DE112019007935T5 - Stromumwandlungseinrichtung, dieselbe beinhaltendes Fahrzeug und Verfahren der Steuerung - Google Patents

Stromumwandlungseinrichtung, dieselbe beinhaltendes Fahrzeug und Verfahren der Steuerung Download PDF

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Keiji Tashiro
Seiji Takahashi
Shinsuke Tachizaki
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

Eine Stromumwandlungseinrichtung beinhaltet eine Umschaltschaltung, die mehrere Schaltelemente enthält, und eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, die mehreren in der Umschaltschaltung enthaltenen Schaltelemente zu steuern und zu schalten, bei einer vorbestimmte Schaltfrequenz mit einem an einen Ausgangsanschluss der Umschaltschaltung angelegten Gleichstromspannung. Die Umschaltschaltung ist konfiguriert, die an den Ausgangsanschluss angelegte Gleichstromspannung umzuwandeln und einen umgewandelten elektrischen Strom auszugeben. Die Umschaltfrequenz wird so eingestellt, dass die Schaltfrequenz und eine Hauptfrequenzkomponente eines in dem elektrischen Strom auftretenden Brummens außerhalb eines zur Kommunikation mit einem fahrzeugmontierten Empfänger verwendeten Frequenzbereichs sind.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Stromumwandlungseinrichtung, ein Fahrzeug, welches die Stromumwandlungseinrichtung beinhaltet, und ein Verfahren der Steuerung.
  • Hintergrund
  • Stromumwandlungseinrichtungen werden für verschiedene Arten elektrischer Ausrüstung und von Fahrzeugen reichender elektrischer Anlagen verwendet. Beispielsweise hinsichtlich eines Fahrzeugs wie etwa einem PHEV (Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug) oder einem EV (Elektrofahrzeug) wird die Ausgangsspannung einer Batterie in angemessene Spannung unter Verwendung einer Stromumwandlungseinrichtung umgewandelt und wird die Spannung den Vorrichtungen im Fahrzeug zugeführt. Eine Stromumwandlungseinrichtung, wie etwa ein Gleichstrom-Gleichstrom-(DC/DC) Wandler verwendet eine Umschaltschaltung, die ein Halbleiter-Umschaltelement beinhaltet. Die Schaltoperation der Umschaltschaltung, welche bei hoher Frequenz durchgeführt wird, verursacht ein Rauschen.
  • Die unten beschriebene PTL 1 offenbart, dass Rauschfilter-Charakteristika verbessert werden, um ein Strahlungsrauschen zu reduzieren, welches durch Durchführen der Schaltoperation einer Umschaltschaltung bei einer hohen Frequenz in einem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler gemacht wird.
  • Zitateliste
  • Patentliteratur
  • PTL 1: Japanische Ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. JP 2014-17970 A
  • Nicht-Patentliteratur
  • NPL 1: Sato Toshinori, „Outline of CISPR 25 (Ausg. 2)“, [online], [recherchiert 31.10.2019], Internet. <URL: https://www.emc-ohtama.jp/emc/doc/cispr2 5-explained.pdf>
  • Eine Stromumwandlungseinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine Umschaltschaltung, die mehrere Schaltelemente enthält, und eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, die mehreren Schaltelemente, die in der Umschaltschaltung enthalten sind, bei einer vorbestimmten Umschaltfrequenz mit einer an einen Eingangsanschluss der Umschaltschaltung angelegten Gleichstromspannung zu steuern und umzuschalten. Die Umschaltschaltung ist konfiguriert, die an den Eingangsanschluss angelegte Gleichstromspannung umzuwandeln und einen umgewandelten elektrischen Strom auszugeben, und die Umschaltfrequenz wird so eingestellt, dass die Umschaltfrequenz und eine Hauptfrequenzkomponente eines in dem elektrischen Strom auftretenden Brummens außerhalb eines zur Kommunikation mit einem fahrzeugmontierten Empfänger verwendeten Frequenzbereichs liegen.
  • Ein Fahrzeug gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet die oben beschriebene Stromumwandlungseinrichtung.
  • Ein Verfahren der Steuerung gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern einer Stromumwandlungseinrichtung, die eine Umschaltschaltung beinhaltet, welche mehrere Schaltelemente beinhaltet. Das Verfahren beinhaltet das Anlegen einer Gleichstromspannung an einen Eingangsanschluss der Umschaltschaltung und Umwandeln der an den Eingangsanschluss angelegten Gleichstromspannung durch Steuern und Umschalten der in der Umschaltschaltung beinhalteten mehreren Schaltelemente bei einer vorbestimmten Umschaltfrequenz mit der an den Eingangsanschluss angelegten Gleichstromspannung, und Ausgeben eines umgewandelten elektrischen Stroms. Die Umschaltfrequenz wird so eingestellt, dass die Umschaltfrequenz und eine Hauptfrequenzkomponente eines in dem elektrischen Strom auftretenden Brummens außerhalb eines Frequenzbereichs liegen, der zur Kommunikation mit einem fahrzeugmontierten Empfänger verwendet wird.
  • Figurenliste
    • 1 illustriert ein Beispiel eines Frequenzbands, in welchem der Grenzwert eines Rauschens in einem CISPR-Standard definiert ist.
    • 2 illustriert ein Beispiel (ein Spannungsverfahren) des Grenzwerts von Leitungs-Interferenz im CISPR-Standard in Form einer Tabelle.
    • 3 illustriert ein Beispiel (ein ALSE-Verfahren) des Grenzwerts von Strahlungs-Interferenz im CISPR-Standard in Form einer Tabelle.
    • 4 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Stromumwandlungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung illustriert.
    • 5 illustriert schematisch ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 6 illustriert eine Wellenform, welche den Zeitpunkt der Steuerung einer in 4 illustrierten Sammlung repräsentiert.
    • 7 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Stromumwandlungseinrichtung gemäß einer ersten Modifikation illustriert.
    • 8 illustriert eine Wellenform, welche das Timing der Steuerung einer in 7 illustrierten Schaltung repräsentiert.
    • 9 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Stromumwandlungseinrichtung gemäß einer zweiten Modifikation illustriert.
    • 10 illustriert eine Wellenform, welche das Timing einer Steuerung einer in 9 illustrierten Schaltung repräsentiert.
    • 11 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Stromumwandlungseinrichtung gemäß einer dritten Modifikation illustriert.
    • 12 illustriert eine Wellenform, die das Timing der Steuerung einer in 11 illustrierten Schaltung repräsentiert.
    • 13 ist ein Schaltungsdiagramm, welches eine Stromumwandlungseinrichtung gemäß einer vierten Modifikation illustriert.
    • 14 illustriert eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Drosselspule, die in einer Stromumwandlungseinrichtung verwendet wird.
    • 15 illustriert drei Ansichten eines anderen Beispiels einer Drosselspule, die in einer Stromumwandlungseinrichtung verwendet wird.
    • 16 illustriert drei Ansichten eines anderen Beispiels einer Drosselspule, die in einer Stromumwandlungseinrichtung verwendet wird.
    • 17 illustriert eine Perspektivansicht eines Beispiels, in welchem eine Drosselspule auf einem Schaltungssubstrat gebildet ist.
    • 18 illustriert drei Ansichten eines Beispiels einer Drosselspule, die magnetisch gekoppelt ist.
    • 19 ist eine Frontansicht eines Transformators, der in einer Stromumwandlungseinrichtung verwendet wird.
    • 20 ist eine Frontansicht eines Transformators, der in einer Stromumwandlungseinrichtung verwendet wird und einen niedrigen Verlust aufweist.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • (Durch die vorliegenden Offenbarung zu lösende Probleme)
  • Um die Größe einer Stromumwandlungseinrichtung wie etwa eines Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers, der in einem Fahrzeug montiert ist, zu senken, ist es dadurch, dass die Größe einer Magnetkomponente in einer Weise gesenkt wird, in welcher eine Schaltfrequenz, bei welcher ein Schaltelement, das in einer Schaltung enthalten ist, ein- oder ausgeschaltet wird, auf eine hohe Frequenz erhöht wird. Wenn die Umschaltfrequenz auf eine hohe Frequenz erhöht wird, besteht jedoch eine Möglichkeit, dass ein Rauschen, das aus der Stromumwandlungseinrichtung emittiert wird, Kommunikations-Interferenz in einer Peripherie-Vorrichtung verursacht.
  • CISPR 25 vom CISPR (International Special Committee on Radio Interference, Comite international Special des Perturbations Radioelectriques) ist als ein Internationaler Standard zum Schutz eines fahrzeugmontierten Empfängers gegenüber Interferenz bekannt, welche aufgrund von Leitung und Strahlungs-Emissionen in einem Fahrzeug auftritt (siehe NPL 1). Bezug nehmend beispielsweise auf 1, definiert CISPR 25 die Grenzwerte eines Leitungsrauschens und eines Strahlungsrauschens hinsichtlich des Frequenzbands einer Langwelle (unten als LW bezeichnet) bei 150 kHz bis 300 kHz, eine Mittelwelle (unten als MW bezeichnet) bei 530 kHz bis 1800 kHz, und eine Kurzwelle (unten als SW bezeichnet) bei 5900 kHz bis 6200 kHz. Spezifisch, wie in 2 und 3 illustriert, definiert CISPR: 2016 die Grenzwerte. 2 illustriert den Grenzwert des Leitungsrauschens hinsichtlich Frequenzbändern, die in SERVICE/BAND bezeichnet sind. 3 illustriert den Grenzwert des Strahlungsrauschens hinsichtlich der in SERVICE/BAND bezeichneten Frequenzbänder. In 2 und 3 werden die Grenzwerte von LW, MW und SW, die in 1 illustriert sind, in dicken Rahmen angegeben.
  • Es ist für die Stromumwandlungseinrichtung, die im Fahrzeug montiert ist, notwendig, die in CISPR 25 definierten Grenzwerte zu erfüllen. Entsprechend ist es notwendig, ein Rauschen-Gegenmaßnahmen-Bauteil in die Stromumwandlungseinrichtung einzufügen. Folglich gibt es das Problem, dass die Größe der gesamten Stromumwandlungseinrichtung nicht gesenkt werden kann, selbst in dem Fall, bei dem die Schaltfrequenz auf eine hohe Frequenz angehoben wird.
  • Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Stromumwandlungseinrichtung, die ermöglicht, dass eine Schaltoperation bei einer hohen Frequenz durchgeführt wird, ohne Kommunikations-Interferenz in einer Peripherie-Vorrichtung, ein Fahrzeug, welches die Stromumwandlungseinrichtung beinhaltet, und ein Verfahren der Steuerung bereitzustellen.
  • Vorteilhafte Effekte der vorliegenden Offenbarung
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Umschaltoperation einer Stromumwandlungseinrichtung bei einer hohen Frequenz durchgeführt werden. Entsprechend können Größe und Gewicht reduziert werden, und wird die Stromumwandlungseinrichtung einfach in einem Fahrzeug montiert.
  • (Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung)
  • Der Inhalt einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird aufgelistet und beschrieben. Zumindest Teile der unten beschriebenen Ausführungsform können kombiniert werden.
  • (1) Eine Stromumwandlungseinrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine Umschaltschaltung, die mehrere Schaltelemente enthält, und eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, die in der Umschaltschaltung enthaltenen mehreren Schaltelemente bei einer vorbestimmten Schaltfrequenz mit einem an einen Eingangsanschluss der Umschaltschaltung angelegten Gleichstromspannung zu steuern und zu schalten. Die Umschaltschaltung ist konfiguriert, die an den Eingangsanschluss angelegte Gleichstromspannung umzuwandeln und einen umgewandelten elektrischen Strom auszugeben. Die Umschaltfrequenz wird so eingestellt, dass die Umschaltfrequenz und eine Hauptfrequenzkomponente eines in dem elektrischen Strom auftretenden Brummens außerhalb eines Frequenzbereichs liegen, welcher zur Kommunikation mit einem fahrzeugmontierten Empfänger verwendet wird. Folglich kann die Schaltoperation der Stromumwandlungseinrichtung bei hoher Frequenz durchgeführt werden und können Größe und Gewicht der Stromumwandlungseinrichtung gesenkt werden. Beispielsweise kann die Schaltfrequenz und die Hauptfrequenzkomponente des Brummens eingestellt werden, in einem Frequenzbereich zu sein, in welchem der Grenzwert eines Rauschens nicht in CISPR 25, welches ein internationaler Standard ist, definiert ist.
