stromimpuls am Ausgang im Wesentlichen konstant bleibt;

Fig. 10 den Verlauf der Zwischenkreisspannung und des Ausgangsstroms bei einem

Startvorgang einer Schweißung und

Fig. 11 den Verlauf ausgewählter Kenngrößen bei einem Batterieladevorgang.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen. Fig. 1 zeigt eine Stromquelle, umfassend einen ersten Wandler 1 zum Umwandeln einer Eingangsspannung U _E in eine Zwischenkreisspannung U _ZK , einen Zwischenkreiskondensator 2 sowie einen zweiten Wandler 3 zum Wandeln der Zwischenkreisspannung U _ZK in eine Ausgangsspannung UA- Weiterhin zeigt Fig. 1 eine Regelung 4, umfassend zwei Eingänge für die Ausgangsspannung UA und den Ausgangsstrom IA einen Ausgang zur Ansteuerung des zweiten Wandlers 3 sowie Mittel zur Ausführung eines Regelalgorithmus, bei dem die die Ausgangsspannung UA und der Ausgangsstrom IA als Regelgröße und der zweite Wandler 3 als Stellglied eines Regelkreises vorgesehen sind. Denkbar wäre auch, dass die Regelung 4 nur einen Eingang für die Ausgangsspannung U _A oder den Ausgangsstrom IA umfasst und der Regelalgorithmus dementsprechend für die Regelung der Ausgangsspannung U _A oder des

Ausgangsstroms IA ausgelegt ist. Weiterhin umfasst die Regelung 4 einen Ausgang, welcher zur Beeinflussung der Zwischenkreisspannung U _ZK mit Hilfe des ersten Wandlers 1 in Abhängigkeit eines Schweißprozesses oder Batterieladeprozesses vorbereitet ist. Konkret wird von der Regelung 4 ein Sollwert für die Zwischenkreisspannung U _ZK an die Regelung 5 übermittelt, welche ihrerseits die Zwischenkreisspannung U _ZK mit Hilfe des ersten Wandlers 1 regelt.

Im vorliegenden Fall sind für die Messung der Zwischenkreisspannung U _ZK und der Ausgangsspannung UA Spannungsmessgeräte V vorgesehen, welche von beliebiger Bauart sein können. Beispielsweise können dafür Analog-Digital-Wandler eingesetzt werden, welche den gemessenen Spannungswert digital an die Regelung 4, 5 übermitteln. Häufig wird eine Regelung 4, 5 auch durch einen MikrocontroUer gebildet, welche oft standardmäßig über Eingänge zur Spannungsmessung verfügen. Weiterhin ist für die Messung des Ausgangsstroms IA ein Strommessgerät A vorgesehen, welches ebenfalls von beliebiger Bauart sein kann. Die Strommessung kann beispielsweise mit- hilfe einer Spannungsmessung an einem Strommesswiderstand (engl.:„Shunt") durchgeführt werden. Die Spannungsmessung als solche kann wiederum wie bereits zuvor beschrieben erfolgen.

Generell kann die Regelung 4 und 5 als digitaler Prozessregler implementiert sein. Dieser kann dabei sowohl in Hardware oder in Software aufgebaut sein. Wird die Regelung 4 und/oder 5 in Software implementiert, dann führen die Programmschritte zur Laufzeit des Programms den Regelalgorithmus aus. Zur Speicherung des Programms kann der Mikrocon- troller auch einen integrierten Speicher umfassen. Beide Regelungen 4 und 5 können natürlich auch in ein und derselben Schaltung, in ein und demselben Mikrocontroller sowie in ein und demselben Programm integriert sein. In diesem Fall ist die dargestellte Begrenzung der Rege- lungs-Blöcke 4 und 5 eher funktional als physikalisch zu verstehen.

Im vorliegenden Beispiel wird die Zwischenkreis Spannung U _ZK und die Ausgangs spannung UA und/oder der Ausgangsstrom IA in getrennten Regelkreisen geregelt. Die Regelung 4 gibt lediglich einen Sollwert für die Zwischenkreisspannung U _ZK an die Regelung 5 weiter. Dies ist jedoch keinesfalls zwingend wie Fig. 2 zeigt.

