DE102004036160A1 - System und Verfahren für einen Konverter - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Konverter bereitgestellt, welcher erste und zweite Schalter, die an eine Eingangsstromquelle gekoppelt sind, um einen ersten leitenden Pfad zu definieren, und dritte und vierte Schalter enthält, die an die Eingangsstromquelle gekoppelt sind, um einen zweiten leitenden Pfad zu definieren. Eine PWM-Einheit schaltet die Schalter in der Reihenfolge der vierten, ersten, dritten, zweiten, ersten, vierten, zweiten und dritten Schalter ein und gibt Pulssignale derart aus, daß die ersten und vierten Schalter in überlappenden Intervallen eingeschaltet sind und die zweiten und dritten Schalter in überlappenden Intervallen eingeschaltet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Inverter. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Inverter eines Phasenverschiebungsvollbrückentyps.
  • Wandler sind Leistungsgeräte zum Umwandeln von DC- und AC-Spannungen. AC/DC-Wandler wandeln ein AC-Signal in ein DC-Signal um, DC/DC-Wandler wandeln ein DC-Signal in ein DC-Signal um, und Inverter bzw. Wechselrichter (inverter) invertieren bzw. wandeln ein DC-Signal in ein AC-Signal um. Inverter werden beispielsweise in Schaltnetzteilen (SMPS, switching mode power supply) verwendet.
  • 1 veranschaulicht einen allgemeinen Vollbrückeninverter. Der Vollbrückeninverter enthält eine Spannungsquelle, welche eine Eingangsspannung Vin bereitstellt, und vier Schalter SA, SB, SC und SD, welche diagonal in Paaren zum Definieren eines AC-Leitungspfads verbunden bzw. angeschlossen sind. Des weiteren enthält der Inverter einen Schaltertreiber 100, welcher vier Treiber zum Ansteuern der jeweiligen Schalter enthält, eine PWM-(Pulsbreitenmodulations-) Einheit 200 zum Erzeugen von Pulswellenformen zum Ansteuern des Schaltertreibers 100, eine Rückkopplungseinheit 300, eine Schutzeinrichtung 400 und einen Transformator TX. Die Schalter SA, SB, SC und SD werden entsprechend den durch die PWM-Einheit 200 und den Schaltertreiber 100 angelegten Schaltwellenformen (switching waveforms) ein- und ausgeschaltet. Die erzeugte AC-Spannung wird durch den Transformator TX einer Last CCFL zugeführt.
  • Um den Inverter anzusteuern, werden die Schalter SA, SB, SC und SD in einigen Schaltungen entsprechend dem
  • 2 stellt Wellenformen zum Ansteuern des Inverters durch das Phasenverschiebungsvollbrückenverfahren dar. Die Schalter SA und SB werden abwechselnd durch Signale OUT A und OUT B ein-/ausgeschaltet, welche entsprechend Wellenformen eines Oszillators erzeugt werden. Die Schalter SC und SD werden durch Signale OUT C und OUT D ein-/ausgeschaltet, welche relativ zu den Signalen OUT A und OUT B phasenverschoben sind und durch ein Bezugssignal EA_OUT gesteuert werden. Die Phasenverschiebung kann eine halbe Periode betragen. Wenn die Schalter SA und SB und die Schalter SC und SD gleichzeitig eingeschaltet werden, wird die Schaltung kurzgeschlossen. Um dies zu verhindern, wird zwischen dem Umschalten von OUT A und OUT B und von OUT C und OUT D eine Totzeit eingeführt, so daß die Signale sich nicht zur selben Zeit in einem H-Zustand befinden.
  • Die Spannung an der Primärseite des Transformators TX wird lediglich dann der Sekundärseite übertragen, wenn die Schalter SA, SB, SC und SD gesteuert von den Signalen OUT A, OUT B, OUT C und OUT D gleichzeitig eingeschaltet sind.
  • 3A und 3B veranschaulichen Spannungswellenformen an einem Punkt A des linken Pfads und einem Punkt B des rechten Pfads und den Resonanzstrom der LC-Resonanzschaltung C1 und L1, wenn der Inverter entsprechend dem herkömmlichen Phasenverschiebungsvollbrückenverfahren angesteuert wird.
  • 3A stellt einen Fall einer großen Tastung (duty) dar, und 3B zeigt einen Fall einer kleinen Tastung. Der Ausdruck "Tastung" ("duty") wird dazu verwendet, den Bruchteil des Zyklus zu beschreiben, wenn sich die Lastspannung auf einem hohen Pegel befindet. Eine "große Tastung" bezieht sich auf Wellenformen, wenn sich die Lastspannung über einen hohen Bruchteil des Zyklus auf einem hohen Pegel befindet, während eine "kleine Tastung" sich auf Wellenformen mit einem kleinen Bruchteil bezieht.
  • Für die große Tastung unterliegen die Schalter SA und SB in dem linken Pfad einem Schalten der Spannung Null bzw. bei der Spannung Null bzw. einem Nullspannungsschalten (zero voltage switching) und einem Schalten des Stroms Null bzw. bei dem Strom Null bzw. einem Nullstromschalten (zero current switching), und die Schalter SC und SD unterliegen in dem rechten Pfad einem Schalten bei der Spannung Null.
  • Wenn die Tastung klein ist, unterliegen die Schalter SA und SB in dem linken Pfad einem Schalten bei dem Strom Null, und es unterliegen die Schalter SC und SD in dem rechten Pfad einem Schalten bei der Spannung Null.
