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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Gleichstromversorgung, die eine diodenbrückenlose (DBL)-Gleichrichterschaltung umfasst, eine Kühlkreislaufvorrichtung, die die Gleichstromversorgung umfasst, und eine Klimaanlage und einen Kühlschrank, die mit der Kühlkreislaufvorrichtung versehen sind.
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Hintergrund
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Als herkömmliche Technik in Bezug auf eine Gleichstromversorgung mit einer DBL-Gleichrichterschaltung gibt es eine in der unten stehenden Patentliteratur 1 beschriebene Technik. Die Patentliteratur 1 offenbart eine Technik zum Schutz eines Schaltelements, das in einer DBL-Gleichrichterschaltung enthalten ist, auch dann, wenn es eine Störung der Versorgungsspannung, wie etwa eine Kurzschlussspitze, gibt.
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Zitierungsliste
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Patentliteratur
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Überblick
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Technisches Problem
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Patentliteratur 1 beschreibt, dass ein Recovery-Strom aufgrund einer Störung einer Versorgungsspannung durch ein Schaltelement fließen kann. In Patentliteratur 1 wird jedoch eine durch den Recovery-Strom erzeugte Überschwingungsstörung nicht in Betracht gezogen. Deshalb kann die Technik der Patentliteratur 1 diese Überschwingungsstörung nicht unterdrücken.
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Die vorliegende Offenbarung wurde in Anbetracht der obigen Ausführungen getätigt, und es ist ein Ziel, eine Gleichstromversorgung zu erhalten, die in der Lage ist, Überschwingungsstörungen zu unterdrücken, die durch einen Recovery-Strom erzeugt werden.
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Lösung des Problems
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Um das vorangehend beschriebene Problem zu lösen und das Ziel zu erreichen, umfasst eine Gleichstromversorgung gemäß der vorliegenden Offenbarung: eine Gleichrichterschaltung, in der ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement, ein drittes Schaltelement und ein viertes Schaltelement brückenverbunden sind; und eine Drossel, die zwischen einer Wechselstromversorgung und der Gleichrichterschaltung angeschlossen ist. Die Gleichstromversorgung umfasst ferner eine erste Gate-Schaltung, die das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement treibt, und eine zweite Gate-Schaltung, die das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement treibt. Ein Verbindungspunkt zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement ist mit der Wechselstromversorgung über die Drossel verbunden. Ein Verbindungspunkt zwischen dem dritten Schaltelement und dem vierten Schaltelement ist mit der Wechselstromversorgung verbunden, allerdings nicht über die Drossel. Eine Zeit, während der die erste Gate-Schaltung das erste Schaltelement anschaltet, ist länger als eine Zeit, während der die zweite Gate-Schaltung das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement anschaltet. Ferner ist eine Zeit, während der die erste Gate-Schaltung das zweite Schaltelement anschaltet, länger als eine Zeit, während der die zweite Gate-Schaltung das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement anschaltet.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Mit der Gleichstromversorgung der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Wirkung dahingehend vorzusehen, dass Überschwingungsstörungen, die durch einen Recovery-Strom erzeugt werden, unterdrückt werden.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Gleichstromversorgung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
- 2 ist ein Diagramm, das ein internes Konfigurationsbeispiel einer in 1 gezeigten Gate-Schaltung zeigt.
- 3 ist ein Diagramm, das einen ersten Strompfad zeigt, der durch einen allgemeinen MOSFET fließt.
- 4 ist ein Diagramm, das einen zweiten Strompfad zeigt, der durch einen allgemeinen MOSFET fließt.
- 5 ist ein Diagramm, das einen ersten Strompfad zeigt, der durch eine Gleichrichterschaltung gemäß der ersten Ausführungsform fließt.
- 6 ist ein Diagramm, das einen zweiten Strompfad zeigt, der durch die Gleichrichterschaltung gemäß der ersten Ausführungsform fließt.
- 7 ist ein Diagramm, das einen dritten Strompfad zeigt, der durch die Gleichrichterschaltung gemäß der ersten Ausführungsform fließt.
- 8 ist ein Diagramm, das einen vierten Strompfad zeigt, der durch die Gleichrichterschaltung gemäß der ersten Ausführungsform fließt.
- 9 ist ein Diagramm, das einen fünften Strompfad zeigt, der durch die Gleichrichterschaltung gemäß der ersten Ausführungsform fließt.
- 10 ist ein Diagramm, das einen sechsten Strompfad zeigt, der durch die Gleichrichterschaltung gemäß der ersten Ausführungsform fließt.
- 11 ist ein Diagramm, das einen Betriebskurvenverlauf und einen Betriebszustand eines Hauptteils der Gleichstromversorgung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
- 12 ist ein Diagramm, das einen Pfad eines Recovery-Stroms zeigt, der in Übereinstimmung mit einem ersten Betriebsübergang in der Gleichrichterschaltung gemäß der ersten Ausführungsform fließen kann.
- 13 ist ein Diagramm, das einen Pfad eines Recovery-Stroms zeigt, der in Übereinstimmung mit einem zweiten Betriebsübergang in der Gleichrichterschaltung gemäß der ersten Ausführungsform auftreten kann.
- 14 ist eine Ansicht, die eine Kurve eines Hauptteils zeigt, wenn eine Überschwingung in einem Schaltelement in der Gleichrichterschaltung gemäß der ersten Ausführungsform auftritt.
- 15 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Kühlkreislaufvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Erste Ausführungsform.
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1 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Gleichstromversorgung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. Die Gleichstromversorgung 100 gemäß der ersten Ausführungsform ist eine Stromversorgung, die Wechselstrom, der von einer Wechselstromversorgung 1 zugeführt wird, in einen Gleichstrom umwandelt und einer Last 8 zuführt. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Gleichstromversorgung 100 eine Drossel 2, eine Gleichrichterschaltung 10, einen Glättungskondensator 7, eine Gate-Schaltung 11, die ein erster Gate-Schaltkreis ist, eine Gate-Schaltung 12, die ein zweiter Gate-Schaltkreis ist, und eine Steuerung 9.
