NL8800358A - Geschakelde spanningsomzetter. - Google Patents

Description

ί ΡΗΝ 12.432 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken "Geschakelde spanningsomzetter".

Oe uitvinding heeft betrekking op een geschakelde spanningsomzetter die een serieschakeling bevat waarin een hoofdspoel, een omzetteruitgangsklem voor aansluiting van een belasting en een eerste en een tweede omzetteringangsklem voor aansluiting van een 5 voedingsbron zijn opgenomen, die verder ten minste één gestuurde halfgeleiderschakelaar bevat waarvan een eerste elektrode gekoppeld is met de hoofdspoel, waarvan een tweede elektrode met de eerste of met de tweede omzetteringangsklem is gekoppeld en waarvan een stuurelektrode is gekoppeld met een stuurklem voor aansluiting aan een 10 besturingsschakeling, en die voorts ten minste één vrijloopdiode bevat voor vrijloop van een hoofdspoelstroom, waarbij de spanningsomzetter ervoor is ingericht om door schakelen op de stuurklem een omgezette spanning aan de orazetteruitgangsklem te verkrijgen. Een dergelijke geschakelde spanningsomzetter is bekend uit een artikel van 15 S. Cuk, "Survey of switched-mode power supplies" gepresenteerd op de "International Conference on Power Electronics and Variable-Speed

Drives", van 1-4 mei 1984 georganiseerd door de "Power Division" van IEE

en is beschreven op blz. 83-94 van een artikelenbundel van de "Conference". Op blz. 90 van genoemd artikel zijn in fig. 2 vier 20 basisconfiguraties van dergelijke geschakelde spanningsomzetters h * weergegeven. Zo wordt in fig. 2 van het artikel van Cuk een geschakelde spanningsomzetter van het zogenaamde "boost" of "step-up" type getoond. Op een stuurklem, die is verbonden met een stuurelektrode van een halfgeleiderschakelaar, wordt een besturingsschakeling 25 aangesloten die bijvoorbeeld een blokspanning van konstante frequentie en met variabele "duty cycle" D levert om de halfgeleiderschakelaar aan of uit te schakelen. De “duty cycle" is de verhouding van het tijdsinterval dat de halfgeleiderschakelaar aangeschakeld is in een periode van de blokspanning en de periode van de blokspanning. Een 30 dergelijke besturingsschakeling is bijvoorbeeld een zogenaamde PWM-schakeling ("pulse width modulation") en is algemeen bekend. De halfgeleiderschakelaar is met een eerste elektrode verbonden met een .8800358 PHN 12.432 2 « hoofdspoel, die via een gelijkspanningsbron met een tweede elektrode van de halfgeleiderschakelaar is verbonden. De tweede elektrode is eveneens verbonden met een massaklem. De eerste elektrode is tevens via een serieschakeling van een vrijloopdiode en een condensator met de 5 massaklem verbonden en verder is over de condensator een Ohmse belasting aangebracht. De hoofdspoel werkt als tussenreservoir voor energie. Als de halfgeleiderschakelaar aangeschakeld is dan wordt magnetische energie opgenomen, die daarna bij geopende halfgeleiderschakelaar naar de belasting wordt getransporteerd. Op grond van een eenvoudige 10 Voltseconden balans is althans bij benadering af te leiden dat de uitgangsspanning V= <1/(1-D)}.Vg, waarin Vg de spanning van de gelijkspanningsbron is, waarbij aangenomen is dat alle schakelcomponenten ideaal zijn. Het is in de praktijk gewenst om de schakelfrequentie van geschakelde spanningsomzetters zo hoog mogelijk te 15 maken. Dan kunnen de afmetingen van vermogen voerende inductieve componenten steeds kleiner gemaakt worden. Om dan geen problemen met afvoer van warmte te verkrijgen is het nodig om een zo hoog mogelijk omzettingsrendement te hebben. Bij de geschakelde spanningsomzetter zoals beschreven in fig. van het artikel van Cuk wordt een 20 bipolaire transistor als halfgeleiderschakelelement toegepast, wat in de gegeven configuratie vanwege het niet-ideaal zijn van de bipolaire transistor (verzadigingsverschijnselen) grenzen stelt aan de maximaal te bereiken schakelfrequentie.

