Title:
Halbbrücken-Umwandler
Kind Code:
U1


Abstract:

Halbbrücken-Umwandler, der von einer Gleichstromquelle (1) einen ersten Gleichstrom erhält, der durch eine Stromumwandelungseinheit (22) in einen zweiten Gleichstrom umwandelbar ist, wobei der Umwandler aufweist:
eine Pegelstelleinheit (25), die den ersten Gleichstrom empfängt und diesem auf einen gewissen Betriebsspannungspegel verstärkt, um eine elektrische Betriebsenergie zur Verfügung zu stellen;
eine Halbbrücken-Schaltereinheit (21), die an die Pegelstelleinheit (25) angeschlossen ist, um die elektrische Betriebsenergie zu erhalten, wobei die Halbbrücken-Schaltereinheit (21) von einem freigeschalteten Periodensignal einer Pulsbreiten-Steuereinheit (23) zur Umschaltung der elektrischen Betriebsenergie in eine freigeschaltete Zeitfolge der Stromumwandelungseinheit (22) angetrieben wird, derart, dass die elektrische Betriebsenergie mit der Stromumwandelungseinheit (22) umwandelbar ist, um den zweiten Gleichstrom auszugeben; und
eine Rückführeinheit (24), die vom zweiten Gleichstrom ein Rückführsignal empfängt und dann dieses an die Pegelstelleinheit (25) sendet, wobei die Pegelstelleinheit (25) in Abhängigkeit vom Rückführsignal den Betriebsspannungspegel einstellt, wodurch die elektrische Betriebsenergie zur Einstellung der Leistung des zweiten Gleichstroms...




Application Number:
DE202008000144
Publication Date:
03/13/2008
Filing Date:
01/02/2008
Assignee:
Zippy Technology Corp. (Hsin-Tien, Taipei, TW)
International Classes:



Attorney, Agent or Firm:
Patentanwälte Kewitz & Kollegen Partnerschaft (Frankfurt, 60325)
Claims:
1. Halbbrücken-Umwandler, der von einer Gleichstromquelle (1) einen ersten Gleichstrom erhält, der durch eine Stromumwandelungseinheit (22) in einen zweiten Gleichstrom umwandelbar ist, wobei der Umwandler aufweist:
eine Pegelstelleinheit (25), die den ersten Gleichstrom empfängt und diesem auf einen gewissen Betriebsspannungspegel verstärkt, um eine elektrische Betriebsenergie zur Verfügung zu stellen;
eine Halbbrücken-Schaltereinheit (21), die an die Pegelstelleinheit (25) angeschlossen ist, um die elektrische Betriebsenergie zu erhalten, wobei die Halbbrücken-Schaltereinheit (21) von einem freigeschalteten Periodensignal einer Pulsbreiten-Steuereinheit (23) zur Umschaltung der elektrischen Betriebsenergie in eine freigeschaltete Zeitfolge der Stromumwandelungseinheit (22) angetrieben wird, derart, dass die elektrische Betriebsenergie mit der Stromumwandelungseinheit (22) umwandelbar ist, um den zweiten Gleichstrom auszugeben; und
eine Rückführeinheit (24), die vom zweiten Gleichstrom ein Rückführsignal empfängt und dann dieses an die Pegelstelleinheit (25) sendet, wobei die Pegelstelleinheit (25) in Abhängigkeit vom Rückführsignal den Betriebsspannungspegel einstellt, wodurch die elektrische Betriebsenergie zur Einstellung der Leistung des zweiten Gleichstroms verändert wird.

2. Halbbrücken-Umwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Pegelstelleinheit (25) und der Halbbrücken-Schaltereinheit (21) ein Energiespeicherelement (27) vorgesehen ist, das für die Aufrechterhaltung des Betriebsspannungspegels sorgt.

3. Halbbrücken-Umwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromumwandelungseinheit (22) einen Transformator (221) und einen Gleichrichter-Siebkreis (222) aufweist.

4. Halbbrücken-Umwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Pegelstelleinheit (25) und der Halbbrücken-Schaltereinheit (21) eine Spannungssteigungssteuereinheit (26) vorgesehen ist, die für die Veränderung des Impedanzwerts sorgt.

5. Halbbrücken-Umwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungssteigungssteuereinheit (26) ein für die Freischaltung des Widerstands sorgendes Schalterelement und einen Ladekreis aufweist, um den ersten Gleichstrom zur Aufladung zu erhalten und somit eine Betätigungsspannung zur Steuerung des Widerstandswerts des Schalterelements zur Verfügung zu stellen.

