DE60125310T2

DE60125310T2 - Dämpferschaltung und Leistungswandler der diese anwendet

Info

Publication number: DE60125310T2
Application number: DE60125310T
Authority: DE
Inventors: c/o Omron Corporation Yasuhiro Shiokoji-dori Tsubota; c/o Omron Corporation Hideki Shiokoji-dori Kobori; c/o Omron Corporation Katsuya Shiokoji-dori Marumo
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2000-10-17
Filing date: 2001-10-05
Publication date: 2007-07-19
Also published as: DE60125310D1; DE60125310T8; CN1193488C; EP1202440A1; TWI237437B; CA2358835C; KR20020030716A; EP1202440B1; KR100425286B1; US20020044459A1; CA2358835A1; US6507502B2; CN1349297A; ATE349098T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sperrwandler, welcher eine Spannungsdämpfungsschaltung zur Unterdrückung eines Spannungsnachschwingens beim Abschalten eines Schaltelements aufweist.
Beschreibung des Standes der Technik
Bei schaltenden Spannungsversorgungen erfährt ein Schalterelement plötzliche Spannungsänderungen (eine Spannungsnachschwingerscheinung) beim Abschalten des Schalterelements infolge einer Streuinduktivität einer Drosselspule oder einer Primärwicklung eines Umsetzertransformators.
Eine Spannungsunterdrückungsschaltung ist für das hauptsächliche Unterdrücken des Spannungsnachschwingens vorgesehen.
Das Spannungsnachschwingen beim Abschalten des Schalterelements ist besonders groß, wenn die schaltende Spannungsversorgung eine große Streuinduktivität in der Primärwicklung des Wandlertransformators aufweist. Es ist daher bevorzugt, dass die Spannungsunterdrückungsschaltung das Spannungsnachschwingen wirkungsvoller unterdrücken kann.
Bei großer Streuinduktivität hat jedoch die Unterdrückung des Spannungsnachschwingens mit einer herkömmlichen Spannungsdämpfungsschaltung zu einem enormen Leistungsverlust geführt.
Ein Gleichspannungs-Leistungssteuergerät mit einer Spannungsdämpfungsschaltung, die über eine Freilaufdiode und eine Drosselspule desselben angeschlossen ist, ist aus EP-A-0 798 857 bekannt.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Demgemäß ist es eine erste Aufgabe der Erfindung eine Spannungsdämpfungsschaltung zu schaffen, die ein Spannungsnachschwingen beim Abschalten eines Schalterelements bei gleichzeitigem Halten eines Energieverlusts auf einem ausreichend niedrigem Niveau effizient unterdrücken kann.
Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlich werden.
Die vorliegende Erfindung ist wie in Anspruch 1 definiert.
Zu den Schalterelementen gehören nicht nur Schalttransistoren, wie etwa bipolare Transistoren und MOS-Transistoren, sondern auch andere Arten von Schalterelementen.
Zu den Kommutationsdioden gehören Dioden, welche mittels gespeicherter Energie einer magnetischen Komponente leiten, beispielsweise eine in der Sekundärseite eines Transformators einer Rücksprung-Schaltspannungsversorgung angeordnete Gleichrichterdiode.
Bei der ersten Reihenschaltung schließen der Kondensator und die Diode alle direkt oder indirekt in Reihe verbundene Aspekte ein.
Ein Aspekt, bei welchem die erste Reihenschaltung mit der Kommutationsdiode parallel geschaltet ist, schließt alle direkt oder indirekt parallel geschaltete Aspekte ein.
Ein Aspekt, bei welchem der Kondensator innerhalb der ersten Reihenschaltung mit der zur magnetischen Substanz verbindenden Seite der Kommutationsdiode verbunden ist, schließt alle Aspekte, die entweder mit einer Anodenseite oder einer Kathodenseite der Kommutationsdiode direkt oder indirekt verbunden sind, ein.
Ein Verbindungsabschnitt eines Kondensators und einer Diode in der ersten Reihenschaltung schließt alle Aspekte, bei welchen der Kondensator und die Diode direkt oder indirekt verbunden sind, ein.
In der zweiten Reihenschaltung schließen die Spule und die Diode alle direkt oder indirekt verbundenen Aspekte ein.
Ein Aspekt, bei welchem die zweite Reihenschaltung mit einer zur Kommutationsdiode nicht-verbindenden Seite der magnetischen Komponente verbunden ist, schließt alle Aspekte ein, die mit der zur Kommutationsdiode nicht-verbindenden Seite der magnetischen Komponente direkt oder indirekt verbunden sind.
Gemäß der Spannungsdämpfungsschaltung der Erfindung wird in einem Zustand, in dem die Energie voll in dem Kondensator der ersten Reihenschaltung gespeichert ist, beim Abschalten des Schalterelements ein elektrischer Strom im Schalterelement nicht rasch, sondern allmählich kleiner, da die gespeicherte Energie des Kondensators über die magnetische Komponente abgegeben wird.
Folglich ist das Spannungsnachschwingen beim Abschalten des Schalterelements unterdrückt.