Het is het doel van de uitvinding een geschakelde 25 spanningsomzetter te verschaffen die eenvoudig van opbouw is en die tot zeer hoge schakelfrequenties kan werken zonder dat er daarbij problemen met de afvoer van warmte zijn; dat wil zeggen een geschakelde spanningsomzetter met een rendement van nagenoeg 100%.

Een geschakelde spanningsomzetter volgens de uitvinding 30 is erdoor gekenmerkt, dat de halfgeleiderschakelaar een schakelaar van een snel schakelend type is en dat de spanningsomzetter ten minste één extra diode en ten minste één begrenzingsspoel voor stroomveranderingsbegrenzing bevat, waarbij van een serieschakeling waarin de extra diode en de begrenzingsspoel zijn opgenomen een 35 aansluitklem verbonden is met een aftakpunt van de hoofdspoel ter begrenzing van de spanning over de ten minste ene halfgeleiderschakelaar. Hierdoor wordt bereikt dat bij zeer hoge .8800358 PHN 12.432 3 schakelfrequenties {van 100 kHz tot 500 kHz en hoger; dat wil zeggen bij een zeer grote stroomverandering dl/dt) zowel de aanschakelverliezen als de uitschakelverliezen minimaal zijn en tevens de verliezen in de toegevoegde extra diode nagenoeg geelimineerd zijn. Alle 5 schakelverliezen zijn derhalve geminimaliseerd waardoor een zeer hoog rendement verkregen wordt. Zou alleen een halfgeleiderschakelaar van een snel schakelend type zoals een veldeffekttransistor worden toegepast dan zouden bij zeer hoge schakelfrequenties (zeer grote dl/dt) weliswaar de uitschakelverliezen binnen aanvaardbare waarden blijven, maar zouden 10 door het toenemen van de zogenaamde “reverse recovery" stromen in de vrijloopdiode bij aanschakelen van de halfgeleiderschakelaar de aanschakelverliezen relatief groot zijn. Zou verder bij zeer grote dl/dt door de halfgeleiderschakelaar de dl/dt door de vrijloopdiode begrensd worden met een begrenzingsspoel en parallel aan de begrenzingsspoel een 15 diode-clamp-netwerk worden aangebracht dan zou bij uitschakelen van de halfgeleiderschakelaar de spanning op de halfgeleiderschakelaar weliswaar niet onaanvaardbaar hoog kunnen worden en zouden de verliezen in de halfgeleiderschakelaar minimaal kunnen zijn bij een geschikte keuze van de waarde van de zelfinductie van de begrenzingsspoel, maar 20 dan zouden er nog verliezen zijn in de vrijloopdiode en in het diode-clamp-netwerk. De combinatie van maatregelen volgens de uitvinding minimaliseert alle verliezen gelijktijdig, terwijl er een minimum aan extra componenten vereist is. De geschakelde spanningsomzetter volgens de uitvinding is nagenoeg verliesvrij. De magnetische energie in de 25 begrenzingsspoel is zonder verliezen op te bouwen en weer af te bouwen.

