DE112015000286T5 - Leistungsumwandlungsvorrichtung - Google Patents

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Yasushi Nakamura
Yuji Takakura
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Aisin AW Co Ltd
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Abstract

Es ist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung in Transformatorbauart vorgesehen, die dazu ausgelegt ist, einen Energieverbrauch von an eine Primärspule angeschlossenen Schaltungen auszugleichen. Jede Sekundärspule L2 eines ersten Transformators TH und eines zweiten Transformators TL weist eine Positivausgangsspule LP und eine Negativausgangsspule LN auf, die sich in der Ausgangsleistung unterscheiden, wobei es sich bei den Zielorten einer ersten Leistungsverdrahtung W1 und einer zweiten Leistungsverdrahtung W2, die zwei Verdrahtungen darstellen, welche eine Wechselstromquelle 27 mit einer Primärspule L1 verbinden, um ein beliebiges von zwei Verbindungsenden P1 und P3 der Primärspule L1 handelt, und die Verdrahtungen beim ersten Transformator TH und zweiten Transformator TL voneinander verschieden sind, oder sich die Polaritäten der Positivausgangsspule LP und Negativausgangsspule LN zwischen dem ersten Transformator TH und zweiten Transformator TL voneinander unterscheiden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsumwandlungsvorrichtung mit einem Transformator, der eine Leistung zwischen einer Primärspule und einer Sekundärspule transformiert.
  • Stand der Technik
  • Beispielsweise ein Wechselstrommotor mit hoher Leistungsabgabe, der für den Antrieb von Elektrofahrzeugen, Hybridelektrofahrzeugen und dergleichen verwendet wird, wird durch eine Hochspannung angesteuert. Da eine Stromversorgung des in solchen Fahrzeugen montierten Hochspannungssystems eine Gleichstrombatterie ist, wird die Spannung durch eine Wechselrichterschaltung mittels eines Schaltelements in einen Dreiphasen-Wechselstrom umgewandelt. Ein Signal zur Ansteuerung der Wechselrichterschaltung, beispielsweise ein Steuersignal des Schaltelements, wird von einer Steuerschaltung erzeugt, die gegenüber einem Hochspannungskreis isoliert ist, der dem Motor eine Antriebsleistung zuführt, und arbeitet bei einer Spannung, die viel tiefer liegt als diejenige des Hochspannungskreises. Deshalb ist, wie zum Beispiel in 1 der JP-A-2009-130967 (Patentdokument 1) dargestellt ist, die Steuervorrichtung zur Ansteuerung des Motors mit einer Ansteuerschaltung ausgestattet, um ein von der Steuerschaltung erzeugtes Steuersignal zur Wechselrichterschaltung weiterzuleiten. Wie in 3 von Patentdokument 1 dargestellt ist, wird für die Stromversorgung der Ansteuerschaltung häufig ein Transformator verwendet, um die Isolation zwischen der Wechselrichterschaltung und der Steuerschaltung sicherzustellen.
  • Im Übrigen kann für die Ansteuerschaltung eine negative Stromversorgung erforderlich sein, um eine gewünschte Leistungsabgabe zu erhalten. In diesem Fall sind eine Positivausgangspule, die eine in Bezug auf eine Referenzspannung (zum Beispiel Masse) positive Spannung abgibt, und eine Negativausgangsspule erforderlich, die eine negative Spannung abgibt, wobei in der Ausgangsleistung zwischen der Positivausgangsspule und der Negativausgangsspule ein Unterschied auftreten kann. Wenn der Leistungsunterschied relativ groß ist, wie zum Beispiel Faktor Zwei oder höher, ist der Leistungsverbrauch (Stromverbrauch) in einer Stromquellenschaltung auf einer Primärseite des Transformators unausgeglichen. Beispielsweise ist gemäß 3 von Patentdokument 1 der Leistungsverbrauch von Schaltelementen (M1, M2), welche die Stromquellenschaltung auf der Primärseite bilden, unausgeglichen. Es ist vorzuziehen, dass jedes der Schaltungselemente (zum Beispiel Schaltelemente), die eine primärseitige Schaltung bilden, aus Komponenten gebildet ist, die über dieselbe Spezifikation elektrischer Eigenschaften verfügen. Wenn die Komponenten jedoch so ausgewählt werden, dass sie der Seite gerecht werden, auf der der Leistungsverbrauch höher ist, sind die Komponenten auf der Seite, wo der Leistungsverbrauch relativ gesehen kleiner ist, übertechnisiert.
  • Aus diesem Grund werden sehr wahrscheinlich die Komponentenkosten und Substratkosten ansteigen, die durch eine Flächenzunahme eines Anbringungssubstrats verursacht werden.
  • Anführungsliste
  • Patentliteratur
    • Patentdokument 1: JP-A-2009-130967
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Angesichts des oben dargelegten Hintergrunds ist es wünschenswert, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung in Transformatorbauart bereitzustellen, die so ausgelegt ist, dass sie eine Sekundärspule mit einer Positivausgangsspule, deren Ausgangsspannung positiv in Bezug auf eine Referenzspannung einer Sekundärseite ist, und eine Negativausgangsspule aufweist, deren Ausgangsspannung negativ ist, und bei der der Leistungsverbrauch einer an eine Primärspule angeschlossenen Schaltung auch dann ausgeglichen ist, wenn sich die Ausgangsleistungen der Positivausgangsspule und Negativausgangsspule voneinander unterscheiden.
  • Lösung für das Problem
  • Angesichts des vorstehenden Problems weist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der Erfindung mindestens zwei Transformatoren auf, die einen ersten Transformator und einen zweiten Transformator umfassen, wobei jeder zum Transformieren einer Leistung zwischen einer Primärspule und einer Sekundärspule vorgesehen ist, wobei die Sekundärspule des ersten Transformators und zweiten Transformators jeweils eine Positivausgangsspule, deren Ausgangsspannung positiv ist, und eine Negativausgangsspule umfasst, deren Ausgangsspannung in Bezug auf eine Referenzspannung auf einer Sekundärseite negativ ist, und Ausgangsleistungen der Positivausgangsspule und Negativausgangsspule voneinander verschieden sind, wobei jeder Zielort einer ersten Leistungsverdrahtung und einer zweiten Leistungsverdrahtung, die zwei Verdrahtungen zur Verbindung einer Wechselstromquelle mit den Primärspulen darstellen, ein beliebiger aus zwei Verbindungsenden der Primärspule ist, und unterschiedlich zueinander hinsichtlich des ersten Transformators und zweiten Transformators sind, oder wobei Polaritäten der Positivausgangsspule und der Negativausgangsspule hinsichtlich desersten Transformators und zweiten Transformators voneinander verschieden sind.
  • Wenn es sich bei jedem Zielort der ersten Leistungsverdrahtung und zweiten Leistungsverdrahtung jeweils um ein beliebiges aus zwei Verbindungsenden der Primärspule handelt, und hinsichtlich des ersten Transformators und zweiten Transformators voneinander verschieden sind, dann können Wirkungen auf die Sekundärspule unterschiedlich zueinander ausgelegt werden, selbst wenn der erste Transformator und zweite Transformator durch dieselbe Hardware gebildet sind. Wenn die Polaritäten der Positivausgangsspule und Negativausgangsspule zwischen dem ersten und zweiten Transformator voneinander verschieden sind, können die Wirkungen auf die Sekundärspulen zueinander unterschiedlich ausgelegt werden, selbst wenn Verbindungsauslegungen der Leistungsverdrahtungen zum ersten Transformator und zweiten Transformator zueinander identisch sind. So wirkt beispielweise ein in der ersten Leistungsverdrahtung fließender Strom auf die Negativausgangsspule des zweiten Transformators ein, wenn er auf die Positivausgangsspule des ersten Transformators wirkt, und wirkt auf die Positivausgangsspule des zweiten Transformators ein, wenn er auf die Negativausgangsspule des ersten Transformators wirkt. Andererseits wirkt ein in der zweiten Leistungsverdrahtung fließender Strom auf die Positivausgangsspule des zweiten Transformators ein, wenn er auf die Negativausgangsspule des ersten Transformators wirkt, und wirkt auf die Negativausgangsspule des zweiten Transformators ein, wenn er auf die Positivausgangsspule des ersten Transformators einwirkt. Anders ausgedrückt, da die in der ersten Leistungsverdrahtung und zweiten Leistungsverdrahtung fließenden Ströme gleichmäßig auf die positiven und negativen Ausgänge des ersten Transformators bzw. zweiten Transformators einwirken, fließt der Strom in der ersten Leistungsverdrahtung und zweiten Leistungsverdrahtung auf ausgeglichene Art und Weise. Deshalb kann eine Leistungsumwandlungsvorrichtung in Transformatorbauart realisiert werden, die so ausgelegt ist, dass der Leistungsverbrauch der an die jeweiligen Primärspulen angeschlossenen Schaltungen ausgeglichen ist, selbst wenn sich die Positivausgangsspule und Negativausgangsspule in Bezug auf die Ausgangsleistung voneinander unterscheiden.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlich aus der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Blockschema, das schematisch ein Auslegungsbeispiel einer Motorsteuervorrichtung darstellt.
  • 2 ist ein Blockschema, das schematisch ein erstes Auslegungsbeispiel einer Leistungsumwandlungsvorrichtung darstellt.
  • 3 ist ein Blockschema, in dem ein herkömmliches Auslegungsbeispiel dargestellt ist, das dem ersten Auslegungsbeispiel entspricht.
  • 4 ist ein Diagramm, in dem eine Stromwellenform auf einer Primärseite im ersten Auslegungsbeispiel dargestellt ist.
  • 5 ist ein Diagramm, in welchem eine Stromwellenform auf einer Primärseite in einem herkömmlichen, dem ersten Auslegungsbeispiel entsprechenden Auslegungsbeispiel dargestellt ist.
  • 6 ist ein Blockschema, das schematisch ein zweites Auslegungsbeispiel der Leistungsumwandlungsvorrichtung darstellt.
  • 7 ist ein Blockschema, das schematisch ein herkömmliches Auslegungsbeispiel darstellt, das dem zweiten Auslegungsbeispiel entspricht.
  • 8 ist ein Diagramm, in dem eine Stromwellenform auf einer Primärseite im zweiten Auslegungsbeispiel dargestellt ist.
  • 9 ist ein Diagramm, das eine Stromwellenform auf einer Primärseite in einem herkömmlichen Auslegungsbeispiel darstellt, das dem zweiten Auslegungsbeispiel entspricht.
  • 10 ist ein Blockschema, in dem ein drittes Auslegungsbeispiel der Leistungsumwandlungsvorrichtung schematisch dargestellt ist.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Nachstehend wird eine Leistungsumwandlungsvorrichtung zur Verwendung in einer Motorsteuervorrichtung zur Steuerung eines Antriebsmotors (drehende elektrische Maschine) von Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Zunächst wird eine Auslegung der Motorsteuervorrichtung mit Bezugnahme auf 1 beschrieben. Ein Motor 90 ist ein Dreiphasen-Wechselstrommotor und fungiert als Leistungsgenerator.
