DE102016109808A1 - Schaltnetzteil - Google Patents

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Wataru Nakahori
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TDK Corp
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Abstract

Bereitgestellt ist ein Schaltnetzteil, umfassend ein Paar Eingangsanschlüsse, ein Paar Ausgangsanschlüsse, zwei Transformatoren, zwei Wechselrichterschaltungen, eine Gleichrichterglättungsschaltung, und einen Treiber. Die Gleichrichterglättungsschaltung umfasst acht Gleichrichtervorrichtungen, eine erste Drosselspule, eine zweite Drosselspule, und eine Kapazität. In der Gleichrichterglättungsschaltung sind zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen bereitgestellt, die jeweils einen ersten Arm und einen zweiten Arm umfassen. Der erste Arm und der zweite Arm weisen jeweils zwei der acht Gleichrichtervorrichtungen auf. Sekundärwicklungen der jeweiligen zwei Transformatoren sind jeweils an die entsprechende eine der zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen gekoppelt, um eine H-Brücken-Kopplung zu bilden. Die Kopplungsbeziehung des ersten Arms, des zweiten Arms, der ersten Drosselspule, der zweiten Drosselspule, und der Kapazität ist entsprechend definiert.

Description

  • QUERBEZUG ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
  • Die Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der japanischen Prioritätspatentanmeldung JP2015-119010 , eingereicht am 12. Juni 2015, deren gesamte Inhalte hier durch Bezugnahme einbezogen wird.
  • HINTERGRUND
  • Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil, das eine Spannungswandlung mithilfe einem oder mehreren Schaltelementen durchführt.
  • Als Beispiele für ein Schaltnetzteil wurden verschiedene DC-DC Wandler vorgeschlagen und in der Praxis verwendet (siehe beispielsweise die ungeprüfte US-Patentanmeldung 2009/0196072 und US Patent 8,780,585 ). Diese Art von DC-DC Wandler umfasst allgemein eine Wechselrichterschaltung, die Schaltelemente, einen Stromrichtertransformator (oder ein Transformatorelement) und eine Gleichrichterglättungsschaltung aufweist.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Bei einem Schaltnetzteil wie dem DC-DC-Wandler wird allgemein versucht, eine Verbesserung der Stromwandlungseffizienz zu erreichen.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Schaltnetzteil bereitzustellen, das eine Verbesserung der Stromwandlungseffizienz ermöglicht.
  • Ein Schaltnetzteil gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Paar Eingangsanschlüsse, ein Paar Ausgangsanschlüsse, zwei Transformatoren, zwei Wechselrichterschaltungen, eine Gleichrichterglättungsschaltung und einen Treiber. Das Paar Eingangsanschlüsse ist eingerichtet, eine Eingangsspannung aufzunehmen. Das Paar Ausgangsanschlüsse ist eingerichtet eine Ausgangsspannung auszugeben. Die zwei Transformatoren weisen jeweils eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung auf. Die beiden Wechselrichterschaltungen sind parallel zueinander angeordnet zwischen dem Paar Eingangsanschlüssen und den Primärwicklungen und jede weist eine oder mehrere Schaltelemente auf. Die Gleichrichterglättungsschaltung ist zwischen dem Paar von Ausgangsanschlüssen und den Sekundärwicklungen angeordnet und umfasst acht Gleichrichtervorrichtungen, eine erste Drosselspule, eine zweite Drosselspule, und eine Kapazität, die zwischen dem Paar von Ausgangsanschlüssen angeordnet ist. Der Treiber ist eingerichtet, eine Schaltersteuerung durchzuführen, die den Betrieb des einen oder der mehreren Schaltelemente der jeweiligen zwei Wechselrichterschaltungen steuert. In der Gleichrichterglättungsschaltung sind zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen angeordnet, die jeweils zwei Arme umfassen, wobei die zwei Arme jeweils zwei der acht Gleichrichtervorrichtungen aufweisen, die in Reihe zueinander in einer gleichen Richtung angeordnet sind. Die Sekundärwicklungen der jeweiligen zwei Transformatoren sind jeweils an die entsprechende der zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen gekoppelt, um eine H-Brücken-Kopplung bzw. Brückenschaltung an die entsprechende Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen der zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen zu bilden. Ein erster Verbindungspunkt ist mit einem ersten Ende der ersten Drosselspule gekoppelt und ein zweiter Verbindungspunkt ist mit einem ersten Ende der zweiten Drosselspule gekoppelt, wobei es sich bei dem ersten Verbindungspunkt um einen Verbindungspunkt handelt, der erste Enden von jeweiligen ersten Armen zusammenkoppelt, und der zweite Verbindungspunkt ein Verbindungspunkt ist, der erste Enden von jeweiligen zweiten Armen zusammenkoppelt, wobei die ersten Arme jeweils ein Arm sind, der einem der zwei Arme in jeder der zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen entspricht, und die zweiten Arme jeweils ein Arm sind, der einem anderen der zwei Arme in jeder der zwei Voll-Brücken-Gleichrichterschaltungen entspricht. Ein dritter Verbindungspunkt ist mit einem ersten Ende der Kapazität gekoppelt, wobei der dritte Verbindungspunkt ein Verbindungspunkt ist, der zweite Enden der jeweiligen ersten und zweiten Drosselspulen zusammenkoppelt. Ein vierter Verbindungspunkt und ein fünfter Verbindungspunkt sind an ein zweites Ende der Kapazität gekoppelt, wobei der vierte Verbindungspunkt ein Verbindungspunkt ist, der zweite Enden der jeweiligen ersten Arme in den jeweiligen zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen koppelt, und der fünfte Verbindungspunkt ein Verbindungspunkt ist, der zweite Enden der jeweiligen zweiten Arme in den jeweiligen zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen zusammenkoppelt.
  • Gemäß dem Schaltnetzteil der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, die Verbesserung der Stromwandlungseffizienz zu erzielen.
  • Es sei angemerkt, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die nachfolgende, detaillierte Beschreibung beispielhaft sind und weitere Erläuterungen zur Erfindung wie beansprucht bereitstellen sollen. Ebenso sind die Wirkungen der Erfindung nicht auf die obenstehenden Wirkungen beschränkt. Von der Erfindung erzielte Wirkungen können jene sein, die sich von den oben-beschriebenen Wirkungen unterscheiden oder sie können andere Wirkungen zusätzlich zu den oben beschriebenen Wirkungen umfassen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beigefügten Zeichnungen sind einbezogen, um ein weitergehendes Verständnis der Offenbarung bereitzustellen, und sind in diese Schrift aufgenommen und bilden einen Teil dieser Schrift. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen, zusammen mit dieser Schrift, dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
  • 1 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels einer Gesamtkonfiguration eines Schaltnetzteils gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • 2 zeigt ein Zeit-Wellenform-Schaubild eines Beispiels des Betriebs des in 1 veranschaulichten Schaltnetzteils.
  • 3 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels eines Betriebszustands des in 1 veranschaulichten Schaltnetzteils.
  • 4 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels eines Betriebszustands nach 3.
  • 5 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels eines Betriebszustands nach 4.
  • 6 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels eines Betriebszustands nach 5.
  • 7 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels eines Betriebszustands nach 6.
  • 8 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels eines Betriebszustands nach 7.
  • 9 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels eines Betriebszustands nach 8.
  • 10 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels eines Betriebszustands nach 9.
  • 11 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels einer Gesamtkonfiguration eines Schaltnetzteils gemäß einem Modifizierungsbeispiel 1.
  • 12 zeigt ein Zeit-Wellenform-Schaubild eines Beispiels des Betriebs des in 11 veranschaulichten Schaltnetzteils.
  • 13 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels einer Gesamtkonfiguration eines Schaltnetzteils gemäß einem Modifizierungsbeispiel 2.
  • 14 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels einer Gesamtkonfiguration eines Schaltnetzteils gemäß einem Modifizierungsbeispiel 3.
  • 15 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels einer Konfiguration einer Gleichrichterglättungsschaltung gemäß einem Modifizierungsbeispiel 4.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Nachfolgend werden einige beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung detailliert in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es sei angemerkt, dass die folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen auf Veranschaulichungsbeispiele der Erfindung gerichtet sind und die Erfindung nicht beschränken sollen. Die Beschreibung erfolgt in der folgenden Reihenfolge.
  • 1. Beispielhafte Ausführungsform (ein Beispiel, bei dem jede der Wechselrichterschaltungen eine Halbbrückenschaltung umfasst)
  • 2. Modifizierungsbeispiele
    • Modifizierungsbeispiel 1 (ein Beispiel, bei dem jede der Wechselrichterschaltungen eine Vollbrückenschaltung umfasst)
    • Modifizierungsbeispiel 2 (ein Beispiel, bei dem Kondensatoren, die eine vorgespannte Anregung verhindern können, innerhalb der Wechselrichterschaltungen angeordnet sind)
    • Modifizierungsbeispiel 3 (ein Beispiel, bei dem gleichrichtende Vorrichtungen, die als Sperrspannungsklammern dienen können, innerhalb der Wechselrichterschaltungen angeordnet sind)
    • Modifizierungsbeispiel 4 (ein weiteres Beispiel einer Konfiguration einer Gleichrichtungsglättungsschaltung).
  • 3. Andere Modifizierungsbeispiele
  • [1. Beispielhafte Ausführungsform]
  • [Konfiguration]
  • 1 veranschaulicht, in Form eines Schaltungsdiagramms, ein Beispiel einer Gesamtkonfiguration eines Schaltnetzteils (Schaltnetzteil 1) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Das Schaltnetzteil 1 kann als DC-DC-Wandler fungieren, der die Spannungswandlung einer Gleichstrom-Eingangsspannung Vin, die von einer Batterie 10 (einer ersten Batterie) bereitgestellt wird, in eine Gleichstrom-Ausgangsspannung Vout durchführt und die Gleichstrom-Ausgangsspannung Vout an eine nicht abgebildete zweite Batterie liefert, um eine Last 7 zu treiben. Hierbei kann die Spannungswandlung in dem Schaltnetzteil 1 entweder in Form von Aufwärtswandlung (Spannungsanstieg) oder Abwärtswandlung (Spannungsabfall) erfolgen. Es sei angemerkt, dass die Gleichstrom-Eingangsspannung Vin in einem spezifischen, jedoch nicht beschränkenden Beispiel einer „Eingangsspannung“ einer Ausführungsform der Erfindung entspricht, und dass die Gleichstrom-Ausgangsspannung Vout einem spezifischen, jedoch nicht beschränkenden Beispiel einer „Ausgangsspannung“ einer Ausführungsform der Erfindung entspricht.
  • Das Schaltnetzteil 1 kann zwei Eingangsanschlüsse T1 und T2, zwei Ausgangsanschlüsse T3 und T4, einen Eingangsglättungskondensator Cin, zwei Wechselrichterschaltungen 21 und 22, zwei Transformatoren 31 und 32, eine Gleichrichterglättungsschaltung 4, und eine Treiberschaltung 5 umfassen. Die Gleichstrom-Eingangsspannung Vin kann zwischen den Eingangsanschlüssen T1 und T2 eingebracht werden. Die Gleichstrom-Ausgangsspannung Vout kann von den Ausgangsanschlüssen T3 und T4 ausgegeben werden. Es sei angemerkt, dass die Eingangsanschlüsse T1 und T2 einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkenden Beispiel eines „Paars von Eingangsanschlüssen“ einer Ausführungsform der Erfindung entsprechen, und dass die Ausgangsanschlüsse T3 und T4 einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkenden Beispiel eines „Paars von Ausgangsanschlüssen“ einer Ausführungsform der Erfindung entsprechen.
  • Der Eingangsglättungskondensator Cin kann zwischen einer primären Hochspannungsleitung L1H und einer primären Niederspannungsleitung L1L angeordnet sein. Die primäre Hochspannungsleitung L1H kann an den Eingangsanschluss T1 gekoppelt sein, während die primäre Niederspannungsleitung L1L an den Eingangsanschluss T2 gekoppelt sein kann. In einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkenden Beispiel, kann ein erstes Ende des Eingangsglättungskondensators Cin mit der primären Hochspannungsleitung L1H gekoppelt sein, an einer Position zwischen den zwei Wechselrichterschaltungen 21 und 22, und mit dem Eingangsanschluss T1. Ein zweites Ende des Eingangsglättungskondensators Cin kann mit der primären Niederspannungsleitung L1L gekoppelt sein, an einer Position zwischen den zwei Wechselrichterschaltungen 21 und 22, und mit dem Eingangsanschluss T2. Der Eingangsglättungskondensator Cin kann ein Kondensator sein, der die Gleichstrom-Eingangsspannung Vin, die von den beiden Eingangsanschlüssen T1 und T2 bereitgestellt wird, glätten kann. Es sei angemerkt, dass in dem in 1 veranschaulichten Beispiel der Schaltungskonfiguration zwei Kondensatoren C51 und C52 innerhalb der später zu beschreibenden Wechselrichterschaltungen 21 und 22 ebenfalls als Eingangsglättungskondensator fungieren können. Folglich kann der Eingangsglättungskondensator Cin entfallen.
  • (Wechselrichterschaltungen 21 und 22)
  • Die Wechselrichterschaltungen 21 und 22 sind parallel zueinander zwischen den Eingangsanschlüssen T1 und T2 und Primärwicklungen 311 und 321 in den später zu beschreibenden, jeweiligen Transformatoren 31 und 32 angeordnet. Jede der Wechselrichterschaltungen 21 und 22 kann eine Halbbrückenschaltung, die zwei Schaltelemente aufweist, umfassen.
