DE102017113697A1 - Leistungswandler mit Resonanzkreis - Google Patents

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Masaya Takahashi
Kimihiro Nishijima
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Abstract

In einem Leistungswandler verbindet ein erster elektrischer Pfad den Reihenresonanzkreis und einen ausgewählten Anschluss von hoch- und niedrigseitigen eingangs bestrichen Ausgangsanschlüssen des Leistungswandlers. Eine Hilfsdiode ist an dem Reihenresonanzkreis oder dem ersten elektrischen Pfad vorgesehen. Ein Hilfsschalter bewirkt, wenn eingeschaltet, dass ein Induktionsspulenstrom durch die Hilfsdiode zu der Resonanzinduktionsspule fließt, wodurch elektromagnetische Energie in die Resonanzinduktionsspule gespeichert wird, und bewirkt, dass die Resonanzinduktionsspule und die Kapazitätskomponente des Reihenresonanzkreises in miteinander in Resonanz sind. Ein zweiter elektrischer Pfad umgeht den Hilfsschalter zum Fließen des Induktionsspulenstroms. Eine Entladeeinheit ist in dem zweiten elektrischen Pfad vorgesehen. Die Entladeeinheit wird aktiviert, um die in der Resonanzinduktionsspule gespeicherte elektromagnetische Energie über den zweiten elektrischen Pfad zu entladen.

Description

  • QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beruht auf und beansprucht Priorität aus der japanischen Patentanmeldung 2016-123944 , die an zwei 22. Juni 2016 eingereicht worden ist, wobei deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Leistungswandler, die in der Lage sind, Ein-Aus-Schaltvorgänge von Schaltern zum Umwandeln einer Eingangsspannung auf eine vorbestimmte Ausgangsspannung durchzuführen.
  • HINTERGRUND
  • Eine Art von Leistungswandlern ist ausgelegt, eine Null-Spannung-Schaltsteuerung durchzuführen, die einfach als ZVS-Steuerung bezeichnet ist. Die ZVS-Steuerung führt ein Schalten eines Schalters oder eines Schaltelements durch, während eine Spannung über dem Schalter null ist. Leistungswandler, die zur Durchführung der ZVS-Steuerung in der Lage sind, zielen darauf ab, einen Schaltverlust ihrer Schaltelemente zu reduzieren, um dementsprechend einen höheren Wirkungsgrad aufzuweisen. Ein Beispiel für diese Leistungswandler ist als ein Gleichspannungswandler, der als DC-DC-Wandler bezeichnet ist, in der japanischen Patentanmeldung Nr.: 2004-129393 offenbart, die als Patentdokument 1 bezeichnet ist.
  • Der in Patentdokument 1 offenbarte Gleichspannungswandler weist erste und zweite Hauptschalter, die in Reihe zwischen Eingangsanschlüssen des Gleichspannungswandlers geschaltet sind, und eine Glättungsinduktionsspule auf, die zwischen einem Ausgangsanschluss des Gleichspannungswandlers und dem Verbindungspunkt zwischen dem ersten und zweiten Hauptschalter geschaltet ist. Der Gleichspannungswandler weist ebenfalls eine Hilfsschaltung auf, die aus einer Resonanzinduktionsspule und einem Hilfsschalter besteht, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Die Hilfsschaltung ist zwischen dem Ausgangsanschluss und dem Verbindungspunkt zwischen den ersten und zweiten Hauptschaltern parallel zu der Glättungsinduktionsspule geschaltet. Der Gleichspannungswandler weist weiterhin Resonanzkondensatoren auf, die parallel zu den jeweiligen ersten und zweiten Hauptschaltern geschaltet sind.
  • Der Gleichspannungswandler misst einen durch den Hilfsresonanzkreis fließenden Hilfsstrom unter Verwendung eines Stromsensors.
  • Wenn der gemessene Hilfsstrom eine vorbestimmte ZVS-Bedingung erfüllt, schaltet der Gleichspannungswandler den zweiten Hauptschalter aus und schaltet den Hilfsschalter innerhalb der Zeitdauer von dem Ausschalten des zweiten Hauptschalters bis zu dem Einschalten des ersten Hauptschalters ein. Dies führt dazu, dass der Resonanzinduktionsspule elektrische Energie von dem Ausgangsanschluss zugeführt wird. Dies bewirkt, dass die Resonanzinduktionsspule und die Resonanzkondensatoren miteinander in Resonanz sind.
  • Nach Verstreichen einer vorbestimmten Totzeit seit dem Ausschalten des zweiten Hauptschalters schaltet der Gleichspannungswandler den ersten Hauptschalter ein, während die Spannung über den ersten Hauptschalter null gehalten wird. Dies führt daher zu einer zuverlässigen ZVS-Steuerung des ersten Hauptschalters, was zu einem niedrigeren Schaltverlust des ersten Hauptschalters und niedrigeren Schaltstörungen führt.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Der Hilfsschalter kann, während er sich in den Ein-Zustand befindet, fehlerhaft beispielsweise aufgrund von Störungen ausgeschaltet werden. Ein Ausschalten des Schalters kann dazu führen, dass der durch die Resonanzinduktionsspule fließende Hilfsstrom schnell abfällt, was zu einem Auftreten eines übermäßigen Spannungsstoßes über der Resonanzinduktionsspule aufgrund einer schnellen Verringerung des Hilfsstroms führt.
  • Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben sich auf dieses Problem fokussiert.
  • Das heißt, dass eine Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung darauf gerichtet ist, Leistungswandler bereitzustellen, von denen jeder eine ZVS-Steuerung unter Verwendung eines Hilfsschalters und einer Resonanzinduktionsspule durchführt, die in der Lage sind, eine über die Resonanzinduktionsspule angelegte Spannung zu reduzieren.
  • Eine beispielhafte Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung ist ein Leistungswandler, der mit einer Leistungsquelle verbundene hoch- und niedrigseitige Eingangsanschlüsse sowie mit einer elektrischen Last verbundene hoch- und niedrigseitige Ausgangsanschlüsse aufweist. Der Leistungswandler weist einen ersten Hauptschalter und einen zweiten Hauptschalter auf, der in Reihe mit dem ersten Hauptschalter geschaltet ist, wobei eine Kapazitätskomponente parallel zu zumindest einem der ersten und zweiten Hauptschalter geschaltet ist. Der Leistungswandler weist eine Hauptinduktionsspule mit ersten und zweiten Enden auf. Das erste Ende ist mit einem Verbindungspunkt der ersten und zweiten Hauptschalter verbunden. Der Leistungswandler weist eine Steuerungseinrichtung auf, die konfiguriert ist, komplementär die ersten und zweiten Hauptschalter einzuschalten, um
    • 1. elektromagnetische Energie, die aus der Leistungsquelle über die Eingangsanschlüsse zugeführt wird, in die Hauptinduktionsspule zu laden,
    • 2. die in der Hauptinduktionsspule geladene elektromagnetische Energie zu der elektrischen Last über die Ausgangsanschlüsse auszugeben.
  • Der Leistungswandler weist eine Resonanzinduktionsspule auf, die in Reihe mit der Kapazitätskomponente geschaltet ist. Die Resonanzinduktionsspule und die Kapazitätskomponente bilden einen Reihenresonanzkreis. Der Leistungswandler weist einen ersten elektrischen Pfad auf, der den Reihenresonanzkreis und einen des hochseitigen Eingangsanschlusses und des hochseitigen Ausgangsanschlusses miteinander verbindet. Der Leistungswandler weist eine Hilfsdiode auf, die eine Durchlassrichtung aufweist. Die Hilfsdiode ist in dem Reihenresonanzkreis oder dem ersten elektrischen Pfad derart vorgesehen, dass die Durchlassrichtung entlang einer Richtung von dem ausgewählten Anschluss zu der Resonanzinduktionsspule ist. Der Leistungswandler weist einen Hilfsschalter auf, der in dem Reihenresonanzkreis oder dem ersten elektrischen Pfad vorgesehen ist. Der Hilfsschalter ist konfiguriert, wenn eingeschaltet, zu bewirken, dass
    • 1. ein Induktionsspulenstrom durch die Hilfsdiode zu der Resonanzinduktionsspule fließt, wodurch elektromagnetische Energie in der Resonanzinduktionsspule gespeichert wird,
    • 2. die Resonanzinduktionsspule und die Kapazitätskomponente des Reihenresonanzkreises miteinander in Resonanz sind.
  • Der Leistungswandler weist einen zweiten elektrischen Pfad für den Induktionsspulenstrom auf, wobei der zweite elektrische Pfad einen Teil des ersten elektrischen Pfads mitgenutzt, wobei der Hilfsschalter umgangen wird. Der Leistungswandler weist eine Entladeeinheit auf, die auf dem zweiten elektrischen Pfad vorgesehen ist, wobei die Entladeeinheit aktiviert wird, um die in der Resonanzinduktionsspule gespeichert elektromagnetische Energie über den zweiten elektrischen Pfad zu entladen.
  • Wenn eingeschaltet, bewirkt der Hilfsschalter, dass die Resonanzinduktionsspule und die Kapazitätskomponente des Reihenresonanzkreises miteinander in Resonanz sind. Diese Resonanz ermöglicht, dass eine Spannung über der Kapazitätskomponente im Wesentlichen null ist. Dies ermöglicht die Durchführung der ZVS-Steuerung des Einschaltens des zumindest einen der ersten und zweiten Hauptschalter, der parallel zu der Kapazitätskomponente geschaltet ist. Dies führt zu einem geringeren Schaltverlust und geringeren Störungen, wenn der zumindest eine der ersten und zweiten Hauptschalter eingeschaltet wird.
  • Zusätzlich wird die in dem zweiten elektrischen Pfad vorgesehene Entladeeinheit aktiviert, um die in der Resonanzinduktionsspule gespeicherte elektromagnetische Energie über den zweiten elektrischen Pfad zu entladen, selbst wenn eine Überspannung über die Resonanzinduktionsspule angelegt wird, wodurch die Resonanzinduktionsspule vor der Überspannung geschützt wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Andere Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:
  • 1 ein Schaltungs- und Blockdiagramm, das schematisch ein Beispiel für die Gesamtstruktur eines Leistungswandlers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht,
  • 2A bis 2J verbundene Zeitverlaufsdiagramme, die schematisch veranschaulichen, wie vorbestimmte Parameter des Leistungswandlers sich im Verlaufe der Zeit ändern,
  • 3 ein Ersatzschaltbild, das schematisch veranschaulicht, wie der Leistungswandler in einer ersten Betriebsart arbeitet,
  • 4 ein Ersatzschaltbild, das schematisch veranschaulicht, wie der Leistungswandler in einer zweiten Betriebsart arbeitet,
  • 5 ein Ersatzschaltbild, das schematisch veranschaulicht, wie der Leistungswandler in einer dritten Betriebsart arbeitet,
  • 6 ein Ersatzschaltbild, das schematisch veranschaulicht, wie der Leistungswandler in einer vierten Betriebsart arbeitet,
  • 7 ein Ersatzschaltbild, das schematisch veranschaulicht, wie der Leistungswandler in einer fünften Betriebsart arbeitet,
  • 8 ein Ersatzschaltbild, das schematisch veranschaulicht, wie der Leistungswandler in einer sechsten Betriebsart arbeitet,
  • 8A ein Ersatzschaltbild, das schematisch veranschaulicht, wie der Leistungswandler in einer siebten Betriebsart arbeitet,
  • 9 ein Schaltbild, das die Hauptkomponenten des in 1 veranschaulicht Leistungswandlers veranschaulicht,
  • 10 ein Schaltbild, das die Hauptkomponenten eines Leistungswandlers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht,
  • 11 ein Schaltbild, das schematisch die Hauptkomponenten eines Leistungswandlers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht,
  • 12 ein Schaltbild, das schematisch die Hauptkomponenten eines Leistungswandlers gemäß einer Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht,
  • 13 ein Schaltbild, das schematisch die Hauptkomponenten eines Leistungswandlers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht,
  • 14 ein Schaltbild, das schematisch die Hauptkomponenten eines Leistungswandlers gemäß einer Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht,
  • 15 ein Schaltbild, das schematisch die Hauptkomponenten eines Leistungswandlers gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht,
  • 16 ein Schaltbild, das schematisch die Hauptkomponenten eines Leistungswandlers gemäß einer Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht,
  • 17 ein Schaltbild, das schematisch die Hauptkomponenten eines Leistungswandlers gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht,
  • 18 ein Schaltbild, das schematisch die Hauptkomponenten eines Leistungswandlers gemäß einer Modifikation des sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht,
  • 19 ein Schaltbild, das schematisch die Hauptkomponenten eines Leistungswandlers gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht,
  • 20 ein Schaltbild, das schematisch die Hauptkomponenten eines Leistungswandlers gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht,
  • 21 ein Schaltbild, das schematisch die Hauptkomponenten eines Leistungswandlers gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht,
  • 22 ein Schaltbild, das schematisch die Hauptkomponenten eines Leistungswandlers gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht,
  • 23 ein Schaltbild, das schematisch die Hauptkomponenten eines Leistungswandlers gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht,
  • 24 ein Schaltbild, das schematisch die Hauptkomponenten eines Leistungswandlers gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht,
  • 25 ein Schaltbild, das schematisch die Hauptkomponenten eines Leistungswandlers gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht, und
  • 26 ein Schaltbild, das schematisch die Hauptkomponenten eines Leistungswandlers gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • AUSFÜHRLICHE AUSFÜHRUNGSBEISPIELBESCHREIBUNG
  • Nachstehend sind spezifische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Ausführungsbeispielen sind zur Vermeidung redundanter Beschreibung gleiche Teile zwischen den Ausführungsbeispielen, denen gleiche Bezugszeichen zugeordnet sind, ausgelassen oder vereinfacht.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend ist ein Leistungswandler 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung beschrieben; der Leistungswandler 10 ist ein nicht isolierter Gleichspannungswandler als ein Beispiel für einen Leistungswandler gemäß der vorliegenden Offenbarung.
  • Gemäß 1 ist der Leistungswandler 10 als ein Tiefsetzsteller zum Heruntersetzen eine Eingangsspannung zur Ausgabe einer heruntergesetzten Spannung ausgelegt.
  • Der Leistungswandler 10 weist einen ersten Hauptschalter Sa1, einen zweiten Hauptschalter Sa2, erste und zweite Hauptkondensatoren Ca1 und Ca2 sowie eine Hauptinduktionsspule oder eine Hauptdrosselspule wie eine Glättungsinduktionsspule L1 auf. Der Leistungswandler 10 weist ebenfalls einen Glättungskondensator, d.h. einen Filterkondensator, 30, einen Glättungskondensator, d.h. einen Filterkondensator, 32, eine Hilfsschaltung 20, eine Diode Du, die beispielsweise als eine Spannungsbegrenzungseinrichtung oder eine Entladeeinheit dient, und eine Steuerungseinrichtung 50 auf.
  • Der Leistungswandler 10 weist ein erstes Paar hoch- und niedrigseitige Eingangsanschlüsse Tpin und Tnin auf, mit denen jeweils die positiven und negativen Anschlüsse einer Gleichstromleistungsquelle wie einer wiederaufladbare Batterie 40 verbunden sind. Der Leistungswandler 10 weist ebenfalls ein zweites Paar hoch- und niedrigseitige Ausgangsanschlüsse Tpout und Tnout auf, mit denen jeweils hoch- und niedrigseitige Anschlüsse einer elektrischen Last 42 verbunden sind.
  • Die hoch- und niedrigseitigen Eingangsanschlüsse Tpin und Tnin gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dienen als hoch- und niedrigseitige Eingangsanschlüsse des Leistungswandlers 10, und die hoch- und niedrigseitigen Ausgangsanschlüsse Tpout und Tnout gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dienen als hoch- und niedrigseitige Ausgangsanschlüsse des Leistungswandlers 10. Der niedrigseitige Eingangsanschlüsse Tnin und der niedrigseitiger Ausgangsanschlüsse Tnout sind miteinander über eine gemeinsame Signalmasseleitung mit einem Massepotential von 0 V verbunden.
  • Das heißt, dass der Leistungswandler 10, der als Tiefsetzsteller dient, konfiguriert ist, eine Eingangsspannung Vin, die an die hoch- und niedrigseitigen Eingangsanschlüsse Tpin und Tnin angelegt wird, herunterzusetzen, und als eine Ausgangsspannung Vout die heruntergesetzte Spannung an die elektrische Last 42 über die hoch- und niedrigseitigen Ausgangsanschlüsse Tpout und Tnout auszugeben.
  • Die ersten und zweiten Hauptschalter Sa1 und Sa2 sind in Reihe zwischen den hoch- und niedrigseitigen Eingangsanschlüssen Tpin und Tnin geschaltet, um eine Reihenschalteinheit zu bilden, so dass der erste Hauptschalter Sa1 als ein Oberzweigschalter, d.h. ein hochseitiger Schalter dient, und der zweite Hauptschalter Sa2 als ein Unterzweigschalter, d.h. ein niedrigseitiger Schalter dient. Das erste Ausführungsbeispiel verwendet einen N-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) für jeden der Schalter Sa1 und Sa2.
  • Insbesondere ist der Drain des ersten Hauptschalters Sa1 mit dem positiven Anschluss der Gleichstromleistungsquelle 40 über den hochseitigen Eingangsanschluss Tpin verbunden, und ist die Source des ersten Hauptschalters Sa1 an einem Verbindungspunkt TA mit dem Drain des zweiten Hauptschalters Sa2 verbunden. Die Source des zweiten Hauptschalters Sa2 ist mit dem negativen Anschluss der Gleichstromleistungsquelle 40 über den niedrigseitigen Eingangsanschluss Tnin verbunden.
  • Der Drain und die Source von jedem der ersten und zweiten Hauptschalter Sa1 und Sa2 dienen als Eingangs- und Ausgangsanschlüsse des Entsprechenden der ersten und zweiten Hauptschalter Sa1 und Sa2.
  • Der Leistungswandler 10 weist eine erste Freilaufdiode Da1, die über den ersten Hauptschalter Sa1 antiparallel zu dem ersten Hauptschalter Sa1 geschaltet ist, und eine zweite Freilaufdiode Da2 auf, die über den zweiten Hauptschalter SA2 antiparallel zu dem zweiten Hauptschalter Sa2 geschaltet ist. Eine interne Diode jedes der ersten und zweiten Hauptschalter Sa1 und Sa2, d.h. der MOSFETs, können als die Entsprechende der ersten und zweiten Freilaufdioden Da1 und Da2 dienen. Externe Dioden können über die jeweiligen ersten und zweiten Hauptschalter Sa1 und Sa2 als die ersten und zweiten Freilaufdioden Da1 und Da2 verbunden werden.
