DE102018114589A1

DE102018114589A1 - Leistungswandlerschaltung und leistungswandlungsverfahren

Info

Publication number: DE102018114589A1
Application number: DE102018114589.6A
Authority: DE
Inventors: Kennith Kin Leong
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2018-06-18
Filing date: 2018-06-18
Publication date: 2019-12-19
Anticipated expiration: 2038-06-19
Also published as: US11005386B2; DE102018114589B4; US20190386579A1

Abstract

Es ist eine Leistungswandlerschaltung offenbart. Die Leistungswandlerschaltung enthält: mehrere Eingangsknoten (1A-1D), einen Ausgang (14, 15), mehrere Schalter- und Spule-Schaltungen (2A-2C; 2), mehrere Gleichrichterschaltungen (3A-3C; 3), ein erstes Kondensatornetzwerk (4) und ein zweites Kondensatornetzwerk. Jede der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen (2A-2C; 2) ist zwischen einem entsprechenden Paar der mehreren Eingangsknoten (1A-1D) angeschlossen, und jede der mehreren Gleichrichterschaltungen (3A-3C; 3) ist zwischen einer entsprechenden der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen (2A-2C; 2) und dem Ausgang (14, 15) angeschlossen. Das erste Kondensatornetzwerk (4) enthält zumindest zwei Kondensatoren (41A-42B; 43, 44), die zwischen zumindest einem der mehreren Eingangsknoten (1A-1D) und dem Ausgang (14, 15) angeschlossen sind, und das zweite Kondensatornetzwerk (7) enthält zumindest einen Kondensator (71, 72) und ist an den Ausgang angeschlossen. Eine Kapazität des zumindest einen Kondensators (71, 72) des zweiten Kondensatornetzwerks (7) ist größer als eine Kapazität eines jeden der zumindest zwei Kondensatoren (41A-42B; 43, 44) des ersten Kondensatornetzwerks (4).

Description

Diese Offenbarung betrifft allgemein eine Leistungswandlerschaltung, insbesondere einen getakteten Leistungswandler, und ein Leistungswandlungsverfahren.
Getaktete Leistungswandler (die oft auch als getaktete Versorgungen (engl.: switched mode supplies; SMPS) bezeichnet werden) werden bei verschiedenen Arten von Automotive-, Industrie-, Haushalts- und Consumerelektronikanwendungen weithin verwendet. Ein getakteter Leistungswandler enthält zumindest einen elektronischen Schalter, der mit zumindest einer Spule gekoppelt ist. Ein getakteter Leistungswandler ist dazu ausgebildet, an einem Eingang eine Eingangsleistung, die durch einen Eingangsstrom multipliziert mit einer Eingangsspannung gegeben ist, zu empfangen, und einer Last, die mit einem Ausgang gekoppelt ist, eine Ausgangsleistung, die durch eine Ausgangsspannung multipliziert mit einem Ausgangsstrom gegeben ist, zuzuführen. Durch Regeln der an dem Eingang empfangenen Eingangsleistung kann der getaktete Leistungswandler zumindest einen Betriebsparameter, zum Beispiel die Ausgangsspannung, regeln. Die Eingangsleistung kann durch Regeln eines Stroms durch die zumindest eine Spule geregelt werden, wobei der Spulenstrom durch eine Schaltoperation des zumindest einen elektronischen Schalters geregelt werden kann.
Getaktete AC-DC-Leistungswandler sind dazu ausgebildet, eine AC-(Wechselstrom; engl.: „alternating current“)-Eingangsspannung zu empfangen und eine DC-(Gleichstrom; engl.: „direct current“)-Ausgangsspannung bereitzustellen. Einige Arten von AC-DC-Leistungswandlern besitzen eine sogenannte „Spannungsverdoppler“-Topologie. Bei dieser Art von Leistungswandler beträgt der Spannungspegel der Ausgangsspannung zumindest das Zweifache einer Amplitude der Eingangsspannung. Beispiele für Leistungswandler mit einer Spannungsverdopplertopologie enthalten Leistungswandler einschließlich einer „VIENNA“ -Gleichrichter-Topologie.
Es besteht ein Bedarf, eine Leistungswandlerschaltung, die dazu ausgebildet ist, eine Eingangswechselspannung zu empfangen und eine Ausgangsgleichspannung mit einem Spannungspegel, der geringer als das Zweifache der Amplitude der Eingangsspannung ist, zu liefern, bereitzustellen.
Ein Beispiel betrifft eine Leistungswandlerschaltung. Die Leistungswandlerschaltung enthält mehrere Eingangsknoten, einen Ausgang, mehrere Schalter- und Spule-Schaltungen, mehrere Gleichrichterschaltungen, ein erstes Kondensatornetzwerk und ein zweites Kondensatornetzwerk. Jede der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen ist zwischen einem jeweiligen Paar der mehreren Eingangsknoten angeschlossen, und jede der mehreren Gleichrichterschaltungen ist zwischen einem entsprechenden der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen und dem Ausgang angeschlossen. Das erste Kondensatornetzwerk enthält zumindest zwei Kondensatoren, die zwischen zumindest einem der mehreren Eingangsknoten und dem Ausgangsknoten angeschlossen sind, und das zweite Kondensatornetzwerk enthält zumindest einen Kondensator und ist an den Ausgang angeschlossen. Weiterhin ist eine Kapazität des zumindest einen Kondensators des zweiten Kondensatornetzwerks größer als eine Kapazität eines jeden der zumindest zwei Kondensatoren des ersten Kondensatornetzwerks.
Ein weiteres Beispiel betrifft ein Verfahren. Das Verfahren beinhaltet des Wandeln von Leistung durch einen Leistungswandler, wobei der Leistungswandler mehrere Eingangsknoten, einen Ausgangsknoten, mehrere Schalter- und Spule-Schaltungen, mehrere Gleichrichterschaltungen, ein erstes Kondensatornetzwerk und ein zweites Kondensatornetzwerk enthält. Das Wandeln von Leistung beinhaltet das Empfangen zumindest einer Eingangswechselspannung an den mehreren Eingangsknoten. Bei dem Leistungswandler ist jede der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen zwischen einem entsprechenden Paar der mehreren Eingangsknoten angeschlossen, und jede der Gleichrichterschaltungen ist zwischen einer entsprechenden der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen und dem Ausgang angeschlossen. Das erste Kondensatornetzwerk enthält zumindest zwei Kondensatoren, die zwischen zumindest einem der mehreren Eingangsknoten und dem Ausgang angeschlossen sind, und das zweite Kondensatornetzwerk enthält zumindest einen Kondensator und ist an den Ausgang angeschlossen. Weiterhin ist eine Kapazität des zumindest einen Kondensators des zweiten Kondensatornetzwerks größer als eine Kapazität eines jeden der zumindest zwei Kondensatoren des ersten Kondensatornetzwerks.
Beispiele werden unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen dienen dazu, bestimmte Prinzipien zu veranschaulichen, so dass nur die zum Verständnis dieser Prinzipien erforderlichen Aspekte dargestellt sind. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu. In den Zeichnungen bezeichnen dieselben Bezugsziffern gleiche Merkmale.

1 zeigt ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Leistungswandlerschaltung mit mehreren Schalter-Spule-Schaltungen, mehreren Gleichrichterschaltungen, einem ersten Kondensatornetzwerk und einem zweiten Kondensatornetzwerk darstellt;
2 zeigt Zeitverlaufsdiagrame, die Beispiele für Versorgungsspannungen, die durch eine Leistungswandlerschaltung des in 1 gezeigten Typs empfangen werden können, veranschaulichen;
3 zeigt ein Beispiel einer Leistungsquelle, die dazu ausgebildet ist, einer Leistungswandlerschaltung des in 1 gezeigten Typs Versorgungsspannungen zuzuführen;
4 zeigt ein Beispiel des ersten Kondensatornetzwerks;
Die 5 und 6 zeigen verschiedene Beispiele des zweiten Kondensatornetzwerks;
7 zeigt ein Schaltbild, das ein weiteres Beispiel einer Leistungswandlerschaltung mit mehreren Schalter-Spule-Schaltungen, mehreren Gleichrichterschaltungen, einem ersten Kondensatornetzwerk und einem zweiten Kondensatornetzwerk enthält, veranschaulicht;
8 zeigt Zeitverlaufsdiagramme, die Beispiele von Versorgungsspannungen, die durch eine Leistungswandlerschaltung des in 7 gezeigten Typs empfangen werden können, veranschaulichen;
Die 9 und 10 zeigen verschiedene Beispiele einer Leistungsquellenanordnung, die dazu ausgebildet ist, einer Leistungswandlerschaltung des in 7 gezeigten Typs Versorgungsspannungen zuzuführen;
11 zeigt ein weiteres Beispiel des ersten Kondensatornetzwerks;
12 zeigt ein Schaltbild, das ein weiteres Beispiel einer Leistungswandlerschaltung mit mehreren Schalter-Spule-Schaltungen, mehreren Gleichrichterschaltungen, einem ersten Kondensatornetzwerk und einem zweiten Kondensatornetzwerk enthält, veranschaulicht;
13 zeigt ein Beispiel einer Leistungsquellenanordnung, die dazu ausgebildet ist, einer Leistungswandlerschaltung des in 13 gezeigten Typs eine Versorgungsspannung zuzuführen;
14 zeigt ein weiteres Beispiel des ersten Kondensatornetzwerks;
15 zeigt ein Beispiel der Schalter- und Spule-Schaltung;
16 zeigt ein Beispiel eines bidirektionalen sperrenden elektronischen Schalters;
Die 17 und 18 zeigen weitere Beispiele der Schalter- und Spule-Schaltung;
19 zeigt ein Beispiel einer Leistungswandlerschaltung des in 1 gezeigten Typs, die mit Schalter- und Spule-Schaltungen des in 15 gezeigten Typs implementiert ist;
20 zeigt ein Beispiel eines Controllers, der in der in 19 gezeigten Leistungswandlerschaltung implementiert ist;
21 zeigt Signaldiagramme von einem Eingangsstrom und Steuersignalen bei einer Leistungswandlerschaltung des in 19 gezeigten Typs;
22 zeigt ein weiteres Beispiel eines Controllers, der in der in 19 gezeigten Leistungswandlerschaltung implementiert ist;
23 zeigt Beispiele von einer Ausgangsspannung und von Spannungen, die in einem Kondensatornetzwerk bei einer Leistungswandlerschaltung des in 19 gezeigten Typs auftreten;
24 zeigt ein Beispiel einer Leistungswandlerschaltung des in 1 gezeigten Typs, die mit Schalter- und Spule-Schaltungen des in 17 gezeigten Typs implementiert ist;
25 zeigt Signaldiagramme von Signalen, die bei einer Leistungswandlerschaltung des in 24 gezeigten Typs auftreten können;
26 zeigt ein Beispiel einer Leistungswandlerschaltung des in 7 gezeigten Typs, die mit Schalter- und Spule-Schaltungen des in 15 gezeigten Typs implementiert ist;
27 zeigt ein Beispiel eines Controllers, der in der in 26 gezeigten Leistungswandlerschaltung implementiert ist;
28 zeigt Signalkurvenverläufe von Spannungen, die in dem ersten Kondensatornetzwerk bei einer Leistungswandlerschaltung des in 26 gezeigten Typs auftreten;
29 zeigt ein Beispiel einer Leistungswandlerschaltung des in 12 gezeigten Typs, die mit Schalter- und Spule-Schaltungen des in 15 gezeigten Typs implementiert ist;
30 veranschaulicht ein Beispiel einer weiteren Leistungswandlerschaltung, die an einen Ausgang einer Leistungswandlerschaltung angeschlossen werden kann; und
31 zeigt ein weiteres Beispiel einer weiteren Leistungswandlerschaltung, die an einen Ausgang der Leistungswandlerschaltung angeschlossen werden kann.

In der folgenden, ausführlichen Beschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen. Die Zeichnungen bilden einen Teil der Beschreibung und zeigen zum Zweck der Veranschaulichung Beispiele dafür, wie die Erfindung verwendet und implementiert werden kann. Es versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausgestaltungen, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, miteinander kombiniert werden können.
