DE102013106229A1

DE102013106229A1 - Wandler

Info

Publication number: DE102013106229A1
Application number: DE102013106229A
Authority: DE
Inventors: LiGang PENG; Xin Zhou
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2013-12-19
Also published as: CN103516236A; CN103516236B; US20130336018A1; JP5652727B2; JP2014003888A

Abstract

Ein Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einem Transformator versehen, welcher eine Primärspule (Np) und eine Sekundärspule (Ns), ein erstes Schaltelement (Q1), welches mit der Primärspule in Reihe geschaltet ist, eine Steuerschaltung (Ic), welche das erste Schaltelement (Q1) steuert, und ein erstes Gleichrichterelement (D1), welches die Steuerschaltung (Ic) mit elektrischer Energie versorgt, aufweist. Ein Massepotential (Gnd) der Steuerschaltung (Ic) und das erste Gleichrichterelement (D1) sind mit der Primärspule an verschiedenen Punkten verbunden. Dementsprechend wird ein Wandler miniaturisiert, und die Herstellungskosten werden gesenkt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wandler. Speziell betrifft die vorliegende Erfindung die Miniaturisierung eines Transformators im Hinblick auf einen Sperrwandler und einen Durchflusswandler.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
In letzter Zeit werden Wandler geringer Größe oft zum Beispiel als eine Energiequelle für eine Kommunikationseinrichtung verwendet. 12 zeigt ein Prinzipschaltbild eines herkömmlichen Sperrwandlers. Der in 12 dargestellte herkömmliche Wandler 1H ist mit einer Eingangsklemme Vin, einem Eingangskondensator C1, einem Transformator T1, einem Glättungskondensator C2, einem Schaltelement Q1, einer Steuerschaltung Ic, einer Hilfsspule Nb, einem ersten Gleichrichterelement (Diode) D1 und einem zweiten Gleichrichterelement (Diode) D2 ausgeführt. Insbesondere weist der Transformator T1 eine Primärspule Np und eine Sekundärspule Ns auf. Die Steuerschaltung Ic steuert das Schaltelement Q1. Die Hilfsspule Nb überträgt elektrische Energie zu der Steuerschaltung Ic, wenn die Primärspule ausgeschaltet ist. Das erste Gleichrichterelement D1 versorgt die Steuerschaltung Ic mit elektrischer Energie. Das zweite Gleichrichterelement D2 versorgt eine Ausgangsklemme Vout mit elektrischer Energie.
Im Folgenden wird eine Funktionsweise des Wandlers 1H unter Bezugnahme auf 12-15 erläutert.
Zunächst fließt im Wandler 1H ein elektrischer Strom Ip, der in 13 dargestellt ist, von der Eingangsklemme Vin zu einer Primärseite des Transformators T1, während das Schaltelement Q1 eingeschaltet ist. Zu dieser Zeit sind das erste Gleichrichterelement D1 und das zweite Gleichrichterelement D2 in einer Rückwärtsrichtung vorgespannt. Während dieses Zeitraums fließt, da eine Spannung, welche gleich einer Spannung zwischen beiden Seiten des Kondensators C1 ist, an die Primärspule Np angelegt wird, der elektrische Strom Ip in der Primärspule Np. Infolgedessen wird im Transformator T1 Energie gespeichert.
Als Nächstes werden, während das Schaltelement Q1 ausgeschaltet ist, das erste Gleichrichterelement D1 und das zweite Gleichrichterelement D2 in einer Vorwärtsrichtung vorgespannt. Infolgedessen fließt ein elektrischer Strom Is, der in 14 dargestellt ist, auf einer Sekundärseite des Transformators T1. Ferner fließt ein elektrischer Strom Ib in der Hilfsspule Nb. Während dieses Zeitraums wird der Ausgangsklemme Vout über die Sekundärspule Ns Energie zugeführt. Ferner wird der Steuerschaltung Ic über die Hilfsspule Nb Energie zugeführt.
