DE10392136B4

DE10392136B4 - Leistungswandler

Info

Publication number: DE10392136B4
Application number: DE10392136T
Authority: DE
Inventors: Yutaka Iwahori
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2013-10-31
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: CN1533628A; JP4396275B2; US6870355B2; WO2003081758A1; CN100345363C; US20040170036A1; DE10392136T5; JPWO2003081758A1

Abstract

Leistungswandler zur Bereitstellung elektrischer Leistung von einer Wechselstromquelle zu einer Last (LD), wobei der Leistungswandler folgendes umfasst: mehrere Schaltelemente (Q1, Q2, Q3), die wiederholt ein- und ausschalten, um einen Eingangsstrom von der Wechselstromquelle zu unterbrechen, um einen Ausgangsstrom an die Last (LD) zu liefern; einen in einem Weg des Eingangsstroms von der Wechselstromquelle zur Last (LD) bereitgestellten Induktor (L); einen Glättkondensator (C1), der den Eingangsstrom zur Last (LD) glättet; eine Steuerschaltung (1) zum Steuern der Schaltelemente (Q1, Q2, Q3), damit sie ein- und ausschalten; wobei der Induktor (L) und die Last (LD) in Reihe an die Wechselstromquelle anschließbar sind; wobei der Induktor (L) und die Last (LD) in Reihe an den Glättkondensator (C1) anschließbar sind; wobei die Steuerschaltung (1) die mehreren Schaltelemente (Q1, Q2, Q3) so steuert, dass sie in verschiedenen Muster ein- und ausschalten, damit man erste Stromversorgungsmodi und zweite Stromversorgungsmodi erhält; wobei die ersten Stromversorgungsmodi den Eingangsstrom von der Wechselstromquelle an eine geschlossene Schleife liefern, die den Induktor (L) und die Last (LD) enthält und der Strom von der Wechselstromquelle direkt an die Last (LD) geliefert wird, wobei die zweiten Stromversorgungsmodi den Ausgangsstrom in einer geschlossenen Schleife, die den Induktor (L) und die Last (LD), aber nicht die Wechselstromquelle enthält, an die Last (LD) liefern, währenddessen die in dem Induktor (L) gespeicherte Energie einen Strom an die Last (LD) liefert, wobei die Steuerschaltung (1) die ersten Stromversorgungsmodi und die zweiten Stromversorgungsmodi abwechselnd während jeder Halbwelle des von der Wechselstromquelle gelieferten Wechselstroms wiederholt, wodurch der Strom ständig an den Induktor (L) und die Last (LD) weitergeleitet wird, ...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leistungswandler bzw. einen Umrichter, der elektrische Leistung für eine Last von einer Wechselstromquelle bereitstellt.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Aus der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung JP 8-223915 A ist ein herkömmlicher Leistungswandler bzw. Umrichter bekannt. Dieser Leistungswandler verändert Wechselstromleistung von einer Wechselstromquelle in Gleichstromleistung und übergibt die Gleichstromleistung an eine Last. Ein Verstärkungswandler und ein Rückwandler sind parallel angeordnet, und beide arbeiten entsprechend einer Stromversorgungsspannung. Diese beiden Wandler enthalten jeweils ein Schaltelement und liefern einen Strom an die Last unter Verbesserung der harmonischen Verzerrung, indem sie bewirken, daß jedes Schaltelement mit einer Frequenz ein- und ausschaltet, die ausreichend höher ist als die Frequenz der Wechselstromleistung. Dieser Leistungswandler enthält zwei oder mehr Schaltelemente und einen Induktor, den diese Wandler gemeinsam haben. Die Schaltelemente werden in verschiedenen Mustern gesteuert, um mehrere Stromversorgungsmodi zu erhalten. Indem diese Stromversorgungsmodi wiederholt werden, wird Leistung unter Verbesserung der harmonischen Verzerrung an die Last geliefert. Da jedoch bei einer dieser Modi der Strom nicht gleichzeitig durch den Induktor und die Last fließt, wird Energie im Induktor gespeichert, während kein Strom an die Last geliefert wird. So wird die in den Induktor eingegebene Strommenge im Vergleich zum mittleren Ausgangsstrom zur Last vorübergehend groß. Aus diesem Grund müssen der Induktor und die Schaltelemente eine Spannung aushalten; deshalb war es schwierig, die Schaltung zu miniaturisieren.
Aus der US 6,118,224 ist eine weitere Entladungslampe mit einem Leistungswandler bekannt, der als Vorschaltgerät für die Entladungslampe dient. Bei dieser Vorrichtung sind zwei Stromversorgungsmodi vorgesehen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Angesichts des obigen Problems besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Leistungswandlers, der wenig harmonische Verzerrung aufweist und Miniaturisierung und große Effizienz vereinigen kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Leistungswandler gemäß Anspruch 1 gelöst, die Ansprüche 2 bis 19 betreffen besonders vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Leistungswandlers gemäß Anspruch 1.
Der Leistungswandler gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt: mehrere Schaltelemente, die wiederholt ein- und ausschalten, um einen Eingangsstrom von einer Wechselstromquelle zu unterbrechen, um einen Ausgangsstrom an eine Last zu liefern, einen in einem Weg des Eingangsstroms von der Wechselstromquelle zur Last bereitgestellten Induktor, einen Glättkondensator, der den Eingangsstrom zur Last glättet, eine Steuerschaltung zum Steuern der Schaltelemente, um ein- und auszuschalten. Der Induktor und die Last sind in Reihe an die Wechselstromquelle angeschlossen, so daß der Strom von der Wechselstromquelle direkt zur Last fließen kann. Der Induktor und die Last sind in Reihe an den Glättkondensator angeschlossen, weshalb der durch den Glättkondensator fließende Strom an die Last geliefert wird, und eine niederfrequente Welligkeit wird reduziert.
Die Steuerschaltung steuert die mehreren Schaltelemente, in verschiedenen Muster ein- und auszuschalten, damit man einen ersten Stromversorgungsmodus und einen zweiten Stromversorgungsmodus erhält. Der erste Stromversorgungsmodus liefert den Eingangsstrom von der Wechselstromquelle in einer geschlossenen Schleife, die den Induktor und die Last enthält, währenddessen der Strom von der Wechselstromquelle der Last direkt zugeführt wird. Der zweite Stromversorgungsmodus liefert den Ausgangsstrom an die Last, und zwar in einer geschlossenen Schleife, die den Induktor und die Last enthält, aber nicht die Wechselstromquelle enthält, währenddessen in dem Induktor gespeicherte Energie der Last einen Strom zuführt. Die Steuerschaltung wiederholt den ersten Stromversorgungsmodus und den zweiten Stromversorgungsmodus abwechselnd während jeder Halbwelle des von der Wechselstromquelle zugeführten Wechselstroms, weshalb der Strom ständig zum Induktor und zur Last weitergeleitet wird. Deshalb existiert immer eine Stromschleife, die immer sowohl den Induktor als auch die Last enthält, und der Induktor leitet nur den Eingangsstrom in der Nähe des für die Last benögtigten mittleren Ausgangsstroms weiter. Es wird dementsprechend möglich, einen kleinen Induktor mit geringer Induktanz zu verwenden und die harmonische Verzerrung zu verbessern. Dadurch kann die Miniaturisierung des ganzen Bauelements erreicht werden. Das heißt, ein effizienter und kleiner Leistungswandler kann bereitgestellt werden.
Bevorzugt steuert die Steuerschaltung die mehreren Schaltelemente in drei verschiedenen Muster, damit, in dieser Reihenfolge, ein erstes Muster, ein zweites Muster und ein drittes Muster ständig wiederholt werden. Eines der drei Muster definiert einen des ersten Stromversorgungsmodus und des zweiten Stromversorgungsmodus; die übrigen beiden Muster definieren den anderen des ersten Stromversorgungsmodus und des zweiten Stromversorgungsmodus. Die an den Induktor angelegte Spannung nimmt gemäß einem Fortschritt vom ersten Muster zum dritten Muster ab. Deshalb ist es möglich, durch den Induktor ausreichenden Strom an die Last zu liefern, wodurch der Spitzenwert des zum Induktor fließenden Stroms gesenkt wird. Folglich kann die Verlustreduzierung einer Leistungswandlung und die Miniaturisierung des Bauelements erreicht werden.
Weiterhin gestattet das erste Muster, daß der Glättkondensator einen Entladestrom durch den Induktor schickt, das zweite Muster halt den Glättkondensator von dem durch den Induktor fließenden Strom frei und das dritte Muster gestattet dem Glättkondensator, von dem durch den Induktor fließenden Strom geladen zu werden. Deshalb wird dem Induktor immer ein Strom zugeführt, und die Änderung des durch den Induktor fließenden Stroms zeichnet eine allgemein trapezförmige Form entlang der Zeitachse. Dadurch wird die Spitze des durch den Induktor fließenden Stroms gesenkt und die Miniaturisierung des Induktors kann erreicht werden.
Bei einer konkreten Schaltanordnung, die den obigen Leistungswandler realisiert, ist eine Gleichrichterschaltung DB, die den Wechselstrom von der Wechselstromquelle gleichrichtet, damit man eine Gleichspannung erhält, im Leistungswandler vorgesehen. Die Schaltelemente umfassen ein erstes Schaltelement Q1, ein zweites Schaltelement Q2 und ein drittes Schaltelement Q3. Das erste Schaltelement Q1, das zweite Schaltelement Q2 und das dritte Schaltelement Q3 sind in Reihe mit dem Induktor L, der Last LD, einer ersten Diode D1 und dem Glättkondensator C1 an die Gleichrichterschaltung DB angeschlossen. Eine zweite Diode D2 ist an eine Reihenschaltung aus dem Glättkondensator C1 und dem dritten Schaltelement Q3 angeschlossen. Die zweite Diode D2 ist in Reihe mit einer dritten Diode D3 an eine Reihenschaltung aus dem Induktor L, der ersten Diode D1, der Last LD und dem zweiten Schaltelement Q2 angeschlossen. Und eine vierte Diode D4 ist in Reihe mit dem Glättkondensator an das zweite Schaltelement Q2 angeschlossen.
Die Steuerschaltung kann immer den Strom an die Last und den Induktor schicken, wobei die harmonische Verzerrung verbessert wird, nämlich ein Leistungsfaktor, in dem das erste, zweite und dritte Schaltelement Q1–Q3 in drei verschiedenen Muster gesteuert werden.
Ein Leistungswandler gemäß einer weiteren konkreten Schaltungsanordnung enthält zusätzlich zu einer Gleichrichterschaltung DB, die den Wechselstrom von der Wechselstromquelle gleichrichtet, damit man eine Gleichspannung erhält, fünf Schaltelemente Q1–Q5. Jedes des zweiten Schaltelements Q2 und des vierten Schaltelements Q4 weist eine Überbrückung auf, durch die ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließen kann. Das erste Schaltelement Q1 und das zweite Schaltelement Q2 sind in Reihe mit einer ersten Diode an der Gleichrichterschaltung DB angeschlossen, und die erste Diode D1 ist zwischen eine Hochspannungsseite der Gleichrichterschaltung DB und das erste Schaltelement Q1 geschaltet, und eine Kathode der ersten Diode D1 ist an das erste Schaltelement Q1 angeschlossen. Das dritte Schaltelement Q3 und das vierte Schaltelement Q4 sind in Reihe mit einer zweiten Diode an die Gleichrichterschaltung DB angeschlossen, und die zweite Diode D2 ist zwischen eine Hochspannungsseite der Gleichrichterschaltung DB und das dritte Schaltelement Q3 geschaltet, und eine Kathode der zweiten Diode D2 ist an das dritte Schaltelement Q3 angeschlossen. Das zweite Schaltelement Q2 und das vierte Schaltelement Q4 sind über eine gemeinsame dritte Diode D3 an eine Niederspannungsseite der Gleichrichterschaltung DB angeschlossen. Der Induktor L ist in Reihe mit der Last LD zwischen den Verbindungspunkt des ersten Schaltelements Q1 mit dem zweiten Schaltelement Q2 und dem Verbindungspunkt des dritten Schaltelements Q3 mit dem vierten Schaltelement Q4 geschaltet. Das fünfte Schaltelement Q5 ist in Reihe mit der ersten Diode D1, dem ersten Schaltelement Q1, dem Induktor L, der Last LD, dem vierten Schaltelement Q4 und dem Glättkondensator C1 an die Gleichrichterschaltung DB angeschlossen. Außerdem ist das fünfte Schaltelement Q5 in Reihe mit der zweiten Diode D2, dem dritten Element Q3, der Last LD, dem Induktor L, dem Schaltelement Q2 und dem Glättkondensator C1 an die Gleichrichterschaltung DB angeschlossen. Die vierte Diode D4 ist in Reihe mit der Überbrückung des zweiten Schaltelements Q2, dem Induktor L und der Last LD an den Glättkondensator C1 angeschlossen. Und die fünfte Diode D5 ist in Reihe mit der Überbrückung des vierten Schaltelements Q4, der Last LD und dem Induktor L an den Glättkondensator angeschlossen.
Die Steuerschaltung schickt den Strom in einer Richtung zur Last, indem sie bewirkt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 gleichzeitig ein- und ausschalten, und indem sie bewirkt, daß sowohl das zweite als auch dritte Schaltelement Q2, Q3 in der Zwischenzeit ausschalten, während sie veranlaßt, daß das fünfte Schaltelement Q5 in einem vorbestimmten Zyklus ein- und ausschaltet. Und außerdem schickt die Steuerschaltung den Strom in einer umgekehrten Richtung zur Last, indem sie veranlaßt, daß das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 gleichzeitig ein- und ausschalten, und indem sie veranlaßt, daß sowohl das erste als auch das vierte Schaltelement Q1, Q4 in der Zwischenzeit ausschalten, während sie veranlaßt, daß das fünfte Schaltelement Q5 in einem vorbestimmten Zyklus ein- und ausschaltet. Dadurch kann die Steuerschaltung die Last durch den Wechselstrom einer vorbestimmten Frequenz antreiben. Deshalb kann gleichzeitig eine Leistungswandlung Wechselstrom-Gleichstrom und eine Leistungswandlung Gleichstrom-Wechselstrom erreicht werden, wobei immer der Strom zur Last und zum Induktor weitergeschickt wird, indem nur fünf Schaltelemente verwendet werden. Weil jedes des zweiten Schaltelements Q2 und des vierten Schaltelements Q4 die Überbrückung aufweist, die gestattet, daß der Rückstrom über jedes Schaltelement fließt, lädt der durch die beim Induktor L gespeicherte Energie erzeugte Strom den Glättkondensator C1 entweder durch das zweite Schaltelement Q2 oder das vierte Schaltelement Q4.
Ein Leistungswandler gemäß einer weiteren konkreten Schaltungsanordnung enthält zusätzlich zu einer Gleichrichterschaltung DB, die den Wechselstrom von der Wechselstromquelle gleichrichtet, damit man eine Gleichspannung erhält, fünf Schaltelemente Q1–Q5. Das erste Schaltelement Q1 und das zweite Schaltelement Q2 sind in Reihe mit einer ersten Diode D1 an die Gleichrichterschaltung DB angeschlossen, und. die erste Diode D1 ist zwischen eine Hochspannungsseite des Gleichrichters DB und das erste Schaltelement Q1 geschaltet, und eine Kathode der ersten Diode D1 ist an das erste Schaltelement Q1 angeschlossen. Das dritte Schaltelement Q3 und das vierte Schaltelement Q4 sind in Reihe mit einer zweiten Diode D2 an die Gleichrichterschaltung DB angeschlossen, und die zweite Diode D2 ist zwischen eine Hochspannungsseite des Gleichrichters DB und das dritte Schaltelement Q3 geschaltet, und eine Kathode der zweiten Diode D2 ist mit dem dritten Schaltelement Q3 verbunden. Der Induktor L ist in Reihe mit der Last LD zwischen den Verbindungspunkt des ersten Schaltelements Q1 mit dem zweiten Schaltelement Q2 und dem Verbindungspunkt des dritten Schaltelement Q3 mit dem vierten Schaltelement Q4 geschaltet. Eine Reihenschaltung aus der ersten Diode D1, dem ersten Schaltelement Q1, dem Induktor L, der Last LD und dem vierten Schaltelement Q4 ist in Reihe mit dem fünften Schaltelement Q5 geschaltet, und außerdem ist eine Reihenschaltung aus der zweiten Diode D2, dem dritten Schaltelement Q3, dem Induktor L, der Last LD und dem zweiten Schaltelement Q2 in Reihe mit dem fünften Schaltelement Q5 geschaltet. Die Wechselstromquelle, die Gleichrichterschaltung DB, die erste Diode D1, das erste Schaltelement Q1, der Induktor L, die Last LD und die dritte Diode D3 sind in Reihe an den Glättkondensator C1 angeschlossen. Und die Wechselstromquelle, die Gleichrichterschaltung DB, die zweite Diode D2, das dritte Schaltelement Q3, der Induktor L, die Last LD und die vierte Diode D4 sind in Reihe an den Glättkondensator C1 angeschlossen.
Die Steuerschaltung schickt den Strom in einer Richtung zur Last, indem sie bewirkt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 gleichzeitig ein- und ausschalten, und indem sie bewirkt, daß sowohl das zweite als auch dritte Schaltelement Q2, Q3 in der Zwischenzeit ausschalten, während sie veranlaßt, daß das fünfte Schaltelement Q5 in einem vorbestimmten Zyklus ein- und ausschaltet. Und außerdem schickt die Steuerschaltung den Strom in der umgekehrten Richtung zur Last, indem sie veranlaßt, daß das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 gleichzeitig ein- und ausschalten, und indem sie veranlaßt, daß sowohl das erste als auch das vierte Schaltelement Q1, Q4 ausschalten, während sie veranlaßt, daß das fünfte Schaltelement Q5 in einem vorbestimmten Zyklus ein- und ausschaltet. Deshalb kann die Steuerschaltung die Last durch den Wechselstrom einer vorbestimmten Frequenz antreiben. Und die Leistungswandlung Wechselstrom-Gleichstrom und die Leistungswandlung Gleichstrom-Wechselstrom können gleichzeitig erreicht werden, wobei immer der Strom zur Last und zum Induktor weitergeschickt wird, indem nur fünf Schaltelemente verwendet werden.
Ein Leistungswandler gemäß einer weiteren konkreten Schaltungsanordnung ist so ausgelegt, daß er den Wechselstrom an die Last schickt, indem er vier Schaltelemente Q1–Q4 verwendet. Das erste Schaltelement Q1 und das zweite Schaltelement Q2 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen, und das erste Schaltelement Q1 und das dritte Schaltelement Q3 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen. Jedes des zweiten Schaltelements Q2 und des dritten Schaltelements Q3 weisen eine Überbrückung auf, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt. Eine Reihenschaltung aus einem ersten Glättkondensator C1 und einem zweiten Glättkondensator C2 ist an eine Reihenschaltung aus dem zweiten Schaltelement Q2 und dem dritten Schaltelement Q3 angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus einer ersten Diode D1 und einer zweiten Diode D2 ist an die Reihenschaltung aus dem zweiten Schaltelement Q2 und dem dritten Schaltelement Q3 angeschlossen. Eine Diodenbrücke D11–D14 ist zwischen den Verbindungspunkt des ersten Glättkondensators C1 mit dem zweiten Glättkondensator C2 und der Wechselstromquelle geschaltet, wobei jeder Eingangsanschluß der Diodenbrücke mit dem Verbindungspunkt des ersten Glättkondensator C1 mit dem zweiten Glättkondensator C2 bzw. der Wechselstromquelle verbunden ist. Das erste Schaltelement Q1 ist zwischen Ausgangsanschlüsse der Diodenbrücke D11–D14 geschaltet. Eine Reihenschaltung aus einer dritten Diode D3 und einer vierten Diode D4 ist an eine Reihenschaltung aus der ersten Diode D1 und der zweiten Diode D2 angeschlossen. Der Induktor L und die Last LD sind in Reihe zwischen den Verbindungspunkt der ersten Diode D1 mit der zweiten Diode D2 und dem Verbindungspunkt der dritten Diode D3 mit der vierten Diode D4 geschaltet. Das vierte Schaltelement Q4 ist an die Reihenschaltung aus der dritten Diode D3 und der vierten Diode D4 angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus einer fünften Diode D5 und einer sechsten Diode D6 ist an die Reihenschaltung aus der ersten Diode D1 und der zweiten Diode D2 angeschlossen und die Wechselstromquelle ist zwischen den Verbindungspunkt der ersten Diode D1 mit der zweiten Diode D2 und dem Verbindungspunkt der fünften Diode D5 mit der sechsten Diode D6 geschaltet.
Die Steuerschaltung schickt den Strom in einer Richtung an die Last, indem sie veranlaßt, daß das zweite Schaltelement Q2 ein- und ausschaltet, und indem sie veranlaßt, daß das dritte Schaltelement Q3 in der Zwischenzeit ausschaltet, während sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 abwechselnd ein- und ausschalten, und außerdem schickt die Steuerschaltung den Strom in der umgekehrten Richtung zur Last, indem sie veranlaßt, daß das dritte Schaltelement Q3 ein- und ausschaltet, und indem sie veranlaßt, daß das zweite Schaltelement Q2 in der Zwischenzeit ausschaltet, während sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 abwechselnd ein- und ausschalten. Deshalb kann die Steuerschaltung den Wechselstrom mit einer vorbestimmten Frequenz für die Last bereitstellen durch Einstellen der Zeit ab der Ein-/Aus-Steueraktion eines des zweiten Schaltelements Q2 und des dritten Schaltelements Q3 bis zu der Ein-/Aus-Steueraktion des anderen der Schaltelemente Q2 und Q3. Auf diese Weise kann die Leistungsumwandlung Wechselstrom-Gleichstrom und die Leistungsumwandlung Gleichstrom-Wechselstrom durch Verwendung von nur vier Schaltelementen gleichzeitig erzielt werden, wobei immer der Strom an die Last und den Induktor geschickt wird.
Ein Leistungswandler gemäß einer anderen konkreten Schaltungsanordnung ist so ausgelegt, daß er durch Verwendung von vier Schaltelementen Q1–Q4 Wechselstrom an die Last schickt. Das erste Schaltelement Q1 und das zweite Schaltelement Q2 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen, und das erste Schaltelement Q1 und das dritte Schaltelement Q3 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen. Jedes des zweiten Schaltelements Q2 und des dritten Schaltelements Q3 weist eine Überbrückung auf, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt. Eine Reihenschaltung aus einer ersten Diode D1 und einer zweiten Diode D2 ist an eine Reihenschaltung aus dem zweiten Schaltelement Q2 und dem dritten Schaltelement Q3 angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus einem ersten Glättkondensator C1 und einem zweiten Glättkondensator C2 ist an die Reihenschaltung aus dem zweiten Schaltelement Q2 und dem dritten Schaltelement Q3 angeschlossen. Eine Diodenbrücke D11–D14 ist zwischen den Verbindungspunkt des ersten Glättkondensators C1 mit dem zweiten Glättkondensator C2 und einen Anschluß der Wechselstromquelle geschaltet, und jeder Eingangsanschluß der Diodenbrücke ist mit dem Verbindungspunkt des ersten Glättkondensators C1 mit dem zweiten Glättkondensator C2 bzw. dem Anschluß der Wechselstromquelle verbunden. Das erste Schaltelement Q1 ist zwischen Ausgangsanschlüsse der Diodenbrücke D11–D14 geschaltet, und der eine Anschluß der Wechselstromquelle ist mit dem Verbindungspunkt der ersten Diode D1 mit der zweiten Diode D2 verbunden. Eine Diodenbrücke D3–D6 ist zwischen den Verbindungspunkt der ersten Diode D1 mit der zweiten Diode D2 und dem Verbindungspunkt des zweiten Schaltelements Q2 mit dem dritten Schaltelement Q3 geschaltet. Die Diode D3 ist in Reihe mit der Diode D4 geschaltet. Die Diode D5 ist in Reihe mit der Diode D6 geschaltet. Der Induktor L und die Last LD sind in Reihe zwischen den Verbindungspunkt der Diode D3 mit der Diode D4 und dem Verbindungspunkt der Diode D5 mit der Diode D6 geschaltet. Das vierte Schaltelement Q4 ist an eine Reihenschaltung aus der fünften Diode D5 und der sechsten Diode D6 angeschlossen.
Die Steuerschaltung schickt den Strom in einer Richtung zur Last, indem sie veranlaßt, daß das zweite Schaltelement Q2 ein- und ausschaltet, und indem sie veranlaßt, daß das dritte Schaltelement Q3 in der Zwischenzeit ausschaltet, während sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 abwechselnd ein- und ausschalten, und außerdem schickt die Steuerschaltung den Strom in der umgekehrten Richtung zur Last, indem sie veranlaßt, daß das dritte Schaltelement Q3 ein- und ausschaltet, und indem sie veranlaßt, daß das zweite Schaltelement Q2 in der Zwischenzeit ausschaltet, während sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 abwechselnd ein- und ausschalten. Deshalb kann die Steuerschaltung den Wechselstrom mit einer vorbestimmten Frequenz für die Last bereitstellen durch Einstellen der Zeit ab der Ein-/Aus-Steueraktion eines des zweiten Schaltelements Q2 und des dritten Schaltelements Q3 bis zu der Ein-/Aus-Steueraktion des anderen der Schaltelemente Q2, Q3. Auf diese Weise kann die Leistungsumwandlung Wechselstrom-Gleichstrom und die Leistungsumwandlung Gleichstrom-Wechselstrom durch Verwendung von nur vier Schaltelementen gleichzeitig erzielt werden, wobei immer der Strom an die Last und den Induktor geschickt wird.
Ein Leistungswandler gemäß einer weiteren konkreten Schaltungsanordnung ist so ausgelegt, daß er den Wechselstrom durch Verwendung von vier Schalterelementen Q1–Q4 zu der Last schickt. Das erste Schaltelement Q1 und ein erster Glättkondensator C1 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen, und das zweite Schaltelement Q2 und ein zweiter Glättkondensator C2 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen. Jedes des ersten Schaltelements Q1 und des zweiten Schaltelements Q2 weist eine Überbrückung auf, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt. Das erste Schaltelement Q1 und das zweite Schaltelement Q2 sind in Reihe geschaltet, und eine Reihenschaltung aus dem ersten Glättkondensator C1 und dem zweiten Glättkondensator C2 ist an die Reihenschaltung aus dem ersten Schaltelement Q1 und dem zweiten Schaltelement Q2 angeschlossen. Eine erste Diode D1 und das dritte Schaltelement Q3 sind in Reihe an eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen, und eine zweite Diode D2 und das vierte Schaltelement Q4 sind in Reihe an die Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus dem dritten Schaltelement Q3 und dem vierten Schaltelement Q4 ist an eine Reihenschaltung aus der ersten Diode D1 und der zweiten Diode D2 angeschlossen, und die Wechselstromquelle ist zwischen den Verbindungspunkt des ersten Schaltelements Q1 mit dem zweiten Schaltelement Q2 und dem Verbindungspunkt der ersten Diode D1 mit der zweiten Diode D2 geschaltet. Die Last LD, der Induktor L, die Wechselstromquelle und die Überbrückung des ersten Schaltelements Q1 sind in Reihe an den ersten Glättkondensator C1 angeschlossen. Die Überbrückung des zweiten Schaltelements Q2, die Wechselstromquelle, der Induktor L und die Last LD sind in Reihe an den zweiten Glättkondensator C2 angeschlossen.
Die Steuerschaltung schickt den Strom in eine Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 abschalten, während sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 abwechselnd ein- und ausschalten. Und außerdem schickt die Steuerschaltung den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 ausschalten, während sie veranlaßt, daß das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 abwechselnd ein- und ausschalten. Deshalb kann die Steuerschaltung den Wechselstrom einer vorbestimmten Frequenz für die Lst bereitstellen, indem sie die Zeit ab der abwechselnden Ein-/Aus-Steueraktion des ersten Schaltelements Q1 und des vierten Schaltelements Q4 zur abwechselnden Ein-/Aus-Steueraktion des zweiten Schaltelements Q2 und des dritten Schaltelements Q3 einstellt. Auf diese Weise kann die Leistungsumwandlung Wechselstrom-Gleichstrom und die Leistungsumwandlung Gleichstrom-Wechselstrom durch Verwendung von nur vier Schaltelementen gleichzeitig erzielt werden, wobei immer der Strom an die Last und den Induktor geschickt wird.
Ein Leistungswandler gemäß einer anderen konkreten Schaltanordnung ist so ausgelegt, daß er den Wechselstrom unter Verwendung von vier Schaltelementen Q1–Q4 zu der Last schickt. Das erste Schaltelement Q1 und eine erste Diode D1 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen, das zweite Schaltelement Q2 und eine zweite Diode D2 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen. Jedes des ersten Schaltelements Q1 und des zweiten Schaltelements Q2 weist eine Überbrückung auf, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt. Das erste Schaltelement Q1 und das zweite Schaltelement Q2 sind in Reihe geschaltet, und eine Reihenschaltung aus der erten Diode D1 und der zweiten Diode D2 und einem Glättkondensator C1 sind an die Reihenschaltung aus dem ersten und zweiten Schaltelement Q1, Q2 angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus dem dritten Schaltelement Q3 und dem vierten Schaltelement Q4 ist an eine Reihenschaltung aus dem Schaltelement Q1 und dem zweiten Schaltelement Q2 angeschlossen. Die Wechselstromquelle ist zwischen den Verbindungspunkt der ersten Diode D1 mit der zweiten Diode D2 und dem Verbindungspunkt des dritten Schaltelements Q3 mit dem vierten Schaltelement Q4 geschaltet. Der Induktor L und die Last LD sind in Reihe zwischen den Verbindungspunkt des ersten Schaltelements Q1 mit dem zweiten Schaltelement Q2 und dem Verbindungspunkt des dritten Schaltelements Q3 mit dem vierten Schaltelement Q4 geschaltet. Die Überbrückung des zweiten Schaltelements Q2, die Last LD, der Induktor L, die Wechselstromquelle und die erste Diode D1 sind in Reihe an den Glättkondensator C1 angeschlossen, und die zweite Diode D2, die Wechselstromquelle, der Induktor L, die Last LD und die Überbrückung des ersten Schaltelements Q1 sind in Reihe an den Glättkondensator C1 angeschlossen.
Die Steuerschaltung schickt den Strom in eine Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 abschalten, während sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 ein- und ausschalten. Und außerdem schickt die Steuerschaltung den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 ausschalten, während sie veranlaßt, daß das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 ein- und ausschalten. Deshalb kann die Steuerschaltung den Wechselstrom mit einer vorbestimmten Frequenz für die Last liefern, indem sie die Zeit ab der Ein-/Aus-Steueraktion des ersten und vierten Schaltelements Q1, Q4 bis zur Ein-/Aus-Steueraktion des zweiten und dritten Schaltelements Q2, Q3 einstellt. Auf diese Weise kann die Leistungsumwandlung Wechselstrom-Gleichstrom und die Leistungsumwandlung Gleichstrom-Wechselstrom durch Verwendung von nur vier Schaltelementen gleichzeitig erzielt werden, wobei immer der Strom an die Last und den Induktor geschickt wird.
