DE10117157A1 - Transformation of a primary voltage into a secondary voltage using a switched supply - Google Patents
Transformation of a primary voltage into a secondary voltage using a switched supplyInfo
- Publication number
- DE10117157A1 DE10117157A1 DE2001117157 DE10117157A DE10117157A1 DE 10117157 A1 DE10117157 A1 DE 10117157A1 DE 2001117157 DE2001117157 DE 2001117157 DE 10117157 A DE10117157 A DE 10117157A DE 10117157 A1 DE10117157 A1 DE 10117157A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- circuit
- primary
- transformer
- output
- low
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/337—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in push-pull configuration
- H02M3/3376—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in push-pull configuration with automatic control of output voltage or current
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Transformation einer Primärspan nung in eine Sekundärspannung mit mindestens einem Schaltnetzteil, das auf dem Resonanzwandlerprinzip mit Phasenschieber beruht, wie z. B. aus US-A-6 178 099 und US-A-5 910 886 bekannt ist.The invention relates to a device for transforming a primary chip voltage in a secondary voltage with at least one switched-mode power supply the resonance converter principle based on phase shifter, such as. B. from US-A-6 178 099 and US-A-5 910 886 is known.
Schaltnetzteile sind grundsätzlich bekannt und werden in einer Vielzahl von Ausgestaltungen ausgeführt. Wie jeder elektrische Verbraucher verursachen auch Schaltnetzteile elektrische Verluste. Wegen der Fülle an Einsatzbereichen für Schaltnetzteile ist man bestrebt, die Verlustleistungen so gering wie mög lich zu halten. Eine Möglichkeit zur Realisierung möglichst kleiner Verlustleis tungen besteht darin, die Schaltnetzteile zu miniaturisieren.Switching power supplies are known in principle and are available in a variety of Refinements carried out. Like any electrical consumer cause also switching power supplies electrical losses. Because of the abundance of applications for switching power supplies, efforts are made to reduce the power losses as low as possible to keep. A possibility of realizing as little loss as possible is to miniaturize the switching power supplies.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Schaltnetzteil zur Transforma tion einer Primärspannung in eine Sekundärspannung zu schaffen, das sich durch eine extrem geringe Verlustleistung, eine effektive Energieübertragung und extrem kleine Abmessungen auszeichnet.The invention is based on the object, a switching power supply for transforming tion of a primary voltage to create a secondary voltage due to an extremely low power loss, an effective energy transfer and extremely small dimensions.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Vorrichtung zur Trans
formation einer Primärspannung in eine Sekundärspannung vorgeschlagen,
wobei die Vorrichtung mindestens ein Schaltnetzteil aufweist, das versehen ist
mit
To achieve this object, the invention proposes a device for trans formation of a primary voltage into a secondary voltage, the device having at least one switching power supply which is provided with
- - einem Gehäuse,- a housing,
- - einem eingangsseitigen Tiefpassfilter mit einer Induktivität und einer Ka pazität,- A low-pass filter on the input side with an inductance and a Ka capacity,
- - einer Transistorvollbrücken-Treiberschaltung mit einem mit dem Tief passfilter verbundenen Eingang und einem Ausgang, - A transistor full bridge driver circuit with one with the low passfilter connected input and an output,
- - einer Steuereinheit zum Steuern der Transistorvollbrücken-Treiberschal tung, wobei die Steuereinheit einen Phasenschieber und einen mit diesem verbundenen Pulsgenerator aufweist, der seinerseits mit den Steuerein gängen der Transistoren der Transistorvollbrücken-Treiberschaltung ver bunden ist,- A control unit for controlling the transistor full bridge driver scarf tion, the control unit having a phase shifter and one with the latter connected pulse generator, which in turn with the Steuerein the transistors of the transistor full-bridge driver circuit is bound
- - einem Transformator mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung und mit einem magnetischen Kopplungselement zur magnetischen Kopplung der Primär- und der Sekundärwicklung,- A transformer with a primary and a secondary winding and with a magnetic coupling element for magnetic coupling the primary and secondary winding,
- - einem den Ausgang der Transistorvollbrücken-Treiberschaltung mit der Primärwicklung des Transformators verbindenden Primärschwingkreis mit einer Resonanzfrequenz und einer Güte, wobei die Primärwicklung des Transformators Teil des Primärschwingkreises ist und der Primärschwing kreis unter Einschluss der Transistorvollbrücken-Treiberschaltung, der Verbindungsleitungen und der Primärwicklung des Transformators min destens eine Kapazität und mindestens eine Induktivität aufweist,- The output of the transistor full-bridge driver circuit with the Primary winding of the transformer connecting primary resonant circuit with a resonance frequency and a quality factor, the primary winding of the Transformer is part of the primary resonant circuit and the primary resonant circuit circuit including the transistor full bridge driver circuit, the Connection lines and the primary winding of the transformer min at least has a capacitance and at least one inductance,
- - einer ausgangsseitigen Gleichrichterschaltung mit einem Eingang und einem Ausgang,- A rectifier circuit on the output side with an input and an exit,
- - einem die Sekundärwicklung des Transformators und den Eingang der ausgangsseitigen Gleichrichterschaltung verbindenden Sekundärschwing kreis mit einer Resonanzfrequenz und einer Güte, wobei die Sekundär wicklung des Transformators Teil des Sekundärschwingkreises ist und der Sekundärschwingkreis unter Einschluss der Gleichrichterschaltung, der Verbindungsleitungen und der Sekundärwicklung des Transformators eine Kapazität und eine Induktivität aufweist und wobei die Resonanzfrequenz des Primärschwingkreises im wesentlichen gleich der Resonanzfrequenz des Sekundärschwingkreises ist und die Güte des Primärschwingkreises an die Güte des Sekundärschwingkreises zur Minimierung der Differenz zwischen beiden angepasst ist,- One the secondary winding of the transformer and the input of the output side rectifier circuit connecting secondary oscillation circle with a resonance frequency and a quality, the secondary winding of the transformer is part of the secondary resonant circuit and the Secondary resonant circuit including the rectifier circuit, the Connection lines and the secondary winding of the transformer one Has capacitance and an inductance and wherein the resonance frequency of the primary resonant circuit is essentially equal to the resonance frequency of the secondary resonant circuit and the quality of the primary resonant circuit to the quality of the secondary resonant circuit to minimize the difference is adjusted between the two,
- - einem ausgangsseitigen Tiefpassfilter mit einer Induktivität und einer Ka pazität,- A low-pass filter on the output side with an inductance and a Ka capacity,
- - wobei die Induktivitäten der Tiefpassfilter magnetisch entkoppelt sind, The inductances of the low-pass filters are magnetically decoupled,
- - einem Strom- und/oder Spannungssensor, der in den Primärschwingkreis geschaltet ist und ein Ausgangssignal an den Phasenschieber der Steuer einheit liefert, wobei- A current and / or voltage sensor in the primary resonant circuit is switched and an output signal to the phase shifter of the control unit supplies, whereby
- - die Steuereinheit, die Transistorvollbrücken-Treiberschaltung und der Strom- und/oder Spannungssensor als auf einem ersten Die integ rierte Schaltungen und die Gleichrichterschaltung als auf einem zweiten Die integrierte Schaltung ausgeführt sind,- The control unit, the transistor full bridge driver circuit and the Current and / or voltage sensor than on a first Die integ circuits and the rectifier circuit as on one second the integrated circuit are executed
- - das erste und das zweite Die auf einer Leiterplatte angeordnet sind, die die übrigen Schaltungselemente der Tiefpassfilter des Primär- und Sekundärschwingkreises und Verbindungsleitungen aufweist, deren Länge und Ausgestaltung zur Erzielung der Resonanzfrequenz und Güte der beiden Schwingkreise gewählt sind, undThe first and the second which are arranged on a printed circuit board, which the other circuit elements of the low-pass filter of the primary and Secondary resonant circuit and connecting lines, the Length and configuration to achieve the resonance frequency and Quality of the two resonant circuits are selected, and