15 ist ein Wellenformdiagramm, welches eine Spannung V_NP, den elektrischen Strom Ip, den elektrischen Ausgangsstrom Is und den elektrischen Strom Ib zur Versorgung der Steuerschaltung zeigt. Insbesondere wird die Spannung V_NP an die Primärspule Np angelegt. Der elektrische Strom Ip fließt in der Primärspule Np. Der elektrische Ausgangsstrom Is wird der Ausgangsklemme Vout über die Sekundärspule Ns zugeführt. Ferner wird der elektrische Strom Ib zur Versorgung der Steuerschaltung der Steuerschaltung Ic über die Hilfsspule Nb zugeführt. In 15 entspricht ”Ton” einem EIN-Zeitraum des Schaltelements Q1, und ”Toff” entspricht einem AUS-Zeitraum des Schaltelements Q1. In dem EIN-Zeitraum Ton des Schaltelements Q1 wird die Spannung V_NP an die Primärspule Np angelegt. Infolgedessen erhöht sich allmählich der elektrische Strom Ip, welcher in der Primärspule Np fließt. Wenn das Schaltelement Q1 ausgeschaltet wird, fließen der elektrische Ausgangsstrom Is, welcher von einer induzierten Spannung der Sekundärspule Ns erzeugt wird, und der elektrische Strom Ib zur Versorgung der Steuerschaltung, welcher von einer induzierten Spannung der Hilfsspule Nb erzeugt wird. Danach, während des AUS-Zeitraums Toff des Schaltelements Q1, verringern sich der elektrische Ausgangsstrom Is und der elektrische Strom Ib zur Versorgung der Steuerschaltung allmählich. Wenn ein Kondensator Cb vollständig geladen ist, wird eine Änderung des elektrischen Stroms Ib zur Versorgung der Steuerschaltung gestoppt. Eine gestrichelte Linie zeigt eine Wellenform in einem Fall eines konsekutiven Modus des elektrischen Stroms. Eine Volllinie zeigt eine Wellenform in einem Fall eines diskontinuierlichen Modus des elektrischen Stroms. Während des AUS-Zeitraums Toff des Schaltelements Q1 wird Energie, welche in dem Transformator T1 gespeichert ist, der Steuerschaltung Ic und der Ausgangsklemme Vout zugeführt.
Bei dem herkömmlichen Wandler, wie er oben erläutert wurde, traten Probleme auf, wie etwa eine Erhöhung der Herstellungskosten und eine Erhöhung einer Größe des Transformators, da eine Hilfswicklung installiert werden muss. Das Problem bestand außerdem darin, dass ein Raum für eine Hauptspule aufgrund einer Installation der Hilfswicklung begrenzt ist. Ferner wird, da die Hilfswicklung nicht dazu beiträgt, Energie zu übertragen, der Raum nutzlos verwendet.
Die vorliegende Erfindung wird getätigt, um diese Probleme zu lösen. Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, sowohl eine Miniaturisierung eines Wandlers als auch eine Verringerung der Kosten zu erreichen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wandler bereitzustellen, bei welchem wenigstens ein Teil einer Primärspule als eine Hilfswicklung fungiert, ohne dass er die Hilfswicklung in dem Wandler aufweist.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die obigen Probleme zu lösen. Ein Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: einen Transformator, welcher eine Primärspule und eine Sekundärspule aufweist; ein erstes Schaltelement, welches mit der Primärspule in Reihe geschaltet ist; eine Steuerschaltung, welche das erste Schaltelement steuert; und ein erstes Gleichrichterelement, welches die Steuerschaltung mit elektrischer Energie versorgt. Ein Massepotential der Steuerschaltung und das erste Gleichrichterelement sind mit der Primärspule an verschiedenen Punkten verbunden.
In dem Wandler ist das erste Gleichrichterelement mit der Primärspule verbunden, so dass ein elektrischer Strom in dem ersten Gleichrichterelement fließt, wenn das erste Schaltelement ausgeschaltet ist.
Ferner kann der Wandler ein Sperrwandler oder ein Durchflusswandler sein.
Ferner kann ein Kondensator zwischen eine Stromversorgungsklemme und das Massepotential der Steuerschaltung geschaltet sein.
Ferner kann die Primärspule in mehrere Spulen aufgeteilt sein.
Ferner kann die Primärspule zwischen die Stromversorgungsklemme und das Massepotential der Steuerschaltung geschaltet sein.
Ferner kann das Massepotential der Steuerschaltung direkt mit dem ersten Schaltelement verbunden sein, oder das Massepotential der Steuerschaltung kann mit dem ersten Schaltelement über einen ersten Widerstand verbunden sein.
Ferner kann die Primärspule in eine erste Primärspule und eine zweite Primärspule aufgeteilt sein, und das erste Schaltelement kann zwischen der ersten Primärspule und der zweiten Primärspule vorgesehen sein.
Ferner kann die Primärspule in eine erste Primärspule, eine zweite Primärspule und eine dritte Primärspule aufgeteilt sein. Ein erster Widerstand kann mit der Primärspule in Reihe geschaltet sein. Ein zweites Schaltelement kann zu dem ersten Widerstand parallelgeschaltet sein. Die dritte Primärspule kann mit einer Treiberschaltung, welche das zweite Schaltelement ansteuert, über ein zweites Gleichrichterelement verbunden sein, welches von dem ersten Gleichrichterelement verschieden ist.
Entsprechend dem Wandler der vorliegenden Erfindung kann der Wandler miniaturisiert werden, und die Herstellungskosten können gesenkt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schaltplan, welcher einen Wandler 1A gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein äquivalenter Schaltplan, welcher den in 1 dargestellten Wandler 1A zeigt, wenn ein erstes Schaltelement Q1 eingeschaltet ist.
