DE69711817T2

DE69711817T2 - Durchflussumrichter

Info

Publication number: DE69711817T2
Application number: DE69711817T
Authority: DE
Inventors: Jong-Woon Lee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1996-11-25
Filing date: 1997-10-27
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2017-10-28
Also published as: CN1183666A; DE69711817D1; CN1060894C; US5917715A; EP0844728A2; ES2171842T3; EP0844728A3; EP0844728B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgung mit Schaltbetrieb und genauer auf einen Durchflusswandler zur Verbesserung eines Leistungsfaktors und zur Unterdrückung einer Komponente von Oberwellenrauschen, die bei einer Wellenform eines Eingangsstroms auftritt.
Eine Stromversorgung mit Schaltbetrieb (im Folgenden als die »SMPS" bezeichnet) stellt ein Stromversorgungsgerät zur Umwandlung einer Eingangsspannung in eine stabile Spannung entsprechend einer Operation eines Schaltbetriebs und zur Zuführung der stabilen Spannung an eine Last dar. Da die SMPS eine geringe Größe, ein geringes Gewicht und einen hohen Wirkungsgrad besitzt, erfüllt sie die gegenwärtig gestellten Anforderungen wie Energieeinsparung etc. Die SMPS, die solche Eigenschaften besitzt, kann als ein Durchflusswandler und ein Sperrwandler klassifiziert werden, abhängig von einem Transformator, der Energie an eine Sekundärwicklung entsprechend dem Zustand eines Schaltelements Q, das mit einer Primärwicklung Lp verbunden ist übermittelt.
Fig. 1 erläutert den Aufbau eines konventionellen Durchflusswandlers von einem Typ, der ähnlich dem ist, der in der Fig. 29 des Europäischen Patents EP 665632 gezeigt ist. Eine Brückendiode BD, ein Kondensator C1, ein Schaltelement Q, eine Diode D1, eine Steuerschaltung 2, eine Primärwicklung Lp eines Transformators T1 und eine Rückstellwicklung Lr des Transformators T1 sind mit einer Eingangsseite verbunden. Eine Sekundärwicklung Ls des Transformators T1, Dioden D2 und D3, eine Drosselspule L1, ein Kondensator C2 und eine Last 4 sind mit einer Ausgangsseite verbunden.
Die Brückendiode BD führt bei der AC-(Wechselstrom) Eingangsspannung Vinac eine Doppelweggleichrichtung aus. Der Kondensator C1 glättet die, durch die Brückendiode BD doppelweggleichgerichtete Spannung und führt die geglättete DC-(Gleichstrom) Spannung der Steuerschaltung 2 und der Primärwicklung Lp des Transformators T1 zu. Die Steuerschaltung 2 erzeugt ein Schalt-Steuersignal, das eine vorgeschriebene Periode als Antwort auf eine Eingabe der Gleichspannung besitzt, die von einem Glättungskondensator C7 geglättet wird. Das Schaltelement Q, das zwischen den Glättungskondensator C1 und einem Erdanschluss geschaltet ist, wird als Antwort auf das Schalt- Steuersignal, das von der Steuerschaltung 2 erzeugt wird ein- oder ausgeschaltet. Der Transformator T1 schließt die Primärwicklung Lp, die zwischen den Glättungskondensator C1 und das Schaltelement Q geschaltet ist, die Rückstellwicklung Lr, die zwischen den Glättungskondensator C1 und die Diode D1 geschaltet ist und die Sekundärwicklung Ls, die mit der Last 4 verbunden ist ein. Wenn das Schaltelement Q eingeschaltet wird, wird der Gleichstrom, der durch den Glättungskondensator C1 geglättet wird in der Primärwicklung Lp akkumuliert und in der Sekundärwicklung Ls induziert. Wenn das Schaltelement Q ausgeschaltet wird, wird Energie, die in der Primärwicklung Lp akkumuliert wurde, auf den Erdanschluss über die Rückstellwicklung Lr und die Diode D1 übertragen. Da die Wicklung Lr und die Diode D1 eine solche Funktion ausführen, werden sie jeweils Rückstellwicklung und Rückstelldiode genannt und verhindern, dass das Schaltelement Q beschädigt wird. Die Dioden D2, die in Durchlassrichtung zwischen einem Anschluss der Sekundärwicklung Ls des Transformators T1 und der Last 4 geschaltet sind und die Diode D3, die in Durchlassrichtung zwischen dem anderen Anschluss der Sekundärwicklung Ls des Transformators T1 und der Last 4 geschaltet ist, sind. Gleichrichtemente zur Gleichrichtung der Spannung, die in der Sekundärwicklung Ls des Transformators T1 induziert wird. Der Glättungskondensator C2, der parallel zur Last 4 geschalten ist, glättet die Spannung, die über die Diode D2 oder D3 erzeugt wird, so dass eine stabile Spannung an die Last 4 zugeführt werden kann. Die Diode D3 wird typischerweise eine Schwungrad-Diode genannt.
Wenn die Wechselstrom-Eingangsspannung Vinac angelegt wird, richten die Brückendiode BD und der Glättungskondensator C1 die Wechselstrom-Eingangsspannung Vinac gleich und glätten sie und erzeugen eine entsprechende Gleichspannung. Diese Gleichspannung wird an die Steuerschaltung 2 und die Primärwicklung Lp des Transformators T1 zugeführt. Die Steuerschaltung 2 wird entsprechend der Gleichspannung betrieben und erzeugt das Schalt-Steuersignal. Das Schaltelement Q wird wiederholt ein- und ausgeschaltet als Antwort auf das Schalt-Steuersignal. Der Transformator T1 induziert die Gleichspannung, die an die Primärwicklung Lp zugeführt wurde auf die Sekundärwicklung Ls, wenn das Schaltelement Q ein- und ausgeschaltet wird. Die Gleichspannung, die in der Sekundärwicklung Ls des Transformators T1 induziert wird, wird durch die Ausgangsdiode D2 oder die Schwungrad-Diode D3 gleichgerichtet und durch den Kondensator C2 über die Drosselspule L1 geglättet. Die geglättete Gleichspannung wird an die Last 4 zugeführt:
Wie in Fig. 1 angegeben, ist der Kondensator C1 zur Glättung der Spannung, die von der Brückendiode BD gleichgerichtet ist mit der Brückendiode BD verbunden. Deshalb nähert sich ein Ladestrom, der in den Kondensator C1 fließt einer Puls-Form an, wie sie in der Fig. 2d gezeigt ist. Das bedeutet, dass eine Wellenform der Spannung (überlagerte Wechselspannung), die durch die Brückendiode BD gleichgerichtet ist und eine Wellenform der Spannung, die von dem Kondensator C1 geglättet ist andauernd mit einer halben Periode zwischen Null und einem Maximalwert wiederholt werden. In diesem Fall besitzt die Spannung, die durch den Kondensator C1 geglättet wird ein längeres Hochspannungs-lntervall als die Spannung, die durch die Brückendiode BD gleichgerichtet wird. Während dieses Intervalls fließt kein Strom in den Kondensator C1 und nur während eines sehr kurzen Intervalls um den Maximalwert der überlagerten Wechselspannung fließt ein Strom in den Kondensator C1. Deshalb nähert sich der Strom, der in den Kondensator C1 fließt der Puls-Form an. Diese Form des Stroms kann einen Leistungsfaktor verschlechtern und Oberwellen-Rauschen erzeugen und damit zu einer Funktionsstörung des Durchflusswandlers führen und eine Blindleistung erhöhen.
Das oben erwähnte Europäische Patent EP 665632 beschreibt ein Gerät mit Umschalt- Stromquelle, das einen Doppelweg-Gieichrichtungsschaltkreis zur Gleichrichtung eines Eingangswechselstroms einer Stromquelle, einen Transformator, der eine Primärwicklung besitzt, deren eines Ende mit einem positiven Elektroden-Ausgangsanschluss des Doppelweg-Gieichrichtungsschaltkreises verbundenen ist, eine Sekundärwicklung, ein Schaltelement, das mit dem anderen Ende der Primärwicklung verbunden ist, einen Glättungskondensator, der parallel mit einer Reihenschaltung aus der Primärwicklung und dem Schaltelement verbunden ist, erste und zweite Dioden mit Anodenanschlüssen, die mit einem Paar von Eingangsanschlüssen des Doppelweg- Gleichrichtungsschaltkreises verbunden sind, Kathodenanschlüsse, die mit dem Verknüpfungspunkt der Primärwicklung und des Schaltelements verbunden sind, eine Drosselspule, die zwischen den Verknüpfungspunkt des Schaltelements und des Glättungskondensators geschaltet ist, den Ausgangsanschluss der negativen Elektrode des Doppelweg-Gleichrichtungsschaltkreises, einen Gleichrichtungs- und Glättungsschaltkreis zur Gleichrichtung und Glättung des Ausgangs der Sekundärwicklung und zur Lieferung einer Gleichstrom Ausgangsspannung an eine Last, eine Steuerschaltung zur Steuerung des EinIAus-Verhältnisses des Schaltelements, damit die Gleichstrom- Ausgangsspannung stabilisiert werden kann umfasst. Dieses Dokument beschreibt auch eine Reihe von anderen Ausführungen der Schaltung von Stromquellen-Geräten.
Das Europäische Patent EP 725475 beschreibt auch eine Anzahl von Ausführungen eines Umschaltwandlers, bei dem die Ein- und Aus-Operation eines Transistorschalters das intermittierende Fließen eines Stroms durch eine Primärwicklung einer Drosselspule verursacht; um Spannung in einer Sekundärwicklung der Drosselspule zu induzieren, einen Glättungskondensator, der über eine längere Zeitperiode in einem Zyklus mit Wechselspannungsfrequenz, die von einem Strom herrührt, der in den Glättungskondensator fließt, als Summe einer gleichgerichteten Ausgangsspannung eines Brückendioden-Gleichrichters und der induzierten Spannung in der Sekundärwicklung der Drosselspule geladen werden kann. Dies erhöht den Eingangs-Leistungsfaktor des Wechselstromeingangs.
Das United States Patent 5 442 539 beschreibt einen Schaltkonverter mit Ausformung eines Eingangsstroms für einen Betrieb mit einheitlichem Leistungsfaktor, basierend auf dem Betrieb eines Öuk-Konverters mit einem diskontinuierlichen lnduktionsstrom-Modus bei einer konstanten Schaltfrequenz und einem konstanten Lastverhältnis ohne Rückkopplungskontrolle des Eingangsstroms.
Es ist ein Ziel von Ausführungen der Erfindung einen Durchflusswandler zur Verbesserung seines Leistungsfaktors vorzulegen.
Es ist ein anders Ziel von Ausführungen der Erfindung einen Durchflusswandler zur Unterdrückung von Oberwellenrauschen vorzulegen.
Es ist auch ein anderes Ziel von Ausführungen der Erfindung einen Durchflusswandler zur Vermeidung einer Funktionsstörung vorzulegen.
Es ist gleichwohl auch ein anders Ziel einen Durchflusswandler zur Verbesserung einer Blindleistung vorzulegen.
Bei Durchflusswandlern in Übereinstimmung mit Zielen der Erfindung nähert sich eine Phase eines Eingangsstroms einer Phase einer Eingangsspannung an und der Eingangsstroms besitzt eine Sinus-Wellenform.
In Übereinstimmung mit einem ersten Ziel der Erfindung umfasst ein Durchflusswandler eine Brückendiode, die Doppelweg-Gleichrichtung einer Wechsel-Eingangsspannung ausführt, um eine erste Gleichspannung zu erzeugen; einen ersten Glättungskondensator, der die erste Gleichspannung glättet, um eine zweite Gleichspannung zu erzeugen; eine Steuerschaltung, die in Reaktion auf einen Eingang der zweiten Gleichspannung ein Schalt-Steuersignal mit einer vorgegebenen Periode erzeugt; ein Schaltelement, das zwischen den ersten Glättungskondensator und einen Erdanschluss geschaltet ist und in Reaktion auf das Schalt-Steuersignal an- oder abgeschaltet wird; einen Transformator, der wenigstens eine Primärwicklung und eine zweite Wicklung aufweist und die zweite Gleichspannung über die Primärwicklung empfängt, wenn das Schaltelement angeschaltet wird, und die zweite Gleichspannung in der Sekundärwicklung induziert; eine WeNenformeinrichtung, die zwischen die Brückendiode und den ersten Glättungskondensator geschaltet ist, und die bewirkt, dass ein Strom, der in den ersten Glättungskondensator fließt eine Sinus-Wellenform hat; ein erstes Gleichrichtelement, das in Durchlassrichtung zwischen die Sekundärwicklung des Transformators und eine Last geschaltet ist, um eine in der Sekundärwicklung induzierte Gleichspannung gleichzurichten und eine dritte Gleichspannung zu erzeugen; einen zweiten Glättungskondensator, der die dritte Gleichspannung glättet und der Last eine stabile Gleichspannung zuführt; und
dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenformeinrichtung ein Transformator ist, der eine Primärwicklung, die zwischen das erste Gleichrichtelement und die Last geschaltet ist, und eine Sekundärwicklung aufweist, die zwischen die Brückendiode und den ersten Glättungskondensator geschaltet ist.
Der Durchflusswandler in Übereinstimmung mit dem ersten Ziel der Erfindung kann weiterhin umfassen: eine Drosselspule, die zwischen die Wellenformeinrichtung und den ersten Glättungskondensator geschaltet ist, um eine Oberwellen-Komponente eines Stroms, der in den ersten Glättungskondensator fließt, zu beseitigen.
Der Durchflusswandler in Übereinstimmung mit dem ersten Ziel der Erfindung kann weiterhin auch umfassen: ein zweites Gleichrichtelement, das in Durchlassrichtung zwischen die andere Seite der Sekundärwicklung des Haupttransformators und die Last geschaltet ist, um eine in der Sekundärwicklung des Haupttransformators induzierte Spannung gleichzurichten; einen zweiten Glättungskondensator, der parallel zu der Last geschaltet ist, um eine Spannung zu glätten, die durch das erste oder das zweite Gleichrichtelement erzeugt wird, um der Last eine stabile Gleichspannung zuzuführen; und wobei der Transformator eine Primärwicklung, die zwischen einen Sperranschluss des ersten und des zweiten Gleichrichtelementes und den zweiten Glättungskondensator geschaltet ist, und eine Sekundärwicklung aufweisen kann, die zwischen die Brückendiode und den ersten Glättungskondensator geschaltet ist.
In Übereinstimmung mit einem zweiten Ziel der Erfindung umfasst ein Durchflusswandler eine Brückendiode, die Doppelweg-Gleichrichtung einer Wechsel- Eingangsspannung ausführt, um eine erste Gleichspannung zu erzeugen; einen ersten Glättungskondensator, der die erste Gleichspannung glättet, um eine zweite Gleichspannung zu erzeugen; eine Steuerschaltung, die in Reaktion auf einen Eingang der zweiten Gleichspannung ein Schalt-Steuersignal mit einer vorgegebenen Periode erzeugt; ein Schaltelement, das zwischen den ersten Glättungskondensator und einen Erdanschluss geschaltet ist und in Reaktion auf das Schalt-Steuersignal ein- oder ausgeschaltet wird; eine erste Diode, die in Durchlassrichtung zwischen die Brückendiode und den ersten Glättungskondensator geschaltet ist; eine Drosselspule, die zwischen die erste Diode und den ersten Glättungskondensator geschaltet ist; einen Haupttransformator, der eine Primärwicklung, die zwischen den ersten Glättungskondensator und das Schaltelement geschaltet ist und eine Sekundärwicklung aufweist, die mit einer Last verbunden ist, um die zweite Gleichspannung in der Primärwicklung zu akkumulieren, so dass sie in der Sekundärwicklung induziert wird, wenn das Schaltelement angeschaltet wird; ein erstes Gleichrichtelement, das in Durchlassrichtung zwischen die Sekundärwicklung des Haupttransformators und die Last geschaltet ist, um eine in der Sekundärwicklung des Haupttransformators induzierte Spannung gleichzurichten; einen zweiten Glättungskondensator, der parallel zu der Last geschaltet ist, um eine über das erste Gleichrichtelement erzeugte Spannung zu glätten und der Last eine stabile Gleichspannung zuzuführen; und eine Stromsteuereinrichtung, die parallel zu der ersten Diode geschaltet ist, um einen in die Drosselspule fließenden Strom zu verstärken, wenn das Schaltelement angeschaltet ist, und einen Sperrstrom zu der Drosselspule zu leiten, wenn das Schaltelement abgeschaltet ist.
Die Stromsteuereinrichtung umfasst vorzugsweise: einen Resonanzkreis, in denn eine Sekundärwicklung eines Transformators entsprechend einer Primärwicklung installiert ist, die zwischen das Gleichrichtelement und den Sekundär-Glättungskondensator geschaltet ist, und der einen Kondensator aufweist, wobei der Resonanzkreis parallel zu der ersten Diode geschaltet ist.
Der Durchflusswandler in Übereinstimmung mit dem zweiten Ziel der Erfindung kann weiterhin umfassen: ein zweites Gleichrichtelement, das in Durchlassrichtung zwischen die gegenüber dem ersten Gleichrichtelement andere Seite der Sekundärwicklung des Haupttransformators und die Last geschaltet ist, um eine in der Sekundärwicklung des Haupttransformators induzierte Spannung gleichzurichten; wobei die Stromsteuereinrichtung umfassen kann: einen Transformator, der eine Primärwicklung, die zwischen einen Sperranschluss des ersten und des zweiten Gleichrichtelementes und den zweiten Glättungskondensator geschaltet ist, und eine Sekundärwicklung aufweist, die parallel zu der ersten Diode geschaltet ist; eine Drosselspule, die zwischen die erste Diode und den ersten Glättungskondensator geschaltet ist; und einen dritten Kondensator, der zwischen die Sekundärwicklung des Zusatztransformators und die Drosselspule geschaltet ist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie Ausführungen der selben wirksam gemacht werden können, werden anschließend an Hand von Bei spielen Hinweise zu den beiliegenden Diagrammzeichnungen gegeben, wobei:
Fig. 1 den Aufbau eines konventionellen Durchflusswandlers veranschaulicht;
Fig. 2a bis 2d Wellenform-Graphen aus dem Betrieb des Durchflusswandlers aus Fig. 1 sind;
Fig. 3a bis 3d Wellenform-Graphen sind, die konzeptionell einen Betrieb eines Durchflusswandlers entsprechend einer Ausführung der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
Fig. 4 den Aufbau eines Durchflusswandlers entsprechend einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 5a bis 51 Wellenform-Graphen aus dem Betrieb des Durchflusswandlers aus Fig. 4 sind;
Fig. 6 den Aufbau eines Durchflusswandlers entsprechend einer anderen bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
Fig. 7a bis 71 Wellenform-Graphen aus dem Betrieb des Durchflusswandlers aus Fig. 6 sind.