  • Der erste Kondensator Ca1 ist über den ersten Hauptschalter Sa1 parallel zu dem ersten Hauptschalter Sa1 geschaltet, und der zweite Hauptkondensator Ca2 ist über den zweiten Hauptschalter Sa2 parallel zu dem zweiten Hauptschalter Sa2 geschaltet. Eine schwebende Kapazität von jedem der ersten und zweiten Hauptschalter Sa1 und Sa2 kann als der Entsprechende der ersten und zweiten Hauptkondensatoren Ca1 und Ca2 dienen. Externe Snubber-Kondensatoren können über die jeweiligen ersten und zweiten Hauptschalter Sa1 und Sa2 als die ersten und zweiten Hauptkondensatoren Ca1 und Ca2 geschaltet werden.
  • Die Hauptinduktionsspule L1, die beispielsweise als eine erste magnetische Komponente dient, weist entgegengesetzte erste und zweite Enden auf. Das erste Ende der Hauptinduktionsspule L1 ist mit dem Verbindungspunkt TA verbunden, und das zweite Ende der Hauptinduktionsspule L1 ist mit dem hochseitigen Anschluss Tpout verbunden.
  • Der Glättungskondensator 30, der beispielsweise als ein erster Glättungskondensator dient, weist ein hochseitiges Ende und ein niedrigseitiges Ende auf. Das hochseitige Ende des Glättungskondensator 30 ist mit dem Drain des ersten Hauptschalters Sa1 verbunden, und das niedrigseitige Ende des Glättungskondensators 30 ist mit der Source des zweiten Hauptschalters Sa2 verbunden, so dass der Glättungskondensator 30 parallel zu der Reihenschalteinheit und der Gleichstromleistungsquelle 40 geschaltet ist. Der Drain des ersten Hauptschalters Sa1 dient als ein hochseitiger Anschluss der Reihenschalteinheit, und die Source des zweiten Hauptschalters Sa2 dient als niedrigseitiger Anschluss der Reihenschalteinheit.
  • Der Glättungskondensator 32, der beispielsweise als ein zweiter Glättungskondensator dient, weist ein hochseitiges Ende und ein niedrigseitiges Ende auf. Das hochseitige Ende des Glättungskondensators 32 ist mit dem zweiten Ende der Hauptinduktionsspule L1 verbunden, und ist ebenfalls mit dem hochseitigen Anschluss der elektrischen Last 42 über den hochseitigen Ausgangsanschluss Tpout verbunden. Das niedrigseitige Ende des Glättungskondensators 32 ist mit der Source des zweiten Hauptschalters Sa2 verbunden, und ist ebenfalls mit dem niedrigseitigen Anschluss der elektrischen Last 42 über den niedrigseitigen Ausgangsanschluss Tnout verbunden. Das heißt, dass der Glättungskondensator 32 parallel zu der elektrischen Last 42 geschaltet ist.
  • Jeder der Glättungskondensatoren 30 und 32 ist konfiguriert, eine Entsprechende der Eingangsspannung Vin an den hoch- und niedrigseitigen Eingangsanschlüssen Tpin und Tnin des Leistungswandlers 10 und der Ausgangsspannung Vout des Leistungswandlers 10 zwischen den hoch- und niedrigseitigen Ausgangsanschlüssen Tpout und Tnout zu stabilisieren. Es sei bemerkt, dass dieselben Bezugszeichen Vin und Vout verwendet werden, um Spannungen wiederzugeben, die in die oder aus den Leistungswandlern gemäß allen Ausführungsbeispielen eingegeben und ausgegeben werden, jedoch können Werte der Spannungen Vin und Vout unabhängig für die jeweiligen Ausführungsbeispiele eingestellt werden.
  • Die Hilfsschaltung 20, die ebenfalls beispielsweise als eine Hilfsschaltschaltung dient, ist über die Hauptinduktionsspule L1 parallel zu der Hauptinduktionsspule L1 geschaltet.
  • Die Hilfsschaltung 20 weist eine Hilfsdiode Ds, einen Hilfsschalter Ss und eine Resonanzinduktionsspule L2 auf, die in Reihe geschaltet sind. Das erste Ausführungsbeispiel verwendet einen N-Kanal-MOSFET als den Hilfsschalter Ss. Eine Diode Dt ist über den Hilfsschalter Ss antiparallel zu dem Hilfsschalter Ss geschaltet. Eine interne Diode des Hilfsschalters Ss, d.h. der MOSFET, kann als die Diode Dt dienen. Eine externe Diode kann vorgesehen werden, um über den Hilfsschalter Ss als die Diode Dt angeschlossen zu werden.
  • Die Resonanzinduktionsspule L2 weist entgegengesetzte erste und zweite Enden auf. Das erste Ende der Resonanzinduktionsspule L2 ist mit dem Drain des Hilfsschalters Ss verbunden, und das zweite Ende der Resonanzinduktionsspule L2 ist mit der Kathode der Hilfsdiode Ds verbunden. Die Anode der Hilfsdiode Ds ist mit dem zweiten Ende der Hauptinduktionsspule L1 verbunden. Die Source des Hilfsschaltelements Ss ist mit dem ersten Ende der Hauptinduktionsspule L1 verbunden.
  • Jede der Hauptinduktionsspule L1 und der Resonanzinduktionsspule L2 weist eine Induktivität auf, und die Induktivität der Resonanzinduktionsspule L2 ist derart eingestellt, dass sie ausreichend kleiner als die Induktivität der Hauptinduktionsspule L1 ist.
  • Der Leistungswandler 10 weist einen ersten Spannungssensor 44, einen zweiten Spannungssensor 45, einen ersten Stromsensor 46 und einen zweiten Stromsensor 47 auf; die Sensoren 44 bis 47 sind mit der Steuerungseinrichtung 50 verbunden.
  • Der erste Spannungssensor 44 dient als eine Einrichtung zum Messen der Eingangsspannung Vin zwischen den positiven und negativen Anschlüssen der Gleichstromleistungsquelle 40, d.h. zwischen den hoch- und niedrigseitigen Eingangsanschlüssen Tpin und Tnin, und zum Senden eines Signals, das die gemessene Eingangsspannung Vin angibt, zu der Steuerungseinrichtung 50.
  • Der zweite Spannungssensor 45 dient als eine Einrichtung zum Messen der Ausgangsspannung Vout zwischen den positiven und negativen Anschlüssen der elektrischen Last 42, d.h. zwischen den hoch- und niedrigseitigen Ausgangsanschlüssen Tpout und Tnout und zum Senden eines Signals, das die gemessene Ausgangsspannung Vout angibt, zu der Steuerungseinrichtung 50.
  • Der erste Stromsensor 46 dient als eine Einrichtung zum Messen eines ersten Stroms, d.h. eines Hauptstroms, IL1, der durch die Hauptinduktionsspule L1 fließt, und zum Senden eines Signals, das den gemessenen Wert des ersten Stroms IL1 angibt, zu der Steuerungseinrichtung 50.
  • Der zweite Stromsensor 47 dient als eine Einrichtung zum Messen eines zweiten Stroms, d.h. eines Induktionsspulenstroms, IL2, der durch die Resonanzinduktionsspule L2 fließt, und zum Senden eines Signals, das den gemessenen Wert des zweiten Stroms IL2 angibt, zu der Steuerungseinrichtung 50.
  • Die Steuerungseinrichtung 50 ist beispielsweise als eine Mikrocomputerschaltung ausgelegt, die im Wesentlichen beispielsweise eine CPU 50a, einen Speicher 50b und deren Peripherieschaltung einschließlich einer I/O-Einheit aufweist. Der Speicher 50b weist beispielsweise ein ROM, das beispielsweise ein nichtflüchtiges Speichermedium ist, und ein RAM auf. Die Steuerungseinrichtung 50 ist mit jeweiligen Steuerungsanschlüssen, d.h. den jeweiligen Gates, des ersten Hauptschalters Sa1, des zweiten Hauptschalters Sa2 und des Hilfsschalters Ss verbunden.
  • Die Steuerungseinrichtung 50 führt periodisch Ein-Aus-Schaltvorgänge der ersten und zweiten Hauptschalter Sa1 und Sa2 durch. Insbesondere schaltet die Steuerungseinrichtung 50 komplementär den ersten Hauptschalter Sa1 und den zweiten Hauptschalter Sa2 mit vorbestimmten Totzeiten zwischen ihren Ein-Perioden ein. Die Steuerungseinrichtung 50 bestimmt die Schaltperiode Tsw, die aus einer Einschaltperiode Ton und einer Ausschaltperiode Toff besteht, für jeden der ersten und zweiten Hauptschalter Sa1 und Sa2 entsprechend dem Verhältnis der Ausgangsspannung Vout und der Eingangsspannung Vin. Das Verhältnis, das als Vout/Vin ausgedrückt ist, wird als Tiefsetzverhältnis bezeichnet. Zusätzlich stellt die Steuerungseinrichtung 50 einen ersten Tastgrad des ersten Hauptschalters Sa1 für jede Schaltperiode Tsw auf einen Wert ein, der gleich wie oder kleiner als 0,5 ist. Der erste Tastgrad des ersten Hauptschalters Sa1 für jede Schaltperiode Tsw repräsentiert das Verhältnis der Einschaltperiodenzeit Ton zu der entsprechenden Schaltperiode Tsw. Das heißt, dass die Steuerungseinrichtung 50 den ersten Tastgrad des ersten Hauptschalters Sa1 für jede Schaltperiode Tsw derart einstellt, dass er niedriger als ein zweiter Tastgrad des zweiten Hauptschalters Sa2 für die entsprechende Schaltperiode Tsw ist.
  • Insbesondere bewirkt, wenn der erste Hauptschalter Sa1 ein ist, während der zweite Hauptschalter Sa2 aus ist, die Gleichstromleistungsquelle 40 den Fluss eines Stroms zu der Hauptinduktionsspule L1 über den ersten Hauptschalter Sa1, so dass elektromagnetische Energie, die auf den Strom basiert, in der Hauptinduktionsspule L1 gespeichert wird. Danach fließt, wenn der erste Hauptschalter Sa1 ausgeschaltet wird, während der zweite Hauptschalter Sa2 aus ist, ein Freilaufstrom aus der Hauptinduktionsspule L1 durch den Glättungskondensator 32 und die zweite Freilaufdiode Da2.
  • Danach bewirkt, wenn der zweite Hauptschalter Sa2 eingeschaltet wird, während der erste Hauptschalter Sa1 aus ist, die in der Hauptinduktionsspule L1 gespeicherte elektromagnetische Energie einen Fluss eines Stroms von der Hauptinduktionsspule L1 zu der elektrischen Last 21, die mit den hoch- und niedrigseitigen Ausgangsanschlüssen Tpout und Tnout verbunden ist. Dies führt dazu, dass die Eingangsspannung Vin der Gleichstromleistungsquelle 40 an den Leistungswandler 10 auf eine vorbestimmte Spannung heruntergesetzt wird. Die vorbestimmte heruntergesetzte Spannung wird aus den hoch- und niedrigseitigen Ausgangsanschlüssen Tpout und Tnout an die elektrische Last 42 ausgegeben.
  • Die Steuerungseinrichtung 50 ist ebenfalls betreibbar, den Hilfsschalter Ss auf der Grundlage einer vorbestimmten Schaltperiode TswA periodisch einzuschalten; die Schaltperiode TswA besteht aus einer Einschaltperiode und einer Ausschaltperiode für den Hilfsschalter Ss.
  • Die Diode Du ist zwischen dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin und der Resonanzinduktionsspule L2 vorgesehen. Insbesondere ist die Anode der Diode Du mit dem ersten Ende der Resonanzinduktionsspule L2 verbunden, und ist die Kathode der Diode Du mit dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin verbunden.
  • Nachstehend ist der grundlegende Betrieb des Leistungswandlers 10 unter Bezugnahme auf 2A bis 9 beschrieben. 2A bis 2J sind verbundene Zeitverlaufsdiagramme, die schematisch veranschaulichen, wie vorbestimmte Parameter des Leistungswandlers 10 sich im Verlaufe der Zeit ändern.
  • Insbesondere zeigt jede der 2A bis 2C ein Zeitverlaufsdiagramm, das schematisch veranschaulicht, wie sich Ein-/Aus-Zustände des Entsprechenden des ersten Hauptschalters Sa1, des zweiten Hauptschalters Sa2 und des Hilfsschalters Ss im Verlaufe der Zeit ändern.
  • 2D zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das schematisch veranschaulicht, wie eine durch das Bezugszeichen Vds1 ausgedrückte Drain-Source-Spannung des ersten Hauptschalters Sa1 im Verlaufe der Zeit ändert. Die Drain-Source-Spannung Vds1 dient als eine Eingangs-Ausgangs-Anschlussspannung des ersten Hauptschalters Sa1.
  • 2E zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das schematisch veranschaulicht, wie ein durch das Bezugszeichen Ids1 ausgedrückter Drain-Strom des ersten Hauptschalters Sa1 sich im Verlaufe der Zeit ändert.
  • 2F zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das schematisch veranschaulicht, wie eine durch das Bezugszeichen Vds2 ausgedrückte Drain-Source-Spannung des zweiten Hauptschalters Sa2 sich im Verlaufe der Zeit ändert. Die Drain-Source-Spannung Vds2 dient als eine Eingangs-Ausgangs-Anschlussspannung des zweiten Hauptschalters Sa2.
  • 2G zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das schematisch veranschaulicht, wie ein durch das Bezugszeichen Ids2 ausgedrückter Drain-Strom des zweiten Hauptschalters Sa2 sich im Verlaufe der Zeit ändert.
  • 2H zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das schematisch veranschaulicht, wie eine durch das Bezugszeichen Vdss ausgedrückte Drain-Source-Spannung des Hilfsschalters Ss sich im Verlaufe der Zeit ändert. Die Drain-Source-Spannung Vdss dient als eine Eingangs-Ausgangs-Anschlussspannung des Hilfsschalters Ss.
  • 2I zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das schematisch veranschaulicht, wie der durch die Hauptinduktionsspule L1 fließende erste Strom IL1 sich im Verlaufe der Zeit ändert, und 2J zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das schematisch veranschaulicht, wie der durch die Resonanzinduktionsspule L2 fließende zweite Strom IL2 sich im Verlaufe der Zeit ändert.
  • Es sei bemerkt, dass die Richtung, in der der Drain-Strom Ids1 des ersten Hauptschalters Sa1 von dem Drain zu der Source fließt, als eine positive Richtung definiert ist, und dass die Richtung, in der der Drain-Strom Ids2 des zweiten Hauptschalters Sa2 von der Source zu dem Drain fließt, als eine positive Richtung definiert ist. Die Richtung, in der der zweite Strom IL2 von dem Drain des Hilfsschalters Ss zu dessen Source fließt, ist als eine positive Richtung definiert. Anders ausgedrückt ist die Richtung, in der der zweite Strom IL2 von dessen ersten Ende zu dessen zweiten Ende über die Hilfsdiode Ds fließt, als die positive Richtung definiert. Die Richtung, in der der erste Strom IL1 von dessen ersten Ende zu dessen zweiten Ende fließt, ist als eine positive Richtung definiert.
  • 3 zeigt ein Ersatzschaltbild, das schematisch veranschaulicht, wie der Leistungswandler 10 in einer ersten Betriebsart innerhalb der Zeitdauer von dem Zeitpunkt t0, der den Start der gegenwärtigen Schaltperiode TswA des Hilfsschalters Ss repräsentiert, bis unmittelbar vor dem Zeitpunkt t1, der in 2 veranschaulicht ist, arbeitet. 4 zeigt ein Ersatzschaltbild, das schematisch veranschaulicht, wie der Leistungswandler 10 in einer zweiten Betriebsart innerhalb der Zeitdauer von dem Zeitpunkt t1 bis unmittelbar vor dem in 2 veranschaulichten Zeitpunkt t2 arbeitet. 5 zeigt ein Ersatzschaltbild, das schematisch veranschaulicht, wie der Leistungswandler 10 in einer dritten Betriebsart innerhalb der Zeitdauer von dem Zeitpunkt t2 bis unmittelbar vor dem in 2 veranschaulichen Zeitpunkt t3 arbeitet.
  • 6 zeigt ein Ersatzschaltbild, das schematisch veranschaulicht, wie der Leistungswandler 10 in einer vierten Betriebsart innerhalb der Zeitdauer von dem Zeitpunkt t3 bis unmittelbar vor dem in 2 veranschaulichen Zeitpunkt t4 arbeitet. 7 zeigt ein Ersatzschaltbild, das schematisch veranschaulicht, wie der Leistungswandler 10 in einer fünften Betriebsart innerhalb der Zeitdauer von dem Zeitpunkt t4 bis unmittelbar vor dem in 2 veranschaulichen Zeitpunkt t5 arbeitet. 8 zeigt ein Ersatzschaltbild, das schematisch veranschaulicht, wie der Leistungswandler 10 in einer sechsten Betriebsart innerhalb der Zeitdauer von dem Zeitpunkt t5 bis unmittelbar vor dem in 2 veranschaulichen Zeitpunkt t6 arbeitet. 8A zeigt ein Ersatzschaltbild, das schematisch veranschaulicht, wie der Leistungswandler 10 in einer siebten Betriebsart innerhalb der Zeitdauer von dem Zeitpunkt t6 bis unmittelbar vor dem Zeitpunkt t0 arbeitet, der den Start einer nächsten Schaltperiode TswA des Hilfsschalters Ss repräsentiert.
  • Es sei bemerkt, dass die Darstellung der Diode Dt in jeder der 3 bis 8A weggelassen ist.
  • Erste Betriebsart
  • Wie es in 3 veranschaulicht ist, wird der Hilfsschalter Ss eingeschaltet, während der erste Hauptschalter Sa1 aus gehalten wird und der zweite Hauptschalter Sa2 unter der Steuerung der Steuerungseinrichtung 50 beim Start einer gegenwärtigen Schaltperiode TswA des Hilfsschalters Ss gehalten wird.
  • In der ersten Betriebsart des Leistungswandlers 10 innerhalb der Zeitdauer von Zeitpunkt t0 bis zu dem Zeitpunkt t1 fließt der erste Strom IL1 auf der Grundlage der in die Hauptinduktionsspule L1 geladenen elektromagnetischen Energie als der Freilaufstrom von der Hauptinduktionsspule L1 durch den Glättungskondensator 32 und den zweiten Hauptschalter Sa2.
