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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität aus der
Japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-160941 , eingereicht am 22. Juli 2012, deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme darauf eingeschlossen wird.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese Offenbarung bezieht sich auf einen DC-DC-Wandler (DC = Gleichstrom), insbesondere auf einen Abwärts-DC-DC-Wandler, der ein Schaltelement und eine Induktionsspule verwendet.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bei einem Abwärts-DC-DC-Wandler, der ein Schaltelement und eine Induktionsspule verwendet, ist es erforderlich, dass der sogenannte Schaltverlust verringert wird.
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4 zeigt eine Schaltungsanordnung eines Abwärts-DC-DC-Wandlers nach dem Stand der Technik.
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Wie in 4 abgebildet ist, hat ein DC-DC Wandler 80 nach dem Stand der Technik ein Schaltelement Q1, eine Glättungsdrossel L1 und eine Gleichrichterdiode D1. Der DC-DC-Wandler 80 wandelt eine Gleichspannung, die von einer Gleichspannungs-Stromversorgung Vin zugeführt wird, herunter und gibt diese dann an eine Last R1 ab. Das Schaltelement Q1 führt eine Schaltoperation als Antwort auf ein Signal (Spannung Vc in 4) von einer Steuerschaltungseinheit 82 aus, wodurch die Gleichspannung in eine Wechselspannung umgewandelt wird. Die Glättungsdrossel L1 dient der Glättung. Die Gleichrichterdiode D1 richtet den Wechselstrom gleich. Ein Ausgangskondensator C1 ist parallel zur Last R1 geschaltet und führt der Last R1 Energie zu.
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Im DC-DC-Wandler 80 fließt beim Einschalten des Schaltelements Q1 ein Einschaltstrom Iein zur Glättungsdrossel L1. Wenn das Schaltelement Q1 ausschaltet, fließt der Durchlassstrom (Ausschaltstrom) Iaus durch die Gleichrichterdiode D1 zur Glättungsdrossel L1.
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Schaltet nun das Schaltelement Q1 ein, so liegt an der Gleichrichterdiode D1 eine Sperrvorspannung an, wobei der in der Gleichrichterdiode D1 fließende Strom abgeschaltet ist. Während eines Sperrverzögerungszeitraums fließt ein hoher Erholungsstrom Ir von einer Kathode der Gleichrichterdiode D1 zu ihrer Anode. Der Erholungsstrom Ir ist dem Einschaltstrom Iein überlagert, der im Schaltelement Q1 fließt. Dadurch wird der Schaltverlust (Einschalt-Verlust) verursacht.
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JP-A-2007-185072 offenbart eine Konfiguration eines DC-DC-Wandlers, die den Erholungsstrom Ir verringert. In diesem DC-DC-Wandler ist ein Schaltkreis, in dem eine Sekundärwicklung eines Hilfstransformators und eine Diode in Serie geschaltet sind, an eine Gleichspannungs-Stromversorgung angeschlossen, und eine Primärwicklung des Hilfstransformators ist mit einem Schaltelement verbunden.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Der oben beschriebene DC-DC-Wandler hat jedoch ein anderes Problem: Schaltet das Schaltelement Q1 ein, so entsteht der Stoßstrom Is.
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5 ist eine schematische Darstellung der Stromkurve in den jeweiligen Abschnitten des DC-DC-Wandlers 80 gemäß dem Stand der Technik.
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In 5 ist das Schaltelement Q1 in einem Zeitraum Tein vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 eingeschaltet, und ist in einem Zeitraum Taus vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3 ausgeschaltet.