1 zeigt ein Schaltbild einer Leistungswandlerschaltung gemäß einem Beispiel. Die Leistungswandlerschaltung enthält mehrere Eingangsknoten 1A, 1B, einen Ausgang 14, 15, mehrere Schalter- und Spule-Schaltungen 2A, 2B, und mehrere Gleichrichterschaltungen 3A, 3B. Jede der Schalter- und Spule-Schaltungen 2A, 2B ist zwischen einem entsprechenden Paar der Eingangsknoten 1A, 1B angeschlossen, und jede der Gleichrichterschaltungen 3A, 3B ist zwischen einer entsprechenden der Schalter- und Spule-Schaltungen 2A, 2B und dem Ausgang 14, 15 angeschlossen. Weiterhin ist ein erstes Kondensatornetzwerk 4 zwischen zumindest einem der Eingangsknoten 1A, 1B und dem Ausgang 14, 15 angeschlossen, und ein zweites Kondensatornetzwerk 7 ist an den Ausgang 14, 15 angeschlossen. Wie hierin unten ausführlicher erläutert wird, enthält das erste Kondensatornetzwerk 4 zumindest zwei Kondensatoren, und das zweite Kondensatornetzwerk 7 enthält zumindest einen Kondensator. Weiterhin ist eine Kapazität des zumindest einen Kondensators des zweiten Kondensatornetzwerks 7 größer als eine Kapazität eines jeden der zumindest zwei Kondensatoren des ersten Kondensatornetzwerks 4. Gemäß einem Beispiel ist eine Kapazität des zumindest einen Kondensators in dem zweiten Kondensatornetzwerk 7 größer als 1E2 (10²)-mal, größer als 1E3 (10³)-mal oder größer als 1E4 (10⁴)-mal die Kapazität eines jeden der zumindest zwei Kondensatoren in dem ersten Kondensatornetzwerk. Gemäß einem Beispiel ist die Kapazität eines jeden der Kondensatoren in dem ersten Kondensatornetzwerk 4 kleiner als 10 Mikrofarad (µF), kleiner als 1 Mikrofarad (µF), kleiner als 100 Nanofarad (nF) oder sogar kleiner als 1 Nanofarad (nF). Dies wird hierin auch unten ausführlich erläutert.
Bezug nehmend auf 1 enthält jede der Schalter- und Spule-Schaltungen 2A, 2B einen ersten Eingangsknoten 21A, 21B und einen zweiten Eingangsknoten 22A, 22B. Jeder dieser ersten und zweiten Eingangsknoten 21A-22B ist mit einem entsprechenden der Eingangsknoten 1A, 1B verbunden. Gemäß einem Beispiel sind die ersten Eingangsknoten 21A, 21B der Schalter- und Spule-Schaltungen 2A, 2B an verschiedene Eingangsknoten 1A, 1B angeschlossen, und die zweiten Schaltungsknoten 22A, 22B der Schalter- und Spule-Schaltungen 2A, 2B sind an verschiedene Eingangsknoten 1A, 1B angeschlossen. Genauer ausgedrückt ist bei dem in 1 gezeigten Beispiel der erste Eingangsknoten 21A einer ersten Schalter- und Spule-Schaltung 2A an den ersten Eingangsknoten 1A angeschlossen, der zweite Schaltungsknoten 22A der ersten Schalter- und Spule-Schaltung 2A ist an den zweiten Eingangsknoten 1B angeschlossen, der erste Schaltungsknoten 21B der zweiten Schalter- und Spule-Schaltung 2B ist an den zweiten Eingangsknoten 1B angeschlossen, und der zweite Schaltungsknoten 22B der zweiten Schalter- und Spule-Schaltung 2B ist an den ersten Eingangsknoten 1A angeschlossen.
Die Eingangsknoten 1A, 1B sind dazu ausgebildet, zwischen ihnen eine erste Eingangsspannung Vin1₁ zu empfangen. Weil die erste Schalter- und Spule-Schaltung 2A zwischen dem ersten Eingangsknoten 1A und dem zweiten Eingangsknoten 1B angeschlossen ist, ist eine durch die erste Schalter- und Spule-Schaltung 2A zwischen dem ersten Schaltungsknoten 21A und dem zweiten Schaltungsknoten 22A empfangene Spannung gleich der ersten Eingangsspannung Vin1₁ . Die zweite Schalter- und Spule-Schaltung 2B empfängt zwischen dem ersten Schaltungsknoten 21B und dem zweiten Schaltungsknoten 22B eine zweite Spannung Vin2₁ . Diese zweite Spannung Vin2₁ , die im Folgenden auch als zweite Eingangsspannung bezeichnet wird, ist die invertierte erste Eingangsspannung Vin1₁ , das heißt, Vin2₁ = -Vin1₁. Gemäß einem Beispiel ist die erste Eingangsspannung Vin1₁ eine Wechselspannung. In diesem Fall gibt es eine Phasenverschiebung von 180° zwischen der ersten Eingangsspannung Vin1₁ und der zweiten Eingangsspannung Vin2₁ .
Gemäß einem Beispiel ist die erste Eingangsspannung Vin1₁ eine sinusförmige Spannung. In diesem Fall können die erste Eingangsspannung Vin1₁ und die zweite Eingangsspannung Vin2₁ ausgedrückt werden als: $V i n 1_{1} = v_{0} \cdot sin (2 π \cdot f \cdot t)$
$V i n 2_{1} = v_{0} \cdot sin (2 π \cdot f \cdot t + 180 °)$

wobei v₀ die Amplitude der Eingangsspannungen Vin1₁ , Vin2₁ ist, f die Frequenz ist, und t die Zeit ist. Beispiele für sinusförmige erste und zweite Eingangsspannungen Vin1₁ , Vin2₁ sind in 2 gezeigt. Bezug nehmend auf 3 können diese Eingangsspannungen Vin1₁ , Vin2₁ durch eine Wechselspannungsquelle 51, die zwischen dem ersten Eingangsknoten 1A und dem zweiten Eingangsknoten 1B angeschlossen ist, erzeugt werden.
Bezug nehmend auf das Obige ist jede der Gleichrichterschaltungen 3A, 3B zwischen einer entsprechenden der Schalter- und Spule-Schaltungen 2A, 2B und dem Ausgang 14, 15 angeschlossen. Genauer ausgedrückt, ist bei dem in 1 gezeigten Beispiel eine erste 3A der Gleichrichterschaltungen 3A, 3B zwischen einer ersten 2A der Schalter- und Spule-Schaltungen 2A, 2B und dem Ausgang 14, 15 angeschlossen, und eine zweite 3B der Gleichrichterschaltungen 3A, 3B ist zwischen einer zweiten 2B der Schalter- und Spule-Schaltungen 2A, 2B und dem Ausgang 14, 15 angeschlossen. Bei diesem Beispiel enthält jede der Schalter- und Spule-Schaltungen 2A, 2B einen weiteren Schaltungsknoten 23A, 23B, und die entsprechende Gleichrichterschaltung 3A, 3B ist zwischen diesem weiteren Schaltungsknoten 23A, 23B und dem Ausgang 14, 15 angeschlossen. Dies stellt jedoch nur ein Beispiel dar. Gemäß einem weiteren, hierin weiter unten erläuterten Beispiel enthält jede der Schalter- und Spule-Schalungen 2A, 2B zwei weitere Schaltungsknoten, und die entsprechende Gleichrichterschaltung ist zwischen zwei weiteren Schaltungsknoten und dem Ausgang 14, 15 angeschlossen. Bezug nehmend auf 1 enthält der Ausgang einen ersten Ausgangsknoten 14 und einen zweiten Ausgangsknoten 15.
Gemäß einem Beispiel (und wie in 1 gezeigt) ist jede der Gleichrichterschaltungen 3A, 3B zwischen der entsprechenden der Schalter- und Spule-Schaltungen 2A, 2B und jedem dieser ersten und zweiten Ausgangsknoten 14,15 angeschlossen. Weiterhin ist das erste Kondensatornetzwerk 4 zwischen den Eingangsknoten 1A, 1B und jedem dieser ersten und zweiten Ausgangsknoten 14, 15 angeschlossen. Das zweite Kondensatornetzwerk 7 ist zwischen dem ersten Ausgangsknoten 14 und dem zweiten Ausgangsknoten 15 angeschlossen.
Bei dem in 1 gezeigten Beispiel sind die zweiten Schaltungsknoten 22A, 22B der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen 2A, 2B an verschiedene Eingangsknoten angeschlossen, und das erste Kondensatornetzwerk 4 ist an jeden der Eingangsknoten 1A, 1B angeschlossen. Dies stellt jedoch nur ein Beispiel dar. Gemäß einem weiteren, hierin unten erläuterten Beispiel sind die zweiten Schaltungsknoten der Schalter- und Spule-Schaltungen an denselben Eingangsknoten angeschlossen, und das erste Kondensatornetzwerk 4 ist nur an einen Eingangsknoten angeschlossen.
Bei der in 1 gezeigten Leistungswandlerschaltung enthalten die mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen zwei Schalter- und Spule-Schaltungen 2A, 2B, und die mehreren Gleichrichterschaltungen enthalten zwei Gleichrichterschaltungen 3A, 3B. Dies stellt jedoch nur ein Beispiel dar. Die Leistungswandlerschaltung kann ebenso gut mit mehr als zwei Schalter- und Spule-Schaltungen und mehr als zwei Gleichrichterschaltungen wie beispielsweise drei Schalter- und Spule-Schaltungen und drei Gleichrichterschaltungen implementiert werden.
Eine Leistungswandlerschaltung mit einer Topologie des in 1 gezeigten Typs kann als AC-DC-Wandler, der Eingangswechselspannungen Vinli, Vin2₁ (die durch dieselbe Spannungsquelle 51 erzeugt werden können) empfängt und eine Ausgangsgleichspannung Vout liefert, betrieben werden. Ein Spannungspegel der Ausgangsspannung Vout kann so geregelt werden, dass er höher als das Zweifache der Amplitude der Eingangswechselspannungen ist, das heißt, die Ausgangsspannung Vout kann höher als 2·v₀ sein. Allerdings sind aufgrund des ersten Kondensatornetzwerks vier Spannungspegel der Ausgangsspannungen Vout geringer als das Zweifache der Amplitude der Eingangsspannungen Vin1₁ , Vin2₁ möglich. Abhängig von der konkreten Implementierung der Leistungswandlerschaltung und des ersten Kondensatornetzwerks 4 sind Ausgangsspannungspegel der Ausgangsspannung Vout so gering wie die Amplitude der Eingangsspannungen Vin1₁ , Vin2₁ möglich. Dies wird hierin weiter unten ausführlicher erläutert.
4 zeigt ein Beispiel des ersten Kondensatornetzwerks 4, das in der Leistungswandlerschaltung des in 1 gezeigten Typs implementiert sein kann. Bei diesem Beispiel enthält das erste Kondensatornetzwerk 4 mehrere Kondensator-Halbbrücken 4A, 4B. Jede dieser mehreren Halbbrücken 4A, 4B ist zwischen einem entsprechenden der Eingangsknoten 1A, 1B und jedem der Ausgangsknoten 14, 15 angeschlossen. Bei dem in 4 gezeigten Beispiel, bei dem das erste Kondensatornetzwerk 4 an zwei Eingangsknoten 1A, 1B angeschlossen ist, enthält das erste Kondensatornetzwerk 4 eine erste Kondensator-Halbbrücke 4A, die zwischen dem ersten Eingangsknoten 1A und dem Ausgang 14, 15 angeschlossen ist, und eine zweite Kondensator-Halbbrücke 4B, die zwischen dem zweiten Eingangsknoten 1B und dem Ausgang 14, 15 angeschlossen ist. Jede der Kondensator-Halbbrücken 4A, 4B enthält eine Reihenschaltung mit einem ersten Kondensator 41A, 41B und einem zweiten Kondensator 42A, 42B, wobei diese Reihenschaltungen zwischen dem ersten Ausgangsknoten 14 und dem zweiten Ausgangsknoten 15 angeschlossen sind. Weiterhin enthält jede der Kondensator-Halbbrücken 4A, 4B einen Abgriff, bei dem es sich um einen Schaltungsknoten zwischen den zwei Kondensatoren 41A, 42A und 41B, 42B, die die betreffende Halbbrücke 4A, 4B bilden, handelt. Der Abgriff einer jeden Kondensator-Halbbrücke 4A, 4B ist an den entsprechenden Eingangsknoten 1A, 1B angeschlossen. Das heißt, der Abgriff, der ersten Halbbrücke ist an den ersten Eingangsknoten 1A angeschlossen, und der Abgriff der zweiten Halbbrücke ist an den zweiten Eingangsknoten 1B angeschlossen. Daher ist eine Spannung zwischen den Abgriffen durch die Eingangsspannung Vin1₁ gegeben.
5 zeigt ein Beispiel des zweiten Kondensatornetzwerks 7. Bei diesem Beispiel enthält das zweite Kondensatornetzwerk 7 einen Kondensator 71, der zwischen dem ersten Ausgangsknoten 14 und dem zweiten Ausgangsknoten 15 angeschlossen ist.
Ein weiteres Beispiel des zweiten Kondensatornetzwerks 7 ist in 6 gezeigt. Bei diesem Beispiel enthält das zweite Kondensatornetzwerk 7 einen ersten Kondensator 72 und einen zweiten Kondensator 73, wobei diese Kondensatoren 72, 73 in Reihe zwischen dem ersten Ausgangsknoten 14 und dem zweiten Ausgangsknoten 15 angeschlossen sind. Ein Abgriff, bei dem es sich um einen Schaltungsknoten zwischen dem ersten Kondensator 72 und dem zweiten Kondensator 73 handelt, kann bei diesem Beispiel einen dritten Ausgang 16 der Leistungswandlerschaltung bilden. Ein Beispiel dafür, wie dieser dritte Ausgang verwendet wird, ist in 31 dargestellt und wird weiter unten erläutert.