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Die Gleichrichterschaltung 10 der ersten Ausführungsform ist eine DBL-Gleichrichterschaltung. Eine Gleichrichterschaltung weist im Allgemeinen eine Konfiguration auf, bei der vier Dioden brückenverbunden sind. Andererseits hat die DBL-Gleichrichterschaltung eine Konfiguration, bei der vier Schaltelemente brückenverbunden sind. Dies bedeutet, dass bei der DBL-Gleichrichterschaltung jede der vier Dioden durch ein Schaltelement ersetzt ist.
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Die Gleichrichterschaltung 10 umfasst einen ersten Arm 50 und einen zweiten Arm 52, der parallel zu dem ersten Arm 50 geschaltet ist. Der erste Arm 50 umfasst ein Schaltelement 3, welches ein erstes Schaltelement ist, und ein Schaltelement 4, welches ein zweites Schaltelement ist. Das Schaltelement 3 und das Schaltelement 4 sind in Reihe geschaltet. Der zweite Arm 52 umfasst ein Schaltelement 5, das ein drittes Schaltelement ist, und ein Schaltelement 6, das ein viertes Schaltelement ist. Das Schaltelement 5 und das Schaltelement 6 sind in Reihe geschaltet.
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In 1 ist eine Diode parallel zu jedem der Schaltelemente 3, 4, 5 und 6 geschaltet. Ein Beispiel für die Schaltelemente 3, 4, 5 und 6 ist ein dargestellter Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET). In einem Fall, in dem der MOSFET für die Schaltelemente 3, 4, 5 und 6 verwendet wird, existiert eine parasitäre Diode innerhalb jedes Schaltelements 3, 4, 5 und 6. Aus diesem Grund können in einem Fall, in dem der MOSFET verwendet wird, parallel geschaltete Dioden weggelassen werden, indem die parasitäre Diode verwendet wird.
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Der MOSFET ist im Allgemeinen ein bidirektionales Element, das einen Strom bidirektional fließen lassen kann, und dies im Unterschied zu einem unidirektionalen Element, wie etwa einer Diode, das einen Strom nur in eine Richtung fließen lassen kann. D.h., wenn eine Ladung einem Gate des MOSFET zugeführt wird, um den MOSFET anzuschalten, ein Strom auch in eine entgegengesetzte Richtung fließen kann. Die entgegengesetzte Richtung bedeutet hier eine Richtung, die zu einer Richtung eines Stroms entgegengesetzt ist, der in der in dem MOSFET eingebauten parasitären Diode fließt.
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Die Drossel 2 ist zwischen der Wechselstromversorgung 1 und der Gleichrichterschaltung 10 geschaltet. Insbesondere ist ein Ende der Drossel 2 mit einer Seite der Wechselstromversorgung 1 verbunden, und ein anderes Ende der Drossel 2 ist mit einem Verbindungspunkt 14 verbunden, welcher ein Verbindungspunkt zwischen dem Schaltelement 3 und dem Schaltelement 4 ist. Ein Verbindungspunkt 15, welcher ein Verbindungspunkt zwischen dem Schaltelement 5 und dem Schaltelement 6 ist, ist mit einer anderen Seite der Wechselstromversorgung 1 verbunden. Die Verbindungspunkte 14 und 15 bilden Eingangsanschlüsse der Gleichrichterschaltung 10. Dies bedeutet, dass der Verbindungspunkt 14 ein Eingang der Gleichrichterschaltung 10 ist, der über die Drossel 2 angeschlossen ist, und der Verbindungspunkt 15 ein Eingang der Gleichrichterschaltung 10 ist, der nicht über die Drossel 2 angeschlossen ist.
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Zwischen den Ausgangsanschlüssen der Gleichrichterschaltung 10 ist der Glättungskondensator 7 angeschlossen. Die Gleichrichterschaltung 10 wandelt eine Versorgungsspannung Vs, die von der Wechselstromversorgung 1 über die Drossel 2 zugeführt wird, in eine Gleichspannung um. Die Versorgungsspannung Vs ist eine Wechselspannung, die von der Wechselstromversorgung 1 ausgegeben wird.
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Der Glättungskondensator 7 wird von einer Ausgabe der Gleichrichterschaltung 10 geladen. Der Glättungskondensator 7 glättet eine Gleichspannung, die von der Gleichrichterschaltung 10 ausgegeben wird. Die Last 8 ist an beide Enden des Glättungskondensators 7 angeschlossen. Die Last 8 umfasst einen Wechselrichter, der unter Verwendung der Spannung des Glättungskondensators 7 arbeitet, einen Motor, der von dem Wechselrichter getrieben wird, und Anlagen, die von dem Motor angetrieben werden.
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Die Steuerung 9 umfasst einen Prozessor 9a und einen Speicher 9b. An die Steuerung 9 werden Detektionswerte der Versorgungsspannung Vs, eines Schaltungsstroms Is und einer Kondensatorspannung Vd eingegeben. Der Schaltungsstrom Is ist ein Strom, der über die Drossel 2 zu der Gleichrichterschaltung 10 fließt. Der Schaltungsstrom kann auch als ein „Primärstrom“ bezeichnet werden. Die Kondensatorspannung Vd ist eine Spannung des Glättungskondensators 7. Die Kondensatorspannung kann auch als eine „Bus-Spannung“ bezeichnet werden. Die Versorgungsspannung Vs, der Schaltungsstrom Is und die Kondensatorspannung Vd werden durch einen in 1 nicht gezeigten Detektor detektiert.
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Die Steuerung 9 erzeugt ein Steuersignal zum Steuern des Leitungszustands der Schaltelemente 3 und 4 basierend auf den jeweiligen Detektionswerten der Spannungsversorgung Vs, des Schaltungsstroms Is und der Kondensatorspannung Vd und gibt das Steuersignal an die Gate-Schaltung 11 aus. Zudem erzeugt die Steuerung 9 ein Steuersignal zum Steuern des Leitungszustands der Schaltelemente 5 und 6 basierend auf den jeweils detektierten Werten der Versorgungsspannung Vs, des Schaltungsstroms Is und der Kondensatorspannung Vd und gibt das Steuersignal an die Gate-Schaltung 12 aus.