Het zij nog opgemerkt dat op zichzelf wel maatregelen bekend zijn om schakelverliezen in geschakelde spanningsomzetters te verminderen. Zo is in het Amerikaans octrooischrift US 3.189.796 ter begrenzing van de dl/dt een transformator met bij voorkeur een 30 rechthoekige hysteresislus en een hoge remanentie tussen de halfgeleiderschakelaar enerzijds en tussen de vrijloopdiode en de belasting anderzijds aangegeven in fig. 3 daarvan, maar zal bij uitschakelen van de halfgeleiderschakelaar vanwege de gekozen configuratie de spanning op de collector van de halfgeleiderschakelaar 35 erg hoog kunnen worden waardoor ofwel een overmatige dissipatie in de halfgeleiderschakelaar optreedt ofwel de halfgeleiderschakelaar kapot kan gaan. In het artikel van W.F. Ray, “Snubber design for diodes with .8800358 4 PHN 12.432 4 'soft' turn-off" gepresenteerd op de “Second International Conference on Power Electronics and Variable-Speed Drives", van 24-26 november 1986 georganiseerd door de “Power Division" van IEE op biz. 43-46 van een artikelenbundel van de "Conference" is in fig. 1 een serieschakeling van 5 een weerstand en een condensator als circuit aangegeven om schakeltransients te onderdrukken. De dv/dt bij uitschakelen wordt daarmee verminderd. Er wordt in het artikel aangegeven hoe de dv/dt kan worden geminimaliseerd. Echter, dit circuit is dissipatief en derhalve niet verliesvrij.

10 Een uitvoeringsvorm van een geschakelde spanningsomzetter waarbij de tweede elektrode van de halfgeleiderschakelaar met de tweede omzetteringangsklem is gekoppeld heeft het kenmerk, dat de ene aansluitklem van de extra diode met het aftakpunt van de hoofdspoel en de andere aaansluitklem van de extra diode met de omzetteruitgangsklem 15 is verbonden en dat de begrenzingsspoel is opgenomen in serie met de hoofdspoel en de omzetteruitgangsklem. Bij een geschikte keuze van de transformatieverhouding van de door het aftakpunt verdeelde hoofdspoel wordt bereikt dat de gemiddelde spanning over elke spoel nul is.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van een geschakelde 20 spanningsomzetter volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de eerste elektrode van de halfgeleiderschakelaar met het aftakpunt van de hoofdspoel is verbonden. Hierdoor wordt bereikt dat de maximaal over de halfgeleider optredende spanning niet groter kan worden dan de uitgangsspanning van de geschakelde spanningsomzetter.

25 Verdere uitvoeringsvormen vertonen varianten van de geschakelde spanningsomzetter volgens de uitvinding, waaronder met de spanningsomzetters van het “boost" type overeenkomende spanningsomzetters van het “buck" of “step-down" type. Zo is een uitvoeringsvorm van een geschakelde spanningsomzetter volgens de 30 uitvinding van het "step-down" type erdoor gekenmerkt, dat de eerste elektrode van de halfgeleiderschakelaar met het aftakpunt van de hoofdspoel is verbonden. De uitgangsspanning V=D.Vg, waarin D weer de "duty cycle" is en Vg de spaaning van de gelijkspanningsbron.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van 35 een tekening, waarin fig. 1 een geschakelde spanningsomzetter van het "step-up" type toont, waarin de halfgeleiderschakelaar een MOSFET is, ,8800358 PHN 12.432 5 fig. 2 uitschakelen van de MOSFET in de geschakelde spanningsoazetter volgens fig. 1 toont als funktie van de tijd, ter bepaling van uitschakelverliezen, fig. 3 aanschakelen van de MOSFET in de geschakelde 5 spanningsoazetter volgens fig. 1 toont als funktie van de tijd voor verschillende schakelsnelheden, fig. 4 aanschakelen van de MOSFET in de geschakelde spanningsoazetter volgens fig. 1 toont als funktie van de tijd, ter bepaling van aanschakelverliezen, 10 fig. 5 een eerste uitvoeringsvorm van een geschakelde spanningsoazetter volgens de uitvinding laat zien, van het "step-up" type, fig. 6 een eerste uitvoeringsvorm van een geschakelde spanningsoazetter volgens de uitvinding laat zien, van het “step-down" 15 type, fig. 7 stroom- en spanningsverlopen als funktie van de tijd laat zien voor diverse punten in de geschakelde spanningsomzetters volgens fig. 5 en fig. 6, fig. 8 een tweede uitvoeringsvorm van een geschakelde 20 spanningsomzetter volgens de uitvinding toont, van het "step-up" type, fig. 9 een derde uitvoeringsvorm van een geschakelde spanningsomzetter volgens de uitvinding toont, van het Hstep-up“ type, fig. 10 een tweede uitvoeringsvorm van een geschakelde 25 spanningsoazetter volgens de uitvinding toont, van het “step-down" type, fig. 11 een derde uitvoeringsvorm van een geschakelde spanningsoazetter volgens de uitvinding toont, van het “step-down" type, en 30 fig. 12 twee in elkaar verweven geschakelde spanningsoazetter van het type volgens fig. 6 voor respectieve positieve en negatieve spanningen toont, zodat een halve brug geschakelde spanningsoazetter van het type gelijkspannings naar wisselspanningsomzetter ontstaat.