Bei der folgenden Beschreibung, werden wohl bekannte Eigenschaften oder Konfigurationen, welche die vorliegende Erfindung mit unnötigem Detail unklar machen nicht im Detail beschrieben.
Fig. 3a bis 3d sind Wellenform-Graphen, die konzeptionell einen Betrieb eines Durchflusswandlers entsprechend Ausführungen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Bei dem konventionellen Durchflusswandler besitzt der Strom, der in den Glättungskondensator C1 fließt die Pulsform, die in Fig. 2d gezeigt ist. Bei dem Durchflusswandler entsprechend der vorliegenden Erfindung nähert sich jedoch eine Phase eines Eingangsstroms der Phase einer Eingangsspannung an. Eine Wellenform des Eingangsstroms, die in den Glättungskondensator C1 fließt besitzt, wie in Fig. 3d gezeigt eine Sinus-Wellenform.
Fig. 4 veranschaulicht den Aufbau eines Durchflusswandlers entsprechend einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Wie bei dem konventionellen Durchflusswandler sind Brückendiode BD, Glättungskondensator C1, Steuerschaltkreis 2, Schaltelement Q, Rückstelldiode D1, Primärwicklung Lp des Transformators T1 und Rückstellwicklung Lr des Transformators T1 mit einer Eingangsseite verbunden. Die 5ekundärwicklung Ls des Transformators T1, Dioden D2 und D3, Glättungskondensator C2 und Last 4 sind mit einer Ausgangsseite verbunden. Anders als bei dem konventionellen Durchflusswandler jedoch ist ein Transformator T2 vorgesehen, der eine Primärwicklung L1 einschließt, die zwischen die Gleichrichtelemente D2 und D3 und den Glättungskondensator C2 geschaltet ist und eine Sekundärwicklung Lms einschließt, die zwischen die Brückendiode BD und den Glättungskondensator C1 geschaltet ist.. Es ist auch eine Drosselspule CH vorgesehen, die zwischen die Sekundärwicklung Lms des Transformators T2 und den Glättungskondensator C1 geschaltet ist. Der Transformator T2 erzeugt den Strom, der in den Glättungskondensator C1 fließt, das heißt, dass der Strom, der in die Drosselspule CH fließt, die Sinus Wellenform besitzt, wie in Ficlur 3 gezeigt. Die Drosselspule CH eliminiert eine Oberwellen-Signalkomponente, die in dem Strom enthalten ist, der in den Glättungskondensator C1 fließt.
Fig. 5a bis 51 sind Wellenform-Graphen aus dem Betrieb des Durchflusswandlers aus Fig. 4. Fig. 5a zeigt eine Wechselstrom-Eingangsspannung Vinac, Fig. 5b einen Wechselstrom-Eingangsstrom lin, Fig. 5c eine Gate/Source-Spannung Vgs des Schaltelements Q (Feldeffekttransistor), Fig. 5d eine Drain-Source-Spannung Vds des Schaltelements Q, Fig. 5e eine Spannung der Rückstelldiode D1, Fig. 5f einen Strom, der in den Drain-Anschluß des Schaltelements Q fließt, Fig. 5g einen Strom, der in die Diode D1 fließt, Fig. 5h eine Spannung der Drosselspule CH, Fig. 51 einen Strom, der in die Drosselspule CH fließt, Fig. 5j eine Spannung der Sekundärwicklung Ls des Transformators T1, Fig. 5k eine Spannung der Primärwicklung L1 des Transfiormators T2 und Fig. 51 einen Strom, der in die Primärwicklung L1 des Transformators T2 fließt.
Wenn, wieder bezogen auf Fig. 4, die Eingangs-Wechselspannung Vinac angelegt wird, wird die Spannung, die von der Brückendiode BD doppelweggleichgerichtet wird durch den Glättungskondensator C1 über die Sekundärwicklung Lms des Transformators T2 und die Eingangsspule CH geglättet und dann der Primärwicklung Lp des Transformators T1 und der Steuerschaltung 2 zugeführt. Die Steuerschaltung 2 beginnt zu schwingen, sobald die Spannung, die durch die Drosselspule CH tritt zugeführt wird und erzeugt ein Schalt-Steuersignal (Ein/Aus). Das Schaltelement Q wird wiederholt ein- und ausgeschaltet entsprechend dem Schalt-Steuersignal, das von der Steuerschaltung 2 erzeugt wird.
Die Funktion des Durchflusswandlers aus Fig. 4 wird nun beschrieben für den Fall, dass das Schaltelement Q angeschaltet wird. Wenn das Einschaltsignal eines logischen Hochpegelzustands, das von der Steuerschaltung 2 erzeugt wird an den Gate-Anschluß des Schaltelements Q angelegt wird, wird das Schaltelement Q eingeschaltet. Wenn das Schaltelement Q eingeschaltet wird, wird Energie, die in der Primärwicklung Lp des Transformators T1 gespeichert ist, auf die Sekundärwicklung Ls des Transformators T1 übertragen. In diesem Fall wird eine Sperrspannung an die Drosselspule CH über die Sekundärwicklung Lms des Transformators T2 angelegt. Deshalb nimmt der Strom, der in Drosselspule CH fließt, das heißt der Strom, der in den Glättungskondensator C1 fließt ab.
Bezogen auf die Fig. 5a bis 51 wird eine Durchlassspannung an die Primärwicklung L1 des Transformators T2 für ein Intervall T1 angelegt, während dem das Schaltelement Q, wie in Fig. 5k gezeigt eingeschaltet ist. Da die Sperrspannung dann an die Sekundärwicklung Lms des Transformators T2 angelegt wird, wird die Sperrspannung an die Drosselspule CH wie in Fig. 5h gezeigt angelegt. Der Strom, der in die Drosselspule CH fließt, nimmt, wie in Fig. 5i gezeigt ab.
Die Funktion des Durchflusswandlers aus Fig. 4 wird nun beschrieben für den Fall; dass das Schaltelement Q ausgeschaltet wird. Wenn das Ausschaltsignal eines logischen Niedrigpegelzustandes, das von der Steuerschaltung 2 erzeugt wird an den Gate-Anschluß des Schaltelements Q (Feldeffekttransistor) angelegt wird, wird das Schaltelement Q ausgeschaltet. Wenn das Schaltelement Q ausgeschaltet wird, nimmt Energie, die auf die Sekundärwicklung Ls des Transformators T1 übertragen wird ab. In diesem Fall wird die Durchlassspannung an die Drosselspule CH durch die Selkundärwicklung Lms des Transformators T2 angelegt. Deshalb nimmt der Strom, der in die Drosselspule CH fließt, das heißt der Strom, der den Glättungskondensator 01 fließt zu.
