УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПИТАНИЯ Российский патент 2018 года по МПК H02M1/88 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Изобретение относится к устройству для преобразования питания, которое преобразует питание постоянного тока (DC) в питание переменного тока (AC).

Уровень техники

[0002] В качестве устройства, которое преобразует питание постоянного тока (DC) от батареи в питание переменного тока (AC), известно устройство для преобразования питания, раскрытое, например, в Патентной литературе 1. Это устройство преобразования питания включает в себя полупроводниковый элемент в качестве силового электрического реле, и полупроводниковый элемент включает и выключает питание, подаваемое от батареи. Кроме того, в качестве устройства для преобразования питания, использующего полупроводниковый элемент в качестве силового электрического реле известно устройство, имеющее множество полупроводниковых элементов, установленных в нем параллельно для распределения электрического тока, протекающего через полупроводниковый элемент.

[0003] В устройстве для преобразования питания, имеющем множество полупроводниковых элементов, установленных в нем параллельно, могут иметь место случаи, когда любой из полупроводниковых элементов включается раньше, чем каждый из других полупроводниковых элементов, поскольку пороговое напряжение, при котором включается полупроводниковый элемент, является различным для каждого полупроводникового элемента. Соответственно, известное устройство для преобразования питания включает в себя реактор за эмиттером полупроводникового элемента, и подавляет на основании индукционного напряжения, формируемого реактором, повышение электрического тока, протекающего через полупроводниковый элемент, вызывающее его более раннее включение, таким образом обеспечивая баланс между этим током и электрическим током, протекающим через другой полупроводниковый элемент.

Список цитируемых источников

Патентная литература

[0004] Патентная литература 1: Патентная публикация Японии № 11-41909

Раскрытие изобретения

Техническая проблема

[0005] Однако размер реактора, предусмотренного за эмиттером полупроводникового элемента, увеличивается, и таким образом увеличивается общий размер известного устройства для преобразования питания. А именно, в устройстве для преобразования питания в начале работы необходимо постепенное повышение электрического тока, подаваемого от батареи, для исключения броска тока, и таким образом уменьшается скорость изменения электрического тока, протекающего через реактор, и снижается индукционное напряжение. Соответственно, чтобы гарантировать баланс между электрическими токами, протекающими через полупроводниковые элементы известного устройства для преобразования питания, требуется повышение индукционного напряжения путем увеличения размера реактора. В результате известному устройству для преобразования питания присуща проблема, состоящая в том, что общий размер устройства увеличивается.

[0006] Настоящее изобретение было создано с учетом вышеописанной проблемы, и задача изобретения состоит в создании устройства для преобразования питания, которое может быть уменьшено в размерах.

[0007] Устройство для преобразования питания в соответствии с настоящим изобретением включает в себя блок регулирования напряжения затвора, выполненный с возможностью регулирования каждого напряжения затвора во множестве полупроводниковых элементов, установленных параллельно. Блок регулирования напряжения затвора накладывает индукционное напряжение, формируемое на основании разности между магнитным потоком, вызванным током, протекающим через один из множества полупроводниковых элементов, и магнитным потоком, вызванным током, протекающим через каждый из других полупроводниковых элементов, на каждое напряжение затвора у множества полупроводниковых элементов.

Краткое описание чертежей

[0008] Фиг. 1 иллюстрирует конфигурацию схемы устройства для преобразования питания в соответствии с первым вариантом выполнения настоящего изобретения.

Фиг. 2 иллюстрирует монтажную конфигурацию устройства для преобразования питания в соответствии с первым вариантом выполнения настоящего изобретения.

Фиг. 3 иллюстрирует конфигурацию схемы устройства для преобразования питания в соответствии со вторым вариантом выполнения настоящего изобретения.

Фиг. 4 иллюстрирует монтажную конфигурацию устройства для преобразования питания в соответствии со вторым вариантом выполнения настоящего изобретения.

Фиг. 5 иллюстрирует конфигурацию схемы устройства для преобразования питания в соответствии с третьим вариантом выполнения настоящего изобретения.

Фиг. 6 иллюстрирует монтажную конфигурацию устройства для преобразования питания в соответствии с третьим вариантом выполнения настоящего изобретения.

Фиг. 7 - вид для пояснения конфигурации схемы и работы устройства для преобразования питания в соответствии с четвертым вариантом выполнения настоящего изобретения.

Фиг. 8 - это временной график для пояснения работы устройства для преобразования питания в соответствии с четвертым вариантом выполнения настоящего изобретения.

Фиг. 9 иллюстрирует монтажную конфигурацию устройства для преобразования питания в соответствии с пятым вариантом выполнения настоящего изобретения.

Фиг. 10 иллюстрирует монтажную конфигурацию устройства для преобразования питания в соответствии с шестым вариантом выполнения настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

[0009] Далее варианты выполнения, в которых применяется настоящее изобретение, будут пояснены с обращением к чертежам. В описании чертежей одинаковое условное обозначение применяется к одинаковому элементу, и его описание не приводится.

[0010] (Первый вариант выполнения)

Фиг. 1 иллюстрирует конфигурацию схемы устройства для преобразования питания в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения. Это устройство для преобразования питания включает в себя первый полупроводниковый переключатель Q1, второй полупроводниковый переключатель Q2, схему 10 возбуждения, включающую в себя схему 11 возбуждения затвора, и схему 12 детектирования. Первый полупроводниковый переключатель Q1 и второй полупроводниковый переключатель Q2 соответствуют множеству полупроводниковых элементов по настоящему изобретению. Схема 11 возбуждения затвора соответствует блоку возбуждения затвора по настоящему изобретению. Схема 12 детектирования соответствует блоку регулирования напряжения затвора по настоящему изобретению.

[0011] Каждый из первого полупроводникового переключателя Q1 и второго полупроводникового переключателя Q2 включает в себя, например, MOSFET (полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник). В качестве альтернативы, может быть использован IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором), JFET (полевой транзистор с управляющим переходом) или тому подобное.

[0012] Эти первый полупроводниковый переключатель Q1 и второй полупроводниковый переключатель Q2 соединены параллельно. А именно, стоки или истоки первого полупроводникового переключателя Q1 и второго полупроводникового переключателя Q2 соединены друг с другом.