- - die Induktivitäten der Tiefpassfilter als magnetisch entkoppelte Teile des Gehäuses ausgebildet sind.- The inductances of the low-pass filter as magnetically decoupled parts of the housing are formed.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird eine Vorrichtung
mit mindestens einem Schaltnetzteil vorgeschlagen, das versehen ist mit
According to an alternative embodiment of the invention, a device is proposed with at least one switching power supply that is provided with
- - einem Gehäuse,- a housing,
- - einem eingangsseitigen Tiefpassfilter mit einer Induktivität und einer Ka pazität,- A low-pass filter on the input side with an inductance and a Ka capacity,
- - einer Transistorvollbrücken-Treiberschaltung mit einem mit dem Tief passfilter verbundenen Eingang und einem Ausgang,- A transistor full bridge driver circuit with one with the low passfilter connected input and an output,
- - einer Steuereinheit zum Steuern der Transistorvollbrücken-Treiberschal tung, wobei die Steuereinheit einen Phasenschieber und einen mit diesem verbundenen Pulsgenerator aufweist, der seinerseits mit den Steuerein gängen der Transistoren der Transistorvollbrücken-Treiberschaltung ver bunden ist,- A control unit for controlling the transistor full bridge driver scarf tion, the control unit having a phase shifter and one with the latter connected pulse generator, which in turn with the Steuerein the transistors of the transistor full-bridge driver circuit is bound
- - einem Transformator mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung und mit einem magnetischen Kopplungselement zur magnetischen Kopplung der Primär- und der Sekundärwicklung,- A transformer with a primary and a secondary winding and with a magnetic coupling element for magnetic coupling the primary and secondary winding,
- - einem den Ausgang der Transistorvollbrücken-Treiberschaltung mit der Primärwicklung des Transformators verbindenden Primärschwingkreis mit einer Resonanzfrequenz und einer Güte, wobei die Primärwicklung des Transformators Teil des Primärschwingkreises ist und der Primärschwing kreis unter Einschluss der Transistorvollbrücken-Treiberschaltung, der Verbindungsleitungen und der Primärwicklung des Transformators min destens eine Kapazität und mindestens eine Induktivität aufweist,- The output of the transistor full-bridge driver circuit with the Primary winding of the transformer connecting primary resonant circuit with a resonance frequency and a quality factor, the primary winding of the Transformer is part of the primary resonant circuit and the primary resonant circuit circuit including the transistor full bridge driver circuit, the Connection lines and the primary winding of the transformer min at least has a capacitance and at least one inductance,
- - einer ausgangsseitigen Gleichrichterschaltung mit einem Eingang und einem Ausgang,- A rectifier circuit on the output side with an input and an exit,
- - einem die Sekundärwicklung des Transformators und den Eingang der ausgangsseitigen Gleichrichterschaltung verbindenden Sekundärschwing kreis mit einer Resonanzfrequenz und einer Güte, wobei die Sekundär wicklung des Transformators Teil des Sekundärschwingkreises ist und der Sekundärschwingkreis unter Einschluss der Gleichrichterschaltung, der Verbindungsleitungen und der Sekundärwicklung des Transformators eine Kapazität und eine Induktivität aufweist und wobei die Resonanzfrequenz des Primärschwingkreises im wesentlichen gleich der Resonanzfrequenz des Sekundärschwingkreises ist und die Güte des Primärschwingkreises an die Güte des Sekundärschwingkreises zur Minimierung der Differenz zwischen beiden angepasst ist,- One the secondary winding of the transformer and the input of the output side rectifier circuit connecting secondary oscillation circle with a resonance frequency and a quality, the secondary winding of the transformer is part of the secondary resonant circuit and the Secondary resonant circuit including the rectifier circuit, the Connection lines and the secondary winding of the transformer one Has capacitance and an inductance and wherein the resonance frequency of the primary resonant circuit is essentially equal to the resonance frequency of the secondary resonant circuit and the quality of the primary resonant circuit to the quality of the secondary resonant circuit to minimize the difference is adjusted between the two,
- - einem ausgangsseitigen Tiefpassfilter mit einer Induktivität und einer Ka pazität,- A low-pass filter on the output side with an inductance and a Ka capacity,
- - wobei die Induktivitäten der Tiefpassfilter magnetisch entkoppelt sind,The inductances of the low-pass filters are magnetically decoupled,
- - einem Strom- und/oder Spannungssensor, der zwischen der ausgangs seitigen Gleichrichterschaltung und dem ausgangsseitigen Tiefpassfilter geschaltet ist und der ein Ausgangssignal galvanisch entkoppelt an den Phasenschieber der Steuereinheit liefert, wobei- A current and / or voltage sensor between the output side rectifier circuit and the low-pass filter on the output side is switched and an output signal is galvanically decoupled from the Phase shifter supplies the control unit, wherein
- - die Steuereinheit und die Transistorvollbrücken-Treiberschaltung als auf einem ersten Die integrierte Schaltungen und die ausgangsseitige Gleich richterschaltung und der Strom- und/oder Spannungssensor als auf einem zweiten Die integrierte Schaltungen ausgeführt sind,- The control unit and the transistor full bridge driver circuit as on a first the integrated circuits and the output equal rectifier circuit and the current and / or voltage sensor as on a second the integrated circuits are executed
- - das erste und das zweite Die auf einer Leiterplatte angeordnet sind, die die übrigen Schaltungselemente der Tiefpassfilter des Primär- und Sekundärschwingkreises und Verbindungsleitungen aufweist, deren Länge und Ausgestaltung zur Erzielung der Resonanzfrequenz und Güte der beiden Schwingkreise gewählt sind, und- The first and the second Die are arranged on a circuit board, the the remaining circuit elements of the low-pass filter of the primary and Has secondary resonant circuit and connecting lines, their length and configuration to achieve the resonance frequency and quality of the two resonant circuits are selected, and
- - die Induktivitäten der Tiefpassfilter als magnetisch entkoppelte Teile des Gehäuses ausgebildet sind.- The inductances of the low-pass filter as magnetically decoupled parts of the Housing are formed.
Das erfindungsgemäße Schaltnetzteil arbeitet nach dem sogenannten Reso nanzwandlerprinzip. Die Besonderheit besteht erfindungsgemäß jedoch darin, dass sowohl primärseitig als auch sekundärseitig des eigentlichen Transfor mators in Resonanz schwingende Schwingkreise vorgesehen sind. Diese Schwingkreise sind unter Berücksichtigung ihrer Zu- und Verbindungsleitungen und insbesondere unter Berücksichtigung der durch diese Leitungen verur sachten parasitären Kapazitäten und Induktivitäten ausgelegt. Die Primär- und die Sekundärwicklung des Transformators sind ebenfalls Bestandteil des Pri mär- und des Sekundärschwingkreises.The switching power supply according to the invention works according to the so-called Reso nanzwandlerprinzip. However, the special feature according to the invention is that that both on the primary side and on the secondary side of the actual Transfor Mators resonating oscillating circuits are provided. This Oscillating circuits are considering their supply and connection lines and especially taking into account the pollution caused by these lines gentle parasitic capacitances and inductors. The primary and the secondary winding of the transformer are also part of the Pri mär- and the secondary resonant circuit.
Beide Schwingkreise weisen im wesentlichen die gleiche Resonanzfrequenz auf. Idealerweise sind die Resonanzfrequenzen identisch. Auch die Güten der beiden Schwingkreise sind im wesentlichen gleich. Da das Übertragungsver hältnis des Transformators von dem Verhältnis 1 : 1 logischerweise abweicht, können die Güten beider Schwingkreise nicht exakt gleich sein. Erfindungsge mäß ist hier vorgesehen, dass die Differenz zwischen den Güten beider Schwingkreise so klein wie möglich ist.Both resonant circuits have essentially the same resonance frequency on. Ideally, the resonance frequencies are identical. The goodness of the the two resonant circuits are essentially the same. Since the transmission ver ratio of the transformer logically deviates from the ratio 1: 1, the qualities of both resonant circuits cannot be exactly the same. Erfindungsge It is envisaged here that the difference between the grades of both Resonant circuits is as small as possible.