In Fig. 2 ist eine Anordnung dargestellt, welche der in Fig. 1 dargestellten Anordnung sehr ähnlich ist. Im Unterschied dazu ist im digitalen Prozessregler aber nur mehr eine Regelung 4 enthalten, welche sowohl die die Zwischenkreisspannung U _ZK als auch die Ausgangsspan- nung UA beziehungsweise den Ausgangsstrom IA regelt. Hierfür können entsprechende mehrdimensionale Regler eingesetzt werden.

Fig. 3 zeigt eine konkrete Ausführungsform des ersten Wandlers 1, welcher einen passiven Gleichrichter 6 sowie einen damit verbundenen Spannungsteller 7 umfasst. Der Gleichrichter 6 wird dabei über einen Drehstromanschluss L1..L3 versorgt und erzeugt daraus eine Gleichspannung, die vom Spannungssteiler 7 hochgesetzt wird. Prinzipiell könnte aber auch ein Spannungssteiler 7 eingesetzt werden, welcher die Spannung tiefsetzt. Der Kondensator 3 ist hier strichliert gezeichnet, da er in den Figuren 1 und 2 eigentlich nicht vom ersten Wandler 1 umfasst ist, dessen Darstellung jedoch zum Verständnis des Spannungsstellers 7 vorteilhaft ist.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des ersten Wandlers 1, welcher einen gesteuerten Gleichrichter 9 umfasst. Bei dieser Variante werden die Schalter 9 des Gleichrichters, welche beispielsweise durch IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder durch MOSFETs (Me- tall Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) gebildet sein können, so angesteuert, dass die Spannung einerseits gleichgerichtet wird, wegen der Induktivitäten 8 und des Zwischen- kreiskondensators 3 aber auch der Höhe nach eingestellt werden kann. Die Induktivitäten können dabei vom ersten Wandler 1 umfasst, aber auch Teil des Stromnetzes sein, an welches die Stromquelle angeschlossen ist.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform des zweiten Wandlers 3, welcher einen Wechselrichter 10, einen damit verbundenen Transformator 11 und einen damit verbundenen Gleichrichter 12 umfasst. Die Zwischenkreis Spannung U _ZK kann auf diese Weise in eine Ausgangsspannung UA gewandelt werden, wobei der Ausgang vom Zwischenkreis galvanisch getrennt ist. Die nicht näher bezeichnete Induktivität am Ausgang kann Teil des zweiten Wandlers 3, aber auch Teil des mit dem zweiten Wandler 3 versorgten Geräts (nicht dargestellt) sein.

In Fig. 6 ist ein Strom-Zeit-Diagramm I über t dargestellt. Anhand eines impulsförmigen Verlaufs des Stroms I (hier mit einem Gleichanteil) wird gezeigt, welche Auswirkungen die Beeinflussung der Zwischenkreis Spannung U _ZK hat. Durch Anheben der Zwischenkreis Spannung U _ZK kommt es zu einer besseren Annäherung des Stromverlaufs IAI (mit dicker Linie darge- stellt) an den idealen impulsförmigen Verlauf IA ₂ (mit dünner Linie dargestellt). Die ideale Impulsform lA ₂ wird also auf diese Weise besser angenähert, als bei einem Stromverlauf L _\3 (strichlierte Linie) ohne Anhebung der Zwischenkreisspannung U _ZK - Vor allem wird der obere Wert des Stromimpulses beim Verlauf IAI schneller erreicht als beim Verlauf IA ₃ . Darauf aufbauend kann nun der Prozessregler 4, 5 entsprechend vor einem bevorstehenden Ereignis reagieren, da dem Prozessregler 4, 5 der Zeitpunkt unmittelbar bevorstehender Ereignisse wie ein Startvorgang, Schweißimpulsanfang, Schweißimpulsende, Kurzschlusslösung, usw. bekannt ist. Ist also für das bevorstehende Ereignis ein erhöhter Ausgangsstrom IA erforderlich, erhöht der Prozessregler 4, 5 entsprechend rechtzeitig - im Wesentlichen gemäß dem Stromverlauf IAI - vor dem Ereignis den erforderlichen Parameter bzw. dessen Wert

(beispielsweise den Sollwert für die Zwischenkreisspannung U _ZK ), sodass bei Eintritt des Ereignisses der erforderliche Ausgangsstrom IA zur Verfügung steht, also ausreichend Energie im Zwischenkreis gespeichert ist. Dies wird entsprechend mit einem schnellen Stromanstieg erreicht, welcher wiederum durch das Eingreifen des Prozessreglers 4, 5 vor dem Ereignis gewährleistet ist.

