将直流输入电压变换为电网频率交流电压的方法和变压器技术

为了从直流输入电压（ＵＥ）产生在电网频率范围内交流电压（ＵＡ），在一个变压器（ＵＥＴ）的初级绕组（Ｗ１）上按较高的开关频率加上两个极性相反、脉冲宽度调制的矩形脉冲（ａ，ｂ），这里每个脉冲对应于待产生的交流电压的半波被调制。在变压器的次级一侧对两个脉冲的脉动进行整流，使得仅出现由一种极性的脉动组成的脉冲（ｄ），这些脉动由于其脉冲宽度调制对应于待产生的交流电压的相互跟随的半波，而将整流后得到的脉冲周期地按待产生的交流电压的双倍频率变换极性，从而得到相对于交流输出电压的幅度、频率和极性被脉冲宽度调制的脉冲（ｅ）。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于由直流输入电压产生电网频率范围内交流电压的方法，其中，将直流输入电压用相对于电网频率更高的开关频率进行脉冲宽度调制后接到变压器的初级绕组。同样，本专利技术还涉及一种将直流输入电压变换到电网频率范围内交流电压的电压变换器，其具有一个变压器，在该变压器初级绕组上通过一个由控制电路控制的开关装置将直流输入电压用相对于电网频率更高的开关频率进行脉冲宽度调制后接入。
技术介绍
为了从直流输入电压，例如12或24V电压，产生在电网频率范围内的交流电压，例如117V/60Hz或230V/50Hz，按照现有技术通常采用例如如下的两级过程在第一级中借助一个升压器从低的12V直流输入电压产生一个310V的中间回路电压。为此，采用了一个具有在例如20kHz的听觉范围以上频率范围的脉冲宽度调制的闭塞变流器(Sperrwandler)或流通变流器(Flusswandler)，其中，进行对于恒定的中间回路电压的调节。然后，对该高的直流电压借助一个全桥电路进行变换，以便得到所希望的交流电压，其中，再次使用了一个开关频率为20kHz或者更高的脉冲宽度调制。该阶梯形的、在此得到的电压按其包络构成电网频率的输出电压。对于专业人员明显的是，该两级方法不可避免地导致较高的损耗和较低的效率。在两个变换级都需要电感，其中至少一级需要一个变压器，以便保证多数情况下要求的在输入和输出之间的电隔离。这些电感和所需中间回路电容对于造价起到了负面的影响。如果将例如12V的直流输入电压直接转换成50Hz电压，则需要一个昂贵的50Hz变压器，以便在输出端得到希望的117/230V电压。专利
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种方法以及一种变压器，其中，总的花费较低并且不需要配置在电网频率上的变压器。上述技术问题是通过一种本文开始部分所述类型的方法解决的，其中，按照本专利技术，在初级绕组上加有两个极性相反、脉冲宽度调制的矩形脉冲，其中，每个脉冲对应于待产生的交流电压的半波被调制，而两个脉冲中的脉动分别这样相互移位，使得一个脉冲的脉动落在另一个脉冲的空挡上；在变压器的次级一侧对两个脉冲的脉动进行整流，使得仅出现由一种极性的脉动组成的脉冲，这些脉动由于其脉冲宽度调制对应于待产生的交流电压的相互跟随的半波，而将整流后得到的脉冲周期地按待产生的交流电压的双倍频率变换极性，从而得到一脉冲，该脉冲对应于交流输出电压的幅度、频率和极性被脉冲宽度调制。由于本专利技术，省略了对于较高电压和具有一个昂贵中间电容的昂贵的中间电路。因为转换是在电网频率范围内在次级一侧实现的，可以将所需要的电路元件在该较低频率上设置。如果为了得到该交流输出电压，将得到的脉冲通过一个低通滤波器，在一些情况下可能是所需要的或者适当的。在本专利技术的一个优选的变形中，在变压器被分成两个半部分的初级绕组中，将直流输入电压对应于极性相反、脉冲宽度调制的矩形脉冲，分别接至绕组的一个半部分及反相地接至绕组的另一个半部分。由此，在实际中在初级侧提供了两个控制的开关。本专利技术的技术问题还通过一种本文开始部分所述类型的变压器解决，其中，按照本专利技术，设置了开关装置和控制电路，以便从直流输入电压在初级绕组上加上两个极性相反、脉冲宽度调制的矩形脉冲，其中，每个脉冲对应于待产生的交流电压的半波被调制，而这两个脉冲这样相互移位，使得一个脉冲的脉动落在另一个脉冲的空挡上；在变压器(UET)的次级绕组上后接一个整流器，在其输出端仅出现由一种极性的脉动组成的脉冲，这些脉动由于其脉冲宽度调制对应于待产生的交流电压的相互跟随的半波，而该整流器后接一个控制的极性转换开关，以便将在整流后得到的脉冲按照待产生的交流电压的双倍频率变换极性，从而得到相对于交流输出电压的幅度、频率和极性被脉冲宽度调制的脉冲。由此可以实现的优点已经与方法相关地给出。