Eingangs- und ausgangsseitig des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils befinden sich Tiefpassfilter, deren Induktivitäten magnetisch entkoppelt sind. Der Aus gang des eingangsseitigen Tiefpassfilters ist mit einer Treiberschaltung ver bunden, bei der es sich um eine Transistorvollbrückenschaltung handelt. Die einzelnen Transistoren dieser Treiberschaltung sind über eine Regeleinrichtung angesteuert. Diese Regeleinrichtung weist einen Pulsgenerator auf, der die Ansteuerimpulse für die einzelnen Transistoren erzeugt. Die Phasenlage dieser Ansteuerungsimpulse wird durch einen Phasenschieber der Regeleinheit er zeugt. Dieser Phasenschieber erhält von einem Strom- und/oder Spannungssensor ein Eingangssignal. Über diesen Sensor wird sensiert, welcher Strom bzw. welche Spannung aktuell am Ausgang des Schaltnetzteils gegeben ist.Located on the input and output sides of the switching power supply according to the invention low-pass filters, whose inductors are magnetically decoupled. The end gear of the input-side low-pass filter is ver with a driver circuit bound, which is a full transistor bridge circuit. The individual transistors of this driver circuit are via a control device driven. This control device has a pulse generator, which Control pulses generated for the individual transistors. The phase position of this Control pulses are generated by a phase shifter of the control unit testifies. This phase shifter receives from a current and / or voltage sensor an input signal. This sensor senses which current or what voltage is currently given at the output of the switching power supply.
Ausgangsseitig befindet sich vor dem Tiefpassfilter eine Gleichrichterschaltung. Während die Transistorvollbrücken-Treiberschaltung Bestandteil des Primär schwingkreises ist, ist die Gleichrichterschaltung Bestandteil des Sekundär schwingkreises. Beide Schwingkreise sind über das magnetische Kopplungs element des Transformators gekoppelt. Die Kapazitäten und Induktivitäten beider Schwingkreise sind unter Einschluss der Primär- und Sekundärwicklun gen des Transformators, der Länge und Ausgestaltung der Zuleitungen sowie Verbindungsleitungen der einzelnen Elemente der Schwingkreise und der Elemente der Treiberschaltung bzw. der Gleichrichterschaltung ausgelegt.A rectifier circuit is located on the output side in front of the low-pass filter. While the transistor full bridge driver circuit is part of the primary resonant circuit, the rectifier circuit is part of the secondary oscillation circuit. Both resonant circuits are via the magnetic coupling element of the transformer coupled. The capacities and inductors both resonant circuits include the primary and secondary windings conditions of the transformer, the length and design of the supply lines and Connection lines of the individual elements of the resonant circuits and Elements of the driver circuit or the rectifier circuit designed.
Das Gehäuse des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils wird zumindest teilweise von den magnetischen Elementen der Induktivitäten der beiden Tiefpassfilter gebildet. Diese Teile des Gehäuses sind magnetisch entkoppelt. Vorteilhafter weise ist das Gehäuse zweiteilig aufgebaut, wobei jeder Teil magnetisch mit jeweils einem der beiden Tiefpassfilter gekoppelt ist und beide Gehäuseteile untereinander wiederum entkoppelt sind. Ein derartiges Gehäuse aus Metall (in diesem Fall insbesondere ferromagnetischem Material) ist im Hinblick auf die elektromagnetische Verträglichkeit von Vorteil.The housing of the switching power supply according to the invention is at least partially of the magnetic elements of the inductors of the two low-pass filters educated. These parts of the housing are magnetically decoupled. Favorable wise, the housing is constructed in two parts, with each part magnetically one of the two low-pass filters is coupled and both housing parts are in turn decoupled from one another. Such a metal housing (in this case in particular ferromagnetic material) is with regard to the Electromagnetic compatibility is an advantage.
Zur Ansteuerung der Transistoren der Treiberschaltung werden zweckmäßi gerweise Dirac-Impulse oder gaussfunktionsartige, e-funktionsartige oder kosinusquadratfunktionsartige Impulse verwendet. Sämtliche dieser Impuls formen können verwendet werden, sofern der Primärschwingkreis als Parallel schwingkreis bzw. in Serienausführung vorliegt.To control the transistors of the driver circuit are expedient Dirac impulses or Gaussian-like, e-functional-like or cosine square function-like pulses are used. All of this impulse Shapes can be used provided the primary resonant circuit is parallel resonant circuit or in series version.
Durch eine entsprechend hohe Taktung der Transistoren der Vollbrückentrei berschaltung ist es möglich, auf eine eingangsseitige Gleichrichterschaltung zu verzichten. Die Taktfrequenz ist dabei zweckmäßigerweise größer als einige kHz und insbesondere größer als 500 kHz, vorzugsweise größer als 1 MHz. Bei diesen Frequenzen kann wie gesagt auf eine Gleichrichtung am Eingang ver zichtet werden. Damit ist auch ein Verzicht auf voluminöse primärseitige Kon densatoren, wie sie für die Gleichrichtung normalerweise benötigt werden, möglich.By a correspondingly high clocking of the transistors of the full bridge series It is possible to connect to a rectifier circuit on the input side dispense. The clock frequency is expediently greater than some kHz and in particular greater than 500 kHz, preferably greater than 1 MHz. at these frequencies can, as mentioned, ver rectification at the input to be waived. This is also a waiver of voluminous primary-side Kon capacitors normally required for rectification possible.
Der Transformator weist eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung auf. Diese Wicklungen können in Dünnschichttechnik oder auch als Drahtwicklun gen ausgeführt sein. Der magnetische Kreis des Transformators, der vorzugs weise als Planartransformator ausgeführt ist, wird jeweils über ein insbeson dere ferromagnetisches Material geschlossen.The transformer has a primary winding and a secondary winding. These windings can be made using thin-film technology or as a wire winder conditions. The magnetic circuit of the transformer, the preferred is designed as a planar transformer, in each case in particular whose ferromagnetic material is closed.
Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht in der konsequenten Anwendung der Mikrointegrationstechnik. Dementsprechend sind die integ rierten Schaltungen selbst nicht gehäust, vielmehr sind die Dies (ungehäustes IC) direkt auf eine Leiterplatte z. B. Flip-Chip- oder Chip-on-Board-Technologie aufgebracht und mit den Leiterbahnen verbondet. Alternativ kann man auch gehäuste Dies verwenden, die dann jedoch vorzugsweise in Chip-Scale- Package-Technik realisiert sind. Mit all diesen IC-Technologien werden parasi täre Einflüsse herkömmlicher IC-Gehäuse vermieden. Die Länge und die Aus gestaltung der Leiterbahnen auf der Leiterplatte sind entsprechend der ge wünschten Resonanzfrequenz und den Güten der beiden Schwingkreise ge wählt. Die Leiterplatte kann starr, flexibel oder in Starr-Flex-Technik ausge führt sein.Another essential feature of the invention is consistent Application of microintegration technology. Accordingly, the integ circuits are not housed themselves, rather the dies (unhoused IC) directly on a circuit board z. B. flip-chip or chip-on-board technology applied and bonded to the conductor tracks. Alternatively you can use packaged dies, which are then preferably used in chip-scale Package technology are realized. With all of these IC technologies becoming parasive tary influences of conventional IC packages avoided. The length and the off design of the conductor tracks on the circuit board are according to the ge desired resonance frequency and the qualities of the two resonant circuits chooses. The circuit board can be made rigid, flexible or using rigid-flex technology leads.
Sofern der Strom- und/oder Spannungssensor sekundärseitig angeordnet ist, wird sein Ausgangssignal galvanisch entkoppelt dem Phasenschieber zuge führt. Dies erfolgt beispielsweise über einen Optokoppler.If the current and / or voltage sensor is arranged on the secondary side, its output signal is galvanically decoupled from the phase shifter leads. This is done for example via an optocoupler.