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Schaltet das Schaltelement Q1 ein, so wird nicht nur der Erholungsstrom Ir, sondern auch der Stoßstrom Is dem Strom Iq, der im Schaltelement Q1 fließt, überlagert. Der Stoßstrom Is wird in Abhängigkeit von einer Streukapazität erzeugt, die zwischen den Wicklungen und zwischen Wicklungslagen der Glättungsdrossel L1 auftritt, und wird zu Hochstrom. Wie in 5 dargestellt ist, werden zum Zeitpunkt t1, an dem das Schaltelement Q1 einschaltet, der Erholungsstrom Ir und der Stoßstrom Is dem Einschaltstrom Iein überlagert. Dadurch wird der Strom Iq, der im Schaltelement Q1 fließt, kurz nach dem Zeitpunkt t1 zu einem hohen Spitzenstrom.
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6 ist eine graphische Darstellung einer Stromkurve des Ladestroms IL1, der in der Glättungsdrossel L1 des DC-DC-Wandlers 80 gemäß dem Stand der Technik fließt.
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Wie in 6 gezeigt fließt, wenn das Schaltelement Q1 zum Zeitpunkt t1 einschaltet, direkt nach dem Zeitpunkt t1 der Stoßstrom Is, wodurch eine Stromspitze entsteht. Durch das Fließen dieses Stoßstromes Is entsteht der Schaltverlust.
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Wie innerhalb des Bereichs, der von einer gestrichelten Linie A1 in 6 umgeben ist, zu sehen ist, tritt nach dem Fließen des Stoßstromes Is für einige Zeit ein Überschwingen des Ladestroms IL1 auf. Dadurch kann elektromagnetisches Rauschen entstehen.
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Gemäß der in
JP-A-2007-185072 offenbarten Technologie wird der Erholungsstrom Ir verringert. Da der Stoßstrom Is jedoch, wie oben beschrieben, nicht verringert wird, wird der Schaltverlust auf Grund des Stoßstromes Is verursacht. In dieser Konfiguration, insbesondere in einer Konfiguration, wo eine Glättungsdrossel L1 mit relativ großer Induktivität erforderlich ist, tritt das obige Problem noch stärker hervor. In anderen Worten: da die Streukapazität proportional mit der Induktivität der Glättungsdrossel L1 zunimmt, wird der Schaltverlust größer.
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In Anbetracht des obigen Sachverhalts gibt diese Offenbarung mindestens einen DC-DC-Wandler an, bei dem ein Schaltverlust verringert werden kann.
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Ein DC-DC-Wandler gemäß eines Aspektes dieser Offenbarung ist so konfiguriert, dass er eine durch eine Gleichspannungs-Stromversorgung zugeführte Gleichspannung erniedrigt und dann an eine Last abgibt, wobei der DC-DC-Wandler folgendes umfasst: ein Schaltelement, das die Gleichspannung durch Schaltvorgänge in eine Wechselspannung umwandelt, eine Gleichrichter-Einheit, die die Wechselspannung gleichrichtet, einen Ausgangskondensator, der parallel zu der Last geschaltet ist, und eine Glättungsdrossel, die eine Vielzahl von in Serie geschalteten geteilten Induktionsspulen beinhaltet, wobei zumindest eine der Anzahl von Wicklungen und der Anzahl von Lagen der jeweiligen Wicklungen der Vielzahl von geteilten Induktionsspulen der Glättungsdrossel so angepasst wird, dass eine Gesamtsumme der Induktivitäten der Vielzahl von geteilten Induktionsspulen eine gewünschte Induktivität ergeben und dass eine Gesamtsumme der Streukapazitäten der Vielzahl der geteilten Induktionsspulen kleiner ist als eine Streukapazität einer einzelnen Induktionsspule mit gleicher Induktivität.
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In dem oben beschriebenen DC-DC-Wandler können die jeweiligen geteilten Induktionsspulen Gleichspannungs-Überlagerungseigenschaften haben, die so ausgelegt sind, dass diese nicht durch den während des Betriebs fließenden Maximalstrom gesättigt werden.
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In dem oben beschriebenen DC-DC-Wandler können das Schaltelement und die Gleichrichter-Einheit zwischen der positiven und der negativen Elektrode der Gleichspannungs-Stromversorgung in Serie geschaltet sein, und die Glättungsdrossel kann zwischen einem Anschlusspunkt des Schaltelements und der Gleichrichter-Einheit und einem Anschlusspunkt des Ausgangskondensators und der Last angeschlossen sein.