  • (2) Die Schaltfrequenz ist vorzugsweise höher als 300 kHz und niedriger als 530 kHz und die Hauptfrequenzkomponente des Brummens ist vorzugsweise höher als 1800 kHz und niedriger als 5900 kHz. Dies ermöglicht es, dass CISPR 25 erfüllt wird, ohne ein Rauschgegenmaßnahmen-Bauteil hinzuzufügen.
  • (3) Die Schaltfrequenz ist bevorzugterer Weise höher als 450 kHz und niedrig als 530 kHz. Dies ermöglicht es, dass CISPR 25 mit größerer Sicherheit erfüllt wird.
  • (4) Die Umschaltschaltung beinhaltet vorzugsweise mehrere Unterschaltungen, welche die mehreren Schaltelemente enthalten und parallel verbunden sind. Jede der mehreren Unterschaltungen ist vorzugsweise konfiguriert, die aus dem Eingangsanschluss angelegte Gleichstromspannung aufzunehmen und ein durch Umwandeln der durch die Unterschaltung empfangene Gleichstromspannung erzeugtes Signal auszugeben. Die in den mehreren Unterschaltungen enthaltenen Schaltelemente werden vorzugsweise durch die Steuereinheit so gesteuert und geschaltet, dass die aus den jeweiligen mehreren Unterschaltungen ausgegebenen Signale eine vorbestimmte Phasendifferenz zueinander aufweisen. Die Phasendifferenz ist vorzugsweise ein Wert auf Basis eines vorbestimmten Winkels und der Anzahl von den mehreren Unterschaltungen. Dies ermöglicht es, dass die Hauptfrequenzkomponente eines des ausgegebenen elektrischen Strom überlagerten Brummens höher als die Schaltfrequenz ist und ermöglicht, dass die Schaltfrequenz und die Hauptfrequenzkomponente des Brummens auf einen Wert im Frequenzbereich, in welchem der Grenzwert des Rauschens nicht in CISPR 25 definiert ist eingestellt werden.
  • Beispielsweise kann eine Phasendifferenz auf einen Wert eingestellt werden, der durch Teilen von 180 Grad oder 360 Grad durch die Anzahl von mehreren Unterschaltungen ermittelt wird.
  • (5) Jede der mehreren Unterschaltungen beinhaltet vorzugsweise eine Vollbrückenschaltung, die das Schaltelement, das in der Unterschaltung enthalten ist, beinhaltet, oder jede der mehreren Unterschaltungen beinhaltet vorzugsweise eine Chopper-Schaltung, die das in der Unterschaltung beinhaltete Schaltelement enthält. Dies ermöglicht, dass die Hochfrequenzkomponente des dem ausgegebenen Strom überlagerten Brummens höher als die Schaltfrequenz ist und ermöglicht, dass die Schaltfrequenz und die Hauptfrequenzkomponente des Brummens auf einen Wert eingestellt werden in dem Frequenzbereich, in welchem der Grenzwert des Rauschens nicht im CISPR 25 definiert ist.
  • (6) Jede der mehreren Unterschaltungen beinhaltet weiter vorzugsweise einen Induktor, der konfiguriert ist, dass aus der Unterschaltung ausgegebene Signal zu glätten und ein geglättetes Signal auszugeben. Der Induktor weist vorzugsweise eine Klammerstruktur auf, die ein lineares leitfähiges Element enthält, das konfiguriert ist, keinen geschlossenen Schleifen-Umgebungs-Magnetfluss zu bilden, und ein magnetisches Bauteil, das um das leitfähige Bauteil angeordnet ist. Das leitfähige Bauteil ist vorzugsweise so ausgebildet, dass es den Magnetfluss nicht umgibt, der gebildet wird, wenn ein elektrischer Strom durch das leitfähige Bauteil fließt. Dies ermöglicht, dass die Herstellung einfacher ist als eine Spule mit einer Wicklungsstruktur.
  • (7) Das leitfähige Bauteil beinhaltet vorzugsweise mehrere lineare Bauteile. Der Induktor beinhaltet weiter vorzugsweise ein Isolationsbauteil, das zwischen den mehreren linearen Bauteilen angeordnet ist. Die mehreren linearen Bauteile und das Isolationsbauteil bilden vorzugsweise eine Mehrschichtstruktur. Erste Endbereiche der mehreren linearen Bauteile nahe aneinander sind vorzugsweise miteinander verbunden. Zweite Endbereiche der mehreren linearen Bauteile nahe aneinander sind vorzugsweise miteinander verbunden.
  • (8) Die Umschaltschaltung beinhaltet vorzugsweise eine gerade Anzahl von Unterschaltungen. Jede der geraden Anzahl von Unterschaltungen beinhaltet weiter vorzugsweise einen Induktor, der konfiguriert ist, das aus der Unterschaltung auszugebende Signal zu glätten und ein geglättetes Signal auszugeben. Zumindest ein Paar von einer geraden Anzahl der Induktoren ist vorzugsweise magnetisch gekoppelt. Dies ermöglicht, dass die Größe der Drosselspule gesenkt wird und ermöglicht, dass die Größe der Stromumwandlungsvorrichtung weiter gesenkt wird.
  • (9) Jede der mehreren Unterschaltungen beinhaltet vorzugsweise eine Vollbrückenschaltung, welche das in der Unterschaltung beinhaltete Schaltelement enthält, und einen Transformator. Der Transformator beinhaltet vorzugsweise eine Primärwicklung, welche durch mehrfach Aufwickeln eines ersten einzelnen leitfähigen Bauteils oder mehrerer erster leitfähiger Bauteil, die parallel verbunden sind, gebildet ist, und eine Sekundärwicklung, die durch mehrfach Wickeln eines einzelnen zweiten leitfähigen Bauteils oder mehrerer zweiter leitfähiger Bauteile, die parallel verbunden sind, gebildet wird. Zumindest ein Wicklungsbereich der Primärwicklung oder der Sekundärwicklung ist vorzugsweise zwischen angrenzenden Wicklungsbereichen der anderen der Primärwicklung oder der Sekundärwicklung angeordnet. Dies ermöglicht, dass ein Wirbelstromverlust, der ein Problem wird, wenn der Transformator bei einer hohen Frequenz verwendet wird, reduziert wird, und ermöglicht, dass ein Eisenverlust reduziert wird.
  • (10) Jedes der mehreren Schaltelemente ist vorzugsweise aus einem Breitbandlückenhalbleiter aufgebaut. Dies ermöglicht, dass ein Verlust selbst dann reduziert wird, wenn eine Schaltgeschwindigkeit ansteigt, und die Schaltfrequenz ansteigt.
  • (11) Die Stromumwandlungseinrichtung beinhaltet weiter vorzugsweise einen Behälter, der konfiguriert ist, die Umschaltschaltung abzudecken und aus einem leitfähigen Bauteil aufgebaut ist. Dies ermöglicht, dass ein Rauschen, das in der Stromumwandlungseinrichtung gemacht wird, gegenüber Emission nach außen gehemmt wird.
  • (12) Der aus der Umschaltschaltung ausgegebene elektrische Strom ist vorzugsweise 50A oder mehr. Dies ermöglicht, dass die Stromumwandlungseinrichtung in einem Fahrzeug montiert wird und ermöglicht, dass eine Niederspannung zugeführt wird.
  • (13) Ein Fahrzeug gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Fahrzeug, welches die oben beschriebene Stromumwandlungseinrichtung beinhaltet. Da die Stromumwandlungseinrichtung klein und leicht ist, wird die Stromumwandlungseinrichtung leicht im Fahrzeug montiert.
  • (14) Ein Verfahren des Steuerns gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Steuern einer Stromumwandlungseinrichtung, die eine Umschaltschaltung beinhaltet, die mehrere Schaltelemente enthält. Das Verfahren beinhaltet das Anlegen einer Gleichstromspannung an einen Ausgangsanschluss einer Umschaltschaltung und Umwandeln der an den Eingangsanschluss angelegten Gleichstromspannung durch Steuern und Umschalten der mehreren Schaltelemente, die in der Umschaltschaltung enthalten sind, bei einer vorbestimmten Schaltfrequenz, wobei die Gleichstromspannung an den Eingangsanschluss angelegt wird, und Ausgeben eines umgewandelten elektrischen Stroms. Die Umschaltfrequenz wird so eingestellt, dass die Umschaltfrequenz und eine Hauptfrequenzkomponente eines in dem elektrischen Strom auftretend Brummens außerhalb eines Frequenzbereichs liegen, welcher zur Kommunikation mit einem fahrzeugmontierten Empfänger verwendet wird. Folglich kann die Schaltoperation der Stromumwandlungseinrichtung bei hoher Frequenz durchgeführt werden und können eine Größe und ein Gewicht der Stromumwandlungseinrichtung gesenkt werden.
  • [Detail der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung]
  • In der unten beschriebenen Ausführungsform werden gleiche Komponenten durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Die Namen und Funktionen derselben sind die gleichen. Entsprechend wird die detaillierte Beschreibung derselben nicht wiederholt.
  • (Struktur der Schaltung)
  • Bezugnehmend auf 4 beinhaltet eine Stromumwandlungseinrichtung 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung Vollbrückenschaltungen 102 und 112, Transformatoren 104 und 114, Gleichrichterschaltungen 106 und 116, eine Steuerschaltung 108, Kondensatoren C1 und C2, Eingangsanschlüsse T1 und T2 und Ausgangsanschlüsse T3 und T4. Die Vollbrückenschaltungen 102 und 112 und die Gleichrichterschaltungen 106 und 116 beinhalten Schaltelemente, wie später beschrieben. Die Vollbrückenschaltungen 102 und 112, die Transformatoren 104 und 114 und die Gleichrichterschaltungen 106 und 116 bilden insgesamt eine einzelne Umschaltschaltung. Die Vollbrückenschaltung 102, der Transformator 104 und die Gleichrichterschaltung 106 entsprechen einer Unterschaltung, welche eine Stromumwandlungsfunktion aufweist, und die in der Umschaltschaltung beinhaltet ist, wie später beschrieben. Ähnlich entsprechen die Vollbrückenschaltung 112, der Transformator 114 und die Gleichrichterschaltung 116 einer Unterschaltung, die eine Stromumwandlungsfunktion aufweist und die in der Umschaltschaltung enthalten ist. Die Steuerschaltung 108 steuert und schaltet (unten auch als Steuerung so, um ein- und auszuschalten, bezeichnet) die Schaltelemente, die in den Gleichrichterschaltungen 106 und 116 und den Vollbrückenschaltungen 102 und 112 enthalten sind. Die Steuerschaltung 108 empfängt einen Auslöser von außerhalb und gibt ein Steuersignal mit einem vorbestimmten Timing aus und kann unter Verwendung beispielsweise eines ASIC (applikationsspezifische integrierte Schaltung) erfasst werden. Die Steuerschaltung 108 kann als eine Steuereinheit (eine Steuervorrichtung) dienen, die beispielsweise eine CPU (Zentraleinheit) verwendet und kann die Schaltelemente der Umschaltschaltung unter Verwendung eine Computerprogramms steuern und schalten.
  • Die Vollbrückenschaltung 102 beinhaltet Schaltelemente Q11, Q12, Q13 und Q14. Die Schaltelemente Q11, Q12, Q13 und Q14 sind in der Vollbrückenschaltung 102 so beinhaltet, dass sie durch Brückenverbindung verbunden sind. Beispielsweise beinhalten die Schaltelemente Q11, Q12, Q13 und Q14 FETs (Feldeffekttransistoren). 4 illustriert parasitische Dioden (Körperdioden), die in den FETs gebildet sind. Die Schaltelemente können andere Halbleiterelemente als FETs sein, beispielsweise Halbleiterelemente wie etwa IGBTs (Isolierte Gatter-Bipolar-Transistoren).
