DE112010005212B4 - Dc/dc-spannungswandlervorrichtung - Google Patents

Abstract

DC/DC-Spannungswandlervorrichtung, die Folgendes aufweist:- einen Glättungskondensator (Ci) auf der Eingangsseite, der zwischen einen Referenzspannungs-Anschluss (Vcom) und einen hochspannungsseitigen Anschluss (VL) einer Gleichstromversorgung (DC-Versorgung) geschaltet ist und eine Gleichspannung glättet, wobei der Glättungskondensator (Ci) aus einer Vielzahl von Spannungsteilerkondensatoren (Cil, Ci2) aufgebaut ist, die in Reihe miteinander geschaltet sind;- eine Spule (L), die an den hochspannungsseitigen Anschluss (VL) der Gleichstromversorgung (DC-Versorgung) angeschlossen ist;- eine DC-Spannungswandlereinheit (A), die Folgendes aufweist: eine Schalteinrichtungs-Verbindungseinheit, aufweisend eine Vielzahl von Schalteinrichtungen (S1, S2), die in Reihe geschaltet sind; eine Dioden-Verbindungseinheit, aufweisend eine Vielzahl von Dioden (D1, D2), die in Reihe geschaltet sind; einen Lade-Entlade-Kondensator (Cf), dessen negativer Anschluss an einen Verbindungspunkt zwischen den Schalteinrichtungen (S1, S2) angeschlossen ist, dessen positiver Anschluss an einen Verbindungspunkt zwischen den Dioden (D1, D2) angeschlossen ist, und der durch den EIN/AUS-Betrieb der Schalteinrichtungen (S1, S2) geladen oder entladen wird, wobei ein erster Anschluss der Schalteinrichtungs-Verbindungseinheit und ein erster Anschluss der Dioden-Verbindungseinheit an die Spule (L) angeschlossen sind, wobei ein zweiter Anschluss der Schalteinrichtungs-Verbindungseinheit an einen Referenzspannungs-Anschluss (Vcom) angeschlossen ist, und wobei ein hochspannungsseitiger Ausgangsanschluss (VA) an einen zweiten Anschluss der Dioden-Verbindungseinheit angeschlossen ist;- einen Glättungskondensator (Co) auf der Ausgangsseite, der an die DC-Spannungswandlereinheit (A) angeschlossen ist; und- eine Schalteinrichtung (S4) für den Spannungsausgleich, die in einer Verbindungsleitung vorgesehen ist, die zwischen dem negativen Anschluss des Lade-Entlade-Kondensators (Cf) und einem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerkondensatoren (Cil, Ci2) des Glättungskondensators (Ci) auf der Eingangsseite vorgesehen ist, und die dazu ausgelegt ist, eine Spannung zwischen den Anschlüssen des Lade-Entlade-Kondensator (Cf), im Fall dass eine Spannung an einen Eingangsanschluss der Gleichstromversorgung angelegt wird, wenn die Schalteinrichtungen (S1, S2) in einem Steuerungsunterbrechungszustand sind, auf einer Spannung aufrecht zu erhalten in Übereinstimmung mit einem spannungsgeteilten Potenzial jedes Spannungsteilerkondensators (Ci1, Ci2).

Description

• Technisches Gebiet
• Die Erfindung betrifft eine DC/DC-Spannungswandlervorrichtung, die eine Gleichspannung oder DC-Spannung in eine hinauftransformierte oder heruntertransformierte DC-Spannung umwandelt.
• Stand der Technik
• Herkömmliche DC/DC-Spannungswandlervorrichtungen steuern die Energiemenge, die in einer Spule gespeichert oder aus dieser abgegeben wird, durch die Verwendung des EIN/AUS-Betriebes eines Halbleiterschalters, so dass auf diese Weise eine DC/DC-Spannungswandlung erfolgt. Derartige DC/DC-Spannungswandlervorrichtungen bringen das Problem mit sich, dass die Spule groß und schwer ist.
• Daher sind einige Techniken entwickelt worden, welche die Spannung reduzieren, die an die Spule angelegt wird, und zwar durch das Laden und Entladen eines Kondensators, und die den für die Spule benötigten Induktivitätswert reduzieren. Damit werden die Größe und das Gewicht der Spule verringert, vgl. beispielsweise die Patentliteratur 1. Diese Druckschrift offenbart eine DC/DC-Spannungswandlervorrichtung mit einer Spule, die an eine Gleichstromversorgung oder DC-Versorgung angeschlossen ist. Ferner offenbart die Patentliteratur 1 eine DC-Spannungswandlereinheit, die an die Spule angeschlossen ist, mit einer Vielzahl von Schalteinrichtungen, einem Lade-Entlade-Kondensator, der durch den EIN/AUS-Betrieb der Schalteinrichtungen geladen oder entladen wird, und einer Vielzahl von Dioden, welche einen Ladepfad und einen Entladepfad für den Lade-Entlade-Kondensator bilden. Ferner ist dort ein Glättungskondensator an der Ausgangsseite vorgesehen, der an die DC-Spannungswandlereinheit angeschlossen ist.
• Die Patentliteratur 2 offenbart einen Multilevel-Spannungswandler mit einem Lade-Entlade-Kondensator, der durch den EIN/AUS-Betrieb von Schalteinrichtungen geladen oder entladen wird, und mit einer Vielzahl von Dioden, welche einen Ladepfad und einen Entladepfad für den Lade-Entlade-Kondensator bilden. Auch offenbart die Patentliteratur 2 einen Glättungskondensator an der Eingangsseite oder der Ausgangsseite, der an die Spannungswandlereinheit angeschlossen ist. Der Glättungskondensator gemäß der Patentliteratur 2 weist eine Vielzahl von Spannungsteilerkondensatoren auf, welche in Reihe miteinander geschaltet sind.
• Die Patentliteratur 3 offenbart einen Serien-Zerhacker (Guck Converter), um ausgehend von einer Speisegleichspannung eine andere Gleichspannung mit geringerem Wert zu erhalten.
• Die Nicht-Patentliteratur 1 offenbart mehrere mehrstufige DC-DC-Wandler, die sowohl in Automobilanwendungen als auch in Hochleistungsanwendungen eingesetzt werden können.
• Patentliteratur
• Patentliteratur 1 Japanische Offenlegungsschrift JP S61-92 162 A .
• Patentliteratur 2 WO 2002 037 658 A1
• Patentliteratur 3 DE 60 2004 006 098 T2
• Nicht-Patentliteratur 1 Fan Zhang; Peng, F.Z. ; Zhaoming Qian: „Study of the multilevel converters in DC-DC applications." In: Power Electronics Specialists Conference, 2004. PESC 04. 2004 IEEE 35th Annual, Vol.2, 20-25 June 2004, Seiten 1702 - 1706. - ISSN 0275-9306
• Zusammenfassung der Erfindung
• Mit der Erfindung zu lösende Probleme
• Eine DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß der Patentliteratur 1 kann im Normalbetrieb die Klemmenspannung des Lade-Entlade-Kondensators auf einen beliebigen Pegel steuern, und sie kann daher im wesentlichen Spannungen ausgleichen, die an die Schalteinrichtungen und die Dioden angelegt werden, welche eine DC-Spannungswandlereinheit bilden.
• In dem Fall jedoch, in welchem die EIN/AUS-Steuerung der Schalteinrichtungen nicht durchgeführt wird (dieser Zustand wird nachstehend als Steuerungsunterbrechungszustand bezeichnet), wie z.B. in dem Fall, in welchem der Betrieb der Schalteinrichtungen unterbrochen ist, weil die Steuerungsstromversorgung nicht im Bereitschaftszustand ist, oder in dem Falle, in dem eine Anormalität in der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung auftritt und der Betrieb der Schalteinrichtungen unterbrochen ist, um einen weiteren Durchbruch wegen der Anormalität zu verhindern, treten die folgenden Probleme auf, wenn eine Eingangsspannung Vin an den Eingang der DC-Stromversorgung angelegt wird.
• Das bedeutet, dass in den oben genannten Fällen, weil die Schalteinrichtungen AUS sind, eine Ausgangsspannung Vout im wesentlichen das gleiche Potential wie die Eingangsspannung Vin besitzt, aber die Klemmenspannung über dem Lade-Entlade-Kondensator Null ist. Somit liegt die volle Spannung an den Schalteinrichtungen und den Dioden der DC-Spannungswandlereinheit an. Infolgedessen kann es aufgrund einer Überspannung bei den Schalteinrichtungen und den Dioden der DC-Spannungswandlereinheit zu einem Durchbruch kommen.
• Um derartige Schwierigkeiten zu verhindern, muss die Durchbruchspannung der Schalteinrichtungen und der Dioden höher sein als die maximale Eingangsspannung. Dies führt zu einer Kostensteigerung und einer Reduzierung der Effizienz der Vorrichtung.
• Die vorliegende Erfindung wurde realisiert, um das obige Problem zu lösen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, es zu ermöglichen, die Klemmenspannung des Lade-Entlade-Kondensators stets auf einem gewünschten Pegel zu halten, auch wenn eine Spannung an den Eingang der DC-Stromversorgung angelegt wird, wenn die Schalteinrichtungen der DC-Spannungswandlereinheit sich im Steuerungsunterbrechungszustand befinden.
• Somit soll es möglich werden, einen Durchbruch und eine Beschädigung der Vorrichtung völlig zu vermeiden, auch wenn Schalteinrichtungen und Dioden mit niedrigen Durchbruchspannungen in der DC-Spannungswandlereinheit verwendet werden. Mit anderen Worten, die Erfindung gibt eine DC/DC-Spannungswandlervorrichtung mit gesteigerter Effizienz an, die bei geringen Kosten realisierbar ist.
• Lösung der Probleme
• Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einer DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen DC/DC-Spannungswandlervorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Wirkung der Erfindung
• Bei der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß der Erfindung gilt Folgendes: Wenn eine Spannung an den Eingangsanschluss der DC-Stromversorgung angelegt wird, wenn die Schalteinrichtungen der DC-Spannungswandlereinheit im Steuerungsunterbrechungszustand sind, dann fließt ein Ladestrom von dem Lade-Entlade-Kondensator über die Schalteinrichtung für den Spannungsausgleich und einige der Spannungsteilerkondensatoren, so dass die Klemmenspannung über den Lade-Entlade-Kondensator auf einer Spannung gehalten wird, die einem geteilten Potential von jedem Spannungsteilerkondensator des Glättungskondensators entspricht.
• Somit können die an den Halbleitereinrichtungen, wie z.B. den Schalteinrichtungen oder Dioden, anliegenden Spannungen ausgeglichen werden. Auf diese Weise ist es möglich, Halbleitereinrichtungen und Kondensatoren mit niedrigen Durchbruchspannungen zu verwenden, so dass eine DC/DC-Spannungswandlervorrichtung zur Verfügung gestellt werden kann, die eine gesteigerte Effizienz bei geringen Kosten bietet.
• Figurenliste
• Die Zeichnungen zeigen folgendes:
• 1 zeigt eine Schaltungskonfiguration einer DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der ersten Erfindung.
• 2 erläuternde Diagramme zur Erläuterung von Operationsmodem der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß 1.
• 3 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebes für den Fall, dass das Transformationsverhältnis zum Hinauftransformieren der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß 1 gleich 2 oder kleiner ist.
• 4 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebes für den Fall, dass das Transformationsverhältnis zum Hinauftransformieren der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß 1 gleich 2 oder größer ist.
• 5 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebes für den Fall, dass eine Gleichspannung an einen Eingangsanschluss angelegt wird, wenn die Schalteinrichtungen der DC Spannungswandlereinheit in der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß 1 im Steuerungsunterbrechungszustand sind.
• 6 eine Schaltungskonfiguration zur Erläuterung einer Modifikation der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
• 7 eine Schaltungskonfiguration einer DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
• 8 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebes der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß 7.
• 9 eine Schaltungskonfiguration einer DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
• 10 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebes der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß 9.
• 11 eine Schaltungskonfiguration einer DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
• 12 eine Schaltungskonfiguration einer DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung.
• 13 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebes der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß 12.
• 14 eine Schaltungskonfiguration einer DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung.
• Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen gemäß der Erfindung
• Erste Ausführungsform
• 1 zeigt eine Schaltungskonfiguration einer DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
• Die DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform transformiert eine DC-Eingangsspannung Vin, die zwischen einem Anschluss VL und einem Anschluss Vcom von einer nicht dargestellten Gleichstromversorgung angelegt wird, auf eine Spannung, die gleich der Eingangsspannung Vin oder höher als diese ist und gibt eine Ausgangsspannung Vout als hinauftransformierte Spannung zwischen einem Anschluss VH und dem Anschluss Vcom ab.
• Die DC/DC-Spannungswandlervorrichtung weist folgendes auf: einen Glättungskondensator Ci auf der Eingangsseite, der die Eingangsspannung Vin glättet; eine Spule L zum Speichern von Energie; eine DC-Spannungswandlereinheit A, welche die Eingangsspannung Vin auf die Ausgangsspannung Vout hinauftransformiert; und einen Glättungskondensator Co an der Ausgangsseite, der die von der DC-Spannungswandlereinheit A hinauftransformierte Ausgangsspannung Vout glättet.
• Die DC-Spannungswandlereinheit A ist aufgebaut mit zwei Schalteinrichtungen S1 und S2, zwei Dioden D1 und D2 sowie einem Lade-Entlade-Kondensator Cf. Jede der Schalteinrichtungen S1 und S2 besteht beispielsweise aus einem MOSFET und wird eingeschaltet, wenn ein Gatesignal im vorliegenden Fall hoch ist.
• Ein Merkmal der ersten Ausführungsform besteht darin, dass der Glättungskondensator Co auf der Ausgangsseite mit zwei Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 aufgebaut ist, die in Reihe geschaltet sind, und dass der Glättungskondensator Co mit einer Diode Df als Schalteinrichtung zum Spannungsausgleich versehen ist.
• Der hochspannungsseitige Anschluss des Glättungskondensators Ci auf der Eingangsseite ist mit dem Eingangsanschluss VL verbunden, und der niederspannungsseitige Anschluss ist mit dem Referenzspannungs-Anschluss Vcom verbunden. Von den beiden Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2, die den Glättungskondensator Co auf der Ausgangsseite bilden, ist der niederspannungsseitige Anschluss des einen Spannungsteilerkondensators Co1 mit dem Referenzspannungs-Anschluss Vcom verbunden, und der hochspannungsseitige Anschluss des anderen Spannungsteilerkondensators Co2 ist mit dem Ausgangsanschluss VH verbunden.
• Die beiden Schalteinrichtungen S1 und S2 und die beiden D1 und D2 der DC-Spannungswandlereinheit A sind sequentiell in Reihe geschaltet. Der Source-Anschluss der Schalteinrichtung S1 ist mit dem Referenzspannungs-Anschluss Vcom verbunden, der Kathodenanschluss der Diode D2 ist mit dem Ausgangsanschluss VH verbunden, der Verbindungspunkt zwischen dem Drain-Anschluss der Schalteinrichtung S2 und dem Anodenanschluss der Diode D1 ist mit dem Eingangsanschluss VL über die Spule L verbunden.
• Der niederspannungsseitige Anschluss des Lade-Entlade-Kondensators Cf ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Drain-Anschluss der Schalteinrichtung S1 und dem Source-Anschluss der Schalteinrichtung S2 verbunden, während der hochspannungsseitige Anschluss mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kathodenanschluss der Diode D1 und dem Anodenanschluss der Diode D2 verbunden ist.
• Der Anodenanschluss der Diode Df zum Spannungsausgleich ist mit dem niederspannungsseitigen Anschluss des Lade-Entlade-Kondensators Cf verbunden, und der Kathodenanschluss ist mit dem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 verbunden.
• Eine Steuerschaltung 10 führt die EIN/AUS-Steuerung für jede der Schalteinrichtungen S1 und S2 der DC-Spannungswandlereinheit A durch. Die Steuerschaltung 10 gibt Gatesignale Gs1 und Gs2 an die Schalteinrichtungen S1 bzw. S2 ab.
• Ein Eingangsspannungs-Abtastwert Vins, ein Ausgangsspannungs-Abtastwert Vouts, ein Klemmenspannungs-Abtastwert Vcfs über dem Lade-Entlade-Kondensator Cf, ein Klemmenspannungs-Abtastwert Vco1s über dem Spannungsteilerkondensator Co1, sowie ein Klemmenspannungs-Abtastwert Vco2s über dem Spannungsteilerkondensator Co2 werden in die Steuerschaltung 10 eingegeben.
• Ferner werden von einer nicht dargestellten, übergeordneten Steuerung ein Ausgangsspannungs-Befehlswert Vo* oder ein Eingangsspannungs-Befehlswert Vi* und ein Spannungsbefehlswert Vcf* des Lade-Entlade-Kondensators Cf zusätzlich in die Steuerschaltung 10 eingegeben.
• Es darf darauf hingewiesen werden, dass die Befehlswerte Vo*, Vi* sowie Vcf* auch in der Steuerschaltung 10 erzeugt werden können. Die Steuerschaltung 10 erzeugt und liefert die Gatesignale Gs1 und Gs2, beispielsweise auf der Basis von dem Ausgangsspannungs-Befehlswert Vo*, dem Ausgangsspannungs-Abtastwert Vouts und dem Spannungsbefehlswert Vcf* und dem Spannungsabtastwert Vcfs des Lade-Entlade-Kondensators Cf.
• Der Eingangsspannungs-Abtastwert Vins wird benötigt, um die Eingangsspannung Vin zu steuern, und die Klemmenspannungs-Abtastwerte Vco1s und Vco2s der Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 werden benötigt für einen Überspannungsschutz oder dergleichen.
• Als nächstes wird der Betrieb der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung im stationären Zustand beschrieben. Es darf darauf hingewiesen werden, dass der stationäre Zustand ein Zustand ist, in welchem die Ausgangsspannung in stabiler Weise erhalten wird, während die EIN/AUS-Steuerung von den Schalteinrichtungen S1 und S2 durchgeführt wird.
• Wie in 2 dargestellt, hat die DC/DC-Spannungswandlervorrichtung vier Operationsmoden 1 bis 4 im stationären Zustand. In dem Mode 1 wird die Schalteinrichtung S1 eingeschaltet und die Schalteinrichtung S2 ausgeschaltet, sodass Energie in dem Lade-Entlade-Kondensator Cf gespeichert wird. In dem Mode 2 wird die Schalteinrichtung S1 ausgeschaltet und die Schalteinrichtung S2 eingeschaltet, sodass Energie in dem Lade-Entlade-Kondensator Cf freigegeben wird.
• In dem Mode 3 werden beide Schalteinrichtungen S1 und S2 ausgeschaltet, so dass Energie in der Spule L freigegeben wird. In dem Mode 4 werden beide Schalteinrichtungen S1 und S2 eingeschaltet, sodass Energie in der Spule L gespeichert wird.
• Das Periodenverhältnis unter diesen Moden wird in geeigneter Weise eingestellt, sodass die zwischen dem Anschluss VL und dem Anschluss Vcom angelegte Eingangsspannung Vin auf eine beliebige Spannung hinauftransformiert werden kann, die als Ausgangsspannung Vout zwischen dem Anschluss VH und dem Anschluss Vcom abgegeben wird.
• Im stationären Zustand unterscheidet sich der Betrieb der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung zwischen einem Fall, in welchem ein Aufwärts-Transformationsverhältnis N der Ausgangsspannung Vout zur Eingangsspannung Vin gleich 2 oder kleiner ist, und einem Fall, bei dem das Aufwärts-Transformationsverhältnis N gleich 2 oder größer ist.
• Zunächst wird der Betrieb für den Fall erläutert, in welchem das Aufwärts-Transformationsverhältnis N gleich 2 oder kleiner ist (N ≦ 2).
• 3 zeigt Gatesignal-Spannungswellenformen der Schalteinrichtungen S1 und S2, eine Stromwellenform IL der Spule L, eine Stromwellenform Icf des Lade-Entlade-Kondensator Cf, sowie die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf, und zwar für den Fall, dass das Aufwärts-Transformationsverhältnis N gleich 2 oder kleiner ist.
• Im stationären Zustand wird die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf derart gesteuert, dass sie etwa halb so groß ist wie die Ausgangsspannung Vout. Das Größenverhältnis zwischen der Eingangsspannung Vin, der Ausgangsspannung Vout und der Klemmenspannung über dem Lade-Entlade-Kondensator Cf ist folgendes: $$\text{Vout}>\text{Vin}>\text{Vcf}.$$