  • Ein Schalten bei der Spannung Null liefert einen Leistungsstrompfad zu der Sekundärseite, wenn ein Schalter eingeschaltet wird, nachdem eine an einen Transistor gekoppelte Diode eingeschaltet worden ist. Ein Schalten bei dem Strom Null ermöglicht es, einem Strom von Null zu einem Schalter während des Schaltens zu fließen. Ein Schalten bei der Spannung Null und ein Schalten bei dem Strom Null verbessern die Betriebswirksamkeit von MOSFETs.
  • Ein Schalten bei der Spannung Null und ein Schalten bei dem Strom Null verringern ebenfalls die Betriebstemperatur des MOSFETs. Wenn Ströme durch den MOSFET während des Schaltens fließen, wird die Temperatur des MOSFET stark erhöht, falls die Eingangsspannung Vin während eines Schaltens bei dem Strom ungleich Null niedrig ist.
  • Wenn Ströme durch den MOSFET während des Schaltens fließen, wird die Temperatur des MOSFET stark erhöht, falls die Eingangsspannung Vin während eines Schaltens bei der Spannung ungleich Null hoch ist.
  • Bei herkömmlichen Invertern wird für kleine Tastungen ein Schalten bei dem Strom Null auf den Schaltern des linken Pfads und ein Schalten bei der Spannung Null auf den Schaltern des rechten Pfads durchgeführt. Daher ist für kleine Eingangsspannungen die Schaltwirksamkeit des rechten Pfads gering, und somit wird die Temperatur des MOSFET der Schalter SC und SD größer als die Temperatur der MOSFETs der Schalter SA und SB. Für hohe Eingangsspannungen ist die Schaltungswirksamkeit des linken Pfads niedrig, und die Temperatur der MOSFETs der Schalter SA und SB wird größer als die Temperatur der MOSFETs der Schalter SC und SD.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wandler und ein entsprechendes Ansteuerungsverfahren zum Ansteuern von Schaltern bereitzustellen, welche einen linken Pfad und einen rechten Pfad in der Vollbrückenschaltung bereitstellen, um abwechselnd ein Schalten bei der Spannung Null und ein Schalten bei dem Strom Null durchzuführen.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
  • Entsprechend einer Ausbildung der vorliegenden Erfindung wird ein Konverter bereitgestellt mit: einer ersten Schaltergruppe, welche einen ersten und einen zweiten Schalter enthält, die in Reihe zwischen einer Eingangsstromquelle und Masse angeschlossen sind; einer zweiten Schaltergruppe, welche einen dritten und einen vierten Schalter enthält, die in Reihe zwischen der Ein gangsstromquelle und Masse angeschlossen sind; einem Transformator, welcher einen primären Induktor aufweist, der zwischen einen Knoten der ersten und zweiten Schalter und einen Knoten der dritten und vierten Schalter gekoppelt ist, und Energie der Sekundärseite entsprechend einem durch die ersten bis vierten Schalter bestimmten leitenden Pfad überträgt; einer Last, welche mit der Sekundärseite des Transformators verbunden ist; einer Rückkopplungsschaltung, welche ein Signal entsprechend dem der Last übertragene Energie ausgibt; einer PWM-(Pulsbreitenmodulations-) Einheit, welche Pulssignale zur Ansteuerung der ersten bis vierten Schalter auf der Grundlage des von der Rückkopplungsschaltung übertragenen Signals ausgibt; und einem Schaltertreiber, welcher die ersten bis vierten Schalter entsprechend den von der PWM-Einheit ausgegebenen Pulssignalen ansteuert. Die PWM-Einheit gibt Pulssignale zur Steuerung der Einschalt-/Ausschaltoperation der ersten bis vierten Schalter derart aus, daß die erste Schaltergruppe und die zweite Schaltergruppe abwechselnd ein Schalten bei der Spannung Null und ein Schalten bei dem Strom Null durchführen kann.
  • Entsprechend einer anderen Ausbildung der vorliegenden Erfindung wird ein Ansteuerungsverfahren eines Konverters mit einer ersten Schaltergruppe, welche einen ersten und einen zweiten Schalter enthält, die in Reihe zwischen einer Eingangsstromquelle und Masse angeschlossen sind, einer zweiten Schaltergruppe, welche einen dritten und einen vierten Schalter enthält, die in Reihe zwischen der Eingangsstromquelle und Masse angeschlossen sind, einem Transformator, welcher einen primären Induktor aufweist, der zwischen einen Knoten der ersten und zweiten Schalter und einen Knoten der dritten und vierten Schalter gekoppelt ist, und Energie der Sekundärseite entsprechend einem durch die ersten bis vierten Schalter bestimmten leitenden Pfad überträgt, bereitgestellt, mit den Schritten: (a) Bilden eines ersten leitenden Pfads derart, daß ein Strom in einer ersten Richtung zu dem primären Induktor durch Einschalten der ersten und vierten Schalter fließen kann; (b) Bilden eines ersten Entladepfads derart, daß der Strom in der ersten Richtung zu dem primären Induktor durch Einschalten der ersten und dritten Schalter fließen kann; (c) Bilden eines zweiten leitenden Pfads derart, daß ein Strom in einer zweiten Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung zu dem primären Induktor durch Einschalten der zweiten und dritten Schalter fließen kann; und (d) Bilden eines zweiten Entladepfads derart, daß der Strom in der zweiten Richtung zu dem primären Induktor durch Einschalten der ersten und dritten Schalter fließen kann.