  • Eine Gleichstromspannung wird an die Eingangsanschlüsse T1 und T2 aus einer (nicht illustrierten) Stromversorgung außerhalb der Stromumwandlungseinrichtung 100 angelegt. Der Kondensator C1 ist mit den Eingangsanschlüssen T1 und T2 verbunden. Die Eingangsanschlüsse T1 und T2 dienen auch als Eingangsanschlüsse für die Vollbrückenschaltung 102 und die Gleichstromspannung an den Eingangsanschlüssen T1 und T2 wird an die Vollbrückenschaltung 102 angelegt. Eine Primärwicklung des Transformators 104 ist mit dem Ausgang der Vollbrückenschaltung 102 verbunden. Die Schaltelemente Q11, Q12, Q13 und Q14 werden so gesteuert, dass sie durch die Steuerschaltung 108 ein- oder ausgeschaltet werden. Folglich wandelt die Vollbrückenschaltung 102 die Gleichstromspannung, die an den Eingangsanschlüssen T1 und T2 angelegt ist, in Wechselstromspannung um und gibt die Wechselstromspannung an die Primärwicklung des Transformators 104 aus.
  • Der Transformator 104 beinhaltet eine Primärwicklung, eine Sekundärwicklung und einen Kern (wie etwa einen Eisenkern), der starken Magnetismus aufweist. Die Sekundärwicklung des Transformators 104 ist eine zentrumsabgegriffene Spule, in der zwei Spulen reihenverbunden sind, und ein Verbindungsknoten derselben dient als ein Ausgangsanschluss.
  • Die Gleichrichterschaltung 106 beinhaltet Schaltelemente Q101 und Q102 und einen Induktor L1. Beispielsweise beinhalten die Schaltelemente Q101 und Q102 FETs. Die Eingabe der Gleichrichterschaltung 106 ist mit beiden Anschlüssen der Sekundärwicklung des Transformators 104 verbunden. Die Schaltelemente Q101 und Q102 werden so gesteuert, dass sie durch die Steuerschaltung 108 ein- oder ausgeschaltet werden. Folglich richtet die Gleichrichterschaltung 106 die Wechselstromspannung, die an der Sekundärwicklung des Transformators 104 angelegt ist, gleich. Der Induktor L1 funktioniert als eine Drosselspule, glättet den gleichgerichteten elektrischen Strom und erzeugt einen elektrischen Strom i1. Das heißt, dass die Vollbrückenschaltung 102, der Transformator 104 und die Gleichrichterschaltung 106 als ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler fungieren. Der elektrische Strom i1 wird einem später beschriebenen elektrischen Strom i2 zu einem elektrischen Strom i10 überlagert, der durch den Kondensator C2 geglättet wird, welcher mit den Ausgangsanschlüssen T3 und T4 verbunden ist. Folglich wird ein elektrischer Strom i11, der aus den Ausgangsanschlüssen T3 und T4 ausgegeben wird, ein Gleichstrom mit einem kleinen Brummen (beispielsweise einer pulsierenden Komponente, die im Gleichstrom enthalten ist).
  • Die Vollbrückenschaltung 112 und die Gleichrichterschaltung 116 weisen die gleiche Struktur wie jene der Vollbrückenschaltung 102 und Gleichrichterschaltung 106 auf. Eine Schaltung, welche den Vollbrückenschaltung 112, den Transformator 114 und die Gleichrichterschaltung 116 beinhaltet, sind parallel mit einer Schaltung verbunden, welche die Vollbrückenschaltung 102, den Transformator 104 und die Gleichrichterschaltung 106 beinhaltet, zwischen den Eingangsanschlüssen T1 und T2 und den Ausgangsanschlüssen T3 und T4.
  • Die Vollbrückenschaltung 112 beinhaltet Schaltelemente Q21, Q22, Q23 und Q24. Die Schaltelemente Q21, Q22, Q23 und Q24 sind in der Vollbrückenschaltung 102 so enthalten, dass sie durch Brückenverbindung verbunden sind. Beispielsweise beinhalten die Schaltelemente Q21, Q22, Q23 und Q24 FETs. Die Gleichstromspannung an den Eingangsanschlüssen T1 und T2 wird auch an die Vollbrückenschaltung 112 angelegt. Eine Primärwicklung des Transformators 114 ist mit dem Ausgang der Vollbrückenschaltung 112 verbunden. Die Schaltelemente Q21, Q22, Q23 und Q24 werden so gesteuert, dass sie durch die Steuerschaltung 108 ein- oder ausgeschaltet werden. Folglich wandelt die Vollbrückenschaltung 112 die Gleichstromspannung, die an den Eingangsanschlüssen T1 und T2 angelegt wird, in Wechselstromspannung um und gibt die Wechselstromspannung an die Primärwicklung des Transformators 114 aus.
  • Der Transformator 114 weist die gleiche Struktur wie diejenige des Transformators 104 auf und beinhaltet eine Primärwicklung, eine Sekundärwicklung und einen Kern (wie etwa einen Eisenkern), der starken Magnetismus aufweist. Die Sekundärwicklung des Transformators 114 ist eine zentrumsabgegriffene Spule, in welcher zwei Spulen in Reihe verbunden sind und einen Verbindungsknoten derselben als ein Ausgangsanschluss dient.
  • Die Gleichrichterschaltung 116 beinhaltet Schaltelemente Q201 und Q202 und einen Induktor L2. Beispielsweise beinhalten die Schaltelemente Q201 und Q202 FETs. Der Eingang der Gleichrichterschaltung 116 ist mit beiden Enden der Sekundärwicklung des Transformators 114 verbunden. Die Schaltelemente Q201 und Q202 werden so gesteuert, dass sie durch die Steuerschaltung 108 ein- und ausgeschaltet werden, und die Gleichrichterschaltung 116 richtet die Wechselstromspannung, die an die Sekundärwicklung des Transformators 114 angelegt wird, gleich. Der Induktor L2 fungiert als eine Drosselspule, glättet den gleichgerichteten elektrischen Strom und erzeugt den elektrischen Strom i2. das heißt, dass die Vollbrückenschaltung 112, der Transformator 114 und die Gleichrichterschaltung 116 als ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler fungieren. Der elektrische Strom i2 wird dem elektrischen Strom i1 zu einem elektrischen Strom i10 überlagert, wie oben beschrieben, welcher durch den Kondensator C2 geglättet wird und der der elektrische Strom i11 wird, der ein kleines Brummen aufweist, der aus den Ausgangsanschlüssen T3 und T4 auszugeben ist.
  • Die Steuerschaltung 108 wird ermittelt unter Verwendung beispielsweise eines Halbleiterelements (wie etwa einem PLD, FPGA oder einem ASIC). Die Steuerschaltung 108 kann unter Verwendung einer CPU und eines Speichers, der ein Programm speichert, welches durch die CPU abgelaufen lassen wird, erfasst werden. Folglich werden die Schaltelemente Q11, Q12, Q13, Q14, Q21, Q22, Q23, Q24, Q101, Q102, Q201 und Q202 so gesteuert, dass sie ein- oder ausgeschaltet werden, wie später beschrieben.
  • Unter Bezugnahme auf 5 kann die Stromumwandlungseinrichtung 100 in einem Fahrzeug 200, wie etwa in PHEV oder einem EV montiert werden. Die Stromumwandlungseinrichtung 100, die in dem Fahrzeug 200 montiert ist, eine Hochspannungs-Batterie 230 und eine Niederspannungs-Batterie 240, dienen beispielsweise als eine Stromversorgungseinheit. Der Ausgang des Stroms (Gleichstrom) der Hochspannungs-Batterie 230 wird unter Verwendung eines Wechselrichters 220 in Wechselstrom umgewandelt und wird zum Antreiben eines Motors 210 verwendet. Die Stromumwandlungseinrichtung 100 wird verwendet, um Spannung zwischen der Hochspannungs-Batterie 230 und der Niederspannungs-Batterie 240 oder einer Hilfsmaschinenlast 250 umzuwandeln. Die Stromumwandlungseinrichtung 100 wandelt die Ausgangsspannung der Hochspannungs-Batterie 230 in eine Niederspannung um und liefert die Niederspannung an die Niederspannungs-Batterie 240 und die Hilfsmaschinensystemlast 250. Folglich wird die Niederspannungs-Batterie 240 geladen und arbeitet die Hilfsmaschinensystemlast 250.
  • Die Stromumwandlungseinrichtung 100 wird auch verwendet, um die Hochspannungs-Batterie 230 und die Niederspannungs-Batterie 240 unter Verwendung von Wechselstrom zu laden, der aus einer externen Wechselstromversorgung zugeführt wird und eine angemessene Ladespannung der Hochspannungs-Batterie 230 und der Niederspannungs-Batterie 240 zuzuführen. Die Hilfsmaschinensystemlast 250 ist eine Zubehör-Vorrichtung, um beispielsweise einen Motor und einen Elektromotor zu veranlassen, zu laufen, und beinhaltet beispielsweise einen Zellenmotor, einen Alternator und einen Radiatorkühlventilator als Hauptkomponenten. Beispielsweise kann die Hilfsmaschinensystemlast 250 ein Licht, eine Scheibenwischer-Antriebseinheit, eine Navigationsvorrichtung und eine Klimaanlage, eine Heizung beinhalten.
  • (Betrieb)
  • Bezugnehmend auf 6 wird der Betrieb der Stromumwandlungseinrichtung 100 beschrieben. In 6 entsprechen die Wellenformen der Schaltelemente Q11 bis Q14 und Q21 bis Q24 Timing-Diagrammen, die Variationen im Signal (dem Ausgangssignal der Steuerschaltung 108) zum Steuern der Schaltelemente so repräsentieren, dass die Schaltelemente ein- oder ausgeschaltet werden. Die horizontale Achse repräsentiert die Zeit und die vertikale Achse repräsentiert Spannung, wie etwa die Gatterspannungen der FETs (hoher Pegel zum Einschalten der FETs oder niedriger Pegel zum Ausschalten der FETs).
  • In einem unteren Teil in 6 sind die elektrischen Ströme i1, i2, i10 und i11, die durch Steuersignale erzeugt werden, illustriert. Die horizontale Achse repräsentiert Zeit und die vertikale Achse repräsentiert den Wert der elektrischen Ströme. Alle Zeitachsen sind die gleichen. das heißt, dass gepunktete Linien in vertikaler Richtung identische Timings (identische Zeit) repräsentieren. In 6 wird eine mit einer Schaltfrequenz f0 assoziierte Schaltperiode T0 illustriert.
  • Die Steuersignale der Schaltelemente Q21 bis Q24 weisen Konstantzeitdifferenzen (Phasendifferenzen) von den Steuersignalen der Schaltelemente Q11 und Q14 auf. Die hierin beschriebenen Phasendifferenzen sind 90 Grad. Das heißt, dass in 5 illustrierte Steuerung eine Steuerung (unten als 2-Phasen-Steuerung bezeichnet) ist, in welcher Steuersignale in zwei Phasen verwendet werden.
  • Zu dieser Zeit kann es sein, dass die Schaltelemente Q101 und Q102 nicht durch die Steuerschaltung 108 gesteuert werden, aber durch ein synchrones Gleichrichtverfahren nach Bedarf gesteuert werden können. Die Schaltelemente Q101 und Q102 werden abwechselnd eingeschaltet, durch Steuern der Gatterspannungen in dem Fall, bei dem die Schaltelemente Q101 und Q102 durch das synchrone Gleitrichtungsverfahren gesteuert werden. Beispielsweise ist das Schaltelemente Q101 zumindest an, während das Schaltelemente Q11 an ist. Beispielsweise ist das Schaltelemente Q102 an, zumindest dann, während das Schaltelemente Q12 an ist. Ähnlich werden die Schaltelemente Q201 und Q202 abwechselnd eingeschaltet. Beispielsweise ist das Schaltelemente Q201 an, zumindest, während das Schaltelemente Q21 an ist, beispielsweise ist das Schaltelemente Q202 an, zumindest, während das Schaltelemente Q22 an ist.