  
• Wenn das Gatesignal für die Schalteinrichtung S1 hoch ist und das Gatesignal für die Schalteinrichtung S2 niedrig ist (Mode 1), dann wird, weil die Schalteinrichtung S1 EIN und die Schalteinrichtung S2 AUS ist, Energie von dem Glättungskondensator Ci zur Spule L und dem Lade-Entlade-Kondensator Cf übertragen, und zwar über den folgenden Pfad. $$\text{Ci}\to \text{L}\to \text{D}1\to \text{Cf}\to \text{S}1.$$

  
• Als nächstes wird, wenn das Gatesignal für die Schalteinrichtung S1 niedrig ist und das Gatesignal für die Schalteinrichtung S2 hoch ist (Mode 3), weil die Schalteinrichtung S1 AUS und die Schalteinrichtung S2 AUS ist, die in der Spule L gespeicherte Energie im Glättungskondensator Ci überlagert und zu den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 übertragen, und zwar gemäß dem folgenden Pfad. $$\text{Ci}\to \text{L}\to \text{D}1\to \text{D}2\to \text{Co}2\to \text{Co}1.$$

  
• Wenn als nächstes das Gatesignal für die Schalteinrichtung S1 niedrig ist und das Gatesignal für die Schalteinrichtung S2 hoch ist (Mode 2), weil die Schalteinrichtung S1 AUS und die Schalteinrichtung S2 EIN ist, wird die in dem Lade-Entlade-Kondensator Cf gespeicherte Energie dem Glättungskondensator Ci überlagert und zu den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 übertragen, während Energie in der Spule L gespeichert wird, und zwar gemäß dem folgenden Pfad. $$\text{Ci}\to \text{L}\to \text{S2}\to \text{Cf}\to \text{D2}\to \text{Co}2\to \text{Co}1.$$

  
• Als nächstes wird, wenn das Gatesignal für die Schalteinrichtung S1 niedrig ist und das Gatesignal für die Schalteinrichtung S2 niedrig (Mode 3), weil die Schalteinrichtung S1 AUS und die Schalteinrichtung S2 AUS ist, die in der Spule L gespeicherte Energie dem Glättungskondensator Ci überlagert und zu den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 übertragen, und zwar gemäß dem folgenden Pfad. $$\text{Ci}\to \text{L}\to \text{D}1\to \text{D}2\to \text{Co}2\to \text{Co}1.$$

  
• Die Serie der oben beschriebenen Operationen wird wiederholt, so dass die zwischen dem Anschluss VL und dem Anschluss Vcom angelegte Eingangsspannung Vin auf eine beliebige Spannung hinauftransformiert wird, welche einmal bis zweimal so hoch ist, wie die Eingangsspannung Vin ist, und die hinauftransformierte Spannung wird als Ausgangsspannung Vout zwischen dem Anschluss VH und dem Anschluss Vcom abgegeben.
• Als nächstes wird der Betrieb für den Fall beschrieben, in welchem das Aufwärts-Transformationsverhältnis N gleich 2 oder größer ist (N ≧ 2).
• 4 zeigt Gatesignal-Wellenformen der Schalteinrichtungen S1 und S2, eine Stromwellenform IL der Spule L, eine Stromwellenform Icf des Lade-Entlade-Kondensators Cf sowie die Klemmenspannung Vcf über dem Lade-Entlade-Kondensator Cf, und zwar für den Fall, dass das Aufwärts-Transformationsverhältnis N gleich 2 oder größer als 2 ist.
• Im stationären Zustand wird die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf derart gesteuert, dass sie etwa halb so groß ist wie die Ausgangsspannung Vout. Die Größenrelation zwischen der Eingangsspannung Vin, der Ausgangsspannung Vout und der Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf ist folgendermaßen. $$\text{Vout}>\text{Vcf}>\text{Vin}.$$