Auf die galvanische Trennung kann dann verzichtet werden, wenn der Sensor primärseitig verschaltet ist. In diesem Fall ist er Teil des Primärschwingkreises. There is no need for electrical isolation if the sensor is connected on the primary side. In this case it is part of the primary resonant circuit.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen im einzelnen:The invention is explained below with reference to the drawing. in this connection show in detail:
Fig. 1 die elektrische Beschaltung des erfindungsgemäßen Schaltnetzteils, Fig. 1, the electric wiring of the switching power supply according to the invention,
Fig. 2 und 3 perspektivische Ansichten einer flexiblen Leiterplatte mit Planartrans formator in Drauf- und Unteransicht, Figs. 2 and 3 are perspective views of a flexible printed circuit board with Planartrans formator in plan view and bottom view,
Fig. 4 den Planartransformator in Seitenansicht mit gegensinnig an seinen Enden umgelegter Leiterplatte, Fig. 4 shows the planar transformer in a side view with oppositely folded down at its ends, printed circuit board,
Fig. 5 einen Schnitt durch das Gehäuse des Schaltnetzteils, und Fig. 5 shows a section through the housing of the switching power supply, and
Fig. 6 eine alternative elektrische Beschaltung für das Schaltnetzteil. Fig. 6 shows an alternative electrical circuit for the switching power supply.
In Fig. 1 ist die elektrische Schaltung des Schaltnetzteils dargestellt, das für DC/DC, DC/AC, AC/DC oder AC/AC-Wandlung einsetzbar ist. Am Eingang 10 des Schaltnetzteils befindet sich eine optionale Gleichrichterschaltung 12, die als Diodenvollbrücke ausgeführt ist. Mit dem Ausgang dieses Gleichrichters 12 ist ein erstes Tiefpassfilter 14 mit einer Induktivität 16 und einer Kapazität 18 verbunden. Parallel zur Kapazität 18 befindet sich eine Transistorvollbrücken- Treiberschaltung 20, die aus vier Transistoren 22, 24, 26, 28 mit zu diesen parallel geschalteten Dioden 23, 25, 27, 29 besteht. Die Steueranschlüsse 30 der Transistoren 22-28 sind mit einem Pulsgenerator 32 verbunden, der von einem Phasenschieber 34 Eingangssignale erhält. Der Pulsgenerator 32 und der Phasenschieber 34 bilden zusammen eine Regeleinheit 36 zur Steuerung der Treiberschaltung 20 dergestalt, dass am Ausgang des Schaltnetzteils die gewünschte Leistung zur Verfügung steht.In Fig. 1, the electrical circuit of the switching power supply is shown, which can be used for DC / DC, DC / AC, AC / DC or AC / AC conversion. At the input 10 of the switching power supply there is an optional rectifier circuit 12 which is designed as a full diode bridge. A first low-pass filter 14 having an inductance 16 and a capacitance 18 is connected to the output of this rectifier 12 . A transistor full-bridge driver circuit 20 is located parallel to the capacitor 18 and consists of four transistors 22 , 24 , 26 , 28 with diodes 23 , 25 , 27 , 29 connected in parallel with them. The control connections 30 of the transistors 22-28 are connected to a pulse generator 32 , which receives input signals from a phase shifter 34 . The pulse generator 32 and the phase shifter 34 together form a control unit 36 for controlling the driver circuit 20 such that the desired power is available at the output of the switching power supply.
Der Brückenzweig der Treiberschaltung 20 ist mit einem Primärschwingkreis 38 verbunden, der eine Induktivität 40 und eine Kapazität 42 aufweist und als Serienschwingkreis ausgebildet ist. Teil dieses Primärschwingkreises 38 ist aber auch die Primärwicklung 44 eines Transformators 46, der darüber hinaus eine Sekundärwicklung 48 und ein magnetisches Kopplungselement 50 auf weist.The bridge arm of the driver circuit 20 is connected to a primary resonant circuit 38 , which has an inductance 40 and a capacitance 42 and is designed as a series resonant circuit. However, part of this primary resonant circuit 38 is also the primary winding 44 of a transformer 46 , which also has a secondary winding 48 and a magnetic coupling element 50 .
Die Sekundärwicklung 48 des Transformators 46 ist Bestandteil eines Sekun därschwingkreises 52, der darüber hinaus noch eine Induktivität 54 und eine Kapazität 56 aufweist und mit dem der Eingang einer ausgangsseitigen Gleich richterschaltung 57 verbunden ist. Diese Gleichrichterschaltung 57 ist ebenfalls als Diodenvollbrücke ausgebildet und weist in ihrem Ausgangszweit einen Strom- bzw. Spannungssensor 58 auf. Der Sensor 58 gibt über einen Opto koppler 60 ein die sensierte Größe (Strom und/oder Spannung) repräsentie rendes Ausgangssignal an den Phasenschieber 34 der Regeleinheit 36 ab. Hinter dem Sensor 58 befindet sich ein ausgangsseitiges Tiefpassfilter 62 mit einer Induktivität 64 und einer Kapazität 66.The secondary winding 48 of the transformer 46 is part of a secondary därschwingkreises 52 , which also has an inductor 54 and a capacitor 56 and to which the input of an output rectifier circuit 57 is connected. This rectifier circuit 57 is also designed as a full diode bridge and has a current or voltage sensor 58 in its second output. The sensor 58 outputs an output signal to the phase shifter 34 of the control unit 36 via an optocoupler 60 which represents the sensed quantity (current and / or voltage). An output-side low-pass filter 62 with an inductance 64 and a capacitance 66 is located behind the sensor 58 .
Wie man anhand der Fig. 1 erkennen kann, arbeitet das Schaltnetzteil mit einem Resonanzwandler. Die Besonderheit dieses Resonanzwandlers besteht darin, dass beide Schwingkreise 38, 52 die gleiche bzw. im wesentlichen die gleiche Resonanzfrequenz aufweisen. Die Induktivitäten und Kapazitäten der beiden Schwingkreise 38, 52 sowie die Wicklungen 44 und 48 des Transforma tors 46 sind auf einer Leiterplatte 68 (siehe Fig. 2 bis 5) angeordnet. Die Leiterbahnen auf dieser Leiterplatte 68 sind von ihrer Ausgestaltung und Länge derart konzipiert, dass die von ihnen verursachten parasitären Effekte (Induktivität und Kapazität) sich dergestalt einstellen, dass beide Schwing kreise 38, 52 die gleiche Resonanzfrequenz aufweisen. In diese Überlegungen gehen auch die Halbleiterbauelemente der Transistorvollbrücken-Treiber schaltung 20 und der Gleichrichterschaltung 57 mit ein. Möglich wird all dies durch die Anwendung der Mikrointegrationstechnologie und dadurch, dass die elektronischen Komponenten des Schaltnetzteils auf zwei Die 70, 72 aufgeteilt sind, wie es ebenfalls der Fig. 1 zu entnehmen ist. Das erste Die 70 umfasst dabei die Regeleinheit 36 und die Treiberschaltung 20, während das zweite Die 72 die Gleichrichterschaltung 57 und den Sensor 58 umfasst.As can be seen from FIG. 1, the switching power supply works with a resonance converter. The special feature of this resonance converter is that both resonant circuits 38 , 52 have the same or essentially the same resonance frequency. The inductances and capacitances of the two resonant circuits 38 , 52 and the windings 44 and 48 of the transformer 46 are arranged on a circuit board 68 (see FIGS. 2 to 5). The conductor tracks on this circuit board 68 are designed in terms of their design and length such that the parasitic effects (inductance and capacitance) caused by them occur in such a way that both resonant circuits 38 , 52 have the same resonance frequency. The semiconductor components of the transistor full-bridge driver circuit 20 and the rectifier circuit 57 also go into these considerations. All this is made possible by the use of microintegration technology and by the fact that the electronic components of the switched-mode power supply are divided into two die 70, 72, as can also be seen in FIG. 1. The first die 70 comprises the control unit 36 and the driver circuit 20 , while the second die 72 comprises the rectifier circuit 57 and the sensor 58 .
Diese beiden Dies 70, 72 sind in BGA-Technik realisiert und direkt auf die Leiterplatte 68 gelötet oder geklebt (Flip-Chip-Technologie), und zwar zum einen auf die Oberseite 74 und zum anderen auf die Unterseite 76 der Leiter platte 68 (siehe Fig. 2 und 3). Alternative Techniken sind Bonden, z. B. TAB.These two dies 70 , 72 are realized in BGA technology and soldered or glued directly to the circuit board 68 (flip-chip technology), on the one hand on the top 74 and on the other on the bottom 76 of the circuit board 68 (see Figs. 2 and 3). Alternative techniques are bonding, e.g. B. TAB.
