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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Gleichspannungswandler und im Speziellen auf einen stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandler, der eine Gleichstromenergie in eine andere Gleichstromenergie wandelt.
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Ein Fahrzeug oder eine Transportmaschine (die hierin nachstehend kollektiv als Fahrzeug bezeichnet werden), das/die zum Antrieb des Fahrzeugs zusätzlich zu einer Brennkraftmaschine mit einem Elektromotor ausgerüstet ist, wie etwa ein Hybridkraftfahrzeug, ein Steckdosenhybridfahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein Hybridelektrofahrzeug, wurde schon realisiert. Es wurde neulich ein Steckdosenhybridfahrzeug vorgeschlagen, dessen Batterie durch eine Systemenergieversorgung wie etwa eine Haushaltsenergieversorgung aufgeladen werden kann.
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Ein derartiges Fahrzeug ist mit einem Traktions- bzw. Fahrmotor ausgerüstet, der mit einer hohen Spannung arbeitet. Eine Gleichspannung einer Batterie zum Antrieb des Fahrzeugs wird durch einen Gleichspannungswandler auf eine andere Gleichspannung erhöht bzw. verstärkt, die hoch genug ist, um den Traktions- bzw. Fahrmotor anzutreiben. So wird der Traktions- bzw. Fahrmotor mit der erhöhten bzw. verstärkten Gleichspannung betrieben. Während das Fahrzeug abgebremst wird, dient der Traktions- bzw. Fahrmotor als Generator. Die Spannung der elektrischen Energie, die auf diese Weise durch den Motor erzeugt wird, wird auf eine Batteriespannung gewandelt, die zum Antrieb des Fahrzeugs geeignet ist, und die Energie mit einer solchen gewandelten Spannung wird zum Aufladen der Batterie verwendet.
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Der Gleichspannungswandler, der eine Gleichstromenergie in eine andere Gleichstromenergie wandelt, wird auch für ein Solarenergiesystem, verschiedene elektronische Vorrichtungen und Geräte wie etwa ein Fernsehgerät und ein Ladegerät für ein Mobiltelefon oder einen Computer verwendet.
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Bei Gleichspannungswandlern ist ein stromgespeister Vollbrücke-Gleichspannungswandler bekannt. Der stromgespeiste Vollbrücke-Gleichspannungswandler ist so konfiguriert, dass Eingänge einer Inverter- bzw. Wechselrichterschaltung mit Ausgängen einer Gleichspannungsschaltung verbunden sind, die in Reihe zu einem gespulten Induktor bzw. einer Drosselspule geschaltet ist, der/die als eine stationäre Induktionsvorrichtung mit Induktionseffekt dient. Ausgänge der Inverter- bzw. Wechselrichterschaltung sind mit der Primärspule eines Transformators verbunden. Die Sekundärspule des Transformators ist mit einer Gleichrichterschaltung verbunden, so dass Gleichstromenergie erzeugt wird.
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Der stromgespeiste Vollbrücke-Gleichspannungswandler ist dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsstrom eine kontinuierliche Gleichstromverlaufsform mit Welligkeit aufweist und die Eingangsstromverlaufsform mit einer einfachen Wandlerschaltung in eine sinusförmige Gleichstromverlaufsform mit gutem Leistungsfaktor und ohne Verzerrung bzw. Störung gleichgerichtet werden kann.
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Bei dem Gleichspannungswandler wird eine Energie- bzw. Leistungswandlung erzielt, indem die Schaltelemente wie etwa MOSFET (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor) oder IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) wiederholt schnell ein- und ausgeschaltet werden. Während des Schaltvorgangs wird der in dem Gleichspannungswandler fließende Strom schnell verändert, so dass infolge der parasitären Induktivität und Kapazität des Gleichspannungswandlers eine Überspannung (oder Stoßspannung) auftritt.