In diesem Fall bewirkt, auch wenn die zur Spannungstransformation in einer einen Wandlertransformator verwendenden schaltenden Spannungsversorgung verwendete Spule eine große Streuinduktivität hat, eine Verstärkung der Spannungsunterdrückungseffekte keinen Leistungsverlust, da eine Komponente durch einen Kondensator, eine Diode und eine Spule gebildet ist.
Wie oben erwähnt, kann gemäß der Erfindung das Spannungsnachschwingen beim Abschalten des Schalterelements bei gleichzeitiger deutlicher Unterdrückung des Leistungsverlustes unterdrückt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Aufgaben sowie Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher werden, wobei
1 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer nicht beanspruchten schaltenden Spannungsversorgung zeigt;
2A ein Spannungswellenformdiagramm eines Schalterelements SW1 in der in 1 gezeigten schaltenden Spannungsversorgung ist;
2B ein Stromwellenformdiagramm des Schalterelements SW1 in der in 1 gezeigten schaltenden Spannungsversorgung ist;
2C ein Stromwellenformdiagramm einer gleichrichtenden Diode D1 in der in 1 gezeigten schaltenden Spannungsversorgung ist;
2D ein Spannungswellenformdiagramm einer schaltenden Diode D2 in der schaltenden Spannungsversorgung der 1 ist;
3 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung zeigt, der einer Beschreibung eines Stromverhaltens in jedem Abschnitt unterworfen ist;
4 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung zeigt, der einer Beschreibung eines Stromverhaltens in jedem Abschnitt unterworfen ist;
5 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung zeigt, der einer Beschreibung eines Stromverhaltens in jedem Abschnitt unterworfen ist;
6 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung zeigt, der einer Beschreibung eines Stromverhaltens in jedem Abschnitt unterworfen ist;
7 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung zeigt, der einer Beschreibung eines Stromverhaltens in jedem Abschnitt unterworfen ist;
8 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung zeigt, der einer Beschreibung eines Stromverhaltens in jedem Abschnitt unterworfen ist;
9 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung zeigt, der einer Beschreibung eines Stromverhaltens in jedem Abschnitt unterworfen ist;
10A ein Spannungswellenformdiagramm eines in 3 bis 9 gezeigten Schalterelements SW1 ist;
10B ein Stromwellenformdiagramm eines in 3 bis 9 gezeigten Schalterelements SW1 ist;
10C ein Stromwellenformdiagramm einer in 3 bis 9 gezeigten Kommutationsdiode D2 ist;
10D ein Stromwellenformdiagramm eines in 3 bis 9 gezeigten Kondensators C3 ist;
10E ein Spannungswellenformdiagramm eines in 3 bis 9 gezeigten Kondensators C3 ist;
10F ein Stromwellenformdiagramm einer in 3 bis 9 gezeigten Spule L2 ist;
11 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
12A ein Spannungswellenformdiagramm eines Schalterelements SW1 in der in 11 gezeigten schaltenden Spannungsversorgung ist;
12B ein Stromwellenformdiagramm eines Schalterelements SW1 in der in 11 gezeigten schaltenden Spannungsversorgung ist;
12C ein Stromwellenformdiagramm einer Kommutationsdiode D2 der in 11 gezeigten schaltenden Spannungsversorgung ist;
13 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung zeigt, der einer Beschreibung eines Stromverhaltens in jedem Abschnitt unterworfen ist;
14 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung zeigt, der einer Beschreibung eines Stromverhaltens in jedem Abschnitt unterworfen ist;
15 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung zeigt, der einer Beschreibung eines Stromverhaltens in jedem Abschnitt unterworfen ist;
16 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung zeigt, der einer Beschreibung eines Stromverhaltens in jedem Abschnitt unterworfen ist;
17 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung zeigt, der einer Beschreibung eines Stromverhaltens in jedem Abschnitt unterworfen ist;
18 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung zeigt, der einer Beschreibung eines Stromverhaltens in jedem Abschnitt unterworfen ist;
19 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung zeigt, der einer Beschreibung eines Stromverhaltens in jedem Abschnitt unterworfen ist;
20A ein Spannungswellenformdiagramm eines in 13 bis 19 gezeigten Schalterelements SW1 ist;
20B ein Stromwellenformdiagramm des in 13 bis 19 gezeigten Schalterelements SW1 ist;
20C ein Stromwellenformdiagramm einer in 13 bis 19 gezeigten Kommutationsdiode D2 ist;
20D ein Stromwellenformdiagramm eines in 13 bis 19 gezeigten Kondensators C3 ist;
20E ein Spannungswellenformdiagramm des in 13 bis 19 gezeigten Kondensators C3 ist;
20F ein Stromwellenformdiagramm einer in 13 bis 19 gezeigten Spule L2 ist;
21 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer nicht beanspruchten schaltenden Spannungsversorgung zeigt;
22A ein Spannungswellenformdiagramm eines Schalterelements SW1 in der in 21 gezeigten schaltenden Spannungsversorgung ist;
22B ein Stromwellenformdiagramm des Schalterelements SW1 der in 21 gezeigten schaltenden Spannungsversorgung ist;