Grundsätzlich erfolgt die Änderung bzw. Regelung oder Überwachung der Zwischenkreisspannung U _ZK im eigenständigen Regelkreis des Wandlers 5. Für bevorstehende Änderungen wird allerdings dem Wandler 5 eine Änderung eines Parameters vom Wandler 4 (Prozeßregler) vorgegeben, da die Regelung 5 nicht über die Ereignisse am Ausgang der Stromquelle Kenntnis hat, wodurch die Regelung 4 eingreift. Beispielsweise wird als Parameter die Zwi- schenkreisspannung U _ZK bzw. deren Sollwert, ein Schaltzeitpunkt des Wandlers 5, eine Puls- breite, ein Spitzenstrom für den zumindest einen Schalter des Wandlers 5 und/oder ähnliche Parameter vorgegeben. Somit wird erreicht, dass die Zwischenkreis Spannung U _ZK sehr schnell und effektiv geändert wird, da diese Parameter einen direkten Einfluss auf die Zwischenkreis- spannung U _ZK haben. Das heißt, dass aufgrund der Wahl des vorzugebenden bzw. zu verändernden Parameters die Zeit für die Regelung auf ein Minimum reduziert wird, da keine Zwi- schenschritte für die Regelung erforderlich sind.

Somit ist zum Zeitpunkt des Ereignisses die Zwischenkreis Spannung U _ZK rechtzeitig erhöht bzw. angepasst, sodass ein schnelle Stromanstieg ausgangsseitig möglich ist, ohne dass die Zwischenkreisspannung U _ZK im Wesentlichen unter den eingestellten Schwellwert sinkt, d.h., dass durch das Erhöhen der Zwischenkreisspannung U _ZK bei Lieferung einer hohen Ausgangsenergie ein Einbruch dieser unter einen definierten Schwellwert vermieden wird. Aufgrund des Ereignisses wird der Zwischenkreis entsprechend belastet und somit sinkt auch die Zwischenkreisspannung U _ZK im Wesentlichen wieder ab, wobei die Erhöhung immer derart erfolgt, dass die Zwischenkreisspannung U _ZK trotz dieses Absinkens nicht unter einen defi- nierten Schwellwert sinkt. Auf diesen Schwellwert sind auch die Bauteile dimensioniert, wobei die kurzfristigen Änderungen im Wesentlichen keinen Einfluss auf den Mittelwert der Zwischenkreisspannung U _ZK haben und somit die Bauteile dadurch nicht überlastet werden.

Die Zeitpunkte und Zeitdauern vor dem Ereignis sind aus den Fig. 8, 9 und 10 ersichtlich. Hierbei handelt es sich um einen Stromimpuls, ein Überschwingverhalten und einen Startvorgang beim Schweißen.

Bevorzugt erfolgt die Anpassung des Sollwerts bis zu 10ms vor Eintritt des Ereignisses. Entsprechend wird die Zeitdauer bis zum Zeitpunkt vom Prozessregler 4, 5 berechnet bzw. ermit- telt. Die Zeitdauer ist im Wesentlichen von der erforderlichen Ladezeit für den Kondensator 2 des Zwischenkreises abhängig. Dies erfolgt beispielsweise durch Zugriff auf eine Datenbank, in welcher zu jedem Ereignis die erforderlichen Zeitdauern in Abhängigkeit von Ausgangs- Spannung UA und Ausgangsstrom IA hinterlegt sind, oder durch direkte Berechnung vor jedem Ereignis.

