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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen schaltenden DC-DC-Wandler (Gleichstrom-Gleichstromwandler)
der eine integrierte Einchip-Halbleiterschaltung enthält, die
einen Niederleistungsschaltkreis und einen Hochleistungsschaltkreis
auf einem Chip beinhaltet. Genauer, die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen schaltenden DC-DC-Wandler, der Störungen eines Hochleistungsschaltkreises
daran hindert, einen Niederleistungsschaltkreis nachteilig zu beeinflussen. Überall in
der folgenden Beschreibung werden die gleichen Bezugsziffern zur
Bezeichnung der gleichen oder korrespondierender Schaltungselemente
verwendet.
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28(a) zeigt
ein Blockschaltkreisdiagramm eines ersten konventionellen schaltenden DC-DC-Wandlers vom Abwärtswandlertyp.
In der Zeichnung sind gezeigt ein Glättungskondensator Cin zum Glätten einer
Gleichstromeingangsspannung Vin, ein Hauptschalttransistor 1 als
Haupt-Halbleiterschaltelement zur Verbindung und Trennung der Gleichstromeingangsspannung
Vin, eine Freilaufdiode 11, eine Spule L, einen Kondensator
Cout, ein Steuerschaltkreis 3, ein Gate-Treiber (nachstehend vereinfachend
als „Treiber" bezeichnet) 2,
und passive Komponenten 4. In 28(a) ist der Hauptschalttransistor 1 ein
p-Kanal MOSFET.
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Die Freilaufdiode 11 stellt
einen Laststrompfad bereit, wenn der Hauptschalttransistor 1 AUS ist.
Die Spule L und der Kondensator Cout sind dazu vorgesehen, eine
Ausgangsspannung Vout des DC-DC-Wandlers zu glätten.
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Die Eingangsspannung Vin ist, als
eine Leistungsversorgung, an den Steuerschaltkreis 3 und den
Treiber 2 angeschlossen. Der Steuerschaltkreis 3 detektiert
die Ausgangsspannung Vout und gibt ein Steuersignal 3a aus,
um die Zeitpunkte für
das Ein- und Ausschalten des Hauptschalttransistors 1 festzusetzen,
um die Ausgangsspannung Vout auf einem bestimmten Wert zu halten.
Der Treiber 2 gibt ein Treibersignal 2a als Reaktion
auf das Steuersignal 3a des Steuerschaltkreises 3 aus,
um den Hauptschalttransistor 1 direkt ein- und auszuschalten.
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Verschiedene angeschlossene passive Komponenten
für den
Steuerschaltkreis 3 sind kollektiv dargestellt durch die
passiven Komponenten 4 in 28(a).
Zum Beispiel ein Kondensator zum Glätten des Ausgangs der konstanten
Spannungsquelle in dem Steuerschaltkreis 3, ein Widerstand und
ein Kondensator zum Festlegen der Schwingungsfrequenz in dem Steuerschaltkreis 3 sind
in den passiven Komponenten 4 enthalten.
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28(b) ist
ein Blockschaltkreisdiagramm eines zweiten konventionellen schaltenden DC-DC-Wandlers vom Abwärtswandlertyp,
welcher von dem Typ ist, welcher im japanischen Patent 07-222438
im Namen des Anmelders offenbart ist. 28(b) zeigt
nur einen Teil des zweiten konventionellen DC-DC-Wandlers, der unterschiedlich
zu dem entsprechenden Teil des ersten konventionellen DC-DC-Wandlers
ist. Der zweite konventionellen DC-DC-Wandler unterscheidet sich von dem ersten konventionellen
DC-DC-Wandler dadurch, dass die Freilaufdiode 11 aus 28(a) ersetzt ist durch
einen synchronen Kommutierungs-Transistor 12,
gebildet durch einen N-Kanal MOSFET in 28(b).
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Der synchrone Kommutierungs-Transistor 12 wird
aus- und angeschaltet als Reaktion auf das Treibersignal 2b vom
Treiber 2 synchronisiert mit dem EIN und AUS des Haupt-Schalt-Transistors 1 um
einen Laststrompfad bereitzustellen, wenn der Hauptschalttransistor 1 AUS
ist.
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Da die „Ein"-Spannung des Transistors kleiner gesetzt
werden kann als der Vorwärtsspannungs-Abfall über die
Diode, ermöglicht
der synchrone Kommutierungs-Transistor 12,
der als Ersatz für die
Freilaufdiode 11 benutzt wird, eine Verbesserung der Effizienz
des schaltenden DC-DC-Wandlers.
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29 ist
eine Blockschaltkreisdiagramm, dass eine Schaltkreiskonfiguration
zeigt, welche den Hauptschalttransistor 1, den Treiber 2 und
den Steuerschaltkreis 3 von 28(a) in
eine integrierte Einchip-Halbleiterschaltung (nachfolgend als „Einchip-IC" bezeichnet) 100.
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In der in 29 gezeigten Schaltkreiskonfiguration
wird der Betrieb des Wandlers instabil, wenn die Last groß ist, vermutlich
wegen Fehlfunktionen des Steuerschaltkreises aufgrund eines Anstiegs
der Schaltstörungen,
welche durch Laststromanstieg verursacht werden, und es wird für den Wandler
unmöglich,
richtig zu arbeiten, wenn die Schaltfrequenz ansteigt.
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Die Bedingungen sind schlechter für den in 28(b) gezeigten DC-DC-Wandler,
der den synchronen Kommutierungs-Transistor 12 in dem Einchip-IC 100 beinhaltet,
da die Schaltstörungen
des synchronen Kommutierungs-Transistors 12 sich hinzu
addieren.
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In Anbetracht des Vorerwähnten ist
es ein Gegenstand der Erfindung einen DC-DC-Wandler bereitzustellen,
welcher einen Hauptschalttransistor, einen Treiber und einen Steuerkreis
enthält,
welche in einen Einchip-IC integriert sind, der es ermöglicht, dass
Schaltstörungen,
welche durch eine große
Last oder durch Hochgeschwindigkeitsschalten verursacht werden,
den Schaltkreis nachteilig beeinflussen, und der es ermöglicht,
einen stabilen Betrieb des Schaltkreises zu sichern.