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Bei dem stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandler ist die Gleichstromschaltung, die die Spannungsschaltung und den Induktor umfasst, über die Schaltelemente der Inverterschaltung mit dem Transformator verbunden. In dem Stromweg, in dem der Transformator verbunden ist, liegt eine Streu- bzw. Leckinduktivität des Transformators vor, und außerdem weisen die Schaltelemente der Inverterschaltung eine parasitäre Kapazität auf. Während des Betriebs des stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers wird Energie von dem von der Stromquellenschaltung fließenden Strom in dem Induktor und der Streu- bzw. Leckinduktivität angesammelt. Falls die Schaltelemente der Inverterschaltung schnell ausgeschaltet werden, wenn der stromgespeiste Vollbrücke-Gleichspannungswandler z.B. zum Zweck seines Schutzes abgeschaltet werden muss, wird die Energie in dem Induktor und der Streu- bzw. Leckinduktivität angesammelt, aber kann sie nirgendwo hin, so dass eine Tendenz besteht, dass die parasitäre Kapazität der Schaltelemente des Inverters bzw. Wechselrichters schnell aufgeladen wird, mit dem Ergebnis, dass eine Überspannung an den Schaltelementen erzeugt wird. Falls die Überspannung die Stehspannung bzw. Spannungsfestigkeit der Schaltelemente überschreitet, können die Schaltelemente beschädigt werden. Um die Schaltelemente vor einer solchen Beschädigung zu schützen, müssen geeignete Maßnahmen getroffen werden.
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Um zu verhindern, dass die Schaltelemente eines stromgespeisten Vollbrücke- Gleichspannungswandlers durch Überspannung beschädigt werden, die in dem stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandler erzeugt wird, offenbart die
japanische Patentanmeldung mit Offenlegungsnummer 2002-272135 einen stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandler, mit dem eine Beschaltung bzw. Dämpferschaltung zum Unterdrücken einer Überspannung verbunden ist, die auftritt, wenn jedes Schaltelement ausgeschaltet wird.
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Dieser stromgespeister Vollbrücke-Gleichspannungswandler ist jedoch dahingehend nachteilig, dass die Anzahl von Teilen erhöht ist, wodurch erhöhte Kosten und auch ein erhöhter Schaltungsverlust während des Normalbetriebs des stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers herbeigeführt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, einen stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandler bereitzustellen, der einen einfachen Aufbau aufweist und verhindert, dass der stromgespeiste Vollbrücke-Gleichspannungswandler beim Abschalten des stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers eine Überspannung erzeugt.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein stromgespeister Vollbrücke-Gleichspannungswandler umfasst eine Stromquellenschaltung, die eine Gleichspannungsquellenschaltung und eine mit der Gleichspannungsquellenschaltung in Reihe geschalteten Induktor umfasst, eine Inverterschaltung, die Schaltelemente, Eingangsanschlüsse und Ausgangsanschlüsse umfasst, wobei Ausgänge der Stromquellenschaltung mit den Eingangsanschlüssen verbunden sind, einen Transformator mit einer Primärspule, die mit den Ausgangsanschlüssen verbunden ist, und einer Sekundärspule, und eine Gleichrichterschaltung, die mit der Sekundärspule verbunden ist, und über die der stromgespeister Vollbrücke-Gleichspannungswandler eine Gleichstromausgabe erzeugt. Der stromgespeiste Vollbrücke-Gleichspannungswandler umfasst ferner einen Kondensator, der mit dem Ausgangsanschluss und der Primärspule in Reihe geschaltet ist, und eine Steuereinheit, die Ein/Aus-Schaltvorgänge der Schaltelemente so steuert, dass beim Abschalten des stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers ein Strom von der Stromquellenschaltung über die Primärspule und den Kondensator fließen kann.