  • Die Motorsteuervorrichtung umfasst eine Wechselrichterschaltung 1, die einen Gleichstrom in einen Dreiphasen-Wechselstrom umwandelt, und zwar unter Verwendung von Schaltelementen wie zum Beispiel IGBTs (Bipolartransistoren mit isoliertem Gate) oder FETs (Feldeffekttransistoren). Natürlich kann die Wechselrichterschaltung auch unter Verwendung von Leistungstransistoren verschiedener Konstruktionsarten wie zum Beispiel des bipolaren Typs gebildet werden. Wie in 1 dargestellt, weist die Wechselrichterschaltung 1 sechs Schaltelemente 10 auf. Jedes der Schaltelemente 10 umfasst eine Freilaufdiode.
  • Von einer Hochspannungsbatterie 55, die als Hochspannungs-Stromversorgung dient, werden die Schaltelemente 10 mit einer Gleichspannung beaufschlagt, und diese Spannung wird in Dreiphasen-Wechselströme einer U-Phase, V-Phase und W-Phase umgewandelt. Wenn es sich bei dem Motor 90 um einen Fahrzeugantriebsmotor handelt, geht in die Schaltelemente 10 eine Gleichspannung von mehreren Hundert Volt ein, und von den jeweiligen Schaltelementen 10 werden Dreiphasen-Motoransteuerungsströme ausgegeben. Diese Motoransteuerungsströme werden auf Statorspulen der U-Phase, V-Phase und W-Phase des Motors 90 aufgeschaltet.
  • Die Motorsteuervorrichtung umfasst eine Motorsteuerschaltung 30, die bei einer Spannung arbeitet, die viel niedriger ist als eine Versorgungsspannung der Wechselrichterschaltung 1. An die Motorsteuerschaltung 30 wird von einer Niederspannungsbatterie 75, die als Niederspannungs-Stromversorgung dient, eine Gleichstromspannung von beispielsweise ca. 12 Volt angelegt. Dabei ist die Niederspannungs-Stromversorgung nicht auf die Niederspannungsbatterie 75 beschränkt, sondern kann auch durch einen DC/DC-Wandler gebildet sein, der eine Spannung an der Hochspannungsbatterie 55 heruntertransformiert. Die Motorsteuerschaltung 30 umfasst einen Mikrocomputer und einen DSP (digitalen Signalprozessor) als Kernkomponenten. Da die Betriebsspannungen des Mikrocomputers und des DSP allgemein 3,3 Volt oder 5 Volt betragen, umfasst die Motorsteuerschaltung 30 auch eine Reglerschaltung, die die Betriebsspannungen aus der Versorgungsspannung von 12 Volt erzeugt, die von der Niederspannungsbatterie 75 her angelegt wird.
  • Die Motorsteuerschaltung 30 steuert den Motor 90 gemäß einem von einer ECU (elektronischen Steuereinheit, nicht gezeigt) erlangten Befehl, um den Betrieb des Fahrzeugs über eine Datenverbindung wie zum Beispiel über ein CAN (Steuerungsnetzwerk) zu steuern. Die Motorsteuerschaltung 30 empfängt Erfassungssignale von einem Stromsensor 91 und einem Rotationssensor 92, die das Verhalten des Motors 90 erfassen, und führt eine Regelung gemäß einem Betriebszustand des Motors 90 aus. Die Motorsteuerschaltung 30 erzeugt ein Ansteuersignal zur Ansteuerung der Schaltelemente 10 der Wechselrichterschaltung zum Zwecke der Steuerung des Motors 90. Wenn es sich bei den Schaltelementen 10 um IGBTs oder FETs handelt, werden in der vorliegenden Ausführungsform die in die Steueranschlüsse eingehenden Ansteuersignale als "Gate-Ansteuersignale" bezeichnet, da es sich bei den Steueranschlüssen dieser Schaltelemente 10 um Gate-Anschlüsse handelt.
  • Die Motorsteuervorrichtung umfasst Gate-Treiberschaltungen 20, welche die jeweiligen Schaltelemente 10 in der Wechselrichterschaltung 1 auf Grundlage der in der Motorsteuerschaltung 30 erzeugten Gate-Ansteuersignale ansteuern. Die Motorsteuervorrichtung umfasst auch eine Stromversorgungsschaltung 2 (Leistungsumwandlung), welche die Gate-Treiberschaltungen 20 mit Energie versorgt. Die Stromversorgungsschaltung 2 umfasst Transformatoren (T1 bis T6, T10 bis T50), die als Isolierbauteile IS (siehe 2, 6 usw.) dienen. Bei jedem der Transformatoren handelt es sich um ein bekanntes Isolierbauteil zur elektromagnetischen Kopplung einer Primärspule mit einer Sekundärspule, um Signale und Energie zu übertragen. Deshalb kann jeder Transformator die Versorgungsspannung zu den Gate-Treiberschaltungen 20 etc. führen, während gleichzeitig eine Isolierung zwischen einem Niederspannungskreis und einem Hochspannungskreis beibehalten wird. Dabei wird die Stromversorgungsschaltung 2 von einer Stromquellenschaltung 27 gesteuert. Jedes der Isolierbauteile IS umfasst einen Optokoppler (nicht gezeigt) zur Übertragung des von der Motorsteuerschaltung 30 erzeugten Gate-Treibersignals an die entsprechende Gate-Treiberschaltung 20. Jeder Optokoppler stellt ein bekanntes Isolierbauteil dar, mit einer lichtemittierenden Diode auf der Eingangsseite und einer Fotodiode oder einem Fototransistor auf der Ausgangsseite, und er überträgt auf drahtlose Art und Weise Licht von der Eingangsseite zur Ausgangsseite. Deshalb kann der Optokoppler das Gate-Ansteuersignal zur entsprechenden Gate-Treiberschaltung 20 übertragen, während gleichzeitig die Isolierung zwischen dem Niederspannungskreis und Hochspannungskreis aufrechterhalten wird.
  • Wie vorstehend beschrieben, stellt die Wechselrichterschaltung 1 den Hochspannungskreis dar, der bei Hochspannung arbeitet, und die Motorsteuerschaltung 30 ist der Niederspannungskreis, der bei Niederspannung arbeitet. Der Hochspannungskreis und der Niederspannungskreis sind voneinander um einen vorbestimmten Isolationsabstand getrennt. Der Hochspannungskreis und der Niederspannungskreis sind über die vorstehend beschriebenen Isolierbauteile IS drahtlos miteinander gekoppelt. So werden beispielsweise die Gate-Ansteuersignale, die in der Motorsteuerschaltung 30 erzeugt werden, welche zum Niederspannungskreis gehört, auf Eingangsanschlüsse der jeweiligen Optokoppler aufgeschaltet, bei denen es sich um die Isolierbauteile IS handelt. Ausgangsanschlüsse der Optokoppler werden auf Ansteuer-ICs der jeweiligen Gate-Treiberschaltungen 20 aufgeschaltet, die zum Hochspannungskreis gehören. Die Gate-Ansteuersignale werden auf die jeweiligen Gate-Treiberschaltungen 20 von der Motorsteuerschaltung 30 über die Optokoppler in einem Zustand übertragen, bei dem die Isolierung zwischen dem Niederspannungskreis und Hochspannungskreis besteht. Die Ansteuerung der Schaltelemente 10 in der Wechselrichterschaltung 1, die zum Hochspannungskreis gehört, wird durch die Ansteuer-ICs der Gate-Treiberschaltungen 20 gesteuert.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, weist die Motorsteuervorrichtung die Stromversorgungsschaltung 2 auf, um die Gate-Treiberschaltungen 20 mit Energie zu versorgen. Wie in 2 usw. dargestellt ist, umfasst die Stromversorgungsschaltung 2 die Transformatoren (T1 bis T6), die als die Isolierbauteile IS dienen. Eine Primärspannung (Vcc) zu den Transformatoren (T1 bis T6) wird auf eine konstante Spannung stabilisiert und einer Konstantspannungsschaltung der Motorsteuerschaltung 30 zugeführt, bei der es sich um den Niederspannungskreis handelt. Wie vorstehend beschrieben, wird der Motorsteuerschaltung 30 von der Niederspannungsbatterie 75 zum Beispiel eine Versorgungsspannung von 12 Volt zugeführt, wobei sich die Spannung an der Batterie jedoch je nach der Last verändert. Somit wird den Transformatoren (T1 bis T6) eine Primärspannung (Vcc) in Form einer Konstantspannung zugeführt, die durch die Konstantspannungsschaltung stabilisiert ist, welche als Regel-IC ausgelegt ist.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind die sechs Transformatoren (T1 bis T6) in Entsprechung mit den jeweiligen sechs Schaltelementen 10 der Wechselrichterschaltung vorgesehen. Von den jeweiligen Transformatoren (T1 bis T6) werden Sekundärspannungen abgegeben. Die jeweiligen Transformatoren (T1 bis T6) haben dieselbe Auslegung, und von den jeweiligen Transformatoren (T1 bis T6) wird im Wesentlichen dieselbe Sekundärspannung ausgegeben. In 2 handelt es sich bei Dioden, die auf der Sekundärseite der jeweiligen Transformatoren (T1 bis T6) angeordnet sind, um Gleichrichterdioden, bei Kondensatoren handelt es sich um Glättungskondensatoren, und durch diese Bauteile ist eine Gleichrichterschaltung gebildet.
  • Die Stromquellenschaltung 27 (Wechselstromquelle) steuert die Transformatoren (T1 bis T6), die als Stromversorgungsschaltung 2 dienen. Die Stromquellenschaltung 27 umfasst einen Schaltsteuerkreis 27s mit zwei Schaltelementen (M1, M2) zur Steuerung einer Spannung, mit der eine Primärspule L1 zu beaufschlagen ist, und eine Stromversorgungs-Steuerschaltung 27a, die diese Schaltelemente (M1, M2) steuert. In diesem Beispiel ist als Stromquellenschaltung 27 eine Gegentakt-Auslegung dargestellt. Von der Stromquellenschaltung 27 wird ein Wechselstrom ausgegeben, und die Stromquellenschaltung 27 arbeitet als Wechselstromquelle. Wie vorstehend beschrieben ist, richtet sich, da die zu den Transformatoren (T1 bis T6) laufende Primärspannung (Vcc) stabilisiert ist, die Ausgangsspannung auf der Sekundärseite jeweils nach dem Wandlerverhältnis der Transformatoren (T1 bis T6), ohne die Ausgangsspannung auf der Sekundärseite zurück zur Primärseite zu führen.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, führt die Stromversorgungsschaltung 2 die Energie den Gate-Treiberschaltungen 20 zur Ansteuerung der jeweiligen Schaltelemente 10 in der Wechselrichterschaltung 1 zu. Wenn es sich bei den Schaltelementen 10 um IGBTs handelt, beträgt in diesem Fall eine Schwellenspannung, bei der zwischen dem Ein-/Aus-Betrieb umgeschaltet wird, ungefähr ca. 6 bis 7 V. In diesem Fall stellt die Sekundärspannung, selbst wenn sie durch elektrisches Rauschen oder dergleichen verändert wird, einen ausreichenden Abstand für die Referenzspannung (zum Beispiel Masse auf der Sekundärseite: **G (UHG, VHG, WHG, ULG, VLG, WLG)) der Sekundärspannung bereit, und man darf davon ausgehen, dass die Rauschunempfindlichkeit sichergestellt ist. Wenn dagegen die Schaltelemente 10 MOSFETs sind, die aus Siliziumcarbid (SiC) hergestellt sind, liegt die Schwellenspannung niedriger als bei einem IGBT und kann ungefähr ca. 2,5 V betragen. Deshalb wird im Vergleich zu einem Fall, bei dem es sich bei den Schaltelementen 10 um IGBTs handelt, die Rauschunempfindlichkeit niedriger. Dabei geben "U, V, W" der Referenzspannung "**G" Referenzspannungen der Stromversorgung an, die den Gate-Treiberschaltungen 20 der Schaltelemente 10 entsprechend der U-Phase, V-Phase bzw. W-Phase der Wechselrichterschaltung 1 zugeführt werden. "H, L" der Referenzspannung "**G" geben Referenzspannungen der Stromversorgung an, die entsprechend einer oberen (H) Seite bzw. einer unteren (L) Seite jeder Phase der Wechselrichterschaltung 1 den Gate-Treiberschaltungen 20 der Schaltelemente 10 zugeführt werden.