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Gemäß der Erfindung wird ein schaltender DC-DC-Wandler
bereitgestellt, welcher umfasst: Eine integrierte Einchiphalbleiterschaltung;
die integrierte Einchiphalbleiterschaltung enthält mindestens ein Haupt-Halbleiterschaltelement,
welches Hauptanschlüsse
und einen Steueranschluss (Gate) beinhaltet, wobei das Haupt-Halbleiterschaltelement
periodisch ein- und
ausschaltet, um periodisch eine Gleichstrom-Leistungsversorgung
zu verbinden und zu trennen, wobei das Haupt-Halbleiterschaltelement eine
Ausgangsspannung für
eine Last bereitstellt; einen Steuerschaltkreis, der von der Gleichstrom-Leistungsversorgung
gespeist wird, wobei der Steuerschaltkreis die Ausgangsspannung
detektiert, welche von dem Haupt-Halbleiterschaltelement 1 ausgegeben
wird, wobei der Steuerschaltkreis ein Steuersignal ausgibt, welches
die Zeitpunkte des Ein- und Ausschaltens des Haupt-Halbleiterschaltelements
anzeigt; und einen ersten Treiberschaltkreis, der von der Gleichstrom-Leistungsversorgung
gespeist wird, wobei der erste Treiberschaltkreis ein Treibersignal zum
direkten Ein- und Ausschalten des Haupt-Halbleiterschaltelements
an den Steueranschluss des Haupt-Halbleiterschaltelements als Reaktion
auf das Steuersignal liefert; dadurch gekennzeichnet, dass der schaltenden
DC-DC-Wandler umfasst: Eine positive Speiseleitung und eine negative
Speiseleitung, welche die Gleichstrom-Leistungsversorgung mit dem
Steuerschaltkreis einschließlich
angeschlossener passiver Komponenten verbindet; und einen Widerstand,
der in die positive Speiseleitung oder in die negative Speiseleitung
innerhalb oder außerhalb
der integrierten Halbleiterschaltung eingesetzt ist, wobei der Widerstand
verhindert, dass ein Störstrom
in den Steuerschaltkreis fließt.
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Vorzugsweise umfasst der schaltende DC-DC-Wandler
weiter einen weiteren Widerstand, eingesetzt in die negative Speiseleitung
oder in die positive Speiseleitung innerhalb oder außerhalb
der integrierten Halbleiterschaltung, wobei der weitere Widerstand
einen Störstrom
daran hindert, in den Steuerschaltkreis zu fließen.
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Vorzugsweise beinhaltet der schaltende DC-DC-Wandler
weiter ein Kommutierungs-Halbleiterschaltelement
in der integrierten Einchiphalbleiterschaltung, wobei das Kommutierungs-Halbleiterschaltelement
Hauptanschlüsse
und einen Steueranschluss (Gate) enthält, wobei einer der Hauptanschlüsse (Drain)
des Kommutierungs-Halbleiterschaltelements
verbunden ist mit der Lastseite eins (Drain) der Hauptanschlüsse des
Haupt-Halbleiterschaltelements, wobei das Kommutierungs-Halbleiterschaltelment
aus- und eingeschaltet wird in Synchronisation mit dem Ein- und
Ausschalten des Haupt-Halbleiterschaltelements
1, um einen Laststrompfad bereitzustellen, wenn das Haupt-Halbleiterschaltelement
AUS geschaltet ist. Und ein zweiter Treiberschaltkreis in der integrierten
Halbleiterschaltung, wobei der zweite Treiberschaltkreis von der Gleichstrom-Leistungsversorgung
gespeist wird, wobei der zweite Treiberschaltkreis ein Treibersignal, welches
das Aus- und Einschalten des Kommutierungs-Halbleiterschaltelements
anzeigt, in den Steueranschluss des (Gate) des Kommutierungs-Halbleiterschaltelements
speist.
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Vorzugsweise enthält der schaltende DC-DC-Wandler
weiter einen Kondensator, angeordnet innerhalb oder außerhalb
der integrierten Halbleiterschaltung, wobei der Kondensator den
Störstrom teilt,
wobei der Kondensator zwischen der positiven Speiseleitung und der
negativen Speiseleitung verbunden ist, ohne dass einer der Widerstände zwischen
den Kondensator und die Speiseleitungen geschaltet ist.
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Vorzugsweise verbinden die positive
Speiseleitung und die negative Speiseleitung den entsprechenden
Widerstand, welcher in der integrierten Halbleiterschaltung beinhaltet
ist, mit dem Steuerschaltkreis, ohne dass ein nach außen leitender
Anschluss der integrierten Halbleiterschaltung zwischen den Steuerschaltkreis
und die Widerstände
geschaltet ist.
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Vorzugsweise verbinden die positive
Speiseleitung und die negative Speiseleitung die entsprechenden
Widerstände,
welche in der integrierten Halbleiterschaltung beinhaltet sind,
mit dem Steuerschaltkreis, ohne dass ein nach außen leitender Anschluss der
integrierten Halbleiterschaltung zwischen den Steuerschaltkreis
und die Widerstände
geschaltet ist.
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Vorzugsweise ist die Kapazität des Kondensators
die parasitäre
Kapazität
des integrierten Halbleiterschaltkreises.
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Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend
der Erfindung fügt
einen Isolationswiderstand (Filterwiderstand) zwischen eine Speiseleitung,
an die ein Hauptschalttransistor, ein Treiber und, falls notwendig,
ein synchroner Kommutierungstransistor direkt oder über eine
niedrige Impedanz verbunden sind, und eine positive Speiseleitung
zum Speisen von elektrischer Leistung in einem Steuerschaltkreis, welcher
einen Analogschaltkreis enthält,
welcher sehr leicht nachteilig durch Störungen beeinflusst wird, und
einen angeordneten Schaltkreis, welcher passive Komponenten enthält, und
(oder) einen Isolationswiderstand zwischen einer Masseleitung und eine
negative Speiseleitung. Falls notwendig, enthält der schaltende DC-DC-Wandler gemäß der Erfindung
einen Filterkondensator, welcher parallel zu dem Steuerschaltkreis
geschaltet ist. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend der Erfindung
ermöglicht
es, ein Störstrom
daran zu hindern, in den Steuerschaltkreis einschließlich der
daran angeordneten Komponenten von den Störquellen, beispielsweise die
Schaltelemente und der Treiber, zu fließen und stabilisiert den Betrieb
des Steuerschaltkreises.
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Die Erfindung wird nun unter Bezug
auf die begleitenden Figuren beschrieben, diese zeigen:
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1(a) zeigt
einen ersten Typ einer Schaltkreisverbindung von der Leistungsversorgung
zum Steuerschaltkreis des schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
der Erfindung;
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1(b) zeigt
einen zweiten Typ einer Schaltkreisverbindung von der Leistungsversorgung zum
Steuerschaltkreis des schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend der
Erfindung;
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1(c) zeigt
einen dritten Typ einer Schaltkreisverbindung von der Leistungsversorgung
zum Steuerschaltkreis des schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
der Erfindung;
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1(d) zeigt
einen vierten Typ einer Schaltkreisverbindung von der Leistungsversorgung
zum Steuerschaltkreis des schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
der Erfindung;
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1(e) zeigt
einen fünften
Typ einer Schaltkreisverbindung von der Leistungsversorgung zum Steuerschaltkreis
des schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend der Erfindung;
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1(f) zeigt
einen sechsten Typ einer Schaltkreisverbindung von der Leistungsversorgung zum
Steuerschaltkreis des schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend der
Erfindung;
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2 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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3 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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4 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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5 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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6 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem fünften Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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7 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem sechsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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8 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem siebten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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9 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem achten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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10 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem neunten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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11 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem zehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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12 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem elften Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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13 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem zwölften
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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14 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem dreizehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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15 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem vierzehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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16 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem fünfzehnten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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17 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem sechzehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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18 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem siebzehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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19 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem achtzehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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20 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem neunzehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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21 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem zwanzigsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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22 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem einundzwanzigsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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23 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem zweiundzwanzigsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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24 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem dreiundzwanzigstem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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25 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem vierundzwanzigstem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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26 ist
ein Diagramm, welches die Reduktionsrate der Störung im Ausgang des Steuerschaltkreises,
erzielt durch die in den 2 bis 13 gezeigten Schaltkreiskonfigurationen,
auf den Isolationswiderstand bezieht;
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27 ist
ein Diagramm, welches den Dämpfungsgrad
der Störung,
deren Frequenz 100 MHz beträgt,
welche in den in den 14 bis 25 gezeigten Steuerschaltkreis
fließt,
auf die Zeitkonstante Cd-Rd bezieht;
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28(a) ist
ein Blockschaltdiagramm eines konventionellen schaltenden DC-DC-Wandlers vom Abwärtswandlertyp;
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28(b) ist
ein Blockschaltdiagramm eines anderen konventionellen schaltenden
DC-DC-Wandlers vom Abwärtswandlertyp
und
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29 ist
ein Blockschaltdiagramm, welches eine Schaltkreiskonfiguration zeigt,
welche den Hauptschalttransistor, den Treiber und den Steuerschaltkreis
aus 28(a) in eine integrierte
Einchip-Halbleiterschaltung integriert.
