DE602004006098T2

DE602004006098T2 - In reihe geschalteter verlustarmer synchron schaltbarer spannungs-chopper

Info

Publication number: DE602004006098T2
Application number: DE602004006098T
Authority: DE
Inventors: Christophe Thales Intel TAURAND
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2024-01-17
Also published as: FR2852748A1; US20060139021A1; EP1604447A1; FR2852748B1; CA2519074A1; US7135847B2; EP1604447B1; WO2004093305A1; DE602004006098D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Serien-Zerhacker oder auf Englisch „Guck Converter", der es ermöglicht, ausgehend von einer Speisegleichspannung eine andere Gleichspannung geringeren Werts zu erhalten.
Neue elektronische Bauteile werden mit immer schwächeren Spannungen (gegenwärtig 2,5 V, 1,8 V und wahrscheinlich bald 1,2 V und 0,8 V) gespeist, der Leistungsbedarf für sehr geringe Spannungen nimmt zu und wird in Bezug auf die herkömmlichen Spannungen +/–15 V und +5 V mehrheitlich.
Die verbrauchten Ströme werden immer bedeutender, da die durch die Benutzer verbrauchte Leistung immer noch gleich bleibt oder zunimmt (größere Anzahl von Funktionalitäten).
Spannungen unter 3,3 V werden nicht verteilt und werden direkt auf den sie verwendenden Karten eingerichtet. Die Speisung erfolgt immer näher an den Benutzern.
Diese Tendenz zwingt die Lieferanten von Stromspeisungen dazu, Wandler auszuführen, die immer größere Verhältnisse zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung erzeugen.
Die verwendeten Strukturen sind allgemein nicht isolierte Schaltwandler, um hohe Effizienzen und Wandler mit geringen Abmessungen zu erhalten. Diese Wandler können mit einer Struktur vom Typ Abwärtswandler nur schwer bei einer Effizienz von über 90% ein Umwandlungsverhältnis von 10 herstellen.
Um es dem Markt zu ermöglichen, seine Integrationsanforderungen zu erfüllen, müssen eine Bereitstellung dieser neuen Wandler auf immer kleineren Flächen und folglich immer größere Effizienzen ermöglicht werden, um nicht die Größe der Verbraucher zu erhöhen.
Unter den Wandlerstrukturen findet man die Serien-Zerhacker oder „Guck Converter".
1a zeigt ein grundsätzliches Schema eines „Guck Converters".
Die Schaltung von 1a wird mit einer Eingangsgleichspannung Vin gespeist und liefert eine Ausgangsspannung Vout auf einer Last Rout in Parallelschaltung mit einem Kondensator Cout. Ein Schalter 10 ermöglicht das Anlegen entweder des positiven Potentials der Eingangsspannung Vin oder des negativen Potentials während der jeweiligen Zeiten Ton und Toff, auf eine Klemme einer Ausgangs-Drosselspule Lout, die mit ihrer anderen Klemme mit einer der Klemmen des Lastwiderstands Rout verbunden ist. 1b zeigt die Schlusszeit Ton und die Öffnungszeit Toff des Unterbrechers 10. Die andere Klemme des Lastwiderstands Rout ist mit dem negativen Potential der Eingangsspannung Vin verbunden. Nachfolgend wird angenommen, dass das negative Potential von Vin 0 Volt beträgt.
Die Diagramme von 1c, 1d und 1e zeigen das Funktionsprinzip des „Guck Converters".
Es wird angenommen, dass der Schalter 10 mit einer Frequenz geschaltet wird, die der Periode T entspricht, mit T = Ton + Toff (siehe 1C). Die Periode T kann von konstantem oder variablem Wert sein.
Die Spannung VI an den Klemmen der Drosselspule Lout beträgt:
VI = Vin – Vout, während der Zeit Ton und
VI = –Vout, während der Zeit Toff
Die mittlere Spannung Vm der Ausgangsspannung Vout an den Klemmen des Widerstands Rout ist somit als Funktion des Tastverhältnisses Toff/T zwischen Vin und 0 Volt enthalten und ist durch Vm = (Ton/T)·Vin gegeben.
Die Spannung Vout ist auf der Ebene ihres Mittelwerts Vm konstant. Wobei Strom Ilout in der Drosselspule Lout während der Zeiten Ton und Toff die Form von Rampen aufweist. Eine Diode D gewährleistet die Kontinuität des Stroms in der Drosselspule während der Schaltvorgänge.
Im Diagramm von 1c wird Ton = T/2 und folglich Vout = Vin/2 dargestellt.
Die Diagramme der 1d und 1e zeigen jeweils zwei Spannungsmittelwerte Vm1 und Vm2 an den Klemmen des Lastwiderstands Rout für zwei Werte der Zeit Ton:

– im Diagramm der 1d: Ton/T = 0,9 und,
– im Diagramm von 1e: Ton/T = 0,1.

Mit anderen Worten, wenn Ton/T gering ist, ist die Energie, die durch die Stromspeisungsquelle während des kurzen Moments Ton geliefert wird, gering, wodurch eine geringe mittlere Spannung an den Klemmen der Last erzeugt wird, und im Gegensatz dazu ist die Last, wenn Ton nahe der Periode T ist, nahezu ständig mit der Stromspeisungsquelle verbunden und die mittlere Ausgangsspannung ist nahe der Eingangsgleichspannung.
In einen anderen Typ von Funktionsweise des „Guck Converters" wird die Zeit Ton konstant gehalten und die Schaltfrequenz, das heißt die Schaltperiode T, wird geändert, um das Verhältnis Ton/T variabel zu machen.
In der Praxis werden die Unterbrecher durch zwei Halbleiter in Reihenschaltung ausgeführt, zum Beispiel zwei MOS-Unterbrecher, die durch komplementäre Signale mit der Frequenz 1/T gesteuert werden.
Die Serien-Zerhacker des Standes der Technik weisen gleichwohl Einschränkungen auf. Tatsächlich ist ein Tastverhältnis Ton/T von 0,1 ein Minimum, das heute mit annehmbaren Leistungen bei Effizienz und Zuverlässigkeit erreicht werden kann. Wenn aber eine Ausgangsspannung erhalten werden soll, die niedriger als ein Zehntel der Eingangsspannung betragen soll, sind die Leitungszeiten Ton des Halbleiters, der der Last die Energie liefert, sehr kurz und die Steuerung der Unterbrecher wird sehr schwierig. Des Weiteren erreichen die Ströme in den Halbleitern, wenn die Ausgangsspannung für eine gleiche der Last gelieferte Leistung abnimmt, einen beträchtlichen Betrag, der an den Grenzen ihrer Möglichkeiten liegt, womit ein Effizienzverlust des Wandlers einhergeht.