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Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlich, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird, wobei diese die Prinzipien der Erfindung beispielhaft veranschaulicht.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, die als neu erachtet werden, sind insbesondere in den beigefügten Patentansprüchen dargelegt. Die Erfindung samt ihren Aufgaben und Vorteilen kann durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiele samt den begleitenden Zeichnungen am Besten verstehen werden.
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1 ist ein Schaltbild eines stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb des stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers gemäß 1 veranschaulicht;
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3A und 3B sind schematische Schaltbilder, die Modus 1 und Modus 2 während des Normalbetriebs des stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers gemäß 1 veranschaulichen;
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4A und 4B sind schematische Schaltbilder, die Modus 3 und Modus 4 während des Normalbetriebs des stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers gemäß 1 veranschaulichen;
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5 ist ein schematisches Schaltbild, das ein Problem veranschaulicht, das auftritt, wenn der stromgespeister Vollbrücke-Gleichspannungswandler gemäß 1 abgeschaltet wird; und
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6A und 6B sind schematische Schaltbilder, die den Betrieb des stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers gemäß 1 veranschaulichen, wenn der stromgespeiste Vollbrücke-Gleichspannungswandler abgeschaltet wird.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Im Folgenden wird der stromgespeister Vollbrückenwandler bzw. Vollbrücke-Gleichspannungs- bzw. Gleichstromwandler gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Der stromgespeiste Vollbrückenwandler bzw. Vollbrücke-Gleichspannungs- bzw. Gleichstromwandler gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 1 allgemein gezeigt.
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Bezug nehmend auf 1 umfasst der stromgespeiste Vollbrücke-Gleichspannungswandler eine Stromquellenschaltung 100. Die Stromquellenschaltung 100 umfasst eine Gleichspannungsquellenschaltung 102 und einen Induktor bzw. eine Drosselspule L, der/die mit der Spannungsquellenschaltung 102 in Reihe geschaltet ist. Der Induktor bzw. die Drosselspule L ist eine gespulte stationäre Induktionsvorrichtung mit einem Induktionseffekt.
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Der stromgespeiste Vollbrücke-Gleichspannungswandler umfasst ferner eine Inverter- bzw. Wechselrichterschaltung mit Schaltelementen S1, S2, S3 und S4, eine Steuereinheit 101, einen Transformator 103 mit einer Primärspule und einer Sekundärspule, einen Kondensator 104, eine Vielzahl von Steuerleitungen 106, Eingangsanschlüsse bzw. -klemmen 107, 108 und Ausgangsanschlüsse bzw. -klemmen 109, 110. Die Eingangsanschlüsse bzw. -klemmen 107, 108 der Inverterschaltung sind mit Ausgängen der Stromquellenschaltung 100 verbunden. Die Ausgangsanschlüsse bzw. -klemmen 109 und 110 der Inverterschaltung sind mit der Primärspule des Transformators 103 verbunden. In der Inverterschaltung sind die einen oder erste Anschlüsse der Schaltelemente S1 und S3 mit dem Eingangsanschluss 107 verbunden und sind die einen oder erste Anschlüsse der Schaltelemente S2 und S4 mit dem Eingangsanschluss 108 verbunden. Die anderen oder zweite Anschlüsse der Schaltelemente S1 und S4 sind mit dem Ausgangsanschluss 109 verbunden und die anderen oder zweite Anschlüsse der Schaltelemente S2 und S3 sind mit dem Ausgangsanschluss 110 verbunden. Die Schaltelemente S1 bis S4 sind durch MOSFETs oder IGBTs ausgebildet.
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Der Kondensator 104 ist zwischen der Primärspule des Transformators 103 und dem Ausgangsanschluss 109 verbunden und mit diesen in Reihe geschaltet. Der Kondensator 104 verdoppelt sich (hinsichtlich seiner Wirkung) auch dahingehend, dazu zu dienen, die Vormagnetisierung zu verhindern, die durch die Erregungsinduktivität des Transformators 103 erzeugt wird.