Durch die Mikrointegration ist es möglich, die Resonanzfrequenzen beider Schwingkreise unter Einbeziehung der Leiterbahn-Ausgestaltungen und Bau teile durch Simulation und Design auf den gleichen Wert auszulegen. Auf Grund des Übersetzungsverhältnisses des Transformators 46 ist ein vollständi ger Abgleich der Güten beider Schwingkreise 38, 52 nicht möglich. Idealerweise sollten diese beiden Güten ebenfalls identisch sein, was man durch eine ent sprechende Wahl der Dimensionierung und Auslegung der einzelnen Bauele mente realisieren kann. Ziel des Schaltungsentwurfs ist es daher, die Güten so weit wie möglich aneinander anzunähern. Damit ergibt sich dann insgesamt eine nahezu optimale und weitestgehend verlustfreie Energieübertragung vom Primärschwingkreis 38 auf den Sekundärschwingkreis 52.The microintegration makes it possible to design the resonance frequencies of both resonant circuits, including the conductor track configurations and components, to the same value by means of simulation and design. Due to the transmission ratio of the transformer 46 , a complete comparison of the qualities of both resonant circuits 38 , 52 is not possible. Ideally, these two grades should also be identical, which can be achieved by a corresponding choice of the dimensioning and design of the individual components. The aim of the circuit design is therefore to approximate the grades as closely as possible. This results in an almost optimal and largely loss-free energy transfer from the primary resonant circuit 38 to the secondary resonant circuit 52 .
Wie anhand von Fig. 1 zu erkennen ist, weist der Phasenschieber 34 noch einen weiteren Ausgang 78 und einen weiteren Eingang 80 auf. Über diese Ein- und Ausgänge 78, 80 lässt sich die Regeleinheit 36 des in Fig. 1 gezeigten Schaltnetzteils mit einem anderen Schaltnetzteil verbinden. Hierdurch entsteht ein schaltungstechnisch modularer Aufbau, der es ermöglicht, mehrere Schalt netzteile miteinander zu kombinieren, um bestimmte Ausgangsspannungen oder -ströme realisieren zu können.As can be seen from FIG. 1, the phase shifter 34 has a further output 78 and a further input 80 . The control unit 36 of the switching power supply shown in FIG. 1 can be connected to another switching power supply via these inputs and outputs 78 , 80 . This creates a modular circuit design that enables several switching power supplies to be combined with one another in order to be able to implement certain output voltages or currents.
Zur Ansteuerung der Transistoren 22, 24, 26 und 28 werden bevorzugt Dirac-
Impulse insbesondere 2. Ordnung bzw. Dirac-Doppelimpulse oder Impulse
verwendet, deren Form sich gemäß einer der nachfolgend angegebenen
Gleichungen beschreiben lässt:
f(x) = a e-bx2
Dirac pulses, in particular 2nd order or Dirac double pulses or pulses, whose shape can be described according to one of the equations given below, are preferably used to control the transistors 22 , 24 , 26 and 28 .
f (x) = ae -bx2
f(x) = a cos2(bx)
f (x) = a cos 2 (bx)
f(x) = a sin x/xf (x) = a sin x / x
Diese Impulse werden mit einer Frequenz von größer 500 kHz und insbeson dere mit einer Frequenz im MHz-Bereich erzeugt. Bei einer derartig hohen Schaltfrequenz ist eine Gleichrichtung der Eingangsspannung, wie sie bei der Schaltung gemäß Fig. 1 in Form der Gleichrichterschaltung 12 vorgesehen ist, nicht erforderlich. Insoweit ist die Gleichrichterschaltung 12 nicht notwendi gerweise Bestandteil des hier beschriebenen Schaltnetzteils.These pulses are generated with a frequency greater than 500 kHz and in particular with a frequency in the MHz range. With such a high switching frequency, rectification of the input voltage, as is provided in the circuit according to FIG. 1 in the form of the rectifier circuit 12 , is not necessary. In this respect, the rectifier circuit 12 is not necessarily part of the switching power supply described here.
Durch die Vermeidung scharfkantiger Impulse wird das Entstehen von Über schwingern und damit das Entstehen von Oberwellen weitgehend vermieden, was im Hinblick auf EMV und die Effizienz der Energieübertragung von Vorteil ist.By avoiding sharp-edged impulses, the emergence of over vibrate and largely avoid the creation of harmonics, which is advantageous in terms of EMC and the efficiency of energy transmission is.
Der Aufbau des Schaltnetzteils in Mikrointegrationstechnologie ist in den Fig. 2-5 wiedergegeben. Dort ist auch zu erkennen, dass der Transformator 46 als sogenannter Planartransformator in Dünnschichttechnik aufgebaut ist. Hierbei sind die Primär- und Sekundärwicklungen 44, 48 als z. B. runde, ovale, ellipti sche, rechteckige spiralförmig verlaufende Leiterbahnen der Leiterplatte 68 ausgebildet, wobei die Leiterbahnen der Primärwicklung 44 auf der Oberseite 74 und die Leiterbahnen der Sekundärwicklung 48 auf der Unterseite 76 der Leiterplatte 68 ausgebildet sind. Die spiralförmigen Leiterbahnen von Primär- und Sekundärwicklung 44, 48 sind durch das magnetische Kopplungselement 50 umschlossen, das sich ober- und unterhalb der Leiterplatte 68 erstreckt. Die Leiterplatte 68 ist vorzugsweise durchgehend flexibel gestaltet und an ihren seitlich aus dem Kopplungselement 50 vorstehenden Enden 82, 84 gegensinnig um das magnetische Kopplungselement 50 des Transformators 46 gelegt. Das magnetische Kopplungselement 50 besteht aus einem hartmagnetischen Material, wie beispielsweise ferromagnetischem Material bzw. einem Ferritmaterial.The structure of the switching power supply in microintegration technology is shown in FIGS. 2-5. It can also be seen there that the transformer 46 is constructed as a so-called planar transformer using thin-film technology. Here, the primary and secondary windings 44 , 48 as z. B. round, oval, elliptical, rectangular spiral-shaped conductor tracks of the circuit board 68 are formed, wherein the conductor tracks of the primary winding 44 on the top 74 and the conductor tracks of the secondary winding 48 are formed on the underside 76 of the circuit board 68 . The spiral-shaped conductor tracks of the primary and secondary windings 44 , 48 are enclosed by the magnetic coupling element 50 , which extends above and below the circuit board 68 . The circuit board 68 is preferably designed to be continuously flexible and, at its ends 82 , 84 projecting laterally from the coupling element 50 , is placed in opposite directions around the magnetic coupling element 50 of the transformer 46 . The magnetic coupling element 50 consists of a hard magnetic material, such as ferromagnetic material or a ferrite material.
Die zuvor beschriebene Struktur gemäß den Fig. 2 bis 4 bildet den Kern eines in diesem Fall zweiteiligen Gehäuses 86, dessen beide Hälften 88, 90 aus in diesem Fall weichmagnetischem Material bestehen und Bestandteil der Induk tivitäten 16 bzw. 64 der beiden Tiefpassfilter 14 und 62 und damit auch in Teilen Bestandteil des magnetischen Kreises des Transformators 46 sind. Die beiden Gehäuseteile 88, 90 sind magnetisch entkoppelt. Sie geben dem Gehäuse 86 eine stabile Form und Ausgestaltung. Das Gehäuse 86 mit Trans formator 46 bildet eine kraftschlüssige Einheit, indem das Gehäuse 86 den Transformator 46 formschlüssig umgibt.The above-described structure according to FIGS. 2 to 4 forms the core of a two-part housing 86 in this case, the two halves 88 , 90 of which are made of soft magnetic material in this case and form part of the inductances 16 and 64 of the two low-pass filters 14 and 62 and thus also part of the magnetic circuit of the transformer 46 . The two housing parts 88 , 90 are magnetically decoupled. They give the housing 86 a stable shape and design. The housing 86 with transformer 46 forms a non-positive unit in that the housing 86 surrounds the transformer 46 in a positive manner.