Bezug nehmend auf das Obige, ist eine Kapazität des zumindest einen Kondensators in dem zweiten Kondensatornetzwerk 7 größer als eine Kapazität eines jeden der zumindest zwei Kondensatoren in dem ersten Kondensatornetzwerk 4. Bei einer Leistungswandlerschaltung, die mit einem ersten Kondensatornetzwerk 4 des in 4 gezeigten Typs und einem zweiten Kondensatornetzwerk 7 des in 5 gezeigten Typs implementiert ist, beinhaltet dies, dass die Kapazität des Kondensators 71 in dem zweiten Kondensatornetzwerk 7 größer als die Kapazität eines jeden der Kondensatoren 41A-42B der Kondensator-Halbbrücken 4A, 4B in dem ersten Kondensatornetzwerk ist. Bei einer Leistungswandlerschaltung, die mit einem ersten Kondensatornetzwerk 4 des in 4 gezeigten Typs und einem zweiten Kondensatornetzwerk 7 des in 6 gezeigten Typs implementiert ist, beinhaltet dies, dass eine Kapazität eines jeden der ersten und zweiten Kondensatoren 72, 73 in dem zweiten Kondensatornetzwerk 7 größer als eine Kapazität eines jeden der Kondensatoren 41A-42B der Kondensator-Halbbrücken 4A, 4B ist.
Gemäß einem Beispiel sind die Kapazitäten der Kondensatoren 41A-42B der Kondensator-Halbbrücken 4A, 4B in dem ersten Kondensatornetzwerk 4 im Wesentlichen gleich, das heißt, C41A ≈ C42A ≈ C41B ≈ C42B, wobei C41A, C42A, C41B, C42B die Kapazitäten der Kondensatoren 41A, 41B, 42A, 42B der Kondensator-Halbbrücken 4A, 4B sind. Weiterhin sind gemäß einem Beispiel die Kapazitäten C72, C73 des ersten und zweiten Kondensators 72, 73 des zweiten Kondensatornetzwerks 7 im Wesentlichen gleich (C72 ≈ C73).
7 zeigt ein Schaltbild einer Leistungswandlerschaltung gemäß einem weiteren Beispiel. Diese Leistungswandlerschaltung basiert auf der in 1 gezeigten Leistungswandlerschaltung und enthält zusätzlich: einen dritten Knoten 1C; eine dritte Schalter- und Spule-Schaltung 2C mit einem ersten Schaltungsknoten 21C, einem zweiten Schaltungsknoten 22C und einem weiteren Schaltungsknoten 23C; und eine dritte Gleichrichterschaltung 3C, die zwischen der dritten Schalter- und Spule-Schaltung 2C und dem Ausgang 14, 15 angeschlossen ist. Bei der in 7 gezeigten Leistungswandlerschaltung ist jede der Schalter- und Spule-Schaltungen 2A-2C zwischen einem entsprechenden Paar der Eingangsknoten 1A-1C angeschlossen, und jede der Gleichrichterschaltungen 3A-3C ist zwischen einer entsprechenden der Schalter- und Spule-Schaltungen 2A-2C und dem Ausgang 14, 15 angeschlossen. Die ersten Schaltungsknoten 21A-21C der Schalter- und Spule-Schaltungen 2A-2C sind an verschiedene Eingangsknoten 1A-1C angeschlossen, und die zweiten Schaltungsknoten 22A-22C der Schalter- und Spule-Schaltungen 2A-2C sind an verschiedene Eingangsknoten 1A-1C angeschlossen. Genauer ausgedrückt, bei dem in 7 gezeigten Beispiel: Die erste Schalter- und Spule-Schaltung 2A ist zwischen dem ersten Eingangsknoten 1A und dem zweiten Eingangsknoten 1B angeschlossen; die zweite Schalter- und Spule-Schaltung 2B ist zwischen dem zweiten Eingangsknoten 1B und dem dritten Eingangsknoten 1C angeschlossen; und die dritte Schalter- und Spule-Schaltung 2C ist zwischen dem dritten Eingangsknoten 1C und dem ersten Eingangsknoten 1A angeschlossen.
Bei diesem Beispiel sind die Eingangsknoten 1A-1C dazu ausgebildet, drei verschiedene Eingangsspannungen Vin1₂ , Vin2₂ , Vin3₂ zu empfangen. Eine erste Eingangsspannung Vin1₂ wird zwischen den ersten Eingangsknoten 1A und dem zweiten Eingangsknoten 1B empfangen, eine zweite Eingangsspannung Vin2₂ wird zwischen dem zweiten Eingangsknoten 1B und dem dritten Eingangsknoten 1C empfangen, und eine dritte Eingangsspannung Vin3₂ wird zwischen dem dritten Eingangsknoten 1C und dem ersten Eingangsknoten 1A empfangen. Bei diesem Beispiel ist eine zwischen dem ersten Schaltungsknoten 21A und dem zweiten Schaltungsknoten 22A der ersten Schalter- und Spule-Schaltung 2A empfangene Spannung gleich der ersten Eingangsspannung Vin1₂ , eine zwischen dem ersten Schaltungsknoten 21B und dem zweiten Schaltungsknoten 22B der zweiten Schalter- und Spule-Schaltung 2B empfangene Spannung ist gleich der zweiten Eingangsspannung Vin2₂ , und eine zwischen dem ersten Schaltungsknoten 21C und dem zweiten Schaltungsknoten 22C der dritten Schalter- und Spule-Schaltung 2C empfangene Spannung ist gleich der dritten Eingangsspannung Vin3₂ .
Gemäß einem Beispiel handelt es sich bei den zwischen den entsprechenden Paaren der Eingangsknoten 1A-1C empfangenen Eingangsspannungen Vin1₂ -Vin3₂ um Wechselspannungen, die relativ zueinander eine Phasenverschiebung von 120° besitzen. Gemäß einem Beispiel handelt es sich bei diesen Wechselspannungen um sinusförmige Spannungen. Zeitverlaufsdiagramme für Beispiele von sinusförmigen Eingangsspannungen Vin1₂-Vin3₂ , die relativ zueinander eine Phasenverschiebung von 120° besitzen, sind in 8 dargestellt.
9 zeigt ein Beispiel einer Spannungsquellenanordnung, die dazu ausgebildet ist, die drei in 7 dargestellten Eingangsspannungen Vin1₂ , Vin2₂ , Vin3₂ bereitzustellen. Bei diesem Beispiel enthält die Spannungsquellenanordnung drei Spannungsquellen 51, 52, 53, wobei jede dieser Spannungsquellen 51, 52, 53 zwischen einem entsprechenden Paar der Eingangsknoten 1A-1C angeschlossen ist. Genauer ausgedrückt, eine erste Spannungsquelle 51 ist zwischen dem ersten Eingangsknoten 1A und dem zweiten Eingangsknoten 1B angeschlossen, eine zweite Spannungsquelle 52 ist zwischen dem zweiten Eingangsknoten 1B und dem dritten Eingangsknoten 1C angeschlossen, und eine dritte Spannungsquelle 53 ist zwischen dem dritten Eingangsknoten 1C und dem ersten Eingangsknoten 1A anschlossen. Gemäß einem Beispiel ist jede dieser Spannungsquellen 51-53 eine Wechselspannungsquelle, die eine Wechselspannung wie beispielsweise eine sinusförmige Spannung bereitstellt. Eine Spannungsquellenanordnung des in 9 gezeigten Typs wird im Folgenden als Spannungsquellenanordnung mit einer Delta-(Δ)-Konfiguration bezeichnet.
10 zeigt ein weiteres Beispiel einer Spannungsquellenanordnung, die dazu ausgebildet ist, drei Eingangsspannungen Vin1₂-Vin3₂ bereitzustellen. Diese Spannungsquellenanordnung enthält drei Spannungsquellen 54-56, wobei jede dieser Spannungsquellen 54-56 zwischen einem entsprechenden der Eingangskonten 1A-1C und einem den Spannungsquellen 54-56 gemeinsamen Schaltungsknoten N angeschlossen ist. Jede dieser Spannungsquellen 54-56 ist dazu ausgebildet, eine Versorgungsspannung Vin1₃ , Vin2₃ , Vin3₃ zwischen dem entsprechenden Eingangsknoten 1A-1C und dem gemeinsamen Schaltungsknoten N bereitzustellen. Bei diesem Beispiel ist jede der drei an den Eingangsknoten 1A-1C empfangenen Eingangsspannungen Vin1₂-Vin3₂ durch eine Differenz zwischen zwei der Versorgungsspannungen Vin1₃ , Vin2₃ , Vin3₃ gegeben. Genauer ausgedrückt, $V i n 1_{2} = V i n 1_{3} - V i n 2_{3}$
$V i n 2_{2} = V i n 2_{3} - V i n 3_{3}$
$V i n 3_{2} = V i n 3_{3} - V i n 1_{3}$
Gemäß einem Beispiel handelt es sich bei den drei Versorgungsspannungen Vin1₃-Vin3₃ um sinusförmige Spannungen, die dieselbe Amplitude aufweisen und die relativ zueinander eine Phasenverschiebung von 120° aufweisen. Es kann gezeigt werden, dass die Eingangsspannungen Vin1₂-Vin3₂ in diesem Fall ebenfalls sinusförmige Spannungen sind, die relativ zueinander eine Phasenverschiebung von 120° besitzen und eine Amplitude aufweisen, die das $\sqrt{3} - mal$
die Amplitude der Versorgungsspannungen Vin1₃ , Vin2₃ , Vin3₃ ist.
11 zeigt ein erstes Beispiel des ersten Kondensatornetzwerks 4 bei der in 7 gezeigten Leistungswandlerschaltung. Dieses erste Kondensatornetzwerk 4 basiert auf dem in 4 gezeigten, ersten Kondensatornetzwerk 4 und enthält zusätzlich eine dritte Kondensator-Halbbrücke 4C, die zwischen dem dritten Eingangsknoten 1C und dem Ausgang 14, 15 angeschlossen ist. Die dritte Kondensator-Halbbrücke 4C enthält einen ersten Kondensator 41C und einen zweiten Kondensator 42C, die in Reihe zwischen dem ersten Ausgangsknoten 14 und dem zweiten Ausgangsknoten 15 angeschlossen sind. Ein Abgriff der dritten Kondensator-Halbbrücke 4C, bei dem es sich um einen Schaltungsknoten zwischen dem ersten Kondensator 41C und dem zweiten Kondensator 42C handelt, ist an den dritten Eingangsknoten 1C angeschlossen. Gemäß dem, was oben erläutert ist, ist eine Kapazität eines jeden der Kondensatoren 41C, 42C der dritten Kondensator-Halbbrücke 4C geringer als eine Kapazität des zumindest einen Kondensators (71 in 5 oder 72, 73 in 6) des zweiten Kondensatornetzwerks 7. Alles, was oben im Hinblick auf das Verhältnis zwischen den Kapazitäten der Kondensatoren der ersten und zweiten Kondensator-Halbbrücken 4A, 4B und der Kapazität des zumindest einen Kondensators des zweiten Kondensatornetzwerks 7 und im Hinblick auf die Werte der Kapazitäten der Kondensatoren der ersten und zweiten Kondensator-Halbbrücken 4A, 4B dargelegt wurde, gilt für die Kapazitäten der Kondensatoren in den in 11 gezeigten ersten, zweiten und dritten Kondensator-Halbbrücken ebenso. Gemäß einem Beispiel sind Kapazitäten C41A, C42A, C41B, C42B, C41C, C42C der Kondensatoren 41A, 42A, 41B, 42B, 41C, 42C des ersten Kondensatornetzwerks 4 im Wesentlichen gleich und kleiner als 10 Mikrofarad (µF), kleiner als 1 Mikrofarad (µF), kleiner als 100 Nanofarad (nF), oder sogar kleiner als 1 Nanofarad (nF).
12 zeigt eine Modifikation der in 7 gezeigten Leistungswandlerschaltung. Die in 12 gezeigte Leistungswandlerschaltung unterscheidet sich von der in 7 gezeigten Leistungswandlerschaltung dadurch, dass sie zusätzlich einen vierten Eingangsknoten 1D enthält. Jede der Schalter- und Spule-Schaltungen 2A-2C ist derart zwischen einem entsprechenden Paar der Eingangsknoten 1A-1D angeschlossen, dass die ersten Schaltungsknoten 21A-21C der Schalter- und Spule-Schaltungen 2A-2C an unterschiedliche Eingangsknoten 1A-1C angeschlossen sind, und jeder der zweiten Schaltungsknoten 22A-22C der Schalter- und Spule-Schaltungen 2A-2C an den vierten Eingangsknoten 1D angeschlossen ist. Weiterhin ist das erste Kondensatornetzwerk 4 zwischen dem vierten Eingangsknoten 1D und dem Ausgang 14, 15 angeschlossen.