Ein Leistungswandler gemäß einer anderen konkreten Schaltungsanordnung ist so ausgelegt, daß er den Wechselstrom unter Verwendung von vier Schaltelementen Q1–Q4 zu der Last schickt. Eine erste Diode D1 und das erste Schaltelement Q1 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen, und das zweite Schaltelement Q2 und eine zweite Diode D2 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen. Das erste Schaltelement Q1 und das zweite Schaltelement Q2 sind in Reihe geschaltet, und die Reihenschaltung aus dem ersten und zweiten Schaltelement ist an eine Reihenschaltung aus der ersten Diode D1 und der zweiten Diode D2 angeschlossen. Ein erster Glättkondensator C1 und das dritte Schaltelement Q3 sind in Reihe an eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen. Das vierte Schaltelement Q4 und ein zweiter Glättkondensator C2 sind in Reihe an die Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen. Jedes des dritten Schaltelements Q3 und des vierten Schaltelements Q4 weist eine Überbrückung auf, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließen kann. Der erste Glättkondensator C1 und der zweite Glättkondensator C2 sind in Reihe geschaltet, und die Reihenschaltung aus dem ersten und zweiten Glättkondensator ist an eine Reihenschaltung aus dem dritten Schaltelement Q3 und dem vierten Schaltelement Q4 angeschlossen. Die Wechselstromquelle ist zwischen den Verbindungspunkt der ersten Diode D1 mit der zweiten Diode D2 und dem Verbindungspunkt des ersten Glättkondensators C1 mit dem zweiten Glättkondensator C2 geschaltet. Der Induktor L, die Last LD und die Überbrückung des dritten Schaltelements Q3 sind in Reihe an den ersten Glättkondensator C1 angeschlossen. Die Überbrückung des vierten Schaltelements Q4, die Last LD und der Induktor L sind in Reihe an den zweiten Glättkondensator C2 angeschlossen.
Die Steuerschaltung schickt den Strom in einer Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das zweite und vierte Schaltelement Q2, Q4 abschalten, während sie veranlaßt, daß das erste und dritte Schaltelement Q1, Q3 abwechselnd ein- und ausschalten. Und außerdem schickt die Steuerschaltung den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das erste und dritte Schaltelement Q1, Q3 ausschalten, während sie veranlaßt, daß das zweite und vierte Schaltelement Q2, Q4 abwechselnd ein- und ausschalten. Deshalb kann die Steuerschaltung den Wechselstrom einer vorbestimmten Frequenz für die Last bereitstellen, indem sie die Zeit ab der abwechselnden Ein-/Aus-Steueraktion des ersten und dritten Schaltelements Q1, Q3 bis zur abwechselnden Ein-/Aus-Steueraktion des zweiten und vierten Schaltelements Q2, Q4 einstellt. Auf diese Weise kann die Leistungsumwandlung Wechselstrom-Gleichstrom und die Leistungsumwandlung Gleichstrom-Wechselstrom durch Verwendung von nur vier Schaltelementen gleichzeitig erzielt werden, wobei immer der Strom an die Last und den Induktor geschickt wird.
Ein Leistungswandler gemäß einer anderen konkreten Schaltungsanordnung ist so ausgelegt, daß er den Wechselstrom unter Verwendung von vier Schaltelementen Q1–Q4 zu der Last schickt. Eine erste Diode D1 und ein erster Glättkondensator C1 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen, und eine zweite Diode D2 und ein zweiter Glättkondensator C2 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen. Die erste Diode D1 und die zweite Diode D2 sind in Reihe geschaltet, und die Reihenschaltung aus der ersten und zweiten Diode ist an eine Reihenschaltung aus dem ersten Glättkondensator C1 und dem zweiten Glättkondensator C2 angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus dem ersten Schaltelement Q1 und dem zweiten Schaltelement Q2 ist an eine Reihenschaltung aus der ersten Diode D1 und der zweiten Diode D2 angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus einer dritten Diode D3 und dem dritten Schaltelement Q3 ist an eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen, und eine Reihenschaltung aus einer vierten Diode D4 und dem vierten Schaltelement Q4 ist an die Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus dem dritten Schaltelement Q3 und dem vierten Schaltelement Q4 ist an eine Reihenschaltung aus der dritten Diode D3 und der vierten Diode D4 angeschlossen. Die Wechselstromquelle ist zwischen den Verbindungspunkt der ersten Diode D1 mit der zweiten Diode D2 und dem Verbindungspunkt des ersten Schaltelements Q1 mit dem zweiten Schaltelement Q2 geschaltet.
Die Steuerschaltung schickt den Strom in einer Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 ausschalten, während sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 abwechselnd ein- und ausschalten. Und außerdem schickt die Steuerschaltung den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 ausschalten, während sie veranlaßt, daß das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 abwechselnd ein- und ausschalten. Deshalb kann die Steuerschaltung den Wechselstrom einer vorbestimmten Frequenz für die Last bereitstellen, indem sie die Zeit ab der abwechselnden Ein-/Aus-Steueraktion des ersten und vierten Schaltelements Q1, Q4 bis zur abwechselnden Ein-/Aus-Steueraktion des zweiten und dritten Schaltelements Q2, Q3 einstellt. Auf diese Weise kann die Leistungsumwandlung Wechselstrom-Gleichstrom und die Leistungsumwandlung Gleichstrom-Wechselstrom durch Verwendung von nur vier Schaltelementen gleichzeitig erzielt werden, wobei immer der Strom an die Last und den Induktor geschickt wird.
Ein Leistungswandler gemäß einer anderen konkreten Schaltungsanordnung ist so ausgelegt, daß er den Wechselstrom unter Verwendung von vier Schaltelementen Q1–Q4 zu der Last schickt. Eine erste Diode D1, das erste Schaltelement Q1 und eine zweite Diode D2 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen, und die erste Diode D1, das zweite Schaltelement Q2, die zweite Diode D2 und ein Glättkondensator C1 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen. Und außerdem sind eine dritte Diode D3, das dritte Schaltelement Q3 und eine vierte Diode D4 in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen, und die dritte Diode D3, das vierte Schaltelement Q4, der Glättkondensator C1 und die vierte Diode D4 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen. Jedes des zweiten Schaltelements Q2 und des vierten Schaltelements Q4 weist eine Überbrückung auf, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt. Eine Reihenschaltung aus dem ersten Schaltelement Q1, dem vierten Schaltelement Q4, dem Induktor L und der Last LD ist an den Glättkondensator C1 angeschlossen, und außerdem ist eine Reihenschaltung aus dem zweiten Schaltelement Q2, dem dritten Schaltelement Q3, dem Induktor L und der Last LD an den Glättkondensator C1 angeschlossen. Die zweite Diode D2, die Wechselstromquelle, die erste Diode D1, die Last LD, der Induktor L und die Überbrückung des zweiten Schaltelements Q2 sind in Reihe an den Glättkondensator C1 angeschlossen. Und die vierte Diode D4, die Wechselstromquelle, die dritte Diode D3, der Induktor L, die Last LD und die Überbrückung des vierten Schaltelements Q4 sind in Reihe an den Glättkondensator C1 angeschlossen.
Die Steuerschaltung schickt den Strom in einer Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 ausschalten, während sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 mit unterschiedlichen Tastverhältnissen ein- und ausschalten. Und außerdem schickt die Steuerschaltung den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 ausschalten, während sie veranlaßt, daß das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 mit unterschiedlichen Tastverhältnissen ein- und ausschalten. Deshalb kann die Steuerschaltung den Wechselstrom einer vorbestimmten Frequenz für die Last bereitstellen, indem sie die Zeit ab der Ein-/Aus-Steueraktion des ersten und vierten Schaltelements Q1, Q4 bis zur Ein-/Aus-Steueraktion des zweiten und dritten Schaltelements Q2, Q3 einstellt. Auf diese Weise kann die Leistungsumwandlung Wechselstrom-Gleichstrom und die Leistungsumwandlung Gleichstrom-Wechselstrom durch Verwendung von nur vier Schaltelementen gleichzeitig erzielt werden, wobei immer der Strom an die Last und den Induktor geschickt wird.
Es wird bevorzugt, daß der Induktor L mit dem Glättkondensator durch ein Gleichrichten des Bauelements in einem Leistungswandler gemäß einer weiteren konkreten Schaltungsanordnung verbunden ist. Außerdem wird bevorzugt, daß der Induktor L eine Primärwicklung n1 und eine Sekundärwicklung n2 aufweist, und ein Strom wird der Last durch die Primärwicklung n1 zugeführt, und die Sekundärwicklung n2 ist durch das gleichrichtenden Bauelement mit dem Glättkondensator C1 verbunden, und der Glättkondensator C1 wird durch den in der Sekundärwicklung erzeugten Strom geladen. Indem der Induktor, der die Primärwicklung n1 und die Sekundärwicklung n2 wie oben erwähnt, enthält, verwendet wird, ist es möglich, die Spannung des Glättkondensators auf einen Sollwert zu setzen, indem das Wicklungsverhältnis der Primärwicklung n1 und der Sekundärwicklung n2 entsprechend ausgewählt wird, wodurch die Freiheit beim Schaltungsdesign verbessert werden kann.
Zudem wandelt ein Leistungswandler gemäß einer anderen konkreten Schaltungsanordnung Leistung unter Verwendung einer Gleichrichterschaltung DB, die den Wechselstrom von der Wechselstromquelle gleichrichtet, und zwei Schaltelementen Q1 und Q2 um. Das erste Schaltelement Q1 ist in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Gleichrichterschaltung DB angeschlossen, und eine erste Diode D1, der Glättkondensator C1 und eine zweite Diode D2 sind in Reihe an den Induktor L angeschlossen. Die erste Diode D1 und die zweite Diode D2 definieren das obige gleichrichtende Bauelement. Eine Reihenschaltung aus dem zweiten Schaltelement Q2, dem Induktor L und der Last LD ist an den Glättkondensator C1 angeschlossen.
Die Steuerschaltung kann einen Leistungsfaktor verbessern und kann den Strom zu der Last begrenzen, wobei immer der Strom zu der Last und dem Induktor geschickt wird, indem zwei Schaltelemente Q1, Q2 verwendet werden, die so gesteuert werden, daß sie beide einen Zeitraum aufweisen können, in dem sie abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden, und einen Zeitraum, in dem sie gleichzeitig ausgeschaltet werden.
Außerdem wird verhindert, daß die Versorgungsspannung zu der Last überflüssig wird, da die erste Diode D1 in Reihe mit dem Induktor L und dem Glättkondensator C1 an der Gleichrichterschaltung DB angeschlossen ist und der Strom durch die erste Diode D1 in der Nähe der Spitzenspannung der Wechselstromquelle zum Glättkondensator geshuntet wird.
Zudem wandelt ein Leistungswandler gemäß einer anderen konkreten Schaltungsanordnung Leistung unter Verwendung einer Gleichrichterschaltung DB, die den Wechselstrom von der Wechselstromquelle gleichrichtet, zwei Schaltelementen Q1 und Q2 und einem Induktor mit einer Primärwicklung n1 und einer Sekundärwicklung n2 um. Das erste Schaltelement Q1 ist in Reihe mit der Primärwicklung n1 des Induktors L und der Last LD an die Gleichrichterschaltung DB angeschlosen. Das zweite Schaltelement Q2, der Induktor L und die Last LD sind in Reihe an den Glättkondensator C1 angeschlossen. Die Sekundärwicklung n2 und eine erste Diode D1 sind an den Glättkondensator C1 angeschlossen, und die erste Diode D1 definiert das gleichrichtende Bauelement. Die Last LD und eine zweite Diode D2 sind in Reihe an die Primärwicklung n1 angeschlossen.
Somit kann die Steuerschaltung einen Leistungsfaktor verbessern und den Strom zu der Last begrenzen, wobei immer der Strom zu der Last und dem Induktor geschickt wird, indem zwei Schaltelemente verwendet werden, die so gesteuert werden, daß sie beide einen Zeitraum aufweisen können, in dem sie abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden, und einen Zeitraum, in dem sie gleichzeitig ausgeschaltet sind. Außerdem kann die Freiheit für ein Schaltungsdesign angehoben werden, da es möglich ist, die Spannung des Glättkondensators auf einen Sollwert zu setzen, indem das Wicklungsverhältnis der Primärwicklung n1 und der Sekundärwicklung n2 auf geeignete Weise ausgewählt wird.
Weiterhin wandelt ein Leistungswandler gemäß einer anderen konkreten Schaltungsanordnung Leistung unter Verwendung einer Gleichrichterschaltung DB, die den Wechselstrom von der Wechselstromquelle gleichrichtet, und zwei Schaltelementen Q1 und Q2 um. Bei dieser Schaltung ist das erste Schaltelement Q1 in Reihe mit dem Induktor L, der Last LD, dem Glättkondensator C1 und dem zweiten Schaltelement Q2 an die Gleichrichterschaltung DB angeschlossen. Und das erste Schaltelement Q1 ist in Reihe mit dem Induktor L, der Last LD und einer ersten Diode D1 an die Gleichrichterschaltung DB angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus einer zweiten Diode D2, dem Glättkondensator C1 und einer dritten Diode D3 ist am Induktor L eingesetzt, und die zweite Diode D2 und die dritte Diode D3 definieren das obige gleichrichtende Bauelement, das den Strom von dem Induktor zu dem Glättkondensator schickt.
Die Steuerschaltung kann einen Leistungsfaktor verbessern und kann den Strom zu der Last begrenzen, wobei immer der Strom zu der Last und dem Induktor geschickt wird, indem zwei Schaltelemente verwendet werden, die so gesteuert werden, daß sie einen Zeitraum aufweisen können, in dem sie beide eingeschaltet sind, einen Zeitraum, in dem einer von ihnen ausgeschaltet ist, und einen Zeitraum, in dem sie beide ausgeschaltet sind. Weiterhin kann die Steuerschaltung eine stabile Leistung für die Last bereitstellen, da die durch den Induktor fließende überschüssige Leistung durch die zweite und dritte Diode D2 und D3 zum Glättkondensator geshuntet wird. Außerdem gibt es wenige Leerlaufperioden des Eingangsstroms, und der Unterdrückungseffekt auf die harmonische Komponente ist hoch, da das erste und zweite Schaltelement den Eingangsstrom von der Wechselstromquelle in zwei Muster von den drei verschiedenen Mustern sowohl zum Induktor als auch zur Last schicken.
Weiterhin ist ein Leistungswandler gemäß einer anderen konkreten Schaltungsanordnung so ausgelegt, daß er den Wechselstrom unter Verwendung von vier Schaltelementen Q1–Q4 zu der Last schickt. Jedes des ersten Schaltelements Q1 und des zweiten Schaltelements Q2 weist eine Überbrückung auf, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt. Bei dieser Schaltung sind eine erste Diode D1, das erste Schaltelement Q1, der Induktor L und die Last LD in Reihe an die Wechselstromquelle angeschlossen. Außerdem sind die Last LD, der Induktor L, das zweite Schaltelement Q2 und eine zweite Diode D2 in Reihe an die Wechselstromquelle angeschlossen. Das dritte Schaltelement Q3 und die Überbrückung des zweiten Schaltelements Q2 sind in Reihe an eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen. Außerdem sind eine dritte Diode D3, ein Glättkondensator C1 und die Überbrückung des zweiten Schaltelements Q2 in Reihe an den Induktor L angeschlossen. Die Überbrückung des ersten Schaltelements Q1 und das vierte Schaltelement Q4 sind in Reihe an die Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen. Die Überbrückung des ersten Schaltelements Q1, des Glättkondensators C1 und eine vierte Diode D4 sind in Reihe an den Induktor L angeschlossen. Außerdem definieren die dritte Diode D3 und die vierte Diode D4 das obige gleichrichtende Bauelement, das einen Strom vom Induktor L zum Glättkondensator schickt.
Die Steuerschaltung schickt den Strom in einer Richtung zu der Last, indem sie das erste und dritte Schaltelement Q1 und Q3 so steuert, daß beide Schaltelemente drei Muster wiederholen, die einen Zeitraum, in dem beide Schaltelemente gleichzeitig eingeschaltet sind, einen Zeitraum, in dem eines von ihnen eingeschaltet ist, und einen Zeitraum, in dem beide von ihnen ausgeschaltet sind, während bewirkt wird, daß das zweite und vierte Schaltelement Q2 und Q4 ausschalten, umfaßt. Außerdem schickt die Steuerschaltung den Strom in der umgekehrten Richtung zur Last, indem sie das zweite und vierte Schaltelement Q2 und Q4 so steuert, daß beide Schaltelemente drei Muster wiederholen, die einen Zeitraum, in dem beide Schaltelemente gleichzeitig eingeschaltet sind, einen Zeitraum, in dem eines von ihnen eingeschaltet ist, und einen Zeitraum in dem sie beide eingeschaltet sind, während veranlaßt wird, daß das erste und dritte Schaltelement Q1 und Q3 abschalten, umfaßt. Deshalb kann die Steuerschaltung den Wechselstrom einer vorbestimmten Frequenz für die Last liefern, indem sie den Zeitraum ab der Ein-/Aus-Steueraktion des ersten und dritten Schaltelements Q1, Q3 bis zur Ein-/Aus-Steueraktion des zweiten und vierten Schaltelements Q2, Q4 einstellt. Auf diese Weise kann die Leistungsumwandlung Wechselstrom-Gleichstrom und die Leistungsumwandlung Gleichstrom-Wechselstrom durch Verwendung von nur vier Schaltelementen gleichzeitig erzielt werden, wobei immer der Strom an die Last und den Induktor geschickt wird.
Weiterhin kann die Steuerschaltung eine stabile Leistung für die Last bereitstellen, da die durch den Induktor fließende überschüssige Leistung durch die dritte und vierte Diode D3 und D4 zum Glättkondensator geshuntet wird.
Zudem ist ein Leistungswandler gemäß einer anderen konkreten Schaltungsanordnung so ausgelegt, daß er den Wechselstrom unter Verwendung von vier Schaltelementen Q1–Q4 zu der Last schickt. Jedes des ersten Schaltelements Q1 und des zweiten Schaltelements Q2 weist eine Überbrückung auf, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt. Eine erste Diode D1, das erste Schaltelement Q1, die Primärwicklung n1 des Induktors L und die Last LD sind in Reihe an die Wechselstromquelle angeschlossen, und außerdem sind die Last LD, die Primärwicklung n1, das zweite Schaltelement Q2 und eine zweite Diode D2 in Reihe an die Wechselstromquelle angeschlossen. Das dritte Schaltelement Q3 und die Überbrückung des zweiten Schaltelements Q2 sind in Reihe an eine Reihenschaltung aus der Primärwicklung n1 und der Last LD angeschlossen. Die Überbrückung des ersten Schaltelements Q1 und das vierte Schaltelement Q4 sind in Reihe an die Reihenschaltung aus der Primärwicklung n1 und der Last LD angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus einer dritten Diode D3, dem Glättkondensator C1 und einer vierten Diode D4 ist an die Sekundärwicklung n2 angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus einer fünften Diode D5, dem Glättkondensator C1 und einer sechsten Diode D6 ist ebenfalls an die Sekundärwicklung n2 angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus dem ersten Schaltelement Q1, der Primärwicklung n1, der Last LD, dem dritten Schaltelement Q3 ist am Glättkondensator C1 eingesetzt. Eine Reihenschaltung aus dem vierten Schaltelement Q4, der Last LD, der Primärwicklung n1, dem zweiten Schaltelement Q2 ist ebenfalls am Glättkondensator C1 eingesetzt. Die dritte Diode D3, die vierte Diode D4, die fünfte Diode D5 und die sechste Diode D6 definieren das obige gleichrichtende Bauelement, das einen Strom vom Induktor L zum Glättkondensator schickt.
Die Steuerschaltung schickt den Strom in einer Richtung zu der Last, indem sie das erste und das dritte Schaltelement Q1 und Q3 so steuert, daß beide Schaltelemente drei Muster wiederholen, die einen Zeitraum, in dem beide Schaltelemente gleichzeitig eingeschaltet sind, und Zeiträume, in denen eines von ihnen eingeschaltet ist, während veranlaßt wird, daß das zweite und vierte Schaltelement Q2 und Q4 ausschalten, umfassen. Außerdem schickt die Steuerschaltung den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last, indem sie das zweite und vierte Schaltelement Q2 und Q4 so steuert, daß beide Schaltelemente drei Muster wiederholen, die einen Zeitraum, in dem beide Schaltelemente gleichzeitig eingeschaltet sind, und Zeiträume, in denen eines von ihnen eingeschaltet ist, während veranlaßt wird, daß das erste und dritte Schaltelement Q1 und Q3 ausschalten, umfassen. Deshalb kann die Steuerschaltung den Wechselstrom einer vorbestimmten Frequenz für die Last liefern, indem sie den Zeitpunkt ab der Ein-/Aus-Steueraktion des ersten und dritten Schaltelements Q1, Q3 bis zur Ein-/Aus-Steueraktion des zweiten und vierten Schaltelements Q2, Q4 einstellt. Auf diese Weise kann die Leistungsumwandlung Wechselstrom-Gleichstrom und die Leistungsumwandlung Gleichstrom-Wechselstrom durch Verwendung von nur vier Schaltelementen gleichzeitig erzielt werden, wobei immer der Strom an die Last und den Induktor geschickt wird.
In diesem Fall ist es möglich, die Spannung des Glättkondensators auf einen Sollwert zu setzen, indem das Wicklungsverhältnis der Primärwicklung n1 und der Sekundärwicklung n2 entsprechend ausgewählt wird, wodurch die Freiheit eines Schaltungsdesigns angehoben werden kaum.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schaltdiagramm eines Leistungswandlers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von in der obigen Schaltung verwendeten Schaltelementen zeigt.
3A, 3B und 3C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern gesteuert werden.
4A, 4B und 4C sind Schemadiagramme, die eine den 3A, 3B bzw. 3C entsprechende Äquivalenzschaltung zeigen.
5 ist eine graphische Darstellung, die den durch den Induktor in der obigen Schaltung fließenden Strom zeigt.
6 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von Schaltelementen zeigt, die in einem Leistungswandler gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
7A, 7B und 7C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern gesteuert werden.
8A, 8B und 8C sind Schemadiagramme, die eine den 7A, 7B bzw. 7C entsprechende Äquivalenzschaltung zeigen.
9 ist eine graphische Darstellung, die den durch den Induktor in der obigen Schaltung fließenden Strom zeigt.
10 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von Schaltelementen zeigt, die in einem Leistungswandler gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
11A, 11B und 11C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern gesteuert werden.
12A, 12B und 12C sind Schemadiagramme, die eine den 11A, 11B bzw. 11C entsprechende Äquivalenzschaltung zeigen.
13 ist eine graphische Darstellung, die den durch den Induktor in der obigen Schaltung fließenden Strom zeigt.
14 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von Schaltelementen zeigt, die in einem Leistungswandler gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
15A, 15B und 15C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern gesteuert werden.
16A, 16B und 16C sind Schemadiagramme, die eine den 15A, 15B bzw. 15C entsprechende Äquivalenzschaltung zeigen.
17 ist eine graphische Darstellung, die den durch den Induktor in der obigen Schaltung fließenden Strom zeigt.
18 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von Schaltelementen zeigt, die in einem Leistungswandler gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
19A, 19B und 19C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt des Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern gesteuert werden.
20A, 20B und 20C sind Schemadiagramme, die eine den 19A, 19B bzw. 19C entsprechende Äquivalenzschaltung zeigen.
21 ist eine graphische Darstellung, die den durch den Induktor in der obigen Schaltung fließenden Strom zeigt.
22 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von Schaltelementen zeigt, die in einem Leistungswandler gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
23A, 23B und 23C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern gesteuert werden.
24A, 24B und 24C sind Schemadiagramme, die eine den 23A, 23B bzw. 23C entsprechende Äquivalenzschaltung zeigen.
25 ist eine graphische Darstellung, die den durch den Induktor in der obigen Schaltung fließenden Strom zeigt.
26 ist ein Schaltdiagramm eines Leistungswandlers gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
27 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von in der obigen Schaltung verwendeten Schaltelementen zeigt.
28A, 28B und 28C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern gesteuert werden.
29 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von Schaltelementen zeigt, die in einem Leistungswandler gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
30A, 30B und 30C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern gesteuert werden.
31 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von Schaltelementen zeigt, die in einem Leistungswandler gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
32A, 32B und 32C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern gesteuert werden.
33 ist ein Schaltdiagramm eines Leistungswandlers gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
34 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von in der obigen Schaltung verwendeten Schaltelementen zeigt.
35A, 35B und 35C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern gesteuert werden.
36 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von Schaltelementen zeigt, die in einem Leistungswandler gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
37A, 37B und 37C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern gesteuert werden.
38 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von Schaltelementen zeigt, die in einem Leistungswandler gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
39A, 39B und 39C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern gesteuert werden.
40 ist ein Schaltdiagramm eines Leistungswandlers gemäß einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
41 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von in der obigen Schaltung verwendeten Schaltelementen zeigt.
42A, 42B und 42C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern über die positive Halbwelle einer Wechselstromquelle gesteuert werden.
43A, 43B und 43C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern über die negative Halbwelle einer Wechselstromquelle gesteuert werden.
44 ist ein Schaltdiagramm eines Leistungswandlers gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
45 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von in der obigen Schaltung verwendeten Schaltelementen zeigt.
46A, 46B und 46C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern über die positive Halbwelle einer Wechselstromquelle gesteuert werden.
47A, 47B und 47C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern über die negative Halbwelle einer Wechselstromquelle gesteuert werden.
48 ist ein Schaltdiagramm eines Leistungswandlers gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
49 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von in der obigen Schaltung verwendeten Schaltelementen zeigt.
50A, 50B und 50C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern über die positive Halbwelle einer Wechselstromquelle gesteuert werden.
51A, 51B und 51C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern über die negative Halbwelle einer Wechselstromquelle gesteuert werden.
52 ist ein Schaltdiagramm eines Leistungswandlers gemäß einer sechzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
53 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von in der obigen Schaltung verwendeten Schaltelementen zeigt.
54A, 54B und 54C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern über die positive Halbwelle einer Wechselstromquelle gesteuert werden.
55A, 55B und 55C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern über die negative Halbwelle einer Wechselstromquelle gesteuert werden.
56 ist ein Schaltdiagramm eines Leistungswandlers gemäß einer siebzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
57 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von in der obigen Schaltung verwendeten Schaltelementen zeigt.
58A, 58B und 58C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern über die positive Halbwelle einer Wechselstromquelle gesteuert werden.
59A, 59B und 59C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern über die negative Halbwelle einer Wechselstromquelle gesteuert werden.
60 ist ein Schaltdiagramm eines Leistungswandlers gemäß einer achtzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
61 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von in der obigen Schaltung verwendeten Schaltelementen zeigt.
62A, 62B und 62C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern über die positive Halbwelle einer Wechselstromquelle gesteuert werden.
63A, 63B und 63C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern über die negative Halbwelle einer Wechselstromquelle gesteuert werden.
64 ist ein Schaltdiagramm eines Leistungswandlers gemäß einer neunzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
65 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von in der obigen Schaltung verwendeten Schaltelementen zeigt.
66A, 66B und 66C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern über die positive Halbwelle einer Wechselstromquelle gesteuert werden.
67A, 67B und 67C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern über die negative Halbwelle einer Wechselstromquelle gesteuert werden.
68 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von in einem Leistungswandler gemäß einer zwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten Schaltelementen zeigt.
69A, 69B und 69C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern über die positive Halbwelle einer Wechselstromquelle gesteuert werden.
70A, 70B und 70C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern über die negative Halbwelle einer Wechselstromquelle gesteuert werden.
71 ist ein Schaltdiagramm eines Leistungswandlers gemäß einer einundzwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
72 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von in der obigen Schaltung verwendeten Schaltelementen zeigt.
73A, 73B und 73C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern gesteuert werden.
74 ist ein Schaltdiagramm eines Leistungswandlers gemäß einer zweiundzwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
75A, 75B und 75C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern gesteuert werden.
76 ist ein Schaltdiagramm eines Leistungswandlers gemäß einer dreiundzwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
77 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von in der obigen Schaltung verwendeten Schaltelementen zeigt.
78A, 78B und 78C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern gesteuert werden.
79 ist ein Schaltdiagramm eines Leistungswandlers gemäß einer vierundzwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
80 ist ein Zeitdiagramm, das eine Steueraktion von in der obigen Schaltung verwendeten Schaltelementen zeigt.
81A, 81B und 81C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern über die positive Halbwelle einer Wechselstromquelle gesteuert werden.
82A, 82B und 82C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern über die negative Halbwelle einer Wechselstromquelle gesteuert werden.
83 ist ein Schaltdiagramm eines Leistungswandlers gemäß einer fünfundzwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
84A, 84B und 84C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern über die positive Halbwelle einer Wechselstromquelle gesteuert werden.
85A, 85B und 85C sind erläuternde Diagramme, die einen Durchtritt eines Stroms zeigen, der durch die obige Schaltung fließt, wenn die Schaltelemente in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern über die negative Halbwelle einer Wechselstromquelle gesteuert werden.
BESTE WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
(Erste Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Grundlage der 1–5 erläutert. Dieser Leistungswandler ist so ausgelegt, daß er Wechselstromleistung, die von einer Wechselstromquelle zugeführt wird, in Gleichstromleistung umwandelt und eine Last wie etwa eine Entladungslampe antreibt. Dieser Stromwandler enthält eine Gleichrichterschaltung DB, die den Wechselstrom von der Wechselstromquelle gleichrichtet, damit man eine Gleichspannung erhält, Schaltelemente, die ein erstes Schaltelement Q1, ein zweites Schaltelement Q2 und ein drittes Schaltelement Q3 umfassen, und eine Steuerschaltung 1, die die Schaltelemente so steuert, daß sie ein- und ausschalten. Das erste Schaltelement Q1, das zweite Schaltelement Q2 und das dritte Schaltelement Q3 sind in Reihe mit einem Induktor L, einer Last LD, einer ersten Diode D1 und einem Glättkondensator C1 an die Gleichrichterschaltung DB angeschlossen. Eine zweite Diode D2 ist an eine Reihenschaltung aus dem Glättkondensator C1 und dem dritten Schaltelement Q3 angeschlossen. Die zweite Diode D2 ist in Reihe mit einer dritten Diode D3 an eine Reihenschaltung aus dem Induktor L, der ersten Diode D1, der Last LD und dem zweiten Schaltelement Q2 angeschlossen. Außerdem ist eine vierte Diode D4 in Reihe mit dem Glättkondensator C1 an das zweite Schaltelement Q2 angeschlossen. Außerdem ist ein Tiefpaßfilter zwischen der Wechselstromquelle und der Gleichrichterschaltung DB vorgesehen.
Die Steuerschaltung 1 kann immer den Strom sowohl zur Last als auch zum Induktor weiterschicken, wodurch die harmonische Verzerrung verbessert wird, nämlich ein Leistungsfaktor, in dem das erste, zweite und dritte Schaltelement Q1–Q3 in drei verschiedenen Muster gesteuert werden. Die Steuerschaltung wiederholt die drei verschiedenen Muster zweimal oder öfter in der Halbwelle des Wechselstroms von der Wechselstromquelle, wie in 2 gezeigt. In einem ersten Muster sind alle Schaltelemente Q1–Q3 eingeschaltet. In einem zweiten Muster sind nur die Schaltelemente Q1 und Q2 eingeschaltet. Bei einem dritten Muster sind alle Schaltelemente Q1–Q3 ausgeschaltet. Jedes Schaltelement wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher ist als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hunderte kHz.