  • Der elektrische Strom i1, der aus der Gleichrichterschaltung 106 ausgegeben wird, variiert wie in 6 illustriert, durch Steuern der Schaltelemente Q11 bis Q14, wie in 6 illustriert. Ähnlich variiert der elektrische Strom i2, welcher aus der Gleichrichterschaltung 116 ausgegeben wird, wie in 6 illustriert, durch Steuern der Schaltelemente Q21 bis Q24, wie in 6 illustriert. Die elektrischen Ströme i1 und i2 variieren in eine Periode gleich 1/2 der Periode T0 (die Frequenz ist das Doppelte von f0). Die Phasen unterscheiden sich voneinander um 90 Grad. Als Ergebnis wird der elektrische Strom i10, der durch Kombinieren der elektrischen Ströme i1 und i2 erzeugt wird, und der elektrische Strom i11, der durch Glätten des elektrischen Stroms i10 erhalten wird, und der aus den Ausgangsanschlüssen t3 und t4 ausgegeben wird, zu elektrischen Strömen, die ein Brummen der Hauptkomponenten enthalten, von der eine Periode gleich 1/4 der Periode T0 ist (die Frequenz ist viermal f0). Die hierin beschriebene Hauptkomponente ist eine Frequenz mit der Maximalamplitude von Frequenzkomponenten, die in jedem Signal enthalten sind.
  • Die Schaltfrequenz f0 wird vorzugsweise auf einen größeren Wert als 450 kHz und kleiner als 530 kHz eingestellt. Dieses Band ist in einem Frequenzband (siehe eine erste undefinierte Region in 1), in welcher der Grenzwert des Rauschens im CISPR 25 nicht definiert ist. In diesem Fall weist die Hauptkomponente (4 Mal f0) der Frequenz des Brummens, das in dem elektrischen Strom i11 enthalten ist, wie oben beschrieben, einen größeren Wert als 1800 kHz und kleiner als 2120 kHz auf. Auch ist dieses Band in einem Frequenzband (siehe eine zweite undefinierte Region in 1), in der der Grenzwert des Rauschens im CISPR 25 nicht definiert ist. Die Frequenz des Rauschens, das aus der Stromumwandlungseinrichtung 100 emittiert wird, wenn die Schaltoperation der Stromumwandlungseinrichtung 100 durchgeführt wird, beinhaltet hauptsächlich die Schaltfrequenz und die Frequenz des Brummens, das in einem Ausgangskabel überlagert wird, das mit den Ausgangsanschlüssen T3 und T4 verbunden ist. Die Hauptfrequenz des Rauschens, welches aus der Stromumwandlungseinrichtung 100 emittiert wird, mit der Schaltfrequenz f0 so eingestellt, ist in dem Frequenzband, in welchem der Grenzwert des Rauschens im CISPR 25 nicht definiert ist.
  • Entsprechend kann die Stromumwandlungseinrichtung 100 das Rauschen, welches durch die Stromumwandlungseinrichtung 100 gemacht wird, daran hindern, Kommunikations-Interferenz in einer Peripherie-Vorrichtung zu verursachen, selbst wenn die Stromumwandlungseinrichtung 100 kein Rausch-Gegenmaßnahmen-Bauteil beinhaltet.
  • Wenn die Schaltfrequenz auf eine höhere Frequenz als 1800 kHz eingestellt wird, ist es unwahrscheinlich, dass das Problem zum Rauschen auftritt. Jedoch steigt ein Verlust aufgrund beispielsweise Wärmeerzeugung einer Vorrichtung an. Wenn die Schaltfrequenz f0 auf einen größeren Wert als 450 kHz und kleiner als 530 kHz eingestellt wird, können Halbleitervorrichtungen, die aktuell verwendet werden, effektiv und sicher verwendet werden, ohne den Verlust zu vergrößern.
  • Die Schaltfrequenz f0 ist nicht auf einen größeren Wert als 450 kHz und kleiner als 530 kHz beschränkt, vorausgesetzt, dass die Schaltfrequenz f0 in dem Frequenzband ist, in welchem der Grenzwert nicht in CISPR 25 definiert ist. Ein Rauschen aufgrund von Umschalten kann daran gehindert werden, die Kommunikations-Interferenz in der Peripherie-Vorrichtung zu verursachen, durch Einstellen der Schaltfrequenz f0 in der obigen Weise, selbst wenn kein Rauschen-Gegenmaßnahmen-Bauteil vorgesehen ist. Die Schaltfrequenz f0 wird bevorzugterer Weise so eingestellt, dass die Frequenz des Brummens höher als die Schaltfrequenz f0 in dem Frequenzband ist, in welchem der Grenzwert in CISPR 25 definiert ist.
  • (Erste Modifikation)
  • In dem oben beschriebenen Fall beinhaltet die Stromumwandlungseinrichtung zwei Unterschaltungen, die parallel verbunden sind, ist aber nicht darauf beschränkt. Wie in 7 illustriert, kann die Stromumwandlungseinrichtung drei Unterschaltungen beinhalten.
  • Bezugnehmend auf 7 wird eine Stromumwandlungseinrichtung 130 gemäß einer ersten Modifikation durch Hinzufügen von Schaltelementen Q31, Q32, Q33, Q34, Q301 und Q302, eines Transformators Tr3 und eines Induktors L3 in die oben beschriebene Stromumwandlungseinrichtung 100 erhalten. In 7 werden die Transformatoren 104 und 114 in 4 als Transformatoren Tr1 und Tr2 aus Gründen der Bequemlichkeit illustriert. In der nachfolgenden Beschreibung wird eine wiederholte Beschreibung nicht wiederholt und werden hauptsächlich Differenzen gegenüber der Stromumwandlungseinrichtung 100 beschrieben. Die Stromumwandlungseinrichtung 130 beinhaltet die (in 7 nicht illustrierte) Steuerschaltung 108, welche die Schaltelemente so steuert, dass die Schaltelemente ein- oder abgeschaltet werden, wie in der Stromumwandlungseinrichtung 100.
  • Die Schaltelemente Q31, Q32, Q33 und Q34 sind in eine Vollbrückenschaltung, wie in der Vollbrückenschaltung 102, beinhaltet, und deren Ausgangsanschluss ist mit einem Primärwicklung des Transformators Tr3 verbunden. Der Transformator Tr3 weist dieselbe Struktur wie die des in 4 illustrierten Transformators 104 auf. Die Schaltelemente Q301 und Q302 und der Induktor L3 sind in einer Gleichrichterschaltung, wie in der Gleichrichterschaltung 106, beinhaltet, und deren Eingangsanschluss ist mit einer Sekundärwicklung des Transformators Tr3 verbunden.
  • Die Schaltelemente Q31, Q32, Q33, Q34, Q301 und Q302, der Transformator Tr3 und der Induktor L3 fungieren als ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler, indem sie so gesteuert werden, dass sie durch die Steuerschaltung 108 ein- oder ausgeschaltet werden. Entsprechend wird der elektrische Strom i3 den elektrischen Strömen i1 und i2 zu einem elektrischen Strom i20 überlagert, welcher durch den Kondensator C2 geglättet wird, und der ein elektrischer Strom i21 wird, entsprechend einem Gleichstrom mit einem kleinen Brummen, der aus den Ausgangsanschlüssen T3 und T4 auszugeben ist.
  • Bezugnehmend auf 8 wird der Betrieb der Stromumwandlungseinrichtung 130 beschrieben. 8 illustriert Timing-Diagramme, die Variationen im Signal für die Steuerung der Schaltelemente Q11 bis Q14, Q21 bis Q24 und Q31 bis Q34 repräsentieren, die in 7 so illustriert sind, dass die Schaltelemente Q11 bis Q14, Q21 bis Q24 und Q31 bis Q34 wie in 6 ein- oder ausgeschaltet werden. In einem unteren Teil in 8 sind die elektrischen Ströme i1, i2, i3, i20 und i21, welche durch die Steuersignale erzeugt werden, illustriert. In 8 wird die Schaltperiode T0, die mit der Schaltfrequenz f0 assoziiert ist, illustriert.
  • Die Steuersignale der Schaltelemente Q11 bis Q14, die Steuersignale der Schaltelemente Q21 bis q24 und die Steuersignale der Schaltelemente Q31 bis q34 weisen konstante Zeitdifferenzen (Phasendifferenzen) zueinander auf. Die hierin beschriebenen Phasendifferenzen betragen 60 Grad. Das heißt, dass die Steuersignale der Schaltelemente Q21 bis Q24 Signale mit eine Phasendifferenz von 60 Grad (um 60 Grad verzögerte Signale) in Bezug auf die Steuersignale der Schaltelemente Q11 bis Q14 sind. Die Steuersignale der Schaltelemente Q31 bis Q34 sind Signale mit einer Phasendifferenz von 60 Grad (um 60 Grad verzögerte Signale) in Bezug auf die Steuersignale der Schaltelemente Q21 bis Q24. Das heißt, dass die Steuersignale der Schaltelemente Q31 bis Q34 Signale mit einer Phasendifferenz von 120 Grad (bei 120 Grad verzögerte Signale) in Bezug auf die Steuersignale der Schaltelemente Q11 bis Q14 sind. Die in 8 illustrierte Steuerung ist eine Steuerung (unten als DreiPhasen-Steuerung bezeichnet), in welcher die Steuersignale in drei Phasen verwendet werden.
  • Zu dieser Zeit werden die Schaltelemente Q301 und Q302 abwechselnd eingeschaltet, wie bei den Schaltelementen Q101 und Q302. Beispielsweise ist das Schaltelemente Q301 an, zumindest während das Schaltelemente Q31 an ist. Beispielsweise ist das Schaltelemente Q302 an, zumindest während das Schaltelemente Q32 an ist.
  • Die elektrischen Ströme i1, i2 und i3 variieren in einer Periode gleich 1/2 der Schaltperiode T0 (die Frequenz ist das Zweifache von f0, wie in 8 illustriert, durch Steuern der Schaltelemente Q11 bis Q14, Q21 bis Q24 und Q31 bis Q34, wie in 8 illustriert. Die Phasen unterscheiden sich voneinander um 60 Grad. Als Ergebnisse werden der elektrische Strom i20, der durch Kombinieren der elektrischen Ströme i1, i2 und i3 erzeugt wird, und der elektrische Strom i21, der durch Glätten des elektrischen Stroms i20 erhalten wird und der aus den Ausgangsanschlüssen t3 und t4 ausgegeben wird, elektrische Ströme, die ein Brummen enthalten, das in einer Periode gleich 1/6 der Periode T0 (die Frequenz ist das 6-fache von f0) variiert.
  • Die Schaltfrequenz f0 wird vorzugsweise auf einen Wert größer als 300 kHz und kleiner als 530 kHz eingestellt. Dieses Band ist das Frequenzband (siehe die erste undefinierte Region in 1), in welcher der Grenzwert des Rauschens im CISPR 25 nicht definiert ist. In diesem Fall weist die Hauptkomponente (6-fache f0) der Frequenz des Brummens, das in dem elektrischen Strom i11 enthalten ist, wie oben beschrieben, einen Wert größer als 1800 kHz und kleiner als 3180 kHz auf. Auch ist dieses Band im Frequenzband (siehe zweite undefinierte Region in 1), in welcher der Grenzwert des Rauschens im CISPR 25 nicht definiert ist. Die Frequenz des Rauschens, das aus der Stromumwandlungseinrichtung 130 emittiert wird, wenn die Schaltoperation der Stromumwandlungseinrichtung 130 durchgeführt wird, beinhaltet hauptsächlich die Schaltfrequenz und die Frequenz des in dem Ausgangskabel überlagerten Brummens, welches mit den Ausgangsanschlüssen T3 und T4 verbunden ist. Die Hauptfrequenz des Rauschens, das aus der Stromumwandlungseinrichtung 130 mit der so eingestellten Schaltfrequenz f0 emittiert wird, ist das Frequenzband, in welchem der Grenzwert des Rauschens im CISPR 25 nicht definiert ist. Entsprechend kann die Stromumwandlungseinrichtung 130 das Rauschen, welches durch die Stromumwandlungseinrichtung 130 gemacht wird, hindern, die Kommunikations-Interferenz in der Peripherie-Vorrichtung zu verursachen, wenn die Stromumwandlungseinrichtung 130 kein Rauschen-Gegenmaßnahmen-Bauteil beinhaltet. Wenn die Schaltfrequenz f0 auf einen größeren Wert als 300 kHz und kleiner als 530 kHz eingestellt wird, können die Halbleitervorrichtungen, welche aktuell verwendet werden, effektiv und sicher verwendet werden, ohne den Verlust zu erhöhen.