Bezogen auf die Fig. 5a bis 51 ist keine Spannung auf die Primärwicklung LI des Transformators T2 in einem Intervall T2 während dem das Schaltelement Q ausgeschaltet ist angelegt, wie in Fig. 5k gezeigt ist. Da die Durchlassspannung dann an die Sekundärwicklung Lms des Transformators T2 angelegt wird, wird die Durchgangsspannung an die Drosselspule CH angelegt, wie in Fig. 5h gezeigt ist. Damit nimmt der Strom, der in die Drosselspule CH fließt, wie in Fig. 5i gezeigt zu.
Folglich reduziert der Durchflusswandler aus Fig. 4, wenn das Schaltelement Q eingeschaltet ist, den Betrag des Eingangsstroms durch Zuführung der Sperrspannung an den Kondensator C1, um eine geglättete Gleichspannung der Primärwicklung Lp des Transformators T1 zuzuführen. Wenn das Schaltelement Q ausgeschaltet wird, verstärkt der Durchflusswandler aus Fig. 4 den Betrag des Eingangsstroms durch Zufülhrung der Durchlassspannung an den Kondensator C1, um die geglätteten Gleichspannung der Primärwicklung Lp des Transformators T1 zuzuführen. Deshalb besitzt der Strom, der in den Kondensator C1 fließt eine Sinus-Wellenform, wie in Fig. 5i gezeigt. Dies zeigt an, dass der Betrag einer Wirkleistung ansteigt und dass die Oberwellen- Rauschkomponente eliminiert ist. Darüber hinaus wird ein Leistungsfaktor, der bei einer typischen SMPS bei 0,6 liegt, bei dieser Ausführung der vorliegenden Erfindung auf etwa 0,8 verbessert.
Fig. 6 veranschaulicht den Aufbau eines Durchflusswandlers entsprechend einer anderen bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Entsprechend der Fig. 6 sind, wie bei dem konventionellen Durchflusswandler die Brückendiode BD, Glättungskondensator C1, Steuerschaltung 2, Schaltelement Q und Primärwicklung Lp des 'Transformators T1 mit einer Eingangsseite verbunden. Die Sekundärwicklung Ls des Transformators T1, Dioden D2 und D3, Kondensator C2 und Last 4 sind mit einer Ausclangsseite verbunden. Die Rückstelldiode D1 und die Rückstellwicklung Lr des Transformators T1 zur Verhinderung einer Beschädigung des Schaltelements Q für den Fall, dass das Schaltelement Q ausgeschaltet wird, sind jedoch nicht vorgesehen.
Andererseits sind, anderes als bei dem konventionellen Durchflusswandler eine Drosselspule CH und eine Diode D4 vorgesehen, die in Durchlassrichtung zwischen die Brückendiode BD und den Glättungskondensator C1 geschaltet sind. Es ist auch ein Transformator T2 vorgesehen, der eine Primärwicklung L1 einschließt, die zwischen die Dioden D2 und D3 und den Glättungskondensator C2 geschaltet ist und der eine Sekundärwicklung Lms einschließt, die zusammen mit dem Kondensator C3 parallel zu der Diode D4 geschaltet ist. Die Diode D4 und der Kondensator C3, die an Stelle der Diode D1 und der Rückstellwicklung Lr des Transformators T1 des konventionellen C)urch- · flusswandlers verwendet werden, bewahren das Schaltelement Q vor Schaden, wenn das Schaltelement Q ausgeschaltet wird. Die Drosselspule CH unterdrückt eine Rauschkomponente eines Eingangssignals und unterdrückt eine Veränderung bei einem Momentanstrom durch Erhöhung einer impedanz einer Eingangsleitung.
Wenn die Eingangs-Wechselspannung Vinac an die Brückendiode BD angelegt wird, wird die Wechselspannung Vinac doppelweggleichgerichtet und an die Sekundärwicklung Lms des Transformators T2 und die Diode D4 angelegt. Danach wird die Spannung durch den Glättungskondensator C1 über die Drosselspule CH geglättet und an die Steuerschaltung 2 und die Wicklung Lp des Transformators T1 angelegt. Die Steuerschaltung 2 erzeugt das Schalt-Steuersignal (Einschalt-/Ausschalt-Signal). Das Schaltelement Q wird wiederholt ein- und ausgeschaltet, entsprechend dem Schalt- Steuersignal.
Die Funktion des Durchflusswandlers aus Fig. 6 wird nun beschrieben, für den Fall,. dass das Schaltelement Q eingeschaltet wird. Wenn das Schaltelement Q eingeschaltet wird, wird die Gleichspannung, die in der Primärwicklung Lp des Transformators T1 akkumuliert ist in die Sekundärwicklung Ls induziert. Diese induzierte Gleichspannung wird durch die Diode D2 gleichgerichtet und auf die Primärwicklung L1 des Transformators T2 übertragen. Die Gleichspannung, die auf die Primärwicklung L1 des Transformators T2 übertragen wird, wird durch den Glättungskondensator C2 geglättet und an die Last 4 und die Sekundärwicklung Lms des Transformators T2 zugeführt. In diesem Fall wird die Spannung, die auf die Sekundärwicklung Lms des Transformators T2 übertragen wird bestimmt durch eine Spannung, die durch ein Wicklungsverhältnis der Primärvwicklung L1 und der SekundärwicklungLms des Transformators T2 festgelegt wird und durch eine Spannung, die durch die Diode D2 gleichgerichtet wird. Die Spannung, die auf die Sekundärwicklung Lms des Transformators T2 übertragen wird, wird an die Drosselspule CH über den Kondensator C3 angelegt. Eine Spannung, aus der Summenspannung aus der Spannung, die durch die Diode D2 tritt und der Spannung, übertragen auf die Sekundärwicklung Lms des Transformators T2, die durch den Kondensator C3 tritt, durch die Spannung des Kondensators C3 und die Spannung des Glättungskondensators C1 bestimmt wird, wird an die Drosselspule CH angelegt. Deshalb steigt der Strom, der in die Drosselspule CH fließt. Der Kondensator C3 wird durch den Strom aufgeladen, der in die Drosselspule CH fließt. Die Spannung, die an die Drosselspule CH angelegt wird, wird durch einen Slop (der Strom, der in die Drosselspule CH fließt/eine Kapazität des Kondensators C3) reduziert.