35 In fig. 1 wordt een geschakelde spanningsomzetter van het “step-up* type getoond, waarin de halfgeleiderschakelaar een MOSFET T1 is. De MOSFET T1 is met een eerste elektrode dr1, de drain, verbonden .8800358 0 PHN 12.432 6 met een eerste aansluitklem Si van een hoofdspoel SP1 en met een tweede elektrode sc1 verbonden met een massaklem m. Een tweede aansluitklem S2 van de hoofdspoel SP1 is tevens eerste omzetteringangsklem en de massaklem m is tevens tweede omzetteringangsklem. Tussen de eerste 5 omzetteringangsklem S2 en de tweede omzetteringangsklem m is een voedingsbron B van het type gelijkspanningsbron opgenomen. De eerste aansluitklem S1 van de hoofdspoel SP1 is verder verbonden met de anode a1 van een vrijloopdiode D1. De kathode k1 van de vrijloopdiode D1is verbonden met een omzetteruitgangsklem S3. Tussen de 10 omzetteruitgangsklem S3 en de massaklem m zijn verder een condensator C1 en een Ohmse belasting R1 aangebracht. De MOSFET T1 is met een stuurelektrode g1, de gate, verbonden met een stuurklem S4 voor aansluiting aan een besturingsschakeling (niet getoond). De besturingsschakeling is een algemeen bekende PWM-besturingsschakeling 15 (“pulse width modulation"), voor de beschrijving waarvan bijvoorbeeld verwezen wordt naar "M0SP0WER Applications Handbook" van de firma Siliconix, uitgegeven in 1984, ISBN 0-930519-00-0, op blz. 6-56 t/m blz. 6-61 daarvan. De PWM-besturingsschakeling levert een blokspanning waarvan de periode konstant is en waarvan de "duty cycle" D variabel 20 is. Zoals eenvoudig is aan te tonen geldt voor de spanning Vg-j op de omzetteruitgangsklem S3, VS3={1/(1-D)).Vg2» waarin Vg2 de bronspanning van de voedingsbron B is op de omzetteringangsklem S2. Door het meten van de uitgangsspanning Vgj (niet getoond) en door de gemeten spanning te vergelijken met een referentiespanning in de 25 besturingsschakeling en door vervolgens met de besturingsschakeling D overeenkomstig te veranderen kan ervoor gezorgd worden dat de uitgangsspanning konstant blijft, bij variatie van de bronspanning Vg2 en/of de belasting R1. Door het gebruik van de MOSFET T1 kan de schakelfrequentie van de PWM erg hoog gekozen worden, bijvoorbeeld 30 tussen 100 kHz en 500 kHz. De schakelsneldheid dl/dt ligt dan tussen 10® A/sec en 5.10® A/sec. Bij dergelijke hoge schakelsnelheden zijn uitschakelverliezen ook zonder dv/dt begrenzing binnen aanvaarbare grenzen te houden, echter zullen bij het aanschakelen van T1 bij grotere dl/dt de “reverse recovery" stromen in de vrijloopdiode toenemen, 35 waardoor bij hoge schakelfrequentie de aanschakelverliezen toenemen.