[0013] Схема 10 возбуждения включает в себя схему 11 возбуждения затвора, первый резистор R1 затвора, второй резистор R2 затвора и схему 12 детектирования. Схема 11 возбуждения затвора передает сигнал возбуждения на каждый затвор первого полупроводникового переключателя Q1 и второго полупроводникового переключателя Q2. Кроме того, первый резистор R1 затвора и второй резистор R2 затвора, соответственно, соответствуют резистору управления скоростью по настоящему изобретению.

[0014] Положительный полюс Vdd источника питания и отрицательный полюс Vss источника питания подают питание на схему 11 возбуждения затвора. Схема 11 возбуждения затвора выдает сигнал возбуждения с выходного контакта OUT в ответ на внешнюю команду. Выходной контакт OUT схемы 11 возбуждения затвора соединен с одним из соответствующих контактов первого резистора R1 затвора и второго резистора R2 затвора, каждый из которых выполняет функцию резистора управления скоростью переключения.

[0015] Другой контакт первого резистора R1 затвора соединен с одним из контактов схемы 12 детектирования. Другой контакт схемы 12 детектирования соединен с затвором первого полупроводникового переключателя Q1. Схема 11 возбуждения затвора передает сигнал возбуждения в первый полупроводниковый переключатель Q1 через первый резистор R1 затвора. Первый резистор R1 затвора имеет функцию подавления резкого изменения электрического тока, возбуждающего затвор первого полупроводникового переключателя Q1.

[0016] Другой контакт второго резистора R2 затвора соединен с затвором второго полупроводникового переключателя Q2. Схема 11 возбуждения затвора передает сигнал возбуждения во второй полупроводниковый переключатель Q2 через второй резистор R2 затвора. Второй резистор R2 затвора имеет функцию подавления резкого изменения электрического тока, возбуждающего затвор второго полупроводникового переключателя Q2. Первый резистор R1 затвора и второй резистор R2 затвора способны повышать стабильность схемы 10 возбуждения за счет ограничения тока возбуждения, даже если в схеме 12 детектирования формируется резкое изменение индукционного напряжения.

[0017] Схема 12 детектирования включает в себя приемную катушку, выполненную из намотанной структуры проводника. Следует отметить, что схема 12 детектирования может быть выполнена из проводника, намотанного в форме спирали. Схема 12 детектирования действует на сигнал возбуждения от схемы 11 возбуждения затвора для регулирования напряжений затворов первого полупроводникового переключателя Q1 и второго полупроводникового переключателя Q2. Схема 12 детектирования накладывает индукционное напряжение, формируемое на основании разности между магнитным потоком, вызванным электрическим током, протекающим через исток первого полупроводникового переключателя Q1, и магнитным потоком, вызванным электрическим током, протекающим через исток второго полупроводникового переключателя Q2, на напряжение затвора, подаваемое на затвор первого полупроводникового переключателя Q1.

[0018] Фиг. 2 иллюстрирует монтажную конфигурацию устройства для преобразования питания в соответствии с первым вариантом выполнения настоящего изобретения. Контактная пластина 20 снабжена контактом G1 затвора, контактом S1 истока, контактом G2 затвора и контактом S2 истока. Контакт G1 затвора соединен с первым резистором R1 затвора, а контакт S1 истока соединен с отрицательным полюсом Vss источника питания. Кроме того, контакт G2 затвора соединен со вторым резистором R2 затвора, а контакт S2 истока соединен с отрицательным полюсом Vss источника питания.

[0019] Контакт G1 затвора соединен с первым резистором R1 затвора (см. Фиг. 1) и также соединен с одним концом приемной катушки, образующей схему 12 детектирования, а другой конец приемной катушки соединен с электродом G затвора первого полупроводникового переключателя Q1. Контакт S1 истока соединен с отрицательным полюсом Vss источника питания (см. Фиг. 1) и также соединен с электродом S истока первого полупроводникового переключателя Q1. Аналогичным образом, контакт G2 затвора соединен со вторым резистором R2 затвора (см. Фиг. 1) и также соединен с электродом G затвора второго полупроводникового переключателя Q2, а контакт S2 истока соединен с отрицательным полюсом Vss источника питания (см. Фиг. 1) и также соединен с электродом S истока второго полупроводникового переключателя Q2.

[0020] Электродная структура 23 нижней поверхности сформирована в положениях, соответствующих соответствующим первому полупроводниковому переключателю Q1 и второму полупроводниковому переключателю Q2, на подложке, на которой смонтированы первый полупроводниковый переключатель Q1, второй полупроводниковый переключатель Q2 и изолирующий элемент 21. Секция 22 вывода электродов на верхней поверхности предусмотрена на верхней поверхности каждого из первого полупроводникового переключателя Q1 и второго полупроводникового переключателя Q2. Секция 22 вывода электродов на верхней поверхности может включать в себя соединительный проводник, соединительную ленту, выводную рамку или тому подобное.

[0021] Теперь будет пояснена работа устройства для преобразования питания в соответствии первым вариантом выполнения, имеющего структуру, описанную выше. Когда схема 11 возбуждения затвора выдает сигнал возбуждения из выходного контакта OUT, сигнал возбуждения подается на затвор первого полупроводникового переключателя Q1 через первый резистор R1 затвора и схему 12 детектирования. При этом сигнале возбуждения электрический ток протекает через исток первого полупроводникового переключателя Q1, когда напряжение затвора выше пороговой величины, при которой включается первый полупроводниковый переключатель Q1. Аналогичным образом, сигнал возбуждения, выдаваемый с выходного контакта OUT схемы 11 возбуждения затвора, подается на затвор второго полупроводникового переключателя Q2 через второй резистор R2 затвора. Соответственно, электрический ток протекает через исток второго полупроводникового переключателя Q2.