Die Funktion des Durchflusswandlers aus Fig. 6 wird nun beschrieben, für den Fall, dass das Schaltelement Q ausgeschaltet wird. Wenn das Schaltelement Q ausgeschaltet wird, beginnt ein serieller Resonanzkreis, der aus dem Kondensator C3 und einer anregenden Induktivität in Form der Sekundärwicklung Lms des Transformators 'f2 besteht mitzuschwingen. Die Diode D4 wird dann eingeschaltet. Deshalb fließt der Strom in die Drosselspule CH über die Diode D4. Eine positive (+) Spannung erscheint am Kondensator C3, der mit der Sekundärwicklung Lms des Transformators T2 verbunden ist und eine Durchlassspannung erscheint an der Sekundärwicklung Lms des Transformators T2. Die Sekundärwicklung Lms des Transformators T2 induziert Leistung in der Primärwicklung L1 und veranlasst die Zuführung der Gleichspannung an die Last 4. VVenn die Spannung des Kondensators C3 0 V erreicht, solange diese Gleichspannung anliegt, wird keine Spannung an die Last 4 über die Sekundärwicklung Lms des Transformators T2 zugeführt. Der Resonanzstrom, der durch die Sekundärwicklung Lms des Transformators T2 und den Kondensator C3 verursacht wird, nimmt schrittweise ab und ein Sperrstrom beginnt zu fließen. Der Sperr-Resonanzstrom versetzt den Strom, der in die Drosselspule CH fließt und nimmt zu, bis der Strom, der in die Brückendiode BID fließt Null wird. Wenn der Strom, der in die Brückendiode BD fließt Null wird, fließt der Strom, der in die Drosselspule CH fließt durch die Wicklung Lms des Transformators 12 und durch den Kondensator C3 und die Spannung wird in der Wicklung Lms des Transformators T2 nicht akkumuliert. Die Zuführung der Spannung an die Last 4 wird durch die Schwungraddiode D3 ausgeführt. Da sich in der Wicklung Lms des Transformators T2 keine Spannung befindet, steigt die Spannung, die der Drosselspule CH zugeführt wird und der Kondensator C3 wird durch den Strom, der in die Drosselspule CH fließt aufgeladen.
Fig. 7a bis 71 zeigen Wellenformen aus dem Betrieb des Durchflusswandlers aus Fig. 6. Ein Referenzsymbol T1 zeigt ein Intervall an, während dem das Schaltelement Q eingeschaltet ist und T2 bezeichnet ein Intervall, während dem das Schaltelement Q ausgeschaltet ist. Fig. 7a zeigt die Wechselstrom-Eingangsspannung Vinac, Fig. 7b einen Wechselstrom-Eingangsstrom lin, Fig. 7c eine Basis/Emitter Spannung Vbe des Schaltelements Q (Transistor), Fig. 7d eine Kollektor/Emitter Spannung Vce des Schaltelements Q, Fig. 7e einen Strom, der in den Kollektor des Schaltelements Q fließt, Fig. 7f eine Spannung der Diode D4, Fig. 7g einen Strom, der in die Diode D4 fließt, Fig. 7h eine Spannung des Kondensators C3, Fig. 7i einen Strom, der in den Kondensator C3 fließt, Fig. 7j eine Spannung der Sekundärwicklung Lms des fransformators T2, Fig. 7k einen Strom, der in die Drosselspule CH fließt und Fig. 71 einen Ausgangsstrom, der in die Last 4 fließt.
Bezüglich der Fig. 7a bis 71 wird das Schaltelement Q während des Einschalt- Betriebs des Durchflusswandlers aus Fig. 6 eingeschaltet, da das Schalt-Steuersignal · eines logischen Hochpegelzustandes an die Basis des Schaltelement Q angelegt wird. Dann wird die Gleichspannung, die in der Primärwicklung Lp des Transformators T1 akkumuliert ist in die Sekundärwicklung Ls induziert und diese induzierte Spannung wird durch die Diode D2 gleichgerichtet. Die gleichgerichtete Gleichspannung wird durch den Kondensator C2 geglättet und der Last 4 zugeführt. Zur gleichen Zeit steigt der Strom, der in die Drosselspule CH fließt, wie in Fig. 7k gezeigt an, da die gleichgerichtete Gleichspannung an die Sekundärwicklung Lms des Transformators T2 übertragen wird.
Während des Ausschalt-Betriebs des Durchflusswandlers aus Fig. 6 wird das Schaltelement Q ausgeschaltet, da das Schalt-Steuersignal eines logischen Niedrigpegelzustandes auf die Basis des Schaltelements Q angelegt wird. Die Sekundärwicklung Lms des Transformators T2 und der Kondensator C3 beginnen mitzuschwingen. Der Resonanzkreis, der aus der Wicklung Lms des Transformators T2 und dem Kondensator C3 besteht, führt dann den Sperrstrom der Drosselspule CH wie in Fig. 7i gezeigt zu. Dieser Sperrstrom nimmt zu, bis der Strom, der in die Drosselspule CH fließt Null wird.
Folglich ist bei dem Durchflusswandler in Fig. 6 die Diode D4 in Durchlassrichtung zwischen die Brückendiode BD und den Glättungskondensator C1 geschaltet. Die Diode D4 ist parallel zu der Sekundärwicklung Lms des Transformators T2 und dem Kondensator C3 geschaltet, die seriell miteinander verknüpft sind. Die Wicklung Lms des Transformators T2 wird entsprechend der Wicklung L1, die zwischen die Gleichrichtelemente D2 und D3 und den Glättungskondensator C2 geschaltet ist installiert. Die Wicklungen L1 und Lms stellen jeweils die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des Transformators T2 dar. Darüber hinaus ist auch die Drosselspule CH vorgesehen, die zwischen einen Sperranschluss der Diode D4 und dem Glättungskondensator C1 geschaltet ist.
Während des Einschalt-Betriebs des Durchflusswandlers wird die Spannung auf die Wicklung Lms des Transformators T2 und den Kondensator C3 übertragen und damit steigt der Strom, der in den Glättungskondensator C1 fließt, das heißt, der Strom der in die Drosselspule CH fließt an. Während des Ausschalt-Betriebs des Durchflusswandlers beginnt der Resonanzkreis, der aus der Wicklung Lms des Transformators T2 und dem Kondensator C3 besteht mitzuschwingen und der Strom, der in die Drosselspule CH fließt, fließt in die Diode D4. Der Resonanzkreis erzeugt den Sperr-Resonanzstrom, um den Strom, der in die Drosselspule CH fließt zu versetzen und verstärkt den Resonanzstrom bis der Strom, der in die Drosselspule CH fließt gleich Null wird.
Wie oben erwähnferzeugen Durchflussgleichrichter in Übereinstimmung mit Ausführungen der Erfindung den Eingangsstrom, der in den Glättungskondensator fließt, um sich der Sinus-Wellenform anzunähern. Deshalb wird der Leistungsfaktor durch die Reduzierung der Blindleistung der SMPS verbessert und eine Oberwellen-Rauschkomponente wird unterdrückt. Als ein Ergebnis wird eine Fehlfunktion der SMPS verhindert.