Die in 12 gezeigte Leistungswandlerschaltung ist dazu ausgebildet, zwischen dem ersten Eingangsknoten 1A und dem vierten Eingangsknoten 1D eine erste Eingangsspannung Vin1₃ , zwischen dem zweiten Eingangsknoten 1B und dem vierten Eingangsknoten 1D eine zweite Eingangsspannung Vin2₃ und zwischen dem dritten Eingangsknoten 1C und dem vierten Eingangsknoten 1D eine dritte Eingangsspannung Vin3₃ zu empfangen. Daher empfängt die erste Schalter- und Spule-Schaltung 2A die erste Eingangsspannung Vin1₃ zwischen dem ersten Schaltungsknoten 21A und dem zweiten Schaltungsknoten 22A, die zweite Schalter- und Spule-Schaltung 2B empfängt die zweite Eingangsspannung Vin2₃ zwischen dem ersten Schaltungsknoten 21B und dem zweiten Schaltungsknoten 22B, und die dritte Schalter- und Spule-Schaltung 2C empfängt die dritte Eingangsspannung Vin3₃ zwischen dem ersten Schaltungsknoten 21C und dem zweiten Schaltungsknoten 22C.
13 zeigt ein Beispiel einer Spannungsquellenanordnung, die dazu ausgebildet ist, die von einer Leistungswandlerschaltung des in 12 gezeigten Typs empfangenen Eingangsspannungen zu erzeugen. Die in 13 gezeigte Spannungsquellenanordnung basiert auf der in 10 gezeigten Spannungsquellenanordnung, wobei der gemeinsame Schaltungsknoten N an den vierten Eingangsknoten 1D angeschlossen ist. Bei diesem Beispiel ist die erste Eingangsspannung Vin1₃ gleich der durch die erste Spannungsquelle 54 bereitgestellten Versorgungsspannung, die zweite Eingangsspannung Vin2₃ ist gleich der durch die zweite Spannungsquelle 55 bereitgestellten Versorgungsspannung, und die dritte Eingangsspannung Vin3₃ ist gleich der durch die dritte Spannungsquelle 56 bereitgestellten Versorgungsspannung. Gemäß einem Beispiel handelt es sich bei den drei Versorgungs-/Eingangsspannungen Vin1₃-Vin3₃ um sinusförmige Spannungen, die dieselbe Amplitude besitzen und relativ zueinander eine Phasenverschiebung von 120° aufweisen.
14 zeigt ein Beispiel für das erste Kondensatornetzwerk in der in 12 gezeigten Leistungswandlerschaltung. Bei diesem Beispiel enthält das erste Kondensatornetzwerk 4 eine Kondensator-Halbbrücke mit einem ersten Kondensator 43 und einem zweiten Kondensator 44, die in Reihe zwischen dem ersten Ausgangsknoten 14 und dem zweiten Ausgangsknoten 15 angeschlossen ist. Ein Abgriff, bei dem es sich um einen Schaltungsknoten zwischen dem ersten Kondensator 43 und dem zweiten Kondensator 44 handelt, ist an den vierten Eingangsknoten 1D angeschlossen. Eine Kapazität eines jeden dieser ersten und zweiten Kondensatoren 43, 44 ist auf dieselbe Weise, wie hierin oben mit anderen Beispiel des ersten Kondensatornetzwerks erläutert wurde, kleiner als die Kapazität des zumindest einen Kondensators (71 in 5 und 72,73 in 6), der in dem zumindest einen zweiten Kondensatornetzwerk 7 enthalten ist. Weiterhin ist eine Kapazität eines jeden der Kondensatoren 43, 44 in dem ersten Kondensatornetzwerk 4 kleiner als 10 Mikrofarad (µF), kleiner als 1 Mikrofarad (µF), kleiner als 100 Nanofarad (nF) oder sogar kleiner als 1 Nanofarad (nF).
Bei den zuvor erläuterten Leistungswandlerschaltungen sind die Schalter- und Spule-Schaltungen 2A-2C und die Gleichrichterschaltungen 3A-3C nur schematisch dargestellt. Eine Schaltung mit einer Schalter- und Spule-Schaltung und eine Gleichrichterschaltung, die an die Schalter- und Spule-Schaltung angeschlossen ist, wird im Folgenden auch als eine Wandlerstufe bezeichnet. Diese Schalter- und Spule-Schaltungen 2A-2C und Gleichrichteschaltungen 3A-3C (Wandlerstufen) können auf verschiedene Arten implementiert werden. Beispiele dafür, wie diese Schalter- und Spule-Schaltungen 2A-2C und Gleichrichterschaltungen 3A-3C implementiert werden können, sind in den 15, 17 und 18 dargestellt. In jeder dieser Figuren bezeichnet die Bezugsziffer 2 eine beliebige der mehreren in einer Leistungswandlerschaltung implementierten Schalter- und Spule-Schaltungen, und die Bezugsziffer 3 bezeichnet eine beliebige der mehreren in einer Leistungswandlerschaltung implementierten Gleichrichterschaltungen. Bei dem in den 15, 17 und 18 dargestellten Beispielen enthält die Schalter- und Spule-Schaltung 2 eine Spule 24 und zumindest einen elektronischen Schalter 25, 26₁ , 26₂ . Weiterhin enthält die Gleichrichterschaltung 3 bei jedem dieser Beispiele zumindest zwei Gleichrichterelemente 31, 32.
Bei dem in 15 gezeigten Beispiel enthält die Schalter- und Spule-Schaltung 2 eine Reihenschaltung mit der Spule 24 und einem elektronischen Schalter 25, wobei die Reihenschaltung zwischen dem ersten Schaltungsknoten 21 und dem zweiten Schaltungsknoten 22 angeschlossen ist. Bei diesem Beispiel bildet ein Schaltungsknoten zwischen der Spule 24 und dem elektronischen Schalter 25 den weiteren Schaltungsknoten 23, wobei die Spule 24 zwischen dem ersten Schaltungsknoten 21 und dem weiteren Schaltungsknoten 23 angeschlossen ist und der elektronische Schalter 25 zwischen dem weiteren Schaltungsknoten 23 und dem zweiten Schaltungsknoten 22 angeschlossen ist.
Die in 15 gezeigte Gleichrichterschaltung 3 enthält ein erstes Gleichrichterelement 31, das zwischen dem weiteren Schaltungsknoten 23 und dem ersten Ausgangsknoten 14 angeschlossen ist, und ein zweites Gleichrichterelement 32, das zwischen dem weiteren Schaltungsknoten 23 und dem zweiten Ausgangsknoten 15 angeschlossen ist. Lediglich zum Zweck der Darstellung sind bei dem in 15 gezeigten Beispiel die Gleichrichterelemente 31, 32 als bipolare Dioden gezeichnet. Allerdings kann jeder andere Typ von passiven oder aktiven Gleichrichterelementen ebenso gut verwendet werden.
Gemäß einem Beispiel handelt es sich bei dem elektronischen Schalter 25 um einen bidirektional sperrenden elektronischen Schalter. Ein Beispiel dafür, wie ein bidirektional sperrender Schalter 25 implementiert werden kann, ist in 16 gezeigt. Bei diesem Beispiel enthält der elektronische Schalter 25 zwei MOSFETs, von denen jeder eine integrierte Bodydiode, die in 16 durch ein Diodensymbol dargestellt ist, aufweist. Die Drain-Source-Pfade der beiden MOSFETs sind in Reihe geschaltet, so dass die Bodydioden in einer Back-to-Back-Konfiguration geschaltet sind. Das Implementieren eines bidirektional sperrenden Schalters unter Verwendung von zwei MOSFETs stellt jedoch nur ein Beispiel dar. Bei der in 15 gezeigten Schalter- und Spule-Schaltung 2 kann jede andere Art von bidirektional sperrendem elektrischen Schalter ebenso gut verwendet werden.
17 zeigt eine Schalter- und Spule-Schaltung 2 gemäß einem weiteren Beispiel. Diese Schalter- und Spule-Schaltung 2 enthält zwei weitere Schaltungsknoten 23₁ , 23₂ , die im Folgenden als erster weiterer Schaltungsknoten 23₁ und zweiter weiterer Schaltungsknoten 23₂ bezeichnet werden. Weiterhin enthält die Schalter- und Spule-Schaltung 2 zwei elektronische Schalter, einen ersten elektronischen Schalter 26₁ , der zwischen der Spule 24 und dem ersten weiteren Schaltungsknoten 23₁ angeschlossen ist, und einen zweiten elektronischen Schalter 26₂ , der zwischen der Spule 24 und dem zweiten weiteren Schaltungsknoten 23₂ angeschlossen ist. Ein erstes Gleichrichterelement 28₁ ist zwischen dem zweiten Schaltungsknoten 22 und dem ersten weiteren Schaltungsknoten 23₁ angeschlossen, und ein zweites Gleichrichterelement 28₂ ist zwischen dem zweiten Schaltungsknoten 22 und dem zweiten weiteren Schaltungsknoten 23₂ angeschlossen. Weiterhin ist ein drittes Gleichrichterelement 27₁ zu dem ersten elektronischen Schalter 26₁ parallel geschaltet, und ein viertes Gleichrichterelement 272 ist zu dem zweiten elektronischen Schalter 26₂ parallel geschaltet. Das erste Gleichrichterelement 28₁ und das dritte Gleichrichterelement 27₁ sind ein einer Back-to-Back- (Face-to-Face)-Konfiguration geschaltet, und das zweite Gleichrichterelement 28₂ und das vierte Gleichrichterelement 27₂ sind in einer Back-to-Back-Konfiguration geschaltet. Der erste elektronische Schalter 26₁ und das dritte Gleichrichterelement 27₁ können unter Verwendung eines MOSFETs implementiert werden, wobei das dritte Gleichrichterelement 27₁ bei diesem Beispiel durch die integrierte Bodydiode des MOSFETs implementiert werden kann. Entsprechend können der zweite elektronische Schalter 26₂ und das vierte Gleichrichterelement 27₂ unter Verwendung eines weiteren MOSFETs implementiert werden, wobei das vierte Gleichrichterelement 27₂ durch die integrierte Bodydiode dieses weiteren MOSFETs gebildet sein kann.
Bei der in 17 gezeigten Gleichrichterschaltung 3 ist ein erstes Gleichrichterelement 31 zwischen dem ersten weiteren Schaltungsknoten 23₁ und dem ersten Ausgangsknoten 14 angeschlossen, und ein zweites Gleichrichterelement 32 ist zwischen dem zweiten weiteren Schaltungsknoten 23₂ und dem zweiten Ausgangsknoten 15 angeschlossen. Weiterhin ist bei dieser Gleichrichterschaltung 3 ein erster elektronischer Schalter 33 zu dem ersten Gleichrichterelement 31 parallel geschaltet, und ein zweiter elektronischer Schalter 34 ist zu dem zweiten Gleichrichterelement 32 parallel geschaltet.
18 zeigt eine Wandlerstufe mit einer Schalter- und Spule-Schaltung 2 und einer Gleichrichterschaltung 3 gemäß einem weiteren Beispiel. Bei diesem Beispiel ist die Schalter- und Spule-Schaltung 2 wie unter Bezugnahme auf 15 erläutert, implementiert und enthält eine Spule 24 und einen elektronischen Schalter 25. Die Gleichrichterschaltung 3 ist wie unter Bezugnahme auf 17 erläutert, implementiert und enthält ein erstes Gleichrichterelement, das zu einem ersten elektronischen Schalter 33 parallel geschaltet ist, und ein zweites Gleichrichterelement 32, das zu einem zweiten elektronischen Schalter 34 parallel geschaltet ist, wobei das erste Gleichrichterelement 31 und der erste elektronische Schalter 33 zwischen dem dritten Schaltungsknoten 23 der Schalter- und Spule-Schaltung und dem ersten Ausgangsknoten 14 angeschlossen ist, und das zweite Gleichrichterelement 32 und der zweite elektronische Schalter 34 zwischen dem dritten Schaltungsknoten 23 und dem zweiten Ausgangsknoten 15 angeschlossen sind. Bei dieser Topologie können Leitungsverluste in der Gleichrichterschaltung 3 verringert werden, wenn die elektronischen Schalter 33, 34 eingeschaltet werden, wenn das Gleichrichterelement in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist.