  • Die Anzahl von Unterschaltungen, die als die jeweiligen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler fungieren und die parallel verbunden sind, kann vier oder mehr betragen. In dem Fall, bei dem die Anzahl von Unterschaltungen, die in der Stromumwandlungseinrichtung enthalten sind, und welche als die Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler fungieren, n beträgt (eine Ganzzahl von zwei oder mehr), wird eine Steuerung (unten als n-Phasensteuerung bezeichnet), in welcher die Steuersignale in n Phasen verwendet werden, implementiert. Das heißt, hinsichtlich der Unterschaltungen, welche als die Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler fungieren, unterscheiden sich die Phasen der Steuersignale der assoziierten Schaltelemente voneinander um 180 Grad/n.
  • In diesem Fall ist die Hauptkomponenten der Frequenz des Brummens, das dem elektrischen Strom überlagert ist, der aus der Stromumwandlungseinrichtung ausgegeben wird, das Zweifache der Schaltfrequenz. Entsprechend wird die Schaltfrequenz vorzugsweise so eingestellt, dass die Schaltfrequenz und eine Frequenz gleich dem Zweifachen der Schaltfrequenz in den Frequenzbändern sind, in welchem der Grenzwert des Rauschens im CISPR 25 nicht definiert ist. Auf diese Weise kann das Rauschen, das durch die Stromumwandlungseinrichtung gemacht wird, daran gehindert werden, die Kommunikations-Interferenz in der Peripherie-Vorrichtung zu verursachen, selbst wenn kein Rauschen-Gegenmaßnahmen-Bauteil vorgesehen ist.
  • (Zweite Modifikation)
  • In dem oben beschriebenen Fall sind die Unterschaltungen, welche die Vollbrückenschaltungen enthalten, parallel verbunden und in der Stromumwandlungseinrichtung enthalten, sind aber nicht darauf beschränkt. Wie in 9 illustriert, können nicht isolierende Chopper-Schaltungen, die keine Transformatoren verwenden, parallel verbunden und in der Stromumwandlungseinrichtung enthalten sein.
  • Bezugnehmend auf 9 beinhaltet eine Stromumwandlungseinrichtung 140 gemäß einer zweiten Modifikation Chopper-Schaltungen 142, 144, 146 und 148, die Kondensatoren C1 und C2, die Eingangsanschlüssen T1 und T2 und die Ausgangsanschlüsse T3 und T4. Die Chopper-Schaltungen 142, 144, 146 und 148 beinhalten Schaltelemente und sind insgesamt in einer einzelnen Umschaltschaltung enthalten, wie später beschrieben. Die Chopper-Schaltungen 142, 144, 146 und 148 entsprechen einer Unterschaltung, welche eine Stromumwandlungsfunktion aufweist und die in der Umschaltschaltung enthalten ist. Die Stromumwandlungseinrichtung 140 beinhaltet die Steuerschaltung 108 (in 9 nicht illustriert), welche die Schaltelemente steuert und umschaltet, wie in der Stromumwandlungseinrichtung 100.
  • Die Chopper-Schaltung 142 beinhaltet Schaltelemente Q41 und Q42 und den Induktor L1. Die Quelle des Schaltelements Q41 ist mit dem Drain des Schaltelements Q42 verbunden. Ein Verbindungsknoten zwischen den Schaltelementen Q41 und Q42 ist mit einem Ende des Induktors L1 verbunden. Ähnlich beinhaltet die Chopper-Schaltung 144 Schaltelemente Q43 und Q44 und den Induktor L2. Die Quelle des Schaltelements Q43 ist mit dem Drain des Schaltelements Q44 verbunden. Ein Verbindungsknoten zwischen den Schaltelementen Q43 und Q44 ist mit einem Ende des Induktors L2 verbunden. Die Chopper-Schaltung 146 beinhaltet Schaltelemente Q45 und Q46 und den Induktor L3. Die Quelle des Schaltelements Q45 ist mit dem Drain des Schaltelements Q46 verbunden. Ein Verbindungsknoten zwischen den Schaltelementen Q45 und Q46 ist mit einem Ende des Induktors L3 verbunden. Die Chopper-Schaltung 148 beinhaltet Schaltelemente Q47 und Q48 und einen Induktor L4. Die Quelle des Schaltelements Q47 ist mit dem Drain des Schaltelements Q48 verbunden. Ein Verbindungsknoten zwischen den Schaltelementen Q47 und Q48 ist mit einem Ende des Induktors L4 verbunden.
  • Die Chopper-Schaltungen 142, 144, 146 und 148 sind parallel zwischen den Eingangsanschlüssen T1 und T2 und den Ausgangsanschlüssen T3 und T4 verbunden und fungieren jeweils als Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler. Das heißt, dass der Drain jedes der Schaltelemente Q41, Q43, Q45 und Q47 mit dem Eingangsanschluss T1 verbunden ist. Die Quelle jedes der Schaltelemente Q42, Q44, Q46 und Q48 ist mit dem Eingangsanschluss T2 und dem Ausgangsanschluss T4 verbunden. Das andere Ende jedes der Induktoren L1, L2, L3 und L4 ist mit den Ausgangsanschluss T3 verbunden.
  • Es wird eine Gleichstromspannung an den Eingangsanschlüssen T1 und T2 aus einer Stromversorgung außerhalb der Stromumwandlungseinrichtung 140 angelegt. Der Kondensator C1 ist mit den Eingangsanschlüssen T1 und T2 verbunden. Die Eingangsanschlüsse T1 und T2 dienen auch als Eingangsanschlüsse für die Chopper-Schaltung 142 und die Gleichstromspannung an den Eingangsanschlüssen T1 und T2 wird an der Chopper-Schaltung 142 angelegt. Die Chopper-Schaltung 142 wandelt (senkt) und gibt die angelegte Gleichstromspannung in einer Weise aus, in welcher die Schaltelemente Q41 und Q42 so gesteuert werden, dass sie ein- oder ausgeschaltet werden, wie später beschrieben. Die Chopper-Schaltungen 144, 146 und 148 wandeln (senken) und geben die angelegte Gleichstromspannung in einer Weise aus, in welcher die Schaltelemente, die darin enthalten sind, so gesteuert werden, dass sie ein- oder ausgeschaltet werden, wie später beschrieben, wie in der Chopper-Schaltung 142.
  • Bezugnehmend auf 10 wird der Betrieb der Stromumwandlungseinrichtung 140 beschrieben. 10 illustriert Timing-Diagramme, die Variationen im Signal zum Steuern der Schaltelemente Q41, Q43, Q45 und Q47, illustriert in 9, so repräsentieren, dass die Schaltelemente Q41, Q43, Q45 und Q47 ein- oder ausgeschaltet werden, wie in 6. Im unteren Teil in 10 sind die elektrischen Ströme i1, i2, i3, i4, i30 und i31, welche durch die in einem oberen Teil illustrierten Steuersignale erzeugt werden, illustriert. In 10 ist die Schaltperiode T0, die mit der Schaltfrequenz f0 assoziiert ist, illustriert.
  • Die Steuersignale der Schaltelemente Q41, Q43, Q45 und Q47 weisen konstante Zeitdifferenzen (Phasendifferenzen) zueinander auf. Die hierin beschriebenen Phasendifferenzen betragen 90 Grad. Das heißt, dass das Steuersignal des Schaltelements Q43 ein Signal mit eine Phasendifferenz von 90 Grad (ein um 90 Grad verzögertes Signal) ist, in Bezug auf das Steuersignal des Schaltelements Q41. Das Steuersignal des Schaltelements Q45 ist ein Signal mit einer Phasendifferenz von 90 Grad (einem um 90 Grad verzögerten Signal) in Bezug auf das Steuersignal des Schaltelements Q43. Das heißt, dass das Steuersignal des Schaltelements Q45 ein Signal mit einer Phasendifferenz von 180 Grad (einen um 180 Grad verzögerten Signal) in Bezug auf das Steuersignal des Schaltelements Q41 ist. Das Steuersignal des Schaltelements Q47 ist ein Signal mit einer Phasendifferenz von 90 Grad (einem um 90 Grad verzögerten Signal) in Bezug auf das Steuersignal des Schaltelements Q45. Das heißt, dass das Steuersignal des Schaltelements Q47 ein Signal mit einer Phasendifferenz von 270 Grad (einem um 270 Grad verzögerten Signal) in Bezug auf das Steuersignal des Schaltelements Q41 ist. Die in 10 illustrierte Steuerung ist eine 4-Phasen-Steuerung, in welcher vier Phasen verwendet werden.
  • Zu dieser Zeit können die Schaltelemente Q42, Q44, Q46 und Q48 immer aus sein. Die Schaltelemente Q42, Q44, Q46 und Q48 können in dem Synchron-Gleichrichtverfahren so gesteuert werden, dass sie ein- oder ausgeschaltet werden (ein, wenn die assoziierten Schaltelemente aus sind (beispielsweise, wenn das Schaltelement Q41 aus ist, ist das Schaltelement Q42 an)).
  • Die elektrischen Ströme i1, i2, i3 und i4 variieren in der Periode T0 (Frequenz f0), wie in 10 illustriert, durch Steuern der Schaltelemente Q41, Q43, Q45 und Q47, wie in 10 illustriert. Die Phasen unterscheiden sich voneinander um 90 Grad. Als Ergebnis werden der elektrische Strom i30, welcher durch Kombinieren der elektrischen Ströme i1, i2, i3 und i4 erzeugt wird, und der elektrische Strom i31, der durch Glätten des elektrischen Stroms i30 erhalten wird, und aus den Ausgangsanschlüssen T3 und T4 ausgegeben wird, elektrische Ströme, die ein Brummen enthalten, dessen Hauptkomponente in einer Periode gleich 1 /4 der Periode T0 ist (die Frequenz ist das 4-fache von f0).
  • Die Schaltfrequenz f0 wird vorzugsweise auf einen Wert größer als 450 kHz und kleiner als 530 kHz eingestellt, wie oben zu 6 beschrieben. Dieses Band ist im Frequenzband (siehe die erste undefinierte Region in 1) in welcher der Grenzwert des Rauschens im CISPR 25 nicht definiert ist. In diesem Fall weist die Hauptkomponente (4-fache von f0) der Frequenz des Brummens, das in dem elektrischen Strom i31 enthalten ist, einen Wert größer als 1800 kHz und kleiner als 2120 kHz auf. Auch ist dieses Band im Frequenzband (siehe zweite undefinierte Region in 1), in welcher der Grenzwert des Rauschens im CISPR 25 nicht definiert ist. Die Frequenz des Rauschens, das aus der Stromumwandlungseinrichtung 140 emittiert wird, wenn die Schaltoperation der Stromumwandlungseinrichtung 140 durchgeführt wird, beinhaltet hauptsächlich die Schaltfrequenz und die Frequenz des Brummens, das im Ausgangskabel überlagert wird, das mit den Ausgangsanschlüssen T3 und T4 verbunden ist. Die Hauptfrequenz des Rauschens, das aus der Stromumwandlungseinrichtung 140 mit der so eingestellten Schaltfrequenz emittiert wird, ist in dem Frequenzbereich, in welchem der Grenzwert des Rauschens im CISPR 25 nicht definiert ist. Entsprechend kann die Stromumwandlungseinrichtung 140 das Rauschen, welches durch die Stromumwandlungseinrichtung 140 gemacht wird, daran hindern, die Kommunikations-Interferenz in der Peripherie-Vorrichtung zu verursachen, selbst wenn die Stromumwandlungseinrichtung 140 kein Rauschen-Gegenmaßnahmen-Bauteil beinhaltet. Zusätzlich können aktuell verwendete Halbleitervorrichtungen effektiv und sicher benutzt werden, ohne den Verlust zu erhöhen.