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Unter Bezug auf die Figuren, zeigen
die 1(a) bis 1(f) vielfältige Typen
von Schaltkreisverbindungen von einer Leistungsversorgung (genauer eine
Speiseleitung LS1 und eine Masseleitung LG1) zu einem Steuerschaltkreis 3 in
einem schaltenden DC-DC-Wandler entsprechend der Erfindung, beinhaltend
einen Einchip-IC 100, der mindestens einen Hauptschalttransistor 1,
einen Gatetreiber 2 und den Steuerschaltkreis 3 enthält.
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Obwohl in den 1(a) bis 1(f) nicht
gezeigt, schließt
der Steuerschaltkreis 3 die daran angeschlossenen Schaltkreise,
beispielsweise die oben unter Bezugnahme auf 28(a) beschriebenen passiven Komponenten 4 ein.
Der Niederimpetanzschaltkreis, der den Hauptschalttransistor 1,
den Lastschaltkreis des Transistors 1 und den Treiber 2 umfasst
und durch den relativ hohe Ströme
fließen, wird
aus Gründen
der Bequemlichkeit als „Hauptschaltkreis" bezeichnet.
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1(a) zeigt
einen ersten Typ einer Schaltkreisverbindung von der Leistungsversorgung
zum Steuerschaltkreis des schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
der Erfindung. In 1(a) ist
ein Isolationswiderstand Rdl zwischen eine Speisespannung LS1 und
eine Speisespannung LS2 des Steuerschaltkreises eingesetzt. Die
Speiseleitung LS1 ist eine positive Speiseleitung, welche eine Gleichstrom-Leistungsversorgung
mit dem Treiber 2 und/oder dem Hauptschalttransistor 1 direkt
verbindet. Die Speiseleitung LS2 ist eine positive Speiseleitung,
welche direkt mit dem Steuerschaltkreis 3 verbunden ist.
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Ein Isolationswiderstand Rd2 ist
eingesetzt zwischen eine Masseleitung LG1 und eine Speiseleitung
LG2 für
den Steuerschaltkreis. Die Masseleitung LG1 ist eine negative Speiseleitung,
die die Gleichstrom-Leistungsversorgung mit einem nicht gezeigten
Lastschaltkreis und solchen Schaltkreisen, welche mit dem Hauptschalttransistor
mit relativ niedriger Impedanz verbunden sind, und/oder mit dem Treiber 2 direkt
verbindet. Die Speiseleitung LG1 ist eine negative Speiseleitung,
welche direkt mit dem Steuerschaltkreis 3 verbunden ist.
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Die eingesetzten Isoalationswiderstände Rd1
und Rd2 isolieren den Steuerschaltkreis 3 von den im Hauptschaltkreis
verursachten Störungen. (Mit
anderen Worten, die Isolationswiderstände Rd1 und Rd2 hindern den
Störstrom
daran, von dem Hauptschaltkreis in den Steuerschaltkreis 3 zu
fließen.)
Nachfolgend werden die Isolationswiderstände Rd1 und Rd2 manchmal als „Filterwiderstände" bezeichnet.
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1(b) zeigt
einen zweiten Typ einer Schaltkreisverbindung von der Leistungsversorgung zu
dem Steuerschaltkreis des schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
der Erfindung. Der zweite Typ der Schaltkreisverbindung eliminiert
den Isolationswiderstands Rd2 aus 1(a) und
isoliert den Steuerschaltkreis 3 von den im Hauptschaltkreis verursachten
Störungen
allein durch den Isolationswiderstand Rd1.
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1(c) zeigt
einen dritten Typ einer Schaltkreisverbindung von der Leistungsversorgung
zu dem Steuerschaltkreis des schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
der Erfindung. Der dritte Typ der Schaltkreisverbindung eliminiert
den Isolationswiderstands Rd1 aus 1(a) und
isoliert den Steuerschaltkreis 3 von den im Hauptschaltkreis verursachten
Störungen
allein durch den Isolationswiderstand Rd2.
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1(d) zeigt
einen vierten Typ einer Schaltkreisverbindung von der Leistungsversorgung
zu dem Steuerschaltkreis des schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
der Erfindung. Der vierte Typ der Schaltkreisverbindung beinhaltet
einen Filterkondensator Cd, der zwischen die Speiseleitung LS2 und
LG2 der 1(a) geschaltet
ist, dass heißt parallel
zu dem Steuerschaltkreis 3, und der die Hochfrequenzkomponenten
der Störungen
ableitet, welche vom Hauptschaltkreis durch die Isolationswiderstände Rd1
und Rd2 durchsickern.
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1(e) zeigt
einen fünften
Typ einer Schaltkreisverbindung von der Leistungsversorgung zu dem
Steuerschaltkreis des schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend der
Erfindung. Der fünfte
Typ der Schaltkreisverbindung beinhaltet einen Filterkondensator
Cd, der zwischen die Speiseleitungen LS2 und LG2 aus 1(b) oder zwischen die Speiseleitung
LS2 und die Masseleitung LG1 aus 1(b) geschaltet
ist, so dass die Speiseleitung LG2 mit dem gleichen Potential verbunden
ist, das heißt
parallel zu dem Steuerschaltkreis 3, und der die Hochfrequenzkomponenten
der Störungen
ableitet, die vom Hauptschaltkreis durch den Isolationswiderstand
Rd1 durchsickern.