19 zeigt ein Beispiel einer Leistungswandlerschaltung des unter Bezugnahme auf 1 erläuterten Typs, das Schalter- und Spule-Schaltungen 2A, 2B und Gleichrichterschaltungen 3A, 3B mit einer Topologie, wie sie unter Bezugnahme auf 15 erläutert wurde, enthält. In 19 weisen die Schaltungsknoten und Elemente der Schalter- und Spule-Schaltungen 2A, 2B und der Gleichrichterschaltungen 3A, 3B dieselben Bezugsziffern, wie sie in 15 verwendet werden, auf, ergänzt durch ein „A“ bei der ersten Schalter- und Spule-Schaltung 2A und der ersten Gleichrichterschaltung 3A, und ergänzt durch ein „B“ bei der zweiten Schalter- und Spule-Schaltung 2B und der zweiten Gleichrichterschaltung 3B. Weiterhin besitzt das erste Kondensatornetzwerk 4 bei der in 19 gezeigten Leistungswandlerschaltung eine Topologie, wie sie unter Bezugnahme auf 4 erläutert wurde. Bezug nehmend auf 19 enthält die Leistungswandlerschaltung einen Controller 6 (in den zuvor erläuterten Beispielen nicht gezeigt), der dazu ausgebildet ist, Ansteuersignale wie S25A, S25B, die durch die elektronischen Schalter 25A, 25B in den Schalter- und Spule-Schaltungen 2A, 2B empfangen werden, zu erzeugen. Gemäß einem Beispiel empfängt dieser Controller 6 ein Ausgangsspannungssignal S_Vout , das die Ausgangsspannung Vout repräsentiert, und ein Referenzsignal S_REF . Gemäß einem Beispiel repräsentiert das Referenzsignal S_REF einen Sollwertpegel der Ausgangsspannung Vout, und der Controller 6 ist dazu ausgebildet, die Ansteuersignal S25A, S25B so zu erzeugen, dass die Ausgangsspannung Vout auf eine solche Weise geregelt wird, dass ihr Spannungspegel im Wesentlichen gleich einem durch das Referenzsignal S_REF repräsentierten Spannungspegel ist. Das Ausgangsspannungssignal S_Vout lässt sich unter Verwendung einer beliebigen Art von Spannungsmessschaltung (in 19 nicht gezeigt) aus der Ausgangsspannung Vout erhalten. Derartige Spannungsmessschaltungen sind allgemein bekannt, so dass in dieser Hinsicht keine weiteren Erläuterungen erforderlich sind.
Ein Beispiel eines Controllers 6, der dazu ausgebildet ist, die durch die elektronischen Schalter 25A, 25B in den Schalter- und Spule-Schaltungen 2A, 2B empfangenen Ansteuersignale S25A, S25B zu erzeugen, ist in 20 dargestellt. Bei diesem Beispiel berechnet der Controller 6 ein erstes Fehlersignal S_ERR1 basierend auf dem Referenzsignal S_REF und dem Ausgangsspannungssignal Svout. Das Berechnen des ersten Fehlersignals S_ERR1 kann das Subtrahieren des Ausgangsspanungssignals S_Vout von dem Referenzsignal S_REF durch einen Subtrahierer 61 beinhalten. Ein Filter 62 empfängt das erste Fehlersignal S_ERR1 und liefert ein gefiltertes Fehlersignal S62 an eine PWM-Schaltung 63. Die PWM-Schaltung 63 ist dazu ausgebildet, PWM-Ansteuersignale S25A, S25B basierend auf dem gefilterten Fehlersignal S62 zu erzeugen. Das Filter kann eine beliebige von einer proportional-(P)-Charakteristik, einer proportional-integral-(PI)-Charakteristik, einer proportional-integral-differential-(PID)-Charakteristik oder eine ähnliche Charakteristik aufweisen.
Bei dem in 20 gezeigten Beispiel erzeugt der Controller 6 ein Ansteuersignal S25, das verwendet wird, um sowohl den elektronischen Schalter 25A in der ersten Schalter- und Spule-Schaltung 2A als auch den elektronischen Schalter 25B in der zweiten Schalter- und Spule-Schaltung 2B anzusteuern. Das heißt, die Ansteuersignale S25A, S25B werden bei diesem Beispiel durch ein und dasselbe Ansteuersignal S25 gebildet. Dies stellt jedoch lediglich ein Beispiel dar. Gemäß einem weiteren Beispiel werden die Schalter 25A, 25B in einer verschachtelten Weise betrieben. Dies lässt sich zum Beispiel erreichen, indem einer der Schalter 25A, 25B basierend auf dem durch die PWM-Schaltung 63 bereitgestellten Ansteuersignal S25 angesteuert wird und indem der andere der Schalter 25A, 25B basierend auf einem Signal, das durch Verzögerung des durch die PWM-Schaltung bereitgestellten Ansteuersignals S25 erhalten wird, angesteuert wird.
Die Funktionsweise der PWM-Schaltung 63 ist in 21, die ein Beispiel eines Signaldiagramms des durch die PWM-Schaltung 63 erzeugten Ansteuersignals S25 zeigt, veranschaulicht. Bezug nehmend auf 21 enthält das Ansteuersignal mehrere Ansteuerzyklen mit einer Dauer T, wobei das Ansteuersignal S25 in jedem dieser Ansteuerzyklen für eine Ein-Periode T_ON einen Ein-Pegel und für eine Aus-Periode T_OFF einen Aus-Pegel aufweist. Der Ein-Pegel schaltet den entsprechenden Schalter 25A, 25B ein, und der Aus-Pegel schaltet den entsprechenden Schalter 25A, 25B aus. Lediglich zum Zweck der Darstellung ist der Ein-Pegel in 21 als High-Signalpegel gezeichnet, und der Aus-Pegel ist bei dem in 21 gezeigten Beispiel als Low-Signalpegel gezeichnet.
Die in 19 gezeigte Leistungswandlerschaltung enthält zwei Wandlerstufen, von denen jede zwischen den Eingangsknoten 1A, 1B und dem Ausgangs 14, 15 angeschlossen ist. Eine erste Wandlerstufe enthält die erste Schalter- und Spule-Schaltung 2A und die erste Gleichrichterschaltung 3A, und eine zweite Wandlerstufe enthält die zweite Schalter- und Spule-Schaltung 2B und die zweite Gleichrichterschaltung 3B. Das Regeln der Ausgangsspannung Vout durch die Steuerschaltung 6 beinhaltet bei diesem Beispiel das Steuern eines durch diese Wandlerstufen empfangenen Eingangsstroms Iin1, Iin2.
21 zeigt den Stromverlauf des Eingangsstroms von einer dieser Wandlerstufen (wobei Iin einen beliebigen der in 19 gezeigten Eingangsströme Iin1, Iin2 repräsentiert) in Abhängigkeit von dem durch den elektronischen Schalter (der im Folgenden als Schalter 25 bezeichnet wird) in der Schalter- und Spule-Schaltung der entsprechenden Wandlerstufe empfangenen Ansteuersignal S25. Bezug nehmend auf 21 steigt der Eingangsstrom Iin an, wenn das Ansteuersignal S25 einen Ein-Pegel aufweist und den entsprechenden Schalter 25 einschaltet, und sinkt, wenn das Ansteuersignal S25 einen Aus-Pegel aufweist und den entsprechenden Schalter ausschaltet. Dies wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die in 19 gezeigte, erste Wandlerstufe 2A, 3A erläutert.
Wenn das Ansteuersignal S25A den elektronischen Schalter 25A einschaltet, ist eine Spannung über der Spule 24A im Wesentlichen gleich der ersten Eingangsspannung Vinli, so dass der Eingangsstrom Iin1 ansteigt. Eine Steigung des Anstiegs ist im Wesentlichen gegeben durch den Ist-Spannungspegel der Eingangsspannung Vin1₁ geteilt durch eine Induktivität der Spule 24A (Iin1 = Vin1₁/L, wobei L die Induktivität bezeichnet). Wenn das Ansteuersignal S25A den elektronischen Schalter 25A ausschaltet, fließt der Eingangsstrom Iin1 weiter, wird jedoch dann durch eines der Gleichrichterelemente 31A, 31B übernommen. Welches der zwei Gleichrichterelemente 31A, 31B den Eingangsstrom Iin1 nach dem Ausschalten des elektronischen Schalters 25A übernimmt, hängt von der Richtung des Eingangsstroms Iin1 ab, wobei die Richtung des Eingangsstroms Iin1 von einer Polarität der Eingangsspannung Vin1₁ abhängt. Wenn die Eingangsspannung Vin1₁ eine Polarität wie in 19 gezeigt aufweist, fließt der Eingangsstrom Iin1 in die Richtung, wie sie in 19 angegeben ist. In diesem Fall übernimmt, wenn der elektronische Schalter 25A ausschaltet, das erste Gleichrichterelement 31 den Eingangsstrom Iin1. Wenn die Eingangsspannung Vin1₁ eine der in 19 gezeigten Polarität entgegen gesetzte Polarität aufweist, fließt der Eingangsstrom Iin1 in eine Richtung, die der in 19 gezeigten Richtung entgegengesetzt ist. In diesem Fall übernimmt, wenn der elektronische Schalter 25A ausschaltet, das zweite Gleichrichterelement 31B den Eingangsstrom Iin1.
Der in 20 gezeigte Controller regelt die Ausgangsspannung Vout durch Steuern der Eingangsströme Iin1, Iin2, wobei das Steuern der Eingangsströme Iin1, Iin2 das geeignete Einstellen eines Tastgrads des Ansteuersignals S25 beinhaltet. Der „Tastgrad“ des Ansteuersignals ist ein Verhältnis zwischen einer Dauer der Ein-Periode T_ON und einer Dauer des Ansteuerzyklus' T, das heißt, D = T_ON/T, wobei D den Tastgrad bezeichnet. Gemäß einem Beispiel werden die Wandlerstufen in einer nichtlückenden Betriebsart (engl.: „continuous current mode“; CCM), bei der es sich um eine Betriebsart handelt, bei der sich die Eingangsströme Iin1, Iin2 während der Aus-Perioden der einzelnen Ansteuerzyklen nicht auf null verringern, betrieben. Bei dem in 21 gezeigten Signalverlauf des Eingangsstroms Iin handelt es sich um den Signalverlauf einer Wandlerstufe, die in CCM betrieben wird. In 21 bezeichnet Iin_AVG einen Mittelwert des Eingangsstroms Iin. Dieser mittlere Eingangsstrom steigt an, wenn der Tastgrad des Ansteuersignals S25 (bei einem gegebenen Spannungspegel der Eingangsspannung) in einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Ansteuerzyklen erhöht wird, und der mittlere Eingangsstrom Iin_AVG verringert sich, wenn der Tastgrad in einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Ansteuerzyklen verringert wird. Bei dem in 20 dargestellten Controller zeigen das Fehlersignal S_ERR1 und folglich das gefilterte Fehlersignal S62 Änderungen des Pegels der Ausgangsspannung Vout relativ zu dem durch das Referenzsignal S_REF repräsentierten Sollwertpegel an, so dass die PWM-Schaltung 63 den Tastgrad geeignet einstellen kann, um die Ausgangsspannung Vout zu regeln.
Gemäß einem Beispiel ist der Controller 6 nicht nur dazu ausgebildet, einen Spannungspegel des Ausgangspegels Vout zu regeln, sondern er regelt auch die Signalverläufe der durch die Wandlerstufen 2A, 3A und 2B, 3B empfangenen Eingangsströme Iin1, Iin2. Gemäß einem Beispiel werden die Signalverläufe der Eingangsströme Iin1, Iin2 so geregelt, dass sie im Wesentlichen gleich den Signalverläufen der Eingangsspannungen Vin1₁ , Vin2₁ sind. Eine Leistungswandlerschaltung mit dieser Funktionsweise kann als Leistungswandlerschaltung mit Leistungsfaktorkorrektur-(engl.: „power factor correction“; PFC)-Fähigkeit verzeichnet werden. Ein Beispiel eines Controllers 6, der dazu ausgebildet ist, den Spannungspegel der Ausgangsspannung Vout zu regeln und die Signalverläufe der Eingangsströme Iin1, Iin2 zu regeln, ist in 22 gezeigt.
Der in 22 gezeigte Controller 6 basiert auf dem in 20 gezeigten Controller und enthält zusätzlich einen weiteren Subtrahierer 64, der ein zweites Fehlersignal S_ERR2 basierend auf einem Eingangsspannungssignal S_Vin11 , das die Eingangsspannung Vin1₁ repräsentiert, und einem Eingangsstromsignal S_Iin11 , das den Eingangsstrom Iin1 repräsentiert, berechnet. Ein Multiplizierer 65 empfängt die ersten und zweiten Fehlersignale S_ERR1 , S_ERR2 und berechnet ein drittes Fehlersignal S_ERR3 durch Multiplizieren der ersten und zweiten Fehlersignale S_ERR1 , S_ERR2 . Das Filter 62 empfängt das dritte Fehlersignal S_ERR3 und erzeugt das durch die PWM-Schaltung 63 empfangene, gefilterte Fehlersignal S62 basierend auf dem dritten Fehlersignal S_ERR3 .