Die 3A–3C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar gesteuert auf der Basis des ersten Musters in einer ersten Periode T1, gesteuert auf der Basis des zweiten Musters in einer zweiten Periode T2 bzw. gesteuert auf der Basis des dritten Musters in einer dritten Periode T3. In der ersten Periode T1 fließt wie in 3A gezeigt ein Strom I1 zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die Gleichrichterschaltung DB, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die erste Diode D1, die Last LD, das zweite Schaltelement Q2, den Glättkondensator C1, das dritte Schaltelement Q3 und die Gleichrichterschaltung DB. Der Strom I1 wird begleitet von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 4A gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen an ein Reihenschaltung aus dem geladenen Glättkondensator C1 und einer Gleichstromquelle E ist, die eine Eingangsspannung Vin ausgibt.
In der zweiten Periode T2 fließt wie in 3B gezeigt ein Strom I2 zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die Gleichrichterschaltung DB, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die erste Diode D1, die Last LD, das zweite Schaltelement Q2, die zweite Diode D2 und die Gleichrichterschaltung DB. Der Strom I2 fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung des Glättkondensators C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 4B gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen an die Gleichstromquelle E ist.
In der dritten Periode T3 fließt wie in 3C gezeigt, ein Strom I3 abnehmend durch eine gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; vom Induktor L zum Induktor L über die erste Diode D1, die Last LD, die vierte Diode D4, den Glättkondensator C1, die zweite Diode D2 und die dritte Diode D3. Der Strom I3 wird begleitet von einem Ladestrom zum Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 4C gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L, der Last LD und dem Glättkondensator C1 ist.
In der ersten und zweiten Periode T1 und T2 ist ein Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält. In der dritten Periode T3 ist ein zweiter Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD enthält, aber die Wechselstromquelle nicht enthält. Die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom zu der Last begrenzen, wobei immer der Strom zu der Last und zum Induktor geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
Wie in 5 gezeigt, sieht der Induktor L einen Strom IL1 mit trapezförmiger Wellenform über die Perioden T1 bis T3 Die Perioden, in denen der Induktor L zum Eingangsstrom von der Wechselstromquelle beiträgt, sind die Perioden T1 und T2, und die Perioden, in denen der Induktor L zum Ausgangsstrom zu der Last LD beiträgt, sind die Perioden T1–T3.
Falls die Eingangsspannung (die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung DB) Vin ist, die Spannung am Glättkondensator C1 Vc1 ist und die Spannung an der Last LD VLd beträgt, dann wird eine Spannung VLt1 am Induktor L in der ersten Periode T1 ausgedrückt als VLt1 = Vin + Vc1 – VLd, und eine Spannung VLt2 am Induktor L in der zweiten Periode T2 wird ausgedrückt als VLt2 = Lin – VLd, und eine Spannung VLt3 am Induktor L in der dritten Periode T3 wird ausgedrückt als VLt3 = –VLd – Vc1. Da Vc1 > Vin immer in dieser Schaltungsanordnung gehalten wird, sind VLt1 > VLt2 > VLt3 immer gehalten. Diese Spannungen VLt1, VLt2 und VLt3 am Induktor L definieren einen Gradienten des Induktorstroms IL1 in den Perioden T1 bis T3 Somit gilt: ein Gradient in der Periode T1 > ein Gradient in der Periode T2 > ein Gradient in der Periode T3, weshalb der Induktorstrom IL1 zu einer trapezförmigen Wellenform wird.
Das Ausmaß der Leistungsumwandlung in einer Eingangs- und Ausgangssollspannung fluktuiert proportional zum Mittelwert der durch den Induktor fließenden Strommenge. Bei dieser Ausführungsform kann der Induktorstrom IL, der den Spitzenwert senkt, realisiert werden, indem dem Induktorstrom IL die allgemein trapezförmige Form gegeben wird, wie oben erwähnt, wodurch die Miniaturisierung des Induktors L erzielt werden kann. Da ein Induktor L sowohl zur Verbesserung der harmonischen Verzerrung als auch zum Begrenzen des Stroms beiträgt, kann außerdem die Miniaturisierung des Leistungswandlers erzielt werden.
Weil außerdem bei dieser Ausführungsform eine Schleife, in der der Eingangsstrom von der Wechselstromquelle durch die Last LD direkt durch den Induktor L fließt, in der ersten und zweiten Periode T1 und T2 ausgebildet wird, ist es möglich, die Anzahl der Elemente zu reduzieren, durch die der Strom von der Wechselstromquelle zu der Last fließt, weshalb der Verlust an Stromwandlung reduziert werden kann und die Miniaturisierung des Bauelements erzielt werden kann.
Da weiterhin bei dieser Ausführungsform der Ausgangsstrom über alle Perioden durch den Induktor L der Last zugeführt wird, d. h. der Induktor L liefert immer den Strom an die Last, ist es möglich, den Spitzenwert des Induktorstroms IL zu senken. Deshalb kann der Verlust an Stromwandlung bei den Schaltelementen Q1–Q3, dem Induktor L und der Diode D1–D4 reduziert werden und die Miniaturisierung des Bauelements wird möglich.
Weil außerdem eine Stromschleife, die den Induktor L und die Last LD enthält, immer ausgebildet ist, und eine Stromschleife, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält, in den Perioden T1 und T2 ausgebildet ist, ist die Länge (T1, T2) in der der Induktorstrom IL1 zur Eingabe beiträgt, kürzer als die Länge (T1, T2 und T3), in der Induktorstrom zur Ausgabe der Last LD beiträgt. Falls der Verlust der Schaltung ignoriert wird, sind die Eingangsleistung und die Ausgangsleistung im Leistungswandler äquivalent, und wenn die Versorgungsspannung höher ist als die Lastspannung, wird der Ausgangsstrom (ein Strom von der Wechselstromquelle oder dem Glättkondensator zur Last) großer als der Eingangsstrom (ein Strom von der Wechselstromquelle zur Last und/oder zum Glättkondensator). Falls die Größenrelation zwischen den Eingangsstrom und dem Ausgangsstrom der Größenrelation zwischen der Länge, in der der Induktorstrom zur Eingabe beiträgt, und der Länge. in der der Induktorstrom zur Ausgabe beiträgt, entspricht, ist es möglich, einen größeren Strom über eine längere Länge zu ändern und den Spitzenstrom des Drosselstroms zu unterdrücken. Deshalb eignet sich dieser Leistungswandler, wenn die Versorgungsspannung höher ist als die Lastspannung
(Zweite Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Grundlage der 6–9 erläutert. Eine Schaltungsanordnung des Leistungswandlers ist identisch mit der ersten Ausführungsform, und ein Steuersystem der Steuerschaltung 1 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform. Die ähnlichen Teile dieser Ausführungsformen sind mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Die Steuerschaltung 1 steuert das erste, zweite und dritte Schaltelement Q1–Q3 in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern, wie in 6 gezeigt. In einem ersten Muster sind alle Schaltelemente Q1–Q3 eingeschaltet. In einem zweiten Muster ist nur das zweite Schaltelement Q2 eingeschaltet. In einem dritten Muster ist nur das erste Schaltelement Q1 eingeschaltet. Jedes Schaltelement wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher ist als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hunderte kHz.
Die 7A–7C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar gesteuert auf der Basis des ersten Musters in einer ersten Periode T1, gesteuert auf der Basis des zweiten Musters in einer zweiten Periode T2 bzw. gesteuert auf der Basis des dritten Musters in einer dritten Periode T3 In der ersten Periode T1 fließt wie in 7A gezeigt ein Strom I1 zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die Gleichrichterschaltung DB, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die erste Diode D1, die Last LD, das zweite Schaltelement Q2, den Glättkondensator C1, das dritte Schaltelement Q3 und die Gleichrichterschaltung DB. Der Strom I1 wird begleitet von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in der ersten Periode ist in 8A gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen an ein Reihenschaltung aus dem geladenen Glättkondensator C1 und einer Gleichstromquelle E ist, die eine Eingangsspannung Vin ausgibt.
In der zweiten Periode fließt wie in 7B gezeigt ein Strom I2 abnehmend durch gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; von dem Induktor L zu dem Induktor L über die erste Diode D1, die Last LD, das zweite Schaltelement Q2, die zweite Diode D2 und die dritte Diode D3. Der Strom I2 fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung des Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 8B gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD ist.
In der dritten Periode T3 fließt ein Strom I3 wie in 7C gezeigt abnehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle durch die Gleichrichterschaltung DB, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die erste Diode D1, die Last LD, die vierte Diode D4, den Glättkondensator C1, die zweite Diode D2 und die Gleichrichterschaltung DB. Der Strom I3 wird begleitet von einem Ladestrom zu dem Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 8C gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L, der Last LD und dem Glättkondensator C1 angeschlossen an die Gleichstromquelle E ist.
In der ersten und dritten Periode T1 und T3 ist ein erster Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine geschlossene Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält. In der zweiten Periode T2 ist ein zweiter Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine geschlossene Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD enthält, aber die Wechselstromquelle nicht enthält. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom zu der Last begrenzen, wobei immer der Strom zu der Last und zum Induktor L geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
Wie in 9 gezeigt, sieht der Induktor L einen Strom IL1 mit trapezförmiger Wellenform über die Perioden T1 bis T3 Die Perioden, in denen der Induktor L zum Eingangsstrom von der Wechselstromquelle beiträgt, sind die Perioden T1 und T2, und die Perioden, in denen der Induktor L zum Ausgangsstrom zu der Last LD beiträgt, sind die Perioden T1–T3.
Falls die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung DB Vin ist, die Spannung am Glättkondensator C1 Vc1 ist und die Spannung an der Last LD VLd beträgt, dann wird eine Spannung VLt1 am Induktor L in der ersten Periode T1 ausgedrückt als VLt1 = Vin + Vc1 – VLd, und eine Spannung VLt2 am Induktor L in der zweiten Periode T2 wird ausgedrückt als VLt2 = –VLd, und eine Spannung VLt3 am Induktor L in der dritten Periode T3 wird ausgedrückt als VLt3 = Vin – Vc1 – VLd. Da Vc1 > Vin immer in dieser Schaltungsanordnung gehalten wird, sind VLt1 > VLt2 > VLt3 immer gehalten. Diese Spannungen VLt1, VLt2 und VLt3 am Induktor L definieren einen Gradienten des Induktorstroms IL1 in den Perioden T1–T3. Somit gilt: ein Gradient in der Periode T1 > ein Gradient in der Periode T2 > ein Gradient in der Periode T3, weshalb der Induktorstrom IL1 zu einer trapezförmigen Wellenform wird.
(Dritte Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Grundlage der 10–13 erläutert. Eine Schaltungsanordnung des Leistungswandlers ist identisch mit der ersten Ausführungsform, und ein Steuersystem der Steuerschaltung 1 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform. Die ähnlichen Teile dieser Ausführungsformen sind mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Die Steuerschaltung 1 steuert das erste, zweite und dritte Schaltelement Q1–Q3 in verschiedenen Ein-/Aus-Mustern, wie in 10 gezeigt. In einem ersten Muster sind das zweite und dritte Schaltelement Q2 und Q3 eingeschaltet. In einem zweiten Muster sind das erste und zweite Schaltelement Q1 und Q2 eingeschaltet. In einem dritten Muster ist nur das erste Schaltelement Q1 eingeschaltet. Jedes Schaltelement wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher ist als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hunderte kHz.
Die 11A–11C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar gesteuert auf der Basis des ersten Musters in einer ersten Periode T1, gesteuert auf der Basis des zweiten Musters in einer zweiten Periode T2 bzw. gesteuert auf der Basis des dritten Musters in einer dritten Periode T3. In der ersten Periode T1 fließt wie in 11A gezeigt ein Strom I1 zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von dem Glättkondensator C1 zum Glättkondensator C1 über das dritte Schaltelement Q3, die dritte Diode D3, den Induktor L, die erste Diode D1, die Last LD und das zweite Schaltelement Q2. Der Strom I1 wird begleitet von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in der ersten Periode ist in 12A gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen an den geladenen Glättkondensator C1 ist.
In der zweiten Periode T2 fließt wie in 11B gezeigt ein Strom I2 zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die Gleichrichterschaltung DB, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die erste Diode D1, die Last LD, das zweite Schaltelement Q2, die zweite Diode D2 und die Gleichrichterschaltung DB. Der Strom I2 fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung des Glättkondensators C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 12B gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen an die Gleichstromquelle E ist, die eine Eingangsspannung Vin ausgibt.
In der dritten Periode T3 fließt ein Strom I3 wie in 11C gezeigt abnehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle durch die Gleichrichterschaltung DB, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die erste Diode D1, die Last LD, die vierte Diode D4, den Glättkondensator C1, die zweite Diode D2 und die Gleichrichterschaltung DB. Der Strom I3 wird begleitet von einem Ladestrom zu dem Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 12C gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L, der Last LD und dem Glättkondensator C1 angeschlossen an die Gleichstromquelle E ist.
In der zweiten und dritten Periode T2 und T3 ist ein erster Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine geschlossene Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält. In der ersten Periode T1 ist ein zweiter Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine geschlossene Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD enthält, aber die Wechselstromquelle nicht enthält. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom zu der Last begrenzen, wobei immer der Strom zu der Last und zum Induktor L geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
Wie in 13 gezeigt, sieht der Induktor L einen Strom IL1 mit trapezförmiger Wellenform über die Perioden T1 bis T3. Die Perioden, in denen der Induktor L zum Eingangsstrom von der Wechselstromquelle beiträgt, sind die Perioden T2 und T3, und die Perioden, in denen der Induktor L zum Ausgangsstrom zu der Last LD beiträgt, sind die Perioden T1–T3.
Falls die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung DB Vin ist, die Spannung am Glättkondensator C1 Vc1 ist und die Spannung an der Last LD VLd beträgt, dann wird eine Spannung VLt1 am Induktor L in der ersten Periode T1 ausgedrückt als VLt1 = Vc1 – VLd, und eine Spannung VLt2 am Induktor L in der zweiten Periode T2 wird ausgedrückt als VLt2 = Vin – VLd, und eine Spannung VLt3 am Induktor L in der dritten Periode T3 wird ausgedrückt als VLt3 = Vin – Vc1 – VLd. Da Vc1 > Vin immer in dieser Schaltungsanordnung gehalten wird, sind VLt1 > VLt2 > VLt3 immer gehalten. Diese Spannungen VLt1, VLt2 und VLt3 am Induktor L definieren einen Gradienten des Induktorstroms IL1 in den Perioden T1–T3. Somit gilt: ein Gradient in der Periode T1 > ein Gradient in der Periode T2 > ein Gradient in der Periode T3, weshalb der Induktorstrom IL1 zu einer trapezförmigen Wellenform wird.
(Vierte Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Grundlage der 14–17 erläutert. Eine Schaltungsanordnung des Leistungswandlers ist identisch mit der ersten Ausführungsform, und ein Steuersystem der Steuerschaltung 1 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform. Die ähnlichen Teile dieser Ausführungsformen sind mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Die Steuerschaltung 1 steuert das erste, zweite und dritte Schaltelement Q1–Q3 in drei verschiedenen Ein-/Aus-Mustern, wie in 14 gezeigt. In einem ersten Muster sind alle Schaltelemente Q1–Q3 eingeschaltet. In einem zweiten Muster ist nur das zweite Schaltelement Q2 eingeschaltet. In einem dritten Muster sind alle Schaltelemente Q1–Q3 abgeschaltet. Jedes Schaltelement wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher ist als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hunderte kHz.
Die 15A–15C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar gesteuert auf der Basis des ersten Musters in einer ersten Periode T1, gesteuert auf der Basis des zweiten Musters in einer zweiten Periode T2 bzw. gesteuert auf der Basis des dritten Musters in einer dritten Periode T3. In der ersten Periode T1 fließt wie in 15A gezeigt ein Strom I1 zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die Gleichrichterschaltung DB, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die erste Diode D1, die Last LD, das zweite Schaltelement Q2, den Glättkondensator C1, das dritte Schaltelement Q3 und die Gleichrichterschaltung DB. Der Strom I1 wird begleitet von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in der ersten Periode ist in 16A gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen an eine Reihenschaltung aus dem geladenen Glättkondensator C1 und einer Gleichstromquelle E ist, die eine Eingangsspannung Vin ausgibt.
In der zweiten Periode T2 fließt wie in 15B gezeigt ein Strom I2 abnehmend durch gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; von dem Induktor L zu dem Induktor L über die erste Diode D1, die Last LD, das zweite Schaltelement Q2, die zweite Diode D2 und die dritte Diode D3. Der Strom I2 fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung des Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 16B gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD ist.
In der dritten Periode T3 fließt wie in 15C gezeigt, ein Strom I3 abnehmend durch eine gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; vom Induktor L zum Induktor L über die erste Diode D1, die Last LD, die vierte Diode D4, den Glättkondensator C1, die zweite Diode D2 und die dritte Diode D3. Der Strom I3 wird begleitet von einem Ladestrom zum Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 16C gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L, der Last LD und dem Glättkondensator C1 ist.
In der ersten Periode T1 ist ein erster Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine geschlossene Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält. In der zweiten und dritten Periode T2 und T3 ist ein zweiter Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine geschlossene Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD enthält, aber die Wechselstromquelle nicht enthält. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom zu der Last begrenzen, wobei immer der Strom zu der Last und zum Induktor L geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
Wie in 17 gezeigt, sieht der Induktor L einen Strom IL1 mit trapezförmiger Wellenform über die Perioden T1 bis T3. Die Periode, in der der Induktor L zum Eingangsstrom von der Wechselstromquelle beiträgt, ist nur die Periode T1, und die Perioden, in denen der Induktor L zum Ausgangsstrom zu der Last LD beiträgt, sind die Perioden T1–T3.
Falls die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung DB Vin ist, die Spannung am Glättkondensator C1 Vc1 ist und die Spannung an der Last LD VLd beträgt, dann wird eine Spannung VLt1 am Induktor L in der ersten Periode T1 ausgedrückt als VLt1 = Vin + Vc1 – VLd, und eine Spannung VLt2 am Induktor L in der zweiten Periode T2 wird ausgedrückt als VLt2 = –VLd, und eine Spannung VLt3 am Induktor L in der dritten Periode T3 wird ausgedrückt als VLt3 = –Vc1 – VLd. Da Vc1 > Vin immer in dieser Schaltungsanordnung gehalten wird, sind VLt1 > VLt2 > VLt3 immer gehalten. Diese Spannungen VLt1, VLt2 und VLt3 am Induktor L definieren einen Gradienten des Induktorstroms IL1 in den Perioden T1–T3 Somit gilt: ein Gradient in der Periode T1 > ein Gradient in der Periode T2 > ein Gradient in der Periode T3, weshalb der Induktorstrom IL1 zu einer trapezförmigen Wellenform wird.
(Fünfte Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Grundlage der 18–21 erläutert. Eine Schaltungsanordnung des Leistungswandlers ist identisch mit der ersten Ausführungsform, und ein Steuersystem der Steuerschaltung 1 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform. Die ähnlichen Teile dieser Ausführungsformen sind mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Die Steuerschaltung 1 steuert das erste, zweite und dritte Schaltelement Q1–Q3 in drei verschiedenen Ein-/Aus-Mustern, wie in 18 gezeigt. In einem ersten Muster sind das zweite und dritte Schaltelement Q2 und Q3 eingeschaltet. In einem zweiten Muster sind das erste und zweite Schaltelement Q1 und Q2 eingeschaltet. In einem dritten Muster sind alle Schaltelemente Q1–Q3 abgeschaltet. Jedes Schaltelement wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher ist als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hunderte kHz.
Die 19A–19C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar gesteuert auf der Basis des ersten Musters in einer ersten Periode T1, gesteuert auf der Basis des zweiten Musters in einer zweiten Periode T2 bzw. gesteuert auf der Basis des dritten Musters in einer dritten Periode T3. In der ersten Periode T1 fließt wie in 19A gezeigt ein Strom I1 zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von dem Glättkondensator C1 zum Glättkondensator C1 über das dritte Schaltelement Q3, die dritte Diode D3, den Induktor L, die erste Diode D1, die Last LD und das zweite Schaltelement Q2. Der Strom I1 wird begleitet von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in der ersten Periode ist in 20A gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen an den geladenen Glättkondensator C1 ist.
In der zweiten Periode T2 fließt wie in 19B gezeigt ein Strom I2 zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die Gleichrichterschaltung DB, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die erste Diode D1, die Last LD, das zweite Schaltelement Q2, den Glättkondensator C1, die zweite Diode D2 und die Gleichrichterschaltung DB. Der Strom I2 fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung des Glättkondensators C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 20B gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen an die Gleichstromquelle E ist, die eine Eingangsspannung Vin ausgibt.
In der dritten Periode T3 fließt wie in 19C gezeigt, ein Strom I3 abnehmend durch eine gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; vom Induktor L zum Induktor L über die erste Diode D1, die Last LD, die vierte Diode D4, den Glättkondensator C1, die zweite Diode D2 und die dritte Diode D3. Der Strom I3 wird begleitet von einem Ladestrom zum Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 20C gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L, der Last LD und dem Glättkondensator C1 ist.
In der zweiten Periode T2 ist ein erster Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine geschlossene Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält. In der ersten und dritten Periode T1 und T3 ist ein zweiter Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine geschlossene Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD enthält, aber die Wechselstromquelle nicht enthält. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom zu der Last begrenzen, wobei immer der Strom zu der Last und zum Induktor L geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
Wie in 21 gezeigt, sieht der Induktor L einen Strom IL1 mit trapezförmiger Wellenform über die Perioden T1 bis T3 Die Periode, in der der Induktor L zum Eingangsstrom von der Wechselstromquelle beiträgt, ist nur die Periode T2, und die Perioden, in denen der Induktor L zum Ausgangsstrom zu der Last LD beiträgt, sind die Perioden T1–T3.
Falls die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung DB Vin ist, die Spannung am Glättkondensator C1 Vc1 ist und die Spannung an der Last LD VLd beträgt, dann wird eine Spannung VLt1 am Induktor L in der ersten Periode T1 ausgedrückt als VLt1 = Vc1 – VLd, und eine Spannung VLt2 am Induktor L in der zweiten Periode T2 wird ausgedrückt als VLt2 = Vin – VLd, und eine Spannung VLt3 am Induktor L in der dritten Periode T3 wird ausgedrückt als VLt3 = –Vc1 – VLd. Da Vc1 > Vin immer in dieser Schaltungsanordnung gehalten wird, sind VLt1 > VLt2 > VLt3 immer gehalten. Diese Spannungen VLt1, VLt2 und VLt3 am Induktor L definieren einen Gradienten des Induktorstroms IL1 in den Perioden T1–T3. Somit gilt: ein Gradient in der Periode T1 > ein Gradient in der Periode T2 > ein Gradient in der Periode T3, weshalb der Induktorstrom IL1 zu einer trapezförmigen Wellenform wird.
(Sechste Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Grundlage der 22–25 erläutert. Eine Schaltungsanordnung des Leistungswandlers ist identisch mit der ersten Ausführungsform, und ein Steuersystem der Steuerschaltung 1 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform. Die ähnlichen Teile dieser Ausführungsformen sind mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Die Steuerschaltung 1 steuert das erste, zweite und dritte Schaltelement Q1–Q3 in drei verschiedenen Ein-/Aus-Mustern, wie in 22 gezeigt. In einem ersten Muster sind das zweite und dritte Schaltelement Q2 und Q3 eingeschaltet. In einem zweiten Muster ist nur das zweite Schaltelement Q2 eingeschaltet. In einem dritten Muster ist nur das erste Schaltelement Q1 eingeschaltet. Jedes Schaltelement wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher ist als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hunderte kHz.
Die 23A–23C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar gesteuert auf der Basis des ersten Musters in einer ersten Periode T1, gesteuert auf der Basis des zweiten Musters in einer zweiten Periode T2 bzw. gesteuert auf der Basis des dritten Musters in einer dritten Periode T3. In der ersten Periode T1 fließt wie in 23A gezeigt ein Strom I1 zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von dem Glättkondensator C1 zum Glättkondensator C1 über das dritte Schaltelement Q3, die dritte Diode D3, den Induktor L, die erste Diode D1, die Last LD und das zweite Schaltelement Q2. Der Strom I1 wird begleitet von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in der ersten Periode ist in 24A gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen an den geladenen Glättkondensator C1 ist.
In der zweiten Periode fließt wie in 23B gezeigt ein Strom I2 abnehmend durch gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; von dem Induktor L zu dem Induktor L über die erste Diode D1, die Last LD, das zweite Schaltelement Q2, die zweite Diode D2 und die dritte Diode D3. Der Strom I2 fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung des Glättkondensators C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 24B gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD ist.
In der dritten Periode T3 fließt ein Strom I3 wie in 23C gezeigt abnehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle durch die Gleichrichterschaltung DB, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die erste Diode D1, die Last LD, die vierte Diode D4, den Glättkondensator C1, die zweite Diode D2 und die Gleichrichterschaltung DB. Der Strom I3 wird begleitet von einem Ladestrom zu dem Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 24C gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L, der Last LD und dem Glättkondensator C1 angeschlossen an die Gleichstromquelle E ist.
In der dritten Periode T3 ist ein erster Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine geschlossene Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält. In der ersten und zweiten Periode T1 und T2 ist ein zweiter Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine geschlossene Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD enthält, aber die Wechselstromquelle nicht enthält. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom zu der Last begrenzen, wobei immer der Strom zu der Last und zum Induktor L geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
Wie in 25 gezeigt, sieht der Induktor L einen Strom IL1 mit trapezförmiger Wellenform über die Perioden T1 bis T3. Die Periode, in der der Induktor L zum Eingangsstrom von der Wechselstromquelle beiträgt, ist nur die Periode T3, und die Perioden, in denen der Induktor L zum Ausgangsstrom zu der Last LD beiträgt, sind die Perioden T1–T3.
Falls die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung DB Vin ist, die Spannung am Glättkondensator C1 Vc1 ist und die Spannung an der Last LD VLd beträgt, dann wird eine Spannung VLt1 am Induktor L in der ersten Periode T1 ausgedrückt als VLt1 = Vc1 – VLd, und eine Spannung VLt2 am Induktor L in der zweiten Periode T2 wird ausgedrückt als VLt2 = –VLd, und eine Spannung VLt3 am Induktor L in der dritten Periode T3 wird ausgedrückt als VLt3 = Vin – Vc1 – VLd. Da Vc1 > Vin immer in dieser Schaltungsanordnung gehalten wird, sind VLt1 > VLt2 > VLt3 immer gehalten. Diese Spannungen VLt1, VLt2 und VLt3 am Induktor L definieren einen Gradienten des Induktorstroms IL1 in den Perioden T1–T3. Somit gilt: ein Gradient in der Periode T1 > ein Gradient in der Periode T2 > ein Gradient in der Periode T3, weshalb der Induktorstrom IL1 zu einer trapezförmigen Wellenform wird.
(Siebte Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Basis der 26–28 erläutert. Dieser Leistungswandler ist so ausgelegt, daß er Wechselstromleistung von einer Wechselstromquelle in Gleichstromleistung und anschließend die Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umwandelt, um an eine Last wie etwa eine Entladungslampe einen niederfrequenten (beispielsweise 100 Hz) Wechselstrom mit Rechteckwelle zu liefern. Dieser Leistungswandler enthält eine Gleichrichterschaltung DB, die den Wechselstrom von der Wechselstromquelle gleichrichtet, damit man eine Gleichspannung erhält, fünf Schaltelemente Q1–Q5, einen Induktor L und einen Glättkondensator C1. Das erste Schaltelement Q1 und das zweite Schaltelement Q2 sind in Reihe mit einer ersten Diode an die Gleichrichterschaltung DB angeschlossen, und die erste Diode D1 ist zwischen eine Hochspannungsseite der Gleichrichterschaltung DB und das erste Schaltelement Q1 geschaltet, und eine Kathode der ersten Diode D1 ist an das erste Schaltelement Q1 angeschlossen. Das dritte Schaltelement Q3 und das vierte Schaltelement Q4 sind in Reihe mit einer zweiten Diode D2 an die Gleichrichterschaltung DB angeschlossen, und die zweite Diode D2 ist zwischen eine Hochspannungsseite der Gleichrichterschaltung DB und das dritte Schaltelement Q3 geschaltet, und eine Kathode der zweiten Diode D2 ist an das dritte Schaltelement Q3 angeschlossen. Das zweite Schaltelement Q2 und das vierte Schaltelement Q4 sind über eine gemeinsame Diode D3 an eine Niederspannungsseite der Gleichrichterschaltung DB angeschlossen. Ein Induktor L ist in Reihe mit der Last LD zwischen den Verbindungspunkt des ersten Schaltelements Q1 mit dem zweiten Schaltelement Q2 und dem Verbindungspunkt des dritten Schaltelements Q3 mit dem vierten Schaltelement Q4 geschaltet. Der Induktor L, die Last LD und eine vierte Diode D4 sind in Reihe mit dem Glättkondensator C1 an das zweite Schaltelement Q2 angeschlossen, und die Last LD, der Induktor L und eine fünfte Diode D5 sind in Reihe an das vierte Schaltelement Q4 angeschlossen. Das fünfte Schaltelement Q5 ist in Reihe mit dem Glättkondensator C1 an die Gleichrichterschaltung DB angeschlossen. Jedes des zweiten Schaltelements Q2 und des vierten Schaltelements Q4 ist ein FET, und eine parasitäre Diode jedes FET bildet eine Überbrückung, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt. Auch die anderen Schaltelemente sind FETs, sie sind aber nicht notwendigerweise auf FETs beschränkt.
Die Steuerschaltung schickt den Strom in einer Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 gleichzeitig ein- und ausschalten, und indem sie veranlaßt, daß sowohl das zweite als auch dritte Schaltelement Q2, Q3 in der Zwischenzeit ausschalten, während sie veranlaßt, daß das fünfte Schaltelement Q5 in einem vorbestimmten Zyklus ein- und ausschaltet. Und außerdem schickt die Steuerschaltung den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 zur gleichen Zeit ein- und ausschalten, und indem sie veranlaßt, daß sowohl das erste als auch das vierte Schaltelement Q1, Q4 in der Zwischenzeit ausschalten, während sie veranlaßt, daß das fünfte Schaltelement Q5 in einem vorbestimmten Zyklus ein- und ausschaltet. Dadurch kann die Steuerschaltung die Last durch den niederfrequenten Wechselstrom antreiben.
