KR20210035886A - 전압 변환기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 입력 직류 전압 (Ue) 을 상기 입력 직류 전압 (Ue) 에 비하여 낮은 출력 직류 전압 (Ua) 으로 감소시키기 위한, 스텝다운 변환기로서 형성된 전압 변환기 (1) 에 관한 것이며, 상기 전압 변환기는: - 제 1 제어 입력 (Ugh) 을 갖는 제 1 반도체 스위칭 소자 (Qh) 와, 제 1 프리휠링 다이오드 (Dh) 를 갖는 제 1 결합된 인덕터 (Lsh) 와, 제 1 입력 커패시터 (Cph) 와, 제 1 출력 커패시터 (Csh) 를 포함하는 제 1 스텝다운 변환기-회로 배열체 (2); - 제 2 제어 입력 (Ugl) 을 갖는 제 2 반도체 스위칭 소자 (Ql) 와, 제 2 프리휠링 다이오드 (Dl) 를 갖는 제 2 결합된 인덕터 (Lsl) 와, 제 2 입력 커패시터 (Cpl) 와, 제 2 출력 커패시터 (Csl) 를 포함하는 제 2 스텝다운 변환기-회로 배열체 (3) 를 포함한다. 본 발명은 또한 이러한 전압 변환기 (1) 를 제어하기 위한 관련 제어 장치 (12) 에 관한 것이다.
Description
본 발명은 입력 직류 전압을 상기 입력 직류 전압에 비하여 낮은 출력 직류 전압으로 감소시키기 위한, 스텝다운 변환기 (step-down converter) 로서 형성된 전압 변환기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 전압 변환기를 제어하기 위한 관련 제어 장치에 관한 것이다.
2개의 일차 코일과 하나의 이차 코일을 갖는 트랜스포머 (transformer) 를 포함하는 전압 변환기가 US 2011/0194317 A1 로부터 알려져 있다. 상기 변환기는 직류 입력을 구비하고, 이에 대해 병렬로 커패시터 뱅크 (capacitor bank) 를 구비하고, 상기 커패시터 뱅크는 2개의 커패시터를 포함한다. 각각의 일차 코일에 스위치가 할당된다. 제 1 또는 제 2 일차 코일을 제어하기 위해, 게이트-드라이버-피드백 모듈은 펄스폭 변조된 신호를 출력한다. 게이트-제어 스위치는 상기 펄스폭 변조된 신호의 도움으로 제 1 및 제 2 스위치를 제어한다. 논리 제어 모듈은 상기 2개의 커패시터 중 어느 것이 보다 높은 전압을 갖는지 파악하고, 상기 펄스폭 변조된 신호의 도움으로 관련 일차 코일의 스위치를 제어한다. 상기 언급된 전압 변환기는 플라이백 변환기이고, 상기 플라이백 변환기에 있어서 전형적인 장단점을 초래하고, 예컨대 입력측과 출력측 사이의 갈바닉 분리 (galvanic separation), 그리고 최대 약 250 W 로의, 통례적으로 의미 있게 구현 가능한 전력의 제한을 초래한다.
본 발명의 목적은 비용 절감적인 회로 구성에도 불구하고 높은 효율을 갖는, 스텝다운 변환기로서 형성된 전압 변환기를 만들어내는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따르면, 입력 직류 전압을 상기 입력 직류 전압에 비하여 낮은 출력 직류 전압으로 감소시키기 위한, 스텝다운 변환기로서 형성된 전압 변환기로서, 상기 전압 변환기는
- 제 1 제어 입력을 갖는 제 1 반도체 스위칭 소자와, 제 1 프리휠링 다이오드를 갖는 제 1 결합된 (coupled) 인덕터 (choke) 와, 제 1 입력 커패시터와, 제 1 출력 커패시터를 포함하는 제 1 스텝다운 변환기-회로 배열체,
- 제 2 제어 입력을 갖는 제 2 반도체 스위칭 소자와, 제 2 프리휠링 다이오드를 갖는 제 2 결합된 인덕터와, 제 2 입력 커패시터와, 제 2 출력 커패시터를 포함하는 제 2 스텝다운 변환기-회로 배열체를 포함하고,
상기 제 1 스텝다운 변환기-회로 배열체의 상기 제 1 입력 커패시터와 상기 제 2 스텝다운 변환기-회로 배열체의 상기 제 2 입력 커패시터는 입력 전압을 서로 나누기 위해 직렬로 배열되고, 상기 제 1 반도체 스위칭 소자와 상기 제 1 프리휠링 다이오드는 직렬로 배열되고, 상기 제 2 반도체 스위칭 소자와 상기 제 2 프리휠링 다이오드는 직렬로 배열되고, 상기 제 1 프리휠링 다이오드와 상기 제 2 프리휠링 다이오드는 상기 각각 할당된 반도체 스위칭 소자의 개방된 상태에 있어서 상기 제 1 결합된 인덕터의 그리고 상기 제 2 결합된 인덕터의 과전압 (overvoltage) 으로부터 회로를 보호하기 위해, 그리고/또는 상기 제 1 결합된 인덕터의 그리고 상기 제 2 결합된 인덕터의 자속 (magnetic flux) 의 감소 동안 상기 제 1 결합된 인덕터의 그리고 상기 제 2 결합된 인덕터의 전류 흐름 (current flow) 을 가능하게 하기 위해 형성되고, 상기 제 1 결합된 인덕터와 상기 제 2 결합된 인덕터는 서로 트랜스포머 결합되고 (transformer coupled), 상기 제 1 출력 커패시터와 상기 제 2 출력 커패시터는 직렬로 배열되고 분압기 (voltage divider) 를 형성하고, 상기 제 1 스텝다운 변환기-회로 배열체와 상기 제 2 스텝다운 변환기-회로 배열체는 제 1 저항과 제 2 저항을 구비하는 하나의 공동의 피드백 분압기 (feedback voltage divider) 를 구비하는, 상기 전압 변환기를 통해 달성된다.
전압 변환기는 일반적으로, 특정한 전위 (potential) 의 입력 전압을 상기 입력 전압에서 벗어나는 전위를 갖는 출력 전압으로 변환하기 위해 형성된다. 예컨대, 전압 변환기는 직류 전압 변환기일 수 있고, 상기 직류 전압 변환기는 커패시터와 같은, 에너지를 전달하는 적어도 하나의 구성요소와 하나의 인덕턴스 (inductance) 를 구비하거나 또는 하나의 커패시터와 적어도 하나의 인덕턴스를 구비한다. 직류 전압 변환기는 특히 적어도 하나의 인덕턴스를 구비하는 스텝다운 변환기일 수 있다. 스텝다운 변환기 또는 감압 변환기는 보다 높은 입력 전압을 보다 낮은 출력 전압으로 변환한다.
상기 입력 직류 전압은, 예컨대 정류된 (rectified) 3상 전원 (three-phase mains) 으로부터 또는 정류된 단상 전원 (single-phase mains) 으로부터 또는 중간 회로 (intermediate circuit) 로부터 또는 직류 전압 전원으로부터 인출되는 전압일 수 있다.