  • Ein SiC-MSFET hat eine höhere Schaltgeschwindigkeit als ein IGBT und auch eine höhere Wärmebeständigkeit. Aus diesem Grund werden in Zukunft voraussichtlich SiC-MSFETs in signifikant höherem Maße übernommen werden, wenn Anforderungen bezüglich Produktivität und Kosten erfüllt werden können. Andererseits leidet ein SiC-MSFET unter Problemen bezüglich der vorstehend beschriebenen Rauschunempfindlichkeit. Aus diesem Grund ist es vorzuziehen, zum Beispiel um die Amplitude der Gate-Ansteuersignale in ausreichendem Maße sicherzustellen, dass eine negative Spannung vorgelegt wird, die niedriger ist als die Referenzspannung (**G) der Sekundärspannung, um die Sättigungscharakteristik der Gate-Treiberschaltungen 20 zu verbessern und einen Spannungsunterschied zwischen der positiven Spannung und der Referenzspannung (**G) sicherzustellen.
  • In 2 geben Sekundärspannungen "**+ (UH+, VH+, WH+, UL+, WL+)" positive Spannungen in Bezug auf die Referenzspannung (**G) an, und betragen zum Beispiel "+15 bis +20 V". Gleichermaßen geben in 2 Sekundärspannungen "**– (UH–, VH–, WH–, UL–, VL–, WL–)" negative Spannungen bezüglich der Referenzspannung (**G) an, und betragen zum Beispiel "–5 bis –10 V". Mit "U, V, W" der positiven Spannung "**+" und der negativen Spannung "**–" sind Spannungen der Stromversorgung angegeben, die den Gate-Treiberschaltungen 20 der Schaltelemente 10 entsprechend der U-Phase, V-Phase bzw. W-Phase der Wechselrichterschaltung 1 zugeführt werden. Mit "H, L" der positiven Spannung "**+" und negativen Spannung "**–" sind Spannungen der Stromversorgung angegeben, die den Gate-Treiberschaltungen 20 der Schaltelemente 10 entsprechend einer oberen (H) Seite bzw. unteren (L) Seite jeder Phase der Wechselrichterschaltung 1 zugeführt werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, umfasst jeder Transformator (T1 bis T6) eine Positivausgangsspule LP, deren Ausgangsspannung positiv (**+) ist, und eine Negativausgangsspule LN, deren Ausgangsspannung negativ (**–) mit Bezug auf die Referenzspannung (**G) auf der Sekundärseite ist, sodass auf der Sekundärseite die positive Spannung "**+" und die negative Spannung "**–" ausgegeben werden können. Die Positivausgangsspule LP und die Negativausgangsspule LN sind elektrisch miteinander verbunden, und ein Verbindungspunkt (P5) zwischen der Positivausgangsspule LP und der Negativausgangsspule LN ist auf die Referenzspannung (**G) gesetzt. In den Transformatoren (T1 bis T6) werden Transformatoren, die den jeweiligen Gate-Treiberschaltungen 20 der Schaltelemente 10 auf einer oberen (H) Seite der jeweiligen Phasen der Wechselrichterschaltung 1 Energie zuführen, als "oberseitige Transformatoren TH" bezeichnet, und Transformatoren, die den jeweiligen Gate-Treiberschaltungen 20 der Schaltelemente 10 auf einer unteren (L) Seite der jeweiligen Phasen Energie zuführen, werden als "unterseitige Transformatoren TL" bezeichnet. In einer in 2 dargestellten Auslegung entsprechen die oberseitigen Transformatoren TH den ersten Transformatoren, und die unterseitigen Transformatoren TL entsprechen den zweiten Transformatoren. Die Stromversorgungsschaltung 2 (Leistungsumwandlungsvorrichtung) umfasst mindestens zwei Transformatoren, die jeweils die Leistung zwischen der Primärspule L1 und der Sekundärspule L2 transformieren, und zwar unter Einbeziehung des ersten Transformators (TH) und des zweiten Transformators (TL).
  • Im Übrigen sind, wie vorstehend beschrieben ist, die Ausgangsleistungen der Positivausgangsspule LP und Negativausgangsspule LN voneinander verschieden, wenn es sich bei der positiven und negativen Spannung um unterschiedliche Spannungen handelt, derart, dass die positive Spannung "+15 bis +20 V" und die negative Spannung "–5 bis –10 V" beträgt, und ein Verhältnis eines Ausgangsstroms der Positivausgangsspule LP und eines Ausgangsstroms der Negativausgangsspule LN kleiner als ein umgekehrtes Verhältnis eines Verhältnisses der Spannungen ist. In dieser Situation tritt aller Wahrscheinlichkeit nach ein Ungleichgewicht beim Leistungsverbrauch der Schaltelemente (M1, M2) auf, welche die Stromquellenschaltung 27 bilden (siehe 5 usw., Einzelheiten werden nachfolgend beschrieben). Aus diesem Grund ist, wie in 2 dargestellt, die Stromversorgungsschaltung 2 (Leistungsumwandlungsvorrichtung) auf so eine Art und Weise ausgelegt, dass es sich bei den Zielorten einer ersten Leistungsverdrahtung W1 und einer zweiten Leistungsverdrahtung W2, die zwei Verdrahtungen darstellen, welche die Stromquellenschaltung 27 (Wechselstromquelle) mit jeder Primärspule L1 verbinden, um ein beliebiges von zwei Verbindungsenden (P1, P3) der Primärspule L1 handelt, wobei sich die Verdrahtungen beim oberseitigen Transformator TH (erster Transformator) und unterseitigen Transformator TL (zweiter Transformator) voneinander unterscheiden.
  • Wie in 2 dargestellt, ist in der Primärspule L1 (1-2-3-Wicklung) ein Zwischenpunkt "P2" über eine dritte Leistungsverdrahtung W3 an eine Primärspannung (Vcc) angeschlossen, und beide Enden "P1, P3" sind auf der Primärseite durch die Schaltelemente (M1, M2) mit Masse verbunden, die jeweils ergänzend durch die Stromversorgungs-Steuerschaltung 27a durchgeschaltet werden. Insbesondere ist ein erster Anschluss "P1" des oberseitigen Transformators TH (erster Transformator) auf der Primärseite durch die erste Leistungsverdrahtung W1 und ein erstes Schaltelement M1 an Masse angeschlossen, und ein zweiter Anschluss "P3" ist auf der Primärseite durch die zweite Leistungsverdrahtung W2 und ein zweites Schaltelement M2 mit Masse verbunden. Dagegen ist im unterseitigen Transformator TL (zweiter Transformator) der erste Anschluss "P1" auf der Primärseite durch die zweite Leistungsverdrahtung W2 und das zweite Schaltelement M2 an Masse angeschlossen, und der zweite Anschluss "P3" ist auf der Primärseite durch die erste Leistungsverdrahtung W1 und das erste Schaltelement M1, auf der zum oberseitigen Transformator TH (erster Transformator) entgegengesetzten Seite, mit Masse verbunden.
  • 3 stellt ein Vergleichsbeispiel zu 2 dar. In diesem Vergleichsbeispiel handelt es sich bei den Zielorten der ersten Leistungsverdrahtung W1 und zweiten Leistungsverdrahtung W2, die zwei Verdrahtungen darstellen, welche die Stromquellenschaltung 27 (Wechselstromquelle) mit einer jeweiligen Primärspule L1 verbinden, um einen beliebigen von zwei Verbindungsenden (P1, P3) der Primärspule L1, und sie sind in Bezug auf den oberseitigen Transformator TH (erster Transformator) und den unterseitigen Transformator TL (zweiter Transformator) zueinander identisch. In 4 und 5 sind Simulationsergebnisse einer Stromwellenform auf der Primärseite dargestellt. 4 stellt eine Stromwellenform in dem Auslegungsbeispiel von 2 dar, und 5 stellt eine Stromwellenform in dem Auslegungsbeispiel (Vergleichsbeispiel zu 2) von 3 dar. Es stellt sich heraus, dass in der Stromwellenform von 4 kein Ungleichgewicht im Leistungsverbrauch der Schaltelemente (M1, M2) auftritt, und in der Stromwellenform von 5 ein Ungleichgewicht im Leistungsverbrauch der Schaltelemente (M1, M2) auftritt.
  • In der in 2 dargestellten Schaltung fließt, wenn das zweite Schaltelement M2 einschaltet, ein Strom von "P2 zu P3" in einer 2-3-Wicklung der Primärspule 1 jedes oberseitigen Transformators TH (erster Transformator), und eine einem Wicklungsverhältnis entsprechende Spannung wird in einer 4-5-Wicklung (Positivausgangsspule LP) der Sekundärspule L2 erzeugt. Dann fließt Strom von "P4 zu P5" durch eine Diode und einen Kondensator, und von der Positivausgangsspule LP wird an die Gate-Treiberschaltungen 20 Energie abgegeben. In entsprechender Weise wird eine einem Wicklungsverhältnis entsprechende Spannung in einer 5-6-Wicklung (Negativausgangsspule LN) der Sekundärspule L2 erzeugt. Da jedoch die Spannung am Anschluss "P6" höher ist als die Spannung am Anschluss "P5", fließt wegen der gegengeschalteten Diode kein Strom. Deshalb wird von der Negativausgangsspule LN keine Energie an die Gate-Treiberschaltungen 20 abgegeben.