在此，当通过一个内部的和/或用户一侧的低通滤波器，从所述脉冲得到交流输出电压时，也是有效的。同样具有优点的是，将所述变压器的初级绕组分成两个半部分，而所述开关装置具有两个控制开关，借助于这些开关可以将直流输入电压交替地接至绕组的一个半部分以及反相地接至绕组的另一个半部分。特别是在电阻性负载下是值得推荐的，如果由一个在极性转换开关之后纵向分支上的电感和负载构成低通滤波器的话。在实际中，例如在由电机构成的负载的情况下，本专利技术考虑到了，该低通滤波器至少部分地包含在一个感应负载中。在本专利技术的一种有针对性的变形中，极性转换开关由一个桥式电路组成，在该电路的四个分支中各有一个控制开关。如果整流器和极性转换开关被综合在一个具有桥式结构的整流开关中，则是特别优选的，其中，每个桥分支具有两个极性相反、串联连接的二极管，而每个二极管由一个开关晶体管跨接，使得通过交替的控制每个桥分支的一个开关晶体管，按照双倍的电网频率交替地由桥的一个或者另一个二极管构成桥起作用的分支，由此，得到相对于交流输出电压的幅度、频率和极性被脉冲宽度调制的脉冲。按照这种方式可以在一个单个的桥中实现次级一侧的整流和极性转换。这里，为了解决电位隔离的问题有利的是，每个开关晶体管可以通过一个发光二极管电位隔离地进行控制。如果将整流器开关作为集成电路构成，则在电压变换器数目很多的情况下实现了费用低廉地解决方案。在简化和低造价的意义下，将整流器开关作为集成电路构成也是值得推荐的。附图说明下面对照附图所示的实施方式对本专利技术及其其它优点作进一步的说明。图中，图1示出了按照本专利技术的变压器的简化原理电路图，图2示出了简化并没有按照标度表示的在按照本专利技术方法的过程中出现的信号的变化，图3示出了按照本专利技术的另一个变压器的电路，图4详细示出了图3所示电路中使用的整流器开关，和图5a和5b示出了图4中整流器开关的两个开关状态。具体实施例方式图1示出了一个变压器UET，其具有一个由两个绕组半部分W11、W12组成的初级绕组W1和一个次级绕组W2。一个例如12V的直流输入电压UE的正极加到初级绕组W1的中间，其负端通过第一分离的开关S1引至第一绕组半部分W11的开始，并通过第二控制的开关S2引至第二绕组半部分W12的结束。两个控制开关S1、S2在此是场效应晶体管，可以按后面还要详细解释的方式由一个控制电路AST控制。在次级一侧绕组W2将次级电压Usec加至桥式整流器GLR，该整流器后跟一个由四个控制开关S31...S34组成的极性转换开关UPS。在这些同样由控制电路AST控制的开关中一方面S31和S32另一方面S33和S34交替地接通和断开。在极性转换开关UPS的输出和一个连接在变压器上的负载之间有一个纵向扼流圈L。现在同时参照图2详细解释按照本专利技术的方法。在初级绕组W1上加载了两个极性相反、脉冲宽度调制的矩形脉冲，其中，每个脉冲对应于待产生交流电压的半波被调制。这里，这两个脉冲的脉动这样相互移位，使得一个脉冲的脉动落在另一个脉冲的空挡上。在图2中用“f”表示待产生的交流电压UA，其频率例如应该是50Hz。在图2中用“a”和“b”表示用于两个控制开关S1、S2的控制脉冲，用“c”表示产生的变压器的次级电压Usec，其变化也与变压器的初级绕组电压对应。这里，脉冲的相反极性通过直流输入电压UE在两个绕组半部分W11、W12之一上交替地接通实现。在一部分的初级绕组W1情本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从直流输入电压产生电网频率范围内的交流电压的方法，其中，将直流输入电压用相对于电网频率更高的开关频率进行脉冲宽度调制后接到变压器的初级绕组，其特征在于，在初级绕组上加有两个极性相反、脉冲宽度调制的矩形脉冲（ａ，ｂ），其中，每 个脉冲对应于待产生的交流电压的半波被调制，而两个脉冲中的脉动分别这样相互移位，使得一个脉冲的脉动落在另一个脉冲的空挡上；在变压器的次级一侧对两个脉冲的脉动进行整流，使得仅出现由一种极性的脉动组成的脉冲（ｄ），这些脉动由于其脉冲宽度调制对应于待产生的交流电压的相互跟随的半波，而将整流后得到的脉冲周期地按待产生的交流电压的双倍频率变换极性，从而得到一脉冲（ｅ），该脉冲对应于交流输出电压的幅度、频率和极性被脉冲宽度调制。

【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：埃里克伯格，马丁艾斯纳，马丁梅希克，内维德拉马尼恩沙里，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]