상기 출력 직류 전압은 입력 전압에 대해 전위에 있어서 그리고/또는 시간적 진행에 있어서 변경된 전압일 수 있다. 상기 출력 직류 전압은 특히 상기 입력 직류 전압보다 작은 전위를 가질 수 있다.
상기 스텝다운 변환기-회로 배열체는 그 자체가 알려져 있는 스텝다운 변환기에 근거를 두고 있다. 하지만 상기 전압 변환기는 본 발명에 따르면 2개의 별도의 스텝다운 변환기-회로 배열체들을 구비하고, 상기 스텝다운 변환기-회로 배열체들은 회로 기술적으로 연결된다.
상기 반도체 스위칭 소자는 트랜지스터 (transistor) 로서 형성될 수 있고, 상기 트랜지스터는 예컨대 바이폴라 트랜지스터 (bipolar transistor) 또는 전계효과 트랜지스터 (field-effect transistor), 또는 절연된 게이트-전극 (IGBT) 을 갖는 바이폴라 트랜지스터일 수 있다. 특히, 상기 트랜지스터는 규소로 제조될 수 있는 MOSFET (금속-산화물-반도체-전계효과 트랜지스터) 일 수 있다.
본 발명에 따른 회로에 있어서, 상기 제 1 결합된 인덕터와 상기 제 2 결합된 인덕터가 서로 트랜스포머 결합되는 것이 제공된다. 상기 트랜스포머 결합 (transformer coupling) 은 상기 결합된 두 인덕터에서의 전압들의 밸런싱이 달성되는 식으로 이용될 수 있다. 상기 밸런싱은 상기 제 1 결합된 인덕터에서 그리고 상기 제 2 결합된 인덕터에서 각각, 동일한 전위를 갖는 전압이 유도되는 것을 가능하게 한다. 또한, 상기 트랜스포머 결합은 상기 제 1 결합된 인덕터와 상기 제 2 결합된 인덕터를 자화할 때 (magnetize) 그리고/또는 자기를 없앨 때 (demagnetize) 전압 변경들의 시간적 진행을 밸런싱할 수 있다.
상기 입력 직류 전압은, 분압기로서 상기 입력 직류 전압에 대해 직렬로 접속된 상기 제 1 입력 커패시와 상기 제 2 입력 커패시터에 가능한 한 균일하게 분배된다. 상기 전압 변환기의 스위치 온 기간 (switch-on durtation) 과 스위치 오프 기간 (switch-off duration) 은 사전 규정된 출력 직류 전압이 발생되는 식으로 조절된다. 이를 위해, 상기 출력 직류 전압은 상기 스위치 온 기간 동안은 상기 입력 직류 전압으로부터 전기를 공급받고 상기 스위치 오프 기간 동안은, 4개의 인덕터의 감소되는 자기장들 (magnetic fields) 로부터 전기를 공급받는다.
균일한 분배에 있어서, 상기 입력 직류 전압은 상기 제 1 반도체 소자의 그리고 상기 제 2 반도체 스위칭 소자의 스위치 온 기간 동안 절반은 상기 제 1 스텝다운 변환기-회로 배열체에 인가되고, 다른 절반은 상기 제 2 스텝다운 변환기-회로 배열체에 인가된다. 상기 전압 변환기의 스위치 온 기간 동안 인덕터들은 각각 자기장을 생성하고, 상기 제 1 스텝다운 변환기-회로 배열체의 그리고 상기 제 2 스텝다운 변환기-회로 배열체의 출력 전압들은 상기 제 1 출력 커패시터에 그리고 상기 제 2 출력 커패시터에 인가되고, 각각 절반씩 상기 방출되어야 하는 출력 직류 전압을 규정한다. 상기 제 1 스텝다운 변환기-회로 배열체의 그리고 상기 제 2 스텝다운 변환기-회로 배열체의 각각 하나의 결합된 인덕터의 상기 트랜스포머 결합을 통해, 허용오차들에도 불구하고, 각각 적어도 거의 동일한 출력 전압이 상기 제 1 스텝다운 변환기-회로 배열체에 그리고 상기 제 2 스텝다운 변환기-회로 배열체에 인가된다. 상기 제 1 스텝다운 변환기-회로 배열체의 그리고 상기 제 2 스텝다운 변환기-회로 배열체의 출력 전압들은 상기 제 1 출력 커패시터와 상기 제 2 출력 커패시터의 직렬 접속을 통하여 가산되고, 뒤따르는 회로에 방출될 수 있다.
상기 반도체 스위칭 소자들의 스위치 오프 기간 동안, 상기 각각의 제 1 프리휠링 다이오드와 제 2 프리휠링 다이오드를 통해 가능해진 전류 흐름은 인덕터들 안의 감소되는 자기장을 통해 유지된다. 상기 입력 직류 전압은 이 작동상태에서 상기 출력 직류 전압의 발생에 참여하지 않는다.
요약하자면, 기능은 마찬가지로 다음과 같이 기술될 수 있다: 상기 스텝다운 변환기-회로 배열체가 2중으로 존재하면 그리고 직렬로 접속되면 (이때 직렬로 배열된 상기 제 1 스텝다운 변환기-회로 배열체와 상기 제 2 스텝다운 변환기-회로 배열체는 유리하게는 거울에 비춰진 배열로 (mirrored) 구성된다), 직렬로 접속된 제 1 반도체 스위칭 소자와 제 2 반도체 스위칭 소자의, 또한 직렬로 접속된 제 1 입력 커패시터와 제 2 입력 커패시터의 그리고 직렬로 접속된 제 1 출력 커패시터와 제 2 출력 커패시터의 동기식 (synchronous) 작동방식이 이루어진다.
이상적으로는, 상기 입력 직류 전압은 균일하게 상기 제 1 입력 커패시터와 상기 제 2 커패시터에 분배되고, 또한 상기 전압 변환기의 그 밖의 전자적 구성요소들에 분배된다. 이는 기생 효과들 (parasitic effects) 을 갖는 실제의 부품들에 있어서는 완전히 그러하지는 않는데, 왜냐하면 예컨대 상기 제 1 결합된 인덕터의 그리고/또는 상기 제 2 결합된 인덕터의 허용오차들 및/또는 상기 제 1 반도체 스위칭 소자의 그리고 상기 제 2 반도체 스위칭 소자의 서로 다른 스위칭 시간들이, 완전히 동기식인 거동에 대립하기 때문이다.
그렇기 때문에 조치로서는 무엇보다도, 필요해진 인덕턴스가 감압 변환기마다 2개의 결합된 인덕터를 가지고 실현되고, 이때 상기 두 감압 변환기의 상기 결합된 두 인덕터가 하나의 공동의 자심을 통하여 트랜스포머 결합되는 배열을 선택하는 것이 제안된다.
전압 밸런싱을 이해하기 위해서는 우선, 자기를 없애는 과정이 고려될 수 있다. 자기를 없애는 동안 제 1 프리휠링 다이오드와 제 2 프리휠링 다이오드는 전도적으로 (conductively) 작동되고, 제 1 반도체 스위치와 제 2 반도체 스위치는 비전도적으로 작동된다. 그러므로 회로는 스위치 오프 기간의 상태에 있다. 또한, 결합되지 않은 두 인덕터는 이상적인 회로를 이해하기 위해 무시된다.