  
• Wenn das Gatesignal für die Schalteinrichtung S1 hoch ist und das Gatesignal für die Schalteinrichtung S2 hoch ist (Mode 4), dann wird, weil die Schalteinrichtung S1 EIN ist und die Schalteinrichtung S2 EIN ist, Energie von dem Glättungskondensator Ci zu der Spule L übertragen, und zwar gemäß dem folgenden Pfad. $$\text{Ci}\to \text{L}\to \text{S2}\to \text{S1}.$$

  
• Als nächstes wird, wenn das Gatesignal für die Schalteinrichtung S1 hoch ist und das Gatesignal für die Schalteinrichtung S2 niedrig ist (Mode 1), weil die Schalteinrichtung S1 EIN ist und die Schalteinrichtung S2 AUS ist, die in der Spule L gespeicherte Energie dem Glättungskondensator Ci überlagert und zu dem Lade-Entlade-Kondensator Cf übertragen, und zwar gemäß dem folgenden Pfad. $$\text{Ci}\to \text{L}\to \text{D1}\to \text{Cf}\to \text{S1}.$$

  
• Als nächstes wird, wenn das Gatesignal für die Schalteinrichtung S1 hoch ist und das Gatesignal für die Schalteinrichtung S2 hoch (Mode 4), weil die Schalteinrichtung S1 EIN ist und die Schalteinrichtung S2 EIN ist, Energie von dem Glättungskondensator Ci zu der Spule L übertragen, und zwar gemäß dem folgenden Pfad. $$\text{Ci}\to \text{L}\to \text{S}2\to \text{S}1.$$

  
• Als nächstes wird, wenn das Gatesignal für die Schalteinrichtung S1 niedrig ist und das Gatesignal für die Schalteinrichtung S2 hoch (Mode 2), weil die Schalteinrichtung S1 AUS ist und die Schalteinrichtung S2 EIN ist, die in der Spule L und dem Lade-Entlade-Kondensator Cf gespeicherte Energie dem Glättungskondensator Ci überlagert und zu den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 übertragen, und zwar gemäß dem folgenden Pfad. $$\text{Ci}\to \text{L}\to \text{S2}\to \text{Cf}\to \text{D}2\to \text{Co}2\to \text{Co}1.$$

  
• Die Serie der oben beschriebenen Operationen wird wiederholt, so dass die zwischen dem Anschluss VL und dem Anschluss Vcom angelegte Eingangsspannung auf eine beliebige Spannung hinauftransformiert wird, die gleich der oder höher als das zweifache der Eingangsspannung Vin ist, und die hinauftransformierte Spannung wird als Ausgangsspannung Vout zwischen dem Anschluss VH und dem Anschluss Vcom abgegeben.
• Als nächstes wird der Betrieb der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung unter Bezugnahme auf 5 näher beschrieben, und zwar für die nachstehenden Fälle: wenn die EIN/AUS-Steuerung der Schalteinrichtungen S1 und S2 nicht durchgeführt wird (Steuerungsunterbrechungszustand), beispielsweise für den Fall, dass der Betrieb der Schalteinrichtungen S1 und S2 unterbrochen ist, weil die Steuerungsstromversorgung nicht im Bereitschaftszustand ist, oder für den Fall, dass eine Anormalität in der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung aufgetreten ist und der Betrieb der Schalteinrichtungen S1 und S2 unterbrochen ist, um einen weiteren Einfluss auf Grund der Anormalität zu verhindern, wenn die Eingangsspannung Vin zwischen dem Anschluss VL und dem Anschluss Vcom anliegt.
• Wenn bei der Konfiguration gemäß 5 beide Schalteinrichtungen S1 und S2 im Steuerungsunterbrechungszustand sind, dann fließen, weil beide Schalteinrichtungen S1 und S2 AUS sind, Ströme gemäß den folgenden drei Pfaden, so dass die Kondensatoren Cf, Co1 und Co2 geladen werden. $$\text{VL}\to \text{Ci}\to \text{Vcom}$$

  

  $$\text{VL}\to \text{L}\to \text{D}1\to \text{D}2\to \text{Co}2\to \text{Co}1\to \text{Vcom}$$

  

  $$\text{VL}\to \text{L}\to \text{D}1\to \text{Cf}\to \text{Df}\to \text{Co}1\to \text{Vcom}.$$

  
• Somit wird die Eingangsspannung Vin an den Glättungskondensator Ci angelegt und außerdem an eine Verbindungseinheit angelegt, die gebildet wird von dem Lade-Entlade-Kondensator Cf und dem Spannungsteilerkondensator Co2, die parallel zueinander geschaltet sind, und dem Spannungsteilerkondensator Co1, der in Reihe mit der Verbindungseinheit geschaltet ist. Infolgedessen lässt sich die Klemmenspannung Vcf über dem Lade-Entlade-Kondensator Cf folgendermaßen darstellen. $$\text{Vcf}=\left\{\text{Co}2/\left(\text{Cf}+\text{Co}1+\text{Co}2\right)\right\}\times \text{Vin}\text{.}$$

  
• In dem obigen Ausdruck repräsentieren Cf, Co1 und Co2 die Kapazitäten des Lade-Entlade-Kondensators Cf, des Spannungsteilerkondensators Co1 bzw. des Spannungsteilerkondensators Co2.
• Wenn dann Cf<< Co1 = Co2 angenommen wird, so lässt sich die Klemmenspannung Vcf über dem Lade-Entlade-Kondensator Cf folgendermaßen darstellen. $$\text{Vcf}\fallingdotseq \text{Vin}/2.$$

  
• Hierbei ist eine Spannung Vds2, die zwischen dem Drain-Anschluss, dem Source-Anschluss und der einen Schalteinrichtung S2 angelegt wird, gleich der Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf. Daher hat die Spannung Vds2 den Wert Vin/2, wie in dem obigen Ausdruck angegeben.
• Dabei ist eine zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss der anderen Schalteinrichtung S1 angelegte Spannung Vds1 gleich einem Wert, den man erhält durch Subtrahieren der Klemmenspannung Vcf über dem Lade-Entlade-Kondensator Cf von der VH-Vco-Klemmenspannung Vout. Daher lässt sich die Spannung Vds1 folgendermaßen darstellen. $$\text{Vds}1=\text{Vout}-\text{Vcf}=\text{Vin}-\text{Vin}/2=\text{Vin}/2.$$

  
• Selbst wenn die Eingangsspannung Vin zwischen dem Anschluss VL und dem Anschluss Vcom angelegt wird, wenn beide Schalteinrichtungen S1 und S2 im Steuerungsunterbrechungszustand AUS sind, kann ein Ungleichgewicht zwischen den Klemmenspannungen Vco2 und Vco1 der Spannungsteilerkondensatoren Co2 und Co1 eliminiert werden, und zwar weil die Diode Df für den Spannungsausgleich vorgesehen ist.
• Dann werden die zwischen denDrain- und Source-Anschlüssen der Schalteinrichtungen S1 und S2 angelegten Spannungen beide ausgeglichen auf den Wert Vin/2. Damit ist es möglich, Halbleitereinrichtungen und Kondensatoren mit niedrigen Durchbruchspannungen zu verwenden, sodass eine DC/DC-Spannungswandlervorrichtung mit hoher Effizienz zur Verfügung steht, die mit geringen Kosten erstellt werden kann.
• Wenn gemäß der obigen Beschreibung die DC/DC-Spannungswandlervorrichtung im stationären Zustand ist, wie es in 2 dargestellt ist, so wird die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators so gesteuert, dass sie etwa halb so groß ist wie die Ausgangsspannung Vout.
• Wenn hierbei die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf so gesteuert wird, dass sie etwas höher ist als die halbe Ausgangsspannung Vout, so kann die DC/DC-Spannungswandlervorrichtung stabiler arbeiten. Der Grund hierfür wird nachstehend erläutert.
• In dem Mode 2, in welchem die Schalteinrichtung S1 AUS ist und die Schalteinrichtung S2 EIN ist, fließt, wenn die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf höher ist als die Klemmenspannung Vco2 des einen Spannungsteilerkondensators 2, ein Strom in der nachstehend beschriebenen Weise gemäß dem folgenden Strompfad. $$\text{Ci}\to \text{L}\to \text{S}2\to \text{Cf}\to \text{D}2\to \text{Co}2\to \text{Co}1.$$

  
• Wenn jedoch die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf niedriger ist als die Klemmenspannung Vco2 des Spannungsteilerkondensators Co2, weil die Diode D2 in Sperr-Richtung vorgespannt ist, so fließt ein Strom gemäß dem folgenden Strompfad. $$\text{Ci}\to \text{L}\to \text{S}2\to \text{Df}\to \text{Co}1.$$

  
• Wenn ein Strom kontinuierlich gemäß dem obigen Pfad fließt, so tritt, weil die elektrische Ladung des anderen Spannungsteilerkondensators Co1 größer wird als die des einen Spannungsteilerkondensators Co2, ein Spannungsungleichgewicht zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 auf, und im schlimmsten Falle kann der andere Spannungsteilerkondensator Co1 wegen einer Überspannung durchbrechen.
• In dem Mode 3, in welchem die Schalteinrichtung S1 AUS ist und die Schalteinrichtung S2 AUS ist, tritt folgende Situation ein. Wenn die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf niedriger als die Klemmenspannung Vco2 des einen Spannungsteilerkondensators Co2, so fließt, weil die Diode D2 in Sperr-Richtung vorgespannt ist, ein Strom gemäß dem folgenden Pfad. $$\text{Ci}\to \text{L}\to \text{D1}\to \text{Cf}\to \text{Df}\to \text{Co1}.$$

  
• Wenn ein Strom kontinuierlich gemäß dem obigen Strompfad fließt, so tritt, weil die elektrische Ladung des anderen Spannungsteilerkondensators Co1 größer wird als die des einen Spannungsteilerkondensators Co2, ein Spannungsungleichgewicht zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 auf. Im schlimmsten Falle kann der andere Spannungsteilerkondensator Co1 wegen der Überspannung einen Durchbruch erleiden.
• Um einen derartigen unstabilen Betrieb zu verhindern, wird die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf auf einem Wert gehalten, der gleich der oder höher als die Klemmenspannung Vco2 des einen Spannungsteilerkondensators Co2 ist.
• Genauer gesagt, ein Minimalwert Vcf (min) der Klemmenspannung des Lade-Entlade-Kondensators Cf wird für den Fall, dass eine Wellenspannung oder eine Brummspannung berücksichtigt wird, so gesteuert, dass er gleich einem oder größer als ein Maximalwert Vco2 (max) der Klemmenspannung des einen Spannungsteilerkondensators Co2 ist. Das bedeutet, die nachstehende Relation ist erfüllt: $$\text{Vcf}\left(\text{min}\right)\geqq \text{Vco}2\left(\text{max}\right).$$