Claims

1. Durchflusswandler, der umfasst:

eine Brückendiode (BD), die Doppelweg-Gleichrichtung einer Wechsel-Eingangsspannung ausführt, um eine erste Gleichspannung zu erzeugen;

einen ersten Glättungskondensator (C1), der die erste Gleichspannung glättet, um eine zweite Gleichspannung zu erzeugen;

eine Steuerschaltung (2), die in Reaktion auf einen Eingang der zweiten Gleichspannung ein Schalt-Steuersignal mit einer vorgegebenen Periode erzeugt;

ein Schaltelement (Q), das zwischen den ersten Glättungskondensator (C1) und einen Erdanschluss geschaltet ist und in Reaktion auf das Schalt-Steuersignal an- oder abgeschaltet wird;

einen Transformator (T1), der wenigstens eine Primärwicklung (Lp) und eine zweite Wicklung (Ls) aufweist und die zweite Gleichspannung über die Primärwicklung (Lp) empfängt, wenn das Schaltelement (Q) angeschaltet wird, und die zweite Gleichspannung in der Sekundärwicklung (Ls) induziert;

eine Wellenformeinrichtung (T2), die zwischen die Brückendiode (BD) und den ersten Glättungskondensator (C1) geschaltet ist, und die bewirkt, dass ein Strom, der in den ersten Glättungskondensator (C1) fließt, eine Sinusform hat;

ein erstes Gleichrichterelement (D2), das in Durchlassrichtung zwischen die Sekundärwicklung (Ls) des Transformators (T1) und eine Last (4) geschaltet ist, um eine in der Sekundärwicklung (Ls) induzierte Gleichspannung gleichzurichten und eine dritte Gleichspannung zu erzeugen;

einen zweiten Glättungskondensator (C2), der die dritte Gleichspannung glättet und der Last eine stabile Gleichspannung zuführt; und

dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenformeinrichtung (T3) ein Transformator ist, der eine Primärwicklung (L1), die zwischen das erste Gleichrichtereleiment (D2) und die Last (4) geschaltet ist, und eine Sekundärwicklung (Lms) aufweist, die zwischen die Brückendiode (BD) und den ersten Glättungskondensator (C1) geschaltet ist.