상기 제 1 감압 변환기의 그리고 상기 제 2 감압 변환기의 트랜스포머 결합을 근거로, 상기 결합된 각각의 인덕터들의 전압들은 크기가 같다. 제 2 키르히호프의 법칙의, 메쉬 법칙 (mesh rule) 의 물리적 관련을 통해, 상기 제 1 감압 변환기의 결합된 인덕터들의 전압은 제 1 프리휠링 다이오드를 통하여 제 1 출력 커패시터에도 인가되고, 이때 제 1 프리휠링 다이오드에서의 전압 감소는 거의 0 이다. 그러므로 제 1 출력 커패시터에서의 전압은 상기 제 1 감압 변환기의 결합된 인덕터의 전압에 적어도 거의 상응한다.
상기 제 2 감압 변환기의 결합된 인덕터의 전압은 제 2 프리휠링 다이오드를 통하여 제 2 출력 커패시터에 인가되고, 이때 제 2 프리휠링 다이오드에서의 전압 감소는 거의 0 이다. 그러므로 제 2 출력 커패시터에서의 전압은 상기 제 2 감압 변환기의 결합된 인덕터의 전압에 거의 상응한다.
본 발명에 따르면, 상기 제 1 출력 커패시터의 그리고 상기 제 2 출력 커패시터의 전압들은 이에 따라 상기 제 1 결합된 인덕터의 그리고 상기 제 2 결합된 인덕터의 트랜스포머 결합을 통하여 적어도 거의 밸런싱된다. 상기 제 1 출력 커패시터의 그리고 상기 제 2 출력 커패시터의 전압들의 합계는 상기 전압 변환기의 출력 직류 전압을 발생시킨다.
자화 (magnetization) 동안 제 1 프리휠링 다이오드와 제 2 프리휠링 다이오드는 비전도적으로 작동되고, 제 1 반도체 스위치와 제 2 반도체 스위치는 전도적으로 작동된다. 그러므로 회로는 스위치 온 기간의 상태에 있다.
상기 제 1 입력 커패시터를 통한 전압은 상기 제 1 입력 커패시터의, 상기 제 1 반도체 스위칭 소자의, 상기 제 1 결합된 인덕터의 그리고 상기 제 1 출력 커패시터의 회로에서 메쉬 법칙 때문에, 상기 제 1 결합된 인덕터의 그리고 상기 제 1 출력 커패시터의 전압과 거의 같다. 상기 제 2 입력 커패시터를 통한 전압은 상기 제 2 입력 커패시터의, 상기 제 2 반도체 스위칭 소자의, 상기 제 2 결합된 인덕터의 그리고 상기 제 2 출력 커패시터의 회로에서 메쉬 법칙 때문에, 상기 제 2 결합된 인덕터의 그리고 상기 제 2 출력 커패시터의 전압과 거의 같다. 그러므로, 스위치 오프 기간 동안 성취된, 상기 제 1 출력 커패시터를 통한 그리고 상기 제 2 출력 커패시터를 통한 전압들의 근사적 밸런싱 때문에, 그리고 상기 결합된 두 제 1 인덕터와 제 2 인덕터에서의 트랜스포머 작용 (transformer effect) 때문에, 상기 입력 커패시터들을 통한 전압도 거의 균일하게 분배되고, 상기 전압의 합계는 메쉬 법칙 때문에 상기 제 1 입력 커패시터를 통하여 그리고 상기 제 2 입력 커패시터를 통하여 전체 입력전압을 발생시킨다.
상기 출력 전압은 제 1 저항과 제 2 저항으로 만들어진 분압기로 측정되고, 조절-회로에 공급된다. 전류는 분류기 (shunt resistor) 로 측정될 수 있고, 선택적으로 마찬가지로 제어 장치에 공급될 수 있다. 전류 측정을 위한 그 밖의 방법들이 가능하고, 예컨대 변류기 (current transformer) 의 사용이 가능하다. 상기 제어 장치는 측정된 출력 전압을 근거로 그리고 전류를 근거로 제 1 반도체 스위칭 소자의 그리고 제 2 반도체 스위칭 소자의 스위치 온 기간 및 스위치 오프 기간을 설정한다.
본 발명에 따른 전압 변환기는 그것의 공개된 모든 실시변형들에서, 특히 로봇의 부분, 즉, 로봇 제어기와 같은, 로봇의 제어 장치의 부분일 수 있고, 상기 로봇 제어기는 제 1 제어 입력에서 상기 전압 변환기의 제 1 반도체 스위칭 소자와 제 2 제어 입력에서 상기 전압 변환기의 제 2 반도체 스위칭 소자를 제어하기 위해 형성되고 셋업된다. 로봇과 관련된 상기 전압 변환기는 상기 로봇의 관절들의, 즉 상기 로봇의 로봇암 (robot arm) 의 전기적 드라이브들을 제어하기 위해 이용될 수 있다.
상기 전압 변환기는 상기 제 1 결합된 인덕터에 대해 그리고 상기 제 2 결합된 인덕터에 대해 직렬로 배열되는 제 1 결합되지 않은 인덕터와 제 2 결합되지 않은 인덕터를 구비할 수 있다.
상기 결합되지 않은 인덕터들은 그것들의 자기장 안으로의 에너지 저장 외에도 특히 상기 전압 변환기의 전류들의 방해 제거를 위해 사용될 수 있다. 상기 방해 제거는 상기 반도체 스위칭 소자들의 스위칭 주기들의 차이들을 보상할 수 있다.
상기 회로의 기능은 마찬가지로, 제 1 반도체 스위치의 그리고 제 2 반도체 스위치의 스위치 온의 또는 스위치 오프의 시점들이 실제의 회로에서 정확히 동시에 일어나지는 않을 것이라는 그리고 이에 따라 이상적인 작동방식이 보장되지 않는다는 가정하에 다음과 같이 기술될 수 있다. 편차의 보상은, 각각 상기 제 1 결합된 인덕터에 대해 그리고 상기 제 2 결합된 인덕터에 대해 직렬로 배열된 상기 제 1 결합되지 않은 인덕터와 상기 제 2 결합되지 않은 인덕터의 삽입을 통해 생성될 수 있다. 상기 제 1 결합되지 않은 인덕터와 상기 제 2 결합되지 않은 인덕터의 도움으로, 수로 나타낼 수 있는 타협이 찾아질 수 있고, 상기 타협은 한편으로는 스위칭 시간들의 시간적 오프셋을 보상하고, 다른 한편으로는 상기 제 1 스텝다운 변환기-회로 배열체에서의 그리고 상기 제 2 스텝다운 변환기-회로 배열체에서의 동시에 발생되어야 하는 전압들의 잘 제어할 수 있는 차이를 가능하게 한다. 상기 결합된 인덕터들의 누출 인덕턴스 (leakage inductance) 가 충분히 크고, 알려져 있고, 수로 나타낼 수 있다면, 상기 결합되지 않은 인덕터들은 경우에 따라서는 생략될 수 있다.
상기 인덕터는, 특히 코일로서 형성될 수 있는, 인덕턴스로서 형성될 수 있다.