3 ist ein äquivalenter Schaltplan, welcher den in 1 dargestellten Wandler 1A zeigt, wenn ein erstes Schaltelement Q1 ausgeschaltet ist.
4 ist ein Wellenformdiagramm, welches eine Gesamtspannung V (Np1 + Np2), einen elektrischen Strom Ip, einen elektrischen Ausgangsstrom Is und einen elektrischen Strom Inp2 zur Versorgung der Steuerschaltung in dem in 1 dargestellten Wandler 1A zeigt.
5 ist ein Schaltplan, welcher einen Wandler 1B gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein Schaltplan, welcher einen Wandler 1C gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist ein Schaltplan, welcher eine detaillierte Gestaltung des in 6 dargestellten Wandlers 1C zeigt.
8 ist ein Schaltplan, welcher einen Wandler 1D gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist ein Schaltplan, welcher einen Wandler 1E gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist ein Schaltplan, welcher einen Wandler 1F gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist ein Schaltplan, welcher einen Wandler 1G gemäß einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist ein Schaltplan, welcher einen herkömmlichen Wandler 1H zeigt.
13 ist ein äquivalenter Schaltplan, welcher den herkömmlichen Wandler 1H von 12 zeigt, wenn ein erstes Schaltelement Q1 eingeschaltet ist.
14 ist ein äquivalenter Schaltplan, welcher den herkömmlichen Wandler 1H von 12 zeigt, wenn ein erstes Schaltelement Q1 ausgeschaltet ist.
15 ist ein Wellenformdiagramm, welches eine Spannung V_NP, einen elektrischen Strom Ip, einen elektrischen Ausgangsstrom Is und einen elektrischen Strom Ib zur Versorgung der Steuerschaltung in dem herkömmlichen Wandler 1H von 12 zeigt.
BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Schaltplan, welcher einen Wandler 1A gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der in 1 dargestellte Wandler 1A entspricht einem Sperrwandler. Ferner sind die Wicklungsrichtungen von Primärspulen Np1, Np2 und eine Wicklungsrichtung einer Sekundärspule Ns zueinander entgegengesetzt. Der Wandler 1A ist mit einem Eingangskondensator C1, einem Transformator T1, einem Kondensator C2, einem ersten Schaltelement Q1, einer Steuerschaltung Ic, einem ersten Gleichrichterelement (Diode) D1 und einem zweiten Gleichrichterelement (Diode) D2 ausgeführt. Insbesondere weist der Transformator T1 Primärspulen Np1, Np2 und eine Sekundärspule Ns auf. Das erste Schaltelement Q1 ist mit den Primärspulen Np1 und Np2 in Reihe geschaltet. Die Steuerschaltung Ic steuert das erste Schaltelement Q1. Das erste Gleichrichterelement D1 versorgt die Steuerschaltung Ic mit elektrischer Energie. Ferner versorgt das zweite Gleichrichterelement D2 eine Ausgangsklemme Vout mit elektrischer Energie. Ein Massepotential Gnd der Steuerschaltung Ic und das erste Gleichrichterelement D1 sind mit den Primärspulen Np1 und Np2 an verschiedenen Punkten verbunden. Ferner ist ein Kondensator Cnp2 zwischen eine Stromversorgungsklemme VCC der Steuerschaltung Ic und das Massepotential Gnd geschaltet. Die Steuerschaltung Ic ist zum Beispiel mit einem Chip ausgeführt, welcher Einschalt- und Ausschaltoperationen des ersten Schaltelements Q1 mit einer vorgegebenen relativen Einschaltdauer ausführt. Bei der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Primärspule in die Spule Np1 (erste Primärspule) und die Spule Np2 (zweite Primärspule) aufgeteilt. Je nach den Umständen kann jedoch eine Windungszahl der Spule Np1 gleich null (0) sein. In diesem Falle fungiert nur die Spule Np2 als die Primärspule.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1–4 eine Funktionsweise des Wandlers 1A erläutert.
Zuerst, während das Schaltelement Q1 (das erste Schaltelement) eingeschaltet ist (EIN-Zeitraum Ton), fließt der in 2 dargestellte elektrische Strom Ip auf einer Primärseite des Transformators T1. Zu dieser Zeit sind das erste Gleichrichterelement D1 und das zweite Gleichrichterelement D2 in einer Rückwärtsrichtung vorgespannt. Während dieses Zeitraums fließt, da eine Spannung, welche gleich einer Spannung zwischen den beiden Anschlussklemmen des Kondensators C1 ist, an die Spule Np1 und die Spule Np2 angelegt wird, der elektrische Strom Ip in den Primärspulen Np1 und Np2. Infolgedessen wird im Transformator T1 Energie gespeichert. Ferner wird Energie, welche in den Kondensator C2 geladen ist, der Ausgangsklemme Vout zugeführt.