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In dem oben beschriebenen DC-DC-Wandler können das Schaltelement und die Gleichrichter-Einheit zwischen einer positiven Elektrode der Gleichspannungs-Stromversorgung und einem Anschlusspunkt des Ausgangskondensators und der Last in Serie geschaltet sein, wobei die Glättungsdrossel zwischen einem Anschlusspunkt des Schaltelements und der Gleichrichter-Einheit und einer negativen Elektrode der Gleichspannungs-Stromversorgung angeschlossen sein kann.
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In dem oben beschriebenen DC-DC-Wandler kann die Glättungsdrossel zwei geteilte Induktionsspulen beinhalten, die gleich große oder im Wesentlichen gleich große Induktivitäten haben und in Serie geschaltet sind.
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Gemäß dieser Offenbarung ist die Glättungsdrossel aus der Vielzahl von geteilten Induktionsspulen aufgebaut, so dass ihre Streukapazität kleiner ist, als die einer Induktionsspule mit gleicher Induktivität. Es ist daher möglich, einen DC-DC-Wandler anzugeben, der Schaltverluste verringern kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorangegangenen und zusätzliche Merkmale und Eigenschaften dieser Offenbarung werden durch die folgenden detaillierten Beschreibungen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen noch deutlicher erkennbar, wobei:
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1 eine Schaltungsanordnung eines DC-DC-Wandlers gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels dieser Offenbarung zeigt,
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2 eine graphische Darstellung einer Stromkurve des Ladestroms zeigt, der in einer Glättungsdrossel des DC-DC-Wandlers gemäß dieses Ausführungsbeispiels fließt,
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3 eine Schaltungsanordnung eines DC-DC-Wandlers gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels dieser Offenbarung zeigt,
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4 eine Schaltungsanordnung eines Abwärts-DC-DC-Wandlers nach dem Stand der Technik zeigt,
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5 eine schematische Darstellung des Stromkurven-Verlaufs in den jeweiligen Abschnitten des DC-DC-Wandlers nach dem Stand der Technik zeigt, und
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6 eine graphische Darstellung einer Stromkurve des Ladestroms zeigt, der in eine Glättungsdrossel des DC-DC-Wandlers des Stands der Technik fließt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nachstehend werden DC-DC-Wandler gemäß den Ausführungsbeispielen dieser Offenbarung beschrieben.
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[Erstes Ausführungsbeispiel]
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1 zeigt eine Schaltungsanordnung eines DC-DC-Wandlers 1 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels dieser Offenbarung.
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Wie in 1 gezeigt ist, verfügt der DC-DC-Wandler 1 über ein Schaltelement Q1, eine Gleichrichterdiode (die ein Beispiel für die Gleichrichter-Einheit ist) D1, einen Ausgangskondensator C1, eine Glättungsdrossel L2 und eine Steuerschaltungseinheit 2, die den Betrieb des Schaltelements Q1 steuert. Der DC-DC-Wandler 1 wandelt eine Gleichspannung herunter, die von einer Gleichspannungs-Stromversorgung Vin zugeführt wird und gibt diese dann an eine Last R1 ab.
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Das Schaltelement Q1 und die Gleichrichterdiode D1 sind zwischen den positiven und negativen Elektroden der Gleichspannungs-Stromversorgung Vin in Serie geschaltet. Eine Kathode der Gleichrichterdiode D1 ist mit dem Schaltelement Q1 verbunden und eine Anode der Gleichrichterdiode D1 ist mit der negativen Elektrode der Gleichspannungs-Stromversorgung Vin verbunden. Der Ausgangskondensator C1 ist parallel zur Last R1 geschaltet. Die Glättungsdrossel L2 ist zwischen einem Anschlusspunkt 11 des Schaltelements Q1 und der Gleichrichterdiode D1 angeschlossen und einem Anschlusspunkt 12 des Ausgangskondensators C1 und der Last R1. In anderen Worten ist jeweils eines der Enden des Ausgangskondensators C1 und der Last R1 über das Schaltelement Q1 und die Glättungsdrossel L2 mit der positiven Elektrode der Gleichspannungs-Stromversorgung Vin verbunden. Die jeweiligen anderen Enden des Ausgangskondensators C1 und der Last R1 sind mit der negativen Elektrode der Gleichspannungs-Stromversorgung Vin verbunden.