In fig. 2 wordt het uitschakelen van de MOSFET in de geschakelde spanningsomzetter volgens fig. 1 als funktie van de tijd t ,8800358 PHN 12.432 7 getoond, ter bepaling van uitschakelverliezen, waarbij roet een doorgetrokken lijn de stroom I.^ door de MOSFET T1 is aangegeven en roet een onderbroken lijn de stroom ID1 door de vrijloopdiode D1. Het uitschakelproces vindt plaats tussen de tijdstippen t1 en t2- De 5 uitschakelverliezen Pu bedragen dan ongeveer:

VlL-Vs3-<(t2-ti)/2).f, waarin 1^ de stroom door de hoofdspoel SP1 is, waarvoor geldt: 1^=1^+1^1, en waarin f de schakelfrequentie is. Is bijvoorbeeld de schakelfreguentie £=100 kHz, de uitgangsspanning VS3=300 V, de stroom It=2 A en de schakelsnelheid 10 dl/dt=108 A/sec, dan is Pu slechts 0,6 W.

In fig. 3 wordt het aanschakelen van de MOSFET in de geschakelde spanningsomzetter volgens fig. 1 als funktie van de tijd t getoond voor verschillende schakelsnelheden dl/dt. Met de doorgetrokken lijn 11 komt de grootste schakelsnelheid dl/dt overeen, met de 15 onderbroken korte streep-lange streep lijn 12 een kleinere schakelsnelheid en met de onderbroken streeplijn 13 een nog kleinere schakelsnelheid. Zoals in fig. 3 te zien is nemen de "reverse recovery" stromen in de vrijloopdiode Dl toe bij toenemende schakelsnelheid, de oppervlakte 0 onder de tijdas t, die een maat is voor de 20 aanschakelverliezen, neemt toe.

In fig. 4 wordt het aanschakelen van de MOSFET in de geschakelde spanningsomzetter volgens fig. 1 getoond als funktie van de tijd t, ter bepaling van aanschakelverliezen, waarbij met een doorgetrokken lijn de strom ID-j door de vrijloopdiode D1 is aangegeven 25 en met een onderbroken lijn de stroom IT-j door de MOSFET T1. Het uitschakelproces vindt plaats tussen de tijdstippen t1 en t3 en nog enige tijd na t3. De aanschakelverliezen bedragen ongeveer: ^a^RRM*1!^ *VS3· waarin 1^ de maximale waarde van de "reverse recovery* stroom van de vrijloopdiode D1 30 is. Is bijvoorbeeld bij gebruik van een zeer snelle gelijkrichtdiode zoals het type BYV34 de "reverse recovery" stroom IRRM=6 A, en zijn de overige waarden zoals bij de beschrijving van fig. 2, dan is Pa=5,4 W, een aanzienlijk uitschakelverlies. Door tussen de vrijloopdiode D1 en de aansluitklem S1 een zelfinduktie te plaatsen wordt ook bij zeer grote 35 dl/dt door de MOSFET T1 de dl/dt door de vrijloopdiode begrensd, echter zal dan bij uitschakelen van T1 de spanning op de drain dr1 onaanvaardbaar hoog kunnen worden. Op zich zelf kan de drainspanning . 880 035 8 t PHN 12.432 8 begrensd worden door vervolgens een diode-clamp-netwerk (niet getoond) parallel te schakelen aan de zelfinductie. Een dergelijke diode-clamp-netwerk kan bijvoorbeeld bestaan uit twee in tegengestelde zin in serie geschakelde dioden. Er zullen dan bij aanschakelen echter nog steeds 5 (aanzienlijke) verliezen overblijven in de vrijloopdiode D1 en in het diode-clamp-netwerk. Wordt de waarde van de zelfinductie groter dan Vg3/(dl/dt) gekozen dan zijn de schakelverliezen in de MOSFET te verwaarlozen maar resteren de genoemde schakelverliezen in de vrijloopdiode D1 en het diode-clamp-10 netwerk.

