DE112011102845T5

DE112011102845T5 - Stromwandler mit Aufwärts-Abwärts-Abwärts-Konfiguration

Info

Publication number: DE112011102845T5
Application number: DE112011102845T
Authority: DE
Inventors: Michael Zhang; Aaron Jungreis
Original assignee: Flextronics AP LLC
Current assignee: Flextronics AP LLC
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2013-06-20
Also published as: US8488340B2; WO2012027719A1; US20120051097A1; CN103154843A; CN103154843B

Abstract

Es wird eine geregelte Leistungsvorrichtung bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Eingangs-Stromwandlerschaltung zum Erhalten einer gleichgerichteten Spannung und zum Erzeugen einer erhöhten Spannung. Eine Zwischen-Stromreglerschaltung erzeugt eine geregelte Spannung, die niedriger ist als eine minimale Ausgangsspannung der Eingangs-Stromwandlerschaltung. Die Zwischen-Stromreglerschaltung ist angeschlossen, um die erhöhte Spannung zu erhalten. Eine Ausgangs-Stromwandlerschaltung ist mit der Zwischen-Stromwandlerschaltung gekoppelt. Die Ausgangs-Stromwandlerschaltung erhält die geregelte Spannung und erzeugt eine Ausgangsspannung, die niedriger ist als die geregelte Spannung. Die Ausgangs-Stromwandlerschaltung umfasst einen Buck-Wandler, der konfiguriert ist, bei einem festen Arbeitszyklus zu arbeiten. Eine Reglerschaltung ist mit der Zwischen-Stromreglerschaltung gekoppelt und mit der Ausgangs-Stromwandlerschaltung gekoppelt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Stromwandlern. Mehr im Einzelnen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine mehrstufige Aufwärts-Abwärts-Abwärts-Leistungsvorrichtung.
Hintergrund
In vielen Anwendungen ist ein Spannungsregler erforderlich, um eine Spannung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs bereitzustellen, die von einer Spannungsquelle gebildet wird, die einen unterschiedlichen Spannungspegel aufweist. Manche Schaltkreise unterliegen einer unsicheren und unerwünschten Funktion und können sogar irreparable Schäden erleiden, wenn eine Eingangsleistung außerhalb eines bestimmten Bereichs liegt.
Eine aus dem Stand der Technik bekannte geregelte Leistungsvorrichtung 10 ist in 1 dargestellt. Die Vorrichtung 10 ist ein isolierter Aufwärts-Aufwärts-Stromwandler. Die Vorrichtung 10 umfasst allgemein einen AC-Eingang 12, der auch als AC-DC-Wandler bekannt ist, und der mit einem Eingangswandler 14 gekoppelt ist. In der beispielhaften dargestellten Ausführungsform umfasst der Eingangswandler 14 ein Leistungsfaktor-Korrekturpower factor correction, PFC)-Frontend. Der Eingangswandler 14 kann als ein Boost-Wandler konfiguriert sein. Der Eingangswandler 14 ist mit einem Zwischenregler 16 gekoppelt, der einen weiteren Boost-Regler umfasst, der mit einem Ausgangswandler 18, in diesem Falle einem DC-DC-Wandler, gekoppelt ist. Der Ausgangswandler 18 ist als Isolations- oder Trennstufe konfiguriert. Eine Regelschaltung 20 ist zwischen dem Zwischenregler 16 und dem Ausgangswandler 18 gekoppelt.
Der AC-Eingang 12 ist angeschlossen, um ein AC-Signal VAC zu erhalten und einen ungeregelten Gleichstrom (DC) zu erzeugen, der als Eingang zu dem Eingangswandler 14 gekoppelt ist. Typischerweise erhält der Eingangswandler 14 den ungeregelten Gleichstrom von dem AC-Eingang 12 und erzeugt eine heraufgesetzte oder erhöhte Spannung. Die erhöhte Spannung ist eine DC-Spannung. Der Zwischenregler 16 erhält die erhöhte Spannung und erzeugt eine geregelte Spannung. Die geregelte Spannung umfasst eine Spannung, die höher heraufgesetzt ist als eine minimale Ausgangsspannung des Eingangswandlers. Der Ausgangswandler 18 erhält die geregelte höhere Spannung und erzeugt eine Ausgangsspannung, die herabgesetzt oder niedriger ist als die höhere geregelte Spannung. Die Regelschaltung 19 erfasst einen Leistungsabfall und einen Leistungsanstieg in Vout und steuert eine Einschaltdauer oder einen Arbeitszyklus eines Regelschaltelements innerhalb des Zwischenreglers 16, um eine Kompensationsleistung zuzuführen, um den Leistungsanstieg oder Leistungsabfall in Vout zu korrigieren.
Mit der Vorrichtung 10 sind zahlreiche inhärente Nachteile verbunden. Die Vorrichtung 10 erzeugt einen hohen stoßartigen Strom beim Anlauf. Sekundäre Komponenten des Ausgangswandlers 18 unterliegen einer hohen Beanspruchung, und die Vorrichtung ist hohen Störpegeln von dem stoßartigen Strom ausgesetzt. Außerdem sind die primären Komponenten des Ausgangswandlers 18 einer hohen Spannungsbeanspruchung ausgesetzt. Da es sich bei der Vorrichtung um einen Boost-Boost-Isolations-Stromwandler handelt, nimmt er viel Platz ein und ist ineffizient.
Bei einem anderen Stromregler, der aus dem Stand der Technik bekannt ist und ähnlich wie die Vorrichtung 10 ist, wird ein PFC-Frontend vom Buck-Typ verwendet, gefolgt von einem Buck-Wandler, der mit einem Abwärtswandler vom Buck-Typ gekoppelt ist. Bei diesem anderen Stand der Technik tritt ein inhärenter Nachteil einer niedrigen Leistungsfaktorkorrektur bei niedriger AC-Eingangsnetzspannung auf, und es bestehen Symptome unterbrochenen Eingangsstroms, wobei große Filter benötigt werden, um Schaltwelligkeitsströme zu glätten. Außerdem besteht bei diesem anderen Stand der Technik der Nachteil, dass das Buck-PFC-Frontend bei einer relativ niedrigen Effizienz läuft, im Vergleich mit einem Frontend vom Boost-Typ. Außerdem leidet diese Buck-Buck-Isolations-Konfiguration unter hohen RMS-Strömen, die große Kupferverluste auf der Primärseite erfordern, aufgrund einer relativ niedrigen Spannung, die von den beiden stromauf befindlichen Buck-Wandlern kommt.
Es ist daher wünschenswert, einen geregelten Stromwandler zu schaffen, der den Wirkungsgrad erheblich verbessert und die Kosten derartiger Stromwandler senkt.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine beispielhafte Art und Weise, den Wandler nach der vorliegenden Erfindung zu betreiben, besteht darin, eine PFC-Frontend-Stufe als eine Boost-Folgestufe zu konfigurieren, so dass die Ausgangsspannung der PFC-Frontend-Stufe nur geringfügig höher als der Spitzenwert eines AC-Eingangs ist. Eine Buck-Reglerstufe, die mit der PFC-Frontend-Stufe gekoppelt ist, ist so konfiguriert, dass sie eine feste Ausgangsspannung liefert, die geringfügig unter der minimalen Ausgangsspannung der PFC-Stufe liegt. Eine Auslegung der Ausgangsspannung des Buck-Reglers so nahe wie möglich an der minimalen Ausgangspannung der PFC-Stufe liefert den höchsten Gesamt-Wandlerwirkungsgrad. Der Wandler nach der vorliegenden Erfindung liefert daher einen optimalen Ausgleich zwischen Wirkungsgraden bei einer niedrigen Netzspannung und einer hohen Netzspannung.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine geregelte Leistungsvorrichtung bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Eingangs-Stromwandlerschaltung, die konfiguriert ist, um eine gleichgerichtete Spannung zu erhalten und eine erhöhte Spannung zu erzeugen. Eine Zwischen-Stromreglerschaltung erzeugt eine geregelte Spannung, die entweder eine niedrigere Spannung oder eine höhere Spannung als eine minimale Ausgangsspannung der Eingangs-Stromwandlerschaltung ist. Die Zwischen-Stromreglerschaltung ist gekoppelt, um die erhöhte Spannung zu erhalten. Eine Ausgangs-Stromwandlerschaltung ist mit der Zwischen-Stromreglerschaltung gekoppelt und umfasst eine Anzahl von Schaltelementen und einen Transformator. Die Ausgangs-Stromwandlerschaltung erhält die geregelte Spannung und erzeugt eine Ausgangsspannung, die niedriger oder höher als die geregelte Spannung ist. Die Ausgangs-Stromwandlerschaltung umfasst eine Trennstufe, die konfiguriert ist, um bevorzugt bei einer festen Einschaltdauer zu arbeiten. Eine Reglerschaltung ist mit der Zwischen-Stromreglerschaltung gekoppelt und mit der Ausgangs-Stromwandlerschaltung gekoppelt. Die Reglerschaltung umfasst ein Rückkopplungssignal, um ein Steuersignal zum Betreiben eines Reglerschaltelements der Zwischen-Stromreglerschaltung zu erzeugen.