  • Zusätzlich ermöglicht die erste Betriebsart die Erstellung eines geschlossenen Schaltkreises, der den zweiten Hauptschalter Sa2, den Glättungskondensator 32 und die Hilfsschaltung 20 aufweist, so dass der zweite Strom IL2 fließt, um sich allmählich durch den geschlossenen Kreis auf der Grundlage der in dem Glättungskondensator 32 gespeicherten elektromagnetischen Energie zu erhöhen. Dies führt dazu, dass elektromagnetische Energie in der Resonanzinduktionsspule L2 gespeichert wird. Da die Induktivität der Resonanzinduktionsspule L2 derart eingestellt ist, dass sie ausreichend kleiner als die Induktivität der Hauptinduktionsspule L1 ist, steigt der zweite Strom IL2 in einer kurzen Zeit schnell an.
  • In der ersten Betriebsart bewirkt ein allmählicher Anstieg in dem zweiten Strom IL2, der aus der Resonanzinduktionsspule L2 zu dem zweiten Hauptschalter Sa2 fließt, ein allmähliches Verringern des Drain-Stroms Ids2, so dass der Drain-Strom Ids2 sich derart verringert hat, dass er kleiner als null ist. Ein Ausschalten des zweiten Hauptschalters Sa2 mit dessen Drain-Strom Ids2 kleiner als null zu dem Zeitpunkt t2 ermöglicht daher eine Reduzierung des Ausschaltverlustes des zweiten Hauptschalters Sa2.
  • Zweite Betriebsart
  • Wenn der zweite Hauptschalter Sa2 zu dem Zeitpunkt t1 ausgeschaltet wird, sodass beide der ersten und zweiten Hauptschalter Sa1 und Sa2 während einer Totzeit aus sind, wird die erste Betriebsart des Leistungswandlers 10 auf die zweite Betriebsart versetzt, wie es in 4 veranschaulicht ist.
  • Die zweite Betriebsart des Leistungswandlers 10 innerhalb der Totzeit von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2 ermöglicht, dass
    • (1) die Resonanzinduktionsspule L2 und der erste Hauptkondensator Ca1 einen Reihenresonanzkreis RC1 dadurch bilden, dass der Hilfsschalter Ss ein ist,
    • (2) die Resonanzinduktionsspule L2 und der zweite Hauptkondensator Ca2 einen Reihenresonanzkreis RC2 dadurch bilden, dass der Hilfsschalter Ss ein ist.
  • Jeder der Resonanzkreise RC1 und RC2 ist mit dem hochseitigen Ausgangsanschluss Tpout über einen ersten elektrischen Pfad P1 verbunden, der die Hilfsdiode Ds aufweist.
  • Jeder der Resonanzkreise RC1 und RC2 führt dazu, dass die Resonanzinduktionsspule L2 mit dem Entsprechenden der ersten und zweiten Hauptkondensatoren Ca1 und Ca2 in Resonanz ist. Diese Resonanz, die auf den Resonanzkreis RC1 beruht, bewirkt, dass die in dem ersten Hauptkondensator Ca1 gespeicherte elektrische Ladung entladen wird, so dass sich die Spannung über den ersten Hauptkondensator Ca1 verringert. Dies führt dazu, dass die Drain-Source-Spannung Vds1 des ersten Hauptschalters Sa1 sich zu dem Zeitpunkt t2 auf null verringert. Das Einschalten des ersten Hauptschalters Sa1, wenn deren Drain-Source-Spannung Vds1 null ist, zu dem Zeitpunkt t2, ermöglicht ein Ausführen der ZVS-Steuerung des ersten Hauptschalters Sa1, wodurch ein Einschaltverlust des ersten Hauptschalters Sa1 reduziert wird.
  • Diese Resonanz bewirkt ebenfalls ein Teilen des zweiten Stroms IL2 in zwei Ströme Ic1 und Ic2, die jeweils durch die ersten und zweiten Hauptkondensatoren Ca1 und Ca2 fließen.
  • Ein Ausschalten des zweiten Hauptschalters Sa2 zu dem Zeitpunkt, zu dem der zweite Strom IL2 die vorbestimmte Bedingung, die durch die nachfolgende Gleichung (1) definiert ist, erfüllt, ermöglicht das Ausführen der ZVS-Steuerung des zweiten Hauptschalters Sa2:
    Figure DE102017113697A1_0002
  • Dabei repräsentieren C1a und C2a in der Gleichung (1) die Kapazitäten der jeweiligen ersten und zweiten Hauptkondensatoren Ca1 und Ca2 und repräsentiert L2 in der Gleichung (1) die Induktivität der Resonanzinduktionsspule L2.
  • Als ein anderes Beispiel ermöglicht das Ausschalten des zweiten Hauptschalters Sa2 zu dem Zeitpunkt, zu dem die durch das Bezugszeichen Ts ausgedrückte Länge der Zeitdauer von dem Zeitpunkt t0 bis zu dem Zeitpunkt t1 die durch die nachfolgende Gleichung (2) definierte vorbestimmte Bedingung erfüllt, das Ausführen der ZVS-Steuerung des zweiten Hauptschalters Sa2:
    Figure DE102017113697A1_0003
  • Dritte Betriebsart
  • Wenn der erste Hauptschalter Sa1 zu dem Zeitpunkt t2 eingeschaltet wird, wird die zweite Betriebsart des Leistungswandlers 10 auf die dritte Betriebsart versetzt, wie es in 5 veranschaulicht ist. In der dritten Betriebsart des Leistungswandlers 10 innerhalb der Zeitdauer von Zeitpunkt t2 bis zu dem Zeitpunkt t3 wird die verbleibende elektromagnetische Energie, die in der Resonanzinduktionsspule L2 gespeichert ist, zu den hoch- und niedrigseitigen Eingangsanschlüssen Tpin und Tnin entladen, um sich auf null zu verringern.
  • Die Hilfsschaltung 20 ist in der Lage, den Pegel einer Stoßspannung zu reduzieren, die daraus resultiert, dass der erste Hauptschalter Sa1 zu dem Zeitpunkt t2 eingeschaltet wird. Insbesondere hebt der durch die Resonanzinduktionsspule L2 zu der zweiten Freilaufdiode Da2 fließende geteilte Strom Ic2 den Freilaufstrom, d.h. den ersten Strom IL1 auf, der versucht, durch die Hauptinduktionsspule L1 und die zweite Freilaufdiode Da2 zu fließen. Dies ermöglicht, dass, selbst wenn der erste Hauptschalter Sa1 zu dem Zeitpunkt t2 eingeschaltet wird, so dass eine umgekehrte Spannung über die zweite Freilaufdiode Da2 angelegt wird, der Pegel einer Stoßspannung, die aufgrund des umgekehrten Wiederherstellungsstroms von der Freilaufdiode Da2 verursacht wird, reduziert wird.
  • Vierte Betriebsart
  • Wenn die Resonanz bewirkt, dass die zweite Drain-Source-Spannung Vds2 die Eingangsspannung Vin erreicht, so dass die erste Drain-Source-Spannung Vds1 null wird, fließt der zweite Strom IL2 nicht durch die Hilfsschaltung 20 zu dem Zeitpunkt t3, wodurch die Resonanz beendet wird. Dies führt dazu, dass die dritte Betriebsart des Leistungswandlers 10 auf die vierte Betriebsart versetzt wird, wie es in 6 veranschaulicht ist. In der vierten Betriebsart des Leistungswandlers 10 innerhalb der Zeitdauer von dem Zeitpunkt t3 bis zu dem Zeitpunkt t4 bewirkt die Gleichstromleistungsquelle 40 einen Fluss eines Stroms durch die Hauptinduktionsspule L1 als den ersten Strom IL1 über den ersten Hauptschalter Sa1, so dass elektromagnetische Energie auf der Grundlage des ersten Stroms IL1 in der Hauptinduktionsspule L1 gespeichert wird. Da die Hilfsdiode D2 in Bezug auf die Richtung des ersten Stroms IL1 durch die Hilfsschaltung 20 umgekehrt vorgespannt ist, wird kein Stromschluss durch die Hilfsschaltung 20 beibehalten.
  • Fünfte Betriebsart
  • Wenn der Hilfsschalter Ss zu dem Zeitpunkt t4 ausgeschalten wird, wird die vierte Betriebsart des Leistungswandlers 10 auf die fünfte Betriebsart versetzt, wie es in 7 veranschaulicht ist. Innerhalb der fünften Betriebsart des Leistungswandlers 10 innerhalb der Zeitdauer von dem Zeitpunkt t4 bis zu dem Zeitpunkt t5 bewirkt die Gleichstromleistungsquelle 40 einen Fluss eines Stroms durch die Hauptinduktionsspule L1 als den ersten Strom IL1 über den ersten Hauptschalter Sa1 in der gleichen Weise wie in der vierten Betriebsart.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird der Hilfsschalter Ss ausgeschaltet, während kein Strom durch die Hilfsschaltung 20 fließt, was das Ausführen der ZVS-Steuerung des Hilfsschalters Ss ermöglicht. Dies führt dazu, dass der Ausschaltverlust des Hilfsschalters Ss minimiert wird, wodurch das Auftreten einer Stoßspannung aus dem Hilfsschalter Ss beim Ausschalten des Hilfsschalters Ss vermieden wird.
  • Sechste Betriebsart
  • Wenn der erste Hauptschalter Sa1 zu dem Zeitpunkt t5 ausgeschaltet wird, wird die fünfte Betriebsart des Leistungswandlers 10 auf die sechste Betriebsart versetzt, wie es in 8 veranschaulicht ist. In der sechsten Betriebsart des Leistungswandlers 10 innerhalb der Zeitdauer von dem Zeitpunkt t5 bis zu dem Zeitpunkt t6 fließt der Freilaufstrom IL1 durch die Hauptinduktionsspule L1, und fließt ein Strom IL1a auf der Grundlage der Gleichstromleistungsquelle 40 durch den ersten Hauptkondensator Ca1. Dies lädt den ersten Hauptkondensator Ca1, so dass sich die Drain-Source-Spannung Sa1 erhöht, wohingegen die Drain-Source-Spannung Vds2 des zweiten Schalters Sa2 sich aufgrund des Ausschaltens des ersten Hauptschalters Sa1 verringert. Wenn die Drain-Source-Spannung Vds1 die aus der Gleichstromleistungsquelle 40 ausgegebene Eingangsspannung Vin erreicht, wird die Drain-Source-Spannung Vds2 des zweiten Hauptschalters Sa2 zu dem Zeitpunkt t6 in derselben Weise wie bei einem typischen Tiefsetz-Gleichspannungswandler null.
  • Siebte Betriebsart
  • Wenn der zweite Hauptschalter Sa2 zu dem Zeitpunkt t6 eingeschaltet wird, wird die sechste Betriebsart des Leistungswandlers 10 zu der siebten Betriebsart versetzt, wie es in 8A veranschaulicht ist. Das heißt, dass die siebte Betriebsart des Leistungswandlers 10 innerhalb der Zeitdauer von dem Zeitpunkt t6 der gegenwärtigen Schaltperiode TswA bis zu dem Zeitpunkt t0 der nächsten Schaltperiode TswA ist.
  • In der siebten Betriebsart fließt der erste Strom IL1 auf der Grundlage der in die Hauptinduktionsspule L1 geladenen elektromagnetischen Energie als der Freilaufstrom aus der Hauptinduktionsspule L1 durch den Glättungskondensator 32 und den zweiten Hauptschalter Sa2 in derselben Weise wie bei einem typischer Tiefsetz-Gleichspannungswandler. Da in der siebten Betriebsart der Hilfsschalter Ss aus ist, fließt kein Strom durch die Hilfsschaltung 20.
  • Der Zeitpunkt zum Schalten des zweiten Hauptschalters Sa2 von dem Aus-Zustand auf den Ein-Zustand beim Start der siebten Betriebsart kann auf den Zeitpunkt bestimmt werden, zu dem eine Zeit Tset seit unmittelbar kurz vor dem Ausschaltzeitpunkt t5 des ersten Hauptschalters Sa1 verstrichen ist; die Zeit Tset ist entsprechend der nachfolgenden Gleichung (3) definiert: Tset = (Ca1 + CA2) Vin / IL1 (3)
  • Es sei bemerkt, dass der durch den ersten Stromsensor 46 gemessene Wert als der in der Gleichung (3) ausgedrückte Wert des durch die Hauptinduktionsspule L1 fließenden ersten Stroms IL1 verwendet werden kann.
  • Wenn die gegenwärtige Schaltperiode TswA seit dessen Startzeitpunkt t0 verstrichen ist, wird die siebte Betriebsart auf die erste Betriebsart des Leistungswandlers 10 in der nächsten Schaltperiode TswA geschaltet, wie es in 3 veranschaulicht ist.
  • Es sei bemerkt, dass die Steuerungseinrichtung 50 die Hilfsschaltung Ss beim Start der ersten Betriebsart unter einer harten Schaltsteuerung, d.h. ohne Verwendung der ZVS-Steuerung einschalten kann. Insbesondere wird das Schalten von jedem der ersten und zweiten Hauptschalter Sa1 und Sa2 innerhalb des Bereichs von null bis zu der Eingangsspannung Vin ausgeführt. Im Gegensatz dazu wird das Schalten des Hilfsschalters Ss zwischen null und der Ausgangsspannung Vout ausgeführt. Da die Ausgangsspannung Vout des Tiefsetzwandlers 10 konstant niedriger als dessen Eingangsspannung ist, kann ein Schaltelement mit einer niedrigeren Durchbruchspannung und einem niedrigeren Schaltverlust als der Hilfsschalter Ss verwendet werden.
  • Zusätzlich ist die Steuerungseinrichtung 50 in der Lage, den Hilfsschalter Ss auf der Grundlage der ZVS-Steuerung zu schalten, was zu einem niedrigeren Schaltverlust des Hilfsschalters Ss führt. Weiterhin wird, da die Drain-Source-Spannung Vdss des Hilfsschalters Ss ausreichend niedrig ist, der Schaltverlust des Hilfsschalters SS auf einem niedrigen Pegel beibehalten.
  • Insbesondere kann, wenn der Hilfsschalter Ss von dem Ein-Zustand auf den Aus-Zustand während der Zeitdauer von dem Zeitpunkt t0 bis zu dem Zeitpunkt t3 aufgrund von Störungen geschaltet würde, der durch den Hilfsschalter Ss fließende zweite Strom IL2 sich schnell auf null verringern, was zu dem Auftreten einer Stoßspannung über die Resonanzinduktionsspule L2 in der Richtung führt, in der der zweite Strom IL2 kontinuierlich fließt, d.h. in die Richtung von dessen zweiten Ende zu dessen ersten Ende.
  • Zum Vermeiden einer derartigen Situation weist der Leistungswandler 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel einen zweiten elektrischen Pfad, d.h. einen elektrischen Umgehungspfad P2 auf, der einen Teil des elektrischen Pfads P1 mit nutzt und konfiguriert ist, ein Fließen eines Teils des zweiten Stroms IL2 durch die Resonanzinduktionsspule L2 zu ermöglichen, während der Hilfsschalter Ss umgangen wird.
  • Wie es durch die strichpunktierte Linie in 9 veranschaulicht ist, ist der zweite elektrische Pfad P2 konfiguriert, den hochseitigen Eingangsanschluss Tpin mit dem niedrigseitigen Eingangsanschluss Tnin durch die Hilfsinduktionsspule L2 zu verbinden, während der Hilfsschalter Ss umgangen wird.
  • Insbesondere verbindet der zweite elektrische Pfad P2 das erste Ende der Hilfsinduktionsspule L2, die mit dem Hilfsschalter SS verbunden ist, mit dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin, und verbindet das zweite Ende der Resonanzinduktionsspule L2 mit dem niedrigseitigen Eingangsanschluss Tnin über die Hauptinduktionsspule L1 und den zweiten Hauptkondensator Ca2.
  • Der zweite elektrische Pfad P2 weist die darauf vorgesehen Diode Du auf. Insbesondere ist die Anode der Diode Du mit dem ersten Ende der Resonanzinduktionsspule L2 verbunden und ist die Kathode der Diode Du mit dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin verbunden. Die Diode Du dient als eine Spannungsbegrenzungseinrichtung oder eine Entladeeinheit, um ein Fließen des zweiten Stroms IL2 dadurch aus der Hilfsinduktionsspule L2 zu dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin zu begrenzen, wenn die Spannung über der Resonanzinduktionsspule 2 niedriger als eine vorbestimmte Schwellwertspannung ist. Anders ausgedrückt dient die Diode Du als eine Stromsteuerungseinrichtung, um einen Fluss des zweiten Stroms IL2 dadurch aus der Hilfsinduktionsspule L2 zu dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin zu ermöglichen, wenn die Spannung über der Resonanzinduktionsspule L2 gleich wie oder größer als die vorbestimmte Schwellwertspannung ist.
  • Insbesondere bewirkt die Diode Du einen Fluss des zweiten Stroms IL2 dadurch zu dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin, wenn die Spannung an der Anode der Diode Du höher als die Spannung an der Kathode der Diode Du ist.
  • Die Anodenspannung der Diode Du wird auf der Grundlage der nachfolgenden Schritte berechnet. Zunächst erhält ein Subtrahieren eines Durchlassspannungsabfallwerts Vf über der Hilfsdiode Ds von der Ausgangsspannung Vout an dem hochseitigen Ausgangsanschluss Vpout einen Wert, der durch (Vout – Vf) ausgedrückt wird. Danach erhält ein Addieren einer Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 zu dem erhaltenen Wert (Vout – Vf) einen Wert, der durch (Vout – Vf + VL2) ausgedrückt wird, und erhält ein Subtrahieren des Durchlassspannungsabfallwerts Vf über der Diode Du von dem erhaltenen Wert (Vout – Vf + VL2) die Anodenspannung (Vout – 2Vf + VL2) der Diode Du. Es sei bemerkt, dass der Durchlassspannungsabfallwert Vf über der Diode Ds derart eingestellt ist, dass er gleich wie der Durchlassspannungsabfallwert Vf über der Diode Du ist.
  • Das heißt, dass die Anodenspannung der Diode Du durch die nachfolgende Gleichung (4) ausgedrückt werden kann: Van = (Vout – 2Vf + VL2) (4)
  • Dabei repräsentiert Van die Anodenspannung der Diode Du.
  • Zusätzlich entspricht die Kathodenspannung der Diode Du der Eingangsspannung Vin an dem hochseitigen Eingangsanschluss Vpin. Das heißt, wenn die Anodenspannung der Diode Du höher als die Kathodenspannung der Diode Du ist, ist die Anodenspannung (Vout – 2Vf + VL2) höher als die Eingangsspannung Vin. Das heißt, wenn die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 höher als der Wert (Vin – Vout + 2Vf) ist, die Diode Du aktiviert wird, um zu bewirken, dass der zweite Strom IL2 dadurch zu dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin fließt. Es sei bemerkt, dass die Aktivierung der Diode Du bedeutet, dass ein Fluss eines Stroms dadurch ermöglicht wird.