  • In einem spezifischen, jedoch nicht beschränkenden Beispiel kann die Wechselrichterschaltung 21 zwei Schaltelemente S1 und S2, Kondensatoren C1 und C2, Dioden D1 und D2, und zwei Kondensatoren C51 und C52 umfassen. Die Kondensatoren C1 und C2 und die Dioden D1 und D2 können jeweils parallel zu den Schaltelementen S1 und S2 geschaltet sein. Die Wechselrichterschaltung 22 kann zwei Schaltelemente S3 und S4 Kondensatoren C3 und C4, Dioden D3 und D4, die zwei Kondensatoren C51 und C52 und eine Resonanzspule bzw. einen Resonanzinduktor Lr umfassen. Das heißt, dass die Kondensatoren C51 und C52 Komponenten sein können, die sich die Wechselrichterschaltungen 21 und 22 teilen. Die Kondensatoren C3 und C4, und die Dioden D3 und D4 können jeweils parallel zu den Schaltelementen S3 und S4 geschaltet sein. Es sei angemerkt, dass die Dioden D1 bis D4 jeweils eine Kathode, die an der Seite der primären Hochspannungsleitung L1H angeordnet ist, und eine Anode, die an der Seite der primären Niederspannungsleitung L1L angeordnet ist, umfassen können. Mit anderen Worten können die Dioden D1 bis D4 einen rück-gekoppelten Zustand aufweisen.
  • In der Wechselrichterschaltung 21 können erste Enden der Schaltelemente S1 und S2, erste Enden der Kondensatoren C1 und C2, die Anode der Diode D1 und die Kathode der Diode D2 an einem Verbindungspunkt P1 gekoppelt sein. Erste Enden der Kondensatoren C51 und C52 können an einem Verbindungspunkt P3 gekoppelt sein. Ein zweites Ende des Schaltelements S1, ein zweites Ende des Kondensators C1, die Kathode der Diode D1, und ein zweites Ende des Kondensators C51 können an einem Verbindungspunkt P4 an der primären Hochspannungsleitung L1H gekoppelt sein. Ein zweites Ende des Schaltelements S2, ein zweites Ende des Kondensators C2, die Anode der Diode D2, und ein zweites Ende des Kondensators C52 können an einem Verbindungspunkt P5 an der primären Niederspannungsleitung L1L gekoppelt sein. Zwischen den Verbindungspunkten P1 und P3 kann die Primärwicklung 311 des später zu beschreibenden Transformators 31 eingefügt werden. Mit dieser Ausgestaltung können in der Wechselrichterschaltung 21 die Schaltelemente S1 und S2 jeweils gemäß zwei Treibersignalen SG1 und SG2, die von der später zu beschreibenden Treiberschaltung 5 bereitgestellt werden, eingeschaltet und ausgeschaltet werden. Dies erlaubt es, die Gleichstrom-Eingangsspannung Vin, die zwischen den Eingangsanschlüssen T1 und T2 aufgebracht wird, in eine Wechselspannung zu wandeln, und die so umgewandelte Wechselspannung kann an den Transformator 31 ausgegebenen werden.
  • In der Wechselrichterschaltung 22 können erste Enden der Schaltelemente S3 und S4, erste Enden der Kondensatoren C3 und C4, die Anode der Diode D3, und die Kathode der Diode D4 an einem Verbindungspunkt P2 gekoppelt sein. Ein zweites Ende des Schaltelements S3, ein zweites Ende des Kondensators C3, die Kathode der Diode D3, und das zweite Ende des Kondensators C51 können an dem Verbindungspunkt P4 wie oben beschrieben gekoppelt sein. Ein zweites Ende des Schaltelements S4, ein zweites Ende des Kondensators C4, die Anode der Diode D4, und das zweite Ende des Kondensators C52 können an einem Verbindungspunkt P5 wie oben beschrieben gekoppelt sein. Zwischen den Verbindungspunkten P3 und P2 können die Primärwicklung 321 des später zu beschreibenden Transformators 32 und die Resonanzspule Lr in einem in Reihe geschalteten Zustand eingefügt werden. In einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkenden Beispiel kann ein erstes Ende der Primärwicklung 321 an den Verbindungspunkt P3 gekoppelt sein; ein zweites Ende der Primärwicklung 321 und ein erstes Ende der Resonanzspule Lr können an einem Verbindungspunkt P6 gekoppelt sein; und ein zweites Ende der Resonanzspule Lr kann mit dem Verbindungspunkt P2 gekoppelt sein. Mit dieser Ausgestaltung können auch in der Wechselrichterschaltung 22 die Schaltelemente S3 und S4 jeweils gemäß zwei Treibersignalen SG3 und SG4, die von der später zu beschreibenden Treiberschaltung 5 bereitgestellt werden, eingeschaltet und ausgeschaltet werden. Dies erlaubt es, die Gleichstrom-Eingangsspannung Vin, in eine Wechselspannung zu wandeln, und die so umgewandelte Wechselspannung kann an den Transformator 32 ausgegebenen werden.
  • Es sei angemerkt, dass nicht-beschränkende Beispiele von Schaltelementen, die als Schaltelemente S1 bis S4 verwendet werden, Feldeffekttransistoren (MOS-FETs oder Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) und IGBTs (Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode) umfassen können. Mit MOSFETS, die als Schaltelemente S1 bis S4 verwendet werden, können die Kondensatoren C1 bis C4 und die Dioden D1 bis D4 aus Parasitärkapazitäten und Parasitärdioden der jeweiligen MOSFETs gebildet sein. In einer anderen Alternative können die Kondensatoren C1 bis C4 aus Sperrschichtkapazitäten der jeweiligen Dioden D1 bis D4 gebildet sein. Mit solchen Konfigurationen ist es nicht erforderlich, die Kondensatoren C1 bis C4 und die Dioden D1 bis D4 getrennt von den Schaltelementen S1 bis S4 bereitzustellen. Dies erlaubt die Vereinfachung der Schaltungskonfiguration der Wechselrichterschaltungen 21 und 22.
  • (Transformatoren 31 und 32)
  • Der Transformator 31 umfasst die Primärwicklung 311 und eine Sekundärwicklung 312. Die Primärwicklung 311 kann ein erstes Ende, das an den ersten Verbindungspunkt P1 gekoppelt ist, und ein zweites Ende, das an den Verbindungspunkt P3 gekoppelt ist, umfassen. Die Sekundärwicklung 312 kann ein erstes Ende, das an einen Verbindungspunkt P7 innerhalb der später zu beschreibenden Gleichrichterglättungsschaltung 4 gekoppelt ist, und ein zweites Ende, das an einen Verbindungspunkt P8 innerhalb der Gleichrichterglättungsschaltung 4 gekoppelt ist, umfassen. Der Transformator 31 kann die Spannungswandlung der durch die Wechselrichterschaltung 21 (d.h. die Wechselspannung, die dem Transformator eingegeben wird) erzeugten Wechselspannung durchführen und die die so spannungsgewandelte Wechselspannung von einem Ende der Sekundärwicklung 312 ausgeben. Es sei angemerkt, dass ein Grad bzw. Level der Spannungswandlung in diesem Fall von einem Verhältnis der Anzahl von Wicklungen der Primärwicklung 311 und der Sekundärwicklung 312 bestimmt wird.
  • Auf ähnliche Weise umfasst der Transformator 32 die Primärwicklung 321 und eine Sekundärwicklung 322. Die Primärwicklung 321 kann ein erstes Ende, das mit dem Verbindungspunkt P3 gekoppelt ist, und ein zweites Ende, das mit dem Verbindungspunkt P6 gekoppelt ist, umfassen. Die Sekundärwicklung 322 kann ein erstes Ende, das mit einem Verbindungspunkt P9 innerhalb der später zu beschreibenden Gleichrichterglättungsschaltung 4 gekoppelt ist, und ein zweites Ende, das mit einem Verbindungspunkt P0 innerhalb der Gleichrichterglättungsschaltung 4 gekoppelt ist, umfassen. Der Transformator 32 kann die Spannungswandlung der durch die Wechselrichterschaltung 22 (d.h. die Wechselspannung, die dem Transformator 32 eingegeben wird) erzeugten Wechselspannung durchführen und die die so spannungsgewandelte Wechselspannung von einem Ende der Sekundärwicklung 322 ausgeben. Es sei angemerkt, dass ein Grad bzw. Level der Spannungswandlung in diesem Fall von einem Verhältnis der Anzahl von Wicklungen der Primärwicklung 321 und der Sekundärwicklung 322 bestimmt wird.
  • (Gleichrichterglättungsschaltung 4)
  • Die Gleichrichterglättungsschaltung 4 ist zwischen den Sekundärwicklungen 312 und 322 in den Transformatoren 31 und 32 und den Ausgangsanschlüssen T3 und T4 angeordnet. Die Gleichrichterglättungsschaltung 4 kann acht Gleichrichterdioden 411, 412, 421, 422, 431, 432, 441, und 442, zwei Drosselspulen Lch1 und Lch2, und einen Ausgangsglättungskondensator Cout umfassen. Es sei angemerkt, dass die Gleichrichterdioden 411, 412, 421, 422, 431, 432, 441, und 442 jeweils einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkendem Beispiel einer „Gleichrichtervorrichtung“ einer Ausführungsform der Erfindung entsprechen. Der Ausgangsglättungskondensator Cout entspricht einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkendem Beispiel einer „Kapazität“ einer Ausführungsform der Erfindung. Die Drosselspule Lch1 entspricht einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkendem Beispiel einer „ersten Drosselspule“ einer Ausführungsform der Erfindung. Die Drosselspule Lch2 entspricht einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkendem Beispiel einer „zweiten Drosselspule“ einer Ausführungsform der Erfindung.
  • In der Gleichrichterglättungsschaltung 4 können zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen angeordnet sein. Jede der zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen kann zwei Arme umfassen, von denen jeder zwei der acht Gleichrichterdioden umfassen kann, die in Reihe zueinander in einer gleichen Richtung angeordnet sind. In einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkenden Beispiel, können ein linksseitiger Arm (erster Arm), der die Gleichrichterdioden 411 und 412 aufweist, und ein rechtsseitiger Arm (zweiter Arm), der die Gleichrichterdioden 421 und 422 aufweist, eine erste Vollbrücken-Gleichrichterschaltung bilden. Auf ähnliche Weise können ein linksseitiger Arm (erster Arm), der die Gleichrichterdioden 431 und 432 aufweist, und ein rechtsseitiger Arm (zweiter Arm), der die Gleichrichterdioden 441 und 442 aufweist, eine zweite Vollbrücken-Gleichrichterschaltung bilden.
  • Die erste und zweite Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen können parallel zueinander zwischen den Ausgangsanschlüssen T3 und T4 angeordnet sein. In einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkendem Beispiel kann ein Verbindungspunkt von ersten Enden der ersten Arme in den ersten und den zweiten Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen an ein erstes Ende der Drosselspule Lch1 gekoppelt sein, die an einer Ausgangsleitung LO von dem Ausgangsanschluss T3 bereitgestellt ist. Ein Verbindungspunkt von zweiten Enden der ersten Arme kann mit einem Erdleiter LG gekoppelt sein, der sich von dem Ausgangsanschluss T4 erstreckt. Ein Verbindungspunkt der ersten Enden der zweiten Arme in der ersten und zweiten Vollbrücken-Gleichrichterschaltung kann an ein erstes Ende der Drosselspule Lch2 gekoppelt sein, die an der Ausgangsleitung LO von dem Ausgangsanschluss T3 angeordnet ist. Ein Verbindungspunkt von zweiten Enden der zweiten Arme kann mit dem Erdleiter LG gekoppelt sein.
  • Hier, in dem ersten Arm in der ersten Vollbrücken-Gleichrichterschaltung, können Kathoden der Gleichrichterdioden 411 und 412 an der Seite vorgesehen sein, an welcher das erste Ende des ersten Arms angeordnet ist. Die Anoden der Gleichrichterdioden 411 und 412 können auf der Seite angeordnet sein, an welcher das zweite Ende des ersten Arms angeordnet ist. In einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkenden Beispiel kann die Kathode der Gleichrichterdiode 411 an die Seite der Drosselspule Lch1 gekoppelt sein, an der das erste Ende des ersten Arms angeordnet ist. Die Anode der Gleichrichterdiode 411 und die Kathode der Gleichrichterdiode 412 können an dem Verbindungspunkt P7 gekoppelt sein. Die Anode der Gleichrichterdiode 412 kann mit dem Erdleiter LG gekoppelt sein. Hierbei können, in dem zweiten Arm in der ersten Vollbrücken-Gleichrichterschaltung, die Kathoden der Gleichrichterdioden 421 und 422 an der Seite angeordnet sein, an welcher das erste Ende des zweiten Arms angeordnet ist. Die Anoden der Gleichrichterdioden 421 und 422 können an der Seite angeordnet sein, an welcher das zweite Ende des zweiten Arms angeordnet ist. In einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkenden Beispiel kann die Kathode der Gleichrichterdiode 421 an der Seite der Drosselspule Lch2 gekoppelt sein, an welcher das erste Ende des zweiten Arms angeordnet ist. Die Anode der Gleichrichterdiode 421 und die Kathode der Gleichrichterdiode 422 können an dem Verbindungspunkt P8 gekoppelt bzw. geklemmt sein. Die Anode der Gleichrichterdiode 422 kann an den Erdleiter LG geklemmt sein.