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Das Schaltelement Q1 ist zum Beispiel ein FET (Feld Effekt Transistor). Ein Gate-Anschluss des Schaltelements Q1 ist mit der Steuerschaltungseinheit 2 verbunden.
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Das Schaltelement Q1 wandelt eine Gleichspannung, die von der Gleichspannungs-Stromversorgung Vin zugeführt wird, durch Schaltvorgänge in eine Wechselspannung um. Die Wechselspannung wird durch eine Gleichrichter-Glättungsschaltung, die die Gleichrichterdiode D1, die Glättungsdrossel L2 und den Ausgangskondensator C1 beinhaltet, gleichgerichtet, geglättet, und dann an die Last R1 abgegeben. Dadurch wandelt der DC-DC-Wandler 1 die Gleichspannung, die von der Gleichspannungs-Stromversorgung Vin zugeführt wird, in eine Gleichspannung um, die niedriger ist, als die zugeführte Gleichspannung, und gibt diese dann an die Last R1 ab.
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Die Steuerschaltungseinheit 2 sendet ein Signal an den Gate-Anschluss des Schaltelements Q1 und schaltet dadurch das Schaltelement Q1 ein und aus. Die Steuerschaltungseinheit 2 kann das Schaltelement Q1 beispielsweise durch ein PWM-(Pulsweitenmodulation)-Signal steuern, wodurch sich die an die Last R1 abgegebene Spannung ändert. Die Steuerschaltungseinheit 2 ist auch mit dem Anschlusspunkt 12 des Ausgangskondensators C1 und der Last R1 verbunden und ermittelt die Spannung, die an die Last R1 abgegeben wird. Die Steuerschaltungseinheit 2 ändert das Signal, das an das Schaltelement Q1 gesendet werden soll, in Abhängigkeit von der ermittelten Spannung, womit eine Regelung der Ausgangsspannung an die Last R1 durchgeführt wird.
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In diesem Ausführungsbeispiel hat die Glättungsdrossel L2 zwei getrennte Induktionsspulen (erste geteilte Induktionsspule La und zweite geteilte Induktionsspule Lb). Die Glättungsdrossel L2 ist so konfiguriert, dass die erste geteilte Induktionsspule La und die zweite geteilte Induktionsspule Lb in Serie geschaltet sind.
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Die geteilten Induktionsspulen La, Lb sind so konfiguriert, dass eine Gesamtsumme der einzelnen Induktivitäten eine gewünschte Induktivität ergibt. Das heißt, die Induktivität der Glättungsdrossel L2 wird zu einer gewünschten Induktivität. Ferner sind die geteilten Induktionsspulen so konfiguriert, dass eine Gesamtsumme der Streukapazitäten der geteilten Induktionsspulen La, Lb kleiner ist, als die Streukapazität einer einzelnen Induktionsspule mit gleicher Induktivität. Mindestens eine der Anzahl von Wicklungen und der Anzahl von Lagen der jeweiligen Wicklungen der getrennten Induktionsspulen La, Lb wird so angepasst, dass die getrennten Induktionsspulen La, Lb so konfiguriert sind wie oben beschrieben.
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Ferner sind in diesem Ausführungsbeispiel die entsprechenden Induktivitäten der geteilten Induktionsspulen La, Lb im Wesentlichen gleich groß. Die Gleichspannungs-Überlagerungseigenschaften der jeweiligen geteilten Induktionsspulen La, Lb sind so ausgelegt, dass diese nicht durch den während des Betriebs fließenden Maximalstrom gesättigt werden.