22C ein Stromwellenformdiagramm einer Kommutationsdiode D2 der in 21 gezeigten schaltenden Spannungsversorgung ist;
23 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung zeigt, der einer Beschreibung eines Stromverhaltens in jedem Abschnitt unterworfen ist;
24 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung zeigt, der einer Beschreibung eines Stromverhaltens in jedem Abschnitt unterworfen ist;
25 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung zeigt, der einer Beschreibung eines Stromverhaltens in jedem Abschnitt unterworfen ist;
26 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung zeigt, der einer Beschreibung eines Stromverhaltens in jedem Abschnitt unterworfen ist;
27 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung zeigt, der einer Beschreibung eines Stromverhaltens in jedem Abschnitt unterworfen ist;
28 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung zeigt, der einer Beschreibung eines Stromverhaltens in jedem Abschnitt unterworfen ist;
29 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung zeigt, der einer Beschreibung eines Stromverhaltens in jedem Abschnitt unterworfen ist;
30A ein Spannungswellenformdiagramm eines in 23 bis 29 gezeigten Schalterelements SW1 ist;
30B ein Stromwellenformdiagramm des in 23 bis 29 gezeigten Schalterelements SW1 ist;
30C ein Stromwellenformdiagramm einer in 23 bis 29 gezeigten Kommutationsdiode D2 ist;
30D ein Stromwellenformdiagramm eines in 23 bis 29 gezeigten Kondensators C3 ist;
30E ein Spannungswellenformdiagramm des in 23 bis 29 gezeigten Kondensators C3 ist;
30F ein Stromwellenformdiagramm einer in 23 bis 29 gezeigten Spule L2 ist;
31 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer nicht beanspruchten schaltenden Spannungsversorgung zeigt;
32 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer nicht beanspruchten schaltenden Spannungsversorgung zeigt;
33 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer nicht beanspruchten schaltenden Spannungsversorgung zeigt;
34 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
35 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
36 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer schaltenden Spannungsversorgung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
37 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer nicht beanspruchten schaltenden Spannungsversorgung zeigt;
38 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer nicht beanspruchten schaltenden Spannungsversorgung zeigt; und
39 ein Schaltungsdiagramm ist, welches einen Hauptteil einer nicht beanspruchten schaltenden Spannungsversorgung zeigt;
In allen diesen Figuren sind gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine schaltende Spannungsversorgung mit einer Spannungsdämpfungsschaltung wird unter Bezug auf 1 bis 10 beschrieben. Die schaltende Spannungsversorgung hat Vorwärtsschema als ein Beispiel eines Wandler.
Unter Bezug auf 1 glättet ein primärseitiger Glättungskondensator C1 eine daran angelegte vollweggleichgerichtete Spannung. Ein Wandlertransformator T1 enthält eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung, während eine Streuinduktivität in dem Wandlertransformator speziell durch L angegeben ist. Ein Schalterelement SW1 ist durch einen Transistor gebildet und mit der Primärwicklung des Wandlertransformators T1 für ein Ein- und Ausschalten zur Spannungstransformationssteuerung in Reihe geschaltet.
Eine gleichrichtende Diode D1 ist an ihrer Anode mit einem Ende der Sekundärwicklung des Wandlertransformators T1 verbunden. Eine Drosselspule L1 ist mit einer Kathode der gleichrichtenden Diode D1 in Reihe geschaltet. Anders ausgedrückt, ist die Drosselspule L1 mit der Sekundärwicklung des Wandlertransformators T1 über die gleichrichtende Diode D1 indirekt verbunden. Die Drosselspule L1 wirkt als glättende magnetische Substanz durch Speicherung von Energie beim Einschalten des Schalterelements S1 und durch Abgeben der Energie beim Abschalten des Schalterelements S1.
Eine Kommutationsdiode D2 ist mit einem Verbindungsabschnitt von gleichrichtender Diode D1 und Drosselspule L1 verbunden. Die Kommutationsdiode D2 wirkt als Diode, welche die in der Drosselspule L1 gespeicherte Energie abgibt. Ein sekundärseitiger Glättungskondensator C2 ist zu der Drosselspule L1 und der Sekundärwicklung des Wandlertransformators T1 parallel geschaltet.
Die Wirkungsweise der im Vorwärts- bzw. Durchlassschema arbeitenden schaltenden Spannungsversorgung, die im Wesentlichen in der obigen Weise aufgebaut ist, ist bekannt, weshalb eine ausführliche Beschreibung derselben hier weggelassen ist. In diesem Fall hat die schaltende Spannungsversorgung ein Schaltungsschema, welches eine Spannungstransformation zur Gewinnung eines stabilen Stroms oder einer stabilen Spannung ausführt, und enthält typischerweise eine Nachweisschaltung für eine Ausgangsspannung oder eine Steuerschaltung, die stabil eine Ausgangsspannung auf einen konstanten Wert über die Steuerung des Ein- und Aus-Zyklus des Schalterelements SW1 gemäß der festgestellten Spannung steuert, wobei aber diese Schaltungen nicht in den Figuren bei der vorliegenden Ausführungsform gezeigt sind.