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Die Sekundärspule des Transformators 103 ist an ihre Mitte mit Erde bzw. Masse G verbunden und ist an ihren gegenüberliegenden Enden, als externer Ausgang, mit einer Last 105 über Gleichrichterdioden D1 und D2 verbunden, die als die Gleichrichterschaltung der vorliegenden Erfindung dienen. Die Last 105 kann z.B. ein Antriebsmotor oder eine Batterie sein.
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Die Steuereinheit 101 kann z.B. durch einen Mikrocomputer bereitgestellt sein, der einen Speicher, der ein Steuerprogramm speichert, und einen Prozessor, der das Steuerprogramm ausführt, wie es nachstehend beschrieben wird, umfasst. Während des Normalbetriebs des stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers steuert die Steuereinheit 101 den Ein/Aus-Schaltvorgang der Schaltelemente S1 bis S4, die den Inverter bzw. Wechselrichter bilden, mit einer Zeitsteuerung, die einem von vier Modi 1 bis 4 entspricht, wie es nachstehend beschrieben wird. Dadurch arbeitet die in 1 gezeigte Schaltung als Gleichstrom- bzw. Gleichspannungswandler. Wenn der stromgespeiste Vollbrücke-Gleichspannungswandler z.B. zum Zweck seines Schutzes abgeschaltet wird, steuert die Steuereinheit 101 die Ein/Aus-Schaltvorgänge der Schaltelemente S1 bis S4 über die jeweiligen Steuerleitungen 106, so dass ein Strom von der Stromquellenschaltung 100 über die Primärspule des Transformators 103 und den Kondensator 104 fließen kann. Im Speziellen schaltet die Steuereinheit 101 die Schaltelemente S1 und S2 aus und die Schaltelemente S3 und S4 ein, wenn der stromgespeiste Vollbrücke-Gleichspannungswandler zu seinem Schutz abgeschaltet wird.
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Dabei bewirkt die Steuereinheit 101, dass ein Strom infolge der Energie, die während des Normalbetriebs des stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers in dem Induktor L und der Streu- bzw. Leckinduktivität des Transformators 103 gespeichert ist, durch einen Weg fließt, der aus dem Schaltelement S3, der Primärspule des Transformators 103, dem Kondensator 104 und dem Schaltelement S4 gebildet wird. Als Folge hiervon wird über dem Kondensator 104 eine Spannungspotentialdifferenz erzeugt, die eine Erhöhung der Überspannung VB zwischen den Eingangsanschlüssen 107, 108 begrenzt, die mit der Stromquellenschaltung 100 verbunden sind. Daher werden die Schaltelemente S1 bis S4 gegen Beschädigung geschützt, die auftreten kann, wenn der Betrieb des stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers angehalten wird.
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In diesem Fall dient der Kondensator 104, der zwischen der Primärspule des Transformators 103 und dem Ausgangsanschluss 109 bereitgestellt ist und mit diesen in Reihe geschaltet ist, auch dazu, den Transformator 103 vor einer Vormagnetisierung zu bewahren, die in der in 1 gezeigten Schaltung erzeugt wird. Die Vormagnetisierung kann auftreten, wenn bei einer Steuerung der Schaltelemente S1 bis S4 der Inverterschaltung durch die Steuereinheit 101 aus irgendeinem Grund Erregungsstrom infolge der parasitären Erregungsinduktivität des Transformators 103 mit einer Zeitverzögerung zwischen den Schaltelementen S1 bis S4 erzeugt wird. Wenn eine Gleichstromkomponente in positiver Richtung in der Primärspule des Transformators 103 erzeugt wird, wird eine Gleichspannungskomponente in positiver Richtung in dem Kondensator 104 infolge der Bereitstellung des Kondensators 104 erzeugt, so dass die Spannung zwischen den gegenüberliegenden Enden der Primärspule verringert wird und die Entwicklung der Vormagnetisierung verhindert wird. Die Erzeugung einer Überspannung (einer Stoßspannung) kann durch den stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandler gemäß dem Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines einfachen Aufbaus verhindert werden, wobei der Kondensator 104 als ein Antivormagnetisierungsschutz dient, um zu verhindern, dass bei einer Steuerung des Ein/Aus-Schaltvorgangs der Schaltelemente S1 bis S4 beim Abschalten des stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers eine Überspannung erzeugt wird.