  
• Auf diese Weise ist es möglich, einen unstabilen Betrieb zu eliminieren, bei welchem ein Spannungsungleichgewicht in der oben beschriebenen Weise zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 auftritt.
• Bei der ersten Ausführungsform ist eine Diode Df zum Spannungsausgleich zwischen dem negativen Anschluss des Lade-Entlade-Kondensators Cf und dem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 vorgesehen. Wie in 6 dargestellt, kann jedoch zusätzlich zu der Diode Df ein Strombegrenzungswiderstand Rf in Reihenschaltung vorgesehen sein.
• Wenn bei dieser Konfiguration die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf gleich der oder niedriger als die Klemmenspannung Vco2 des einen Spannungsteilerkondensators Co2 ist, so wird ein in der Diode Df für den Spannungsausgleich fließender Strom durch den Strombegrenzungswiderstand Rf reduziert. Somit kann ein Spannungsungleichgewicht, das zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 auftritt, weiter unterdrückt werden.
• Bei der ersten Ausführungsform ist die Diode Df zwischen dem negativen Anschluss des Lade-Entlade-Kondensators Cf und dem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 vorgesehen. Anstelle der Diode Df kann jedoch ein Relais vom sogenannten normalerweise eingeschalteten Typ vorgesehen sein, welches einschaltet, wenn die Schalteinrichtungen S1 und S2 im Steuerungsunterbrechungszustand sind, und welches ausschaltet, wenn die Schalteinrichtungen S1 und S2 Schaltoperationen im stationären Zustand durchführen. Auch in diesem Fall kann der gleiche Effekt erzielt werden.
• Für die erste Ausführungsform gilt folgendes: Auch wenn die Eingangsspannung Vin zwischen dem Anschluss VL und dem Anschluss Vcom angelegt wird, wenn die Schalteinrichtungen S1 und S2 im Steuerungsunterbrechungszustand sind, so können die zwischen den Drain- und Source-Anschlüssen der Schalteinrichtungen S1 und S2 angelegten Spannungen ausgeglichen werden. Daher wird es möglich, Halbleitereinrichtungen und Kondensatoren mit niedrigen Durchbruchspannungen zu verwenden, sodass eine DC/DC-Spannungswandlervorrichtung mit verbesserter Effizienz zur Verfügung gestellt werden kann, wobei dies mit geringen Kosten verbunden ist.
• Wenn hierbei die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf 1 so gesteuert wird, dass sie etwas höher ist als die Klemmenspannung Vco2 des Spannungsteilerkondensators Co2, so wird es möglich, zu gewährleisten, ein Spannungsungleichgewicht zwischen in Reihe geschalteten Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 zu verhindern, sodass eine in hohem Maße zuverlässige DC/DC-Spannungswandlervorrichtung zur Verfügung gestellt werden kann, die in stabiler Weise arbeitet.
• Zweite Ausführungsform
• 7 zeigt eine Schaltungskonfiguration einer DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. In 7 sind die Komponenten, welche die gleichen sind wie die bei der ersten Ausführungsform gemäß 1 oder diesen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen und Symbolen bezeichnet.
• Der Unterschied gegenüber der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform besteht darin, dass eine Zenerdiode Dz zwischen der Diode Df zum Spannungsausgleich und dem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 vorgesehen ist, welche den Glättungskondensator Co auf der Ausgangsseite bilden. Im Übrigen ist die Konfiguration sowie der grundlegende Betrieb der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung der gleiche wie bei der ersten Ausführungsform. Nachstehend wird die Bedeutung der Verwendung der Zenerdiode Dz im einzelnen erläutert.
• Bei der ersten Ausführungsform wird die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf so gesteuert, dass sie etwas höher ist als die halbe Ausgangsspannung Vout, so dass die DC/DC-Spannungswandlervorrichtung im stationären Zustand stabiler arbeiten kann.
• Wenn jedoch die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf wesentlich höher ist als die halbe Ausgangsspannung Vout, so nimmt ein Welligkeitsstrom in der Spule L zu. Infolgedessen kann das Problem auftreten, dass Spulenverluste oder Spulenrauschen zunehmen.
• 8 zeigt die Relationen zwischen den Gatesignal-Spannungswellenformen der Schalteinrichtungen S1 und S2, der Stromwellenform IL der Spule L, der Stromwellenform Icf des Lade-Entlade-Kondensators Cf und der Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf im stationären Zustand, wenn das Aufwärts-Transformationsverhältnis N beispielsweise gleich 2 oder kleiner ist.
• In 8 ist die Wellenform des Spulenstromes IL, dargestellt mit einer strichpunktierten Linie, die Wellenform, die auftritt, wenn die Spannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators gleich der halben Ausgangsspannung Vout ist; und die Wellenform des Spulenstromes IL, die mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist, gibt die Wellenform an, die dann auftritt, wenn die Spannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators höher ist als die halbe Ausgangsspannung Vout.
• Wenn im stationären Zustand die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf höher ist als die halbe Ausgangsspannung Vout, dann sind die Spannung, die an der Spule in dem Mode 1 anliegt, und die Spannung, die an der Spule im Mode 2 anliegt, voneinander verschieden.
• Daher unterscheidet sich die Änderungsrate des Spulenstromes zwischen dem Mode 1 und dem Mode 2. Infolgedessen weist der Welligkeitsstrom in der Spule L eine Frequenzkomponente, die doppelt so hoch ist wie die Schaltfrequenz (1/Ts), sowie eine Frequenzkomponente auf, die gleich der Schaltfrequenz ist.
• Wenn ein Welligkeitsstrom mit einer Niederfrequenzkomponente in der Spule L in der oben beschriebenen Weise fließt, so nehmen Spulenverluste oder Spulenrauschen zu. Um eine derartige Niederfrequenzkomponente des Welligkeitsstroms zu reduzieren, ist es wünschenswert, dass die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf so vorgegeben ist, dass sie dicht bei der halben Ausgangsspannung Vout liegt.
• Wenn jedoch die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf extrem dicht bei der halben Ausgangsspannung Vout liegt, so tritt ein Spannungsungleichgewicht zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 in der oben beschrieben Weise auf, was zu einigen Problemen führen, wie zum Beispiel im schlimmsten Fall zu einem Durchbruch des Spannungsteilerkondensator Co1 wegen einer Überspannung.
• Unter Berücksichtigung dieser Umstände ist bei der zweiten Ausführungsform die Zenerdiode Dz zwischen der Diode Df und dem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 vorgesehen. Auf Grund dieser Konfiguration wird, wenn die Schalteinrichtungen im Steuerungsunterbrechungszustand sind, das Auftreten von einem Spannungsungleichgewicht zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 unterdrückt, sodass ein stabiler Betrieb der DC/DC-Spannungswandlerschaltung gewährleistet ist.
• Zur gleichen Zeit wird im stationären Zustand eine Niederfrequenzkomponente des Welligkeitsstromes reduziert, der in der Spule L fließt. Nachstehend werden die Wirkungsweise sowie die Effekte für den Fall erläutert, dass die Zenerdiode Dz vorgesehen ist.
• Zunächst einmal wird der Fall beschrieben, in welchem die Eingangsspannung Vin zwischen dem Anschluss VL und dem Anschluss Vcom angelegt wird, wenn beide Schalteinrichtungen S1 und S2 im Steuerungsunterbrechungszustand sind.
• Wenn die Schalteinrichtungen S1 und S2 im Steuerungsunterbrechungszustand sind, so sind beide Schalteinrichtungen S1 und S2 AUS. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Eingangsspannung Vin zwischen dem Anschluss VL und dem Anschluss Vcom angelegt wird, so wird die Zenerdiode Dz leitend, und es fließen Ströme durch die nachstehend angegebenen Strompfade, sodass die Kondensatoren Cf, Co2 und Co1 geladen werden. $$\text{VL}\to \text{Ci}\to \text{Vcom}$$

  

  $$\text{VL}\to \text{L}\to \text{D1}\to \text{D}2\to \text{Co}2\to \text{Co}1\to \text{Vcom}$$

  

  $$\text{VL}\to \text{L}\to \text{D1}\to \text{Cf}\to \text{Df}\to \text{Dz}\to \text{Co}1\to \text{Vcom}.$$

  
• Somit wird die Eingangsspannung Vin an den Glättungskondensator Ci auf der Eingangsseite angelegt und ferner angelegt an die Verbindungseinheit, die aufgebaut ist aus dem Lade-Entlade-Kondensators Cf und dem Spannungsteilerkondensators Co2, die zueinander parallel geschaltet sind, und zwar über die Zenerdiode Dz, sowie an den Spannungsteilerkondensator Co1, der mit der Verbindungseinheit in Reihe geschaltet ist. Infolgedessen lässt sich die Klemmenspannung Vcf über dem Lade-Entlade-Kondensator Cf folgendermaßen darstellen: $$\text{Vcf}=\left\{\text{Co}1/\left(\text{Cf}+\text{Co}1+\text{Co}2\right)\right\}\times \left(\text{Vin}-2\times \text{Vzd}\right).$$

  
• Wenn hierbei Cf<< Co1 = Co2 angenommen wird, dann lässt sich die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf folgendermaßen darstellen: $$\text{Vcf}\fallingdotseq \text{Vin}/2-\text{Vzd}.$$

  
• Bei den vorstehenden Ausdrücken haben die Bezugszeichen folgende Bedeutung. Vzd repräsentiert die Klemmenspannung der Zenerdiode Dz; Cf, Co1 und Co2 repräsentieren die Kapazitäten von dem Lade-Entlade-Kondensator Cf, dem Spannungsteilerkondensator Co1 bzw. dem Spannungsteilerkondensator Co2.
• Die Spannung Vds2, die zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss der einen Schalteinrichtung S2 anliegt, ist gleich der Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf. Somit hat die Spannung Vds2 den Wert (Vin/2 - Vzd).
• Dabei ist die Spannung Vds1, die zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss der anderen Schalteinrichtung S1 anliegt, gleich einem Wert, den man erhält durch Subtrahieren der Klemmenspannung des Lade-Entlade-Kondensators Cf von der VH-Vcom-Klemmenspannung. Damit lässt sich die Spannung Vds1 folgendermaßen darstellen: $$\text{Vds}1=\text{Vout}-\text{Vcf}=\text{Vin}/2+\text{Vzd}.$$

  
• Weil die Zenerdiode Dz zwischen der Diode Df und dem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 vorgesehen ist, gilt folgendes. Wenn die Eingangsspannung Vin zwischen dem Anschluss VL und dem Anschluss Vcom angelegt wird, wenn beide Schalteinrichtungen S1 und S2 im Steuerungsunterbrechungszustand AUS sind, so können die Spannungen, die zwischen den Drain- und Source-Anschlüssen der Schalteinrichtungen S1 und S2 angelegt werden, im wesentlichen ausgeglichen werden, weil die Zenerdiode Dz leitend wird.
• Somit wird es möglich, Halbleitereinrichtungen und Kondensatoren mit niedrigen Durchbruchspannungen zu verwenden, sodass eine DC/DC-Spannungswandlervorrichtung mit gesteigerter Leistungsfähigkeit zur Verfügung steht, wobei dies mit geringen Kosten möglich ist.
• Als nächstes wird der Betrieb im stationären Zustand beschrieben, in welchem die Ausgangsspannung in stabiler Weise erhalten wird, während die EIN/AUS-Steuerung für die Schalteinrichtungen S1 und S2 durchgeführt wird.
• Im stationären Zustand in dem Mode 2, in welchem die Schalteinrichtung S1 AUS ist und die Schalteinrichtung S2 EIN ist, differiert der Stromverlauf in Abhängigkeit von der Größenrelation zwischen der Summe der Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf und der Durchbruchspannung Vcd der Zenerdiode Dz, und der Klemmenspannung Vco2 des einen Spannungsteilerkondensators Co2.
• Um das Auftreten eines Spannungsungleichgewichts zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 zu verhindern, wird die Zenerdiode Dz in den nicht leitenden Zustand gebracht. Das bedeutet, die Summe der Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf und der Durchbruchspannung Vzd der Zenerdiode Dz wird so vorgegeben, dass sie größer ist als die Klemmenspannung Vco2 des einen Spannungsteilerkondensators Co2. Das bedeutet, die Relation $$\text{Vcf}+\text{Vzd}\geqq \text{Vco}2$$

  

  ist erfüllt. In diesem Falle fließt ein Strom gemäß dem folgenden Strompfad. $$\text{Ci}\to \text{L}\to \text{S}2\to \text{Cf}\to \text{D}2\to \text{Co}2\to \text{Co}1.$$