  • Auf ähnliche Weise können, in dem ersten Arm der zweiten Vollbrücken-Gleichrichterschaltung, Kathoden der Gleichrichterdioden 431 und 432 an der Seite vorgesehen sein, an welcher das erste Ende des ersten Arms angeordnet ist. Die Anoden der Gleichrichterdioden 431 und 432 können auf der Seite angeordnet sein, an welcher das zweite Ende des ersten Arms angeordnet ist. In einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkenden Beispiel kann die Kathode der Gleichrichterdiode 431 an die Seite der Drosselspule Lch1 gekoppelt sein, an der das erste Ende des ersten Arms angeordnet ist. Die Anode der Gleichrichterdiode 431 und die Kathode der Gleichrichterdiode 432 können an dem Verbindungspunkt P9 gekoppelt sein. Die Anode der Gleichrichterdiode 432 kann mit dem Erdleiter LG gekoppelt sein. Hierbei können, in dem zweiten Arm in der ersten Vollbrücken-Gleichrichterschaltung, die Kathoden der Gleichrichterdioden 441 und 442 an der Seite vorgesehen sein, an welcher das erste Ende des zweiten Arms angeordnet ist. Die Anoden der Gleichrichterdioden 441 und 442 können an der Seite vorgesehen sein, an welcher das zweite Ende des zweiten Arms angeordnet ist. In einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkenden Beispiel kann die Kathode der Gleichrichterdiode 441 an der Seite der Drosselspule Lch2 gekoppelt sein, an welcher das erste Ende des zweiten Arms angeordnet ist. Die Anode der Gleichrichterdiode 441 und die Kathode der Gleichrichterdiode 442 können an dem Verbindungspunkt P0 gekoppelt bzw. geklemmt sein. Die Anode der Gleichrichterdiode 442 kann an den Erdleiter LG geklemmt sein.
  • Ferner können die Sekundärwicklungen 312 und 322 der jeweiligen Transformatoren 31 und 32 an die entsprechende erste beziehungsweise zweite Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen gekoppelt sein, um eine H-Brücken-Kopplung an die entsprechende erste und zweite Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen zu bilden. In einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkenden Beispiel kann die Sekundärwicklung 312 des Transformators 31 an die erste Vollbrücken-Gleichrichterschaltung gekoppelt sein, um die H-Brücken-Kopplung an die erste Vollbrücken-Gleichrichterschaltung zu bilden. Ebenfalls kann die Sekundärwicklung 322 des Transformators 32 an die zweite Vollbrücken-Gleichrichterschaltung gekoppelt sein, um die H-Brücken-Kopplung an die zweite Vollbrücken-Gleichrichterschaltung zu bilden. In einem weiteren spezifischen, jedoch nicht-beschränkenden Beispiel kann die Sekundärwicklung 312 zwischen den Verbindungspunkten P7 und P8 in der ersten Vollbrücken-Gleichrichterschaltung angeordnet werden, während die Sekundärwicklung 322 zwischen den Verbindungspunkten P9 und P10 in der zweiten Vollbrücken-Gleichrichterschaltung angeordnet werden kann.
  • Ferner kann ein Verbindungspunkt von zweiten Enden der Drosselspulen Lch1 und Lch2 an ein erstes Ende des Ausgangsglättungskondensators Cout gekoppelt sein. In den ersten und zweiten Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen können der Verbindungspunkt der zweiten Enden der ersten Arme und der Verbindungspunkt der zweiten Enden der zweiten Arme jeweils an ein zweites Ende des Ausgangsglättungskondensators Cout an dem Erdleiter LG gekoppelt sein.
  • In der Gleichrichterglättungsschaltung 4, die wie oben beschrieben ausgebildet ist, können in den ersten und zweiten Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen die Wechselspannungen, die von den Transformatoren 31 und 32 ausgegeben werden, gleichgerichtet werden und die so gleichgerichteten Spannungen können ausgegeben werden. Ferner können in einer durch die Drosselspulen Lch1 und Lch2 und den Ausgangsglättungskondensator Cout gebildeten Glättungsschaltung die von den ersten und zweiten Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen gleichgerichteten Spannungen geglättet werden, um eine Gleichstrom-Ausgangsspannung Vout zu erzeugen. Es sei angemerkt, dass die so erzeugte Gleichstromausgangsspannung Vout von den Ausgangsanschlüssen T3 und T4 an die zweite Batterie (nicht veranschaulicht) zur elektrischen Stromversorgung ausgegeben werden kann.
  • (Treiberschaltung 5)
  • Die Treiberschaltung 5 kann eine Schaltung sein, die eingerichtet ist, eine Schaltsteuerung durchzuführen, um den Betrieb der Schaltelemente S1 und S4 innerhalb der Wechselrichterschaltungen 21 und 22 zu steuern. In einem spezifischen, jedoch nicht beschränkenden Beispiel kann die Treiberschaltung 5 die Schaltelemente S1 bis S4 mit den jeweiligen Treibersignalen SG1 bis SG4 versorgen, und dadurch jedes der Schaltelemente S1 bis S4 steuern, um entsprechend ein- und ausgeschaltet zu werden.
  • Hier, in der beispielhaften Ausführungsform, kann die Treiberschaltung 5 die Schaltsteuerung durchführen, um es den zwei Wechselrichterschaltungen 21 und 22 zu ermöglichen, mit einer Phasendifferenz zu arbeiten (eine später zu beschreibende Phasendifferenz φ). Mit anderen Worten kann die Treiberschaltung 5 eine Schaltphasensteuerung an den Schaltelementen S1 bis S4 durchführen und kann die Phasendifferenzen angemessen festlegen, um die Gleichstrom-Ausgangsspannung Vout zu stabilisieren. Ferner kann bei dieser Gelegenheit zum Beispiel die Treiberschaltung 5 die Schaltsteuerung durchführen, obgleich Einzelheiten, die später anzugeben sind, um es den zeitlichen Dauern der Einschaltperioden der Schaltelemente S1 bis S4 zu erlauben, im Wesentlichen maximal zu sein (oder maximal zu sein in einem bevorzugten, jedoch nicht-beschränkenden Beispiel), in den Wechselrichterschaltungen 21 und 22. Es sei angemerkt, dass die Treiberschaltung 5 einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkendem Beispiel eines „Treibers“ einer Ausführungsform der Erfindung entspricht.
  • [Betrieb, Funktionsweisen, und Wirkungen]
  • (A. Gesamtbetrieb)
  • In dem Schaltnetzteil 1, in den Wechselrichterschaltungen 21 und 22 kann die von den Eingangsanschlüssen T1 und T2 zugeführte Gleichstrom-Eingangsspannung Vin umgeschaltet werden, um die Wechselspannungen zu erzeugen. Die Wechselspannungen können den Primärwicklungen 311 und 321 in den Transformatoren 31 und 32 zugeführt werden. In den Transformatoren 31 und 32 können die Wechselspannungen gewandelt werden. Die so gewandelten Wechselspannungen können von den Sekundärwicklungen 312 und 322 ausgegeben werden.
  • In der Gleichrichter-Glättungsschaltung 4 können die von den Transformatoren 31 und 32 ausgegebenen Wechselspannungen (d.h. die spannungsgewandelten Wechselspannungen) von den Gleichrichterdioden 411, 412, 421, 422, 431, 432, 441, und 442 gleichgerichtet werden. Danach können die so gleichgerichteten Wechselspannungen durch die Drosselspulen Lch1 und Lch2 und den Ausgangs-Glättungskondensator Cout geglättet werden. Somit kann die Gleichstrom-Ausgangsspannung Vout von den Ausgangsanschlüssen T3 und T4 ausgegeben werden. Die Gleichstrom-Ausgangsspannung Vout kann an die nicht abgebildete zweite Batterie geliefert werden, die verwendet werden soll, um die zweite Batterie zu Laden und gleichzeitig die Last 7 zu treiben.
  • (B. Detaillierter Betrieb)
  • Nun wird anhand der 2 bis 10 eine Beschreibung des genauen Betriebs des Schaltnetzteils 1 angegeben.
  • 2 veranschaulicht in Form eines Zeit-Wellenform-Schaubilds, eine Spannungswellenform oder Stromwellenform von jedem Abschnitt in dem Schaltnetzteil 1. Insbesondere (A) und (B) aus 2 veranschaulichen Spannungswellenformen der Treibersignale SG1 bis SG4. (C) bis (G) aus 2 veranschaulichen Stromwellenformen von Strömen I311 und I321, die jeweils durch die Primärwicklungen 311 und 321 fließen, und von den Strömen I411, I412, I421, I422, I431, I432, I441 und I442, die jeweils durch die Gleichrichterdioden 411, 412, 421, 422, 431, 432, 441 und 442 fließen, wie in 1 veranschaulicht. (H) aus 2 veranschaulicht Spannungswellenformen einer Spannung V1, die aufgebracht wird, zwischen dem ersten Ende der Drosselspule Lch1 und dem Erdleiter LG, und einer Spannung V2, die aufgebracht wird zwischen dem ersten Ende der Drosselspule Lch2 und dem Erdleiter LG. wie in 1 veranschaulicht. Es sei angemerkt, dass positive Richtungen der Spannungen und Ströme durch die Pfeile in 1 eingezeichnet sein können.
  • Die 3 bis 10 veranschaulichen jeweils schematisch in einer Form eines Schaltdiagramms, einen Betriebszustand des Schaltnetzteils 1 zu jedem der Zeitpunkte (Zeitpunkte t0 bis t5), die in 2 veranschaulicht sind. es sei angemerkt, dass in dem wie in 2 veranschaulichten Betrieb der Betrieb für die Zeitpunkte t0 bis t5 (ein erster Halbzyklus) und der Betrieb für die Zeitpunkte t5 bis t0 (ein letzter Halbzyklus) kombiniert werden können, um einen Ein-Zyklus-Betrieb zu bilden. (B-1. Betrieb für ersten Halbzyklus)
  • Zunächst wird anhand der 2 bis 10 eine Beschreibung zum Betrieb des ersten Halbzyklus (den Zeitpunkten t0 bis t5) angegeben.
  • Bezüglich der Treibersignale SG1 bis SG4 der Schaltelemente S1 bis S4 ((A) und (B) aus 2)) lässt sich Folgendes festhalten: Die Schaltelemente S1 bis S4 können in jedem Zustand des Schaltbetriebes, in einer Kombination und zu einem Zeitpunkt geschaltet werden, in dem die Eingangsanschlüsse T1 und T2, auf die die Gleichstrom-Eingangsspannung Vin aufgebracht wird, elektrisch nicht kurzgeschlossen sind. In einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkenden Beispiel werden die Schaltelemente S3 und S4 nicht zur gleichen Zeit eingeschaltet. Die Schaltelemente S1 und S2 werden nicht zur gleichen Zeit eingeschaltet. Ein Zeitintervall, das genommen wird, um sie davor zu bewahren, zur gleichen Zeit eingeschaltet zu werden, kann als „Totzeit“ bezeichnet werden. Die zwei Wechselrichterschaltungen 21 und 22 (d.h. die Schaltelemente S1 und S2 und die Schaltelemente S3 und S4) können zum Beispiel mit der Phasendifferenz φ arbeiten, wie in 2 veranschaulicht. Mit anderen Worten ist die Treiberschaltung 5 eingerichtet, die Schaltphasensteuerung an den Schaltelementen S1 bis S4 durchzuführen. (Zeitpunkte t0 bis t2)
  • Zunächst, in einem Zeitraum vor dem Zeitpunkt t0, können die Schaltelemente S2 und S3 eingeschaltet sein, während die Schaltelemente S1 und S4 ausgeschaltet sein können ((A) und (B) aus 2). Als nächstes, in einem Zeitraum von Zeitpunkt t0 bis zu einem Zeitpunkt t2, kann zunächst zum Zeitpunkt t0 das Schaltelement S3 ausgeschaltet werden ((B) aus 2).
  • Dann, wie in 3 veranschaulicht, können auf der Primärseite (die Wechselrichterschaltungen 21 und 22) der Transformatoren 31 und 32 die Schleifenströme Ia, Ib, Ic und Id fließen. In einem spezifischen, jedoch nicht beschränkenden Beispiel kann der Schleifenstrom Ia zirkulierend durch die Hochspannungsbatterie 10, den Eingangsanschluss T2, den Kondensator C52, den Kondensator C51, den Eingangsanschluss T1, und die Hochspannungsbatterie 10 in der genannten Reihenfolge fließen. Der Schleifenstrom Ib kann zirkulierend durch die Primärwicklung 311, das Schaltelement S2, den Kondensator C52 und die Primärwicklung 311 in der genannten Reihenfolge fließen. Der Schleifenstrom Ic kann zirkulierend durch die Resonanzspule Lr, die Primärwicklung 321, den Kondensator C51, den Kondensator C3, und die Resonanzspule Lr in der genannten Reihenfolge fließen. Der Schleifenstrom Id kann zirkulierend durch die Resonanzspule Lr, die Primärwicklung 321, den Kondensator C52, den Kondensator C4, und die Resonanzspule Lr in der genannten Reihenfolge fließen.
  • Unter ihnen können die Schleifenströme Ic und Id (die später zu beschreibenden „Zirkulationsströme“ entsprechen) aufgrund von in der Resonanzspule Lr gespeicherter Energie und einer Streuinduktivität (nicht veranschaulicht) des Transformators 32 fließen, und können so fließen, dass eine vorherige Stromrichtung beibehalten wird. Mit anderen Worten können die Resonanzspule Lr und die Streuinduktivität des Transformators 32 mit den Kondensatoren C3, C4, C51 und C52 zusammenwirken, um eine LC Resonanzschaltung zu bilden, deren LC-Resonanzbetrieb derartiges Strömen der Schleifenströme Ic und Id verursachen kann. Die Schleifenströme Ic und Id können es dem Kondensator C3 erlauben, geladen zu werden, und können es dem Kondensator C4 erlauben, sich zu entladen.