  • (Dritte Modifikation)
  • In dem oben beschriebenen Fall sind die vier Chopper-Schaltungen, welche parallel verbunden sind, in der Stromumwandlungsvorrichtung enthalten, sie sind aber nicht darauf beschränkt. Wie in 11 illustriert, können sechs Chopper-Schaltungen in der Stromumwandlungseinrichtung enthalten sein.
  • Bezugnehmend auf 11 wird eine Stromumwandlungseinrichtung 150 gemäß einer dritten Modifikation durch Hinzufügen von Schaltelementen Q49, Q51 und Q52 und Induktoren L5 und L6 in die oben beschriebene Stromumwandlungseinrichtung 130 erhalten. In der nachfolgenden Beschreibung wird eine duplizierte Beschreibung nicht wiederholt und werden hauptsächlich Differenzen gegenüber der Stromumwandlungseinrichtung 140 beschrieben. Die Stromumwandlungseinrichtung 150 beinhaltet die Steuerschaltung 108 (in 11 nicht illustriert), welche die Schaltelemente so stört, dass die Schaltelemente ein- oder ausgeschaltet werden, wie in der Stromumwandlungseinrichtung 100.
  • Die Schaltelemente Q49 und Q50 und der Induktor L5 sind in einer Chopper-Schaltung enthalten. Die Quelle des Schaltelements Q49 ist mit dem Drain des Schaltelements Q50 verbunden. Ein Verbindungsknoten zwischen den Schaltelementen Q49 und Q50 ist mit einem Ende des Induktors L5 verbunden. Ähnlich sind die Schaltelemente Q51 und Q52 und der Induktor L6 in einer Chopper-Schaltung enthalten. Die Quelle des Schaltelements Q51 ist mit dem Drain des Schaltelements Q52 verbunden. Ein Verbindungsknoten zwischen den Schaltelementen Q51 und Q52 ist mit einem Ende des Induktors L6 verbunden.
  • Die in 11 illustrierten sechs Chopper-Schaltungen sind parallel zwischen den Eingangsanschlüssen T1 und T2 und den Ausgangsanschlüssen T3 und T4 verbunden und fungieren als entsprechende Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler. Das heißt, dass eine Gleichstromspannung, die an die Eingangsanschlüsse T1 und T2 aus einer Stromversorgung außerhalb der Stromumwandlungseinrichtung 150 angelegt wird, an die sechs Chopper-Schaltungen angelegt wird und die angelegte Gleichstromspannung gewandelt (gesenkt) und ausgegeben wird in einer Weise, in welcher die Schaltelemente, die in den Chopper-Schaltungen enthalten sind, so gesteuert werden, dass sie, wie später beschrieben, ein- oder ausgeschaltet werden.
  • Bezugnehmend auf 12 wird der Betrieb der Stromumwandlungseinrichtung 150 beschrieben. 12 illustriert Timing-Diagramme, die Variationen beim Signal zum Steuern der Schaltelemente Q41, Q43, Q45, Q47, Q49 und Q51 repräsentieren, die in 11 illustriert sind, so dass die Schaltelemente Q41, Q43, Q45, Q47, Q49 und Q51 ein- oder ausgeschaltet werden, wie in 6. In einem unteren Teil in 12 sind die elektrischen Ströme i1, i2, i3, i4, i5, i6, i40 und i41, welche durch die in einem oberen Teil illustrierten Steuersignale erzeugt werden, illustriert. In 12 wird die mit der Schaltfrequenz f0 assoziierte Schaltperiode T0 illustriert.
  • Die Steuersignale der Schaltelemente Q41, Q43, Q45, Q47, Q49 und Q51 weisen konstante Zeitdifferenzen (Phasendifferenzen) zueinander auf. Die Phasendifferenzen, die hierin beschrieben sind, betragen 60 Grad. das heißt, dass das Steuersignal des Schaltelements Q43 ein Signal mit einer Phasendifferenz von 60 Grad (ein um 60 Grad verzögertes Signal) in Bezug auf das Steuersignal des Schaltelements Q41 aufweist. Das Steuersignal des Schaltelements Q45 ist ein Signal mit einer Phasendifferenz von 60 Grad (einem um 60 Grad verzögerten Signal) in Bezug auf das Steuersignal des Schaltelements Q43. Das heißt, dass das Steuersignal des Schaltelements Q45 ein Signal mit einer Phasendifferenz von 120 Grad (einem um 120 Grad verzögerten Signal) in Bezug auf das Steuersignal des Schaltelements Q41 ist. Das Steuersignal des Schaltelements Q47 ist ein Signal mit einer Phasendifferenz von 60 Grad (einem um 60 Grad verzögerten Signal) in Bezug auf das Steuersignal des Schaltelements Q45. Das heißt, dass das Steuersignal des Schaltelements Q47 ein Signal mit einer Phasendifferenz von 180 Grad (einem um 180 Grad verzögerten Signal) in Bezug auf da Steuersignal des Schaltelements Q41 ist. Das Steuersignal des Schaltelements Q49 ist ein Signal mit einer Phasendifferenz von 60 Grad (einem um 60 Grad verzögerten Signal) in Bezug auf das Steuersignal des Schaltelements Q47. Das heißt, dass das Steuersignal des Schaltelements Q49 ein Signal mit einer Phasendifferenz von 240 Grad (einem um 240 Grad verzögerten Signal) in Bezug auf das Steuersignal des Schaltelements Q41 ist. Das Steuersignal des Schaltelements Q51 ist ein Signal mit einer Phasendifferenz von 60 Grad (einem um 60 Grad verzögerten Signal) in Bezug auf das Steuersignal des Schaltelements Q49. Das heißt, dass das Steuersignal des Schaltelements Q51 ein Signal mit einer Phasendifferenz von 300 Grad (einem um 300 Grad verzögerten Signal) in Bezug auf das Steuersignal des Schaltelements Q41 ist. Die in 12 illustrierte Steuerung ist eine 6-Phasen-Steuerung, in welcher sechs Phasen verwendet werden.
  • Zu dieser Zeit können die Schaltelemente Q42, Q44, Q46, Q48, Q50 und Q52 immer Aus sein. Die Schaltelemente Q42, Q44, Q46, Q48, Q50 und Q52 können in dem Synchron-Gleichrichtverfahren so gesteuert werden, dass sie ein- oder ausgeschaltet werden.
  • Die elektrischen Ströme i1, i2, i3, i4, i5 und i6 variieren in der Periode T0 (der Frequenz f0), wie in 12 illustriert, durch Steuern der Schaltelemente Q41, Q43, Q45, Q47, Q49 und Q51, wie in 12 illustriert. Die Phasen unterscheiden sich voneinander um 60 Grad. Als Ergebnis werden der elektrische Strom i40, der durch Kombinieren der elektrischen Ströme i1, i2, i3, i4, i5 und i6 erzeugt wird und der elektrische Strom i41, der durch Glätten des elektrischen Stroms i40 erhalten wird und der aus den Ausgangsanschlüssen T3 und T4 ausgegeben wird, elektrische Ströme, die ein Brummen enthalten, deren Hauptkomponenten in einer Periode gleich 1/6 der Periode T0 ist (die Frequenz ist das 6-fache von f0).
  • Die Schaltfrequenz f0 ist vorzugsweise auf einen Wert eingestellt, der größer als 300 kHz und kleiner als 530 kHz ist, wie oben zu 8 beschrieben. Dieses Band ist im Frequenzband (siehe erste undefinierte Region in 1), in welcher der Grenzwert des Rauschens in CISPR 25 nicht definiert ist. In diesem Fall weist die Frequenz (6-faches f0) des Brummens, das in dem elektrischen Strom i41 enthalten ist, einen Wert größer als 1800 kHz und kleiner als 3180 kHz auf. Auch ist dieses Band im Frequenzband (siehe die zweite undefinierte Region in 1), in welcher der Grenzwert des Rauschens in CISPR 25 nicht definiert ist. Die Frequenz des Rauschens, das aus der Stromumwandlungseinrichtung 150 emittiert wird, wenn die Schaltoperation der Stromumwandlungseinrichtung 150 durchgeführt wird, beinhaltet hauptsächlich die Schaltfrequenz und die Frequenz des im Ausgangskabel überlagerten Brummens, welches mit den Ausgangsanschlüssen T3 und T4 verbunden ist. Entsprechend ist die Hauptfrequenz des Rauschens, welches aus der Stromumwandlungseinrichtung 150 mit der so eingestellten Schaltfrequenz f0 emittiert wird, in dem Frequenzband, in welchem der Grenzwert des Rauschens in CISPR 25 nicht definiert ist. Entsprechend kann die Stromumwandlungseinrichtung 150 das Rauschen, welches durch die Stromumwandlungseinrichtung 150 gemacht wird, daran hindern, die Kommunikations-Interferenz in der Peripherie-Vorrichtung zu verursachen, selbst wenn die Stromumwandlungseinrichtung 150 kein Rauschen-Gegenmaßnahmen-Bauteil enthält. Zusätzlich können Halbleitervorrichtungen, die aktuell verwendet werden, effektiv und sicher verwendet werden, ohne den Verlust zu vergrößern.
  • Die Anzahl von Chopper-Schaltungen, die als die jeweiligen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler fungieren und parallel verbunden sind, beträgt zwei oder mehr. In dem Fall, bei dem die Anzahl von Unterschaltungen, die in der Stromumwandlungseinrichtung enthalten sind und die als die Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler fungieren, m (eine Ganzzahl von 2 oder mehr) ist, wird eine m-Phasensteuerung, in welcher Steuersignale in m Phasen verwendet werden, implementiert. Das heißt, hinsichtlich der Chopper-Schaltungen, die als die Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler fungieren, unterscheiden sich die Phasen der Steuersignale der assoziierten Schaltelemente voneinander um 360 Grad/m.
  • In diesem Fall beträgt die Frequenz des Brummens, welches dem elektrischen Strom überlagert ist, der aus der Stromumwandlungseinrichtung ausgegeben wird, das m-fache der Schaltfrequenz. Entsprechend wird die Schaltfrequenz vorzugsweise so eingestellt, dass die Schaltfrequenz und eine Frequenz gleich dem m-fachen der Schaltfrequenz in den Frequenzbändern sind, in welchen der Grenzwert des Rauschens in CISPR 25 nicht definiert ist. Auf diese Weise kann das Rauschen, das durch die Stromumwandlungseinrichtung gemacht wird, daran gehindert werden, Kommunikations-Interferenz in der Peripherie-Vorrichtung zu verursachen, selbst wenn kein Rausch-Gegenmaßnahmen-Bauteil vorgesehen ist.
  • (Vierte Modifikation)
  • Die Drosselspulen, die durch die Chopper-Schaltungen verwendet werden, die in der Stromumwandlungseinrichtung enthalten sind, können magnetisch gekoppelt sein. Die Stromumwandlungseinrichtung gemäß einer vierten Modifikation verwendet die magnetisch gekoppelten Drosselspulen.
  • Bezugnehmend auf 13 beinhaltet eine Stromumwandlungseinrichtung 160 gemäß einer vierten Modifikation Magnetkopplungsdrosselspulen 162 und 164. Die Stromumwandlungseinrichtung 160 wird durch magnetisches Koppeln der Induktoren L1 und L2 und magnetisches Koppeln der Induktoren L3 und L4 in der in 9 illustrierten Stromumwandlungseinrichtung 140 erhalten. Die Wicklungen der Induktoren L1 und L2, die in der Magnetkopplungsdrosselspule 162 enthalten sind, sind um einen Kern (wie etwa um einen Eisenkern) gewickelt, der starken Magnetismus aufweist, so dass ein Magnetfluss durch die elektrischen Ströme i1 und i2 gebildet wird, der durch die Wicklungen fließt, ausgeglichen wird. Das heißt, dass die Induktoren L1 und L2 so gekoppelt sind, dass sie entgegengesetzte Polaritäten aufweisen. Ähnlich werden die Induktoren L3 und L4, die in der Magnetkopplungsdrosselspule 164 enthalten sind, so gekoppelt, dass sie entgegengesetzte Polaritäten aufweisen.