상기 전압 변환기는 측정 저항을 구비할 수 있고, 상기 측정 저항은 적어도 인덕터들 중 하나에 대해 또는 프리휠링 다이오드들 중 하나에 대해 또는 반도체 스위칭 소자들 중 하나에 대해 직렬로 배열되고, 상기 측정 저항은 제 1 측정 전압을 탭핑 (tapping) 하기 위해 형성된 제 1 연결부 그리고 제 2 연결부를 구비하고, 상기 제 2 연결부는 이상적으로는 상기 결합되지 않은 인덕터와 연결될 뿐만 아니라, 특히 2차 측에서 제공되는, 제어 전압의 접지 (ground) 와도 연결된다. 상기 측정 저항의 위치에 따라, 상기 제어 전압의 접지의 다른 위치도 의미 있을 수 있다.
상기 측정 저항이 여러 가지 부위들에 배열될 수 있기는 하나, 상기 2차 측에서의 접지를 갖는 앞서 말한 부위에서, 이례적인, 하지만 유리한 위치가 발생한다.
하지만, 특별한 실현에서, 출력측 회로를 근거로, 저항이 하나의 반도체 스위칭 소자에 대해 직렬로 배열되는 것이 있을 수 있다. 이에 따라 제어 전압 접지도 아래로 옮겨졌다.
상기 측정 저항은 전기적 흐름을 전기적 전압으로 변환하기 위한 측정 변환장치로서 사용될 수 있는 옴저항으로서 형성될 수 있다. 이를 위해 상기 측정 저항은 바람직하게는 높은 정확성을 가져야 하고, 열적 효과들에 의존하지 않아야 하고, 열전기 전압 (thermoelectric voltage) 을 발생시켜서는 안 된다.
상기 측정 저항은 예컨대, 특히 출력 전류를 결정하기 위한 제어 장치를 통해, 측정 전압을 발생시키기 위해 사용된다. 상기 제어 장치는 측정된 전류를 근거로 제 1 반도체 스위칭 소자의 그리고 제 2 반도체 스위칭 소자의 스위치 온 기간 및 스위치 오프 기간을 설정할 수 있다.
상기 측정 저항은 사전 결정된 저항값을 갖는 금속층 저항 또는 탄소층 저항으로서 형성될 수 있다.
상기 전압 변환기는, 적어도 하나의 탭 (tap) 이 적어도 하나의 측정 신호, 특히 적어도 하나의 측정 전압을 이용 가능하게 하기 위해 형성되는 식으로, 측정 신호들을 위한 상기 적어도 하나의 탭을 구비할 수 있다.
상기 탭은 이 실시변형에서 회로 내부에서의 전자적 신호들의 측정점 (measuring point) 을 생성하기 위해 형성된다. 측정점들은 바람직하게는 회로 안의 출력 신호들 또는 제어 신호들을 탭핑하기 위해 제공될 수 있다.
탭핑된 신호들은 예컨대 상기 전압 변환기를 제어하기 위해 사용될 수 있고 또는 선행하는 또는 뒤따르는 회로들을 위한 제어 신호로 쓰일 수 있다.
상기 탭은 제어 장치를 위한 전기적 연결부로서 형성될 수 있고, 예컨대 상기 탭은 핀 (pin) 으로서, 클램프로서 또는 납땜 못으로서 또는 납땜 러그로서 형성될 수 있다.
상기 측정 신호는 전기적 신호로 변환되는 물리적 변수일 수 있다. 특히 상기 측정 신호는 측정 전압일 수 있다.
상기 결합된 인덕터들의 공동의 코어 (core) 는 적어도 하나의 측정 신호를 위한 적어도 하나의 탭을 갖는 적어도 하나의 보조 권선 (auxiliary winding) 을 구비할 수 있다.
상기 제 1 결합된 인덕터와 상기 제 2 결합된 인덕터는 하나의 공동의 자심 (magnetic core) 을 구비할 수 있고, 상기 하나의 공동의 자심은 적어도 하나의 측정 신호를 위한 그리고/또는 제어 전압 공급을 위한 적어도 하나의 탭을 갖는 적어도 하나의 보조 권선을 구비한다. 상기 보조 권선은 상기 제 1 결합된 인덕터의 그리고 상기 제 2 결합된 인덕터의 상기 공동의 자심의 권선으로서 형성될 수 있고, 따라서 측정 신호의 탭핑이 가능해진다. 특히, 상기 측정 신호는 인덕턴스들 안의 자기 (magnetic) 변경들을 근거로 전기적 충전을 유도할 수 있고, 상기 전기적 충전은 그 후 측정 신호로서 탭핑될 수 있다.
예컨대, 감긴 보조 권선을 통해, 상기 결합된 인덕터들의 자심에서의 측정 전압이 측정될 수 있고, 상기 측정 전압은 제어 장치를 통해 평가될 수 있다.
기능은 마찬가지로 예시적으로 기술될 수 있다: 스위칭 손실을 감소시키기 위해, 상기 트랜스포머 결합된 제 1 인덕터의 그리고 제 2 인덕터의 상기 자심에 추가적인 권선이 감긴다. 이 추가적인 보조 권선의 기능은, 상기 추가적인 보조 권선으로부터 변환기의 조절 회로를 위한 에너지가 얻어질 수 있고, 게다가 상기 제 1 결합된 인덕터의 그리고 상기 제 2 결합된 인덕터의 권선에 상응하는 전력 브랜치 (power branch) 안의 전압 진행들의 이미지가 검출될 수 있다는 것이다. 상기 얻어진 에너지는 반도체 스위칭 소자들을 손실이 적게 전력 브랜치 안의 전압의 강하 동안 스위칭하기 위해 사용될 수 있다. 이를 위해, 상기 전압 변환기는 고정적인 클록 주파수 (clock frequency) 와 가변적 펄스-중단-비율을 가지고 작동되는 것이 아니라, 연속적 (continuous) 작동과 불연속적 (discontinuous) 작동 사이의 전이 (transition) 에서 작동되고, 이는 자유 진동 작동모드라 불린다.
상기 보조 권선은 와이어 (wire) 권선으로서 형성될 수 있고, 특히 상기 보조 권선은 상기 트랜스포머 결합된 인덕터들의 자심 위의 와이어 권선으로서 형성될 수 있다.
상기 전압 변환기는 입력 직류 전압을 감소시키기 위해, 특히 단상 전원으로부터의, 3상 전원으로부터의 정류된 입력 직류 전압을 그리고/또는 중간 회로로부터의 입력 직류 전압들을 감소시키기 위해 형성될 수 있다.
상기 정류된 단상 전원-전압, 3상 전원-전압 및/또는 상기 중간 회로-전압은, 특히 입력 직류 전압들을 처리할 수 있는 회로의 입력 직류 전압으로서 사용될 수 있다.
상기 정류된 단상 전원-전압, 3상 전원-전압 및/또는 상기 중간 회로-전압의 도움으로, 예컨대, 전위에 있어서 입력 직류 전압에 대해 변경된 출력 직류 전압을 발생시키는 것이 가능하다. 특히, 입력 직류 전압보다 작은 전위를 갖는 출력 직류 전압들이 발생될 수 있다.