Bezug nehmend auf das Obige fließt bei der in 19 gezeigten Leistungswandlerschaltung, wenn der elektronische Schalter 25A, 25B geschlossen ist, jeder der Eingangsströme Iin1, Iin2 durch die entsprechende Spule 24A, 24B und den entsprechenden elektronischen Schalter 25A, 25B. Wenn der elektronische Schalter 25A, 25B offen ist, fließt der Eingangsstrom durch die Spule 24A, 24B und eines der Gleichrichterelemente 31A, 31B, 32A, 32B. Zum Beispiel fließt der Eingangsstrom Iin1, wenn der elektronische Schalter 25A eingeschaltet ist, bei der ersten Wandlerstufe 2A, 3A durch die Spule 24A und den elektronischen Schalter 25A, wobei eine Richtung des Eingangsstroms Iin1 von einer Polarität der Eingangsspannung Vin1₁ abhängt. Wenn der elektronische Schalter 25A ausgeschaltet ist, fließt der Eingangsstrom Iin1 weiter durch die Spule 24A und fließt durch das erste Gleichrichterelement 31A, wenn die Eingangsspannung Vin1₁ positiv ist, und durch das zweite Gleichrichterelement 31B, wenn die Eingangsspannung Vin1₁ negativ ist. Am Ausgang 14, 15 fließt der von den Gleichrichterschaltungen 3A, 3B empfangene Strom hauptsächlich in das zweite Kondensatornetzwerk 7 und zu der Last Z, die an den Ausgang 14, 15 angeschlossen sein kann. In das erste Kondensatornetzwerk fließen nur kapazitive Verschiebungsströme, wenn sich die Ausgangsspannung Vout und/oder die Eingangsspannung Vin1₁ , Vin2₁ ändert. Bei dem in 19 gezeigten Beispiel ist das erste Kondensatornetzwerk 4 von dem unter Bezugnahme auf 4 erläuterten Typ. Bei diesem ersten Kondensatornetzwerk 4 sind Spannungen V41A, V41B und V42A, V42B über den ersten Kondensatoren 41A, 41B und den zweiten Kondensatoren 42A, 42B der Kondensator-Halbbrücken 4A, 4B durch folgende Zusammenhänge gegeben: $V 41 B = V 41 A + V i n 1_{1}$
$V 42 A = V 42 B + V i n 1_{1}$
$V 41 A + V 42 A = V 41 B + V 42 B = V o u t$
Basierend auf diesen Gleichungen ist ersichtliche, dass sich die Spannungen V41A, V42A, V41B, V42B über den Kondensatoren 41A, 42A, 41B, 42B ändern, wenn sich von der Eingangsspannung Vin1₁ und der Ausgangsspannung Vout eine ändert. Eine derartige Änderung einer Spannung über einem dieser Kondensatoren 41A, 42A, 41B, 42B ist mit einem Laden oder Entladen des entsprechenden Kondensators 41A, 42A, 41B, 42B verbunden, wobei das Laden oder Entladen mit einem Strom, der in den entsprechenden Kondensator 41A, 42A, 41B, 42B hinein oder aus diesem heraus fließt, verbunden ist. Bezug nehmend auf das Obige sind Kapazitäten der einzelnen Kondensatoren 41A, 42A, 41B, 42B geringer als 10 Mikrofarad (µF), so dass Verluste, die mit dem ersten Kondensatornetzwerk 4 verbunden sind, ziemlich gering sind.
Es kann angenommen werden, dass sich der Spannungspegel der Ausgangsspannung Vout ziemlich langsam ändert, so dass Spannungsänderungen in dem ersten Kondensatornetzwerk 4 hauptsächlich aufgrund von periodischen Änderungen der Eingangswechselspannung Vin1₁ auftreten. 23 zeigt Beispiele für Signalverläufe der Ausgangsspannung Vout und der Spannungen über den Kondensatoren einer der Kondensator-Halbbrücken. Lediglich zum Zweck der Darstellung zeigt 23 Verläufe der Spannung V41A, V41B über den Kondensatoren 41A, 41B der ersten Kondensator-Halbbrücke 4A. 23 zeigt weiterhin einen entsprechenden Signalverlauf der Eingangsspannung Vin1₁ . Lediglich zum Zweck der Erläuterung wird angenommen, dass es sich bei der Eingangsspannung Vin1₁ um eine sinusförmige Eingangsspannung mit einer Amplitude v₀ handelt. Weiterhin wird bei diesem Beispiel angenommen, dass die einzelnen Kondensatoren 41A, 42A, 41B, 42B der Kondensator-Halbbrücken 4A, 4B im Wesentlichen dieselbe Kapazität besitzen.
Bezug nehmend auf 23 oszillieren die Spannungen V41A, V41B auf die gleiche Weise wie die Eingangsspannung Vin1₁ um einen Offset-Pegel, der durch die Hälfte der Ausgangspannung Vout/2 gegeben ist. Eine Amplitude dieser Oszillationen ist durch die Hälfte der Amplitude der Eingangsspannung Vin1₁ gegeben, so dass: $V 41 B = \frac{V o u t}{2} + \frac{v_{i n 11}}{2} \cdot sin (2 π \cdot f \cdot t)$
$V 41 A = \frac{V o u t}{2} - \frac{v_{i n 11}}{2} \cdot sin (2 π \cdot f \cdot t)$
Basierend auf 23 und den Gleichungen (4a) und (4b) ist zu sehen, dass ein Spannungspegel der Ausgangsspannung Vout so niedrig sein kann wie die Amplitude v₀ der Eingangsspannung Vin1₁ oder selbstverständlich höher sein kann. Im Gegensatz dazu wäre der minimale Spannungspegel der Ausgangsspannung Vout, wenn das erste Kondensatornetzwerk 4 weggelassen würde, das Zweifache der Amplitude der Eingangsspannung (2·v₀).
24 zeigt eine Modifikation der in 19 gezeigten Leistungswandlerschaltung. Die in 24 gezeigte Leistungswandlerschaltung unterscheidet sich von der in 19 gezeigten Leistungswandlerschaltung dadurch, dass die Schalter- und Spule-Schaltungen 2A, 2B und die Gleichrichterschaltungen 3A, 3B wie in 17 dargestellt implementiert sind. In 24 weisen die Komponenten der Schalter- und Spule-Schaltungen 2A, 2B und der Gleichrichterschaltungen 3A, 3B dieselben Bezugsziffern wie in 17 auf, ergänzt durch ein „A“ im Fall der ersten Schalter- und Spule-Schaltung 2A und der ersten Gleichrichterschaltung 3A, und ergänzt durch ein „B“ im Fall der zweiten Schalter- und Spule-Schaltung 2B und der zweiten Gleichrichterschaltung 3B. Bezug nehmend auf 24 erzeugt eine Steuerschaltung 6 Ansteuersignale S26₁A-S34B, die durch die elektronischen Schalter 26₁A, 26₂A, 26₁B, 26₂B in den Schalter- und Spule-Schaltungen 2A, 2B und die Schalter 33A, 34A, 33B, 34B in den Gleichrichterschaltungen 3A, 3B empfangen werden. Dieser Controller 6 ist dazu ausgebildet, die Leistungswandlerschaltungen in zwei verschiedenen Betriebszuständen zu betreiben, einem ersten Betriebszustand, in dem Leistung von den Eingangsknoten 1A, 1B an den Ausgang 14, 15 übertragen wird, und einem zweiten Betriebszustand, in dem Leistung von dem Ausgang 14, 15 an die Eingangsknoten 1A, 1B übertragen wird. In der ersten Betriebsart betreibt der Controller 6 die elektronischen Schalter 26₁A, 26₂A, 26₁B, 26₂B in den Schalter- und Spule-Schaltungen 2A, 2B sehr ähnlich zu den elektronischen Schaltern 25A, 25B in der in 19 gezeigten Leistungswandlerschaltung. Das Betreiben der elektronischen Schalter 26₁A-26₂B in diesem ersten Betriebszustand ist in 25 dargestellt.
25 zeigt eine Periode einer sinusförmigen Eingangsspannung Vin1₁ und zwei Diagramme, die veranschaulichen, wie die elektronischen Schalter 26₁A-26₂B in dem ersten Betriebszustand betrieben werden. Bezug nehmend auf 25 schaltet der Controller 6 während einer positiven Halbwelle der Eingangsspannung Vin1₁ den ersten Schalter 26₁A in der ersten Schalter- und Spule-Schaltung 2A und den zweiten Schalter 26₂B in der zweiten Schalter- und Spule-Schaltung 2B dauerhaft aus. Weiterhin betreibt der Controller 6 während der positiven Halbwelle den zweiten elektronischen Schalter 26₂A in der ersten Schalter- und Spule-Schaltung 2A und den ersten elektronischen Schalter 26₁B in der zweiten Schalter- und Spule-Schaltung 2B auf dieselbe Weise wie die unter Bezugnahme auf 19 erläuterten elektronischen Schalter 25A, 25B in einem PWM-Modus, um die Ausgangsspannung Vout zu regeln. Das Betreiben einer der in 24 gezeigten Wandlerstufen 2A, 3A oder 2B, 3B im ersten Betriebszustand und während der positiven Halbwelle der Eingangsspannung Vin1₁ wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die erste Wandlerstufe 2A, 3A erläutert.
Wenn der zweite elektronische Schalter 26₂A einschaltet, fließt der Eingangsstrom Iin1 durch die Spule 24A, den zweiten Schalter 26₂A und das daran angeschlossene Gleichrichterelement 28₂A. Wenn der zweite elektronische Schalter 26₂A ausschaltet, fließt der Eingangsstrom Iin1 weiter durch die Spule 24A und fließt außerdem durch das zu dem ersten Schalter 26₁A parallel geschaltete Gleichrichterelement 27₁A und das erste Gleichrichterelement 31A. Gemäß einem Beispiel ist der Controller 6 weiterhin dazu ausgebildet, den zu dem ersten Gleichrichterelement 31A parallel geschalteten Schalter 33A jedes Mal, wenn der zweite elektronische Schalter 26₂A ausschaltet, einzuschalten. Dies kann helfen, die Leitungsverluste in der Gleichrichterschaltung 3A zu verringern.
Im ersten Betriebszustand und während der negativen Halbwelle der Eingangsspannung betreibt der Controller den ersten elektronischen Schalter 26₁A in der ersten Schalter- und Spule-Schaltung 2A und den zweiten elektronischen Schalter 26₂B in der zweiten Schalter- und Spule-Schaltung 2B in einem PWM-Modus, während der zweite Schalter 26₂A in der ersten Schalter- und Spule-Schaltung 2A und der erste Schalter 26₁B in der zweiten Schalter- und Spule-Schaltung 2B ausgeschaltet sind.
Im zweiten Betriebszustand kann eine positive Spannung zwischen den Eingangsknoten 1A, 1B, die auf einer positiven Spannung basiert, durch Einschalten des ersten elektronischen Schalters 26₁A in der ersten Schalter- und Spule-Schaltung 2A und des Schalters 33A in der ersten Gleichrichterschaltung 3A, des zweiten Schalters 26₂B in der zweiten Schalter- und Spule-Schaltung 2B und des Schalters 34B in der zweiten Gleichrichterschaltung 3B erzeugt werden. Eine Amplitude der Spannung zwischen den Eingangsknoten 1A, 1B kann durch einen PWM-Betrieb dieser elektronischen Schalter eingestellt werden. Entsprechend lässt sich eine negative Spannung zwischen dem ersten und zweiten Eingangsknoten 1A, 1B durch Einschalten des zweiten elektronischen Schalters 26₂A in der ersten Schalter- und Spule-Schaltung 2A, des Schalters 34A in der ersten Gleichrichterschaltung 3A, des ersten Schalters 26₁B in der zweiten Schalter- und Spule-Schaltung 2B und des Schalters 32B in der zweiten Gleichrichterschaltung 3B erreichen.
26 zeigt eine weitere Modifikation der in 19 gezeigten Leistungswandlerschaltung. Die in 26 gezeigte Leistungswandlerschaltung unterscheidet sich von der in 19 gezeigten Leistungswandlerschaltung dadurch, dass sie eine dritte Wandlerstufe mit einer dritten Schalter- und Spule-Schaltung 2C und einer dritten Gleichrichterschaltung enthält. In anderen Worten, 26 zeigt eine Leistungswandlerschaltung mit einer Topologie, wie sie in 7 gezeigt ist, wobei die Schalter- und Spule-Schaltungen 2A-2C und die Gleichrichterschaltungen 3A-3C entsprechend 15 implementiert sind und das erste Kondensatornetzwerk 4 entsprechend 11 implementiert ist. Die einzelnen Komponenten der dritten Wandlerstufe 2C, 3C weisen dieselben Bezugsziffern wie in 15, ergänzt durch ein „C“, auf.