Die Eingangs-Stromwandlerschaltung umfasst einen Boost-Wandler mit einem Boost-Schaltelement, das mit einem induktiven Element gekoppelt ist und mit einer Anzahl von Boost-Diodeneinrichtungen gekoppelt ist. Der Boost-Wandler ist mit einer Leistungsfaktor-Korrekturfunktion zum Vergrößern eines Leistungsfaktors der Leistungsvorrichtung versehen. Der Boost-Wandler ist als Boost-Folgeschaltung konfiguriert, wobei die erhöhte Spannung größer als die gleichgerichtete Spannung ist. Die Boost-Folgeschaltung umfasst einen Boost-Folgecontroller, der mit dem Boost-Schaltelement gekoppelt ist. Eine AC-Eingangsschaltung ist vorgesehen, um ein AC-Signal zu erhalten und die gleichgerichtete Spannung zu erzeugen.
Die Zwischen-Stromreglerschaltung umfasst einen Buck-Wandler, auf den ein Boost-Wandler folgt, der das Reglerschaltelement umfasst, gekoppelt mit einem induktiven Element, das von beiden Wandlern genutzt wird und das mit einer Regler-Diodeneinrichtung gekoppelt ist. Alternativ umfasst die Zwischen-Stromreglerschaltung einen SEPIC (Single-Ended Primary Inductance Converter, nullpunktbezogener Primärinduktivität-Wandler), wobei die geregelte Spannung entweder eine niedrigere Spannung oder eine höhere Spannung als die minimale Ausgangsspannung der Eingangs-Stromwandlerschaltung sein kann. Der SEPIC-Wandler umfasst das Reglerschaltelement, gekoppelt mit einem induktiven Element und gekoppelt mit einem kapazitiven Element. Das kapazitive Element ist mit einem zweiten induktiven Element gekoppelt und mit einer Diodeneinrichtung gekoppelt. In einer anderen Alternative umfasst die Zwischen-Stromreglerschaltung einen Buck-Boost-Wandler, der ein Reglerschaltelement umfasst, gekoppelt mit einem induktiven Element und gekoppelt mit einer Weitergabeeinrichtung. Das Reglerschaltelement ist in Reihe mit einem Eingang des Buck-Boost-Wandlers gekoppelt.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich anhand der Betrachtung der folgenden Beschreibung, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die neuartigen Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in den angehängten Ansprüchen aufgeführt. Zur Erläuterung der Erfindung werden mehrere Ausführungsformen der Erfindung anhand der folgenden Abbildungen erläutert.
1 erläutert ein funktionales Blockdiagramm einer Leistungsvorrichtung aus dem Stand der Technik.
1A erläutert ein funktionales Blockdiagramm einer Leistungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 erläutert ein schematisches Diagramm einer Leistungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3 erläutert ein schematisches Diagramm einer Leistungsvorrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.
3A erläutert ein schematisches Diagramm eines Zwischenreglers einer Leistungsvorrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.
4 erläutert ein schematisches Diagramm einer Leistungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche Details und Alternativen zum Zwecke der Erläuterung beschrieben. Allerdings erkennt ein Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet, dass die Erfindung ohne die Verwendung dieser speziellen Details ausgeführt werden kann. In anderen Beispielen sind bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Form von Blockdiagrammen dargestellt, um die Beschreibung der Erfindung nicht mit unnötigen Einzelheiten unklar zu machen.
1A zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Zwischenregler 160. Eine beispielhafte Art und Weise, den Wandler nach der vorliegenden Erfindung zu betreiben, besteht darin, die PFC-Frontend-Stufe 140 als eine Boost-Folgestufe zu konfigurieren, so dass die Ausgangsspannung der PFC-Frontend-Stufe nur geringfügig höher als der Spitzenwert des AC-Eingangs 120 liegt. Als Beispiel kann der PFC-Ausgang etwa 250 VDC für einen AC-Eingang von 114 VAC sein, und der PFC-Ausgang kann etwa 385 VDC für einen AC-Eingang von 230 VAC sein. Die Zwischenreglerstufe 160 ist konfiguriert, um eine feste vorbestimmte Ausgangsspannung zu liefern. Eine beispielhafte Ausführungsform kann ausgelegt sein, um eine feste Spannung zu erzeugen, die geringfügig niedriger als die minimale Ausgangsspannung der PFC-Stufe 140 ist. Als Beispiel kann das PFC-Frontend 140 ausgelegt sein, um eine minimale Ausgangsspannung von 240 VDC für einen Eingang von 90 bis 132 VAC zu erzeugen, und die Zwischenreglerstufe 160 kann ausgelegt sein, um eine feste Ausgangsspannung von 200 VDC zu erzeugen, oder alternativ 175 VDC. Eine Auslegung der Ausgangsspannung des Zwischenreglers 160 so nahe wie möglich an der minimalen Ausgangsspannung der PFC-Stufe erzeugt den größten Gesamt-Wandlerwirkungsgrad.
Bei typischen oder herkömmlichen Wandlern ist der Wirkungsgrad bei hoher Netzspannung wesentlich höher als der Wirkungsgrad bei niedriger Netzspannung, was auf einer Verringerung der Leitungsverluste liegt. Der Wandler nach der vorliegenden Erfindung erreicht einen hohen Wandlerwirkungsgrad bei niedriger Netzspannung, während der Wirkungsgrad bei hoher Netzspannung nur geringfügig reduziert wird, wobei dort ein größerer Spielraum im Wirkungsgrad besteht. Dieser hohe Wandlerwirkungsgrad wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass eine Boost-Folgeschaltung auf der PFC-Stufe verwendet wird, und eine Zwischen-Buck-Reglerstufe verwendet wird, die bei einer Ausgangsspannung arbeitet, die geringfügig unterhalb der niedrigsten Ausgangsspannung der Boost-Folgeschaltung liegt. Der Wandler nach der vorliegenden Erfindung erreicht somit einen optimalen Ausgleich zwischen den Wirkungsgraden bei niedriger Netzspannung und bei hoher Netzspannung.
Unter Bezugnahme auf 1A ist ein funktionales Blockdiagramm für eine geregelte Leistungsvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Vorrichtung 100 ist als Stromwandler mit isolierter Boost-Zwischenstufe dargestellt. Dieser Aufbau weist einen überlegenen Wirkungsgrad und überlegene Betriebseigenschaften im Vergleich zu Systemen aus dem Stand der Technik auf. Die Vorrichtung 100 umfasst allgemein einen AC-Eingang 120, der auch als AC-zu-DC-Wandler bekannt ist. Der AC-Eingang 120 ist angeschlossen, um eine ungeregelte DC-Spannung an eine Eingangs-Stromwandlerschaltung oder einen Eingangswandler 140 bereitzustellen, die bzw. der auch als Leistungsfaktor-Korrektur(PFC)-Frontend bekannt ist. Der Eingangswandler 140 ist mit einer Zwischen-Stromreglerschaltung oder einem Zwischenregler 160 gekoppelt, der vorzugsweise einen Buck-Regler in Reihe mit einem Boost-Regler umfasst. Der Zwischenregler 160 ist mit einem Ausgangswandler 180 zum Bereitstellen einer Trennung gekoppelt. Eine Regelschaltung 190 ist zwischen dem Zwischenregler 160 und dem Ausgangswandler 180 angeschlossen.
Der AC-Eingang 120 ist angeschlossen, um ein AC-Signal VAC zu erhalten und um die ungeregelte DC (Gleichspannung) daraus zu erzeugen. Die ungeregelte DC-Spannung ist als Eingang an den Eingangswandler 140 angeschlossen. Der Eingangswandler 140 erhält den ungeregelten Gleichstrom von dem AC-Eingang 120 und erzeugt eine heraufgesetzte oder erhöhte Spannung. Die erhöhte Spannung ist eine DC-Spannung. Der Zwischenregler 160 erhält die erhöhte Spannung und erzeugt daraus eine geregelte Spannung. In manchen Ausführungsformen umfasst die geregelte Spannung eine Spannung, die niedriger als eine minimale Ausgangsspannung des Eingangswandlers ist. Vorzugsweise erzeugt der Ausgangswandler 180 einen isolierten Ausgang, der keine Spannungskontrolle erfordert. Die Regelschaltung 190 erfasst einen Leistungsabfall und Leistungsanstieg in Vout und steuert einen Arbeitszyklus oder eine Einschaltdauer eines Regler-Schaltelements innerhalb eines Zwischenreglers 160, um eine Ausgleichsleistung zuzuführen, um den Leistungsanstieg oder Leistungsabfall in Vout zu korrigieren.
2 erläutert ein beispielhaftes schematisches Diagramm der geregelten Leistungsvorrichtung 100 nach 1a. Eine geregelte Leistungsvorrichtung 200 ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen. Die Vorrichtung 200 ist als geregelter Stromwandler mit isolierter Boost-Zwischenstufe ausgeführt. Die Vorrichtung 200 umfasst allgemein einen AC-Eingang 120, der mit einem Eingangswandler 140 gekoppelt ist. Der Eingangswandler 140 ist mit einem Zwischenregler 160 gekoppelt, der einen Buck-Regler 160A umfasst, der wahlweise mit einem Ausgangswandler 180 gekoppelt ist, in Abhängigkeit von Anwendungsbedingungen. Bei Anwendungsbedingungen, in denen eine niedrigere Ausgangsspannung als die Spannung, die von der Eingangsstufe 140 erzeugt wird, benötigt wird, ist der Buck-Regler 160A selektiv mit dem Ausgang gekoppelt. Bei Anwendungsbedingungen, die eine höhere Ausgangsspannung benötigen, als die, die von dem Eingang erzeugt wird, ist ein Boost-Wandler 160B selektiv mit dem Ausgang gekoppelt, um eine höhere Spannung zu erzeugen. Eine Regelschaltung 190 ist zwischen dem Zwischenregler 160 und dem Ausgangs-Wandler 180 gekoppelt. Für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet sind in Kenntnis dieser Beschreibung die alternativen, schematischen Variationen des Eingangswandlers 140, des Zwischenreglers 160 und des Ausgangswandlers 180, die nachfolgend beschrieben sind, von Bedeutung.