  • Die Steuersignale der Schaltelemente, die in der Stromumwandlungseinrichtung 160 enthalten sind, und die Wellenform der elektrischen Ströme, welche durch die Steuersignale erzeugt werden, sind die gleichen wie jene in 10. Entsprechend kann die Stromumwandlungseinrichtung 160 das Rauschen, das durch die Stromumwandlungseinrichtung 160 gemacht wird, daran hindern, die Kommunikations-Interferenz in der Peripherie-Vorrichtung zu verursachen, durch Einstellen der Schaltfrequenz f0, wie in der zweiten Modifikation, selbst wenn die Stromumwandlungseinrichtung 160 kein Rausch-Gegenmaßnahmen-Bauteil beinhaltet. Zusätzlich können Halbleitervorrichtungen, die aktuell verwendet werden, effektiv und sicher verwendet werden, ohne den Verlust zu vergrößern.
  • Die Größen der Drosselspulen können durch Magnetkopplung verringert werden. Entsprechend ist die Stromumwandlungseinrichtung 160 vorteilhaft dahingehend, dass sie eine kleinere Größe als diejenige der in 9 illustrierten Stromumwandlungseinrichtung 140 aufweist. Es ist nicht notwendig, alle der Induktoren, wie in 13 illustriert, zu paaren und magnetisch zu koppeln, vorausgesetzt, dass zumindest ein Paar von Induktoren magnetisch gekoppelt sind.
  • In dem oben beschriebenen Fall sind die Schaltelemente, die in den Stromumwandlungseinrichtungen enthalten sind, N-Typ-FETs. Jedoch ist dies keine Beschränkung. Die Vollbrückenschaltungen, die Gleichrichter-Schaltungen und die Chopper-Schaltungen, die in den StromumwandlungsEinrichtungen enthalten sind, können P-Typ-FETs sein.
  • Die oben beschriebenen Schaltelemente sind vorzugsweise Breitbandlücken-Halbleiterelemente, wie etwa SiC- oder GaN-Elemente, können aber unter Verwendung von Si-Halbleitern hergestellte FETs sein, die aktuell breit eingesetzt werden. Ein Breitbandlücken-Halbleiterelement ermöglicht, dass die Dicke eines Halbleiters zum Sicherstellen von Druckwiderstand kleiner als diejenige eines Si-Halbleiterelements ist. Entsprechend kann der Verlust reduziert werden, selbst wenn eine Schaltgeschwindigkeit ansteigt und die Schaltfrequenz ansteigt.
  • Die Induktoren L1 und L2, welche als die Drosselspulen fungieren, können beispielsweise eine typische Wicklungsstruktur aufweisen, haben aber vorzugsweise eine Klammerstruktur. Die Klammerstruktur bedeutet eine Struktur, in welcher mehrere Magnetkerne (wie etwa Ferrit) kombiniert und in einer Erstreckungsrichtung derselben montiert sind, um ein lineares leitfähiges Element herum, das keinen Geschlossenschleifenumgebungs-Magnetfluss bildet. Beispiele der Klammerstruktur sind in 14 bis 17 illustriert.
  • 14 illustriert ein Magnetbauteil 302 mit einem U-förmigen Abschnitt und ein Magnetbauteil 304 mit einer flachen Plattenform, die um ein Verdrahtungsbauteil 300 montiert sind, das mit einem elektrischen Isolator beschichtet ist. 15 illustriert ein Magnetbauteil 312 mit einem E-förmigen Abschnitt und einem Magnetbauteil 314 mit einer flachen Plattenform, die um ein leitfähiges Bauteil 310 montiert sind, das zu einer Kurbelform bei Aufsicht geformt ist, unter Verwendung eines leitfähigen Bauteils mit einer flachen Plattenform. Die Oberfläche des leitfähigen Bauteils 310 ist mit einem elektrischen Isolator (beispielsweise einer Polymerbeschichtung) beschichtet. 16 illustriert ein Magnetbauteil 322 mit einer E-Form und ein Magnetbauteil 324 mit einer flachen Plattenform, die um eine Struktur herum montiert sind, in welcher leitfähige Bauteile 320 (drei leitfähige Bauteile in 16) mit derselben Kurbelform wie derjenigen in 15 mit Isolationsbauteilen 326 isoliert sind, die dazwischen eingefügt und gestapelt sind. Erste Endbereiche der mehreren leitfähigen Bauteile 320 sind miteinander verbunden und zweite Endbereiche der mehreren leitfähigen Bauteile 320 sind miteinander verbunden. Die exponierten Oberflächen der leitfähigen Bauteile 320 (Oberflächen, die nicht in Kontakt mit den Isolationsbauteilen 326 stehen) sind durch einen Isolator beschichtet.
  • Das in 15 illustrierte leitfähige Bauteil 310 kann beispielsweise durch einen Stanzprozess an einer Kupferplatte mit einer vorbestimmten Dicke hergestellt werden. Ähnlich können die leitfähigen Bauteile 320 und die Isolationsbauteile 326, illustriert in 16, hergestellt werden, beispielsweise durch einen Stanzprozess an einem Kupfer-plattiertes Laminat mit einer vorbestimmten Dicke. Entsprechend können Spulen mit der Klammerstruktur, die in 15 und in 16 illustriert ist, leichter hergestellt werden als eine Spule mit einer Wicklungsstruktur. Die Verwendung der Spulen mit der Klammerstruktur macht es einfach, eine Stromumwandlungseinrichtung herzustellen, in welcher Schaltungen, die als Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler fungieren, parallel verbunden sind.
  • Die in 15 und 16 illustrierten Spulen können auf einer gedruckten Schaltungsplatine (Einzelschichten oder mehrere Schichten) gebildet werden, auf welchen die Schaltelemente montiert sind. 17 illustriert einen Zustand, in welchem mehrere Durchgangslöcher 334 um ein leitfähiges Bauteil 330 herum gebildet werden, das auf einer Oberfläche eines Substrats 332 beispielsweise durch Ätzen gebildet ist. Ein magnetisches Bauteil mit einem E-förmigen Abschnitt (wie etwa das Magnetbauteil 322) wird in die mehreren Durchgangslöcher 334 von oberhalb des Substrats 332 eingeführt und ein magnetisches Bauteil mit einer flachen Plattenform (wie etwa das magnetische Bauteil 324) ist ab einer Position vor der Rückseite des Substrats 332 angeordnet. Folglich können die in 15 und 16 illustrierten Spulen hergestellt werden. Entsprechend kann die Größe der Stromumwandlungsvorrichtung, in welcher Schaltungen, die als Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler fungieren, parallel verbunden sind, gesenkt werden, und kann die Herstellung leichter abgeschlossen werden.
  • Wenn die Schaltfrequenz höher als 300 kHz ist, wie oben beschrieben, ist die für die Drosselspulen notwendige Induktanz kleiner als diejenige im Fall, bei dem die Schaltfrequenz von etwa 100 kHz, die üblicherweise verwendet wird, verwendet wird. Entsprechend können die Spulen mit der Klammerstruktur für die Stromumwandlungseinrichtung verwendet werden, kann die Größe der Stromumwandlungseinrichtung folglich gesenkt werden und wird die Stromumwandlungseinrichtung leicht hergestellt. Die magnetischen Bauteile sind nicht essentiell. Es gibt einen Fall, der eine relativ kleine Induktanz benötigt und der nur unter Verwendung eines leitfähigen Bauteils erzielt werden kann, abhängig von der Schaltfrequenz. In diesem Fall sind die magnetischen Bauteile nicht notwendig.
  • Die Spulen mit den Klammerstrukturen können magnetisch gekoppelt sein, wie in 13 illustriert. Beispielsweise können die Induktoren L1 und L2, die magnetisch gekoppelt sind, wie in 13 illustriert, unter Verwendung des Induktors mit der Klammerstruktur gebildet werden, wie in 14 illustriert. Wie in 18 illustriert, sind Leiter 306 und 308, die mit einem Isolator beschichtet sind, so angeordnet, dass sie in einem Röhrenkörper, der durch das magnetische Bauteil 302 mit einem U-förmigen Abschnitt und das magnetische Bauteil 304 mit einer flachen Plattenform gebildet ist, aneinander angrenzend sind, und die elektrischen Ströme i1 und i2 in entgegengesetzte Richtungen leiten.
  • Die Transformatoren, welche für die in 4 und 7 illustrierten Schaltungen verwendet werden, können eine Struktur aufweisen, in welcher die Primärwicklung und die Sekundärwicklung getrennt angeordnet sind, wie in 19 illustriert, weisen aber vorzugsweise eine Struktur auf, in welcher die Primärwicklung und die Sekundärwicklung angeordnet sind, abwechselnd zu sein, wie in 20 illustriert. Hinsichtlich eines in 19 illustrierten Transformators sind eine Primärwicklung 340 und eine Sekundärwicklung 342 getrennt und um einen Kern gewickelt. Pfeile in Links-Rechts-Richtungen repräsentieren die Richtungen von elektrischen Strömen, welche durch die Primärwicklung 340 und die Sekundärwicklung 342 fließen. Hinsichtlich eines in 20 illustrierten Transformators sind eine Primärwicklung 350 und eine Sekundärwicklung 352 so angeordnet, dass die abwechselnd und um einen Kern 354 gewickelt sind. Pfeile in Links-Rechts-Richtungen repräsentieren die Richtungen von elektrischen Strömen, die durch die Primärwicklung 350 und die Sekundärwicklung 352 fließen. Die Primärwicklung und die Sekundärwicklung sind somit so angeordnet, dass sie abwechselnd und aneinander angrenzend sind und die elektrischen Ströme werden in entgegengesetzten Richtungen durch die Primärwicklung und die Sekundärwicklung geleitet. Folglich kann ein magnetischer Fluss, der durch die Primärwicklung und die Sekundärwicklung gebildet ist, aufgehoben werden. Entsprechend kann ein Wirbelstromverlust, der zum Problem wird, wenn die Transformatoren bei einer hohen Frequenz verwendet werden, reduziert werden und kann ein Eisenverlust reduziert werden.
  • Wenn das Verlustverhältnis des Transformators in 19 beispielsweise 1,0 ist, ist das Verlustverhältnis des in 20 illustrierten Transformators beispielsweise 0,2 und ist kleiner als das.
  • Zumindest ein Wicklungsbereich der Primärwicklung oder der Sekundärwicklung ist zwischen angrenzenden Wicklungsbereichen der anderen der Primärwicklung oder der Sekundärwicklung angeordnet. Die Primärwicklung und die Sekundärwicklung können so gewickelt sein, dass ein Umlauf der Primärwicklung und ein Umlauf der Sekundärwicklung aneinander angrenzend sind. In diesem Fall entspricht ein Umlauf einem einzelnen Wicklungsbereich. Die Primärwicklung und die Sekundärwicklung können so gewickelt sein, dass mehrere Umläufe der Primärwicklung und mehrere Umläufe der Sekundärwicklung aneinander angrenzend sind. In diesem Fall entsprechen mehrere Umläufe einem einzelnen Wicklungsbereich. Die Primärwicklung und die Sekundärwicklung sind nicht auf den Fall beschränkt, bei dem jede der Primärwicklung und der Sekundärwicklung durch Wickeln eines einzelnen leitfähigen Drahts gebildet ist. Jede der Primärwicklung und der Sekundärwicklung können durch Wickeln von mehreren leitfähigen Drähten gebildet werden, wie etwa Bifilar-Wicklung oder Trifilar-Wicklung (die mehreren leitfähigen Drähte sind parallel verbunden). Auch in diesem Fall können die Primärwicklung und die Sekundärwicklung so gebildet sein, dass sie aneinander angrenzen.