2. Durchflusswandler nach Anspruch 1, der des Weiteren umfasst:

eine Drosselspule, die zwischen die Wellenformeinrichtung (T2) und den ersten Glättungskondensator (C1) geschaltet ist, um eine harmonische Komponente eines Stroms, der in den ersten Glättungskondensator fließt, zu beseitigen.

3. Durchflusswandler nach Anspruch 1 oder 2, der des Weiteren umfasst:

ein zweites Gleichrichterelement (D3), das in Durchlassrichtung zwischen die andere Seite der Sekundärwicklung (Ls) des Haupttransformators (T2) und die Last (4) geschaltet ist, um eine in der Sekundärwicklung (Ls) des Haupttransformators (T1) induzierte Spannung gleichzurichten;

einen zweiten Glättungskondensator (C2), der parallel zu der Last (4) geschaltet ist, um eine Spannung zu glätten, die durch das erste oder das zweite Gleichrichterelement (D2, D3) erzeugt wird, um der Last (4) eine stabile Gleichspannung zuzuführen; und

wobei der Transformator (T2) eine Primärwicklung (L1), die zwischen einen Sperranschluss des ersten und des zweiten Gleichrichterelementes (D2, D3) und den zweiten Glättungskondensator (C2) geschaltet ist, und eine Sekundärwicklung (Lms) aufweist, die zwischen die Brückendiode (BD) und den ersten Glättungskondensator (C1) geschaltet ist.

4. Durchflusswandler, der umfasst:

eine Brückendiode (BD), die Doppelweg-Gleichrichtung einer Wechsel- Eingangsspannung ausführt, um eine erste Gleichspannung zu erzeugen;

eine erste Diode (D4), die in Durchlassrichtung zwischen die Brückendiode (BD) und den ersten Glättungskondensator (C1) geschaltet ist;

eine Drosselspule (CH), die zwischen die erste Diode (D4) und den ersten Glättungskondensator geschaltet ist;

einen Haupttransformator (T1), der eine Primärwicklung (Lp), die zwischen den ersten Glättungskondensator (C1) und das Schaltelement (Q) geschaltet ist, und eine Sekundärwicklung (Ls) aufweist, die mit einer Last (4) verbunden ist, um die zweite Gleichspannung in der Primärwicklung (Lp) zu akkumulieren, so dass sie in der Sekundärwicklung (Ls) induziert wird, wenn das Schaltelement (Q) angeschaltet wird;

ein erstes Gleichrichterelement (D2), das in Durchlassrichtung zwischen die Sekundärwicklung (Ls) des Haupttransformators (T1) und die Last (4) geschaltet ist, um eine in der Sekundärwicklung (Ls) des Haupttransformators (T1) induzierte Spannung gleichzurichten;

einen zweiten Glättungskondensator (C2), der parallel zu der Last (4) geschaltet ist, um eine über das Gleichrichterelement (D2) erzeugte Spannung zu glätten und der Last (4) eine stabile Gleichspannung zuzuführen; und

eine Stromsteuereinrichtung (T2), die parallel zu der ersten Diode (D4) ge schaltet ist, um einen in die Drosselspule (CH) fließenden Strom zu verstärken, wenn das Schaltelement (Q) angeschaltet ist, und einen Sperrstrom zu der Drosselspule zu leiten, wenn das Schaltelement (Q) abgeschaltet ist.

5. Durchflusswandler nach Anspruch 4, wobei die Stromsteuereinrichtung umfasst:

einen Resonanzkreis, in dem eine Sekundärwicklung (Lms) eines Transformators (Ts) entsprechend einer Primärwicklung (L1) installiert ist, die zwischen das Gleichrichterelement (D2) und den Sekundär-Glättungskondensator (C2) geschaltet ist, und der einen Kondensator (G3) aufweist, wobei der Resonanzkreis parallel zu der ersten Diode (D4) geschaltet ist.

6. Durchflusswandler nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Stromsteuereinrichtung umfasst:

ein zweites Gleichrichterelement (C3), das in Durchlassrichtung zwischen die gegenüber dem ersten Gleichrichterelement (D2) andere Seite der Sekundärwicklung (Ls) des Haupttransformators (T1) und die Last (4) geschaltet ist, um eine in der Sekundärwicklung (Ls) des Haupttransformators induzierte Spannung gleichzurichten;

wobei die Stromsteuereinrichtung umfasst:

einen Transformator (T2), der eine Primärwicklung (L1), die zwischen einen Sperranschluss des ersten und des zweiten Gleichrichterelementes (D2, D3) und den zweiten Glättungskondensator (02) geschaltet ist, und eine Sekundärwicklung (Lms) aufweist, die parallel zu der ersten Diode (D4) geschaltet ist;

eine Drosselspule (CH), die zwischen die erste Diode (D4) und den ersten Glättungskondensator (C1) geschaltet ist; und

einen dritten Kondensator (C3), der zwischen die Sekundärwicklung (Lms) des Zusatztransformators (T2) und die Drosselspule (CH) geschaltet ist.