[0022] В этом случае электрические токи, протекающие через истоки соответствующих первого полупроводникового переключателя Q1 и второго полупроводникового переключателя Q2, формируют магнитный поток вокруг проводников от истоков. Если имеется разность между магнитным потоком, вызванным протеканием электрического тока через исток первого полупроводникового переключателя Q1, и магнитным потоком, вызванным протеканием электрического тока через исток второго полупроводникового переключателя Q2, в схеме 12 детектирования формируется индукционное напряжение, соответствующее разности между магнитными потоками. Формируемое индукционное напряжение накладывается на напряжение затвора, подаваемое на затвор первого полупроводникового переключателя Q1. Соответственно, когда пороговая величина напряжения затвора первого полупроводникового переключателя Q1 ниже, чем пороговая величина у второго полупроводникового переключателя Q2, электрический ток, протекающий через исток первого полупроводникового переключателя Q1, имеет большую величину, чем электрический ток, протекающий через исток второго полупроводникового переключателя Q2. Однако в этом случае в схеме 12 детектирования формируется отрицательное индукционное напряжение для подавления повышения напряжения затвора первого полупроводникового переключателя Q1 и таким образом подавления повышения электрического тока, протекающего через исток первого полупроводникового переключателя Q1.

[0023] Напротив, когда пороговая величина напряжения затвора первого полупроводникового переключателя Q1 выше, чем пороговая величина у второго полупроводникового переключателя Q2, электрический ток, протекающий через исток первого полупроводникового переключателя Q1, имеет меньшую величину, чем электрический ток, протекающий через исток второго полупроводникового переключателя Q2. В этом случае в схеме 12 детектирования формируется положительное индукционное напряжение, чтобы способствовать повышению напряжения затвора первого полупроводникового переключателя Q1 и таким образом способствовать повышению электрического тока, протекающего через исток первого полупроводникового переключателя Q1. В результате в данном варианте выполнения напряжение затвора полупроводникового переключателя регулируется таким образом, что электрический ток, протекающий через первый полупроводниковый переключатель Q1, и электрический ток, протекающий через второй полупроводниковый переключатель Q2, становятся равными.

[0024] Как описано выше, при помощи устройства для преобразования питания в соответствии с первым вариантом выполнения возможно достижение баланса между электрическими токами, протекающими через множество полупроводниковых переключателей, без размещения реактора за истоком полупроводникового переключателя, и таким образом может быть достигнуто уменьшение размера устройства преобразования питания.

[0025] Кроме того, в первом варианте выполнения, описанном выше, схема 12 детектирования расположена между первым полупроводниковым переключателем Q1 и вторым полупроводниковым переключателем Q2. Для улучшения переходных тепловых характеристик множества полупроводниковых переключателей, соединенных параллельно, предпочтительным является распределение и монтаж этих переключателей и, таким образом, увеличение расстояния между соответствующими полупроводниковыми переключателями. В устройстве для преобразования питания в соответствии с первым вариантом выполнения это реализуется посредством конфигурации, описанной выше.

[0026] Следует отметить, что в описанном выше первом варианте выполнения предусмотрена только одна схема 11 возбуждения затвора, но также может быть предусмотрена схема 11 возбуждения затвора для каждого полупроводникового переключателя.

[0027] Следует отметить, что в вышеприведенном описании, в устройстве преобразования питания в соответствии с настоящим вариантом выполнения может не быть предусмотрен реактор за истоком полупроводникового переключателя, но это не обязательно является ограничением, и реактор может быть предусмотрен за истоком полупроводникового переключателя. В устройстве для преобразования питания в соответствии с настоящим вариантом выполнения напряжение затвора может регулироваться схемой 12 детектирования, даже если реактор предусмотрен за истоком полупроводникового переключателя, и таким образом нет необходимости в наличии большого реактора, и размер устройства для преобразования питания может быть уменьшен.

[0028] (Второй вариант выполнения)

Устройство для преобразования питания в соответствии со вторым вариантом выполнения настоящего изобретения по отдельности управляет электрическими токами, протекающими через первый полупроводниковый переключатель Q1 и второй полупроводниковый переключатель Q2 устройства для преобразования питания в соответствии с первым вариантом выполнения. Далее описание второго варианта выполнения будет приведено с сосредоточением внимания на элементах, отличных от первого варианта выполнения.

[0029] Фиг. 3 иллюстрирует конфигурацию схемы устройства для преобразования питания в соответствии со вторым вариантом выполнения настоящего изобретения. Это устройство для преобразования питания получено путем внутренних изменений в схеме 10 возбуждения устройства для преобразования питания в соответствии с первым вариантом выполнения. А именно, изменены конфигурация и функция схемы 12 детектирования в соответствии с первым вариантом выполнения, и добавлены третий резистор R3 затвора для выключения, первый диод D1, четвертый резистор R4 затвора для выключения и второй диод D2.

[0030] Схема 12 детектирования включает в себя первую схему 12a детектирования, которая управляет первым полупроводниковым переключателем Q1, и вторую схему 12b детектирования, которая управляет вторым полупроводниковым переключателем Q2. Каждая из первой схемы 12a детектирования и второй схемы 12b детектирования соответствуют секции регулирования напряжения затвора по настоящему изобретению. Первая схема 12a детектирования включает в себя приемную катушку, выполненную из намотанной проводниковой структуры. Следует отметить, что первая схема 12a детектирования может быть образована проводником, намотанным в форме катушки. Первая схема 12a детектирования накладывает индукционное напряжение, формируемое электрическими токами, протекающими через истоки, соответственно, первого полупроводникового переключателя Q1 и второго полупроводникового переключателя Q2, на сигнал возбуждения из схемы 11 возбуждения затвора.

[0031] Вторая схема 12b детектирования включает в себя приемную катушку, выполненную из намотанной проводниковой структуры. Следует отметить, что вторая схема 12b детектирования также может быть образована проводником, намотанным в форме катушки. Вторая схема 12b детектирования накладывает индукционное напряжение, формируемое электрическими токами, протекающими через истоки, соответственно, первого полупроводникового переключателя Q1 и второго полупроводникового переключателя Q2, на сигнал возбуждения через второй резистор R2 затвора из схемы 11 возбуждения затвора.

[0032] Приемная катушка, образующая первую схему 12a детектирования, и приемная катушка, образующая вторую схему 12b детектирования, индуктивно соединены друг с другом. Индуктивная составляющая уменьшается, когда направление электрического тока, протекающего через затвор первого полупроводникового переключателя Q1, и направление электрического тока, протекающего через затвор второго полупроводникового переключателя Q2, являются одинаковыми, в то время как индуктивная составляющая увеличивается, когда направления упомянутых токов являются отличными друг от друга.