  • In dieser Situation fließt in jedem unterseitigen Transformator TL (zweiter Transformator) ein Strom von "P2 zu P1" in einer 1-2-Wicklung der Primärspule L1, und eine einem Wicklungsverhältnis entsprechende Spannung wird in einer 5-6-Wicklung (Negativausgangsspule LN) der Sekundärspule L2 erzeugt. In dieser Situation ist die Spannung am Anschluss "P5" höher als die Spannung an einem Anschluss "P6", und ein Strom von "P5 zu P6" fließt durch die Diode und den Kondensator. Infolgedessen wird von der Negativausgangsspule LN an die Gate-Treiberschaltungen 20 Energie abgegeben. In entsprechender Weise wird eine einem Wicklungsverhältnis entsprechende Spannung in einer 4-5-Wicklung (Positivausgangsspule LP) der Sekundärspule L2 erzeugt. Da jedoch die Spannung am Anschluss "P5" höher ist als die Spannung am Anschluss "P4", fließt wegen der gegengeschalteten Diode kein Strom. Deshalb wird von der Positivausgangsspule LP keine Energie an die Gate-Treiberschaltungen 20 abgegeben.
  • Andererseits fließt in der in 2 dargestellten Schaltung, wenn das erste Schaltelement M1 einschaltet, ein Strom von "P2 zu P1" in einer 1-2-Wicklung der Primärspule L1 jedes oberseitigen Transformators TH (erster Transformator), und eine einem Wicklungsverhältnis entsprechende Spannung wird in einer 5-6-Wicklung (Negativausgangsspule LN) der Sekundärspule L2 erzeugt. In dieser Situation fließt, da die Spannung am Anschluss "P5" höher ist als die Spannung am Anschluss "P6", der Strom von "P5 zu P6" durch die Diode und den Kondensator. Infolgedessen wird von der Negativausgangsspule LN an die Gate-Treiberschaltungen 20 Energie abgegeben. In entsprechender Weise wird eine einem Wicklungsverhältnis entsprechende Spannung in einer 4-5-Wicklung (Positivausgangsspule LP) der Sekundärspule L2 erzeugt. Da jedoch die Spannung am Anschluss "P5" höher ist als die Spannung am Anschluss "P4", fließt wegen der gegengeschalteten Diode kein Strom. Deshalb wird von der Positivausgangsspule LP keine Energie an die Gate-Treiberschaltungen 20 abgegeben.
  • In dieser Situation fließt in jedem unterseitigen Transformator TL (zweiter Transformator) ein Strom von "P2 zu P3" in einer 2-3-Wicklung der Primärspule L1, und eine einem Wicklungsverhältnis entsprechende Spannung wird in einer 4-5-Wicklung (Positivausgangsspule LP) der Sekundärspule L2 erzeugt. Dann fließt Strom von "P4 zu P5" durch eine Diode und einen Kondensator, und von der Positivausgangsspule LP wird an die Gate-Treiberschaltungen 20 Energie abgegeben. In entsprechender Weise wird eine einem Wicklungsverhältnis entsprechende Spannung in einer 5-6-Wicklung (Negativausgangsspule LN) der Sekundärspule L2 erzeugt. Da jedoch die Spannung am Anschluss "P6" höher ist als die Spannung am Anschluss "P5", fließt wegen der gegengeschalteten Diode kein Strom. Deshalb wird von der Negativausgangsspule LN keine Energie an die Gate-Treiberschaltungen 20 abgegeben.
  • Wie vorstehend beschrieben, gibt jeder oberseitige Transformator TH (erster Transformator) und jeder unterseitige Transformator TL (zweiter Transformator) in komplementärer Art und Weise die Energie von der Positivausgangsspule LP und der Negativausgangsspule LN gemäß dem ersten Schaltelement M1 und zweiten Schaltelement M2 ab, deren Ein-/Aus-Betrieb komplementär gesteuert wird. Deshalb besteht, selbst wenn ein Unterschied in der Ausgangsleistung zwischen der Positivausgangsspule LP und der Negativausgangsspule LN auftritt, ein ausgeglichener Stromfluss in der ersten Leistungsverdrahtung W1 und zweiten Leistungsverdrahtung W2 auf der Primärseite eines Paars Transformatoren (ein Paar aus T1 und T2, ein Paar aus T3 und T4, ein Paar aus T5 und T6), das die Energie den Gate-Treiberschaltungen 20 entsprechend den oberen und unteren Schaltelementen 10 zuführt, die einen Zweig jeder Phase (U-Phase, V-Phase, W-Phase) der Wechselrichterschaltung 1 bilden (siehe 4).
  • Nachstehend wird der Betrieb der Schaltung in dem in 3 dargestellten Vergleichsbeispiel beschrieben. Da die Verbindungsauslegung jedes oberseitigen Transformators TH (erster Transformator) zur ersten Leistungsverdrahtung W1 und zweiten Leistungsverdrahtung W2 identisch ist zu der in 2 dargestellten Schaltung des ersten Auslegungsbeispiels, wird bei Einschalten des zweiten Schaltelements M2 die Energie von der Positivausgangsspule LP an die Gate-Treiberschaltung 20 abgegeben, wie es bei der Schaltung des ersten Auslegungsbeispiels der Fall ist. Von der Negativausgangsspule LN wird keine Energie an die Gate-Treiberschaltung 20 abgegeben. Andererseits unterscheidet sich in der Verbindungsauslegung jedes unterseitigen Transformators TL (zweiter Transformator) zur ersten Leistungsverdrahtung W1 und zweiten Leistungsverdrahtung W2 die in 2 dargestellte Schaltung des Auslegungsbeispiels von der in 3 dargestellten Schaltung des Vergleichsbeispiels. Beim Vergleichsbeispiel sind der oberseitige Transformator TH (erster Transformator) und der unterseitige Transformator TL (zweiter Transformator) bezüglich der Verbindungsauslegung zueinander identisch.
  • Aus diesem Grund wird auch beim unterseitigen Transformator TL (zweiter Transformator) von der Positivausgangsspule LP Energie an die Gate-Treiberschaltungen 20 abgegeben. In anderen Worten, der Strom von "P2 zu P3" fließt in der 2-3-Wicklung der Primärspule L1, und eine dem Wicklungsverhältnis entsprechende Spannung wird in der 4-5-Wicklung (Positivausgangsspule LP) der Sekundärspule L2 erzeugt. Dann fließt der Strom von "P4 zu P5" durch die Diode und den Kondensator, und von der Positivausgangsspule LP wird Energie abgegeben. In entsprechender Art und Weise wird eine einem Wicklungsverhältnis entsprechende Spannung in einer 5-6-Wicklung (Negativausgangsspule LN) der Sekundärspule L2 erzeugt. Da jedoch die Spannung am Anschluss "P6" höher ist als die Spannung am Anschluss "P5", fließt wegen der gegengeschalteten Diode kein Strom. Deshalb wird von der Negativausgangsspule LN keine Energie an die Gate-Treiberschaltungen 20 abgegeben.
  • Wenn das erste Schaltelement M1 einschaltet, wird in jedem oberseitigen Transformator TH (erster Transformator) Energie von der Negativausgangsspule LN an die Gate-Treiberschaltung 20 abgegeben, wie es bei der Schaltung des ersten Auslegungsbeispiels der Fall ist. Von der Positivausgangsspule LP wird keine Energie an die Gate-Treiberschaltung 20 abgegeben. In der Schaltung des in 3 dargestellten Vergleichsbeispiels wird, wenn das erste Schaltelement M1 einschaltet, Energie von der Negativausgangsspule LN an die Gate-Treiberschaltungen 20 auch in jedem unterseitigen Transformator TL (zweiter Transformator) abgegeben. Mit anderen Worten, in jedem unterseitigen Transformator TL (zweiter Transformator) fließt der Strom von "P2 zu P1" in der 1-2-Wicklung der Primärspule L1, und eine dem Wicklungsverhältnis entsprechende Spannung wird in der 5-6-Wicklung (Negativausgangsspule LN) der Sekundärspule L2 erzeugt. Da die Spannung am Anschluss "P5" höher ist als die Spannung am Anschluss "P6", fließt der Strom von "P5 zu P6" durch die Diode und den Kondensator, und von der Negativausgangsspule LN wird Energie abgegeben. In ähnlicher Art wird eine einem Wicklungsverhältnis entsprechende Spannung in einer 4-5-Wicklung (Positivausgangsspule LP) der Sekundärspule L2 erzeugt. Da jedoch die Spannung am Anschluss "P5" höher ist als die Spannung am Anschluss "P4", fließt wegen der gegengeschalteten Diode kein Strom. Deshalb wird von der Positivausgangsspule LP keine Energie an die Gate-Treiberschaltungen 20 abgegeben.
  • Mit anderen Worten wird in der Schaltungsauslegung von 3 von jedem oberseitigen Transformator TH (erster Transformator) und jedem unterseitigen Transformator TL (zweiter Transformator) Energie von den jeweiligen Spulen mit derselben Polarität entsprechend dem ersten Schaltelement M1 und zweiten Schaltelement M2 abgegeben, deren Ein-/Aus-Betrieb auf komplementäre Art und Weise gesteuert wird. Deshalb sind, wenn ein Unterschied in der Ausgangsleistung zwischen der Positivausgangsspule LP und der Negativausgangsspule LN auftritt, die in der ersten Leistungsverdrahtung W1 und zweiten Leistungsverdrahtung W2 fließenden Ströme, wie in 5 dargestellt, auf der Primärseite eines Paars Transformatoren (ein Paar aus T1 und T2, ein Paar aus T3 und T4, ein Paar aus T5 und T6) unausgeglichen, wobei diese Paare den Gate-Treiberschaltungen 20 entsprechend den oberen und unteren Schaltelementen 10 Energie zuführen, die einen Zweig jeder Phase (U-Phase, V-Phase, W-Phase) der Wechselrichterschaltung 1 bilden. Wie vorstehend beschrieben, ist die von der Negativausgangsspule LN abgegebene Energie in der Abgabeenergie während einer Phase, in der das erste Schaltelement M1 eingeschaltet ist, relativ klein. Deshalb fließt, wie in 5 dargestellt ist, verglichen mit einem Zeitraum, in dem das erste Schaltelement M1 eingeschaltet ist, eine größere Strommenge während eines Zeitraums, in dem das zweite Schaltelement M2 eingeschaltet ist, und auf der Primärseite tritt im Leistungsverbrauch ein Ungleichgewicht auf.
  • Die Beschreibung erfolgte vorstehend mit Bezugnahme auf 2. Die Auslegung der Stromversorgungsschaltung 2 (Leistungsumwandlungsvorrichtung) ist nicht auf die in 2 dargestellte Auslegung (erstes Auslegungsbeispiel) beschränkt. Im ersten Auslegungsbeispiel sind jeweils zwei Transformatoren (T1 und T2, T3 und T4, T5 und T6) entsprechend den positiven und negativen Ausgängen zu Paaren zusammengefasst, und die gepaarten zwei Transformatoren sind so eingerichtet, dass sie bezüglich der Leistungsverdrahtung auf der Primärseite voneinander verschieden sind. In einem in 6 dargestellten zweiten Auslegungsbeispiel sind jeweils zwei Sekundärspulen L2 entsprechend positiven und negativen Ausgängen zu einem Paar zusammengefasst, und die gepaarten zwei Sekundärspulen L2 sind so ausgelegt, dass die Polarität einer Positivausgangsspule LP und die Polarität einer Negativausgangsspule LN voneinander verschieden sind.