Der AC-Eingang 120 umfasst einen Eingang zum Erhalten eines AC-Signals 202 und vorzugsweise eine Vier-Dioden-Brücke 204. Das AC-Signal 202 liegt typischerweise im Bereich von 90 bis 265 VAC. Das AC-Signal 202 wird durch die Vier-Dioden-Brücke 204 gleichgerichtet, um eine gleichgerichtete Spannung zu erzeugen, bei der es sich um eine ungeregelte DC-Spannung handelt. Ein elektromagnetisches Interferenzfilter (EMI) und ein Radiofrequenz-Interferenzfilter (RFI), die nicht dargestellt sind, können in dem AC-Eingang 120 enthalten sein, um unerwünschte harmonische Störungen zu eliminieren.
Die Vier-Dioden-Brücke 204 weist einen Eingang und einen Ausgang auf. Die AC-Eingangsspannung 202 ist an den Eingang der Vier-Dioden-Brücke 204 geschaltet. Der positive Ausgangsanschluss der Vier-Dioden-Brücke 204 ist an einen ersten Anschluss eines Induktors L1 und an die Anode einer Booster-Diode D1A geschaltet. Das zweite Terminal des Induktors L1 ist mit einem ersten Anschluss eines Boost-Schaltelements 210 und mit der Anode einer Booster-Diode D1 verbunden. Die Kathoden der Booster-Dioden D1, D1A sind mit dem Schaltungspunkt A verbunden. Der negative Ausgangsanschluss der Vier-Dioden-Brücke 204 ist an die Schaltkreismasse bzw. Erde angeschlossen. Ein zweiter Anschluss des Schaltelements 210 ist mit einem Boost-Controller 208 gekoppelt. Ein dritter Anschluss des Schaltelements 210 ist mit Masse verbunden. Der Boost-Controller 208 ist mit Masse verbunden.
Der Eingangswandler 140 erhält die gleichgerichtete Spannung und erzeugt eine erhöhte Spannung. Der Eingangswandler 140 ist als ein Boost-Wandler konfiguriert. Der Boost-Controller 208 ist mit dem Boost-Schaltelement 210 gekoppelt. Geeignete Komponenten können für den Eingangswandler 140 ausgewählt werden, in Abhängigkeit von den Ausgangsanforderungen für die Leistungsvorrichtung 200. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Boost-Schaltelement 210 einen Silizium (Si) oder einen Siliziumcarbid (SiC) MOSFET-Transistor. Die Boost-Dioden D1, D1A können auch ein Silizium (Si) oder Siliziumcarbid (SiC) Material umfassen. Der Boost-Controller 208 kann eine logische Vorrichtung umfassen, die eine Pulsweitenmodulations(PWM)-Funktion enthält. Derartige PWM-Controller sind einem Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet bekannt.
Der Eingangswandler 140 kann so ausgelegt sein, dass er als ein Leistungsfaktorkorrektur(PFC)-Frontend arbeitet. Der Eingangswandler 140 nutzt den Boost-Controller 208, um die Einschaltdauer bzw. den Arbeitszyklus des Boost-Schaltelements 210 so einzustellen, dass ein Eingangsstrom und eine Netzfrequenz des AC-Signals 202 die gleiche Phase aufweisen. Dadurch erhält ein Leistungsfaktor der Leistungsvorrichtung 200 einen Wert in der Nähe von 1 (1.0). Der Eingangswandler 140 erzeugt die erhöhte Spannung unter Verwendung des Boost-Controllers 208 zum Steuern einer Einschaltdauer bzw. eines Arbeitszyklus des Boost-Schaltelements 210, während der Induktor L1 die erhöhte Spannung speichert und über die Boost-Dioden D1, D1A weitergibt.
Der Zwischenregler 160 erhält die erhöhte Spannung und erzeugt eine geregelte Spannung Vin. Der Zwischenregler 160 kann als Buck-Wandler 160A konfiguriert sein, unter Anwendungsbedingungen, bei denen die geregelte Spannung Vin eine niedrigere Spannung als eine minimale Ausgangsspannung des Eingangswandlers 140 sein muss. Der Zwischenregler 160 umfasst einen ersten Anschluss eines Reglerschaltelements 220, das mit einem Schaltungspunkt A verbunden ist. Ein zweiter Anschluss des Reglerschaltelements 220 ist mit einem Regelcontroller 218 verbunden. Ein dritter Anschluss des Reglerschaltelements 220 ist mit einem ersten Anschluss eines Induktors L2 und mit einer Kathode einer Reglerdiode D2 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Induktors L2 ist mit einem Schaltungspunkt Vin verbunden. Die Anode der Reglerdiode D2 und der Regelcontroller 218 sind mit Masse verbunden. Der Zwischenregler 160 verwendet ein Rückkopplungssignal, das von einer Rückkopplungsschleife bereitgestellt wird, die die Reglerschaltung 190 und eine Shunt- bzw. Nebenschlussdiode 252 umfasst. Eine Kathode der Nebenschlussdiode 252 ist mit einem Schaltungspunkt Vout verbunden. Der Schaltungspunkt Vout ist ein Ausgang, der mit der Ausgangsspannung Vout zusammenfällt. Eine Anode der Nebenschlussdiode 252 ist mit einem ersten Anschluss der Reglerschaltung 190 verbunden. Ein zweiter Anschluss der Reglerschaltung 190 ist mit dem Regelcontroller 218 verbunden. Der Zwischenregler 160 erzeugt die geregelte Spannung Vin unter Verwendung des Regelcontrollers 218 zum Steuern eines Arbeitszyklus bzw. einer Einschaltdauer des Reglerschaltelements 220. Der Induktor L2 führt abwechselnd ein Speichern und ein Weitergeben der Leistung zu dem Ausgangswandler 180 und durch die Reglerdiode D2 aus.
Geeignete Komponenten können für den Zwischenregler 160 in Abhängigkeit von den Ausgangsanforderungen für die Leistungsvorrichtung 200 ausgewählt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Reglerschaltelement 220 einen Silizium (Si) oder Siliziumcarbid (SiC) MOSFET-Transistor. Die Reglerdiode D2 kann auch ein Silizium (Si) oder Siliziumcarbid (SiC) Material umfassen. Der Regelcontroller 218 kann eine logische Vorrichtung umfassen, die eine Pulsweitenmodulations(PWM)-Funktion umfasst. Derartige PWM-Controller sind einem Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet bekannt. Weiterhin können für Anwendungen mit größerer Leistung und zur Berücksichtigung von Problemen im Zusammenhang mit einer getrennten Erdung bipolare Transistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) als Schaltvorrichtungen verwendet werden.
Der Zwischenregler 160, der als ein Buck-Wandler 160A konfiguriert ist, nutzt den Regelcontroller 218 zum Einstellen des Arbeitszyklus bzw. der Einschaltdauer des Reglerschaltelements 220, so dass die geregelte Spannung Vin an dem Schaltungspunkt Vin reguliert und niedriger als die minimale Ausgangsspannung des Eingangswandlers 140 ist. Die geregelte Spannung Vin umfasst eine feste DC-Spannung. Der Zwischenregler 160 ist konfiguriert, um die geregelte feste Spannung Vin bereitzustellen, die so nahe wie möglich an der minimalen Ausgangsspannung des Eingangswandlers 140 liegt, um einen Wirkungsgrad der Leistungsvorrichtung 200 zu maximieren. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die geregelte Spannung 200 VDC. Alternativ ist die geregelte Spannung Vin 175 VDC.
In der Buck-Konfiguration 160A ist das Schaltelement Q2 220 aktiviert oder leitend, während einer Ladephase, in der der Wandler 160A einen Strom an eine Last über den Induktor L2 abgibt. Während einer Entladephase ist Q2 220 deaktiviert oder offen, und in dem Induktor L2 gespeicherte Energie veranlasst eine Umkehr der Spannung über L2, wodurch die Diode D2 vorwärts vorgespannt wird. Als Ergebnis wird ein Strompfad über D2, L2 und eine Last gebildet, um die Energie in L2 als Strom in eine Last abzugeben. Beim Betrieb als Abwärts- oder Buck-Wandler 160A deaktiviert der Controller U3 228 vorzugsweise den Schalter Q5, so dass kein Strom durch diesen fließen kann.