Die Steuerschaltung 1 kann immer den Strom sowohl zu der Last als auch zum Induktor schicken, wodurch die harmonische Verzerrung verbessert wird, nämlich ein Leistungsfaktor, indem die fünf Schaltelemente Q1–Q5 in sechs verschiedenen Mustern gesteuert werden. Diese sechs Muster sind in einen positiven Zyklus, in dem drei durchgehende Muster wiederholt werden, und einen negativen Zyklus, in dem die übrigen drei durchgehenden Muster wiederholt werden, klassifiziert. Jeder des positiven Zyklus und des negativen Zyklus wird mit einer niedrigen Frequenz von beispielsweise 100 Hz abwechselnd wiederholt. 27 zeigt ein Steuersystem zum Steuern des ersten, vierten und fünften Schaltelements Q1, Q4, Q5 in drei verschiedenen Muster im positiven Zyklus. Bei einem Steuersystem im negativen Zyklus werden das gemeinsame Schaltelement Q5 und die übrigen Schaltelemente Q2, Q3 gesteuert; genauer gesagt wird das Schaltelement Q5 wie im positiven Zyklus und das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 wie das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 im positiven Zyklus gesteuert. In jedem Zyklus werden die drei Muster zweimal oder öfter in der Halbwelle des Wechselstroms von der Wechselstromquelle wiederholt.
In einem ersten Muster werden das erste, vierte und fünfte Schaltelement Q1, Q4 und Q5 eingeschaltet. In einem zweiten Muster werden das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 eingeschaltet. In einem dritten Muster werden alle Schaltelemente ausgeschaltet. Jedes Schaltelement wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher ist als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hunderte kHz.
Die 28A–28C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar gesteuert auf der Basis des ersten Musters in einer ersten Periode T1, gesteuert auf der Basis des zweiten Musters in einer zweiten Periode T2 bzw. gesteuert auf der Basis des dritten Musters in einer dritten Periode T3. In der ersten Periode T1 fließt wie in 28A gezeigt ein Strom I1 zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die Gleichrichterschaltung DB, die erste Diode D1, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die Last LD, das vierte Schaltelement Q4, den Glättkondensator C1, das fünfte Schaltelement Q5 und die Gleichrichterschaltung DB. Der Strom I1 wird begleitet von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in der ersten Periode ist in 4A gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen an ein Reihenschaltung aus dem geladenen Glättkondensator C1 und einer Gleichstromquelle E ist, die eine Eingangsspannung Vin ausgibt.
In der zweiten Periode T2 fließt wie in 28B gezeigt ein Strom I2 zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die Gleichrichterschaltung DB, die erste Diode D1, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die Last LD, das vierte Schaltelement Q4, den Glättkondensator C1, die dritte Diode D3 und die Gleichrichterschaltung DB. Der Strom I2 fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung des Glättkondensators C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 4B gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen an die Gleichstromquelle E ist.
In der dritten Periode T3 fließt wie in 28C gezeigt, ein Strom I3 abnehmend durch eine gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; vom Induktor L zum Induktor L über die Last LD, die vierte Diode D4, den Glättkondensator C1, und die Überbrückung des Schaltelements Q2. Der Strom I3 wird begleitet von einem Ladestrom zum Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 4C gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L, der Last LD und dem Glättkondensator C1 ist.
In der ersten und zweiten Periode T1 und T2 ist ein erster Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält. In der dritten Periode T3 ist ein zweiter Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD enthält, aber die Wechselstromquelle nicht enthält. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom zu der Last begrenzen, wobei immer der Strom zu der Last und zum Induktor geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
Die Steuerschaltung kann den niederfrequenten Rechteckstrom zu der Last LD schicken, indem sie die übrigen drei Muster des negativen Zyklus nach dem zweimaligen oder öfteren Wiederholen des ersten, zweiten und dritten Musters wie oben erwähnt wiederholt. Das Steuersystem im negativen Zyklus ist so ausgelegt, daß es den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last schickt, indem es das zweite und dritte Schaltelement wie das erste und vierte Schaltelement steuert, anstatt das erste und vierte Schaltelement zu steuern.
Wie aus dem obigen Vorgang deutlich wird, kann dieser Leistungswandler bei dieser Ausführungsform Wechselstromleistung in Gleichstromleistung und die Gleichstromleistung gleichzeitig in Wechselstromleistung umwandeln, um den Wechselstrom durch Verwendung von nur fünf Schaltelementen Q1–Q5 an die Last zu liefern.
In dieser dritten Periode im negativen Zyklus fließt der Strom in der entgegengesetzten Richtung zu der durch den Pfeil von 28C angezeigten Richtung; vom Induktor L zur Last über die fünfte Diode D5, den Glättkondensator C1 und die Überbrückung des vierten Schaltelements Q4.
(Achte Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Grundlage der 29, 30 erläutert. Eine Schaltungsanordnung des Leistungswandlers ist identisch mit der siebten Ausführungsform, und ein Steuersystem der Steuerschaltung 1 unterscheidet sich von der siebten Ausführungsform. Die ähnlichen Teile dieser Ausführungsform sind mit demgleichen Bezugszeichen versehen. Die Steuerschaltung 1 steuert das erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Schaltelement Q1–Q5 in sechs verschiedenen Ein-/Aus-Mustern, wie in 29 gezeigt, damit der Strom immer zu der Last und zum Induktor geschickt wird, wodurch die harmonische Verzerrung verbessert wird, nämlich ein Leistungsfaktor. Diese sechs Muster sind in einen positiven Zyklus, in dem drei durchgehende Muster wiederholt werden, und einen negativen Zyklus, in dem die übrigen drei durchgehenden Muster wiederholt werden, klassifiziert. Jeder des positiven Zyklus und des negativen Zyklus wird mit einer niedrigen Frequenz von beispielsweise 100 Hz abwechselnd wiederholt. 29 zeigt ein Steuersystem zum Steuern des ersten, vierten und fünften Schaltelements Q1, Q4, Q5 in drei verschiedenen Muster im positiven Zyklus. Bei einem Steuersystem im negativen Zyklus werden das gemeinsame Schaltelement Q5 und die übrigen Schaltelemente Q2, Q3 gesteuert; genauer gesagt wird das Schaltelement Q5 wie im positiven Zyklus und das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 wie das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 im positiven Zyklus gesteuert. In jedem Zyklus werden die drei Muster zweimal oder öfter in der Halbwelle des Wechselstroms von der Wechselstromquelle wiederholt.
In einem ersten Muster werden das erste, vierte und fünfte Schaltelement Q1, Q4 und Q5 eingeschaltet. In einem zweiten Muster wird nur das vierte Schaltelement Q4 eingeschaltet. In einem dritten Muster wird nur das erste Schaltelement Q1 eingeschaltet. Jedes Schaltelement wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher ist als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hunderte kHz.
Die 30A–30C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar gesteuert auf der Basis des ersten Musters in einer ersten Periode T1, gesteuert auf der Basis des zweiten Musters in einer zweiten Periode T2 bzw. gesteuert auf der Basis des dritten Musters in einer dritten Periode T3 In der ersten Periode T1 fließt wie in 30A gezeigt ein Strom I1 zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die Gleichrichterschaltung DB, die erste Diode D1, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die Last LD, das vierte Schaltelement Q4, den Glättkondensator C1, das fünfte Schaltelement Q5 und die Gleichrichterschaltung DB. Der Strom I1 wird begleitet von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in der ersten Periode ist in 8A gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen an ein Reihenschaltung aus dem geladenen Glättkondensator C1 und einer Gleichstromquelle E ist, die eine Eingangsspannung Vin ausgibt.
In der zweiten Periode fließt wie in 30B gezeigt ein Strom I2 abnehmend durch gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; von dem Induktor L zu dem Induktor L über die Last LD, das vierte Schaltelement Q4 und die Überbrückung des zweiten Schaltelements Q2. Der Strom I2 fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung des Glättkondensators C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 8B gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD ist.
In der dritten Periode T3 fließt ein Strom I3 wie in 23C gezeigt abnehmend durch geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle durch die Gleichrichterschaltung DB, die erste Diode D1, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die Last LD, die vierte Diode D4, den Glättkondensator C1, die dritte Diode D3 und die Gleichrichterschaltung DB. Der Strom I3 wird begleitet von einem Ladestrom zu dem Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 8C gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L, der Last LD und dem Glättkondensator C1 angeschlossen an die Gleichstromquelle E ist.
In der ersten und dritten Periode T1 und T3 ist ein Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine geschlossene Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält. In der zweiten Periode T2 ist ein zweiter Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine geschlossene Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD enthält, aber die Wechselstromquelle nicht enthält. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom zu der Last begrenzen, wobei immer der Strom zu der Last und zum Induktor L geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
Die Steuerschaltung kann den niederfrequenten Rechteckstrom zu der Last LD schicken, indem sie die übrigen drei Muster des negativen Zyklus nach dem zweimaligen oder öfteren Wiederholen des ersten, zweiten und dritten Musters wie oben erwähnt wiederholt. Das Steuersystem im negativen Zyklus ist so ausgelegt, daß es den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last schickt, indem es das dritte und zweite Schaltelement wie das erste und vierte Schaltelement steuert, anstatt das erste und vierte Schaltelement zu steuern.
(Neunte Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Grundlage der 31, 32 erläutert. Eine Schaltungsanordnung des Leistungswandlers ist identisch mit der siebten Ausführungsform, und ein Steuersystem der Steuerschaltung 1 unterscheidet sich von der siebten Ausführungsform. Die ähnlichen Teile dieser Ausführungsform sind mit demgleichen Bezugszeichen versehen. Die Steuerschaltung 1 steuert das erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Schaltelement Q1–Q5 in sechs verschiedenen Ein-/Aus-Mustern, wie in 31 gezeigt, damit der Strom immer zu der Last und zum Induktor geschickt wird, wodurch die harmonische Verzerrung verbessert wird, nämlich ein Leistungsfaktor. Diese sechs Muster sind in einen positiven Zyklus, in dem drei durchgehende Muster wiederholt werden, und einen negativen Zyklus, in dem die übrigen drei durchgehenden Muster wiederholt werden, klassifiziert. Jeder des positiven Zyklus und des negativen Zyklus wird mit einer niedrigen Frequenz von beispielsweise 100 Hz abwechselnd wiederholt. 31 zeigt ein Steuersystem zum Steuern des ersten, vierten und fünften Schaltelements Q1, Q4, Q5 in drei verschiedenen Muster im positiven Zyklus. Bei einem Steuersystem im negativen Zyklus werden das gemeinsame Schaltelement Q5 und die übrigen Schaltelemente Q2, Q3 gesteuert; genauer gesagt wird das Schaltelement Q5 wie im positiven Zyklus und das dritte und zweite Schaltelement Q2, Q3 wie das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 im positiven Zyklus gesteuert. In jedem Zyklus werden die drei Muster zweimal oder öfter in der Halbwelle des Wechselstroms von der Wechselstromquelle wiederholt.
In einem ersten Muster werden das erste, vierte und fünfte Schaltelement Q1, Q4 und Q5 eingeschaltet. In einem zweiten Muster wird nur das vierte Schaltelement Q4 eingeschaltet. In einem dritten Muster werden alle Schaltelemente ausgeschaltet. Jedes Schaltelement wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher ist als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hunderte kHz.
Die 32A–32C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar gesteuert auf der Basis des ersten Musters in einer ersten Periode T1, gesteuert auf der Basis des zweiten Musters in einer zweiten Periode T2 bzw. gesteuert auf der Basis des dritten Musters in einer dritten Periode T3. In der ersten Periode T1 fließt wie in 32A gezeigt ein Strom I1 zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die Gleichrichterschaltung DB, die erste Diode D1, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die Last LD, das vierte Schaltelement Q4, den Glättkondensator C1, das fünfte Schaltelement Q5 und die Gleichrichterschaltung DB. Der Strom I1 wird begleitet von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in der ersten Periode ist in 16A gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen an ein Reihenschaltung aus dem geladenen Glättkondensator C1 und einer Gleichstromquelle E ist, die eine Eingangsspannung Vin ausgibt.
In der zweiten Periode T2 fließt wie in 32B gezeigt ein Strom I2 abnehmend durch gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; von dem Induktor L zu dem Induktor L über die Last LD, das vierte Schaltelement Q4 und die Überbrückung des zweiten Schaltelements Q2. Der Strom I2 fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung des Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 16B gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD ist.
In der dritten Periode T3 fließt wie in 32C gezeigt, ein Strom I3 abnehmend durch eine gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; vom Induktor L zum Induktor L über die Last LD, die vierte Diode D4, den Glättkondensator C1, und die Überbrückung des Schaltelements Q2. Der Strom I3 wird begleitet von einem Ladestrom zum Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 16C gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L, der Last LD und dem Glättkondensator C1 ist.
In der ersten Periode T1 ist ein erster Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine geschlossene Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält. In der zweiten und dritten Periode T2, T3 ist ein zweiter Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine geschlossene Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD enthält, aber die Wechselstromquelle nicht enthält. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom zu der Last begrenzen, wobei immer der Strom zu der Last und zum Induktor geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
Die Steuerschaltung kann den niederfrequenten Rechteckstrom zu der Last LD schicken, indem sie die übrigen drei Muster des negativen Zyklus nach dem zweimaligen oder öfteren Wiederholen des ersten, zweiten und dritten Musters wie oben erwähnt wiederholt. Das Steuersystem im negativen Zyklus ist so ausgelegt, daß es den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last schickt, indem es das dritte und zweite Schaltelement wie das erste und vierte Schaltelement steuert, anstatt das erste und vierte Schaltelement zu steuern.
(Zehnte Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Basis der 33–35 erläutert. Dieser Leistungswandler ist so ausgelegt, daß er Wechselstromleistung von einer Wechselstromquelle in Gleichstromleistung und anschließend die Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umwandelt, um an eine Last wie etwa eine Entladungslampe einen niederfrequenten (beispielsweise 100 Hz) Wechselstrom mit Rechteckwelle zu liefern. Dieser Leistungswandler enthält eine Gleichrichterschaltung DB, die den Wechselstrom von der Wechselstromquelle gleichrichtet, damit man eine Gleichspannung erhält, fünf Schaltelemente Q1–Q5, einen Induktor L und einen Glättkondensator C1. Das erste Schaltelement Q1 und das zweite Schaltelement Q2 sind in Reihe mit einer ersten Diode an die Gleichrichterschaltung DB angeschlossen, und die erste Diode D1 ist zwischen eine Hochspannungsseite der Gleichrichterschaltung DB und das erste Schaltelement Q1 geschaltet. Eine Kathode der ersten Diode D1 ist an das erste Schaltelement Q1 angeschlossen. Das dritte Schaltelement Q3 und das vierte Schaltelement Q4 sind in Reihe mit einer zweiten Diode D2 an die Gleichrichterschaltung DB angeschlossen, und die zweite Diode D2 ist zwischen eine Hochspannungsseite der Gleichrichterschaltung DB und das dritte Schaltelement Q3 geschaltet. Eine Kathode der zweiten Diode D2 ist an das dritte Schaltelement Q3 angeschlossen. Der Induktor L ist in Reihe mit der Last LD geschaltet, und die Reihenschaltung ist zwischen den Verbindungspunkt des ersten Schaltelements Q1 mit dem zweiten Schaltelement Q2 und dem Verbindungspunkt des dritten Schaltelements Q3 mit dem vierten Schaltelement Q4 geschaltet. Die dritte Diode D3 ist in Reihe mit dem Glättkondensator C1 an das vierte Schaltelement Q4 angeschlossen. Die vierte Diode D4 ist in Reihe mit dem Glättkondensator C1 an das zweite Schaltelement Q2 angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus dem fünften Schaltelement Q5, der ersten Diode D1, dem ersten Schaltelement Q1, dem Induktor L, der Last LD und dem vierten Schaltelement Q4 ist an den Glättkondensator C1 angeschlossen. Außerdem ist eine Reihenschaltung aus dem fünften Schaltelement Q5, der zweiten Diode D2, dem dritten Schaltelement Q3, dem Induktor L, der Last LD und dem zweiten Schaltelement Q2 an den Glättkondensator C1 angeschlossen.
Die Steuerschaltung schickt den Strom in einer Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 gleichzeitig ein- und ausschalten, und indem sie veranlaßt, daß sowohl das zweite als auch dritte Schaltelement Q2, Q3 in der Zwischenzeit ausschalten, während sie veranlaßt, daß das fünfte Schaltelement Q5 in einem vorbestimmten Zyklus ein- und ausschaltet. Und außerdem schickt die Steuerschaltung den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 zur gleichen Zeit ein- und ausschalten, und indem sie veranlaßt, daß sowohl das erste als auch das vierte Schaltelement Q1, Q4 in der Zwischenzeit ausschalten, während sie veranlaßt, daß das fünfte Schaltelement Q5 in einem vorbestimmten Zyklus ein- und ausschaltet. Dadurch kann die Steuerschaltung die Last durch den niederfrequenten Wechselstrom antreiben.
Die Steuerschaltung 1 kann immer den Strom sowohl zu der Last als auch zum Induktor schicken, wodurch die harmonische Verzerrung verbessert wird, nämlich ein Leistungsfaktor, indem die fünf Schaltelemente Q1–Q5 in sechs verschiedenen Mustern gesteuert werden. Diese sechs Muster sind in einen positiven Zyklus, in dem drei durchgehende Muster wiederholt werden, und einen negativen Zyklus, in dem die übrigen drei durchgehenden Muster wiederholt werden, klassifiziert. Jeder des positiven Zyklus und des negativen Zyklus wird mit einer niedrigen Frequenz von beispielsweise 100 Hz abwechselnd wiederholt. 34 zeigt ein Steuersystem zum Steuern des ersten, vierten und fünften Schaltelements Q1, Q4, Q5 in drei verschiedenen Muster im positiven Zyklus. Bei einem Steuersystem im negativen Zyklus werden das gemeinsame Schaltelement Q5 und die übrigen Schaltelemente Q2, Q3 gesteuert; genauer gesagt wird das Schaltelement Q5 wie im positiven Zyklus und das dritte und zweite Schaltelement Q3 und Q2 wie das erste jeweils vierte Schaltelement Q1, Q4 im positiven Zyklus gesteuert. In jedem Zyklus werden die drei Muster zweimal oder öfter in der Halbwelle des Wechselstroms von der Wechselstromquelle wiederholt.
In einem ersten Muster werden das erste, vierte und fünfte Schaltelement Q1, Q4 und Q5 eingeschaltet. In einem zweiten Muster werden das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 eingeschaltet. In einem dritten Muster werden außer dem ersten Schaltelement alle Schaltelemente ausgeschaltet. Jedes Schaltelement wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher ist als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hunderte kHz.
Die 35A–35C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar gesteuert auf der Basis des ersten Musters in einer ersten Periode T1, gesteuert auf der Basis des zweiten Musters in einer zweiten Periode T2 bzw. gesteuert auf der Basis des dritten Musters in einer dritten Periode T3. In der ersten Periode T1 fließt wie in 35A gezeigt ein Strom I1 zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von dem Glättkondensator C1 zum Glättkondensator C1 über das fünfte Schaltelement Q5, die erste Diode D1, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die Last LD und das vierte Schaltelement Q4. Der Strom I1 wird begleitet von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in der ersten Periode ist in 12A gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen an den geladenen Glättkondensator C1.
In der zweiten Periode T2 fließt wie in 35B gezeigt ein Strom I2 zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die Gleichrichterschaltung DB, die erste Diode D1, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die Last LD, das vierte Schaltelement Q4 und die Gleichrichterschaltung DB. Der Strom I2 fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung des Glättkondensators C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 12B gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen an die Gleichstromquelle E ist.
In der dritten Periode T3 fließt wie in 35C gezeigt, ein Strom I3 abnehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zur Wechselstromquelle über die Gleichrichterschaltung DB, die erste Diode D1, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die Last LD, die dritte Diode D3, den Glättkondensator C1 und die Gleichrichterschaltung DB. Der Strom I3 wird begleitet von einem Ladestrom zum Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 12C gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L, der Last LD und dem Glättkondensator C1 ist angeschlossen an die Gleichstromquelle E.
In der zweiten und dritten Periode T2 und T3 ist ein Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine geschlossene Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD, enthält. In der ersten Periode T1 ist ein zweiter Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine geschlossene Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD enthält, aber die Wechselstromquelle nicht enthält. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom zu der Last begrenzen, wobei immer der Strom zu der Last und zum Induktor geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
Die Steuerschaltung kann den niederfrequenten Strom mit Rechteckwelle zu der Last LD schicken, indem sie die übrigen drei Muster des negativen Zyklus nach dem zweimaligen oder öfteren Wiederholen des ersten, zweiten und dritten Musters wie oben erwähnt wiederholt. Das Steuersystem im negativen Zyklus ist so ausgelegt, daß es den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last schickt, indem es das dritte und zweite Schaltelement wie das erste und vierte Schaltelement im positiven Zyklus steuert, anstatt das erste und vierte Schaltelement zu steuern.
In der dritten Periode im negativen Zyklus fließt der Strom in der entgegengesetzten Richtung zu der durch den Pfeil von 35C angezeigten Richtung; vom Induktor L zur Last über die vierte Diode D4, den Glättkondensator C1 und die Überbrückung des vierten Schaltelements Q4.
(Elfte Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Grundlage der 36, 37 erläutert. Eine Schaltungsanordnung des Leistungswandlers ist identisch mit der zehnten Ausführungsform, und ein Steuersystem der Steuerschaltung 1 unterscheidet sich von der zehnten Ausführungsform. Die ähnlichen Teile dieser Ausführungsform sind mit demgleichen Bezugszeichen versehen. Die Steuerschaltung 1 steuert das erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Schaltelement Q1–Q5 in sechs verschiedenen Ein-/Aus-Mustern, wie in 36 gezeigt, damit der Strom immer zu der Last und zum Induktor geschickt wird, wodurch die harmonische Verzerrung verbessert wird, nämlich ein Leistungsfaktor. Diese sechs Muster sind in einen positiven Zyklus, in dem drei durchgehende Muster wiederholt werden, und einen negativen Zyklus, in dem die übrigen drei durchgehenden Muster wiederholt werden, klassifiziert. Jeder des positiven Zyklus und des negativen Zyklus wird mit einer niedrigen Frequenz von beispielsweise 100 Hz abwechselnd wiederholt. 36 zeigt ein Steuersystem zum Steuern des ersten, vierten und fünften Schaltelements Q1, Q4 und Q5 in drei verschiedenen Mustern im positiven Zyklus. Bei einem Steuersystem im negativen Zyklus werden das gemeinsame Schaltelement Q5 und die übrigen Schaltelemente Q2, Q3 gesteuert; genauer gesagt wird das Schaltelement Q5 wie im positiven Zyklus und das dritte und zweite Schaltelement Q3, Q2 wie das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 im positiven Zyklus gesteuert. In jedem Zyklus werden die drei Muster zweimal oder öfter in der Halbwelle des Wechselstroms von der Wechselstromquelle wiederholt.
In einem ersten Muster werden das erste, vierte und fünfte Schaltelement Q1, Q4 und Q5 eingeschaltet. In einem zweiten Muster werden das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 eingeschaltet. In einem dritten Muster werden alle Schaltelemente ausgeschaltet. Jedes Schaltelement wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher ist als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hunderte kHz.
Die 37A–37C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar gesteuert auf der Basis des ersten Musters in einer ersten Periode T1, gesteuert auf der Basis des zweiten Musters in einer zweiten Periode T2 bzw. gesteuert auf der Basis des dritten Musters in einer dritten Periode T3. In der ersten Periode T1 fließt wie in 37A gezeigt ein Strom I1 zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von dem Glättkondensator zu dem Glättkondensator über das fünfte Schaltelement Q5, die erste Diode D1, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die Last LD, das vierte Schaltelement Q4. Der Strom I1 wird begleitet von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 20A gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen an den geladenen Glättkondensator C1 ist.
In der zweiten Periode T2 fließt wie in 37B gezeigt ein Strom I2 zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die Gleichrichterschaltung DB, die erste Diode D1, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die Last LD, das vierte Schaltelement Q4 und die Gleichrichterschaltung DB. Der Strom I2 fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung des Glättkondensators C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 20B gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen an die Gleichstromquelle E ist, die eine Eingangsspannung Vin ausgibt.
In der dritten Periode T3 fließt wie in 37C gezeigt, ein Strom I3 abnehmend durch eine gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; vom Induktor L zum Induktor L über die Last LD, die dritte Diode D3, den Glättkondensator C1, und die Überbrückung des Schaltelements Q2. Der Strom I3 wird begleitet von einem Ladestrom zum Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 20C gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L, der Last LD und dem Glättkondensator C1 ist.
In der zweiten Periode T2 ist ein erster Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält. In der ersten und dritten Periode T1 und T3 ist ein zweiter Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD enthält, aber die Wechselstromquelle nicht enthält. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom zu der Last begrenzen, wobei immer der Strom zu der Last und zum Induktor geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
Die Steuerschaltung kann den niederfrequenten Rechteckstrom zu der Last LD schicken, indem sie die übrigen drei Muster des negativen Zyklus nach dem zweimaligen oder öfteren Wiederholen des ersten, zweiten und dritten Musters wie oben erwähnt wiederholt. Das Steuersystem im negativen Zyklus ist so ausgelegt, daß es den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last schickt, indem es das dritte und zweite Schaltelement wie das erste und vierte Schaltelement steuert, anstatt das erste und vierte Schaltelement zu steuern.
In der dritten Periode im negativen Zyklus fließt der Strom in der entgegengesetzten Richtung zu der durch den Pfeil von 37C angezeigten Richtung; vom Induktor L zur Last über die vierte Diode D4, den Glättkondensator C1 und die Überbrückung des vierten Schaltelements Q4.
(Zwölfte Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Grundlage der 38, 39 erläutert. Eine Schaltungsanordnung des Leistungswandlers ist identisch mit der zehnten Ausführungsform, und ein Steuersystem der Steuerschaltung 1 unterscheidet sich von der zehnten Ausführungsform. Die ähnlichen Teile dieser Ausführungsform sind mit demgleichen Bezugszeichen versehen. Die Steuerschaltung 1 steuert das erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Schaltelement Q1–Q5 in sechs verschiedenen Ein-/Aus-Mustern, wie in 38 gezeigt, damit der Strom immer zu der Last und zum Induktor geschickt wird, wodurch die harmonische Verzerrung verbessert wird, nämlich ein Leistungsfaktor. Diese sechs Muster sind in einen positiven Zyklus, in dem drei durchgehende Muster wiederholt werden, und einen negativen Zyklus, in dem die übrigen drei durchgehenden Muster wiederholt werden, klassifiziert. Jeder des positiven Zyklus und des negativen Zyklus wird mit einer niedrigen Frequenz von beispielsweise 100 Hz abwechselnd wiederholt. 38 zeigt ein Steuersystem zum Steuern des ersten, vierten und fünften Schaltelements Q1, Q4, Q5 in drei verschiedenen Muster im positiven Zyklus. Bei einem Steuersystem im negativen Zyklus werden das gemeinsame Schaltelement Q5 und die übrigen Schaltelemente Q2, Q3 gesteuert; genauer gesagt wird das Schaltelement Q5 wie im positiven Zyklus und das dritte und zweite Schaltelement Q3, Q2 wie das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 im positiven Zyklus gesteuert. In jedem Zyklus werden die drei Muster zweimal oder öfter in der Halbwelle des Wechselstroms von der Wechselstromquelle wiederholt.
In einem ersten Muster werden das erste, vierte und fünfte Schaltelement Q1, Q4 und Q5 eingeschaltet. In einem zweiten Muster wird nur das vierte Schaltelement Q4 eingeschaltet. In einem dritten Muster wird nur das erste Schaltelement Q1 eingeschaltet. Jedes Schaltelement wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher ist als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hunderte kHz.
Die 39A–39C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar gesteuert auf der Basis des ersten Musters in einer ersten Periode T1, gesteuert auf der Basis des zweiten Musters in einer zweiten Periode T2 bzw. gesteuert auf der Basis des dritten Musters in einer dritten Periode T3. In der ersten Periode T1 fließt wie in 39A gezeigt ein Strom I1 zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von dem Glättkondensator zu dem Glättkondensator über das fünfte Schaltelement Q5, die erste Diode D1, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die Last LD und das vierte Schaltelement Q4. Der Strom I1 wird begleitet von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 24A gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen an den geladenen Glättkondensator C1.
In der zweiten Periode T2 fließt wie in 39B gezeigt ein Strom I2 abnehmend durch gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; von dem Induktor L zu dem Induktor L über die Last LD, das vierte Schaltelement Q4 und die Überbrückung des zweiten Schaltelements Q2. Der Strom I2 fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung des Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 24B gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD ist.
In der dritten Periode T3 fließt wie in 39C gezeigt, ein Strom I3 abnehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zur Wechselstromquelle über die Gleichrichterschaltung DB, die erste Diode D1, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die Last LD, die dritte Diode D3, den Glättkondensator C1, und die Gleichrichterschaltung DB. Der Strom I3 wird begleitet von einem Ladestrom zum Glättkondensator C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 24C gezeigt, die eine Reihenschaltung aus dem Induktor L, der Last LD und dem Glättkondensator C1 ist, der an die Gleichstromquelle E angeschlossen ist.
In der dritten Periode T3 ist ein erster Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine geschlossene Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält. In der ersten und zweiten Periode T1 und T2 ist ein zweiter Stromversorgungsmodus gegeben, in dem der Strom durch eine geschlossene Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD enthält, aber die Wechselstromquelle nicht enthält. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom zu der Last begrenzen, wobei immer der Strom zu der Last und zum Induktor L geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
Die Steuerschaltung kann den niederfrequenten Rechteckstrom zu der Last LD schicken, indem sie die übrigen drei Muster des negativen Zyklus nach dem zweimaligen oder öfteren Wiederholen des ersten, zweiten und dritten Musters wie oben erwähnt wiederholt. Das Steuersystem im negativen Zyklus ist so ausgelegt, daß es den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last schickt, indem es das dritte und zweite Schaltelement wie das erste und vierte Schaltelement steuert, anstatt das erste und vierte Schaltelement zu steuern.
In der dritten Periode im negativen Zyklus fließt der Strom in der entgegengesetzten Richtung zu der durch den Pfeil von 39C angezeigten Richtung; vom Induktor L zur Last über die vierte Diode D4, den Glättkondensator C1 und die Überbrückung des vierten Schaltelements Q4.