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1(f) zeigt
einen sechsten Typ einer Schaltkreisverbindung von der Leistungsversorgung zu
dem Steuerschaltkreis des schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
der Erfindung. Der sechste Typ der Schaltkreisverbindung beinhaltet
einen Filterkondensator Cd, welcher zwischen die Speiseleitungen
LG2 und die Speiseleitung LS2 aus 1(c) oder
zwischen die Speiseleitung LG2 und die Speiseleitung LS1 aus 1(c) geschaltet ist, so dass
die Speiseleitung LS2 mit dem gleichen Potential verbunden ist,
das heißt
parallel mit dem Steuerschaltkreis 3, und der die Hochfrequenzkomponenten
der Störungen
ableitet, die vom Hauptschaltkreis durch den Isolationswiderstand
Rd2 durchsickern.
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Nun werden die theoretischen Charakteristiken
eines Tiefpassfilters, der aus den Filterwiderständen (Isolationswiderstand)
Rd1, Rd2 und dem Filterkondensator Cd besteht, beschrieben. Die
Verstärkung
eines Filters, die aus einem Filterkondensator Cd und einem Filterwiderstand
Rd besteht, wird durch die folgende Gleichung (1) für die Spannung Vn0
der Störkomponente
beschrieben, darin ist die Frequenz f, welche in der Leistungsversorgungsspannung
enthalten ist, welche an den gesamten IC gespeist wird, und für die Spannung
Vn1 der Störkomponente,
deren Frequenz f ist, welche in der Leistungsversorgungsspannung
enthalten ist, welche direkt in den Steuerschaltkreis 3 gespeist
wird. Die Eckfrequenz fC des Filters wird
beschrieben durch die folgende Gleichung (2). |Vn1/Vn0| = 1/√(1 + (2πf·Cd·Rd)2) (1)
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Hierbei ist „f" eine Frequenz der Störungskomponente. fC =
1/(2π·Cd·Rd) (2)
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Hierbei ist der Filterwiderstand
Rd eine Summe aus dem Filterwiderstand (Isolationswiderstand) Rd1
und dem Filterwiderstand Rd2. Wenn der Filterwiderstand Rd1 oder
Rd2 nicht benutzt wird, dann wird der Widerstand Rd1 oder Rd2 des
nicht benutzten Isolationswiderstandes auf 0 gesetzt.
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Durch Setzen des Filterwiderstandes
Rd auf einen sehr viel größeren Wert
als die Impedanz bei der Störfrequenz
des Steuerschaltkreises 3, durch Setzen der Impedanz bei
der Störfrequenz
des Filterkondensators Cd auf einen sehr viel kleineren Wert als
die Impedanz des Steuerschaltkreises 3 bei der Störfrequenz
und durch Anpassen des Verhältnisses zwischen
der Kapazität
Cd des Filterkondensators und des Widerstands Rd des Filterwiderstands,
basierend auf der Gleichung (2), wird die Eckfrequenz der in den
Steuerschaltkreis 3 fließenden Störung bestimmt.
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Die gleichen Schaltkreisverbindungen
zum Isolieren des Steuerschaltkreises 3 von den Störungsquellen
im Hauptschaltkreis sind ebenso anwendbar auf den schaltenden DC-DC-Wandler vom synchronen
Kommutierungstyp, wie er mit Bezug auf 28(b) beschrieben ist. Der schaltende DC-DC-Wandler
vom synchronen Kommutierungstyp aus 28(b) verwendet
einen synchronen Komutierungstransistor 12 als Ersatz für die Freilaufdiode 11,
welche in dem schaltenden DC-DC-Wandler vom asynchronen Kommutierungstyp
benutzt wird und integriert den Transistor 12 in den Einchip-IC 100.
Obwohl eine größere Menge
von Störungen
im schaltenden DC-DC-Wandler vom synchronen Kommutierungstyp aufgrund
des zum Hauptschaltkreis, welcher von einzelpunktierten Grenzlinien
in 1(a) umschlossen
ist, hinzugefügten
Transistors 12 verursacht werden, ist der erste bis sechste
Typ der in 1(a) bis 1(f) gezeigten Verbindungen
auf beide Typen des schaltenden DC-DC-Wandlers anwendbar. Die Schaltkreisverbindungen
entsprechend der Erfindung sind besonders effektiv, um eine Fehlfunktion
des Wandlers des synchronen Kommutierungstyps, in welchem eine größere Menge
an Störungen
verursacht wird, zu verhindern.
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In jedem Typ der Schaltkreisverbindungen können die
Isolationswiderstände
Rd1, Rd2 und der Filterkondensator Cd in den Einchip-IC 100 integriert werden
oder außerhalb
des Einchip-IC 100 angeordnet
werden.
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Wenn die parasitäre Kapazität des IC als Ersatz für den individuellen
Kondensator benutzt wird, kann der Filterkondensator Cd weggelassen
werden.
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Durch Integration der Isolationswiderstände Rd1,
Rd2 und des Filterkondensators Cd in den Einchip-IC 100 wird
die Anzahl von Teilen und Komponenten der Schaltung und die Dimensionen
des gesamten Steuerungssystems effektiv reduziert. Darüber hinaus
wird, da die Verdrahtung der direkt mit dem Steuerschaltkreis 3 verbundenen
Speiseleitungen in dem IC 100 vervollständigt wird, die Anzahl der
IC-Anschlüsse
reduziert.
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Im folgenden wird der erste bis sechste
Typ der in den 1(a) bis 1(f) gezeigten Verbindungen detaillierter
in Verbindung mit den dortigen Ausführungsbeispielen entsprechend
der Erfindung beschrieben.
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2 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des ersten
Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch zwei externe Isolationswiderstände und
asynchrone Kommutierung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des
ersten Ausführungsbeispiels
kann als erster Typ der in 1(a) gezeigten
Schaltungsverbindung klassifiziert werden.
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Um sich nun auf 2 zu beziehen, hat der schaltende DC-DC-Wandler
entsprechend des ersten Ausführungsbeispiels
eine gleiche Grundstruktur wie der erste konventionelle schaltende DC-DC-Wandler
der mit Bezug auf 28(a) beschrieben
ist. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des ersten Ausführungsbeispiels
enthält einen
Einchip-IC 100, der einen Steuerschaltkreis 3, einen
Treiber 2 und einen Hauptschalttransistor 1 beinhaltet.
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Eine positive Speiseleitung LS2 für den Steuerschaltkreis 3 ist
mit einer positiven Speiseleitung LS1 für den Treiber 2 und
für den
Hauptschalttransistor 1 über einen außerhalb
des IC 100 angeordneten Isolationswiderstand Rd1 verbunden.
Eine negative Speiseleitung LG2 für den Steuerschaltkreis 3 ist
verbunden mit einer Masseleitung LG1 über einen außerhalb
des IC 100 angeordneten Isolationswiderstand Rd2. Die Masseleitung
LG1 ist ein Rückleitungspfad
für Niederimpedanzschaltkreise,
beispielsweise für
eine Spule L, eine Kapazität
Cout und einen nicht gezeigten Lastschaltkreis, verbunden mit dem lastseitigen
Hauptanschluss (Drain in diesem Fall) des Hauptschalttransistors 1 und
für den
Treiber 2. Die Isolationswiderstände Rd1 und Rd2 isolieren den Steuerschaltkreis 3 von
den in dem Hauptschaltkreis verursachten Störungen, so dass ein Störstrom daran
gehindert werden kann von dem Hauptschaltkreis in den Steuerschaltkreis 3 zu
fließen.