Bei einem Schweißprozess oder einem Batterieladeprozess wird der Ausgangsstrom IA ent- sprechend einer voreingestellten Kennlinie geregelt. Eine derartige Kennlinie wird dabei aus einer Vielzahl von Parametern gebildet, welche entsprechend während des Prozesses kontinuierlich überwacht und geregelt werden. Anhand dieser Parameter stellt der Prozessregler 4, 5 entsprechend den Zeitpunkt des bevorstehenden Ereignisses fest. In Fig. 7 ist nun ein kombiniertes Diagramm Strom I über Zeit t, Spannung U über Zeit t sowie Leistung P über Zeit t dargestellt. Anhand eines impulsförmigen Verlaufs des Stroms Ly (hier ohne Gleichanteil) wird gezeigt, wie die Zwischenkreis Spannung U _ZK beeinflusst wird. Konkret wird die Zwischenkreisspannung U _ZK I (strichlierte Linie) vor dem Stromimpuls IAI angehoben. In diesem Beispiel geschieht dies so rechtzeitig, dass die Zwischenkreisspannung U _ZK I ihren oberen Sollwert bei Beginn des Impulses erreicht hat. Auf diese Weise kann der Stromanstieg im Vergleich zu einem Impuls ohne Anhebung der Zwischenkreisspannung U _ZK I merklich erhöht werden. Auf diese Weise kann der Prozessregler zukünftige Ereignisse in einem Schweissprozess oder einem Batterieladeprozess berücksichtigen. Hat der Stromimpuls IAI seinen oberen Sollwert erreicht, so wird die Zwischenkreisspannung U _ZK I wieder auf ihr ursprüngliches Niveau gesenkt. Die Zwischenkreisspannung U _ZK I hat somit auf den Stromanstieg dieselbe Wirkung wie eine Zwischenkreisspannung U _ZK2 (dünne Linie), die ständig auf hohem Niveau gehalten wird, weist jedoch einen niedrigeren Mittelwert auf als diese. Zusätzlich ist in Fig. 7 noch der Verlauf der Leistung Ρζκι (strichpunktierte Linie) bezogen auf die Zwischenkreisspannung U _ZK I sowie der Verlauf der Leistung Ρζκ ₂ (dünne Li- nie) bezogen auf die Zwischenkreisspannung U _ZK2 dargestellt.

Impulsförmige Stromverläufe werden insbesondere beim Impulsschweißen oder Batterieladen benötigt, weswegen es besonders vorteilhaft ist, wenn die Stromquelle als Schweiß Stromquelle oder Batterieladegerät ausgebildet ist. Durch die im Mittel geringere Zwischenkreis span- nung U _ZK I können Kriechstromstrecken kürzer ausgebildet werden als bei konstant hoher