Der Ausgangswandler 180 ist konfiguriert, um die geregelte Spannung Vin zu erhalten und um die Ausgangsspannung Vout zu erzeugen. Vorzugsweise ist die Spannung Vout eine Gleichspannung und von der Spannung Vin getrennt. In diesem Beispiel ist der Ausgangswandler 180 als ein LLC-Resonanzwandler konfiguriert. In anderen Ausführungsformen kann der Ausgangswandler als ein Vollbrücken-Vorwärtswandler konfiguriert sein, der bei einem festen Arbeitszyklus bzw. Einschaltdauer arbeitet. Vorzugsweise ist der Ausgangswandler 180 eine Trennstufe, die konfiguriert ist, um eine Trennung ohne eine Spannungssteuerung zu erreichen. Der Ausgangswandler 180 umfasst einen ersten Anschluss eines Eingangskondensators 230, der mit dem Schaltungspunkt Vin gekoppelt ist, und einen zweiten Anschluss des Eingangskondensators 230, der mit Masse verbunden ist. Ein erster Anschluss eines ersten Schaltelements oder eines Ausgangsschalters 232 ist mit dem Schaltungspunkt Vin und mit einem ersten Anschluss eines ersten Trennkondensators 236 gekoppelt. Der zweite Anschluss des ersten Schaltelements 232 ist mit einem Ausgangscontroller 228 gekoppelt. Ein dritter Anschluss des ersten Schaltelements 232 ist mit einem ersten Anschluss eines zweiten Schaltelements oder eines Ausgangsschalters 234 und mit einem ersten Primäranschluss eines Transformators 240 gekoppelt. Der zweite Anschluss des ersten Trennkondensators 236 ist mit dem ersten Anschluss des zweiten Trennkondensators 238 gekoppelt, und ist mit dem zweiten Primäranschluss des Transformators 240 gekoppelt. Der zweite Anschluss des zweiten Schaltelements 234 ist mit dem Ausgangscontroller 228 gekoppelt. Der Ausgangscontroller 228 ist mit dem zweiten Anschluss der Reglerschaltung 190 gekoppelt. Der Ausgangscontroller 228 ist auch mit Masse verbunden. Der dritte Anschluss des zweiten Schaltelements 234 und der zweite Anschluss des zweiten Trennkondensators 238 sind mit Masse verbunden. Ein dritter und vierter Anschluss der Reglerschaltung 190 sind mit Masse verbunden.
Eine Anode einer ersten Ausgangsdiode D3 ist mit einem ersten Sekundäranschluss des Transformators 240 verbunden. Eine Kathode der ersten Ausgangsdiode D3 ist mit einem ersten Anschluss eines Ausgangsinduktors L3 und mit einer Kathode einer zweiten Ausgangsdiode D4 verbunden. Eine Anode der zweiten Ausgangsdiode D4 ist mit einem zweiten Sekundäranschluss des Transformators 240 gekoppelt. Eine Mittelanzapfung des Transformators 240 ist mit Masse verbunden. Ein zweiter Anschluss des Ausgangsinduktors L3 ist mit einem ersten Anschluss eines Ausgangskondensators 250 und mit dem Schaltungspunkt Vout verbunden. Ein zweiter Anschluss des Ausgangskondensators 250 ist mit Masse verbunden. Eine Last 254 ist zwischen dem Schaltungspunkt Vout und Masse geschaltet.
Der Ausgangswandler 180 erzeugt die Ausgangsspannung Vout unter Verwendung des Ausgangscontrollers 228. Der Ausgangscontroller 228 überwacht die Ausgangsspannung Vout und steuert den Arbeitszyklus der Ausgangsschalter 232, 234. Der Ausgangscontroller reduziert oder erhöht den Arbeitszyklus der Ausgangsschalter 232, 234, wenn die Ausgangsspannung Vout zunimmt oder abnimmt. Der Ausgangscontroller 228 verwendet das Rückkopplungssignal, das von der Rückkopplungsschleife bestehend aus der Reglerschaltung 190 und der Nebenschlussdiode 252, bereitgestellt wird. Die Nebenschlussdiode 252 ist mit der Reglerschaltung 190 gekoppelt, die auch mit dem Ausgangscontroller 228 gekoppelt ist. Der Ausgangscontroller 228 erzeugt ein Steuersignal zum Steuern des Arbeitszyklus der ersten und zweiten Ausgangsschalter 232, 234. Der Ausgangscontroller 228 steuert den Leitungszustand der ersten und zweiten Ausgangsschalter 232, 234, so dass nur einer der ersten und zweiten Ausgangsschalter 232, 234 zu einem Zeitpunkt leitend ist. Der Leitungszustand der ersten und zweiten Ausgangsschalter 232, 234 erzeugt abwechselnd einen Vorwärts-Vorspannstrom in der ersten und zweiten Ausgangsdiode D3, D4. Der Vorwärts-Vorspannstrom wird von einem sich ausbauenden und zusammenbrechenden Magnetfeld des Transformators 240 erzeugt. Der Leitungszustand der ersten und zweiten Ausgangsdioden D3, D4 lädt abwechselnd den Ausgangskondensator 250 über den Ausgangsinduktor L3.
Geeignete Komponenten können für den Ausgangswandler 180 ausgewählt werden, in Abhängigkeit von den Ausgangsanforderungen für die Leistungsvorrichtung 200. In einer beispielhaften Ausführungsform umfassen die ersten und zweiten Ausgangsschalter 232, 234 einen Silizium (Si) oder Silziumcarbid (SiC) MOSFET-Transistor. Die Ausgangsdioden D3, D4 können auch ein Silizium (Si) oder Siliziumcarbid (SiC) Material umfassen. Der Ausgangscontroller 218 kann eine logische Vorrichtung umfassen, die eine Pulsweitenmodulation(PWM)-Funktion enthält. Solche PWM-Controller sind für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet bekannt. Die Reglerschaltung 190 kann eine geeignete Rückkopplungsschaltung enthalten, bei der es sich um einen optischen Isolator handeln kann, die allerdings nicht hierauf beschränkt ist. Die Nebenschlussdiode 252 kann eine Zenerdiode sein, die aus einem geeigneten Material hergestellt ist, was einem Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet bekannt ist. Eine Größe kann für den Eingangskondensator 230 gewählt werden, in Abhängigkeit von einer spezifizierten Aufrechterhaltungszeit, die für die Leistungsvorrichtung 200 gewählt wird. Die Aufrechterhaltungszeit ist die Zeitdauer, während der die Leistungsvorrichtung noch Leistung an die Last 254 abgeben kann, nachdem die Stromversorgung von dem AC-Eingang 120 weggefallen ist. Typischerweise bewegt sich die Aufrechterhaltungszeit in einem Bereich zwischen 15 und 50 Millisekunden.
In manchen Ausführungsformen werden D5 und Q5 215 zu der dargestellten Topologie hinzugefügt, um den Induktor L2 und den Kondensator C1 230, die bereits vorhanden sind, zu nutzen, um einen Boost-Wandler 160B zu bilden, wenn eine höhere Ausgangsspannung als die von dem Eingangswandler 140 bereitgestellte Spannung benötigt wird. In solchen Situationen fällt die Spannung an dem Haupt-Bulk-Kondensator C1 230 am Ausgang der PFC-Stufe schnell bis zu dem Punkt ab, an dem der folgende Buck-Wandler nicht länger arbeiten und noch eine angemessene Spannung an seinem Ausgang erzeugen kann. Zu diesem Zweck werden die zusätzlichen Komponenten D5 und Q5 215 vorzugsweise durch den PWM durch U4 218 gesteuert, wenn der Eingang zu dem Buck-Wandler unter den Ausgang abfällt. Die Spannung über dem Bulk-Kondensator wird dann erhöht statt abgesenkt und ermöglicht eine verlängerte Aufrechterhaltungszeit, während sich der Bulk-Kondensator auf kleinere Spannungen entlädt. Während des standardmäßigen Betriebs, während Leistung bereitgestellt wird, bleibt vorzugsweise D5 vorwärts vorgespannt und leitend, und Q5 215 bleibt ausgeschaltet und erscheint als offene Schaltung.
Im Betrieb als Boost-Wandler 160B wird der Schalter Q2 220 vorzugsweise durch die Steuerung U4 218 aktiviert und kann als Kurzschluss zwischen Drain und Source, oder Kollektor und Emitter im Falle von bipolaren oder IGBT-Schaltern, angenähert werden. Der Schalter Q5 215 wird selektiv aktiviert und deaktiviert, um den Boost-Wandler 160B zu bilden. Wenn der Schalter Q5 215 aktiviert ist, wird ein Strom in dem Induktor L2 entwickelt, der entsprechend der Zeitkonstante der Schaltung ansteigt. Dies ist allgemein als die Speicherphase bekannt. Der Schalter Q2 215 wird dann nach einer gewissen kurzen Zeitspanne geöffnet, und als Ergebnis davon steigt die Spannung über dem Schalter Q2 215 an, da das zusammenbrechende Magnetfeld des Induktors L2 versucht, den Strom aufrechtzuerhalten. Da der Schalter Q2 215 effektiv zu einer offenen Schaltung wird, steigt die Spannung weiterhin an, bis ein Strom durch die Diode D5 geleitet wird. Der Strom wird durch die Diode D5 getrieben, bis die Energie, die in dem Induktor L2 gespeichert ist, verbraucht ist. Dies ist allgemein als die Abgabephase bekannt. Da der Induktor L2 effektiv die Versorgungsspannung um einen Faktor von 10 bis 15 heraufsetzen kann, ist es möglich, Hochspannungskondensatoren ausgehend von einer Batteriequelle mit niedriger Spannung zu laden.