(Dreizehnte Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Basis der 40–43 erläutert. Dieser Leistungswandler ist so ausgelegt, daß er Wechselstromleistung von einer Wechselstromquelle in Gleichstromleistung und anschließend die Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umwandelt, um an eine Last wie etwa eine Entladungslampe einen niederfrequenten (beispielsweise 100 Hz) Wechselstrom mit Rechteckwelle zu liefern. Dieser Leistungswandler enthält vier Schaltelemente Q1–Q4, einen Induktor L und zwei Glättkondensatoren C1, C2. Das erste Schaltelement Q1 und das zweite Schaltelement Q2 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen, und das erste Schaltelement Q1 und das dritte Schaltelement Q3 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus einem ersten Glättkondensator C1 und einem zweiten Glättkondensator C2 ist an eine Reihenschaltung aus dem zweiten Schaltelement Q2 und dem dritten Schaltelement Q3 angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus einer ersten Diode D1 und einer zweiten Diode D2 ist an eine Reihenschaltung aus dem zweiten Schaltelement Q2 und dem dritten Schaltelement Q3 angeschlossen. Eine Diodenbrücke D11–D14 ist zwischen den Verbindungspunkt aus dem ersten Glättkondensator C1 mit dem zweiten Glättkondensator C2 und der Wechselstromquelle geschaltet, wobei jeder Eingangsanschluß der Diodenbrücke mit dem Verbindungspunkt des ersten Glättkondensators C1 mit dem zweiten Glättkondensator C2 bzw. die Wechselstromquelle geschaltet ist. Das erste Schaltelement Q1 ist zwischen Ausgangsanschlüsse der Diodenbrücke D11–D14 geschaltet. Eine Reihenschaltung aus einer dritten Diode D3 und einer vierten Diode D4 ist an eine Reihenschaltung aus der ersten Diode D1 und der zweiten Diode D2 angeschlossen. Der Induktor L und die Last LD sind in Reihe zwischen den Verbindungspunkt der ersten Diode D1 mit der zweiten Diode D2 und den Verbindungspunkt der dritten Diode D3 mit der vierten Diode D4 geschaltet. Das vierte Schaltelement Q4 ist an eine Reihenschaltung aus der dritten Diode D3 und der vierten Diode D4 angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus einer fünften Diode D5 und einer sechsten Diode D6 ist an eine Reihenschaltung aus der ersten Diode D1 und der zweiten Diode D2 angeschlossen, und die Wechselstromquelle ist zwischen den Verbindungspunkt der ersten Diode D1 mit der zweiten Diode D2 und den Verbindungspunkt der fünften Diode D5 mit der sechsten Diode D6 geschaltet. Das zweite und dritte Schaltelement Q2 und Q3, die jeweils durch einen FET definiert werden, weisen jeweils eine parasitäre Diode auf, die eine Überbrückung definiert, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt.
Die Steuerschaltung schickt den Strom in einer Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das zweite Schaltelement Q2 ein- und ausschaltet und gleichzeitig das dritte Schaltelement Q3 ausgeschaltet hält, während sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 abwechselnd ein- und ausschalten, und außerdem schickt die Steuerschaltung den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das dritte Schaltelement Q3 ein- und ausschaltet und das zweite Schaltelement in der Zwischenzeit ausgeschaltet hält, während sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 abwechselnd ein- und ausschalten.
Die Steuerschaltung 1 kann den Strom immer zu der Last und zu dem Induktor schicken, wodurch die harmonische Verzerrung verbessert wird, nämlich ein Leistungsfaktor, indem das erste, zweite, dritte und vierte Schaltelement Q1–Q4 gesteuert werden, damit sie in sechs verschiedenen Muster ein- und ausschalten. Diese sechs Muster sind in einen positiven Zyklus, in dem drei durchgehende Muster in einer positiven Halbwelle der Wechselstromquelle wiederholt werden, und einen negativen Zyklus, in dem die übrigen drei durchgehenden Muster in einer negativen Halbwelle der Wechselstromquelle wiederholt werden, klassifiziert. Jeder des positiven Zyklus und des negativen Zyklus wird abwechselnd bei einer niedrigen Frequenz von beispielsweise 100 Hz wiederholt. 41 zeigt ein Steuersystem zum Steuern der Schaltelemente Q1–Q4.
In einem ersten Muster im positiven Zyklus werden das erste und zweite Schaltelement Q1, Q2 eingeschaltet. In einem zweiten Muster wird nur das vierte Schaltelement Q4 eingeschaltet. In einem dritten Muster werden alle Schaltelemente Q1–Q4 ausgeschaltet. In einem ersten Muster im negativen Zyklus werden das erste und dritte Schaltelement Q1, Q3 eingeschaltet, und in einem zweiten Muster wird nur das vierte Schaltelement Q4 eingeschaltet, und in einem dritten Muster werden alle Schaltelemente Q1–Q4 ausgeschaltet. Jedes Schaltelement wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher liegt als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hunderte kHz.
42A–42C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar in einer ersten Periode T1p gesteuert auf der Basis des ersten Musters im positiven Zyklus, in einer zweiten Periode T2p gesteuert auf der Basis des zweiten Musters im positiven Zyklus bzw. in einer dritten Periode T3p gesteuert auf der Basis des dritten Musters im positiven Zyklus. In der ersten Periode T1p fließt wie in 42A gezeigt ein Strom I1p zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die Diode D13, das erste Schaltelement Q1, die Diode D12, den Glättkondensator C1, das zweite Schaltelement Q2, die Last LD und den Induktor L. Der Strom I1p wird von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C1 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 4A gezeigt.
In der zweiten Periode T2p fließt wie in 42B gezeigt ein Strom I2p zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die fünfte Diode D5, das vierte Schaltelement Q4, die vierte Diode D4, die Last LD und den Induktor L. Der Strom I2p fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung der Glättkondensatoren C1, C2. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 4B gezeigt.
In der dritten Periode T3p fließt ein Strom I3p wie in 42C gezeigt abnehmend durch gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; von dem Induktor L zu dem Induktor L über die erste Diode D1, den Glättkondensator C1, den Glättkondensator C2, die parasitäre Diode des dritten Schaltelements Q3 und die Last LD. Der Strom I3p wird von einem Ladestrom zu den Glättkondensatoren C1, C2 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist eine Schaltung, in der der Glättkondensator C1 von 4C durch die Reihenschaltung aus den Glättkondensatoren C1 und C2 ersetzt wurde.
43A–43C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar in einer ersten Periode T1n gesteuert auf der Basis des ersten Musters im negativen Zyklus, in einer zweiten Periode T2n gesteuert auf der Basis des zweiten Musters im negativen Zyklus bzw. in einer dritten Periode T3n gesteuert auf der Basis des dritten Musters im negativen Zyklus. In der ersten Periode T1n fließt wie in 43A gezeigt ein Strom I1n zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über den Induktor L, die Last LD, das dritte Schaltelement Q3, den Glättkondensator C2, die Diode D11, das erste Schaltelement Q1 und die Diode D14. Der Strom I1n wird von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C2 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist eine Schaltung, in der der Glättkondensator C1 von 4A durch den Glättkondensator C2 ersetzt wurde.
In der zweiten Periode T2n fließt wie in 43B gezeigt ein Strom I2n zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über den Induktor L, die Last LD, die dritte Diode D3, das vierte Schaltelement Q4 und die sechste Diode D6. Der Strom I2n fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung der Glättkondensatoren C1, C2. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 4B gezeigt.
In der dritten Periode T3n fließt wie in 43C gezeigt ein Strom I3n abnehmend durch gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; vom Induktor L zum Induktor L über die Last LD, die parasitäre Diode des zweiten Schaltelements Q2, den Glättkondensator C1, den Glättkondensator C2 und die Diode D2. Der Strom I3n wird von einem Ladestrom zu den Glättkondensatoren C1, C2 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist eine Schaltung, in der der Glättkondensator C1 von 4C durch die Reihenschaltung der Glättkondensatoren C1 und C2 ersetzt wurde.
Wie in der obigen Erläuterung gezeigt, ist in jedem des positiven und negativen Zyklus ein erster Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält, in der ersten und zweiten Periode T1 und T2 gegeben, und ein zweiter Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD enthält, aber nicht die Wechselstromquelle enthält, ist in der dritten Periode T3 gegeben. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom zu der Last beschränken, wobei immer der Strom zu der Last und dem Induktor geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
(Vierzehnte Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Basis der 44–47 erläutert. Dieser Leistungswandler ist so ausgelegt, daß er Wechselstromleistung von einer Wechselstromquelle in Gleichstromleistung und anschließend die Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umwandelt, um an eine Last wie etwa eine Entladungslampe einen niederfrequenten (beispielsweise 100 Hz) Wechselstrom mit Rechteckwelle zu liefern. Dieser Leistungswandler enthält vier Schaltelemente Q1–Q4, einen Induktor L und zwei Glättkondensatoren C1, C2. Das erste Schaltelement Q1 und das zweite Schaltelement Q2 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen, und das erste Schaltelement Q1 und das dritte Schaltelement Q3 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus einer ersten Diode D1 und einer zweiten Diode D2 ist an eine Reihenschaltung aus dem zweiten und dritten Schaltelement Q2, Q3 angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus einem ersten Glättkondensator C1 und einem zweiten Glättkondensator C2 ist an eine Reihenschaltung aus dem zweiten und dritten Schaltelement Q2, Q3 angeschlossen. Eine Diodenbrücke D11–D14 ist zwischen den Verbindungspunkt des ersten Glättkondensators C1 mit dem zweiten Glättkondensator C2 und einen Anschluß der Wechselstromquelle geschaltet, und jeder Eingangsanschluß der Diodenbrücke ist mit dem Verbindungspunkt des ersten Glättkondensator C1 mit dem zweiten Glättkondensator C2 bzw. dem Anschluß der Wechselstromquelle verbunden. Das erste Schaltelement Q1 ist zwischen Ausgangsanschlüsse der Diodenbrücke D11–D14 geschaltet. Der eine Anschluß der Wechselstromquelle ist mit dem Verbindungspunkt der ersten Diode D1 mit der zweiten Diode D2 verbunden. Eine Diodenbrücke D3–D6 ist zwischen den Verbindungspunkt der ersten Diode D1 mit der zweiten Diode D2 und den Verbindungspunkt des zweiten Schaltelements Q2 mit dem dritten Schaltelement Q3 geschaltet. Die dritte Diode D3 ist in Reihe mit der Diode D4 geschaltet. Die Diode D5 ist in Reihe mit der Diode D6 geschaltet. Der Induktor L und die Last LD sind in Reihe zwischen den Verbindungspunkt der Diode D3 mit der Diode D4 und den Verbindungspunkt der Diode D5 mit der Diode D6 geschaltet. Das vierte Schaltelement Q4 ist an eine Reihenschaltung aus der fünften Diode D5 und der sechsten Diode D6 angeschlossen. Das zweite und dritte Schaltelement Q2 und Q3, die jeweils durch einen FET definiert werden, weisen jeweils eine parasitäre Diode auf, die eine Überbrückung definiert, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt.
Die Steuerschaltung 1 schickt einen Strom in einer Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das zweite Schaltelement Q2 ein- und ausschaltet und gleichzeitig das dritte Schaltelement Q3 ausgeschaltet hält, während sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 abwechselnd ein- und ausschalten, und außerdem schickt die Steuerschaltung den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das Schaltelement Q3 ein- und ausschaltet und das zweite Schaltelement Q2 in der Zwischenzeit ausgeschaltet hält, während sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 abwechselnd ein- und ausschalten.
Die Steuerschaltung 1 kann den Strom immer zu der Last und zu dem Induktor schicken, wodurch die harmonische Verzerrung verbessert wird, nämlich ein Leistungsfaktor, indem das erste, zweite, dritte und vierte Schaltelement Q1–Q4 gesteuert werden, damit sie in sechs verschiedenen Muster ein- und ausschalten. Diese sechs Muster sind in einen positiven Zyklus, in dem drei durchgehende Muster in einer positiven Halbwelle der Wechselstromquelle wiederholt werden, und einen negativen Zyklus, in dem die übrigen drei durchgehenden Muster in einer negativen Halbwelle der Wechselstromquelle wiederholt werden, klassifiziert. Jeder des positiven Zyklus und des negativen Zyklus wird abwechselnd bei einer niedrigen Frequenz von beispielsweise 100 Hz wiederholt. 45 zeigt ein Steuersystem zum Steuern der Schaltelemente Q1–Q4.
In einem ersten Muster im positiven Zyklus werden das erste und zweite Schaltelement Q1, Q2 eingeschaltet. In einem zweiten Muster wird nur das vierte Schaltelement Q4 eingeschaltet. In einem dritten Muster werden alle Schaltelemente Q1–Q4 ausgeschaltet. In einem ersten Muster im negativen Zyklus werden das erste und dritte Schaltelement Q1, Q3 eingeschaltet, und in einem zweiten Muster wird nur das vierte Schaltelement Q4 eingeschaltet, und in einem dritten Muster werden alle Schaltelemente Q1–Q4 ausgeschaltet. Jedes Schaltelement wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher liegt als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hunderte kHz.
46A–46C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar in einer ersten Periode T1p gesteuert auf der Basis des ersten Musters im positiven Zyklus, in einer zweiten Periode T2p gesteuert auf der Basis des zweiten Musters im positiven Zyklus bzw. in einer dritten Periode T3p gesteuert auf der Basis des dritten Musters im positiven Zyklus. In der ersten Periode T1p fließt wie in 46A gezeigt ein Strom I1p zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die Diode D13, das erste Schaltelement Q1, die Diode D12, den Glättkondensator C1, das zweite Schaltelement Q2, die Last LD und den Induktor L. Der Strom I1p wird von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C1 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 16A gezeigt.
In der zweiten Periode T2p fließt wie in 46B gezeigt ein Strom I2p abnehmend durch gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; von dem Induktor L zu dem Induktor L über die fünfte Diode D5, das vierte Schaltelement Q4, die Diode D4 und die Last LD. Der Strom I2p fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung der Glättkondensatoren C1 und C2. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 16B gezeigt.
In der dritten Periode T3p fließt wie in 46C gezeigt ein Strom I3p abnehmend durch gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; von dem Induktor L zu dem Induktor L über die Diode D1, den Glättkondensator C1, den Glättkondensator C2, die parasitäre Diode des dritten Schaltelements Q3 und die Last LD. Der Strom I3p wird von einem Ladestrom zu den Glättkondensatoren C1 und C2 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist eine Schaltung, in der der Glättkondensator C1 von 16C durch die Reihenschaltung aus den Glättkondensatoren C1 und C2 ersetzt wurde.
47A–47C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar in einer ersten Periode T1n gesteuert auf der Basis des ersten Musters im negativen Zyklus, in einer zweiten Periode T2n gesteuert auf der Basis des zweiten Musters im negativen Zyklus bzw. in einer dritten Periode T3n gesteuert auf der Basis des dritten Musters im negativen Zyklus. In der ersten Periode T1n fließt wie in 47A gezeigt ein Strom I1n zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über den Induktor L, die Last LD, das dritte Schaltelement Q3, den Glättkondensator C2, die Diode D11, das erste Schaltelement Q1 und die Diode D14. Der Strom I1n wird von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C2 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist eine Schaltung, in der der Glättkondensator C1 von 16A durch den Glättkondensator C2 ersetzt wurde.
In der zweiten Periode T2n fließt wie in 47B gezeigt ein Strom I2n abnehmend durch gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; von dem Induktor L zu dem Induktor L über die Last LD, die dritte Diode D3, das vierte Schaltelement Q4 und die Diode D6. Der Strom I2n fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung der Glättkondensatoren C1 und C2. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 16B gezeigt.
In der dritten Periode T3n fließt wie in 47C gezeigt ein Strom I3n abnehmend durch gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; von dem Induktor L zu dem Induktor L über die Last LD, die parasitäre Diode des zweiten Schaltelements Q2, den Glättkondensator C1, den Glättkondensator C2 und die Diode D2. Der Strom I3n wird von einem Ladestrom zu den Glättkondensatoren C1 und C2 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist eine Schaltung, in der der Glättkondensator C1 von 16C durch die Reihenschaltung aus den Glättkondensatoren C1 und C2 ersetzt wurde.
Wie in der obigen Erläuterung gezeigt, ist in jedem des positiven und negativen Zyklus ein erster Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält, in der ersten Periode T1 gegeben, und ein zweiter Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD enthält, aber nicht die Wechselstromquelle enthält, ist in der zweiten und dritten Periode T2, T3 gegeben. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom zu der Last beschränken, wobei immer der Strom zu der Last und dem Induktor geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
(Fünfzehnte Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Basis der 48–51 erläutert. Dieser Leistungswandler ist so ausgelegt, daß er Wechselstromleistung von einer Wechselstromquelle in Gleichstromleistung und danach die Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umwandelt, um einen niederfrequenten Rechteckwechselstrom von beispielsweise 100 Hz zu einer Last wie etwa einer Entladungslampe zu schicken. Dieser Stromwandler enthält vier Schaltelemente Q1–Q4, einen Induktor L und zwei Glättkondensatoren C1, C2.
Das erste Schaltelement Q1 und ein erster Glättkondensator C1 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen, und das zweite Schaltelement Q2 und ein zweiter Glättkondensator C2 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen. Das erste und zweite Schaltelement Q1, Q2 sind in Reihe geschaltet, und eine Reihenschaltung aus dem ersten und zweiten Glättkondensator C1, C2 ist an die Reihenschaltung aus dem ersten und zweiten Schaltelement Q1, Q2 angeschlossen. Eine erste Diode D1 und das dritte Schaltelement Q3 sind in Reihe an eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen, und eine zweite Diode D2 und das vierte Schaltelement Q4 sind in Reihe an die Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus dem dritten Schaltelement Q3 und dem vierten Schaltelement Q4 ist an eine Reihenschaltung aus der ersten und zweiten Diode D1, D2 angeschlossen, und die Wechselstromquelle ist zwischen den Verbindungspunkt des ersten Schaltelements Q1 mit dem zweiten Schaltelement Q2 und den Verbindungspunkt der ersten Diode D1 mit der zweiten Diode D2 geschaltet.
Die Steuerschaltung 1 schickt den Strom in einer Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 ausschalten, während sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 abwechselnd ein- und ausschalten. Und außerdem schickt die Steuerschaltung den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 ausschalten, während sie veranlaßt, daß das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 abwechselnd ein- und ausschalten. Das erste und zweite Schaltelement Q1 und Q2, die jeweils durch eine FET definiert sind, weisen jeweils eine parasitäre Diode auf, die eine Überbrückung definiert, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt.
Die Steuerschaltung 1 kann den Strom immer zu der Last und zu dem Induktor schicken, wodurch die harmonische Verzerrung verbessert wird, nämlich ein Leistungsfaktor, indem das erste, zweite, dritte und vierte Schaltelement Q1–Q4 gesteuert werden, damit sie in sechs verschiedenen Muster ein- und ausschalten. Diese sechs Muster sind in einen positiven Zyklus, in dem drei durchgehende Muster in einer positiven Halbwelle der Wechselstromquelle wiederholt werden, und einen negativen Zyklus, in dem die übrigen drei durchgehenden Muster in einer negativen Halbwelle der Wechselstromquelle wiederholt werden, klassifiziert. Jeder des positiven Zyklus und des negativen Zyklus wird abwechselnd bei einer niedrigen Frequenz von beispielsweise 100 Hz wiederholt. 49 zeigt ein Steuersystem zum Steuern der Schaltelemente Q1–Q4.
In einem ersten Muster im positiven Zyklus wird nur das zweite Schaltelement Q2 eingeschaltet. In einem zweiten Muster wird nur das dritte Schaltelement Q3 eingeschaltet. In einem dritten Muster werden alle Schaltelemente Q1–Q4 ausgeschaltet. In einem ersten Muster im negativen Zyklus wird nur das erste Schaltelement Q1 eingeschaltet, und in einem zweiten Muster wird nur das vierte Schaltelement Q4 eingeschaltet, und in einem dritten Muster werden alle Schaltelemente Q1–Q4 ausgeschaltet. Jedes Schaltelement wird bei einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher liegt als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hunderte kHz.
Die 50A–50C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar an einer Periode T1p gesteuert auf der Basis des ersten Musters im positiven Zyklus, in einer zweiten Periode T2p gesteuert auf der Basis des zweiten Musters im positiven Zyklus bzw. in einer dritten Periode T3p gesteuert auf der Basis des dritten Musters im positiven Zyklus. In der ersten Periode T1p fließt wie in 50A gezeigt ein Strom I1 zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle durch das zweite Schaltelement Q2, den zweiten Glättkondensator C2, die Last LD und den Induktor L. Der Strom I1 wird von einem Entladestrom von dem zweiten Glättkondensator C2 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist eine Schaltung, in der Glättkondensator C1 von 8A durch den zweiten Glättkondensator C2 ersetzt wurde.
In der zweiten Periode T2p fließt wie in 50B gezeigt ein Strom I2p abnehmend durch gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; vom Induktor L zum Induktor L über die erste Diode D1, das dritte Schaltelement Q3 und die Last LD. Der Strom I2p fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung der Glättkondensatoren C1 und C2. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 8B gezeigt.
In der dritten Periode T3p fließt wie in 50C gezeigt ein Strom I3p abnehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die parasitäre Diode des ersten Schaltelements Q1, den ersten Glättkondensator C1, die Last LD und den Induktor L. Der Strom I3p wird von einem Ladestrom zu dem ersten Glättkondensator C1 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 8C gezeigt.
Die 51A–51C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar in einer ersten Periode T1n gesteuert auf der Basis des ersten Musters im negativen Zyklus, in einer zweiten Periode T2n gesteuert auf der Basis des zweiten Musters im negativen Zylus bzw. in einer dritten Periode T3n gesteuert auf der Basis des dritten Musters im negativen Zyklus. In der ersten Periode T1n fließt wie in 51A gezeigt ein Strom I1n zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über den Induktor L, die Last LD, den ersten Glättkondensator C1 und das erste Schaltelement Q1. Der Strom I1n wird von einem Entladestrom von dem ersten Glättkondensator C1 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 8A gezeigt.
In der zweiten Periode T2n fließt wie in 51B gezeigt ein Strom I2n abnehmend durch gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; vom Induktor L zum Induktor L über die Last LD, das vierte Schaltelement Q4 und die zweite Diode D2. Der Strom I2n fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung der Glättkondensatoren C1 und C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 8B gezeigt.
In der dritten Periode T3n fließt wie in 51C gezeigt ein Strom I2n abnehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über den Induktor L, die Last LD, den zweiten Glättkondensator C2 und die parasitäre Diode des zweiten Schaltelements Q2. Der Strom I3p wird von einem Ladestrom zu dem zweiten Glättkondensator C2 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist eine Schaltung, bei der Glättkondensator C1 von 8C durch den zweiten Glättkondensator C2 ersetzt wurde.
Wie in der obigen Erläuterung gezeigt, ist in jedem des positiven und negativen Zyklus ein erster Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält, in der ersten und dritten Periode T1, T3 gegeben, und ein zweiter Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD enthält, aber nicht die Wechselstromquelle enthält, ist in der zweiten Periode T2 gegeben. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom zu der Last beschränken, wobei immer der Strom zu der Last und dem Induktor geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
(Sechzehnte Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer sechzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Basis der 52–55 erläutert. Dieser Leistungswandler ist so ausgelegt, daß er Wechselstromleistung von einer Wechselstromquelle in Gleichstromleistung und danach die Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umwandelt, um einen niederfrequenten Rechteckwechselstrom von beispielsweise 100 Hz zu einer Last wie etwa einer Entladungslampe zu schicken. Dieser Stromwandler enthält vier Schaltelemente Q1–Q4, einen Induktor L und zwei Glättkondensatoren C1, C2.
Das erste Schaltelement Q1 und eine erste Diode D1 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen, und das zweite Schaltelement Q2 und eine zweite Diode D2 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen. Das erste und zweite Schaltelement Q1, Q2 sind in Reihe geschaltet, und eine Reihenschaltung aus der ersten und zweiten Diode D1, D2 und einem Glättkondensator C1 sind an die Reihenschaltung aus dem ersten und zweiten Schaltelement Q1, Q2 angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus dem dritten und vierten Schaltelement Q3, Q4 ist an eine Reihenschaltung aus dem ersten und zweiten Schaltelement Q1, Q2 angeschlossen. Die Wechselstromquelle ist zwischen den Verbindungspunkt der ersten Diode D1 mit der zweiten Diode D2 und den Verbindungspunkt des dritten Schaltelements Q3 mit dem vierten Schaltelement Q4 geschaltet. Der Induktor L und die Last LD sind in Reihe zwischen den Verbindungspunkt des ersten Schaltelements Q1 mit dem zweiten Schaltelement Q2 und den Verbindungspunkt des dritten Schaltelements Q3 mit dem vierten Schaltelement Q4 geschaltet. Das erste und zweite Schaltelement Q1 und Q2, die jeweils durch einen FET definiert sind, weisen jeweils eine parasitäre Diode auf, die eine Überbrückung definiert, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt.
Die Steuerschaltung 1 schickt den Strom in einer Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 ausschalten, während sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 ein- und ausschalten. Und außerdem schickt die Steuerschaltung den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 ausschalten, während sie veranlaßt, daß das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 ein- und ausschalten.
Die Steuerschaltung 1 kann den Strom immer sowohl zu der Last als auch zum Induktor schicken, wodurch die harmonische Verzerrung verbessert wird, nämlich ein Leistungsfaktor, in dem das erste, zweite, dritte und vierte Schaltelement Q1–Q4 in sechs verschiedenen Mustern gesteuert werden. Diese sechs Muster sind in einen positiven Zyklus, in dem drei durchgehende Muster in einer positiven Halbwelle der Wechselstromquelle wiederholt werden, und einen negativen Zyklus, in dem die übrigen drei durchgehenden Muster in einer negativen Halbwelle der Wechselstromquelle wiederholt werden, klassifiziert. Jeder des positiven Zyklus und des negativen Zyklus wird abwechselnd bei einer niedrigen Frequenz von beispielsweise 100 Hz wiederholt. 53 zeigt ein Steuersystem zum Steuern der Schaltelemente Q1–Q4.
In einem ersten Muster im positiven Zyklus werden das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 eingeschaltet. In einem zweiten Muster wird nur das erste Schaltelement Q1 eingeschaltet. In einem dritten Muster werden alle Schaltelemente Q1–Q4 ausgeschaltet. In einem ersten Muster im negativen Zyklus werden das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 eingeschaltet, und in einem zweiten Muster werden nur das zweite Schaltelement Q2 eingeschaltet, und in einem dritten Muster werden alle Schaltelemente Q1–Q4 ausgeschaltet. Jedes Schaltelement wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher liegt als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hundert kHz.
Die 54A–54C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar in einer ersten Periode T1p gesteuert auf der Basis des ersten Musters im positiven Zyklus, in einer zweiten Periode T2p gesteuert auf der Basis des zweiten Musters im positiven Zyklus bzw. in einer dritten Periode T3p gesteuert auf der Basis des dritten Musters im positiven Zyklus. In der ersten Periode T1p fließt wie in 54A gezeigt ein Strom I1p zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von dem Glättkondensator C1 zu dem Glättkondensator C1 über das erste Schaltelement Q1, die Last LD, den Induktor L und das vierte Schaltelement Q4. Der Strom I1p wird von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C1 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 12A gezeigt.
In der zweiten Periode T2p fließt wie in 54B gezeigt ein Strom I2p zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die erste Diode D1, das erste Schaltelement Q1, die Last LD und den Induktor L. Der Strom I2p fließt unabhängig von einer Ladung und Entladung des Glättkondensators C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in der zweiten Periode ist in 12B gezeigt.
In der dritten Periode T3p fließt wie in 54C gezeigt ein Strom abnehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die erste Diode D1, den Glättkondensator C1, die parasitäre Diode des zweiten Schaltelements Q2, die Last LD und den Induktor L. Der Strom I3p wird von einem Ladestrom zu dem Glättkondensator C1 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 12C gezeigt.
Die 55A–55C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar in einer ersten Periode T1n gesteuert auf der Basis des ersten Musters im negativen Zyklus, in einer zweiten Periode T2n gesteuert auf der Basis des zweiten Musters im negativen Zyklus bzw. in einer dritten Periode T3n gesteuert auf der Basis des dritten Musters im negativen Zyklus. In der ersten Periode T1n fließt wie in 55A gezeigt ein Strom I1n zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von dem Glättkondensator C1 zum Glättkondensator C1 über das dritte Schaltelement Q3, den Induktor L, die Last LD und das zweite Schaltelement Q2. Der Strom I1n wird von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C1 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in der ersten Periode ist in 12A gezeigt.
In der zweiten Periode T2n fließt wie in 55B gezeigt ein Strom I2n zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über den Induktor L, die Last LD, das zweite Schaltelement Q2 und die zweite Diode D2. Der Strom I2n fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung des Glättkondensators C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in der zweiten Periode ist in 12B gezeigt.
In der dritten Periode T3n fließt wie in 55c gezeigt ein Strom I3n abnehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle durch den Induktor L, die Last LD, die parasitäre Diode des ersten Schaltelements Q1, den Glättkondensator C1 und die zweite Diode D2. Der Strom I3n wird von einem Ladestrom zu dem Glättkondensator C1 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 12C gezeigt.
Wie in der obigen Erläuterung gezeigt, ist in jedem des positiven und negativen Zyklus ein erster Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält, in der zweiten und dritten Periode T2, T3 gegeben, und ein zweiter Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD enthält, aber nicht die Wechselstromquelle enthält, ist in der ersten Periode T1 gegeben. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom zu der Last beschränken, wobei immer der Strom zu der Last und dem Induktor geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
(Siebzehnte Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer siebzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Basis der 56–59 erläutert. Dieser Leistungswandler ist so ausgelegt, daß er Wechselstromleistung von einer Wechselstromquelle in Gleichstromleistung und danach die Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umwandelt, um einen niederfrequenten Rechteckwechselstrom von beispielsweise 100 Hz zu einer Last wie etwa einer Entladungslampe zu schicken. Dieser Stromwandler enthält vier Schaltelemente Q1–Q4, einen Induktor L und zwei Glättkondensatoren C1, C2.
Eine erste Diode D1 und das erste Schaltelement Q1 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle und das zweite Schaltelement Q2 und eine zweite Diode D2 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen. Das erste und zweite Schaltelement Q1, Q2 sind in Reihe geschaltet, und die Reihenschaltung ist an eine Reihenschaltung aus der ersten Diode D1 und der zweiten Diode D2 angeschlossen. Der erste Glättkondensator C1 und das dritte Schaltelement Q3 sind in Reihe an eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen. Das vierte Schaltelement Q4 und der zweite Glättkondensator C2 sind in Reihe an die Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen. Der erste und zweite Glättkondensator C1, C2 sind in Reihe geschaltet, und die Reihenschaltung aus dem ersten und zweiten Glättkondensator ist an eine Reihenschaltung aus dem dritten und vierten Schaltelement Q3, Q4 angeschlossen. Die Wechselstromquelle ist zwischen den Verbindungspunkt der ersten Diode D1 mit der zweiten Diode D2 und den Verbindungspunkt des ersten Glättkondensators C1 mit dem zweiten Glättkondensator C2 geschaltet. Das dritte und vierte Schaltelement Q3 und Q4, die jeweils durch einen FET definiert sind, weisen jeweils eine parasitäre Diode auf, die eine Überbrückung definiert, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt.
Die Steuerschaltung 1 schickt den Strom in einer Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das zweite und vierte Schaltelement Q2, Q4 ausschalten, während sie veranlaßt, daß das erste und dritte Schaltelement Q1, Q3 abwechselnd ein- und ausschalten. Und außerdem schickt die Steuerschaltung den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das erste und dritte Schaltelement Q1, Q3 abschalten, während sie veranlaßt, daß das zweite und vierte Schaltelement Q2, Q4 abwechselnd ein- und ausschalten.
Die Steuerschaltung 1 kann den Strom immer sowohl zu der Last als auch zum Induktor schicken, wodurch die harmonische Verzerrung verbessert wird, nämlich ein Leistungsfaktor, indem das erste, zweite, dritte und vierte Schaltelement Q1–Q4 in sechs verschiedenen Muster gesteuert werden. Diese sechs Muster sind in einen positiven Zyklus, in dem drei durchgehende Muster in einer positiven Halbwelle der Wechselstromquelle wiederholt werden, und einen negativen Zyklus, in dem die übrigen drei durchgehenden Muster in einer negativen Halbwelle der Wechselstromquelle wiederholt werden, klassifiziert. Jeder des positiven Zyklus und des negativen Zyklus wird abwechselnd bei einer niedrigen Frequenz von beispielsweise 100 Hz wiederholt. 57 zeigt ein Steuersystem zum Steuern der Schaltelemente Q1–Q4.