[0033] Кроме того, последовательная схема, включающая в себя третий резистор R3 затвора и первый диод D1, предусмотрена между выходным контактом OUT схемы 11 возбуждения затвора и затвором первого полупроводникового переключателя Q1. Аналогичным образом, последовательная схема, включающая в себя четвертый резистор R4 затвора и второй диод D2, предусмотрена между выходным контактом OUT схемы 11 возбуждения затвора и затвором второго полупроводникового переключателя Q2.

[0034] Фиг. 4 иллюстрирует монтажную конфигурацию устройства для преобразования питания в соответствии со вторым вариантом выполнения настоящего изобретения. Контактная плата 20 выполнена путем добавления контакта G1a затвора и контакта G2a затвора к конфигурации первого варианта выполнения. Контакт G1a затвора соединен с третьим резистором R3 затвора, и контакт G2a затвора соединен с четвертым резистором R4 затвора.

[0035] Контакт G1 затвора соединен с первым резистором R1 затвора (см. Фиг. 3) и также соединен с одним концом приемной катушки, образующей первую схему 12a детектирования, и второй конец приемной катушки соединен с электродом G затвора первого полупроводникового переключателя Q1. Контакт S1 истока соединен с отрицательным полюсом Vss источника питания (см. Фиг. 3) и также соединен с электродом S истока полупроводникового переключателя Q1. Кроме того, контакт G1a затвора соединен с третьим резистором R3 затвора (см. Фиг. 3) и также соединен с электродом G затвора первого полупроводникового переключателя Q1.

[0036] Аналогичным образом, контакт G2 затвора соединен со вторым резистором R2 затвора (см. Фиг. 3) и также соединен с одним концом приемной катушки, образующей вторую схему 12b детектирования, а другой конец приемной катушки соединен с электродом G затвора второго полупроводникового переключателя Q2. Контакт S2 истока соединен с отрицательным полюсом Vss источника питания (см. Фиг. 3) и также соединен с электродом S истока второго полупроводникового переключателя Q2. Кроме того, контакт G2a затвора соединен с четвертым резистором R4 затвора (см. Фиг. 3) и также соединен с электродом G затвора второго полупроводникового переключателя Q2.

[0037] Далее будет пояснена работа устройства для преобразования питания в соответствии со вторым вариантом выполнения, выполненное как описано выше. Когда схема 11 возбуждения затвора выдает сигнал возбуждения с выходного контакта OUT, сигнал возбуждения подается на затвор первого полупроводникового переключателя Q1 через первый резистор R1 затвора и первую схему 12a детектирования. Соответственно, электрический ток протекает через исток первого полупроводникового переключателя Q1. Аналогичным образом, сигнал возбуждения, выдаваемый с выходного контакта OUT схемы 11 возбуждения затвора, подается на затвор второго полупроводникового переключателя Q2 через второй резистор R2 затвора и вторую схему 12b детектирования. Таким образом, электрический ток протекает через исток второго полупроводникового переключателя Q2.

[0038] В этом случае электрические токи, протекающие через истоки соответствующего первого полупроводникового переключателя Q1 и второго полупроводникового переключателя Q2, формируют магнитный поток вокруг проводников от истоков. Когда имеется разность между магнитным потоком, вызванным протеканием электрического тока через исток первого полупроводникового переключателя Q1, и магнитным потоком, вызванным протеканием электрического тока через исток второго полупроводникового переключателя Q2, в схеме 12 детектирования формируется индукционное напряжение, соответствующее разности между магнитными потоками. Индукционное напряжение формируется в первой схеме 12a детектирования, и это формируемое индукционное напряжение накладывается на напряжение затвора, подаваемое на затвор первого полупроводникового переключателя Q1. Кроме того, индукционное напряжение формируется во второй схеме 12b детектирования, и индукционное напряжение, формируемое во второй схеме 12b детектирования, накладывается на напряжение затвора, подаваемое на затвор второго полупроводникового переключателя Q2.

[0039] Когда пороговая величина напряжения затвора первого полупроводникового переключателя Q1 ниже пороговой величины у второго полупроводникового переключателя Q2, электрический ток, протекающий через исток первого полупроводникового переключателя Q1, имеет большую величину, чем электрический ток, протекающий через исток второго полупроводникового переключателя Q2. В этом случае в первой схеме 12a детектирования формируется отрицательное индукционное напряжение для подавления повышения напряжения затвора первого полупроводникового переключателя Q1, и таким образом для подавления повышения электрического тока, протекающего через исток первого полупроводникового переключателя Q1. Кроме того, во второй схеме 12b детектирования формируется положительное индукционное напряжение, чтобы способствовать повышению напряжения затвора второго полупроводникового переключателя Q2 и таким образом способствовать повышению электрического тока, протекающего через исток второго полупроводникового переключателя Q2. В результате в настоящем варианте выполнения напряжение затвора полупроводникового переключателя регулируется таким образом, что электрический ток, протекающий через первый полупроводниковый переключатель Q1, и электрический ток, протекающий через второй полупроводниковый переключатель Q2, становятся равными.

[0040] Напротив, когда пороговая величина напряжения затвора первого полупроводникового переключателя Q1 выше пороговой величины у второго полупроводникового переключателя Q2, электрический ток, протекающий через исток первого полупроводникового переключателя Q1, имеет меньшую величину, чем электрический ток, протекающий через исток второго полупроводникового переключателя Q2. В этом случае в первой схеме 12a детектирования формируется положительное индукционное напряжение, чтобы способствовать повышению напряжения затвора первого полупроводникового переключателя Q1 и таким образом способствовать повышению электрического тока, протекающего через исток первого полупроводникового переключателя Q1. Кроме того, во второй схеме 12b детектирования формируется отрицательное индукционное напряжение для подавления повышения напряжения затвора второго полупроводникового переключателя Q2, и таким образом для подавления повышения электрического тока, протекающего через исток второго полупроводникового переключателя Q2. В результате в настоящем варианте выполнения напряжение затвора полупроводникового элемента регулируется таким образом, что электрический ток, протекающий через первый полупроводниковый переключатель Q1, и электрический ток, протекающий через второй полупроводниковый переключатель Q2, становятся равными.

[0041] Кроме того, поскольку третий резистор R3 затвора и четвертый резистор R4 затвора для выключения соединены с первым полупроводниковым переключателем Q1 и вторым полупроводниковым переключателем Q2, соответственно, не через схему 12 детектирования, ток затвора во время выключения не протекает через схему 12 детектирования. В результате первый полупроводниковый переключатель Q1 и второй полупроводниковый переключатель Q2 могут выключаться с высокой скоростью.