  • Entsprechend einer weiteren Ausbildung der vorliegenden Erfindung wird ein Konverter bereitgestellt mit: einer ersten Schaltergruppe, welche erste und zweite Schalter enthält, die in Reihe zwischen einer Eingangsstromquelle und Masse angeschlossen sind; einer zweiten Schaltergruppe, welche dritte und vierte Schalter enthält, die in Reihe zwischen der Eingangsstromquelle und Masse angeschlossen sind; einem Transformator, welcher Energie von der Eingangsstromquelle zu einer Sekundärseite entsprechend dem leitenden Pfad überträgt, der durch die ersten und zweiten Schalter bestimmt wird, die an eine Primärseite gekoppelt sind; einer Last, welche mit der Sekundärseite des Transformators verbunden ist; einer Rückkopplungsschaltung, welche ein Signal entsprechend der Energie ausgibt, die der Last übertragen wird; einer PWM-(Pulsbreitenmodulations-) Einheit, die Pulssignale ausgibt, welche die ersten bis vierten Schalter auf der Grundlage des von der Rückkopplungsschaltung übertragenen Signals ansteuern; und einem Schaltertreiber, welcher die ersten bis vierten Schalter entsprechend den von der PWM-Einheit ausgegebenen Pulssignalen ansteuert. Die PWM-Einheit gibt Pulssignale derart aus, daß Intervalle, in welchen die ersten und vierten Schalter eingeschaltet sind, miteinander überlagert sind und Intervalle, in welchen die zweiten und dritten Schalter eingeschaltet sind, miteinander überlagert sind, wenn die Schalter in der Reihenfolge der vierten, ersten, dritten, zweiten, ersten, vierten, zweiten und dritten Schalter eingeschaltet werden.
  • Entsprechend einer weiteren Ausbildung der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt zur Steuerung eines Konverters, welcher eine erste Schaltergruppe, die erste und zweite Schalter enthält, welche in Reihe zwischen einer Eingangsstromquelle und Masse angeschlossen sind; eine zweite Schaltergruppe, die dritte und vierte Schalter enthält, welche in Reihe zwischen der Eingangsstromquelle und Masse angeschlossen sind; und einen Transformator aufweist, welcher einen primären Induktor enthält, der zwischen einen Knoten der ersten und zweiten Schalter und einen Knoten der dritten und vierten Schalter gekoppelt ist, und Energie auf die Sekundärseite entsprechend einem Leitungspfad überträgt, der von den ersten bis vierten Schaltern bestimmt wird, mit den Schritten (a) Einschalten der ersten und vierten Schalter, um einen Leitungspfad derart zu bilden, daß ein Strom in der ersten Richtung zu dem primären Induktor fließen kann, wenn die Eingangsenergie zugeführt wird; (b) Einschalten der ersten und dritten Schalter, um einen ersten Entladungspfad derart zu bilden, daß der Strom in der ersten Richtung zu dem primären Induktor fließen kann; (c) Einschalten der zweiten und dritten Schalter, um einen zweiten Leitungspfad derart zu bilden, daß ein Strom in der zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung zu dem primären Induktor fließen kann; und (d) Einschalten der ersten und dritten Schalter, um einen zweiten Entladungspfad derart zu bilden, daß der Strom in der zweiten Richtung zu dem primären Induktor fließen kann.
  • Entsprechend einer weiteren Ausbildung der vorliegenden Erfindung wird ein Konvertersteuerverfahren bereitgestellt mit den Schritten: (a) Erzeugen von Pulssignalen, welche erste und vierte Schalter, die einen ersten Leitungspfad definieren, und zweite und dritte Schalter einschalten, die einen zweiten leitenden Pfad definieren, wenn eine Eingangsenergie zugeführt wird; (b) selektives Einschalten der ersten bis vierten Schalter entsprechend dem Pulssignal und Übertragen der Eingangsenergie auf die Sekundärseite eines Transformators von der Primärseite davon über einen der ersten und zweiten leitenden Pfade; (c) Erzeugen eines Rückkopplungssignals von einer Last, die an die Sekundärseite des Transformators gekoppelt ist; und (d) Steuern der Pulssignale, welche die ersten bis vierten Schalter durch das Rückkopplungssignal einschalten, wobei der Schritt (a) Pulssignale derart ausgibt, daß Intervalle, in denen die ersten und vierten Schalter eingeschaltet sind, miteinander überlagert sind und Intervalle, in denen die zweiten und dritten Schalter eigeschaltet sind, miteinander überlagert sind, wenn die Schalter in der Reihenfolge der vierten, ersten, dritten, zweiten, ersten, vierten, zweiten und dritten Schalter eingeschaltet werden.
    •
  • Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
  • 1 zeigt einen allgemeinen Vollbrückeninverter.
  • 2 stellt herkömmliche Wellenformen eines Schalters zum Ansteuern des Inverters durch das Phasenverschiebungsvollbrückenverfahren von 1 dar.
  • 3A und 3B stellen Wellenformen von Spannungen an einem Punkt A des linken Pfads und an einem Punkt B des rechten Pfads und Wellenformen von Resonanzströmen der LC-Resonanzschaltung C1 und L1 dar, wenn der Inverter entsprechend dem herkömmlichen Phasenverschiebungsvollbrückenverfahren angesteuert wird.