Vorzugsweise kann der Zwischenregler 160 als ein Buck-Wandler 160A oder als ein Boost-Wandler 160B eingesetzt werden, wahlweise je nachdem ob die verlangte Ausgangsspannung niedriger ist als die Spannung, die von dem Eingangswandler 140 bereitgestellt wird, oder höher als die Spannung des Eingangswandlers 140. Weiterhin ist es wichtig zu bemerken, dass der Induktor L2 entweder während der Buck-Wandlung oder während der Boost-Wandlung verwendet werden kann. Im allgemeinen gehören Induktoren zu den teuersten Komponenten in jedem Wandlersystem, und ihre Kosten steigen erheblich an, wenn deren Fähigkeit zur Verarbeitung von Leistung vergrößert wird. Als Ergebnis besteht ein Vorteil darin, selektiv zwischen einem Buck-Wandler 160A und einem Boost-Wandler 160B umzuschalten, während nur ein Induktor L2 verwendet wird.
3 erläutert ein alternatives beispielhaftes schematisches Diagramm der geregelten Leistungsvorrichtung 100 nach 1A. Eine geregelte Leistungsvorrichtung 300 wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Die Vorrichtung 300 ist als geregelter Stromwandler mit getrennter Boost-Zwischenstufe ausgeführt. Die Vorrichtung 300 umfasst allgemein einen AC-Eingang 120, der mit einem Eingangswandler 140 gekoppelt ist. Der Eingangswandler 140 ist mit einem Zwischenregler 160 gekoppelt, der einen Buck-Regler umfasst, der mit einem Ausgangswandler 180 gekoppelt ist. Eine Regelschaltung 190 ist zwischen dem Zwischenregler 160 und dem Ausgangswandler 180 gekoppelt.
Der AC-Eingang 120 weist einen Eingang zum Erhalt eines AC-Signals 302 und eine Vier-Dioden-Brücke 304 auf. Das AC-Signal 302 liegt typischerweise im Bereich von 90 bis 265 VAC. Das AC-Signal 302 wird von der Vier-Dioden-Brücke 304 gleichgerichtet, um eine gleichgerichtete Spannung zu erzeugen, bei der es sich um eine ungeregelte DC-Spannung handelt. Ein elektromagnetisches Interferenzfilter (EMI) und ein Radiofrequenz-Interferenzfilter (RFI), die nicht dargestellt sind, können in dem AC-Eingang enthalten sein, um unerwünschte harmonische Störungen zu eliminieren.
Die Vier-Dioden-Brücke 304 hat einen Eingang und einen Ausgang. Die AC-Eingangsspannung 302 ist mit dem Eingang der Vier-Dioden-Brücke 304 gekoppelt. Der positive Ausgangsanschluss der Vier-Dioden-Brücke 304 ist mit einem ersten Anschluss eines Induktors L1 und mit der Anode einer Boost-Diode D1A gekoppelt. Der zweite Anschluss des Induktors L1 ist mit einem ersten Anschluss eines Boost-Schaltelements 310 und mit der Anode einer Boost-Diode D1 verbunden. Die Kathoden der Boost-Dioden D1, D1A sind mit einem Schaltungspunkt A gekoppelt. Der negative Ausgangsanschluss der Vier-Dioden-Brücke 304 ist mit Erde bzw. Masse der Schaltung gekoppelt. Ein zweiter Anschluss des Schaltelements 310 ist mit einem Boost-Controller 308 über einen Widerstand R3 verbunden. Ein Spannungsteiler R1, R2 ist mit einem Eingangs des Boost-Controllers 308 verbunden und zwischen dem ersten Anschluss des Induktors L1 und Masse angeschlossen. Ein Spannungsteiler R4, R5 ist mit dem Boost-Controller 308 verbunden und zwischen dem Schaltungspunkt A und Masse angeschlossen. Ein dritter Anschluss des Schaltelements 310 ist mit Masse verbunden. Der Boost-Controller 308 ist mit Masse verbunden.
Der Eingangswandler 140 erhält die gleichgerichtete Spannung und erzeugt eine erhöhte Spannung. Der Eingangswandler 140 ist konfiguriert, so dass er als eine Boost-Folgeschaltung arbeitet. Der Boost-Controller 308 ist mit dem Boost-Schaltelement 310 verbunden. Ein Widerstandsnetz ist mit dem Boost-Folgecontroller 308 gekoppelt und umfasst die Widerstände R1 bis R5. Geeignete Komponenten können für den Eingangswandler 140 ausgewählt werden, in Abhängigkeit von den Ausgangsanforderungen für die Leistungsvorrichtung 300. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Boost-Schaltelement 310 einen Silzium (Si) oder einen Siliziumcarbid (SiC) MOSFET-Transistor. Die Boost-Dioden D1, D1A können auch ein Silizium (Si) oder ein Siliziumcarbid (SiC) Material umfassen. Der Boost-Folgecontroller 308 kann eine logische Schaltung umfassen, die eine Pulsweitenmodulations(PWM)-Funktion enthält. Solche PWM-Controller sind einem Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet bekannt.
Der Eingangswandler 140 kann konfiguriert sein, um als ein Leistungsfaktorkorrektur(PFC)-Frontend zu arbeiten. Der Eingangswandler 140 nutzt den Boost-Folgecontroller 308, um den Arbeitszyklus des Boost-Schaltelements 310 so einzustellen, dass ein Eingangsstrom und eine Netzfrequenz des AC-Signals 302 die gleiche Phase besitzen, und somit einen Leistungsfaktor der Leistungsvorrichtung 300 bereitstellen, der näherungsweise 1 (1.0) beträgt. Der Eingangswandler 140 erzeugt die erhöhte Spannung unter Nutzung des Boost-Folgecontrollers 308 zum Steuern eines Arbeitszyklus des Boost-Schaltelements 310, während der Induktor L1 die erhöhte Spannung speichert und über die Boost-Dioden D1, D1A weitergibt. Der Eingangswandler 140, der als Boost-Folgeschaltung konfiguriert ist, kann die erhöhte Spannung erzeugen, so dass das Potential der erhöhten Spannung proportional in Abhängigkeit von einem Potential des AC-Signals 302 variiert. Die Boost-Folgefunktion ermöglicht es dem Eingangswandler 140, die erhöhte Spannung zu erzeugen, die nur geringfügig höher als das AC-Signal 302 ist. Das Widerstandsnetz R1 bis R5 erleichtert bzw. ermöglicht die Boost-Folgefunktion und liefert ein Rückkopplungssignal an den Boost-Folgecontroller 308. Als Beispiel erzeugt der Eingangswandler 140 eine erhöhte Spannung von 250 VDC für ein AC-Signal 302 von 115 VAC. Alternativ erzeugt der Eingangswandler 140 eine erhöhte Spannung von 385 VDC für ein AC-Signal 302 von 230 VAC.
Der Zwischenregler 160 erhält die erhöhte Spannung und erzeugt eine geregelte Spannung Vin. Der Zwischenregler 160 kann als ein Buck-/Boost-Wandler konfiguriert sein. Die geregelte Spannung Vin ist eine niedrigere Spannung als eine minimale Ausgangsspannung des Eingangswandlers 140. Der Zwischenregler 160 umfasst einen ersten Anschluss eines Regler-Schaltelements 320, das mit einem Schaltungspunkt A gekoppelt ist. Ein zweiter Anschluss des Regler-Schaltelements 320 ist mit einem Regler-Controller 318 gekoppelt. Ein dritter Anschluss des Regler-Schaltelements 320 ist mit einem ersten Anschluss eines Induktors L2 und mit einer Kathode einer Reglerdiode D2 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Induktors L2 ist mit einem Schaltungspunkt Vin verbunden. Eine Anode der Reglerdiode D2 ist mit Masse verbunden. Der Regler-Controller 318 ist ebenfalls mit Masse verbunden. Der Eingangsregler 160 nutzt ein Rückkopplungssignal, das von einer Rückkopplungsschleife bereitgestellt wird, die die Reglerschaltung 190 und eine Nebenschlussdiode 352 umfasst. Eine Kathode der Nebenschlussdiode 352 ist mit einem Schaltungspunkt Vout verbunden. Der Schaltungspunkt Vout ist ein Ausgang, der mit der Ausgangsspannung Vout zusammenfällt. Eine Anode der Nebenschlussdiode 352 ist mit einem ersten Anschluss der Reglerschaltung 190 verbunden. Ein zweiter Anschluss der Reglerschaltung 190 ist mit dem Regler-Controller 318 verbunden. Der Zwischenregler 160 erzeugt die geregelte Spannung Vin unter Verwendung des Regler-Controllers 318 zum Steuern eines Arbeitszyklus des Regler-Schaltelements 320.
Der Zwischenregler 160 nutzt ein Rückkopplungssignal, das von einer Rückkopplungsschleife bereitgestellt wird, die die Reglerschaltung 190 und die Nebenschlussdiode 352 umfasst. Der Zwischenregler 160 erzeugt die geregelte Spannung Vin unter Verwendung des Regler-Controllers 318 zum Steuern eines Arbeitszyklus des Regler-Schaltelements 320. Der Induktor L2 nimmt alternativ eine Speicherung und eine Weiterleitung von Leistung an den Ausgangswandler 180 und durch die Reglerdiode D2 vor.
Geeignete Komponenten können für den Zwischenregler 160 ausgewählt werden, in Abhängigkeit von Ausgangsanforderungen für die Leistungsvorrichtung 300. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Regler-Schaltelement 320 einen Silizium (Si) oder Siliziumcarbid (SiC) MOSFET-Transistor. Die Reglerdiode D2 kann ebenfalls ein Silizium (Si) oder Siliziumcarbid (SiC) Material umfassen. Der Regler-Controller 318 kann eine logische Vorrichtung umfassen, die eine Pulsweitenmodulations(PWM)-Funktion enthält. Solche PWM-Controller sind für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet bekannt.