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2 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb des stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers gemäß dem Ausführungsbeispiel veranschaulicht, und 3A, 3B und 4A, 4B sind schematische Schaltbilder, die Modus 1 und Modus 2 sowie Modus 3 und Modus 4 während des Normalbetriebs des stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers gemäß dem Ausführungsbeispiel veranschaulichen. Um der Einfachheit willen ist die in 1 gezeigte Steuereinheit 101 in 3A, 3B und 4A, 4B weggelassen. Die Schaltelemente S1, S2, S3 und S4 werden hierin nachstehend einfach als S1, S2, S3 und S4 bezeichnet.
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Bezug nehmend auf 2 bezeichnet Ts in dem Zeitdiagramm einen Betriebszyklus der Schaltelemente S1 bis S4 (wobei S1, S2, S3, S4 in 2(a), (b), (c), (d) entsprechen). Die Zeitdauer, wenn sich jedes der Schaltelemente S1 bis S4 in einem Ein-Zustand oder einem Aus-Zustand befindet, ist Ts/2.
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Bezug nehmend auf 1 und 2 werden S1 und S3, die mit dem Eingangsanschluss 107 verbunden sind, der zu dem Induktor L benachbart ist, so gesteuert, dass sie in entgegengesetzten Phasen ein- und ausgeschaltet werden. Im Speziellen ist S3 aus (wobei der Signalpegel gemäß 2(b) niedrig ist), während S1 ein ist (wobei der Signalpegel gemäß 2(a) hoch ist), und umgekehrt. Gleichermaßen werden S2 und S4, die mit dem Eingangsanschluss 108 auf der gegenüber liegenden Seite des Induktors L als der Eingangsanschluss 107 verbunden sind, so gesteuert, dass sie in entgegengesetzten Phasen ein- und ausgeschaltet werden. Im Speziellen ist S4 aus (wobei der Signalpegel gemäß 2(d) niedrig ist), während S2 ein ist (wobei der Signalpegel gemäß 2(c) hoch ist), und umgekehrt.
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Wie es in 2 gezeigt ist, werden die Signale von S1 und S3 und die Signale von S2 und S4 durch die Steuereinheit 101 um Phase Φ phasenverschoben und wird die Ausgangsspannung Vo der Last 105 durch die Phase Φ bestimmt.
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Bezug nehmend auf das Zeitdiagramm gemäß 2 sind in der Periode 201 S1 und S4 ein und S2 und S3 aus. Diese Periode 201 wird hierin nachstehend als der Modus 1 bezeichnet. Bezug nehmend auf das schematische Schaltbild gemäß 3A, das den Modus 1 veranschaulicht, fließt Strom IL, der auf der positiven Seite der Spannungsquellenschaltung 102 erzeugt wird, über den Induktor L, S1 und S4 in dieser Reihenfolge auf die negative Seite von dieser, wie es in 3A durch den gestrichelten Pfeil 301 angedeutet ist. In der Periode 201 wird, wenn S1 und S4 beide ein sind, die Spannung VB zwischen den Eingangsanschlüssen 107, 108, mit denen die Stromquellenschaltung 100 verbunden ist, zu Null, wie es in 2(e) gezeigt ist. Der durch den Induktor L fließende Strom IL nimmt durch das Anlegen einer Eingangsspannung Vi linear zu, wie es in 2(f) gezeigt ist, so dass Energie in dem Induktor L angesammelt wird. Somit dient der Modus 1 als der Energieansammlungsmodus.