  
• Im stationären Zustand in dem Mode 3, in welchem die Schalteinrichtung S1 AUS ist und die Schalteinrichtung S2 AUS ist, differiert der Stromverlauf in Abhängigkeit von der Größenrelation zwischen der Summe der Klemmenspannung des Lade-Entlade-Kondensators Cf und der Durchbruchspannung Vzd der Zenerdiode Dz, und der Klemmenspannung Vco2 des Glättungskondensators Co2.
• Um das Auftreten eines Spannungsungleichgewichts zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 zu verhindern, wird die Zenerdiode Dz in den nicht leitenden Zustand gebracht. Das bedeutet, die Summe der Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf und der Durchbruchspannung Vzd der Zenerdiode Dz wird so vorgegeben, dass sie größer ist als die Klemmenspannung Vco2 des Spannungsteilerkondensators Co2. Das bedeutet, die Relation $$\text{Vcf}+\text{Vzd}\geqq \text{Vco}2$$

  

  ist erfüllt. In diesem Falle fließt ein Strom gemäß dem folgenden Strompfad. $$\text{Ci}\to \text{L}\to \text{D1}\to \text{D}2\to \text{Co}2\to \text{Co}1.$$

  
• Um daher im stationären Zustand einen unstabilen Betrieb in den Moden 2 und 3 zu verhindern, wird die Durchbruchspannung Vzd der Zenerdiode Dz so vorgegeben, dass sie die folgende Relation erfüllt. $$\text{Vzd}\geqq \text{Vco}2\left(\text{max}\right)-\text{Vcf}\left(\text{min}\right).$$

  
• Hierbei ist Vcf (min) der Minimalwert der Klemmenspannung des Lade-Entlade-Kondensators Cf für den Fall, dass eine Welligkeitsspannung berücksichtigt wird, und Vco2 (max) ist der Maximalwert der Klemmenspannung des Glättungskondensators Co2.
• Somit ist gemäß der zweiten Ausführungsform die Zenerdiode Dz zwischen der Diode Df und dem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 vorgesehen. Wenn die Schalteinrichtungen S1 und S2 im Steuerungsunterbrechungszustand und wenn die Eingangsspannung Vin zwischen dem Anschluss VL und dem Anschluss Vcom angelegt wird, so wird die Zenerdiode Dz eingeschaltet, sodass das Auftreten eines Spannungsungleichgewichts zwischen dem Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 verhindert wird, und die Spannungen, welche zwischen den Drain- und Source-Anschlüssen der Schalteinrichtungen S1 und S2 angelegt werden, sind im wesentlichen ausgeglichen.
• Dabei wird die Durchbruchspannung Vzd der Zenerdiode Dz in geeigneter Weise vorgegeben, um die Zenerdiode Dz im stationären Zustand auszuschalten, so dass eine Niederfrequenzkomponente des Welligkeitsstroms reduziert wird, der in der Spule L fließt.
• Bei der zweiten Ausführungsform kann somit sowohl das Unterdrücken des Auftretens eines Spannungsungleichgewichts zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 als auch eine Reduzierung einer Niederfrequenzkomponente des Welligkeitsstroms realisiert werden, der in der Spule L fließt.
• Auf diese Weise kann eine in hohem Maße zuverlässige DC/DC-Spannungswandlervorrichtung zur Verfügung gestellt werden, die in stabiler Weise mit geringen Verlusten und geringem Rauschen arbeitet.
• Bei der zweiten Ausführungsform ist die Zenerdiode Dz zwischen der Diode Df und dem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 vorgesehen. Wie jedoch vorstehend und unter Bezugnahme auf 6 erläutert, kann außerdem ein Strombegrenzungswiderstand in Reihe mit der Zenerdiode Dz vorgesehen werden, sodass der gleiche Effekt erzielt werden kann.
• Dritte Ausführungsform
• 9 zeigt eine Schaltungskonfiguration einer DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. In 9 sind die Komponenten, die die gleichen sind wie bei der ersten Ausführungsform gemäß 1 oder diesen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen und Symbolen bezeichnet.
• Abgesehen von einer Last, die einseitig Energie verbraucht, kann eine Last, die regenerative Energie erzeugt, an die DC/DC-Spannungswandlervorrichtung angeschlossen werden. Für den Fall, dass eine derartige Last, die regenerative Energie erzeugt, an die Ausgangsseite der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung angeschlossen ist, gilt folgendes: wenn die Ausgangsspannung Vout wegen der regenerativen Energie zugenommen hat, so wird die gesamte erhöhte Spannung der Ausgangsspannung Vout an die Schalteinrichtungen und die Dioden der DC-Spannungswandlervorrichtung A angelegt. In diesem Falle können die Schalteinrichtungen und die Dioden der DC/DC-Spannungswandlereinheit A wegen der Überspannung einen Durchbruch erleiden.
• Unter Berücksichtigung dieser Umstände ist bei der dritten Ausführungsform eine Diode Dh zur Stromrückführung zusätzlich vorgesehen zwischen dem positiven Anschluss des Lade-Entlade-Kondensators Cf und dem Kathodenanschluss der Diode Df zum Spannungsausgleich bei der Schaltungskonfiguration der ersten Ausführungsform gemäß 1.
• Der Betrieb der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung im stationären Zustand und im Steuerungsunterbrechungszustand ist im Betrieb der gleiche wie bei der ersten Ausführungsform. Nachstehend werden für den Fall, dass die Ausgangsspannung Vout durch regenerative Energie erhöht worden ist, die Operationen sowie die Wirkungen im Einzelnen unter Bezugnahme auf 10 erläutert, die durch das Vorsehen der Diode Dh zur Stromrückführung erzielt werden.
• Im Ausgangszustand wird folgendes angenommen: das Aufwärts-Transformationsverhältnis N ist gleich 2 oder kleiner als 2; die Klemmenspannung des Lade-Entlade-Kondensators Cf beträgt Vcf0; die Kapazität für jeden Kondensator erfüllt die Relation $$\text{Co1}=\text{Co2>>Cf}\text{,}$$

  

  und beide Schalteinrichtungen S1 und S2 sind AUS.
• Wenn im Ausgangszustand die Ausgangsspannung Vout die folgende Relation erfüllt $$\text{Vout}\leqq \text{Vin+Vcf0}\text{,}$$

  

  dann fließt ein Strom gemäß dem folgenden Strompfad. $$\text{VH}\to \text{Co2}\to \text{Co1}\to \text{Vcom}\text{.}$$

  
• Während die Ausgangsspannung Vout wegen der regenerativen Energie vom Zeitpunkt t0 an allmählich zunimmt und wenn die Ausgangsspannung Vout zum Zeitpunkt t1 die folgende Relation erfüllt $$\text{Vout}\geqq \text{Vin}+\text{Vcf}\mathrm{0,}$$

  

  dann fließt ein Strom auch durch den nachstehenden Strompfad sowie durch den obigen Pfad. $$\text{VH}\to \text{Co2}\to \text{Dh}\to \text{Cf}\to \text{S2}\to \text{L}\to \text{Ci}\to \text{Vcom}\text{.}$$

  
• Zu diesem Zeitpunkt lässt sich die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf folgendermaßen darstellen: $$\text{Vcf}=\text{Vout}-\text{Vin}.$$

  
• Wenn die Ausgangsspannung Vout wegen der regenerativen Energie weiter zunimmt und wenn Vcf ≧ Vin zum Zeitpunkt t2 erfüllt ist (das Aufwärts-Transformationsverhältnis N ist gleich 2 oder größer als 2), dann wird das Gatesignal für die Schalteinrichtung S1 hoch vorgegeben, um die Schalteinrichtung S1 einzuschalten. Da in diesem Zustand die Diode D1 in Sperr-Richtung vorgespannt ist, fließen Ströme durch die beiden folgenden Strompfade, ohne in die Diode D1 oder die Spule L zu fließen. $$\text{VH}\to \text{Co2}\to \text{Co1}\to \text{Vcom}$$

  

  $$\text{VH}\to \text{Co2}\to \text{Dh}\to \text{Cf}\to \text{S1}\to \text{Vcom}\text{.}$$

  
• Infolgedessen wird die Ausgangsspannung Vout angelegt an eine Verbindungseinheit, bestehend aus dem Lade-Entlade-Kondensator Cf und dem Spannungsteilerkondensator Co2, die parallel zueinander geschaltet sind, und dem Spannungsteilerkondensator Co1, der mit der Verbindungseinheit in Reihe geschaltet ist.
• Damit lässt sich die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf mit Vcf = Vout/2 darstellen. Somit ist es möglich, die Spannungen, die an die Schalteinrichtungen S1 und S2 sowie die Dioden D1 und D2 angelegt werden, im wesentlichen auszugleichen.
• Die dritte Ausführungsform ist somit auch für den Fall anwendbar, in welchem eine Last, die eine regenerative Energie erzeugt, an die Ausgangsseite der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung angeschlossen ist und die Ausgangsspannung Vout wegen der regenerativen Energie zunimmt.
• Das bedeutet, bei der dritten Ausführungsform ist die Diode Dh für die Stromrückführung vorgesehen, sodass die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf zu einer Spannung wird, die den geteilten Potentialen der Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 entspricht. Somit können die Spannungen, die an die Schalteinrichtungen S1 und S2 sowie die Dioden D1 und D2 angelegt werden, im wesentlichen ausgeglichen werden.
• Somit wird es möglich, Halbleitereinrichtungen sowie Kondensatoren mit niedrigen Durchbruchspannungen zu verwenden, sodass DC/DC-Spannungswandlervorrichtung mit gesteigerter Effizienz angegeben werden kann, wobei dies mit geringen Kosten möglich ist.
• Bei der dritten Ausführungsform ist ferner die Diode Dh für die Stromrückführung vorgesehen zwischen dem positiven Anschluss des Lade-Entlade-Kondensators Cf und dem Kathodenanschluss der Diode Df für den Spannungsausgleich.
• Wie bereits im Zusammenhang mit 6 erläutert, kann außerdem ein Strombegrenzungswiderstand zwischen dem Verbindungspunkt zwischen den Dioden Df und Dh sowie dem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 eingebaut werden, sodass der gleiche Effekt erzielt werden kann.
• Da bei der dritten Ausführungsform die beiden Dioden Df und Dh an den Lade-Entlade-Kondensator Cf der DC-Spannungswandlereinheit A angeschlossen sind, können folgende Vorteile erzielt werden. Wenn nämlich die Schalteinrichtungen S1 und S2 sich im Steuerungsunterbrechungszustand befinden, dann kann nicht nur für den Fall, dass die Eingangsspannung Vin zwischen dem Anschluss VL und dem Anschluss Vcom angelegt wird, sondern auch für den Fall, dass die Ausgangsspannung Vout wegen der regenerativen Energie von einer Last zunimmt, die Spannungen, die an die Schalteinrichtungen S1 und S2 sowie die Dioden D1 und D2 angelegt werden, im wesentlichen ausgeglichen werden, sodass ein Durchbruch der Schaltung verhindert werden kann.
• Wenn es jedoch lediglich erwünscht ist, dass die Spannungen, die an die Schalteinrichtungen S1 und S2 sowie die Dioden D1 und D2 angelegt werden, im wesentlichen ausgeglichen werden, wenn die Ausgangsspannung Vout wegen der regenerativen Energie zunimmt, so kann dies ohne die eine Diode Df für den Spannungsausgleich erreicht werden; es kann nämlich nur die Diode Dh zur Stromrückführung zwischen dem positiven Anschluss des Lade-Entlade-Kondensators Cf und dem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 vorgesehen sein.
• Vierte Ausführungsform
• 11 zeigt eine Schaltungskonfiguration einer DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. In 11 sind die Komponenten, welche die gleichen Komponenten wie bei der ersten Ausführungsform gemäß 1 bezeichnen oder diesen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen oder Symbolen bezeichnet.
• Ein Merkmal der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform ist folgendes. Obwohl der Glättungskondensator Co auf der Ausgangsseite aus einem einzigen Kondensator besteht, ist der Glättungskondensator Ci auf der Eingangsseite aus zwei Spannungsteilerkondensatoren Ci1 und Ci2 aufgebaut, die in Reihe geschaltet sind, und mit einem Relais S4 als Schalteinrichtung für den Spannungsausgleich versehen.
• Das Relais S4 für den Spannungsausgleich ist ein Relais vom sogenannten normalerweise eingeschalteten Typ, welches einschaltet, wenn die Schalteinrichtungen S1 und S2 im Steuerungsunterbrechungszustand sind, und ausschaltet, wenn die Schalteinrichtungen S1 und S2 den Schaltbetrieb im stationären Zustand durchführen.
• Der eine Anschluss des Relais S4 ist mit dem niederspannungsseitigen Anschluss des Lade-Entlade-Kondensators Cf der DC-Spannungswandlereinheit A verbunden, und der andere Anschluss des Relais ist mit dem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Ci1 und Ci2 verbunden.
• In die Steuerschaltung 10 werden folgende Werte eingegeben: der Eingangsspannungs-Abtastwert Vins; der Ausgangsspannungs-Abtastwert Vouts; der Klemmenspannungs-Abtastwert Vcfs des Lade-Entlade-Kondensators Cf; die Klemmenspannungs-Abtastwerte Vcils und Vci2s der Spannungsteilerkondensatoren Ci1 und Ci2; sowie ein Klemmenspannungs-Abtastwert Vcos des Glättungskondensators Co.
• Außerdem werden, wie bei der ersten Ausführungsform, von der nicht dargestellten, übergeordneten Steuerung folgende Werte in die Steuerschaltung 10 eingegeben; der Ausgangsspannungs-Befehlswert Vo* oder der Eingangsspannungs-Befehlswert Vi* sowie der Spannungsbefehlswert Vcf* des Lade-Entlade-Kondensators Cf.
• Die Steuerschaltung 10 gibt die Gatesignale Gs1 und Gs2 an die Schalteinrichtungen S1 und S2 der DC-Spannungswandlereinheit A ab und gibt ein EIN/AUS-Signal an das Relais S4.
• Im Übrigen ist die Konfiguration der vierten Ausführungsform die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform gemäß 1, sodass eine diesbezügliche detaillierte Beschreibung entfallen kann.
• Hier wird nun im stationären Zustand, in welchem die Ausgangsspannung Vout, erhalten durch Hinauftransformieren der Eingangsspannung Vin zwischen dem Anschluss VL und dem Anschluss Vcom und abgegeben zwischen dem Anschluss VH und dem Anschluss Vcom, ein Haltesignal angelegt, um den AUS-Zustand des Relais S4 beizubehalten. Wenn das Relais S4 im Zustand AUS ist, dann ist der Betrieb zum Hinauftransformieren im stationären Zustand der gleiche wie bei der ersten, der zweiten und der dritten Ausführungsform.
• Wenn andererseits die Schalteinrichtungen S1 und S2 im Steuerungsunterbrechungszustand sind und wenn die Eingangsspannung Vin zwischen dem Anschluss VL und dem Anschluss Vcom anliegt, so wird die Zuführung des Haltesignals gestoppt, sodass das Relais S4 einschaltet. Da zu diesem Zeitpunkt beide Schalteinrichtungen S1 und S2 im Zustand AUS sind, fließen Ströme durch die folgenden drei Strompfade, sodass die Kondensatoren Cf, Ci1, Ci2 sowie Co geladen werden. $$\text{VL}\to \text{Ci2}\to \text{Ci1}\to \text{Vcom}$$