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Die Gate-Schaltung 11 erzeugt Gate-Signale Q1 und Q2 zum Treiben der Schaltelemente 3 und 4, basierend auf dem von der Steuerung 9 ausgegebenen Steuersignal, und gibt diese aus. Das Gate-Signal Q1 ist ein Signal zum Steuern eines Leitungszustands des Schaltelements 3 von An nach Aus oder von Aus nach An. Das Gate-Signal Q2 ist ein Signal zum Steuern eines Leitungszustands des Schaltelements 4 von An nach Aus oder von Aus nach An.
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Die Gate-Schaltung 12 erzeugt Gate-Signale Q3 und Q4 zum Treiben der Schaltelemente 5 und 6 basierend auf dem Steuersignal, das von der Steuerung 9 ausgegeben wird, und gibt diese aus. Das Gate-Signal Q3 ist ein Signal zum Steuern eines Leitungszustands des Schaltelements 5 von An nach Aus oder von Aus nach An. Das Gate-Signal Q4 ist ein Signal zum Steuern eines Leitungszustands des Schaltelements 6 von An nach Aus oder von Aus nach An.
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Wenn die Schaltelemente 3, 4, 5 und 6 betrieben werden, werden die Gate-Signale Q1 bis Q4 in Spannungspegel umgewandelt, die das Betreiben der Schaltelemente 3, 4, 5 und 6 ermöglichen, und diese werden ausgegeben. Die Gate-Schaltungen 11 und 12 können unter Verwendung einer Pegelumsetzschaltung oder dergleichen implementiert werden.
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In der Steuerung 9 ist der Prozessor 9a ein Arithmetikmittel, wie etwa eine Arithmetikvorrichtung, ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer, eine zentrale Prozessierungseinheit (CPU) oder ein digitaler Signalprozessor (DSP). Der Speicher 9b ist ein nichtflüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher, wie etwa ein Wahlzugriffsspeicher (RAM), ein Nur-lese-Speicher (ROM), ein Flash-Speicher, ein löschbares programmierbares ROM (EPROM) oder ein elektrisches EPROM (EEPROM, registrierte Handelsmarke).
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Der Speicher 9b speichert ein Programm zum Ausführen einer Funktion der Steuerung 9. Der Prozessor 9a tauscht notwendige Informationen über eine Schnittstelle aus, die einen Analog/Digital-Wandler und einen Digital/AnalogWandler (nicht dargestellt) umfassen, und der Prozessor 9a führt ein Programm aus, das in dem Speicher 9b gespeichert ist, um die notwendige Verarbeitung durchzuführen. Ein Arithmetikergebnis des Prozessors 9a wird in dem Speicher 9b gespeichert.
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2 ist ein Diagramm, das ein internes Konfigurationsbeispiel der in 1 gezeigten Gate-Schaltung 11 zeigt. Die Gate-Schaltung 12 weist eine Konfiguration ähnlich der Gate-Schaltung 11 auf. In 2 sind Bezugszeichen von Komponenten, die der Gate-Schaltung 12 entsprechen, in Klammern gezeigt. Es sei angemerkt, dass die Gate-Schaltung 11 und die Gate-Schaltung 12 Schaltungskonstanten haben, die teilweise verschieden voneinander sind. Ein Unterschied zwischen diesen wird nachfolgend beschrieben. Nun wird die Gate-Schaltung 11 beschrieben.
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Wie in 2 gezeigt, umfasst die Gate-Schaltung 11: Gate-An-Widerstände 22a und 22b; Gate-Aus-Widerstände 23a und 23b; Widerstände 25a und 25b; Dioden 24a und 24b; Kondensatoren 26a und 26b; und eine integrierte Hochspannungsschaltung (HVIC) 21. Die HVIC 21 ist ein hochspannungsfestes IC, dass ein Gate-Signal zum Treiben der Gates der Schaltelemente 3 und 4 in Übereinstimmung mit einem von der Steuerung 9 ausgegebenen Signal ausgibt.
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In der Konfiguration der 2 wird, wenn das Schaltelement 3 von Aus nach An gesteuert wird, dem Gate über den Gate-An-Widerstand 22a eine Ladung zugeführt. Wenn das Schaltelement 3 von An nach Aus gesteuert wird, werden die in dem Gate akkumulierten Ladungen über den Gate-Aus-Widerstand 23a entladen. Diese Funktion für Gate-An und Gate-Aus, d. h. das Schalten eines Signalübertragungspfads, wird durch die Diode 24a implementiert, die ein unidirektionales Element ist. Der Kondensator 26a bildet zusammen mit dem Gate-An-Widerstand 22a, dem Gate-Aus-Widerstand 23a und dem Widerstand 25a eine RC-Schaltung.
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Zudem wird, wenn das Schaltelement 4 von Aus nach An gesteuert wird, dem Gate über den Gate-An-Widerstand 22b eine Ladung zugeführt. Wenn das Schaltelement 4 von An nach Aus gesteuert wird, werden die in dem Gate akkumulierten Ladungen über den Gate-Aus-Widerstand 23b entladen. Diese Funktion des Gate-An und des Gate-Aus, d. h. das Schalten eines Signalübertragungspfads, wird durch die Diode 24b, die ein unidirektionales Element ist, implementiert. Der Kondensator 26b bildet zusammen mit dem Gate-An-Widerstand 22b, dem Gate-Aus-Widerstand 23b und dem Widerstand 25b eine RC-Schaltung.
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Wie vorangehend beschrieben, sind die Gate-Schaltungen 11 und 12 gemäß der ersten Ausführungsform dazu konfiguriert, jeweils einen Gate-An-Widerstand für die Funktion Gate-An und einen Gate-Aus-Widerstand für die Funktion Gate-Aus des zu treibenden Schaltelements zu umfassen.