Mit der zuvor beschriebenen Mikrointegrationstechnik lässt sich das Schalt netzteil mit Subzentimeterdimensionen fertigen. Damit lässt sich das Schalt netzteil dergestalt konzipieren, dass es in einem separaten Gehäuse direkt in der Steckdose, im Gehäuse des zu versorgenden Geräts (on-board) oder auch in der Zuleitung des zu versorgenden Geräts untergebracht werden kann. Das Schaltnetzteil ist insbesondere geeignet zur Stromversorgung im Klein leistungsbereich, wie beispielsweise für die Akkuladung im Bereich Telefonie, für Werkzeuge und Spielzeuge.The switching can be done with the microintegration technology described above Manufacture a power supply with sub-centimeter dimensions. This allows you to switch gears design the power supply in such a way that it is directly in a separate housing the socket, in the housing of the device to be supplied (on-board) or can be accommodated in the supply line of the device to be supplied. The Switching power supply is particularly suitable for small power supply performance range, such as for battery charging in the area of telephony, for tools and toys.
Fig. 6 zeigt ein alternatives Schaltbild eines Schaltnetzteils 10', das mit Ausnahme des Primärschwingkreises 38 identisch mit dem Schaltbild des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 ist, weshalb in Fig. 6 für bau- und/oder funktionsgleiche Bestandteile die gleichen Bezugszeichen verwendet sind. FIG. 6 shows an alternative circuit diagram of a switched-mode power supply 10 ', which, with the exception of the primary resonant circuit 38, is identical to the circuit diagram of the exemplary embodiment according to FIG. 1, which is why the same reference numerals are used in FIG .
Im Brückenzweig der Transistorvollbrücken-Treiberchaltung 20 befindet sich gemäß Fig. 6 eine Reihenschaltung aus zwei Induktivitäten 40 und 41, deren gemeinsamer Schaltungsknoten mit der Kapazität 42 verbunden ist. Der Schwingkreis 38 wird über die Primärwicklung 44 zum gemeinsamen Schal tungsknoten der beiden Transistoren 26, 28 der Transistorvollbrücken-Treiberschaltung 20 geschlossen. Durch dieses Schaltungskonzept des Primär schwingkreises wird erreicht, dass immer eine Verbindung der Schwingkreise zum definierten Potential (in diesem Fall Massepotential) existiert. Damit wer den Spannungsüberhöhungen, wie sie bei der Schaltung von Fig. 1 entstehen können, wenn sämtliche Transistoren 22 bis 28 sperren, abgeführt.In the bridge branch of the full bridge transistor 20 Treiberchaltung 6 is shown in FIG. A series circuit of two inductors 40 and 41 whose common node is connected to the capacitance 42. The resonant circuit 38 is closed via the primary winding 44 to the common circuit node of the two transistors 26 , 28 of the transistor full-bridge driver circuit 20 . This circuit concept of the primary resonant circuit ensures that there is always a connection between the resonant circuits and the defined potential (in this case ground potential). So who the voltage increases, as they can arise in the circuit of FIG. 1, when all transistors 22 to 28 block, dissipated.
Claims (14)
einem Gehäuse (86),
einem eingangsseitigen Tiefpassfilter (14) mit einer Induktivität (16) und einer Kapazität (18),
einer Transistorvollbrücken-Treiberschaltung (20) mit einem mit dem Tiefpassfilter (14) verbundenen Eingang und einem Ausgang,
einer Steuereinheit (36) zum Steuern der Transistorvollbrücken-Trei berschaltung (20), wobei die Steuereinheit (36) einen Phasenschieber (34) und einen mit diesem verbundenen Pulsgenerator (32) aufweist, der seinerseits mit den Steuereingängen (30) der Transistoren (22, 24, 26, 28) der Transistorvollbrücken-Treiberschaltung verbunden ist,
einem Transformator (46) mit einer Primär- und einer Sekundärwick lung (44, 48) und mit einem magnetischen Kopplungselement (50) zur magnetischen Kopplung der Primär- und der Sekundärwicklung (44, 48),
einem den Ausgang der Transistorvollbrücken-Treiberschaltung (20) mit der Primärwicklung (44) des Transformators (46) verbindenden Primärschwingkreis (38) mit einer Resonanzfrequenz und einer Güte, wobei die Primärwicklung (44) des Transformators (46) Teil des Pri märschwingkreises (38) ist und der Primärschwingkreis (38) unter Einschluss der Transistorvollbrücken-Treiberschaltung (20), der Ver bindungsleitungen und der Primärwicklung (44) des Transformators (46) mindestens eine Kapazität und mindestens eine Induktivität aufweist,
einer ausgangsseitigen Gleichrichterschaltung (57) mit einem Eingang und einem Ausgang,
einem die Sekundärwicklung (48) des Transformators (46) und den Eingang der ausgangsseitigen Gleichrichterschaltung (57) verbinden den Sekundärschwingkreis (52) mit einer Resonanzfrequenz und einer Güte, wobei die Sekundärwicklung (48) des Transformators (46) Teil des Sekundärschwingkreises (52) ist und der Sekundärschwing kreis (52) unter Einschluss der Gleichrichterschaltung (57), der Ver bindungsleitungen und der Sekundärwicklung (48) des Transforma tors (46) eine Kapazität und eine Induktivität aufweist und wobei die Resonanzfrequenz des Primärschwingkreises (38) im wesentlichen gleich der Resonanzfrequenz des Sekundärschwingkreises (52) ist und die Güte des Primärschwingkreises (38) an die Güte des Sekun därschwingkreises (52) zur Minimierung der Differenz zwischen bei den angepasst ist,
einem ausgangsseitigen Tiefpassfilter (62) mit einer Induktivität (64) und einer Kapazität (66),
wobei die Induktivitäten (16, 64) der Tiefpassfilter (14, 62) magnetisch entkoppelt sind,
einem Strom- und/oder Spannungssensor (58), der in den Primär schwingkreis (38) geschaltet ist und ein Ausgangssignal an den Pha senschieber (34) der Steuereinheit (36) liefert, wobei
die Steuereinheit (36), die Transistorvollbrücken-Treiberschaltung (20) und der Strom- und/oder Spannungssensor (58) als auf einem ersten Die (70) integrierte Schaltungen und die Gleichrichterschaltung (57) als auf einem zweiten Die (72) integrierte Schaltung ausgeführt sind,
das erste und das zweite Die (70, 72) auf einer Leiterplatte (68) angeordnet sind, die die übrigen Schaltungselemente der Tiefpassfil ter (14, 62) des Primär- und Sekundärschwingkreises (38, 52) und Verbindungsleitungen aufweist, deren Länge und Ausgestaltung zur Definition der Resonanzfrequenz und Güte der beiden Schwingkreise (38, 52) gewählt sind, und
die Induktivitäten (16, 64) der Tiefpassfilter (14, 62) als magnetisch entkoppelte Teile (88, 90) des Gehäuses (86) ausgebildet sind.1. Device for transforming a primary voltage into a secondary voltage, with at least one switching power supply ( 10 , 10 '), which is provided with
a housing ( 86 ),
a low-pass filter ( 14 ) on the input side with an inductance ( 16 ) and a capacitance ( 18 ),
a transistor full-bridge driver circuit ( 20 ) with an input connected to the low-pass filter ( 14 ) and an output,
a control unit ( 36 ) for controlling the transistor full-bridge driver circuit ( 20 ), the control unit ( 36 ) having a phase shifter ( 34 ) and a pulse generator ( 32 ) connected to it, which in turn is connected to the control inputs ( 30 ) of the transistors ( 22 , 24 , 26 , 28 ) of the transistor full bridge driver circuit is connected,
a transformer ( 46 ) with a primary and a secondary winding development ( 44 , 48 ) and with a magnetic coupling element ( 50 ) for magnetic coupling of the primary and secondary windings ( 44 , 48 ),
a the output of the transistor full-bridge driver circuit (20) to the primary winding (44) of the transformer (46) primary resonant circuit connected (38) with a resonance frequency and a quality, wherein the primary winding (44) of the transformer (46) part of the Pri märschwingkreises (38 ) and the primary resonant circuit ( 38 ), including the transistor full-bridge driver circuit ( 20 ), the connecting lines and the primary winding ( 44 ) of the transformer ( 46 ), has at least one capacitance and at least one inductance,