In einem ersten Muster im positiven Zyklus wird nur das dritte Schaltelement Q3 eingeschaltet. In einem zweiten Muster wird nur das erste Schaltelement Q1 eingeschaltet. In einem dritten Muster werden alle Schaltelemente Q1–Q4 ausgeschaltet. In einem ersten Muster im negativen Zyklus wird nur das vierte Schaltelement Q4 eingeschaltet, und in einem zweiten Muster wird nur das zweite Schaltelement Q2 eingeschaltet, und in einem dritten Muster werden alle Schaltelemente Q1–Q4 ausgeschaltet. Jedes Schaltelement wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher liegt als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hundert kHz.
Die 58A–58C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar in einer ersten Periode T1p gesteuert auf der Basis des ersten Musters im positiven Zyklus, in einer zweiten Periode T2p gesteuert auf der Basis des zweiten Musters im positiven Zyklus bzw. in einer dritten Periode T3p gesteuert auf der Basis des dritten Musters im positiven Zyklus. In der ersten Periode T1p fließt wie in 58A gezeigt ein Strom I1p zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von dem Glättkondensator C1 zu dem Glättkondensator C1 über das dritte Schaltelement Q3, die Last LD, und den Induktor L. Der Strom I1p wird von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C1 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 20A gezeigt.
In der zweiten Periode T2p fließt wie in 58B gezeigt ein Strom I2p zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die erste Diode D1, das erste Schaltelement Q1, die Last LD und den Induktor L. Der Strom I2p fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung des Glättkondensators C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 20B gezeigt.
In der dritten Periode T3p fließt wie in 58C gezeigt ein Strom I3p abnehmend durch gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; vom Induktor L zu dem Induktor L über den zweiten Glättkondensator C2, die parasitäre Diode des vierten Schaltelements Q4 und die Last LD. Der Strom I3p wird von einem Ladestrom zu dem zweiten Glättkondensator C2 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist eine Schaltung, in der der Glättkondensator C1 von 20C durch den zweiten Glättkondensator C2 ersetzt wurde.
Die 59A–59C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar in einer ersten Periode T1n gesteuert auf der Basis des ersten Musters im negativen Zyklus, in einer zweiten Periode T2n gesteuert auf der Basis des zweiten Musters im negativen Zyklus bzw. in einer dritten Periode T3n gesteuert auf der Basis des dritten Musters im negativen Zyklus. In der ersten Periode T1n fließt wie in 59A gezeigt ein Strom I1n zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von dem Glättkondensator C2 zu dem Glättkondensator C2 über den Induktor L, die Last LD und das vierte Schaltelement Q4. Der Strom I1n wird von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C2 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist eine Schaltung, in der der Glättkondensator C1 von 20A durch den zweiten Glättkondensator C2 ersetzt wurde.
In der zweiten Periode T2n fließt wie in 59B gezeigt ein Strom I2n zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über den Induktor L, die Last LD, das zweite Schaltelement Q2 und die zweite Diode D2. Der Strom I2n fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung der Glättkondensatoren C1, C2. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 20B gezeigt.
In der dritten Periode T3n fließt wie in 59C gezeigt ein Strom I3n abnehmend durch gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; vom Induktor L zum Induktor L über die Last LD, die parasitäre Diode des dritten Schaltelements Q3 und dem ersten Glättkondensator C1. Der Strom I3n wird von einem Ladestrom zu dem ersten Glättkondensator C1 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 20C gezeigt.
Wie in der obigen Erläuterung gezeigt, ist in jedem des positiven und negativen Zyklus ein erster Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält, in der zweiten Periode T2 gegeben, und ein zweiter Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD enthält, aber nicht die Wechselstromquelle enthält, ist in der ersten und dritten Periode T1, T3 gegeben. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom zu der Last beschränken, wobei immer der Strom zu der Last und dem Induktor geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
(Achtzehnte Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer achtzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Basis der 60–63 erläutert. Dieser Leistungswandler ist so ausgelegt, daß er Wechselstromleistung von einer Wechselstromquelle in Gleichstromleistung und danach die Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umwandelt, um einen niederfrequenten Rechteckwechselstrom von beispielsweise 100 Hz zu einer Last wie etwa einer Entladungslampe zu schicken. Dieser Stromwandler enthält vier Schaltelemente Q1–Q4, einen Induktor L und zwei Glättkondensatoren C1, C2.
Eine erste Diode D1 und ein erster Glättkondensator C1 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen und eine zweite Diode D2 und ein zweiter Glättkondensator C2 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen. Der erste Glättkondensator D1 und die zweite Diode D2 sind in Reihe geschaltet, und die Reihenschaltung aus dem ersten und zweiten Glättkondensator ist an eine Reihenschaltung aus dem ersten Glättkondensator C1 und dem zweiten Glättkondensator C2 angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus dem ersten und zweiten Schaltelement Q1, Q2 ist an eine Reihenschaltung aus der ersten und zweiten Diode D1, D2 angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus einer dritten Diode D3 und dem dritten Schaltelement Q3 ist an eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen, und eine Reihenschaltung aus einer vierten Diode D4 und einem vierten Schaltelement Q4 ist an die Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus dem dritten Schaltelement Q3 und dem vierten Schaltelement Q4 ist an eine Reihenschaltung aus der dritten Diode D3 und der vierten Diode D4 angeschlossen. Die Wechselstromquelle ist zwischen den Verbindungspunkt der ersten Diode D1 mit der zweiten Diode D2 und den Verbindungspunkt des ersten Schaltelements Q1 mit dem zweiten Schaltelement Q2 geschaltet.
Die Steuerschaltung schickt den Strom in einer Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 abschalten, während sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 abwechselnd ein- und ausschalten. Und außerdem schickt die Steuerschaltung den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 ausschalten, während sie veranlaßt, daß das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 abwechselnd ein- und ausschalten.
Die Steuerschaltung 1 kann den Strom immer sowohl zu der Last als auch zu dem Induktor schicken, wodurch die harmonische Verzerrung verbessert wird, nämlich ein Leistungsfaktor, indem das erste, zweite, dritte und vierte Schaltelement Q1–Q4 so gesteuert werden, daß sie in sechs verschiedenen Muster ein- und ausschalten. Diese sechs Muster sind in einen positiven Zyklus, in dem drei durchgehende Muster in einer positiven Halbwelle der Wechselstromquelle wiederholt werden, und einen negativen Zyklus, in dem die übrigen drei durchgehenden Muster in einer negativen Halbwelle der Wechselstromquelle wiederholt werden, klassifiziert. Jeder des positiven Zyklus und des negativen Zyklus wird abwechselnd bei einer niedrigen Frequenz von beispielsweise 100 Hz wiederholt. 61 zeigt ein Steuersystem zum Steuern der Schaltelemente Q1–Q4.
In einem ersten Muster im positiven Zyklus wird nur das zweite Schaltelement Q2 eingeschaltet. In einem zweiten Muster wird nur das dritte Schaltelement Q3 eingeschaltet. In einem dritten Muster werden alle Schaltelemente Q1–Q4 ausgeschaltet. In einem ersten Muster im negativen Zyklus wird nur das erste Schaltelement Q1 eingeschaltet, und in einem zweiten Muster wird nur das vierte Schaltelement Q4 eingeschaltet, und in einem dritten Muster werden alle Schaltelemente Q1–Q4 ausgeschaltet. Jedes Schaltelement wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher liegt als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hundert kHz.
Die 62A–62C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar in einer ersten Periode T1p gesteuert auf der Basis des ersten Musters im positiven Zyklus, in einer zweiten Periode T2p gesteuert auf der Basis des zweiten Musters im positiven Zyklus bzw. in einer dritten Periode T3p gesteuert auf der Basis des dritten Musters im positiven Zyklus. In der ersten Periode T1p fließt wie in 62A gezeigt ein Strom I1p zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von dem Glättkondensator C2 zu dem Glättkondensator C2 über die Last LD und den Induktor L und das zweite Schaltelement Q2. Der Strom I1p wird von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C2 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist eine Schaltung, in der Glättkondensator C1 von 24A durch den zweiten Glättkondensator C2 ersetzt wurde.
In der zweiten Periode T2p fließt der Strom I2p wie in 62B gezeigt abnehmend durch gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; vom Induktor L zum Induktor L über die Diode D3, das dritte Schaltelement Q3 und die Last LD. Der Strom I2p fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung der Glättkondensatoren C1, C2. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 24B gezeigt.
In der dritten Periode T3p fließt wie in 62C gezeigt ein Strom I3p abnehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die Diode D1, den Glättkondensator C1, die Last LD und den Induktor L. Der Strom I3p wird von einem Ladestrom zu dem Glättkondensator C1 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 24C gezeigt.
Die 63A–63C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar in einer ersten Periode T1n gesteuert auf der Basis des ersten Musters im negativen Zyklus, in einer zweiten Periode T2n gesteuert auf der Basis des zweiten Musters im negativen Zyklus bzw. in einer dritten Periode T3n gesteuert auf der Basis des dritten Musters im negativen Zyklus. In der ersten Periode T1n fließt ein Strom I1n wie in 63A gezeigt zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von dem Glättkondensator C1 zu dem Glättkondensator C1 über das erste Schaltelement Q1, den Induktor L und die Last LD. Der Strom I1n wird von einem Entladestrom vom Glättkondensator C1 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 24A gezeigt.
In der zweiten Periode T2n fließt wie in 63B gezeigt ein Strom I2n abnehmend durch gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; vom Induktor L zum Induktor L über die Last LD, das vierte Schaltelement Q4 und die Diode D4, Der Strom I2n fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung der Glättkondensatoren C1, C2. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 24B gezeigt.
In der dritten Periode T3n fließt wie in 63C gezeigt ein Strom I3n abnehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über den Induktor L, die Last LD, den Glättkondensator C2 und die Diode D2. Der Strom I3n wird von einem Ladestrom zu dem Glättkondensator C2 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist eine Schaltung, in der Glättkondensator C1 von 24C durch den Glättkondensator C2 ersetzt wurde.
Wie in der obigen Erläuterung gezeigt, ist in jedem des positiven und negativen Zyklus ein erster Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält, in der dritten Periode T3 gegeben, und ein zweiter Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD enthält, aber nicht die Wechselstromquelle enthält, ist in der ersten und zweiten Periode T1, T2 gegeben. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom zu der Last beschränken, wobei immer der Strom zu der Last und dem Induktor geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
(Neunzehnte Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer neunzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Basis der 64–67 erläutert. Dieser Leistungswandler ist so ausgelegt, daß er Wechselstromleistung von einer Wechselstromquelle in Gleichstromleistung und danach die Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umwandelt, um einen Wechselstrom mit einer niederfrequenten Rechteckwelle von beispielsweise 100 Hz zu liefern, damit eine Entladungslampe geladen wird. Dieser Stromwandler enthält vier Schaltelemente Q1–Q4, einen Induktor L und zwei Glättkondensatoren C1, C2. Das zweite und vierte Schaltelement Q2 und Q4, die jeweils durch einen FET definiert sind, weisen jeweils eine parasitäre Diode auf, die eine Überbrückung definiert, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt.
Eine erste Diode D1, das erste Schaltelement Q1 und eine zweite Diode D2 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen, und die erste Diode D1, die parasitäre Diode des zweiten Schaltelements Q2, die zweite Diode D2 und ein Glättkondensator C1 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen. Und außerdem sind eine dritte Diode D3, das dritte Schaltelement Q3 und eine vierte Diode D4 in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen, und die dritte Diode D3, die parasitäre Diode des vierten Schaltelements Q4, der Glättkondensator C1 und die vierte Diode D4 sind in Reihe mit dem Induktor L und der Last LD an die Wechselstromquelle angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus dem ersten Schaltelement Q1, dem vierten Schaltelement Q4, dem Induktor L und der Last LD ist an den Glättkondensator C1 angeschlossen, und außerdem ist eine Reihenschaltung aus dem zweiten Schaltelement Q2, dem dritten Schaltelement Q3, dem Induktor L und der Last LD an den Glättkondensator C1 angeschlossen.
Die Steuerschaltung 1 schickt den Strom in einer Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 ausschalten, während sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 abwechselnd mit unterschiedlichem Tastverhältnis ein- und ausschalten. Und außerdem schickt die Steuerschaltung den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last, indem sie veranlaßt, daß das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 ausschalten, während sie veranlaßt, daß das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 mit unterschiedlichem Tastverhältnis ein- und ausschalten.
Die Steuerschaltung 1 kann den Strom immer sowohl zu der Last als auch zu dem Induktor schicken, wodurch die harmonische Verzerrung verbessert wird, nämlich ein Leistungsfaktor, in dem das erste, zweite, dritte und vierte Schaltelement Q1–Q4 in sechs verschiedenen Muster gesteuert werden. Diese sechs Muster sind in einen positiven Zyklus, in dem drei durchgehende Muster in einer positiven Halbwelle der Wechselstromquelle wiederholt werden, und einen negativen Zyklus, in dem die übrigen drei durchgehenden Muster in einer negativen Halbwelle der Wechselstromquelle wiederholt werden, klassifiziert. Jeder des positiven Zyklus und des negativen Zyklus wird abwechselnd bei einer niedrigen Frequenz von beispielsweise 100 Hz wiederholt. Ein Steuersystem zum Steuern der Schaltelemente Q1–Q4 ist in 65 gezeigt.
In einem ersten Muster im positiven Zyklus werden das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 eingeschaltet. In einem zweiten Muster wird nur das erste Schaltelement Q1 eingeschaltet.
In einem dritten Muster werden alle Schaltelemente Q1–Q4 ausgeschaltet. In einem ersten Muster im negativen Zyklus werden das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 ausgeschaltet, und in einem zweiten Muster wird nur das dritte Schaltelement Q3 eingeschaltet, und in einem dritten Muster werden alle Schaltelemente Q1–Q4 ausgeschaltet. Jedes Schaltelement wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher liegt als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hundert kHz.
Die 66A–66C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar in einer ersten Periode T1p gesteuert auf der Basis des ersten Musters im positiven Zyklus, in einer zweiten Periode T2p gesteuert auf der Basis des zweiten Musters im positiven Zyklus bzw. in einer dritten Periode T3p gesteuert auf der Basis des dritten Musters im positiven Zyklus. In der ersten Periode T1p fließt wie in 62A gezeigt ein Strom I1p zunehmend durch eine geschlossene Schleife; vom Glättkondensator C1 zum Glättkondensator C1 über das vierte Schaltelement Q4, die Last LD, den Induktor L und das erste Schaltelement Q1. Der Strom I1 wird von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C1 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 12A gezeigt.
In der zweiten Periode T2p fließt wie in 66B gezeigt ein Strom I2p zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die erste Diode D1, die Last LD, den Induktor L, das erste Schaltelement Q1 und die zweite Diode D2. Der Strom I2p fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung des Glättkondensators C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 12B gezeigt.
In der dritten Periode T3p fließt wie in 66C gezeigt ein Strom I3p abnehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die erste Diode D1, die Last LD, den Induktor L, die parasitäre Diode des zweiten Schaltelements Q2 und den Glättkondensator C1 und die zweite Diode D2. Der Strom I3p wird von einem Ladestrom zu dem Glättkondensator C1 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 12C gezeigt.
Die 67A–67C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar in einer ersten Periode T1n gesteuert auf der Basis des ersten Musters im negativen Zyklus, in einer zweiten Periode T2n gesteuert auf der Basis des zweiten Musters im negativen Zyklus bzw. in einer dritten Periode T3n gesteuert auf der Basis des dritten Musters im negativen Zyklus. in der ersten Periode T1n fließt wie in 67A gezeigt ein Strom I1n zunehmend durch eine geschlossene Schleife; vom Glättkondensator C1 zum Glättkondensator C1 über das zweite Schaltelement Q2, den Induktor L, die Last LD und das dritte Schaltelement Q3. Der Strom I1n wird von einem Entladestrom vom Glättkondensator C1 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 12A gezeigt.
In der zweiten Periode T2n fließt wie in 67B gezeigt ein Strom I2n zunehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die dritte Diode D3, den Induktor L, die Last LD, das dritte Schaltelement Q3 und die vierte Diode D4. Der Strom I2n fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung des Glättkondensators C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 12B gezeigt.
In der dritten Periode T3n fließt wie in 67C gezeigt ein Strom I3n abnehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die dritte Diode D3, den Induktor L, Last LD, die parasitäre Diode des vierten Schaltelements Q4, dem Glättkondensator C1 und die vierte Diode D4. Der Strom I3n wird von einem Ladestrom zu dem Glättkondensator C1 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 12C gezeigt.
Wie in der obigen Erläuterung gezeigt, ist in jedem des positiven und negativen Zyklus ein erster Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält, in der zweiten und dritten Periode T2, T3 gegeben, und ein zweiter Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD enthält, aber nicht die Wechselstromquelle enthält, ist in der ersten Periode T1 gegeben. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom zu der Last beschränken, wobei immer der Strom zu der Last und dem Induktor geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
Obwohl es bei dieser Ausführungsform erforderlich ist, jedes Schaltelement gemäß der Polarität der Wechselstromquelle zu steuern, ist es möglich, die Polarität der Wechselstromquelle unbeeinflußt durch Hochfrequenzspannung durch eine einfache Erfassungsschaltung zum Erfassen der Spannung eines Verbindungspunkts X zwischen der ersten Diode D1 und der vierten Diode D4 und der Spannung eines Verbindungspunkts Y zwischen der zweiten Diode D2 und der dritten Diode D3 zu unterscheiden, weshalb es möglich ist, jedes der Schaltelemente zu steuern; da entweder der Verbindungspunkt X oder der Verbindungspunkt Y das gleiche Potential wie die negativpolige Seite des Glättkondensator C1 gemäß der Polarität der Wechselstromquelle aufweist und nicht durch die durch das Ein- und Ausschalten der Schaltelemente erzeugte Hochfrequenzspannung beeinflußt wird, d. h. das elektrische Potential an dem Verbindungspunkt X und Y ändert sich mit der gleichen niedrigen Frequenz wie die Wechselstromquelle.
(Zwanzigste Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer zwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den 68–70 gezeigt. Eine Schaltungsanordnung des Leistungswandlers ist identisch mit der neunzehnten Ausführungsform, und ein Steuersystem der Steuerschaltung 1 unterscheidet sich von der neunzehnten Ausführungsform. Die ähnlichen Teile dieser Ausführungsformen sind mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Steuereinheit 1 kann den Strom immer zu der Last und zu dem Induktor schicken, wodurch die harmonische Verzerrung verbessert wird, nämlich ein Leistungsfaktor, indem das erste, zweite, dritte und vierte Schaltelement Q1–Q4 in sechs verschiedenen Muster gesteuert werden.
Diese sechs Muster sind in einen positiven Zyklus, in dem drei durchgehende Muster in einer positiven Halbwelle der Wechselstromquelle wiederholt werden, und einen negativen Zyklus, in dem die übrigen drei durchgehenden Muster in einer negativen Halbwelle der Wechselstromquelle wiederholt werden, klassifiziert. Jeder des positiven Zyklus und des negativen Zyklus wird abwechselnd bei einer niedrigen Frequenz von beispielsweise etwa 100 Hz wiederholt.
In einem ersten Muster im positiven Zyklus werden das erste und vierte Schaltelement Q1, Q4 eingeschaltet. In einem zweiten Muster wird nur das vierte Schaltelement Q4 eingeschaltet. In einem dritten Muster werden alle Schaltelemente Q1–Q4 ausgeschaltet. In einem ersten Muster im negativen Zyklus werden das zweite und dritte Schaltelement Q2, Q3 eingeschaltet, und in einem zweiten Muster wird nur das zweite Schaltelement Q2 eingeschaltet, und in einem dritten Muster werden alle Schaltelemente Q1–Q4 ausgeschaltet. Jedes Schaltelement wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher liegt als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hundert kHz.
Die 69A–69C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar in einer ersten Periode T1p gesteuert auf der Basis des ersten Musters im positiven Zyklus, in einer zweiten Periode T2p gesteuert auf der Basis des zweiten Musters im positiven Zyklus bzw. in einer dritten Periode T3p gesteuert auf der Basis des dritten Musters im positiven Zyklus. In der ersten Periode T1p fließt wie in 69A gezeigt ein Strom I1p zunehmend durch eine geschlossene Schleife; vom Glättkondensator C1 zum Glättkondensator C1 über das vierte Schaltelement Q4, die Last LD, den Induktor L und das erste Schaltelement Q1. Der Strom I1 wird von einem Entladestrom von dem Glättkondensator C1 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 24A gezeigt.
In der zweiten Periode T2p fließt wie in 69B gezeigt ein Strom I2p abnehmend durch gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; vom Induktor L zum Induktor L über die parasitäre Diode des zweiten Schaltelements Q2, das vierte Schaltelement Q4 und die Last LD. Der Strom I2p fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung des Glättkondensators C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 24B gezeigt.
In der dritten Periode T3p fließt wie in 69C gezeigt ein Strom I3p abnehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die erste Diode D1, die Last LD, den Induktor L, die parasitäre Diode des zweiten Schaltelements Q2, den Glättkondensator C1 und die zweite Diode D2. Der Strom I3p wird von einem Ladestrom zu dem Glättkondensator C1 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 24C gezeigt.
Die 70A–70C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar in einer ersten Periode T1n gesteuert auf der Basis des ersten Musters im negativen Zyklus, in einer zweiten Periode T2n gesteuert auf der Basis des zweiten Musters im negativen Zyklus bzw. in einer dritten Periode T3n gesteuert auf der Basis des dritten Musters im negativen Zyklus. In der ersten Periode T1n fließt wie in 70A gezeigt ein Strom I1n zunehmend durch eine geschlossene Schleife; vom Glättkondensator C1 zum Glättkondensator C1 über das zweite Schaltelement Q2, den Induktor L, die Last LD und das dritte Schaltelement Q3. Der Strom I1n wird von einem Entladestrom vom Glättkondensator C1 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 24A gezeigt.
In der zweiten Periode T2n fließt wie in 70B gezeigt ein Strom I2n abnehmend durch gegenelektromotorische Kraft des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; vom Induktor L zum Induktor L über die Last LD, die parasitäre Diode des vierten Schaltelements Q4 und das zweite Schaltelement Q2. Der Strom I2n fließt unabhängig von einer Ladung und einer Entladung des Glättkondensators C1. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 24B gezeigt.
In der dritten Periode T3n fließt wie in 70C gezeigt ein Strom I3n abnehmend durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die dritte Diode D3, den Induktor L, die Last LD, die parasitäre Diode des vierten Schaltelements Q4, dem Glättkondensator C1 und die vierte Diode D4. Der Strom I3n wird von einem Ladestrom zum Glättkondensator C1 begleitet. Eine vereinfachte Äquivalenzschaltung in dieser Periode ist in 24C gezeigt.
Wie in der obigen Erläuterung gezeigt, ist in jedem des positiven und negativen Zyklus ein erster Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält, in der dritten Periode T3 gegeben, und ein zweiter Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD, aber nicht die Wechselstromquelle enthält, ist in der ersten und zweiten Periode T1, T2 gegeben. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom zu der Last beschränken, wobei immer der Strom zu der Last und dem Induktor geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
(Einundzwanzigste Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer einundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung wird auf der Basis der 71–73 erläutert. Dieser Leistungswandler weist eine Umkehrschaltung auf, an die eine Entladungslampe La als Last LD angeschlossen ist, und liefert Gleichstrom an die Eingangsanschlüsse der Umkehrschaltung. In der Umkehrschaltung sind vier Schaltelemente Q11–Q14 so geschaltet, daß sie eine Vollbrücke bilden, und die Entladungslampe La ist zwischen die Ausgangsanschlüsse der Umkehrschaltung geschaltet.
Dieser Leistungswandler weist eine Gleichrichterschaltung DB auf, die einen Wechselstrom von einer Wechselstromquelle gleichrichtet, zwei Schaltelemente Q1 und Q2, einen Induktor L und einen Glättkondensator C1. Das erste Schaltelement Q1 ist in Reihe mit einem Induktor L und der Last LD an die Gleichrichterschaltung DB angeschlossen, und eine erste Diode D1, der Glättkondensator C1 und eine zweite Diode D2 sind in Reihe an den Induktor L angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus dem zweiten Schaltelement Q2, dem Induktor L und der Last LD ist an den Glättkondensator C1 angeschlossen. Die erste Diode D1 und das zweite Schaltelement Q2 sind in Reihe an den Induktor L angeschlossen. Die erste und zweite Diode D1, D2 definieren ein gleichrichtendes Bauelement das den Strom zum Glättkondensator shuntet, der vom Induktor L zu der Last LD, geliefert werden soll.
Die Steuerschaltung kann einen Leistungsfaktor verbessern und den Strom zu der Last begrenzen, wobei der Strom immer sowohl zu der Last als auch dem Induktor geschickt wird, indem das erste und zweite Schaltelement so gesteuert werden, daß sie eine Periode aufweisen, in der sie abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden, und eine Periode, in der sie gleichzeitig ausgeschaltet werden.
72 zeigt ein Steuersystem des ersten und zweiten Schaltelements Q1, Q2 und des elften – vierzehnten Schaltelements Q11–Q14. Das erste und zweite Schaltelement Q1, Q2 werden in drei Muster gesteuert. In einem ersten Muster wird das zweite Schaltelement Q2 eingeschaltet. In einem zweiten Muster wird das erste Schaltelement Q1 eingeschaltet. In einem dritten Muster werden beide Schaltelemente Q1, Q2 ausgeschaltet. Eine niederfrequente Wechselstromleistung kann der Entladungslampe La zugeführt werden, indem die Schaltelemente Q11–Q14, die die Umkehrschaltung als Last bilden, synchron zur Wechselstromquelle gesteuert werden, während diese drei Muster wiederholt werden. Jedes der Schaltelemente Q1, Q2 wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher ist als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hundert kHz. Ein Tiefpaßfilter, das verhindert, daß die Hochfrequenzkomponente, die durch die Ein- und Ausschaltvorgänge der Schaltelemente Q1 und Q2 erzeugt wird, der Wechselstromleistung überlagert wird, ist zwischen die Wechselstromquelle und die Gleichrichterschaltung DB geschaltet.
Die 73A–73C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar in einer ersten Periode T1 gesteuert auf der Basis des ersten Musters und in einer zweiten Periode T2 gesteuert auf der Basis des zweiten Musters bzw. in einer dritten Periode T3 gesteuert auf der Basis des dritten Musters. In der ersten Periode T1 fließt wie in 73A gezeigt der Strom zunehmend durch eine geschlossene Schleife; vom Glättkondensator C1 zum Glättkondensator C1 über das zweite Schaltelement Q2, den Induktor L und die Last LD, und der Strom zu der Last LD wird durch den Induktor L begrenzt. Der Strom wird von einem Entladestrom aus dem Glättkondensator C1 begleitet.
In der zweiten Periode T2 fließt der Strom wie in 73B gezeigt durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die Gleichrichterschaltung DB, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die Last LD und die Gleichrichterschaltung DB. In dieser Periode wird entsprechend der Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung DB geändert, ob der durch den Induktor L fließende Strom zunimmt oder abnimmt, d. h., ob Energie im Induktor L gespeichert oder vom Induktor L entladen wird.
In der dritten Periode T3 fließt wie in 73C gezeigt der Strom anhand von gespeicherter Energie des Induktors L durch eine geschlossene Schleife; vom Induktor L zum Induktor L über die Last LD und die zweite Diode D2.
Wie in der obigen Erläuterung gezeigt, ist ein erster Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält, in der zweiten und dritten Periode T2, T3 und ein zweiter Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD, aber nicht die Wechselstromquelle enthält, in der ersten Periode T1 gegeben. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom auf die Last begrenzen, wobei immer der Strom zu der Last und dem Induktor geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
Bei dieser Ausführungsform bilden das erste Schaltelement Q1, der Induktor L und die zweite Diode D2 einen Tiefsetzsteller, der die Gleichrichterschaltung als eine Stromversorgung ansieht und Strom an die Last LD liefert. Als Schaltelement kann ein wohlbekanntes Element wie etwa ein MOSFET, ein Bipolartransistor und ein IGBT verwendet werden. Außerdem bilden das zweite Schaltelement Q2, der Induktor L und die zweite Diode D2 einen Tiefsetzsteller, der den Glättkondensator C1 als eine Stromversorgung ansieht und Leistung an die Last LD liefert.
Falls in der in 73C gezeigten Periode T3 ein Überschuß der gespeicherten Energie des Induktors L erzeugt und die Spannung am Induktor L höher wird als die Spannung am Glättkondensator C1, leitet die erste Diode D1 einen Strom, und die gespeicherte Energie des Induktors L wird für eine Ladung des Glättkondensators C1 durch eine geschlossene Schleife verwendet; vom Induktor L zum Induktor L über die erste Diode D1, den Glättkondensator C1 und die zweite Diode D2. Beispielsweise wird bei einem Wellenberg der Spannungswelle, wo die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung DB in der Nähe des Spitzenwerts ist, der Überschuß der gespeicherten Energie des Induktors L erzeugt und der Glättkondensator C1 geladen. Das heißt, es wird verhindert, daß die Versorgungsspannung zu der Last überflüssig wird, da die erste Diode D1 in Reihe mit dem Induktor L und dem Glättkondensator C1 an die Gleichrichterschaltung DB angeschlossen ist und der Strom in der Nähe der Spitzenspannung der Wechselstromquelle durch die erste Diode D1 zum Glättkondensator C1 geshuntet wird.
Andererseits wird im Wellental der Spannungswelle, wo die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung DB in der Nähe von 0 V ist, die gespeicherte Energie des Induktors L nur der Last LD zugeführt. Auch in dem Zustand von 73B kann die erste Diode D1 einen Strom leiten und der Glättkondensator C1 geladen werden, und zwar abhängig von einer Beziehung zwischen dem elektrischen Potential des Verbindungspunkts des Induktors L mit der Last LD und dem elektrischen Potential des positiven Pols des Glättkondensators C1.
Falls ein Überschuß der Eingangsenergie erzeugt wird und die Spannung am Glättkondensator C1 ansteigt, leitet außerdem die erste Diode D1 den Strom nicht im Zustand von 73C, und die Strecke, auf der der Strom zu der Last LD fließt, wird länger. Deshalb nimmt die Ausgangsenergie zu der Last LD zu. Falls andererseits zu wenig Eingangsenergie erzeugt wird und die Spannung am Glättkondensator C1 abfällt, nimmt die Strecke zu, auf der der Ladestrom zu dem Glättkondensator C1 fließt, weshalb die Ausgangsenergie zu der Last LD abnimmt. Auf diese Weise wird die Bilanz zwischen der Eingangsenergie und der Ausgangsenergie automatisch nachgestellt, weil die Ausgangsenergie zu der Last LD entsprechend der Zunahme oder Abnahme der Eingangsenergie zunimmt oder abnimmt, so daß die Bilanz weder zu groß noch zu klein ist. Es ist deshalb leicht, die Schaltelemente Q1, Q2 zu steuern, und es wird möglich, sie durch eine einfache Steuerschaltung zu steuern.