  • Wie in 6 dargestellt, ist im zweiten Auslegungsbeispiel ein Transformator (T10, T30, T50) in Entsprechung mit einem Zweig jeder Phase (U-Phase, V-Phase, W-Phase) einer Wechselrichterschaltung 1 vorgesehen. Jeder der Transformatoren (T10, T30, T50) weist einen oberseitigen Transformator TH (erster Transformator) auf, der einer Gate-Treiberschaltung 20 eines Schaltelements 10 auf einer oberen (H) Seite jeder Phase der Wechselrichterschaltung 1 Energie zuführt, und einen unterseitigen Transformator TL (zweiter Transformator), der der Gate-Treiberschaltung 20 des Schaltelements 10 auf einer unteren (L) Seite jeder Phase Energie zuführt. Genauer gesagt ist jeder Transformator (T10, T30, T50) als Verbundtransformator mit unterschiedlichen Sekundärspulen L2 (4-5-6-Wicklung und 7-8-9-Wicklung) in Bezug auf die gemeinsame Primärspule L1 (1-2-3-Wicklung) ausgelegt. Anders ausgedrückt ist der oberseitige Transformator TH (erster Transformator) durch die 1-2-3-Wicklung und die 4-5-6-Wicklung gebildet, und der unterseitige Transformator TL (zweiter Transformator) ist durch die 1-2-3-Wicklung und die 7-8-9-Wicklung gebildet.
  • Im zweiten Auslegungsbeispiel ist in der Primärspule L1 (1-2-3-Wicklung), wie im ersten Auslegungsbeispiel auch, ein Zwischenpunkt "P2" über eine dritte Leistungsverdrahtung W3 an eine Primärspannung (Vcc) angeschlossen, und beide Enden "P1, P3" sind auf der Primärseite über Schaltelemente (M1, M2), die jeweils ergänzend über eine Stromversorgungs-Steuerschaltung 27a durchgeschaltet werden, mit der Masse (Referenzspannung "**G") verbunden. Im zweiten Auslegungsbeispiel ist, da eine Primärspule L1 gemeinsam genutzt wird, sowohl in jedem oberseitigen Transformator TH (erster Transformator) als auch jedem unterseitigen Transformator TL (zweiter Transformator) der erste Anschluss "P1" der Primärspule L1 auf der Primärseite durch die erste Leistungsverdrahtung W1 und das erste Schaltelement M1 mit Masse verbunden, und der zweite Anschluss "P3" ist auf der Primärseite durch die zweite Leistungsverdrahtung W2 und das zweite Schaltelement M2 mit Masse verbunden.
  • Dagegen ist im ersten Auslegungsbeispiel sowohl in jedem oberseitigen Transformator TH (erster Transformator) als auch jedem unterseitigen Transformator TL (zweiter Transformator) die Konfiguration (Polarität) der Sekundärspulen L2 dieselbe. Andererseits sind im zweiten Auslegungsbeispiel im Transformator (T10, T30, T50) entsprechend dem Zweig jeder Phase der oberseitige Transformator TH und der unterseitige Transformator TL so ausgelegt, dass die Polaritäten der Positivausgangsspule LP und der Negativausgangsspule LN voneinander verschieden sind. Genauer gesagt stellen im oberseitigen Transformator TH beide Enden (Anschluss "P4" und Anschluss "P6") der als Sekundärspule L2 dienenden 4-5-6-Wicklung positive Pole dar. Andererseits ist im unterseitigen Transformator TL ein Zwischenanschluss "P8" der als Sekundärspule L2 dienenden 7-8-9-Wicklung ein positiver Pol, und beide Enden (Anschluss "P7" und Anschluss "P9") sind negative Pole. In der Positivausgangsspule LP (4-5-Wicklung) jedes oberseitigen Transformators TH (erster Transformator) ist der Anschluss "P4" der positive Pol. Dagegen ist in der Positivausgangsspule LP (7-8-Wicklung) jedes unterseitigen Transformators TL (zweiter Transformator) der Anschluss "P8" der positive Pol. In der Negativausgangsspule LN (5-6-Wicklung) jedes oberseitigen Transformators TH (erster Transformator) ist der Anschluss "P6" der positive Pol. Andererseits ist in der Negativausgangsspule LN (8-9-Wicklung) jedes unterseitigen Transformators TL (zweiter Transformator) der Anschluss "P8" der positive Pol.
  • In der in 6 dargestellten Schaltung fließt, wenn das zweite Schaltelement M2 einschaltet, ein Strom von "P2 zu P3" in einer 2-3-Wicklung der Primärspule L1 jedes oberseitigen Transformators TH (erster Transformator), und eine einem Wicklungsverhältnis entsprechende Spannung wird in einer 4-5-Wicklung (Positivausgangsspule LP) der Sekundärspule L2 erzeugt. Dann fließt Strom von "P4 zu P5" durch eine Diode und einen Kondensator, und von der Positivausgangsspule LP wird Energie an die Gate-Treiberschaltungen 20 ausgegeben. In ähnlicher Weise wird eine einem Wicklungsverhältnis entsprechende Spannung in einer 5-6-Wicklung (Negativausgangsspule LN) der Sekundärspule L2 erzeugt. Da jedoch die Spannung am Anschluss "P6" höher ist als die Spannung am Anschluss "P5", fließt aufgrund der gegengeschalteten Diode kein Strom. Deshalb wird von der Negativausgangsspule LN keine Energie an die Gate-Treiberschaltungen 20 abgegeben.
  • In dieser Situation fließt in jedem unterseitigen Transformator TL (zweiter Transformator) ein Strom von "P2 zu P3" in der 2-3-Wicklung der Primärspule L1, wodurch eine einem Wicklungsverhältnis entsprechende Spannung in der 8-9-Wicklung (Negativausgangsspule LN) und der 7-8-Wicklung (Positivausgangsspule LP) der Sekundärspule L2 erzeugt wird. In dieser Situation fließt, da die Spannung am Anschluss "P8" höher ist als die Spannung am Anschluss "P9", der Strom von "P8 zu P9" durch die Diode und den Kondensator, und von der Negativausgangsspule LN wird Energie an die Gate-Treiberschaltung 20 abgegeben. Andererseits fließt, da die Spannung am Anschluss "P8" höher ist als die Spannung am Anschluss "P7", kein Strom von "P7 zu P8" aufgrund der gegengeschalteten Diode. Deshalb wird von der Positivausgangsspule LP keine Energie an die Gate-Treiberschaltungen 20 abgegeben.
  • Wenn das erste Schaltelement M1 einschaltet, fließt der Strom von "P2 zu P1" in der 1-2-Wicklung der Primärspule L1 jedes oberseitigen Transformators TH (erster Transformator), und eine dem Wicklungsverhältnis entsprechende Spannung wird in der 5-6-Wicklung (Negativausgangsspule LN) und der 4-5-Wicklung (Positivausgangsspule LP) der Sekundärspule L2 erzeugt. In dieser Situation fließt, da die Spannung am Anschluss "P5" höher ist als die Spannung am Anschluss "P6", der Strom von "P5 zu P6" durch die Diode und den Kondensator, und von der Negativausgangsspule LN wird Energie an die Gate-Treiberschaltung 20 abgegeben. Andererseits fließt, da die Spannung am Anschluss "P5" höher ist als die Spannung am Anschluss "P4", kein Strom von "P4 zu P5" aufgrund der gegengeschalteten Diode. Deshalb wird von der Positivausgangsspule LP keine Energie an die Gate-Treiberschaltungen 20 abgegeben.
  • In dieser Situation fließt in jedem unterseitigen Transformator TL (zweiter Transformator) der Strom von "P2 zu P1" in der 2-3-Wicklung der Primärspule L1, wodurch eine einem Wicklungsverhältnis entsprechende Spannung in der 7-8-Wicklung (Positivausgangsspule LP) und der 8-9-Wicklung (Negativausgangsspule LN) der Sekundärspule L2 erzeugt wird. Auf der Seite der Positivausgangsspule LP fließt Strom von "P7 zu P8" durch die Diode und den Kondensator, und Energie wird an die Gate-Treiberschaltungen 20 abgegeben. Andererseits fließt, da die Spannung am Anschluss "P9" höher ist als die Spannung am Anschluss "P8", kein Strom von "P8 zu P9" aufgrund der gegengeschalteten Diode, und von der Negativausgangsspule LN wird keine Energie an die Gate-Treiberschaltung 20 abgegeben.
  • Wie vorstehend beschrieben, werden von jedem oberseitigen Transformator TH (erster Transformator) und jedem unterseitigen Transformator TL (zweiter Transformator) auf komplementäre Art und Weise die Energie von der Positivausgangsspule LP und der Negativausgangsspule LN gemäß dem ersten Schaltelement M1 und zweiten Schaltelement M2 abgegeben, deren Ein-/Aus-Betrieb komplementär gesteuert wird. Deshalb fließt, selbst wenn ein Unterschied in der Ausgangsleistung zwischen der Positivausgangsspule LP und der Negativausgangsspule LN auftritt, der Strom in der ersten Leistungsverdrahtung W1 und zweiten Leistungsverdrahtung W2 auf ausgeglichene Art und Weise auf der Primärseite der Transformatoren (T10, T30, T50), die den Gate-Treiberschaltungen 20 entsprechend den oberen und unteren Schaltelementen 10 Energie zuführen, welche den Zweig jeder Phase (U-Phase, V-Phase, W-Phase) der Wechselrichterschaltung 1 bilden (siehe 8).
  • 7 stellt ein Vergleichsbeispiel (zweites Vergleichsbeispiel) zu dem in 6 dargestellten zweiten Auslegungsbeispiel dar. Wie im zweiten Auslegungsbeispiel auch, ist im Vergleichsbeispiel die gemeinsame Primärspule L1 vorgesehen, und entsprechend den positiven und negativen Ausgängen ist ein Paar aus Sekundärspulen L2 vorgesehen. Anders als beim zweiten Auslegungsbeispiel jedoch sind die Polaritäten der gepaarten Sekundärspulen L2 gleich. Der Betrieb des in 7 dargestellten zweiten Vergleichsbeispiels ist identisch zu dem des Vergleichsbeispiels (erstes Vergleichsbeispiel) des ersten Auslegungsbeispiels, das mit Bezug auf 4 beschrieben ist. Deshalb entfällt eine ausführliche Beschreibung an dieser Stelle, weil die Beschreibung aus der obigen Beschreibung leicht abgeleitet werden kann.
