共振转换器及驱动可变负载方法技术

一种用以驱动可变负载的共振转换器，其包含：一变压器（１０５），其具有一输入栅与一输出栅，用以驱动可变负载（１０７）；一开关（１０３），用以提供来自一来源（１０１）的一输入信号到该变压器（１０５）的输入栅；用以控制该开 关的一切换频率的控制装置（１０９）；其中该变压器（１０５）经过规格调整并连接成当提供额定功率到该可变负载（１０７）时，所述的输入信号与输出信号间的一向下转换比例介于１．５∶１到５∶１；以及其中用以控制该开关（１０３）切换频率 的控制装置（１０９）是根据一开关电流与一负载电流间在可变负载及／或可变输出电压时的一相位偏移而设计。（*该技术在2023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】
本专利技术与用以驱动可变欧姆-电容或欧姆-电感负载的一切换式电源供应器有关，其包含一共振电路、一电能-机械能转换器、一开关以及一控制装置。
技术介绍
具有或不具有一共振电路的切换功率放大器大部分在没有电感应式电磁装置下是无法运作的。为了得到一低损失的切换操作，这样的电路可能只操作于某一最大频率之下而且只具有共振的电感应装置或宽频带的转换器或电感(线圈)。这些组件都是占有一定体积而且会对整个装置造成显著的成本负担。例如，以一自激发或个别激发的半桥式电路来说，该电路以双极晶体管、反向二极管、串行的共振电路以及电感应式基极反馈来操作。这样的一个半桥式电路的具体实施例已揭示于下列的文献(1)S.Lowbridge，M.Maytum，K.Rutgers的″Electronic Ballasts for Fluorescent Lamps Using BUL 770/791 Transistor″(Texas Instruments，1992)。这里所使用的负载电路很明显的以电感应式来具体化，借以使在不同负载情况下的低损失切换能够实现。这样的电路通常也被归类为D类放大器。即使是使用次要免电荷(minority-charge-free)MOS(金属氧化物半导体)晶体管，其仍具有电容式扫描损失(capacitive sweep-out losses)的缺点，因为该切换功率放大器必须切换于电压下，除非一输出端的共振扼流圈当开关打开时让个别开关的电压上升到大约零电压。因此，借借助使跨接一功率半导体的一电压在切换时、切换操作期间或之前维持零电压的零电压切换(ZVS)可以借助在负载电路上一足够大的(共振)电感而达成。除此之外，也有归类为E类、只具有单一开关且高效率的射频(RF)放大器。有关这样的电路的具体实施例已被揭示于下列的文献(2)N.O.Sokal，A.D.Sokal，″Class E-A New Class of High Efficiency Tuned Single-Ended SwitchingPower Amplifiers″(IEEE，Journal of Solid-State Circuits，Vol.SC-10，No.3，June 1975)。这样的放大器已广泛地使用于传送放大器并且以一外部产生的时脉操作于一最佳激活时间点。所述的激活时间大部分约在半个持续周期(D＝0.5对应到最佳值)。这里所述的D表示相对的(与一持续周期有关的)激活时间。这个电路在负载电路中也需要一共振电感，但在并联一足够大的电容的情况下达成零电压切换(ZVS)。借此，一半桥式电路中，所述用于该切换的并联电容将尽可能地选择较小的电容，以为了简便地共振电感达成零电压切换。这个电容在所提到的E类电路中将选择成尽可能大的电容，以为了使跨接该切换的最大电压在切换关闭期间尽可能地维持在极小值。然而，假如选择太大的电容时，该电压不再回到零电压，因而造成不允许的激活损失发生。当使用高频率压电式变压器或其它具一电能机械能转换的能量转换器时，任意的转换比例可能得以实现，不过这些装置大部分都不提供显著的电感输入行为。这样的电能机械能转换器大部分也是非常载频带的而且相对于其它的振动型态仅能转换正弦曲线的震动。因而一硬式切换转换器架构较少适合用于这样的操作。