27 zeigt ein Beispiel einer Steuerschaltung 6, die dazu ausgebildet ist, die Ansteuersignale S25A, S25B, S25C, die durch die Schalter 25A, 25B, 25C in den in 26 gezeigten Schalter- und Spule-Schaltungen 2A, 2B, 2C empfangen werden, zu erzeugen. Diese Steuerschaltung 6 basiert auf der in 22 gezeigten Steuerschaltung und unterscheidet sich von der in 22 gezeigten Steuerschaltung dadurch, dass sie eine PWM-Schaltung 63A, die das durch den elektronischen Schalter 25A in der ersten Schalter- und Spule-Schaltung 2A empfangene Ansteuersignal S25A erzeugt, eine zweite PWM-Schaltung 63B, die das durch den Schalter 25B in der zweiten Schalter- und Spule-Schaltung 2B empfangene Ansteuersignal S25B erzeugt, und eine dritte PWM-Schaltung 63C, die das durch den dritten Schalter 25C in der dritten Schalter- und Spule-Schaltung 2C empfangene Ansteuersignal S25C erzeugt, enthält. Weiterhin werden bei dieser Steuerschaltung 6 drei zweite Fehlersignale S_ERR2A , S_ERR2B , S_ERR2C durch Subtrahierer 64A, 64B, 64C erzeugt. Ein erster dieser Subtrahierer empfängt ein erstes Eingangsspannungssignal S_Vin11 , das die erste Eingangsspannung Vin1₁ repräsentiert, und ein erstes Eingangsstromsignal S_Iin1 , das den ersten Eingangsstrom Iin1 repräsentiert. Ein zweiter 64B dieser Subtrahierer empfängt ein zweites Eingangsspannungssignal S_Vin21 , das die zweite Eingangsspannung Vin2₁ repräsentiert, und ein zweites Eingangsstromsignal S_Iin2 , das den zweiten Eingangsstrom Iin2 repräsentiert, und ein dritter 64C dieser Subtrahierer empfängt ein drittes Eingangsspannungssignal S_Vin31 , das die dritte Eingangsspannung Vin3₁ repräsentiert, und ein drittes Eingangsstromsignal S_Iin3 , das den dritten Eingangsstrom Iin3 repräsentiert. Ein erster Multiplizierer 65A multipliziert das erste Fehlersignal S_ERR1 mit dem durch den ersten Subtrahierer 64A ausgegebenen Fehlersignal S_ERR2A . Ein durch den ersten Multiplizierer 65A ausgegebenes Fehlersignal S_ERR3A wird von einem ersten Filter 62A, das ein durch die erste PWM-Schaltung 63A empfangenes, gefiltertes Fehlersignal S62A erzeugt, empfangen. Ein zweiter Multiplizierer 65B multipliziert das erste Fehlersignal S_ERR1 mit dem durch den zweiten Subtrahierer 64B ausgegebenen Fehlersignal S_ERR2B . Ein zweites Filter 62B empfängt das durch den zweiten Multiplizierer 65B ausgegebene Fehlersignal S_ERR3B und erzeugt ein zweites gefiltertes Fehlersignal S62B, wobei das zweite gefilterte Fehlersignal S62B von der zweiten PWM-Schaltung 63B empfangen wird. Weiterhin multipliziert ein dritter Multiplizierer 65C das erste Fehlersignal S_ERR1 mit dem durch den dritten Subtrahierer 64C ausgegebenen Fehlersignal S_ERR2C . Ein durch den dritten Multiplizierer 65C ausgegebenes Fehlersignal S_ERR3C wird von einem dritten Filter 62C empfangen, wobei das dritte Filter 62C ein drittes gefiltertes Fehlersignal S62C, das von der dritten PWM-Schaltung 63C empfangen wird, erzeugt.
Bei der in 27 gezeigten Leistungswandlerschaltung unterscheidet sich der Signalverlauf der Spannungen über den Kondensatoren 41A-42C der Kondensator-Halbbrücken 4A-4C in dem ersten Kondensatornetzwerk 4 von dem in 23 gezeigten Signalverlauf. 28 zeigt ein Beispiel der Spannung V41A über dem Kondensator 41A in der Kondensator-Halbbrücke und der Spannung V42A über dem zweiten Kondensator 42A über eine Periode der Eingangsspannungen Vin1₁ , Vin12, Vin1₃ hinweg. Diese Spannungen V41A, V42A sind periodisch und sie oszillieren um einen Offset, der durch die Hälfte der Ausgangsspannung Vout/2 gegeben ist. Weiterhin ist eine maximale Amplitude durch die Hälfte der Amplitude vo/2 der Eingangsspannung Vin1₁ gegeben. Daher kann die Ausgangsspannung Vout, wie bei den unter Bezugnahme auf die 19 und 24 erläuterten Leistungswandlerschaltungen, auf Spannungspegel so gering wie die Amplitude v₀ der Eingangsspannung geregelt werden.
29 zeigt eine Leistungswandlerschaltung mit einer Topologie, wie sie in 12 gezeigt ist, wobei die Schalter- und Spule-Schaltungen 2A-2C und die Gleichrichterschaltungen 3A-3C gemäß 15 implementiert sind und das erste Kondensatornetzwerk 4 wie unter Bezugnahme auf 14 erläutert implementiert ist. Eine Steuerschaltung 6, die den Betrieb der elektronischen Schalter 25A-25C in den einzelnen Schalter- und Spule-Schaltungen 2A-2C steuert, kann entsprechend 27 implementiert werden. Die in 29 gezeigte Leistungswandlerschaltung unterscheidet sich von den hierin zuvor erläuterten Leistungswandlerschaltungen dadurch, dass ein niedrigster möglicher Spannungspegel der Ausgangsspannung Vout nicht durch die Amplitude der Eingangsspannungen gegeben ist, sondern im Wesentlichen durch $\sqrt{3} - mal$
die Amplitude der einzelnen Eingangsspannungen Vin1₃ , Vin2₃ , Vin3₃ .
Bezug nehmend auf das Obige kann an den Ausgang 14, 15 der Leistungswandlerschaltungen eine Last angeschlossen werden. Diese Last kann eine weitere Leistungswandlerschaltung enthalten. Zwei verschiedene Beispiele einer Last mit einer weiteren Leistungswandlerschaltung sind in den 30 und 31 gezeigt. Bei dem in 30 gezeigten Beispiel enthält das zweite Kondensatornetzwerk 7 einen an den Ausgang 14, 15 der Leistungswandlerschaltung angeschlossenen Kondensator 71. Dieser weitere Leistungswandler 8 ist dazu ausgebildet, eine DC-Ausgangsspannung Vout2 an einem Ausgang 81, 82 basierend auf der durch das zweite Kondensatornetzwerk bereitgestellten Ausgangsspannung Vout zu erzeugen. Gemäß einem Beispiel handelt es sich bei dem weiteren Leistungswandler um einen DC-DC-Wandler 8 wie zum Beispiel einen LLC-Wandler. Eine Last (nicht gezeigt) wie beispielsweise eine Lampe, ein Motor, ein Prozessor oder dergleichen kann an den weiteren Leistungswandler 8 angeschlossen werden und die Ausgangsspannung Vout2 empfangen.
31 zeigt eine Modifikation der in 30 gezeigten Schaltung. Bei diesem Beispiel ist das zweite Kondensatornetzwerk gemäß dem in 6 gezeigten Beispiel implementiert und enthält zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren 72, 73, wobei ein erster weiterer Wandler 83 zwischen dem ersten Ausgangsknoten 14 und dem dritten Ausgangsknoten 16 angeschlossen ist und ein zweiter weiterer Wandler 84 zwischen dem dritten Ausgangsknoten 16 und dem zweiten Ausgangsknoten 15 angeschlossen ist. Gemäß einem Beispiel ist der erste weitere Wandler 83 dazu ausgebildet, eine erste Ausgangsspannung Vout85 über einem ersten Ausgangskondensator 85 zu erzeugen, und der zweite DC-DC-Wandler 84 ist dazu ausgebildet, eine zweite Ausgangsspannung Vout86 über einem zweiten Ausgangskondensator 86 zu erzeugen. Gemäß einem Beispiel sind diese Ausgangskondensatoren 85, 86 in Reihe geschaltet, und ein weiterer Ausgangskondensator 87 ist zu dieser Reihenschaltung parallel geschaltet. Eine Ausgangsspannung Vout2 steht über dem weiteren Ausgangskondensator 87 zur Verfügung.
Obwohl die vorliegende Offenbarung nicht derart beschränkt ist, zeigen die folgenden nummerierten Beispiele einen oder mehr Aspekte der Offenbarung.

Beispiel 1. Leistungswandlerschaltung, die enthält: mehrere Eingangsknoten; einen Ausgang; mehrere Schalter- und Spule-Schaltungen von denen jede zwischen einem entsprechenden Paar der mehreren Eingangsknoten angeschlossen ist; mehrere Gleichrichterschaltungen, von denen jede zwischen einer entsprechenden der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen und dem Ausgang angeschlossen ist; ein erstes Kondensatornetzwerk, das zumindest zwei Kondensatoren, die zwischen zumindest einem der mehreren Eingangsknoten und dem Ausgang angeschlossen sind, enthält; und ein zweites Kondensatornetzwerk, das zumindest einen Kondensator enthält und an den Ausgang angeschlossen ist, wobei eine Kapazität von dem zumindest einen Kondensator des zweiten Kondensatornetzwerks größer als eine Kapazität eines jeden der zumindest zwei Kondensatoren des ersten Kondensatornetzwerks ist.
Beispiel 2. Leistungswandlerschaltung gemäß Beispiel 1, wobei eine Kapazität des zumindest einen Kondensators des zweiten Kondensatornetzwerks zumindest 1E2-mal, 1E3-mal oder 1E4-mal größer als eine Kapazität eines jeden der zumindest zwei Kondensatoren des ersten Kondensatornetzwerks ist.
Beispiel 3. Leistungswandlerschaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 2, wobei das erste Kondensatornetzwerk zwischen jedem der mehreren Eingangsknoten und dem Ausgang angeschlossen ist.
Beispiel 4. Leistungswandlerschaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 3, wobei das erste Kondensatornetzwerk mehrere Kondensator-Halbbrücken, von denen jede zwischen einem entsprechenden der mehreren Eingangsknoten und dem Ausgang angeschlossen ist, enthält.
Beispiel 5. Leistungswandlerschaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 4, wobei das erste Kondensatornetzwerk zwischen einem der mehreren Eingangsknoten und dem Ausgang angeschlossen ist.
Beispiel 6. Leistungswandlerschaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 5, wobei das erste Kondensatornetzwerk eine Kondensator-Halbbrücke die an dem einem der mehreren Eingangsknoten und dem Ausgang angeschlossen ist, enthält.
Beispiel 7. Leistungswandlerschaltung gemäß beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 6, wobei der Ausgang einen ersten Ausgangsknoten und einen zweiten Ausgangsknoten enthält, und wobei jede der mehreren Gleichrichterschaltungen enthält: ein erstes Gleichrichterelement, das zwischen der entsprechenden der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen und dem ersten Ausgangsknoten angeschlossen ist; und ein zweites Gleichrichterelement, das zwischen dem entsprechenden der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen und dem zweiten Ausgangsknoten angeschlossen ist.
Beispiel 8. Leistungswandlerschaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 7, wobei jede der mehreren Gleichrichterschaltungen weiterhin enthält: einen ersten elektronischen Schalter, der zu dem ersten Gleichrichterelement parallel geschaltet ist; und einen zweiten elektronischen Schalter, der zu dem zweiten Gleichrichterelement parallel geschaltet ist.
Beispiel 9. Leistungswandlerschaltung gemäß beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 8, wobei jede der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen enthält: einen ersten Schaltungsknoten und einen zweiten Schaltungsknoten; und eine Reihenschaltung mit einer Spule und zumindest einem elektronischen Schalter, die zwischen dem ersten Schaltungsknoten und den zweiten Schaltungsknoten angeschlossen ist.
Beispiel 10. Leistungswandlerschaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 9, wobei jede der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen weiterhin enthält: zumindest einen von dem ersten und zweiten Schaltungsknoten verschiedenen weiteren Schaltungsknoten, wobei die entsprechende der mehreren Gleichrichterschaltungen an den zumindest einen weiteren Schaltungsknoten angeschlossen ist.
Beispiel 11. Leistungswandlerschaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 10, wobei der zumindest eine weitere Schaltungsknoten einen ersten weiteren Schaltungsknoten und einen zweiten weiteren Schaltungsknoten enthält, wobei der zumindest eine elektronische Schalter einen ersten elektronischen Schalter, der zwischen der Spule und dem ersten weiteren Schaltungsknoten angeschlossen ist, und einen zweiten elektronischen Schalter, der zwischen der Spule und dem zweiten weiteren Schaltungsknoten angeschlossen ist, enthält, und wobei jede der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen weiterhin enthält: ein drittes Gleichrichterelement, das zwischen dem ersten elektronischen Schalter und dem zweiten Schaltungsknoten angeschlossen ist und ein viertes Gleichrichterelement, das zwischen dem zweiten elektronischen Schalter und dem zweiten Schaltungsknoten angeschlossen ist.
Beispiel 12. Leistungswandlerschaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 11, wobei die mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen an die mehreren Eingangsknoten angeschlossen sind, so dass die ersten Schaltungsknoten der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen an verschiedene der mehreren Eingangsknoten angeschlossen sind.
Beispiel 13. Leistungswandlerschaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 12, die weiterhin enthält: eine Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, den Betrieb der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen basierend auf einem Signal, das eine Ausgangsspannung an dem Ausgang repräsentiert, und einem Referenzsignal zu steuern.
Beispiel 14. Leistungswandlerschaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 13, wobei die mehreren Eingangsknoten genau zwei Eingangsknoten, die dazu ausgebildet sind, eine Wechselspannung zu empfangen, enthalten.