Als Nächstes werden, während das Schaltelement Q1 ausgeschaltet ist (AUS-Zeitraum Toff), das erste Gleichrichterelement D1 und das zweite Gleichrichterelement D2 in einer Vorwärtsrichtung vorgespannt. Infolgedessen fließt der elektrische Strom Is, der in 3 dargestellt ist, auf einer Sekundärseite des Transformators T1. Ferner fließt der elektrische Strom Inp2 in der Spule Np2. Während dieses Zeitraums wird der Ausgangsklemme Vout über die Sekundärspule Ns Energie zugeführt, und der Kondensator C2 wird geladen. Ferner wird der Steuerschaltung Ic, welche das Schaltelement Q1 steuert, über die Spule Np2 Energie zugeführt, und der Kondensator Cnp2 wird geladen.
4 ist ein Wellenformdiagramm, welches eine Gesamtspannung V (Np1 + Np2), den elektrischen Strom Ip, den elektrischen Ausgangsstrom Is und den elektrischen Strom Inp2 zur Versorgung der Steuerschaltung in dem Wandler 1A gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Insbesondere wird die Gesamtspannung V (Np1 + Np2) an die Spule Np1 und die Spule Np2 angelegt. Der elektrische Strom Ip fließt in den Primärspulen Np1 und Np2. Der elektrische Ausgangsstrom Is wird der Ausgangsklemme Vout über die Sekundärspule Ns zugeführt. Ferner wird der elektrische Strom Inp2 zur Versorgung der Steuerschaltung der Steuerschaltung Ic über die Spule Np2 zugeführt. In 4 entspricht Ton dem EIN-Zeitraum des Schaltelements Q1, und Toff entspricht dem AUS-Zeitraum des Schaltelements Q1. Während des EIN-Zeitraums Ton des Schaltelements Q1 erhöht sich allmählich der elektrische Strom Ip, welcher in den Primärspulen Np1 und Np2 fließt, da sich die Gesamtspannung V (Np1 + Np2), welche an die Spule Np1 und die Spule Np2 angelegt wird, die in Reihe geschaltet sind, zu einem höheren Pegel bewegt. Wenn das Schaltelement Q1 ausgeschaltet ist, fließen der elektrische Ausgangsstrom Is, der von einer induzierten Spannung der Sekundärspule Ns erzeugt wird, und der elektrische Strom Inp2 zur Versorgung der Steuerschaltung, der von einer induzierten Spannung einer Hilfsspule erzeugt wird. Danach, während des AUS-Zeitraums Toff des Schaltelements Q1, verringern sich der elektrische Ausgangsstrom Is und der elektrische Strom Inp2 zur Versorgung der Steuerschaltung allmählich. Wenn der Kondensator Cnp2 vollständig geladen ist, wird die Änderung des elektrischen Stroms Inp2 zur Versorgung der Steuerschaltung gestoppt. Die gestrichelte Linie entspricht einer Wellenform in einem konsekutiven Modus des elektrischen Stroms. Die Volllinie entspricht einer Wellenform in einem diskontinuierlichen Modus des elektrischen Stroms. Beide Modi können in dem Wandler 1A gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Während des AUS-Zeitraums Toff des Schaltelements Q1 wird Energie, welche in dem Transformator T1 gespeichert ist, der Steuerschaltung Ic und der Ausgangsklemme Vout zugeführt.
Bei dem Wandler 1A gemäß der ersten Ausführungsform ist keine Hilfswicklung zur Versorgung der Steuerschaltung Ic mit elektrischer Energie vorgesehen. Während des AUS-Zeitraums Toff des Schaltelements Q1 wird elektrische Energie der Steuerschaltung Ic durch die Spule Np2 zugeführt, welche ein Teil der Primärspule Np ist. Ferner wird während des EIN-Zeitraums Ton des Schaltelements Q1 elektrische Energie der Steuerschaltung Ic durch den Kondensator Cnp2 zugeführt, welche während des AUS-Zeitraums Toff geladen wird. Daher kann die Steuerschaltung Ic ständig betrieben werden, ohne eine Hilfswicklung vorzusehen. Infolgedessen kann der Wandler miniaturisiert werden, und die Herstellungskosten können gesenkt werden.
Zweite Ausführungsform
5 ist ein Schaltplan, welcher einen Wandler gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Kondensator Cnp2 (nicht dargestellt) ist in die Steuerschaltung Ic in dem Wandler 1B gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung integriert. Dies ist der Hauptunterschied zwischen dem Wandler 1B und dem Wandler 1A gemäß der ersten Ausführungsform.