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Bezug nehmend auf das Zeitdiagramm gemäß 2 sind in der Periode 202 S1 und S2 ein und S3 und S4 aus. Die Periode 202 wird hierin nachstehend als der Modus 2 bezeichnet. Bezug nehmend auf das schematische Schaltbild gemäß 3B, das den Modus 2 veranschaulicht, fließt die Energie, die in Modus 1 in dem Induktor L angesammelt worden ist, über S1, den Kondensator 104 und die Primärspule des Transformators 103 in dieser Reihenfolge, und kehrt sie zu der negativen Seite der Spannungsquellenschaltung 102 zurück, wie es in 3B durch den gestrichelten Pfeil 302 angedeutet ist. Während der Periode 202 wird die in dem Induktor L angesammelte Energie von der Primärspule des Transformators 103 an die Sekundärspule von diesem übertragen. Als Folge hiervon fließt ein Strom von der Erde bzw. Masse G der Sekundärspule des Transformators 103 über die Gleichrichterdiode D2 an die Last 105, so dass ein Spannung Vo an der Last 105 erzeugt wird. In der Periode 202 wird, wenn S1 und S2 beide ein sind, die Spannung VB zwischen den Eingangsanschlüssen 107, 108, mit denen die Stromquellenschaltung 100 verbunden ist, durch die Induktivität des Kondensators 104 und der Primärspule des Transformators 103 zu einer vorbestimmten Hochspannung, wie es in 2(e) gezeigt ist. Der durch den Induktor L fließende Strom IL nimmt linear ab, wie es in 2(f) gezeigt ist. Energie wird von dem Induktor L abgegeben und an die Sekundärspule des Transformators 103 übertragen. Der Modus 2 dient als der Energieübertragungsmodus.
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Bezug nehmend auf das Zeitdiagramm gemäß 2 sind in der Periode 203 S1 und S4 aus und S2 und S3 ein. Die Periode 203 wird hierin nachstehend als der Modus 3 bezeichnet. Die Ein/Aus-Zustände der Schaltelemente S1 bis S4 in dem Modus 3 sind entgegengesetzt zu denjenigen in dem Modus 1. Bezug nehmend auf das schematische Schaltbild gemäß 4A, das den Modus 3 veranschaulicht, fließt der Strom IL, der auf der positiven Seite der Spannungsquellenschaltung 102 erzeugt wird, über den Induktor L, S3 und S2 in dieser Reihenfolge auf die negative Seite von dieser, wie es in 4A in durch den gestrichelten Pfeil 401 angedeutet ist. In der Periode 203 wird, wenn S2 und S3 beide ein sind, die Spannung VB zwischen den Eingangsanschlüssen 107, 108, mit denen die Stromquellenschaltung 100 verbunden ist, zu Null, wie es in 2(e) gezeigt ist. Der durch den Induktor L fließende Strom IL nimmt durch das Anlegen der Eingangsspannung Vi linear zu, wie es in 2(f) gezeigt ist, so dass Energie in dem Induktor L angesammelt wird. Wie der Modus 1 dient der Modus 3 als der Energieansammlungsmodus.