  • Jede oben beschriebene Stromumwandlungseinrichtung ist vorzugsweise durch ein leitfähiges Bauteil (wie etwa Metall) abgedeckt. Ein Rauschen aufgrund eines Brummens (eine Frequenz, die ein ganzzahliges Mehrfaches der Schaltfrequenz ist), das dem elektrischen Strom überlagert ist, der aus den Ausgangsanschlüssen T3 und T4 der Stromumwandlungseinrichtung ausgegeben wird, über beispielsweise das Ausgangskabel, kann daran gehindert werden, Kommunikations-Interferenz in der Peripherie-Vorrichtung zu verursachen, wie oben beschrieben. Jedoch besteht die Möglichkeit, dass ein Signal bei einer Frequenz zwischen der Schaltfrequenz und der Frequenz des Brummens in der Stromumwandlungseinrichtung erzeugt wird, und das folglich gemachte Strahlungsrauschen Kommunikations-Interferenz in der Peripherie-Vorrichtung verursacht. Das Rauschen, das in der Stromumwandlungseinrichtung gemacht wird, kann daran gehindert werden, nach außen emittiert zu werden, in einer Weise, in welcher die Stromumwandlungseinrichtung durch ein leitfähiges Bauteil (einen Behälter) abgedeckt ist, außer bezüglich eines Eingangsbereichs und eines Ausgangsbereichs der Stromumwandlungseinrichtung.
  • Die Stromversorgung jeder Stromumwandlungseinrichtung wird frei bestimmt. In dem Fall, bei dem die Stromumwandlungseinrichtung 100 in einem Fahrzeug montiert ist, ist jedoch vorzugsweise die Stromversorgung beispielsweise 1 kW oder mehr. Der elektrische Strom, der aus den Ausgangsanschlüssen T3 und T4 ausgegeben wird, wird frei festgelegt. In dem Fall, bei dem die Stromumwandlungseinrichtung 100 in einem Fahrzeug montiert ist, (in dem Fall, bei dem die Stromumwandlungseinrichtung 100 beispielsweise zum Zuführen einer Niederspannung (beispielsweise 12V oder 48V) verwendet wird), ist ein bevorzugter elektrischer Strom beispielsweise 50 A oder mehr.
  • In dem oben beschriebenen Fall wird die Schaltfrequenz f0 auf eine Frequenz im Frequenzband eingestellt, in welchem der Grenzwert des Rauschens im CISPR 25 nicht definiert ist, ist aber nicht darauf beschränkt, vorausgesetzt, dass zumindest die Schaltfrequenz f0 auf eine Frequenz aus dem Frequenzbereich eingestellt wird, der zur Kommunikation mit dem fahrzeugmontierten Empfänger verwendet wird, um zu verhindern, dass die Schaltoperation der Stromumwandlungseinrichtung eine Kommunikations-Interferenz im fahrzeugmontierten Empfänger verursacht. Die Hauptfrequenzkomponente des Brummens des elektrischen Stroms, der aus der Stromumwandlungseinrichtung ausgegeben wird, ist vorzugsweise außerhalb des Frequenzbereichs, welcher zur Kommunikation mit dem fahrzeugmontierten Empfänger verwendet wird. Das heißt, um dies zu erreichen, wird die Schaltfrequenz f0 vorzugsweise abhängig von der Umschaltschaltung eingestellt, die in der Stromumwandlungseinrichtung verwendet wird.
  • Die vorliegende Offenbarung ist oben beschrieben worden durch Beschreiben der Ausführungsform. Jedoch wird die Ausführungsform oben beispielhaft beschrieben und die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung ist in Ansprüchen gezeigt unter Berücksichtigung der detaillierten Beschreibung der Erfindung und beinhaltet alle Modifikationen mit äquivalenter Bedeutung und Schutzumfang zu jenen des hierin zitierten Wortlauts.
  • Bezugszeichenliste
    • 100, 130, 140, 150, 160
    Stromumwandlungseinrichtung
    102, 112
    Vollbrückenschaltung
    104, 114, Tr1, Tr2, Tr3
    Transformator
    106, 116
    Gleichrichterschaltung
    108
    Steuerschaltung
    142, 144, 146, 148
    Chopper-Schaltung
    162, 164
    magnetkoppelnde Drosselspule
    200
    Fahrzeug
    210
    Motor
    220
    Wechselrichter
    230
    Hochspannungs-Batterie
    240
    Niederspannungs-Batterie
    250
    Hilfsmaschinensystemlast
    300
    Verdrahtungsbauteil
    306, 308, 310, 320, 330
    Leitfähiges Bauteil
    302, 304, 312, 314, 322, 324
    Magnetisches Bauteil
    326
    Isolationsbauteil
    334
    Durchgangsloch
    332
    Substrat
    340, 350
    Primärwicklung
    342, 352
    Sekundärwicklung
    344, 354
    Kern
    C1, C2
    Kondensator
    i1, i2, i3, i4, i5, i6, i10, i11, i20, i21, i30, i31, i40, i41
    Elektrischer Strom
    L1, L2, L3, L4, L5, L6
    Induktor
    Q11, Q12, Q13, Q14, Q21, Q22, Q23, Q24, Q31, Q32, Q33, Q34, Q41, Q42, Q43, Q44, Q45, Q46, Q47, Q48, Q49, Q50, Q51, Q52, Q101, Q102, Q201, Q202, Q301, Q302:
    Schaltelement
    T1, T2
    Eingangsanschluss
    T3, T4
    Ausgangsanschluss
  • 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
    • JP 2014017970 A [0004]

Claims (14)

  1. Stromumwandlungseinrichtung, umfassend: eine Umschaltschaltung, die mehrere Schaltelemente enthält; und eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, die mehreren Schaltelemente, die in der Umschaltschaltung enthalten sind, bei einer vorbestimmten Umschaltfrequenz mit einer an einen Eingangsanschluss der Umschaltschaltung angelegten Gleichstromspannung zu steuern und umzuschalten, wobei die Umschaltschaltung konfiguriert ist, die an den Eingangsanschluss angelegte Gleichstromspannung umzuwandeln und einen umgewandelten elektrischen Strom auszugeben, und die Umschaltfrequenz so eingestellt wird, dass die Umschaltfrequenz und eine Hauptfrequenzkomponente eines in dem elektrischen Strom auftretenden Brummens außerhalb eines zur Kommunikation mit einem fahrzeugmontierten Empfänger verwendeten Frequenzbereichs liegen.
  2. Stromumwandlungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Schaltfrequenz höher als 300 kHz und niedrig als 530 kHz ist, und wobei die Hauptfrequenzkomponente des Brummens höher als 1800 kHz ist und niedriger als 5900 kHz ist.
  3. Stromumwandlungseinrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Schaltfrequenz höher als 450 kHz ist und niedriger als 530 kHz ist.
  4. Stromumwandlungseinrichtung gemäß einem von Ansprüchen 1 bis 3, wobei die Umschaltschaltung mehrere Unterschaltungen enthält, die mehrere Schaltelemente beinhalten und parallel verbunden sind, wobei jede der mehreren Unterschaltungen konfiguriert ist die aus dem Eingangsanschluss angelegte Gleichstromspannung aufzunehmen, und ein durch Umwandeln der durch die Unterschaltung aufgenommenen Gleichstromspannung erzeugtes Signal auszugeben, wobei die Schaltelemente, die in den mehreren Unterschaltungen enthalten sind, durch die Steuereinheit so gesteuert und geschaltet werden, dass die aus den entsprechenden mehreren Unterschaltungen ausgegebenen Signale eine vorbestimmte Phasendifferenz zueinander aufweisen, und wobei die Phasendifferenz ein Wert ist, der auf einen vorbestimmten Winkel und eine Anzahl von mehreren Unterschaltungen basiert.
  5. Stromumwandlungseinrichtung gemäß Anspruch 4, wobei jede der mehreren Unterschaltungen eine Vollbrückenschaltung enthält, die das in der Unterschaltung enthaltene Schaltelement enthält, oder wobei jede der mehreren Unterschaltungen eine Chopper-Schaltung enthält, die das in der Unterschaltung enthaltene Schaltelement enthält.
  6. Stromumwandlungseinrichtung gemäß Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei jede der mehreren Unterschaltungen weiter einen Induktor enthält, der konfiguriert ist, das aus der Unterschaltung auszugebende Signal zu glätten und ein geglättetes Signal auszugeben, wobei der Induktor eine Klammerstruktur aufweist, die ein lineares leitfähiges Bauteil enthält, das konfiguriert ist, keinen Geschlossenschleifenumgebungs-Magnetfluss zu bilden, und ein magnetisches Bauteil, das um das leitfähige Bauteil herum angeordnet ist, und wobei das leitfähige Bauteil so gebildet ist, dass es den Magnetfluss nicht umgibt, der gebildet wird, wenn ein elektrischer Strom durch das leitfähige Bauteil fließt.
  7. Stromumwandlungseinrichtung gemäß Anspruch 6, wobei das leitfähige Bauteil mehrere Linear-Bauteile enthält, wobei der Induktor weiter ein Isolationsbauteil enthält, welches zwischen den mehreren linearen Bauteilen angeordnet ist, wobei die mehreren linearen Bauteile und das isolierende Bauteil eine Mehrschichtstruktur bilden, wobei erste Endbereiche der mehreren linearen Bauteile nahe aneinander miteinander verbunden sind, und wobei zweite Endbereiche der mehreren linearen Bauteile nahe aneinander miteinander verbunden sind.
  8. Stromumwandlungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Umschaltschaltung ein gerade Anzahl von Unterschaltungen enthält, wobei jede der geraden Anzahl von Unterschaltungen weiter einen Induktor beinhaltet, der konfiguriert ist, das aus der Unterschaltung auszugebende Signal zu glätten und ein geglättetes Signal auszugeben, und wobei zumindest ein Paar einer geraden Anzahl der Induktoren magnetisch gekoppelt ist.
  9. Stromumwandlungseinrichtung gemäß Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei jede der mehreren Unterschaltungen beinhaltet eine Vollbrückenschaltung, die das in der Unterschaltung enthaltene Schaltelement enthält, und einen Transformator, wobei der Transformator eine Primärwicklung enthält, die durch Wickeln eines einzelnen ersten leitfähigen Bauteils oder mehrerer erster leitfähiger Bauteile, die parallel verbunden sind, mehrfach, gebildet wird, und eine Sekundärwicklung, die durch mehrfaches Wickeln eines einzelnen zweiten leitfähigen Bauteils oder mehrerer zweiter leitfähiger Bauteile, die parallel verbunden sind, gebildet wird, und wobei zumindest ein Wicklungsbereich der Primärwicklung oder der Sekundärwicklung zwischen angrenzenden Wicklungsbereichen der anderen der Primärwicklung oder der Sekundärwicklung angeordnet ist.
  10. Stromumwandlungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei jedes der mehreren Schaltelemente aus einem Breitbandlücken-Halbleiter aufgebaut ist.
  11. Stromumwandlungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, weiter umfassend: einen Behälter, der konfiguriert ist, die Umschaltschaltung abzudecken und aus einem leitfähigen Bauteil aufgebaut ist.
  12. Stromumwandlungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der aus der Umschaltschaltung ausgegebene elektrische Strom 50 A oder mehr beträgt.
  13. Fahrzeug, umfassend: die Stromumwandlungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.
  14. Verfahren des Steuerns einer Stromumwandlungseinrichtung, die eine Umschaltschaltung enthält, die mehrere Schaltelemente enthält, wobei das Verfahren umfasst: Anlegen einer Gleichstromspannung an einen Eingangsanschluss der Umschaltschaltung; und Umwandeln der an den Eingangsanschluss angelegten Gleichstromspannung durch Steuern und Schalten der in der Umschaltschaltung enthaltenen mehreren Schaltelemente bei einer vorbestimmten Schaltfrequenz mit der am Eingangsanschluss angelegten Gleichstromspannung, und Ausgeben eines umgewandelten elektrischen Stroms, wobei die Schaltfrequenz so eingestellt ist, dass die Schaltfrequenz und eine Hauptfrequenzkomponente eines im elektrischen Strom auftretenden Brummens außerhalb der Kommunikation mit einem fahrzeugmontierten Empfänger verwendeten Frequenzbereichs liegen.
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