Description:

Die Erfindung betrifft einen Halbbrücken-Umwandler, insbesondere einen Umwandler, der einen Eingangs-Gleichstrom erhält und diesen in einen Ausgangs-Gleichstrom umwandelt.

Die herkömmlichen elektronischen Produkte erfordern meist einen stabilen, geräuschlosen bzw. störungsfreien Gleichstrom, um eine Leistung zur Verfügung zu stellen. Daher muss der vom Kraftwerk gelieferte Wechselstrom durch einen Gleichrichter in eine erste Gleichstromenergie umgewandelt werden. Ganz egal, ob es sich um einen Halbwellengleichrichter oder um einen Vollweggleichrichter handelt, wird der Pegel der davon umgewandelten ersten Gleichstromenergie wie beim Wechselstrom mit der Zeit kontinuierlich verändert. Daher kann das elektronische Produkt immer noch nicht die instabile Spannung und den instabilen Strom der ersten Gleichstromenergie verwenden. So spielt der Umwandler im Rahmen des elektronischen Bereiches eine sehr wichtige Rolle. Der Umwandler sorgt für die Umwandlung der ersten Gleichstromenergie in eine zweite Gleichstromenergie, deren Strom und Spannung einen festen Pegel aufweisen, wodurch sich eine stabile Ausgabe ergibt. Der Strom und die Spannung der zweiten Gleichstromenergie sind durch die Einstellung des Stromkreises des Umwandlers veränderbar. In 1 ist ein herkömmlicher Umwandler gezeigt, der eine Halbbrücken-Schaltereinheit 21, eine Stromumwandelungseinheit 22, eine zum Freischalten des Periodensignals dienende Pulsbreiten-Steuereinheit 23 und eine das Rückführsignal erzeugende Rückführeinheit 24 aufweist. Die Halbbrücken-Schaltereinheit 21 ist an eine Gleichstromquelle 1 angeschlossen, um einen ersten Gleichstrom zu erhalten. Durch das freigeschaltete Periodensignal kann die Halbbrücken-Schaltereinheit 21 den ersten Gleichstrom derart steuern, dass der erste Gleichstrom durch den Arbeitszyklus hindurchfließt. Mit der Stromumwandelungseinheit 22 lässt sich der erste Gleichstrom in einen zweiten Gleichstrom umwandeln, um die Ausgabe zu ermöglichen. Darüber hinaus erhält die Rückführeinheit 24 vom zweiten Gleichstrom ein Rückführsignal, das dann an die Pulsbreiten-Steuereinheit 23 gesendet wird. Auf diese Weise wird das freigeschaltete Periodensignal derart eingestellt, dass der Arbeitszyklus der Halbbrücken-Schaltereinheit 21 verändert wird. Hierdurch ergibt sich die Rückführ-Spannungsstabilisierung der Ausgabe des Umwandlers in Abhängigkeit von der Belastung. Um eine optimale Arbeitseffizienz des Umwandlers zu erreichen, ist ein entsprechendes Arbeitszyklusverhältnis 50:50, wenn die oben erwähnte Halbbrücken-Schaltereinheit 21 als Halbbrücken-Schalterkreis ausgeführt ist. Das heißt, dass der Einschaltungszyklus des Schalterelements des Halbbrücken-Schalterkreises 50% eines Arbeitszyklus einnimmt. Um zu vermeiden, dass die Ausgabe des Umwandlers mit der Belastung variiert, wird das Arbeitszyklusverhältnis des Halbbrücken-Schalterkreises durch die Ausgabe-Rückführungsfunktion eingestellt, wodurch eine Veränderung stattfindet. Daher kann die Umwandlungsleistung einen Sollwert nicht erreichen, da der Umwandler den optimalen Wirkungsgrad [50:50] des Arbeitszyklusverhältnisses nicht aufrechterhält. Der Abfall des Wirkungsgrads bedeutet die Erhöhung des Verlustes. Dieser Verlust kann zur Entstehung von Abwärme oder zur Beschädigung von elektronischen Elementen führen, wodurch die Lebensdauer des Umwandlers reduziert wird. Daher sind weitere Verbesserungen erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten Nachteile des herkömmlichen Halbbrücken-Umwandlers zu vermeiden und eine Anordnung eines Halbbrücken-Umwandlers zu schaffen, die den Halbbrücken-Schalterkreis derart steuert, dass dieser unter einem besseren Wirkungsgrad stabil arbeitet, wobei eine stabile Ausgabe der Spannung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Halbbrücken-Umwandler, der die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Gemäß der Erfindung wird ein Halbbrücken-Umwandler geschaffen, der eine Pegelstelleinheit, eine Halbbrücken-Schaltereinheit, eine Stromumwandelungseinheit, eine Pulsbreiten-Steuereinheit und eine Rückführeinheit umfasst. Die Pegelstelleinheit empfängt von einer Gleichstromquelle einen ersten Gleichstrom und diesem auf einen vorgegebenen Betriebsspannungspegel verstärkt, um eine elektrische Betriebsenergie zur Verfügung zu stellen. Die Pulsbreiten-Steuereinheit erzeugt ein freigeschaltetes Periodensignal und steuert die Halbbrücken-Schaltereinheit derart, dass die elektrische Betriebsenergie in einen Zyklus der Stromumwandelungseinheit umgewandelt wird. Auf diese Weise findet eine Umwandlung durch die Stromumwandelungseinheit statt, um einen zweiten Gleichstrom auszugeben. Die Rückführeinheit empfängt vom zweiten Gleichstrom ein Rückführsignal und sendet dann dieses an die Pegelstelleinheit, um den Pegel der Betriebsspannung derart einzustellen, dass die Spannung der elektrischen Betriebsenergie verändert und die Ausgabe- bzw. Ausgangsleistung der Stromumwandelungseinheit verstellt wird. Damit wird vermieden, dass der zweite Gleichstrom mit der Belastung variiert. Hierdurch ergibt sich die Stabilisierung der Spannung. Darüber hinaus wird der Arbeitszyklus der Halbbrücken-Schaltereinheit nicht vom Rückführsignal beeinflusst. Auf diese Weise kann die Halbbrücken-Schaltereinheit unter dem für einen besseren Wirkungsgrad sorgenden, konstanten Arbeitszyklusverhältnis arbeiten.