Eine Spannungsdämpfungsschaltung 10 enthält eine erste Reihenschaltung 20 aus einem Kondensator C3 und einer Diode D3 und eine zweite Reihenschaltung 30 aus einer Spule L2 und einer Diode D4.
Die erste Reihenschaltung 20 ist zu der Kommutationsdiode D2 parallel geschaltet. In der ersten Reihenschaltung 20 ist der Kondensator C3 mit einer zur Drosselspule verbindenden Seite (zur magnetischen Substanz verbindenden Seite) „a" der Kommutationsdiode D2 verbunden. In diesem Fall entspricht die zur Drosselspule verbindende Seite „a" der Kathodenseite der Kommutationsdiode D2.
Die zweite Reihenschaltung 30 ist zwischen einem Verbindungsabschnitt „b" des Kondensators C3 und der Diode D3 der ersten Reihenschaltung 20 und einer zur Kommutationsdiode nicht verbindenden Seite „c" der Drosselspule L1 verbunden.
Unter Bezug auf 2A bis 2D ändert sich in Spannungs- und Stromwellenformen mit einem Einschalten und Ausschalten des Schalterelements SW1 eine Spannung V_SW1 des Schalterelements SW1 wie in 2A gezeigt. Ein Strom I_SW1 des Schalterelements SW1 ändert sich wie in 2B gezeigt. Ein Strom I_D1 der gleichrichtenden Diode D1 ändert sich wie in 2C gezeigt. Ein Strom I_D2 der Kommutationsdiode D2 ändert sich wie in 2D gezeigt.
Unter Bezug auf 3 und 10A bis 10F wird die Unterdrückung eines Spannungsnachschwingens beim Ausschalten der schaltenden Vorrichtung SW1 anhand von Modus 1 bis Modus 7 beschrieben.
In jedem Modus ist die Stromrichtung durch einen Pfeil angegeben.
10A zeigt die Spannung V_SW1 (Kollektorspannung), die am Schalterelement SW1 anliegt, 10B den Strom I_SW1, der in das Schalterelement SW1 fließt, 10C den Strom I_D2, der in die Kommutationsdiode D2 fließt, 10D den Strom I_C3, der in den Kondensator C3 fließt, 10E die Spannung V_C3, die am Kondensator C3 anliegt, und 10F den Strom I_L2, der in die Spule L2 fließt.
Modus 1
In Modus 1 wird, wie in 3 und 10A bis 10F gezeigt, das Schalterelement SW1 am Beginn von Modus 1 eingeschaltet. Da das Schalterelement SW1 leitet, ist seine Spannung V_SW1 ungefähr null und sein Storm I_SW1 auf einem bestimmten Wert ungefähr konstant.
Der Strom I_D2 der Kommutationsdiode D2 ist null.
Der Storm I_C3 des Kondensators C3 nimmt auf eine negative Seite während einer Zeitdauer, in der die gespeicherte Energiemenge des Kondensators C3 vom Beginn bis auf halbem Weg von Modus 1 klein ist, zu, schaltet auf Abnahme im Verlauf der Zunahme der gespeicherten Energie, und hört auf zu fließen, wenn die gespeicherte Energie des Kondensators C3 am Ende von Modus 1 voll ist.
Die Spannung V_C3 des Kondensators C3 nimmt auf positiv bis zum Ende von Modus 1 zu, und der Strom I_L2 der Wicklung L2 nimmt zu und schaltet dann auf halbem Wege auf Abnahme.
Strom fließt zum Glättungskondensator C2 über einen ersten Weg, der aus der Sekundärwicklung des Wandlertransformators T1, der gleichrichtenden Diode D1 und der Drosselspule L1 besteht, und einen zweiten Weg, der aus dieser Sekundärwicklung, dem Kondensator C3, der Spule L3 und der Diode D4 besteht.
Modus 2
In Modus 2 ändern sich, wie in 4 und 10A bis 10F gezeigt, die Spannung V_SW1 und der Strom I_SW1 des Schalterelements SW1 sowie der Strom I_D2 der Kommutationsdiode D2 überhaupt nicht. Da im Kondensator C3 bereits die Energie gespeichert ist und er sich in einem voll geladenen Zustand befindet, fließt der Strom I_C3 nicht hinein, wodurch die Spannung V_C3 des Kondensators C3 ungefähr konstant ist. Während die Spule L2 den Strom I_L2 als eine Spannungsquelle durch die gespeicherte Energie derselben fließen lässt, nimmt auch dann, wenn der Strom vom Kondensator C3 ausgeschaltet wird, der Strom I_L2 infolge des Abnehmens der Energie derselben allmählich ab.
Strom fließt zum Glättungskondensator C2 über einen ersten Weg, der aus der Sekundärwicklung des Wandlertransformators T1, der gleichrichtenden Diode D1 und der Drosselspule L1 besteht, und einen zweiten Weg, der aus der Diode D3, der Spule L2 und der Diode D4 besteht.