  • 9 stellt eine Stromwellenform auf einer Primärseite im zweiten Vergleichsbeispiel dar. Im zweiten Vergleichsbeispiel besteht, wie in 8 dargestellt, ein ausgeglichener Stromfluss auf einer Primärseite in einer ersten Leistungsverdrahtung W1 (erstes Schaltelement M1) und einer zweiten Leistungsverdrahtung W2 (zweites Schaltelement M2). Dagegen sind in einem Vergleichsbeispiel zum zweiten Auslegungsbeispiel, wie in 9 dargestellt, die in einer ersten Leistungsverdrahtung W1 und in einer zweiten Leistungsverdrahtung W2 fließenden Ströme im Ungleichgewicht. Wie vorstehend beschrieben, ist die von der Negativausgangsspule LN abgegebene Energie relativ klein in der Ausgangsleistung während einer Periode, in der das erste Schaltelement M1 eingeschaltet ist. Deshalb fließt, wie in 9 dargestellt, im Vergleich zu einem Zeitraum, in dem das erste Schaltelement M1 eingeschaltet ist, eine größere Strommenge während eines Zeitraums, in dem das zweite Schaltelement M2 eingeschaltet ist, und auf der Primärseite tritt ein Ungleichgewicht im Leistungsverbrauch auf.
  • Dabei ist in 6 ein Beispiel veranschaulicht, bei dem jeder Transformator (T10, T30, T50) als Verbundtransformator mit mehreren Gruppen von Sekundärspulen L2 (4-5-6-Wicklung und 7-8-9-Wicklung) mit Bezug auf die gemeinsame Primärspule L1 ausgeführt ist. Jedoch ist wie bei dem in 2 dargestellten ersten Auslegungsbeispiel jeder Transformator, der über eine unabhängige Primärspule L1 und eine Gruppe Sekundärspulen L2 verfügt, die positiven und negativen Ausgängen entsprechen, als oberseitige Transformator TH (erster Transformator) und unterseitiger Transformator TL (zweiter Transformator) bereitgestellt, und ermöglicht dieselbe Schaltungsauslegung. Bei dieser Auslegung jedoch sind der oberseitige Transformator TH (erste Transformator) und der unterseitige Transformator TL (zweite Transformator) durch Transformatoren gebildet, die in ihrer Konfiguration als Hardware unterschiedlich ausgelegt sind. Anders ausgedrückt, sind als Stromversorgungsschaltung 2 (Leistungsumwandlungsvorrichtung) zwei Arten von Transformatoren erforderlich (im ersten Auslegungsbeispiel ist, da sich nur die Verdrahtungen voneinander unterscheiden, eine Art von Transformator vorgesehen). Dagegen kann im Falle des Verbundtransformators wie beim zweiten Auslegungsbeispiel die Stromversorgungsschaltung 2 durch eine Art von Transformator (Verbundtransformator) realisiert sein. Im Ergebnis werden Wirkungen einer Kostenreduzierung erzielt, die auf eine Massenproduktion der Bauteile zurückzuführen ist, und einer Reduzierung der Herstellkosten erzielt, indem dieselben Komponenten verwendet werden.
  • In der Stromversorgungsschaltung 2, welche die Gate-Treiberschaltungen 20 mit Energie versorgt, um die allgemein verwendete Dreiphasen-Wechselstrom-Wechselrichterschaltung 1 anzusteuern, ist es vorzuziehen, dass das erste Auslegungsbeispiel und zweite Auslegungsbeispiel wahlweise entsprechend der Gesamtanzahl von in der Stromversorgungsschaltung 2 verwendeten Transformatoren eingesetzt werden. Da sich das erste Auslegungsbeispiel für einen Fall eignet, bei dem die oberseitigen Transformatoren TH (erste Transformatoren) unabhängig von den unterseitigen Transformatoren TL (zweite Transformatoren) sind, ist es vorzuziehen, dass die Gesamtanzahl der Transformatoren geradzahlig ist. Andererseits ist es vorzuziehen, dass das zweite Auslegungsbeispiel mit einem Verbundtransformator ausgelegt ist, bei dem der oberseitige Transformator TH (erster Transformator) und der unterseitige Transformator TL (zweiter Transformator) die Primärspule L1 gemeinsam benutzen. Deshalb ist es vorzuziehen, dass die Gesamtanzahl an Transformatoren (Verbundtransformatoren) ungerade ist.
  • Anders ausgedrückt, wenn die Gesamtanzahl an Transformatoren (T1 bis T6) geradzahlig ist, und die Anzahl an Transformatoren (zum Beispiel T1, T3, T5), die eine erste Gruppe bilden (zum Beispiel die oberseitigen Transformatoren TH), identisch ist mit der Anzahl an Transformatoren (zum Beispiel T2, T4, T6), die eine zweite Gruppe bilden (zum Beispiel die unterseitigen Transformatoren TL), ist das erste Auslegungsbeispiel (2) vorzuziehen. Mit anderen Worten, es ist vorzuziehen, dass es sich bei den Zielorten der ersten Leistungsverdrahtung W1 und zweiten Leistungsverdrahtung W2 um ein beliebiges von zwei Verbindungsenden (zum Beispiel "P1" und "P3" der Primärspule L1 (1-2-3-Wicklung) handelt, und sie sich bei den die erste Gruppe bildenden Transformatoren und den die zweite Gruppe bildenden Transformatoren voneinander unterscheiden.
  • Des Weiteren ist es vorzuziehen, wenn die Gesamtanzahl an Verbundtransformatoren (zum Beispiel T10, T30, T50) ungerade ist, dass die Polaritäten der Positivausgangsspule LP und der Negativausgangsspule LN in jedem der oberseitigen Transformatoren TH (erste Transformatoren) und unterseitigen Transformatoren TL (zweite Transformatoren) des Verbundtransformators unterschiedlich zueinander sind, wie es im zweiten Auslegungsbeispiel (6) der Fall ist. In der vorliegenden Beschreibung ist mit "Verbundtransformator" gemeint, dass die Anzahl an Ausgängen (die Anzahl auf der Sekundärseite) eines Transformators mehr als eins beträgt, in anderen Worten, die Anzahl von Ausgängen (die Anzahl auf der Sekundärseite) mit Bezug auf die Eingangsanzahl "1" (die Primärseite) mehr als eins beträgt. Zum Beispiel umfasst, wie in 6 dargestellt ist, jeder Verbundtransformator (T10, T30, T50) zwei Gruppen (zwei Paare) einer 4-5-6-Wicklung und einer 7-8-9-Wicklung als Sekundärspulen L2, die jeweils über ein Paar aus einer Positivausgangsspule LP und einer Negativausgangsspule LN verfügen, und eine gemeinsame Primärspule L1 (1-2-3-Wicklung). Der oberseitige Transformator TH (erster Transformator) wird gebildet, indem die Primärspule L1 mit einer Gruppe (einem Paar) Sekundärspulen L2 (zum Beispiel 4-5-6-Wicklung) zusammengefasst wird, und der unterseitige Transformator TL (zweiter Transformator) wird gebildet, indem die Primärspule L1 mit der anderen Gruppe (dem anderen Paar) Sekundärspulen L2 (zum Beispiel 7-8-9-Wicklung) zusammengefasst wird, um den Verbundtransformator (T10, T30, T50) zu bilden.
  • In dem in 2 dargestellten ersten Auslegungsbeispiel werden sechs Transformatoren verwendet, deren Anzahl an Ausgängen jeweils "1" beträgt. Alternativ können zwei Transformatoren (Verbundtransformatoren) verwendet werden, deren Anzahl an Ausgängen jeweils "3" beträgt, um eine Modifikation des ersten Auslegungsbeispiels zu verwirklichen. Mit anderen Worten, einer der Transformatoren ist den oberseitigen Transformatoren TH (erste Transformatoren) der U-, V- und W-Phasen zugeordnet, und die anderen Transformatoren sind den unterseitigen Transformatoren TL (zweite Transformatoren) der U-, V- und W-Phasen zugeordnet, um die Modifikation des ersten Auslegungsbeispiels zu erlangen. Je ein Transformator (Verbundtransformator) ist für die vorstehend beschriebene erste Gruppe und zweite Gruppe gebildet. In dieser Situation ist die Gesamtanzahl an Transformatoren geradzahlig, beträgt also "2", und die Zielorte der ersten Leistungsverdrahtung W1 und zweiten Leistungsverdrahtung W2 sind bei diesen beiden Transformatoren (Verbundtransformatoren) unterschiedlich, um das Ungleichgewicht des Stroms auf der Primärseite zu reduzieren.
  • In dem in 6 dargestellten zweiten Auslegungsbeispiel werden drei Transformatoren (Verbundtransformatoren) verwendet, deren Anzahl an Ausgängen jeweils "2" beträgt. Alternativ kann ein Transformator (Verbundtransformator) verwendet werden, dessen Anzahl an Ausgängen "6" beträgt, um eine Modifikation des zweiten Auslegungsbeispiels zu erzielen. Bei der obigen Auslegung umfasst ein Transformator (ein Verbundtransformator) sechs Gruppen von Sekundärspulen L2, die jeweils über die Positivausgangsspule LP und die Negativausgangsspule LN verfügen, und die gemeinsame Primärspule L1. Die Primärspule L1 wird mit den jeweiligen drei Sekundärspulen L2 zusammengefasst, um drei oberseitige Transformatoren TH (erste Transformatoren) zu bilden, und die Primärspule wird mit den jeweiligen verbleibenden drei Sekundärspulen L2 zusammengefasst, um drei unterseitige Transformatoren TL (zweite Transformatoren) zu bilden. Die Polaritäten der Positivausgangsspule LP und Negativausgangsspule LN unterscheiden sich bei den oberseitigen Transformatoren TH (erste Transformatoren) und den unterseitigen Transformatoren TL (zweite Transformatoren), um dadurch die Modifikation des zweiten Auslegungsbeispiels zu erzielen. In dieser Situation ist die Gesamtanzahl an Transformatoren ungerade, das heißt sie beträgt "1", und die Polaritäten der Positivausgangsspule LP und Negativausgangsspule LN sind unterschiedlich zueinander ausgelegt, um das Ungleichgewicht des Stroms auf der Primärseite zu reduzieren.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird der Strom auf der Primärseite ausgeglichen, um zu ermöglichen, dass die im ersten Schaltelement M1 und zweiten Schaltelement M2 fließenden Ströme im Wesentlichen gleich groß werden. Wie in 3, 5, 7, 9 usw. dargestellt ist, müssen, wenn sich der im ersten Schaltelement M1 fließende Strom von dem im zweiten Schaltelement M2 fließenden Strom stark unterscheidet, je nach den jeweiligen Stromverbräuchen Schaltelemente verwendet werden, die sich in ihren elektrischen Eigenschaften unterscheiden. Dies führt zu der Möglichkeit der Steigerung der Bauteilbeschaffungskosten, die durch eine Reduzierung der Verbrauchsmenge eines einzelnen Artikels verursacht wird, und zur Möglichkeit der Zunahme der Bauteileverwaltungskosten, was mit einer Zunahme der Arten von Bauteilen einhergeht. Andererseits, wenn alle Schaltelemente in einer größeren Stromkapazität vereint werden, steigen möglicherweise die Bauteilbeschaffungskosten an, was auf eine übertriebene Spezifikation zurückzuführen ist. Wenn jedoch der im ersten Schaltelement M1 fließende Strom im Wesentlichen identisch zu dem im zweiten Schaltelement M2 fließenden Strom ist, kann die Stromquellenschaltung 27 (Wechselstromquelle) auf der Primärseite zusammengestellt werden, indem Elemente mit denselben elektrischen Eigenschaften verwendet werden. Deshalb umfasst, wenn das Ungleichgewicht des Stroms auf der Primärseite wie vorstehend beschrieben beseitigt wird, die Stromquellenschaltung 27 (Wechselstromquelle) auf der Primärseite den Schaltsteuerkreis 27s zum gesteuerten Umschalten der Stromversorgung der Primärspule L1, und der Schaltsteuerkreis 27s enthält eine gerade Anzahl an Schaltelementen (M1, M2) mit denselben elektrischen Eigenschaften.