  • Anders ausgedrückt, wird die Resonanzinduktionsspule L2 entladen, wenn die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 höher als der Wert (Vin – Vout + 2Vf) ist, so dass die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 derart beibehalten wird, dass sie gleich wie oder niedriger als der Wert (Vin – Vout + 2Vf) ist. Es sei bemerkt, dass der Wert 2Vf die Summe des Durchlassspannungsabfallwerts Vf über der Diode Ds und des Durchlassspannungsabfallwerts Vf über der Diode Du repräsentiert.
  • Das heißt, dass die Diode Du die über der Resonanzinduktionsspule L2 angelegte Spannung VL2 derart begrenzt, dass sie niedriger als der Wert (Vin – Vout + 2Vf) ist. Dies würde die Resonanzinduktionsspule L2 und deren Peripherieelement gegenüber einer Stoßspannung schützen, selbst wenn der Hilfsschalter Ss von dem Ein-Zustand zu dem Aus-Zustand geschaltet würde, wenn der zweite Strom IL2 durch die Resonanzinduktionsspule L2 fließt.
  • Wie es vorstehend ausführlich beschrieben worden ist, ist der Leistungswandler 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel konfiguriert, den Hilfsschalter Ss einzuschalten, um jeden der Resonanzkreise RC1 und RC2 herbeizuführen, die aus der Resonanzinduktionsspule L2 und den Entsprechenden der ersten und zweiten Hauptkondensatoren Ca1 und Ca2 bestehen. Dies bewirkt eine Resonanz zwischen der Resonanzinduktionsspule L2 und jedem der ersten und zweiten Hauptkondensatoren Ca1 und Ca2. Diese Resonanz, die durch jeden der Resonanzkreise RC1 und RC2 bewirkt wird, ermöglicht, dass die Spannung über den entsprechenden der ersten und zweiten Hauptkondensatoren Ca1 und Ca2 im Wesentlichen null wird, und ermöglicht ein Einschalten des ersten Hauptschalters Sa1, während die Spannung über den ersten Hauptkondensator Ca1 im Wesentlichen null ist. Das heißt, dass die Steuerungseinrichtung 50 die ZVS-Steuerung des ersten Hauptschalters Sa1 zum Einschalten des ersten Hauptschalters Sa1 durchführt, was zu einem geringeren Schaltverlust und geringeren Störungen beim Schalten des ersten Hauptschalters Sa1 führt.
  • Wenn der Hilfsschalter Ss von dem Ein-Zustand zu dem Aus-Zustand aufgrund von Störungen geschaltet würde, während der zweite Strom IL2 durch die Resonanzinduktionsspule L2 fließt, kann der zweite Strom IL2 schnell abfallen. Dies kann zu dem Auftreten einer Stoßspannung über der Resonanzinduktionsspule L2 führen.
  • Um eine derartige Situation zu vermeiden weist der Leistungswandler 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel den elektrischen Umgehungspfad P2 auf, der konfiguriert ist, zu ermöglichen, dass ein Teil des zweiten Stroms IL2 durch die Resonanzinduktionsspule L2 fließt, während der Hilfsschalter Ss umgangen wird. Das heißt, dass der elektrische Umgehungspfad P2 ermöglicht, dass die Resonanzinduktionsspule L2 dadurch entladen wird. Dies begrenzt eine über die Resonanzinduktionsspule L2 angelegte Spannung derart, dass sie niedriger als der vorbestimmte Wert (Vin – Vout + 2Vf) ist, wodurch die Resonanzinduktionsspule L2 und deren Peripherieelemente gegenüber einer über die Resonanzinduktionsspule L2 angelegte Überspannung schützt.
  • Der zweite elektrische Pfad P2 ist konfiguriert, den hochseitigen Eingangsanschluss Tpin, die Resonanzinduktionsspule L2 und den niedrigseitigen Eingangsanschluss Tnin zu verbinden. Dies ermöglicht, dass die in der Resonanzinduktionsspule L2 geladene elektromagnetische Energie in die Gleichstromleistungsquelle 40 und/oder den Glättungskondensator 30 rückgespeist wird, wodurch der Leistungswirkungsgrad des Leistungswandlers 10 verbessert wird.
  • Der Hilfsschalter Ss ist zwischen der Resonanzinduktionsspule L2 und dem Verbindungspunkt TA zwischen den ersten und zweiten Hauptschalter Sa1 und Sa2 vorgesehen. Die Diode Du ist zwischen dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin und der Resonanzinduktionsspule L2 vorgesehen.
  • Diese einfache Konfiguration ermöglicht eine Rückspeisung der elektromagnetischen Energie in die Gleichstromleistungsquelle 40 und/oder den Glättungskondensator 30.
  • Der Leistungswandler 10 weist die Diode Du als ein Beispiel für ein passives Element auf; die Diode Du dient als eine Spannungsbegrenzungseinrichtung oder eine Entladeeinheit, die ein Fließen des zweiten Stroms IL2 dadurch aus der Hilfsinduktionsspule L2 zu dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin begrenzt, wenn die Spannung über der Resonanzinduktionsspule L2 niedriger als die vorbestimmte Schwellwertspannung ist. Das heißt, dass diese Konfiguration des Leistungswandlers 10 die Notwendigkeit beseitigt, dass die Steuerungseinrichtung 50 die Diode Du steuert, was zu der einfacheren Konfiguration der Spannungsbegrenzungseinrichtung im Vergleich mit einer anderen Spannungsbegrenzungseinrichtung führt, die einen Schalter aufweist.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend ist der Leistung 10A gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.
  • Die Anordnung und Funktionen des Leistungswandlers 10A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich etwas von denjenigen des Leistungswandlers 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch die nachfolgenden Punkte. Daher sind nachstehend hauptsächlich die unterschiedlichen Punkte beschrieben.
  • Gemäß 10 weist der Leistungswandler 10A eine Hilfsschaltung 20A auf, die sich von der Hilfsschaltung 20 unterscheidet.
  • Insbesondere ist das erste Ende der Resonanzinduktionsspule L2 mit der Anode der Hilfsdiode Ds verbunden, und ist die Kathode der Hilfsdiode Ds mit dem ersten Ende der Hauptinduktionsspule L1 verbunden. Das zweite Ende der Resonanzinduktionsspule L2 ist mit der Source des Hilfsschalters Ss verbunden, und der Drain des Hilfsschalters Ss ist mit dem zweiten Ende der Hauptinduktionsspule L1 verbunden. Das heißt, dass die Diode der Hilfsdiode Ds mit dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin über den Verbindungspunkt TA und dem ersten Hauptschalter Ca1 verbunden ist.
  • Jeder der Resonanzkreise und RC1 und RC2 ist mit dem hochseitigen Ausgangsanschluss Tpout über einen ersten elektrischen Pfad P1A verbunden, der den Hilfsschalter Ss aufweist.
  • Zusätzlich weist der Leistungswandler 10A einen zweiten elektrischen Pfad, d.h. einen elektrischen Umgehungspfad, P2A auf, wie es durch die strichpunktierte Linie in 10 veranschaulicht ist. Der zweite elektrische Pfad P2A verbindet das erste Ende der Hilfsinduktionsspule L2 mit dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin über die Höchstdiode Ds und die erste Freilaufdiode Da1 und verbindet das zweite Ende der Resonanzinduktionsspule L2 mit dem hochseitigen Eingangsanschluss Tnin.
  • Der zweite elektrische Pfad P2A weist die darauf vorgesehene Diode Du auf. Die Anode der Diode Du ist mit dem niedrigseitigen Eingangsanschluss Tnin verbunden, und die Kathode der Diode Du ist mit dem zweiten Ende der Hilfsinduktionsspule L2 verbunden.
  • Die einfache Konfiguration des Leistungswandlers 10A, die in 10 veranschaulicht ist, ermöglicht, dass die in der Resonanzinduktionsspule L2 gespeichert elektromagnetische Energie in die Gleichstromleistungsquelle 40 und/oder den Glättungskondensator 30 rückgespeist wird.
  • Insbesondere bewirkt die Diode Du einen Fluss des zweiten Stroms IL2 dadurch zu dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin, wenn die angehobene Spannung der Diode Du höher als die Kathodenspannung der Diode Du ist.
  • Die Anodenspannung der Diode Du entspricht dem Massepotential auf der gemeinsamen Signalmasseleitung, d.h. dem Potential an dem niedrigseitigen Ausgangsanschluss Tnout.
  • Ein Addieren des Durchlassspannungsabfallwerts Vf über jede der ersten Freilaufdiode Da1, der Hilfsdiode Ds und der Diode Du zu der Eingangsspannung Vin an dem hochseitigen Eingangsanschluss Vpin einen Wert (Vin + 3Vf). Dann erhält ein Subtrahieren der Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 von dem Wert (Vin + 3Vf) die Kathodenspannung (Vin + 3Vf – VL2) der Diode Du.
  • Das heißt, dass die Kathodenspannung Vca der Diode Du durch die nachfolgende Gleichung (5) repräsentiert werden kann: Vca = (Vin + 3Vf – VL2) (5)
  • Das heißt, wenn die Anodenspannung der Diode Du höher als die Kathodenspannung der Diode Du ist, ist die Anodenspannung von 0 V höher als die Kathodenspannung (Vin + 3Vf – VL2). Das heißt, wenn die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 höher als der Wert (Vin + 3Vf) ist, die Diode Du aktiviert wird, um zu bewirken, dass der zweite Strom IL2 dadurch zu dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin fließt. Es sei bemerkt, dass der Wert 3Vf die Summe des Durchlassspannungsabfallwerts Vf der ersten Freilaufdiode Da1, des Durchlassspannungsabfallwerts Vf über der Diode Ds und des Durchlassspannungsabfallwerts Vf über der Diode Du repräsentiert. Anders ausgedrückt wird die Resonanzinduktionsspule L2 entladen, wenn die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 höher als der Wert (Vin + 3Vf) ist, so dass die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 beibehalten wird, dass sie gleich wie oder kleiner als der Wert (Vin + 3Vf) ist. Es sei bemerkt, dass der Wert 2Vf die Summe des Durchlassspannungsabfallwerts Vf über der Diode Ds und des Durchlassspannungsabfallwerts Vf über der Diode Du repräsentiert.
  • Das heißt, dass die Diode Du die über die Resonanzinduktionsspule L2 angelegte Spannung VL2 derart begrenzt, dass sie niedriger als der Wert (Vin + 3Vf) ist. Dies würde die Resonanzinduktionsspule L2 und deren Peripherieelemente gegenüber einer Stoßspannung schützen, selbst wenn der Hilfsschalter Ss von dem Ein-Zustand auf den Aus-Zustand geschaltet wird, während der zweite Strom IL2 durch die Resonanzinduktionsspule L2 fließt. Dementsprechend erzielt der Leistungswandler 10A dieselben vorteilhaften Wirkungen wie diejenigen, die durch den Leistungswandler 10 erzielt werden.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend ist der Leistungswandler 10B gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 11 beschrieben.
  • Die Anordnung und Funktionen des Leistungswandlers 10B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich etwas von denjenigen des Leistungswandlers 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch die nachfolgenden Punkte. Somit sind nachstehend hauptsächlich die unterschiedlichen Punkte beschrieben.
  • Gemäß 11 weist der Leistungswandler 10B einen Schalter Su anstelle der Diode Du auf, der als eine Spannungsbegrenzungseinrichtung oder eine Entladeeinheit dient. Insbesondere ist der Schalter Su zwischen dem ersten Ende der Resonanzinduktionsspule L2 und dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin geschaltet.
  • Zusätzlich weist der Leistungswandler 10B einen Spannungssensor 48 auf, der mit der Steuerungseinrichtung 50 verbunden ist. Der Spannungssensor 48 dient als eine Einrichtung zum Messen der Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 und zum Senden eines Signals, das die gemessene Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 angibt, zu der Steuerungseinrichtung 50.
  • Die Steuerungseinrichtung 50 empfängt die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 auf der Grundlage des aus dem Spannungssensor 48 gesendeten Signals und schaltet den Schalter Su ein, wenn die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Schwellwertspannung ist. Der elektrische Umgehungspfad P2 ermöglicht ein Entladen der Resonanzinduktionsspule L2 dadurch. Dies begrenzt eine über die Resonanzinduktionsspule L2 angelegte Spannung derart, dass sie niedriger als die vorbestimmte Schwellwertspannung ist, wodurch die Resonanzinduktionsspule L2 und deren Peripherieelemente gegenüber einer über die Resonanzinduktionsspule L2 angelegte Überspannung geschützt werden.
  • 12 veranschaulicht alle Modifikationen des Leistungswandlers 10A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Das heißt, dass ein Leistungswandler 10C gemäß der Modifikation des Leistungswandlers 10A den Schalter Su anstelle der Diode Du aufweist, der als eine Spannungsbegrenzungseinrichtung oder eine Entladeeinheit dient, wie gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Insbesondere ist der Schalter Su zwischen dem niedrigseitigen Eingangsanschluss Tnin und dem zweiten Ende der Hilfsinduktionsspule L2 geschaltet.
  • Der Leistungswandler 10C weist den Spannungssensor 48 auf, der mit der Steuerungseinrichtung 50 verbunden ist. Der Spannungssensor 48 dient als eine Einrichtung zum Messen der Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 und zum Senden eines Signals, das die gemessene Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 angibt, zu der Steuerungseinrichtung 50.
  • Der Betrieb der Steuerungseinrichtung 50 des Leistungswandlers 10C ist identisch zu demjenigen der Steuerungseinrichtung 50 des Leistungswandlers 10B.
  • Dementsprechend erzielt jeder der Leistungswandler 10B und 10C vorteilhafte Wirkungen, die im Wesentlichen identisch zu denjenigen sind, die durch den Leistungswandler 10 erzielt werden, mit der Ausnahme der vorteilhaften Wirkung der Verwendung eines passiven Elements als die Spannungsbegrenzungseinrichtung.
  • Viertes Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend ist der Leistungswandler 10D gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 13 beschrieben.
  • Die Anordnung und Funktionen des Leistungswandlers 10D gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich etwas von denjenigen des Leistungswandlers 10B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel durch die nachfolgenden Punkte. Somit sind nachstehend hauptsächlich die unterschiedlichen Punkte beschrieben.
  • Gemäß 13 ist der Leistungswandler 10D derart konfiguriert, dass die Anode der Hilfsdiode Ds nicht mit dem zweiten Ende der Hauptinduktionsspule L1, sondern mit dem niedrigseitigen Ausgangsanschluss Tnout über die gemeinsame Signalmasseleitung verbunden ist.
  • Das heißt, dass, wie es durch die strichpunktierte Linie in 13 veranschaulicht ist, der Leistungswandler 10D einen ersten elektrischen Pfad P1B aufweist, der die Hilfsdiode Ds aufweist und das zweite Ende der Resonanzinduktionsspule L2 mit dem niedrigseitigen Ausgangsanschluss Tnout verbindet. Der Leistungswandler 10D weist ebenfalls einen zweiten elektrischen Pfad P10 auf, der das erste Ende der Hilfsinduktionsspule L2, das mit den Hilfsschalter Ss verbunden ist, mit dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin über den Schalter Su verbindet. Der zweite elektrische Pfad P10 verbindet ebenfalls das zweite Ende der Resonanzinduktionsspule L2 mit dem niedrigseitigen Eingangsanschluss Tnin über die Höchstdiode Ds.
  • Wie gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel empfängt die Steuerungseinrichtung 50 die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 auf der Grundlage des aus dem Spannungssensor 48 gesendeten Signals und schaltet den Schalter Su ein, wenn die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 gleich wie oder größer als die vorbestimmte Schwellwertspannung ist. Der zweite elektrische Pfad P10 ermöglicht ein Entladen der Resonanzinduktionsspule L2 dadurch. Dies begrenzt eine über die Resonanzinduktionsspule L2 angelegte Spannung derart, dass sie niedriger als die vorbestimmte Schwellwertspannung ist, wodurch die Resonanzinduktionsspule L2 und deren Peripherieelemente gegenüber einer über die Resonanzinduktionsspule L2 angelegte Überspannung schützen.
  • 14 veranschaulicht eine Modifikation des Leistungswandlers 10A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Das heiß, dass ein Leistungswandler 10E gemäß der Modifikation des Leistungswandlers 10A derart konfiguriert ist, dass die Kathode der Hilfsdiode Ds nicht mit dem ersten Ende der Hauptinduktionsspule L1, sondern mit dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin verbunden ist, was ähnlich zu dem vierten Ausführungsbeispiel ist.
  • Zusätzlich weißt, wie es durch die strichpunktierte Linie in 14 veranschaulicht ist, der Leistungswandler 10E einen ersten elektrischen Pfad P1C auf, der den Hilfsschalter Ss aufweist und das zweite Ende der Resonanzinduktionsspule L2 und den niedrigseitigen Ausgangsanschluss Tnout verbindet. Der Leistungswandler 10E weist ebenfalls einen zweiten elektrischen Pfad P10A auf, der das erste Ende der Hilfsinduktionsspule L2 mit dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin über die Höchstdiode Ds verbindet. Der zweite elektrische Pfad P10A verbindet ebenfalls das zweite Ende der Resonanzinduktionsspule L2 mit dem niedrigseitigen Eingangsanschluss Tnin über den Schalter Su.
  • Der Betrieb der Steuerungseinrichtung 50 des Leistungswandlers 10E ist identisch zu demjenigen der Steuerungseinrichtung 50 des Leistungswandlers 10D.
  • Dementsprechend erzielt jeder der Leistungswandler 10D und 10E vorteilhafte Wirkungen, die im Wesentlichen identisch zu denjenigen sind, die durch den Leistungswandler 10 erzielt werden, mit der Ausnahme der vorteilhaften Wirkung der Verwendung eines passiven Elements als die Spannungsbegrenzungseinrichtung.
  • Fünftes Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend ist ein Leistungswandler 10F gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 15 beschrieben.
  • Die Anordnung und Funktionen des Leistungswandlers 10F gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel unterscheiden sich etwas von denjenigen des Leistungswandlers 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch die nachfolgenden Punkte. Somit werden nachstehend hauptsächlich die unterschiedlichen Punkte beschrieben.
  • Gemäß 15 ist der Leistungswandler 10F derart konfiguriert, dass das erste Ende der Resonanz Induktionsspule L2 mit der Kathode der Hilfsdiode Ds verbunden ist und das zweite Ende der Resonanzinduktionsspule L2 mit dem zweiten Ende der Hauptinduktionsspule L1 und mit dem hochseitigen Ausgangsanschluss TPout verbunden ist. Die Kathode der Hilfsdiode Ds ist mit dem Drain des Hilfsschalters Ss verbunden, und die Source des Hilfsschalters Ss ist mit dem Verbindungspunkt TA zwischen den ersten und zweiten Hauptschaltern Sa1 und Sa2 verbunden.