  • Hierbei können auf der Sekundärseite (die gleichrichtende Glättungsschaltung 4) der Transformatoren 31 und 32, wie in 3 veranschaulicht, die Schleifenströme Ie1, Ie2, If1, und If2 und der Ausgangsstrom Iout fließen. Der Schleifenstrom Ie1 kann zirkulierend durch die Drosselspule Lch1, den Ausgangsglättungskondensator Cout, die Gleichrichterdiode 412, die Gleichrichterdiode 411, und die Drosselspule Lch1 in der genannten Reihenfolge fließen. Der Schleifenstrom Ie2 kann zirkulierend durch die Drosselspule Lch1, den Ausgangsglättungskondensator Cout, die Gleichrichterdiode 432, die Gleichrichterdiode 431, und die Drosselspule Lch1 in der genannten Reihenfolge fließen. Der Schleifenstrom If1 kann zirkulierend durch die Sekundärwicklung 312, die Drosselspule Lch2, den Ausgangsglättungskondensator Cout, die Gleichrichterdiode 412 und die Sekundärwicklung 312 in der genannten Reihenfolge fließen. Der Schleifenstrom If2 kann zirkulierend durch die Sekundärwicklung 322, die Gleichrichterdiode 431, die Drosselspule Lch1, den Ausgangsglättungskondensator 442, und die Sekundärwicklung 322 in der genannten Reihenfolge fließen. Der Ausgangsstrom Iout kann zirkulierend durch den Ausgangsglättungskondensator Cout, den Ausgangsanschluss T3, die Last 7, den Ausgangsanschluss t4, und den Ausgangsglättungskondensator Cout in der genannten Reihenfolge fließen und es der Last 7 dadurch erlauben, getrieben zu werden.
  • In dem Zeitraum vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t2, danach, wenn eine Spannung zwischen beiden Enden des Schaltelements S3 Vin erreicht (gleich Vin (= Vin)) wird, und eine Spannung zwischen beiden Enden des Schaltelements S4 0 V erreicht (gleich 0 V (= 0 V) wird)), das heißt, wenn ein Potential an dem Verbindungspunkt P2 gleich 0 V (= 0 V) wird, führt dies zu dem folgenden Ergebnis:
    Wie in 4 veranschaulicht kann die Diode D4 als Body-Diode leitend werden. Dies verursacht einen Fluss eines Schleifenstroms Ih, der durch die Diode D4 fließt anstelle der Schleifenströme Ic und Id, wie in 3 veranschaulicht. In einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkenden Beispiel kann der Schleifenstrom Ih zirkulierend durch die Resonanzspule Lr, die Primärwicklung 321, den Kondensator C52, die Diode D4 und die Resonanzspule Lr in der genannten Reihenfolge fließen.
  • Es sei angemerkt, dass bei dieser Gelegenheit an der Primärseite der Transformatoren 31 und 32 ein Schleifenstrom Ig, wie in 4 veranschaulicht, fließen kann, anstelle des wie in 3 veranschaulichten Schleifenstroms Ia. In einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkenden Beispiel kann der Schleifenstrom Ig zirkulierend durch die Hochspannungsbatterie 10, den Eingangsanschluss T1, den Kondensator C51, den Kondensator C52, den Eingangsanschluss T2 und die Hochspannungsbatterie 10 in der genannten Reihenfolge fließen. Hierbei können auf der Sekundärseite der Transformatoren 31 und 32 die Schleifenströme Ie1, Ie2, If1, If2 und der Ausgangsstrom Iout weiter fließen. Dies erlaubt es, dass die Last 7 getrieben wird.
  • Nachfolgend, nachdem die Diode D4 wie beschrieben leitend wird, wie in 5 veranschaulicht, kann das Schaltelement S4 eingeschaltet werden ((B) aus 2). Dies realisiert einen ZVS-Betrieb (Null-Volt-Schalten bzw. Engl.: „Zero-Volt-Switching“), was zu einer Verringerung von Verlusten (bei Schaltverlust) in dem Schaltelement S4 führt. Bei dieser Gelegenheit, wie in 5 veranschaulicht, kann ein Schleifenstrom Ii, der durch das Schaltelement S4 fließt, fließen, anstelle des Schleifenstroms Ih, wie in 4 veranschaulicht. Der Schleifenstrom Ii kann zirkulierend durch die Resonanzspule Lr, die Primärwicklung 321, den Kondensator C52, das Schaltelement S4, und die Resonanzspule Lr in der genannten Reihenfolge fließen. Es sei angemerkt, dass solch ein Fall, bei dem eine derartige Entladung der in der Resonanzspule Lr gespeicherten Energie und der Streuinduktivität des Transformators 32 wie beschrieben abgeschlossen ist, zum Zeitpunkt t2 in 2 auftreten kann.
  • (Zeitpunkte t2 bis t3)
  • Als nächstes, wie in 6 veranschaulicht, bleibt in einem Zeitraum vom Zeitpunkt t2 bis zu einem Zeitpunkt t3 folgendes festzuhalten: An der Primärseite der Transformatoren 31 und 32 kann ein Schleifenstrom Ij in einer entgegengesetzten Richtung zu dem Schleifenstrom Ii, wie in 5 veranschaulicht, fließen. Das heißt, dass die Richtung des Schleifenstroms umgekehrt sein kann. Der Schleifenstrom Ij kann zirkulierend durch die Resonanzspule Lr, das Schaltelement S4, den Kondensator C52, die Primärwicklung 321, und die Resonanzspule Lr in der genannten Reihenfolge fließen.
  • Gemäß der Stromumkehrung an der Primärseite, wie in 6 veranschaulicht, kann an der Sekundärseite der Transformatoren 31 und 32 ein Schleifenstrom Ik anstelle des Schleifenstroms If2 wie bislang beschrieben fließen. Der Schleifenstrom Ik kann zirkulierend durch die Sekundärwicklung 322, die Gleichrichterdiode 441, die Drosselspule Lch2, den Ausgangs-Glättungskondensator Cout, die Gleichrichterdiode 432, und die Sekundärwicklung 322 in der genannten Reihenfolge fließen.
  • Hierbei kann der Zeitraum von dem Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3 als Leistungsübertragungszeitraum von der Primärseite zur Sekundärseite des Transformators 31 und 32 dienen. Es sei angemerkt, dass ein Zeitraum von Zeitpunkt t2 bis Zeitpunkt t5, der später zu beschreiben ist, als Leistungsübertragungszeitraum unter Verwendung des Transformators 32 dienen kann.
  • Bei dieser Gelegenheit kann in dem Transformator 32 die Primärwicklung 321 in einem „H (High)“ Zustand an der Verbindungspunkt P3-Seite sein, und in einem „L (low)“ Zustand an der Verbindungspunkt P6-Seite. Die Sekundärwicklung 322 kann in dem High-Zustand an der Verbindungspunkt P0-Seite sein, und in dem Low-Zustand an der Verbindungspunkt P9-Seite. Damit kann eine Spannung V322, die durch (Vin/2) × (Ns2/Np2) gegeben ist, zwischen beiden Enden der Sekundärwicklung 322 erzeugt werden, bei der die Anzahlen der Wicklungen der Primärwicklung 321 und der Sekundärwicklungen 322 in dem Transformator 32 jeweils als Np2 und Ns2 definiert sind.
  • In der Zwischenzeit kann in dem Transformator 31 die Primärwicklung 311 im „H“-Zustand an der Verbindungspunkt P3-Seite sein, und in dem „L“-Zustand an der Verbindungspunkt P1-Seite. Die Sekundärwicklung 312 kann in dem „H“-Zustand an der Verbindungspunkt P8-Seite sein, und in dem „L“-Zustand an der Verbindungspunkt P7-Seite. Damit kann eine Spannung V312, die durch (Vin/2) × (Ns1/Np1) gegeben ist, zwischen beiden Enden der Sekundärwicklung 312 erzeugt werden, bei der die Anzahlen der Wicklungen der Primärwicklung 311 und der Sekundärwicklungen 312 in dem Transformator 31 jeweils als Np1 und Ns1 definiert sind.
  • Die Hoch (high) und Niedrig(low)-Zustände (der „H“-Zustand und der „L“-Zustand) an beiden Enden von jeder der Sekundärwicklungen 312 und 322 können wie oben beschrieben sein. Entsprechend bleibt für den Zeitraum zwischen t2 und t3 folgendes festzuhalten. Die Sekundärwicklungen 312 und 322 können parallel gekoppelt sein, d.h. in einem zwei (2) parallel-geschalteten Zustand. Damit kann die Spannung V2 wie beschrieben ((H) aus 2) gleich V312 und gleich V322 (V2 = V312 = V322) sein und die Spannung V1 ((H) aus 2) kann gleich 0V (V1 = 0V) sein.
  • Vor dem Zeitraum von t2 bis t3 kann ein durch die Drosselspule Lch2 fließender Strom mit einem Strom ausgeglichen werden, der durch die Sekundärwicklung 312 fließt, mit dem Transformator 31 dazwischen. Ebenfalls kann die Streuinduktivität der Sekundärwicklung 312 als Induktor bzw. Spule arbeiten (d.h. als Stromquelle dienen) und kann geneigt sein, den durchfließenden Strom aufrecht zu erhalten. Damit kann durch die Drosselspule Lch2 fließender Strom vorwiegend durch die Sekundärwicklung 312 der Sekundärwicklungen 312 und 322 fließen, auch wenn die Sekundärwicklungen 312 und 322 im Zeitraum von t2 bis t3 parallel aneinander gekoppelt sind. Entsprechend sind zur Vereinfachung der in 6 durch die Sekundärwicklung 322 fließende Schleifenstrom Ik und der durch die entsprechende Primärwicklung 321 fließende Schleifenstrom Ij durch gestrichelte Linien bezeichnet.
  • (Zeitpunkte t3 bis t4)
  • Als nächstes kann das Schaltelement S2 in einem Zeitraum von t3 bis t4 zunächst zum Zeitpunkt t3 ausgeschaltet werden ((A) aus 2).
  • Dann können, wie in 7 veranschaulicht, auf der Primärseite der Transformatoren 31 und 32, die Schleifenströme Il und Im fließen, zusammen mit den Schleifenströmen Ia und Ij, wie bislang beschrieben. In einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkenden Beispiel kann der Schleifenstrom Il zirkulierend durch die Primärwicklung 311, den Kondensator C1, den Kondensator C5, und die Primärwicklung 311 in der genannten Reihenfolge fließen. Der Schleifenstrom Im kann zirkulierend durch die Primärwicklung 311, den Kondensator C2, den Kondensator C52, und die Primärwicklung 311 in der genannten Reihenfolge fließen.
  • Die Schleifenströme I1 und Im (die später zu beschreibenden „Zirkulationsströme“ entsprechen) können aufgrund der in der Streuinduktivität (nicht veranschaulicht) des Transformators 31 gespeicherten Energie fließen, und können so fließen, dass die vorherige Stromrichtung beibehalten wird. Mit anderen Worten können die Streuinduktivität des Transformators 31 und die Kondensatoren C1, C2, C51, und C52 zusammenwirken, um einen LC-Resonanzkreis zu bilden, dessen LC-Resonanzbetrieb die Schleifenströme Il und Im dazu veranlassen kann, zu fließen. Die Schleifenströme Il und Im können es dem Kondensator C2 ermöglichen, geladen zu werden, und es dem Kondensator C1 ermöglichen, zu entladen.
  • Hierbei kann auf der Sekundärseite des Transformators 31 und 32, wie in 7 veranschaulicht, ein Schleifenstrom Io fließen zusammen mit den Schleifenströmen Ie1, Ie2, If1, Ik und dem Ausgangsstrom Iout wie bislang beschrieben. Der Schleifenstrom Io kann zirkulierend durch die Drosselspule Lch2, den Ausgangsglättungskondensator Cout, die Gleichrichterdiode 422, die Gleichrichterdiode 421 und die Drosselspule Lch2 in der genannten Reihenfolge fließen.
  • In dem Zeitraum von t3 bis t4 erreicht daraufhin eine Spannung zwischen beiden Enden des Schaltelements S2 Vin (wird gleich Vin (= Vin)), und eine Spannung zwischen beiden Enden des Schaltelements S1 erreicht 0V (wird gleich 0V (= 0V)), d.h. ein Potential an dem Verbindungspunkt P1 wird gleich Vin (= Vin), was zu dem folgenden Ergebnis führt:
    Wie in 8 veranschaulicht kann die Diode D1 als Body-Diode leitend werden. Dies verursacht einen Fluss eines Schleifenstroms Ip, der durch die Diode D1 fließt, anstelle der Schleifenströme Il und Im, wie in 7 veranschaulicht. In einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkenden Beispiel kann der Schleifenstrom Ip zirkulierend durch die Primärwicklung 311, die Diode D1, den Kondensator C51, und die Primärwicklung 311 in der genannten Reihenfolge fließen.
  • Es sei angemerkt, dass bei dieser Gelegenheit auf der Sekundärseite der Transformatoren 31 und 32 die Schleifenströme Ie1, Ie2, If1, Ik, und Io, und der Ausgangsstrom Iout, wie in 7 veranschaulicht, weiterhin fließen können. Dies erlaubt es der Last 7, getrieben zu werden.
  • Nachfolgend, nachdem die Diode D1 wie beschrieben leitend wird, wie in 9 veranschaulicht, kann das Schaltelement S1 eingeschaltet werden ((A) aus 2). Dies verwirklicht den ZVS-Betrieb, was zu einer Verringerung von Verlusten (Schaltverlust) in dem Schaltelement S1 führt. Bei dieser Gelegenheit kann wie in 9 veranschaulicht ein durch das Schaltelement S1 fließender Schleifenstrom Iq fließen, anstelle des Schleifenstroms Ip, wie in 8 veranschaulicht. Der Schleifenstrom Iq kann zirkulierend durch die Primärwicklung 311, das Schaltelement S1, den Kondensator C51, und die Primärwicklung 311 in der genannten Reihenfolge fließen.