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Nachstehend wird kurz beschrieben, wie eine Induktivität L einer Induktionsspule und eine Streukapazität Cs berechnet werden.
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Die Induktivität L einer einzelnen Induktionsspule errechnet sich nach der folgenden Gleichung: L(H) = k×μe×N2
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Hierbei ist k eine Konstante, die sich aus der Form und ähnlichen Faktoren ergibt, μe ist die effektive magnetische Permeabilität, und N ist die Anzahl von Wicklungen.
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Hierbei wird angenommen, dass die Glättungsdrossel mit der Induktivität L durch das Verbinden von m geteilten Induktionsspulen aufgebaut ist, deren Induktivität durch m geteilt ist, die alle die gleiche Anzahl von Wicklungen haben. Hierbei beträgt die Anzahl von Wicklungen jeder einzelnen der m geteilten Induktionsspulen N2. Vergleicht man die Glättungsdrossel mit einer Glättungsdrossel mit der Induktivität L und einer Anzahl von Wicklungen N1, so erhält man die folgende Beziehung: k×μe×(N1)2 = m×k×μe×(N2)2, und daher N2 = N1/m(1/2)
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Aus der obigen Gleichung lässt sich sagen, dass die Anzahl von Wicklungen jeder geteilten Induktionsspule vorzugsweise das 1/m(1/2)(ein Reziprokwert der Quadratwurzel von m)-fache der Anzahl von Wicklungen der Glättungsdrossel betragen soll, die aus einer einzelnen Induktionsspule besteht. Das bedeutet, dass die Anzahl von Wicklungen jeder geteilten Induktionsspule geringer ausfallen kann, als die der Glättungsdrossel, die aus einer einzigen Induktionsspule besteht. Demgemäß kann für den Fall, dass die Glättungsdrossel L2 aus zwei getrennten Induktionsspulen La, Lb aufgebaut ist, wie in diesem Ausführungsbeispiel, zum Beispiel die Anzahl von Wicklungen der jeweiligen geteilten Induktionsspulen La, Lb so ausgelegt werden, dass sie der Anzahl von Wicklungen entspricht, die man erhält, indem die Anzahl von Wicklungen der aus einer einzigen Induktionsspule bestehenden Glättungsdrossel durch die Quadratwurzel von 2 dividiert wird.
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Die Streukapazität Cs einer einzelnen Induktionsspule lässt sich wie folgt berechnen: Cs(pF) = α×(S/d)×Lm
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Hierbei ist α eine Konstante, die sich aus der Dielektrizitätskonstante und ähnlichem ergibt, S ist eine Fläche (mm2), an die die Wicklung angrenzt, d ist der Abstand (mm) zwischen den Wicklungen, und Lm ist die Anzahl der Lagen.
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Aus der obigen Gleichung ist zu ersehen: je größer die Anzahl von Lagen Lm der Wicklungen ist, und je größer die Fläche, an die die Wicklung zwischen den Lagen angrenzt, um so größer wird die Streukapazität Cs. Sind die Bereiche der Wicklungen gleich groß, so vergrößert sich bei Vergrößerung der Anzahl von Wicklungen auch die Anzahl von Lagen Lm. Somit vergrößert sich die Streukapazität Cs in gleichem Maße.
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Ist die Glättungsdrossel L2 ferner so aufgebaut, dass die beiden geteilten Induktionsspulen La, Lb Serie geschaltet sind, so wird zum Beispiel eine Gesamtsumme Cst der Streukapazitäten durch die folgende Gleichung ausgedrückt (Cs1, Cs2: Streukapazitäten der zwei geteilten Induktionsspulen La, Lb): 1/Cst = 1/Cs1 + 1/Cs2
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Da die Glättungsdrossel L2 aus den zwei geteilten Induktionsspulen La, Lb aufgebaut ist, ist es möglich, zumindest eine der Anzahl von Wicklungen und der Anzahl von Lagen zu verringern, wodurch sich die Streukapazität Cs verringert. Ebenfalls ist es möglich, die Summe aller Streukapazitäten Cst der Glättungsdrosseln L2 kleiner zu machen, als die jeder der Streukapazitäten C1, C2 der geteilten Induktionsspulen La, Lb.