  

  $$\text{VL}\to \text{L}\to \text{D1}\to \text{D2}\to \text{Co}\to \text{Vcom}$$

  

  $$\text{VL}\to \text{L}\to \text{D1}\to \text{Cf}\to \text{S}4\to \text{Ci}1\to \text{Vcom}\text{.}$$

  
• Somit wird die Eingangsspannung Vin an den Glättungskondensator Co auf der Ausgangsseite angelegt und auch an eine Verbindungseinheit angelegt, die aufgebaut ist aus dem Lade-Entlade-Kondensator Cf und dem Spannungsteilerkondensator Ci2, die parallel zueinander geschaltet sind, und dem Spannungsteilerkondensator Ci1, der in Reihe mit der Verbindungseinheit geschaltet ist. Infolgedessen lässt sich die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf folgendermaßen darstellen: $$\text{Vcf}=\left\{\text{Ci2/}\left(\text{Cf}+\text{Ci}1+\text{Ci2}\right)\right\}\times \text{Vin}\text{.}$$

  
• Wenn hierbei angenommen wird, dass die folgende Relation gilt: $$\text{Cf}<<\text{Ci1}=\text{Ci2}\text{,}$$

  

  weil beide Schalteinrichtungen S1 und S2 im Zustand AUS sind, so lässt sich die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf folgendermaßen darstellen. $$\text{Vcf}\fallingdotseq \text{Vin}/2=\text{Vout}/2.$$

  
• Da sich somit die Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf darstellen lässt als Vcf = Vout/2, wird es möglich, die Spannungen im Wesentlichen auszugleichen, die an die Schalteinrichtungen S1 und S2 sowie die Dioden D1 und D2 angelegt werden.
• Wie oben erwähnt, können auch bei der vierten Ausführungsform, ebenso wie bei der ersten Ausführungsform für den Fall, dass die Eingangsspannung Vin zwischen dem Anschluss VL und dem Anschluss Vcom angelegt wird, wenn die Schalteinrichtungen S1 und S2 im Steuerungsunterbrechungszustand sind, die Spannungen, die zwischen dem Drain- und Source-Anschlüssen der Schalteinrichtungen S1 und S2 anliegen, ausgeglichen werden, weil das Relais S4 im eingeschalteten Zustand ist.
• Daher wird es möglich, Halbleitereinrichtungen und Kondensatoren mit niedrigen Durchbruchspannungen zu verwenden, sodass eine DC/DC-Spannungswandlervorrichtung mit hoher Effizienz zur Verfügung gestellt werden kann, und zwar bei geringen Kosten.
• Fünfte Ausführungsform
• 12 zeigt eine Schaltungskonfiguration einer DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung. In 12 sind die Komponenten, die die gleichen sind wie bei der ersten Ausführungsform gemäß 1 oder diesen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen und Symbolen bezeichnet.
• Die DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform transformiert die Eingangsspannung Vin, die zwischen dem Anschluss VL und dem Anschluss Vcom anliegt, hinauf auf eine Spannung, die gleich der oder größer als die Eingangsspannung Vin ist, und sie gibt die Ausgangsspannung Vout als hinauftransformierte Ausgangsspannung zwischen dem Anschluss VH und dem Anschluss Vcom ab. Die DC-Spannungswandlereinheit A gemäß der fünften Ausführungsform ist aufgebaut aus drei Schalteinrichtungen S1, S2 und S3, drei Dioden D1, D2 und D3 sowie zwei Lade-Entlade-Kondensatoren Cf1 und Cf2.
• Der Glättungskondensator Co an der Ausgangsseite ist aus drei Spannungsteilerkondensatoren Co1, Co2 und Co3 aufgebaut, die sequentiell in Reihe geschaltet sind. Ferner ist die DC-Spannungswandlereinheit A mit Dioden Cf1 und Cf2 als Schalteinrichtungen zum Spannungsausgleich versehen.
• Bei der hier interessierenden Ausführungsform sind die drei Schalteinrichtungen S1, S2 und S3 sowie die drei Dioden D1, D2 und D3 sequentiell in Reihe geschaltet. Der Source-Anschluss der Schalteinrichtung S1 ist mit dem Referenzspannungs-Anschluss Vcom verbunden, der Kathodenanschluss der Diode D3 ist mit dem Ausgangsanschluss VH verbunden, der Verbindungspunkt zwischen dem Drain-Anschluss der Schalteinrichtung S3 und dem Anodenanschluss der Diode D1 ist mit dem Eingangsanschluss VL über die Spule L verbunden.
• Der niederspannungsseitige Anschluss des einen Lade-Entlade-Kondensators Cf1 ist verbunden mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Drain-Anschluss der Schalteinrichtung S1 und dem Source-Anschluss der Schalteinrichtung S2, und sein hochspannungsseitiger Anschluss ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kathodenanschluss der Diode D2 und dem Anodenanschluss der Diode D3 verbunden.
• Der niederspannungsseitige Anschluss des anderen Lade-Entlade-Kondensators Cf2 ist verbunden mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Drain-Anschluss der Schalteinrichtung S2 und dem Source-Anschluss der Schalteinrichtung S3, und sein hochspannungsseitiger Anschluss ist verbunden mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kathodenanschluss der Diode D1 und dem Anodenanschluss der Diode D2.
• Der niederspannungsseitige Anschluss des Spannungsteilerkondensators Co1 ist verbunden mit dem Referenzspannungs-Anschluss Vcom, und der hochspannungsseitige Anschluss des Spannungsteilerkondensators Co3 ist verbunden mit dem Ausgangsanschluss VH. Der Anodenanschluss der einen Diode Df1 für den Spannungsausgleich ist verbunden mit dem niederspannungsseitigen Anschluss des einen Lade-Entlade-Kondensators Cf1, und ihr Kathodenanschluss ist verbunden mit dem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2.
• Der Anodenanschluss der anderen Diode Df2 für den Spannungsausgleich ist verbunden mit dem niederspannungsseitigen Anschluss des Lade-Entlade-Kondensators Cf2, und ihr Kathodenanschluss ist verbunden mit dem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co2 und Co3.
• Der Eingangsspannungs-Abtastwert Vins, der Ausgangsspannungs-Abtastwert Vouts, die Klemmenspannungs-Abtastwerte Vcfsl und Vcfs2 der Lade-Entlade-Kondensatoren Cf1 und Cf2 sowie die Klemmenspannungs-Abtastwerte Vco1s, Vco2s und Vco3s der Spannungsteilerkondensatoren Co1, Co2 und Co3 werden in die Steuerschaltung 10 eingegeben.
• Ferner werden, wie bei der ersten Ausführungsform, von einer nicht dargestellten, übergeordneten Steuerung der Ausgangsspannungs-Befehlswert Vo* oder Eingangsspannungs-Befehlswert Vi* sowie der Spannungs-Befehlswert Vcf* des Lade-Entlade-Kondensators Cf in die Steuerschaltung 10 eingegeben.
• Die Steuerschaltung 10 gibt ihrerseits Gatesignale Gsl, Gs2 und Gs3 an die Schalteinrichtungen S1, S2 bzw. S3 der DC Spannungswandlereinheit A ab.
• Im übrigen ist die Konfiguration die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform gemäß 1.
• Als nächstes wird der Betrieb der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung im stationären Zustand beispielhaft beschrieben, wobei hier insbesondere auf den Betrieb für den Fall eingegangen wird, dass das Aufwärts-Transformationsverhältnis N gleich 3 oder größer als 3 ist.
• 13 zeigt Gatesignal-Spannungswellenformen der Schalteinrichtungen S1, S2 und S3, die Stromwellenform IL der Spule L sowie Stromwellenform Icf1 und Icf2 der Lade-Entlade-Kondensatoren Cf1 und Cf2 für den Fall, dass das Aufwärts-Transformationsverhältnis N gleich 3 oder größer als 3 ist.
• Im stationären Zustand wird die Klemmenspannung Vcf1 über dem einen Lade-Entlade-Kondensator Cf1 derart gesteuert, dass sie etwa zwei Drittel der Ausgangsspannung Vout beträgt, und die Klemmenspannung Vcf2 des anderen Lade-Entlade-Kondensators Cf2 wird so gesteuert, dass sie etwa ein Drittel der Ausgangsspannung Vout beträgt.
• Die Größenrelation zwischen der Eingangsspannung Vin, der Ausgangsspannung Vout und den Klemmenspannungen Vcf1 und Vcf2 der Lade-Entlade-Kondensatoren ist folgendermaßen. $$\text{Vout}>\text{Vcf1>Vcf2>Vin}.$$