Ein anderes Mittel zum Erreichen eines Verhältnisses zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung, das erheblich höher als 10 liegt, besteht darin, eine Spannungsabwärtswandlungs-Vorrichtung auszuführen, die zwei Zerhacker in Kaskadenschaltung aufweist. In dieser Vorrichtung wird die Ausgangsspannung eines ersten Zerhackers auf den Eingang eines zweiten Zerhackers angelegt. So kann man Verhältnisse zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung erhalten, die viel höher sind als diejenigen, die durch einen einzigen Zerhacker erhalten werden. Dennoch weist eine solche Abwärtswandlungsvorrichtung, die zwei Zerhacker in Kaskadenschaltung aufweist, eine viel geringere Gesamteffizienz und höhere Ausführungskosten auf als ein einziger Zerhacker. Die Patentschrift JP 03 235 657 zeigt einen Zerhacker mit den Eigenschaften des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Zur Behebung der Nachteile der Serien-Zerhacker des Standes der Technik schlägt die Erfindung einen Serien-Zerhacker vor, der Folgendes aufweist:

– ein Paar von Eingangsklemmen A und B, um eine Eingangsgleichspannung Vin zwischen diesen beiden Klemmen anzuschließen, wobei das Potential der Klemme A höher ist als das Potential der Klemme B;
– ein Paar P_0 von Unterbrechern SB, SH in Reihenschaltung, das vom Unterbrecher SB mit der Eingangsklemme B verbunden ist, wobei jeder Unterbrecher SB, SH einen Steuereingang aufweist, um gleichzeitig, der eine in einen leitenden Zustand durch das Anlegen eines ersten Steuersignals an seinen Steuereingang, der andere in einen isolierten Zustand durch das Anlegen eines zweiten Steuersignals komplementär zum ersten an seinen Steuereingang, gebracht zu werden;
– ein Paar von Ausgangsklemmen C und D, um eine Last Rout mit einer Ausgangsspannung Vout zu speisen, wobei die Ausgangsklemme D mit der Eingangsklemme B und die Ausgangsklemme C mit dem Verbindungspunkt zwischen den zwei Unterbrechern SB und SH in Reihenschaltung über eine Filterdrosselspule Lout verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass er aufweist:
– K weitere zusätzliche Paare P_1, P_2, ... P_i, ..., P_K – 1, P_K von Unterbrechern in Reihenschaltung zwischen der Eingangsklemme A und dem Unterbrecher SH des Paars P_0, mit i = 1, 2, ... K – 1, K, wobei die zwei Unterbrecher eines gleichen zusätzlichen Paars P_i in Reihenschaltung über eine Energierückgewinnungs-Drosselspule Lr_i verbunden sind;
– K Eingangsgruppen Gin_1, Gin_2, ... Gin_i, ... Gin_K – 1, Gin_K von Ni Kondensatoren C gleichen Werts in Reihenschaltung mit i = 1, 2, ... K – 1, K und Ni = (K + 1) – i, wobei die Elektrode der Kondensatoren eines der zwei Enden jeder Eingangsgruppe Gin_1, Gin_2, ... Gin_i, ... Gin_K – 1, Gin_K mit der Eingangsklemme A verbunden ist, wobei mindestens die Elektrode der Kondensatoren jedes der anderen Enden der Eingangsgruppen Gin_1, Gin_2, ... Gin_i, ... Gin_K – 1, Gin_K je mit dem Verbindungspunkt zwischen zwei Paaren von aufeinanderfolgenden Unterbrechern P_(i – 1) und P_i verbunden ist;
– K Ausgangsgruppen Gout_1, Gout_2, ... Gout_i, ... Gout_K – 1, Gout_K von Mi Kondensatoren C gleichen Werts in Reihenschaltung, mit i = 1, 2, K und Mi = i, wobei die Elektrode der Kondensatoren eines der zwei Enden jeder Ausgangsgruppe Gout_1, Gout_2, ..., Gout_i, ... Gout_K – i, Gout_K mit dem gemeinsamen Punkt zwischen den zwei Unterbrechern des Paars PC verbunden ist, wobei mindestens die Elektrode der Kondensatoren jedes der anderen Enden der Ausgangsgruppen Gout_1, Gout_2, ... Gout_i, ... Gout_K je mit dem gemeinsamen Punkt zwischen jedem Unterbrecher SH_i und der Wiedergewinnungs-Drosselspule Lr_i des entsprechenden Paars P_i gleichen Rangs i verbunden ist,

Die Spannung Vout am Ausgang des Zerhackers ist eine Funktion des Tastverhältnisses Ton/T, und da die Kondensatoren C der Netze einen gleichen Wert aufweisen, ist die Spannung Vout durch das folgende Verhältnis gegeben:
Vout = Vin·(Ton/T)·1/(K + 1) mit einer Pendelfrequenz der Eingangsspannung Vin der Periode T = Ton + Toff.
Die Erfindung wird anhand der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die indexierten Zeichnungen besser verstanden werden, in denen:
die bereits beschriebene 1a ein grundsätzliches Schema eines Serien-Zerhackers zur Spannungsabwärtswandlung darstellt;
1b, 1c, 1d und 1e Steuerungszustandsdiagramme des Zerhackers von 1a zeigen;
2 die allgemeine Struktur des erfindungsgemäßen Zerhackers zeigt, der K Paare von zusätzlichen Unterbrechern aufweist;
3 eine Struktur eines Serien-Zerhackers zeigt, der zwei Paare von Unterbrechern ohne die Rückgewinnungs-Drosselspulen Lr_1 aufweist;
4 den Zerhacker von 3 in einer realistischeren Ausgestaltung zeigt;
5 die Verluste in Watt für den Fall zeigt, in dem der Zerhacker von 3 durch eine perfekte Spannungsquelle und durch eine reelle Quelle gespeist wird;
6 die Kurven der Verluste in Watt für unterschiedliche Ausgangsspannungen Vout des Zerhackers von 4 zeigt;
7 die Schwankungen bei den Leistungsverlusten von 5, ausgedrückt in Prozent der durch den Zerhacker gelieferten Leistung, zeigt;
8 die Schwankungen bei den Leistungsverlusten von 6, ausgedrückt in Prozent der durch den Zerhacker gelieferten Leistung, zeigt;
9a einen erfindungsgemäßen Zerhacker in einer Struktur, die zwei Paare von Unterbrechern aufweist, und in der realistischeren Ausgestaltung von 4 zeigt;
10 ein gleichartiges Schema des erfindungsgemäßen Zerhackers von 9a während der Periode Toff zeigt;
11 die Steuersignale der Unterbrecher des Zerhackers von 9a während der Zeiten Toff und Ton zeigt;
12 die Schwankung des Stroms Ilr_1 in der Energierückgewinnungs-Drosselspule Lr_1 während der Zeit Toff zeigt;
13 den Energieraum in der Rückgewinnungs-Drosselspule Lr_1 und in den Kondensatoren Ce, Cs des Zerhackers zeigt;
14 die Schwankung des Spannungswerts Vin an den Klemmen des erfindungsgemäßen Zerhackers zeigt;
15 und 16 zwei praktische Strukturen des erfindungsgemäßen Serien-Zerhackers darstellen;
17 eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Serien-Zerhackers von 9a darstellt.