[0042] Кроме того, в устройстве для преобразования питания в соответствии со вторым вариантом выполнения, выполненном, как описано выше, схема 12 детектирования, которая регулирует напряжение затвора, предусмотрена между проводниками (проводниками от главной линии тока), проведенными от соответствующих истоков первого полупроводникового переключателя Q1 и второго полупроводникового переключателя Q2. Таким образом, индукционное напряжение в схеме 12 детектирования формируется магнитным потоком от проводника главной линии тока, и таким образом индукционное напряжение может быть наложено на каждое напряжение затвора первого полупроводникового переключателя Q1 и второго полупроводникового переключателя Q2.

[0043] Кроме того, приемные катушки, выполненные из намотанной проводниковой структуры, индуктивно соединены друг с другом таким образом, что взаимная индуктивность уменьшается, когда сигнал возбуждения передается на затвор. Соответственно, повышение напряжения затвора полупроводникового элемента, пороговое напряжение которого является низким, может быть подавлено, и повышение напряжения затвора полупроводникового элемента, пороговое напряжение которого является высоким, может быть повышено. А именно, напряжение затвора может регулироваться путем использования индукционного напряжения, формируемого в схеме 12 детектирования, и таким образом электрические токи, протекающие через полупроводниковые элементы, могут быть сбалансированы. В результате нет необходимости в реакторе, который традиционно размещается за полупроводниковым элементом, и размер схемы устройства для преобразования питания может быть уменьшен.

[0044] Кроме того, в настоящем варианте выполнения проводниковая структура схемы 12 детектирования выполнена таким образом, что, когда электрический ток с одинаковой величиной протекает через первый полупроводниковый переключатель Q1 и через второй полупроводниковый переключатель Q2, a магнитный поток, формируемый с проводника (проводника главной линии тока), проведенного от истока первого полупроводникового переключателя Q1, и магнитный поток, формируемый с проводника (проводника главной линии тока), проведенного от истока второго полупроводникового переключателя Q2, равным образом переплетаются с проводниковой структурой схемы 12 детектирования. Соответственно, схема 12 детектирования накладывает индукционное напряжение, подходящее для установления баланса, когда напряжение затвора регулируется таким образом, что электрический ток, протекающий через проводник, проведенный от истока первого полупроводникового переключателя Q1, и электрический ток, протекающий через проводник, проведенный от истока второго полупроводникового переключателя Q2, становятся равными. Кроме того, проводники, проведенные от истоков полупроводниковых элементов, имеют горизонтальное взаимное расположение, т.е. проводники размещены таким образом, что магнитный поток переплетается с проводниковой структурой приемной катушки, и таким образом магнитное поле от проводника увеличивается и индукционное напряжение, формируемое в приемной катушке, может быть повышено.

[0045] Кроме того, только резистор R1 затвора и резистор R2 затвора для включения соединены с затворами первого полупроводникового переключателя Q1 и второго полупроводникового переключателя Q2 через схему 12 детектирования, соответственно. Соответственно, выключение первого полупроводникового переключателя Q1 и второго полупроводникового переключателя Q2 может выполняться с высокой скоростью.

[0046] Кроме того, когда электрические токи для возбуждения первого полупроводникового переключателя Q1 и второго полупроводникового переключателя Q2, соединенных параллельно, протекают через обе из двух приемных катушек, эти две приемные катушки соединены в нормальном режиме. Когда направление электрических токов одинаково, индуктивность приемной катушки снижается, в то время как когда направление электрических токов различно, индуктивность приемной катушки повышается. Соответственно, даже когда первый полупроводниковый переключатель Q1 и второй полупроводниковый переключатель Q2 включаются/выключаются с большой скоростью, могут быть получены следующие эффекты: не только отсутствует увеличение колебания напряжения, но также предотвращается отказ вследствие токового резонанса между первым полупроводниковым переключателем Q1 и вторым полупроводниковым переключателем Q2, размещенными параллельно.

[0047] (Третий вариант выполнения)

Устройство в соответствии с третьим вариантом выполнения настоящего изобретения подает ток затвора через схему детектирования не только во время включения, но и во время выключения, в устройстве для преобразования питания в соответствии со вторым вариантом выполнения. Далее будет приведено описание с сосредоточением внимания на элементах, отличных от второго варианта выполнения.

[0048] Фиг. 5 иллюстрирует конфигурацию схемы устройства для преобразования питания в соответствии с третьим вариантом выполнения настоящего изобретения. Это устройство для преобразования питания получено путем внутренних изменений в схеме 10 возбуждения устройства для преобразования питания в соответствии со вторым вариантом выполнения. А именно, в устройстве для преобразования питания в соответствии со вторым вариантом выполнения между выходным контактом OUT схемы 11 возбуждения затвора и схемы 12 детектирования предусмотрена последовательная схема, включающая в себя третий резистор R3 затвора и первый диод D1. Кроме того, последовательная схема, включающая в себя четвертый резистор R4 затвора и второй диод D2, предусмотрена между выходным контактом OUT схемы 11 возбуждения затвора и схемой 12 детектирования. Кроме того, добавлен третий диод D3 между выходным контактом OUT схемы 11 возбуждения затвора и первым резистором R1 затвора, и добавлен четвертый диод D4 между выходным контактом OUT схемы 11 возбуждения затвора и вторым резистором R2 затвора.

[0049] Фиг. 6 иллюстрирует монтажную конфигурацию устройства для преобразования питания в соответствии с третьим вариантом выполнения настоящего изобретения. Контактная пластина 20 в третьем варианте выполнения образована путем удаления контакта G1a затвора и контакта G2a затвора с пластины по второму варианту выполнения. Таким образом, проводник для соединения контакта G1a затвора и электрода G затвора первого полупроводникового переключателя Q1 и проводник для соединения контакта G2a затвора и электрода G затвора второго полупроводникового переключателя Q2 удалены.