Im Folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

1 ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Halbbrücken-Umwandlers;

2 ein Blockdiagramm einer Grundstruktur eines erfindungsgemäßen Halbbrücken-Umwandlers; und

3 ein Blockdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines herkömmlichen Halbbrücken-Umwandlers.

Wie aus der 2 ersichtlich, umfasst ein erfindungsgemäßer Halbbrücken-Umwandler eine Pegelstelleinheit 25, eine Halbbrücken-Schaltereinheit 21, eine Stromumwandelungseinheit 22, eine Pulsbreiten-Steuereinheit 23 und eine Rückführeinheit 24. Die Pegelstelleinheit 25 empfängt von einer Gleichstromquelle 1 den ersten Gleichstrom und diesem auf einen gewissen Betriebsspannungspegel verstärkt, um eine elektrische Betriebsenergie zur Verfügung zu stellen. Die Pulsbreiten-Steuereinheit 23 erzeugt eine Halbbrücken-Schaltereinheit 21, wobei die Halbbrücken-Schaltereinheit 21 an die Pegelstelleinheit 25 angeschlossen ist, um die elektrische Betriebsenergie zu erhalten, wobei die Halbbrücken-Schaltereinheit 21 von einem freigeschalteten Periodensignal einer Pulsbreiten-Steuereinheit 23 zur Umschaltung der elektrischen Betriebsenergie in eine freigeschaltete Zeitfolge der Stromumwandelungseinheit 22 angetrieben wird. Das freigeschaltete Periodensignal der Pulsbreiten-Steuereinheit 23 weist ein besseres Arbeitszyklusverhältnis auf, sodass die Halbbrücken-Schaltereinheit 21 mit einer besseren Effizienz arbeitet. Die Rückführeinheit 24 empfängt vom zweiten Gleichstrom ein Rückführsignal und sendet dann dieses an die Pegelstelleinheit 25, wobei die Pegelstelleinheit 25 in Abhängigkeit vom Rückführsignal den Betriebsspannungspegel einstellt, wodurch die elektrische Betriebsenergie zur Einstellung der Leistung des zweiten Gleichstroms verändert wird. Durch die oben erwähnte Konfiguration kann die Ausgabe des Umwandlers den Spannungspegel der der Stromumwandelungseinheit 22 zugeführten elektrischen Betriebsenergie verändern, wenn die Belastung variiert. Auf diese Weise kann die Stromumwandelungseinheit 22 je nach Anforderungen der Belastung eine höhere Leistung abgeben. Hierdurch ergibt sich die Stabilisierung der ausgegebenen Spannung.