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Da in diesem Ausführungsbeispiel die Induktivität der ersten geteilten Induktionsspule La und die Induktivität der zweiten geteilten Induktionsspule Lb im Wesentlichen gleich groß sind, ist es möglich, Induktionsspulen, die die gleichen Spezifikationen aufweisen, als Induktionsspulen La, Lb zu verwenden. Daher können Induktionsspulen als die geteilten Induktionsspulen La, Lb verwendet werden, die so aufgebaut sind, dass deren Gleichspannungs-Überlagerungseigenschaften so ausgelegt sind, dass sie nicht durch den während des Betriebs fließenden Maximalstrom gesättigt werden und deren Streukapazität so niedrig wie möglich gehalten wird, indem die Anzahl von Wicklungen oder Lagen von Wicklungen angepasst werden, so dass sich die Eigenschaften der Induktionsspulen leicht auslegen lassen. Zusätzlich lässt sich die Produktivität steigern und Verwaltungskosten verringern, ohne die Anzahl an verschiedenartigen Bauteilen bei der Herstellung des Produktes zu vergrößern.
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[Eigenschaften des Ausführungsbeispiels]
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In diesem Ausführungsbeispiel ist die Glättungsdrossel L2 als eine Vielzahl von Induktionsspulen La, Lb konfiguriert, so dass sich die gesamte Streukapazität der Glättungsdrossel L2 verringert. Um einen gleichmäßigen Stromfluss in der Induktivität L2 zu erreichen, wird der Stoßstrom, der den Ladestrom überlagert, wenn das Schaltelement Q1 einschaltet, unterdrückt.
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Das heißt, wie oben beschrieben, je größer die Streukapazität der Glättungsdrossel beim Einschalten des Schaltelements Q1 ist, desto größer ist der Stoßstrom, der fließt und der den Ladestrom der Glättungsdrossel überlagert. Wird die Induktivität der Glättungsdrossel verringert, dann verringert sich auch die Streukapazität. Wird jedoch die Induktivität verkleinert, so wird auch der Ladestrom, der aufgenommen werden kann, im gleichen Maße verkleinert, was selbst bei kleinem Stromfluss leicht zu einer Sättigung führen kann. Daher kann die Induktivität der Glättungsdrossel nur begrenzt verringert werden. Soll die gewünschte Induktivität mit einer einzigen Glättungsdrossel erzielt werden, so erhöht sich ferner die Anzahl von Wicklungen oder Lagen von Wicklungen der Glättungsdrossel. Wird jedoch die Anzahl von Wicklungen oder Lagen vergrößert, so erhöht sich die Streukapazität zwischen den Wicklungen oder Wicklungslagen, was wiederum zu einem höheren Stoßstrom führt.
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Im Vergleich hierzu ist die Glättungsdrossel L2 gemäß dieses Ausführungsbeispiels aus den zwei geteilten Induktionsspulen La, Lb aufgebaut, wobei die Gesamtsumme der Induktivitäten der geteilten Induktionsspulen La, Lb die gewünschte Induktivität ergibt. Durch die Verwendung der beiden geteilten Induktionsspulen La, Lb, lässt sich zumindest eine der Anzahl von Wicklungen und der Anzahl von Wicklungslagen der jeweiligen geteilten Induktionsspulen La, Lb verringern. Dadurch ist es möglich, die Gesamtsumme der Streukapazitäten der jeweiligen geteilten Induktionsspulen La, Lb, verglichen mit der Streukapazität einer einzelnen Induktionsspule mit gleicher Induktivität, deutlich zu reduzieren. Dementsprechend ist es möglich, die Schaltverluste des DC-DC-Wandlers 1 zu verringern und einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen.