2 zeigt die allgemeine Struktur des erfindungsgemäßen Zerhackers, der K Paare von zusätzlichen Unterbrechern aufweist. Der Zerhacker von 2 weist des Weiteren die Rückstromdiode D an den Klemmen des Unterbrechers SB, dessen Anode auf der Seite der Klemmen B und D verbunden ist, und einen Ausgangsfilterungs-Kondensator Cout in Parallelschaltung auf der Last Rout zwischen den Ausgangsklemmen C und D auf.
In der allgemeinen Struktur des erfindungsgemäßen Zerhackers von 2 weisen die Spannungen Vc an den Klemmen der Kondensatoren der Eingangsgruppen oder der Ausgangsgruppen einen gleichen kontinuierlichen Wert auf, so können die Kondensatoren, die sich auf einer gleichen Potentialebene befinden, untereinander verbunden werden.
Zur Erklärung der Verbesserung der Effizienz des erfindungsgemäßen Serien-Zerhackers, die durch die Rückgewinnungs-Drosselspulen Lr_i gewährt wird, die in einem ersten Teil dieser Erklärung zwischen den zwei Unterbrechern von jedem der zusätzlichen Paare verbunden sind, zeigt 3 eine Struktur eines Serien-Zerhackers, der zwei Paare von Unterbrechern ohne die Rückgewinnungs-Drosselspulen Lr_i aufweist, wobei die Unterbrecher jedes Paares in diesem Fall direkt in Reihe verbunden sind, wobei von der Speisespannung Vin angenommen wird, dass sie von einem perfekten Generator Ep geliefert wird, dessen Spannung unabhängig vom abfließenden Strom ist.
Der Zerhacker von 3 weist zwei Paare P_0 und P_1 auf, wobei jedes der Paare zwei in Reihenschaltung verbundene Unterbrecher aufweist, die Unterbrecher SB, SH für das Paar P_0 und die Unterbrecher SB_1, SH_1 für das zusätzliche Paar P_1. Jeder Unterbrecher eines Paars weist einen Steuereingang auf, um gleichzeitig, der eine in einen leitenden Zustand durch das Anlegen eines ersten Steuersignals C1 an seinen Steuereingang, der andere in einen isolierten Zustand durch das Anlegen eines zweiten Steuersignals C2 komplementär zum ersten an seinen Steuereingang gebracht zu werden.
Zur Erklärung der Funktionsweise des Zerhackers von 3 wird der Kondensator der Eingangsgruppe Gin mit Ce und der Kondensator der Ausgangsgruppe Gout mit Cs bezeichnet.
Zu Beginn der leitenden Phase der Unterbrecher SH und SH_1 von jedem der zwei Paare, sind die Spannung Vce an den Klemmen des Eingangskondensators Ce und die Spannung Vcs an den Klemmen des Ausgangskondensators Cs gleich Vin/2, wobei Ce und Cs den gleichen Wert gleich C1 aufweisen.
Am Ende der leitenden Phase sind Vce und Vcs immer noch gleich aber ihre Werte werden: Vce = Vcs = Vin2 + 1C1 ·Iout2 ·tonmit Iout Strom im Lastwiderstand Rout des Zerhackers Ton Leitungszeit von SH und SH_1.
Während der nachfolgenden leitenden Phase der Unterbrecher SB und SB_1 der zwei Paare (Toff) kehrt die Summe der Spannungen an den Klemmen der Kondensatoren Ce und Cs zum gleichen Wert zurück, mit: Vce = Vce = Vin2
Somit ist ein Energieverlust aufgrund der Wiederherstellung des Widerstandsgleichgewichts der Kondensatoren Ce und Cs durch die Unterbrecher SB und SB_1 vorhanden.
Die Verluste aus dieser Wiederherstellung des Gleichgewichts nehmen mit dem abgegebenen Strom Iout und mit dem Tastverhältnis zu.
Diese Verluste sind durch die Beziehung (1) geben:
mit:
Vin = 32 Volt
Vout = 5 Volt
Iout = 10 Ampere
C1 = 10 Mikrofarad
F = 350 KHz
Die Verluste betragen 1,163 Watt für eine Ausgangsleistung von 50 Watt, das heißt ungefähr 2,3% der Ausgangsleistung.
4 zeigt den Zerhacker von 3 in einer realistischeren Ausgestaltung. Tatsächlich weist die Stromspeisung des Zerhackers den Spannungsgenerator Ep in Reihenschaltung mit einer Eingangsdrosselspule Lin der Stromspeisungsanschlüsse und einen Eingangsfilterungs-Kondensator Cin in Parallelschaltung mit den zwei Eingangsklemmen A und B des Zerhackers auf.
In dieser Ausgestaltung von 4 wird während der leitenden Phase der Unterbrecher SH und SH_1 der gleiche Anstieg der Spannung Vce und Vcs auf den entsprechenden Kondensatoren Ce und Cs beobachtet, mit des Weiteren einer Verringerung der Spannung an den Klemmen des Eingangskondensators Cin von: ΔVcin = –IoutCin ·ton
Beim Schließen von SB und SB_1 erfolgt auch eine Wiederherstellung des Widerstands- und somit des Abführgleichgewichts von Cin, Ce und Cs.