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In den Ausführungsbeispielen entsprechend der
Erfindung ist die Eingangsspannung Vin des schaltenden DC-DC-Wandlers
5 V, die dazugehörige Ausgangsspannung
Vout ist 2,5 V und die dazugehörige
Schaltfrequenz ist in 3 MHz.
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Wenn der Isolationswiderstand Rd2
auf der Seite der Masseleitung LG1 angeordnet ist, enthält die Ausgangsspannung
Vout, die der Steuerschaltkreis 3 detektiert, einen Gleichstromspannungsabfall über den
Isolationswiderstand Rd2. Wie auch immer, da tatsächlich der
Isolationswiderstand Rd2 um die 100 Ω ist und ein Gleichstrom von
mehreren mA von dem Steuerschaltkreis zum Isolationswiderstand Rd2 fließt, ist
der Gleichstromspannungsabfall über
den Isolationswiderstand Rd2 im Hinblick auf die Ausgangsspannung
Vout vernachlässigbar.
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3 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des zweiten
Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch zwei interne Isolationswiderstände und
asynchrone Kommutierung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des
zweiten Ausführungsbeispieles
kann als erster Typ der Schaltkreisverbindung klassifiziert werden.
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Der in 3 gezeigte
schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des zweiten Ausführungsbeispiels
unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten
schaltenden DC-DC-Wandler
dadurch, dass die Isolationswiderstände Rd1 und Rd2 in einen Einchip-IC 100 integriert
sind. Da die Versorgungsspannung LS2 für den Steuerschaltkreis mit
dem Isolationswiderstand Rd1 in dem IC 100 wie in 3 gezeigt verbunden ist,
ist die Anzahl der nach außen
leitenden Anschlüsse
des IC 100 reduziert.
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4 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des dritten
Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch zwei externe Isolationswiderstände und
synchrone Kommutierung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des
dritten Ausführungsbeispiels
kann als erster Typ der Schaltkreisverbindung klassifiziert werden.
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Der in 4 gezeigte
schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des dritten Ausführungsbeispiels
unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten
schaltenden DC-DC-Wandler
dadurch, dass ein synchroner Kommutierungstransistor 12 als Ersatz
für die
Freilaufdiode 11 der 2 verwendet wird
und in einem Einchip-IC 100 des schaltenden DC-DC-Wandlers
entsprechend des dritten Ausführungsbeispiels
integriert ist.
-
Da eine größere Menge von Störungen in dem
DC-DC-Wandler des synchronen Kommutierungstyps, welcher den synchronen
Kommutierungstransistor 12 verwendet, verursacht wird als
in dem DC-DC-Wandler vom asynchronen Kommutierungstyp, welcher die
Freilaufdiode 11 verwendet, ist die Schaltkreisverbindung
entsprechend der Erfindung besonders effektiv für den DC-DC-Wandler des synchronen
Kommutierungstyps.
-
5 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des vierten
Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch zwei interne Isolationswiderstände und
synchrone Kommutierung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des
vierten Ausführungsbeispiels
kann als erster Typ der Schaltkreisverbindung klassifiziert werden.
-
Der in 5 gezeigte
schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des vierten Ausführungsbeispiels
unterscheidet sich von dem in 3 gezeigten
schaltenden DC-DC-Wandler
entsprechend des zweiten Ausführungsbeispiels
dadurch, dass ein synchroner Kommutierungstransistor 12 als Ersatz
für die
Freilaufdiode 11 von 3 verwendet wird
und er in einen Einchip-IC 100 in dem schaltenden DC-DC-Wandler
entsprechend des vierten Ausführungsbeispiels
integriert ist.
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6 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem fünften Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltenden DC-DC-Wandler entsprechend des fünften Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch einen externen Isolationswiderstand und
asynchrone Kommutierung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des
fünften
Ausführungsbeispiels
kann als der in 1(b) gezeigte
zweite Typ einer Schaltkreisverbindung klassifiziert werden.
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In dem in 6 gezeigten schaltenden DC-DC-Wandler
entsprechend des fünften
Ausführungsbeispiels
ist der Isolationswiderstand Rd2 von der Schaltkreisfiguration der 2 eliminiert und eine Speisleitung
LG2 für
einen Steuerschaltkreis 3 ist verbunden mit einer Masseleitung
LG1 auf der Seite eines Hauptschaltkreises oder mit einem Verdrahtungsteil,
dessen Potential das gleiche ist wie das Potential der Masseleitung
LG1.
-
7 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem sechsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des sechsten
Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch einen internen Isolationswiderstand und
asynchrone Kommutierung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des
sechsten Ausführungsbeispiels
kann als zweiter Typ der Schaltkreisverbindung klassifiziert werden.
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In dem in 7 gezeigten schaltenden DC-DC-Wandler
entsprechend des sechsten Ausführungsbeispiels
ist der Isolationswiderstand Rd2 von der Schaltkreisverbindung aus 3 eliminiert und eine Speiseleitung
LG2 für
einen Steuerschaltkreis 3 ist verbunden mit einer Masseleitung
LG1 auf der Seite eines Hauptschaltkreises oder mit einem Verdrahtungsteils,
dessen Potential das gleiche ist wie das Potential der Masseleitung
LG1.
-
8 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem siebten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des siebten
Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch einen externen Isolationswiderstand und
synchrone Kommutierung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des
siebten Ausführungsbeispiels
kann als zweiter Typ der Schaltkreisverbindung klassifiziert werden.
-
In dem in 8 gezeigten schaltenden DC-DC-Wandler
entsprechend des siebten Ausführungsbeispiels
ist der Isolationswiderstand Rd2 von der Schaltkreiskonfiguration
aus 4 eliminiert und eine
Versorgungsschaltung LG2 für
einen Steuerschaltkreis 3 ist verbunden mit einer Masseleitung LG1
auf der Seite eines Hauptschaltkreises oder mit einem Verdrahtungsteil,
dessen Potential das gleiche ist wie das Potential der Masseleitung
LG1.
-
9 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem achten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des achten
Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch einen internen Isolationswiderstand und
synchrone Kommutierung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des
achten Ausführungsbeispiels
kann als zweiter Typ der Schaltkreisverbindung klassifiziert werden.
-
In dem in 9 gezeigten schalteten DC-DC-Wandler
entsprechend des achten Ausführungsbeispiels
ist der Isolationswiderstand Rd2 von der Schaltkreiskonfiguration
aus 5 eliminiert und eine
Speiseleitung LG2 für
einen Steuerschaltkreis 3 ist verbunden mit einer Masseleitung
LG1 auf der Seite eines Hauptschaltkreises oder mit einem Verdrahtungsteil,
dessen Potential das gleiche ist wie das Potential der Masseleitung
LG1.
-
10 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem neunten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch einen externen Isolationswiderstand und
asynchrone Kommutierung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des
neunten Ausführungsbeispiels
kann als der in 1(c) gezeigte
dritte Typ der Schaltkreisverbindung klassifiziert werden.