  
• Da sämtliche Schalteinrichtungen S1, S2 und S3 im Zustand EIN sind, erfolgt in den Perioden t1, t3 und t5 gemäß 13 eine Energieübertragung von dem Glättungskondensator Ci auf der Eingangsseite zu der Spule L gemäß dem folgenden Pfad. $$\text{Ci}\to \text{L}\to \text{S3}\to \text{S2}\to \text{S1}\text{.}$$

  
• In der Periode t2 wird, weil die beiden Schalteinrichtungen S1 und S3 im Zustand EIN sind und der andere Schalteinrichtung S2 im Zustand AUS ist, die in der Spule L und dem Lade-Entlade-Kondensator Cf2 gespeicherte Energie dem Glättungskondensator Ci überlagert und übertragen zu dem einen Lade-Entlade-Kondensator Cf1, und zwar gemäß dem folgenden Pfad. $$\text{Ci}\to \text{L}\to \text{S3}\to \text{Cf}2\to \text{D}2\to \text{Cf}1\to \text{S}1.$$

  
• In der Periode t4 wird, weil die beiden Schalteinrichtungen S1 und S2 im Zustand EIN sind und die andere Schalteinrichtung S3 im Zustand AUS ist, Energie von dem Glättungskondensator Ci an der Eingangsseite zur Spule L und dem anderen Lade-Entlade-Kondensator Cf2 übertragen, und zwar gemäß dem folgenden Pfad. $$\text{Ci}\to \text{L}\to \text{D1}\to \text{Cf2}\to \text{S2}\to \text{S1}\text{.}$$

  
• In der Periode t6 wird, weil die beiden Schalteinrichtungen S2 und S3 im Zustand EIN sind und die andere Schalteinrichtung S1 im Zustand AUS ist, die in der Spule L und dem Lade-Entlade-Kondensator Cf1 gespeicherte Energie dem Glättungskondensator Ci auf der Eingangsseite überlagert und zu den Spannungsteilerkondensatoren Co1, Co2 und Co3 auf der Ausgangsseite übertragen, und zwar gemäß dem folgenden Pfad. $$\text{Ci}\to \text{L}\to \text{S3}\to \text{S2}\to \text{Cf}1\to \text{D}3\to \text{Co3}\to \text{Co2}\to \text{Co1}\text{.}$$

  
• Die Serie von oben beschriebenen Operationen wird wiederholt, so dass die Eingangsspannung Vin, die zwischen dem Anschluss VL und dem Anschluss Vcom anliegt, auf eine beliebige Spannung hinauftransformiert wird, und zwar auf einen Wert, der gleich dem Dreifachen der Eingangsspannung Vin oder höher als dieser Wert ist; und diese hinauftransformierte Spannung wird als Ausgangsspannung Vout zwischen dem Anschluss VH und dem Anschluss Vcom abgegeben.
• Obwohl der Betrieb für den Fall beispielhaft beschrieben worden ist, in welchem das Aufwärts-Transformationsverhältnis N gleich 3 oder größer ist, so ist der Betrieb für den Fall, dass das Aufwärts-Transformationsverhältnis N gleich 3 oder kleiner als 3 ist, der gleiche, mit Ausnahme der nachstehenden Operation.
• Das bedeutet, in den Perioden t1, t3 und t5 gemäß 13 wird, weil sämtliche Schalteinrichtungen S1, S2 und S3 im Zustand AUS sind, die in der Spule L gespeicherte Energie dem Glättungskondensator Ci überlagert und übertragen zu den Spannungsteilerkondensatoren Co1, Co2 und Co3, und zwar gemäß dem nachstehend angegebenen Pfad. Somit kann eine Spannung bei jedem Aufwärts-Transformationsverhältnis N abgegeben werden. $$\text{Ci}\to \text{L}\to \text{D1}\to \text{D2}\to \text{D3}\to \text{Co2}\to \text{Co1}\text{.}$$

  
• Als nächstes wird der Fall beschrieben, in welchem die Eingangsspannung Vin zwischen dem Anschluss VL und dem Anschluss Vcom anliegt, wenn die Schalteinrichtungen S1, S2 und S3 im Steuerungsunterbrechungszustand sind. Der Grund für einen derartigen Zustand ist bereits oben erläutert.
• Da in diesem Zustand sämtliche Schalteinrichtungen S1, S2 und S3 im Zustand AUS sind, fließen Ströme gemäß den nachstehend angegebenen vier Pfaden, wobei die Kondensatoren Ci, Cf1, Cf2, Co1, Co2 und Co3 geladen werden. $$\text{VL}\to \text{Ci}\to \text{Vcom}$$

  

  $$\text{VL}\to \text{L}\to \text{D1}\to \text{D2}\to \text{D3}\to \text{Co3}\to \text{Co2}\to \text{Co1}\to \text{Vcom}$$

  

  $$\text{VL}\to \text{L}\to \text{D1}\to \text{D2}\to \text{Cf1}\to \text{Df}1\to \text{Co1}\to \text{Vcom}$$

  

  $$\text{VL}\to \text{L}\to \text{D1}\to \text{Cf2}\to \text{Df2}\to \text{Co2}\to \text{Co1}\to \text{Vcom}\text{.}$$

  
• Somit wird die Eingangsspannung Vin an den Glättungskondensator Ci an der Eingangsseite angelegt und ferner angelegt an eine Serieneinheit, bestehend aus dem Lade-Entlade-Kondensator Cf1 und dem Spannungsteilerkondensator Co1, sowie an eine Serieneinheit, bestehend aus dem Lade-Entlade-Kondensator Cf2 und den Spannungsteilerkondensatoren Co2 und Co1.
• Wenn hierbei die Annahme $$\text{Cf1}\text{,Cf2<<Co1}=\text{Co2}=\text{Co3}$$

  

  gemacht wird, dann können die Klemmenspannungen Vcf1 und Vcf2 der Lade-Entlade-Kondensatoren Cf1 und Cf2 folgendermaßen dargestellt werden. $$\text{Vcf1}\fallingdotseq \text{2/3}\times \text{Vin}$$

  

  $$\text{Vcf2}\fallingdotseq \text{1/3}\times \text{Vin}\text{.}$$

  
• Eine Spannung Vds3, die zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss der Schalteinrichtung S3 anliegt, ist gleich der Klemmenspannung Vcf2 des Lade-Entlade-Kondensators Cf2. Somit ist die Spannung Vds3 ein Drittel der Eingangsspannung Vin.
• Die Spannung Vds2, die zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss der Schalteinrichtung S2 anliegt, ist gleich der Differenz zwischen den Klemmenspannungen Vcf1 und Vcf2 der Lade-Entlade-Kondensatoren Cf1 und Cf2. Somit beträgt die Spannung Vds2 ein Drittel der Eingangsspannung Vin.
• Die Spannung Vds1, die zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss der Schalteinrichtung S1 anliegt, ist gleich der Differenz zwischen der VH-Vcom-Klemmenspannung und der Klemmenspannung Vcf1 über dem Lade-Entlade-Kondensator Cf1. Somit beträgt die Spannung Vds3 ein Drittel der Eingangsspannung Vin.
• Somit können auch dann, wenn die Eingangsspannung Vin zwischen dem Anschluss VL und dem Anschluss Vcom anliegt, wenn die Schalteinrichtungen S1, S2 und S3 im Steuerungsunterbrechungszustand sind, die Spannungen zwischen den Drain- und Sourceanschlüssen der Schalteinrichtungen S1, S2 und S3 ausgeglichen werden.
• Infolgedessen wird es möglich, Halbleitereinrichtungen und Kondensatoren mit niedrigen Durchbruchspannungen zu verwenden, so dass eine DC/DC-Spannungswandlervorrichtung mit verbesserter Effizienz zur Verfügung gestellt werden kann, wobei dies bei geringen Kosten möglich ist.
• Bei der fünften Ausführungsform können, ebenso wie bei der zweiten Ausführungsform (vgl. 7) Zenerdioden zwischen der einen Diode Df1 für den Spannungsausgleich und dem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 sowie zwischen der anderen Diode Df2 für den Spannungsausgleich und dem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co2 und Co3 vorgesehen werden. Ferner können Strombegrenzungswiderstände, wie sie in 6 dargestellt sind, vorgesehen werden.
• Damit kann sowohl die Reduzierung einer Niederfrequenzkomponente des Welligkeitsstromes, der in der Spule L fließt, sowie ein stabiler Betrieb der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung realisiert werden.
• Bei der fünften Ausführungsform können, ebenso wie bei der dritten Ausführungsform (vgl. 9) Dioden zur Stromrückführung vorgesehen sein, und zwar zwischen dem positiven Anschluss des Lade-Entlade-Kondensators Cf1 und dem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co2 und Co3, sowie zwischen dem positiven Anschluss des Lade-Entlade-Kondensators Cf2 und dem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2.
• Somit können auch dann, wenn beispielsweise die Ausgangsspannung Vout wegen einer regenerativen Energie von einer Last zunimmt, die Spannungen, welche an den Schalteinrichtungen S1, S2 und S3 sowie den Dioden D1, D2 und D3 der DC-Spannungswandlereinheit A anliegen, im wesentlichen ausgeglichen werden.
• Daher wird es möglich, Halbleitereinrichtungen und Kondensatoren mit niedrigen Durchbruchspannungen zu verwenden, so dass eine DC/DC-Spannungswandlervorrichtung mit gesteigerter Effizienz zur Verfügung gestellt werden kann, und zwar mit geringen Kosten.
• Bei der fünften Ausführungsform sind die drei Schalteinrichtungen S1, S2 und S3 in Reihe geschaltet, und es werden drei Dioden D1, D2 und D3 verwendet, die in Reihe geschaltet sind. Es können jedoch auch vier derartige Schalteinrichtungen, die in Reihe geschaltet sind, sowie vier derartige Dioden, die in Reihe geschaltet sind, verwendet werden. Auch in diesem Falle wird der gleiche Effekt erzielt.
• Sechste Ausführungsform
• 14 zeigt eine Schaltungskonfiguration einer DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. In 14 sind die Komponenten, die die gleichen sind wie bei der ersten Ausführungsform gemäß 1 oder diesen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen und Symbolen bezeichnet.
• Ein Merkmal der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung der sechsten Ausführungsform ist folgendes. Es sind Widerstände Rd0, Rd1 und Rd2 zur Entladung parallelgeschaltet zu dem Lade-Entlade-Kondensator Cf und den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 des Glättungskondensators Co auf der Ausgangsseite, und zwar bei der Konfiguration der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform (vgl. 1). Im übrigen ist die Konfiguration die gleiche wie bei der Schaltungskonfiguration gemäß 1.
• Bei der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform ist der Basisbetrieb im stationären Zustand und der Basisbetrieb, wenn die Schalteinrichtungen S1 und S2 im Steuerungsunterbrechungszustand sind, der gleiche wie bei der ersten Ausführungsform. Nachstehend werden daher die Operationen und Wirkungen näher erläutert, die erhalten werden durch die Hinzufügung der Widerstände Rd0, Rd1 und Rd2 für die Entladung.
• Die Halbleitereinrichtungen, wie z.B. die Schalteinrichtungen S1 und S2 sowie die Dioden D1 und D2, die vorstehend beschrieben worden sind, sind bisher als ideale Komponenten angenommen worden. Es fließt jedoch ein kleiner Leckstrom bei einer realen Halbleitereinrichtung, auch wenn sie im Zustand AUS ist.
• Beispielsweise fließt in den Schalteinrichtungen S1 oder S2, auch wenn das Gatesignal niedrig ist, wenn eine Spannung zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss anliegt, ein Leckstrom von etwa einigen Mikroampere bis zu einigen zehn Mikroampere zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss.
• Für den Fall, dass ein derartiger kleiner Leckstrom nicht vernachlässigbar ist, wenn die Eingangsspannung Vin zwischen dem Anschluss VL und dem Anschluss Vcom anliegt, wenn die Schalteinrichtungen S1 und S2 im Steuerungsunterbrechungszustand sind, dann fließt ein kleiner Strom entsprechend einem Leckstrom von der einen Schalteinrichtung S1, und zwar gemäß dem folgenden Pfad. $$\text{VL}\to \text{L}\to \text{D1}\to \text{Cf}\to \text{S1}\to \text{Vcom}\text{.}$$