  • 4 stellt ein Schaltungsdiagramm einer Anordnung einer PWM-Einheit eines Inverters einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
  • 5 stellt Wellenformen dar, welche von jeweiligen Komponenten einer PWM-Einheit eines Inverters einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgegeben werden.
  • 6A und 6B stellen Wellenformen von Spannungen an dem Punkt A des linken Pfads und an dem Punkt B des rechten Pfads und Wellenformen von Resonanzströmen einer LC-Resonanzschaltung C1 und L1 dar, wenn der Inverter einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angesteuert wird.
  • 7 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung.
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung werden Ausführungsformen der Erfindung einfach mittels einer Erläuterung beschrieben. Die Erfindung beinhaltet Multiplizierungen in verschiedener Hinsicht, welche jedoch nicht vom Rahmen der Erfindung abweichen. Dementsprechend sind die Figuren und die Beschreibung lediglich als Erläuterung und nicht als Beschränkung zu verstehen.
  • 4 veranschaulicht einen Inverter einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Zusätzlich zu den bereits in 1 dargestellten Elementen enthält eine PWM-Einheit 200 ein Komplement-Flipflop FFB 4, ODER-Gatter und zwei UND-Gatter. Mit diesen Ergänzungen können sich die herkömmlichen Ansteuerungswellenformen der Schalter SA und SD kreuzen, was zu einer Beeinflussung des Schaltvermögens führt, und sie können an Treiber der Schalter SA und SD angelegt werden.
  • Wenn ein Ausgangssignal T eines Flipflops FFA einem Taktsignalanschluß des Flipflops FFB eingegeben wird oder eine ODER-Operation und eine UND-Operation auf das Ausgangssignal T des Flipflops FFA durchgeführt werden, kreuzen sich die Ansteuerungswellenformen des Schalters SA und des Schalters SD in jeder Periode.
  • Zeitverzögerungselemente A, B, C und D, welche an Eingangsanschlüssen der NICHTODER-Gatter an den jeweiligen Ausgangsanschlüssen angeschlossen sind, liefern den jeweiligen Ausgangssignalen eine Totzeit derart, daß die Schalter SA und SB und die Schalter SC und SD nicht gleichzeitig eingeschaltet werden können.
  • 5 stellt Ansteuerungswellenformen dar, welche von den jeweiligen Komponenten der PWM-Einheit 200 des Inverters einer Ausführungsform der Erfindung ausgegeben werden.
  • Das Ausgangssignal T des Flipflops FFA bestimmt die Ansteuerungswellenform des Schalters SA. Das Ausgangssignal T kippt in Abhängigkeit eines Signals SYNC des Os zillators. Ein Ausgangssignal T1 des Flipflops FFB kippt in Abhängigkeit eines Ausgangssignals T des Flipflops FFA. Daher beträgt die Periode des Ausgangssignals T1 des Flipflops FFB das Doppelte der Periode des Ausgangssignals T des Flipflops FFA.
  • Des weiteren bestimmt ein Ausgangssignal XNOR eines Exklusiv-NICHTODER-Gatters XNOR die Ansteuerungswellenform des Schalters SD. Das Signal XNOR nimmt einen hohen Pegel an, wenn das Ausgangssignal T des Flipflops FFA einem Ausgangssignal Q eines PWM-Latchs entspricht.
  • Des weiteren wird eine Ansteuerungswellenform OUT A eines Schalters SA durch eine Operation bestimmt, welche ein Ausgangssignal T1 des Flipflops FFB, ein Ausgangssignal T des Flipflops FFA und ein Ausgangssignal XNOR des Gatters XNOR umfaßt. Die herkömmliche Ansteuerungswellenform des Schalters SA wird ausgegeben, wenn das Ausgangssignal T1 des Flipflops FFB einen niedrigen Pegel aufweist, und die herkömmliche Ansteuerungswellenform des Schalters SD wird ausgegeben, wenn das Ausgangssignal T1 des Flipflops FFB einen hohen Pegel aufweist.
  • Auf eine ähnliche Weise wird die Ansteuerungswellenform OUT D des Schalters SD durch eine Operation bestimmt, welche ein Ausgangssignal T1 des Flipflops FFB, ein Ausgangssignal T des Flipflops FFA und das Ausgangssignal XNOR des Gatters XNOR umfaßt. Die herkömmliche Ansteuerungswellenform des Schalters SD wird ausgegeben, wenn das Ausgangssignal T1 des Flipflops FFB einen niedrigen Pegel aufweist, und die herkömmliche Ansteuerungswellenform des Schalters SA wird ausgegeben, wenn das Ausgangssignal T1 des Flipflops FFB einen hohen Pegel aufweist.
  • Darüber hinaus werden die Ansteuerungswellenform OUT B des Schalters SB und die Ansteuerungswellenform OUT C des Schalters SC von der Ansteuerungswellenform OUT A des Schalters SA bzw. der Ansteuerungswellenform OUT D des Schalters SD invertiert.
  • Die Operation des Inverters entsprechend den Ausführungsformen der Erfindung wird im folgenden detailliert beschrieben.