a rectifier circuit ( 57 ) on the output side with one input and one output,
the secondary winding ( 48 ) of the transformer ( 46 ) and the input of the rectifier circuit ( 57 ) on the output side connect the secondary resonant circuit ( 52 ) with a resonance frequency and a quality, the secondary winding ( 48 ) of the transformer ( 46 ) being part of the secondary resonant circuit ( 52 ) is and the secondary resonant circuit ( 52 ) including the rectifier circuit ( 57 ), the United connecting lines and the secondary winding ( 48 ) of the transformer ( 46 ) has a capacitance and an inductance and wherein the resonance frequency of the primary resonant circuit ( 38 ) is substantially equal to that is the resonance frequency of the secondary resonant circuit (52) and the quality of the primary resonant circuit (38) därschwingkreises to the quality of the seconding (52) is adapted to minimize the difference between on,
an output-side low-pass filter ( 62 ) with an inductance ( 64 ) and a capacitance ( 66 ),
the inductors ( 16 , 64 ) of the low-pass filters ( 14 , 62 ) being magnetically decoupled,
a current and / or voltage sensor ( 58 ) which is connected to the primary resonant circuit ( 38 ) and provides an output signal to the phase shifter ( 34 ) of the control unit ( 36 ), wherein
the control unit ( 36 ), the transistor full bridge driver circuit ( 20 ) and the current and / or voltage sensor ( 58 ) as integrated circuits on a first die (70) and the rectifier circuit ( 57 ) as integrated circuits on a second die (72) are executed
the first and the second die (70, 72) are arranged on a printed circuit board ( 68 ) which has the remaining circuit elements of the low-pass filter ( 14 , 62 ) of the primary and secondary resonant circuit ( 38 , 52 ) and connecting lines, their length and configuration are selected to define the resonance frequency and quality of the two resonant circuits ( 38 , 52 ), and
the inductors ( 16 , 64 ) of the low-pass filters ( 14 , 62 ) are designed as magnetically decoupled parts ( 88 , 90 ) of the housing ( 86 ).
einem Gehäuse (86),
einem eingangsseitigen Tiefpassfilter (14) mit einer Induktivität (16) und einer Kapazität (18),
einer Transistorvollbrücken-Treiberschaltung (20) mit einem mit dem Tiefpassfilter (14) verbundenen Eingang und einem Ausgang,
einer Steuereinheit (36) zum Steuern der Transistorvollbrücken-Trei berschaltung (20), wobei die Steuereinheit (36) einen Phasenschieber (34) und einen mit diesem verbundenen Pulsgenerator (32) aufweist, der seinerseits mit den Steuereingängen (30) der Transistoren (22, 24, 26, 28) der Transistorvollbrücken-Treiberschaltung verbunden ist,
einem Transformator (46) mit einer Primär- und einer Sekundärwick lung (44, 48) und mit einem magnetischen Kopplungselement (50) zur magnetischen Kopplung der Primär- und der Sekundärwicklung (44, 48),
einem den Ausgang der Transistorvollbrücken-Treiberschaltung (20) mit der Primärwicklung (44) des Transformators (46) verbindenden Primärschwingkreis (38) mit einer Resonanzfrequenz und einer Güte, wobei die Primärwicklung (44) des Transformators (46) Teil des Pri märschwingkreises (38) ist und der Primärschwingkreis (38) unter Einschluss der Transistorvollbrücken-Treiberschaltung (20), der Ver bindungsleitungen und der Primärwicklung (44) des Transformators (46) mindestens eine Kapazität und mindestens eine Induktivität aufweist,
einer ausgangsseitigen Gleichrichterschaltung (57) mit einem Eingang und einem Ausgang,
einem die Sekundärwicklung (48) des Transformators (46) und den Eingang der ausgangsseitigen Gleichrichterschaltung (57) verbinden den Sekundärschwingkreis (52) mit einer Resonanzfrequenz und einer Güte, wobei die Sekundärwicklung (48) des Transformators (46) Teil des Sekundärschwingkreises (52) ist und der Sekundärschwing kreis (52) unter Einschluss der Gleichrichterschaltung (57), der Ver bindungsleitungen und der Sekundärwicklung (48) des Transforma tors (46) mindestens eine Kapazität und mindestens eine Induktivität aufweist und wobei die Resonanzfrequenz des Primärschwingkreises (38) im wesentlichen gleich der Resonanzfrequenz des Sekundär schwingkreises (52) ist und die Güte des Primärschwingkreises (38) an die Güte des Sekundärschwingkreises (52) zur Minimierung der Differenz zwischen beiden angepasst ist,
einem ausgangsseitigen Tiefpassfilter (62) mit einer Induktivität (64) und einer Kapazität (66),
wobei die Induktivitäten (16, 64) der Tiefpassfilter (14, 62) magnetisch entkoppelt sind,
einem Strom- und/oder Spannungssensor (58), der zwischen der ausgangsseitigen Gleichrichterschaltung (57) und dem ausgangsseiti gen Tiefpassfilter (62) geschaltet ist und der ein Ausgangssignal gal vanisch entkoppelt an den Phasenschieber (34) der Steuereinheit (36) liefert, wobei
die Steuereinheit (36) und die Transistorvollbrücken-Treiberschaltung (20) als auf einem ersten Die (70) integrierte Schaltungen und die ausgangsseitige Gleichrichterschaltung (57) und der Strom- und/oder Spannungssensor (58) als auf einem zweiten Die (72) integrierte Schaltungen ausgeführt sind,
das erste und das zweite Die (70, 72) auf einer Leiterplatte (68) angeordnet sind, die die übrigen Schaltungselemente der Tiefpassfil ter (14, 62) des Primär- und Sekundärschwingkreises (38, 52) und Verbindungsleitungen aufweist, deren Länge und Ausgestaltung zur Definition der Resonanzfrequenz und Güte der beiden Schwingkreise (38, 52) gewählt sind, und
die Induktivitäten (16, 64) der Tiefpassfilter (14, 62) als magnetisch entkoppelte Teile (88, 90) des Gehäuses (86) ausgebildet sind.2. Device for transforming a primary voltage into a secondary voltage with at least one switching power supply, which is provided with
a housing ( 86 ),
a low-pass filter ( 14 ) on the input side with an inductance ( 16 ) and a capacitance ( 18 ),
a transistor full-bridge driver circuit ( 20 ) with an input connected to the low-pass filter ( 14 ) and an output,
a control unit ( 36 ) for controlling the transistor full-bridge driver circuit ( 20 ), the control unit ( 36 ) having a phase shifter ( 34 ) and a pulse generator ( 32 ) connected to it, which in turn is connected to the control inputs ( 30 ) of the transistors ( 22 , 24 , 26 , 28 ) of the transistor full bridge driver circuit is connected,
a transformer ( 46 ) with a primary and a secondary winding development ( 44 , 48 ) and with a magnetic coupling element ( 50 ) for magnetic coupling of the primary and secondary windings ( 44 , 48 ),
a the output of the transistor full-bridge driver circuit (20) to the primary winding (44) of the transformer (46) primary resonant circuit connected (38) with a resonance frequency and a quality, wherein the primary winding (44) of the transformer (46) part of the Pri märschwingkreises (38 ) and the primary resonant circuit ( 38 ), including the transistor full-bridge driver circuit ( 20 ), the connecting lines and the primary winding ( 44 ) of the transformer ( 46 ), has at least one capacitance and at least one inductance,
a rectifier circuit ( 57 ) on the output side with one input and one output,
the secondary winding ( 48 ) of the transformer ( 46 ) and the input of the rectifier circuit ( 57 ) on the output side connect the secondary resonant circuit ( 52 ) with a resonance frequency and a quality, the secondary winding ( 48 ) of the transformer ( 46 ) being part of the secondary resonant circuit ( 52 ) is and the secondary resonant circuit ( 52 ) including the rectifier circuit ( 57 ), the United connecting lines and the secondary winding ( 48 ) of the transformer ( 46 ) has at least one capacitance and at least one inductance and wherein the resonance frequency of the primary resonant circuit ( 38 ) substantially is equal to the resonant frequency of the secondary resonant circuit (52) and is to minimize the difference adapted to the quality factor of the secondary resonant circuit (52) between both the quality of the primary resonant circuit (38),