[0050] В устройстве для преобразования питания в соответствии с третьим вариантом выполнения, когда схема 11 возбуждения затвора выдает сигнал возбуждения из выходного контакта OUT, сигнал возбуждения подается на затвор первого полупроводникового переключателя Q1 через третий диод D3, первый резистор R1 затвора и первую схему 12a детектирования. Соответственно, ток протекает от истока первого полупроводникового переключателя Q1. Аналогичным образом, сигнал возбуждения, выдаваемый с выходного контакта OUT схемы 11 возбуждения затвора, подается на затвор второго полупроводникового переключателя Q2 через четвертый диод D4, второй резистор R2 затвора и вторую схему 12b детектирования. Таким образом, электрический ток протекает через исток второго полупроводникового переключателя Q2. Последующая работа является такой же, что и работа второго варианта выполнения.

[0051] Кроме того, поскольку третий резистор R3 затвора для выключения и четвертый резистор R4 затвора для выключения соединены с первым полупроводниковым переключателем Q1 и вторым полупроводниковым переключателем Q2, соответственно, через схему 12 детектирования, ток затвора во время включения и ток затвора во время выключения проходят через схему 12 детектирования. В результате ток, протекающий через первый полупроводниковый переключатель Q1, и ток, протекающий через второй полупроводниковый переключатель Q2, могут быть сбалансированы не только во время включения, но также и во время выключения.

[0052] Следует отметить, что третий диод D3 предусмотрен таким образом, что резистор R1 затвора для включения не действует во время выключения, а четвертый диод D4 предусмотрен таким образом, что резистор R2 затвора для включения не действует во время выключения. Следует отметить, что эти третий диод D3 и четвертый диод D4 также могут быть удалены.

[0053] (Четвертый вариант выполнения)

Устройство для преобразования питания в соответствии с четвертым вариантом выполнения настоящего изобретения является модифицированным примером устройства для преобразования питания в соответствии с третьим вариантом выполнения. Фиг. 7 иллюстрирует конфигурацию схемы устройства для преобразования питания в соответствии с четвертым вариантом выполнения настоящего изобретения. Следует отметить, что, поскольку схемы схем, проиллюстрированные на Фиг. 7(a) - 7(c), являются одинаковыми, условные обозначения нанесены только на Фиг. 7(a).

[0054] В этом устройстве для преобразования питания один конец резистора R1 затвора и один конец резистора R2 затвора соединены с выходным контактом OUT схемы 11 возбуждения затвора. Последовательная схема, включающая в себя диод D и резистор R затвора, размещена между общей точкой, в которой соединены точка соединения между другим концом резистора R1 затвора и первой схемой 12a детектирования, и точка соединения между другим концом резистора R2 затвора и второй схемой 12b детектирования, и выходные контакты OUT схемы 11 возбуждения затвора.

[0055] В устройстве для преобразования питания, выполненном, как описано выше, как проиллюстрировано на Фиг. 7(a), когда магнитный поток, переплетающийся с приемной катушкой, перемещается с передней стороны на заднюю сторону страницы, скорость изменения тока второго полупроводникового переключателя Q2 становится выше скорости изменения тока первого полупроводникового переключателя Q1. Как проиллюстрировано на Фиг. 7(c), когда магнитный поток, переплетающийся с приемной катушкой, перемещается с задней стороны на переднюю сторону страницы, скорость изменения тока первого полупроводникового переключателя Q1 становится выше скорости изменения тока второго полупроводникового переключателя Q2. Как проиллюстрировано на Фиг. 7(b), когда магнитный поток, переплетающийся с приемной катушкой, отсутствует, скорость изменения тока второго полупроводникового переключателя Q2 и скорость изменения тока первого полупроводникового переключателя Q1 становятся равными.

[0056] Фиг 8 - это вид для пояснения работы устройства для преобразования питания в соответствии с четвертым вариантом выполнения, в котором Фиг. 8(a) -это временной график для пояснения балансирования токов во время выключения. Фиг. 8(b) иллюстрирует характеристики Id-Vgs первого полупроводникового переключателя Q1 и второго полупроводникового переключателя Q2. В данном случае предполагается, что пороговая величина VthQ2 у второго полупроводникового переключателя Q2 больше пороговой величины VthQ1 у первого полупроводникового переключателя Q1. Как проиллюстрировано, как только ток Id стока начинает уменьшаться, устройство для преобразования питания действует таким образом, чтобы ток первого полупроводникового переключателя Q1 и ток второго полупроводникового переключателя Q2 были сбалансированы.

[0057] (Пятый вариант выполнения)

Устройство для преобразования питания в соответствии с пятым вариантом выполнения настоящего изобретения является примером в случае, когда количество параллельных полупроводниковых элементом равно или больше трех. Далее будет приведено описание, в котором в качестве примера рассмотрен случай, когда количество параллельных полупроводниковых элементов равно четырем. Следует отметить, что, поскольку конфигурация схемы устройства для преобразования питания в соответствии с пятым вариантом выполнения реализована только путем увеличения количества компонентов, используемых во втором варианте выполнения, вместе с увеличением количества полупроводниковых элементов, ее подробное описание не будет здесь приведено.

[0058] Фиг. 9 иллюстрирует монтажную конфигурацию устройства для преобразования питания в соответствии с пятым вариантом выполнения. Это устройство для преобразования питания включает в себя первый полупроводниковый переключатель Q1 - четвертый полупроводниковый переключатель Q4. Первый полупроводниковый переключатель Q1 - четвертый полупроводниковый переключатель Q4 соответствуют множеству полупроводниковых элементов по настоящему изобретению.

[0059] Схема 12 детектирования предусмотрена между первым полупроводниковым переключателем Q1 и вторым полупроводниковым переключателем Q2, схема 13 детектирования предусмотрена между вторым полупроводниковым переключателем Q2 и третьим полупроводниковым переключателем Q3, и схема 14 детектирования предусмотрена между третьим полупроводниковым переключателем Q3 и четвертым полупроводниковым переключателем Q4.

[0060] На контактной пластине 20 предусмотрены контакты G1 - G4 затворов и контакты S1 - S4 истоков. Контакт G1 затвора соединен с одним концом приемной катушки, образующей схему 12 детектирования, а другой конец приемной катушки соединен с электродом затвора первого полупроводникового переключателя Q1. Контакт S1 истока соединен с электродом истока первого полупроводникового переключателя Q1.