  • Entsprechend den Wellenformen OUT A bis OUT D von 5 ist der Schalter SA eingeschaltet, während der Schalter SD eingeschaltet ist. Die Schalter SA und SB sind ausgeschaltet, während der Schalter SC eingeschaltet ist, nachdem der Schalter SD ausgeschaltet worden ist. Ebenfalls ist dann, wenn der Schalter SB ausgeschaltet ist, der Schalter SA eingeschaltet, und es ist der Schalter SB eingeschaltet, nachdem der Schalter SC ausgeschaltet worden ist. Wenn die Schalter SA und SD und die Schalter SB und SC gleichzeitig wie oben beschrieben eingeschaltet sind, wird Energie zu dem Kondensator C1, dem Induktor L1 und dem Transformator TX zugeführt, und die Spannung und der Strom treten in Resonanz.
  • In dem Augenblick, wenn der Schalter SC ausgeschaltet ist, fließt Strom durch die Diode D4, und es ist der Schalter SD eingeschaltet, nachdem die Diode D4 eingeschaltet worden ist. Ebenfalls ist der Schalter SB ausgeschaltet, und es wird ein Strom zu der Diode D1 kombiniert mit dem Schalter SA geschaltet, bevor der Schalter SA eingeschaltet ist. Auf ähnliche Weise ist der Schalter SD ausgeschaltet, fließt Strom zu der Primärseite des Transformators TX und zu der Diode D3 durch den Kondensator C1 von dem Schalter SA, und es ist der Schalter SC eingeschaltet, nachdem die Diode D3 eingeschaltet worden ist. Der Schalter SB ist eingeschaltet, nachdem der Schalter SA zum Einschalten der Diode D2 ausgeschaltet worden ist. Die Zeit, wenn die Schalter SB und SC und die Schalter SA und SD gleichzeitig eingeschaltet sind, bestimmt die dem Transformator TX zugeführte Energie. Diese Zeit wird durch einen Pegel bestimmt, welcher von einem Fehlerverstärker ausgegeben wird.
  • Um einen Ausgang mit dem geeigneten Pegel zu erzeugen, vergleicht der Fehlerverstärker ein Rückkopplungssignal FB mit einer Bezugsspannung VREF. Das Rückkopplungssignal FB stellt die Größe des Stroms dar, welcher durch einen Abtastwiderstand R2 fließt, und entspricht dem gesamten Strom, welcher durch die Last CCFL fließt. Der Wert des Rückkopplungssignals FB ändert sich in Abhängigkeit des Lastzustands, und der Ausgang Error amp des Fehlerverstärkers ändert sich dementsprechend. Die Bezugsspannung VREF ist eine Spannung, welche einem Bezugsstrom entspricht, der durch die Last fließt. Die Bezugsspannung VREF entspricht einem Mittelwert des Rückkopplungssignals FB in dem Normalbetrieb.
  • 6A und 6B stellen Wellenformen von Spannungen an dem Punkt A des linken Pfads und an dem Punkt B des rechten Pfads und die Wellenform des Resonanzstroms der LC-Resonanzschaltung C1 und L1 dar, wenn der Inverter entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angesteuert wird. 6A stellt einen Fall einer großen Tastung dar, und 6B stellt einen Fall einer kleineren Tastung dar. Wie in 6A dargestellt wird ein Schalten bei der Spannung Null an den Schaltern durchgeführt, wenn die Tastung groß ist. Ebenfalls werden wie in 6B dargestellt ein Schalten der Spannung Null und ein Schalten bei dem Strom Null abwechselnd durch die Schalter SA und SB und durch die Schalter SC und SD durchgeführt, wenn die Tastung klein ist. Bis hierhin wurden DC/AC-Inverter beschrieben. Verwandte Ausführungs formen der Erfindung enthalten DC/DC-Wandler zum Umwandeln einer DC-Spannung in eine andere DC-Spannung.
  • 7 stellt einen Wandler einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Wie dargestellt enthält der Wandler Brückendioden D5, D6, D7 und D8 zum Gleichrichten der AC-Spannung, welche von dem Transformator TX als Sekundärschaltung übertragen wird, um die DC-Spannung zu erzeugen. Der Rest der Anordnung und der Betrieb der Primärschaltung und der PWM-Einheit 200 sind analog zu den vorausgehend beschriebenen Ausführungsformen.
  • Während die Erfindung in Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht es sich, daß die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern demgegenüber dazu bestimmt ist, verschiedene Modifizierungen und äquivalente Anordnungen abzudecken, welche im Rahmen der beigefügten Ansprüche liegen. Beispielsweise kann eine Lampe als Last CCFL verwendet werden, es können aber andere Lasten einschließlich einer ohmschen Last und einer kapazitiven Last verwendet werden.