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Nun wird der prinzipielle Betrieb der Gleichstromversorgung 100 gemäß der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 3 bis 8 beschrieben. 3 ist ein Diagramm, das einen ersten Strompfad durch einen verallgemeinerten MOSFET zeugt. 4 ist ein Diagramm, das einen zweiten Strompfad durch den verallgemeinerten MOSFET zeigt. 5 ist ein Diagramm, das einen ersten Strompfad durch die Gleichrichterschaltung 10 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 6 ist ein Diagramm, das einen zweiten Strompfad durch die Gleichrichterschaltung 10 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 7 ist ein Diagramm, das einen dritten Strompfad durch die Gleichrichterschaltung 10 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 8 ist ein Diagramm, das einen vierten Strompfad durch die Gleichrichterschaltung 10 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
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In den 3 und 4 wird an den MOSFET eine solche Spannung angelegt, dass eine Source-Seite positiv ist. 3 zeigt einen Zustand, in dem der MOSFET in einem Gate-Aus-Zustand ist, d. h. einem Zustand, in dem zwischen einem Gate und einer Source des MOSFET keine Spannung anliegt. In diesem Fall fließt durch den MOSFET über eine parasitäre Diode des MOSFET ein Strom, wie dies durch eine gestrichelte Linie in 3 angegeben ist.
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Zudem zeigt 4 einen Zustand, in dem der MOSFET in einem Gate-An-Zustand ist, d. h. einem Zustand, in dem zwischen dem Gate und der Source des MOSFET eine Spannung angelegt ist und der MOSFET angeschaltet ist. In diesem An-Zustand fließt dann, wenn ein Spannungsabfall aufgrund des An-Widerstands des MOSFET geringer ist als eine Vorwärtsspannung der parasitären Diode, ein Strom durch einen Transistor des MOSFET, d. h. einen Kanal (channel) des MOSFET. In diesem Fall ist ein Leitungsverlust aufgrund des An-Widerstands des MOSFET kleiner als ein Leitungsverlust wenn ein Strom durch eine Diode fließt. In diesem Fall ist eine Technik zum Reduzieren eines Leitungsverlusts durch Verursachen eines Stromflusses durch den Transistor eines MOSFET statt durch eine Diode die „synchrone Gleichrichtung“.
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Wenn bei der in 1 gezeigten Schaltungskonfiguration alle Schaltungselemente 3, 4, 5 und 6, welche MOSFETs sind, in einem Gate-Aus-Zustand sind, führt die Gleichrichterschaltung 10 eine Vollwellengleichrichtung über die parasitären Dioden der MOSFETs durch. In dem Fall der Vollwellengleichrichtung ist es ebenfalls möglich, unter Verwendung einer Diode anstatt des MOSFETs zu arbeiten. Jedoch wird bei der ersten Ausführungsform anstatt der Diode das Schaltelement verwendet. Dies dient zur Reduzierung des Leitungsverlusts durch die vorangehend beschriebene synchrone Gleichrichtung.
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Bei der Gleichspannungsversorgung 10 der ersten Ausführungsform werden eine synchrone Gleichrichtung und eine Boost-Operation durch die Schaltsteuerung ausgeführt.
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Wie in den 5 bis 8 gezeigt, umfasst die Gate-Schaltung 11 einen Gate-Schaltkreis 11a, welcher ein erster Gate-Schaltkreis ist, und einen Gate-Schaltkreis 11b, welcher ein zweiter Gate-Schaltkreis ist. Der Gate-Schaltkreis 11a ist ein Gate-Schaltkreis, der das Schaltelement 3 treibt, und der Gate-Schaltkreis 11 b ist ein Gate-Schaltkreis, der das Schaltelement 4 treibt. Unter Bezugnahme auf 2 bilden das HVIC 21, der Gate-An-Widerstand 22a, der Gate-Aus-Widerstand 23a, der Widerstand 25a, die Diode 24a und der Kondensator 26a den Gate-Schaltkreis 11a. Ferner bilden das HVIC 21, der Gate-An-Widerstand 22b, der Gate-Aus-Widerstand 23b, der Widerstand 25b, die Diode 24b und der Kondensator 26b den Gate-Schaltkreis 11b.
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Die Gate-Schaltung 12 umfasst einen Gate-Schaltkreis 12a, der ein dritter Gate-Schaltkreis ist, und einen Gate-Schaltkreis 12b, der ein vierter Gate-Schaltkreis ist. Der Gate-Schaltkreis 12a ist ein Gate-Schaltkreis, der das Schaltelement 5 treibt, und der Gate-Schaltkreis 12b ist ein Gate-Schaltkreis, der das Schaltelement 6 treibt. Unter Bezugnahme auf 2 bilden das HVIC 21, der Gate-An-Widerstand 22a, der Gate-Aus-Widerstand 23a, der Widerstand 25a, die Diode 24a und der Kondensator 26a die Gate-Schaltung 12a. Ferner bilden das HVIC 21, der Gate-An-Widerstand 22b, der Gate-Aus-Widerstand 23b, der Widerstand 25b, die Diode 24b und der Kondensator 26b die Gate-Schaltung 12b.
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5 zeigt den Schaltungsstrom Is durch Vollwellengleichrichtung, wenn die Versorgungsspannung Vs positiv ist. Die Schaltelemente 3 und 6 sind in einem Gate-An-Zustand, und die Schaltelemente 4 und 5 sind in einem Gerät-Aus-Zustand. In diesem Zustand schließt der Schaltungsstrom Is durch einen Pfad der Wechselstromversorgung 1, der Drossel 2, des Schaltelements 3, des Glättungskondensators 7, des Schaltelements 6 und der Wechselstromversorgung 1. Zur Verringerung eines Leitungsverlusts während der Vollwellengleichrichtung wird eine Steuerung derart durchgeführt, dass ein Strom durch den Transistor anstatt durch die parasitäre Diode der Schaltelemente 3 und 6 fließt. Diese Steuerung ist die vorangehend beschriebene synchrone Gleichrichtung.