[0061] Контакт G2 затвора соединен с одним концом приемной катушки, образующей схему 12 детектирования, а другой конец этой приемной катушки соединен с электродом G затвора второго полупроводникового переключателя Q2 через соединительный элемент 30 схемы детектирования. Контакт S2 истока соединен с электродом истока второго полупроводникового переключателя Q2. Кроме того, контакт G2 затвора соединен с одним концом приемной катушки, образующей схему 13 детектирования через соединительный элемент 30 схемы детектирования, а другой конец этой приемной катушки соединен с электродом затвора второго полупроводникового переключателя Q2.

[0062] Контакт G3 затвора соединен с одним концом другой приемной катушки, образующей схему 13 детектирования, а другой конец упомянутой другой приемной катушки соединен с электродом затвора третьего полупроводникового переключателя Q3 через соединительный элемент 30 схемы детектирования. Контакт S3 истока соединен с электродом истока третьего полупроводникового переключателя Q3. Кроме того, контакт G3 затвора соединен с одним концом приемной катушки, образующей схему 14 детектирования, через соединительный элемент 30 схемы детектирования, а другой конец этой приемной катушки соединен с электродом затвора третьего полупроводникового переключателя Q3.

[0063] Контакт G4 затвора соединен с одним концом приемной катушки, образующей схему 14 детектирования, а другой конец упомянутой другой приемной катушки соединен с электродом затвора четвертого полупроводникового переключателя Q4. Контакт S4 истока соединен с электродом истока четвертого полупроводникового переключателя Q4.

[0064] В вышеописанной конфигурации индуктивно соединены две приемных катушки схемы детектирования, соединенные со смежными полупроводниковыми переключателями. Таким образом, ток первого полупроводникового переключателя Q1 и ток второго полупроводникового переключателя Q2, ток второго полупроводникового переключателя Q2 и ток третьего полупроводникового переключателя Q3, и ток третьего полупроводникового переключателя Q3 и ток четвертого полупроводникового переключателя Q4 действуют таким образом, чтобы быть сбалансированными, соответственно. Соответственно, токи, протекающие, соответственно, через все из первого полупроводникового переключателя Q1 - четвертого полупроводникового переключателя Q4, являются сбалансированными.

[0065] В устройстве для преобразования питания в соответствии с пятым вариантом выполнения, поскольку приемная катушка предусмотрена смежно с проводниками, проведенными от истоков полупроводникового элемента с обоих концов, токи, протекающие через полупроводниковые элементы с обоих концов, могут быть дополнительно сбалансированы.

[0066] (Шестой вариант выполнения)

В устройстве для преобразования питания в соответствии с шестым вариантом выполнения настоящего изобретения токи, протекающие через первый полупроводниковый переключатель Q1 и четвертый полупроводниковый переключатель Q4, размещенные с обоих концов в устройстве для преобразования питания в соответствии с пятым вариантом выполнения, также являются сбалансированными.

[0067] Фиг. 10 иллюстрирует монтажную конфигурацию устройства для преобразования питания в соответствии с шестым вариантом выполнения. В этом устройстве для преобразования питания предусмотрена схема 15a детектирования, включающая в себя приемную катушку, количество витков которой составляет половину количества витков в каждой из схем 12-14 детектирования, на противоположной стороне схемы 12 детектирования, и между ними расположен первый полупроводниковый переключатель Q1. Кроме того, предусмотрена схема 15b детектирования, включающая в себя приемную катушку, количество витков которой составляет половину количества витков в каждой из схем 12-14 детектирования, на противоположной стороне схемы 14 детектирования, и между ними расположен четвертый полупроводниковый переключатель Q4. Приемная катушка схемы 15a детектирования и приемная катушка схемы 15b детектирования соединены последовательно.

[0068] Более конкретно, контакт G1 затвора соединен с одним концом приемной катушки, образующей схему 15a детектирования, а другой конец этой приемной катушки соединен с электродом затвора первого полупроводникового переключателя Q1 через соединительный элемент 30 схемы детектирования и схему 12 детектирования.

[0069] Кроме того, контакт G4 затвора соединен с одним концом приемной катушки, образующей схему 15b детектирования, через схему 14 детектирования и соединительный элемент 30 схемы детектирования, а другой конец этой приемной катушки соединен с электродом затвора четвертого полупроводникового переключателя Q4.

[0070] В вышеописанной конфигурации ток первого полупроводникового переключателя Q1 и ток второго полупроводникового переключателя Q2, ток второго полупроводникового переключателя Q2 и ток третьего полупроводникового переключателя Q3, и ток третьего полупроводникового переключателя Q3 и ток четвертого полупроводникового переключателя Q4, соответственно, могут быть сбалансированы. Кроме того, может быть обеспечена работа, при которой ток четвертого полупроводникового переключателя Q4 и ток первого полупроводникового переключателя Q1 также сбалансированы. Соответственно, даже через первый полупроводниковый переключатель Q1 или четвертый полупроводниковый переключатель Q4 на обоих концах протекает избыточный ток, токи всех полупроводниковых переключателей могут быть быстро сбалансированы.

[0071] Кроме того, в качестве проволочного стержня приемной катушки, проходящей от первого полупроводникового переключателя Q1 до четвертого полупроводникового переключателя Q4, предпочтительно используется витой провод. Таким образом может быть исключено влияние непреднамеренного изменения тока полупроводникового переключателя.

[0072] Кроме того, как и в пятом варианте выполнения, эффект балансирования токов, протекающих через полупроводниковые переключатели, может быть получен даже в устройстве для преобразования питания, включающем в себя произвольное количество полупроводниковых переключателей, размещенных параллельно.

[0073] Кроме того, при конфигурации, подобной конфигурациям схем 15a и 15b детектирования, для детектирования разности токов между полупроводниковыми переключателями с обоих концов, токи также могут быть заданы таким образом, чтобы они были сбалансированы между полупроводниковыми переключателями, удаленными друг от друга. Например, токи могут быть сбалансированы между полупроводниковыми переключателями, удаленными друг от друга, такими как первый полупроводниковый переключатель Q1 и третий полупроводниковый переключатель Q3, или второй полупроводниковый переключатель Q2 и четвертый полупроводниковый переключатель Q4.

[0074] Кроме того, и в качестве дополнения, в настоящем варианте выполнения предусмотрена одна схема возбуждения затвора, и сигнал возбуждения передается из этой схемы возбуждения затвора во множество полупроводниковых элементов, но в этом не обязательно заключается ограничение, и схема возбуждения может быть предусмотрена для каждого полупроводникового элемента, или схема возбуждения затвора может быть предусмотрена для каждого заданного количества полупроводниковых элементов.