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2 ist ein Diagramm, das die Stromkurve des Ladestroms IL2 zeigt, der in der Glättungsdrossel L2 des DC-DC-Wandlers 1 dieses Ausführungsbeispiels fließt.
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2 ist ein Beispiel von tatsächlich gemessenen Werten für den Kurvenverlauf des Ladestroms IL2, der in der Glättungsdrossel L2 fließt. In 2 ist das Schaltelement Q1 in einem Zeitraum Tein vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 eingeschaltet und ist vor dem Zeitpunkt t1 und nach dem Zeitpunkt t2 ausgeschaltet (Taus).
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Wie in 2 abgebildet ist, wird bei diesem Ausführungsbeispiel, selbst wenn das Schaltelement Q1 zum Zeitpunkt t1 einschaltet, nur der kleine Stoßstrom Is dem Ladestrom IL2 der Glättungsdrossel L2 überlagert. So wird der Stoßstrom Is im DC-DC-Wandler 1, im Vergleich zu dem in 6 gezeigten DC-DC-Wandler, deutlich unterdrückt. Daraus ergibt sich, dass der Schaltverlust verringert werden kann. Wie innerhalb der gestrichelten Linie A2 in 2 zu sehen ist, findet das Überschwingen, das beim Stand der Technik direkt nach dem Stoßstrom Is auftritt, nicht statt. Dadurch lässt sich ferner das elektromagnetische Rauschen verringern.
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[Zweites Ausführungsbeispiel]
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Da die Grundkonfiguration des DC-DC-Wandlers gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels gleich ist wie die des ersten Ausführungsbeispiels, wird hier auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet. Im zweiten Ausführungsbeispiel sind die Positionen der Glättungsdrossel und der Gleichrichterdiode verschieden von den Positionen im ersten Ausführungsbeispiel.
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3 zeigt eine Schaltungsanordnung eines DC-DC-Wandlers 101 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Abwärts-DC-DC-Wandler, bei dem der Ausgang eine negative Spannung abgibt. Wie in 3 dargestellt ist, sind im DC-DC-Wandler 101 das Schaltelement Q1 und die Gleichrichterdiode D1 in Serie geschaltet zwischen der positiven Elektrode der Gleichspannungs-Stromversorgung Vin und einem Anschlusspunkt 112 des Ausgangskondensators C1 und der Last R1. Die Kathode der Gleichrichterdiode D1 ist mit dem Schaltelement Q1 verbunden, und die Anode der Gleichrichterdiode D1 ist mit dem Anschlusspunkt 112 verbunden. Die Glättungsdrossel L3 ist zwischen einem Anschlusspunkt 111 des Schaltelements Q1 und der Gleichrichterdiode D1 und der negativen Elektrode der Gleichspannungs-Stromversorgung Vin angeschlossen.
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Die Glättungsdrossel L3 hat zwei geteilte Induktionsspulen (erste Induktionsspule Lc und zweite Induktionsspule Ld), die in Serie geschaltet sind. Wie die geteilten Induktionsspulen La, Lb des ersten Ausführungsbeispiels sind auch die zwei geteilten Induktionsspulen Lc, Ld so konfiguriert, dass die Gesamtsumme der jeweiligen Induktivitäten, d.h., die Induktivität der Glättungsdrossel L3 zu einer gewünschten Induktivität wird. Die jeweiligen Induktivitäten der geteilten Induktionsspulen Lc, Ld sind im Wesentlichen gleich groß. Ferner wird zumindest eine der Anzahl von Wicklungen und der Anzahl von Wicklungslagen der geteilten Induktionsspulen Lc, Ld so angepasst, dass die geteilten Induktionsspulen Lc, Ld Gleichspannungs-Überlagerungseigenschaften aufweisen, die so ausgelegt sind, dass sie nicht durch den während des Betriebs fließenden Maximalstrom gesättigt werden, und die so aufgebaut sind, dass ihre Streukapazitäten so gering wie möglich sind. Die Glättungsdrossel L3 des zweiten Ausführungsbeispiels ist daher ebenfalls aus zwei geteilten Induktionsspulen, den Induktionsspulen Lc, Ld aufgebaut, so dass sich die gleichen Eigenschaften verwirklichen lassen wie die im ersten Ausführungsbeispiel.
