具有保护电路的电源制造技术

本发明专利技术涉及具有保护电路的电源，具体提供了一种用于向负载提供交流功率的电源电路，包括用于接收直流输入信号的逆变器。逆变器包括两个半桥。每个逆变器由一个信号源驱动，所述信号源输出交流信号。每个逆变器的输出被输入到第一级谐波滤波器。所述电源包括输出电路，所述输出电路包括相对于一点被这样设置的第一和第二整流器，使得如果逆变器试图驱动所述的一点超过预定的第一和第二电压，则相应的一个整流器导通，从而使功率和电流中的至少一个返回直流输入电源。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术 一般涉及用于供应交流电的电源，尤其涉及用于电源的开 关部分的保护电路。
技术介绍
射频(RF)能量被用于许多工业中，用于通过感应加热、介电 加热和等离子体激发处理材料。等离子体激发可以呈电感、电容、 或实际电磁(EM)波、微波、或耦合的形式。提供RF能量的发生 器利用许多电路拓朴，其范围从提供几十瓦的一级A晶体管放大器 到提供数千瓦的自振荡管(电子管)发生器。半导体制造工业利用RF等离子体淀积和刻蚀微和亚微尺寸的 膜。用于这种场合的一种典型的电源可以由电网频率的变压器/整流 器/电容器直流电源和高频(HF)线性功率放大器构成。典型的功率 和频率值可以高达IOKW，频率范围为400KHz到60.0MHz。线性 功率放大器使用具有高的功率耗散能力的高频/甚高频(HF/VHF )功 率晶体管。这种电源或发生器在100: 1的输出负载范围内应当具有 可以以1或2%的精度控制的功率。通常，所述发生器被专门配置， 使得输出到一个通常是50欧姆的确定的负载，但是应当能够驱动任 何负载，即使在配合不当，没有故障的情况下。典型的保护方法是 减少功率。例如，线性放大器的驱动级^t减少，相应地减少电流或 功率消耗。在50欧姆的系统中，测量离开50欧姆的偏差作为反射功 率。减少驱动级是为了限制反射功率。图1表示一种典型的变压器耦合的推挽RF功率放大器，其中具有开关或由不同相的正弦波驱动的晶体管Sl， S2。 5元件的谐波消 除滤波器包括电感Ll, L2,以及电容Cl, C2和C4。谐波消除滤波 器一般用于确保高纯度的或者均匀的正弦波输出。所示出的是一种 没有偏置的电路，可以是AB类或B类。 一般使用双极结晶体管 (BJT)或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。变压器 Tl具有被这样选择的变比，使得对于给定的直流电源电压，通常为 28V或50V,匹配所需的功率。详细的电路符合用于通信的宽带 HF/VHF功率放大器设计的工业实施标准。图1的放大器具有一个主要优点，然而具有若干缺点。其主要优 点在于其宽带设计，其输出频率容易通过改变驱动频率或输入频率 被简单地改变。对于给定的输出频率，只需要改变输出滤波器。如 果放大器的基本线性度/纯度足够好，可以完全省去滤波器。图l的 电路在缺点在于，其效率低，并且具有高的晶体管功率损耗。在理 论上，其效率不可能超过70%，而实际上，不大于50%。为了解决 高功率损耗的问题，许多应用中使用昂贵的专用RF晶体管，这种晶 体管通常使用铍的氧化物(BEo)低热阻技术。这通常需要大的风冷 或水冷的散热器。关于RF线性放大器的设计，发表过大量的数据。 任何打算设计发生器的电源制造着都可以放心地使用晶体管制造着 提出的电路。由图2可见，图2的电路利用一种不同的操作方式，从而具有高 的效率和低的功率耗散。在图2的电路中的驱动信号被规定为方波， 使得晶体管处于开关操作方式而不是线性操作方式。即，图1的开 关或晶体管S1， S2在完全截止和完全导通之间的区域内操作。而图 2的开关或晶体管Sl， S2通过从完全导通到完全截止的转换进行操 作。变压器T1的输出是方波。4元件滤波器包括电感Ll， L2和电 容C， C2，用于滤出所需的基本频率，从而产生正弦输出。电容器 C4被除去，从而使滤波器具有感性输入，以便滤除谐波电流。虽然 晶体管的电压和变压器的电压是方波，但是电流是正弦的。其效率 可以达到100%, —般在80-95%的范围内。这种电路一般叫做谐振12变换器或逆变器而不叫放大器。图2的电路具有一些缺点。其中的滤波器按照特定的输出频率被 充分地选择，因此只能在一个固定的频率范围或频带上操作。此外， 输出功率不能被直接地控制。和图1不同，图2的电路不能直接和线路电压或电源插座电压相连。此外，图2的直流输入需要使用附 加的功率变换器进行调节，所述功率变换器一般使用开关方式变换 器实现。