상기 정류된 3상 전원-전압은 예컨대 정류된, 3상 전원으로부터의 전압일 수 있다. 상기 정류된 단상 전원-전압은 정류된, 단상 전원으로부터의 전압일 수 있다.
상기 중간 회로 전압은, 예컨대 유도 효과들 (inductive effects) 로부터 재획득된 전압일 수 있고 또는 정류된 단상 또는 3상 전압일 수 있고, 또는 상기 중간 회로 전압은 직류 전압일 수 있다.
상기 반도체 스위칭 소자들은, 상기 각각의 반도체 스위칭 소자의 각각의 제어 입력을 통하여 공급되는 제어 신호들에 의존하여 스위칭하기 위해 형성될 수 있다.
상기 반도체 스위칭 소자들은 제어 입력에서의 입력 전류 또는 입력 전압에 의해 제어되어 개방하거나 폐쇄할 수 있고 또한 부분적으로 개방되거나 또는 부분적으로 폐쇄될 수 있다.
특히, 상기 반도체 스위칭 소자들은 상기 전압 변환기의 전압 변경을 제어하기 위해 사용될 수 있고, 따라서 상기 제 1 결합된 인덕터 및/또는 상기 제 2 결합된 인덕터에 대한 입력 전압의 전류 흐름이 가능해지고 또는 저지되고 또는 부분적으로 가능하다.
상기 전압 변환기는 접지 탭을 구비할 수 있고, 상기 접지 탭은, 특히 측정 저항과 상기 제 1 결합되지 않은 인덕터 또는 상기 제 2 결합되지 않은 인덕터 사이에서, 상기 전압 변환기의 2차 측에서 접촉되고, 제어 전압 공급 및/또는 측정 신호 및/또는 적어도 하나의 제어 전압 및/또는 적어도 하나의 측정 전압을 위해 기준 전위 (reference potential) 를 이용 가능하게 한다.
상기 접지 탭은 뒤따르는 회로들을 위해 또는 제어 장치들을 위해 기준 전위를 이용 가능하게 할 수 있고, 상기 기준 전위를 통해, 규정된 0 전위가 미리 정해진다.
본 발명은 또한, 기술한 바와 같이, 전압 변환기를 제어하기 위해 형성된 제어 장치에 관한 것이다. 상기 제어 장치는 제 1 제어 입력에서 상기 전압 변환기의 제 1 반도체 스위칭 소자와 제 2 제어 입력에서 상기 전압 변환기의 제 2 반도체 스위칭 소자를 제어하기 위해, 즉 특히 스위칭하기 위해, 형성되고 셋업될 수 있다.
상기 제어 장치는 반도체 스위칭 소자들을 제어하기 위해 형성되고 셋업될 수 있고, 따라서 제 1 반도체 스위칭 소자 및/또는 제 2 반도체 스위칭 소자는 제어 전압으로 그리고/또는 제어 전류로 제어된다. 상기 제어는 상기 제 1 반도체 스위칭 소자 및/또는 상기 제 2 반도체 스위칭 소자를 제어하기 위한, 필요에 맞춰진 제어 논리 (control logic) 를 구비할 수 있다.
상기 제어 장치를 통해 예컨대, 상기 제어 장치가 상기 제 1 반도체 스위칭 소자와 상기 제 2 반도체 스위칭 소자를 가변적 스위치 온 시간 및/또는 스위치 오프 시간을 가지고 제어하는 식으로, 규정된 전위를 갖는 출력 전압이 발생될 수 있다.
상기 제어 장치는 예컨대 반도체 스위칭 소자들을 제어하기 위해 형성된 그리고 셋업된 마이크로컨트롤러 또는 제어 컴퓨터 또는 집적 회로일 수 있다.
상기 제어 장치는 적어도 하나의 측정 신호를 기록하기 위해, 특히 제 1 측정 전압, 제 2 측정 전압 및/또는 상기 전압 변환기의 적어도 하나의 보조 권선의 적어도 하나의 제 1 측정 신호를 기록하기 위해 형성되고 셋업될 수 있다.
상기 측정 신호는 전기적 변수들을 포함할 수 있고 또는 전기적 변수들로 변환되는 물리적 변수들을 포함할 수 있다.
예컨대 측정 신호들은 상기 전압 변환기의 기능을 확인하기 위해 사용될 수 있고, 특히 상기 측정 신호들은, 예컨대 각각의 회로의 출력 전압 또는 출력 전류와 같은, 전기적 변수들 또는 전기적 측정변수들을 포함할 수 있고, 상기 전기적 측정변수들은 상기 전압 변환기를 제어하기 위해 사용된다.
상기 제어 장치는 상기 전압 변환기의 제 1 반도체 스위칭 소자와 상기 전압 변환기의 제 2 반도체 스위칭 소자를 가변적 스위치 온 기간 및/또는 가변적 스위치 오프 기간과 관련하여 제어하기 위해 셋업될 수 있고, 따라서 상기 전압 변환기의 스위칭 주파수 (switching frequency) 는 최소 스위치 온 기간 및/또는 최소 스위치 오프 기간에 의해 제한된다.
예컨대, 듀티 계수를 통해 상기 전압 변환기의 출력 전압이 제어되고 변경될 수 있다.
상기 제어 장치는 불연속적 작동과 연속적 작동 사이의 전이 영역 (transition region) 에 있는 자유 진동 작동모드에서 상기 전압 변환기를 제어하기 위해 셋업될 수 있다.
기능은 예시적으로 다음과 같이 기술될 수 있다: 자유 진동 거동을 근거로 입력 전압 및 부하 (load) 에 따라 나타나는 그리고 보다 적어지는 출력부하에 있어서 올라가는 스위칭 주파수는 제한되어야 한다. 왜냐하면 올라가는 스위칭 주파수의 단점은 스위칭 손실들이 스위칭 주파수에 거의 비례하여 올라간다는 것이기 때문이다. 즉, 부분 부하 (partial load) 작동에서 또는 무부하 작동에서, 제한된 최대 스위칭 주파수를 근거로, 자유 진동 상태에서의 작동에서 불연속적 작동으로의 전이가 발생한다. 최대 스위칭 주파수는 회로의 설계시 자유로이 선택될 수 있고, 가능한 한 좋은 동적 조절 거동과, 가능한 한 적은 부분 부하 손실 또는 무부하 손실을 갖는 작동 간의 타협을 나타낸다. 스위칭 주파수를 제한하기 위한 가능성은 예컨대 최소 스위치 온 기간 또는 스위치 오프 기간의 사전 설정이다. 이 가능성은 본 전압 변환기와 관련하여 사용될 수 있다.
상기 제어 장치는 제 1 측정 전압의 진행 또는 순간치 (instantaneous value), 제 2 측정 전압의 진행 또는 순간치, 그리고 상기 전압 변환기의 상기 적어도 하나의 보조 권선의 적어도 제 1 측정 신호의 진행 또는 순간치를 측정하기 위해 또는 처리하기 위해, 상기 제 1 측정 전압의, 상기 제 2 측정 전압의 그리고 상기 전압 변환기의 상기 적어도 하나의 보조 권선의 상기 적어도 제 1 측정 신호의 진행들의 또는 순간치들의 측정들을, 특히 펄스폭 변조 및/또는 주파수 변조를 통해, 상기 제 1 반도체 스위칭 소자의 그리고 상기 제 2 반도체 스위칭 소자의 스위칭 제어를 위해 사용하기 위해 형성되고 셋업될 수 있다.