因此，共振操作最好也是需要选择一共振转换器的架构。因为电容输入与输出行为基本上是由一压电材料所决定，这样一个转换器可能只取代传统的电感或变压器，尤其是当处在一想要的电感负载电路的运作状态下，可以看见额外具有电感型态的负载。在半桥式电路中，这样的电感式负载电路运作状态是需要的，以为了保持于最低切换损失的状态。对于最简单的方法来说，一额外的但微小的传统电稿值可能会加入负载电路中。假如激活损失由于相对应地低输入电压程度(例如，小到24V的电压)而变得够小，电磁转换器在半桥中的电容运作状态也许是可以接受的。最后，同样在共振情况下利用压电变压器进行切换也可以设计，因而使切换损失得以最小化，尤其是当压电变压器相对较大的输入电容的一重新充电时间通过站态的关掉两个开关而准确地连接到所需要的控制时间时。然而，这样的情况下需要一准确且可调整的高端与低端驱动电路，且该驱动电路大都包含一集成电路。这样电路的一个具体实施例以揭示于下列的文献(3)R.L.Lin，F.C.Lee，E.M.Baker，D.Y.Chen，″Inductor-less Piezoelectric TransformerElectronics Ballast for Linear Flourscent Lamps″APEC2001，Anaheim，CA，USA，Porceedings，Vol.2，pp.664-669。在根据文献(2)所述的一E类的共振电路，一压电变压器的显著电容输入操作状态是有用的，尤其是输入电容的量值能够采取到一电性上需要的数值，因此不会是寄生电容数值，如同在半桥电路或其它电感运作的负载电路操作的情况一样。这样的具有一压电变压器的E类电路已揭示于文献(4)T.Abe，Sh.Jomura，T.Tamakai，″Discharge tube driving device and piezoelectric transformertherefore″，EP 0 665 600 B1，1999年七月21日欧洲专利。然而，这样的电路通常不用于大输入电压、小电压输出的线性电压应用，而是用于小电压到大电压的放大变压转换。这样小输入电压之前主要是因为缺少快速动态切换、高阻抗功率切换而受限制，然而现在已可以借助低成本的方式来制造，例如高达1700V的电场截止绝缘栅双极晶体管(IGBT)或高达800V的高压晶体管(cool MOS)。在小电压的应用中，根据文献(4)与文献(2)的一个E类电路大部分都应用于相对的激活时间为D＝0.5的最佳操作下。在大部分的情况下，这样一个电路在放大变压器的例子中需要一额外输入端的平行电容，以防止压电变压器的输入电容不够大。这个例子并不适用于降压的情况中，因为在降压的某些实施例中，压电变压器的输入电容可能会过大。除此之外，也有具压电变压器的单一晶体管电路，该电路需要一共振电感，该电感通常无法或无法专门地平顺地操作，因而需要搭配通过适当的磁性材料与编结导线的选择来适应于一50到200kHz的高频。这样的装置的一个具体的实施例已揭示于文献(5)US-6,052,300。除此之外，一输入端的平顺扼流圈，如相对于没有运作于输入端的平顺共振电感，避免了在一输入或一平顺电容上，高频电流振动的直接影响，以使得一输入端的平顺扼流圈(亦即下列内容中所述的扼流圈电感)相较于其它电感的排列方式更佳。借助具有压电转换器电路的控制，锁相回路(PLL)为一典型的频率切换方式。在文献(6)US-5,855,968，由于一个调整介于输出电压与根据文献(4)电路的驱动器信号间的相位偏移的可能性是需要的，因而具简单震荡器/驱动器IC的一PLL电路因而得以实现。这样的E类放大器的调整电路特别适合用于具放大变压器性质的压电变压器，因为在变压器输出端的最大电压表示相同时间下额定电压最显著点。由于在放大变压器中的低电流特性，输出电压的频率特性将几乎对应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：马蒂亚斯·拉德克尔，贡特·勒赫曼，
申请(专利权)人：德商弗朗霍夫应用研究促进学会，德商电灯专利信托有限公司，
类型：发明
国别省市：