Modus 3
Wie 5 und 10A bis 10F gezeigt, ist, wenn der Modus 3 gestartet wird, das Schalterelement SW1 ausgeschaltet. Infolge des Ausschaltens beginnt die Spannung V_SW1 des Schalterelements SW1 zuzunehmen, während der Strom I_SW1 desselben abzunehmen beginnt.
Ein Strom beginnt in die Drosselspule L1 auch dann zu fließen, wenn der Modus 3 gestartet wird. Ferner leitet die Kommutationsdiode D2 über den Modus 3 hinweg nicht, womit der Strom I_D2 null ist.
Unter den Bedingungen wird, wenn das Schalterelement SW1 abgeschaltet wird, die Spannung der Sekundärwicklung des Wandlertransformators T1 abnehmen. Dadurch ist die im Kondensator T3 gespeicherte Spannung stärker hoch, so dass der Strom I_C3 aus dem Kondensator C3 in die Drosselspule L1 fließt. Der Strom I_C3 nimmt weiter allmählich bis zum Ende von Modus 3 zu.
Da der Strom I_C3 allmählich erhöht wird, nimmt der Strom I_SW1 des Schalterelements SW1 über den Modus 3 hinweg allmählich und gleichmäßig ab. Dementsprechend ist im Modus 3 ein Nachschwingen der Spannung V_SW1 des Schalterelements SW1 unterdrückt.
Strom fließt zum Glättungskondensator C2 über einen ersten Weg, der aus der Sekundärwicklung des Wandlertransformators T1, der gleichrichtenden Diode D1 und der Drosselspule L1 besteht, einen zweiten Weg, der aus der Diode D3, dem Kondensator C3 und der Drossel spule L1 beseht, und einen dritten Weg, der aus der Diode D3, der Spule L2 und der Diode D4 besteht.
Modus 4
Unter Bezug auf 6 und 10A bis 10F kommt es zu keinem Stromfluss in die Drosselspule L1 über die gleichrichtende Diode D1, obwohl sich das Schalterelement SW1 im Zuge des Ausschaltens vom Start bis zur ersten Hälfte von Modus 4 befindet.
Obwohl der Strom I_C3 aus dem Kondensator C3 in die Drosselspule L1 fließt, ist der Strom I_C3 über den Modus 4 hinweg fast konstant. Dementsprechend fließt der Strom I_D2 über den Modus 4 hinweg nicht auch in die Kommutationsdiode D2.
Ein Strom fließt zum Glättungskondensator C2 über einen ersten Weg, der aus der Diode D3, dem Kondensator C3 und der Drosselspule L1 besteht, und einen zweiten Weg, der aus der Diode D3, der Spule L2 und der Diode D4 besteht.
Modus 5
In Modus 5 beginnt, wie in 7 und 10A bis 10F gezeigt, der Strom aus dem Kondensator C3 abnehmend, so dass die Kommunikationsdiode D2 leitet und die Drosselspule L1 als Stromquelle einrichtet, wodurch der Strom I_D2 zu fließen beginnt.
Ein Strom fließt zum Glättungskondensator C2 über einen ersten Weg, der aus der Kommutationsdiode D2 und der Drosselspule L1 besteht, einen zweiten Weg, der aus der Diode D3, dem Kondensator C3 und der Drosselspule L1 besteht, und einen dritten Weg, der aus der Diode D3, der Spule L2 und der Diode D4 besteht.
Modus 6
In Modus 6 beginnt, wie in 8 und 10A bis 10F gezeigt, der Strom I_CS aus dem Kondensator C3 nicht zu fließen, und der Strom I_D2, der in die Kommutationsdiode D2 fließt, ist auch ungefähr konstant.
Ein Strom fließt zum Glättungskondensator C2 über einen ersten Weg, der aus der Kommutationsdiode D2 und der Drosselspule L1 besteht, und einen zweiten Weg, der aus der Diode D3, der Spule L2 und der Diode D4 besteht.
Modus 7
In Modus 7 ist, wie in 9 und 10A bis 10F gezeigt, die Spannung V_SW1 des Schalterelements SW1 auch stabil.
Ein Strom fließt zum Glättungskondensator C2 über einen Weg, der aus der Kommutationsdiode C2 und der Drosselspule L1 besteht. In den oben erwähnten Moden 1 bis 7 ist ein Spannungsnachschwingen beim Abschalten des Schalterelements S2 auch dann unterdrückt, wenn die Primärwicklung des Wandlertransformators T1 eine große Streuinduktivität hat, da der Strom I_SW1 des Schalterelements SW1 in Modus 3 beim Abschalten des Schalterelements SW1 langsam abnimmt.
Außerdem kann, da die Spannungsdämpfungsschaltung 10 durch den Kondensator C3, die Dioden D3 und D4 sowie die Spule L3 gebildet ist, ein Energieverlust in der Spannungsdämpfungsschaltung 10 annähernd verhindert werden.