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6 zeigt den Schaltungsstrom Is durch Vollwellengleichrichtung, wenn die Versorgungsspannung Vs negativ ist. Die Schaltelemente 4 und 5 sind in einem Gate-An-Zustand, und die Schaltelemente 3 und 6 sind in einem Gate-Aus-Zustand. In diesem Zustand fließt der Schaltungsstrom Is durch einen Pfad der Wechselstromversorgung 1, des Schaltelements 5, des Glättungskondensators 7, des Schaltelements 4, der Drossel 2 und der Wechselstromversorgung 1. Auch bei dieser Vollwellengleichrichtung wird zur Verringerung des Leitungsverlusts synchrone Gleichrichtung durchgeführt, sodass ein Strom durch den Transistor anstatt durch die parasitäre Diode der Schaltelemente 4 und 5 fließt.
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Nun wird der Boost-Betrieb beschrieben. In dem Boost-Betrieb der ersten Ausführungsform wird für die Schaltelemente 3 und 4 eine Schaltsteuerung bei einer bestimmten Schaltfrequenz durchgeführt, um einen Kurzschlussstrom zu verursachen, der in der Gleichrichterschaltung 10 fließt, wodurch die Kondensatorspannung Vd geboostet bzw. erhöht wird und ein Leistungsfaktor verbessert wird. Es sei angemerkt, dass die Schaltelemente 5 und 6 einer Schaltsteuerung in jedem Halbzyklus eines Stromführungszyklus unterworfen werden. Der Stromzuführungszyklus ist ein Zyklus der Versorgungsspannung Vs. Dies bedeutet, dass die Schaltelemente 3 und 4 der Schaltungssteuerung mit einer größeren Geschwindigkeit ausgesetzt werden als die Schaltelemente 5 und 6.
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7 zeigt den Schaltungsstrom Is durch einen Schaltbetrieb, wenn die Versorgungsspannung Vs positiv ist. Die Schaltelemente 4 und 6 sind in einem Gate-An-Zustand, und die Schaltelemente 3 und 5 sind in einem Gate-Aus-Zustand. In diesem Zustand fließt der Schaltungsstrom Is durch einen Pfad der Wechselstromversorgung 1, der Drossel 2, des Schaltelements 4, des Schaltelements 6 und der Wechselstromversorgung 1. Da der Schaltungsstrom Is hierbei nicht über den Glättungskondensator 7 fließt, wird er auch „Kurzschlussstrom“ genannt. Durch den Strom in diesem Pfad wird Energie in der Drossel 2 gespeichert. Wenn dann die Umschaltung hin zu dem Strompfad der 5 durch eine unmittelbar darauffolgende Schaltoperation durchgeführt wird, wird die in der Drossel 2 gespeicherte Energie hin zu dem Glättungskondensator 7 freigesetzt. Infolgedessen wird die Kondensatorspannung Vd geboostet bzw. erhöht.
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8 zeigt den Schaltungsstrom Is durch eine Schaltoperation, wenn die Versorgungsspannung Vs negativ ist. Die Schaltelemente 3 und 5 sind in einem Gate-An-Zustand, und die Schaltelemente 4 und 6 sind in einem Gate-Aus-Zustand. In diesem Zustand fließt der Schaltungsstrom Is durch einen Pfad der Wechselstromversorgung 1, des Schaltelements 5, des Schaltelements 3, der Drossel 2 und der Wechselstromversorgung 1. Der Schaltungsstrom Is wird hierbei auch als ein „Kurzschlussstrom“ bezeichnet. Durch den Strom in diesem Pfad wird Energie in der Drossel 2 gespeichert. Wenn dann zu dem Strompfad der 6 durch eine unmittelbar darauffolgende Schaltoperation umgeschaltet wird, wird die in der Drossel 2 gespeicherte Energie hin zu dem Glättungskondensator 7 freigesetzt. Infolgedessen wird die Kondensatorspannung Vd geboostet bzw. erhöht.
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Bei der Gleichspannungsversorgung 100 der ersten Ausführungsform werden der vorangehend beschriebene synchrone Gleichrichtbetrieb und der Boost-Betrieb als eine grundlegende Operation wiederholt. Infolgedessen wird die Kondensatorspannung Vd geboostet bzw. erhöht.
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Nun werden Überschwingungsstörungen beschrieben, die in der Gleichspannungsversorgung 100 auftreten können.
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Der grundlegende Betrieb der Gleichspannungsversorgung 100 wurde vorangehend beschrieben. Bei der tatsächlichen Steuerung wird hingegen bei den Umschaltoperationen der Schaltelemente 3, 4, 5 und 6 eine Totzeit vorgesehen, sodass die Schaltelemente des gleichen Arms nicht gleichzeitig angeschaltet werden. In einem Fall, in dem beispielsweise das Schaltelement 3 und das Schaltelement 4 gleichzeitig angeschaltet werden, wird der erste Arm 50 durch diese Schaltelemente kurzgeschlossen, in dem Glättungskondensator 7 gespeicherte Ladungen werden freigesetzt und ein großer Strom fließt durch die Schaltelemente 3 und 4. Dieser große Strom kann die Schaltelemente 3 und 4 beschädigen. Die Totzeit wird vorgesehen, um eine solche Art von Beschädigung zu vermeiden. Eine ähnliche Gegenmaßnahme wird für die Schaltelemente 5 und 6 ergriffen.
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9 ist ein Diagramm, das einen fünften Strompfad zeigt, der durch die Gleichrichterschaltung 10 gemäß der ersten Ausführungsform fließt. 9 zeigt den Schaltungsstrom Is, der fließt, wenn die Schaltelemente 3 und 4 gleichzeitig ausgeschaltet werden, wenn die Versorgungsspannung Vs positiv ist, das Schaltelement 5 ausgeschaltet ist und das Schaltelement 6 angeschaltet ist. Das gleichzeitige Ausschalten der Schaltelemente 3 und 4 tritt während einer Totzeit auf.