Der in 5 dargestellte Wandler 1B entspricht einem Sperrwandler. Der Wandler 1B ist mit dem Eingangskondensator C1, dem Transformator T1, dem Kondensator C2, dem ersten Schaltelement Q1, der Steuerschaltung Ic, dem ersten Gleichrichterelement D1 und dem zweiten Gleichrichterelement D2 ausgeführt. Insbesondere weist der Transformator T1 die Primärspulen Np1, Np2 und die Sekundärspule Ns auf. Das erste Schaltelement Q1 ist mit den Primärspulen Np1 und Np2 in Reihe geschaltet. Die Steuerschaltung Ic steuert das erste Schaltelement Q1. Das erste Gleichrichterelement D1 versorgt die Steuerschaltung Ic mit elektrischer Energie. Ferner versorgt das zweite Gleichrichterelement D2 die Ausgangsklemme Vout mit elektrischer Energie. Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Kondensator mit großer Kapazität, welcher in einen Chip integriert ist, als die Steuerschaltung Ic verwendet. Der Kondensator mit großer Kapazität erfüllt dieselbe Funktion wie der Kondensator Cnp2 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ferner sind ein Massepotential Gnd der Steuerschaltung Ic und das erste Gleichrichterelement D1 mit den Primärspulen Np1 und Np2 an verschiedenen Punkten verbunden.
Eine Funktionsweise des Wandlers 1B gemäß der zweiten Ausführungsform ist dieselbe wie diejenige des Wandlers 1A gemäß der ersten Ausführungsform. Daher wird auf eine Erläuterung der Funktionsweise des Wandlers 1B hier verzichtet.
Der Wandler 1B gemäß der zweiten Ausführungsform kann ebenso gut wie der Wandler 1A gemäß der ersten Ausführungsform ein Schaltelement genau steuern. Gleichzeitig kann der Wandler 1B miniaturisiert werden, und die Herstellungskosten können gesenkt werden.
Dritte Ausführungsform
6 ist ein Schaltplan, welcher einen Wandler gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In dem Wandler 1C gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Massepotential Gnd der Steuerschaltung Ic mit dem Schaltelement Q1 über einen ersten Widerstand Rsense verbunden. Dies ist der Hauptunterschied zwischen dem Wandler 1C gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und dem Wandler 1A gemäß der ersten Ausführungsform.
In dem in 6 dargestellten Wandler 1C ist zusätzlich zu der Konfiguration des Wandlers 1A gemäß der ersten Ausführungsform der erste Widerstand Rsense zwischen dem Schaltelement Q1 und der Spule Np2 vorgesehen. Der erste Widerstand Rsense ist zum Erkennen einer plötzlichen Änderung eines elektrischen Stroms bestimmt, welcher in der Primärspule Np fließt.
7 ist ein Schaltplan, welcher eine Anschlusskonfiguration der Steuerschaltung Ic zeigt. Wie in 7 dargestellt, sind beide Enden des ersten Widerstands Rsense mit der Steuerschaltung Ic verbunden. Die Steuerschaltung Ic detektiert eine Spannung zwischen beiden Enden des ersten Widerstands Rsense. Wenn sich zum Beispiel die Spannung plötzlich erhöht, schaltet die Steuerschaltung Ic das Schaltelement Q1 AUS. Infolgedessen kann ein Überstrom in der Primärspule Np verhindert werden. Ferner detektiert die Steuerschaltung Ic eine Spannung eines Knotens, der einen Widerstand Rs1 und einen Widerstand Rs2 verbindet, welche an der Ausgangsklemme Vout angeordnet sind. Danach überträgt die Steuerschaltung Ic den detektierten Spannungswert über einen Fotokoppler zu der Steuerschaltung Ic. Die Steuerschaltung Ic steuert eine relative Einschaltdauer, mit welcher das Schaltelement Q1 ein- und ausgeschaltet wird, so dass die detektierte Spannung mit der Zielspannung in Einklang gebracht wird. Daher steuert die Steuerschaltung Ic die Ausgangsspannung so, dass sie stabil ist. Ferner wird während des AUS-Zeitraums Toff des Schaltelements Q1 die Steuerschaltung Ic auf der Basis des elektrischen Stroms, welcher in der Spule Np2 fließt, mit elektrischer Energie versorgt. Während des EIN-Zeitraums Ton des Schaltelements Q1 wird die Steuerschaltung Ic von dem Kondensator Cnp2 mit elektrischer Energie versorgt, welcher während des Aus-Zeitraums Toff des Schaltelements Q1 geladen wird.