예컨대, 이때 개별값들이 합산될 수 있고 또는, 결과가 역치와 비교되기 전에 계산 또는 환산이 실행될 수 있다.
이 점에서는, 상기 제어 장치는 제 1 측정 전압의 진행, 제 2 측정 전압의 진행 그리고 상기 적어도 하나의 보조 권선의 제 1 측정 신호의 진행을 측정하기 위해, 그리고 상기 제 1 측정 전압의, 상기 제 2 측정 전압의 그리고 상기 제 1 측정 신호의 상기 진행의 측정을 설정된 적어도 하나의 역치와 비교하기 위해, 그리고 상기 각각의 역치에 도달할 때 제 1 반도체 스위칭 소자와 제 2 반도체 스위칭 소자를 스위칭하기 위해서도 형성되고 셋업될 수 있다.
상기 역치는 상기 제어 장치의 계산된 값일 수 있고, 상기 전압 변환기의 측정된 그리고/또는 처리된 값들과 비교하기 위해 사용된다.
특히, 상기 역치는 논리 프로그램을 사용하기 위해 그리고/또는 조건들을 조정하기 위해 사용될 수 있다.
상기 역치는 측정값과의 비교를 통해 행동을 작동시킬 수 있는 값을 구비할 수 있고, 예컨대 역치의 초과 또는 역치에의 미만은, 측정값과의 비교를 통해 확인되어, 반도체 스위칭 소자들 중 적어도 하나가 제어되는 것을 초래할 수 있다.
기능은 다음과 같이 기술될 수 있다: 상기 전압 변환기는 고정적인 클록 주파수와 가변적 펄스-중단-비율을 가지고 작동되는 것이 아니라, 연속적 작동과 불연속적 작동 사이의 전이에서 작동되고, 이는 자유 진동 작동모드라 불린다. 상기 전압 변환기는 이 작동모드에서 자유 진동 스텝다운 변환기이다. 연속적 작동과 불연속적 작동 사이의 전이에서의 작동은 또한 고정적인 클록 주파수를 갖는 작동에 비하여 유리할 수 있는데, 왜냐하면 이렇게 각각의 새로운 자화 단계의 시작 전에, 4개의 인덕터 안의 에너지가 완전히 감소되는 것이 기다려지기 때문이다. 이를 통해, 적어도 하나의 보조 권선의 측정들을 이용해 반도체 스위칭 소자들이 최적의 시점에서 스위치 온될 수 있음으로써, 스위칭 손실을 감소시키기 위해 사용될 수 있는 공진 진동이 발생한다. 자유 진동 작동을 통해, 상기 전압 변환기는 항상 상기 전압 변환기의 초기 상태로 리셋되고, 동기식 사용으로부터 생기는 다수의 어려움을 피한다.
본 발명의 구체적인 실시예는 다음의 설명에서 첨부된 도면들을 참조로 상세히 설명된다. 이 예시적인 실시예의 구체적인 특징들은 어떤 구체적인 관련에서 그것들이 언급되는지에 상관없이, 경우에 따라서는 개별적으로도 또는 그 밖의 조합들에서 고려되어, 본 발명의 일반적인 특징들을 나타낼 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 전압 변환기를 포함하는 로봇 제어기를 구비하는 예시적인 로봇의 측면도를 나타내고,
도 2 는 본 발명에 따른 전압 변환기의 회로도를 나타낸다.
도 2 는 본 발명에 따른 전압 변환기의 회로도를 나타낸다.
도 1 의 실시예의 경우 로봇 (10) 은 다수의 부재 (8) 와, 상기 부재들 (8) 을 서로 조절하는 관절들 (9) 을 구비한다. 각각의 관절 (9) 은 로봇암 (10) 의 각각 하나의 모터 (M) 에 의해 구동된다. 로봇 제어기 (11) 는 로봇암 (1) 의 부재들 (8) 을 관절들 (9) 의 자동적인 조절을 통해 움직이기 위해 모터들 (M) 을 제어하기 위해 제공된다. 본 실시예의 경우 로봇암 (10) 의 모든 관절들 (9) 은 회전관절들로서 형성된다. 각각의 회전관절은 회전축 둘레로 회전 가능하다.
본 실시예의 경우 로봇 제어기 (11) 는 제 1 제어 입력 (Ugh) 에서 전압 변환기 (1) 의 제 1 반도체 스위칭 소자 (Qh) 와 제 2 제어 입력 (Ugl) 에서 전압 변환기 (1) 의 제 2 반도체 스위칭 소자 (Ql) 를 제어하기 위해 형성된 그리고 셋업된 제어 장치 (12) 를 포함한다.
도 2 에는 전압 변환기 (1) 가 단독 위치에서 회로도의 형태로 도시되고, 상기 전압 변환기는 입력 직류 전압 (Ue) 을 상기 입력 직류 전압 (Ue) 에 비하여 낮은 출력 직류 전압 (Ua) 으로 감소시키기 위한 스텝다운 변환기로서 형성된다.
전압 변환기 (1) 는 제 1 스텝다운 변환기-회로 배열체 (2) 를 포함하고, 상기 제 1 스텝다운 변환기-회로 배열체는 제 1 제어 입력 (Ugh) 을 갖는 제 1 반도체 스위칭 소자 (Qh) 와, 제 1 프리휠링 다이오드 (Dh) 를 갖는 제 1 결합된 인덕터 (Lsh) 와, 제 1 저항 (Rfbh) 과, 제 1 입력 커패시터 (Cph) 와, 제 1 출력 커패시터 (Csh) 를 구비한다.
또한, 전압 변환기 (1) 는 제 2 스텝다운 변환기-회로 배열체 (3) 를 포함하고, 상기 제 2 스텝다운 변환기-회로 배열체는 제 2 제어 입력 (Ugl) 을 갖는 제 2 반도체 스위칭 소자 (Ql) 와, 제 2 프리휠링 다이오드 (Dl) 를 갖는 제 2 결합된 인덕터 (Lsl) 와, 제 2 저항 (Rfbl) 과, 제 2 입력 커패시터 (Cpl) 와, 제 2 출력 커패시터 (Csl) 를 구비한다.