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Bezug nehmend auf das Ablaufdiagramm gemäß 2 sind in der Periode 204 S3 und S4 ein und S1 und S2 aus. Die Periode 204 wird hierin nachstehend als der Modus 4 bezeichnet. Die Ein/Aus-Zustände der Schaltelemente S1 bis S4 in dem Modus 4 sind entgegengesetzt zu denjenigen in dem Modus 2. Bezug nehmend auf das schematische Schaltbild gemäß 4B, das den Modus 4 veranschaulicht, fließt die Energie, die in dem Induktor L in dem Modus 3 angesammelt worden ist, über S3, die Primärspule des Transformators 103 und den Kondensator 104 in dieser Reihenfolge, und kehrt sie zu den negativen Seite der Spannungsquellenschaltung 102 zurück, wie es in 4B durch den gestrichelten Pfeil 402 angedeutet ist. Während der Periode 204 wird die in dem Induktor L angesammelte Energie von der Primärspule des Transformators 103 an die Sekundärspule von diesem übertragen. Als Folge hiervon fließt ein Strom von der Erde bzw. Masse G der Sekundärspule des Transformators 103 über die Gleichrichterdiode D1 an die Last 105, so dass eine Ausgangsspannung Vo an der Last 105 erzeugt wird. In der Periode 204 wird, wenn S3 und S4 beide ein sind, die Spannung VB zwischen den Eingangsanschlüssen 107, 108, mit denen die Stromquellenschaltung 100 verbunden ist, durch die Induktivität des Kondensators 104 und der Primärspule des Transformators 103 zu einer vorbestimmten Hochspannung, wie es in 2(e) gezeigt ist. Der durch den Induktor L fließende Strom IL nimmt linear ab, wie es in 2(f) gezeigt ist. Energie wird von dem Induktor L abgegeben und an die Sekundärspule des Transformators 103 übertragen. Wie der Modus 2 dient der Modus 4 als der Energieübertragungsmodus.
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Eine Gleichstrom- bzw. Gleichspannungswandlung wird durch den Betrieb in den Modi 1 bis 4 des in 1 gezeigten stromgespeisten Vollbrücke-Gleichstrom- bzw. Gleichspannungswandlers erzielt, wie er unter Bezugnahme auf 2, 3A, 3B und 4A und 4B beschrieben ist.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 5 und 6A, 6B ein Fall beschrieben, in dem der in 1 gezeigte stromgespeiste Vollbrücke-Gleichspannungswandler z.B. zum Zweck seines Schutzes abgeschaltet werden muss. 5 ist ein schematisches Schaltbild, das ein Problem veranschaulicht, das auftritt, wenn der stromgespeiste Vollbrücke-Gleichspannungswandler abgeschaltet werden muss. In der Schaltung des in 1 gezeigten stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers liegt eine Streu- bzw. Leckinduktivität in dem Stromweg, in dem der Transformator 103 verbunden ist, und weist jedes der Schaltelemente S1 bis S4 eine parasitäre Kapazität auf. Während des Betriebs in dem Energieansammlungsmodus, d.h. Modi 1 und 3, wird Energie in dem Induktor L und der Streu- bzw. Leckinduktivität durch den Strom angesammelt, der von der Stromquellenschaltung 100 aus fließt. In einigen Fällen muss der stromgespeiste Vollbrücke-Gleichspannungswandler z.B. zu dessen Schutz abgeschaltet werden, wie es in 5 durch Pfeil 501 angedeutet ist. Falls S1, S2, S3 und S4 in einem solchen Fall schnell ausgeschaltet werden, kann die Energie in dem Induktor L und der Streu- bzw. Leckinduktivität nirgendwo hin, sondern wird sie zum schnellen Aufladen der jeweiligen parasitären Kapazitäten von S1, S2, S3 und S4 verwendet, so dass an S1, S2, S3 und S4 eine Überspannung VB erzeugt wird. S1, S2, S3 und S4 können beschädigt werden, falls die Überspannung die Stehspannung bzw. Spannungsfestigkeit von S1, S2, S3 und S4 überschreitet.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 6A und 6B die Steuerung beschrieben, die durch die Steuereinheit 101 im Fall eines Abschaltens des vorstehend beschriebenen stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers durchgeführt wird. Falls die Steuereinheit 101 von außen ein Signal empfängt, das auf eine Abschaltung des stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers zu dessen Schutz hinweist, oder einen Zustand einer solchen Abschaltung erfasst, werden über die Steuerleitungen 106 S1 und S2 ausgeschaltet und S3 und S4 eingeschaltet, mit dem Ergebnis, dass die Energie, die in dem Induktor L und der Streu- bzw. Leckinduktivität des Transformators 103 in dem Modus 1 oder in dem Modus 3 während des Normalbetriebs des stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers angesammelt worden ist, das Fließen eines Stroms über S3, die Primärspule des Transformators 103, den Kondensator 104 und S4 in dieser Reihenfolge bewirkt. Wahlweise kann die Steuereinheit 101 über die Steuerleitungen 106 S1 und S2 einschalten und S3 und S4 ausschalten. In diesem Fall bewirkt die Energie, die in dem Induktor L und der Leckinduktivität des Transformators 103 in dem Modus 1 oder in dem Modus 3 während des Normalbetriebs des stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers angesammelt worden ist, das Fließen eines Stroms über S1, den Kondensator 104, die Primärspule des Transformators 103 und S2 in dieser Reihenfolge.