Die Verluste bei der Wiederherstellung des Gleichgewichts im Fall des realistischeren Zerhackers von 4 sind gegeben durch die Gleichung (2):
mit:
Vin = 32 Volt
Vout = 5 Volt
Iout = 10 Ampere
Cin = 6 Mikrofarad
C1 = 6 Mikrofarad
F = 350 KHz
Die Verluste betragen für eine Ausgangsleistung von 50 Watt 3,1 Watt, das heißt etwa 6,2% der Ausgangsleistung, somit ein Verlust, der drei Mal höher ist als im Fall der Schaltung mit perfekter Stromspeisung von 3.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Grenzwert dieser Gleichung (2), wenn Cin gegen unendlich tendiert, die Gleichung einer perfekten Eingangsspannung Vin ist. In der Praxis sind wir durch die Größe und die Kosten des Eingangsfilterungs-Kondensators Cin eingeschränkt. Wir werden daher in der Praxis einen Verlust haben, der drei Mal höher ist als im theoretischen Fall, der in 3 dargestellt wird.
Dieses Ergebnis mit K = 1 kann auf Zerhacker, die mehr als ein zusätzliches Paar aufweisen, verallgemeinert werden.
5 zeigt die Verluste P(w) in Watt als Funktion des Ausgangsstroms Iout in der Last Rout für eine Spannung Vout von 5 Volt.
Die Kurve Cp(w) von 5 stellt die Verluste in Watt im Fall des Zerhackers von 3 dar, der durch eine perfekte Spannungsquelle gespeist wird. Die Kurve Cr(w) der gleichen 5 stellt die Verluste in Watt im Fall des realistischeren Zerhackers von 4 dar.
7 zeigt die Schwankungen der Leistungsverluste von 5, ausgedrückt in Prozent der Leistung, die durch den Zerhacker geliefert wird. Kurven Cp(%) und Cr(%).
Im Fall von 5 und 7 werden die Verluste P(w) für die Werte der folgenden Parameter berechnet:
Vin = 32 Volt
Vout = 5 Volt
Iout = 10 Ampere
Cin = 6 Mikrofarad
C1 = 6 Mikrofarad
F = 350 KHz, wobei F die Pendelfrequenz des Zerhackers ist.
6 zeigt die Kurven der Verluste P(w) in Watt für die unterschiedlichen Ausgangsspannungen Vout des realistischeren Zerhackers von 4, wobei die anderen Parameter identisch mit denjenigen der Ausführung von 3 sind.
8 zeigt die Leistungsverlustschwankungen von 6, ausgedrückt in Prozent der durch den Zerhacker gelieferten Leistung.
9a zeigt einen erfindungsgemäßen Zerhacker in einer Struktur, die zwei Paare von Unterbrechern aufweist, und in der realistischeren Ausgestaltung von 4 auf der Ebene der Stromspeisung. Die Stromspeisung, die die Speisespannung Vin des Zerhackers liefert, weist den Spannungsgenerator Ep in Reihenschaltung mit der Eingangsdrosselspule Lin und den Filterungskondensator Cin in Parallelschaltung zwischen den zwei Eingangsklemmen A und B des Zerhackers auf.
Der Zerhacker von 9a weist das Paar P_0, auf, das die zwei Unterbrecher SB und SH aufweist, die in Reihenschaltung mit dem zusätzlichen Paar P_1 verbunden sind, das die zwei Unterbrecher SB_1 und SH_1 aufweist, die in Reihenschaltung über eine Energierückgewinnungs-Drosselspule Lr_1 verbunden sind.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Serien-Zerhackers von 9a erklärt.
10 zeigt ein gleichwertiges Schema des erfindungsgemäßen Zerhackers von 9a während der Periode Toff, die der leitenden Periode der Unterbrecher der zwei Paare SB und SB_1 entspricht. Während dieser Zeit Toff sind die Unterbrecher SB und SB_1 geschlossen, die Unterbrecher SH und SH_1 sind geöffnet, und der Eingangskondensator Cin ist in Parallelschaltung mit den zwei Kondensatoren Ce und Cs in Reihenschaltung mit der Rückgewinnungs-Drosselspule Lr_1 verbunden.
Die Rückgewinnungs-Drosselspule Lr_1 wird berechnet, um eine Resonanz des Schwingkreises von 10 zu erhalten, wie: Toff = π√Lr_1·Ceq mit
Es wird berücksichtigt, dass Toff konstant und etwa gleich die Halbperiode der Resonanzfrequenz der gleichwertigen Schaltung von 10 ist.
11 zeigt die Steuersignale der Unterbrecher des Zerhackers von 9a während der Zeiten Toff und Ton.
12 zeigt die Schwankung des Stroms Ilr_1 in der Energierückgewinnungs-Drosselspule Lr_1 sowie die Summe der Spannungen (Vce + Vcs) an den Klemmen der entsprechenden Kondensatoren Ce und Cs während der Zeit Toff.
Zur Zeit t1 während des Übergangs von Ton zu Toff ist der Strom in der Drosselspule gleich null, die Spannung (Vce + Vcs) an den Klemmen der Kondensatoren Ce und Cs ist höher als der Mittelwert Vinm von Vin und nimmt ab, indem er den Mittelwert von Vin durchquert, der Strom in der Drosselspule nimmt zu, indem die magnetische Energie gespeichert wird, durchquert einen Maximalwert, wenn (Vce + Vcs) den Mittelwert von Vin durchquert, dann nimmt der Strom bis auf einen Wert null ab, der dem Ende von Toff entspricht, wobei den Kondensatoren Cs und Cs die Energie zurückgegeben wird. Da der Strom in der Drosselspule null wird, steigert sich die Summe der Spannungen (Vce + Vcs) während der Zeit Ton über einen Mittelwert von Vin, dann beginnt der Zyklus wieder am Anfang von Toff.
13 stellt den Energieraum in der Wiedergewinnungs-Drosselspule Lr_1 und in den Kondensatoren Ce, Cs des Zerhackers dar. Die Achse der Abszissen stellt die Energie der Kondensatoren Wc, die Achse der Ordinaten die Energie in der Drosselspule Wlr_1, die Energieschwankung zwischen der Drosselspule und den Kondensatoren, die während der Zeit Toff auftritt, dar. Während dieser Phase Toff erzeugt die Energieschwankung in den Kondensatoren und in der Drosselspule eine schwache Schwankung des Mittelwerts der Spannung Vin. Die Energie wird von den Kondensatoren zur Rückgewinnungs-Drosselspule übertragen und dann an die Kondensatoren zurückgegeben.