  • Wie beschrieben kann in dem Zeitraum von t2 bis t3 der durch die Drosselspule Lch2 fließende Strom vorwiegend durch die Sekundärwicklung 312 fließen. In dem Zeitraum von t3 bis t4 kommt es zu folgendem Ergebnis. Da eine auf die Sekundärwicklung 312 aufgebrachte Spannung entfällt, kann der durch die Drosselspule Lch2 fließende Strom hinsichtlich des Ziels von der Sekundärwicklung 312 zu der Sekundärwicklung 322 verändert werden. Da jedoch kein Strom durch die Sekundärwicklung 322 geflossen ist, ist kein Strom (der Strom I321) durch die entsprechende Primärwicklung 321 ((C) aus 2) geflossen. Damit sind keine Ströme durch die Streuinduktivität des Transformators 32 und die Resonanzspule Lr geflossen. Entsprechend kann der durch die Drosselspule Lch2 fließende Strom hinsichtlich des Ziels von der Sekundärwicklung 312 zu der Sekundärwicklung 322 verändert werden und gleichzeitig die Streuinduktivität des Transformators 32 und die Resonanzspule Lr erregen. Es sei angemerkt, dass die Entladung der in der Streuinduktivität des Transformators 31 gespeicherten Energie dazu führen kann, dass Energie in der Streuinduktivität des Transformators 32 und der Resonanzspule Lr gespeichert wird. Dies ist die Gelegenheit, bei der der oben erwähnte Strom hinsichtlich des Ziels von der Sekundärwicklung 312 zu der Sekundärwicklung 322 verändert werden kann, was dem Zeitpunkt t4 in 2 entspricht. (Zeitpunkte t4 bis t5)
  • Als nächstes, wie in 10 veranschaulicht, lässt sich in einem Zeitraum vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t5 folgendes festhalten. Zunächst kann an der Sekundärseite der Transformatoren 31 und 32, wie in 10 veranschaulicht, ein Schleifenstrom Is fließen, anstelle der Schleifenströme Ie1, Ie2, If1, und Io wie bislang beschrieben. Der Schleifenstrom Is kann zirkulierend durch die Sekundärwicklung 312, die Gleichrichterdiode 411, die Drosselspule Lch1, den Ausgangsglättungskondensator Cout, die Gleichrichterdiode 422, und die Sekundärwicklung 312 in der genannten Reihenfolge fließen.
  • Der Zeitraum von Zeitpunkt t4 bis Zeitpunkt t5 kann als Leistungsübertragungszeitraum von der Primärseite zur Sekundärseite der Transformatoren 31 und 32 dienen. Es sei angemerkt, dass ein später zu beschreibender Zeitraum von t4 bis t8 untert Verwendung des Transformators 31 als Leistungsübertragungszeitraum dient.
  • Bei dieser Gelegenheit kann in dem Transformator 31 die Primärwicklung 311 in dem „L“-Zustand an der Verbindungspunkt P3-Seite sein, und in dem „H“-Zustand an der Verbindungspunkt P6-Seite. Die Sekundärwicklung 312 kann in dem „L“-Zustand an der Verbindungspunkt P8-Seite sein, und in dem „H“-Zustand an der Verbindungspunkt P7-Seite. Damit kann eine Spannung V312, die durch (Vin/2) × (Ns1/Np1) gegeben ist, zwischen beiden Enden der Sekundärwicklung 312 erzeugt werden.
  • Hierbei kann in dem Transformator 32 die Primärwicklung 321 in dem „H“-Zustand an der Verbindungspunkt P3-Seite sein, und in dem „L“-Zustand an der Verbindungspunkt P6-Seite. Die Sekundärwicklung 322 kann in dem „H“-Zustand an der Verbindungspunkt P0-Seite sein, und in dem „L“-Zustand an der Verbindungspunkt P9-Seite. Damit kann eine Spannung V322, die durch (Vin/2) × (Ns2/Np2) gegeben ist, zwischen beiden Enden der Sekundärwicklung 322 erzeugt werden.
  • Die Hoch- und Niedrig-Zustände (der „H“-Zustand und der „L“-Zustand) an beiden Enden von jeder der Sekundärwicklungen 312 und 322 können wie oben beschrieben sein. Entsprechend ergibt sich in dem Zeitraum von t4 bis t5 das folgende Ergebnis: Die Spannung V2 ((H) aus 2) kann gleich V322 (V2 = V322) sein, und dass die Spannung V1 ((H) aus 2) kann gleich V322 (V1 = V312) sein.
  • Danach, zum Zeitpunkt t5, kann das Schaltelement S4 eingeschaltet sein ((B) aus 2). Wie beschrieben kann der Betrieb für den ersten Halbzyklus (von Zeitpunkt t0 bis t5) beendet sein.
  • (B-2. Betrieb für den letzteren Halbzyklus)
  • Als nächstes folgt die Beschreibung des Betriebs für den letzteren Halbzyklus (Zeitpunkte t5 bis t0) nach den Zeitpunkten t0 bis t5 wie in 2 veranschaulicht.
  • Der Betrieb für den letzteren Halbzyklus kann grundsätzlich dem Betrieb des ersten Halbzyklus (Zeitpunkte t0 bis t5), der anhand der 2 bis 10 beschrieben wurde, ähnlich sein. Wie in der Klammer in 2 beschrieben, können die Zustände an den Zeitpunkten t0, t1, t2, t3, und t4 jeweils jenen zu den Zeitpunkten t5, t6, t7, t8 und t9 entsprechend sein. Die Beziehung des Schaltelements S2 (der Kondensator C2, und die Diode D2) zu dem Schaltelement S4 (der Kondensator C4, und die Diode D4) in dem Betrieb des ersten Halbzyklus können durch die Beziehung des Schaltelements S1 (der Kondensator C1, und die Diode D1) zu dem Schaltelement S3 (der Kondensator C3, und die Diode D3) in dem Betrieb für den letzteren Zyklus ersetzt werden.
  • Entsprechend kann eine Beschreibung der Einzelheiten des Betriebs für den letzteren Halbzyklus entfallen. Hier endet die Beschreibung bezüglich der Reihenfolge des in 2 veranschaulichten Betriebs.
  • (C. Funktionsweisen und Wirkungen)
  • Wie beschrieben kann das Schaltnetzteil 1 gemäß der beispielhaften Ausführungsform die Schaltungskonfiguration wie in 1 veranschaulicht aufweisen und den Betrieb wie in 2 bis 11 veranschaulicht durchführen. Somit ist es möglich, die folgenden Funktionsweisen und Wirkungen zu erzielen.
  • Zunächst kann die Treiberschaltung 5 die Schaltsteuerung durchführen, um es den zwei Wechselrichterschaltungen 21 und 22 zu erlauben, mit einer Phasendifferenz φ zu arbeiten. Die Treiberschaltung 5 kann der Betrag der Ausgangsspannung Vout durch Variieren einer Erregungsperiode in jeder der zwei Drosselspulen Lch1 und Lch2 steuern, gemäß dem Betrag der Phasendifferenz φ. Es sei angemerkt, dass die Erregungsperioden in den Drosselspulen Lch1 und Lch2 in 2 jeweils als Erregungsperioden ΔTch1 und ΔTch2 dargestellt sein können. Mit anderen Worten kann in diesem Beispiel die Erregungsperiode ΔTch1 einem Zeitraum vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t0 entsprechend, d.h. einem Zeitraum einer zusammengesetzten Last (ein logisches ODER) der Treibersignale SG1 und SG3. Die Erregungsperiode ΔTch2 kann einem Zeitraum vom Zeitpunkt t9 bis zum Zeitpunkt t5 entsprechend, d.h. einem Zeitraum einer zusammengesetzten Last (ein logisches ODER) des Treibersignals SG2 und SG4.
  • Hierbei, wie in 2 veranschaulicht, kann die Schaltsteuerung durchgeführt werden mit einer Phasendifferenz von 180° an den zwei Schaltelementen S1 und S2 in der Wechselrichterschaltung 21. Ebenfalls kann die Schaltsteuerung durchgeführt werden mit einer Phasendifferenz von 180° an den zwei Schaltelementen S3 und S4 in der Wechselrichterschaltung 22. Ferner können wie beschrieben die zwei Wechselrichterschaltungen 21 und 22 auch betrieben werden, um mit einer Phasendifferenz φ zu arbeiten, wie zum Beispiel in 2 veranschaulicht.
  • Das Steuern der Phasendifferenz φ ermöglicht es, ein Zeitverhältnis zu verändern, d.h. eine Erregungslast, der Erregungsperioden ΔTch1 und ΔTch2 wie beschrieben. Dies erlaubt die Einstellung des Betrags der Ausgangsspannung Vout. Insbesondere das Erhöhen der Phasendifferenz φ kann dem Verlängern einer Überlagerungsperiode der Treibersignale SG1 und SG4 und der Verlängerung einer Überlagerungsperiode der Treibersignale SG2 und SG3 äquivalent sein. Mit anderen Worten kann das Erhöhen der Phasendifferenz φ dem Verlängern des Zeitverhältnisses der Erregungsperioden ΔTch1 und ΔTch2 wie beschrieben entsprechen.
  • Darüber hinaus kann die Treiberschaltung 5 in der beispielhaften Ausführungsform zum Beispiel das Schaltsteuern durchführen, um es Zeitdauern der Einschaltperioden der Schaltelemente S1 bis S4 zu erlauben, im Wesentlichen maximal zu sein (oder maximal in einem bevorzugten, jedoch nicht-beschränkenden Beispiel zu sein) in den Wechselrichterschaltungen 21 und 22.
  • Hierbei kann, wie oben beschrieben, in einem Zeitraum, in dem keine Leistungsübertragung durch die Transformatoren 31 und 32 durchgeführt wird, die Erzeugung eines Zirkulationsstroms (z.B. der Schleifenströme Ic, Id, Il, und Im) mit Verwendung des LC-Resonanzbetriebs den ZVS-Betrieb erzielt werden, wenn das Schaltelement eingeschaltet ist. Jedoch existiert der für den ZVS-Betrieb erforderliche Zirkulationsstrom in der Ausschaltperiode. Dies kann einen erhöhten Verlust an elektrischer Leistung verursachen, insofern dass die Ausschaltperiode länger wird, was zu einer verringerten Stromwandlungseffizienz führt.
  • In der beispielhaften Ausführungsform kann wie beschrieben in den Wechselrichterschaltungen 21 und 22 die Schaltsteuerung durchgeführt werden, um es Zeitdauern der Einschaltperioden der Schaltelemente S1 bis S4 zu erlauben, im Wesentlichen maximal zu sein. Dies erlaubt es den Ausschaltperioden, auf eine kurze Zeit beschränkt zu sein, d.h. die Totzeit wie oben beschrieben (z.B. die Zeitspanne von t0 bis t1, die Zeitspanne von t3 bis t4, die Zeitspanne von t5 bis t6, die Zeitspanne von t8 bis t9). Somit ist es möglich, die Erzeugung des für den ZVS-Betrieb erforderlichen Zirkulationsstroms zu minimieren. Folglich kann ein Strom- bzw. Leistungsverlust aufgrund des durch die Body-Dioden (die Dioden D1 bis D4) der Schaltelemente S1 bis S4 fließenden Zirkulationsstroms ebenfalls minimiert werden, was zu einer Verbesserung der Stromwandlungseffizienz führt. Es sei angemerkt, dass in einem bevorzugten, jedoch nicht-beschränkenden Beispiel die Zeitdauern der Einschaltperioden der Schaltelemente S1 bis S4 im Wesentlichen maximal sein können, um den Stromverlust aufgrund des Zirkulationsstroms zu reduzieren; jedoch wird der Betrieb nicht behindert, selbst wenn die Zeitdauern der Einschaltperioden im Wesentlichen nicht maximal sind.
  • Wie beschrieben kann in der beispielhaften Ausführungsform das Schaltnetzteil 1 die Schaltungskonfiguration wie in 1 veranschaulicht aufweisen, und der wie in den 2 bis 10 veranschaulichte Betrieb kann durchgeführt werden. Somit ist es möglich, die Erzeugung des für den ZVS-Betrieb notwendigen Zirkulationsstroms zu minimieren. Dies führt zu einer Reduzierung in einem Leitungsverlust, der nicht zur Strom bzw. Leistungsübertragung in den Schaltelmenten S1 bis S4 beiträgt, wodurch es ermöglicht wird, dass eine Verbesserung der Stromübertragungseffizienz erzielt werden kann.
  • Die Verringerung der Verluste ermöglicht es ebenfalls, ein Schaltelement mit einer kleineren Auslegung zu verwenden, was eine Kostenreduktion erlaubt. Ferner verursacht die Verlustverringerung eine Verringerung der Wärmeerzeugung in den Schaltelementen S1 bis S4. Somit ist es möglich, Anfragen nach Leistung einer Wärmeableitungsisolierungsplatte zu entlasten, um sowohl Wärmeableitung als auch Wärmeisolierung zu erreichen. Auch in dieser Hinsicht ist es deshalb möglich, Kosten zu reduzieren.