Der Zwischenregler 160, der als ein Buck-Wandler konfiguriert ist, nutzt den Regler-Controller 318, um den Arbeitszyklus des Regler-Schaltelements 320 einzustellen, so dass die geregelte Spannung Vin an einem Eingang des Ausgangswandlers 180 reguliert ist und niedriger ist als die minimale Ausgangsspannung des Eingangswandlers 140. Die geregelte Spannung Vin umfasst eine feste DC-Spannung. Der Zwischenregler 160 ist so konfiguriert, um die geregelte feste Spannung Vin bereitzustellen, die so nahe wie möglich an der minimalen Ausgangsspannung des Eingangswandlers 140 liegt, um einen Wirkungsgrad der Leistungsvorrichtung 300 zu maximieren. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die geregelte Spannung 200 VDC. Alternativ beträgt die geregelte Spannung 175 VDC.
In manchen Ausführungsformen werden D5 und Q5 315 zu der dargestellten Topologie hinzugefügt, um den Induktor L2 und den Kondensator C1 330, die bereits vorhanden sind, zu nutzen, um einen Boost-Wandler während eines Ausfalls zu bilden. Wenn ein Ausfall auftritt, fällt die Spannung an dem Haupt-Bulk-Kondensator C1 330 am Ausgang der PFC-Stufe schnell bis zu dem Punkt ab, an dem der nachfolgende Buck-Wandler nicht länger arbeiten und noch eine angemessene Spannung an seinem Ausgang erzeugen kann. Zu diesem Zweck werden die zusätzlichen Komponenten D5 und Q5 215 vorzugsweise durch PWM durch U4 318 gesteuert, wenn der Eingang zu dem Buck-Wandler unterhalb des Ausgangs abfällt. Die Spannung über dem Kondensator wird dann heraufgesetzt und nicht herabgesetzt, und ermöglicht eine verlängerte Aufrechterhaltungszeit, während der Bulk-Kondensator auf kleinere Spannungen entladen wird. Während des standardmäßigen Betriebs, bei dem Leistung bereitgestellt wird, bleibt D5 vorzugsweise vorwärts vorgespannt und leitend, und Q5 315 bleibt ausgeschaltet und erscheint als eine offene Schaltung. Die Schaltelemente 320 und 325 können gleichzeitig durch die Treiberschaltung 418 betrieben werden. Durch Verändern des Arbeitszyklus eines Steuersignals, das aus der Schaltung 418 kommt, kann der Ausgang der Zwischenstufe 160 eine höhere Spannung oder eine niedrigere Spannung als die Spannung sein, die von der Eingangsstufe 140 bereitgestellt wird, ohne dass die Polarität der herabgesetzten oder heraufgesetzten Spannung umgekehrt wird, was die Bedingung bei Lösungen aus dem Stand der Technik war.
In manchen Ausführungsformen kann der Zwischenwandler 160 ein Buck-Wandler 160A sein, gefolgt von einem Boost-Wandler 160B, anstelle eines kombinierten Zwischenwandlers, der in der Lage ist, von nur einem Controller 318 gesteuert zu werden. In der beispielhaften Ausführungsform nach 3A folgt auf einen Buck-Abschnitt 160A ein Boost-Abschnitt 160B. Der Buck-Abschnitt 160A umfasst seinen eigenen energiespeichernden Induktor L2A. Weiterhin wird der Schalter 220 von einem unabhängigen Steuermechanismus Ux gesteuert, wie etwa einer integrierten Schaltung. Auf den Buck-Abschnitt folgt ein Boost-Abschnitt 160B. In ähnlicher Weise umfasst der Boost-Abschnitt seinen eigenen Energiespeicherinduktor L2B. Der Schalter 215 ist von einem zweiten unabhängigen Controller Uy gesteuert. Vorzugsweise deaktiviert der Controller Uy den Schalter 215 während einer Buck-Konfiguration. In ähnlicher Weise aktiviert der Controller Uy vorzugsweise den Schalter 220 während einer Boost-Konfiguration. Die Werte von L2A und L2B sollten so gewählt sein, dass ihr kombinierter Reihenschaltungswert geeignet ist, um das gewünschte Buck- oder Boost-Niveau zu bilden.
4 erläutert eine andere alternative beispielhafte schematische Darstellung der geregelten Leistungsvorrichtung 100 nach 1A. Eine geregelte Leistungsvorrichtung 400 wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Die Vorrichtung 400 ist als geregelte Leistungsvorrichtung mit getrennter Boost-Zwischenstufe ausgeführt. Die Vorrichtung 400 umfasst allgemein einen AC-Eingang 120, der mit einem Eingangswandler 140 gekoppelt ist. Der Eingangswandler 140 ist mit einem Zwischenregler 160 gekoppelt, der einen Buck-Regler umfasst, der mit einem Ausgangswandler 180 gekoppelt ist. Eine Reglerschaltung 190 ist zwischen dem Zwischenregler 160 und dem Ausgangswandler 180 gekoppelt.
Der AC-Eingang 120 umfasst einen Eingang zum Erhalt eines AC-Signals 402 und eine Vier-Dioden-Brücke 104. Das AC-Signal 402 liegt typischerweise im Bereich von 90 bis 265 VAC. Das AC-Signal 402 wird durch die Vier-Diodenbrücke 404 gleichgerichtet, um eine gleichgerichtete Spannung zu erzeugen, die eine ungeregelte DC-Spannung ist. Ein elektromagnetisches Interferenzfilter (EMI) und ein Radiofrequenz-Intereferenzfilter (RFI), die nicht dargestellt sind, können in dem AC-Eingang enthalten sein, um unerwünschte harmonische Störungen zu eliminieren.
Die Vier-Dioden-Brücke 404 hat einen Eingang und einen Ausgang. Die AC-Eingangsspannung 402 ist mit dem Eingang der Vier-Dioden-Brücke 404 gekoppelt. Der positive Ausgangsanschluss der Vier-Dioden-Brücke 404 ist mit einem ersten Anschluss eines Induktors L1 und mit der Anode einer Boost-Diode D1A gekoppelt. Der zweite Anschluss des Induktors L1 ist mit einem ersten Anschluss eines Boost-Schaltelements 410 und mit der Anode einer Boost-Diode D1 verbunden. Die Kathoden der Boost-Dioden D1, D1A sind mit einem Schaltungspunkt A gekoppelt. Der negative Ausgangsanschluss der Vier-Dioden-Brücke 404 ist mit Erde bzw. Masse der Schaltung gekoppelt. Ein zweiter Anschluss des Schaltelements 410 ist mit einem Boost-Controller 408 über einen Widerstand R3 verbunden. Ein Spannungsteiler R1, R2 ist mit einem Eingang des Boost-Controllers 408 verbunden und zwischen dem ersten Anschluss des Induktors L1 und Masse angeschlossen. Ein Spannungsteiler R4, R5 ist mit dem Boost-Controller 408 verbunden und zwischen dem Schaltungspunkt A und Masse angeschlossen. Ein dritter Anschluss des Schaltelements 410 ist mit Masse verbunden. Der Boost-Controller 408 ist mit Masse verbunden.
Der Eingangswandler 140 erhält die gleichgerichtete Spannung und erzeugt eine erhöhte Spannung. Der Eingangswandler 140 ist so konfiguriert, dass er als eine Boost-Folgeschaltung arbeitet. Ein Widerstandsnetz ist mit dem Boost-Folgecontroller 408 gekoppelt und umfasst die Widerstände R1 bis R5. Geeignete Komponenten können für den Eingangswandler 140 in Abhängigkeit von den Ausgangsanforderungen für die Leistungsvorrichtung 400 ausgewählt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Boost-Schaltelement 410 einen Silizium (Si) oder Siliziumcarbid (SiC) MOSFET-Transistor. Die Boost-Dioden D1, D1A können ebenfalls ein Silizium (Si) oder ein Siliziumcarbid (SiC) Material umfassen. Der Boost-Folgecontroller 408 kann eine logische Vorrichtung umfassen, die eine Pulsweitenmodulations(PWM)-Funktion aufweist. Solche PWM-Controller sind für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet bekannt.
Der Eingangswandler 140 kann so konfiguriert sein, dass er als ein Leistungsfaktorkorrektur(PFC)-Frontend arbeitet. Der Eingangswandler 140 nutzt den Boost-Folgecontroller 408, um den Arbeitszyklus des Boost-Schaltelements 410 so einzustellen, dass ein Eingangsstrom und eine Netzfrequenz des AC-Signals 402 die gleiche Phase besitzen, so dass ein Leistungsfaktor für die Leistungsvorrichtung 400 bereitgestellt wird, der näherungsweise 1 (1.0) beträgt. Der Eingangswandler 140 erzeugt die erhöhte Spannung unter Nutzung des Boost-Folgecontrollers 408 zum Steuern eines Arbeitszyklus des Boost-Schaltelements 410, wobei der Induktor L1 die erhöhte Spannung speichert und über die Boost-Dioden D1, D1A weitergibt. Da der Eingangswandler 140 als eine Boost-Folgeschaltung konfiguriert ist, kann er die erhöhte Spannung erzeugen, so dass das Potential der erhöhten Spannung proportional in Abhängigkeit von einem Potential des AC-Signals 402 variiert. Die Boost-Folgefunktion ermöglicht es dem Eingangswandler 140, die erhöhte Spannung zu erzeugen, die nur geringfügig höher ist als das AC-Signal 402. Das Widerstandsnetz R1 bis R5 erleichtert bzw. ermöglicht die Boost-Folgefunktion und stellt ein Rückkopplungssignal für den Boost-Folgecontroller 408 bereit. Als Beispiel erzeugt der Eingangswandler 140 eine erhöhte Spannung von 250 VDC für ein AC-Signal 402 von 115 VAC. Alternativ erzeugt der Eingangswandler 140 eine erhöhte Spannung von 385 VDC für ein AC-Signal 402 von 230 VAC.