  • Die Anode der Diode Du, die als eine Spannungsbegrenzungseinrichtung oder eine Entladeeinheit dient, ist mit dem ersten Ende der Resonanzinduktionsspule L2 verbunden, und die Kathode der Diode Du ist mit dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin verbunden.
  • Das heißt, dass, wie es durch die strichpunktierte Linie in 15 veranschaulicht ist, der Leistungswandler 10F einen zweiten elektrischen Pfad P20 aufweist, der den hochseitigen Eingangsanschluss Tpin und das erste Ende der Resonanzinduktionsspule L2 direkt verbindet, ohne dass dieser durch den Hilfsschalter Ss geht. Der zweite elektrische Pfad P20 verbindet ebenfalls das zweite Ende der Resonanzinduktionsspule L2 mit dem niedrigseitigen Eingangsanschluss Tnin über die Hauptinduktionsspule L1 und den zweiten Hauptkondensator Ca2.
  • Dies ermöglicht einen Fluss des zweiten Stroms IL2 durch den zweiten elektrischen Pfad P20, ohne dass dieser durch die Hilfsdiode Ds fließt. Dies führt dazu, dass der zweite Strom IL aus der Resonanzinduktionsspule L2 durch die hoch- und niedrigseitigen Eingangsanschlüsse Tpin und Tnin fließt, während die Hilfsdiode Ds umgangen wird. Dies verhindert daher einen Auftritt eines Leistungsverlusts aus der Hilfsdiode Ds und verhindert einen Fluss eines Überstroms durch die Hilfsdiode Ds zusätzlich zu den gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielten vorteilhaften Wirkungen.
  • Insbesondere wird die Diode Du aktiviert, um zu bewirken, dass der zweite Strom IL2 dadurch zu dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin fließt, wenn die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 höher als ein vorbestimmter Wert (Vin + 2Vf) ist. Anders ausgedrückt wird die Resonanzinduktionsspule L2 entladen, wenn die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 höher als der Wert (Vin + 2Vf) ist, so dass die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 derart beibehalten wird, dass sie gleich wie oder niedriger als der Wert (Vin + 2Vf) ist. Es sei bemerkt, dass der Wert 2Vf die Summe des Durchlassspannungsabfallwerts Vf über der Diode Du und des Durchlassspannungsabfallwerts Vf über der ersten Freilaufdiode Da1 repräsentiert.
  • 16 veranschaulicht eine Modifikation des Leistungswandlers 10A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Das heißt, dass ein Leistungswandler 10G gemäß der Modifikation des Leistungswandlers 10A einen zweiten elektrischen Pfad P20A aufweist, der durch die strichpunktierte Linie in 16 veranschaulicht ist, der ähnlich zu dem fünften Ausführungsbeispiel ist.
  • Der Leistungswandler 10G ist derart konfiguriert, dass das erste Ende der Resonanzinduktionsspule L2 direkt mit dem Verbindungspunkt TA verbunden ist und das zweite Ende der Resonanzinduktionsspule L2 mit der Kathode der Hilfsdiode Ds verbunden ist. Die Anode der Hilfsdiode Ds ist mit der Source des Hilfsschalters Ss verbunden.
  • Das heißt, dass der zweite elektrische Pfad P20A das erste Ende der Hilfsinduktionsspule L2 mit dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin über die erste Freilaufdiode Da1 verbindet, ohne dass er durch die Hilfsdiode Ds verläuft, und das zweite Ende der Resonanzinduktionsspule L2 mit dem niedrigseitigen Eingangsanschluss Tnin verbindet.
  • Der zweite elektrische Pfad P20A weist die darauf vorgesehene Diode Du auf. Die Anode der Diode Du ist mit dem niedrigseitigen Eingangsanschluss Tnin verbunden, und die Kathode der Diode Du ist mit dem zweiten Ende der Hilfsinduktionsspule L2 verbunden.
  • Der Leistungswandler 10G ermöglicht den Fluss des zweiten Stroms IL2 durch den zweiten elektrischen Pfad P20A, ohne dass er durch die Hilfsdiode Ds fließt. Dies führt dazu, dass der zweite Strom IL aus der Resonanzinduktionsspule L2 durch die hoch- und niedrigseitigen Eingangsanschlüsse Tpin und Tnin fließt, während er die Hilfsdiode Ds umgeht. Dies verhindert daher den Auftritt eines Leistungsverlusts aus der Hilfsdiode Ds und verhindert einen Fluss eines Überstroms durch die Hilfsdiode Ds zusätzlich zu den durch das erste Ausführungsbeispiel erzielten vorteilhaften Wirkungen.
  • Sechstes Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend ist der Leistungswandler 10H gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme 17 beschrieben.
  • Die Anordnung und Funktionen des Leistungswandlers 10H gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich etwas von denjenigen des Leistungswandlers 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch die nachfolgenden Punkte. Somit sind nachstehend hauptsächlich die unterschiedlichen Punkte beschrieben.
  • Gemäß 17 weist der Leistungswandler 10H einen zweiten elektrischen Pfad P30 auf, wie es durch die strichpunktierte Linie in 17 veranschaulicht ist.
  • Insbesondere verbindet der zweite elektrische Pfad P30 beide erste und zweite Enden der Resonanzdrosselspule L2 und ermöglicht, dass ein Teil des zweiten Stroms IL2 dadurch fließt, während der Hilfsschalter Ss umgangen wird.
  • Der zweite elektrische Pfad P30 weist ein paar Zener-Dioden Dtu1 und Dtu2 auf, von denen jede als eine Spannungsbegrenzungseinrichtung oder eine Entladeeinheit dient, die darauf vorgesehen sind und in ihren entgegengesetzten Richtungen verschaltet sind, d.h. in einer Rücken-an-Rücken-Weise. Insbesondere ist die Anode der Zener-Diode Dth1 mit dem zweiten Ende der Resonanzinduktionsspule L2 verbunden und ist die Kathode der Zener-Diode Dth1 mit der Kathode der Zener-Diode Dth2 verbunden. Die Anode der Zener-Diode Dth2 ist mit dem ersten Ende der Resonanzinduktionsspule L2 verbunden.
  • Wenn eine Spannung, die höher als eine vorbestimmte Durchbruchspannung der Zener-Diode Dth1 ist, bei ausgeschaltetem Hilfsschalter Ss an die Zener-Diode Dth2 in ihrer umgekehrten Richtung angelegt wird, wird die Zener-Diode Dth1 aktiviert. Dies ermöglicht, dass die in der Resonanzinduktionsspule L2 gespeicherte elektromagnetische Energie über den zweiten elektrischen Pfad P30 entladen wird, wenn die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 die Durchbruchspannung der Zener-Diode Dth1 bei ausgeschaltetem Hilfsschalter Ss überschreitet. Es sei bemerkt, dass, selbst wenn eine Spannung, die höher als die Durchbruchspannung der Zener-Diode Dth1 ist, an die Zener-Diode Dth1 in ihrer umgekehrten Richtung angelegt wird, kein Strom durch den zweiten elektrischen Pfad P30 bei eingeschaltetem Hilfsschalter Ss fließt. Dies liegt daran, dass der gesamte Strom IL2 durch die Hilfsschaltung 20 fließt.
  • Gleichermaßen wird, wenn eine Spannung, die höher als eine vorbestimmte Durchbruchspannung der Zener-Diode Dth2 ist, an die Zehnerdiode Dth2 in ihrer umgekehrten Richtung angelegt wird, die Zener-Diode Dth2 aktiviert. Dies ermöglicht, dass die in der Resonanzinduktionsspule L2 gespeichert elektromagnetische Energie über den zweiten elektrischen Pfad P30 entladen wird, wenn die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 die Durchbruchspannung der Zener-Diode Dth2 überschreitet.
  • Diese einfache Konfiguration des Leistungswandlers 10H ermöglicht, dass die in der Resonanzinduktionsspule L2 gespeichert elektromagnetische Energie aus der Resonanzinduktionsspule L2 entladen wird, selbst wenn eine Überspannung über die Resonanzinduktionsspule L2 angelegt wird.
  • Der in 17 veranschaulicht der Leistungswandler 10H weist die Zener-Dioden Dth1 und Dth2 auf, deren Kathoden miteinander verbunden sind und deren Anoden mit den jeweiligen zweiten Ende und ersten Ende der Resonanzinduktionsspule L2 verbunden sind. Der Leistungswandler 10H kann derart modifiziert werden, dass die Anoden der Zener-Dioden Dth1 und Dth2 miteinander verbunden sind und die Kathoden mit den jeweiligen zweiten Ende und ersten Ende der Resonanzinduktionsspule L2 verbunden sind.
  • Zusätzlich weist gemäß 18 ein modifizierter Leistungswandler 10HA einen zweiten elektrischen Pfad P30A auf, der durch die strichpunktierte Linie darin veranschaulicht ist.
  • Insbesondere verbindet der zweite elektrische Pfad P30A beide erste und zweite Enden der Resonanzdrosselspule L2 und ermöglicht, dass ein Teil des zweiten Stroms IL2 dadurch fließt, während der Hilfsschalter Ss umgangen wird.
  • Der zweite elektrische Pfad P30A weist eine darauf vorgesehene Diode Dn auf. Insbesondere ist die Anode der Diode Zn mit dem ersten Ende der Resonanzinduktionsspule L2 verbunden und ist die Kathode der Diode Dn mit dem zweiten Ende der Resonanzinduktionsspule L2 verbunden.
  • Wenn eine Spannung, die höher als ein vorbestimmter Durchlassspannungsabfallwert Vf der Diode Dn ist, bei ausgeschaltetem Hilfsschalter Ss an die Diode Dn angelegt wird, wird die Diode Dn aktiviert. Dies ermöglicht, dass die in der Resonanzinduktionsspule L2 gespeicherte elektromagnetische Energie über den zweiten elektrischen Pfad P30A entladen wird, wenn bei ausgeschaltetem Hilfsschalter Ss die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 den Durchlassspannungsabfallwert überschreitet. Es sei bemerkt, dass, selbst wenn eine Spannung, die höher als der Durchlassspannungsabfallwert Vf der Diode Dn ist, an die Diode Dn angelegt wird, kein Strom durch den zweiten elektrischen Pfad P30A bei eingeschaltetem Hilfsschalter Ss fließt. Dies liegt daran, dass der gesamte Strom IL2 durch die Hilfsschaltung 20 fließt.
  • Die einfache Konfiguration des Leistungswandlers 10HA ermöglicht, dass die in der Resonanzinduktionsspule L2 gespeicherte elektromagnetische Energie aus der Resonanzinduktionsspule L2 selbst dann entladen wird, wenn eine Überspannung über die Resonanzinduktionsspule L2 angelegt wird.
  • Dementsprechend erzielt jeder der Leistungswandler 10H und 10HA vorteilhafte Wirkungen, die im Wesentlichen identisch zu denjenigen sind, die durch den Leistungswandler 10 erzielt werden.
  • Siebtes Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend ist ein Leistungswandler 10I gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme 19 beschrieben.
  • Die Anordnung und Funktionen des Leistungswandlers 10I gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich etwas von denjenigen des Leistungswandlers 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch die nachfolgenden Punkte. Somit sind nachstehend hauptsächlich die unterschiedlichen Punkte beschrieben.
  • Gemäß 19 weist der Leistungswandler 10I einen zweiten elektrischen Pfad P40 auf, wie es durch die strichpunktierte Linie in 19 veranschaulicht ist. Insbesondere verbindet der zweite elektrische Pfad P40 beide erste und zweite Enden der Resonanzdrosselspule L2 und ermöglicht, dass ein Teil des zweiten Stroms IL2 dadurch fließt, während der Hilfsschalter Ss umgangen wird.
  • Der zweite elektrische Pfad P40 weist einen Schalter Su, der als eine Spannungsbegrenzungseinrichtung oder eine Entladeeinheit dient, einen Kondensator Cu und einen Widerstand Ru auf, die ein Beispiel für passive Elemente sind; diese Elemente Su, Cu und Ru sind in Reihe miteinander geschaltet. Das heißt, dass der Widerstand Ru, der Kondensator Cu und der Schalter Su als ein aktiver Snubber 100 dienen.
  • Der Leistungswandler 10I weist einen Spannungssensor 48A und einen Spannungssensor 49 auf, die mit der Steuerungseinrichtung 50 verbunden sind. Der Spannungssensor 48A dient als eine Einrichtung zum Messen der Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 und zum Senden eines Signals, das die gemessene Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 angibt, zu der Steuerungseinrichtung 50. Der Spannungssensor 49 dient als eine Einrichtung zum Messen einer Spannung über die Hilfsdiode Ds und zum Senden eines Signals, das die gemessene Spannung über die Hilfsdiode Ds angibt, zu der Steuerungseinrichtung 50.
  • Die Steuerungseinrichtung 50 empfängt die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 auf der Grundlage des aus dem Spannungssensor 48A gesendeten Signals und empfängt die Spannung über der Hilfsdiode Ds auf der Grundlage des aus dem Spannungssensor 49 gesendeten Signals.
  • Dann schaltet die Steuerungseinrichtung 50 den Schalter Su ein, wenn die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 gleich wie oder höher als eine vorbestimmte Schwellwertspannung ist. Der elektrische Umgehungspfad P40 ermöglicht es, dass die Resonanzinduktionsspule L2 dadurch entladen wird, und die Snubber-Schaltung absorbiert die entladene elektromagnetische Energie. Dies begrenzt eine über die Resonanzinduktionsspule L2 angelegte Spannung derart, dass sie kleiner als eine vorbestimmte Schwellwertspannung ist, wodurch die Resonanzinduktionsspule L2 und deren Peripherieelemente vor einer über die Resonanzinduktionsspule L2 angelegten Überspannung geschützt werden.
  • Die Steuerungseinrichtung 50 schaltetet den Schalter Su ebenfalls ein, wenn die Spannung über die Hilfsdiode Ds gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Schwellwertspannung ist. Der elektrische Umgehungspfad P40 ermöglicht es, dass die Snubber-Schaltung die Spannung über der Hilfsdiode Ds absorbiert, die gleich wie oder größer als die vorbestimmte Schwellwertspannung ist. Dies begrenzt eine über die Hilfsdiode Ds angelegte Spannung derart, dass sie kleiner als die vorbestimmte Schwellwertspannung ist, wodurch die Hilfsdiode Ds und deren Peripherieelemente vor einer über die Hilfsdiode Ds angelegten Überspannung geschützt werden.
  • Der Leistungswandler 10I, der eine einfache Konfiguration aufweist, ermöglicht es, dass die in der Resonanzinduktionsspule L2 gespeicherte elektromagnetische Energie entladen wird, wodurch vorteilhafte Wirkungen erzielt werden, die im Wesentlichen identisch zu denjenigen sind, die durch den Leistungswandler 10 erzielt werden.
  • Insbesondere ermöglicht der aktive Snubber 100 mit dem Widerstand Ru, dass die in der Resonanzinduktionsspule L2 gespeicherte elektromagnetische Energie schneller als im Vergleich mit einer aktiven Snubber-Schaltung ohne Widerstände entladen wird. Der Leistungswandler 10I nutzt den aktiven Snubber 100 als eine Einrichtung zum Entladen der in der Resonanzinduktionsspule L2 gespeicherten elektromagnetischen Energie und eine Einrichtung zum Absorbieren einer über die Hilfsdiode Ds angelegten Überspannung. Dies schützt die Resonanzinduktionsspule L2, die Hilfsdiode Ds und deren Peripherieelemente vor einer an diese angelegten Überspannung.
  • Achtes Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend ist ein Leistungswandler 10J gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 20 beschrieben.
  • Die Anordnung und Funktionen des Leistungswandlers 10J gemäß dem achten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich etwas von denjenigen des Leistungswandlers 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch die nachfolgenden Punkte. Somit sind nachstehend hauptsächlich die unterschiedlichen Punkte beschrieben.
  • Gemäß 20 weist der Leistungswandlers 10J einen ersten Hauptschalter Sb1, einen zweiten Hauptschalter Sb2, erste und zweite Hauptkondensatoren Cb1 und Cb2 sowie die Hauptinduktionsspule L1 auf. Der Leistungswandlers 10J weist den Glättungskondensator 30, eine Hilfsschaltung 20B, eine Diode Du, die beispielsweise als eine Spannungsbegrenzungseinrichtung oder eine Entladeeinheit dient, und die Steuerungseinrichtung 50 auf, die in der Darstellung in 20 weggelassen ist. Das achte Ausführungsbeispiel verwendet einen N-Kanal-MOSFET als jeden der Schalter Sb1 und Sb2.
  • Insbesondere ist der Drain des ersten Hauptschalters Sb1 mit dem hochseitigen Ausgangsanschluss Tpout verbunden und ist die Source des ersten Hauptschalters Sb1 mit einem Verbindungspunkt TB zu dem Drain des zweiten Hauptschalters Sb2 verbunden. Die Source des zweiten Hauptschalters Sb2 ist mit dem niedrigseitigen Ausgangsanschluss Tnout verbunden.
  • Der Drain und die Source von jeden der ersten und zweiten Hauptschalters Sb1 und Sb2 dienen als Eingangs- und Ausgangsanschlüsse des entsprechenden der ersten und zweiten Hauptschalter Sb1 und Sb2.
  • Der Leistungswandler 10J weist eine erste Freilaufdiode Db1, die über den ersten Hauptschalter Sb1 antiparallel zu dem ersten Hauptschalter Sb1 geschaltet ist, und eine zweite Freilaufdiode Db2 auf, die über den zweiten Hauptschalter Sb2 antiparallel zu dem zweiten Hauptschalter Sb2 geschaltet ist. Eine interne Diode von jedem der ersten und zweiten Hauptschalter Sb1 und Sb2 kann als die entsprechende der ersten und zweiten Freilaufdioden Db1 und Db2 dienen. Externe Dioden können über die jeweiligen ersten und zweiten Hauptschalter Sb1 und Sb2 als die ersten und zweiten Freilaufdioden Db1 und Db2 geschaltet werden.
  • Der erste Hauptkondensator Cb1 ist über den ersten Hauptschalter Sb1 parallel zu dem ersten Hauptschalter Sb1 geschaltet, und der zweite Hauptkondensator Cb2 ist über den zweiten Hauptschalter Sb2 parallel zu dem zweiten Hauptschalter Sb2 geschaltet.