Wie in 3 gezeigt, ist die erfindungsgemäße Pegelstelleinheit 25 als Kompensations-, Verstärkungskreis oder Kombination aus diesen ausgeführt. Um heftige Schwankungen der Spannung bei Betätigung zu verhindern, ist eine für die Veränderung des Impedanzwerts sorgende Spannungssteigungssteuereinheit 26 zwischen der Pegelstelleinheit 25 und der Halbbrücken-Schaltereinheit 21 vorgesehen. Die Spannungssteigungssteuereinheit 26 weist ein für die Freischaltung des Widerstands sorgendes Schalterelement und einen Ladekreis auf, um den ersten Gleichstrom zur Aufladung zu erhalten und somit eine Betätigungsspannung zur Steuerung des Widerstandswerts des Schalterelements zur Verfügung zu stellen. Hierdurch ergibt sich die Unterdrückung der heftigen Schwankungen der Spannung. Zwischen der Pegelstelleinheit 25 und der Halbbrücken-Schaltereinheit 21 ist ein Energiespeicherelement 27 vorgesehen ist, das für die Aufrechterhaltung der Stabilität der elektrischen Betriebsenergie sorgt. Die Stromumwandelungseinheit 22 weist einen Transformator 221 und einen Gleichrichter-Siebkreis 222 auf. Die Halbbrücken-Schaltereinheit 21 leitet gemäß dem freigeschalteten Periodensignal die elektrische Betriebsenergie an den Transformator 221 weiter. In Anhängigkeit von dem vorgegebenen Windungszahlverhältnis wird die Spannung vom Transformator 221 umgewandelt. Darüber hinaus kann der Transformator 221 für die Isolierung der Primärseite von der Sekundärseite sorgen. Damit wird eine Interaktion von Leistungen vermieden. Der zweite Gleichstrom ergibt sich dadurch, dass die Ausgabe des Transformators 221 durch den Gleichrichter-Siebkreis 222 hindurchgeht. Wird die vom ersten Gleichstrom angetriebene Belastung verändert, wird der Betriebsspannungspegel in Abhängigkeit von dem von der Rückführeinheit 24 erhaltenen Rückführsignal durch die Pegelstelleinheit 25 so eingestellt, dass die Spannung der elektrischen Betriebsenergie verändert wird, was zur Veränderung der Leistung des zweiten Gleichstroms führt. Hierdurch ergibt sich die Stabilisierung der Spannung des zweiten Gleichstroms, wenn die Belastung verändert wird.

Bei dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel weist der Umwandler ferner eine hier nicht näher dargestellte Leistungsfaktor-Korretureinheit auf, um die Stromphase der ersten Gleichstromenergie einzustellen.

Zusammenfassend wird ein Halbbrücken-Umwandler vorgeschlagen, der eine Pegelstelleinheit (25), eine Halbbrücken-Schaltereinheit (21), eine Stromumwandelungseinheit (22), eine Pulsbreiten-Steuereinheit (23) und eine Rückführeinheit (24) umfasst. Die Pegelstelleinheit (25) empfängt einen ersten Gleichstrom und diesem auf einen vorgegebenen Betriebsspannungspegel verstärkt, um eine elektrische Betriebsenergie zur Verfügung zu stellen. Die Pulsbreiten-Steuereinheit (23) erzeugt ein freigeschaltetes Periodensignal und steuert die Halbbrücken-Schaltereinheit (21) derart, dass die elektrische Betriebsenergie in die freigeschaltete Zeitfolge der Stromumwandelungseinheit (22) umgeschaltet wird. Auf diese Weise findet eine Umwandlung durch die Stromumwandelungseinheit (22) statt, um einen zweiten Gleichstrom auszugeben. Die Rückführeinheit (24) empfängt vom zweiten Gleichstrom ein Rückführsignal und sendet dann dieses an die Pegelstelleinheit (25), um den Pegel der Betriebsspannung derart einzustellen, dass die Spannung der elektrischen Betriebsenergie verändert und die Ausgabe der Stromumwandelungseinheit (22) verstellt wird. Hierdurch ergibt sich die Stabilisierung der Spannung.

Obwohl die Erfindung in Bezug auf ein Beispiel beschrieben wurde, welches derzeit als praktikabelste und bevorzugte Ausführungsform betrachtet wird, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf das offenbarte Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Im Gegenteil sollen verschiedene Modifikationen und ähnliche Anordnungen abgedeckt werden, deren Merkmale im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche liegen.