Die Abstimmung der Schaltung des Zerhackers bei der Betriebsfrequenz mit der Rückgewinnungs-Drosselspule Lr_1 vermindert die Widerstandsverluste in der Schaltung des erfindungsgemäßen Serien-Zerhackers in beträchtlichem Maße. Der Betrag dieser Verluste wird praktisch null.
14 zeigt die Schwankung des Werts der Spannung Vin an den Klemmen des erfindungsgemäßen Zerhackers.
Während der Zeit Toff schwankt die Spannung Vin gemäß (Vcs + Vce), von +Δv zu –Δv, dann schwankt die Spannung als Funktion des Ausgangsstroms Iout von –Δv zu Δv, wobei diese Schwankung durch das Verhältnis (3) gegeben ist: Iout2 ·dtC1
Außerdem weist der Serien-Zerhacker, der in 9a dargestellt wird, in Parallelschaltung mit dem Paar P_1 eine Diode Sc_1 in Reihenschaltung mit einer Impedanz Z_1 auf, um den erfindungsgemäßen Zerhacker zuverlässiger zu machen, wobei die Anode der Diode Sc_1 mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Paar P_1 und dem unteren Paar P_0 verbunden ist, wobei der gemeinsame Punkt zwischen der Kathode der Diode Sc_1 und der Impedanz Z_1 mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Unterbrecher SB_1 und der Rückgewinnungs-Drosselspule Lr_1 verbunden ist.
Tatsächlich stellt Toff in der Praxis die Resonanz-Halbperiode der der 10 gleichwertigen Schaltung nicht auf perfekte Weise dar, die Impedanz Z1 ermöglicht das Abführen des Reststroms und das Schützen der Unterbrecher, die allgemein MOS-Transistoren sind. Die Diode Sc_1 ist eine „Freilauf"-Diode.
Diese Verbesserung des Zerhackers von 9a ist im allgemeinen Fall anwendbar, so weist jedes zusätzliche Paar P_1 des erfindungsgemäßen Zerhackers in Parallelschaltung eine Diode Sc_i in Reihenschaltung mit einer Impedanz Z_i auf, wobei die Anode der Diode Sc_1 mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Paar P_i und dem unteren Paar P_i – 1 verbunden ist, wobei der gemeinsame Punkt zwischen der Kathode der Diode Sc_i und der Impedanz Z_i mit dem gemeinsamen Punkt zwischen dem Unterbrecher SB_i und der Rückgewinnungs-Drosselspule Lr_i verbunden ist.
Die Impedanz Z_i weist in einer ersten Version, die in 9b gezeigt wird, eine Diode Dd in Reihenschaltung mit einem Widerstand r auf, wobei die Anode der Diode Dd in der Schaltung des Zerhackers mit der Kathode der Diode Sc_i verbunden ist, und in einer zweiten Version, die in 9c gezeigt wird, weist die Impedanz Z_i die Diode Dd in Reihenschaltung mit einer Zener-Diode Dz auf, wobei die zwei Kathoden der Diode Dd und die Zener-Diode Dz untereinander verbunden sind, wobei die Anode der Diode Dd in der Schaltung des Zerhackers mit der Kathode der Diode Sc_i verbunden ist.
Die „Freilauf"-Dioden Sc_1, Sc_i, wobei die Diode D die Kontinuität des Stroms in der Ausgangsdrosselspule Lout gewährleistet, und die Dioden Dd der Impedanzen Z_i können für bestimmte Ausführungen des Zerhackers Siliciumdioden, für andere Ausführungen Schottky-Dioden sein.
Die Erklärung der Funktionsweise des Serien-Zerhackers, der die Wiedergewinnungs-Drosselspule Lr_1 mit zwei Paaren (K = 1) aufweist, bleibt für eine beliebige Anzahl von K zusätzlichen Paaren gültig. Tatsächlich sind die Ströme in den unterschiedlichen Paaren P_i und in der entsprechenden Wiedergewinnungs-Drosselspule Lr_i die gleichen, wobei die Anzahl von Elementarkondensatoren C in den Gruppen, die durch die Unterbrecher in Reihe geschaltet werden, die gleiche ist.
Diese allgemeine Struktur, die in 2 dargestellt ist, ermöglicht das einfache Ausführen unterschiedlicher anderer praktischer Strukturen und das direkte Bestimmen des Werts der Kondensatoren in jedem Eingangs- oder Ausgangszweig.
Tatsächlich sind die Spannungen Vc an den Klemmen von jedem der Kondensatoren in der allgemeinen Struktur von 2, die Kondensatoren C gleichen Werts aufweisen, wie bereits erwähnt, für die Eingangsgruppen gleich und für die Ausgangsgruppen gleich, und deshalb können die Kondensatoren einer gleichen Potentialebene teilweise oder ganz parallel geschaltet werden.
Die Kondensatoren einer gleichen Potentialebene Nin_1 sind zum Beispiel alle diejenigen der Eingangsgruppen Gin_1, Gin-2, ..., Gin_i, ... Gin_K – 1, Gin_K, die eine Elektrode aufweisen, die mit der Eingangsklemme A verbunden ist, von einer Potentialebene Nin_2, alle diejenigen, die über eine Elektrode mit freien Elektroden der Kondensatoren der Ebene Nin_1 und über die andere Elektrode mit denjenigen der nächsten Ebene Nin_3 und so weiter bis zur Ebene Nin_K verbunden sind.
Des Gleichen haben wir für die Kondensatoren der Ausgangsgruppen die Ebene Nout_1 für alle diejenigen der Ausgangsgruppen Gout_1, Gout_2, ... Gout_i, Gout_K – 1, Gout_K, die am gemeinsamen Punkt zwischen den zwei Unterbrechern des Paars P_0 verbunden sind, von einer Potentialebene Nout_2, alle diejenigen, die durch eine Elektrode mit den freien Elektroden der Kondensatoren der Ebene Nout_1, und durch die andere Elektrode mit denjenigen der nachfolgenden Ebene Nout_3 und so weiter bis zur Ebene Nout_K verbunden sind.
Die gepunkteten Linien im Schema von 2 stellen die möglichen Verbindungen zwischen den Kondensatoren C gleichen Werts dar.