Beispiel 15. Leistungswandlerschaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 14, wobei die mehreren Eingangsknoten drei Eingangsknoten, die dazu ausgebildet sind, drei verschiedene Wechselspannungen zu empfangen, enthalten.
Beispiel 16. Verfahren, das das Wandeln von Leistung durch einen Leistungswandler beinhaltet, wobei der Leistungswandler enthält: mehrere Eingangsknoten; einen Ausgang; mehrere Schalter- und Spule-Schaltungen von denen jede zwischen einem entsprechenden Paar der mehreren Eingangsknoten angeschlossen ist; mehrere Gleichrichterschaltungen, von denen jede zwischen einer entsprechenden der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen und dem Ausgang angeschlossen ist; ein erstes Kondensatornetzwerk, das zumindest zwei Kondensatoren, die zwischen zumindest einem der mehreren Eingangsknoten und dem Ausgang angeschlossen sind, enthält; und ein zweites Kondensatornetzwerk, das zumindest einen Kondensator enthält und an den Ausgang angeschlossen ist, wobei eine Kapazität von dem zumindest einen Kondensator des zweiten Kondensatornetzwerks größer als eine Kapazität eines jeden der zumindest zwei Kondensatoren des ersten Kondensatornetzwerks ist, und wobei das Wandeln von Leistung das Empfangen zumindest einer Eingangswechselspannung an den mehreren Eingangsknoten beinhaltet.
Beispiel 17. Verfahren gemäß Beispiel 16, wobei die mehreren Eingangsknoten genau zwei Eingangsknoten enthält und wobei die zumindest eine Eingangswechselspannung genau eine Eingangsspannung enthält.
Beispiel 18. Verfahren gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 16 bis 17, wobei die mehreren Eingangsknoten drei Eingangsknoten enthalten und wobei die zumindest eine Eingangsspannung drei verschiedene Eingangsspannungen enthält.
Beispiel 19. Verfahren gemäß einer beliebigen Kombination der Beispiele 16 bis 18, wobei die drei Eingangsspannungen relativ zueinander eine Phasenverschiebung von 120° aufweisen.
Beispiel 20. Elektronische Schaltung, die enthält: eine Leistungswandlerschaltung gemäß einer beliebigen Kombination der Ansprüche 1 bis 15; und eine weitere Leistungswandlerschaltung, die an den Ausgang der Leistungswandlerschaltung angeschlossen ist.
Beispiel 21. Elektronische Schaltung gemäß Beispiel 20, wobei die zumindest eine weitere Leistungswandlerschaltung eine erste Wandlerstufe und eine zweite Wandlerstufe enthält, wobei das zweite Kondensatornetzwerk eine an den Ausgang angeschlossene Kondensator-Reihenschaltung enthält, wobei die Kondensator-Reihenschaltung einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator enthält, und wobei die erste Wandlerstufe an den ersten Kondensator angeschlossen ist und die zweite Wandlerstufe an den zweiten Kondensator angeschlossen ist.
Beispiel 22. Elektronische Schaltung gemäß Beispiele 21 oder 22, wobei jede der ersten und zweiten Wandlerstufen ein LLC-Wandler ist.

Während diese Erfindung unter Bezugnahme auf illustrative Ausgestaltungen beschrieben wurde, ist nicht beabsichtigt, dass die Beschreibung auf eine beschränkende Weise ausgelegt wird. Verschiedene Modifikationen und Kombinationen der illustrativen Ausgestaltungen sowie andere Ausgestaltungen der Erfindung sind für Fachleute unter Verweis auf die Beschreibung ersichtlich.

Claims

Leistungswandlerschaltung, die aufweist: mehrere Eingangsknoten (1A-1D); einen Ausgang (14, 15); mehrere Schalter- und Spule-Schaltungen (2A-2C; 2) von denen jede zwischen einem entsprechenden Paar der mehreren Eingangsknoten (1A-1D) angeschlossen ist; mehrere Gleichrichterschaltungen (3A-3C; 3), von denen jede zwischen einer entsprechenden der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen (2A-2C; 2) und dem Ausgang (14, 15) angeschlossen ist; ein erstes Kondensatornetzwerk (4), das zumindest zwei Kondensatoren (41A-42B; 43, 44), die zwischen zumindest einem der mehreren Eingangsknoten (1A-1D) und dem Ausgang (14, 15) angeschlossen sind, aufweist; und ein zweites Kondensatornetzwerk (7), das zumindest einen Kondensator (71, 72) aufweist und an den Ausgang angeschlossen ist, wobei eine Kapazität von dem zumindest einen Kondensator (71, 72) des zweiten Kondensatornetzwerks (7) größer als eine Kapazität eines jeden der zumindest zwei Kondensatoren (41A-42B; 43, 44) des ersten Kondensatornetzwerks (4) ist.
Leistungswandlerschaltung gemäß Anspruch 1, wobei eine Kapazität des zumindest einen Kondensators (71, 72) des zweiten Kondensatornetzwerks (7) zumindest 1E2-mal, 1E3-mal oder 1E4-mal größer als eine Kapazität eines jeden der zumindest zwei Kondensatoren (41A-42B; 43, 44) des ersten Kondensatornetzwerks (4) ist.
Leistungswandlerschaltung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Kondensatornetzwerk (4) zwischen jedem der mehreren Eingangsknoten (1A-1C) und dem Ausgang (14, 15) angeschlossen ist.
Leistungswandlerschaltung gemäß Anspruch 3, wobei das erste Kondensatornetzwerk (4) mehrere Kondensator-Halbbrücken (4A-4C), von denen jede zwischen einem entsprechenden der mehreren Eingangsknoten (1A-1C) und dem Ausgang (14, 15) angeschlossen ist, aufweist.
Leistungswandlerschaltung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Kondensatornetzwerk (4) zwischen einem (1D) der mehreren Eingangsknoten (1A-1D) und dem Ausgang (14, 15) angeschlossen ist.
Leistungswandlerschaltung gemäß Anspruch 5, wobei das erste Kondensatornetzwerk (4) eine Kondensator-Halbbrücke (4A-4C) die an dem einem (1D) der mehreren Eingangsknoten (1A-1D) und dem Ausgang (14, 15) angeschlossen ist, aufweist.
Leistungswandlerschaltung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Ausgang (14, 15) einen ersten Ausgangsknoten (14) und einen zweiten Ausgangsknoten (15) aufweist, und wobei jede der mehreren Gleichrichterschaltungen (3) aufweist: ein erstes Gleichrichterelement (31), das zwischen der entsprechenden der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen (2) und dem ersten Ausgangsknoten (14) angeschlossen ist; und ein zweites Gleichrichterelement (32), das zwischen dem entsprechenden der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen (2) und dem zweiten Ausgangsknoten (15) angeschlossen ist.
Leistungswandlerschaltung gemäß Anspruch 7, wobei jede der mehreren Gleichrichterschaltungen (3) weiterhin aufweist: einen ersten elektronischen Schalter (33), der zu dem ersten Gleichrichterelement (31) parallel geschaltet ist; und einen zweiten elektronischen Schalter (34), der zu dem zweiten Gleichrichterelement (32) parallel geschaltet ist.
Leistungswandlerschaltung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen (2) aufweist: einen ersten Schaltungsknoten (21) und einen zweiten Schaltungsknoten (22); und eine Reihenschaltung mit einer Spule (24) und zumindest einem elektronischen Schalter (25; 26₁, 26₂), die zwischen dem ersten Schaltungsknoten (21) und den zweiten Schaltungsknoten (2) angeschlossen ist.
Leistungswandlerschaltung gemäß Anspruch 9, wobei jede der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen (2) weiterhin aufweist: zumindest einen von dem ersten und zweiten Schaltungsknoten (21, 22) verschiedenen weiteren Schaltungsknoten (23; 23₁, 23₂), wobei die entsprechende der mehreren Gleichrichterschaltungen (3) an den zumindest einen weiteren Schaltungsknoten (23; 23₁, 23₂) angeschlossen ist.
Leistungswandlerschaltung gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei der zumindest eine weitere Schaltungsknoten einen ersten weiteren Schaltungsknoten (23₁) und einen zweiten weiteren Schaltungsknoten (23₂) aufweist, wobei der zumindest eine elektronische Schalter einen ersten elektronischen Schalter (26₁), der zwischen der Spule (24) und dem ersten weiteren Schaltungsknoten (23₁) angeschlossen ist, und einen zweiten elektronischen Schalter (26₂), der zwischen der Spule (24) und dem zweiten weiteren Schaltungsknoten (23₂) angeschlossen ist, aufweist, und wobei jede der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen (2) weiterhin aufweist: ein drittes Gleichrichterelement (28₁), das zwischen dem ersten elektronischen Schalter (26₁) und dem zweiten Schaltungsknoten (22) angeschlossen ist und ein viertes Gleichrichterelement (28₂), das zwischen dem zweiten elektronischen Schalter (26₂) und dem zweiten Schaltungsknoten (22) angeschlossen ist.
Leistungswandlerschaltung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen (2A-2C) an die mehreren Eingangsknoten (1A-1C) angeschlossen sind, so dass die ersten Schaltungsknoten (21A-21C) der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen (2A-2C) an verschiedene der mehreren Eingangsknoten (1A-1C) angeschlossen sind.
Leistungswandlerschaltung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, die weiterhin aufweist: eine Steuerschaltung (6), die dazu ausgebildet ist, den Betrieb der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen (2A-2C) basierend auf einem Signal (S_Vout), das eine Ausgangsspannung (Vout) an dem Ausgang (14, 15) repräsentiert, und einem Referenzsignal (S_REF) zu steuern.
Leistungswandlerschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die mehreren Eingangsknoten (1A-1D) genau zwei Eingangsknoten (1A, 1B), die dazu ausgebildet sind, eine Wechselspannung zu empfangen, aufweisen.
Leistungswandlerschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die mehreren Eingangsknoten (1A-1D) drei Eingangsknoten (1A-1C), die dazu ausgebildet sind, drei verschiedene Wechselspannungen zu empfangen, aufweisen.
Verfahren, das das Wandeln von Leistung durch einen Leistungswandler aufweist, wobei der Leistungswandler aufweist: mehrere Eingangsknoten (1A-1D); einen Ausgang (14, 15); mehrere Schalter- und Spule-Schaltungen (2A-2C; 2) von denen jede zwischen einem entsprechenden Paar der mehreren Eingangsknoten (1A-1D) angeschlossen ist; mehrere Gleichrichterschaltungen (3A-3C; 3), von denen jede zwischen einer entsprechenden der mehreren Schalter- und Spule-Schaltungen (2A-2C; 2) und dem Ausgang (14, 15) angeschlossen ist; ein erstes Kondensatornetzwerk (4), das zumindest zwei Kondensatoren (41A-42B; 43, 44), die zwischen zumindest einem der mehreren Eingangsknoten (1A-1D) und dem Ausgang (14, 15) angeschlossen sind, aufweist; und ein zweites Kondensatornetzwerk (7), das zumindest einen Kondensator (71, 72) aufweist und an den Ausgang angeschlossen ist, wobei eine Kapazität von dem zumindest einen Kondensator (71, 72) des zweiten Kondensatornetzwerks (7) größer als eine Kapazität eines jeden der zumindest zwei Kondensatoren (41A-42B; 43, 44) des ersten Kondensatornetzwerks (4) ist, und wobei das Wandeln von Leistung das Empfangen zumindest einer Eingangswechselspannung (Vin1₁-Vin1₃) an den mehreren Eingangsknoten (1A-1C) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei die mehreren Eingangsknoten (1A-1D) genau zwei Eingangsknoten (1A-1B) aufweisen und wobei die zumindest eine Eingangswechselspannung genau eine Eingangsspannung aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei die mehreren Eingangsknoten (1A-1D) drei Eingangsknoten (1A-1C) aufweisen und wobei die zumindest eine Eingangsspannung drei verschiedene Eingangsspannungen aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei die drei Eingangsspannungen relativ zueinander eine Phasenverschiebung von 120° aufweisen.
Elektronische Schaltung, die aufweist: eine Leistungswandlerschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15; und eine weitere Leistungswandlerschaltung (8), die an den Ausgang (14, 15) der Leistungswandlerschaltung angeschlossen ist.
Elektronische Schaltung gemäß Anspruch 20, wobei die zumindest eine weitere Leistungswandlerschaltung (8) eine erste Wandlerstufe (83) und eine zweite Wandlerstufe (84) aufweist, wobei das zweite Kondensatornetzwerk (7) eine an den Ausgang (14, 15) angeschlossene Kondensator-Reihenschaltung aufweist, wobei die Kondensator-Reihenschaltung einen ersten Kondensator (71) und einen zweiten Kondensator (72) aufweist, und wobei die erste Wandlerstufe (83) an den ersten Kondensator (71) angeschlossen ist und die zweite Wandlerstufe (84) an den zweiten Kondensator (72) angeschlossen ist.
Elektronische Schaltung gemäß Anspruch 21, wobei jede der ersten und zweiten Wandlerstufen (83, 84) ein LLC-Wandler ist.