具有零电流开关的谐振ＤＣ／ＤＣ变换器制造技术

用于供给输出功率的谐振ＤＣ／ＤＣ变换器包括开关装置（１８），用来把开关电压（ＵＷＲ）供给具有变压器（Ｔ）的谐振电路（２０）。开关电压（ＵＷＲ）是从具有固定脉冲宽度和频率的中间电路电压（Ｕｚ）得出的，以便规定在谐振电流中生成的谐振电流（Ｉ↓［ｒｅｓ］）的零交叉点。倒相器电路（１８）的开关配置由控制设备（３１）按照开关电压的极性选择来增加谐振电流、减小谐振电流或保持谐振电流在基本上恒定的水平，以便按要求控制输出功率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有零电流开关的谐振DC/DC变换器本专利技术涉及谐振DC/DC功率变换器，用于提供一个输出功率，例如供 X射线管使用，且更具体地，涉及具有零电流开关的谐振DC/DC功率变换器。现代谐振DC/DC变换器，诸如被使用于X射线管电压的那些变换器， 以非常高的开关频率工作。显然，必须减小由相关的功率开关在单个开关 周期中引起的任何切换损失，以便限制总的功率损耗。做到这一点的一种 已确立的方法是零电流开关(ZCS),其中仅仅允许在谐振电流的零交叉 点或其附近接通和关断功率开关。这个方法是在软切换变换器中的 一般惯 例，但具有以下缺点它限制输出功率的可控性。ZCS和良好的可控性实 际上是相沖突的要求，因为良好的可控性正常是通过对功率开关的接通时 间的连续控制而达到的，在这种情形下不能对于所有操作点都保证ZCS并 且出现了开关损耗，这样，往往要在开关损耗与输出功率的可控性之间进 行折衷。W0 2004/064237描述包括开关装置、谐振电路和整流器的串联谐振变 换器，其具有由数字控制设备控制的动作(actuation)。计算至少一个 校正变量，由此可以明确地确定用于开关装置的动作，即要被生成的开 关电压的开关频率与脉冲宽度或脉冲占空因子。处理一个依赖于输出电压 的第 一 实际值以及一个依赖于跨谐振电容器两端的电压的第二实际值。第 一和第二实际值与所选择的、用于变量计算的控制结构相应地连结。使用 了控制器系数，被处理的变量与之相乘。控制器不处理上述实际值本身的 被测量值，但处理这样的被测量值随时间的改变。W0 2004/064237的控制设备以有差别的PI控制器的形式^^皮构建，在 每种情形下使被处理的实际值的差值和控制偏差、以及校正变量的反馈耦 合的延时差值乘以控制器系数且对其求和。结果进而又被在时间上求和， 以便计算校正变量。动态限制也通过使用另一个控制设备而达到，该控制 设备在第一控制器预先规定一个将导致临界操作状态的校正变量的情况 下开始动作。虽然在W0 2004/064237中描述的控制策略在存在非线性控制路径、 诸如混合模式调制时给出了良好的结果，但它具有当工作在高频时开关损耗较高的缺点。不可能对每个开关周期都保证ZCS,因为它利用了脉沖频 率调制(PFM)来控制输出功率。本专利技术的目的是提供谐振功率变换器、控制谐振功率变换器的方法、 和用于谐振功率变换器的控制设备，其中实现了变换器的输出功率的有效 控制，而同时对每个开关周期都确保了 ZCS。按照本专利技术，提供了用于供给输出功率的谐振功率变换器，包括-开关装置，用于把中间电路电压变换成开关电压；-藉助于变压器(transformer)实现的谐振电路，用于供给输出电 压和被馈给开关电压，以便生成谐振电流；-功率变换器还包括倒相器电路，它包括多个开关和各自的整流部 件，用于按照它的开关配置来规定围绕所述倒相器电路的电流流动路径；-和控制设备，用于根据所述变换器的要求的输出功率，选择所述倒 相器电路的多个开关配置之一；其中所述中间电路电压的频率和脉冲宽度被调节成使得所述倒相器 电路的开关事件在所述谐振电流的零交叉点或其邻近发生；因此，上述的目的是通过仅仅在谐振电流的零交叉点或其附近(即， 在之前不久或在之后不久)切换功率开关而达到的。通过这一定义，所施 加的变换器电压的脉冲宽度和频率是自调节的，且不能被使用来调节输出 功率。功率改而通过选择开关配置被控制，由其中哪个功率开关被接通或 关断来规定，从而产生了这样一种控制器，其具有在宽范围内可控的输出 功率、还能够通过对每个开关周期都确保ZCS而有效地限制开关损耗。将会看到，谐振电路至少由串联电容器和串联电感器组成，是藉助于 变压器实现的。另外，按照本专利技术，提供了控制如上所定义的谐振功率变换器的方 法，包括以下步骤接收代表所述变换器的要求的输出功率的数据，以及 根据所述变换器的所述要求的输出功率，选择所述倒相器电路的多个开关 配置之一。