In einer ersten praktischen Struktur, die in 15 dargestellt wird, die keine Verbindung zwischen den Kondensatoren einer gleichen Potentialebene aufweist, weist jede der Eingangs- Gin_i oder Ausgangsgruppen Gout_i je einen einzigen Kondensator Cea_1, Cea_2; ... Cea_i... Cea_K für die Eingangsgruppe Gin_i und Csa_i, Csa_2; Csa_i ... Csa_K für die Ausgangsgruppen Gout_i auf. Der Wert jedes dieser Eingangskondensatoren Cea_i leitet sich einfach durch die allgemeine Struktur durch die Berechnung der aus Ni = (K + 1) – 1 Kondensatoren C in Reihenschaltung resultierenden Kapazität ab, mit i = 1, 2, ... K, wobei i die Ordnung der betrachteten Eingangsgruppe ist:
Cea_1 = C/K i = 1
Cea_2 = C/(K – 1) i = 2
...
Cea_i = C/((K + 1) – i) i
...
Cea_K = C i = K
Der Wert jedes dieser Ausgangskondensatoren Csa_i leitet sich einfach durch die allgemeine Struktur durch die Berechnung der aus Mi = i Kondensatoren C in Reihenschaltung resultierenden Kapazität ab, wobei i die Ordnung der betrachteten Ausgangsgruppe ist:
Csa_1 = C i = 1
Csa_2 = C/2 i = 2
...
Csa_i = C/i i
...
Csa_K = C/K i = K
In einer zweiten praktischen Struktur, die in 16 dargestellt ist, die Verbindungen zwischen den Kondensatoren einer gleichen Potentialebene Nv (Kondensatoren in Parallelschaltung) aufweist, weist die Struktur eine einzige Gruppe von Eingangskondensatoren Gin und eine einzige Gruppe von Ausgangskondensatoren Gout auf. Der Eingangskondensator jeder der Potentialebenen Nin_i, wobei i die Ordnung des betrachteten Eingangspotentials ist, in Parallelschaltung mit seinem jeweiligen Paar P_i wird einfach durch Berechnung der Kapazität Ceb_i äquivalent zu den parallelgeschalteten Kondensatoren der betrachteten Ebene Nin_i abgeleitet, d.h.:
Ceb_1 = C·K i = 1
Ceb_2 = C·(K – 1) i = 2
...
Ceb_i = C·((K + 1) – i) i
...
Ceb_K = C i = K
Die Ausgangskapazität jeder der Potentialebenen Nout_i in Parallelschaltung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Paaren P_i, P_i – 1 wird einfach durch Berechnung der Kapazität Csb_i äquivalent zu den Kapazitäten in Parallelschaltung der betrachteten Ebene Nout_i abgeleitet, wobei i die Ordnung der betrachteten Potentialebene am Ausgang ist, d.h.:
Csb_1 = C·K i = 1
Csb_2 = C·(K – 1) i = 2
...
Csb_i = C·((K + 1) – 1) i
...
Csb_K = C i = K
In anderen Ausführungen können die zwei Typen von praktischen Ausführungen selbstverständlich kombiniert werden, indem Kondensatoren für bestimmte Gruppen parallelgeschaltet und für andere Gruppen in Reihe geschaltet werden.
17 stellt eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Serien-Zerhackers von 9a dar.
In dieser Abwandlung wird die Wiedergewinnungs-Drosselspule Lr_1 durch einen Transformator Tr_1 ersetzt, dessen Primärwicklung anstatt der Wiedergewinnungs-Drosselspule zwischen den zwei Unterbrechern des ersten zusätzlichen Paars P_1 verbunden ist, wobei die Sekundärwicklung einerseits mit den Klemmen B und D des Zerhackers und andererseits über eine Zener-Diode Zb_1, deren Kathode mit der Eingangsklemme A verbunden ist, mit der Eingangsklemme A verbunden ist.
In dieser Abwandlung erfolgt der Transfer der in der Drosselspule des Transformators Tr_1 gespeicherten Energie zur Stromspeisungsquelle (Kondensator Cin) und nicht zu den Verbindungskondensatoren C, wie im Fall der Ausführung von 9a.
In einem allgemeinen Fall ist die Ausführung von 17 auf einen Zerhacker anwendbar, der mehr als ein zusätzliches Paar aufweist, dann weist der Zerhacker K Wiedergewinnungstransformatoren auf, wobei die Primärwicklung eines Transformators der Ordnung Tr_i zwischen den zwei Unterbrechern des zusätzlichen Paars P_i verbunden ist, wobei die Sekundärwicklung einerseits mit den Klemmen B und D des Zerhackers und andererseits über eine Zener-Diode Zb_i, deren Kathode mit der Eingangsklemme A verbunden ist, mit der Eingangsklemme A verbunden ist.
In einer anderen Abwandlung erfolgt der Transfer der in der Wiedergewinnungs-Drosselspule gespeicherten Energie zur Ausgangslast Rout, wobei der erfindungsgemäße Zerhacker K Wiedergewinnungstransformatoren aufweist, wobei die Primärwicklung eines Transformators der Ordnung Tr_i zwischen den zwei Unterbrechern des zusätzlichen Paars P_i verbunden ist, wobei die Sekundärwicklung einerseits mit den Klemmen B und D des Zerhackers und andererseits über eine Zener-Diode Zb_i, deren Kathode mit dem Ausgangswiderstand verbunden ist, mit dem Ausgangswiderstand Rout verbunden ist, wobei der Transfer von Energie, die in der Wiedergewinnungs-Drosselspule gespeichert ist, zur Ausgangslast Rout erfolgt.
Der erfindungsgemäße Serien-Zerhacker ermöglicht das Erhalten von Effizienzen, die erheblich über den Effizienzen der Zerhacker des Standes der Technik liegen, mit Spannungsverhältnissen Vout/Vin unter 1/10. Praktisch werden Effizienzen erhalten, die in Bezug auf den Serien-Zerhacker des Standes der Technik um 6% besser sind, mit Strukturen, die an die unterschiedlichen industriellen Fälle angepasst und leicht ausgeführt werden können.