  • Wie vorstehend beschrieben wurde, kann erfindungsgemäß eine in Transformatorenbauart ausgeführte Leistungsumwandlungsvorrichtung verwirklicht werden, die so ausgelegt ist, dass sie eine Sekundärspule mit einer Positivausgangsspule, deren Ausgangsspannung positiv in Bezug auf eine Referenzspannung einer Sekundärseite ist, und eine Negativausgangsspule enthält, deren Ausgangsspannung negativ ist, und es ist möglich, den Stromverbrauch einer an eine Primärspule angeschlossenen Schaltung auch dann auszugleichen, wenn die Ausgangsleistungen der Positivausgangsspule und Negativausgangsspule voneinander verschieden sind.
  • (Andere Ausführungsformen)
  • Nachstehend werden andere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Im Übrigen sind die nachfolgend beschriebenen Auslegungen jeweiliger Ausführungsformen nicht auf diejenigen beschränkt, die jeweils alleine zur Anwendung kommen, sondern solange kein Konflikt entsteht, können sie in Kombination mit der Auslegung anderer Ausführungsformen angewendet werden.
    • (1) In der obigen Beschreibung wird, wenn die Gesamtanzahl an Transformatoren geradzahlig ist, das erste Auslegungsbeispiel angewendet. Wenn die Gesamtanzahl an Transformatoren (einschließlich der Verbundtransformatoren) jedoch ungerade ist, ist das erste Auslegungsbeispiel (dessen Modifikation) von der Anwendung nicht ausgeschlossen. Mit anderen Worten, selbst wenn die Gesamtanzahl an Transformatoren (einschließlich der Verbundtransformatoren) ungerade ist, ist nicht ausgeschlossen, dass es sich bei den Zielorten der ersten Leistungsverdrahtung W1 und zweiten Leistungsverdrahtung W2 um irgendeines von zwei Verbindungsenden der Primärspule L1 handelt, und sie sich beim ersten Transformator und zweiten Transformator voneinander unterscheiden.
  • Wenn es sich bei den Transformatoren zum Beispiel nicht um die in 6 dargestellten Verbundtransformatoren handelt, bilden die jeweiligen Transformatoren den ersten Transformator und den zweiten Transformator. Wenn die Gesamtanzahl an Transformatoren ungerade ist, ist die Anzahl der ersten Transformatoren möglicherweise nicht identisch mit der Anzahl der zweiten Transformatoren. Auch in diesem Fall handelt es sich bei den jeweiligen Zielorten der ersten Leistungsverdrahtung W1 und zweiten Leistungsverdrahtung W2 um einen beliebigen zweier Verbindungsenden der Primärspule L1, und sie sind zwischen dem ersten Transformator und zweiten Transformator voneinander verschieden, um dadurch das Ungleichgewicht des Stroms auf der Primärseite zu reduzieren. Es erübrigt sich, anzumerken, dass Selbiges auch für einen Fall gilt, bei dem die Gesamtanzahl an Transformatoren geradzahlig ist und die Anzahl der ersten Transformatoren nicht identisch mit der Anzahl der zweiten Transformatoren ist.
  • Wie es bei dem in 7 dargestellten zweiten Vergleichsbeispiel der Fall ist, ist es vorzuziehen, dass jeweils bei in ungerader Anzahl vorliegenden Verbundtransformatoren, wenn sich die Polaritäten der Positivausgangsspule LP und Negativausgangsspule LN zwischen dem ersten Transformator und zweiten Transformator nicht unterscheiden, die Verbindungsauslegung der Leistungsverdrahtungen (W1, W2) unterschiedlich zueinander ausgelegt wird. So handelt es sich beispielsweise bei den Verbundtransformatoren (T10, T50), die den Zweigen der U-Phase und W-Phase entsprechen, bei den jeweiligen Zielorten der ersten Leistungsverdrahtung W1 und zweiten Leistungsverdrahtung W2 um einen beliebigen aus den zwei Verbindungsenden der Primärspule L1, und sie sind zwischen dem ersten Transformator und zweiten Transformator unterschiedlich ausgelegt. Im Verbundtransformator (T30), der dem Zweig der V-Phase entspricht, ist der erste Transformator identisch zum zweiten Transformator ausgelegt. Selbst bei dieser Auslegung kann, da das Ungleichgewicht des Stroms auf der Primärseite reduziert ist, das erste Auslegungsbeispiel (seine Modifikation) durchaus in einem Fall angewendet werden, bei dem die Gesamtanzahl an Transformatoren (einschließlich der Verbundtransformatoren) ungerade ist.
    • (2) In der obigen Beschreibung ist eine Gegentakt-Schaltungsauslegung (siehe 2 und 6) als Stromquellenschaltung 27 (Wechselstromquelle) auf der Primärseite in der Stromversorgungsschaltung 2 (Leistungsumwandlungsvorrichtung) dargestellt. Die Auslegung der Stromquellenschaltung 27 (Wechselstromquelle) auf der Primärseite ist jedoch nicht auf den Gegentakttyp beschränkt, sondern kann zum Beispiel auch durch eine Halbbrückenschaltung gebildet sein, wie in 10 dargestellt. Zusätzlich, obwohl nicht gezeigt, kann es sich bei der Auslegung der Stromquellenschaltung 27 (Wechselstromquelle) auf der Primärseite auch um eine Vollbrücken-Schaltungsauslegung handeln. Halbbrücken- und Vollbrücken-Schaltungsauslegungen sind hinlänglich bekannt, eine Gegentakt-Schaltungsauslegung wäre für einen Fachmann auf diesem Gebiet leicht aus der obigen Beschreibung abzuleiten, und deren ausführliche Beschreibung erfolgt an dieser Stelle nicht.
  • (Überblick über die Ausführungsformen der Erfindung)
  • Nachstehend wird kurz ein Überblick über die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß den Ausführungsformen der wie vorstehend beschriebenen Erfindung gegeben.
  • Eine charakteristische Auslegung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß den Ausführungsformen der Erfindung umfasst mindestens zwei Transformatoren mit einem ersten Transformator (TH) und einem zweiten Transformator (TL), wobei jeder zum Transformieren einer Leistung zwischen einer Primärspule (L1) und einer Sekundärspule (L2) vorgesehen ist, wobei die Sekundärspule (L2) des ersten Transformators (TH) und des zweiten Transformators (TL) jeweils eine Positivausgangsspule (LP), deren Ausgangsspannung positiv ist, und eine Negativausgangsspule (LN) umfasst, deren Ausgangsspannung in Bezug auf eine Referenzspannung auf einer Sekundärseite negativ ist, und Ausgangsleistungen der Positivausgangsspule (LP) und der Negativausgangsspule (LN) voneinander verschieden sind, wobei es sich bei den Zielorten einer ersten Leistungsverdrahtung (W1) und einer zweiten Leistungsverdrahtung (W2), die zwei Verdrahtungen zur Verbindung einer Wechselstromquelle (27) mit den Primärspulen (L1) sind, um ein beliebiges von zwei Verbindungsenden der Primärspule (L1) handelt, und die zwischen dem ersten Transformator (TH) und zweiten Transformator (TL) voneinander verschieden sind, oder Polaritäten der Positivausgangsspule (LP) und der Negativausgangsspule (LN) zwischen dem ersten Transformator (TH) und zweiten Transformator (TL) voneinander verschieden sind.
  • Wenn es sich bei den Zielorten der ersten Leistungsverdrahtung (W1) und zweiten Leistungsverdrahtung (W2) um einen beliebigen aus zwei Verbindungsenden der Primärspule (L1) handelt und diese zwischen dem (bezüglich des) ersten Transformator(s) (TH) und zweiten Transformator(s) (TL) voneinander verschieden sind, können Wirkungen auf die Sekundärspule (L2) selbst dann unterschiedlich ausgelegt werden, wenn der erste Transformator (TH) und zweite Transformator (TL) durch dieselbe Hardware gebildet sind. Wenn sich die Polaritäten der Positivausgangsspule (LP) und Negativausgangsspule (LN) zwischen dem ersten Transformator (TH) und zweiten Transformator (TL) voneinander unterscheiden, können die Auswirkungen auf die Sekundärspulen (L2) auch dann unterschiedlich gestaltet werden, wenn Verbindungsauslegungen der Leistungsverdrahtungen zum ersten Transformator (TH) und zweiten Transformator (TL) zueinander identisch sind. Zum Beispiel wirkt ein in der ersten Leistungsverdrahtung (W1) fließender Strom auf die Negativausgangsspule (LN) des zweiten Transformators (TL) ein, wenn er auf die Positivausgangsspule (LP) des ersten Transformators (TH) wirkt, und wirkt auf die Positivausgangsspule (LP) des zweiten Transformators (TL) ein, wenn er auf die Negativausgangsspule (LN) des ersten Transformators (TH) wirkt. Andererseits wirkt ein in der zweiten Leistungsverdrahtung (W2) fließender Strom auf die Positivausgangsspule (LP) des zweiten Transformators (TL) ein, wenn er auf die Negativausgangsspule (LN) des ersten Transformators (TH) wirkt, und wirkt auf die Negativausgangsspule (LN) des zweiten Transformators (TL) ein, wenn er auf die Positivausgangsspule (LP) des ersten Transformators (TH) wirkt. Mit anderen Worten, da die in der ersten Leistungsverdrahtung (W1) und zweiten Leistungsverdrahtung (W2) fließenden Ströme gleichmäßig auf die positiven und negativen Ausgänge des ersten Transformators (TH) bzw. zweiten Transformators (TL) einwirken, fließt der Strom in der ersten Leistungsverdrahtung (W1) und zweiten Leistungsverdrahtung (W2) auf ausgeglichene Art und Weise. Deshalb kann eine in Transformatorbauart verwirklichte Leistungsumwandlungsvorrichtung realisiert werden, die so ausgelegt ist, dass der Stromverbrauch der an die jeweiligen Primärspulen angeschlossenen Schaltungen ausgeglichen ist, auch wenn die Positivausgangsspule (LP) und Negativausgangsspule (LN) in der Ausgangsleistung voneinander verschieden sind.