an output-side low-pass filter ( 62 ) with an inductance ( 64 ) and a capacitance ( 66 ),
the inductors ( 16 , 64 ) of the low-pass filters ( 14 , 62 ) being magnetically decoupled,
a current and / or voltage sensor ( 58 ) which is connected between the output-side rectifier circuit ( 57 ) and the output-side low-pass filter ( 62 ) and which provides an output signal galvanically decoupled to the phase shifter ( 34 ) of the control unit ( 36 ), whereby
the control unit ( 36 ) and the transistor full bridge driver circuit ( 20 ) as integrated on a first die (70) and the output-side rectifier circuit ( 57 ) and the current and / or voltage sensor ( 58 ) as integrated on a second die (72) Circuits are executed
the first and the second die (70, 72) are arranged on a circuit board ( 68 ) which has the remaining circuit elements of the low-pass filter ( 14 , 62 ) of the primary and secondary resonant circuit ( 38 , 52 ) and connecting lines, their length and configuration are selected to define the resonance frequency and quality of the two resonant circuits ( 38 , 52 ), and
the inductors ( 16 , 64 ) of the low-pass filters ( 14 , 62 ) are designed as magnetically decoupled parts ( 88 , 90 ) of the housing ( 86 ).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2001117157 DE10117157A1 (en) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | Transformation of a primary voltage into a secondary voltage using a switched supply |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2001117157 DE10117157A1 (en) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | Transformation of a primary voltage into a secondary voltage using a switched supply |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE10117157A1 true DE10117157A1 (en) | 2002-11-07 |
Family
ID=7680610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2001117157 Withdrawn DE10117157A1 (en) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | Transformation of a primary voltage into a secondary voltage using a switched supply |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE10117157A1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1603221A2 (en) * | 2004-05-31 | 2005-12-07 | Sony Corporation | Switching power supply circuit |
| DE102008052587A1 (en) * | 2008-10-10 | 2010-04-15 | Isle Gmbh | Circuit arrangement for magnetic resonance coupling of multiple direct current circuits, has multiple coils of magnetic transformer connected with direct current circuit by resonance capacitor, resonance inductance and power converter unit |
| DE102011002866A1 (en) * | 2011-01-19 | 2012-07-19 | Zf Friedrichshafen Ag | Potential isolating circuit carrier assembly for power converter of e.g. passenger car, has resonance circuits that cooperate with each other for cable-free energy transmission and galvanic separation of potentials at circuit carriers |
| DE102014002298B3 (en) * | 2014-02-20 | 2015-01-08 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Device for the potential-separated transmission of control signals for a cascaded high-voltage switch |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5598327A (en) * | 1990-11-30 | 1997-01-28 | Burr-Brown Corporation | Planar transformer assembly including non-overlapping primary and secondary windings surrounding a common magnetic flux path area |
| EP0896419A2 (en) * | 1997-08-04 | 1999-02-10 | Alcatel | Power converter incorporated in a magnetic circuit |
| US5889660A (en) * | 1997-03-06 | 1999-03-30 | Eaton Corporation | Isolated power supply for indicator light |
| US5910886A (en) * | 1997-11-07 | 1999-06-08 | Sierra Applied Sciences, Inc. | Phase-shift power supply |
| US6178099B1 (en) * | 2000-04-07 | 2001-01-23 | General Electric Company | Optimal phase-shifted control for a series resonant converter |
-
2001
- 2001-04-05 DE DE2001117157 patent/DE10117157A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5598327A (en) * | 1990-11-30 | 1997-01-28 | Burr-Brown Corporation | Planar transformer assembly including non-overlapping primary and secondary windings surrounding a common magnetic flux path area |
| US5889660A (en) * | 1997-03-06 | 1999-03-30 | Eaton Corporation | Isolated power supply for indicator light |
| EP0896419A2 (en) * | 1997-08-04 | 1999-02-10 | Alcatel | Power converter incorporated in a magnetic circuit |
| US5910886A (en) * | 1997-11-07 | 1999-06-08 | Sierra Applied Sciences, Inc. | Phase-shift power supply |
| US6178099B1 (en) * | 2000-04-07 | 2001-01-23 | General Electric Company | Optimal phase-shifted control for a series resonant converter |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| A.K.S.Bhat, Fixed Frequency..., IEEE Transactions on Industry Appl., Vol. 28, No. 5, 9/10,1992, S. 1002-1009 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1603221A2 (en) * | 2004-05-31 | 2005-12-07 | Sony Corporation | Switching power supply circuit |
| EP1603221A3 (en) * | 2004-05-31 | 2007-11-21 | Sony Corporation | Switching power supply circuit |
| DE102008052587A1 (en) * | 2008-10-10 | 2010-04-15 | Isle Gmbh | Circuit arrangement for magnetic resonance coupling of multiple direct current circuits, has multiple coils of magnetic transformer connected with direct current circuit by resonance capacitor, resonance inductance and power converter unit |
| DE102011002866A1 (en) * | 2011-01-19 | 2012-07-19 | Zf Friedrichshafen Ag | Potential isolating circuit carrier assembly for power converter of e.g. passenger car, has resonance circuits that cooperate with each other for cable-free energy transmission and galvanic separation of potentials at circuit carriers |
| DE102014002298B3 (en) * | 2014-02-20 | 2015-01-08 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Device for the potential-separated transmission of control signals for a cascaded high-voltage switch |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE2220462C3 (en) | Oscillator circuit for operating an ultrasonic generator | |
| DE102006014608B4 (en) | Filter circuit and power supply unit | |
| DE3789691T2 (en) | Vibrating rectifier circuit. | |
| DE10122534A1 (en) | Resonant converter | |
| DE4234725A1 (en) | DC CONVERTER | |
| EP1275208A2 (en) | Array for contactless transmission of electrical signals or energy | |
| DE3832293A1 (en) | ADJUSTMENT CIRCUIT | |
| EP1374381B1 (en) | Device for transforming a primary voltage into a secondary voltage by means of at least one switched-mode power supply | |
| EP2597766A2 (en) | Bidirectional resonant converter | |
| DE4112907C1 (en) | Mains-connected power supply circuit - has voltage doubler formed in two symmetrical circuit halves, and input voltage changeover switch for 115 or 230 volt operation | |
| DE10117157A1 (en) | Transformation of a primary voltage into a secondary voltage using a switched supply | |
| DE10223152A1 (en) | Device for inductive heating of workpieces | |
| DE3724043A1 (en) | INVERTER FOR SUPPLYING A CONSUMER WITH AN INDUCTIVE COMPONENT | |
| WO2019206612A1 (en) | Dc/dc converter | |
| DE10047214A1 (en) | Frequency filtering or selection circuit for HF signal reception and/or generation incorporated in IC metallisation with constant ohmic resistance | |
| EP1267476A2 (en) | Voltage converter | |
| DE2651516A1 (en) | CIRCUIT FOR GENERATING AN OPEN MAGNETIC FIELD | |
| DE4311455C2 (en) | Device for generating voltage or current pulses | |
| DE4120146A1 (en) | SWITCHING REGULATOR | |
| DE3328659C2 (en) | ||
| DE10135629B4 (en) | Circuit arrangement and in particular switching power supply | |
| WO2017028988A1 (en) | Three-phase dc converter | |
| EP1174991A2 (en) | Converter | |
| DE4403908C1 (en) | Push-pull switching stage | |
| DE10013459A1 (en) | Circuit for operating electronic or electrical components in motor vehicle with dual voltage system has d.c./d.c converter in housing with base corresponding to relay |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |