DE102016122865A1 - Gegentakt-Gleichspannungswandler - Google Patents

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Akira TOKUMASU
Hiroshi Taki
Kazuhiro Shirakawa
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Denso Corp
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Abstract

Bei einem Gegentakt-Gleichspannungswandler, der zum abwechselnden Betreiben von primärseitigen Schaltelementen imstande ist, schaltet ein Schaltbetriebsabschnitt ein primärseitiges Schaltelement mit einer hohen Priorität ein, nachdem ein Modus (d), der einen normalen Zustand darstellt, in einen Modus (d), der einen inversen Zustand darstellt, während einer Zirkulationsperiode überführt ist, in der ein Laststrom in den sekundärseitigen Gleichrichterelementen zirkuliert, wenn alle der primärseitigen Schaltelemente ausgeschaltet sind. Ein Einschalten des primärseitigen Schaltelements mit einer hohen Priorität nach Auftreten des Zustandsübergangs in den inversen Zustand kann eine Spannung unmittelbar nach Zufuhr von elektrischer Leistung an die primärseitigen Schaltelemente verringern, indem Erregerstrom verwendet wird, und ohne dass irgendeine zusätzliche Komponente hinzugefügt wird.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf isolierte Gleichspannungswandler bzw. Gleichstromsteller des Gegentakt- bzw. Push-Pull-Typs, die aus einem Transformator, einer Vielzahl von primär- und sekundärseitigen Schaltelementen und einer Leistungsquelle aufgebaut sind, und bei denen die primärseitigen Schaltelemente abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden, um eine Gleichstromleistungswandlung zum Umwandeln einer Gleichstrom-(DC-)Leistung der Leistungsquelle durchzuführen.
  • 2. Beschreibung der verwandten Technik
  • Es war eine elektrische Leistungswandlungsvorrichtung mit zumindest einem Transformator, Schaltelementen oder Dioden und einer Leistungsquelle bekannt. Die Schaltelemente werden ein- und ausgeschaltet, um eine Gleichstrom-(DC-)Leistungswandlung zum Umwandeln einer Gleichstromleistung der Leistungsquelle durchzuführen. Wenn eine Schaltelement in der herkömmlichen elektrischen Leistungswandlungsvorrichtung eingeschaltet wird, bevor eine Drain-Source-Spannung des Schaltelements auf eine vorbestimmte Spannung verringert ist, tritt ein Einschaltverlust (oder Schaltverlust) in dem Schaltelement auf. Dieser Einschaltverlust wird durch Multiplikation eines Stroms und einer Spannung berechnet.
  • Zum Beispiel hat Patentdruckschrift 1, nämlich die Internationale Veröffentlichung Nr. WO 2008/020629 , einen herkömmlichen Gegentakt-Gleichspannungswandler offenbart. Bei dem herkömmlichen Gegentakt-Gleichspannungswandler steuert eine Steuereinheit einen Hilfsschalter zum Aufladen eines externen Kondensators oder Entladen des externen Kondensators durch Verwendung einer Leckinduktivität auf einer Primärseite. Dieser Betrieb verringert eine Spannung von Schaltelementen, die einen Hauptschalter darstellen. Nach der Verringerung der Spannung des Hauptschalters auf die vorbestimmte Spannung, beginnt die Steuereinheit damit, die Schaltelemente einzuschalten.
  • Der Aufbau des herkömmlichen Gegentakt-Gleichspannungswandlers, der in der vorstehend beschriebenen Patentdruckschrift offenbart ist, benötigt den Hilfsschalter, um den externen Kondensator aufzuladen und zu entladen. Dieser herkömmliche Aufbau erfordert, die Gesamtzahl von Komponenten zu erhöhen, die den Gegentakt-Gleichspannungswandler bilden, und auch die Gesamtgröße des Gegentakt-Gleichspannungswandlers zu erhöhen.
  • KURZFASSUNG
  • Es ist daher gewünscht, einen Gegentakt-Gleichspannungswandler bereitzustellen, der zumindest einen Transformator, eine Vielzahl von primärseitigen Schaltelementen (oder Dioden) und eine Vielzahl von sekundärseitigen Schaltelementen (oder Dioden) aufweist, wobei der Gegentakt-Gleichspannungswandler zwischen einer Gleichstrom-(DC-)Leistungsquelle und einer elektrischen Last eingerichtet ist und imstande ist, einen Einschaltverlust der primärseitigen Schaltelemente zu verringern, ohne irgendeinen Hilfsschalter zu verwenden und eine Gesamtgröße zu erhöhen.
  • Ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel stellt einen Gegentakt-Gleichspannungswandler bereit, der zwischen einer Gleichstrom-(DC-)Leistungsquelle und einer elektrischen Last einzurichten ist. Der Gegentakt-Gleichspannungswandler führt eine Gleichstromleistungswandlung zum Umwandeln einer Gleichstromleistung der Gleichstromquelle durch.
  • Der Gegentakt-Gleichspannungswandler hat zumindest einen Transformator, eine Vielzahl von primärseitigen Schaltelementen, eine Vielzahl von sekundärseitigen Gleichrichterelementen, einen Glättungsinduktor und einen Schaltbetriebsabschnitt. Der Transformator hat eine Vielzahl von Primärspulen und eine Vielzahl von Sekundärspulen. Diese Primärspulen und Sekundärspulen bilden einen Erregungsinduktor des Transformators. Die Vielzahl von primärseitigen Schaltelementen arbeiten abwechselnd und sind zwischen der Vielzahl von Primärspulen und der Leistungsquelle verbunden. Eine Freilaufdiode ist parallel zu jedem der Vielzahl von primärseitigen Schaltelementen eingerichtet. Die Vielzahl von sekundärseitigen Gleichrichterelementen sind mit der Vielzahl von Sekundärspulen verbunden und richten einen in der Vielzahl von Sekundärspulen fließenden Strom gleich.
  • Der Glättungsinduktor ist zwischen der Vielzahl von sekundärseitigen Gleichrichterelementen und der elektrischen Last verbunden. Der Schaltbetriebsabschnitt steuert die Vielzahl von primärseitigen Schaltelementen und steuert weiterhin eine Vielzahl von sekundärseitigen Schaltelementen. Die Vielzahl von sekundärseitigen Schaltelementen entsprechen der Vielzahl von sekundärseitigen Gleichrichterelementen.
  • Der Schaltbetriebsabschnitt schaltet eines der Vielzahl von primärseitigen Schaltelementen mit einer hohen Priorität ein, nachdem ein normaler Zustand in einen inversen Zustand überführt bzw. übergegangen ist. Dieser normale Zustand bezeichnet eine Bedingung bzw. Situation, in der ein Absolutwert eines Elementlaststroms nicht kleiner wird als ein Absolutwert eines gewandelten Erregerstroms (iLm). Der inverse Zustand bezeichnet eine Bedingung bzw. Situation, in der der Absolutwert des Elementlaststroms kleiner wird als der Absolutwert des gewandelten Erregerstroms.
  • Fachausdrücke, die während einer Zirkulations- bzw. Umlaufzeitdauer verwendet werden, in der ein in einer elektrischen Last (Ld) fließender Laststrom (iL) in der Vielzahl von sekundärseitigen Gleichrichterelementen zirkuliert bzw. umläuft, wenn alle der Vielzahl von primärseitigen Schaltelementen ausgeschaltet sind, sind wie folgt definiert.
  • Ein Elementlaststrom bezeichnet einen Zirkulations- bzw. Umlaufstrom, der über die elektrische Last (Ld) und den Glättungsinduktor (7) in einem der Vielzahl von sekundärseitigen Schaltelementen zirkuliert bzw. umläuft. Ein gewandelter Erregerstrom ist ein Teil des Erregerstroms (iLm), der in einem der Vielzahl von sekundärseitigen Gleichrichterelementen gewandelt wurde, wenn der Erregerstrom in dem Erregungsinduktor des Transformators (20) fließt.
  • Ein normaler Zustand bezeichnet eine Bedingung bzw. Situation, in der ein Absolutwert des Elementlaststroms nicht kleiner wird als ein Absolutwert des gewandelten Erregerstroms.
  • Ein inverser Zustand bezeichnet eine Bedingung bzw. Situation, in der der Absolutwert des Elementlaststroms kleiner wird als der Absolutwert des gewandelten Erregerstroms.
  • Der Schaltbetriebsabschnitt schaltet das primärseitige Schaltelement mit einer hohen Priorität ein, nachdem der normale Zustand in den inversen Zustand überführt bzw. übergegangen ist. Die vorliegende Erfindung stellt eine Differenz bzw. einen Unterschied zwischen dem Elementlaststrom und dem gewandelten Erregerstrom fest. Das heißt, dass das Verhalten des Gegentakt-Gleichspannungswandlers gemäß den beispielhaften Ausführungsbeispielen auf Grundlage der Differenz bzw. des Unterschieds zwischen dem Elementlaststrom und dem gewandelten Erregerstrom gesteuert wird.
  • Wenn der Erregerstrom, der auf der Sekundärseite fließt, auch auf der Primärseite zu fließen beginnt, wird elektrische Ladung entladen, die zwischen dem Drain und der Source des primärseitigen Schaltelements angesammelt ist, und verringert sich dadurch die Drain-Source-Spannung des primärseitigen Schaltelements. Wenn das primärseitige Schaltelement nach dem Zustandsübergang von dem normalen Zustand in den inversen Zustand eingeschaltet wird, ist es möglich, die Spannung des primärseitigen Schaltelements unmittelbar nach dem Beginn einer Zufuhr elektrischer Leistung an das primärseitige Schaltelement zuverlässig zu verringern. Für den Gegentakt-Gleichspannungswandler gemäß der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, einen verbesserten Aufbau aufzuweisen, der imstande ist, den Einschaltverlust der den Transformator bildenden Schaltelemente zu verringern, und zwar mit einem einfachen Aufbau, und ohne irgendeinen Hilfsschalter hinzuzufügen, der in der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Technik verwendet wird.
  • Es ist bevorzugt, dass der Schaltbetriebsabschnitt das primärseitige Schaltelement während des inversen Zustands des Gegentakt-Gleichspannungswandlers einschaltet. Es ist noch mehr bevorzugt, dass der Schaltbetriebsabschnitt das primärseitige Schaltelement einschaltet, nachdem die Drain-Source-Spannung des primärseitigen Schaltelements Nullspannung erreicht. Dies macht es möglich, einen Nullspannung-Schaltbetrieb zu verwirklichen, und den Einschaltverlust des primärseitigen Schaltelements zuverlässig zu verringern.
  • Es ist möglich, dass der Schaltbetriebsabschnitt in dem Gegentakt-Gleichspannungswandler gemäß der vorliegenden Erfindung einen Zeitpunkt vorhersagt, zu dem der Zustandsübergang in den inversen Zustand auftritt, oder eine Vorwärtssteuerung durchführt, um den korrekten Zeitpunkt zu detektieren, zu dem der Zustandsübergang in den inversen Zustand auftritt.
  • Um den Zeitpunkt zuverlässig zu detektieren, zu dem der Zustandsübergang in den inversen Zustand auftritt, ist es noch mehr bevorzugt, dass der Gegentakt-Gleichspannungswandler gemäß der vorliegenden Erfindung zusätzlich einen Zustandsbeurteilungsabschnitt aufweist. Dieser Zustandsbeurteilungsabschnitt detektiert ein Auftreten des Zustandsübergangs von dem normalen Zustand in den inversen Zustand, und detektiert, dass der auf der Sekundärseite fließende Erregerstrom auf die Primärseite zurückkehrt bzw. -fließt, auf Grundlage von einem Strom, der auf jeder der Primärseite und der Sekundärseite fließt, oder einer Spannung von jeder der Primärseite und der Sekundärseite.
  • Der Schaltbetriebsabschnitt schaltet das primärseitige Schaltelement mit einer hohen Priorität während einer vorbestimmten Zeitdauer nach Detektion des Zustandsübergangs in den inversen Zustand ein.
  • Der Zustandsbeurteilungsabschnitt detektiert korrekt ein Auftreten des Zustandsübergangs in den inversen Zustand auf Grundlage der folgenden Bedingungen [1] bis [4], d. h., wenn zumindest eine der folgenden Stromdetektionsbedingungen [1] und [2] und der folgenden Spannungsbedingungen [3] und [4] erfüllt ist.
    • [1] Die sekundärseitigen Stromsensoren 63, 64 detektieren, dass ein in den sekundärseitigen Gleichrichterelementen fließender Strom Null wird.
    • [2] Die primärseitigen Stromsensoren 61, 62 und 60 detektieren einen Strom, der in den primärseitigen Schaltelementen fließt, oder detektieren den Erregerstrom, der auf der Primärseite fließt, was dadurch verursacht wird, dass der Erregerstrom auf der Sekundärseite fließt, auf Grundlage des Stroms, der zwischen der Leistungsquelle und einem primärseitigen Mittelabgriff des Transformators fließt.
    • [3] Die primärseitigen Spannungssensoren 65, 66 detektieren, dass die Drain-Source-Spannung des primärseitigen Schaltelements während der Zeitdauer, in der alle der Vielzahl von primärseitigen Schaltelementen ausgeschaltet sind, abnimmt oder zunimmt.
    • [4] Die sekundärseitigen Spannungssensoren 67, 68 detektieren, dass die Spannung zwischen beiden Anschlüssen des sekundärseitigen Gleichrichterelements während der Zeitdauer, in der alle der Vielzahl von primärseitigen Schaltelementen ausgeschaltet sind, zunimmt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Ein bevorzugtes, nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, für die gilt:
  • 1 ist eine Darstellung, die einen Aufbau eines Gegentakt-Gleichspannungswandlers gemäß beispielhaften Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zeigt, in dem eine Diode als ein sekundärseitiges Gleichrichterelement verwendet ist;
  • 2 ist eine Darstellung, die einen weiteren Aufbau des Gegentakt-Gleichspannungswandlers gemäß den beispielhaften Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zeigt, in dem ein Schaltelement als das sekundärseitige Gleichrichterelement verwendet ist;
  • 3 ist ein Zeitdiagramm, das ein Verhalten des Gegentakt-Gleichspannungswandlers gemäß den beispielhaften Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 4 ist ein Zeitdiagramm, das eine Stromänderung und eine Spannungsänderung in dem in 1 und 2 gezeigten Gegentakt-Gleichspannungswandler zeigt, wenn primärseitige Schaltelemente SW1 und SW2 eingeschaltet sind (während einer Periode minimalen Laststroms);
  • 5A ist eine Darstellung, die einen Stromweg in einem Modus (a) (siehe 4) in dem in 1 und 2 gezeigten Gegentakt-Gleichspannungswandler zeigt;
  • 5B ist eine Darstellung, die einen Stromweg in einem Modus (b) (siehe 4) in dem in 1 und 2 gezeigten Gegentakt-Gleichspannungswandler zeigt;
  • 6A ist eine Darstellung, die einen Stromweg in einem Modus (d) (siehe 4) in dem in 1 und 2 gezeigten Gegentakt-Gleichspannungswandler zeigt;
  • 6B ist eine Darstellung, die einen Stromweg in einem Modus (e) (siehe 4) in dem in 1 und 2 gezeigten Gegentakt-Gleichspannungswandler zeigt;
  • 6C ist eine Darstellung, die einen Stromweg in einem Modus (f) (siehe 4) in dem in 1 und 2 gezeigten Gegentakt-Gleichspannungswandler zeigt;
  • 7A ist eine Darstellung, die den Stromweg in dem in 6A gezeigten Modus (d) mit einem Spannungsbezugszeichen v1 der primärseitigen Transformatorspannung und einem Bezugszeichen v2 der sekundärseitigen Transformatorspannung zeigt;
  • 7B ist eine Darstellung, die ein Schaltungsmodell als Ersatzschaltbild des Stromwegs in dem Modus (d) zeigt, der in 7A gezeigt ist, d. h. in 6A gezeigt ist;
  • 8 ist eine schematische Darstellung, die eine Struktur des Gegentakt-Gleichspannungswandlers zum Detektieren eines Zustandsübergangs gemäß einem ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 9 ist eine schematische Darstellung, die eine Struktur des Gegentakt-Gleichspannungswandlers zum Detektieren eines Zustandsübergangs gemäß einem zweiten beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 10 ist eine schematische Darstellung, die eine Struktur des Gegentakt-Gleichspannungswandlers zum Detektieren eines Zustandsübergangs gemäß einem dritten beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 11 ist eine schematische Darstellung, die eine Struktur des Gegentakt-Gleichspannungswandlers zum Detektieren eines Zustandsübergangs gemäß einem vierten beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 12 ist eine Darstellung, die einen Einschaltverlust eines Schaltelements in dem Gegentakt-Gleichspannungswandler erläutert.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Nachstehend werden hierin verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele bezeichnen gleiche Bezugszeichen oder -ziffern über die verschiedenen Darstellungen hinweg gleiche oder äquivalente Komponenten.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele
  • Unter Bezugnahme auf 1 bis 11 wird eine Beschreibung eines Gegentakt- bzw. Push-Pull-Gleichspannungswandlers bzw. -Gleichstromstellers gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen gegeben.
  • 1 ist eine Darstellung, die einen Aufbau des Gegentakt-Gleichspannungswandlers gemäß den beispielhaften Ausführungsbeispielen zeigt, in dem eine Diode als ein sekundärseitiges Gleichrichterelement verwendet ist. 2 ist eine Darstellung, die einen weiteren Aufbau des Gegentakt-Gleichspannungswandlers gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen zeigt, in dem ein Schaltelement als das sekundärseitige Gleichrichterelement verwendet ist.
  • Der in 1 gezeigte Aufbau unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten Aufbau in der Struktur der Vielzahl von sekundärseitigen Gleichrichterelementen. Es ist nämlich so, dass der in 1 gezeigte Gegentakt-Gleichspannungswandler eine Diode DI3 und eine Diode DI4 als die sekundärseitigen Gleichrichterelemente verwendet.
  • Andererseits verwendet der in 2 gezeigte Gegentakt-Gleichspannungswandler ein Schaltelement SW3 und ein Schaltelement SW4 als die sekundärseitigen Gleichrichterelemente.
  • Einer von wichtigen Belangen gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Detektionsstruktur aufzuweisen, die imstande ist, einen Strom oder eine Spannung zu detektieren, um den Zustandsübergang von dem normalen Zustand in den inversen Zustand während einer Periode minimalen Laststroms korrekt und zeitgerecht zu detektieren. Das heißt, dass der Gegentakt-Gleichspannungswandler gemäß jedem der beispielhaften Ausführungsbeispiele, die nachstehend ausführlich beschrieben werden, einen Zustandsbeurteilungsabschnitt aufweist, der imstande ist, ein Auftreten des Zustandsübergangs von dem normalen Zustand in den inversen Zustand während der Periode minimalen Laststroms auf Grundlage eines detektierten Stroms oder einer detektierten Spannung zu detektieren. Diese Periode minimalen Laststroms wird nachstehend erläutert.
  • Der Aufbau und das Verhalten des Zustandsbeurteilungsabschnitts können für jeden der Gegentakt-Gleichspannungswandler mit einem unterschiedlichen Aufbau, die in 1 und 2 gezeigt sind, angenommen werden.
  • Es wird eine Beschreibung des Aufbaus und des Verhaltens des Gegentakt-Gleichspannungswandlers, der die Dioden DI3 und DI4 verwendet, und des Aufbaus des Gegentakt-Gleichspannungswandlers, der die Schaltelemente SW3 und SW4 verwendet, gegeben. Nach der Erläuterung des Grundkonzepts des Gegentakt-Gleichspannungswandlers wird eine Beschreibung der Erläuterung des Aufbaus und des Verhaltens des Gegentakt-Gleichspannungswandlers gemäß ersten bis vierten beispielshaften Ausführungsbeispielen und verschiedenen Modifikationen im Einzelnen gegeben.
  • Es wird eine Beschreibung des Aufbaus und des Verhaltens des Gegentakt-Gleichspannungswandlers unter Verwendung der Dioden DI3 und DI4, der in 1 gezeigt ist, gegeben. Die Dioden DI3 und DI4 werden als die sekundärseitigen Gleichrichterelemente verwendet.
  • Wie es in 1 gezeigt ist, ist der Gegentakt-Gleichspannungswandler 101 zwischen einer Gleichstrom-(DC-)Leistungsquelle Bt und einer elektrischen Last Ld eingerichtet. Der Gegentakt-Gleichspannungswandler 101 wandelt von der Gleichstromleistungsquelle Bt gelieferte Gleichstrom-(DC-)Leistung um, und liefert die gewandelte Gleichstromleistung an die elektrische Last Ld.
  • Der Gegentakt-Gleichspannungswandler 101 ist aus einem Transformator 20, einem Paar der primärseitigen Schaltelemente SW1 und SW2, einem Paar der sekundärseitigen Dioden DI3 und DI4, einem Glättungsinduktor 7, usw. aufgebaut. Der Transformator 20 ist aus einem Paar von primärseitigen Spulen 31 und 32 und einem Paar von sekundärseitigen Spulen 33 und 34 aufgebaut. Die primärseitigen Spulen 31 und 32 und die sekundärseitigen Spulen 33 und 34 bilden einen Erregungsinduktor.
  • Der Gegentakt-Gleichspannungswandler 101 weist weiterhin einen Schaltbetriebsabschnitt 16 und den Zustandsbeurteilungsabschnitt 14 auf. Der Schaltbetriebsabschnitt 16 steuert jedes der primärseitigen Schaltelemente SW1 und SW2.
  • Die primärseitigen Spulen und die sekundärseitigen Spulen in dem Transformator 20 weisen ein Wicklungsverhältnis 1:N auf, wobei N eine natürliche Zahl ist. Ein Erregerstrom ILm fließt in dem Erregungsinduktor. Der Erregerstrom ILm ist gleich einer Gesamtsumme von Strömen It1, It2, N × It3 und N × It4, die in den primärseitigen Spulen 31 und 32 sowie den sekundärseitigen Spulen 34 und 35 fließen.
  • Der Gegentakt-Gleichspannungswandler 101 gemäß jedem des ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsbeispiels weist das Wicklungsverhältnis 1:1 auf.
  • Die einen Anschlüsse der Primärspulen 31 und 32 sind an einem primärseitigen Mittelabgriff CT1 miteinander verbunden. Dieser primärseitige Mittelabgriff CT1 ist mit einer positiven Elektrode der Gleichstromleistungsquelle Bt verbunden. Die anderen Anschlüsse der Primärspulen 31 und 32 sind über die primärseitigen Schaltelemente 31 und 32 mit einer negativen Elektrode der Gleichstromleistungsquelle Bt verbunden.
  • Die einen Anschlüsse der Sekundärspulen 33 und 34 sind an einem sekundärseitigen Mittelabgriff CT2 miteinander verbunden. Dieser sekundärseitige Mittelabgriff CT2 ist mit einem Anschluss der elektrischen Last Ld verbunden. Der andere Anschluss der Sekundärspule 33 ist mit einer Kathode der Diode DI3 verbunden. Der andere Anschluss der Sekundärspule 34 ist mit einer Kathode der Diode DI4 verbunden.
  • Der Glättungsinduktor 7 ist zwischen einer Anode von jeder der Dioden DI3 und DI4 und dem anderen Anschluss der elektrischen Last Ld verbunden. Wenn er elektrische Leistung empfängt, sammelt der Glättungsinduktor 7 magnetische Energie an, wenn er elektrische Leistung empfängt. Ein Laststrom iL fließt in der elektrischen Last Ld und dem Glättungsinduktor 7. Eine positive Richtung oder eine Vorwärtsrichtung des Laststroms iL ist eine Richtung von der elektrischen Last Ld über den Glättungsinduktor 7 zu den Dioden DI3 und DI4. Wie es in 1 und 2 gezeigt ist, ist ein sekundärseitiger Glättungskondensator 8 parallel zu der elektrischen Last Ld geschaltet.
  • Die primärseitigen Schaltelemente SW1 und SW2 sind zwischen den Primärspulen 31 und 32 und der negativen Elektrode der Gleichstromleistungsquelle Bt verbunden. Weiterhin ist eine Freilaufdiode parallel zu jedem der primärseitigen Schaltelemente SW1 und SW2 geschaltet. Die primärseitigen Schaltelemente SW1 und SW2 arbeiten abwechselnd, um eine positive/negative Spannung an die primärseitigen Spulen 31 und 32 zu liefern.
  • Der Gegentakt-Gleichspannungswandler gemäß den beispielhaften Ausführungsbeispielen verwendet einen MOS-FET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) mit einer Body-Diode als jedes der primärseitigen Schaltelemente SW1 und SW2. Diese Body-Diode kann als die Freilaufdiode betrachtet werden. Eine zwischen dem Drain und der Source von jedem der primärseitigen Schaltelemente SW1 und SW2 erzeugte Kapazität kann durch Verwendung von Bezugszeichen Vsw1, Vsw2 bezeichnet werden. Diese Kapazität Vsw1, Vsw2 ist kein physikalischer bzw. körperlicher Kondensator, sondern eine Synthesekapazität des Transistors, der Diode und eines zwischen dem Transistor und der Diode angeordneten Kondensators.
  • Der Drain des primärseitigen Schaltelements SW1 ist mit der Primärspule 31 verbunden. Der Drain des primärseitigen Schaltelements SW2 ist mit der Primärspule 32 verbunden. Die Source von jedem der primärseitigen Schaltelemente SW1 und SW2 ist mit der negativen Elektrode der Gleichstromleistungsquelle Bt verbunden. Der Schaltbetriebsabschnitt 16 erzeugt ein Gatesignal und überträgt dieses an das Gate von jedem der primärseitigen Schaltelemente SW1 und SW2. Für jedes der beispielhaften Ausführungsbeispiele ist es zulässig, einen Transistor wie etwa einen IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) als das Schaltelement zu verwenden. Eine Basis, ein Kollektor und ein Emitter von einem Transistor wie etwa einem IGBT entsprechen dem Gate, dem Drain und der Source von dem Schaltelement.
  • Es wird nun eine Beschreibung eines Aufbaus des Gegentakt-Gleichspannungswandlers 102 mit den Schaltelementen SW3 und SW4 als die sekundärseitigen Gleichrichterelemente unter Bezugnahme auf 2 gegeben.
  • Weiterhin wird nachstehend ein Unterschied in Aufbau und Verhalten zwischen dem in 2 gezeigten Gegentakt-Gleichspannungswandler 102 und dem in 1 gezeigten Gegentakt-Gleichspannungswandler 101 erläutert. In dem Aufbau des Gegentakt-Gleichspannungswandlers 102 richten die sekundärseitigen Schaltelemente SW3 und SW4 einen in den Sekundärspulen 33 und 34 fließenden Strom gleich. Eine Freilaufdiode ist parallel zu jedem der sekundärseitigen Schaltelemente SW3 und SW4 geschaltet.
  • Ähnlich zu den primärseitigen Schaltelementen SW1 und SW2 verwendet der Aufbau des Gegentakt-Gleichspannungswandlers 102 MOS-FETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) mit einer Body-Diode als die sekundärseitigen Schaltelemente SW3 und SW4.
  • Der Drain des sekundärseitigen Schaltelements SW3 ist mit der Sekundärspule 33 verbunden. Der Drain des sekundärseitigen Schaltelements SW4 ist mit der Sekundärspule 34 verbunden. Die Source von jedem der sekundärseitigen Schaltelemente SW3 und SW4 ist mit dem Glättungsinduktor 7 verbunden. Der Schaltbetriebsabschnitt 16 erzeugt ein Gatesignal und überträgt dieses an das Gate von jedem der sekundärseitigen Schaltelemente SW3 und SW4. Das heißt, dass der Schaltbetriebsabschnitt 16, zusätzlich zu den primärseitigen Schaltelementen SW1 und SW2, ferner das Verhalten von jedem der sekundärseitigen Schaltelemente SW3 und SW4 steuert. Im Speziellen führt der Schaltbetriebsabschnitt 16 einen Synchrongleichrichtungsprozess durch, um einen Leitungsverlust zu verringern, der während eines Leitungszustands von jedem der sekundärseitigen Schaltelemente SW3 und SW4 verursacht wird. Der Schaltbetriebsabschnitt 16 schaltet jedes der sekundärseitigen Schaltelemente SW3 und SW4 während des Synchrongleichrichtungsprozesses ein.
  • Ähnlich zu den primärseitigen Schaltelementen SW1 und SW2, ist es für den Gegentakt-Gleichspannungswandler gemäß den beispielhaften Ausführungsbeispielen zulässig, einen Transistor wie etwa einen IGBT als die sekundärseitigen Schaltelemente SW3 und SW4 zu verwenden. In diesem Fall entsprechen eine Basis, ein Kollektor und ein Emitter von einem Transistor wie etwa dem IGBT dem Gate, dem Drain und der Source von dem Schaltelement.
  • Unter Bezugnahme auf 3 wird eine Beschreibung des Verhaltens von jedem der Gegentakt-Gleichspannungswandler 101 und 102 gegeben.
  • 3 ist ein Zeitdiagramm, das das Verhalten des Gegentakt-Gleichspannungswandlers gemäß den beispielhaften Ausführungsbeispielen zeigt. Wie es in 3 gezeigt ist, werden die folgenden drei Perioden, d. h. die erste bis dritte Periode, auf Grundlage der Ein-/Ausschaltzustände der primärseitigen Schaltelemente SW1 und SW2 bestimmt.
  • In der ersten Periode I ist das primärseitige Schaltelement SW1 eingeschaltet und ist das primärseitige Schaltelement SW2 ausgeschaltet.
  • In der zweiten Periode II ist das primärseitige Schaltelement SW1 ausgeschaltet und ist das primärseitige Schaltelement SW2 eingeschaltet.
  • In der dritten Periode III sind beide primärseitigen Schaltelemente SW1 und SW2 ausgeschaltet.
  • Der Zustand der primärseitigen Schaltelemente SW1 und SW2 in jedem der Gegentakt-Gleichspannungswandler 101 und 102 wird in einer Reihenfolge der ersten Periode I, der dritten Periode III, der zweiten Periode II, der dritten Periode III, der ersten Periode I, ... überführt, so dass jedes der primärseitigen Schaltelemente SW1 und SW2 ein-/ausgeschaltet wird.
  • Insbesondere, während der dritten Periode III, nimmt in dem Glättungsinduktor 7 angesammelte magnetische Energie ab, und nimmt auch ein Laststrom iL ab. Andererseits, während der ersten Periode I und der zweiten Periode II, wird magnetische Energie in dem Glättungsinduktor 7 angesammelt, und nimmt der Laststrom iL zu.
  • In der Struktur zum Durchführen des Synchrongleichrichtungsprozesses unter Verwendung der sekundärseitigen Schaltelemente SW3 und SW4 wird das sekundärseitige Schaltelement SW3 eingeschaltet, nachdem die erste Periode I in die dritte Periode III überführt wurde. Weiterhin wird das sekundärseitige Schaltelement SW3 nach dem Ablauf der zweiten Periode II vor einer Zeit ausgeschaltet, zu der die Periode III in die erste Periode I überführt wird.
  • Andererseits wird das sekundärseitige Schaltelement SW4 eingeschaltet, nachdem die zweite Periode II in die dritte Periode III überführt wurde. Weiterhin wird das sekundärseitige Schaltelement SW4 nach dem Ablauf der ersten Periode I vor einer Zeit ausgeschaltet, zu der die dritte Periode III in die zweite Periode II überführt wird.
  • Um ein Auftreten eines Kurzschlusses zu verhindern, wird eine Tot- bzw. Wartezeit eingehalten, indem der Schaltzeitpunkt der sekundärseitigen Schaltelemente SW3 und SW4 gegenüber dem Schaltzeitpunkt der primärseitigen Schaltelemente SW1 und SW2 geringfügig verschoben wird.
  • Eine Tal- bzw. Senkenperiode, in der der Laststrom iL ausgehend von einer vorhergehenden Abnahme zuzunehmen beginnt, zum Beispiel wenn die dritte Periode III in die erste Periode I oder die zweite Periode II überführt wird, wird als die Periode minimalen Laststroms bezeichnet (siehe 3).
  • 12 ist eine Darstellung, die einen Einschaltverlust (oder Schaltverlust) des Schaltelements in dem Gegentakt-Gleichspannungswandler erläutert. Der Minimalwert des Laststroms iL in der Periode minimalen Laststroms wird zu einem Zeitpunkt bestimmt, zu dem jedes der primärseitigen Schaltelemente SW1 und SW2 eingeschaltet ist. Zum Beispiel, wie es in 12 gezeigt ist, beginnt ein Strom isw zu fließen, wenn das Schaltelement während einer Periode eingeschaltet wird, in der eine Drain-Source-Spannung vds des Schaltelements hoch ist, wobei dies häufig einen Einschaltverlust erzeugt, dessen Größe durch ein Produkt eines Stroms und einer Spannung berechnet wird.
  • Eines der wichtigen Merkmale des Gegentakt-Gleichspannungswandlers gemäß dem ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsbeispiel besteht darin, den Einschaltverlust zu verringern, wie es vorstehend beschrieben ist, indem eine einfache Struktur verwendet wird, die einen Erregerstrom während der Periode minimalen Laststroms verwendet.
  • Es wird nun eine Beschreibung eines typischen Beispiels gegeben, in dem das primärseitige Schaltelement SW1 eingeschaltet wird, wenn die dritte Periode in die erste Periode I überführt wird, was in 3 durch einen Kreis markiert ist.
  • Andererseits ist es notwendig, das primärseitige Schaltelement SW1 einzuschalten, nachdem das sekundärseitige Schaltelement SW3 ausgeschaltet wurde, wenn die Synchrongleichrichtung durch Verwendung der sekundärseitigen Schaltelemente SW3 und SW4 durchgeführt wird.
  • Es werden eine Stromänderung und eine Spannungsänderung des sekundärseitigen Schaltelements SW3 und des primärseitigen Schaltelements SW1 erläutert.
  • Es ist auch möglich, das Verhalten des sekundärseitigen Schaltelements SW4 und des primärseitigen Schaltelements SW2, wenn die dritte Periode III in die zweite Periode II überführt wird, auf Grundlage der folgenden Erläuterung zu verstehen, solange ein Vorzeichen beachtet wird, das eine Fließrichtung des Stroms bezeichnet.
  • Unter Bezugnahme auf 4, 5A, 5B, 6A, 6B und 6C wird eine Beschreibung der Periode minimalen Laststroms gegeben, die in 3 gezeigt ist.
  • 4 ist ein Zeitdiagramm, das eine Stromänderung und eine Spannungsänderung in dem Gegentakt-Gleichspannungswandler zeigt, wenn die primärseitigen Schaltelemente SW1 und SW2 eingeschaltet sind (während der Periode minimalen Laststroms).
  • 5A und 5B sind Darstellungen, die einen Stromweg in Modi (a) und (b) (siehe 4) in dem in 1 und 2 gezeigten Gegentakt-Gleichspannungswandler zeigen. 6A bis 6B und 6C sind Darstellungen, die einen Stromweg in Modi (d), (e) und (f) (siehe 4) in dem in 1 und 2 gezeigten Gegentakt-Gleichspannungswandler zeigen.
  • Insbesondere zeigen 5A und 5B sowie 6A bis 6C den Fall, in dem die sekundärseitigen Gleichrichterelemente aus den Schaltelementen SW3 und SW4 bestehen.
  • 4 zeigt Veränderungen eines Laststroms iL, eines Erregerstroms iLm, eines Stroms iSW1 des primärseitigen Schaltelements SW1 (hierin nachstehend SW1-Strom iSW1), einer Spannung vSW1 des primärseitigen Schaltelements SW1 (hierin nachstehend SW1-Spannung vSW1), einer Spannung vSW2 des primärseitigen Schaltelements SW2 (hierin nachstehend SW2-Strom iSW2), einer Spannung vSW3 des sekundärseitigen Schaltelements SW3 (hierin nachstehend SW3-Spannung vSW3), einer Gatespannung des primärseitigen Schaltelements SW1, einer Gatespannung des primärseitigen Schaltelements SW2, einer Gatespannung des sekundärseitigen Schaltelements SW3 und einer Gatespannung des sekundärseitigen Schaltelements SW4 (in einer Reihenfolge von oben nach unten in 4).
  • Wenn die Dioden DI3 und DI4 als die sekundärseitigen Gleichrichterelemente verwendet werden, ist die Gatespannung von jeder der Dioden DI3 und DI4 immer gleich Null. Weiterhin ist die Gatespannung der sekundärseitigen Schaltelemente SW3 und SW4, wenn der Synchrongleichrichtungsprozess durch Verwendung der sekundärseitigen Schaltelemente SW3 und SW4 durchgeführt wird, in 4 durch gestrichelte Linien markiert.
  • Ein Elementlaststrom und ein gewandelter Erregerstrom, die in der folgenden Erläuterung zu verwenden sind, sind wie folgt definiert.
  • Während einer Zirkulations- bzw. Umlaufzeitdauer, in der der in der elektrischen Last Ld fließende Laststrom in der Vielzahl von sekundärseitigen Gleichrichterelementen SW3, SW4 zirkuliert bzw. umläuft, wenn alle der Vielzahl von primärseitigen Schaltelementen ausgeschaltet sind, bezeichnet der Elementlaststrom einen Strom, der über die elektrische Last Ld und den Glättungsinduktor 7 in einem der Vielzahl von sekundärseitigen Schaltelementen zirkuliert bzw. umläuft.
  • Weiterhin ist der gewandelte Erregerstrom ein Teil des Erregerstroms iLm, der durch jedes der Vielzahl von sekundärseitigen Gleichrichterelementen gewandelt wurde, wenn der Erregerstrom iLm während der dritten Periode III (siehe 3) in dem Erregungsinduktor des Transformators (20) fließt und nicht variiert, und wird der Erregerstrom iLm während der ersten Periode und der zweiten Periode II (siehe 3) in dem Erregungsinduktor des Transformators 20 angesammelt.
  • Ein normaler Zustand bezeichnet eine Bedingung bzw. Situation, in der ein Absolutwert des Elementlaststroms nicht kleiner wird als ein Absolutwert des gewandelten Erregerstroms. Ein inverser Zustand bezeichnet eine Bedingung bzw. Situation, in der der Absolutwert des Elementlaststroms kleiner wird als der Absolutwert des gewandelten Erregerstroms.
  • Ein inverser Zustand bezeichnet eine Bedingung bzw. Situation, in der der Absolutwert des Elementlaststroms kleiner wird als der Absolutwert des gewandelten Erregerstroms.
  • Der Schaltbetriebsabschnitt schaltet das primärseitige Schaltelement mit einer Priorität ein, nachdem der normale Zustand in den inversen Zustand überführt ist. Die vorliegende Erfindung stellt eine Differenz bzw. einen Unterschied zwischen dem Elementlaststrom und dem gewandelten Erregerstrom fest. Das heißt, dass das Verhalten des Gegentakt-Gleichspannungswandlers gemäß den beispielhaften Ausführungsbeispielen auf Grundlage der Differenz bzw. des Unterschieds zwischen dem Elementlaststrom und dem gewandelten Erregerstrom gesteuert wird.
  • Der Grundaufbau des Gegentakt-Gleichspannungswandlers gemäß den beispielhaften Ausführungsbeispielen weist die zwei sekundärseitigen Gleichrichterelemente mit der gleichen elektrischen Spezifikation auf. Weiterhin weisen die primärseitigen Spulen und die sekundärseitigen Spulen in dem Transformator 20 das Wicklungsverhältnis 1:1 auf. Das heißt, dass der Elementlaststrom durch iL/2 bezeichnet ist und der gewandelte Erregerstrom durch iLm/2 bezeichnet ist.
  • Das heißt, wenn der gewandelte Erregerstrom mit dem Elementlaststrom verglichen wird, ist es möglich, das gleiche Vergleichsergebnis durch Vergleich des Laststroms iL mit dem Erregerstrom iLm zu erhalten, da ein halber Wert des gewandelten Erregerstroms mit einem halben Wert des Elementlaststroms verglichen wird. Dementsprechend zeigt 4 eine Differenz bzw. einen Unterschied zwischen dem gewandelten Erregerstrom und dem Elementlaststrom durch Verwendung des Laststroms iL und des Erregerstroms iLm.
  • Die beispielhaften Ausführungsbeispiele verwenden fünf Modi (a), (b), (d), (e) und (f), die in 5A, 5B und 6A bis 6C gezeigt sind, in denen der Laststrom iL durch die durchgezogenen Linien markiert ist und der Erregerstrom iLm durch die gestrichelten Linien markiert ist. Es gibt keinen Modus (c).
  • Ein Vorzeichen von jedem Strom und jeder Spannung ist wie folgt definiert:
    Eine positive Richtung (oder eine Vorwärtsrichtung) des Laststroms iL ist von dem sekundärseitigen Mittelabgriff CT2 des Transformators 20 über den Glättungsinduktor 7 zu den sekundärseitigen Schaltelementen SW3 und SW4.
  • Eine positive Richtung (oder eine Vorwärtsrichtung) des Erregerstroms iLm ist durch Verwendung der gestrichelten Linien mit einem Pfeil gezeigt, die in jeder von 5A, 5B und 6A bis 6C gezeigt sind.
  • Eine positive Richtung (oder eine Vorwärtsrichtung) des SW1-Stroms isw1 ist von dem Drain zu der Source des primärseitigen Schaltelements SW1, wie es durch die Richtung nach unten in jeder von 5A, 5B und 6A bis 6C angegeben ist. Weiterhin ist eine negative Richtung des SW1-Stroms isw1 durch die Richtung nach oben in jeder von 5A, 5B und 6A bis 6C angegeben.
  • Jede der SW1-Spannung vsw1 des primärseitigen Schaltelements SW1, der SW3-Spannung vsw3 des sekundärseitigen Schaltelements SW3, usw. meint eine Drain-Source-Spannung von jedem Schaltelement von diesen. Wie es durch den Pfeil in jeder von 5A, 5B und 6A bis 6C gekennzeichnet ist, bezeichnet eine positive Spannung von jeder der SW1-Spannung vsw1 des primärseitigen Schaltelements SW1, der SW3-Spannung vsw3 des sekundärseitigen Schaltelements SW3, usw. die Drain-Spannung von diesen auf Grundlage der Source-Spannung von diesen. Es besteht eine Komplementärbeziehung zwischen der SW2-Spannung vsw2 des primärseitigen Schaltelements SW2 und der SW1-Spannung vsw1 des primärseitigen Schaltelements SW1. Die SW2-Spannung vsw2 des primärseitigen Schaltelements SW2 ist durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet.
  • Es wird nun eine Beschreibung von jedem der Modi (a), (b), (d), (e) und (f) gegeben, die in 5A, 5B und 6A bis 6C gezeigt sind.
  • In dem Modus (a) ist das primärseitige Schaltelement SW2 eingeschaltet und ist das primärseitige Schaltelement SW1 ausgeschaltet. Während dieses Modus (a) führt der Gegentakt-Gleichspannungswandler eine Steuerung in dem normalen Modus aus, und nimmt der Laststrom iL allmählich zu, wenn der Laststrom iL nicht kleiner ist als der Erregerstrom iLm.
  • Wenn der Synchrongleichrichtungsprozess in den sekundärseitigen Schaltelementen durchgeführt wird, wird das sekundärseitige Schaltelement SW3 eingeschaltet, wie es durch die gestrichelten Linien gezeigt ist.
  • In dem Modus (a) fließen der Laststrom iL und der Erregerstrom iLm über das primärseitige Schaltelement SW2 auf der Primärseite. Weiterhin fließt der Laststrom iL über das sekundärseitige Schaltelement SW3 und die Diode DI3 auf der Sekundärseite.
  • Wenn das primärseitige Schaltelement SW2 zu einer Laststromhöchststandzeit ta ausgeschaltet wird, wird der Modus (a) in den Modus (b) überführt. In dem Modus (b) beginnt der Laststrom iL abzunehmen. Während des Modus (b) sind beide primärseitigen Schaltelemente SW1 und SW2 ausgeschaltet, und nimmt der Laststrom iL allmählich ab, während der normale Zustand beibehalten wird, in dem der Laststrom iL nicht kleiner ist als der Erregerstrom iLm.
  • In der Struktur zur Durchführung des Synchrongleichrichtungsprozesses durch Verwendung der sekundärseitigen Schaltelemente SW3 und SW4 wird das sekundärseitige Schaltelement SW4 eingeschaltet, wenn der Modus (a) in den Modus (b) überführt wird. Das sekundärseitige Schaltelement SW3 wird vor einer Inversstartzeit tb ausgeschaltet.
  • Während des Modus (b) werden sowohl der Erregerstrom iLm als auch der Erregerstrom iLm durch die sekundärseitigen Schaltelemente SW3 und SW4 oder die sekundärseitigen Dioden DI3 und DI4 zirkuliert, und werden sie nicht auf die Primärseite übertragen und fließen sie dort nicht.
  • Nach der Inversstartzeit tb, zu der der Laststrom iL gleich dem Erregerstrom iLm wird, wird der Modus (b) in den Modus (d) überführt, der als der inverse Zustand dient.
  • Während des Zustandsübergangs von dem Modus (b) in den Modus (d) behalten beide primärseitigen Schaltelemente SW1 und SW2 den ausgeschalteten Zustand bei.
  • Wenn der Synchrongleichrichtungsprozess in den sekundärseitigen Schaltelementen durchgeführt wird, wurde das sekundärseitige Schaltelement SW3 während des Zustandsübergangs von dem Modus (b) in den Modus (d) ausgeschaltet.
  • Unter Bezugnahme auf 7A und 7B wird eine Beschreibung der Erläuterung für einen Diodennichtleitungsstrom i, einen Primärseite-Transformationsstrom iP und einen Sekundärseite-Reststrom iS gegeben.
  • 7A ist eine Darstellung, die den Stromweg in dem in 6A gezeigten Modus (d) zeigt, in dem Spannungsbezugszeichen v1, v2 hinzugefügt sind. 7B ist eine Darstellung, die ein Schaltungsmodell zeigt, das ein Ersatzschaltbild des Stromwegs in dem Modus (d) zeigt, der in 7A gezeigt ist, d. h. in 6A gezeigt ist.
  • Wie es in 7A gezeigt ist, sind ein Bezugszeichen v1 der Primärseite-Transformatorspannung und ein Bezugszeichen v2 der Sekundärseite-Transformatorspannung in einem Stromweg während des in 6A gezeigten Modus (d) hinzugefügt.
  • Die Primärseite-Transformatorspannung v1 bezeichnet ein Spannungspotential an einem Anschluss, nicht an dem primärseitigen Mittelabgriff der Primärspule 31, auf Grundlage des anderen Spannungspotentials des Anschlusses, nicht auf der Seite des primärseitigen Mittelabgriffs der Primärspule 32.
  • Die Sekundärseite-Transformatorspannung v2 bezeichnet ein Spannungspotential an einem Anschluss, nicht auf der Seite des sekundärseitigen Mittelabgriffs der Sekundärspule 32, auf Grundlage des Spannungspotentials des Anschlusses, nicht auf der Seite des sekundärseitigen Mittelabgriffs der Sekundärspule 33.
  • Es ist zulässig, die sekundärseitigen Schaltelemente SW3 und SW4 durch die Dioden DI3 und DI4 zu ersetzen. Es ist auch notwendig, die Struktur zu haben, in der die primärseitigen Schaltelemente SW1 und SW2 parallel zueinander eingerichtet sind und die gleiche elektrische Spezifikation aufweisen, und die sekundärseitigen Schaltelemente SW3 und SW4 oder die sekundärseitigen Dioden DI3 und DI4 parallel zueinander eingerichtet sind und die gleiche elektrische Spezifikation aufweisen.
  • 7B zeigt das Ersatzschaltbild des in 6A gezeigten Modus (d). In 7B bezeichnet Bezugszeichen i den Diodennichtleitungsstrom i, bezeichnet Bezugszeichen iP den Primärseite-Transformationsstrom, und bezeichnet Bezugszeichen iS den Sekundärseitige-Reststrom. Der Diodennichtleitungsstrom i wird durch Subtraktion des gewandelten Erregerstroms (iLm/2) von dem Elementlaststrom (iL/2) erhalten.
  • Bezugszeichen Cds1, Cds2 und Cds3, die in 7B gezeigt sind, bezeichnen eine Kapazität zwischen dem Drain und der Source von jedem der Schaltelemente.
  • Wenn ein sekundärseitiger Laststrom iL kleiner wird als der Erregerstrom iLm, kann dieser Erregerstrom iLm nicht durch die Body-Diode des sekundärseitigen Schaltelements SW3 fließen. Der Diodennichtleitungsstrom i wird durch Subtraktion des gewandelten Erregerstroms (iLm/2) von dem Elementlaststrom (iL/2) erhalten. Der Primärseite-Transformationsstrom ip wird durch Multiplikation des Diodennichtleitungsstroms i mit einem Impedanzverhältnis zwischen dem Primärseite-Schaltelement-Weg und dem Sekundärseite-Schaltelement-Weg erhalten. Dementsprechend beginnt der Primärseite-Transformationsstrom ip auf der Primärseite zu fließen, was durch das vorgenannte Phänomen verursacht wird.
  • Da der Primärseite-Transformationsstrom ip in der Richtung fließt, dass der parallel zu dem sekundärseitigen Schaltelement SW2 eingerichtete Kondensator durch die elektrische Ladung in dem parallel zu dem primärseitigen Schaltelement SW2 eingerichteten Kondensator aufgeladen wird, bekommt der SW1-Strom iSW1 einen negativen Wert.
  • Wenn der Primärseite-Transformationsstrom ip fließt, nimmt der SW1-Strom iSW1 allmählich ab, und andererseits nimmt der SW2-Strom iSW2 allmählich zu. Dementsprechend beginnt die Spannungsverringerung der SW1-Spannung vSW1 zu der Inversstartzeit tb.
  • Weiterhin steigt die SW3-Spannung vSW3, wenn der Sekundärseite-Reststrom is durch Subtraktion des Primärseite-Transformationsstroms ip von dem Diodennichtleitungsstrom i erhalten wird, da der parallel zu dem sekundärseitigen Schaltelement SW3 eingerichtete Kondensator, der die SW3-Spannung aufweist, durch den Sekundärseite-Reststrom is aufgeladen wird.
  • Die SW1-Spannung vsw1 wird/ist zu einer Nullspannung-Erreichungszeit td (siehe 4) auf Null verringert.
  • In dem als der inverse Zustand dienende Modus (e), der in 6B gezeigt ist, fließt kein Lade-/Entladestrom in dem Kondensator, der parallel zu jedem der primärseitigen Schaltelemente SW1, SW2 und dem sekundärseitigen Schaltelement SW3 eingerichtet ist, nachdem die SW1-Spannung vsw1 Null erreicht hat, da die Spannung von jedem der primärseitigen Schaltelemente SW1, SW2 und dem sekundärseitigen Schaltelement SW3 während der Periode I (siehe 3) ihre stabile bzw. stationäre Spannung erreicht. Der gesamte Erregerstrom iLm, der einer Differenz zu dem Laststrom iL entspricht, fließt auf der Primärseite und wird in der Gleichstromleistungsquelle Bt regeneriert.
  • Da die SW1-Spannung vsw1 ungeachtet des Ein-/Ausschaltzustands des primärseitigen Schaltelements SW1 Null wird, liegt an der Spule 31 in dem Transformator 20 eine umgekehrte Spannung zu der Spannung während der Periode II an. Aus diesem Grund nimmt die SW1-Spannung vsw1 in der positiven Richtung (oder der Vorwärtsrichtung) zu.
  • Der Zustandsbeurteilungsabschnitt 14 detektiert den Zustandsübergang von dem normalen Zustand in den inversen Zustand während der Mindestlastperiode, d. h. das Auftreten des Zustandsübergangs von dem Modus (b) in den Modus (d) und den Modus (e), auf Grundlage der Informationen hinsichtlich eines Stroms oder einer Spannung der Primärseite oder der Sekundärseite in dem Transformator 20. Der Zustandsbeurteilungsabschnitt 14 überträgt das Detektionsergebnis an den Schaltbetriebsabschnitt 16.
  • Nach der Detektion des Zustandsbeurteilungsabschnitts 14 schaltet der Schaltbetriebsabschnitt 16 das primärseitige Schaltelement SW1 mit der Priorität, eingeschaltet zu werden, während einer vorbestimmten Zeitdauer ein. Diese vorbestimmte Zeitdauer wird ausführlich erläutert.
  • Es ist zulässig, dass der Schaltbetriebsabschnitt 16 das primärseitige Schaltelement SW1 während des Modus (d) oder des Modus (e) einschaltet. Es ist auch bevorzugt, dass der Schaltbetriebsabschnitt 16 das primärseitige Schaltelement SW1 während des Modus (e) einschaltet. Dieser Betrieb macht es möglich, den Nullspannung-Schaltbetrieb unter der Nullspannung der SW1-Spannung vsw1 bereitzustellen.
  • Wenn der SW1-Strom isw1 während des Modus (e) vorwärts zunimmt und die aktuelle Zeit eine Normalzustandsrückkehrzeit te (siehe 4) überschritten hat, zu der der SW1-Strom isw1 gleich dem Strom wird, der in der Gleichstromleistungsquelle Bt auf der Primärseite fließt, wird der Modus (e) in den Modus (f) überführt.
  • In dem Modus (f) ist das primärseitige Schaltelement SW1 eingeschaltet, und fließt der SW1-Strom isw1 vorwärts. Danach nimmt der SW1-Strom isw1 mit einem positiven Wert allmählich zu (siehe 4).
  • Wie es vorstehend ausführlich beschrieben ist, schaltet der Schaltbetriebsabschnitt 16 das primärseitige Schaltelement, das den Schaltbetriebsabschnitt 16 hat, mit einer hohen Priorität zu dem Zeitpunkt ein, der basierend auf dem Beurteilungsergebnis des Zustandsbeurteilungsabschnitts 14 hinsichtlich des Zustandsübergangs in den inversen Zustand bestimmt wird. Dieser Steuerbetrieb macht es möglich, den Schaltzeitpunkt zum Verringern des Einschaltverlusts der Schaltelemente durch Verwendung eines einfachen Aufbaus zu bestimmen.
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 8 bis 11 eine Beschreibung der beispielhaften Ausführungsbeispiele hinsichtlich einer speziellen Struktur zum Detektieren eines Stroms oder einer Spannung gegeben. Der Zustandsbeurteilungsabschnitt 14 detektiert einen korrekten Zeitpunkt zum Schalten von dem normalen Modus in den inversen Modus auf Grundlage des detektierten Stroms oder der detektierten Spannung.
  • 8 bis 11 zeigen den Gegentakt-Gleichspannungswandler 102 mit den Schaltelementen, die als die sekundärseitigen Gleichrichterelemente zu verwenden sind.
  • Erstes beispielhaftes Ausführungsbeispiel
  • Unter Bezugnahme auf 8 wird eine Beschreibung des Aufbaus des Gegentakt-Gleichspannungswandlers 102 mit dem Zustandsbeurteilungsabschnitt 14 gemäß dem ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel gegeben.
  • 8 ist eine schematische Darstellung, die eine Struktur des Gegentakt-Gleichspannungswandlers 102 zum Detektieren des Zustandsübergangs gemäß dem ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel zeigt. In der Struktur des Gegentakt-Gleichspannungswandlers 102, die in 8 gezeigt ist, sind sekundärseitige Stromsensoren 63 und 64 in einem Stromweg installiert, der aus den sekundärseitigen Gleichrichterelementen gebildet wird. Die sekundärseitigen Stromsensoren 63 und 64 detektieren einen Strom isw3, der in dem sekundärseitigen Schaltelement SW3 fließt, und einen Strom isw4, der in dem sekundärseitigen Schaltelement SW4 fließt.
  • In der Struktur des Gegentakt-Gleichspannungswandlers mit den Dioden DI3 und DI4 als die sekundärseitigen Gleichrichterelemente detektieren die sekundärseitigen Stromsensoren 63 und 64 einen Strom idi3 und einen Strom idi4. Es ist auch möglich, gemäß der Struktur des Gegentakt-Gleichspannungswandlers, den Strom isw3 und den Strom isw4 durch den Strom idi3 und den Strom idi4 zu ersetzen. Wenn der Modus (b) in den als der inverse Zustand dienende Modus (d), der in 6A gezeigt ist, überführt wird, beginnt der Erregerstrom iLm auf der Primärseite zu fließen, was durch den Erregerstrom iLm verursacht wird, der auf der Sekundärseite fließt, und beginnt der SW1-Strom isw1 in der negativen Richtung des primärseitigen Schaltelements SW1 zu fließen. Weiterhin, wenn der Modus (d) in den Modus (e) überführt wird, wird der Erregerstrom iLm Null, der auf der Sekundärseite fließt. Der sekundärseitige Stromsensor 63 detektiert, dass der Strom isw3, der in dem sekundärseitigen Schaltelement SW3 fließt, Null wird. Gleichermaßen detektiert der sekundärseitige Stromsensor 64, dass der Strom isw4, der in dem sekundärseitigen Schaltelement SW4 fließt, Null wird, wenn die Periode III in die Periode II überführt wird, was in 3 gezeigt ist.
  • Der Zustandsbeurteilungsabschnitt 14 detektiert und erkennt, dass der Gegentakt-Gleichspannungswandler in den inversen Zustand eintritt, wenn der sekundärseitige Stromsensor 63 detektiert, dass der Strom isw3, der in dem sekundärseitigen Schaltelement SW3 (oder der Diode DI3) fließt, Null wird, und der sekundärseitige Stromsensor 64 detektiert, dass der Strom isw4, der in dem sekundärseitigen Schaltelement SW4 (oder der Diode DI4) fließt, Null wird.
  • Nach der Detektion des Zustandsbeurteilungsabschnitts 14 schaltet der Schaltbetriebsabschnitt 16 das primärseitige Schaltelement SW1 oder SW2 während der vorbestimmten Zeitdauer ein.
  • Es wird nun eine Beschreibung des Einschaltbetriebs des primärseitigen Schaltelements SW1 gegeben.
  • In der Struktur des Gegentakt-Gleichspannungswandlers gemäß dem ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel, die vorstehend beschrieben ist, detektiert der Zustandsbeurteilungsabschnitt 14 den Zustandsübergang zum Eintritt in den inversen Zustand zu dem Zeitpunkt, zu dem der Modus (d) in den Modus (e) überführt wird. Zu diesem Zeitpunkt, zu dem der Modus (d) in den Modus (e) überführt wird, hat die SW1-Spannung vsw1 Null erreicht. Dementsprechend ist es möglich, den Nullspannung-Schaltbetrieb korrekt durchzuführen, indem das primärseitige Schaltelement SW1 unverzüglich eingeschaltet wird, nachdem der Zustandsbeurteilungsabschnitt 14 den Zustandsübergang zum Eintritt in den inversen Zustand beurteilt.
  • Weiterhin ist es möglich, den Einschaltverlust des primärseitigen Schaltelements SW1 unverzüglich zu verringern, nachdem die SW1-Spannung vsw1 in dem als der inverse Zustand dienenden Modus (d) verringert wird/ist, im Vergleich zu einem Fall, in dem die Schaltelemente während des Modus (b) eingeschaltet werden/sind, der als der normale Zustand des Gegentakt-Gleichspannungswandlers dient.
  • Für den Gleichspannungswandler gemäß jedem des ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsbeispiels ist es dementsprechend möglich, den Einschaltverlust von jedem der primärseitigen Schaltelemente SW1 und SW2 mit einem einfachen Aufbau zu verringern, indem die Übertragung des Erregerstroms iLm von der Sekundärseite auf die Primärseite verwendet wird, ohne den Hilfsschalter zu verwenden, der in dem Gegentaktwandler verwendet wird, der in der vorstehend erläuterten Patentdruckschrift 1 offenbart ist.
  • Zweites beispielhaftes Ausführungsbeispiel
  • Unter Bezugnahme auf 9 wird eine Beschreibung des Aufbaus des Gegentakt-Gleichspannungswandlers 102 gemäß dem zweiten beispielhaften Ausführungsbeispiel gegeben.
  • 9 ist eine schematische Darstellung, die eine Struktur des Gegentakt-Gleichspannungswandlers 102 zum Detektieren des Zustandsübergangs gemäß dem zweiten beispielhaften Ausführungsbeispiel zeigt. In der Struktur des Gegentakt-Gleichspannungswandlers 102, die in 9 gezeigt ist, sind primärseitige Stromsensoren 60, 61 und 62 in dem primärseitigen Stromweg installiert. Die primärseitigen Stromsensoren 61 und 62 detektieren einen Strom isw1, der in dem primärseitigen Schaltelement SW1 fließt, und einen Strom isw2, der in dem primärseitigen Schaltelement SW2 fließt.
  • Der primärseitige Stromsensor 60 detektiert einen Strom ibt, der zwischen der Gleichstromleistungsquelle Bt und dem Transformator 20 über den primärseitigen Mittelabgriff CT1 fließt. Es ist ausreichend, den primärseitigen Stromsensor 60 oder das Paar der primärseitigen Stromsensoren 61 und 62 zu haben.
  • Wenn der Zustandsübergang von dem Modus (b) in den Modus (d) auftritt, wie es in 6A gezeigt ist, wird der Erregerstrom iLm auf der Sekundärseite auf die Primärseite übertragen, und beginnt der SW1-Strom isw1 in dem primärseitigen Schaltelement SW1 in eine negative Richtung zu fließen. Der primärseitige Stromsensor 61 detektiert den SW1-Strom isw1, der durch die Transformation des Erregerstroms iLm erzeugt wird, während sowohl des Modus (d) als auch des Modus (e).
  • Gleichermaßen detektiert, wenn die Periode III in die Periode II überführt wird, was in 3 gezeigt ist, der primärseitige Stromsensor 62 den SW2-Strom isw2, der durch die Transformation des Erregerstroms iLm erzeugt wird, während sowohl des Modus (d) als auch des Modus (e). Weiterhin detektiert der Stromsensor 60 den Erregerstrom iLm, der auf die Primärseite übertragen wird und in der Gleichstromleistungsquelle Bt regeneriert wird.
  • Der Zustandsbeurteilungsabschnitt 14 detektiert und erkennt den Zustandsübergang zum Eintritt in den inversen Zustand, wenn die primärseitigen Stromsensoren 61 und 62 und der primärseitige Stromsensor 60 den Erregerstrom iLm detektieren, der von der Sekundärseite auf die Primärseite übertragen wurde. Der Schaltbetriebsabschnitt 16 schaltet nach der Detektion des Zustandsübergangs zum Eintritt in den inversen Zustand durch den Zustandsbeurteilungsabschnitt 14 das primärseitige Schaltelement SW1 oder SW2 während der vorbestimmten Zeitdauer ein.
  • Es wird nun eine Beschreibung des Einschaltbetriebs des primärseitigen Schaltelements SW1 gegeben.
  • Es ist möglich, den Zustandsübergang zum Eintritt in den inversen Zustand auf Grundlage des Zeitpunkts zu detektieren, zu dem der Modus (b) in den Modus (d) überführt wird, indem die primärseitigen Stromsensoren 61 und 62 verwendet werden.
  • Wenn der Zustandsübergang zum Eintritt in den inversen Zustand auf Grundlage des Zeitpunkts detektiert wird, zu dem der Modus (b) in den Modus (d) überführt wird, ist es möglich, den Einschaltverlust zu verringern, da die SW1-Spannung vsw1 kleiner ist als dann, wenn das primärseitige Schaltelement SW1 während des Modus (b) eingeschaltet wird/ist.
  • Es ist bevorzugt, eine Verzögerungszeit (oder eine Verringerungszeit), während derer die SW1-Spannung vsw1 adäquat verringert werden kann, in einen (nicht gezeigten) Speicherabschnitt im Voraus zu speichern, wobei diese durch ein Experiment oder eine Simulation erhalten wird, und das primärseitige Schaltelement SW1 nach dem Ablauf der Verzögerungszeit einzuschalten, die ausgehend von dem Zeitpunkt gezählt wird, zu dem der Modus (b) in den Modus (d) überführt wird.
  • Es ist auch zulässig, einen Wert der SW1-Spannung vsw1 als einen Beurteilungsschwellenwert zu detektierten, wenn der Modus (d) in den Modus (e) überführt wird, und das Auftreten des Zustandsübergangs zum Eintritt in den inversen Zustand zu dem Zeitpunkt zu detektieren, zu dem der Detektionswert der SW1-Spannung vsw1, der durch den Stromsensor 61 detektiert wird, den Beurteilungsschwellenwert erreicht.
  • Dieser Betrieb, der vorstehend beschrieben ist, macht es möglich, den Nullspannung-Schaltbetrieb durchzuführen, in dem das primärseitige Schaltelement SW1 zu dem Zeitpunkt eingeschaltet wird, zu dem der Modus (d) in den Modus (e) überführt wird, nachdem die SW1-Spannung vsw1 auf Null verringert ist. Es ist möglich, den Einschaltverlust der Schaltelemente in dem Transformator 20 stark zu verringern.
  • In einem Fall, in dem der Zustandsübergang zum Eintritt in den inversen Zustand zu dem Zeitpunkt detektiert wird, zu dem der Modus (d) in den Modus (e) überführt wird, indem der Stromsensor 60 verwendet wird, ist es möglich, den Nullspannung-Schaltbetrieb unverzüglich durchzuführen, nachdem der Zustandsübergang zum Eintritt in den inversen Zustand detektiert wird/ist, was ähnlich zu dem Fall des ersten beispielhaften Ausführungsbeispiels ist.
  • Drittes beispielhaftes Ausführungsbeispiel
  • Unter Bezugnahme auf 10 wird eine Beschreibung des Aufbaus des Gegentakt-Gleichspannungswandlers 102 gemäß dem dritten beispielhaften Ausführungsbeispiel gegeben.
  • 10 ist eine schematische Darstellung, die eine Struktur des Gegentakt-Gleichspannungswandlers 102 zum Detektieren eines Auftretens des Zustandsübergangs gemäß dem dritten beispielhaften Ausführungsbeispiel zeigt.
  • In der Struktur des Gegentakt-Gleichspannungswandlers 102, die in 10 gezeigt ist, sind primärseitige Spannungssensoren 65 und 66 installiert, die imstande sind, eine Drain-Source-Spannung vsw1 des primärseitigen Schaltelements SW1 und eine Drain-Source-Spannung vsw2 des primärseitigen Schaltelements SW2 zu detektieren.
  • Es ist zulässig, verschiedene Typen von Sensoren und Schaltungen als diese primärseitigen Spannungssensoren 65 und 66 zu verwenden, die zum Detektieren dieser Spannungen vsw1 und vsw2 imstande sind. Zum Beispiel ist es möglich, eine Detektionsschaltung unter Verwendung von Teilungswiderständen anstelle von einzelnen Spannungsdetektionsvorrichtungen zu verwenden. Weiterhin ist es ausreichend, zumindest einen der primärseitigen Spannungssensoren 65 und 66 zu verwenden.
  • Wenn der Modus (b) in den in 6A gezeigten Modus (d) überführt wird, werden beide primärseitigen Schaltelemente SW1 und SW2 ausgeschaltet. Nach dem Zustandsübergang zum Eintritt in den Modus (d) fließt der Erregerstrom iLm auf der Primärseite, beginnt die Drain-Source-Spannung vsw1 des primärseitigen Schaltelements SW1 abzunehmen, und beginnt andererseits die Drain-Source-Spannung vsw2 des primärseitigen Schaltelements SW2 zuzunehmen. Wenn der Zustandsübergang zum Eintritt in den Modus (e) auftritt, bekommen sowohl die SW1-Spannung vsw1 als auch die SW2-Spannung vsw2 einen konstanten Wert.
  • Zu diesem Zeitpunkt detektiert der primärseitige Spannungssensor 65 die SW1-Spannung vsw1, die allmählich abnimmt. Andererseits detektiert der primärseitige Spannungssensor 66 die SW2-Spannung vsw2, die allmählich zunimmt.
  • Während der Übergangsperiode von der Periode III auf die Periode II, was in 3 gezeigt ist, detektiert der primärseitige Spannungssensor 65 die SW1-Spannung vsw1, die allmählich zunimmt. Andererseits detektiert der primärseitige Spannungssensor 66 die SW2-Spannung vsw2, die allmählich abnimmt.
  • Der Zustandsbeurteilungsabschnitt 14 detektiert den Zustandsübergang zum Eintritt in den inversen Zustand, wenn die primärseitigen Spannungssensoren 65 und 66 die Spannungszunahme oder -abnahme der primärseitigen Schaltungselemente SW1 und SW2 detektieren, die durch den Erregerstrom iLm verursacht wird, der während des Modus (d) auf die Primärseite übertragen wird. Der Schaltbetriebsabschnitt 16 schaltet das primärseitige Schaltelement SW1 oder SW2 während der vorbestimmten Zeitdauer nach der Detektion des Zustandsübergangs zum Eintritt in den inversen Zustand durch den Zustandsbeurteilungsabschnitt 14 ein. Das dritte beispielhafte Ausführungsbeispiel verwendet den gleichen Einschaltbetrieb wie das vorstehend beschriebene zweite beispielhafte Ausführungsbeispiel.
  • Viertes beispielhaftes Ausführungsbeispiel
  • Unter Bezugnahme auf 11 wird eine Beschreibung des Aufbaus des Gegentakt-Gleichspannungswandlers 102 gemäß dem vierten beispielhaften Ausführungsbeispiel gegeben.
  • 11 ist eine schematische Darstellung, die eine Struktur des Gegentakt-Gleichspannungswandlers 102 zum Detektieren des Zustandsübergangs gemäß dem vierten beispielhaften Ausführungsbeispiel zeigt. In der Struktur des Gegentakt-Gleichspannungswandlers 102, die in 11 gezeigt ist, sind sekundärseitige Spannungssensoren 67 und 68 installiert, die imstande sind, eine Drain-Source-Spannung vsw3 des sekundärseitigen Schaltelements SW3 und eine Drain-Source-Spannung vsw4 des sekundärseitigen Schaltelements SW4 zu detektieren.
  • Im Übrigen detektieren die sekundärseitigen Spannungssensoren 67 und 68 eine Spannung vdi3 der Diode DI3 und eine Spannung vdi4 der Diode DI4, falls die Dioden DI3 und DI4 als die sekundärseitigen Gleichrichterelemente verwendet werden.
  • In der folgenden Erläuterung ist es möglich, die SW3-Spannung vsw3 und die SW4-Spannung vsw4 durch die DI3-Spannung vdI3 und die DI4-Spannung vdI4 zu ersetzen. Die Anschlussspannung beider Enden des sekundärseitigen Gleichrichterelements umfasst die Drain-Source-Spannung des Schaltelements. Es ist möglich, als den Spannungssensor eine Detektionsschaltung unter Verwendung von Teilungswiderständen anstelle von einzelnen Spannungsdetektionsvorrichtungen zu verwenden. Weiterhin ist es ausreichend, zumindest einen der primärseitigen Spannungssensoren 65 und 66 zu verwenden.
  • Wenn der Modus (b) in den als den inversen Zustand dienenden Modus (d), der in 6B gezeigt ist, überführt wird, werden beide primärseitigen Schaltelemente SW1 und SW2 ausgeschaltet. Nach dem Zustandsübergang zum Eintritt in den Modus (d) fließt der Erregerstrom iLm auf der Primärseite, beginnt die Drain-Source-Spannung vsw1 des primärseitigen Schaltelements SW1 abzunehmen, und beginnt andererseits die Drain-Source-Spannung vsw3 des sekundärseitigen Schaltelements SW3 zuzunehmen. Wenn der Zustandsübergang zum Eintritt in den Modus (e) auftritt, bekommt die SW3-Spannung vsw3 einen konstanten Wert als den erhöhten Wert. Zu diesem Zeitpunkt detektiert der sekundärseitige Spannungssensor 67 die SW3-Spannung vsw3, die allmählich zunimmt. Gleichermaßen detektiert während des Zustandsübergangs von der Periode III in die Periode II, was in 3 gezeigt ist, der sekundärseitige Spannungssensor 68 die SW4-Spannung vsw4, die allmählich zunimmt.
  • Der Zustandsbeurteilungsabschnitt 14 detektiert den Zustandsübergang zum Eintritt in den inversen Zustand, wenn die sekundärseitigen Spannungssensoren 67 und 68 die Spannungszunahme der sekundärseitigen Schaltelemente SW3 und SW4 oder der sekundärseitigen Dioden DI3 und DI4 detektieren, die durch den Erregerstrom iLm verursacht wird, der während des Modus (d) auf die Primärseite übertragen wird. Der Schaltbetriebsabschnitt 16 schaltet das primärseitige Schaltelement SW1 oder SW2 während der vorbestimmten Zeitdauer nach der Detektion des Zustandsübergangs zum Eintritt in den inversen Zustand durch den Zustandsbeurteilungsabschnitt 14 ein. Das vierte beispielhafte Ausführungsbeispiel verwendet den gleichen Einschaltbetrieb wie das vorstehend beschriebene zweite beispielhafte Ausführungsbeispiel.
  • Weitere Abwandlungen
  • Das Konzept der vorliegenden Erfindung ist nicht durch den Aufbau und das Verhalten des Gegentakt-Gleichspannungswandlers gemäß einem bzw. jedem des vorstehend beschriebenen ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsbeispiels beschränkt. Für die vorliegende Erfindung ist es möglich, die folgenden Abwandlungen aufzuweisen.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, detektiert der Schaltbetriebsabschnitt 16 zuverlässig ein Auftreten des Zustandsübergangs von dem normalen Zustand in den inversen Zustand auf Grundlage des Beurteilungsergebnisses des Zustandsbeurteilungsabschnitts 14, und schaltet er dann das primärseitige Schaltelement SW1 oder SW2 ein.
  • Das Konzept der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht dadurch beschränkt. Zum Beispiel ist es nicht immer notwendig, dass der Gegentakt-Gleichspannungswandler gemäß der vorliegenden Erfindung den Zustandsbeurteilungsabschnitt 14 aufweist. Anstatt den Zustandsbeurteilungsabschnitt 14 zu verwenden, kann der Schaltbetriebsabschnitt 16 einen Zeitpunkt vorhersagen, zu dem der Zustandsübergang in den inversen Zustand auftritt, oder kann der Schaltbetriebsabschnitt 16 eine Vorwärtssteuerung durchführen, um den Zeitpunkt zu detektieren, zu dem der Zustandsübergang in den inversen Zustand auftritt, und das primärseitige Schaltelement SW1 oder SW2 während des inversen Zustands oder nach dem inversen Zustand einschalten.