Перечень условных обозначений

[0075]

10 - схема возбуждения

11 - схема возбуждения затвора

12-14, 15a, 15b - схема детектирования

12a - первая схема детектирования

12b - вторая схема детектирования

20 - контактная пластина

21 - изолирующий элемент

22 - секция вывода электродов на верхней поверхности

23 - электродная структура нижней поверхности

Q1 - Q4 - первый полупроводниковый переключатель - четвертый полупроводниковый переключатель

R, R1 - R4 - резистор, первый резистор затвора - четвертый резистор затвора

D, D1 - D4 - диод

G - электрод затвора

S - электрод истока

Изобретение относится к области электротехники. Устройство для преобразования питания включает в себя блок регулирования напряжения затвора (схему детектирования (12)), который действует на сигнал возбуждения от схемы возбуждения затвора (11), которая передает сигнал возбуждения на соответствующие затворы множества полупроводниковых элементов (Q1 - Q2), размещенных параллельно, и который регулирует напряжение затвора упомянутых полупроводниковых элементов. Блок регулирования напряжения затвора накладывает индукционное напряжение, формируемое на основании разности между магнитным потоком, вызванным протеканием тока через один из множества полупроводниковых элементов, и магнитным потоком, вызванным протеканием тока через каждый из других полупроводниковых элементов, на напряжение затвора, подаваемое на по меньшей мере один затвор упомянутого множества полупроводниковых элементов. 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство для преобразования питания, содержащее:

- множество полупроводниковых элементов, размещенных параллельно;

- блок возбуждения затвора, выполненный с возможностью передачи сигнала возбуждения на каждый затвор упомянутого множества полупроводниковых элементов; и

- блок регулирования напряжения затвора, выполненный с возможностью воздействия на сигнал возбуждения от блока возбуждения затвора и регулирования напряжения затвора полупроводникового элемента, причем

блок регулирования напряжения затвора накладывает индукционное напряжение, формируемое на основании разности между магнитным потоком, вызванным протеканием тока через один из множества полупроводниковых элементов, и магнитным потоком, вызванным протеканием тока через каждый из других полупроводниковых элементов, на напряжение затвора, подаваемое на по меньшей мере один затвор множества полупроводниковых элементов,

блок регулирования напряжения затвора включает в себя множество проводниковых структур, сформированных между множеством полупроводниковых элементов и блоком возбуждения затвора, и

блок регулирования напряжения затвора предусмотрен между проводниками, проведенными от одного полупроводникового элемента, и каждым из других полупроводниковых элементов из множества полупроводниковых элементов, причем упомянутые проводники служат в качестве главной линии тока.

2. Устройство для преобразования питания по п. 1, в котором

когда пороговое напряжение одного полупроводникового элемента из множества полупроводниковых элементов ниже порогового напряжения каждого из других полупроводниковых элементов, блок регулирования напряжения затвора подавляет увеличение тока, протекающего через упомянутый один полупроводниковый элемент.

3. Устройство для преобразования питания по п. 1 или 2, в котором

когда пороговое напряжение одного полупроводникового элемента из множества полупроводниковых элементов выше порогового напряжения каждого из других полупроводниковых элементов, блок регулирования напряжения затвора способствует увеличению тока, протекающего через упомянутый один полупроводниковый элемент.

4. Устройство для преобразования питания по п. 1 или 2, в котором

блок регулирования напряжения затвора включает в себя множество секций регулирования напряжения затвора, соответственно, соответствующих множеству полупроводниковых элементов, и

две смежные секции регулирования напряжения затвора индуктивно соединены таким образом, что индуктивная составляющая уменьшается, когда направления токов, протекающих на затворы двух полупроводниковых элементов, соответственно, соединенных с упомянутыми двумя секциями регулирования напряжения затвора, являются одинаковыми, и таким образом, что индуктивная составляющая увеличивается, когда упомянутые направления отличаются друг от друга.

5. Устройство для преобразования питания по п. 1, в котором

когда ток, протекающий через главную линию тока упомянутого одного полупроводникового элемента, и ток, протекающий через главную линию тока каждого из упомянутых других полупроводниковых элементов, являются одинаковыми, блок регулирования напряжения затвора предусмотрен таким образом, что магнитный поток, формируемый от проводника, служащего в качестве главной линии тока упомянутого одного полупроводникового элемента, и магнитный поток, формируемый от проводника, служащего в качестве главной линии тока каждого из упомянутых других полупроводниковых элементов, равным образом переплетаются с полупроводниковой структурой.

6. Устройство для преобразования питания по п. 1 или 2, в котором

множество полупроводниковых элементов включает в себя три или более полупроводниковых элемента, размещенных параллельно, и

блоки регулирования напряжения затвора полупроводниковых элементов на обоих концах упомянутых трех или более полупроводниковых элементов размещены смежно с проводником, проведенным от истока по меньшей мере одного из полупроводниковых элементов, на обоих концах.

7. Устройство для преобразования питания по п. 1 или 2, дополнительно содержащее

резистор управления скоростью для подавления резкого изменения тока, возбуждающего каждый затвор упомянутого множества полупроводниковых элементов, между каждым затвором и блоком возбуждения затвора.

8. Устройство для преобразования питания по п. 7, в котором

резистор управления скоростью включает в себя резистор управления скоростью для включения каждого из упомянутого множества полупроводниковых элементов и резистор управления скоростью для их выключения, размещенные параллельно,

резистор управления скоростью для включения соединен с каждым затвором упомянутого множества полупроводниковых элементов через упомянутый блок регулирования напряжения затвора, и

резистор управления скоростью для выключения непосредственно соединен с каждым затвором упомянутого множества полупроводниковых элементов.

9. Устройство для преобразования питания по п. 7, в котором

резистор управления скоростью включает в себя резистор управления скоростью для включения каждого из упомянутого множества полупроводниковых элементов и резистор управления скоростью для их выключения, размещенные параллельно, и

резистор управления скоростью для выключения и резистор управления скоростью для включения соединены с каждым затвором упомянутого множества полупроводниковых элементов через блок регулирования напряжения затвора.