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In 9 ist ein Strompfad, durch den der Schaltungsstrom Is fließt, identisch zu dem in 5, wobei allerdings ein Teil, durch den der Strom fließt, bei dem Schaltelement 3 verschieden ist. Insbesondere fließt der Schaltungsstrom Is nicht über den Transistor des Schaltelements 3 sondern über die parasitäre Diode des Schaltelements 3. Da der Strompfad durch die parasitäre Diode verwendet werden kann, ist es auf diese Weise möglich, eine Totzeit zum gleichzeitigen Ausschalten der Schaltelemente 3 und 4 vorzusehen, welches die zwei Schaltelemente des gleichen Arms sind.
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10 ist ein Diagramm, das einen sechsten Strompfad zeigt, der durch die Gleichrichterschaltung 10 gemäß der ersten Ausführungsform fließt. 10 zeigt den Schaltungsstrom Is, der fließt, wenn die Schaltelemente 3 und 4 gleichzeitig ausgeschaltet werden, wenn die Versorgungsspannung Vs negativ ist, das Schaltelement 5 angeschaltet ist und das Schaltelement 6 ausgeschaltet ist. Wenn die Versorgungsspannung Vs auch negativ ist, tritt das gleichzeitige Ausschalten der Schaltelemente 3 und 4 während einer Totzeit auf.
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In 10 ist ein Strompfad, durch den der Schaltungsstrom Is fließt, identisch zu dem in 6, wobei allerdings ein Teil, durch den der Strom fließt, bei dem Schaltelement 4 verschieden ist. Insbesondere fließt der Schaltungsstrom Is nicht über den Transistor des Schaltelements 4, sondern er fließt über die parasitäre Diode des Schaltelements 4. Da der Strompfad durch die parasitäre Diode verwendet werden kann, ist es auf diese Weise möglich, eine Totzeit zum gleichzeitigen Ausschalten der Schaltelemente 3 und 4 vorzusehen, welches die zwei Schaltelemente des gleichen Arms sind, wenn auch die Versorgungsspannung Vs negativ ist.
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11 ist ein Diagramm, das einen Betriebskurvenverlauf und einen Betriebszustand eines Hauptteils der Gleichstromversorgung 100 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Die horizontale Achse in 11 repräsentiert die Zeit.
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11 zeigt einen Kurvenverlauf, wenn der vorangehend beschriebene Boost-Betrieb zweimal während jedes Halbzyklus der Versorgungsspannung Vs durchgeführt wird. Die Versorgungsspannung Vs, der Schaltungsstrom Is, die Gate-Signale Q1 bis Q4 und die Betriebszustände der Gleichrichterschaltung 10 sind in dieser Reihenfolge in 11 von oben nach unten gezeigt. Bei den Gate-Signalen Q1 bis Q4 sind Zeitdauern, während denen die einzelnen Schaltelemente angeschaltet sind, durch Schraffur gekennzeichnet.
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Ferner sind, wie in 11 gezeigt, die Betriebszustände der Gleichrichterschaltung 10 durch Zahlenwerte (1) bis (6) dargestellt. Insbesondere entsprechen (1), (2), (3), (4), (5) und (6) den 7, 9, 5, 8, 10 bzw. 6, und jeder Betrieb wird während einer Zeitdauer ausgeführt, die zwischen entsprechenden gestrichelten Linien liegt. In der nachfolgenden Beschreibung wird der Betriebszustand der Gleichrichterschaltung 10 durch die Zahlenwerte (1) bis (6) dargestellt.
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Der Betriebszustand zur Zeit des Boostens, wenn die Versorgungsspannung Vs positiv ist, entwickelt sich der Reihe nach (1) → (2) → (3) → (2) → (1) → (2) → (3). Überschwingungsstörungen treten bei einem Betriebsübergang von (2) → (1) während dieser Betriebsübergänge auf. Nachfolgend wird der Betriebsübergang, wenn der Betriebszustand (2) → (1) ist, als ein „erster Betriebsübergang“ bezeichnet.
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Nun wird die Erzeugung der Überschwingungsstörungen beschrieben. 12 ist ein Diagramm, das einen Pfad eines Recovery-Stroms zeigt, der in Übereinstimmung mit dem ersten Betriebsübergang in der Gleichrichterschaltung 10 gemäß der ersten Ausführungsform fließen kann. Wie vorangehend beschrieben geht der Betriebszustand der Gleichrichterschaltung 10 bei dem ersten Betriebsübergang von (2) nach (1) über. Wie in 9 gezeigt, ist (2) die Totzeitdauer, und der Schaltungsstrom Is fließt über die parasitäre Diode des Schaltelements 3. Wenn dieser Zustand zu dem Zustand (1) übergeht, beginnt der Schaltungsstrom Is durch das Schaltelement 4 zu fließen, und die parasitäre Diode des Schaltelements 3 geht in eine umgekehrte Recovery-Zeit ein. Zu diesem Zeitpunkt fließt, wie in 12 gezeigt, ein Recovery-Strom von dem Glättungskondensator 7 hin zu der parasitären Diode des Schaltelements 3. Als Folge davon steigt eine Drain-Source-Spannung Vds des Schaltelements 3 schnell an, und Überschwingungen treten an dem Schaltelement 3 auf.
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Der Betriebszustand zum Zeitpunkt des Boostens bei negativer Versorgungsspannung Vs geht der Reihe nach von (4) → (5) → (6) → (5) → (4) → (5) → (6) über. Überschwingungsstörungen treten bei diesen Betriebsübergängen bei einem Betriebsübergang von (5) → (4) auf. Nachfolgend wird der Betriebsübergang bei dem Übergang des Betriebszustands (5) → (4) als ein „zweiter Betriebsübergang“ bezeichnet.