  • Die Hauptinduktionsspule L1 weist entgegengesetzte erste und zweite Enden auf. Das erste Ende der Hauptinduktionsspule L1 ist mit dem Verbindungspunkt TB der in Reihe geschalteten Schalter Sb1 und Sb2 verbunden, und das zweite Ende der Hauptinduktionsspule L1 ist mit der positiven Elektrode der Gleichstromleistungsquelle 40 verbunden, die in der Darstellung von 20 weggelassen ist.
  • Der Glättungskondensator 30 ist zwischen den hoch- und niedrigseitigen Eingangsanschlüssen Tpin und Tnin geschaltet. Der Glättungskondensator 32 ist zwischen den hoch- und niedrigseitigen Ausgangsanschlüssen Tpout und Tnout geschaltet.
  • Das hochseitige Ende des Glättungskondensators 32 ist mit dem hochseitigen Anschluss der elektrischen Last 42, die in der Darstellung von 20 weggelassen ist, über den hochseitigen Anschluss Tpout verbunden. Das niedrigseitige Ende des Glättungskondensators 32 ist mit der Source des zweiten Hauptschalters Sb2 verbunden und ist ebenfalls mit dem niedrigseitigen Anschluss der elektrischen Last 42 über den niedrigseitigen Anschluss Tnout verbunden. Das heißt, dass der Glättungskondensator 32 parallel zu der elektrischen Last 42 geschaltet ist.
  • Insbesondere ist der Leistungswandler 10J, der als ein Hochsetzsteller dient, konfiguriert, die an die hoch- und niedrigseitigen Eingangsanschlüsse Tpin und Tnin angelegte Eingangsspannung Vin hochzusetzen und als die Ausgangsspannung Vout die hochgesetzte Spannung an die elektrische Last 42 über die hoch- und niedrigseitigen Ausgangsanschlüsse Tpout und Tnout auszugeben. Da der Hochsetzbetrieb des Leistungswandlers 10J allgemein bekannt ist, entfällt die Beschreibung des Hochsetzbetriebs.
  • Die Hilfsschaltung 20B weist die Hilfsdiode Ds, den Hilfsschalter Ss und die Resonanzinduktionsspule L2 auf, die in Reihe geschaltet sind. Das achte Ausführungsbeispiel verwendet einen N-Kanal-MOSFET als den Hilfsschalter Ss. Eine Diode Dt ist über den Hilfsschalter SS antiparallel zu dem Hilfsschalter Ss geschaltet. Eine interne Diode des Hilfsschalters Ss kann als die Diode Dt dienen. Eine externe Diode kann vorgesehen werden, um über den Hilfsschalter Ss als die Diode Dt geschaltet zu werden.
  • Die Resonanzinduktionsspule L2 weist entgegengesetzte erste und zweite Enden auf. Das erste Ende der Resonanzinduktionsspule L2 ist mit dem Drain des Hilfsschalters Ss verbunden, und das zweite Ende der Resonanzinduktionsspule L2 ist mit der Kathode der Hilfsdiode Ds verbunden. Die Anode der Hilfsdiode Ds ist mit dem ersten Ende der Hauptinduktionsspule L1 verbunden. Die Source des Hilfsschaltelements Ss ist mit dem zweiten Ende der Hauptinduktionsspule L1 verbunden.
  • Die Steuerungseinrichtung 50 führt periodisch Ein-Aus-Schaltvorgänge der ersten und zweiten Hauptschalter Sb1 und Sb2 durch. Insbesondere schaltet die Steuerungseinrichtung 50 den ersten Hauptschalter Sb1 und den zweiten Hauptschalter Sb2 mit vorbestimmten Totzeiten zwischen ihren Ein-Perioden ein. Die Steuerungseinrichtung 50 führt ebenfalls periodisch Ein-Aus-Schaltvorgänge des Hilfsschalters Ss durch.
  • Die Steuerungseinrichtung 50 bestimmt die Schaltperiode Tsw, die aus einer Einschaltperiode Ton und einer Ausschaltperiode Toff besteht, für jeden der ersten und zweiten Hauptschalter Sb1 und Sb2 entsprechend dem Verhältnis der Ausgangsspannung Vout zu der Eingangsspannung Vin.
  • Nachstehend ist beschrieben, wie die Steuerungseinrichtung 50 die Ein-Aus-Schaltvorgänge des Hilfsschalters Ss steuert.
  • Insbesondere steuert die Steuerungseinrichtung 50 die Ein-Aus-Schaltvorgänge des Hilfsschalters Ss in derselben Weise wie die Ein-Aus-Schaltvorgänge des Hilfsschalters Ss gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wenn die ersten und zweiten Hauptschalter Sb1 und Sb2 als die ersten und zweiten Hauptschalter Sa1 und Sa2 betrachtet werden.
  • Zusätzlich schaltet die Steuerungseinrichtung 50 den Hilfsschalter Ss von dem Aus-Zustand auf den Ein-Zustand, während der zweite Hauptschalter Sb2 ein ist und der erste Hauptschalter Sb1 aus ist. Zusätzlich schaltet die Steuerungseinrichtung 50 den Hilfsschalter Ss aus, während der zweite Hauptschalter Sb2 aus ist und der erste Hauptschalter Sb1 ein ist.
  • Diese Schaltsteuerung ermöglicht, dass der zweite Hauptschalter Sb2 ausgeschaltet wird, wenn dessen Drain-Strom Ids2 kleiner als null ist, wodurch ein Ausschaltverlust des zweiten Hauptschalters Sb2 reduziert wird. Zusätzlich ermöglicht diese Schaltsteuerung, dass der erste Hauptschalter Sb1 eingeschaltet wird, wenn dessen Drain-Source-Spannung Vds1 null ist. Das heißt, dass dies die Ausführung der ZVS-Steuerung des ersten Hauptschalters Sb1 ermöglicht, wodurch ein Einschaltverlust des ersten Hauptschalters Sb1 reduziert wird.
  • Der Leistungswandler 10J weist einen ersten elektrischen Pfad P1D auf, der den Hilfsschalter Ss aufweist und das erste Ende der Resonanzinduktionsspule L2 mit dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin verbindet. Der Leistungswandler 10J weist ebenfalls einen zweiten elektrischen Pfad, d.h. einen elektrischen Umgehungspfad, P50 auf, wie es durch die gestrichelte Linie in 20 veranschaulicht ist. Der zweite elektrische Pfad P50 verbindet den hochseitigen Ausgangsanschluss Tpout mit dem niedrigseitigen Ausgangsanschluss Tnout durch die Hilfsinduktionsspule L2, während der Hilfsschalter Ss umgangen wird.
  • Insbesondere verbindet der zweite elektrische Pfad P50 das erste Ende der Hilfsinduktionsspule L2, die mit dem Hilfsschalter Ss verbunden ist, mit dem hochseitigen Ausgangsanschluss Tpout und verbindet das zweite Ende der Resonanzinduktionsspule L2 mit dem niedrigseitigen Ausgangsanschluss Tnout über die Hilfsdiode Ds und den zweiten Hauptkondensator Cb2.
  • Der zweite elektrische Pfad P50 weist die darauf vorgesehene Diode Du auf. Insbesondere ist die Anode der Diode Du mit dem ersten Ende der Resonanzinduktionsspule L2 verbunden und ist die Kathode der Diode Du mit dem hochseitigen Ausgangsanschluss Tpout verbunden. Die Diode Du dient als eine Spannungsbegrenzungseinrichtung oder einer Entladeeinheit, um den zweiten Strom IL2 vor einem Fließen dadurch aus der Hilfsinduktionsspule L2 zu dem hochseiteigen Ausgangsanschluss TPout zu begrenzen, wenn die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 niedriger als eine vorbestimmte Schwellwertspannung ist. Anders ausgedrückt dient die Diode Du als eine Stromsteuerungseinrichtung, um einen Fluss des zweiten Stroms IL2 aus der Hilfsinduktionsspule L2 zu dem hochseitigen Ausgangsanschluss Tpout zu ermöglichen, wenn die Spannung über der Resonanzinduktionsspule L2 gleich wie oder größer als die vorbestimmte Schwellwertspannung ist.
  • Insbesondere bewirkt die Diode Du einen Fluss des zweiten Stroms IL2 dadurch zu der Last 42 und den Glättungskondensator 32 über den hochseitigen Eingangsanschluss Tpin, wenn die Spannung an der Anode der Diode Du höher als die Spannung an der Kathode der Diode Du ist.
  • Die Anodenspannung der Diode Du wird auf der Grundlage der Summe der Spannung, die als VCb2 bezeichnet ist, über dem Glättungskondensator Cb2, des Durchlassspannungsabfallwerts Vf über der Hilfsdiode Ds und der Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 berechnet. Insbesondere ist die Spannung an der Anode der Diode Du gleich wie die Eingangsspannung Vin an dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin, wenn der Hilfsschalter Ss ein ist.
  • Zusätzlich entspricht die Kathodenspannung der Diode Du der Ausgangsspannung Vout an dem hochseitigen Ausgangsanschluss Vpout. Das heißt, wenn die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 größer als der Wert (Vout – VCb2 – Vf) ist, die Diode Du aktiviert wird, um einen Fluss des zweiten Stroms IL2 dadurch zu dem hochseitigen Ausgangsanschluss Tpout zu bewirken. Anders ausgedrückt wird die Resonanzinduktionsspule L2 entladen, wenn die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 größer als der Wert (Vout – VCb2 – Vf) ist, so dass die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 derart beibehalten wird, dass sie gleich wie oder kleiner als der Wert (Vout – VCb2 – Vf) ist.
  • Das heißt, dass die Diode Du die über die Resonanzinduktionsspule L2 angelegte Spannung VL2 derart begrenzt, dass sie niedriger als der Wert (Vout – VCb2 – Vf) ist. Dies würde die Resonanzinduktionsspule L2 und deren Peripherieelemente vor einer Stoßspannung selbst dann schützen, wenn der Hilfsschalter Ss von dem Ein-Zustand zu dem Aus-Zustand geschaltet würde, während der zweite Strom IL2 durch die Resonanzinduktionsspule L2 fließt.
  • Der zweite elektrische Pfad P50 ist konfiguriert, den hochseitigen Ausgangsanschluss Tpout, die Resonanzinduktionsspule L2 und den niedrigseitigen Ausgangsanschluss Tnout miteinander zu verbinden. Dies ermöglicht, dass die in der Resonanzinduktionsspule L2 geladene elektromagnetische Energie zu der elektrischen Last 42 und dem Glättungskondensator 32 zugeführt wird, wodurch der Leistungswirkungsgrad des Leistungswandlers 10J verbessert wird.
  • Dementsprechend erzielt der Leistungswandler 10J vorteilhafte Wirkungen, die im Wesentlichen identisch zu denjenigen sind, die durch den Leistungswandler 10 erzielt werden.
  • Neuntes Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend ist ein Leistungswandler 10K gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 21 beschrieben.
  • Die Anordnung und die Funktionen des Leistungswandlers 10K gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich etwas von denjenigen des Leistungswandlers 10J gemäß dem achten Ausführungsbeispiel durch die nachfolgenden Punkte. Somit sind nachstehend hauptsächlich die unterschiedlichen Punkte beschrieben.
  • Gemäß 21 weist der Leistungswandlers 10K eine Hilfsschaltung 20C auf, die die Hilfsdiode Ds, den Hilfsschalter Ss und die Resonanzleistungsspule L2 aufweist, die in Reihe geschaltet sind. Eine Diode Dt ist über den Hilfsschalter Ss antiparallel zu dem Hilfsschalter Ss geschaltet. Eine interne Diode des Hilfsschalters Ss kann als die Diode Dt dienen. Eine externe Diode kann vorgesehen werden, um über den Hilfsschalter Ss als die Diode Dt geschaltet zu werden.
  • Die Resonanzinduktionsspule L2 weist entgegengesetzte erste und zweite Enden auf. Das erste Ende der Resonanzinduktionsspule L2 ist mit der Anode der Hilfsdiode Ds verbunden, und die Kathode der Hilfsdiode Ds ist mit dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin verbunden. Das zweite Ende der Resonanzinduktionsspule L2 ist mit der Source des Hilfsschalters Ss verbunden, und der Drain des Hilfsschalters Ss ist mit sowohl dem ersten Ende der Hauptinduktionsspule L1 als auch dem Verbindungspunkt TB verbunden.
  • Insbesondere ist der Hilfsschalter Ss des Leistungswandlers 10K zwischen der Resonanzinduktionsspule L2 und dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin über die Hauptinduktionsspule L1 vorgesehen.
  • Der Leistungswandler 10K weist einen ersten elektrischen Pfad P1E auf, der die Hilfsdiode Ds aufweist und das erste Ende der Resonanz Induktionsspule L2 und den hochseitigen Eingangsanschluss Tpin verbindet. Der Leistungswandler 10K weist ebenfalls einen zweiten elektrischen Pfad, d.h. einen elektrischen Umgehungspfad, P60 mit der Diode Du auf, wie es durch die strichpunktierte Linie in 21 veranschaulicht ist. Der zweite elektrische Pfad P60 verbindet den hochseitigen Eingangsanschluss Tpin mit dem niedrigseitigen Eingangsanschluss Tnin durch die Hilfsinduktionsspule L2 und die Diode Du, während der Hilfsschalter Ss umgangen wird.
  • Insbesondere ist die Anode der Diode Du mit dem niedrigseitigen Eingangsanschluss Tpin verbunden und ist die Kathode der Diode Du mit dem zweiten Ende der Resonanzinduktionsspule L2 verbunden. Der zweite elektrische Pfad P60 verbindet das erste Ende der Hilfsinduktionsspule L2 mit dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin über die Hilfsdiode Ds und verbindet das zweite Ende der Resonanzinduktionsspule L2 mit dem niedrigseitigen Eingangsanschluss Tnin über die Diode Du.
  • Insbesondere bewirkt die Diode Du, dass der zweite Strom IL2 zu dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin über die Hilfsdiode Ds fließt, wenn die Spannung an der Anode der Diode Du höher als die Spannung an der Kathode der Diode Du ist.
  • Die Anodenspannung der Diode Du ist die Spannung an dem niedrigseitigen Eingangsanschluss Tnin, d.h. null. Die Kathodenspannung der Diode Du wird auf der Grundlage der nachfolgenden Schritte berechnet. Zunächst erhält ein Subtrahieren des Durchlassspannungsabfallwerts Vf über der Hilfsdiode Ds von der Eingangsspannung Vin an dem hochseitigen Eingangsanschluss Vpin einen Wert, der durch (Vin – Vf) ausgedrückt wird. Danach erhält ein Subtrahieren der Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 von dem Wert (Vin – Vf) einen Wert, der durch (Vin – Vf – VL2) ausgedrückt wird, und erhält ein Subtrahieren des Durchlassspannungsabfallwerts Vf über der Diode Du von dem erhaltenen Wert (Vin – Vf – VL2) die Kathodenspannung (Vin – 2Vf – VL2) der Diode Du.
  • Das heißt, dass, wenn die Anodenspannung (0) der Diode Du höher als die Kathodenspannung (Vin – 2Vf – VL2) der Diode Du ist, was durch 0 > (Vin – 2Vf – VL2) ausgedrückt wird, die Diode Du aktiviert wird, um zu bewirken, dass der zweite Strom IL2 dadurch zu dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin fließt. Wenn die Eingangsspannung Vin die nachfolgende Gleichung Vin < (2Vf + VL2) erfüllt, wird die Resonanzinduktionsspule L2 zu dem Glättungskondensator 30 und der Gleichstromleistungsquelle 40 entladen. Anders ausgedrückt wird, wenn die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 die nachfolgende Gleichung VL2 > Vin – 2Vf erfüllt, die Resonanzinduktionsspule L2 zu dem Glättungskondensator 30 und der Gleichstromleistungsquelle 40 entladen, so dass die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 derart beibehalten wird, dass sie gleich wie oder kleiner als der Wert (Vin – 2Vf) ist.
  • Das heißt, dass die Diode Du die über die Resonanzinduktionsspule L2 angelegte Spannung VL2 derart begrenzt, dass sie kleiner als der Wert (Vin – 2Vf) ist. Dies würde die Resonanzinduktionsspule L2 und deren Peripherieelemente vor einer Stoßspannung schützen, selbst wenn der Hilfsschalter Ss von dem Ein-Zustand auf den Aus-Zustand geschaltet wird, während der zweite Strom IL2 durch die Resonanzinduktionsspule L2 fließt.
  • Der zweite elektrische Pfad P60 ist konfiguriert, den hochseitigen Eingangsanschluss Tpin, die Resonanzinduktionsspule L2 und den niedrigseitigen Eingangsanschluss Tnin miteinander zu verbinden. Dies ermöglicht es, dass die in der Resonanzinduktionsspule L2 geladene elektromagnetische Energie der Gleichstromleistungsquelle 40 und dem Glättungskondensator 30 zugeführt wird, wodurch der Leistungswirkungsgrad des Leistungswandlers 10K verbessert wird.
  • Dementsprechend erzielt der Leistungswandler 10K vorteilhafte Wirkungen, die im Wesentlichen identisch zu denjenigen sind, die durch den Leistungswandler 10 erzielt werden.
  • Zehntes Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend ist ein Leistungswandler 10L gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme 22 beschrieben.
  • Die Anordnung und Funktionen des Leistungswandlers 10L gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich etwas von denjenigen des Leistungswandlers 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch die nachfolgenden Punkte. Somit sind nachstehend hauptsächlich die unterschiedlichen Punkte beschrieben.
  • Gemäß 22 ist der Leistungswandler 10L als ein Hochsetz-/Tiefsetz-Steller ausgelegt.
  • Insbesondere weist der Leistungswandler 10L ein erstes Paar von Hauptschaltern Sa1 und Sa2, ein erstes Paar von Hauptkondensatoren Ca1 und Ca2, ein zweites Paar von Hauptschaltern Sb1 zum Sb2, ein zweites Paar von Hauptkondensatoren Cb1 und Cb2 sowie eine Hilfsschaltung 20D auf. Der Leistungswandler 10L weist ebenfalls eine Diode Du auf, die beispielsweise als eine Spannungsbegrenzungseinrichtung oder eine Entladeeinheit dient.
  • Der Drain des ersten Hauptschalters Sa1 ist mit dem positiven Anschluss der Gleichstromleistungsquelle 40 über den hochseitigen Eingangsanschluss Tpin verbunden, und die Source des ersten Hauptschalters Sa1 ist an dem Verbindungspunkt TA mit dem Drain des zweiten Hauptschalters Sa2 verbunden. Die Source des zweiten Hauptschalters Sa2 ist mit dem negativen Anschluss der Gleichstromleistungsquelle 40 über den niedrigseitigen Eingangsanschluss Tnin verbunden.