Der Eingangswandler 160 erhält die erhöhte Spannung und erzeugt eine geregelte Spannung Vin. Der Zwischenregler 160 ist als ein Primär-Induktivwandler mit einem Ende oder SEPIC-Wandler (Single Ended Primary Inductive Converter) ausgeführt. Der SEPIC-Wandler 160 kann eine längere Aufrechterhaltungszeit als ein Wandler vom Buck-Typ bereitstellen. Der SEPIC-Wandler 160 kann auch die geregelte Spannung Vin bereitstellen, die eine niedrigere Spannung oder eine höhere Spannung als eine minimale Ausgangsspannung des Eingangswandlers 140 sein kann. Dies ermöglicht dem Zwischenwandler 160 einen größeren Bereich von Spannungspotentialwerten für die geregelte Spannung Vin.
Der Zwischenregler 160 umfasst einen ersten Anschluss eines Reiheninduktors L2, der mit dem Schaltungspunkt A gekoppelt ist. Ein zweiter Anschluss des Reiheninduktors L2 ist mit einem ersten Anschluss eines Regler-Schaltelements 420 und mit einem ersten Anschluss eines Reihenkondensators 421 gekoppelt. Ein zweiter Anschluss des Regler-Schaltelements 420 ist mit einem Regler-Controller 418 gekoppelt. Ein dritter Anschluss des Regler-Schaltelements 420 ist mit Masse gekoppelt. Ein zweiter Anschluss des Reihenkondensators 421 ist mit einem ersten Anschluss des parallelen Induktors L3 und mit einer Anode einer Reglerdiode D2 gekoppelt. Eine Kathode der Reglerdiode D2 ist mit einem Schaltungspunkt Vin verbunden. Ein zweiter Anschluss des parallelen Induktors L3 ist mit Masse verbunden. Der Reglercontroller 418 ist ebenfalls mit Masse verbunden. Der Zwischenregler 160 nutzt ein Rückkopplungssignal, das von einer Rückkopplungsschleife bereitgestellt wird, die den Reglerschaltkreis 190 und eine Nebenschlussdiode 452 umfasst. Eine Kathode der Nebenschlussdiode 452 ist mit einem Schaltungspunkt Vout verbunden. Der Schaltungspunkt Vout ist ein Ausgang, der mit der Ausgangsspannung Vout zusammenfällt. Eine Anode der Nebenschlussdiode 452 ist mit einem ersten Anschluss der Reglerschaltung 190 verbunden. Ein zweiter Anschluss der Reglerschaltung 190 ist mit dem Regler-Controller 418 verbunden. Der Zwischenregler 160 erzeugt die geregelte Spannung Vin unter Verwendung des Reglercontrollers 418 zum Steuern eines Arbeitszyklus des Regler-Schaltelements 420. Alternativ kann ein paralleler Eingangskondensator, der nicht dargestellt ist, mit dem ersten Anschluss des Reiheninduktors L2 und Erde gekoppelt sein, um eine parasitäre Induktanz und internen Widerstand des Zwischenreglers 160 zu reduzieren.
Der Zwischenregler 160 erzeugt die geregelte Spannung Vin unter Verwendung des Regler-Controllers 418 zum Steuern eines Arbeitszyklus des Regler-Schaltelements 420. Wenn sich das Regler-Schaltelement 420 in einem Einschaltzyklus befindet, wird dem Reiheninduktor L2 ein Ladestrom von der erhöhten Spannung des Eingangswandlers 140 zugeführt. Dem parallelen Induktor L3 wird ein Ladestrom von dem Reihenkondensator 421 zugeführt. Wenn das Regler-Schaltelement 420 in einem Ausschaltzyklus ist, führen der Reiheninduktor L2 und der parallele Induktor L3 einen Entladestrom über die Reglerdiode D2 einem Eingangskondensator 430 des Ausgangswandlers 180 zu.
Geeignete Komponenten können für den Zwischenregler 160 in Abhängigkeit von den Ausgangsanforderungen für die Leistungsvorrichtung 400 ausgewählt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Regler-Schaltelement 420 einen Silizium (Si) oder einen Siliziumcarbid (SiC) MOSFET-Transistor. Die Reglerdiode D2 kann ein Silizium oder ein Siliziumcarbid (SiC) Material umfassen, und sie kann aus einer Schottky-Diode bestehen. Der Regler-Controller 418 kann eine logische Vorrichtung umfassen, die eine Pulsweitenmodulations(PWM)-Funktion enthält. Solche PWM-Controller sind für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet bekannt.
Der Zwischenregler 160, der als ein SEPIC konfiguriert sein kann, nutzt den Regler-Controller 418, um den Arbeitszyklus des Regler-Schaltelements 420 so einzustellen, dass die geregelte Spannung Vin an einem Eingang des Ausgangswandlers 180 geregelt ist, und entweder höher oder niedriger als die minimale Ausgangspannung des Eingangswandlers 140 ist. Die geregelte Spannung Vin umfasst eine feste DC-Spannung. Für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet ist klar, dass ein nicht dargestellter Buck-Boost-Wandler den SEPIC-Wandler 160 ersetzen kann, da der Buck-Boost-Wandler ebenfalls die geregelte Spannung Vin liefern kann, die ein höheres oder niedrigeres Potential als die erhöhte Spannung aufweisen kann. Der nicht dargestellte Buck-Boost-Wandler kann ein in Reihe angeordnetes Regler-Schaltelement, das nicht dargestellt ist, aufweisen, das mit einem nicht dargestellten parallelen induktiven Element gekoppelt ist, und mit einem nicht dargestellten Reihen-Diodenelement gekoppelt ist.
Der Ausgangswandler 180 ist konfiguriert, um die geregelte Spannung Vin zu erhalten und um eine Ausgangsspannung Vout zu erzeugen. Der Ausgangswandler 180 ist als eine Trennstufe konfiguriert, wie vorstehend beschrieben ist. Der Ausgangswandler 180 umfasst einen ersten Anschluss eines Eingangskondensators 430, der mit dem Schaltungspunkt Vin gekoppelt ist, und einen zweiten Anschluss des Eingangskondensators 430, der mit Masse verbunden ist. Ein erster Anschluss eines ersten Schaltelements oder eines Ausgangsschalters 432 ist mit dem Schaltungspunkt Vin und mit einem ersten Anschluss eines ersten Trennkondensators 436 gekoppelt. Der zweite Anschluss des ersten Schaltelements 432 ist mit einem Ausgangscontroller 428 gekoppelt. Ein dritter Anschluss des ersten Schaltelements 432 ist mit einem ersten Anschluss eines zweiten Schaltelements oder Ausgangsschalters 434 und mit einem ersten Primäranschluss eines Transformators 440 gekoppelt. Der zweite Anschluss des ersten Trennkondensators 436 ist mit dem ersten Anschluss des zweiten Trennkondensators 438 gekoppelt, und mit dem zweiten Primäranschluss des Transformators 440 gekoppelt. Der zweite Anschluss des zweiten Schaltelements 434 ist mit dem Ausgangs-Controller 428 gekoppelt. Der Ausgangs-Controller 428 ist mit dem zweiten Anschluss der Reglerschaltung 190 gekoppelt. Der Ausgangs-Controller 428 ist auch mit Masse verbunden. Der dritte Anschluss des zweiten Schaltelements 434 und der zweite Anschluss des zweiten Trennkondensators 438 sind mit Masse verbunden. Ein dritter und ein vierter Anschluss der Reglerschaltung 190 sind mit Masse verbunden.
Eine Anode einer ersten Ausgangsdiode D3 ist mit einem ersten Sekundäranschluss des Transformators 440 verbunden. Eine Kathode der ersten Ausgangsdiode D3 ist mit einem ersten Anschluss eines Ausgangsinduktors L4 und mit einer Kathode einer zweiten Ausgangsdiode D4 verbunden. Eine Anode der zweiten Ausgangsdiode D4 ist mit einem zweiten Sekundäranschluss des Transformators 440 gekoppelt. Eine Mittelanzapfung des Transformators 440 ist mit Masse verbunden. Ein zweiter Anschluss des Ausgangsinduktors L4 ist mit einem ersten Anschluss eines Ausgangskondensators 450 und mit dem Schaltungspunkt Vout verbunden. Ein zweiter Anschluss des Ausgangskondensators 450 ist mit Masse verbunden. Eine Last 454 ist zwischen dem Schaltungspunkt Vout und Masse gekoppelt.