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In dem in 10 gezeigten schaltenden DC-DC-Wandler
entsprechend des neunten Ausführungsbeispiels
ist der Isolationswiderstand Rd1 von der Schaltkreiskonfiguration
aus 2 eliminiert und eine
Speiseleitung LS2 für
einen Steuerschaltkreis 3 ist verbunden mit einer Speiseleitung
LS1 auf der Seite eines Hauptschaltkreises oder mit einem Verdrahtungsteil,
dessen Potential das gleiche ist wie das Potential der Masseleitung
LS1.
-
11 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem zehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des zehnten
Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch einen internen Isolationswiderstand und
asynchrone Kommutierung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend
des zehnten Ausführungsbeispiels
kann als dritter Typ der Schaltkreiskonfiguration klassifiziert werden.
-
In dem in 11 gezeigten schaltenden DC-DC-Wandler
entsprechend des zehnten Ausführungsbeispiels
ist der Isolationswiderstand aus der Schaltkreiskonfiguration aus 3 eliminiert und eine Speiseleitung
LS2 für
einen Steuerschaltkreis 3 ist verbunden mit einer Speiseleitung
LS1 auf der Seite eines Hauptschaltkreises oder mit einem Verdrahtungsteil,
dessen Potential das gleiche ist wie das Potential der Masseleitung
LS1.
-
12 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem elften Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des elften
Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch einen externen Isolationswiderstand und
synchrone Kommutierung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des
elften Ausführungsbeispiels
kann als dritter Typ der Schaltkreiverbindung klassifiziert werden.
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In dem in 12 gezeigten schaltenden DC-DC-Wandler
entsprechend des elften Ausführungsbeispiels
ist der Isolationswiderstand Rd1 aus der Schaltkreiskonfiguration
aus 4 eliminiert und eine
Versorgungsleitung LS2 für
einen Steuerschaltkreis 3 ist verbunden mit einer Speiseleitung
LS1 auf der Seite eines Hauptschaltkreises oder mit einem Verdrahtungsteil,
dessen Potential das gleiche ist wie das Potential der Masseleitung
LS1.
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13 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem zwölften
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des zwölften Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch einen internen Isolationswiderstand und
synchrone Kommutierung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend
des zwölften
Ausführungsbeispiels
kann als dritter Typ der Schaltkreisverbindung klassifiziert werden.
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In dem in 13 gezeigten schaltenden DC-DC-Wandler
entsprechend des zwölften
Ausführungsbeispiels
ist der Isolationswiderstand Rd1 von der Schaltkreiskonfiguration
aus 5 eliminiert und eine
Speiseleitung LS2 für
einen Steuerschaltkreis 3 ist verbunden mit einer Speiseleitung
LS1 auf der Seite eines Hauptschaltkreises oder mit einem Verdrahtungsteil,
dessen Potential das gleiche ist wie das Potential der Masseleitung
LS1.
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14 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem dreizehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des dreizehnten
Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch zwei externe Isolationswiderstände, einen
externen Filterkondensator und asynchrone Kommutierung. Der schaltende
DC-DC-Wandler entsprechend des dreizehnten Ausführungsbeispiels kann als der in 1(d) gezeigte vierte Typ
der Schaltkreisverbindung klassifiziert werden.
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Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend
des dreizehnten Ausführungsbeispiels
enthält einen
Filterkondensator Cd zum Verbinden der individuellen Kapazität außerhalb
des Einchip-IC 100 oder zum entsprechenden außenseitigen
Verbinden der parasitären
Kapazität
des Einchip-IC 100. Der Filterkondensator Cd ist verbunden
zwischen der positiven Speiseleitung LS2 und der negativen Speiseleitung
LG1 für
den Steuerschaltkreis 3 aus 2.
In Kürze,
der Filterkondensator Cd ist verbunden parallel zu dem Steuerschaltkreis 3 einschließlich der
dazugehörigen
passiven Komponenten 4 aus 2.
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Wenn die parasitäre Kapazität des Einchip-IC 100 benutzt
wird, ist die Speiseleitung LS2 oder Verdrahtungsteil, dessen Potential
das gleiche ist wie das Potential der Speisleitung LS2, und die Speiseleitung
LG2 oder Verdrahtungsteil, dessen Potential das gleiche ist wie
das Potential der Speiseleitung LG2, sind verbunden mit den entsprechenden nicht
gezeigten Anschlüssen
des IC 100 zum Herausführen
der parasitären
Kapazität
des IC 100. In den anderen nachfolgen beschriebenen Ausführungsbeispielen
und durch Einschließen
eines außerhalb
des IC 100 angeordneten externen Filterkondensators ist
die oben beschriebene Schaltkreisverbindung verwirklicht.
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15 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem vierzehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des vierzehnten
Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch zwei interne Isolationswiderstände, einen
internen Filterkondensator und asynchrone Kommutierung. Der schaltende
DC-DC-Wandler entsprechend des vierzehnten Ausführungsbeispiels kann als vierter
Typ der Schaltkreisverbindung klassifiziert werden.
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Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend
des vierzehnten Ausführungsbeispiels
beinhaltet einen Filterkondensator Cd zum Verbinden der individuellen
Kapazität
innerhalb des Einchip-IC 100 oder zum entsprechenden innenseitigen
Verbinden der parasitären
Kapazität
des Einchip-IC 100. Der Filterkondensator Cd ist verbunden
zwischen der positiven Speiseleitung LS2 und der negativen Speiseleitung
LG2 für
den Steuerschaltkreis 3 aus 3.
In Kürze,
der Filterkondensator Cd ist verbunden parallel zu dem Steuerschaltkreis 3 einschließlich der
dazugehörigen
passiven Komponenten 4 aus 3.
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Wenn die parasitäre Kapazität des Einchip-IC 100 benutzt
wird, ist die Speiseleitung LS2 oder der Verdrahtungsteil, dessen
Potential das gleiche ist wie das Potential der Speiseleitung LS2,
und die Speiseleitung LG2 oder der Verdrahtungsteil, dessen Potential
das gleiche ist wie das Potential der Speiseleitung LG2, verbunden
mit dem entsprechenden nicht gezeigten Anschluss des IC 100 zum
Verbinden der parasitären
Kapazität
des IC 100. In den anderen nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen
und durch Einschließen
eines internen Filterkondensators integriert innerhalb des IC 100,
wird die oben beschriebene Schaltkreisverbindung verwirklicht.
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16 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem fünfzehnten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des fünfzehnten
Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch zwei externe Isolationswiderstände, einen
externen Filterkondensator und synchrone Kommutierung. Der schaltende
DC-DC-Wandler entsprechend des fünfzehnten
Ausführungsbeispiels
kann als vierter Typ der Schaltkreisverbindung klassifiziert werde.