(Zweiundzwanzigste Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer zweiundzwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den 74 und 75 gezeigt. Eine Schaltungsanordnung des Leistungswandlers ist identisch mit der einundzwanzigsten Ausführungsform, mit der Ausnahme, daß der Induktor L eine Primärwicklung n1 und eine Sekundärwicklung n2 enthält. Die ähnlichen Teile dieser Ausführungsformen sind mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Bei diesem Leistungswandler ist das erste Schaltelement Q1 in Reihe mit der Primärwicklung n1 des Induktors L und der Last LD an die Gleichrichterschaltung DB angeschlossen. Das zweite Schaltelement Q2, der Induktor L und die Last LD sind in Reihe an den Glättkondensator C1 angeschlossen. Die Sekundärwicklung n2 und eine erste Diode D1 sind an den Glättkondensator C1 angeschlossen. Die Last LD und eine zweite Diode D2 sind in Reihe an die Primärwicklung n1 angeschlossen. Die Polarität der Sekundärwicklung n2 des Induktors L ist wie in 74 gezeigt eingestellt.
Die Steuerschaltung steuert das erste und zweite Schaltelement Q1, Q2, so daß sie drei Muster wiederholen können, die eine Periode enthalten, in der sie abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden, und eine Periode, in der sie gleichzeitig ausgeschaltet werden.
In einem ersten Muster wird das zweite Schaltelement Q2 eingeschaltet, und wie in 75A gezeigt fließt ein Strom in einer geschlossenen Schleife; von dem Glättkondensator C1 zum Glättkondensator C1 über das zweite Schaltelement Q2, die Primärwicklung n1 des Induktors L und die Last LD. In dieser Periode nimmt ein durch die Primärwicklung n1 des Induktors L fließender Strom mit der Zeit zu, und Energie wird im Induktor L gespeichert, und der Induktor wirkt wie ein Strombegrenzungselement zu der Last LD. Obgleich in dieser Periode in der Sekundärwicklung n2 eine Spannung induziert wird, fließt kein Ladestrom zu dem Glättkondensator C1, da der Induktor so eingerichtet ist, daß die induzierte Spannung unter der Spannung am Glättkondensator C1 liegt.
In der zweiten Periode wird das erste Schaltelement Q1 eingeschaltet, und ein Strom fließt in einer geschlossenen Schleife, wie in 75B gezeigt; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die Gleichrichterschaltung DB, das erste Schaltelement Q1, die Primärwicklung n1 des Induktors L, die Last und die Gleichrichterschaltung DB. Auch in dieser Periode fließt, obwohl in der Sekundärwicklung n2 des Induktors eine Spannung induziert wird, kein Ladestrom zu dem Glättkondensator C1, da der Induktor so eingerichtet ist, daß die induzierte Spannung unter der Spannung am Glättkondensator C1 liegt.
In der dritten Periode werden sowohl das erste als auch das zweite Schaltelement Q1, Q2 ausgeschaltet, und die geladene Energie des Induktors wird durch zwei geschlossene Schleifen entladen; eine von der Primärwicklung n1 des Induktors L zur Primärwicklung n1 über die Last LD und die zweite Diode D2 und die andere von der Sekundärwicklung n2 des Induktors L zur Sekundärwicklung n2 über den Glättkondensator C1 und die erste Diode D1.
Falls die Spannung an der Sekundärwicklung n2 höher wird als die Spannung am Glättkondensator C1, fließt der Ladestrom von der Sekundärwicklung n2 zum Glättkondensator C1. Zu diesem Zeitpunkt leitet die erste Diode den Strom, und die gespeicherte Energie des Induktors L wird für die Ladung des Glättkondensators C1 verwendet. Auf diese Weise kann bei dieser Anordnung der vorliegenden Ausführungsform die an den Glättkondensator C1 angelegte Spannung durch ein Wicklungsverhältnis der Primärwicklung n1 und der Sekundärwicklung n2 entsprechend eingerichtet werden, und die Freiheit beim Schaltungsdesign kann erhöht werden.
Falls beispielsweise das Wicklungsverhältnis der Primärwicklung n1 und der Sekundärwicklung n2 n ist, die Spannung des Glättkondensators VC1 ist, die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung VE ist und der Absolutwert der Lastspannung VLa beträgt, dann kann die Spannung Vn2 an der Sekundärwicklung n2 wie folgt ausgedrückt werden:
in der Periode von 75A: Vn2a = –n(VC1 – VLa);
in der Periode von 75B: Vn2b = –n(VE – VLa);
in der Periode von 75C: Vn2c = n·VLa.
bei VE ≥ 0 gilt Vn2c ≥ Vn2c.
Falls das Wicklungsverhältnis n so gewählt wird, daß VC1 = Vn2c ist, kann der Ladestrom deshalb so eingerichtet werden, daß er von der Sekundärwicklung n2 nur dann zum Glättkondensator C1 fließt, wenn 75C.
(Dreiundzwanzigste Ausführungsform)
Ein Leistungswandler gemäß einer dreiundzwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Basis der 76–78 erläutert. Dieser Leistungswandler weist eine Umkehrschaltung auf, an die eine Entladungslampe La als Last LD angeschlossen ist, und liefert Gleichstrom an die Eingangsanschlüsse der Umkehrschaltung. In der Umkehrschaltung sind vier Schaltelemente Q11–Q14 so geschaltet, daß sie eine Vollbrücke bilden, und die Entladungslampe La ist zwischen die Ausgangsanschlüsse der Umkehrschaltung geschaltet.
Dieser Leistungswandler weist eine Gleichrichterschaltung DB auf, die einen Wechselstrom von einer Wechselstromquelle gleichrichtet, zwei Schaltelemente Q1 und Q2, einen Induktor L und einen Glättkondensator C1. Das erste Schaltelement Q1 ist in Reihe mit dem Induktor L, der Last LD, dem Glättkondensator C1 und dem zweiten Schaltelement Q2 an die Gleichrichterschaltung DB angeschlossen. Und das erste Schaltelement ist in Reihe mit dem Induktor L, der Last LD und einer ersten Diode D1 an die Gleichrichterschaltung angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus einer zweiten Diode D2, dem Glättkondensator C1 und einer dritten Diode D3 ist am Induktor L eingesetzt, und die zweite Diode D2 und die dritte Diode D3 bilden einen Weg zum Schicken eines Ladestroms vom Induktor zu dem Glättkondensator.
Die Steuerschaltung kann einen Leistungsfaktor verbessern und den Strom zu der Last begrenzen, wobei der Strom immer sowohl zu der Last als auch dem Induktor geschickt wird, indem das erste und zweite Schaltelement so gesteuert werden, daß sie eine Periode aufweisen, in der sie abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden, und eine Periode, in der sie gleichzeitig ausgeschaltet werden.
77 zeigt ein Steuersystem des ersten und zweiten Schaltelements Q1, Q2 und des elften – vierzehnten Schaltelements Q11–Q14. Das erste und zweite Schaltelement Q1, Q2 werden in drei Mustern gesteuert. In einem ersten Muster werden das erste und zweite Schaltelement Q1, Q2 eingeschaltet. In einem zweiten Muster wird das erste Schaltelement Q1 eingeschaltet. In einem dritten Muster werden beide Schaltelemente Q1, Q2 ausgeschaltet. Eine niederfrequente Wechselstromleistung kann der Entladungslampe La zugeführt werden, indem die Schaltelemente Q11–Q14, die die Umkehrschaltung als Last bilden, synchron zur Wechselstromquelle gesteuert werden, während diese drei Muster wiederholt werden. Jedes der Schaltelemente Q1, Q2 wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher ist als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hundert kHz. Ein Tiefpaßfilter, das verhindert, daß die Hochfrequenzkomponente, die durch die Ein- und Ausschaltvorgänge der Schaltelemente Q1 und Q2 erzeugt wird, der Wechselstromleistung überlagert wird, ist zwischen die Wechselstromquelle und die Gleichrichterschaltung DB geschaltet.
Die 78A–78C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar in einer ersten Periode T1 gesteuert auf der Basis des ersten Musters und in einer zweiten Periode T2 gesteuert auf der Basis des zweiten Musters bzw. in einer dritten Periode T3 gesteuert auf der Basis des dritten Musters. In der ersten Periode T1 fließt wie in 78A gezeigt der Strom durch eine geschlossene Schleife; vom Glättkondensator C1 zum Glättkondensator C1 über das zweite Schaltelement Q2, die Gleichrichterschaltung DB, die Wechselstromquelle, die Gleichrichterschaltung DB, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L und die Last LD. In dieser Periode nimmt ein durch den Induktor L fließender Strom mit der Zeit zu, und Energie wird im Induktor L gespeichert, und der Induktor arbeitet wie ein Strombegrenzungselement für die Last LD. Durch diesen Vorgang wird eine Spannung, die die Spannung am Glättkondensator C1 zur Ausgangsspannung der Gleichrichterspannung addiert, an eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angelegt.
In der zweiten Periode T2 fließt wie in 78B gezeigt der Strom durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die Gleichrichterschaltung DB, das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die Last LD, die erste Diode D1 und die Gleichrichterschaltung DB. In dieser Periode wird nur die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung DB an die Reihenschaltung aus dem Induktor und der Last LD angelegt, die Energie des Induktors L wird entladen.
In der dritten Periode T3 wird wie in 78C gezeigt die gespeicherte Energie des Induktors L durch zwei geschlossene Schleifen entladen; eine vom Induktor L zum Induktor L über die Last LD und die dritte Diode D3 und die andere vom Induktor L zum Induktor L über die zweite Diode D2, den Glättkondensator C1 und die dritte Diode D3. Falls die Spannung am Induktor L höher wird als die Spannung am Glättkondensator C1, fließt der Ladestrom von der Sekundärwicklung n2 zu dem Glättkondensator C1. Zu diesem Zeitpunkt leitet die zweite Diode den Strom, und die gespeicherte Energie des Induktors L wird für die Ladung des Glättkondensators C1 verwendet.
Wie in der obigen Erläuterung gezeigt, ist ein erster Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält, in der ersten und zweiten Periode T1, T2 und ein zweiter Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife flieht, die den Induktor L und die Last LD, aber nicht die Wechselstromquelle enthält, in der dritten Periode T3 gegeben. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom auf die Last begrenzen, wobei immer der Strom zu der Last und dem Induktor geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
(Vierundzwanzigste Ausführungsform)
Ein Stromwandler gemäß einer vierundzwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Basis der 79–82 erläutert. Dieser Stromwandler ist so ausgelegt, daß er Wechselstromleistung von einer Wechselstromquelle in Gleichstromleistung und danach die Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umwandelt, um einen Wechselstrom mit einer niederfrequenten Rechteckwelle von beispielsweise 100 Hz an eine Last wie eine Entladungslampe zu liefern. Dieser Stromwandler enthält vier Schaltelemente Q1–Q4, einen Induktor L und zwei Glättkondensatoren C1, C2. Das erste und zweite Schaltelement Q1 und Q2, die jeweils durch einen FET definiert sind, weisen jeweils eine parasitäre Diode auf, die eine Überbrückung definiert, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt.
Eine erste Diode D1, das erste Schaltelement Q1, der Induktor L und eine Last LD werden in Reihe an die Wechselstromquelle angeschlossen. Außerdem sind die Last LD, der Induktor L, das zweite Schaltelement Q2 und eine zweite Diode D2 in Reihe an die Wechselstromquelle angeschlossen. Das dritte Schaltelement Q3 und die Überbrückung des zweiten Schaltelements Q2 sind in Reihe an eine Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen. Außerdem sind eine dritte Diode D3, der Glättkondensator C1 und die Überbrückung des zweiten Schaltelements Q2 in Reihe an den Induktor L angeschlossen. Die Überbrückung des ersten Schaltelements Q1 und das vierte Schaltelement Q4 sind in Reihe an die Reihenschaltung aus dem Induktor L und der Last LD angeschlossen. Die Überbrückung des ersten Schaltelements Q1, der Glättkondensator C1 und eine vierte Diode D4 sind in Reihe an den Induktor L angeschlossen. Außerdem bilden die dritte Diode D3 und die vierte Diode D4 einen Weg, um einen Ladestrom vom Induktor zum Glättkondensator C1 zu schicken.
Die Steuerschaltung schickt den Strom in einer Richtung zu der Last, indem sie das erste und dritte Schaltelement Q1 und Q3 so steuert, daß beide Schaltelemente drei Muster wiederholen, die eine Periode, in der beide Schaltelemente gleichzeitig eingeschaltet sind, und Perioden, in denen eines von ihnen eingeschaltet ist, während veranlaßt wird, daß sich das zweite und vierte Schaltelement Q2 und Q4 ausschalten, umfassen. Außerdem schickt die Steuerschaltung den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last, indem sie das zweite und vierte Schaltelement Q2 und Q4 so steuert, daß beide Schaltelemente drei Muster wiederholen, die eine Periode, in der beide Schaltelemente gleichzeitig eingeschaltet sind, und Perioden, in denen eines von ihnen eingeschaltet ist, während veranlaßt wird, daß sich das erste und dritte Schaltelement Q1 und Q3 ausschalten, umfassen.
Die Steuerschaltung 1 kann immer den Strom sowohl zur Last als auch zu dem Induktor schicken, wodurch die harmonische Verzerrung verbessert wird, nämlich ein Leistungsfaktor, indem das erste, zweite, dritte und vierte Schaltelement Q1–Q4 in sechs verschiedenen Mustern gesteuert werden. Diese sechs Muster sind in einen positiven Zyklus, in dem drei durchgehende Muster in einer positiven Halbwelle der Wechselstromquelle wiederholt werden, und einem negativen Zyklus, in dem die übrigen drei durchgehenden Muster in einer negativen Halbwelle der Wechselstromquelle wiederholt werden, klassifiziert. Jeder des positiven Zyklus und des negativen Zyklus wird abwechselnd bei einer niedrigen Frequenz von beispielsweise 100 Hz wiederholt. 80 zeigt ein Steuersystem zum Steuern der Schaltelemente Q1–Q4.
In einem ersten Muster im positiven Zyklus werden das erste und dritte Schaltelement Q1, Q3 eingeschaltet. In einem zweiten Muster wird nur das erste Schaltelement Q1 eingeschaltet. In einem dritten Muster wird nur das dritte Schaltelement Q3 eingeschaltet. In einem ersten Muster im negativen Zyklus werden das zweite und vierte Schaltelement Q2, Q4 eingeschaltet, und in einem zweiten Muster wird nur das zweite Schaltelement Q2 eingeschaltet, und in einem dritten Muster wird nur das vierte Element Q4 eingeschaltet. Jedes Schaltelement wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher ist als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hundert kHz.
Die 81A–81C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar in einer ersten Periode T1p gesteuert auf der Basis des ersten Musters im positiven Zyklus, in einer zweiten Periode T2p gesteuert auf der Basis des zweiten Musters im positiven Zyklus bzw. in einer dritten Periode T3p gesteuert auf der Basis des dritten Musters im positiven Zyklus. In der ersten Periode T1p fließt wie in 81A gezeigt der Strom durch eine geschlossene Schleife; vom Glättkondensator C1 zum Glättkondensator C1 über das erste Schaltelement Q1, den Induktor L, die Last LD und das dritte Schaltelement Q3. In dieser Periode nimmt ein durch den Induktor L fließender Strom mit der Zeit zu, und Energie wird im Induktor L gespeichert, und der Induktor L arbeitet als ein Strombegrenzungselement für die Last LD.
In der zweiten Periode T2p fließt wie in 81 B gezeigt der Strom durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die erste Diode D1, das Schaltelement Q1, den Induktor L und die Last LD. In dieser Periode wird entsprechend der Größenbeziehung zwischen der Spannung an der Wechselstromquelle und der Spannung am Induktor L darüber entschieden, ob der durch den Induktor L fließende Strom zunimmt oder abnimmt, d. h., ob Energie im Induktor L gespeichert oder aus dem Induktor L entladen wird.
In der dritten Periode T3p wird wie in 81C gezeigt die gespeicherte Energie des Induktors L durch zwei geschlossene Schleifen entladen; eine vom Induktor L zum Induktor L über die Last LD, das dritte Schaltelement Q3 und die Überbrückung des zweiten Schaltelements Q2 und die andere vom Induktor L zum Induktor L über die dritte Diode D3, den Glättkondensator C1 und die Überbrückung des zweiten Schaltelements Q2. Die geschlossene Schleife, die den Glättkondensator C1 enthält, wird gebildet, wenn die Spannung am Induktor L um die gespeicherte Energie des Induktors L höher wird als die Spannung des Glättkondensators C1. Die EIN-Länge des ersten Schaltelements Q1, die Größe des Induktors L usw. sind so ausgelegt, daß die in der Periode von 81C am Induktor L erzeugte Spannung höher ist als die Spitzenspannung der Wechselstromquelle. Somit wird in dieser Periode der Glättkondensator C1 durch die Energie des Induktors L geladen, nicht durch die Wechselstromquelle.
Die 82A–82C zeigen einen Strom, der durch die Schaltung fließt, und zwar in einer ersten Periode T1n gesteuert auf der Basis des ersten Musters im negativen Zyklus, in einer zweiten Periode T2n gesteuert auf der Basis des zweiten Musters im negativen Zyklus bzw. in einer dritten Periode T3n gesteuert auf der Basis des dritten Musters im negativen Zyklus. In der ersten Periode T1n fließt wie in 82A gezeigt ein Strom durch eine geschlossene Schleife; vom Glättkondensator C1 zum Glättkondensator C1 über das vierte Schaltelement Q24, die Last LD, den Induktor L und das zweite Schaltelement Q2. In dieser Periode nimmt ein durch den Induktor L fließender Strom mit der Zeit zu, und Energie wird im Induktor L gespeichert.
In der zweiten Periode T2n fließt wie in 82B gezeigt ein Strom durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die Last LD, den Induktor L, das zweite Schaltelement Q2 und die zweite Diode D2. In dieser Periode wird entsprechend der Größenbeziehung zwischen der Spannung an der Wechselstromquelle und der Spannung am Induktor L darüber entschieden, ob der durch den Induktor L fließende Strom zunimmt oder abnimmt, d. h., ob Energie im Induktor L gespeichert oder aus dem Induktor L entladen wird.
In der dritten Periode T3n wird wie in 82C gezeigt die gespeicherte Energie des Induktors L durch zwei geschlossene Schleifen entladen; eine vom Induktor L zum Induktor L über die Überbrückung des ersten Schaltelements Q1, das vierte Schaltelement Q4 und die Last LD und die andere vom Induktor L zum Induktor L über die Überbrückung des ersten Schaltelements Q1, den Glättkondensator C1 und die vierte Diode D4. Die den Glättkondensator C1 enthaltende geschlossene Schleife wird gebildet, wenn die Spannung am Induktor L um die gespeicherte Energie des Induktors L höher wird als die Spannung des Glättkondensators C1. Die EIN-Länge des ersten Schaltelements Q1, die Größe des Induktors L usw. sind so ausgelegt, daß die in der Periode von 82C am Induktor L erzeugte Spannung höher ist als die Spitzenspannung der Wechselstromquelle. Somit wird in dieser Periode der Glättkondensator C1 durch die Energie des Induktors L geladen, nicht durch die Wechselstromquelle.
Wie in der obigen Erläuterung gezeigt, ist in jedem des positiven und negativen Zyklus ein erster Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält, in der zweiten Periode T2 gegeben, und ein zweiter Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD, aber nicht die Wechselstromquelle enthält, ist in der ersten und dritten Periode T1, T3 gegeben. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom zur Last begrenzen, wobei der Strom immer zu der Last und zu dem Induktor geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
(Fünfundzwanzigste Ausführungsform)
Ein Stromwandler gemäß einer fünfundzwanzigsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf der Basis der 83–85 erläutert. Dieser Stromwandler ist so ausgelegt, daß er Wechselstromleistung von einer Wechselstromquelle in Gleichstromleistung und danach die Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umwandelt, um einen Wechselstrom mit einer niederfrequenten Rechteckwelle von beispielsweise 100 Hz an eine Last wie eine Entladungslampe zu liefern. Dieser Stromwandler enthält vier Schaltelemente Q1–Q4, einen Induktor L und einen Glättkondensator C1. Das erste und zweite Schaltelement Q1 und Q2, die jeweils durch einen FET definiert sind, weisen jeweils eine parasitäre Diode auf, die eine Überbrückung definiert, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt. Der Induktor L besitzt eine Primärwicklung n1 und eine Sekundärwicklung n2.
Eine erste Diode D1, das erste Schaltelement Q1, die Primärwicklung n1 des Induktors L und die Last LD sind in Reihe an die Wechselstromquelle angeschlossen, und außerdem sind die Last LD, die Primärwicklung n1, das zweite Schaltelement Q2 und eine zweite Diode D2 in Reihe an die Wechselstromquelle angeschlossen. Das dritte Schaltelement Q3 und die Überbrückung des zweiten Schaltelements Q2 sind in Reihe an eine Reihenschaltung aus der Primärwicklung n1 und der Last LD angeschlossen. Die Überbrückung des ersten Schaltelements Q1 und das vierte Schaltelement Q4 sind in Reihe an die Reihenschaltung aus der Primärwicklung n1 und der Last LD angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus einer dritten Diode D3, dem Glättkondensator C1 und einer vierten Diode D4 ist an die Sekundärwicklung n2 angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus einer fünften Diode D5, dem Glättkondensator C1 und einer sechsten Diode D6 ist ebenfalls an die Sekundärwicklung n2 angeschlossen. Eine Reihenschaltung aus dem ersten Schaltelement Q1, der Primärwicklung n1, der Last LD, dem dritten Schaltelement Q3 ist am Glättkondensator C1 eingesetzt. Eine Reihenschaltung aus dem vierten Schaltelement Q4, der Last LD, der Primärwicklung n1, dem zweiten Schaltelement Q2 ist ebenfalls an dem Glättkondensator C1 eingesetzt. Die Dioden D3–D6 bilden einen Weg, um einen Ladestrom vom Induktor zum Glättkondensator zu schicken.
Die Steuerschaltung schickt den Strom in einer Richtung zu der Last, indem sie das erste und dritte Schaltelement Q1, Q3 so steuert, daß beide Schaltelemente drei Muster wiederholen, die eine Periode, in der beide Schaltelemente gleichzeitig eingeschaltet sind, und Perioden, in denen eines von ihnen eingeschaltet ist, während veranlaßt wird, daß das zweite und vierte Schaltelement Q2 und Q4 ausschalten, umfassen. Außerdem schickt die Steuerschaltung den Strom in der umgekehrten Richtung zu der Last, indem sie das zweite und vierte Schaltelement Q2 und Q4 so steuert, daß beide Schaltelemente drei Muster wiederholen, die eine Periode, in der beide Schaltelemente gleichzeitig eingeschaltet sind, und Perioden, in denen eines von ihnen eingeschaltet ist, während veranlaßt wird, daß das erste und dritte Schaltelement Q1 und Q3 ausschalten, umfassen.
Die Steuerschaltung kann den Strom immer sowohl zur Last als auch zu dem Induktor schicken, wodurch die harmonische Verzerrung verbessert wird, nämlich ein Leistungsfaktor, indem das erste, zweite, dritte und vierte Schaltelement Q1–Q4 in sechs verschiedenen Ein-/Aus-Mustern gesteuert werden. Diese sechs Muster sind in einen positiven Zyklus, in dem drei durchgehende Muster in einer positiven Halbwelle der Wechselstromquelle wiederholt werden, und einen negativen Zyklus, in dem die übrigen drei durchgehenden Muster in einer negativen Halbwelle der Wechselstromquelle wiederholt werden, klassifiziert. Jeder des positiven Zyklus und des negativen Zyklus wird bei einer niedrigen Frequenz von beispielsweise 100 Hz wiederholt. Jedes Schaltelement wird mit einer Frequenz ein- und ausgeschaltet, die ausreichend höher liegt als die Frequenz der Wechselstromquelle (50–60 Hz), beispielsweise dutzende – mehrere hundert kHz.
Die 84A–84C zeigen ein Steuersystem in einem ersten Muster des positiven Zyklus, in einem zweiten Muster des positiven Zyklus bzw. in einem dritten Muster des positiven Zyklus. Wie in 84A gezeigt werden in einer Periode des ersten Musters das erste und dritte Schaltelement Q1, Q3 eingeschaltet, und ein Strom fließt durch eine geschlossene Schleife; vom Glättkondensator C1 zum Glättkondensator C1 über das erste Schaltelement Q1, die Primärwicklung n1 des Induktors L, die Last LD und das dritte Schaltelement Q3. In dieser Periode nimmt der durch die Primärwicklung n1 des Induktors L fließende Strom mit der Zeit zu, und Energie wird im Induktor L gespeichert, und der Induktor arbeitet als ein Strombegrenzungselement für die Last LD.
Wie in 84B gezeigt ist in einer Periode des zweiten Musters nur das erste Schaltelement Q1 eingeschaltet, und ein Strom fließt durch eine Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die erste Diode D1, das erste Schaltelement Q1, die Primärwicklung n1 des Induktors L und die Last LD. In dieser Periode wird entsprechend der Größenbeziehung zwischen der Spannung an der Wechselstromquelle und der Spannung an der Primärwicklung n1 darüber entschieden, ob der durch die Primärwicklung n1 fließende Strom zunimmt oder abnimmt, d. h., ob Energie im Induktor L gespeichert oder aus dem Induktor L entladen wird.
Wie in 84C gezeigt wird in einer Periode des dritten Musters nur das dritte Schaltelement Q3 eingeschaltet und die gespeicherte Energie des Induktors L durch zwei geschlossene Schleifen entladen; eine von der Primärwicklung n1 des Induktors L zu der Primärwicklung n1 über die Last LD und das dritte Schaltelement Q3 und die Überbrückung des zweiten Schaltelements Q2 und die andere von der Sekundärwicklung n2 des Induktors L zu der Sekundärwicklung n2 über die dritte Diode D3, den Glättkondensator C1 und die vierte Diode D4. Die den Glättkondensator C1 enthaltende geschlossene Schleife wird nur dann gebildet, wenn die Spannung an der Sekundärwicklung n2 um die gespeicherte Energie des Induktors L höher wird als die Spannung des Glättkondensators C1.
Die 85A–85C zeigen ein Steuersystem in einem ersten Muster des negativen Zyklus, in einem zweiten Muster des negativen Zyklus bzw. in einem dritten Muster des negativen Zyklus. Wie in 85A gezeigt werden in einer Periode des ersten Musters das zweite und vierte Schaltelement Q2, Q4 eingeschaltet, und ein Strom fließt durch eine geschlossene Schleife; von dem Glättkondensator C1 zu dem Glättkondensator C1 über das vierte Schaltelement Q4, die Last LD, die Primärwicklung n1 des Induktors L, und das zweite Schaltelement Q2. In dieser Periode nimmt der durch die Primärwicklung n1 des Induktors L fließende Strom mit der Zeit zu, und Energie wird im Induktor L gespeichert, und der Induktor L arbeitet als ein Strombegrenzungselement für die Last LD.
Wie in 85B gezeigt wird in einer Periode des zweiten Musters nur das zweite Schaltelement Q2 eingeschaltet, und ein Strom fließt durch eine geschlossene Schleife; von der Wechselstromquelle zu der Wechselstromquelle über die Last LD, die Primärwicklung n1 des Induktors L, das zweite Schaltelement Q2 und die zweite Diode D2. In dieser Periode wird entsprechend der Größenbeziehung zwischen der Spannung an der Wechselstromquelle und der Spannung an der Primärwicklung n1 darüber entschieden, ob der durch die Primärwicklung n1 fließende Strom zunimmt oder abnimmt, d. h., ob Energie im Induktor L gespeichert oder aus dem Induktor L entladen wird.
Wie in 85C gezeigt wird in einer Periode des dritten Musters nur das vierte Schaltelement Q4 eingeschaltet und die gespeicherte Energie des Induktors L durch zwei geschlossene Schleifen entladen; eine von der Primärwicklung n1 des Induktors L zur Primärwicklung n1 über die Überbrückung des ersten Schaltelements Q1, das vierte Schaltelement Q4 und die Last LD und die andere von der Sekundärwicklung n2 des Induktors L zur Sekundärwicklung n2 über die fünfte Diode D5, den Glättkondensator C1 und die sechste Diode D6. Die den Glättkondensator C1 enthaltende geschlossene Schleife wird nur dann gebildet, wenn die Spannung an der Sekundärwicklung n2 um die gespeicherte Energie des Induktors L höher wird als die Spannung des Glättkondensators C1.
Wie in der obigen Erläuterung gezeigt, ist in jedem des positiven und negativen Zyklus ein erster Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die die Wechselstromquelle, den Induktor L und die Last LD enthält, in der zweiten Periode T2 gegeben, und ein zweiter Stromversorgungsmodus, in dem der Strom durch eine Schleife fließt, die den Induktor L und die Last LD, aber nicht die Wechselstromquelle enthält, ist in der ersten und dritten Periode T1, T3 gegeben. Das heißt, die Steuerschaltung kann eine harmonische Verzerrung (einen Leistungsfaktor) verbessern und den Strom zur Last begrenzen, wobei der Strom immer zu der Last und zu dem Induktor geschickt wird, indem der erste Stromversorgungsmodus und der zweite Stromversorgungsmodus abwechselnd wiederholt werden.
Bei dieser Ausführungsform kann die an den Glättkondensator C1 angelegte Spannung auf einen geeigneten Wert eingestellt werden, indem das Wicklungsverhältnis der Primärwicklung n1 und der Sekundärwicklung n2 entsprechend gewählt wird, weil der Induktor L wie bei der zweiundzwanzigsten Ausführungsform die Primärwicklung n1 und die Sekundärwicklung n2 aufweist, wodurch die Freiheit beim Schaltungsdesign erhöht werden kann.
Diese Anmeldung basiert auf folgenden japanischen Patentanmeldungen und beansprucht deren Priorität: Nr. 2002-086276 , eingereicht am 26. März 2002, und Nr. 2002-086308 , eingereicht am 26. März 2002, deren ganzer Inhalt durch Bezugnahme hier ausdrücklich aufgenommen ist.