  • (2. Modifizierungsbeispiel)
  • Als nächstes erfolgt die Beschreibung von Modifizierungsbeispielen (Modifizierungsbeispiele 1 bis 4) der vorstehenden beispielhaften Ausführungsform. Es sei angemerkt, dass bei den nachfolgenden Modifizierungsbeispielen Bauteile, die denjenigen der beispielhaften Ausführungsform ähnlich sind, mit ähnlichen Bezugszeichen markiert sind und eine Beschreibung diesbezüglich somit entfällt.
  • [Modifizierungsbeispiel 1]
  • (A. Konfiguration)
  • 11 veranschaulicht in Form eines Schaltungsdiagramm ein Beispiel einer Gesamtkonfiguration eines Schaltnetzteils (ein Schaltnetzteil 1A) gemäß einem Modifizierungsbeispiel 1.
  • Das Schaltnetzteil 1A gemäß dem Modifizierungsbeispiel kann mit Wechselrichterschaltungen 21A und 22A bereitgestellt sein, die jeweils eine Vollbrückenschaltung umfassen, anstelle der Wechselrichterschaltungen 21 und 22, die jeweils eine Halbbrückenschaltung umfassen. Es sei angemerkt, dass die Wechselrichterschaltungen 21A und 22A parallel zueinander zwischen dem Eingangsanschluss T1 und T2 und den Primärwicklungen 311 und 321, ähnlich den Wechselrichterschaltungen 21 und 22, angeordnet sind.
  • (Wechselrichterschaltungen 21A und 22A)
  • Die Wechselrichterschaltung 21A kann die vier Schaltelemente S1 bis S4, die Kondensatoren C1 bis C4, und die Dioden D1 bis D4 umfassen. Die Kondensatoren C1 bis C4 und die Dioden D1 bis D4 können jeweils parallel an die Schaltelemente S1 bis S4 gekoppelt sein. Die Wechselrichterschaltung 22A kann vier Schaltelemente S5 bis S8, Kondensatoren C5 bis C8, Dioden D5 bis D8, und die Resonanzspule Lr umfassen. Die Kondensatoren C5 bis C8 und die Dioden D5 bis D8 können jeweils parallel an die Schaltelemente S5 bis S8 gekoppelt sein. Es sei angemerkt, dass die Dioden D1 bis D8 jeweils eine Kathode umfassen können, die an der Primär-Hochspannungsleitung L1L angeordnet ist. Mit anderen Worten können sich die Dioden D1 bis D8 im rück(wärts) gekoppelten Zustand befinden.
  • In der Wechselrichterschaltung 21A, können die ersten Enden der Schaltelemente S1 und S2, die ersten Enden der Kondensatoren C1 und C2, die Anode der Diode D1 und die Kathode der Diode D2 am Verbindungspunkt P1 gekoppelt bzw. geklemmt sein. Die ersten Enden der Schaltelemente S3 und S4, die ersten Enden der Kondensatoren C3 und C4, die Anode der Diode D3 und die Kathode der Diode D4 können am Verbindungspunkt P3 gekoppelt sein. Die zweiten Enden der Schaltelemente S1 und S3, die zweiten Enden der Kondensatoren C1 und C3 und die Kathoden der Dioden D1 und D3 können am Verbindungspunkt P4 an der primären Hochspannungsleitung L1H gekoppelt sein. Die zweiten Enden der Schaltelemente S2 und S4, die zweiten Enden der Kondensatoren C2 und C4 und die Anoden der Dioden D2 und D4 können am Verbindungspunkt P5 an der primären Niederspannungsleitung L1L gekoppelt sein. Zwischen den Verbindungspunkten P1 und P3 kann die Primärwicklung 311 des Transformators 31 eingefügt sein. Mit dieser Konfiguration können in der Wechselrichterschaltung 21A die Schaltelemente S1 bis S4 jeweils ein- und ausgeschaltet werden gemäß Treibersignalen SG1 bis SG4, die von der Treiberschaltung 5 bereitgestellt werden. Dies ermöglicht es, die Gleichspannungs-Eingangsspannung Vin in eine Wechselspannung zu wandeln und die so gewandelte Wechselspannung kann ausgegeben werden. Es sei angemerkt, dass wie in 11 veranschaulicht das Treibersignal SG1 und das Treibersignal SG4 zueinander gleiche Signale sein können, während das Treibersignal SG2 und das Treibersignal SG3 zueinander gleiche Signale sein können.
  • In der Wechselrichterschaltung r können die ersten Enden der Schaltelemente S5 und S6, erste Enden der Kondensatoren C5 und C6, die Anode der Diode D5 und die Kathode der Diode D6 am Verbindungspunkt P12 gekoppelt sein. Erste Enden der Schaltelemente S7 und S8, erste Enden der Kondensatoren C7 und C8, die Anode der Diode D7 und die Kathode der Diode D8 können am Verbindungspunkt P13 gekoppelt sein. Zweite Enden der Schaltelemente S5 und S7, zweite Enden der Kondensatoren C5 und C7 und die Kathoden der Dioden D5 und D7 können am Verbindungspunkt P4 gekoppelt sein. Zweite Enden der Schaltelemente S6 und S8, zweite Enden der Kondensatoren C6 und C8 und die Anoden der Dioden D6 und D8 können am Verbindungspunkt P5 gekoppelt sein. Zwischen den Verbindungspunkten P12 und P13 kann die Primärwicklung 321 des Transformators 32 und der Resonanzspule Lr in Reihe geschaltet eingefügt sein. In einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkenden Beispiel kann das erste Ende der Primärwicklung 321 mit dem Verbindungspunkt P12 gekoppelt sein; das zweite Ende der Primärwicklung 321 und das erste Ende der Resonanzspule Lr können gekoppelt sein; das zweite Ende der Resonanzspule Lr kann mit dem Verbindungspunkt P13 gekoppelt sein. Mit dieser Konfiguration können in der Wechselrichterschaltung 22A die Schaltelemente S5 bis S8 jeweils ein- und ausgeschaltet werden gemäß den Treibersignalen SG5 bis SG8, die von der Treiberschaltung 5 bereitgestellt werden. Dies ermöglicht es, die Gleichstrom-Eingangsspannung Vin in eine Wechselstrom-Spannung zu wandeln und die so gewandelte Wechselspannung kann ausgegeben werden. Es sei angemerkt, dass wie in 11 veranschaulicht das Treibersignal SG5 und das Treibersignal SG8 die zueinander gleichen Signale sein können und das Treibersignal SG6 und das Treibersignal SG7 die zueinander gleichen Signale sein können.
  • Es sei angemerkt, dass jedes der Schaltelemente S1 bis S8 ein Schaltelement wie etwa einen MOS-FET und einen IGBT umfassen kann, ähnlich der vorstehenden Beschreibung. Die als Schaltelemente S1 bis S8 genutzten MOSFETs können die Kondensatoren C1 bis C8 und die Dioden D1 bis D8 aus Parasitärkapazitäten und Parasitärdioden der jeweiligen MOS-FETs gebildet sein. In einer anderen Alternative können die Kondensatoren C1 bis C8 als Sperrschichtkapazitäten der jeweiligen Dioden D1 bis D8 gebildet sein. Mit solchen Konfigurationen ist es nicht notwendig, die Kondensatoren C1 bis C8 und die Dioden D1 bis D8 getrennt von den Schaltelementen S1 bis S8 bereitzustellen. Dies ermöglicht die Vereinfachung der Schaltungskonfiguration der Wechselrichterschaltungen 21A und 22A.
  • (B. Betrieb, Funktionsweisen und Wirkungen)
  • 12 veranschaulicht in Form eines Zeitwellenformschaubilds eine Spannungswellenform oder eine Stromwellenform in jedem Abschnitt des Schaltnetzteils 1A in ähnlicher Weise wie 2 wie oben beschrieben. Spezifisch veranschaulichen (A) und (B) aus 12 Spannungswellenformen der Treibersignale SG1 bis SG8. (C) bis (G) aus 12 veranschaulichen Stromwellenformen der Ströme I311 und I321, die jeweils durch die Primärwicklungen 311 und 321 fließen und der Ströme I411, I412, I421, I422, I431, I432, I441 und I442, die jeweils durch die Gleichrichterdioden 411, 412, 421, 422, 431, 432, 441 und 442 fließen. (H) aus 12 veranschaulicht Spannungswellenformen der Spannungen V1 und V2 wie beschrieben. (I) aus 12 veranschaulicht Stromwellenformen der Ströme 1-lch1 und ILch2, den Strom bzw. Stromstärke (ILch1 + ILch2) und den Ausgangsstrom Iout wie beschrieben. Es sei angemerkt, dass die positiven Richtungen der Spannungen und der Ströme durch die Pfeile in 1 markiert sind.
  • Das Schaltnetzteil 1A kann deshalb auf ähnliche Weise wie das Schaltnetzteil 1 arbeiten bzw. laufen, wodurch es möglich wird, grundsätzlich ähnliche Funktionsweisen zu erhalten und deshalb ähnliche Wirkungen zu erzielen.
  • Es sei angemerkt, wie oben beschrieben, dass das Treibersignal SG1 und das Treibersignal SG4 die zueinander gleichen Signale sein können, während das Treibersignal SG2 und das Treibersignal SG3 die zueinander gleichen Signale sein können. Auf ähnliche Weise können das Treibersignal SG5 und das Treibersignal SG8 die zueinander gleichen Signale sein, und das Treibersignal SG6 und das Treibersignal SG7 können die zueinander gleichen Signale sein. Die Zeitpunkte t10 bis t19 wie in 12 veranschaulicht können jeweils den Zeitpunkten t0 bis t9 in der vorherigen beispielhaften Ausführungsform, veranschaulicht in 2, entsprechen. Auf ähnliche Weise können die Zeitpunkte t15 bis t19 wie in 12 veranschaulicht jeweils den Zeitpunkten t10 bis 14 wie in 2 veranschaulicht entsprechen. Auf ähnliche Weise können die Treibersignale SG1 und SG4 wie in 12 veranschaulicht dem Treibersignal SG1, in 2 veranschaulicht, entsprechen, und die Treibersignale SG2 und SG3 wie in 12 veranschaulicht können dem Treibersignal SG2, in FIG. veranschaulicht, entsprechen. Auf ähnliche Weise können die Treibersignale SG6 und SG7 wie in 12 veranschaulicht dem Treibersignal SG3, veranschaulicht in 2, entsprechen, und die Treibersignale SG5 und SG8 wie in 12 veranschaulicht können dem Treibersignal SG4, veranschaulicht in 2, entsprechen.
  • Angenommen, dass die Anzahl der Wicklungen der Primärwicklungen 311 und 321 in dem Modifizierungsbeispiel als Npf dargestellt ist und die Anzahl der Wicklungen der Primärwicklungen 311 und 321 in der vorstehenden beispielhaften Ausführungsform als Nph, dann kann die folgende Beziehung hergestellt werden: (Npf/Nph) = 2. Deshalb kann folgendes gesagt werden: Zunächst mit gleicher Größe der Last 7 ist ein durch die Schaltelemente S1 bis S8 fließender Strom gemäß dem Modifizierungsbeispiel etwa halb so groß wie ein Strom, der durch die Schaltelemente S1 bis S4 gemäß der vorstehenden beispielhaften Ausführungsform fließt. Als nächstes ist eine auf die Transformatoren 31 und 32 aufgebrachte Spannung gleich (Vin/2) in der vorstehenden beispielhaften Ausführungsform, und Vin in dem Modifizierungsbeispiel. Es folgt daher, dass die Schaltnetzteile 1 und 1A einander entsprechend bzw. gleichwirkend werden können, indem es der Anzahl der Wicklungen der Sekundärwicklungen 321 und 322 erlaubt wird, einander gleich zu sein und indem die oben-beschrieben Beziehung erlaubt wird: (Npf/Nph) = 2 soll erfüllt sein.
  • Es sei angemerkt, dass in dem Schaltnetzteil 1A gemäß dem Modifizierungsbeispiel eine Ausgangsspannungssteuerung mit Verwendung einer Phasendifferenz zwischen Armen innerhalb jeder der Wechselrichterschaltungen 21A und 22A auch verwendet werden kann, zusätzlich zu der Ausgangsspannungssteuerung mit Verwendung der Phasendifferenz φ zwischen den Wechselrichterschaltungen (zwischen den Wechselrichterschaltungen 21A und 22A in diesem Modifizierungsbeispiel). Dies kann jedoch eine längere Dauer einer Erzeugungsperiode des Zirkulationsstroms verursachen, der für den ZVS-Betrieb wie oben beschrieben eingesetzt wird. Deshalb kann dies weniger effektiv sein im Hinblick auf das Verringern von Strom- bzw. Leistungsverlusten (oder das Verbessern der Leistungsübertragungseffizienz) wie in der vorstehenden beispielhaften Ausführungsform.
  • [Modifizierungsbeispiel]
  • 13 veranschaulicht in Form eines Schaltungsdiagramms ein Beispiel einer Gesamtkonfiguration eines Schaltnetzteils (ein Schaltnetzteil 1B) gemäß einem Modifizierungsbeispiel 2.
  • Das Schaltnetzteil 1B gemäß dem Modifizierungsbeispiel kann mit Wechselrichterschaltungen 21B und 22B bereitgestellt sein, anstelle der Wechselrichterschaltungen 21 und 22 wie in dem Schaltnetzteil 1 gemäß der vorstehenden beispielhaften Ausführungsform.
  • Die Wechselrichterschaltungen 21B und 22B können jeweils mit Kondensatoren bereitgestellt sein, die eine vorgespannte Erregung verhindern können, d.h. Kondensatoren C61 und C62. In einem spezifischen, jedoch nicht-beschränkenden Beispiel kann in der Wechselrichterschaltung 21B der Kondensator C61 zwischen dem Verbindungspunkt P1 und der Primärwicklung 311 des Transformators 31 eingefügt werden. In der Wechselrichterschaltung 22B kann der Kondensator C62 zwischen dem Verbindungspunkt P6 und der Primärwicklung 321 des Transformators 32 eingefügt werden.