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Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend
des fünfzehnten
Ausführungsbeispiels
enthält einen
Filterkondensator Cd zum Verbinden der individuellen Kapazität außerhalb
des Einchip-IC 100 oder zum entsprechenden außenseitigen
Verbinden der parasitären
Kapazität
des Einchip-IC 100. Der Filterkondensator Cd ist verbunden
zwischen der positiven Speiseleitung LS2 und der negativen Speiseleitung
LG2 für
den Steuerschaltkreis 3 aus 4.
In Kürze,
der Kondensator Cd ist verbunden parallel zu dem Steuerschaltkreis 3 einschließlich der
dazugehörigen
passiven Komponenten 4 aus 4.
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17 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem sechzehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des sechzehnten
Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch zwei interne Isolationswiderstände, einen
internen Filterkondensator und synchrone Kommutierung. Der schaltenden
DC-DC-Wandler des sechzehnten Ausführungsbeispiels kann als vierter
Typ der Schaltkreisverbindung klassifiziert werden.
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Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend
des sechzehnten Ausführungsbeispiels
enthält
einen Filterkondensator Cd zum Verbinden der individuellen Kapazität innerhalb
des Einchip-IC 100 oder
zum entsprechenden innenseitigen Verbinden der parasitären Kapazität des Einchip-IC 100.
Der Filterkondensator Cd ist verbunden zwischen der positiven Speiseleitung
LS2 und der negativen Speiseleitung LG2 für den Steuerschaltkreis 3 aus 5. In Kürze, der Filterkondensator
Cd ist verbunden parallel zu dem Steuerschaltkreis 3 einschließlich dazugehörigen passiven
Komponenten 4 aus 5.
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18 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem siebzehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des siebzehnten
Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch einen externen Isolationswiderstand, einen
externen Filterkondensator und asynchrone Kommutierung. Der schaltende
DC-DC-Wandler entsprechend des siebzehnten Ausführungsbeispiels kann als der in 1(e) gezeigte fünfte Typ
der Schaltkreisverbindung klassifiziert werden.
-
Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend
des siebzehnten Ausführungsbeispiels
enthält einen
Filterkondensator Cd zum Verbinden der individuellen Kapazität außerhalb
des Einchip-IC 100 oder zum entsprechenden außenseitigen
Verbinden der parasitären
Kapazität
des Einchip-IC 100. Der Filterkondensator Cd ist verbunden
zwischen der Speiseleitung LS2 für
den Steuerschaltkreis 3 aus 6 und
der Masseleitung LG1 des Hauptschaltkreises aus 6. In Kürze, der Filterkondensator
Cd ist verbunden parallel zu dem Steuerschaltkreis 3 einschließlich der
dazugehörigen
passiven Komponenten 4 aus 6.
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Streng beschreibend ist es wünschenswert, die
negative Elektrode des Filterkondensators weit entfernt von dem
Isolationswiderstand Rd1 mit der negativen Speiseleitung LG2 des
Steuerschaltkreises 3 zu verbinden. Wie auch immer, wenn
die Impedanz, zwischen dem Verbindungspunkt des Kondensators Cd
an der Masseleitung LG1 und dem negativen Speiseanschluss des Steuerschaltkreises 3 niedrig
ist, ist die in 18 gezeigte
Verbindung äquivalent
zu der oben beschriebenen gewünschten Verbindung
und deshalb innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung.
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19 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem achtzehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des achtzehnten
Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch einen internen Isolationswiderstand, einen
internen Filterkondensator und asynchrone Kommutierung. Der schaltende
DC-DC-Wandler entsprechend des achtzehnten Ausführungsbeispiels kann als fünfter Typ
der Schaltkreisverbindung klassifiziert werden.
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Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend
des achtzehnten Ausführungsbeispiels
enthält einen
Filterkondensator Cd zum Verbinden der individuellen Kapazität innerhalb
des Einchip-IC 100 oder zum
entsprechenden innenseitigen Verbinden der parasitäten Kapazität des Einchip-IC 100.
Der Filterkondensator Cd ist verbunden zwischen den Speiseleitungen
LS2 und LG2 des Steuerschaltkreises 3 aus 7. In Kürze, der Filterkondensator
Cd ist verbunden parallel zu dem Steuerschaltkreis 3 einschließlich der
dazugehörigen
passiven Komponenten aus 7.
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20 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem neunzehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des neunzehnten
Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch einen externen Isolationswiderstand, einen
externen Filterkondensator und synchrone Kommutierung. Der schaltende
DC-DC-Wandler entsprechend des neunzehnten Ausführungsbeispiels kann als fünfter Typ
der Schaltkreisverbindung klassifiziert werden.
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Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend
des neunzehnten Ausführungsbeispiels
enthält
einen Filterkondensator Cd zum Verbinden der individuellen Kapazität außerhalb
des Einchip-IC 100 oder zum entsprechenden außenseitigen
Verbinden der parasitären
Kapazität
des Einchip-IC. Der Filterkondensator Cd ist verbunden zwischen
der positiven Speiseleitung LS2 für den Steuerschaltkreis 3 aus 8 und der Masseleitung LG1
für den
Hauptschaltkreis aus 8 auf
dem gleichen Potential wie die negative Speiseleitung LS2 für den Steuerschaltkreis 3.
In Kürze,
der Filterkondensator Cd ist verbunden parallel zu dem Steuerschaltkreis 3 einschließlich der
dazugehörigen
passiven Komponenten 4 aus B.
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21 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem zwanzigsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des zwanzigsten
Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch einen internen Isolationswiderstand, einen
internen Filterkondensator und synchrone Kommutierung. Der schaltende
DC-DC-Wandler entsprechend des zwanzigsten Ausführungsbeispiels kann als fünfter Typ
der Schaltkreisverbindung klassifiziert werden.
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Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend
des zwanzigstem Ausführungsbeispiels
enthält
einen Filterkondensator Cd zum Verbinden der individuellen Kapazität innerhalb
des Einchip-IC 100 oder
zum entsprechenden innenseitigen Verbinden der Kapazität des Einchip-IC 100.
Der Filterkondensator Cd ist verbunden zwischen der Speiseleitung LS2
und LG2 des Steuerschaltkreises 3 aus 9. In Kürze, der Filterkondensator
Cd ist verbunden parallel zu dem Steuerschaltkreis 3 einschließlich der
dazugehörigen
passiven Komponenten 4 aus 9.
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22 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem einundzwanzigsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des einundzwanzigsten
Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch einen externen Isolationswiderstand, einen
externen Filterkondensator und asynchrone Kommutierung. Der schaltende
DC-DC-Wandler entsprechend des einundzwanzigsten Ausführungsbeispiels
kann als der in 1(f) gezeigte
Typ der Schaltkreisverbindung klassifiziert werden.
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Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend
des einundzwanzigsten Ausführungsbeispiels enthält einen
Filterkondensator Cd zum Verbinden der individuellen Kapazität außerhalb
des Einchip-IC 100 oder zum entsprechenden außenseitigen
Verbinden der parasitäten
Kapazität
des Einchip-IC 100. Der Filterkondensator Cd ist verbunden
zwischen der negativen Speiseleitung LG2 für den Steuerschaltkreis 3 aus 10 und der Leistungsversorgung
LS1 für
den Hauptschaltkreis aus 10,
welche auf dem gleichen Potential wie die positive Speiseleitung
LS3 liegt. In Kürze,
der Filterkondensator Cd ist verbunden parallel zu dem Steuerschaltkreis 3 einschließlich der
dazugehörigen
passiven Komponenten 4 aus 10.