Claims

Leistungswandler zur Bereitstellung elektrischer Leistung von einer Wechselstromquelle zu einer Last (LD), wobei der Leistungswandler folgendes umfasst: mehrere Schaltelemente (Q₁, Q₂, Q₃), die wiederholt ein- und ausschalten, um einen Eingangsstrom von der Wechselstromquelle zu unterbrechen, um einen Ausgangsstrom an die Last (LD) zu liefern; einen in einem Weg des Eingangsstroms von der Wechselstromquelle zur Last (LD) bereitgestellten Induktor (L); einen Glättkondensator (C1), der den Eingangsstrom zur Last (LD) glättet; eine Steuerschaltung (1) zum Steuern der Schaltelemente (Q₁, Q₂, Q₃), damit sie ein- und ausschalten; wobei der Induktor (L) und die Last (LD) in Reihe an die Wechselstromquelle anschließbar sind; wobei der Induktor (L) und die Last (LD) in Reihe an den Glättkondensator (C1) anschließbar sind; wobei die Steuerschaltung (1) die mehreren Schaltelemente (Q₁, Q₂, Q₃) so steuert, dass sie in verschiedenen Muster ein- und ausschalten, damit man erste Stromversorgungsmodi und zweite Stromversorgungsmodi erhält; wobei die ersten Stromversorgungsmodi den Eingangsstrom von der Wechselstromquelle an eine geschlossene Schleife liefern, die den Induktor (L) und die Last (LD) enthält und der Strom von der Wechselstromquelle direkt an die Last (LD) geliefert wird, wobei die zweiten Stromversorgungsmodi den Ausgangsstrom in einer geschlossenen Schleife, die den Induktor (L) und die Last (LD), aber nicht die Wechselstromquelle enthält, an die Last (LD) liefern, währenddessen die in dem Induktor (L) gespeicherte Energie einen Strom an die Last (LD) liefert, wobei die Steuerschaltung (1) die ersten Stromversorgungsmodi und die zweiten Stromversorgungsmodi abwechselnd während jeder Halbwelle des von der Wechselstromquelle gelieferten Wechselstroms wiederholt, wodurch der Strom ständig an den Induktor (L) und die Last (LD) weitergeleitet wird, wobei die Steuerschaltung (1) die mehreren Schaltelemente (Q₁, Q₂, Q₃) nach drei verschiedenen Muster steuert, um ständig, in dieser Reihenfolge, ein erstes Muster, ein zweites Muster und ein drittes Muster zu wiederholen, wobei eines der drei Muster entweder den ersten Stromversorgungsmodus oder den zweiten Stromversorgungsmodus definiert, und wobei die übrigen zwei Muster die Modi des anderen der beiden Stromversorgungsmodi definieren, wobei die an den Induktor (L) angelegte Spannung gemäß einem Fortschritt vom ersten Muster zum dritten Muster abnimmt.
Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei das erste Muster dem Glättkondensator (C1) ermöglicht, einen Entladestrom durch den Induktor (L) zu schicken, das zweite Muster den Glättkondensator (C1) von dem durch den Induktor (L) fließenden Strom freihält und das dritte Muster dem Glättkondensator (C1) ermöglicht, von dem durch den Induktor (L) fließenden Strom geladen zu werden.
Leistungswandler nach Anspruch 1, der folgendes enthält: eine Gleichrichterschaltung (DB), die den Wechselstrom von der Wechselstromquelle (AC) gleichrichtet, damit man eine Gleichspannung erhält; wobei die Schaltelemente ein erstes Schaltelement (Q1), ein zweites Schaltelement (Q2) und ein drittes Schaltelement (Q3) umfassen, wobei das erste Schaltelement (Q1), das zweite Schaltelement (Q2) und das dritte Schaltelement (Q3) in Reihe mit dem Induktor, der Last, einer ersten Diode (D1) und dem Glättkondensator (C1) an die Gleichrichterschaltung (DB) angeschlossen sind, wobei eine zweite Diode (D2) an eine Reihenschaltung aus dem Glättkondensator (C1) und dem dritten Schaltelement (Q3) angeschlossen ist, wobei die zweite Diode (D2) in Reihe mit einer dritten Diode (D3) an eine Reihenschaltung aus dem Induktor (L), der ersten Diode (D1), der Last (LD) und dem zweiten Schaltelement (Q2) angeschlossen ist, wobei eine vierte Diode (D4) in Reihe mit dem Glättkondensator an das zweite Schaltelement (Q2) angeschlossen ist.
Leistungswandler nach Anspruch 1, der folgendes enthält: eine Gleichrichterschaltung (DB), die den Wechselstrom von der Wechselstromquelle (AC) gleichrichtet, damit man eine Gleichspannung erhält; wobei die Schaltelemente ein erstes Schaltelement (Q1), ein zweites Schaltelement (Q2), ein drittes Schaltelement (Q3), ein viertes Schaltelement (Q4) und ein fünftes Schaltelement (Q5) umfassen, jedes des zweiten Schaltelements (Q2) und des vierten Schaltelements (Q4) eine Überbrückung aufweisen, durch die ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließen kann, wobei das erste Schaltelement (Q1) und das zweite Schaltelement (Q2) in Reihe mit einer ersten Diode (D1) an die Gleichrichterschaltung (DB) angeschlossen sind, wobei die erste Diode (D1) zwischen eine Hochspannungsseite des Gleichrichters (DB) und das erste Schaltelement (Q1) geschaltet ist, wobei die Kathode der ersten Diode (D1) mit dem ersten Schaltelement (Q1) verbunden ist, wobei das dritte Schaltelement (Q3) und das vierte Schaltelement (Q4) in Reihe mit einer zweiten Diode (D2) an die Gleichrichterschaltung (DB) angeschlossen sind, wobei die zweite Diode (D2) zwischen eine Hochspannungsseite des Gleichrichters (DB) und das dritte Schaltelement (Q3) geschaltet ist, wobei die Kathode der zweiten Diode (D2) mit dem dritten Schaltelement (Q3) verbunden ist, wobei das zweite Schaltelement (Q2) und das vierte Schaltelement (Q4) über eine gemeinsame dritte Diode (D3) mit einer Niederspannungsseite des Gleichrichters (DB) verbunden sind, wobei der Induktor (L) in Reihe mit der Last (LD) zwischen den Verbindungspunkt des ersten Schaltelements (Q1) mit dem zweiten Schaltelement (Q2) und den Verbindungspunkt des dritten Schaltelements (Q3) mit dem vierten Schaltelement (Q4) geschaltet ist, wobei das fünfte Schaltelement (Q5) in Reihe mit der ersten Diode (D1), dem ersten Schaltelement (Q1), dem Induktor (L), der Last (LD), dem vierten Schaltelement (Q4) und dem Glättkondensator (C1) an den Gleichrichter (DB) angeschlossen ist, wobei das fünfte Schaltelement (Q5) in Reihe mit der zweiten Diode (D2), dem dritten Schaltelement (Q3), der Last (LD), dem Induktor (L), dem zweiten Schaltelement (Q2) und dem Glättkondensator (C1) an den Gleichrichter (DB) angeschlossen ist, wobei eine vierte Diode (D4) in Reihe mit der Überbrückung des zweiten Schaltelements (Q2), dem Induktor (L) und der Last (LD) an den Glättkondensator (C1) angeschlossen ist und wobei eine fünfte Diode (D5) in Reihe mit der Überbrückung des vierten Schaltelement (Q4), der Last (LD) und dem Induktor (L) an den Glättkondensator (C1) angeschlossen ist.
Leistungswandler nach Anspruch 1, der folgendes enthält: eine Gleichrichterschaltung (DB), die den Wechselstrom von der Wechselstromquelle (AC) gleichrichtet, damit man eine Gleichspannung erhält; wobei die Schaltelemente ein erstes Schaltelement (Q1), ein zweites Schaltelement (Q2), ein drittes Schaltelement (Q3), ein viertes Schaltelement (Q4) und ein fünftes Schaltelement (Q5) umfassen, das erste Schaltelement (Q1) und das zweite Schaltelement (Q2) in Reihe mit einer ersten Diode an die Gleichrichterschaltung (DB) angeschlossen sind, wobei die erste Diode (D1) zwischen eine Hochspannungsseite des Gleichrichters (DB) und das erste Schaltelement (Q1) geschaltet ist, wobei die Kathode der ersten Diode (D1) an das erste Schaltelement (Q1) angeschlossen ist, wobei das dritte Schaltelement (Q3) und das vierte Schaltelement (Q4) in Reihe mit einer zweiten Diode (D2) an die Gleichrichterschaltung (DB) angeschlossen sind, wobei die zweite Diode (D2) zwischen eine Hochspannungsseite des Gleichrichters (DB) und das dritte Schaltelement (Q3) geschaltet ist, wobei die Kathode der zweiten Diode (D2) an das dritte Schaltelement (Q3) angeschlossen ist, wobei der Induktor (L) in Reihe mit der Last (LD) zwischen den Verbindungspunkt des ersten Schaltelements (Q1) mit dem zweiten Schaltelement (Q2) und den Verbindungspunkt des dritten Schaltelements (Q3) mit dem vierten Schaltelement (Q4) geschaltet ist, wobei eine Reihenschaltung aus der ersten Diode (D1), dem ersten Schaltelement (Q1), dem Induktor (L), der Last (LD) und dem vierten Schaltelement (Q4) und eine Reihenschaltung aus der zweiten Diode (D2), dem dritten Schaltelement (Q3), dem Induktor (L), der Last (LD) und dem zweiten Schaltelement (Q2) in Reihe mit dem fünften Schaltelement (Q5) geschaltet ist, wobei die Wechselstromquelle (AC), die Gleichrichterschaltung DB, die erste Diode (D1), das erste Schaltelement (Q1), der Induktor (L), die Last (LD) und die dritte Diode (D3) in Reihe an den Glättkondensator (C1) angeschlossen sind und wobbei die Wechselstromquelle, die Gleichrichterschaltung DB, die zweite Diode (D2), das dritte Schaltelement (Q3), der Induktor (L), die Last (LD) und die vierte Diode (D4) in Reihe an den Glättkondensator (C1) angeschlossen sind.
Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die Schaltelemente ein erstes Schaltelement (Q1), ein zweites Schaltelement (Q2), ein drittes Schaltelement (Q3) und ein viertes Schaltelement (Q4) umfassen, jedes des zweiten Schaltelements (Q2) und des dritten Schaltelements (Q3) eine Überbrückung aufweisen, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt, das erste Schaltelement (Q1) und das zweite Schaltelement (Q2) in Reihe mit dem Induktor (L) und der Last (LD) an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, das erste Schaltelement (Q1) und das dritte Schaltelement (Q3) in Reihe mit dem Induktor (L) und der Last (LD) an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, eine Reihenschaltung aus einer ersten Diode (D1) und einer zweiten Diode (D2) an eine Reihenschaltung aus dem zweiten Schaltelement (Q2) und dem dritten Schaltelement (Q3) angeschlossen ist, eine Reihenschaltung aus einem ersten Glättkondensator (C1) und einem zweiten Glättkondensator (C2) an die Reihenschaltung aus dem zweiten Schaltelement (Q2) und dem dritten Schaltelement (Q3) angeschlossen ist, eine Diodenbrücke (D11)–(D14) zwischen den Verbindungspunkt des ersten Glättkondensators (C1) mit dem zweiten Glättkondensator (C2) und der Wechselstromquelle geschaltet ist, wobei jeder Eingangsanschluß der Diodenbrücke mit dem Verbindungspunkt des ersten Glättkondensators (C1) mit dem zweiten Glättkondensator C2 bzw. der Wechselstromquelle verbunden ist, wobei das erste Schaltelement (Q1) zwischen Ausgangsanschlüsse der Diodenbrücke (D11)–(D14) geschaltet ist, eine Reihenschaltung aus einer dritten Diode (D3) und einer vierten Diode (D4) an die Reihenschaltung aus der ersten Diode (D1) und der zweiten Diode (D2) geschaltet ist, der Induktor (L) und die Last (LD) in Reihe zwischen den Verbindungspunkt der ersten Diode (D1) mit der zweiten Diode (D2) und den Verbindungspunkt der dritten Diode (D3) mit der vierten Diode (D4) geschaltet sind, das vierte Schaltelement (Q4) an die Reihenschaltung aus der dritten Diode (D3) und der vierten Diode (D4) angeschlossen ist, eine Reihenschaltung aus einer fünften Diode (D5) und einer sechsten Diode (D6) an die Reihenschaltung aus der ersten Diode (D1) und der zweiten Diode (D2) angeschlossen ist und die Wechselstromquelle zwischen den Verbindungspunkt der ersten Diode (D1) mit der zweiten Diode (D2) und den Verbindungspunkt der fünften Diode (D5) mit der sechsten Diode (D6) geschaltet ist.
Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die Schaltelemente ein erstes Schaltelement (Q1), ein zweites Schaltelement (Q2), ein drittes Schaltelement (Q3) und ein viertes Schaltelement (Q4) umfassen, jedes des zweiten Schaltelements (Q2) und des dritten Schaltelements (Q3) eine Überbrückung aufweisen, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt, das erste Schaltelement (Q1) und das zweite Schaltelement (Q2) in Reihe mit dem Induktor (L) und der Last (LD) an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, das erste Schaltelement (Q1) und das dritte Schaltelement (Q3) in Reihe mit dem Induktor (L) und der Last (LD) an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, eine Reihenschaltung aus einer ersten Diode (D1) und einer zweiten Diode (D2) an eine Reihenschaltung aus dem zweiten Schaltelement (Q2) und dem dritten Schaltelement (Q3) angeschlossen ist, eine Reihenschaltung aus einem ersten Glättkondensator (C1) und einem zweiten Glättkondensator C2 an die Reihenschaltung aus dem zweiten Schaltelement (Q2) und dem dritten Schaltelement (Q3) angeschlossen ist, eine Diodenbrücke (D11)–(D14) zwischen den Verbindungspunkt des ersten Glättkondensators (C1) mit dem zweiten Glättkondensator (C2) und einen Anschluß der Wechselstromquelle geschaltet ist, jeder Eingangsanschluß der Diodenbrücke mit dem Verbindungspunkt des ersten Glättkondensators (C1) mit dem zweiten Glättkondensator (C2) bzw. einem Anschluß der Wechselstromquelle verbunden ist, das erste Schaltelement (Q1) zwischen Ausgangsanschlüsse der Diodenbrücke (D11)–(D14) geschaltet ist, der eine Anschluß der Wechselstromquelle mit dem Verbindungspunkt der ersten Diode (D1) mit der zweiten Diode (D2) verbunden ist, eine Diodenbrücke (D3)–(D6) zwischen den Verbindungspunkt der ersten Diode (D1) mit der zweiten Diode (D2) und den Verbindungspunkt des zweiten Schaltelements (Q2) mit dem Schaltelement (Q3) geschaltet wird, wobei die Diode (D3) in Reihe mit der Diode (D4) geschaltet ist, wobei die Diode (D5) in Reihe mit Diode D6 geschaltet ist, wobei der Induktor (L) und die Last (LD) in Reihe zwischen den Verbindungspunkt der Diode (D3) mit der Diode (D4) und den Verbindungspunkt der Diode (D5) mit der Diode (D6) geschaltet sind, und das vierte Schaltelement (Q4) an die Reihenschaltung aus der dritten Diode (D3) und der vierten Diode (D4) angeschlossen ist.
Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die Schaltelemente ein erstes Schaltelement (Q1), ein zweites Schaltelement (Q2), ein drittes Schaltelement (Q3) und ein viertes Schaltelement (Q4) umfassen, jedes des ersten Schaltelements (Q1) und des zweiten Schaltelements (Q2) eine Überbrückung aufweist, daß es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt, das erste Schaltelement (Q1) und ein erster Glättkondensator (C1) in Reihe mit dem Induktor (L) und der Last (LD) an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, das zweite Schaltelement (Q2) und ein zweiter Glättkondensator (C2) in Reihe mit dem Induktor (L) und der Last (LD) an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, eine Reihenschaltung aus dem ersten Glättkondensator (C1) und dem zweiten Glättkondensator (C2) an eine Reihenschaltung aus dem ersten Schaltelement (Q1) und dem zweiten Schaltelement (Q2) angeschlossen ist, eine erste Diode (D1) und das dritte Schaltelement (Q3) in Reihe an eine Reihenschaltung aus dem Induktor (L) und der Last (LD) angeschlossen sind, eine zweite Diode (D2) und das vierte Schaltelement (Q4) in Reihe an die Reihenschaltung aus dem Induktor (L) und der Last (LD) angeschlossen sind, eine Reihenschaltung aus dem dritten Schaltelement (Q3) und dem vierten Schaltelement (Q4) an eine Reihenschaltung aus der ersten Diode (D1) und der zweiten Diode (D2) angeschlossen ist, die Wechselstromquelle zwischen den Verbindungspunkt des ersten Schaltelements (Q1) mit dem zweiten Schaltelement (Q2) und den Verbindungspunkt der ersten Diode (D1) mit der zweiten Diode (D2) geschaltet ist, die Last (LD), der Induktor (L), die Wechselstromquelle und die Überbrückung des ersten Schaltelements (Q1) in Reihe an den ersten Glättkondensator (C1) angeschlossen sind und die Überbrückung des zweiten Schaltelements (Q2), die Wechselstromquelle, der Induktor (L) und die Last (LD) in Reihe an den zweiten Glättkondensator C2 angeschlossen sind.
Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die Schaltelemente ein erstes Schaltelement (Q1), ein zweites Schaltelement (Q2), ein drittes Schaltelement (Q3) und ein viertes Schaltelement (Q4) umfassen, jedes des ersten Schaltelements (Q1) und des zweiten Schaltelements (Q2) eine Überbrückung aufweist, daß es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt, das erste Schaltelement (Q1) und eine erste Diode (D1) in Reihe mit dem Induktor (L) und der Last (LD) an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, das zweite Schaltelement (Q2) und eine zweite Diode (D2) in Reihe mit dem Induktor (L) und der Last (LD) an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, eine Reihenschaltung aus der ersten Diode (D1) und der zweiten Diode (D2) an eine Reihenschaltung aus dem ersten Schaltelement (Q1) und dem zweiten Schaltelement (Q2) angeschlossen ist, ein Glättkondensator (C1) an die Reihenschaltung aus dem Schaltelement (Q1) und dem Schaltelement (Q2) angeschlossen ist, eine Reihenschaltung aus dem dritten Schaltelement (Q3) und dem vierten Schaltelement (Q4) an die Reihenschaltung aus dem Schaltelement (Q1) und dem zweiten Schaltelement (Q2) angeschlossen ist, die Wechselstromquelle zwischen den Verbindungspunkt der ersten Diode (D1) mit der zweiten Diode (D2) und den Verbindungspunkt des dritten Schaltelements (Q3) mit dem vierten Schaltelement (Q4) geschaltet ist, der Induktor (L) und die Last (LD) in Reihe zwischen den Verbindungspunkt des ersten Schaltelements (Q1) mit dem zweiten Schaltelement (Q2) und den Verbindungspunkt des dritten Schaltelements (Q3) mit dem vierten Schaltelement (Q4) geschaltet ist, die Überbrückung des zweiten Schaltelements (Q2), die Last (LD), der Induktor (L), die Wechselstromquelle und die erste Diode (D1) in Reihe an den Glättkondensator (C1) angeschlossen sind und die zweite Diode (D2), die Wechselstromquelle, der Induktor (L), die Last (LD) und die Überbrückung des ersten Schaltelements (Q1) in Reihe an den Glättkondensator (C1) angeschlossen sind.
Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die Schaltelemente ein erstes Schaltelement (Q1), ein zweites Schaltelement (Q2), ein drittes Schaltelement (Q3) und ein viertes Schaltelement (Q4) umfassen, jedes des dritten Schaltelements (Q3) und des vierten Schaltelements (Q4) eine Überbrückung aufweisen, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt, eine erste Diode (D1) und das erste Schaltelement (Q1) in Reihe mit dem Induktor (L) und der Last (LD) an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, das zweite Schaltelement (Q2) und eine zweite Diode (D2) in Reihe mit dem Induktor (L) und der Last (LD) an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, eine Reihenschaltung aus dem Schaltelement (Q1) und dem zweiten Schaltelement (Q2) an eine Reihenschaltung aus der ersten Diode (D1) und der zweiten Diode (D2) angeschlossen ist, ein erster Glättkondensator (C1) und das dritte Schaltelement (Q3) in Reihe an eine Reihenschaltung aus dem Induktor (L) und der Last (LD) angeschlossen sind, das vierte Schaltelement (Q4) und ein zweiter Glättkondensator (C2) in Reihe an die Reihenschaltung aus dem Induktor (L) und der Last (LD) angeschlossen sind, eine Reihenschaltung aus dem ersten Glättkondensator (C1) und dem zweiten Glättkondensator (C2) an eine Reihenschaltung aus dem dritten Schaltelement (Q3) und dem vierten Schaltelement (Q4) angeschlossen ist, die Wechselstromquelle zwischen den Verbindungspunkt der ersten Diode (D1) mit der zweiten Diode (D2) und den Verbindungspunkt des ersten Glättkondensators (C1) mit dem zweiten Glättkondensator (C2) geschaltet ist, der Induktor (L), die Last (LD) und die Überbrückung des dritten Schaltelements (Q3) in Reihe an den ersten Glättkondensator (C1) angeschlossen sind und die Überbrückung des vierten Schaltelements (Q4), die Last (LD) und der Induktor (L) in Reihe an den zweiten Glättkondensator (C2) angeschlossen sind.
Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die Schaltelemente ein erstes Schaltelement (Q1), ein zweites Schaltelement (Q2), ein drittes Schaltelement (Q3) und ein viertes Schaltelement (Q4) umfassen, eine erste Diode (D1) und ein erster Glättkondensator (C1) in Reihe mit dem Induktor (L) und der Last (LD) an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, eine zweite Diode (D2) und ein zweiter Glättkondensator C2 in Reihe mit dem Induktor (L) und der Last (LD) an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, eine Reihenschaltung aus dem ersten Glättkondensator (C1) und dem zweiten Glättkondensator C2 an eine Reihenschaltung aus der ersten Diode (D1) und der zweiten Diode (D2) angeschlossen ist, eine Reihenschaltung aus dem ersten Schaltelement (Q1) und dem zweiten Schaltelement (Q2) an die Reihenschaltung aus der ersten Diode (D1) und der zweiten Diode (D2) angeschlossen ist, eine Reihenschaltung aus einer dritten Diode (D3) und dem dritten Schaltelement (Q3) an eine Reihenschaltung aus dem Induktor (L) und der Last (LD) angeschlossen ist, eine Reihenschaltung aus einer vierten Diode (D4) und dem vierten Schaltelement (Q4) an eine Reihenschaltung aus dem Induktor (L) und der Last (LD) angeschlossen ist, eine Reihenschaltung aus dem dritten Schaltelement (Q3) und dem vierten Schaltelement (Q4) an eine Reihenschaltung aus der dritten Diode (D3) und der vierten Diode (D4) angeschlossen ist und die Wechselstromquelle zwischen den Verbindungspunkt der ersten Diode (D1) mit der zweiten Diode (D2) und den Verbindungspunkt des ersten Schaltelements (Q1) mit dem zweiten Schaltelement (Q2) geschaltet ist.
Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die Schaltelemente ein erstes Schaltelement (Q1), ein zweites Schaltelement (Q2), ein drittes Schaltelement (Q3) und ein viertes Schaltelement (Q4) umfassen, jedes des zweiten Schaltelements (Q2) und des vierten Schaltelements (Q4) eine Überbrückung aufweist, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt, eine erste Diode (D1), das erste Schaltelement (Q1) und eine zweite Diode (D2) in Reihe mit dem Induktor (L) und der Last (LD) an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, die erste Diode (D1), das zweite Schaltelement (Q2), die zweite Diode (D2) und ein Glättkondensator (C1) in Reihe mit dem Induktor (L) und der Last (LD) an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, eine dritte Diode (D3), das dritte Schaltelement (Q3) und eine vierte Diode (D4) in Reihe mit dem Induktor (L) und der Last (LD) an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, die dritte Diode (D3), das vierte Schaltelement Q4, der Glättkondensator (C1) und die vierte Diode (D4) in Reihe mit dem Induktor (L) und der Last (LD) an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, eine Reihenschaltung aus dem ersten Schaltelement (Q1), dem vierten Schaltelement (Q4), dem Induktor (L) und der Last (LD) an den Glättkondensator (C1) angeschlossen ist, eine Reihenschaltung aus dem zweiten Schaltelement (Q2), dem dritten Schaltelement (Q3), dem Induktor (L) und der Last (LD) an den Glättkondensator (C1) angeschlossen ist, die zweite Diode (D2), die Wechselstromquelle, die erste Diode (D1), die Last (LD), der Induktor (L) und die Überbrückung des zweiten Schaltelements (Q2) in Reihe an den Glättkondensator (C1) angeschlossen sind und die vierte Diode (D4), die Wechselstromquelle, die dritte Diode (D3), der Induktor (L), die Last (LD) und die Überbrückung des vierten Schaltelements (Q4) in Reihe an den Glättkondensator (C1) angeschlossen sind.
Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei der Induktor durch ein gleichrichtendes Bauelement mit dem Glättkondensator verbunden ist.
Leistungswandler nach Anspruch 13, wobei der Induktor (L) eine Primärwicklung n1 und eine Sekundärwicklung n2 aufweist, ein Strom durch die Primärwicklung (n1) der Last zugeführt wird, die Sekundärwicklung (n2) durch das gleichrichtende Bauelement mit dem Glättkondensator (C1) verbunden ist und der Glättkondensator (C1) durch den in der Sekundärwicklung erzeugten Strom geladen wird.
Leistungswandler nach Anspruch 13, der folgendes beinhaltet: eine Gleichrichterschaltung (DB), die den Wechselstrom von der Wechselstromquelle gleichrichtet, damit man eine Gleichspannung erhält; wobei die Schaltelemente ein erstes Schaltelement (Q1) und ein zweites Schaltelement (Q2) umfassen, wobei das erste Schaltelement (Q1) in Reihe mit dem Induktor (L) und der Last (LD) an die Gleichrichterschaltung (DB) angeschlossen ist, wobei eine erste Diode (D1), der Glättkondensator (C1) und eine zweite Diode (D2) in Reihe an den Induktor (L) angeschlossen sind, wobei die erste Diode (D1) und die zweite Diode (D2) das gleichrichtende Bauelement definieren und eine Reihenschaltung aus dem zweiten Schaltelement (Q2), dem Induktor (L) und der Last (LD) an den Glättkondensator (C1) angeschlossen ist.
Leistungswandler nach Anspruch 14, der folgendes beinhaltet: eine Gleichrichterschaltung (DB), die den Wechselstrom von der Wechselstromquelle gleichrichtet, damit man eine Gleichspannung erhält; wobei die Schaltelemente ein erstes Schaltelement (Q1) und ein zweites Schaltelement (Q2) umfassen, wobei das erste Schaltelement (Q1) in Reihe mit der Primärwicklung n1 des Induktors (L) und der Last (LD) an die Gleichrichterschaltung (DB) angeschlossen ist, wobei das zweite Schaltelement (Q2), der Induktor (L) und die Last (LD) in Reihe an den Glättkondensator (C1) angeschlossen sind, wobei die Sekundärwicklung (n2) und eine erste Diode (D1) an den Glättkondensator (C1) angeschlossen sind, wobei die Last (LD) und eine zweite Diode (D2) in Reihe an die Primärwicklung (n1) angeschlossen sind und die erste Diode (D1) das gleichrichtende Bauelement definiert.
Leistungswandler nach Anspruch 13, der folgendes beinhaltet: eine Gleichrichterschaltung DB, die den Wechselstrom von der Wechselstromquelle gleichrichtet, damit man eine Gleichspannung erhält; wobei die Schaltelemente ein erstes Schaltelement (Q1) und ein zweites Schaltelement (Q2) umfassen, wobei das erste Schaltelement (Q1) in Reihe mit dem Induktor (L), der Last (LD), dem Glättkondensator (C1) und dem zweiten Schaltelement (Q2) an die Gleichrichterschaltung (DB) angeschlossen ist, wobei das erste Schaltelement (Q1) in Reihe mit dem Induktor (L), der Last (LD) und einer ersten Diode (D1) an die Gleichrichterschaltung (DB) angeschlossen ist, wobei eine Reihenschaltung aus einer zweiten Diode (D2), dem Glättkondensator (C1) und einer dritten Diode (D3) am Induktor (L) eingesetzt ist und die zweite Diode (D2) und die dritte Diode (D3) das gleichrichtende Bauelement definieren.
Leistungswandler nach Anspruch 13, wobei die Schaltelemente ein erstes Schaltelement (Q1), ein zweites Schaltelement (Q2), ein drittes Schaltelement (Q3) und ein viertes Schaltelement (Q4) umfassen, jedes des ersten Schaltelements (Q1) und des zweiten Schaltelements (Q2) eine Überbrückung aufweist, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt, eine erste Diode (D1), das erste Schaltelement (Q1), der Induktor (L) und die Last (LD) in Reihe an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, die Last (LD), der Induktor (L), das zweite Schaltelement (Q2) und eine zweite Diode (D2) in Reihe an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, das dritte Schaltelement (Q3) und die Überbrückung des zweiten Schaltelements (Q2) in Reihe an eine Reihenschaltung aus dem Induktor (L) und der Last (LD) angeschlossen sind, eine dritte Diode (D3), ein Glättkondensator (C1) und die Überbrückung des zweiten Schaltelements (Q2) in Reihe an den Induktor (L) angeschlossen sind, die Überbrückung des ersten Schaltelements (Q1) und des vierten Schaltelements (Q4) in Reihe an die Reihenschaltung aus dem Induktor (L) und der Last (LD) angeschlossen sind, die Überbrückung des ersten Schaltelements (Q1), der Glättkondensator (C1) und eine vierte Diode (D4) in Reihe an den Induktor (L) angeschlossen sind und die dritte Diode (D3) und die vierte Diode (D4) das gleichrichtende Bauelement definieren.
Leistungswandler nach Anspruch 14, wobei die Schaltelemente ein erstes Schaltelement (Q1), ein zweites Schaltelement (Q2), ein drittes Schaltelement (Q3) und ein viertes Schaltelement (Q4) umfassen, jedes des ersten Schaltelements (Q1) und des zweiten Schaltelements (Q2) eine Überbrückung aufweist, die es gestattet, daß ein Rückstrom über jedes Schaltelement fließt, eine erste Diode (D1), das erste Schaltelement (Q1), die Primärwicklung n1 des Induktors (L) und die Last (LD) in Reihe an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, die Last (LD), die Primärwicklung n1, das zweite Schaltelement (Q2) und eine zweite Diode (D2) in Reihe an die Wechselstromquelle angeschlossen sind, das dritte Schaltelement (Q3) und die Überbrückung des zweiten Schaltelements (Q2) in Reihe an eine Reihenschaltung aus der Primärwicklung n1 und der Last (LD) angeschlossen sind, die Überbrückung des ersten Schaltelements (Q1) und des vierten Schaltelements (Q4) in Reihe an die Reihenschaltung aus der Primärwicklung n1 und der Last (LD) angeschlossen sind, eine Reihenschaltung aus einer dritten Diode (D3), dem Glättkondensator (C1) und einer vierten Diode (D4) an die Sekundärwicklung n2 angeschlossen ist, eine Reihenschaltung aus einer fünften Diode (D5), dem Glättkondensator (C1) und einer sechsten Diode (D6) an die Sekundärwicklung n2 angeschlossen ist, eine Reihenschaltung aus dem ersten Schaltelement (Q1), der Primärwicklung n1, der Last (LD), dem dritten Schaltelement (Q3) an dem Glättkondensator (C1) eingesetzt ist, eine Reihenschaltung aus dem vierten Schaltelement (Q4), der Last (LD), der Primärwicklung (n1), dem zweiten Schaltelement (Q2) an dem Glättkondensator (C1) eingesetzt ist und die dritte Diode (D3), die vierte Diode D4, die fünfte Diode (D5) und die sechste Diode (D6) das gleichrichtende Bauelement definieren.