  • Der Inverter legt abwechselnd herkömmliche Wellenformen zum Ansteuern der Schalter SA und SD in jeder Periode an und legt die invertierten SA- und SD-Ansteuerungswellenformen den Treibern der Schalter SB und SC an. Diese Ansteuerungswellenformen ermöglichen es, daß die Schalter des linken Pfads und des rechten Pfads abwechselnd ein Schalten der Spannung Null und ein Schalten bei dem Strom Null durchführen, wenn die Tastung niedrig ist. Derartige Ausführungsformen vermeiden, daß die Temperatur eines Pfads größer als diejenige des anderen ist. Des weiteren können die Schalter im Vergleich mit dem Stand der Technik einen größeren Einschaltwiderstand aufweisen.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile detailliert beschrieben worden sind, versteht es sich, daß verschiedene Veränderungen, Substitutionen und Abänderungen ohne vom Rahmen der Erfindung wie durch die beigefügten Ansprüche definiert durchgeführt werden können. D.h., die obige Erörterung dient dazu, eine grundlegende Beschreibung zu liefern. Es sollte jedoch verstanden werden, daß die bestimmte Erörterung nicht explizit alle möglichen Ausführungsformen beschreibt; viele Abänderungen sind implizit vorhanden. Ebenfalls kann nicht vollständig die allgemeine Natur der Erfindung erklärt werden, und es kann nicht explizit gezeigt werden, wie jedes Merkmal oder Element tatsächlich als breitere Funktion oder mit einer größeren Vielfalt von Alternativen oder äquivalenten Elementen tatsächlich dargestellt werden kann. Wiederum dargestellt, dies ist implizit in dieser Offenbarung enthalten. Wo die Erfindung in einer am Gerät orientierten Terminologie beschrieben worden ist, führt jedes Element des Geräts implizit eine Funktion durch. Weder die Beschreibung noch die Terminologie ist dazu bestimmt, den Rahmen der Ansprüche zu beschränken.
  • Vorstehend wurde ein System und ein Verfahren für einen Konverter erläutert. Es wird ein Konverter bereitgestellt, welcher erste und zweite Schalter, die an eine Eingangsstromquelle gekoppelt sind, um einen ersten leitenden Pfad zu definieren, und dritte und vierte Schalter enthält, die an die Eingangsstromquelle gekoppelt sind, um einen zweiten leitenden Pfad zu definieren. Eine PWM-Einheit schaltet die Schalter in der Reihenfolge der vierten, ersten, dritten, zweiten, ersten, vierten, zweiten und dritten Schalter ein und gibt Pulssignale derart aus, daß die ersten und vierten Schalter in überlappenden Intervallen eingeschaltet sind und die zweiten und drit ten Schalter in überlappenden Intervallen eingeschaltet sind.

Claims (17)

  1. Konverter mit: einer ersten Schaltergruppe, welche einen ersten und einen zweiten Schalter enthält, die in Reihe zwischen einer Eingangsstromquelle und Masse angeschlossen sind; einer zweiten Schaltergruppe, welche einen dritten und einen vierten Schalter enthält, die in Reihe zwischen der Eingangsstromquelle und Masse angeschlossen sind; einem Transformator, welcher einen primären Induktor aufweist, der zwischen einen Knoten der ersten und zweiten Schalter und einen Knoten der dritten und vierten Schalter gekoppelt ist, und Energie der Sekundärseite entsprechend einem durch die ersten bis vierten Schalter bestimmten leitenden Pfad überträgt; einer Last, welche mit der Sekundärseite des Transformators verbunden ist; einer Rückkopplungsschaltung, welche ein Signal entsprechend dem der Last übertragene Energie ausgibt; einer PWM-(Pulsbreitenmodulations-) Einheit, welche Pulssignale zur Ansteuerung der ersten bis vierten Schalter auf der Grundlage des von der Rückkopplungsschaltung übertragenen Signals ausgibt; und einem Schaltertreiber, welcher die ersten bis vierten Schalter entsprechend den von der PWM-Einheit ausgegebenen Pulssignalen ansteuert, wobei die PWM-Einheit Pulssignale zur Steuerung der Einschalt-/Ausschaltoperation der ersten bis vierten Schalter derart ausgibt, daß die erste Schaltergruppe und die zweite Schaltergruppe abwechselnd ein Schalten bei der Spannung Null und ein Schalten bei dem Strom Null durchführen kann.
  2. Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Last eine Lampe (CCFL), eine ohmsche Last oder eine kapazitive Last ist.
  3. Konverter mit: einer ersten Schaltergruppe, welche erste und zweite Schalter enthält, die in Reihe zwischen einer Stromquelle und Masse angeschlossen sind; einer zweiten Schaltergruppe, welche dritte und vierte Schalter enthält, die in Reihe zwischen der Stromquelle und Masse angeschlossen sind; einem Transformator, welcher einen primären Induktor aufweist, der zwischen einen Knoten der ersten und zweiten Schalter und einen Knoten der dritten und vierten Schalter gekoppelt ist, und Energie der Sekundärseite entsprechend einem durch die ersten bis vierten Schalter bestimmten leitenden Pfad überträgt; einer Last, welche mit der Sekundärseite des Transformators verbunden ist; einer Rückkopplungsschaltung, welche ein Signal entsprechend der Energie ausgibt, die der Last übertragen wird; einer PWM-(Pulsbreitenmodulations-) Einheit, die Pulssignale ausgibt, welche die ersten bis vierten Schalter auf der Grundlage des von der Rückkopplungsschaltung übertragenen Signals ansteuern; und einem Schaltertreiber, welcher die ersten bis vierten Schalter entsprechend den von der PWM-Einheit ausgegebenen Pulssignalen ansteuert, wobei die PWM-Einheit Pulssignale ausgibt, welche einen ersten leitenden Pfad derart bilden, daß ein Strom in der ersten Richtung zu dem primären Induktor durch Einschalten der ersten und vierten Schalter fließen kann, einen ersten Entladepfad derart bilden, daß der Strom in der ersten Richtung zu dem primären Induktor durch Einschalten der ersten und dritten Schalter fließen kann, einen zweiten leitenden Pfad derart bildet, daß ein Strom in der zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung zu dem primären Induktor durch Einschalten der zweiten und dritten Schalter fließen kann, und einen zweiten Entladepfad derart bilden, daß der Strom in der zweiten Richtung zu dem primären Induktor durch Einschalten der ersten und dritten Schalter fließen kann.