Die Spannungsdämpfungsschaltung 10 ist in der Sekundärseite der schaltenden Spannungsversorgung vorgesehen, wodurch Komponenten verwendet werden, bei welchen eine Nennspannung und Formabmessungen klein sind.
Unter Bezug auf 11 bis 20 ist die schaltende Spannungsversorgung, wenn eine schaltende Spannungsversorgung mit Rücksprung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschrieben wird, mit einer Spannungsdämpfungsschaltung 10 versehen. Wie bei der oben erwähnten Ausführungsform weist die Spannungsdämpfungsschaltung eine erste Reihenschaltung 20, die aus einem Kondensator C3 und einer Diode D3 besteht, sowie eine zweite Reihenschaltung 30, die aus einer Spule L2 und einer Diode D4 besteht, auf.
Die erste Reihenschaltung 20 ist zur Kommutationsdiode D2 parallel geschaltet.
In der ersten Reihenschaltung 20 ist der Kondensator C3 mit einer zur Sekundärwicklung des Wandlertransformators T1 verbindenden Seite (zur magnetischen Substanz verbindenden Seite) „a" der Kommutationsdiode D2 verbunden.
Die zweite Reichenschaltung 30 ist zwischen einem Verbindungsabschnitt „b" des Kondensators C3 und der Diode D3 der ersten Reihenschaltung 20 und der zur Kommutationsdiode nicht verbindenden Seite „c" der Sekundärwicklung als magnetische Substanz angeschlossen.
Unter Bezug auf 12A bis 12C ändert sich die Spannung V_SW1 des Schalterelements SW1 wie in 12A gezeigt und der Strom I_SW1 desselben wie in 12B gezeigt. Der Storm I_D2 der Kommutationsdiode D2 ändert sich dann wie in 12 C gezeigt.
13 bis 19 zeigen Moden 1 bis 7.
20A bis 20F entsprechen 10A bis 10F.
Modus 1
Wie in 13 und 20A bis 20F gezeigt, wird das Schalterelement SW1 bei Beginn von Modus 1 eingeschaltet. Die Spannung V_SW1 des Schalterelements SW1 ist ungefähr null und der Strom I_SW1 durch das Schalterelement SW1 ist auf einem bestimmten Wert ungefähr konstant. Der Strom I_D2 der Kommutationsdiode D2 ist null.
In der Spannungsdämpfungsschaltung 10 nimmt der Strom I_C3 des Kondensators C3 ins Negative zu, dreht dann auf halbem Wege auf Abnehmen und hört schließlich am Ende von Modus 1 zu fließen auf, zu dem die Energiespeicherungsmenge des Kondensators C3 den Vollzustand annimmt. In den Glättungskondensator C2 fließt kein Strom, da die Kommutationsdiode D2 abgeschaltet ist.
Modus 2
In Modus 2 fließt, wie in 14 und 20A bis 20F gezeigt, der Strom I_C3, da der Kondensator C3 bereits die Energie speichert und sich im voll geladenen Zustand befindet. Die Spule L2 wird durch die darin gespeicherte Energie zu einer Stromquelle und aus ihr fließt ein Strom I_L2. Entsprechend fließt ein Strom zum Glättungskondensator C2 über einen Weg, der aus der Wicklung L2, der Diode D4 und der Diode D3 besteht.
Modus 3
In Modus 3 ist, wie in 15 und 20A bis 20F gezeigt, das Schalterelement SW1 abgeschaltet, beginnt die Spannung V_SW1 des Schalterelements SW1 zunehmend und sein Strom I_SW1 abnehmend.
In diesem Fall wird der Strom I_SW1 infolge des vom Kondensator C3 gelieferten Stroms gleichmäßig und allmählich vom Anfang bis zum Ende von Modus 3 abgesenkt, so dass die Spannung V_SW1 des Schalterelements SW1 mit einem solchen Gradienten zunimmt, dass das Spannungsnachschwingen vom Anfang bis zum Ende von Modus 3 unterdrückt ist.
Dementsprechend fließt ein Strom über einen Weg, der aus der Sekundärwicklung des Wandlertransformators T1, dem Kondensator C3 und der Diode D3 besteht, und einen Weg, der aus der Spule L2, der Diode D4 und der Diode D3 besteht.
Modus 4
Es wird nun auf die 16 und 20A-20F Bezug genommen. In Modus 4 fließt Strom in den Glättungskondensator C2 über einen Weg, der durch die Sekundärwicklung, den Kondensator C3 und die Diode D3 gebildet wird, und einen weiteren Weg, der durch die Spule L2, die Diode D4 und die Diode D3 gebildet wird.
Modus 5
In Modus 5 beginnt, wie in 17 und 20A bis 20F gezeigt, der Strom I_D2 in die Kommutationsdiode D2 zu fließen, während der Strom I_C3 des Kondensators C3 abzunehmen beginnt.
Ein Strom fließt in den Glättungskondensator C2 über einen Weg, der aus der Sekundärwicklung und der Kommutationsdiode D2 besteht, einen Weg, der aus der Sekundärwicklung, dem Kondensator C3 und der Diode D3 besteht, und einen Weg, der aus der Spule L2, der Diode D4 und der Diode D3 besteht.