Der Wandler 1C gemäß der dritten Ausführungsform kann ebenso gut wie der Wandler 1A gemäß der ersten Ausführungsform ein Schaltelement genau steuern. Gleichzeitig kann der Wandler 1C miniaturisiert werden, und die Herstellungskosten können gesenkt werden. Ferner kann ein Überstrom, welcher in der Primärspule fließen könnte, verhindert werden.
Vierte Ausführungsform
8 ist ein Schaltplan, welcher einen Wandler gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In dem Wandler 1D gemäß der vierten Ausführungsform sind das Schaltelement Q1, die zweite Primärspule Np2 und die erste Primärspule Np1 in dieser Reihenfolge verbunden. Dies ist der Hauptunterschied zwischen dem Wandler 1D gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und dem Wandler 1A gemäß der ersten Ausführungsform.
In dem Wandler 1D gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Primärspule in die Spule Np1 (erste Primärspule) und die Spule Np2 (zweite Primärspule) aufgeteilt. Je nach den Umständen kann jedoch eine Windungszahl der Spule Np1 gleich null (0) sein. In diesem Falle fungiert nur die zweite Primärspule Np2 als die Primärspule.
Das erste Gleichrichterelement D1 ist mit einem Knoten verbunden, der die Spule Np2 und die Spule Np1 verbindet. Während des AUS-Zeitraums Toff des Schaltelements Q1 fließt, da das erste Gleichrichterelement D1 in einer Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, der durch eine induzierte Spannung erzeugte elektrische Strom Inp2 in der Spule Np2.
Der Wandler 1D gemäß der vierten Ausführungsform kann, zusätzlich zu anderen Vorteilen, die für die vorhergehenden Ausführungsformen erörtert wurden, das Einsparen (Weglassen) eines Kontaktstiftes des Transformators ermöglichen. Infolgedessen kann eine weitere Raumeinsparung realisiert werden. Ferner kann der Wandler 1D gemäß der vierten Ausführungsform ein Schaltelement genau steuern. Gleichzeitig kann der Wandler 1D miniaturisiert werden, und die Herstellungskosten können gesenkt werden.
Fünfte Ausführungsform
9 ist ein Schaltplan, welcher einen Wandler gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In dem Wandler 1E gemäß der fünften Ausführungsform ist ein Massepotential Gnd der Steuerschaltung Ic mit dem Schaltelement Q1 über den ersten Widerstand Rsense verbunden. Dies ist der Hauptunterschied zwischen dem Wandler 1E gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und dem Wandler 1D gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In dem in 9 dargestellten Wandler 1E ist zusätzlich zu der Konfiguration des Wandlers 1D gemäß der vierten Ausführungsform der erste Widerstand Rsense zwischen dem Schaltelement Q1 und der Spule Np2 vorgesehen. Der erste Widerstand Rsense ist zum Erkennen einer plötzlichen Änderung eines elektrischen Stroms bestimmt, welcher in der Primärspule Np fließt.
Eine spezielle Konfiguration der Steuerschaltung Ic gemäß der fünften Ausführungsform kann dieselbe wie die in 7 dargestellte Konfiguration der Steuerschaltung Ic sein und kann auch irgendeine andere bekannte Konfiguration sein.
Der Wandler 1E gemäß der fünften Ausführungsform kann ebenso gut wie der Wandler 1C gemäß der dritten Ausführungsform ein Schaltelement genau steuern. Gleichzeitig kann der Wandler 1E miniaturisiert werden, und die Herstellungskosten des Wandlers 1E können gesenkt werden. Ferner kann ein Überstrom, welcher in der Primärspule fließen könnte, verhindert werden.
Sechste Ausführungsform
10 ist ein Schaltplan, welcher einen Wandler gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Wandler 1F gemäß der sechsten Ausführungsform entspricht einem Durchflusswandler. Dies ist der Hauptunterschied zwischen dem Wandler 1F gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und dem Wandler 1A gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der in 10 dargestellte Wandler 1F unterscheidet sich von dem Wandler 1A gemäß der ersten Ausführungsform hinsichtlich der Konfiguration einer Seite der Sekundärspule Ns. Eine Wicklungsrichtung der Sekundärspule Ns ist entgegengesetzt zu einer Wicklungsrichtung der Sekundärspule Ns des Wandlers 1A gemäß der ersten Ausführungsform. Die Wicklungsrichtungen der Primärspulen Np1, Np2 und der Sekundärspule Ns sind in dem Wandler 1F dieselben. Ferner befinden sich auf der Seite der Sekundärspule Ns das zweite Gleichrichterelement D2, ein drittes Gleichrichterelement D3, eine Induktivität Ls und der Kondensator C2.