제 1 분압기 (4) 를 형성하는 제 1 입력 커패시터 (Cph) 와 제 2 입력 커패시터 (Cpl) 의 제 1 직렬접속의 도움으로, 제 1 스텝다운 변환기-회로 배열체 (2) 와 제 2 스텝다운 변환기-회로 배열체 (3) 는 전자적으로 상호접속된다. 제 1 반도체 스위칭 소자 (Qh) 는 제 1 프리휠링 다이오드 (Dh) 에 대해 직렬로 접속되고, 제 2 반도체 스위칭 소자 (Ql) 는 제 2 프리휠링 다이오드 (Dl) 에 대해 직렬로 접속된다. 제 1 결합된 인덕터 (Lsh) 는 한편으로는 제 1 반도체 스위칭 소자 (Qh) 와 제 1 프리휠링 다이오드 (Dh) 사이의 연결을 구비하고 다른 한편으로는 출력 커패시터 (Csh) 에 대한 제 2 연결을 구비한다. 제 2 결합된 인덕터 (Lsl) 는 한편으로는 제 2 반도체 스위칭 소자 (Ql) 와 제 2 프리휠링 다이오드 (Dl) 사이의 연결을 구비하고 다른 한편으로는 출력 커패시터 (Csl) 에 대한 제 2 연결을 구비한다. 제 1 출력 커패시터 (Csh) 는 제 3 분압기 (6) 에 대해 제 2 출력 커패시터 (Csl) 와 직렬로 접속되고, 피드백-분압기 (7) 에 대해 병렬로 놓여 있고, 상기 피드백-분압기는 제 1 저항 (Rfbh) 과 제 2 저항 (Rfbl) 에 의해 형성된다.
전압 변환기 (1) 는 또한 제 1 분압기 (4) 와 제 2 분압기 (5) 와 제 3 분압기 (6) 사이의 회로 기술적 연결을 구비한다. 연결은 제 1 분압기 (4) 에 있어서 제 1 입력 커패시터 (Cph) 와 제 2 입력 커패시터 (Cpl) 사이에 배열된다. 제 2 분압기 (5) 에 있어서 연결은 제 1 프리휠링 다이오드 (Dh) 와 제 2 프리휠링 다이오드 (Dl) 사이에 배열된다. 제 3 변압기 (6) 에 있어서 연결은 제 1 출력 커패시터 (Csh) 와 제 2 출력 커패시터 (Csl) 사이에 배열된다.
제 1 프리휠링 다이오드 (Dh) 는 제 1 스텝다운 변환기-회로 배열체 (2) 의 스위치 오프된 제 1 반도체 스위칭 소자 (Qh) 에 있어서 전류 흐름을 가능하게 하고, 제 2 프리휠링 다이오드 (Dl) 는 제 2 스텝다운 변환기-회로 배열체 (3) 의 스위치 오프된 제 2 반도체 스위칭 소자 (Ql) 에 있어서 전류 흐름을 가능하게 한다.
제 1 결합된 인덕터 (Lsh) 와 제 2 결합된 인덕터 (Lsl) 는 트랜스포머 결합을 구비하고, 상기 트랜스포머 결합은 본질적으로 자심을 통하여 수행되고, 제 1 스텝다운 변환기-회로 배열체 (2) 의 그리고 제 2 스텝다운 변환기-회로 배열체 (3) 의 전압의 근사적 밸런싱을 안전하게 한다.
본 실시예의 경우 전압 변환기 (1) 는 보충적으로, 제 1 결합되지 않은 인덕터 (Lh) 와 제 2 결합되지 않은 인덕터 (Ll) 를 구비하고, 상기 결합되지 않은 인덕터들은 제 1 결합된 인덕터 (Lsh) 에 대해 그리고 제 2 결합된 인덕터 (Lsl) 에 대해 직렬로 배열된다. 제 1 결합되지 않은 인덕터 (Lh) 와 제 2 결합되지 않은 인덕터 (Ll) 는 제 1 반도체 스위칭 소자 (Qh) 와 제 2 반도체 스위칭 소자 (Ql) 를 스위칭할 때의 가변성 (variances) 을 가능하게 한다.
또한, 전압 변환기 (1) 는 선택적으로 측정 저항 (Rcs) 을 구비하고, 상기 측정 저항은 제 2 결합되지 않은 인덕터 (Ll) 와 제 2 출력 커패시터 (Csl) 사이에 직렬로 배열된다.
측정 신호들을 탭핑하기 위해 실시예는 예컨대 3개의 탭을 구비한다. 제 1 탭 (Ush) 은 제 1 반도체 스위칭 소자 (Qh) 와 프리휠링 다이오드 (Dh) 사이에 위치한다. 하지만, 구체적인 경우 제 1 탭 (Ush) 은 측정하기 위해 사용되는 것이 아니라, 제 1 제어 입력 (Ugh) 을 통한 제 1 반도체 스위칭 소자 (Qh) 의 전압공급을 위해서만 사용된다. 하지만, 다른 실시변형들에서 조절기는 제 1 탭 (Ush) 을 측정 신호로서도 사용할 수 있다. 제 2 탭 (Ucs) 은 제 2 출력 커패시터 (Csl) 와 측정 저항 (Rcs) 사이에 위치한다. 제 3 탭 (Ufb) 은 제 1 출력 분압기와 제 2 출력 분압기를 형성하는 저항들 (Rfbh 와 Rfbl) 사이에 위치한다.
제 1 탭 (Ush) 과 제 2 탭 (Ucs) 과 제 3 탭 (Ufb) 을 통하여, 전압 변환기 (1) 를 평가하기 위한 그리고/또는 제어하기 위한 제어 장치 (12) (도 1) 에 공급될 수 있는 신호들 또는 전압들이 탭핑될 수 있다.
Claims (11)
- 입력 직류 전압 (Ue) 을 상기 입력 직류 전압 (Ue) 에 비하여 낮은 출력 직류 전압 (Ua) 으로 감소시키기 위한, 스텝다운 변환기 (step-down converter) 로서 형성된 전압 변환기로서, 상기 전압 변환기는
- 제 1 제어 입력 (Ugh) 을 갖는 제 1 반도체 스위칭 소자 (Qh) 와, 제 1 프리휠링 다이오드 (Dh) 를 갖는 제 1 결합된 인덕터 (Lsh) 와, 제 1 입력 커패시터 (Cph) 와, 제 1 출력 커패시터 (Csh) 를 포함하는 제 1 스텝다운 변환기-회로 배열체 (2),
- 제 2 제어 입력 (Ugl) 을 갖는 제 2 반도체 스위칭 소자 (Ql) 와, 제 2 프리휠링 다이오드 (Dl) 를 갖는 제 2 결합된 인덕터 (Lsl) 와, 제 2 입력 커패시터 (Cpl) 와, 제 2 출력 커패시터 (Csl) 를 포함하는 제 2 스텝다운 변환기-회로 배열체 (3) 를 포함하고,
상기 제 1 스텝다운 변환기-회로 배열체 (2) 의 상기 제 1 입력 커패시터 (Cph) 와 상기 제 2 스텝다운 변환기-회로 배열체 (3) 의 상기 제 2 입력 커패시터 (Cpl) 는 입력 전압을 서로 나누기 위해 직렬로 배열되고,
상기 제 1 반도체 스위칭 소자 (Qh) 와 상기 제 1 프리휠링 다이오드 (Dh) 는 직렬로 배열되고, 상기 제 2 반도체 스위칭 소자 (Ql) 와 상기 제 2 프리휠링 다이오드 (Dl) 는 직렬로 배열되고, 상기 제 1 프리휠링 다이오드 (Dh) 와 상기 제 2 프리휠링 다이오드 (Dl) 는 각각 할당된 반도체 스위칭 소자 (Qh, Ql) 의 개방된 상태에 있어서 상기 제 1 결합된 인덕터 (Lsh) 의 그리고 상기 제 2 결합된 인덕터 (Lsl) 의 과전압 (overvoltage) 으로부터 회로를 보호하기 위해 그리고/또는 상기 제 1 결합된 인덕터 (Lsh) 의 그리고 상기 제 2 결합된 인덕터 (Lsl) 의 자속 (magnetic flux) 의 감소 동안 상기 제 1 결합된 인덕터 (Lsh) 의 그리고 상기 제 2 결합된 인덕터 (Lsl) 의 전류 흐름 (current flow) 을 가능하게 하기 위해 형성되고,