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[Sonstiges]
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In den obigen Ausführungsbeispielen sind die Induktivitäten der zwei geteilten Induktionsspulen (erste und zweite Induktionsspule) im Wesentlichen gleich groß. Jedoch können die Induktivitäten der zwei geteilten Induktionsspulen auch nicht gleich groß sein. Das heißt, es können auch geteilte Induktionsspulen verwendet werden, die unterschiedliche Induktivitäten aufweisen, so lange die Gesamtsumme der Induktivitäten der gewünschten Induktivität entspricht, und die Gesamtsumme der Streukapazitäten so niedrig wie möglich gehalten wird. Die jeweiligen geteilten Induktionsspulen können Gleichspannungs-Überlagerungseigenschaften aufweisen, die so ausgelegt sind, dass sie nicht durch den Maximalstrom gesättigt werden, der in den jeweiligen Induktionsspulen fließt.
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Die Anzahl von geteilten Induktionsspulen, aus denen die Glättungsdrossel aufgebaut ist, ist nicht auf zwei beschränkt, sondern sie kann auch aus drei oder mehr bestehen. In diesem Fall ist die Vielzahl von geteilten Induktionsspulen so konfiguriert, dass die Gesamtsumme der jeweiligen Induktivitäten die gewünschte Induktivität ergibt, und dass die Gesamtsumme der Streukapazitäten der geteilten Induktionsspulen kleiner ist als die Streukapazität einer einzelnen Induktionsspule mit gleich großer Induktivität, indem zumindest eine der Anzahl von Wicklungen und der Anzahl von Lagen der jeweiligen Wicklungen angepasst wird
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Das Schaltelement ist nicht auf den FET beschränkt und kann zum Beispiel ein bipolarer Transistor sein. Ferner kann anstatt der Gleichrichterdiode ein weiteres Schaltelement (FET oder ähnliches) verwendet werden, und die Steuerschaltungseinheit kann die beiden Schaltelemente mit vorgegebenem Takt synchron ansteuern. Da es auch in diesem Fall möglich ist, die Streukapazität der Glättungsdrossel zu verringern, ist es möglich, die Schaltverluste zu verringern.
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Die Ausführungsbeispiele sind beispielhaft, und diese Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Der Umfang dieser Offenbarung ist nicht in den obigen Beschreibungen definiert und beinhaltet sämtliche Abwandlungen, die dem Sinn und Umfang der Ansprüche entsprechen.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 101
- DC-DC-Wandler
- 2
- Steuerschaltungseinheit
- 11, 12
- Anschlusspunkt
- 111, 112
- Anschlusspunkt
- 80
- DC-DC-Wandler
- 82
- Steuerschaltungseinheit
- C1
- Ausgangskondensator
- D1
- Gleichrichterdiode
- Iein
- Einschaltstrom
- Iaus
- Ausschaltstrom
- Iq
- Strom im Schaltelement
- Ir
- Erholungsstrom
- IL1, IL2
- Ladestrom
- Is
- Stoßstrom
- L1, L2, L3
- Glättungsdrossel
- La, b, c, d
- Induktionsspulen
- Q1
- Schaltelement
- R1
- Last
- t1, t2
- Zeitpunkt
- Tein
- Zeitraum
- Taus
- Zeitraum
- Vc
- Spannung
- Vin
- Gleichspannungs-Stromversorgung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2011-160941 [0001]
- JP 2007-185072 A [0008, 0016]