  • Mit dieser Konfiguration ist es bei bzw. in dem Schaltnetzteil 1B möglich, die vorgespannte Erregung in dem Transformator 31 und 32 zu beschränken (oder in einem bevorzugten, jedoch nicht beschränkenden Beispiel zu verhindern), und verschiedene Nachteile aufgrund der vorgespannten Erregung zu vermeiden.
  • Es sei angemerkt, dass das Schaltnetzteil 1A wie in dem Modifizierungsbeispiel 1 beschrieben ebenfalls mit den Kondensatoren C61 und C62 bereitgestellt sein kann, ähnlich dem Modifizierungsbeispiel.
  • [Modifizierungsbeispiel 3]
  • 14 veranschaulicht in Form eines Schaltungsdiagramms ein Beispiel einer Gesamtkonfiguration eines Schaltnetzteils (ein Schaltnetzteil 1C) gemäß dem Modifizierungsbeispiel 3.
  • Das Schaltnetzteil 1C kann mit einer Wechselrichterschaltung 22C wie unten beschrieben bereitgestellt sein, anstelle der Wechselrichterschaltung 22 wie in dem Schaltnetzteil 1 gemäß der vorstehenden beispielhaften Ausführungsform.
  • Die Wechselrichterschaltung 22C kann mit Gleichrichtervorrichtungen bereitgestellt bzw. versehen sein, die als Sperrrichtungs- bzw. Sperrspannungsklammern dienen können, d.h. Dioden D51 und D52. In einem spezifischen, jedoch nicht beschränkenden Beispiel kann die Diode D51 eine Anode umfassen, die an den Verbindungspunkt P6 gekoppelt ist, und eine Kathode, die an die primäre Hochspannungsleitung L1H (den Verbindungspunkt P4) gekoppelt ist. Die Diode D52 kann eine Anode umfassen, die an die primäre Niederspannungsleitung L1L (den Verbindungspunkt P5) gekoppelt ist, und eine Kathode, die an den Verbindungspunkt P6 gekoppelt ist. Mit anderen Worten können die Dioden D51 und D52 zwischen der primären Hochspannungsleitung L1H und der primären Niederspannungsleitung L1L bereitgestellt werden, und können in Reihe geschaltet durch den Verbindungspunkt P6 gekoppelt sein.
  • Mit dieser Konfiguration ist es in dem Schaltnetzteil 1C möglich, die Erzeugung einer Stoßspannung, die die An- und Aus-Vorgänge der Schaltelemente S1 bis S4 begleitet, zu beschränken. Somit ist es möglich, den Verlust in den Gleichrichterdioden 411, 412, 421, 422, 431, 432, 441, und 442 innerhalb der Gleichrichterglättungsschaltung 4 zu verringern.
  • Es sei angemerkt, dass die Schaltnetzteile 1A und 1B ebenfalls mit den Dioden D51 und D52 bereitgestellt werden können, die als Sperrspannungsklammern dienen können, ähnlich dem Modifizierungsbeispiel.
  • [Modifizierungsbeispiel 4]
  • 15 veranschaulicht ein Beispiel einer Schaltungskonfiguration einer Gleichrichterglättungsschaltung (eine Gleichrichterglättungsschaltung 4A) gemäß einem Modifizierungsbeispiel 4. Die Gleichrichterglättungsschaltung 4A gemäß dem Modifizierungsbeispiel kann sich von der bislang beschriebenen Gleichrichterglättungsschaltung 4 in einer Anordnung der Drosselspulen Lch1 und Lch2, und in einer Kopplungsbeziehung der Gleichrichterdioden 411, 412, 421, 422, 431, 432, 441, und 442, und den Drosselspulen Lch1 und Lch2 unterscheiden.
  • In einem spezifischen, jedoch nicht beschränkenden Beispiel kann in der Gleichrichterglättungsschaltung 4A der Verbindungspunkt der ersten Enden der ersten Arme in den ersten und zweiten Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen wie beschrieben an das erste Ende der Drosselspule Lch1 gekoppelt sein, die am Erdleiter LG von dem Ausgangsanschluss T4 angeordnet ist. Der Verbindungspunkt der zweiten Enden der ersten Arme kann an die Ausgangsleitung LO gekoppelt sein, die sich vom Ausgangsanschluss T3 erstreckt. Der Verbindungspunkt der ersten Enden der zweiten Arme in den ersten und zweiten Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen wie beschrieben kann an das erste Ende der Drosselspule Lch2 gekoppelt sein, die am Erdleiter LG von dem Ausgangsanschluss T4 angeordnet ist. Der Verbindungspunkt der zweiten Enden der zweiten Arme kann an die Ausgangsleitung LO gekoppelt sein.
  • Hierbei können in dem ersten Arm in der ersten Vollbrücken-Gleichrichterschaltung die Kathoden der Gleichrichterdioden 411 und 412 an der Seite angeordnet sein, an der das zweite Ende des ersten Arms angeordnet ist. Die Anoden der Gleichrichterdioden 411 und 412 können an der Seite angeordnet sein, an der das erste Ende des ersten Arms angeordnet ist. In einem spezifischen, jedoch nicht beschränkenden Beispiel kann die Anode der Gleichrichterdiode 412 an die Seite der Drosselspule Lch1 gekoppelt sein, an der das erste Ende des ersten Arms angeordnet ist. Die Anode der Gleichrichterdiode 411 und die Kathode der Gleichrichterdiode 412 können an dem Verbindungspunkt P7 gekoppelt sein. Die Kathode der Gleichrichterdiode 411 kann an die Ausgangsleitung LO gekoppelt sein. Hierbei können in dem zweiten Arm in der ersten Vollbrücken-Gleichrichterschaltung die Kathoden der Gleichrichterdioden 421 und 422 an der Seite angeordnet sein, an der das zweite Ende des zweiten Arms angeordnet ist. Die Anoden der Gleichrichterdioden 421 und 422 können an der Seite angeordnet sein, an der das erste Ende des zweiten Arms angeordnet ist. In einem spezifischen, jedoch nicht beschränkenden Beispiel kann die Anode der Gleichrichterdiode 422 an die Seite der Drosselspule Lch2 gekoppelt sein, an der das erste Ende des zweiten Arms angeordnet ist. Die Anode der Gleichrichterdiode 421 und die Kathode der Gleichrichterdiode 422 können an dem Verbindungspunkt P8 gekoppelt sein. Die Kathode der Gleichrichterdiode 421 kann an die Ausgangsleitung LO gekoppelt sein.
  • Auf ähnliche Weise können in dem ersten Arm in der zweiten Vollbrücken-Gleichrichterschaltung die Kathoden der Gleichrichterdioden 431 und 432 an der Seite angeordnet sein, an der das zweite Ende des ersten Arms angeordnet ist. Die Anoden der Gleichrichterdioden 431 und 432 können an der Seite angeordnet sein, an der das erste Ende des ersten Arms angeordnet ist. In einem spezifischen, jedoch nicht beschränkenden Beispiel kann die Anode der Gleichrichterdiode 432 an die Seite der Drosselspule Lch1 gekoppelt sein, an der das erste Ende des ersten Arms angeordnet ist. Die Anode der Gleichrichterdiode 431 und die Kathode der Gleichrichterdiode 432 können an dem Verbindungspunkt P9 gekoppelt sein. Die Kathode der Gleichrichterdiode 431 kann an die Ausgangsleitung LO gekoppelt sein. Hierbei können in dem zweiten Arm in der ersten Vollbrücken-Gleichrichterschaltung die Kathoden der Gleichrichterdioden 441 und 442 an der Seite angeordnet sein, an der das zweite Ende des zweiten Arms angeordnet ist. Die Anoden der Gleichrichterdioden 441 und 442 können an der Seite angeordnet sein, an der das erste Ende des zweiten Arms angeordnet ist. In einem spezifischen, jedoch nicht beschränkenden Beispiel kann die Anode der Gleichrichterdiode 442 an die Seite der Drosselspule Lch2 gekoppelt sein, an der das erste Ende des zweiten Arms angeordnet ist. Die Anode der Gleichrichterschaltung 441 und die Kathode der Gleichrichterdiode 442 können an dem Verbindungspunkt P0 gekoppelt sein. Die Kathode der Gleichrichterdiode 441 kann an die Ausgangsleitung LO gekoppelt sein.
  • Ferner können die Sekundärwicklungen 312 und 322 in den jeweiligen Transformatoren 31 und 32 jeweils an die entsprechende erste beziehungsweise zweite Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen gekoppelt sein, um jeweils die H-Brückenkopplung an die entsprechende erste und zweite Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen zu bilden. In einem spezifischen jedoch nicht-beschränkenden Beispiel kann die Sekundärwicklung 312 des Transformators 31 an die erste Vollbrücken-Gleichrichterschaltung gekoppelt sein, um die H-Brückenkopplung an die erste Vollbrücken-Gleichrichterschaltung zu bilden. Ebenso kann die Sekundärwicklung 322 des Transformators 32 an die zweite Vollbrücken-Gleichrichterschaltung gekoppelt sein, um die H-Brücken-Kopplung an die zweite Vollbrücken-Gleichrichterschaltung zu bilden. In noch einem spezifischen jedoch nicht-beschränkenden Beispiel kann die Sekundärwicklung 312 zwischen den Verbindungspunkten P7 und P8 in der ersten Vollbrücken-Gleichrichterschaltung eingesetzt werden, während die Sekundärwicklung 322 zwischen den Verbindungspunkten P9 und P0 in der zweiten Vollbrücken-Gleichrichterschaltung eingesetzt werden kann.
  • Ferner kann der Verbindungspunkt der zweiten Enden der Drosselspulen Lch1 und Lch2 an das erste Ende des Ausgangsglättungskondensators Cout gekoppelt sein. In den ersten und den zweiten Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen kann der Verbindungspunkt der zweiten Enden der erste Arme und der Verbindungspunkt der zweiten Enden der zweiten Arme jeweils an das zweite Ende des Ausgangsglättungskondensators Cout gekoppelt sein.
  • Wie beschrieben können verschiedene Implementationen als Konfiguration (z.B. eine Anordnung von Schaltelementen und deren Kopplungsbeziehung) innerhalb der Gleichrichterglättungsschaltung angenommen werden.
  • [3. Andere Modifizierungsbeispiele]
  • Obgleich die Erfindung vorstehend beispielhaft anhand von beispielhaften Ausführungsformen und den Modifizierungsbeispielen beschrieben wurde, ist die Technologie der Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern kann auch verschiedenste Weise modifiziert werden.
  • Zum Beispiel in den beispielhaften Ausführungsformen und dem Modifizierungsbeispielen erfolgte die Beschreibung zu spezifischen Konfigurationen der Wechselrichterschaltungen bzw. Schaltkreise. Jedoch sind die Konfigurationen der Wechselrichterschaltungen nicht hierauf beschränkt und andere Konfigurationen können aufgenommen werden. Spezifisch ist in den beispielhaften Ausführungsformen und den Modifizierungsbeispielen ein Beispiel mit einem Schaltnetzteil beschrieben, welches die Wechselrichterschaltungen mit einer gemeinsamen Konfiguration umfasst wie auch ein Fall, bei dem die Wechselrichterschaltungen jeweils eine Halbbrückenschaltung mit zwei Schaltelementen umfasst, und ein Fall, bei dem die Wechselrichterschaltungen jeweils eine Halbbrückenschaltung mit vier Schaltelementen umfassen. Jedoch dient dies nur der Veranschaulichung und ist nicht beschränkend. Das Schaltnetzteil kann die Wechselrichterschaltungen mit unterschiedlichen Konfigurationen umfassen. Zum Beispiel kann eine der Wechselrichterschaltungen eine Halbbrückenschaltung mit zwei Schaltelementen umfassen, während eine andere der Wechselrichterschaltungen eine Vollbrückenschaltung mit vier Schaltelementen umfassen kann.
  • Ferner, in den beispielhaften Ausführungsformen und den Modifizierungsbeispielen erfolgte eine Beschreibung der spezifischen Konfigurationen der Gleichrichterglättungsschaltung. Jedoch sind die Konfigurationen der Gleichrichterglättungsschaltung nicht hierauf beschränkt und andere Konfigurationen können angenommen werden. Spezifisch können zum Beispiel die Gleichrichtervorrichtungen in der Gleichrichterglättungsschaltung jeweils eine Parasitärdiode eines MOS-FET’s umfassen- In diesem Fall, in einem bevorzugten, jedoch nicht-beschränkenden Beispiel kann der MOS-FET selbst angeschaltet werden, synchronisiert auf eine Periode, in der die Parasitärdiode des MOS-FET leitend wird (d.h. der MOS-FET kann synchrones Gleichrichten durchführen). Dies erlaubt eine Gleichrichtung mit geringerem Spannungsabfall. Es sei angemerkt, dass in diesem Fall die Anodenseite der Parasitärdiode an der Source-Seite des MOS-FET‘s angeordnet sein kann, während die Kathodenseite der Parasitärdiode an der Drain-Seite des MOS-FET’s angeordnet sein kann.
  • Ferner ist in den beispielhaften Ausführungsformen und den Modifizierungsbeispielen wie oben beschrieben die Anzahl der Wechselrichterschaltungen, die Anzahl der Transformatoren, die Anzahl der Gleichrichtervorrichtungen, und die Anzahl der Arme nicht auf physische Zahlen beschränkt, sondern kann sich auf die Anzahlen derjenigen beziehen, die in einer gleichwertigen Schaltung vorhanden sind.