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Die Kapazität des Kondensators 104 wird geeigneter Maßen so gewählt, dass die über dem Kondensator 104 erzeugte Spannung Vc ausreichend hoch wird. Durch eine derartige Wahl wird, wenn ein Strom durch die Abgabe der Energie, die in dem Induktor L und der Leckinduktivität des Transformators 103 angesammelt ist, beim Abschalten des stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers über den Kondensator 104 fließt, eine Spannungspotentialdifferenz Vc erzeugt, die groß genug ist, um eine Erhöhung der Spannungspotentialdifferenz VB zwischen den Eingangsanschlüssen 107, 108 zu unterdrücken bzw. nieder zu halten, die mit der Stromquellenschaltung 100 verbunden sind. Daher kann der stromgespeiste Vollbrücke-Gleichspannungswandler gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Erhöhung der Überspannung beim Abschalten des stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers unterdrücken bzw. niederhalten und die Schaltelemente S1 bis S4 vor einer Beschädigung schützen.
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Wenn die Spannung über dem Kondensator 104 die Ausgangsspannung Vi der Spannungsquellenschaltung 102 erreicht, wird der vorgenannte Stromfluss beendet, mit dem Ergebnis, dass der Betrieb des stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers angehalten wird, wie es in 6B gezeigt ist.
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Der stromgespeiste Vollbrücke-Gleichspannungswandler gemäß dem Ausführungsbeispiel, bei dem beim Abschalten des stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers der Kondensator 104 angepasst ist, die Vormagnetisierung und auch die Überspannung zu verhindern, und die Steuereinheit 101 den Ein/Aus-Schaltvorgang der Schaltelemente S1 bis S4 auf geeignete Weise steuert, kann hinsichtlich seines Aufbaus einfach gemacht werden.
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Ein stromgespeister Vollbrücke-Gleichspannungswandler umfasst eine Stromquellenschaltung, die eine Gleichspannungsquellenschaltung und einen mit der Gleichspannungsquellenschaltung in Reihe geschalteten Induktor umfasst, eine Inverterschaltung, die Schaltelemente, Eingangsanschlüsse und Ausgangsanschlüsse umfasst, wobei Ausgänge der Stromquellenschaltung mit den Eingangsanschlüssen verbunden sind, einen Transformator mit einer Primärspule, die mit den Ausgangsanschlüssen verbunden ist, und einer Sekundärspule, und eine Gleichrichterschaltung, die mit der Sekundärspule verbunden ist, und über die der stromgespeiste Vollbrücke-Gleichspannungswandler eine Gleichstromausgabe erzeugt. Der stromgespeiste Vollbrücke-Gleichspannungswandler umfasst zusätzlich einen Kondensator, der mit dem Ausgangsanschluss und der Primärspule in Reihe geschaltet ist, und eine Steuereinheit, die Ein/Aus-Schaltvorgänge der Schaltelemente so steuert, dass beim Abschalten des stromgespeisten Vollbrücke-Gleichspannungswandlers ein Strom von der Stromquellenschaltung über die Primärspule und den Kondensator fließen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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