另外，不匹配的负载可以在滤波器和晶体管之间产生大的 循环电流。所述循环电流不必通过限制直流输入电流进行限制。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题是提供在电源中管理反射功率的 技术方案。根据本专利技术的一个方面，提供一种用于向负载提供交流功率的电 源电路，包括直流电压源；半桥逆变器，用于接收所述直流输入 电压并用于产生交流输出信号；在所述逆变器的输出端的第一谐波 滤波器，所述第 一 谐波滤波器滤除交流信号中的预定的谐波分量， 从而产生经过滤波的交流信号；以及在第一谐波滤波器的输出端的 输出电路，用于接收经过滤波的交流信号，并把所述经过滤波的交 流信号馈送给负载，其中所述输出电路包括第一和第二整流器，它 们相对于输出电路中的一点被这样连接，使得如果逆变器试图驱动 所述的一点到超过预定的第一和第二电压之一的电压，则第一和第 二整流器中的相应的一个导通，从而使电压和电流中的至少一个返 回直流电压源。优选的是，其中所述第一谐波滤波器包括串联连接的电感器和电 容器，并且所述第一谐波滤波器和所述半桥的开关中的一个开关并 联设置。优选的是，其中第一谐波滤波器包括电感器和电容器，所述电感 器被设置在所述半桥的开关的输出和第一和第二整流器之间的互连 点之间，并且所述电容器还包括一对电容器的组合电容，所述一对 电容器的每个电容器分别和第一和第二整流器并联。优选的是，其中第一和第二整流器的每一个还包括一对串联连接 的二极管，并且第一谐波滤波器包括电感器和电容器，所述电感器 被设置在所述开关的输出和第一和第二二极管之间的互连点之间， 并且所述电容器还包括多个电容器的组合电容，其中每个电容器相 应于每对二极管中的一个二极管，每个电容器和相应的一个二极管并联。优选的是，该电源电路还包括被串联设置在直流电压源的各个 电压干线之间的一对电容器；包括被串联设置在所述直流电压源的 各个电压干线之间的一对开关的逆变器；以及被设置在所述电容器 的互连点和所述开关的互连点之间的电感器。优选的是，该电源电路还包括一对二极管，其中每个二极管和其 各自的电容器并联连接。优选的是，其中所述开关的每一个还包括一对串联的开关，并且 还包括和每个开关并联的电容器。根据本专利技术的 一方面，提供一种用于向负载提供交流功率的电源 电路，包括直流电压源；全桥逆变器，用于接收直流输入电压并 用于产生交流输出信号，所述全桥逆变器包括一对半桥；在所述每 个半桥的输出端的第 一谐波滤波器，所述第 一谐波滤波器用于滤除 交流信号中的预定的谐波分量，从而产生经过滤波的交流信号；以 及在第一谐波滤波器的组合的输出端的输出电路，所述输出电路用 于接收经过滤波的交流信号，并把所述经过滤波的交流信号馈送给 负载，其中所述输出电路包括第一和第二整流器，它们相对于输出 电路中的一点被这样连接，使得如果逆变器试图驱动所述的一点到 超过预定的第一和第二电压之一的电压，则第一和第二整流器中的 相应的一个导通，从而使电压和电流中的至少一个返回直流电压源。优选的是，该电源电路还包括在第 一 谐波滤波器的组合的输出端 的第二谐波滤波器，所述第二谐波滤波器用于除去经过滤波的交流 信号中的谐波分量，从而产生输出信号。优选的是，该电源电路还包括在第二谐波滤波器的输出端的隔直电容器，用于除去第二谐波滤波器的输出中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于向负载提供交流功率的电源电路，包括：　直流电压源；　半桥逆变器，用于接收直流输入电压并用于产生交流输出信号，所述半桥逆变器包括至少一个具有反并联二极管的开关；　在所述逆变器的输出端的第一谐波滤波器，所述第一谐波滤波 器用于滤除交流信号中的预定的谐波分量，从而产生经过滤波的交流信号；以及　在第一谐波滤波器的输出端的输出电路，用于接收经过滤波的交流信号，并把所述经过滤波的交流信号馈送给负载，其中所述输出电路包括第一和第二整流器，它们连接在一起以形成输 出电路中的一点，使得如果逆变器试图驱动所述点到超过预定的第一和第二电压之一的电压，则第一和第二整流器中的相应的一个导通，从而使分别超过直流输入电压的电压或超过来自直流电压源的输入电流的电流中的至少一个返回直流电压源，　其中，在电压和电 流中的至少一个返回到直流电压源时反并联二极管导通。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：保罗G本内特，
申请(专利权)人：ENI技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]