  • Bei einer Auslegung ist es vorzuziehen, dass die Leistungsumwandlungsvorrichtung so konfiguriert ist, dass die Gesamtanzahl der Transformatoren (T1 bis T6) geradzahlig ist, die Anzahl der eine erste Gruppe bildenden Transformatoren identisch zur Anzahl der eine zweite Gruppe bildenden Transformatoren ist, und es sich bei den Zielorten der ersten Leistungsverdrahtung (W1) und zweiten Leistungsverdrahtung (W2) um ein beliebiges von zwei Verbindungsenden der Primärspule (L1) handelt, und diese zwischen den die erste Gruppe bildenden Transformatoren und den die zweite Gruppe bildenden Transformatoren zueinander unterschiedlich sind. Wenn die Gesamtanzahl der Transformatoren (T1 bis T6) geradzahlig ist, können die Transformatoren gleichmäßig auf die die erste Gruppe bildenden Transformatoren und die die zweite Gruppe bildenden Transformatoren aufgeteilt werden. Zusätzlich wirkt der in der ersten Leistungsverdrahtung (W1) fließende Strom auf die Negativausgangsspulen (LN) der die zweite Gruppe bildenden Transformatoren ein, wenn er auf die Positivausgangsspulen (LP) der die erste Gruppe bildenden Transformatoren wirkt, und wirkt auf die Positivausgangsspulen (LP) der die zweite Gruppe bildenden Transformatoren ein, wenn er auf die Negativausgangsspulen (LN) der die erste Gruppe bildenden Transformatoren wirkt. Dagegen wirkt der in der zweiten Leistungsverdrahtung (W2) fließende Strom auf die Positivausgangsspulen (LP) der die zweite Gruppe bildenden Transformatoren ein, wenn er auf die Negativausgangsspulen (LN) der die erste Gruppe bildenden Transformatoren wirkt, und wirkt auf die Negativausgangsspulen (LN) der die zweite Gruppe bildenden Transformatoren ein, wenn er auf die Positivausgangsspulen (LP) der die erste Gruppe bildenden Transformatoren einwirkt. Anders ausgedrückt, da die in der ersten Leistungsverdrahtung (W1) und zweiten Leistungsverdrahtung (W2) fließenden Ströme gleichmäßig auf die positiven und negativen Ausgänge der die erste Gruppe bildenden Transformatoren bzw. die zweite Gruppe bildenden Transformatoren einwirkt, fließt der Strom in der ersten Leistungsverdrahtung (W1) und zweiten Leistungsverdrahtung (W2) auf ausgeglichene Weise.
  • Bei einer Auslegung ist es vorzuziehen, dass die Leistungsumwandlungsvorrichtung so konfiguriert ist, dass mindestens zwei Gruppen der Sekundärspulen (L2) bereitgestellt sind, die jeweils ein Paar bestehend aus einer Positivausgangsspule (LP) und einer Negativausgangsspule (LN) aufweisen, und eine gemeinsame Primärspule (L1) bereitgestellt wird, wobei der erste Transformator (TH) ein Paar aus mindestens einer Gruppe der Sekundärspulen (L2) und die Primärspule (L1) aufweist, und der zweite Transformator (TL) ein Paar aus einer anderen Gruppe der Sekundärspulen (L2) und die Primärspule (L1) aufweist, um Verbundtransformatoren (T10, T30, T50) zu bilden, und die Gesamtanzahl der Verbundtransformatoren (T10, T30, T50) ungeradzahlig ist, und in jedem der Verbundtransformatoren (T10, T30, T50) sich die Polaritäten der Positivausgangsspule (LP) und Negativausgangsspule (LN) beim ersten Transformator (TH) und zweiten Transformator (TL) unterscheiden. Da die Verbundtransformatoren (T10, T30, T50) jeweils den ersten Transformator (TH) und zweiten Transformator (TL) aufweisen, können die ersten Transformatoren (TH) und zweiten Transformatoren (TL) geradzahlig bereitgestellt werden, selbst wenn die Gesamtanzahl an Verbundtransformatoren (T10, T30, T50) ungeradzahlig ist. Zusätzlich ist jeder der Verbundtransformatoren (T10, T30, T50) so ausgelegt, dass die Polaritäten der Positivausgangsspule (LP) und Negativausgangsspule (LN) voneinander verschieden sind. Zum Beispiel wirkt ein in der ersten Leistungsverdrahtung (W1) fließender Strom auf die Negativausgangsspule (LN) des zweiten Transformators (TL) ein, wenn er auf die Positivausgangsspule (LP) des ersten Transformators (TH) wirkt, und wirkt auf die Positivausgangsspule (LP) des zweiten Transformators (TL) ein, wenn er auf die Negativausgangsspule (LN) des ersten Transformators (TH) wirkt. Zusätzlich wirkt ein in der zweiten Leistungsverdrahtung (W2) fließender Strom auf die Positivausgangsspule (LP) des zweiten Transformators (TL) ein, wenn er auf die Negativausgangsspule (LN) des ersten Transformators (TH) wirkt, und wirkt auf die Negativausgangsspule (LN) des zweiten Transformators (TL) ein, wenn er auf die Positivausgangsspule (LP) des ersten Transformators (TH) wirkt. Anders ausgedrückt, da die in der ersten Leistungsverdrahtung (W1) und zweiten Leistungsverdrahtung (W2) fließenden Ströme gleichmäßig auf die positiven und negativen Ausgänge des ersten Transformators (TH) bzw. zweiten Transformators (TL) wirken, fließen die Ströme in der ersten Leistungsverdrahtung (W1) und zweiten Leistungsverdrahtung (W2) auf ausgeglichene Art und Weise.
  • Im Allgemeinen ist eine Schaltung eines Gegentaktsystems oder Brückensystems auf der Primärseite der die Transformatoren verwendenden Leistungsumwandlungsvorrichtung gebildet, und für diese Schaltungen werden die mehreren Schaltelemente (M1, M2) verwendet. Wie vorstehend beschrieben, ist der Strom auf der Primärseite ausgeglichen, um entsprechend zu ermöglichen, dass die in den jeweiligen Schaltelementen (M1, M2) fließenden Ströme im Wesentlichen gleich groß sind. Wenn sich die in den jeweiligen Schaltelementen (M1, M2) fließenden Ströme stark voneinander unterscheiden, besteht die Notwendigkeit, je nach den jeweiligen Stromverbräuchen Elemente zu verwenden, die sich in den elektrischen Eigenschaften unterscheiden. Wenn die in den jeweiligen Schaltelementen (M1, M2) fließenden Ströme jedoch im Wesentlichen identisch zueinander sind, kann die Stromquellenschaltung (Wechselstromquelle (27)) auf der Primärseite gebildet werden, indem Elemente mit im Wesentlichen denselben elektrischen Eigenschaften verwendet werden. Deshalb ist es bei einer Auslegung vorzuziehen, dass, wenn das Ungleichgewicht des Stroms auf der Primärseite reduziert ist, die Wechselstromquelle (27) der Leistungsumwandlungsvorrichtung den Schaltsteuerkreis (27s) aufweist, der den Schaltbetrieb der Stromversorgung zu den Primärspulen (L1) steuert, und der Schaltsteuerkreis (27s) eine gerade Anzahl an Schaltelementen (M1, M2) mit denselben elektrischen Eigenschaften aufweist. Der Ausdruck "dieselben elektrischen Eigenschaften" bedeutet, dass die Schaltelemente auf Grundlage derselben Spezifikation hergestellt werden und zur selben Produktpalette gehören, selbst wenn durch Herstellfehler ein Unterschied verursacht wird.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die Erfindung kann in einer Leistungsumwandlungsvorrichtung mit einem Transformator verwendet werden, der einen Strom zwischen einer Primärspule und einer Sekundärspule transformiert.
  • Bezugszeichenliste
    • 27
    Stromquellenschaltung (Wechselstromquelle)
    27s
    Schaltsteuerkreis
    L1
    Primärspule
    L2
    Sekundärspule
    LN
    Negativausgangsspule
    LP
    Positivausgangsspule
    M1
    erstes Schaltelement (Schaltelement)
    M2
    zweites Schaltelement (Schaltelement)
    TH
    oberseitiger Transformator (erster Transformator)
    TL
    unterseitiger Transformator (zweiter Transformator)
    W1
    erste Leistungsverdrahtung
    W2
    zweite Leistungsverdrahtung

Claims (4)

  1. Leistungsumwandlungsvorrichtung, aufweisend: mindestens zwei Transformatoren, die einen ersten Transformator und einen zweiten Transformator umfassen, wobei jeder zum Transformieren einer Leistung zwischen einer Primärspule und einer Sekundärspule vorgesehen ist, wobei die Sekundärspule des ersten Transformators und zweiten Transformators jeweils eine Positivausgangsspule, deren Ausgangsspannung positiv ist, und eine Negativausgangsspule umfasst, deren Ausgangsspannung in Bezug auf eine Referenzspannung auf einer Sekundärseite negativ ist, und Ausgangsleistungen der Positivausgangsspule und der Negativausgangsspule voneinander verschieden sind, wobei jeder Zielort einer ersten Leistungsverdrahtung und einer zweiten Leistungsverdrahtung, die zwei Verdrahtungen zur Verbindung einer Wechselstromquelle mit den Primärspulen darstellen, ein beliebiger aus zwei Verbindungsenden der Primärspule ist, und unterschiedlich zueinander hinsichtlich des ersten Transformators und zweiten Transformators sind, oder wobei Polaritäten der Positivausgangsspule und der Negativausgangsspule hinsichtlich des ersten Transformators und zweiten Transformators voneinander verschieden sind.
  2. Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gesamtanzahl der Transformatoren geradzahlig ist, die Anzahl von Transformatoren, die eine erste Gruppe bilden, identisch ist zur Anzahl der Transformatoren, die eine zweite Gruppe bilden, und jeder Zielort der ersten Leistungsverdrahtung und der zweiten Leistungsverdrahtung ein beliebiger von zwei Verbindungsenden der Primärspule ist, und bezüglich den die erste Gruppe bildenden Transformatoren und den die zweite Gruppe bildenden Transformatoren unterschiedlich sind.
  3. Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens zwei Gruppen von Sekundärspulen vorgesehen sind, die jeweils ein Paar bestehend aus einer Positivausgangsspule und einer Negativausgangsspule umfassen, und eine gemeinsame Primärspule vorgesehen ist, wobei der erste Transformator ein Paar aus zumindest einer Gruppe der Sekundärspulen und die Primärspule umfasst, und der zweite Transformator ein Paar aus einer anderen Gruppe der Sekundärspulen und die Primärspule umfasst, um Verbundtransformatoren zu bilden, und die Gesamtanzahl der Verbundtransformatoren ungeradzahlig ist, und in jedem der Verbundtransformatoren die Polaritäten der Positivausgangsspule und der Negativausgangsspule zwischen dem ersten Transformator und zweiten Transformator voneinander verschieden sind.
  4. Leistungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wechselstromquelle einen Schaltsteuerkreis aufweist, der den Schaltbetrieb der Stromversorgung der Primärspulen steuert, und der Schaltsteuerkreis eine gerade Anzahl von Schaltelementen mit denselben elektrischen Eigenschaften umfasst.
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