Claims

Serien-Zerhacker, der aufweist: – ein Paar von Eingangsklemmen (A und B) mit einer ersten (A) und einer zweiten (B) Eingangsklemme, um eine Eingangsgleichspannung (Vin) zwischen diesen beiden Klemmen anzuschließen, wobei das Potential der ersten Klemme (A) höher ist als das Potential der zweiten Klemme (B); – ein erstes Paar (P_O) von Unterbrechern (SB, SH) in Reihenschaltung, das vom ersten Unterbrecher (SB) mit der zweiten Eingangsklemme (B) verbunden wird, wobei jeder Unterbrecher (SB, SH) einen Steuereingang aufweist, um gleichzeitig, der eine in einen leitenden Zustand durch das Anlegen eines ersten Steuersignals an seinen Steuereingang, der zweite in einen isolierten Zustand durch das Anlegen eines zweiten Steuersignals komplementär zum ersten an seinen Steuereingang, gebracht zu werden; – ein Paar von Ausgangsklemmen (C und D) mit einer ersten (C) und einer zweiten (D) Ausgangsklemme, um eine Last (Rout) mit einer Ausgangsspannung (Vout) zu speisen, wobei die zweite Ausgangsklemme (D) mit der zweiten Eingangsklemme (B) und die erste Ausgangsklemme (C) mit dem Verbindungspunkt zwischen den zwei Unterbrechern des ersten Paars (SB und SH) in Reihenschaltung über eine Filterdrosselspule (Lout) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass er aufweist: – K weitere zusätzliche Paare (P_1, P_2, ..., P_i, ..., P_K – 1, P_K) von Unterbrechern in Reihenschaltung zwischen der ersten Eingangsklemme (A) und einem zweiten Unterbrecher (SH) des ersten Paars (P_O), wobei die zwei Unterbrecher des gleichen zusätzlichen Paars (P_1) in Reihenschaltung über eine Energierückgewinnungs-Drosselspule (Lr_i) verbunden sind; – K Eingangsgruppen (Gin_1, Gin_2, ..., Gin_i, ..., Gin_K – 1, Gin_K) von Ni Kondensatoren (C) gleichen Werts in Reihenschaltung, mit Ni = (K + 1) – i und i = 1, 2, ..., K – 1, K, wobei die Elektrode der Kondensatoren eines der zwei Enden jeder Eingangsgruppe (Gin_1, Gin_2, ..., Gin_i, ..., Gin_K –1, Gin_K) mit der ersten Eingangsklemme (A) verbunden ist, wobei mindestens die Elektrode der Kondensatoren jedes der anderen Enden der Eingangsgruppen (Gin_1, Gin_2, ..., Gin_i, ..., Gin_K – 1, Gin_K) je mit dem Verbindungspunkt zwischen zwei zusätzlichen Paaren von aufeinanderfolgenden Unterbrechern (P_(i – 1) und P_i) verbunden ist; – K Ausgangsgruppen (Gout_1, Gout_2, ..., Gout_i, Gout_K – 1, Gout_K) von Mi Kondensatoren (C) gleichen Werts in Reihenschaltung, mit i = 1, 2, K und Mi = i, wobei die Elektrode der Kondensatoren eines der zwei Enden jeder Ausgangsgruppe (Gout_1, Gout_2, ..., Gout_i, ..., Gout_K – 1, Gout_K) mit dem gemeinsamen Punkt zwischen den zwei Unterbrechern des ersten Paars (P_0) verbunden ist, wobei mindestens die Elektrode der Kondensatoren jedes der anderen Enden der Ausgangsgruppen (Gout_1, Gout_2, ..., Gout_i, ..., Gout_K) je mit dem gemeinsamen Punkt zwischen jedem zweiten Unterbrecher (SH_i) und der Wiedergewinnungs-Drosselspule jedes zusätzlichen Paars von Unterbrechern (Lr_i) des entsprechenden Paars (P_i) gleichen Rangs (i) verbunden ist, dass die Unterbrecher dieser anderen K zusätzlichen Paare gleichzeitig von den ersten und zweiten komplementären Steuersignalen gesteuert werden, die, wenn der erste Unterbrecher (SB) des ersten Paars (P_0), der mit der zweiten Eingangsklemme (B) verbunden ist, während einer Zeit Toff in den leitenden Zustand gesteuert wird, ein erstes Netz von Kondensatoren bilden, das zwischen den Eingangsklemmen verbunden ist, die die Gruppen von Eingangskondensatoren in Reihenschaltung mit den Gruppen von Ausgangskondensatoren aufweisen, derart, dass eine Gruppe von Eingangskondensatoren (Gin_i) über seine Energiewiedergewinnungs-Drosselspule (Lr_i), mit seiner Gruppe von Ausgangskondensatoren (Gout_i) in Reihe geschaltet ist, und dass, wenn der erste Unterbrecher (SB) des ersten Paars (P_0), der mit der zweiten Eingangsklemme (B) verbunden ist, während einer Zeit Ton in den isolierten Zustand gesteuert wird, während der zweite Unterbrecher (SH) in den leitenden Zustand gesteuert wird, diese anderen K Paare von zusätzlichen Unterbrechern ein zweites Netz von Kondensatoren bilden, das zwischen der ersten Eingangsklemme (A) und der Ausgangs-Filterdrosselspule (Lout) verbunden ist, die die erste Gruppe von Eingangskondensatoren (Gin_1) in Parallelschaltung mit der letzten Gruppe von Ausgangskondensatoren (Gout_K) in Parallelschaltung mit Eingangskondensatorgruppen in Reihe mit Ausgangskondensatorgruppen aufweist, derart, dass eine Gruppe von Eingangskondensatoren (Gin_i) mit einer Gruppe von Ausgangskondensatoren (Gout_(i – 1)) in Reihe geschaltet ist.
Serien-Zerhacker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes zusätzliche Paar von Unterbrechern (P_i) des Zerhackers in Parallelschaltung eine erste Diode (Sc_i) in Reihe mit einer zugehörigen Impedanz (Z_i) aufweist, wobei die Anode der Diode (Sc_i) mit dem Verbindungspunkt zwischen dem betroffenen Paar (P_i) und dem unteren Paar (P_i – 1) verbunden ist, wobei der gemeinsame Punkt zwischen der Kathode der Diode (Sc_i) und der zugeordneten Impedanz (Z_i) mit dem gemeinsamen Punkt zwischen dem ersten Unterbrecher des betroffenen Paars (SB i) und der dem betroffenen Paar zugeordneten Wiedergewinnungs-Drosselspule (Lr_i) verbunden ist.
Serien-Zerhacker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz (Z_i) eine zweite Diode (Dd) in Reihenschaltung mit einem Widerstand (r) aufweist, wobei die Anode der zweiten Diode (Dd) in der Schaltung des Zerhackers mit der Kathode der ersten Diode (Sc_i) jedes zusätzlichen Paars verbunden ist.