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Streng beschreibend, ist es wünschenswert, die
positive Elektrode des Filterkondensators weit entfernt von dem
Isolationswiderstand Rd2 mit der positiven Speiseleitung LS2 des
Steuerschaltkreises 3 zu verbinden. Wie auch immer, wenn
die Impedanz zwischen dem Verbindungspunkt des Kondensators Cd an
der Speiseleitung LS1 und dem positiven Speiseanschluss des Steuerschaltkreises 3 niedrig
ist, ist die in 22 gezeigte
Verbindung äquivalent
zu der oben beschriebenen gewünschten
Verbindung und deshalb innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung.
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23 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem zweiundzwanzigsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des zweiundzwanzigsten
Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch einen internen Isolationswiderstand, einen
internen Filterkondensator und asynchrone Kommutierung. Der schaltende DC-DC-Wandler
entsprechend des zweiundzwanzigsten Ausführungsbeispiels kann als sechster
Typ der Schaltkreisverbindung klassifiziert werden.
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Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend
des zweiundzwanzigsten Ausführungsbeispiels
enthält
einen Filterkondensator Cd zum Verbinden der individuellen Kapazität innerhalb
des Einchip-IC 100 oder zum entsprechenden innenseitigen Verbinden
der parasitären
Kapazität
des Einchip-IC 100. Der Filterkondensator Cd ist verbunden
zwischen den Speiseleitungen LS2 und LG2 des Steuerschaltkreises 3 aus 11. In Kürze, der Filterkondensator
Cd ist verbunden parallel zu dem Steuerschaltkreis 3 einschließlich der
dazugehörigen
passiven Komponenten 4 aus 11.
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24 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem dreiundzwanzigsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des dreiundzwanzigsten
Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch einen externen Isolationswiderstand, einen
externen Filterkondensator und synchrone Kommutierung. Der schaltende DC-DC-Wandler
entsprechend des dreiundzwanzigsten Ausführungsbeispiels kann als sechster
Typ der Schaltkreisverbindung klassifiziert werden.
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Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend
des dreiundzwanzigsten Ausführungsbeispiels
enthält
einen Filterkondensator Cd zum Verbinden der individuellen Kapazität außerhalb
des Einchip-IC 100 oder zum entsprechenden außenseitigen
Verbinden der parasitären
Kapazität
des Einchip-IC 100. Der Filterkondensator Cd ist verbunden zwischen
der negativen Speiseleitungen LG 2 des Steuerschaltkreises 3 aus 12 und der Speiseleitung
LS1 für
den Hauptschaltkreis aus 12 welche
auf dem gleichen Potential wie die positive Speiseleitung LS2 des
Steuerschaltkreises 3 liegt. In Kürze, der Filterkondensator
Cd ist verbunden parallel zu dem Steuerschaltkreis 3 einschließlich der
dazugehörigen
passiven Komponenten 4 aus 12.
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25 ist
ein Blockdiagramm eines schaltenden DC-DC-Wandlers entsprechend
einem vierundzwanzigsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend des vierundzwanzigsten
Ausführungsbeispiels
ist gekennzeichnet durch einen internen Isolationswiderstand, einen
internen Filterkondensator und synchrone Kommutierung. Der schaltende
DC-DC-Wandler entsprechend eines vierundzwanzigsten Ausführungsbeispiels
kann als sechster Typ der Schaltkreisverbindung klassifiziert werden.
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Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend
des vierundzwanzigsten Ausführungsbeispiels enthält einen
Filterkondensator Cd zum Verbinden der individuellen Kapazität innerhalb
des Einchip-IC 100 oder zum entsprechenden innenseitigen
Verbinden der parasitären
Kapazität
des Einchip-IC 100. Der Filterkondensator Cd ist verbunden
mit der positiven Speiseleitung LS2 und LG2 des Steuerschaltkreises 3 aus 13. In Kürze, der Filterkondensator Cd
ist verbunden parallel zu dem Steuerschaltkreis 3 einschließlich der
dazugehörigen
passiven Komponenten 4 aus 13.
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26 ist
ein Diagramm, welches die Reduktionsrate der Störung im Ausgang des Steuerschaltkreises,
erzielt durch die in den 2 bis 13 gezeigten Schaltkreiskonfigurationen,
auf den Isolationswiderstand bezieht. 26 bestätigt, dass
die Störkomponente
durch die Verbindung des Isolationswiderstandes Rd (=R1 + Rd2) eliminiert
ist.
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Der Widerstand Rd von bis zu 100 Ω ist effektiv.
Die Störung
wird bei dem Widerstand von 10 Ω um
ungefähr
95% reduziert, der Steuerschaltkreis 3 ist geschützt vor
Fehlfunktion und der Betrieb des DC-DC-Wandlers ist stabilisiert.
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27 ist
ein Diagramm, welches den Dämpfungsgrad
der Störung,
deren Frequenz 100 MHz beträgt,
welche in den in den 14 bis 25 gezeigten Steuerschaltkreis
fließt,
auf die Zeitkonstante Cd·Rd
bezieht. 27 belegt,
dass die Störkomponente
durch Verbindung des Isolationswiderstandes Rd und der Kapazität Cd eliminiert
wird.
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Bei der Zeitkonstante des Widerstandes
und der Kapazität
Cd·Rd
von ungefähr
4·10–9 s
arbeitet der Steuerschaltkreis 3 normal, ohne nachteilig
durch Störungen
beeinträchtigt
zu werden, und der DC-DC-Wandler arbeitet stabil.
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Der schaltende DC-DC-Wandler entsprechend
der Erfindung, das schließt
einen Einchip-IC beinhaltend einen Steuerschaltkreis mit daran angeschlossenen
zugehörigen
Schaltkreisen, einen Treiber und einen Hauptschalttransistor; eine
Gleichstrom-Leistungsversorgung eines Hauptschaltkreises zum Speisen
von elektrischer Leistung an alle Schaltkreiselemente. Isolationswiderstände (oder
einen Isolationswiderstand), angeordnet in den positiven und negativen
Verdrahtungsteilen (oder im positiven oder negativen Verdrahtungsteil)
des Steuerschaltkreises, und falls notwendig, einen Filterkondensator
verbunden parallel zu dem Steuerschaltkreis, ermöglichen es, einen Störstrom daran
zu hindern, in den Steuerschaltkreis zu fließen, und bewahren den Steuerschaltkreis
vor Fehlfunktionen, speziell unter einer großen Last oder beim Hochgeschwindigkeitsschalten,
und Stabilisieren den Betrieb des DC-DC-Wandlers. Durch zusätzliches
Integrieren des Isolationswiderstandes und der Filterkapazität in den
IC werden die Anzahl der IC-Anschlüsse und die Dimensionen des
gesamten Steuersystems reduziert.