Als Nächstes fließt während des EIN-Zeitraums Ton des Schaltelements Q1, da das zweite Gleichrichterelement D2 in einer Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, der elektrische Strom Is auf der Sekundärseite des Transformators T1. Während dieses Zeitraums wird der Ausgangsklemme Vout über die Sekundärspule Ns Energie zugeführt. Ferner wird während des AUS-Zeitraums Toff des Schaltelements Q1, da das zweite Gleichrichterelement D2 in einer Rückwärtsrichtung vorgespannt ist, Energie, welche in dem Kondensator C2 und der Induktivität Ls gespeichert ist, der Ausgangsklemme Vout zugeführt.
Der Wandler 1F gemäß der sechsten Ausführungsform kann ebenso gut wie der Wandler 1A gemäß der ersten Ausführungsform ein Schaltelement genau steuern. Gleichzeitig kann der Wandler 1F miniaturisiert werden, und die Herstellungskosten des Wandlers 1F können gesenkt werden.
Ferner kann die Sekundärseite der Konfiguration des Wandlers 1F gemäß der sechsten Ausführungsform, welche dem Durchflusswandler entspricht, auf die zweite bis fünfte Ausführungsform angewendet werden, wie oben erläutert. Infolgedessen kann bei der zweiten bis fünften Ausführungsform ein entsprechender Durchflusswandler konfiguriert werden. Wenn die vorliegende Ausführungsform auf einen Sperrwandler angewendet wird, bei welchem ein Betrieb mit niedriger Leistung durchgeführt wird, kann eine noch stärkere Erhöhung des Wirkungsgrades erzielt werden. Jedoch kann sogar mit dem Durchflusswandler, der wie oben erläutert konfiguriert ist, eine ebenso gute Miniaturisierung des Wandlers und Senkung der Herstellungskosten erreicht werden, wie mit den Sperrwandlern gemäß der zweiten bis fünften Ausführungsform.
Siebente Ausführungsform
11 ist ein Schaltplan, welcher einen Wandler gemäß einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei dem Wandler 1G gemäß der siebenten Ausführungsform ist die Primärspule Np in eine erste Primärspule (Np1), eine zweite Primärspule (Np2) und eine dritte Primärspule (Np3) aufgeteilt. Dies ist der Hauptunterschied zwischen dem Wandler 1G gemäß der siebenten Ausführungsform und dem Wandler 1C gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der in 11 dargestellte Wandler 1G ist zusätzlich zu der Konfiguration des Wandlers 1C gemäß der dritten Ausführungsform mit der dritten Primärspule (Np3) und einer Schaltung zur Einschaltstromverhinderung ICL versehen. Insbesondere ist die Spule Np1 des Wandlers 1C gemäß der dritten Ausführungsform ferner in die erste Primärspule Np1 und die dritte Primärspule Np3 aufgeteilt. Ein viertes Gleichrichterelement D4 ist mit einem Knoten verbunden, der die erste Primärspule Np1 und die dritte Primärspule Np3 verbindet. Die Schaltung zur Einschaltstromverhinderung ICL ist mit einem Widerstand R1 (einem zweiten Widerstand), einem Schaltelement K1 (einem zweiten Schaltelement) und einer Treiberschaltung drc konfiguriert. Insbesondere ist der Widerstand R1 mit der Primärspule Np in Reihe geschaltet. Das Schaltelement K1 ist zu dem Widerstand R1 parallel geschaltet. Die Treiberschaltung drc steuert das Schaltelement K1 an. Die Treiberschaltung drc ist mit der dritten Primärspule Np3 über das vierte Gleichrichterelement D4 verbunden. Das Schaltelement K1 kann zum Beispiel ein Relais, ein FET, ein Transistor, ein Thyristor oder ein Triac sein.
Im Folgenden wird eine Funktionsweise der Schaltung zur Einschaltstromverhinderung ICL erläutert.
Zuerst wird ein Eingangskondensator C1 über den Widerstand R1 geladen. Nachdem der Kondensator C1 vollständig geladen ist, tritt das erste Schaltelement Q1 in Funktion.
Wenn das erste Schaltelement Q1 eingeschaltet wird, fließt ein elektrischer Strom in den Primärspulen (Np3, Np1, Np2). Während dieses ersten EIN-Zeitraums Ton fließt der elektrische Strom auch in dem Widerstand R1, da eine Initialisierung des Schaltelements K1 AUS ist.
Als Nächstes wird, wenn das erste Schaltelement Q1 ausgeschaltet wird, das vierte Gleichrichterelement D4 in einer Vorwärtsrichtung vorgespannt. Infolgedessen wird, da der elektrische Strom in dem vierten Gleichrichterelement D4 fließt, das Schaltelement K1 von der Treiberschaltung drc angesteuert, so dass es eingeschaltet wird. Während dieses AUS-Zeitraums Toff des ersten Schaltelements Q1 hält die Treiberschaltung drc Energie zum Ansteuern des Schaltelements K1 vor. Zum Beispiel kann die Treiberschaltung drc einen Kondensator (nicht dargestellt) enthalten, welcher durch den elektrischen Strom geladen wird, der in dem vierten Gleichrichterelement D4 fließt.