상기 제 1 결합된 인덕터 (Lsh) 와 상기 제 2 결합된 인덕터 (Lsl) 는 서로 트랜스포머 결합되고 (transformer coupled),
상기 제 1 출력 커패시터 (Csh) 와 상기 제 2 출력 커패시터 (Csl) 는 직렬로 배열되고 분압기 (voltage divider, 6) 를 형성하고,
상기 제 1 스텝다운 변환기-회로 배열체 (2) 와 상기 제 2 스텝다운 변환기-회로 배열체 (3) 는 제 1 저항 (Rfbh) 과 제 2 저항 (Rfbl) 을 구비하는 하나의 공동의 피드백 분압기 (feedback voltage divider, 7) 를 구비하는, 전압 변환기. - 제 1 항에 있어서,
상기 전압 변환기 (1) 는 제 1 및 제 2 결합된 인덕터 (Lsh, Lsl) 에 대해 직렬로 배열되는 제 1 결합되지 않은 인덕터 (Lh) 와 제 2 결합되지 않은 인덕터 (Ll) 를 구비하는 것을 특징으로 하는 전압 변환기. - 제 2 항에 있어서,
상기 전압 변환기 (1) 는 측정 저항 (Rcs) 을 구비하고, 상기 측정 저항은 적어도 상기 결합되지 않은 인덕터들 (Lh, Ll) 중 하나에 대해 또는 상기 프리휠링 다이오드들 (Dh, Dl) 중 하나에 대해 또는 상기 반도체 스위칭 소자들 (Qh, Ql) 중 하나에 대해 직렬로 배열되고, 상기 측정 저항 (Rcs) 은 제 1 측정 전압 (Ucs) 을 탭핑 (tapping) 하기 위해 형성된 제 1 연결부 그리고 제 2 연결부를 구비하고, 상기 제 2 연결부는 특히 상기 결합되지 않은 인덕터 (Lh, Ll) 와 연결될 뿐만 아니라, 특히 2차 측에서 제공되는, 제어 전압의 접지 (ground) 와도 연결되는 것을 특징으로 하는 전압 변환기. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 결합된 인덕터 (Lsh) 와 상기 제 2 결합된 인덕터 (Lsl) 는 하나의 공동의 자심 (magnetic core) 을 구비하고, 상기 하나의 공동의 자심은 적어도 하나의 측정 신호를 위한 그리고/또는 제어 전압 공급을 위한 적어도 하나의 탭 (tap) 을 갖는 적어도 하나의 보조 권선 (auxiliary winding) 을 구비하는 것을 특징으로 하는 전압 변환기. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전압 변환기 (1) 는 입력 직류 전압 (Ue) 을 감소시키기 위해, 특히 단상 전원으로부터의, 3상 전원으로부터의 정류된 (rectified) 입력 직류 전압 (Ue) 을 그리고/또는 중간 회로 (intermediate circuit) 로부터의 입력 직류 전압 (Ue) 을 감소시키기 위해 형성되는 것을 특징으로 하는 전압 변환기. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 전압 변환기 (1) 를 제어하기 위해 형성된 제어 장치로서,
상기 제어 장치 (12) 는 상기 제 1 제어 입력 (Ugh) 에서 상기 전압 변환기 (1) 의 상기 제 1 반도체 스위칭 소자 (Qh) 와 상기 제 2 제어 입력 (Ugl) 에서 상기 전압 변환기 (1) 의 상기 제 2 반도체 스위칭 소자 (Ql) 를 제어하기 위해 형성되고 셋업되는, 제어 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 제어 장치 (12) 는 적어도 하나의 측정 신호를 기록하기 위해, 특히 제 1 측정 전압 (Ucs), 제 2 측정 전압 (Ufb) 및/또는 상기 전압 변환기 (1) 의 적어도 하나의 보조 권선의 적어도 하나의 제 1 측정 신호를 기록하기 위해 형성되고 셋업되는 것을 특징으로 하는 제어 장치. - 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 제어 장치 (12) 는 상기 전압 변환기 (1) 의 상기 제 1 반도체 스위칭 소자 (Qh) 와 상기 전압 변환기 (1) 의 상기 제 2 반도체 스위칭 소자 (Ql) 를 가변적 스위치 온 기간 (switch-on duration) 및/또는 가변적 스위치 오프 기간 (switch-off duration) 과 관련하여 제어하기 위해 셋업되고, 따라서 상기 전압 변환기 (1) 의 스위칭 주파수 (switching frequency) 는 최소 스위치 온 기간 및/또는 최소 스위치 오프 기간에 의해 제한되는 것을 특징으로 하는 제어 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 제어 장치 (12) 는 불연속적 (discontinuous) 작동과 연속적 (continuous) 작동 사이의 전이 영역 (transition region) 에 있는 작동모드에서 상기 전압 변환기 (1) 를 제어하기 위해 셋업되는 것을 특징으로 하는 제어 장치. - 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 장치 (12) 는 상기 제 1 측정 전압의 진행 또는 순간치 (instantaneous value), 상기 제 2 측정 전압의 진행 또는 순간치, 그리고 상기 전압 변환기 (1) 의 상기 적어도 하나의 보조 권선의 적어도 제 1 측정 신호의 진행 또는 순간치를 측정하기 위해 또는 처리하기 위해, 상기 제 1 측정 전압의, 상기 제 2 측정 전압의 그리고 상기 전압 변환기 (1) 의 상기 적어도 하나의 보조 권선의 적어도 제 1 측정 신호의 진행들의 또는 순간치들의 측정들을, 특히 펄스폭 변조 및/또는 주파수 변조를 통해, 상기 제 1 반도체 스위칭 소자 (Qh) 의 그리고 상기 제 2 반도체 스위칭 소자 (Ql) 의 스위칭 제어를 위해 사용하기 위해 형성되고 셋업되는 것을 특징으로 하는 제어 장치. - 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 장치 (12) 는 상기 제 1 측정 전압 (Ucs) 의 진행, 상기 제 2 측정 전압 (Ufb) 의 진행 및 상기 적어도 하나의 보조 권선의 상기 제 1 측정 신호의 진행을 측정하기 위해, 그리고 상기 제 1 측정 전압 (Ucs) 의, 상기 제 2 측정 전압 (Ufb) 의 그리고 상기 제 1 측정 신호의 상기 진행의 측정을 설정된 적어도 하나의 역치와 비교하기 위해, 그리고 각각의 역치에 도달할 때 상기 제 1 반도체 스위칭 소자 (Qh) 와 상기 제 2 반도체 스위칭 소자 (Ql) 를 스위칭하기 위해 형성되고 셋업되는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
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