Modus 6
In Modus 6 fließt, wie in 18 und 20A bis 20F gezeigt, der Strom I_C3 nicht aus dem Kondensator C3, und es fließt ein Strom zum Glättungskondensator C2 über einen Weg, der aus der Sekundärwick lung und der Kommutationsdiode D2 besteht, und einen Weg, der aus der Spule L2, der Diode D4 und der Diode D3 besteht.
Modus 7
In Modus 7 fließt, wie in 19 und 20A bis 20F gezeigt, ein Strom zum Glättungskondensator C2 über einen Weg, der aus der Kommutationsdiode D2 und der Sekundärwicklung besteht.
In der oben erwähnten Ausführungsform ist, wie bei der weiter oben erwähnten Ausführungsform, das Spannungsnachschwingen beim Abschalten des Schalterelements SW1 unterdrückt.
Außerdem kann, da die Spannungsdämpfungsschaltung 10 mit dem Kondensator C3, den Dioden D3 und D4 sowie der Spule L2 versehen ist, der Energieverlust in der Spannungsdämpfungsschaltung 10 annähernd verhindert werden.
Die Spannungsdämpfungsschaltung 10 ist in der Sekundärseite der schaltenden Spannungsversorgung vorgesehen, wodurch Komponenten verwendet werden, bei welchen eine Nennspannung und Formabmessung klein sind.
Unter Bezug auf 21 bis 30 enthält, wenn eine schaltende Spannungsversorgung mit Mittelabgriffinduktorschema beschrieben wird, die schaltende Spannungsversorgung einen primärseitigen Glättungskondensator C1, ein Schalterelement SW1, einen Induktor L3 mit Mittelabgriff, einen sekundärseitigen Glättungskondensator C2, eine Kommutationsdiode D2 sowie eine Spannungsdämpfungsschaltung 10.
Die Arbeitsweise der schaltenden Spannungsversorgung ist bekannt, weshalb ihre Beschreibung weggelassen ist.
Die schaltende Spannungsversorgung ist mit der Spannungsdämpfungsschaltung 10 versehen. Wie bei der oben erwähnten Ausführungsform weist die Spannungsdämpfungsschaltung 10 eine erste Rei henschaltung 20, die aus einem Kondensator C3 und einer Diode D3 beseht, sowie eine zweite Reihenschaltung 30, di aus einer Spule L2 und einer Diode D4 besteht, auf.
Die erste Reihenschaltung 20 ist zu der Kommutationsdiode D2 parallel geschaltet.
In der ersten Reihenschaltung 20 ist der Kondensator C3 mit einer zum Mittelabgriffinduktor verbindenden Seite (zur magnetischen Substanz verbindenden Seite) „a" der Kommutationsdiode D2 verbunden. In diesem Fall entspricht die zur Sekundärwicklung verbindende Seite „a" der Kathodenseite der Kommutationsdiode D2.
Die zweite Reihenschaltung 30 ist zwischen dem Verbindungsabschnitt „b" des Kondensators C3 und der Diode D3 der ersten Reihenschaltung 20 und der zur Kommutationsdiode nicht verbindenden Seite „c" des Mittelabgriffinduktors L3 angeschlossen.
Unter Bezug auf 22A bis 22C ändert sich die Spannung V_SW1 des Schalterelements SW1 wie in 22A gezeigt und ihr Strom I_SW1 wie in 22B gezeigt. Der Strom I_D2 der Kommutationsdiode D2 ändert sich wie in 22C gezeigt.
23 bis 29 zeigen Moden 1 bis 7.
30A bis 30F entsprechen 10A bis 10F.
Modus 1
In Modus 1 wird, wie in 23 und 30A bis 30F gezeigt, das Schalterelement SW1 eingeschaltet. Die Spannung V_SW1 des Schalterelements SW1 ist ungefähr null und der Strom I_SW1 des Schalterelements SW1 auf einem bestimmten Wert ungefähr konstant. Der Strom I_D2 der Kommutationsdiode D2 ist null.
Der Strom I_C3 des Kondensators C3 nimmt ins Negative zu, dreht dann auf Abnahme und hört auf, in den Kondensator C3 zu fließen, wenn die Energiespeichermenge des Kondensators C3 der Vollzustand am Ende von Modus 1 wird.
Modus 2
In Modus 2 sind, wie in 24 und 30A bis 30F gezeigt, die Spannung V_SW1 und der Strom I_SW1 des Schaltelements SW1 sowie der Strom I_D2 der Diode D2 nicht vorhanden. Da der Kondensator D3 bereits die Energie gespeichert hat und sich im voll geladenen Zustand befindet, fließt kein Strom I_C3 in den Kondensator C3.
Modus 3
Wie in 25 und 30A bis 30F gezeigt, ist Modus 3 vollständige Abschaltdauer des Schalterelements SW1. Am Beginn von Modus 3 beginnt die Spannung V_SW1 des Schalterelements SW1 zuzunehmen und sein Strom I_SW1 abzunehmen.