Als Nächstes wird, wenn das Schaltelement Q1 wieder eingeschaltet wird, das Schaltelement K1 in einem EIN-Zustand gehalten, entsprechend der oben beschriebenen Situation.
In der oben erläuterten Schaltung zur Einschaltstromverhinderung ICL schaltet, wenn der Betrieb des ersten Schaltelements Q1 gestoppt wird, die Treiberschaltung drc das Schaltelement K1 zu dem Zeitpunkt AUS, zu dem die von der Treiberschaltung drc vorgehaltene Energie vollständig verbraucht ist.
Daher ist, wenn der Strom das nächste Mal eingeschaltet wird, das Schaltelement K1 so eingestellt, dass es sich in einem AUS-Zustand befindet, so dass ein elektrischer Strom in dem Widerstand R1 fließt. Infolgedessen kann eine Beschädigung eines elektrischen Elements durch einen Einschaltstrom zum Zeitpunkt der Einschaltung des Stroms verhindert werden.
Der Wandler 1G gemäß der siebenten Ausführungsform kann ebenso gut wie der Wandler 1C gemäß der dritten Ausführungsform ein Schaltelement genau steuern. Gleichzeitig kann der Wandler 1G miniaturisiert werden, und die Herstellungskosten können gesenkt werden. Ferner können, da der Wandler 1G den Einschaltstrom zum Zeitpunkt der Einschaltung des Stroms verringern kann, eine Fehlauslösung eines Leistungsschalters seitens eines Clients und eine Beschädigung des elektrischen Elements durch den Einschaltstrom zum Zeitpunkt der Einschaltung des Stroms verhindert werden.

Claims

Wandler, aufweisend: einen Transformator, welcher eine Primärspule (Np) und eine Sekundärspule (Ns) aufweist; ein erstes Schaltelement (Q1), welches mit der Primärspule in Reihe geschaltet ist; eine Steuerschaltung (Ic), welche das erste Schaltelement steuert; und ein erstes Gleichrichterelement (D1), welches die Steuerschaltung (Ic) mit elektrischer Energie versorgt, wobei ein Massepotential der Steuerschaltung (Ic) und das erste Gleichrichterelement (D1) an verschiedenen Punkten mit der Primärspule verbunden sind.
Wandler nach Anspruch 1, wobei das erste Gleichrichterelement (D1) mit der Primärspule verbunden ist, so dass ein elektrischer Strom in dem ersten Gleichrichterelement (D1) fließt, wenn das erste Schaltelement ausgeschaltet ist.
Wandler nach Anspruch 1, wobei der Wandler ein Sperrwandler oder ein Durchflusswandler ist.
Wandler nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Kondensator (Cnp2), welcher zwischen eine Stromversorgungsklemme (VCC) und das Massepotential der Steuerschaltung (Ic) geschaltet ist.
Wandler nach Anspruch 1, wobei die Primärspule in mehrere Spulen aufgeteilt ist.
Wandler nach Anspruch 1, wobei die Primärspule zwischen eine Stromversorgungsklemme (VCC) und das Massepotential der Steuerschaltung (Ic) geschaltet ist.
Wandler nach einem der Ansprüche 1–5, wobei das Massepotential der Steuerschaltung (Ic) entweder: direkt mit dem ersten Schaltelement (Q1) verbunden ist, oder mit dem ersten Schaltelement (Q1) über einen ersten Widerstand (Rsense) verbunden ist.
Wandler nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die Primärspule in eine erste Primärspule (Np1) und eine zweite Primärspule (Np2) aufgeteilt ist, und das erste Schaltelement (Q1) zwischen der ersten Primärspule (Np1) und der zweiten Primärspule (Np2) vorgesehen ist.
Wandler nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die Primärspule in eine erste Primärspule (Np1) und eine zweite Primärspule (Np2) aufgeteilt ist, und das erste Schaltelement (Q1), die zweite Primärspule (Np2) und die erste Primärspule (Np1) in dieser Reihenfolge verbunden sind.
Wandler nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Primärspule in eine erste Primärspule (Np1), eine zweite Primärspule (Np2) und eine dritte Primärspule (Np3) aufgeteilt ist, ein zweiter Widerstand (R1) mit der Primärspule in Reihe geschaltet ist, ein zweites Schaltelement (K1) zu dem zweiten Widerstand (R1) parallelgeschaltet ist, und die dritte Primärspule (Np3) mit einer Treiberschaltung (drc), welche das zweite Schaltelement (K1) ansteuert, über ein Gleichrichterelement (D4) verbunden ist, welches von dem ersten Gleichrichterelement verschieden ist.