  4. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die PWM-Einheit Pulssignale ausgibt, welche den ersten leitenden Pfad durch Einschalten der ersten und vierten Schalter bilden, einen dritten Entladepfad durch Einschalten der zweiten und vierten Schalter derart bilden, daß der Strom in der ersten Richtung zu dem primären Induktor fließen kann, den zweiten leitenden Pfad durch Einschalten der zweiten und dritten Schalter bilden und einen vierten Entladepfad durch Einschalten der zweiten und vierten Schalter derart bilden, daß der Strom in der zweiten Richtung dazu fließen kann.
  5. Konverter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Last eine Lampe (CCFL), eine ohmsche Last oder eine kapazitive Last ist.
  6. Konverter mit: einer ersten Schaltergruppe, welche erste und zweite Schalter enthält, die in Reihe zwischen einer Eingangsstromquelle und Masse angeschlossen sind; einer zweiten Schaltergruppe, welche dritte und vierte Schalter enthält, die in Reihe zwischen der Eingangsstromquelle und Masse angeschlossen sind; einem Transformator, welcher Energie von der Eingangsstromquelle zu einer Sekundärseite entsprechend dem leitenden Pfad überträgt, der durch die ersten und zweiten Schalter bestimmt wird, die an eine Primärseite gekoppelt sind; einer Last, welche mit der Sekundärseite des Transformators verbunden ist; einer Rückkopplungsschaltung, welche ein Signal entsprechend der Energie ausgibt, die der Last übertragen wird; einer PWM-(Pulsbreitenmodulations-) Einheit, die Pulssignale ausgibt, welche die ersten bis vierten Schalter auf der Grundlage des von der Rückkopplungsschaltung übertragenen Signals ansteuern; und einem Schaltertreiber, welcher die ersten bis vierten Schalter entsprechend den von der PWM-Einheit ausgegebenen Pulssignalen ansteuert, wobei die PWM-Einheit Pulssignale derart ausgibt, daß Intervalle, in welchen die ersten und vierten Schalter eingeschaltet sind, miteinander überlagert sind und Intervalle, in welchen die zweiten und dritten Schalter eingeschaltet sind, miteinander überlagert sind, wenn die Schalter in der Reihenfolge der vierten, ersten, dritten, zweiten, ersten, vierten, zweiten und dritten Schalter eingeschaltet werden.
  7. Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von der PWM-Steuereinheit ausgegeben Pulssignale eine Steuerung derart durchführen, daß die Intervalle, in welchen die ersten und zweiten Schalter eingeschaltet sind, nicht miteinander überlagert sind und die Intervalle, in welchen die dritten und vierten Schalter eingeschaltet sind, nicht miteinander überlagert sind.
  8. Wandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltertreiber das Übertragen der Energie der Eingangsstromguelle auf die Sekundärseite des Transformators durch einen ersten leitenden Pfad steuert, welcher durch Einschalten der ersten und vierten Schalter durch das von der PWM-Einheit ausgegebene Pulssignal gebildet wird, und das Übertragen der Energie der Eingangsstromquelle auf die Sekundärseite des Transformators durch einen zweiten leitenden Pfad steuert, welcher durch Einschalten der zweiten und dritten Schalter durch das von der PWM-Einheit ausgegebene Pulssignal gebildet wird.
  9. Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Last eine Lampe (CCFL), eine ohmsche Last oder eine kapazitive Last ist.
  10. Konverter mit: einer ersten Schaltergruppe, welche erste und zweite Schalter enthält, die in Reihe zwischen einer Eingangsstromquelle und Masse angeschlossen sind; einer zweiten Schaltergruppe, welche dritte und vierte Schalter enthält, die in Reihe zwischen der Eingangsstromquelle und Masse angeschlossen sind; einem Transformator, welcher derart gebildet ist, daß er Energie auf eine Sekundärseite entsprechend dem leitenden Pfad überträgt, der durch die an eine Primärseite gekoppelte erste bis vierte Schalter bestimmt wird; einer Rückkopplungsschaltung, welche derart gebildet ist, daß ein Signal entsprechend der Energie ausgegeben wird, welche einer Last übertragen wird, die an die Sekundärseite des Transformators gekoppelt ist; einer PWM-(Pulsbreitenmodulations-) Einheit, welche derart gebildet ist, daß Ausgangspulssignale zum Ansteuern der ersten bis vierten Schalter auf der Grundlage des von der Rückkopplungsschaltung übertragenen Signals ausgegeben werden; und einem Schaltertreiber, welcher derart gebildet ist, daß die ersten bis vierten Schalter entsprechend den von der PWM-Einheit ausgegebenen Pulssignalen angesteuert werden, wobei die PWM-Einheit: eine Vergleichseinheit, welche einen ersten Komparator, der derart gebildet ist, das von der Rückkopplungsschaltung übertragene Signal mit dem vorbestimmten Bezugssignal zu vergleichen und ein Signal entsprechend einem Differenzwert auszugeben, und einen zweiten Komparator enthält, der derart gebildet ist, ein Ausgangssignal des ersten Komparators mit einer Sägezahnwelle zu vergleichen, welche eine vorbestimmte Frequenz aufweist, und ein Signal entsprechend einem Differenzwert auszugeben; ein erstes Flipflop, welches gebildet ist, ein Pulssignal mit derselben Frequenz wie derjenigen der Sägezahnwelle zu verwenden und ein erstes Pulssignal mit einer Frequenz der Hälfte von derjenigen des Taktsignals zu erzeugen; ein zweites Flipflop, welches ein logisches Gatter enthält, das gebildet ist, ein zweites Pulssignal auszugeben, welches durch Verschieben des ersten Pulssignals um eine vorbestimmte Zeit entsprechend dem ausgegebenen Signal des zweiten Komparators erlangt wird; und eine logische Verknüpfungsschaltung aufweist, welche gebildet ist, eine logische Verknüpfung eines Ausgangssignals des zweiten Flipflops, des ersten Pulssignals und des zweiten Pulssignals durchzuführen und die ersten und zweiten Pulssignale auszugeben, um erste und vierte Schalter anzusteuern.