再者，按照本专利技术，提供了用于如上所定义的谐振功率变换器的控制 设备，该控制设备包括用于接收代表所述变换器的要求输出功率的数据 的输入、用于根据所述变换器的所述要求的输出功率选择所述倒相器电路 的多个开关配置之一的装置、以及用于输出一个信号使得所述倒相器电路 的相应开关按照所述选择的开关配置进行配置的输出。有利地，多个开关配置包括第一和第二开关配置，用于通过控制开关 电压对谐振电流的相位关系而增加或减小谐振电流。变换器优选地被安排和被配置成如果通过选择第一开关配置使得电压与谐振电流同相(+)，则谐振电流增加，而如果通过选择第二开关配置使得开关电压与谐振电流反相(即，180度相移)(-)，则谐振电流减小。优选地，多个开关配置还包 括第三开关配置(空闲，0)，用于保持谐振电流处于基本上恒定的水平。 在第三开关配置中，开关电压有利地基本上为零。有利地，所述谐振电路具有LCC或LC配置，并包括串联谐振电容器， 以及代表跨所述串联谐振电容器两端的电压和所述输出电压的值^皮输入 到所述控制设备。控制设备优选地包括一个多级控制器，其包含分别相应 于所述多个开关配置的多个输出。所述多个输出优选地包括被输入到判决 块的相应的下一输出电压步长值。判决块有利地;故安排和被配置成比较每 个所述步长值与代表想要的下一输出电压的参考值以确定哪个是最接近 的，并输出控制值来使得选择适当的开关配置。所述倒相器电路可包括全桥倒相器，以及整流部件可包括二极管，更 具体地是反并联二极管。变换器可包括多个倒相器电路，优选地在单个变压器上工作，其中倒 相器电路的数目确定所述控制设备可选择的开关配置的数目。附图说明图1是用于X射线管的高压电源单元的示意性电路图；图2是显示倒相器电路的电路图；图3是谐振功率变换器的等效电路图；图4是显示当按照本专利技术示例性实施例的谐振功率变换器的倒相器电 路执行同相开关配置时谐振电流电路的电流路径的示意图；图5是显示当按照本专利技术示例性实施例的谐振功率变换器的倒相器电 路处在空闲开关状态时谐振电流的电流路径的示意图；图6是显示当按照本专利技术示例性实施例的谐振功率变换器的倒相器电 路处在反相开关状态时谐振电流的电流路径的示意图；图7是对于图4到6分别显示的三个开关配置的谐振电流Im和变换 器电压IL的波形的图形代表；图8是分别在图4到6上显示的正的、空闲和反相开关配置的三级控 制结构的框图；图9图形地显示对参照图8描述的三级控制结构的使用的仿真；图10是图9的仿真的放大版本；图11是显示在按照本专利技术示例性实施例的谐振功率变换器中两个独 立的倒相器可以如何在一个变压器上操作的示意图；以及图12是表示在参照图ll描述的谐振功率变换器中通过组合一个以上 的倒相器而可达到的多动作级别的表。参照图1，图上显示用于X射线管12的电源单元10包括AC电压源 14，例如， 一条与供电网的连接，在通过整流器单元16整流后，把中间 电路电压Uz供给倒相器18。倒相器18把中间电路DC电压Uz变换成开关 电压，该开关电压被供给包括串联电容器C和变压器T的谐振电路20。在 变压器T的次级绕组处的并联电容Cp可以是变压器T的寄生电容，或是 一个附加的外部电容器。变压器T的次级绕组，藉助于乘法器电路22生 成输出电压，后者本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于供给输出功率的谐振功率变换器，包括：开关装置（１８），用于把中间电路电压（Ｕ↓［ｚ］）变换成开关电压（ｕ↓［ｗｒ］）；藉助于变压器实现的谐振电路（２０），用于供给输出电压并被馈给该开关电压（ｕ↓［ｗｒ］），以便生成谐振电流（Ｉ↓［ｒｅｓ］）；该功率变换器（１０）还包括：倒相器电路（１８），它包括多个开关和各自的整流部件，用于按照其开关配置来规定围绕所述倒相器电路（１８）的电流流动路径；和控制设备（３１），用于根据所述变换器（１０）的要求的输出功率，选择所述倒相器电路（１８）的多个开关配置之一；其中所述中间电路电压的频率和脉冲宽度被调节成使得所述倒相器电路（１８）的开关事件在所述谐振电流（Ｉ↓［ｒｅｓ］）的零交叉点处或其邻近发生。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：T希尔，P卢尔肯斯，C洛夫，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]