  • Zusätzlich ist der Drain des ersten Hauptschalters Sb1 mit dem hochseitigen Ausgangsanschluss Tpout verbunden, und ist die Source des ersten Hauptschalters Sb1 an dem Verbindungspunkt TB mit dem Drain des zweiten Hauptschalters Sb2 verbunden. Die Source des zweiten Hauptschalters Sb2 ist mit dem niedrigseitigen Ausgangsanschlüssen Tnout verbunden.
  • Der Leistungswandler 10L weist ein erstes Paar von Freilaufdioden Da1 und Da2 sowie ein zweites Paar von Freilaufdioden Db1 und Db2 auf. Die Freilaufdiode Da1 ist über den ersten Hauptschalter Sa1 antiparallel zu dem ersten Hauptschalter Sa1 geschaltet, und die zweite Freilaufdiode Da2 ist über den zweiten Hauptschalter Sa2 antiparallel zu dem zweiten Hauptschalter Sa2 geschaltet. Gleichermaßen ist die Freilaufdiode Db1 über den ersten Hauptschalter Sb1 antiparallel zu dem ersten Hauptschalter Sb1 geschaltet, und ist die zweite Freilaufdiode Db2 über den zweiten Hauptschalter Sb2 antiparallel zu den zweiten Hauptschalter Sb2 geschaltet.
  • Die Hauptinduktionsspule L1 weist entgegengesetzte erste und zweite Enden auf. Das erste Ende der Hauptinduktionsspule L1 ist mit dem Verbindungspunkt TA über die Hilfsdiode Ds verbunden, und das zweite Ende der Hauptinduktionsspule L1 ist mit dem Verbindungspunkt TB verbunden.
  • Insbesondere ist der Leistungswandler 10J, der als ein Tiefsetzsteller dient, konfiguriert, die an den hoch- und niedrigseitigen Eingangsanschlüssen Tpin und Tnin angelegte Eingangsspannung herunterzusetzen und als die Ausgangsspannung Vout die heruntergesetzte Spannung an die elektrische Last 42 über die hoch- und niedrigseitigen Ausgangsanschlüsse Tpout und Tnout auszugeben. Da der Tiefsetzbetriebsart des Leistungswandlers 10L in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, entfällt die Beschreibung der Tiefsetzbetriebsart.
  • Insbesondere ist der Leistungswandler 10L, der als Hochsetzsteller dient, konfiguriert, die an die hoch- und niedrigseitigen Eingangsanschlüsse Tpin und Tnin angelegte Eingangsspannung Vin hochzusetzen und als die Ausgangsspannung Vout die hochgesetzte Spannung an die elektrische Last 42 über die hoch- und niedrigseitigen Ausgangsanschlüsse Tpout und Tnout auszugeben. Da der Hochsetzbetrieb des Leistungswandlers 10L allgemein bekannt ist, entfällt die Beschreibung der Hochsetzbetriebsart.
  • Der Leistungswandler 10L weist einen ersten elektrischen Pfad P1F auf, der den Hilfsschalter Ss aufweist und parallel zu der Leitung zwischen der Hauptinduktionsspule L1 und dem Verbindungspunkt TB ist.
  • Die Hilfsschaltung 20D, die die Hilfsdiode Ds, den Hilfsschalter Ss und die Resonanzinduktionsspule L2 aufweist, die in Reihe geschaltet sind, und der erste elektrische Pfad P1F nutzen gemeinsam den Hilfsschalter Ss.
  • Die Resonanzinduktionsspule L2 weist entgegengesetzte erste und zweite Enden auf. Das erste Ende der Resonanzinduktionsspule L2 ist mit der Anode der Hilfsdiode Ds verbunden und das zweite Ende der Resonanzinduktionsspule L2 ist mit der Kathode der Diode Du verbunden. Die Anode der Diode Du ist mit dem niedrigseitigen Eingangsanschluss Tnin verbunden. Die Kathode der Hilfsdiode Ds ist mit dem Verbindungspunkt TA verbunden.
  • Die Steuerungseinrichtung 50 führt periodisch Ein-Aus-Schaltvorgänge der Hauptschalter Sa1 und Sa2 des ersten Paars durch. Insbesondere schaltet die Steuerungseinrichtung 50 die Hauptschalter Sa1 und Sa2 des ersten Paars mit vorbestimmten Totzeiten zwischen ihren Ein-Perioden komplementär ein, während die Hauptschalter Sa1 und Sa2 in dem Aus-Zustand beibehalten werden, wodurch die Eingangsspannung Vin heruntergesetzt wird.
  • Die Steuerungseinrichtung 50 führt periodisch Ein-Aus-Schaltvorgänge der ersten und zweiten Hauptschalter Sb1 und Sb2 durch. Insbesondere schaltet die Steuerungseinrichtung 50 komplementär die Hauptschalter Sb1 und Sb2 des zweiten Paars mit vorbestimmten Totzeiten zwischen ihren Ein-Perioden ein, wodurch die Eingangsspannung Vin heruntergesetzt wird. Die Steuerungseinrichtung 50 führt ebenfalls periodisch Ein-Aus-Schaltvorgänge des Hilfsschalters Ss durch.
  • Der Leistungswandler 10L weist einen zweiten elektrischen Pfad, d.h. einen elektrischen Umgehungspfad, P70 auf, wie es durch die strichpunktierte Linie in 22 veranschaulicht ist. Der zweite elektrische Pfad P70 verbindet den hochseitigen Eingangsanschluss Tpin mit den niedrigseitigen Eingangsanschluss Tnin durch die Hilfsinduktionsspule L2, während der Hilfsschalter Ss umgangen wird.
  • Insbesondere verbindet der zweite elektrische Pfad P70 das erste Ende der Hilfsinduktionsspule L2, die mit dem Hilfsschalter SS verbunden ist, mit dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin über die Hilfsdiode Ds und die erste Freilaufdiode Da1 und verbindet das zweite Ende der Resonanzinduktionsspule L2 mit dem niedrigseitigen Eingangsanschluss Tnin über die Diode Du, was ähnlich zu der Konfiguration des zweiten elektrischen Pfad P2A ist.
  • Der Leistungswandler 10L führt die ZVS-Steuerung der Hauptschalter Sa1 und Sa2 durch, was ähnlich zu dem Leistungswandler 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist, und führt ebenfalls die ZVS-Steuerung der Hauptschalter Sb1 und Sb2 aus, was ähnlich zu dem Leistungswandler 10J gemäß dem achten Ausführungsbeispiel ist.
  • Der zweite elektrische Pfad P70 ist konfiguriert, den hochseitigen Eingangsanschluss Tpin, die Resonanzinduktionsspule L2 und dem niedrigseitigen Eingangsanschluss Tnin miteinander zu verbinden. Dies ermöglicht es, die in der Resonanzinduktionsspule L2 geladene elektromagnetische Energie der Gleichstromleistungsquelle 40 und dem Glättungskondensator 13 zuzuführen, wodurch der Leistungswirkungsgrad des Leistungswandlers 10L verbessert wird.
  • Dementsprechend erzielt der Leistungswandler 10L vorteilhafte Wirkungen, die im Wesentlichen identisch zu denjenigen sind, die durch den Leistungswandler 10 und durch den Leistungswandler 10J erzielt werden.
  • Elftes Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend ist ein Leistungswandler 10M gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 23 beschrieben.
  • Die Anordnung und Funktionen des Leistungswandlers 10M gemäß dem elften Ausführungsbeispiel unterscheiden sich etwas von denjenigen des Leistungswandlers 10L gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel durch die nachfolgenden Punkte. Somit sind nachstehend hauptsächlich unterschiedliche Punkte beschrieben.
  • Gemäß 23 weist der Leistungswandler 10M einen zweiten elektrischen Pfad P80 auf, wie es durch die strichpunktierte Linie in 23 veranschaulicht ist.
  • Insbesondere verbindet der zweite elektrische Pfad P80 beide ersten und zweiten Enden der der Resonanzdrosselspule L2 und ermöglicht es, dass ein Teil des zweiten Stroms IL2 dadurch fließt, während der Hilfsschalter Ss umgangen wird.
  • Der zweite elektrische Pfad P80 weist einen Widerstand Ru und die Diode Du auf, die darauf vorgesehen sind und in Reihe miteinander geschaltet sind. Insbesondere weist der Widerstand Ru entgegengesetzte erste und zweite Enden auf. Das erste Ende des Widerstands Ru ist mit dem ersten Ende der Resonanzinduktionsspule L2 verbunden, und das zweite Ende des Widerstands Ru ist mit der Anode der Diode Du verbunden. Die Kathode der Diode Du ist mit dem zweiten Ende der Resonanzinduktionsspule L2 verbunden.
  • Selbst wenn eine Stoßspannung über der Resonanzinduktionsspule L2 in der Richtung entsprechend der Durchlassrichtung der Diode Du in Reaktion auf ein Ausschalten des Hilfsschalters Ss auftreten würde, während der Strom IL2 durch die Hilfsschaltung 20 fließt, würde die Diode Du aktiviert werden, um zu ermöglichen, dass die in der Resonanzinduktionsspule L2 gespeichert elektromagnetische Energie als der zweite Strom IL2 über den zweiten elektrischen Pfad P80 entladen wird. Dies würde die Resonanzinduktionsspule L2 und deren Peripherieelemente vor einer über der Resonanzinduktionsspule L2 erzeugten Stoßspannung schützen.
  • Es sei bemerkt, dass der zweite elektrische Pfad P80, der den Widerstand Ru und die Diode Du aufweist, die darauf vorgesehen sind und in Reihe miteinander geschaltet sind, bei den vorstehend beschriebenen Tiefsetzstellern und den vorstehend beschriebenen Hochsetzstellern angewendet werden kann.
  • Zwölftes Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend ist der Leistungswandler 10N gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme 24 beschrieben.
  • Die Anordnung und Funktionen des Leistungswandlers 10N gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel unterscheiden sich etwas von denjenigen des Leistungswandlers 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch die nachfolgenden Punkte. Somit sind nachstehend hauptsächlich die unterschiedlichen Punkte beschrieben.
  • Gemäß 24 ist der Leistungswandler 10N als ein isolierter Gleichspannungswandler ausgelegt.
  • Insbesondere weist der Leistungswandler 10N einen Transformator Tr, eine erste Vollbrückenschaltung FC1 und eine zweite Vollbrückenschaltung FC2 auf.
  • Der Transformator Tr weist eine erste Primärwicklung Tr1 und eine zweite Primärwicklung Tr1 auf, die magnetisch miteinander gekoppelt sind.
  • Die erste Vollbrückenschaltung FC1 weist ein erstes Paar von Ober- und Unterzweigschaltern Sc1 und Sc2, die miteinander in Reihe geschaltet sind, und ein zweites Paar von Ober- und Unterzweigschaltern S3 und S4 auf, die in Reihe miteinander geschaltet sind.
  • Die erste Vollbrückenschaltung FC1 eins weist ebenfalls auf:
    • (1) Hauptkondensatoren Cc1 bis cc4, die parallel zu den jeweiligen Schaltern Sc1 bis Sc4 geschaltet sind,
    • (2) Freilaufdioden Dc1 bis Dc4, die antiparallel zu den jeweiligen Hauptschaltern Sc1 bis SC4 geschaltet sind.
  • Die Schalter Sc1 bis Sc4 sind parallel miteinander in einer Vollbrückenkonfiguration geschaltet, und Drains der Oberzweigschalter Sc1 und Sc3 sind gemeinsam mit dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin verbunden. Die Sources der Unterzweigschalter Sc2 und Sc4 sind gemeinsam mit dem unterseitigen Eingangsanschluss Tnin verbunden.
  • Der Verbindungspunkt zwischen den Ober- und Unterzweigschaltern Sc1 und Sc2 ist mit einem ersten Ende der Primärwicklung Tr1 verbunden, und der Verbindungspunkt zwischen den Ober- und Unterzweigschaltern Sc3 und Sc4 ist mit einem zweiten Ende der Primärwicklung Tr1 verbunden, das entgegengesetzt zu dem ersten Ende ist.
  • Die zweite Vollbrückenschaltung FC2 weist ein erstes Paar von Ober- und Unterzweigschaltern Sc5 und Sc6, die miteinander in Reihe geschaltet sind, und ein zweites Paar von Ober- und Unterzweigschaltern Sc7 und Sc8 auf, die in Reihe miteinander geschaltet sind.
  • Die zweite Vollbrückenschaltung FC2 weist ebenfalls auf:
    • (1) Hauptkondensatoren Cc5 bis Cc8, die parallel zu den jeweiligen Schaltern Sc5 bis Sc8 geschaltet sind,
    • (2) Freilaufdioden Dc5 bis Dc8, die antiparallel zu den jeweiligen Hauptschaltern Sc5 bis Sc8 geschaltet sind.
  • Die Schalter Sc5 bis Sc8 sind parallel miteinander in einer Vollbrückenkonfiguration geschaltet, und die Drains der Oberzweigschalter Sc5 und Sc7 sind gemeinsam mit dem ersten Ende der Hauptinduktionsspule L1 verbunden. Das zweite Ende der Hauptinduktionsspule L1 ist mit dem hochseitigen Ausgangsanschluss Tpout verbunden. Die Sources des der Unterzweigschalter Sc6 und Sc8 sind gemeinsam mit dem niedrigseitigen Ausgangsanschluss Tnout verbunden.
  • Der Verbindungspunkt zwischen den Ober- und Unterzweigschaltern Sc5 und Sc6 ist mit einem ersten Ende der Sekundärwicklung Tr2 verbunden, und der Verbindungspunkt zwischen den Ober- und Unterzweigschaltern Sc7 und Sc8 ist mit einem zweiten Ende der Sekundärwicklung Tr2 verbunden, das entgegengesetzt zu dem ersten Ende ist.
  • Der Leistungswandler 10N weist ebenfalls eine Hilfsschaltung 20E auf, die die Hilfsdiode Ds, den Hilfsschalter Ss und die Resonanzinduktionsspule L2 aufweist, die in Reihe geschaltet sind.
  • Die Resonanzinduktionsspule L2 weist entgegengesetzte erste und zweite Enden auf. Das erste Ende der Resonanzinduktionsspule L2 ist mit dem Drain des Hilfsschalters Ss verbunden, und die Source des Hilfsschalters Ss ist mit dem ersten Ende der Hauptinduktionsspule L1 verbunden. Das zweite Ende der Resonanzinduktionsspule L2 ist mit der Kathode der Hilfsdiode Ds verbunden. Die Anode der Hilfsdiode Ds ist mit dem niedrigseitigen Ausgangsanschluss Tnout verbunden.
  • Die zweite Betriebsart des Leistungswandlers 10N, bei der die Schalter Sc5 bis Sc8 aus sind und der Hilfsschalter Ss ein ist, ermöglicht, dass
    • (1) die Resonanzinduktionsspule L2 und die Hauptkondensatoren Cc5 und Cc6 durch den eingeschalteten Hilfsschalter Ss einen Resonanzkreis RC10 bilden,
    • (2) die Resonanzinduktionsspule L2 und die Hauptkondensatoren Cc7 und Cc8 durch den eingeschalteten Hilfsschalter Ss einen Resonanzkreis RC11 bilden.
  • Jeder der Resonanzkreise RC10 und RC11 ist mit dem hochseitigen Ausgangsanschluss Tpout durch den ersten elektrischen Pfad P1 verbunden, der die Hilfsdiode Ds aufweist.
  • Der Resonanzkreis RC führt dazu, dass die Resonanzinduktionsspule L2 mit jedem der Hauptkondensatoren Cc5 und Cc7 in Resonanz ist. Diese Resonanz bewirkt, dass die elektrische Ladung, die in jedem der Hauptkondensatoren Cc5 und Cc7 gespeichert worden ist, entladen wird, so dass die Spannung über jeden der der ersten und zweiten Hauptkondensatoren Ca5 und Ca7 sich verringert. Dies führt dazu, dass die Drain-Source-Spannung von jedem der Hauptschalter Sc5 und Sc7 sich auf null verringert. Ein Einschalten des Hauptschalters Sc5 oder Sc7, wenn dessen Drain-Source-Spannung null ist, ermöglicht die Ausführung der ZVS-Steuerung des Hauptschalters Sc5 oder Sc7, wodurch ein Einschaltverlust des Hauptschalters Sc5 oder Sc7 reduziert wird.
  • Der Leistungswandler 10N weist einen zweiten elektrischen Pfad, d.h. einen elektrischen Umgehungspfad, P90 auf, wie es durch die strichpunktierte Linie in 24 gezeigt ist. Der zweite elektrische Pfad P90 verbindet beide erste und zweite Enden der Resonanzdrosselspule L2 und ermöglicht, dass ein Teil des zweiten Stroms IL2 dadurch fließt, während der Hilfsschalter Ss umgangen wird.
  • Der zweite elektrische Pfad P90 weist eine Primärspule Tu1 eines Transformators Tu und die Diode Du, die darauf vorgesehen sind und in Reihe miteinander geschaltet sind. Insbesondere weist die Primärspule Tu1 entgegengesetzte erste und zweite Enden auf. Das erste Ende der Primärspule Tu1 ist mit der Anode der Diode TU verbunden, und die Kathode der Diode Du ist mit dem zweiten Ende der Resonanzinduktionsspule L2 und der Kathode der Hilfsdiode Ds verbunden. Das zweite Ende der Primärspule Tu1 ist mit dem ersten Ende der Resonanzinduktionsspule L2 verbunden.
  • Der Transformator Tu weist ebenfalls eine Sekundärwicklung Tu2 auf, die magnetisch mit der Primärspule Tu1 gekoppelt ist. Die Sekundärspule Tu2 weist entgegengesetzte erste und zweite Enden auf. Das erste Ende der Sekundärspule Tu2 ist mit dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin verbunden, und das zweite Ende der Sekundärspule Tu2 ist mit dem unterseitigen Eingangsanschluss Tnin verbunden.
  • Der Transformator Tu weist ein vorbestimmtes Verhältnis der Anzahl der Windungen der Primärwicklung Tu1 zu der Anzahl der Windungen der Sekundärwicklung Tu2 auf.
  • Selbst wenn eine Stoßspannung über der Resonanzinduktionsspule L2 in die Richtung entsprechend der Durchlassrichtung der Diode Du in Reaktion auf ein Ausschalten des Hilfsschalters Ss auftreten würde, während der Strom IL2 durch die Hilfsschaltung 20E fließt, würde die Diode Du aktiviert werden. Dies würde es ermöglichen, dass die in der Resonanzinduktionsspule L2 gespeicherte elektromagnetische Energie als der zweite Strom IL2 über den zweiten elektrischen Pfad P90 entladen wird. Der zweite Strom IL2 fließt durch die Primärspule Tu1, so dass eine vorbestimmte Spannung über der Sekundärspule Tu2 induziert wird. Die über die Sekundärspule Tu2 induzierte Spannung wird in die Gleichstromleistungsquelle 40 und den Glättungskondensator 30 über die hochseitigen Eingangsanschlüsse Tpin und Tnin rückgespeist. Dies würde die Resonanzinduktionsspule L2 und deren Peripherieelemente vor einer über die Resonanzinduktionsspule L2 erzeugten Stoßspannung schützen.