Fig. 5 laat een eerste uitvoeringsvorm van een geschakelde spanningsomzetter volgens de uitvinding zien van het "step-up" type, waarin met fig. 1 overeenkomstige elementen en grootheden op dezelde wijze als in fig. 1 zijn aangegeven. Tussen de aansluitklem S1 15 en de vrijloopdiode D1 is een begrenzingsspoel SP2 aangebracht, waarbij de spoel SP2 en de anode a1 met aansluitklem S5 zijn verbonden. Tussen een aftakpunt S6 van de hoofdspoel SP1 en de omzetteruitgangsklem S3 is een diode D2 aangesloten. De anode a2 van de diode D2 is verbonden met het aftakpunt S6 en de kathode k2 van de diode D2 is verbonden met de 20 omzetteruitgangsklem S3. De stroom door de diode D2 is ID2. Met n1 en n2 zijn de windingsaantallen van de hoofdspoel SP1 aangegeven ten opzichte van het aftakpunt S6.

Fig. 6 laat een eerste uitvoeringsvorm van een geschakelde spanningsomzetter volgens de uitvinding zien van het "step-25 down" type, welke een met fig. 5 overeenkomende geschakelde spanningsomzetter van het "step-up" type is. üit symmetrieoverwegingen is een negatieve ingangsspanning -Vs2 gekozen. Verder zijn met fig. 5 overeenkomstige elementen en grootheden op dezelfde wijze aangegeven als in fig. 5.

30 Fig. 7 laat stroom- en spanningsverlopen als funktie van de tijd t zien voor diverse punten in de geschakelde spanningsomzetter volgens fig. 5 en fig. 6. In het bovenste signaaldiagram is het spanningsverloop op de aansluitklem S1 weergegeven. In het signaaldiagram zijn verschillende spanningsniveaus aangegeven. De 35 spanningsniveaus ν53, Vg2 en 0 die links in het diagram zijn aangegeven gelden voor degeschakelde spanningsomzetter van fig. 5 en de spanningsniveaus 0 en -Vs2 die rechts in het diagram zijn aangegeven .8800358 PHN 12.432 9 gelden voor de geschakelde spanningsomzetter van fig. 6. Het tweede signaaldiagram geeft het spanningsverloop van Vgg op het aftakpunt van de hoofdspoel SP1 weer en het derde signaaldiagram geeft het spanningsverloop van Vg5 op de aansluitklem S5 weer. De daaronder 5 staande signaaldiagraamen geven respectievelijk de stroomverlopen ID2 en ID1 weer als funktie van de tijd t. In de diagrammen zijn de tijdstippen tl, t2, t3, t4 en t5 aangegeven. De werking van de geschakelde spanningsomzetter volgens fig. 5 zal aan de hand van de signaaldiagrammen van fig. 7 worden uiteengezet. De werking van de 10 geschakelde spanningsomzetter volgens fig. 6 is identiek. Er wordt van uitgegaan dat T1 aangeschakeld is op het tijdstip t1. De stroom door de hoofdspoel SP1 is dan 1^. Er wordt aangenomen dat IL nagenoeg konstant is over een periode (van t1 tot t5). Als de zelfinductie van de hoofdspoel SP1 voldoende grot is zal in een periode de di/dt zeer klein 15 zijn ten opzichte van 1^, zodat hieraan praktisch is voldaan. Op t1 wordt de MOSFET T1 uitgeschakeld. Dit gaat zeer snel, in bijvoorbeeld 20-30 nsec zal de stroom door T1 naar nul gaan, waardoor een grote dv/dt ontstaat. De spanning Vgg op het aftakpunt S6 van de hoofdspoel SP1 wordt begrensd door de extra diode D2. Als echter de spanning op het 20 aftakpunt S6 begrensd is dan moet ook de spanning op de drain dr1 van de MOSFET T1 begrensd zijn. Dit is eenvoudig na te gaan door toepassing van formules van een ideale transformator met windingsaantallen n1 en n2. De waarde van de drainspanning hangt af van de plaats van het aftakpunt S6 op de hoofdspoel SPT. Er geldt dat Vg1>VSg en Vgg is 25 ongeveer gelijk aan Vg^, waardoor (vsi“vS3^ zodat er een di/dt is door de begrenzingsspoel SP2. De stroom *01 door de begrenzingsspoel SP2 neemt toe, waardoor de stroom ID2 door de extra diode D2 kleiner wordt (Ι^=Ιρ^+Ιρ2)· Dit gaat door totdat de stroom Iq2 door de extra diode D2 nul is, op het tijdstip t2. Dan gaat 30 de extra diode D2 sperren en stelt zich een nieuw spannningsevenwicht in. Voor stroom staan de spoelen SP1 en SP2 dan in serie, terwijl praktisch (Vg-j-Vgj) ongeveer nul is. Op het tijdstip t3 wordt de MOSFET T1 weer aangeschakeld. De MOSFET "ziet" een sperrende extra diode D2 en een serieschakeling van de spoelen SP1 en SP2 met de vrijloopdiode 35 D1. Aangezien IL konstant is en lp2=0 is er over de begrenzingsspoel SP2 een di/dt waardoor tussen de tijdstippen t3 en t4 de stroom tot nul afneemt. Er stelt zich een nieuw evenwicht in op het tijdstip t4 .8800358