  11. Wandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Verknüpfungsschaltung derart gebildet ist, das zweite Pulssignal auszugeben, um den vierten Schalter anzusteuern, wenn das erste Pulssignal den ersten Schalter ansteuert, und das erste Pulssignal auszugeben, um den vierten Schalter anzusteuern, wenn das zweite Pulssignal den ersten Schalter ansteuert.
  12. Wandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Verknüpfungsschaltung derart gebil det ist, das Ansteuerungspulssignal des ersten Schalters zu invertieren und das invertierte Signal als Ansteuerungspulssignal des zweiten Schalters zu verwenden, und das Ansteuerungspulssignal des vierten Schalters invertiert, um das invertierte Signal als Ansteuerungspulssignal des dritten Schalters zu verwenden.
  13. Wandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Last eine Lampe (CCFL), eine ohmsche Last oder eine kapazitive Last ist.
  14. Verfahren zur Steuerung eines Konverters, welcher eine erste Schaltergruppe, die erste und zweite Schalter enthält, welche in Reihe zwischen einer Eingangsstromquelle und Masse angeschlossen sind; eine zweite Schaltergruppe, die dritte und vierte Schalter enthält, welche in Reihe zwischen der Eingangsstromquelle und Masse angeschlossen sind; und einen Transformator aufweist, welcher einen primären Induktor enthält, der zwischen einen Knoten der ersten und zweiten Schalter und einen Knoten der dritten und vierten Schalter gekoppelt ist, und Energie auf die Sekundärseite entsprechend einem Leitungspfad überträgt, der von den ersten bis vierten Schaltern bestimmt wird, mit den Schritten: (a) Einschalten der ersten und vierten Schalter, um einen Leitungspfad derart zu bilden, daß ein Strom in der ersten Richtung zu dem primären Induktor fließt, wenn die Eingangsenergie zugeführt wird; (b) Einschalten der ersten und dritten Schalter, um einen ersten Entladungspfad derart zu bilden, daß der Strom in der ersten Richtung zu dem primären Induktor fließt; (c) Einschalten der zweiten und dritten Schalter, um einen zweiten Leitungspfad derart zu bilden, daß ein Strom in der zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung zu dem primären Induktor fließt; und (d) Einschalten der ersten und dritten Schalter, um einen zweiten Entladungspfad derart zu bilden, daß der Strom in der zweiten Richtung zu dem primären Induktor fließt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: (e) Einschalten der ersten und vierten Schalter, um den ersten leitenden Pfad zu bilden; (f) Einschalten der zweiten und vierten Schalter, um einen Entladungspfad derart zu bilden, daß der Strom in der ersten Richtung zu dem primären Induktor fließt; (g) Einschalten der zweiten und dritten Schalter, um den zweiten leitenden Pfad zu bilden; und (h) Einschalten der zweiten und vierten Schalter, um einen vierten Entladungspfad derart zu bilden, daß der Strom in der zweiten Richtung zu dem primären Induktor fließt.
  16. Konvertersteuerungsverfahren mit den Schritten: (a) Erzeugen von Pulssignalen, welche erste und vierte Schalter, die einen ersten Leitungspfad definieren, und zweite und dritte Schalter einschalten, die einen zweiten leitenden Pfad definieren, wenn eine Eingangsenergie zugeführt wird; (b) selektives Einschalten der ersten bis vierten Schalter entsprechend den Pulssignalen und Übertragen der Eingangsenergie auf die Sekundärseite eines Transformators von der Primärseite davon über einen der ersten und zweiten leitenden Pfade; (c) Erzeugen eines Rückkopplungssignals von einer Last, die an die Sekundärseite des Transformators gekoppelt ist; und (d) Steuern der Pulssignale, welche die ersten bis vierten Schalter durch das Rückkopplungssignal einschalten, wobei der Schritt (a) ein Einschalten der ersten und vierten Schalter in überlappenden Intervallen; ein Einschalten der zweiten und dritten Schalter in überlappenden Intervallen; und ein aufeinanderfolgendes Einschalten der vierten, ersten; dritten, zweiten, ersten, vierten, zweiten und dritten Schalter beinhaltet.
  17. Konvertersteuerungsverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (a) ein Einschalten der ersten und zweiten Schalter in nicht überlappenden Intervallen; und ein Einschalten der dritten und vierten Schalter in nicht überlappenden Intervallen beinhaltet.
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