  • Ein Justieren des Verhältnisses der Anzahl der Windungen der Primärwicklung Tu1 zu der Anzahl der Windungen der Sekundärwicklung Tu2 ermöglicht die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 mit Aktivierung der Diode Du. Das heißt, dass ein fehlerhaftes Ausschalten des Hilfsschalters Ss eine über die Resonanzinduktionsspule L2 erzeugten Stoßspannung verursachen würde. Wenn die Stoßspannung, d.h. die Spannung VL2, über der Resonanzinduktionsspule L2 höher als die Eingangsspannung Vin über der Sekundärspule Tu2 und der Durchlassspannung über der Diode Du ist, wird die Diode Du aktiviert. Das heißt, dass ein Wert der Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2, die ein Aktivieren der Diode Du ermöglicht, sich in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Anzahl der Windungen der Primärwicklung Tu1 zu der Anzahl der Windungen der Sekundärwicklung Tu2 ändert. Anders ausgedrückt ermöglicht ein Justieren des Verhältnisses der Anzahl der Windungen der Primärwicklung Tu1 zu der Anzahl der Windungen der Sekundärwicklung Tu2, dass die über die Resonanzinduktionsspule L2 angelegte Spannung VL2 frei bestimmt wird. Dies ermöglicht ein freies Bestimmen eines maximalen Werts der Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, erzielt der Leistungswandler 10N vorteilhafte Wirkungen, die im Wesentlichen identisch zu denjenigen sind, die durch den Leistungswandler 10 erzielt werden.
  • Dreizehntes Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend ist der Leistungswandler 10P gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 25 geschrieben.
  • Die Anordnung und Funktionen des Leistungswandlers 10P gemäß dem dreizehnten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich etwas von denjenigen des Leistungswandlers 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch die nachfolgenden Punkte. Somit sind nachstehend hauptsächlich die unterschiedlichen Punkte beschrieben.
  • Gemäß 25 weist der Leistungswandler 10P eine Hilfsschaltung 20F auf, deren Anordnung sich von der Anordnung der Hilfsschaltung 20 des Leistungswandlers 10 unterscheidet.
  • Insbesondere weist, wie es in 25 veranschaulicht ist, der Leistungswandler 10P eine Hilfsschaltung 20F auf, die die Hilfsdiode Ds, den Hilfsschalter Ss und die Resonanzinduktionsspule L2 aufweist, die in Reihe geschaltet sind. Eine Diode Dt ist über den Hilfsschalter Ss antiparallel zu dem Hilfsschalter Ss geschaltet. Eine interne Diode des Hilfsschalters Ss kann als die Diode Dt dienen. Eine externe Diode kann vorgesehen werden, um über den Hilfsschalter Ss als die Diode Dt geschaltet zu werden.
  • Die Resonanzinduktionsspule L2 weist entgegengesetzte erste und zweite Enden auf. Das erste Ende der Resonanzinduktionsspule L2 ist mit dem Drain des Hilfsschalters Ss verbunden, und das zweite Ende der Resonanzinduktionsspule L2 ist mit der Kathode der Hilfsdiode Ds verbunden. Die Kathode der Hilfsdiode Ds ist mit dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin verbunden. Die Source des Hilfsschalters Ss ist mit sowohl dem Verbindungspunkt TA als auch dem ersten Ende der Hauptinduktionsspule L1 verbunden. Das heißt, dass der Leistungswandler 10P einen ersten elektrischen Pfad P1B aufweist, der den hochseitigen Eingangsanschluss Tpin mit dem unterseitigen Eingangsanschluss Tnin über die Hilfsdiode Ds, die Resonanzinduktionsspule L2, den Hilfsschalter Ss, den Verbindungspunkt TA und dem zweiten Hauptschalter Sa2 verbindet.
  • Das heißt, dass die Hilfsdiode Ds und der Hilfsschalter Ss auf dem ersten elektrischen Pfad P1B vorgesehen sind.
  • Der Leistungswandler 10P weist einen zweiten elektrischen Pfad, d.h. einen elektrischen Umgehungspfad, P100 auf, wie es durch die strichpunktierte Linie in 25 veranschaulicht ist. Der zweite elektrische Pfad P100 verbindet erste und zweite Enden der Resonanzdrosselspule L2 und ermöglicht, dass ein Teil des zweiten Stroms IL2 dadurch fließt, während der Hilfsschalter Ss umgangen wird.
  • Wie gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel weist der zweite elektrische Pfad P100 die Primärspule Tu1 des Transformators Tu und die Diode Du auf, die darauf vorgesehen sind und miteinander in Reihe geschaltet sind. Insbesondere weist die Primärspule Tu1 entgegengesetzte erste und zweite Enden auf. Das erste Ende der Primärspule Tu1 ist mit der Anode der Diode Du verbunden, und die Kathode der Diode Du ist mit dem zweiten Ende der Resonanzinduktionsspule L2 und der Kathode der Hilfsdiode Ds verbunden. Das zweite Ende der Primärspule Tu1 ist mit dem ersten Ende der Resonanzinduktionsspule L2 verbunden.
  • Der Transformator Tu weist die Sekundärwicklung Tu2 auf, die magnetisch mit der Primärspule Tu1 gekoppelt ist. Die Sekundärspule Tu2 weist entgegengesetzte erste und zweite Enden auf. Das erste Ende der Sekundärspule Tu2 ist mit dem hochseitigen Eingangsanschluss Tpin verbunden, und das zweite Ende der Sekundärspule Tu2 ist mit dem niedrigseitigen Eingangsanschluss Tnin verbunden.
  • Selbst wenn eine Stoßspannung über der Resonanzinduktionsspule L2 in der Richtung entsprechend der Durchlassrichtung der Diode Du in Reaktion auf ein Ausschalten des Hilfsschalters Ss auftreten würde, während der Strom IL2 durch die Hilfsschaltung 20 fließt, würde die Diode Du aktiviert werden. Dies würde es ermöglichen, dass die in der Resonanzinduktionsspule L2 gespeicherte elektromagnetische Energie als der zweite Strom IL2 über den zweiten elektrischen Pfad P100 entladen wird. Der zweite Strom IL2 fließt durch die Primärspule Tu1, so dass eine vorbestimmte Spannung über der Sekundärspule Tu2 induziert wird. Die über der Sekundärspule Tu2 induzierte Spannung wird in die Gleichstromleistungsquelle 40 und den Glättungskondensator 30 über die hochseitigen Eingangsanschlüsse Tpin und Tnin rückgespeist. Dies würde die Resonanzinduktionsspule L2 und deren Peripherieelemente vor einer über die Resonanzinduktionsspule zwei erzeugten Stoßspannung schützen.
  • Vierzehntes Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend ist ein Leistungswandler 10Q gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme 26 beschrieben.
  • Die Anordnung und Funktionen des Leistungswandlers 10Q gemäß dem vierzehnten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich etwas von denjenigen des Leistungswandlers zehn gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch die nachfolgenden Punkte. Somit sind nachstehend hauptsächlich die unterschiedlichen Punkte beschrieben.
  • Gemäß 26 weist der Leistungswandler 10Q einen Transformator TS mit einer Primärwicklung, die als die Hauptinduktionsspule L1 dient, und einer Sekundärwicklung auf, die als die Resonanzinduktionsspule L2 dient. Das heißt, dass die Hauptinduktionsspule L1 magnetisch mit der Resonanzinduktionsspule L2 gekoppelt ist.
  • Die Polarität des ersten Endes der Hauptinduktionsspule L1 ist identisch zu Polarität des zweiten Endes der Resonanzinduktionsspule L2.
  • Der Transformator TS weist ein vorbestimmtes Verhältnis der Anzahl der Windungen der Hauptinduktionsspule L1 zu der Anzahl der Windungen der Resonanzinduktionsspule L2 auf. Dies ermöglicht es, dass die Spannung VL2 über der Resonanzinduktionsspule L2 höher als das Produkt der Spannung VL1 über der Hauptinduktionsspule L1 und des Verhältnisses der Hauptinduktionsspule L1 zu der Anzahl der Windungen der Resonanzinduktionsspule L2 ist. Dies führt dazu, dass eine kürzere Zeit erforderlich ist, um die Resonanzinduktionsspule L2 zu laden.
  • Jeder der Leistungswandler gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann zumindest eine Induktionsspule und eine Kapazitätskomponente aufweisen, die zusätzlich zu der Resonanzinduktionsspule L2 angeschlossen ist, und zumindest als die Induktionsspule und der Kondensator für einen Resonanzkreis dienen.
  • Jeder der Leistungswandler gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) oder Bipolartransistoren als die Schalter verwenden.
  • Jeder der Leistungswandler gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist als ein Gleichspannungswandler zur Umwandlung einer Eingangsgleichstromleistung in eine Ausgangsgleichstromleistung ausgelegt, deren Pegel sich von dem Pegel der Eingangsgleichstromleistung unterscheidet. Jeder der Leistungswandler gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann als ein Leistungswandler zur Umwandlung einer Eingangswechselstromleistung in eine Ausgangsgleichstromleistung oder eine Ausgangswechselstromleistung oder als ein Leistungswandler zur Umwandlung einer Eingangsgleichstromleistung in eine Ausgangsgleichstromleistung oder Ausgangswechselstromleistung ausgelegt sein. Beispielsweise kann jeder der Leistungswandler gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen als ein Leistungswandler ausgelegt sein, der einen Gleichrichter wie einen Vollwellengleichrichter zum Umwandeln einer aus einer externen Wechselstromleistungsquelle zugeführten Wechselspannung in eine Gleichspannung aufweist.
  • Obwohl die veranschaulichenden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung hier beschrieben worden sind, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt, sondern umfasst beliebige und alle Ausführungsbeispiele mit Modifikationen, Weglassungen, Kombinationen (beispielsweise von Ausgestaltungen über verschiedene Ausführungsbeispiel hinweg), Adaptionen und/oder Änderungen, wie diese durch den Fachmann auf der Grundlage der vorliegenden Offenbarung anerkannt würden. Die Begrenzungen in den Patentansprüchen sind breit auf der Grundlage des in den Patentansprüchen angewendeten Wortlauts zu interpretieren und nicht auf Beispiele begrenzt, die in der vorliegenden Beschreibung oder während der Verfolgung der Anmeldung beschrieben sind, die Beispiele sind, die als nicht-ausschließlich zu verstehen sind.
  • In einem Leistungswandler verbindet ein erster elektrischer Pfad den Reihenresonanzkreis und einen ausgewählten Anschluss von hoch- und niedrigseitigen eingangs bestrichen Ausgangsanschlüssen des Leistungswandlers. Eine Hilfsdiode ist an dem Reihenresonanzkreis oder dem ersten elektrischen Pfad vorgesehen. Ein Hilfsschalter bewirkt, wenn eingeschaltet, dass ein Induktionsspulenstrom durch die Hilfsdiode zu der Resonanzinduktionsspule fließt, wodurch elektromagnetische Energie in die Resonanzinduktionsspule gespeichert wird, und bewirkt, dass die Resonanzinduktionsspule und die Kapazitätskomponente des Reihenresonanzkreises in miteinander in Resonanz sind. Ein zweiter elektrischer Pfad umgeht den Hilfsschalter zum Fließen des Induktionsspulenstroms. Eine Entladeeinheit ist in dem zweiten elektrischen Pfad vorgesehen. Die Entladeeinheit wird aktiviert, um die in der Resonanzinduktionsspule gespeicherte elektromagnetische Energie über den zweiten elektrischen Pfad zu entladen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • JP 2004-129393 [0003]

Claims (16)

  1. Leistungswandler mit hoch- und niedrigseitigen Eingangsanschlüssen, die mit einer Leistungsquelle verbunden sind, und hoch- und niedrigseitigen Ausgangsanschlüssen, die mit einer elektrischen Last verbunden sind, wobei der Leistungswandler aufweist: einen ersten Hauptschalter, einen zweiten Hauptschalter, der in Reihe mit dem ersten Hauptschalter geschaltet ist, wobei eine Kapazitätskomponente parallel zu zumindest einem der ersten und zweiten Hauptschalter geschaltet ist, eine Hauptinduktionsspule mit ersten und zweiten Enden, wobei das erste Ende mit einem Verbindungspunkt der ersten und zweiten Hauptschalter verbunden ist, eine Steuerungseinrichtung, die konfiguriert ist, die ersten und zweiten Hauptschalter komplementär einzuschalten, um elektromagnetische Energie, die aus der Leistungsquelle über die Eingangsanschlüsse zugeführt wird, in der Hauptinduktionsspule zu laden, und die in der Hauptinduktionsspule geladene elektromagnetische Energie zu der elektrischen Last über die Ausgangsanschlüsse auszugeben, eine Resonanzinduktionsspule, die in Reihe zu der Kapazitätskomponente geschaltet ist, wobei die Resonanzinduktionsspule und die Kapazitätskomponente einen Reihenresonanzkreis bilden, einen ersten elektrischen Pfad, der den Reihenresonanzkreis und einen ausgewählten Anschluss aus den hoch- und niedrigseitigen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen verbindet, eine Hilfsdiode mit einer Durchlassrichtung, wobei die Hilfsdiode in dem Reihenresonanzkreis oder dem ersten elektrischen Pfad derart vorgesehen ist, dass eine Stromflussrichtung dadurch entlang einer Richtung von dem ausgewählten Anschluss zu der Resonanzinduktionsspule ist, einen Hilfsschalter, der in dem Reihenresonanzkreis oder dem ersten elektrischen Pfad vorgesehen ist, wobei der Hilfsschalter konfiguriert ist, wenn eingeschaltet, zu bewirken, dass ein Induktionsspulenstrom durch die Hilfsdiode zu der Resonanzinduktionsspule fließt, wodurch elektromagnetische Energie in die Resonanzinduktionsspule gespeichert wird, und die Resonanzinduktionsspule und die Kapazitätskomponente des Reihenresonanzkreises miteinander in Resonanz sind, einen zweiten elektrischen Pfad, der den Hilfsschalter zum Fluss des Induktionsspulenstroms umgeht, und eine Entladeeinheit, die in den zweiten elektrischen Pfad vorgesehen ist, wobei die Entladeeinheit aktiviert wird, um die in der Resonanzinduktionsspule gespeicherten elektromagnetischen Energie über den zweiten elektrischen Pfad zu entladen.
  2. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die Entladeeinheit aktiviert wird, wenn eine Spannung über der Resonanzinduktionsspule gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Schwellwertspannung ist.
  3. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei der zweite elektrische Pfad den hochseitigen Eingangsanschluss mit dem niedrigseitigen Eingangsanschluss über die Resonanzinduktionsspule verbindet.
  4. Leistungswandler nach Anspruch 3, wobei die Resonanzinduktionsspule einen Anschluss aufweist, der mit dem Hilfsschalter verbunden ist, so dass der Hilfsschalter zwischen der Resonanzinduktionsspule und dem Verbindungspunkt vorgesehen ist, und die Entladeeinheit zwischen dem hochseitigen Eingangsanschluss und dem Anschluss der Resonanzinduktionsspule vorgesehen ist, mit dem der Hilfsschalter verbunden ist.
  5. Leistungswandler nach Anspruch 3, wobei die Resonanzinduktionsspule einen Anschluss aufweist, der mit dem Hilfsschalter verbunden ist, so dass der Hilfsschalter zwischen der Resonanzinduktionsspule und dem hochseitigen Ausgangsanschluss vorgesehen ist, und die Entladeeinheit zwischen dem niedrigseitigen Eingangsanschluss und dem Anschluss der Resonanzinduktionsspule vorgesehen ist, mit dem der Hilfsschalter verbunden ist.
  6. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei der zweite elektrische Pfad den hochseitigen Ausgangsanschluss mit dem niedrigseitigen Ausgangsanschluss über die Resonanzinduktionsspule verbindet.
  7. Leistungswandler nach Anspruch 6, wobei die Resonanzinduktionsspule einen Anschluss aufweist, der mit dem Hilfsschalter verbunden ist, so dass der Hilfsschalter zwischen der Resonanzinduktionsspule und dem hochseitigen Eingangsanschluss vorgesehen ist, und die Entladeeinheit zwischen dem hochseitigen Ausgangsanschluss und dem Anschluss der Resonanzinduktionsspule vorgesehen ist, mit dem der Hilfsschalter verbunden ist.
  8. Leistungswandler nach Anspruch 6, wobei die Resonanzinduktionsspule einen Anschluss aufweist, der mit dem Hilfsschalter verbunden ist, so dass der Hilfsschalter zwischen der Resonanzinduktionsspule und dem Verbindungspunkt vorgesehen ist, und die Entladeeinheit zwischen dem niedrigseitigen Eingangsanschluss und dem Anschluss der Resonanzinduktionsspule vorgesehen ist, mit dem der Hilfsschalter verbunden ist.
  9. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die Entladeeinheit eine Diode aufweist.
  10. Leistungswandler nach Anspruch 3, wobei der zweite Pfad derart konfiguriert ist, dass, wenn der Hilfsschalter aus ist, der Induktionsspulenstrom dadurch fließt, ohne dass er durch den Hilfsschalter fließt.
  11. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die Resonanzinduktionsspule entgegengesetzte Enden aufweist, und der zweite Pfad die entgegengesetzten Enden der Resonanzinduktionsspule verbindet.
  12. Leistungswandler nach Anspruch 11, wobei die Entladeeinheit zwei Zener-Dioden aufweist, die in ihren entgegengesetzten Richtungen verbunden sind.
  13. Leistungswandler nach Anspruch 11, wobei die Entladeeinheit eine Diode aufweist.
  14. Leistungswandler nach Anspruch 11, wobei die Steuerungseinrichtung konfiguriert ist, die Entladeeinheit zu aktivieren, wenn eine Spannung über den Hilfsschalter gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Schwellwertspannung ist.
  15. Leistungswandler nach Anspruch 11, wobei der zweite elektrische Pfad einen darauf vorgesehenen Widerstand aufweist, wobei der Widerstand in Reihe mit der Entladeeinheit geschaltet ist.
  16. Leistungswandler nach Anspruch 11, wobei der zweite elektrische Pfad eine Primärwicklung eines Transformators aufweist, wobei die Primärwicklung in den zweiten elektrischen Pfad vorgesehen ist, und eine Sekundärspule des Transformators zwischen dem hochseitigen Eingangsanschluss und dem niedrigseitigen Eingangsanschluss vorgesehen ist.
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