Serien-Zerhacker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz (Z_i) die zweite Diode (Dd) in Reihe mit einer Zener-Diode (Dz) aufweist, wobei die zwei Kathoden der zweiten Diode (Dd) und der Zener-Diode (Dz) miteinander verbunden sind, wobei die Anode der zweiten Diode (Dd) in der Schaltung des Zerhackers mit der Kathode der ersten Diode (Sc_i) verbunden ist.
Serien-Zerhacker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er keine Verbindung zwischen den Kondensatoren der gleichen Potentialebene aufweist, wobei jede der Gruppen von Eingangs- (Gin_i) oder Ausgangskondensatoren (Gout_i) je einen einzigen Kondensator (Cea_1, Cea_2, ..., Cea_i, ..., Ce_K) für die Eingangsgruppe (Gin_i) und (Csa_1, Csa_2, ..., Csa_i, ..., Csa_K) für die Ausgangsgruppen (Gout_i) aufweist, und dass der Wert jedes dieser Eingangskondensatoren Ce_i sich durch die Berechnung der aus Ni = (K + 1) – i Kondensatoren C in Reihenschaltung resultierenden Kapazität ableitet, mit i = 1, 2, ..., K, wobei i die Ordnung der betrachteten Eingangsgruppe ist: Cea_1 = C/K i = 1 Cea_2 = C/(K – 1) i = 2 ... Cea_i = C/((K + 1) – i) i ... Cea_K = C i = K dass der Wert jedes dieser Ausgangskondensatoren Csa_i sich durch die Berechnung der aus Mi = i Kondensatoren C in Reihenschaltung resultierenden Kapazität ableitet, wobei i die Ordnung der betrachteten Ausgangsgruppe ist: Csa_1 = C i = 1 Csa_2 = C/2 i = 2 ... Csa_i = C/i i ... Csa_K = C/K i = K
Serien-Zerhacker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er Verbindungen zwischen den Kondensatoren der gleichen Potentialebene (Nv) aufweist, wobei die Struktur eine einzige Gruppe von Eingangskondensatoren (Gin) und eine einzige Gruppe von Ausgangskondensatoren (Gout) aufweist, wobei der Eingangskondensator jeder der Potentialebenen (Nin_i) am Eingang mit ihrem jeweiligen zusätzlichen Paar von Unterbrechern (P_i) in Parallelschaltung durch die Berechnung der Kapazität Ceb_i äquivalent zu den parallelgeschalteten Kondensatoren der betrachteten Ebene (Nin_i) abgeleitet wird, d.h.: Ceb_1 = C·K i = 1 Ceb_2 = C·(K – 1) i = 2 ... Ceb_i = C·((K + 1) – 1) i ... Ceb_K = C i = K wobei i die Ordnung der betrachteten Potentialebene am Eingang ist, dass der Ausgangskondensator jeder der Potentialebenen am Ausgang (Nout_i) in Parallelschaltung zwischen zwei aufeinanderfolgenden zusätzlichen Paaren (P_i, P_i – 1) abgeleitet wird durch Berechnung der Kapazität Csb_i äquivalent zu den parallelgeschalteten Kondensatoren der betrachteten Ebene (Nout_i) am Ausgang, d.h.: Csb_1 = C·K i = 1 Csb_2 = C·(K – 1) i = 2 ... Csb_i = C·((K + 1) – i) i ... Csb_K = C i = k wobei i die Ordnung der betrachteten Potentialebene am Ausgang ist.
Serien-Zerhacker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er Kombinationen von Kondensatoren in Parallelschaltung für bestimmte Gruppen und in Reihenschaltung für andere aufweist.
Serien-Zerhacker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er K Wiedergewinnungstransformatoren aufweist, wobei die Primärwicklung jedes Transformators (Tr_i) zwischen den zwei Unterbrechern jedes zusätzlichen Paars von Unterbrechern (P_i) verbunden ist, während die Sekundärwicklung einerseits mit der zweiten Eingangsklemme und mit der zweiten Ausgangsklemme (B und D) des Zerhackers und andererseits mit der ersten Eingangsklemme (A) über eine Zener-Diode (Zb_i) verbunden ist, deren Kathode mit der ersten Eingangsklemme (A) verbunden ist.
Serien-Zerhacker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er K Wiedergewinnungstransformatoren aufweist, wobei die Primärwicklung jedes Transformators (TR_i) zwischen den zwei Unterbrechern jedes zusätzlichen Paars von Unterbrechern (P_i) verbunden ist, während die Sekundärwicklung einerseits mit der zweiten Eingangsklemme und mit der zweiten Ausgangsklemme (B und D) des Zerhackers und andererseits mit der Last (Rout) über eine Zener-Diode (Zb_i) verbunden ist, deren Kathode mit der Last verbunden ist, wobei der Transfer der in der Drosselspule gespeicherten Energie zur Last (Rout) erfolgt.
Serien-Zerhacker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Diode (D) der Stromrückkehr zu den Klemmen des ersten Unterbrechers (SB) der zweiten Eingangsklemme und der zweiten Ausgangsklemme aufweist, deren Anode auf der Seite des ersten Paars von Unterbrechern (B und D) verbunden ist, und einen Ausgangsfilterungs-Kondensator (Cout) in Parallelschaltung auf der Last (Rout) zwischen den Ausgangsklemmen (C und D) aufweist.
Serien-Zerhacker nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten "Freilauf"-Dioden, die den zusätzlichen Paaren von Unterbrechern (Sc_1, ..., Sc_i) zugeordnet sind, die Diode (D) der Stromrückkehr zu dem Klemmen des ersten Unterbrechers des ersten Paars von Unterbrechern, die die Stromkontinuität in der Ausgangsdrosselspule (Lout) gewährleistet, und die Dioden (Dd) der Impedanzen, die jedem zusätzlichen Paar von Unterbrechern (Z_i) zugeordnet sind, Siliciumdioden sind.
Serien-Zerhacker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten "Freilauf"-Dioden, die den zusätzlichen Paaren von Unterbrechern (Sc_1, ..., Sc_i) zugeordnet sind, wobei die Diode (D) der Stromrückkehr zu den Klemmen des ersten Unterbrechers des ersten Paars von Unterbrechern die Stromkontinuität in der Ausgangsdrosselspule (Lout) gewährleistet, und die Dioden (Dd) der Impedanzen, die jedem zusätzlichen Paar von Unterbrechern (Z_i) zugeordnet sind, Schottky-Dioden sind.