Zwischenkreisspannung U _ZK2 - Damit können Bauteile mit vergleichsweise geringem Pinabstand beziehungsweise geringerer Spannungsresistenz verwendet werden, welche leicht verfügbar und in der Regel kostengünstiger sind. Außerdem sind viele Bauteile in der Lage, kurzzeitig größere Verlustleistungen auszuhalten als im Dauerbetrieb. Wie in Figur 7 ersichtlich wird, ist es mit einer Zwischenkreis Spannung U _ZK 2 dauerhaft möglich eine Leistung P _Ζ κ2 aus der Stromquelle zu beziehen. Mit einer Zwi- schenkreisspannung U _ZK I erreicht man dynamisch ein Stromquellenverhalten dass gleich ist dem einer Stromquelle mit U _ZK 2, allerdings können für den statischen Betrieb Bauteile vorteilhafter dimensioniert werden. Beispielsweise können Induktivitäten des Wandlers 1 im Querschnitten der Wicklung reduziert werden, usw. Vorteilhaft ist es im Zusammenhang mit den in Fig. 6 und 7 gezeigten Verläufen, wenn die Zwischenkreisspannung U _ZK I bei einem kürzeren Impuls stärker angehoben wird als bei einem längeren Impuls. Auf diese Weise kann der Effekt des Anhebens der Zwischenkreisspannung U _ZK I bei gleichbleibendem Mittelwert derselben optimal ausgenutzt werden. Beispielsweise kann die Zwischenkreisspannung bei einem Pulsdauerverhältnis von 30% doppelt so hoch angehoben werden wie bei einem Pulsdauerverhältnis von 60%. Die erwähnte Vorgangsweise ist insbesondere dann günstig, wenn die Zwischenkreisspannung Uz _K inicht wie in Fig. 7 dargestellt gleich gesenkt wird, wenn der Stromimpuls IAI seinen oberen Sollwert erreicht hat, sondern erst am Ende des Stromimpuls IAI - Zudem ist es möglich, die Zwischenkreisspannung U _ZK I an einen variierenden Ausgangsstrom IA, IAI und eine gleichzeitig variierende Ausgangsspannung UA anzupassen. Insbesondere können der Ausgangsstrom IA, IAI und die Ausgangsspannung UA impulsförmig sein. In den Figuren 8 bis 11 sind weitere illustrative Beispiele dazu gezeigt. Fig. 8 zeigt ein Beispiel, wie die vorgestellte Regelung 4, 5 konkret angesteuert werden könnte. In den Diagrammen ist dazu eine sägezahnförmige Hilfsspannung U _H , der Ausgangsstrom IA, die Zwischenkreisspannung U _ZK , sowie eine Stellgröße SG des Prozessreglers 4, 5 dargestellt. Mittels der Hilfsspannung U _H und verschiedener Spannungsschwellwerte U _TH I --U _TH 3 kann auf einfache Weise ein zeitlicher Ablauf für den Ausgangsstrom IA, die Zwischenkreis- Spannung U _ZK , sowie die Stellgröße SG des Prozessreglers 4, 5 festgelegt werden. Beispielsweise kann dies mit Hilfe von Komparatoren erfolgen, an deren ersten Eingang der betreffende Schwellwert U _TH I --U _TH 3 und an deren zweiten Eingang die Hilfsspannung U _H angelegt wird. Selbstverständlich können die betreffenden Zeitpunkte auch anders erzeugt werden, beispielsweise mit Hilfe von digitalen Timern.

Nach der fallenden Flanke der Hilfsspannung U _H beginnt im dargestellten Beispiel der Impuls des Ausgangsstroms IA, dessen Länge tp _uls mit Hilfe des dritten Schwellwertes U _TH3 eingestellt werden kann. Mit Hilfe des ersten Schwellwertes U _TH I kann die Zeitspanne t _pre eingestellt werden, um welche die Zwischenkreis Spannung U _ZK vor Beginn des Stromimpulses angehoben wird. Die Zeitspanne t _pre liegt vorteilhaft im Bereich von 0 ms bis 5 ms. Mit Hilfe des zweiten Schwellwertes U _TH2 wird die Zeitspanne t _post eingestellt, nach welcher der Pro- zessregler 4, 5 vom Zustand„Zwischenkreisspannung anheben" wieder in den Normalbetrieb übergeht. In der Fig. 8 ist darüber hinaus gut zu sehen, dass die Stellgröße SG bei Pulsbeginn zudem etwas zurückgenommen wird, sodass es zu keinem Überschwingen des Impulses kommt. Fig. 9 zeigt einen zeitlichen Verlauf des Ausgangsstroms IA, der Zwischenkreisspannung U _ZK sowie der Stellgröße SG. Vorteilhaft wird in diesem Beispiel so rechtzeitig vor einem Impuls dahingehend in den Sollwert der Zwischenkreisspannung U _ZK bzw. direkt in die Stellgröße SG des Reglers 4, 5 des ersten Wandlers 1 eingegriffen wird, dass die Zwischenkreisspannung U _ZK nicht so stark bzw. überhaupt nicht einbricht. Die Zwischenkreisspannung U _ZK kann durch Vorsehen einer geeigneten Zeitspanne t _pre also deutlich konstanter gehalten werden als dies ohne diese„vorausschauende" Handlungsweise möglich wäre. In der Fig. 9 ist weiterhin gut zu sehen, dass die Zwischenkreisspannung U _ZK nur wenig überschwingt.