  • Zudem erfolgte in den beispielhaften Ausführungsformen und den Modifizierungsbeispielen die Beschreibung am Beispiel eines DC-DC-Wandlers als Beispiel des Schaltnetzteils gemäß der Ausführungsform der Erfindung. Jedoch kann jede Ausführungsform der Erfindung auf andere Arten von Schaltnetzteilen, wie etwa AC-DC-Wandler, angewendet werden.
  • Darüber hinaus umfasst die Erfindung jede mögliche Kombination von manchen oder allen der verschiedenen Ausführungsformen und der Modifizierungsbeispiele, die hierin beschrieben und aufgenommen sind.
  • Es ist möglich, zumindest die folgenden Konfigurationen aus den oben-beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen und den Modifizierungsbeispielen der Offenbarung zu erzielen.
    • (1) Schaltnetzteil, aufweisend: ein Paar Eingangsanschlüsse, die eingerichtet sind, eine Eingangsspannung aufzunehmen; ein Paar Ausgangsanschlüsse, die eingerichtet sind, eine Ausgangsspannung auszugeben; zwei Transformatoren, jeweils mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung; zwei Wechselrichterschaltungen, die parallel zueinander angeordnet sind zwischen dem Paar von Eingangsanschlüssen und den Primärwicklungen und die jeweils ein oder mehrere Schaltelementen aufweisen; eine Gleichrichterglättungsschaltung, die zwischen dem Paar von Ausgangsanschlüssen und den Sekundärwicklungen angeordnet ist und acht Gleichrichtervorrichtungen, eine erste Drosselspule, eine zweite Drosselspule und eine Kapazität, die zwischen dem Paar von Ausgangsanschlüssen angeordnet ist, umfasst, wobei zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen angeordnet sind, die jeweils zwei Arme umfassen, wobei die zwei Arme jeweils zwei der acht Gleichrichtervorrichtungen aufweisen, die in Reihe zueinander in einer gleichen Richtung angeordnet sind, die Sekundärwicklungen der jeweiligen zwei Transformatoren jeweils an die entsprechende eine der zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen gekoppelt sind, um eine H-Brücken-Kopplung an die entsprechende eine der zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen zu bilden, ein erster Verbindungspunkt mit einem ersten Ende der ersten Drosselspule gekoppelt ist und ein zweiter Verbindungspunkt mit einem ersten Ende der zweiten Drosselspule gekoppelt ist, wobei der erste Verbindungspunkt ein Verbindungspunkt ist, der erste Enden von jeweiligen ersten Armen zusammenkoppelt, und der zweite Verbindungspunkt ein Verbindungspunkt ist, der erste Enden von jeweiligen zweiten Armen zusammenkoppelt, wobei die ersten Arme jeweils ein Arm sind, der einem der zwei Arme in jeder der zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen entspricht, und die zweiten Arme jeweils ein Arm sind, der einem anderen der zwei Arme in jedem der zwei Voll-Brücken-Gleichrichterschaltungen entspricht, ein dritter Verbindungspunkt mit einem ersten Ende der Kapazität gekoppelt ist, wobei der dritte Verbindungspunkt ein Verbindungspunkt ist, der die zweiten Enden der jeweiligen ersten und zweiten Drosselspulen zusammenkoppelt, und ein vierter Verbindungspunkt und ein fünfter Verbindungspunkt an ein zweites Ende der Kapazität gekoppelt sind, wobei der vierte Verbindungspunkt ein Verbindungspunkt ist, der zweite Enden der jeweiligen ersten Arme in den jeweiligen zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen zusammenkoppelt, und der fünfte Verbindungspunkt ein Verbindungspunkt ist, der zweite Enden der jeweiligen zweiten Arme in den jeweiligen zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen zusammenkoppelt; und einen Treiber, der eingerichtet ist, eine Schaltsteuerung durchzuführen, die den Betrieb des einen oder der mehreren Schaltelemente der jeweiligen zwei Wechselrichterschaltungen steuert.
    • (2) Schaltnetzteil nach (1), wobei in jeder der zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen in dem jeweils ersten Arm und dem jeweils zweiten Arm, jede der zwei von den acht Gleichrichtervorrichtungen umfasst: eine Kathode, angeordnet an der Seite, an welcher das erste Ende des entsprechenden einen des ersten Arms und des zweiten Arms angeordnet ist; und eine Anode, angeordnet an der Seite, an welcher das zweite Ende des entsprechenden einen des ersten Arms und des zweiten Arms angeordnet ist.
    • (3) Schaltnetzteil nach (1), wobei in jeder der zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen in dem jeweils ersten Arm und dem jeweils zweiten Arm, jede der zwei von den acht Gleichrichtervorrichtungen umfasst: eine Kathode, angeordnet an der Seite, an welcher das zweite Ende des entsprechenden einen des ersten Arms und des zweiten Arms angeordnet ist; und eine Anode, angeordnet an der Seite, an welcher das erste Ende des entsprechenden einen des ersten Arms und des zweiten Arms angeordnet ist.
    • (4) Schaltnetzteil nach einem von (1) bis (3), wobei die acht Gleichrichtervorrichtungen jeweils eine Parasitärdiode eines Feldeffekttransistors aufweisen.
    • (5) Schaltnetzteil nach Anspruch einem von (1) bis (4), wobei das eine oder die mehreren Schaltelemente zwei oder mehr Schaltelemente umfassen, und die zwei Wechselrichterschaltungen jeweils eine Haltbrückenschaltung oder eine Vollbrückenschaltung aufweisen, wobei die Halbbrückenschaltung zwei der zwei oder mehr Schaltelemente umfasst, und wobei die Vollbrückenschaltung vier der zwei oder mehr Schaltelemente umfasst.
    • (6) Schaltnetzteil nach einem von (1) bis (5), wobei der Treiber die Schaltsteuerung derart durchführt, dass die zwei Wechselrichterschaltungen mit einer Phasendifferenz arbeiten.
    • (7) Schaltnetzteil nach (6), wobei der Treiber den Betrag der Ausgangsspannung durch Variieren eines Erregungszeitraums in jeder der ersten und zweiten Drosselspulen gemäß dem Betrag der Phasendifferenz steuert.
    • (8). Schaltnetzteil nach (7), wobei der Treiber die Schaltsteuerung derart durchführt, dass Zeitspannen von Einschaltperioden des einen oder der mehreren Schaltelemente in jeder der zwei Wechselrichterschaltungen im Wesentlichen maximal sind.
  • Obgleich die Erfindung anhand von beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie nicht hierauf beschränkt. Es sollte geschätzt werden, dass Variationen in den beschriebenen Ausführungsformen durch einen Fachmann vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung wie durch die folgenden Ansprüche definiert zu verlassen. Die Beschränkungen in den Ansprüchen sind basierend auf der in den Ansprüchen eingesetzten Sprache weit auszulegen und sind nicht auf in dieser Schrift oder während der Verfolgung der Anmeldung beschriebene Beispiele beschränkt, und die Beispiele sind als nicht-ausschließlich auszulegen. Zum Beispiel ist in dieser Offenbarung der Begriff „bevorzugt/e/er“, „bevorzugterweise“, oder dergleichen nicht-ausschließlich und meint „bevorzugt“, jedoch nicht hierauf beschränkt. Die Verwendung der Begriffe erstens, zweitens, etc. bezeichnet keine Reihenfolge oder Wichtigkeit sondern vielmehr werden die Begriffe erstens, zweitens, etc. verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Der Begriff „im Wesentlichen“ und seine Variationen sind definiert als weitgehend jedoch nicht notwendigerweise gänzlich demjenigen, das ein Fachmann hierunter versteht. Der Begriff „etwa“ oder „ungefähr“ wie hierin verwendet kann einen Grad an Variabilität bezüglich eines Wertes oder einer Spanne erlauben. Darüber hinaus ist kein Element oder Bauteil in dieser Offenbarung für die Öffentlichkeit bestimmt, unabhängig davon, ob das Element oder das Bauteil explizit in den nachfolgenden Ansprüchen erwähnt ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • US 2009/0196072 [0003]
    • US 8780585 [0003]

Claims (8)

  1. Schaltnetzteil, aufweisend: ein Paar Eingangsanschlüsse, die eingerichtet sind, eine Eingangsspannung aufzunehmen; ein Paar Ausgangsanschlüsse, die eingerichtet sind, eine Ausgangsspannung auszugeben; zwei Transformatoren, jeweils mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung; zwei Wechselrichterschaltungen, die parallel zueinander angeordnet sind zwischen dem Paar von Eingangsanschlüssen und den Primärwicklungen und die jeweils ein oder mehrere Schaltelementen aufweisen; eine Gleichrichterglättungsschaltung, die zwischen dem Paar von Ausgangsanschlüssen und den Sekundärwicklungen angeordnet ist und acht Gleichrichtervorrichtungen, eine erste Drosselspule, eine zweite Drosselspule und eine Kapazität, die zwischen dem Paar von Ausgangsanschlüssen angeordnet ist, umfasst, wobei zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen angeordnet sind, die jeweils zwei Arme umfassen, wobei die zwei Arme jeweils zwei der acht Gleichrichtervorrichtungen aufweisen, die in Reihe zueinander in einer gleichen Richtung angeordnet sind, die Sekundärwicklungen der jeweiligen zwei Transformatoren jeweils an die entsprechende eine der zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen gekoppelt sind, um eine H-Brücken-Kopplung an die entsprechende eine der zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen zu bilden, ein erster Verbindungspunkt mit einem ersten Ende der ersten Drosselspule gekoppelt ist und ein zweiter Verbindungspunkt mit einem ersten Ende der zweiten Drosselspule gekoppelt ist, wobei der erste Verbindungspunkt ein Verbindungspunkt ist, der erste Enden von jeweiligen ersten Armen zusammenkoppelt, und der zweite Verbindungspunkt ein Verbindungspunkt ist, der erste Enden von jeweiligen zweiten Armen zusammenkoppelt, wobei die ersten Arme jeweils ein Arm sind, der einem der zwei Arme in jeder der zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen entspricht, und die zweiten Arme jeweils ein Arm sind, der einem anderen der zwei Arme in jedem der zwei Voll-Brücken-Gleichrichterschaltungen entspricht, ein dritter Verbindungspunkt mit einem ersten Ende der Kapazität gekoppelt ist, wobei der dritte Verbindungspunkt ein Verbindungspunkt ist, der die zweiten Enden der jeweiligen ersten und zweiten Drosselspulen zusammenkoppelt, und ein vierter Verbindungspunkt und ein fünfter Verbindungspunkt an ein zweites Ende der Kapazität gekoppelt sind, wobei der vierte Verbindungspunkt ein Verbindungspunkt ist, der zweite Enden der jeweiligen ersten Arme in den jeweiligen zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen zusammenkoppelt, und der fünfte Verbindungspunkt ein Verbindungspunkt ist, der zweite Enden der jeweiligen zweiten Arme in den jeweiligen zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen zusammenkoppelt; und einen Treiber, der eingerichtet ist, eine Schaltsteuerung durchzuführen, die den Betrieb des einen oder der mehreren Schaltelemente der jeweiligen zwei Wechselrichterschaltungen steuert.
  2. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, wobei in jeder der zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen in dem jeweils ersten Arm und dem jeweils zweiten Arm, jede der zwei von den acht Gleichrichtervorrichtungen umfasst: eine Kathode, angeordnet an der Seite, an welcher das erste Ende des entsprechenden einen des ersten Arms und des zweiten Arms angeordnet ist; und eine Anode, angeordnet an der Seite, an welcher das zweite Ende des entsprechenden einen des ersten Arms und des zweiten Arms angeordnet ist.
  3. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, wobei in jeder der zwei Vollbrücken-Gleichrichterschaltungen in dem jeweils ersten Arm und dem jeweils zweiten Arm, jede der zwei von den acht Gleichrichtervorrichtungen umfasst: eine Kathode, angeordnet an der Seite, an welcher das zweite Ende des entsprechenden einen des ersten Arms und des zweiten Arms angeordnet ist; und eine Anode, angeordnet an der Seite, an welcher das erste Ende des entsprechenden einen des ersten Arms und des zweiten Arms angeordnet ist.
  4. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, wobei die acht Gleichrichtervorrichtungen jeweils eine Parasitärdiode eines Feldeffekttransistors aufweisen.
  5. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, wobei das eine oder die mehreren Schaltelemente zwei oder mehr Schaltelemente umfassen, und die zwei Wechselrichterschaltungen jeweils eine Haltbrückenschaltung oder eine Vollbrückenschaltung aufweisen, wobei die Halbbrückenschaltung zwei der zwei oder mehr Schaltelemente umfasst, und wobei die Vollbrückenschaltung vier der zwei oder mehr Schaltelemente umfasst.
  6. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, wobei der Treiber dazu ausgestaltet ist, die Schaltsteuerung derart durchzuführen, dass die zwei Wechselrichterschaltungen mit einer Phasendifferenz arbeiten.
  7. Schaltnetzteil nach Anspruch 6, wobei der Treiber dazu ausgestaltet ist, den Betrag der Ausgangsspannung durch Variieren eines Erregungszeitraums in jeder der ersten und zweiten Drosselspulen gemäß dem Betrag der Phasendifferenz zu steuern.
  8. Schaltnetzteil nach Anspruch 7, wobei der Treiber dazu ausgestaltet ist, die Schaltsteuerung derart durchzuführen, dass Zeitspannen von Einschaltperioden des einen oder der mehreren Schaltelemente in jeder der zwei Wechselrichterschaltungen im Wesentlichen maximal sind.
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