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13 ist ein Diagramm, das einen Pfad eines Recovery-Stroms zeigt, der in Übereinstimmung mit dem zweiten Betriebsübergang in der Gleichrichterschaltung 10 gemäß der ersten Ausführungsform fließen kann. Wie vorangehend beschrieben geht der Betriebszustand der Gleichrichterschaltung 10 bei dem zweiten Betriebsübergang von (5) auf (4) über. Wie in 10 gezeigt, ist (5) die Totzeitdauer, und der Schaltungsstrom Is fließt über die parasitäre Diode des Schaltelements 4. Wenn dieser Zustand in den Zustand (4) übergeht, beginnt der Schaltungsstrom Is zu dem Schaltelement 3 zu fließen, und die parasitäre Diode des Schaltelements 4 tritt in eine umgekehrte Recovery-Zeit ein. Zu diesem Zeitpunkt fließt, wie in 13 gezeigt, ein Recovery-Strom von dem Glättungskondensator 7 hin zu der parasitären Diode des Schaltelements 4. Als Folge davon steigt die Drain-Source-Spannung Vds des Schaltelements 4 schnell an und an dem Schaltelement 4 treten Überschwingungen auf.
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14 ist eine Ansicht, die eine Kurve eines Hauptteils zeigt, wenn in dem Schaltelement 3 in der Gleichrichterschaltung 10 gemäß der ersten Ausführungsform Überschwingungen auftreten. Eine horizontale Achse repräsentiert die Zeit. Ein oberer Teil von 14 zeigt Kurven der Drain-Source-Spannung Vds und des Schaltungsstroms Is während des Boost-Betriebs des Schaltelements 3. Zudem ist in einem unteren Teil der 11 eine vergrößerte Kurve des Abschnitts gezeigt, der zwischen strichpunktierten Linien liegt.
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Wie in 14 gezeigt, treten Überschwingungsstörungen in der Drain-Source-Spannung Vds auf. Wie man aus dem Vergleich zwischen den 14 und 11 sieht, treten die Überschwingungsstörungen bei dem ersten Betriebsübergang auf, d. h., wenn der Betriebszustand von (2) → (1) übergeht.
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14 zeigt ein Beispiel während einer Zeit des zweimaligen Umschaltens, in der der Boost-Betrieb zweimal wiederholt wird. In einem Fall des Umschaltens mit hoher Geschwindigkeit, in dem der Boost-Betrieb öfter als zweimal wiederholt wird, tritt der Einfluss der Überschwingungsstörungen stärker auf als bei dem zweimaligen Umschalten.
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Die Überschwingungsstörungen treten in dem Schaltelement auf der Seite auf, wo das Umschalten zu einem Zeitpunkt des Boostens durchgeführt wird. In dem Fall des Beispiels der ersten Ausführungsform treten die Überschwingungsstörungen in den Schaltelementen 3 und 4 auf. Die Überschwingungsstörungen können deshalb reduziert werden, indem dV/dt der Drain-Source-Spannung Vds beim Anschalten der Schaltelemente 3 und 4 verringert wird.
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In dem Fall des ersten Betriebsübergangs ist es durch Verringern von dV/dt der Drain-Source-Spannung Vds beim Anschalten des Schaltelements 4 möglich, ein schnelles Ansteigen der Drain-Source-Spannung Vds des Schaltelements 3 zu unterdrücken. Es sei angemerkt, dass das Verringern von dV/dt der Drain-Source-Spannung Vds des Schaltelements 3 dem Verlängern einer Anschaltzeit des Schaltelements 4 im Vergleich zu einer Anschaltzeit der Schaltelemente 5 und 6 entspricht.
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In dem Fall des zweiten Betriebsübergangs, d. h. dem Übergang des Betriebszustands von (5) → (4) ist es durch Erniedrigen von dV/dt der Drain-Source-Spannung Vds beim Anschalten des Schaltelements 3 möglich, einen schnellen Anstieg der Drain-Source-Spannung Vds des Schaltelements 4 zu unterdrücken. Es sei angemerkt, dass das Verringern von dV/dt der Drain-Source-Spannung Vds des Schaltelements 4 einer Verlängerung der Anschaltzeit des Schaltelements 3 im Vergleich zu einer Anschaltzeit der Schaltelemente 5 und 6 entspricht.
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Um die Anschaltzeit jedes der Schaltelemente 3 und 4 im Vergleich zu der Anschaltzeit jedes der Schaltelemente 5 und 6 zu verlängern, werden bei der ersten Ausführungsform Schaltungskonstanten zwischen dem Gate-Schaltkreis 11 und der Gate-Schaltung 12 teilweise verschieden ausgelegt.
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Zur Verlängerung der Anschaltzeit des Schaltelements 3 im Vergleich zu der Anschaltzeit der Schaltelemente 5 und 6 weist zuerst der Gate-Schaltkreis 11a einen Widerstand auf, der größer ist als der Gate-An-Widerstand 22a des Gate-Schaltkreises 12a und der Gate-An-Widerstand 22b des Gate-Schaltkreises 12b. Zur Verlängerung der Anschaltzeit des Schaltelements 4 im Vergleich zu der Anschaltzeit der Schaltelemente 5 und 6 weist auf ähnliche Weise, der Gate-An-Widerstand 22b des Gate-Schaltkreises 11b einen Widerstandswert auf, der größer ist als der des Gate-An-Widerstands 22a des Gate-Schaltkreises 12a und des Gate-An-Widerstands 22b des Gate-Schaltkreises 12b.
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Hierbei ist der Widerstand des Gate-An-Widerstands 22a der Gate-Schaltung 11a als Ra definiert, der Widerstandswert des Gate-An-Widerstands 22b des Gate-Schaltkreises 11b ist als Rb definiert, der Widerstandswert des Gate-An-Widerstands 22a des Gate-Schaltkreises 12a ist als Ra' definiert, und der Widerstandswert des Gate-An-Widerstands 22b des Gate-Schaltkreises 12b ist als Rb' definiert. Bei dieser Definition ergeben sich zwischen den Widerständen Ra, Ra', Rb und Rb' die Relationen Ra > Ra', Ra > Rb', Rb > Ra' und Rb > Rb'.
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Durch die obigen Einstellungen ist es möglich, die Überschwingungsstörungen zu reduzieren, die in dem Schaltelement auf der Seite auftreten, wo das Schalten zum Zeitpunkt des Boostens durchgeführt wird, d. h. auf der Seite des Schaltelements, dass das schnelle Umschalten durchführt.