Analoge Überlegungen gelten natürlich auch z.B. bei einem Pulsende. Durch entsprechend frühes Zurücknehmen der Stellgröße SG kann ein Überschwingen der Zwischenkreisspannung U _ZK reduziert oder sogar verhindert werden, sodass diese (nahezu) konstant bleibt kann. In dem in Fig. 9 dargestellten Beispiel wird die Stellgröße SG beim Pulsende zurückgenommen, möglich ist natürlich auch sie etwas vor dem Pulsende zurückzunehmen. Fig. 10 zeigt nun einen Verlauf der Zwischenkreisspannung U _ZK und des Ausgangsstroms IA bei einem Startvorgang einer Schweißung. Vorteilhaft kann die Zwischenkreisspannung U _ZK auch in so einem Fall vor dem Ausgangsstroms IA, welcher hier zum Zeitpunkt tstart zu fließen beginnt, angehoben werden. Wie aus der Figur 10 ersichtlich ist, steigt der Ausgangsstrom IA sehr rasch bis zum Zeitpunkt t _lout _ _\ an. Zum Zeitpunkt t _LOUT _2 wird die Zwischenkreisspannung U _ZK wieder zurückgenommen und ab dem Zeitpunkt t _lou t_ ₃ sinkt der Ausgangsstrom IA auf einen (quasi) stationären Wert. Durch die beschriebene Vorgangsweise steht beim Prozessstart mehr Ausgangsleistung zur Verfügung, bzw. wird die Steilheit des Anstiegs des Aus- gangsstroms IA deutlich erhöht.

Fig. 11 zeigt schließlich einen beispielhaften Zeitverlauf des Ausgangsstroms IA, der Ausgangsspannung UA sowie der Zwischenkreisspannung U _ZK bei einem Ladevorgang einer Batterie Hierbei wird die Zwischenkreisspannung U _ZK - wie aus der Fig. 11 ersichtlich ist - vor- teilhaft in Abhängigkeit der Ausgangspannung UA verändert. Dadurch kann der zweite

Wandler 3 beim Batterieladevorgang oder auch bei anderen Prozessen, die eine variable Ausgangsspannung in Abhängigkeit des Prozesses benötigen, laufend in einem optimalen Arbeitspunkt betrieben werden. So können beispielsweise Schaltverluste im zweiten Wandler 3 über den gesamten Ausgangsspannungsbereich gering gehalten werden.

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Regelung 4, 5 (eines Prozessreglers) beziehungsweise einer erfindungsgemäßen Stromquelle, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt. Es sind also auch sämtliche denkbaren Ausführungsvarianten, die durch Kombinationen einzelner Details der dargestellten und beschriebenen Ausführungsvariante möglich sind, vom Schutzumfang mit um- fasst.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der der Regelung 4, 5 und der Stromquelle dieser bzw. dieser in den Figuren schematisch dargestellt ist und in der Realität daher mehr Bauteile als dargestellt, weniger Bauteile als dargestellt oder auch andere Bauteile umfassen kann.

Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden. Bezugszeichenaufstellung

1 erster Wandler

2 Zwischenkreiskondensator

3 Zweiter Wandler

4 Regelung

5 Regelung

6 passiver Gleichrichter

7 Spannungssteller

8 Induktivität

9 aktiver Gleichrichter

10 Wechselrichter

11 Transformator

12 Gleichrichter

I Strom

IA Ausgangsstrom

P Leistung

Ρζκ Zwischenkreisleistung

SG Stellgröße t Zeit

tpuls Pulsdauer

Tp _u i _s Puls-Periodendauer

tpre Vorlaufzeit

tpost Nachlaufzeit tstart Puls-Startzeit

tiout_i Zeitpunkt Anstiegsende

tiout_2 Zeitpunkt U _Z K- Abfall

tiout_3 Zeitpunkt I _A - Abfall

U Spannung

UA Ausgangsspannung

U _E Eingangsspannung

U _H Hilfsspannung

U _TH I erster Spannungsschwellwert

U _TH 2 zweiter Spannungsschwellwert

U _TH3 dritter Spannungsschwellwert

U _ZK Zwischenkreisspannung