V

\ PHN 12.432 10 en vanaf het tijdstip t5 wordt het beschreven proces herhaald. Zoals te zien is aan het verloop van de stroom zijn er nagenoeg geen “reverse recovery" verliezen. De di/dt door de vrijloopdiode D1 wordt met de begrenzingsspoel SP2 begrensd. Met een onderbroken streeplijn is 5 in de signaaldiagrammen voor ID1 en ID2 het geval aangegeven dat de begrenzingsspoel in verzadiging wordt gestuurd, wat afhankelijk is van de dimensionering. Er zijn geen grote verliezen in de schakeling aanwezig omdat er geen dissiperende elementen aanwezig zijn, alle spanningen begrensd zijn en de dl/dt door de vrijloopdiode eveneens 10 begrensd is. De drainspanning Vg1 wordt begrensd via de extra diode D2 waardoor ID1 geleidelijk kan toenemen. Bij beide omzetters levert de begrenzingsspoel SP2 op het moment van aanschakelen van de MOSFET energie aan de uitgang, in fig. 6 direkt via D1, en in fig. 7 indirekt via SP1 en D1. Beide geschakelde spanningsomzetters volgens de 15 uitvinding zijn derhalve nagenoeg verliesvrij.

In fig. 8 wordt een tweede uitvoeringsvorm van een geschakelde spanningsomzetter volgens de uitvinding getoond, van het “step-up" type en in fig. 9 een derde uitvoeringsvoorbeeld, waarbij met fig. 5 overeenkomende elementen en grootheden op dezelfde wijze als in 20 fig. 5 zijn aangegeven. In fig. 8 is de drain dr1 op het aftakpunt SS aangesloten waardoor de drainspanning begrensd wordt op Vg3· De geschakelde spanningsomzetter volgens fig. 8 is een voorkeuruitvoeringsvorm. In fig. 9 wordt een alternatief gegeven waarbij een gewijzigde opsteeling voor de extra diode D2 en de begrenzingsspoel 25 SP2 wordt gegeven.

In fig. 10 en fig. 11 worden een tweede en derde uitvoeringsvorm van een geschakelde spanningsomzetter van het "step-down" type gegeven waarin weer een overeenkomstige notatie wordt gebruikt. In fig. 10 wordt een voorkeursuitvoeringsvorm getoond.

30 In fig. 12 worden twee in elkaar verweven geschakelde spanningsomzetters van het type volgens fig. 6 voor respectieve positieve en negatieve spanningen getoond, zodat een halve brug geschakelde spanningsomzetter van het het type gelijkspannings naar wisselspanningsomzetter ontstaat. Er is weer een overeenkomstige notatie 35 gebruikt, waarbij met kleine letter a en b de beide helften worden onderscheiden. Voor een goede werking zijn nog dioden D3a en D3b toegevoegd en elektrolytische condensatoren C2a en C2b. Op aansluitklem ,8800358 pi-- . ί PHN 12.432 11 S7 staat de helft van de bronspanning Vs2· .8800358