Im Betrieb ist ein SEPIC-Wandler 160 in den letzten Jahren bei batterieversorgten Systemen beliebt geworden, die in Abhängigkeit von dem Ladezustand der Batterie herauf- oder herabsetzen müssen. Wenn der Leistungsschalter eingeschaltet ist, wird der Induktor L2 von dem Eingangswandler 140 geladen. Der zweite Induktor L3 entnimmt Energie von dem ersten Kondensator C1 421, und dem Ausgangskondensator C2 fällt zu, den Ladezustrom zu liefern. Die Tatsache, dass sowohl L2 als auch L3 von der Last getrennt sind, wenn der Schalter eingeschaltet ist, führt zu komplexen Steuercharakteristiken. Wenn der Schalter 420 deaktiviert ist, lädt der erste Induktor L2 den Kondensator C1 und liefert auch Strom für den Ausgangswandler 180. Der zweite Induktor L3 ist während dieser Zeit ebenfalls mit dem Ausgangswandler 180 verbunden. Der Ausgangskondensator C2 sieht während dieser Ausschaltdauer einen Stromimpuls, der ihn inhärent störungsbehafteter als einen Buck-Wandler macht. Der Eingangsstrom ist nicht pulsierend, was einen deutlichen Vorteil beim Betrieb mit einer Batterie-Stromversorgung darstellt.
Wenn der Schalter 420 deaktiviert ist, wird der Strom durch den Kondensator C1 ebenso groß wie der Strom in dem Induktor L3, da Induktoren keine plötzlichen Stromveränderungen zulassen. Der Strom durch den Induktor L2 kehrt seine Richtung nicht um. Wenn der Schalter 420 deaktivert wird, wird Leistung an den Ausgangswandler 118 sowohl von L3 als auch von L2 abgegeben. Der Kondensator C1 wird zwar während dieses Ausschaltzyklus von L1 geladen, lädt aber seinerseits L2 während des Einschaltzyklus.
Der Ausgangswandler 180 erzeugt die Ausgangsspannung Vout unter Nutzung des Ausgangswandlers 428. Der Ausgangswandler 428 überwacht die Ausgangsspannung Vout und steuert den Arbeitszyklus des ersten und zweiten Ausgangsschalters 423, 434. Der Ausgangs-Controller reduziert oder vergrößert den Arbeitszyklus der ersten und zweiten Ausgangsschalter 432, 434, wenn die Ausgangsspannung Vout ansteigt oder abnimmt. Der Ausgangs-Controller 428 erzeugt ein Ausgangssignal zum Steuern des Arbeitszyklus der ersten und zweiten Ausgangsschalter 432, 434. Der Ausgangs-Controller 428 steuert die Leitfähigkeit der ersten und zweiten Ausgangsschalter 432, 434, so dass nur einer der ersten und zweiten Ausgangsschalter 432, 434 zu einem Zeitpunkt leitend ist. Die Leitfähigkeit bzw. der Leitungszustand der ersten und zweiten Ausgangsschalter 432, 434 erzeugt abwechselnd einen vorwärts gerichteten Vorspannstrom in der ersten und zweiten Ausgangsdiode D3, D4. Der vorwärts gerichtete Vorspannstrom wird von einem expandierenden und zusammenbrechenden Magnetfeld des Transformators 440 erzeugt. Der Leitungszustand der Ausgangsdioden D3, D4 lädt abwechselnd den Ausgangskondensator 450 über den Ausgangsinduktor L4.
Geeignete Komponenten können für den Ausgangswandler 180 ausgewählt werden, in Abhängigkeit von den Ausgangsanforderungen für die Leistungsvorrichtung 400. In einer beispielhaften Ausführungsform umfassen die ersten und zweiten Ausgangsschalter 432, 434 einen Silizium (Si) oder Silziumcarbid (SiC) MOSFET-Transistor. Die Ausgangsdioden D3, D4 können auch ein Silizium (Si) oder Siliziumcarbid (SiC) Material umfassen. Der Ausgangscontroller 428 kann eine logische Vorrichtung umfassen, die eine Pulsweitenmodulation(PWM)-Funktion enthält. Solche PWM-Controller sind für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet bekannt. Die Reglerschaltung 190 kann eine geeignete Rückkopplungsschaltung enthalten, bei der es sich um einen optischen Isolator handeln kann, die allerdings nicht hierauf beschränkt ist. Die Nebenschlussdiode 452 kann eine Zenerdiode sein, die aus einem geeigneten Material hergestellt ist, was einem Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet bekannt ist. Eine Größe kann für den Eingangskondensator 430 gewählt werden, in Abhängigkeit von einer spezifizierten Aufrechterhaltungszeit, die für die Leistungsvorrichtung 400 gewählt wird.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf zahlreiche spezielle Einzelheiten beschrieben worden ist, wird ein Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet erkennen, dass die Erfindung in anderen speziellen Ausführungsformen realisiert werden kann, ohne von den Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Daher versteht ein Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend erläuternden Einzelheiten beschränkt ist, sondern durch die beigefügten Ansprüche festgelegt ist.

Claims

Geregelte Leistungsvorrichtung, umfassend: a. eine AC-Eingangsschaltung zum Erhalten einer AC-Spannung zum Erzeugen einer gleichgerichteten Spannung; b. eine Eingangs-Stromwandlerschaltung zum Erhalten der gleichgerichteten Spannung zum Erzeugen einer erhöhten Spannung; c. eine Zwischen-Stromreglerschaltung zum Erhalten der erhöhten Spannung und zum selektiven Erzeugen einer geregelten Ausgangsspannung, umfassend eine höhere geregelte Spannung und/oder eine niedrigere geregelte Spannung als ein minimaler Wert der erhöhten Spannung; d. eine Ausgangs-Trennschaltung zum Erhalten der geregelten Ausgangsspannung und zum Erzeugen eines isolierten DC-Ausgangs; und e. eine Reglerschaltung, die zwischen der Zwischen-Stromreglerschaltung und einem Ausgang der Ausgangs-Trennschaltung geschaltet ist, zum Erzeugen eines Steuersignals zum Betätigen eines Reglerschaltelements der Zwischen-Stromreglerschaltung.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangs-Trennschaltung einen LLC-resonanten Wandler umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der LLC-resonante Wandler an seiner Resonanzfrequenz arbeitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangs-Trennschaltung einen Vollbrücken-Vorwärtswandler umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vollbrücken-Vorwärtswandler bei einem festen Arbeitszyklus arbeitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangs-Stromwandlerschaltung einen Boost-Wandler umfasst, umfassend ein Boost-Schaltelement, gekoppelt mit einem induktiven Element und einer Vielzahl von Boost-Diodenvorrichtungen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Boost-Wandler mit einer Leistungsfaktor-Korrekturfunktion konfiguriert ist, um einen Leistungsfaktor der Leistungsvorrichtung im Wesentlichen auf Eins zu bringen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Boost-Wandler als eine Boost-Folgeschaltung konfiguriert ist, wobei die erhöhte Spannung größer als die gleichgerichtete Spannung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Boost-Folgeschaltung einen Boost-Folge-Controller umfasst, der mit dem Boost-Schaltelement gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischen-Stromreglerschaltung einen Buck-Wandler umfasst, umfassend das Reglerschaltelement, gekoppelt mit einem induktiven Element und gekoppelt mit einer Reglerdiodenvorrichtung.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischen-Stromreglerschaltung einen nullpunktbezogenen (single-ended) Primär-Induktanzwandler umfasst, wobei die geregelte Spannung entweder eine niedrigere Spannung oder eine höhere Spannung als die minimale Ausgangsspannung der Eingangs-Stromwandlerschaltung ist, wobei der single-ended Primär-Induktanzwandler das Reglerschaltelement umfasst, gekoppelt mit einem induktiven Element und einem kapazitiven Element, wobei das kapazitive Element mit einem zweiten induktiven Element und einer Diodeneinrichtung gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischen-Stromreglerschaltung einen Buck-Boost-Wandler umfasst, umfassend ein Reglerschaltelement, gekoppelt mit einem induktiven Element und einer Übergabeeinrichtung, wobei das Reglerschaltelement in Reihe mit einem Eingang des Buck-Boost-Wandlers geschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangs-Stromwandlerschaltung einen Buck-Wandler umfasst, der konfiguriert ist, bei einem festen Arbeitszyklus zu arbeiten.
Vorrichtung nach Anspruch 7, weiter umfassend einen Ausgangskondensator, der mit der Ausgangs-Stromwandlerschaltung gekoppelt ist.
Geregelte Leistungsvorrichtung, umfassend: a. einen Eingangs-Boost-Wandler zum Erhalten einer gleichgerichteten Spannung und zum Erzeugen einer ersten Spannung; einen Zwischen-Buck/Boost-Wandler zum Erhalten der ersten Spannung und zum Erzeugen einer zweiten Spannung; c. eine Ausgangs-Trennschaltung zum Erhalten der zweiten Spannung und zum Erzeugen einer dritten Spannung; und d. eine Reglerschaltung, die mit dem Zwischen-Buck/Boost-Wandler gekoppelt ist und mit der Ausgangs-Trennschaltung gekoppelt ist, wobei die Reglerschaltung ein Rückkopplungssignal umfasst, um ein Steuersignal zum Betreiben eines Reglerschaltelements des Zwischen-Buck/Boost-Wandlers zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spannung höher als die gleichgerichtete Spannung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spannung anders als die erste Spannung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Spannung von der ersten Spannung getrennt ist.