In diesem Fall nimmt der Strom I_SW1 infolge des dem Kondensator C3 zugeführten Stroms gleichmäßig und allmählich vom Anfang bis zum Ende von Modus 3 ab, so dass die Spannung V_SW1 des Schaltelements SW1 mit einem solchen Gradienten zunimmt, dass das Spannungsnachschwingen vom Anfang bis zum Ende von Modus 3 unterdrückt ist.
Modus 4
In Modus 4 fließt, wie in 26 und in 30A bis 30F gezeigt, ein Strom über einen ersten Weg, der aus der Diode D3, dem Kondensator C3 und einer weiteren Spule L32 des Abgriffinduktors L3 besteht, und einen zweiten Weg, der aus der Diode D3, der Spule L2 und der Diode D4 besteht.
Modus 5
In Modus 5 beginnt, wie in 27 und 30A bis 30F gezeigt, der Strom I_D2 in die Kommutationsdiode D2 zu fließen, während der Strom I_C3 des Kondensators C3 abzunehmen beginnt.
Ein Strom fließt in den Glättungskondensator C2 über einen ersten Weg, der aus der Kommutationsdiode D2 und einer weiteren Spule L32 des Mittelabgriffinduktors L3 besteht, einen zweiten Weg, der aus der Diode D3, dem Kondensator C3 und einer weiteren Spule des Mittelabgriffinduktors L3 besteht, sowie einen dritten Weg, der aus der Diode D3, der Spule L2 und der Diode D4 besteht.
Modus 6
In Modus 6 fließt, wie in 28 und 30A bis 30F gezeigt, der Strom I_C3 nicht aus dem Kondensator C3.
Ein Strom fließt zum Glättungskondensator C2 über einen ersten Weg, der aus der Kommutationsdiode D2 und einer weiteren Spule L32 des Mittelabgriffinduktors L3 besteht, und einen zweiten Weg, der aus der Diode D3, der Spule L3 und der Diode D4 besteht.
Modus 7
In Modus 7 fließt, wie in 29 und 30A bis 30F gezeigt, ein Strom in den Glättungskondensator C2 über einen Weg, der aus der Kommutationsdiode D2 und einer weiteren Spule L32 des Mittelabgriffinduktors L3 besteht.
Die vorliegenden Ausführungsformen können den gleichen Arbeitseffekt erzielen, wie er oben erwähnt wurde.
Ferner gehören zu Beispielen für die schaltende Spannungsversorgung mit Vorwärtsschema gemäß der Erfindung solche, wie sie in 31 bis 33 gezeigt sind. Die Erfindung ist gleichermaßen auf diese schaltenden Spannungsversorgungen anwendbar. Die Primärseite des Wandlertransformators T1 ist in 31 bis 33 nicht gezeigt. Ferner ist im Falle der 32 und 33 die Drosselspule L1 direkt mit der Sekundärwicklung des Wandlertransformators D1 verbunden.
Zu Beispielen für die schaltende Spannungsversorgung mit Sperr- bzw. Rücksprungschema gemäß der Erfindung gehören solche, wie sie in 33 bis 36 gezeigt sind. Die Erfindung ist gleichermaßen anwendbar auf diese schaltenden Spannungsversorgungen. Die Primärseite des Wandlertransformators T1 ist in 34 bis 36 nicht gezeigt.
Zu Beispielen für eine schaltende Spannungsversorgung mit Mittelabgriffinduktorschema gehören solche, wie sie in 37 bis 39 gezeigt sind. Das Schalterelement SW1 ist in 37 bis 39 nicht gezeigt.

Claims

Sperrwandler, welcher aufweist: einen Wandlertransformator (T1), welcher eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist und eine Streuinduktivität (L) hat; ein Schalterelement (SW1), welches mit der Primärwicklung des Wandlertransformators in Reihe geschaltet ist, so dass es für eine Leistungstransformationssteuerung arbeitet; eine Kommutationsdiode (D2), welche mit einem Ende der Sekundärwicklung des Wandlertransformators verbunden ist und durch in der Sekundärwicklung gespeicherte Energie leitet; und eine Spannungsdämpfungsschaltung zur Unterdrückung von Spannungsschwankungen bei einem Ausschalten des Schalterelements, wobei die Spannungsdämpfungsschaltung wenigstens eine erste Reihenschaltung, in welcher ein Kondensator (C3) und eine Diode (D3) in Reihe geschaltet sind, und eine zweite Reihenschaltung, in welcher eine Spule (L2) und eine Diode (D4) in Reihe geschaltet sind, aufweist, die erste Reihenschaltung zu der Kommutationsdiode (D2) in einem Zustand parallel geschaltet ist, dass der Kondensator (C3) der ersten Reihenschaltung mit der zu der Sekundärwicklung verbindenden Seite der Kommutationsdiode verbunden ist; und die zweite Reihenschaltung zwischen einem Verbindungsabschnitt des Kondensators (C3) und der Diode (D3) der ersten Reihenschaltung und einer zur Kommutationsdiode nicht verbindenden Seite der Sekundärwicklung angeschlossen ist.