Claims (8)

1. Geschakelde spanningsomzetter die een serieschakeling bevat waarin een hoofdspoel, een omzetteruitgangsklem voor aansluiting van een belasting en een eerste en een tweede omzetteringangsklem voor aansluiting van een voedingsbron zijn opgenomen, die verder ten minste 5 één gestuurde halfgeleiderschakelaar bevat waarvan een eerste elektrode gekoppeld is met de hoofdspoel, waarvan een tweede elektrode met de eerste of met de tweede omzetteringangsklem is gekoppeld en waarvan een stuurelektrode is gekoppeld met een stuurklem voor aansluiting aan een besturingsschakeling, en die voorts ten minste 10 één vrijloopdiode bevat voor vrijloop van een hoofdspoelstroom, waarbij de spanningsomzetter ervoor is ingericht om door schakelen op de stuurklem een omgezette spanning aan de omzetteruitgangsklem te verkrijgen, met het kenmerk, dat de halfgeleiderschakelaar een schakelaar van een snel schakelend type is en dat de spanningsomzetter 15 ten minste één extra diode en ten minste één begrenzingsspoel voor stroomveranderingsbegrenzing bevat, waarbij van een serieschakeling waarin de extra diode en de begrenzingsspoel zijn opgenomen een aansluitklem verbonden is met een aftakpunt van de hoofdspoel ter begrenzing van de spanning over de ten minste ene halfgeleiderschakelaar. 20

2, Geschakelde spanningsomzetter volgens conclusie 1, waarbij de tweede elektrode van de halfgeleiderschakelaar met de tweede omzetteringangsklem is gekoppeld, met het kenmerk, dat de ene aansluitklem van de extra diode met het aftakpunt van de hoofdspoel en de andere uitgangsklem van de extra diode met de omzetteruitgangsklem is 25 verbonden en dat de begrenzingsspoel is opgenomen in serie met de hoofdspoel en de omzetteruitgangsklem.

3. Geschakelde spanningsomzetter volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de eerste elektrode van de halfgeleiderschakelaar met het aftakpunt van de hoofdspoel is verbonden.

4. Geschakelde spanningsomzetter volgens conclusie 1, waarbij de tweede elektrode van de halfgeleiderschakelaar met de tweede omzetteringangsklem is gekoppeld, met het kenmerk, dat de eerste elketrode van de halfgeleiderschakelaar via de begrenzingsspoel met het aftakpunt van de hoofdspoel en via de extra diode met de uitgangsklem is 35 verbonden.

5. Geschakelde spanningsomzetter volgens conclusie 1, waarbij de tweede elektrode van de halfgeleiderschakelaar met de eerste .8800358 - vT·-· ΡΗΝ 12.432 13 J omzetteringangsklem is gekoppeld, net het kenmerk, dat de ene aansluitklem van de extra diode met het aftakpunt van de hoofdspoel en de andere aansluitklem van de extra diode met de tweede omzetteringangsklem is gekoppeld en dat een serieschakeling van de 5 vrijloopdiode en de begrenzingsspoel met een eerste klem aan een met de eerste omzetteringangsklem gekoppelde aansluitklem van de hoofdspoel is gekoppeld en met een tweede klem aan de tweede omzetteringangsklem is verbonden.

6. Geschakelde spanningsomzetter volgens conclusie 5, met 10 het kenmerk, dat de eerste elektrode van de halfgeleiderschakelaar met het aftakpunt van de hoofdspoel is verbonden.

7. Geschakelde spanningsomzetter volgens conclusie 1, waarbij de tweede elektrode van de halfgeleiderschakelaar met de eerste omzetteringangsklem is gekoppeld, met het kenmerk, dat de eerste 15 elektrode van de halfgeleiderschakelaar via de begrenzingsspoel met het aftakpunt van de hoofdspoel en via de extra diode met de tweede omzetteringangsklem is verbonden.

8. Geschakelde spanningsomzetter volgens één der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de halfgeleiderschakelaar 20 een veldeffekttransistor is. .8800358