  
• Wegen des kleinen Leckstroms wird der Lade-Entlade-Kondensator Cf geladen, und die Klemmenspannung Vcf nimmt zu. Infolgedessen kann eine Überspannung an der anderen Schalteinrichtung S2 und der Diode D1 anliegen.
• Zu diesem Zeitpunkt fließt auch ein Strom gemäß dem folgenden Pfad über den Lade-Entlade-Kondensator Cf. Daher kann ein Spannungsungleichgewicht auftreten zwischen den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2. $$\text{VL}\to \text{L}\to \text{D1}\to \text{Cf}\to \text{Df}\to \text{Co1}\to \text{Vcom}\text{.}$$

  
• Unter Berücksichtigung dieser Umstände ist bei der sechsten Ausführungsform der Widerstand Rd0 zur Entladung zwischen die beiden Anschlüsse des Lade-Entlade-Kondensators Cf geschaltet. Der Widerstandwert des Widerstandes Rd0 zur Entladung wird derart vorgegeben, dass ein Strom, der in dem Widerstand Rd0 fließt, größer ist als ein Leckstrom, der in der einen Schalteinrichtung S1 fließt.
• Wegen des Widerstandes Rd0 zur Entladung wird in dem Lade-Entlade-Kondensator Cf der Entladestrom größer als der Ladestrom. Daher wird eine Zunahme der Klemmenspannung Vcf des Lade-Entlade-Kondensators Cf unterdrückt, und es kann verhindert werden, dass eine Überspannung an die Schalteinrichtung S2 und die Diode D1 angelegt wird.
• Ferner sind Widerstände Rd1 und Rd2 zur Entladung zwischen die beiden Anschlüsse der Spannungsteilerkondensatoren Co1 bzw. Co2 geschaltet, so dass ein stabiler Betrieb durchgeführt werden kann. Das bedeutet, die Widerstandswerte der Widerstände Rd1 und Rd2 zur Entladung werden derart vorgegeben, dass die Ströme, die in den Widerständen Rd1 und Rd2 fließen, größer sind als ein Strom, der in dem Widerstand Rd0 zur Entladung fließt.
• Somit kann ein Einfluss eines Stromes, der in dem einen Spannungsteilerkondensator Co1 über den Lade-Entlade-Kondensator Cf fließt, reduziert werden. Damit ist es möglich, die Klemmenspannungen der Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 auszugleichen.
• Wie oben erwähnt, ist bei der sechsten Ausführungsform der Widerstand Rd0 zur Entladung zwischen die beiden Anschlüsse des Lade-Entlade-Kondensators Cf geschaltet. Somit können auch für den Fall, dass Leckströme in den Schalteinrichtungen nicht vernachlässigbar sind, die Spannungen, welche zwischen den Drain- und Sourceanschlüssen der Schalteinrichtungen S1 und S2 anliegen, im wesentlichen ausgeglichen werden.
• Auf diese Weise ist es möglich, Halbleitereinrichtungen und Kondensatoren mit niedrigen Durchbruchspannungen zu verwenden, so dass eine DC/DC-Spannungswandlervorrichtung mit gesteigerter Effizienz zur Verfügung gestellt werden kann, und zwar mit geringen Kosten.
• Ferner sind bei der sechsten Ausführungsform die Widerstände Rd1 und Rd2 zur Entladung zwischen die beiden Anschlüsse der Spannungsteilerkondensatoren Co 1 und Co2 geschaltet.
• Wenn somit die Schalteinrichtungen S1 und S2 im Steuerungsunterbrechungszustand sind, können auch für den Fall, dass Leckströme in den Schalteinrichtungen fließen, die nicht vernachlässigbar sind, die Spannungen, welche an den Schalteinrichtungen S1 und S2 sowie den Spannungsteilerkondensatoren Co1 und Co2 anliegen, im wesentlichen ausgeglichen werden.
• Somit ist es möglich, Halbleitereinrichtungen und Kondensatoren mit niedrigen Durchbruchspannungen zu verwenden, so dass eine DC/DC-Spannungswandlervorrichtung mit gesteigerter Effizienz zur Verfügung gestellt werden kann, und zwar mit geringen Kosten.
• Bei den ersten bis sechsten Ausführungsformen sind DC/DC-Spannungswandlervorrichtungen beschrieben worden, welche eine Gleichspannung in eine hinauftransformierte Gleichspannung umsetzen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Vorrichtungen zum Hinauftransformieren beschränkt.
• Beispielsweise ist die Erfindung auch anwendbar auf DC/DC-Spannungswandlervorrichtungen vom Typ zum Hinuntertransformieren, welche eine Gleichspannung oder DC-Spannung in eine hinuntertransformierte DC-Spannung umsetzen, indem Schalteinrichtungen anstelle der Dioden D1, D2 und D3 verwendet werden.
• Bei den ersten bis sechsten Ausführungsformen kann jede Diode aus einem Halbleiter mit großem Bandabstand bestehen, die einen größeren Bandabstand besitzt als Silicium. Beispiele von derartigen Halbleitern mit breitem Bandabstand umfassen Materialien, wie z.B. Siliciumcarbid und Materialien auf der Basis von Gallium-Nitrid, sowie Diamant. Leitungsverluste von Dioden können reduziert werden, indem man Dioden verwendet, die aus Halbleitern mit breitem Bandabstand bestehen.
• Da das Auftreten von Sperrübergangsströmen unterdrückt werden kann, können außerdem Verluste aufgrund von derartigen Sperrübergangsströmen reduziert werden. Auf diese Weise kann die Spannungswandlereffizienz einer Spannungswandlervorrichtung verbessert werden, und eine unnötige Wärmeerzeugung kann reduziert werden.
• Auf diese Weise ist es möglich, die Größe von Kühlrippen eines Kühlkörpers zu reduzieren und die Größe eines Halbleitermoduls zu reduzieren. Da außerdem nur die Dioden aus Halbleitern mit breitem Bandabstand bestehen, kann eine Zunahme von Herstellungskosten bei der DC/DC-Spannungswandlervorrichtung reduziert werden.
• Bei den ersten bis sechsten Ausführungsformen kann jede Schalteinrichtung aus einem Halbleiter mit breitem Bandabstand bestehen, der einen breiteren Bandabstand als Silicium besitzt. Beispiele für derartige Halbleiter mit breitem Bandabstand umfassen Materialien, wie z.B. Siliciumcarbid und Materialien auf der Basis von Gallium-Nitrid sowie Diamant.
• Eine Schalteinrichtung, die aus einem Halbleiter mit breitem Bandabstand aufgebaut ist, kann in einem Hochspannungsbereich verwendet werden, in welchem es für einen Siliciumhalbleiter schwierig ist, einen unipolaren Betrieb zu realisieren, und Schaltverluste der Schalteinrichtung beim Schaltbetrieb können im hohen Maße reduziert werden. Somit ist es möglich, Energieverluste in hohem Maße zu reduzieren.
• Da weiterhin die Energieverluste klein sind und der Wärmewiderstand hoch ist, können die Größe bzw. die Abmessungen einer Kühlrippe eines Kühlkörpers reduziert werden, und es kann eine Wasserkühlungseinheit ersetzt werden durch eine Kühleinheit vom Luftkühlungstyp. Auf diese Weise ist es möglich, die Größe von Halbleitermodulen weiter zu reduzieren.
• Da ferner ein Hochfrequenz-Schaltbetrieb durchgeführt werden kann, ist es ferner möglich, dass ein DC/DC-Wandler bei einer hohen Trägerfrequenz arbeiten kann. Somit können die Abmessungen einer Spule, eines Kondensators und dergleichen reduziert werden, welche an einen DC/DC-Wandler angeschlossen sind.

Claims (5)

1. DC/DC-Spannungswandlervorrichtung, die Folgendes aufweist: - einen Glättungskondensator (Ci) auf der Eingangsseite, der zwischen einen Referenzspannungs-Anschluss (Vcom) und einen hochspannungsseitigen Anschluss (VL) einer Gleichstromversorgung (DC-Versorgung) geschaltet ist und eine Gleichspannung glättet, wobei der Glättungskondensator (Ci) aus einer Vielzahl von Spannungsteilerkondensatoren (Cil, Ci2) aufgebaut ist, die in Reihe miteinander geschaltet sind; - eine Spule (L), die an den hochspannungsseitigen Anschluss (VL) der Gleichstromversorgung (DC-Versorgung) angeschlossen ist; - eine DC-Spannungswandlereinheit (A), die Folgendes aufweist: eine Schalteinrichtungs-Verbindungseinheit, aufweisend eine Vielzahl von Schalteinrichtungen (S1, S2), die in Reihe geschaltet sind; eine Dioden-Verbindungseinheit, aufweisend eine Vielzahl von Dioden (D1, D2), die in Reihe geschaltet sind; einen Lade-Entlade-Kondensator (Cf), dessen negativer Anschluss an einen Verbindungspunkt zwischen den Schalteinrichtungen (S1, S2) angeschlossen ist, dessen positiver Anschluss an einen Verbindungspunkt zwischen den Dioden (D1, D2) angeschlossen ist, und der durch den EIN/AUS-Betrieb der Schalteinrichtungen (S1, S2) geladen oder entladen wird, wobei ein erster Anschluss der Schalteinrichtungs-Verbindungseinheit und ein erster Anschluss der Dioden-Verbindungseinheit an die Spule (L) angeschlossen sind, wobei ein zweiter Anschluss der Schalteinrichtungs-Verbindungseinheit an einen Referenzspannungs-Anschluss (Vcom) angeschlossen ist, und wobei ein hochspannungsseitiger Ausgangsanschluss (VA) an einen zweiten Anschluss der Dioden-Verbindungseinheit angeschlossen ist; - einen Glättungskondensator (Co) auf der Ausgangsseite, der an die DC-Spannungswandlereinheit (A) angeschlossen ist; und - eine Schalteinrichtung (S4) für den Spannungsausgleich, die in einer Verbindungsleitung vorgesehen ist, die zwischen dem negativen Anschluss des Lade-Entlade-Kondensators (Cf) und einem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerkondensatoren (Cil, Ci2) des Glättungskondensators (Ci) auf der Eingangsseite vorgesehen ist, und die dazu ausgelegt ist, eine Spannung zwischen den Anschlüssen des Lade-Entlade-Kondensator (Cf), im Fall dass eine Spannung an einen Eingangsanschluss der Gleichstromversorgung angelegt wird, wenn die Schalteinrichtungen (S1, S2) in einem Steuerungsunterbrechungszustand sind, auf einer Spannung aufrecht zu erhalten in Übereinstimmung mit einem spannungsgeteilten Potenzial jedes Spannungsteilerkondensators (Ci1, Ci2).
2. DC/DC-Spannungswandlervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schalteinrichtung (S4) für den Spannungsausgleich ein Schalter vom normalerweise eingeschalteten Typ ist, der eingeschaltet ist, wenn sämtliche Schalteinrichtungen (S1, S2) der DC-Spannungswandlereinheit (A) im Steuerungsunterbrechungszustand sind.
3. DC/DC-Spannungswandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ein Entladungswiderstand (Rd0) zum Entladen von elektrischen Ladungen, die in dem Lade-Entlade-Kondensator (Cf) gespeichert sind, zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss des Lade-Entlade-Kondensators (Cf) vorgesehen ist.
4. DC/DC-Spannungswandlervorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Widerstandswert des Entladungswiderstandes (Rd0) derart vorgegeben ist, dass ein Strom, der in dem Entladewiderstand (Rd0) fließt, größer ist als ein Leckstrom in den Schalteinrichtungen (S1, S2).
5. DC/DC-Spannungswandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zumindest eine von der Vielzahl von Dioden (D1, D2) und der Vielzahl von Schalteinrichtungen (S1, S2) aus einem Halbleiter mit breitem Bandabstand besteht.

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