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Wie vorangehend beschrieben umfasst die Gleichstromversorgung der ersten Ausführungsform: die Gleichrichterschaltung, in der das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement, das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement brückenverbunden sind; die erste Gate-Schaltung, die das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement treibt; und die zweite Gate-Schaltung, die das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement treibt. Der Verbindungspunkt zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement ist mit der Wechselstromversorgung über die Drossel verbunden, und der Verbindungspunkt zwischen dem dritten Schaltelement und dem vierten Schaltelement ist mit der Wechselstromversorgung verbunden ohne über die Drossel zu verlaufen. Die Zeit, zu der die erste Gate-Schaltung das erste Schaltelement anschaltet, wird länger eingestellt als die Zeit, während der die zweite Gate-Schaltung das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement einschaltet. Ferner wird die Zeit, während der die erste Gate-Schaltung das zweite Schaltelement anschaltet, länger eingestellt als die Zeit, während der die zweite Gate-Schaltung das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement anschaltet. Als Folge davon ist es möglich, Überschwingungsstörungen zu unterdrücken, die in dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement aufgrund eines Recovery-Stroms auftreten können.
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Es sei angemerkt, dass in der ersten Ausführungsform der Verbindungspunkt 14 zwischen den Schaltelementen 3 und 4 mit der Wechselstromversorgung 1 über die Drossel 2 verbunden ist und der Verbindungspunkt 15 zwischen den Schaltelementen 5 und 6 mit der Wechselstromversorgung 1 nicht über die Drossel 2 verbunden ist, die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Es kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der der Verbindungspunkt 14 zwischen den Schaltelementen 3 und 4 mit der Wechselstromversorgung 1 nicht über die Drossel 2 verbunden ist und der Verbindungspunkt 15 zwischen den Schaltelementen 5 und 6 mit der Wechselstromversorgung 1 über die Drossel 2 verbunden ist. Es sei angemerkt, dass in einem Fall mit dieser Konfiguration die Schaltelemente 5 und 6 der Schaltsteuerung mit einer Geschwindigkeit unterworfen werden, die größer ist als die der Schaltelemente 3 und 4.
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Zweite Ausführungsform.
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15 ist eine Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel einer Kühlkreislaufvorrichtung 200 gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt. Die in 15 gezeigte Kühlkreislaufvorrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst die in der ersten Ausführungsform beschriebene Gleichstromversorgung 100 und einen Wechselrichter 30, der mit der Gleichstromversorgung 100 verbunden ist. Die Kühlkreislaufvorrichtung 200 umfasst: einen Kühlkreislauf 150, bei dem ein Kompressor 41 mit einem Elektromotor 40, ein Vierwegeventil 42, ein Außenwärmetauscher 43, ein Expansionsventil 44 und ein Innenwärmetauscher 45 durch ein Kühlmittelrohr 46 verbunden sind. Der Elektromotor 40 wird durch den Wechselrichter 30 betrieben.
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In dem Kompressor 41 sind ein Kompressionsmechanismus 47, der ein Kühlmittel komprimiert, und der Elektromotor 40 vorgesehen, der den Kompressionsmechanismus betätigt. Dies bildet den Kühlkreislauf 150, der ein Kühlen und ein Erwärmen durch ein Kühlmittel ausführt, dass durch den Kompressor 41, den Außenwärmetauscher 43 und den Innenwärmetauscher 45 zirkuliert. Der in 15 gezeigte Kühlkreislauf 150 kann für Vorrichtungen verwendet werden, die einen Kühlkreislauf enthalten, wie etwa eine Klimaanlage, einen Kühlschrank und einen Gefrierschrank.
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Die Kühlkreislaufvorrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst die in der ersten Ausführungsform beschriebene Gleichstromversorgung 100. Wie vorangehend beschrieben kann die Gleichstromversorgung 100 gemäß der ersten Ausführungsform Überschwingungsstörungen reduzieren, die aufgrund des Recovery-Stroms auftreten. Dies kann eine Wirkung dahingehend entfalten, dass dann, wenn die Kühlkreislaufvorrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform für eine Klimaanlage und einen Kühlschrank verwendet wird, beispielsweise der von diesen Produkten abgegebene Lärm im Vergleich zu herkömmlichen Geräten verringert wird. Da zudem der Lärm kleiner als herkömmlich wird, ist es möglich, eine Wirkung dahingehend zu entfalten, dass ein Grenzwert in Bezug auf zulässigen Lärm leicht eingehalten wird.
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Die in der obigen Ausführungsform gezeigte Konfiguration zeigt ein Beispiel und kann mit einer anderen herkömmlichen Technik kombiniert werden, und es ist auch möglich, einen Teil der Konfiguration wegzulassen und zu ändern, ohne von dem Gegenstand abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wechselstromversorgung;
- 2
- Drossel;
- 3, 4, 5, 6
- Schaltelement;
- 7
- Glättungskondensator;
- 8
- Last;
- 9
- Steuerung;
- 9a
- Prozessor;
- 9b
- Speicher;
- 10
- Gleichrichterschaltung;
- 11, 12
- Gate-Schaltung;
- 11a, 11b, 12a, 12b
- Gate-Schaltkreis;
- 14, 15
- Verbindungspunkt;
- 21
- HVIC;
- 22a, 22b
- Gate-An-Widerstand;
- 23a, 23b
- Gate-Aus-Widerstand;
- 24a, 24b
- Diode;
- 25a, 25b
- Widerstand;
- 26a, 26b
- Kondensator;
- 30
- Wechselrichter;
- 40
- Elektromotor;
- 41
- Kompressor;
- 42
- Vierwegeventil;
- 43
- Außenwärmetauscher;
- 44
- Expansionsventil;
- 45
- Innenwärmetauscher;
- 46
- Kühlmittelleitung;
- 47
- Kompressionsmechanismus;
- 50
- erster Arm;
- 52
- zweiter Arm;
- 100
- Gleichstromversorgung;
- 150
- Kühlkreislauf;
- 200
- Kühlkreislaufvorrichtung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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