  • Weiterhin sind in dem Aufbau des Gegentakt-Gleichspannungswandlers gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsbeispiel die zwei Gleichrichterelemente parallel zueinander eingerichtet, und ist das Wicklungsverhältnis der Primärseite und der Sekundärseite des Transformators 20 gleich 1:1. In diesem Aufbau wird, wenn der gesamte Erregerstrom iLm gleich 1 ist, der äquivalente Erregerstrom, der in jedem der sekundärseitigen Gleichrichterelemente fließt, zu einer Hälfte des gesamten Erregerstroms iLm.
  • Andererseits wird, wenn die zwei Gleichrichterelemente parallel zueinander eingerichtet sind und das Wicklungsverhältnis der Primärseite und der Sekundärseite des Transformators 20 gleich 1:N ist, der äquivalente Erregerstrom, der in jedem der sekundärseitigen Gleichrichterelemente fließt, zu 1/(2N). Im Allgemeinen wird, wenn M Gleichrichterelemente parallel zueinander eingerichtet sind und das Wicklungsverhältnis der Primärseite und der Sekundärseite des Transformators 20 gleich 1:N ist, der äquivalente Erregerstrom, der in jedem der sekundärseitigen Gleichrichterelemente fließt, zu 1/(M × N).
  • In dem in 4 gezeigten Zeitdiagramm wurden die positive Richtung (Vorwärtsrichtung) und die negative Richtung bestimmt, um den Laststrom iL und den Erregerstrom iLm direkt zu vergleichen, ohne das Vorzeichen von diesen umzukehren. Insbesondere werden der normale Zustand und der inverse Zustand auf Grundlage eines Ergebnisses eines Vergleichs eines Absolutwerts des Elementlaststroms mit einem Absolutwert des äquivalenten Erregerstroms detektiert.
  • Es ist zulässig, verschiedene Arten der Leistungsquelle und der Last in dem Gegentakt-Gleichspannungswandler zu verwenden, und den Wertebereich der Eingangsspannung vin und der Ausgangsspannung vout zu verändern.
  • Während spezifische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben wurden, wird es von dem Fachmann anerkannt werden, dass verschiedene Abwandlungen und Alternativen zu diesen Einzelheiten im Lichte der gesamten Lehren der Offenbarung entwickelt bzw. ausgebildet werden können. Dementsprechend sind die offenbarten speziellen Ausgestaltungen lediglich veranschaulichend und nicht für den Umfang der vorliegenden Erfindung einschränkend gedacht, dem die volle Breite der folgenden Patentansprüche und aller Äquivalente von diesen zuzugestehen ist.
  • Bei einem Gegentakt-Gleichspannungswandler, der zum abwechselnden Betreiben von primärseitigen Schaltelementen imstande ist, schaltet ein Schaltbetriebsabschnitt ein primärseitiges Schaltelement mit einer hohen Priorität ein, nachdem ein Modus (d), der einen normalen Zustand darstellt, in einen Modus (d), der einen inversen Zustand darstellt, während einer Zirkulationsperiode überführt ist, in der ein Laststrom in den sekundärseitigen Gleichrichterelementen zirkuliert, wenn alle der primärseitigen Schaltelemente ausgeschaltet sind. Ein Einschalten des primärseitigen Schaltelements mit einer hohen Priorität nach Auftreten des Zustandsübergangs in den inversen Zustand kann eine Spannung unmittelbar nach Zufuhr von elektrischer Leistung an die primärseitigen Schaltelemente verringern, indem Erregerstrom verwendet wird, und ohne dass irgendeine zusätzliche Komponente hinzugefügt wird.
  • 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
    • WO 2008/020629 [0003]

Claims (10)

  1. Gegentakt-Gleichspannungswandler, eingerichtet zwischen einer Leistungsquelle (Bt) und einer elektrischen Last (Ld), der zum Umwandeln einer Gleichstrom-(DC-)Leistung der Leistungsquelle (Bt) imstande ist, wobei der Gegentakt-Gleichspannungswandler aufweist: einen Transformator (20) mit: einer Vielzahl von Primärspulen (31, 32) und einer Vielzahl von Sekundärspulen (33, 34), die einen Erregungsinduktor bilden; eine Vielzahl von primärseitigen Schaltelementen (SW1, SW2), die abwechselnd arbeiten und zwischen der Vielzahl von Primärspulen und der Leistungsquelle verbunden sind, wobei eine Freilaufdiode parallel zu jedem der Vielzahl von primärseitigen Schaltelementen eingerichtet ist; eine Vielzahl von sekundärseitigen Gleichrichterelementen (DI3, DI4, SW3, SW4), die mit der Vielzahl von Sekundärspulen verbunden sind und zum Gleichrichten eines in der Vielzahl von Sekundärspulen fließenden Stroms imstande sind; einen Glättungsinduktor (7), der zwischen der Vielzahl von sekundärseitigen Gleichrichterelementen und der elektrischen Last verbunden ist; und einen Schaltbetriebsabschnitt (16), der imstande ist, die Vielzahl von primärseitigen Schaltelementen zu betreiben, und weiterhin eine Vielzahl von sekundärseitigen Schaltelementen (SW3, SW4) zu betreiben, die als die Vielzahl von sekundärseitigen Gleichrichterelementen dienen, wobei der Schaltbetriebsabschnitt eines der Vielzahl von primärseitigen Schaltelementen mit einer hohen Priorität einschaltet, nachdem ein Zustandsübergang von einem normalen Zustand in einen inversen Zustand auftritt, wobei der normale Zustand eine Bedingung bezeichnet, in der ein Absolutwert eines Elementlaststroms nicht kleiner wird als ein Absolutwert eines gewandelten Erregerstroms (iLm), und der inverse Zustand eine Bedingung bezeichnet, in der der Absolutwert des Elementlaststroms kleiner wird als der Absolutwert des gewandelten Erregerstroms, wobei der Elementlaststrom und der gewandelte Erregerstrom so definiert sind, dass während einer Zirkulationszeitdauer, in der ein Laststrom (iL), der in der elektrischen Last (Ld) fließt, in der Vielzahl von sekundärseitigen Gleichrichterelementen zirkuliert, wenn alle der Vielzahl von primärseitigen Schaltelementen ausgeschaltet sind, der Elementlaststrom einen Strom bezeichnet, der über die elektrische Last (Ld) und den Glättungsinduktor (7) in einem der Vielzahl von sekundärseitigen Schaltelementen zirkuliert, und der gewandelte Erregerstrom ein Teil des Erregerstroms (iLm) ist, der durch jedes der Vielzahl von sekundärseitigen Gleichrichterelementen gewandelt wurde, wenn der Erregerstrom in dem Erregungsinduktor des Transformators (20) fließt.
  2. Gegentakt-Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 1, wobei der Schaltbetriebsabschnitt das primärseitige Schaltelement mit einer hohen Priorität während des inversen Zustands einschaltet.
  3. Gegentakt-Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 2, wobei der Schaltbetriebsabschnitt das primärseitige Schaltelement mit einer hohen Priorität einschaltet, nachdem eine Drain-Source-Spannung des primärseitigen Schaltelements mit einer hohen Priorität abnimmt und Nullspannung erreicht.
  4. Gegentakt-Gleichspannungswandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, zusätzlich mit einem Zustandsbeurteilungsabschnitt (14), der imstande ist, ein Auftreten eines Zustandsübergangs von dem normalen Zustand in den inversen Zustand zu detektieren, und, auf Grundlage von einem Strom, der auf jeder der Primärseite und der Sekundärseite fließt, oder einer Spannung von jeder der Primärseite und der Sekundärseite, zu detektieren, dass der Erregerstrom, der auf einer Sekundärseite fließt, auf einer Primärseite zu fließen beginnt.
  5. Gegentakt-Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 4, zusätzlich mit zumindest einem sekundärseitigen Stromsensor (63, 64), eingerichtet auf der Sekundärseite, der zum Detektieren eines Stroms imstande ist, der in einem der Vielzahl von sekundärseitigen Schaltelementen fließt, und wobei der Zustandsbeurteilungsabschnitt (14) ein Auftreten des Zustandsübergangs in den inversen Zustand detektiert, wenn der sekundärseitige Stromsensor detektiert, dass ein Strom, der in dem sekundärseitigen Schaltelement fließt, Null wird.
  6. Gegentakt-Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 4, zusätzlich mit einem primärseitigen Stromsensor (61, 62, 60), eingerichtet auf der Primärseite, der zum Detektieren eines Stroms, der in dem primärseitigen Schaltelement fließt, oder eines Stroms, der zwischen der Leistungsquelle (Bt) und einem primärseitigen Mittelabgriff (CT1) des Transformators (20) fließt, imstande ist, und wobei der Zustandsbeurteilungsabschnitt (14) den Zustandsübergang in den inversen Zustand detektiert, wenn der primärseitige Stromsensor detektiert, dass der Erregerstrom, der auf der Sekundärseite fließt, auf der Primärseite zu fließen beginnt.
  7. Gegentakt-Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 4, zusätzlich mit einem primärseitigen Spannungssensor (65, 66), eingerichtet auf der Primärseite, der zum Detektieren einer Drain-Source-Spannung von einem der primärseitigen Schaltelemente imstande ist, und wobei der Zustandsbeurteilungsabschnitt (14) ein Auftreten des Zustandsübergangs in den inversen Zustand detektiert, wenn der primärseitige Spannungssensor detektiert, dass die Drain-Source-Spannung des primärseitigen Schaltelements abnimmt oder zunimmt.
  8. Gegentakt-Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 4, zusätzlich mit einem sekundärseitigen Spannungssensor (67, 68), eingerichtet auf der Sekundärseite, der zum Detektieren einer Spannung zwischen beiden Anschlüssen des sekundärseitigen Gleichrichterelements imstande ist, und wobei der Zustandsbeurteilungsabschnitt (14) ein Auftreten des Zustandsübergangs in den inversen Zustand detektiert, wenn der sekundärseitige Spannungssensor detektiert, dass die Spannung zwischen beiden Anschlüssen des sekundärseitigen Gleichrichterelements zunimmt, wenn die Vielzahl von primärseitigen Schaltelementen ausgeschaltet sind.
  9. Gegentakt-Gleichspannungswandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jedes der Vielzahl von sekundärseitigen Gleichrichterelementen eine Diode ist.
  10. Gegentakt-Gleichspannungswandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Vielzahl von sekundärseitigen Gleichrichterelementen die Vielzahl von sekundärseitigen Schaltelementen sind, wobei eine Freilaufdiode parallel zu der Vielzahl von sekundärseitigen Schaltelementen eingerichtet ist, und die Vielzahl von sekundärseitigen Schaltelementen von einem eingeschalteten Zustand in einen ausgeschalteten Zustand überführt werden, bevor der Zustandsübergang von dem normalen Zustand in den inversen Zustand auftritt.
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