電源以及控制電源的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電源的領(lǐng)域。特別是，本發(fā)明涉及隔離式諧振電源。此外，本發(fā)明涉及 用于為電機(jī)供電的逆變器。該逆變器包括由電隔離壁皇隔開的高壓部和低壓部，以及根據(jù) 本發(fā)明的用于通過該隔離壁皇傳送能量的電源。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了通過電隔離壁皇為電負(fù)載供電，公知的是采用包括變壓器的隔離式電源。該 變壓器包括初級(jí)和次級(jí)，初級(jí)的端子連接有電壓源，次級(jí)連接到電負(fù)載上。在這種公知的電 源中，連接到次級(jí)的端子的輸出電容器的目的是存儲(chǔ)電能并且因此具有非常大的值，通常 大于一微法拉。
[0003] 特別地，公知隔離式諧振電源是采用電容器和電感器之間的諧振，來(lái)進(jìn)行屬于電 源的開關(guān)的零電壓切換或者ZVS。由劉等人于1995年10月在"IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems" 第 31 卷第 4 期，第 1301 頁(yè)公開的文獻(xiàn)"A novel resonant converter topo logy for DC-to-DC power supply" 公開了諧振電源的一個(gè)例 子。諧振電源的一個(gè)問題是它們的輸出電壓可取決于由該電源供電的電負(fù)載的阻抗。
[0004] 因此本發(fā)明的目的在于得到一種隔離式諧振電源，其中輸出電壓獨(dú)立于電源輸出 端處的負(fù)載的阻抗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為此，提供一種電源，包括：
[0006] -變壓器，包括旨在連接到電壓源并且具有漏感的初級(jí)，該變壓器旨在被磁化電流 橫向穿過；
[0007] -磁化電流調(diào)節(jié)電路，旨在以下兩種狀態(tài)之間切換：
[0008] .磁化狀態(tài)，在該磁化狀態(tài)下，調(diào)節(jié)電路旨在允許磁化電流增加，以及
[0009] .去磁化狀態(tài)，在該去磁化狀態(tài)下，調(diào)節(jié)電路旨在減小磁化電流，
[0010] -用于控制調(diào)節(jié)電路的設(shè)備，其旨在將調(diào)節(jié)電路交替地從磁化狀態(tài)切換到去磁化 狀態(tài)，用于逐個(gè)地輪流進(jìn)行磁化階段和去磁化階段，該控制設(shè)備旨在延長(zhǎng)磁化階段的磁化 時(shí)間，
[0011] -輸出電容器，連接至變壓器的次級(jí)，以便與該漏感形成諧振電路，輸出電容的端 子之間的電壓對(duì)應(yīng)于電源的輸出電壓，
[0012] 其特征在于，磁化時(shí)間以及輸出電容器的值使得，在磁化階段的稱作諧振部的一 個(gè)部分上，輸出電壓描繪為正弦波部分，并且，從正弦波的中間值以下的初始值開始，穿過 所述中間值。
[0013] 特別地，輸出電壓的初始值是在諧振階段開始時(shí)輸出電壓的值，其可對(duì)應(yīng)于磁化 階段的開始。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的電源特別地旨在供給恒定電壓。該恒定電壓更尤其對(duì)應(yīng)于輸出電壓 的平均值。輸出電壓的該平均值可與由諧振階段輸出電壓跟隨的正弦波的中間值不同。
[0015] 在磁化階段的至少一個(gè)部分中，諧振電源具有輸出電壓，該輸出電壓包括由磁化 階段的該部分中的輸出電壓跟隨的正弦波的下部峰值。
[0016] 當(dāng)諧振電源輸出的負(fù)載阻抗增加時(shí)，正弦波的下部峰值向更低的值漂移。在現(xiàn)有 的諧振電源中，磁化狀態(tài)在輸出電壓達(dá)到正弦波的中間值之前停止。在根據(jù)本發(fā)明的電源 中，磁化狀態(tài)至少在輸出電壓已經(jīng)達(dá)到正弦波的中間值之后停止。因此，正弦波的下部峰值 向更低值的漂移至少部分地被正弦波的上部峰值向更高值的對(duì)應(yīng)漂移所補(bǔ)償。
[0017] 類似地，當(dāng)諧振電源輸出的負(fù)載阻抗減小時(shí)，正弦波的下部峰值向更高值的漂移 至少部分地被該正弦波的上部峰值向更低值的對(duì)應(yīng)漂移所補(bǔ)償。
[0018] 因此，與現(xiàn)有的諧振電源相比，減小了輸出負(fù)載阻抗對(duì)輸出電壓的影響。
[0019] 可選地，該諧振部在整個(gè)磁化階段上延伸。
[0020] 同樣可選地，磁化時(shí)間和輸出電容器的值使得，在諧振部上，輸出電壓經(jīng)過正弦波 的上部峰值。
[0021] 因此，當(dāng)諧振電源輸出的負(fù)載阻抗增加時(shí)，正弦波的下部峰值向更低值的漂移幾 乎完全，或者正好完全被該正弦波的上部峰值向更高值的相應(yīng)漂移所補(bǔ)償。
[0022] 類似地，當(dāng)諧振電源輸出的負(fù)載阻抗減小時(shí)，正弦波的下部峰值向較高值的漂移 幾乎完全，或者正好完全被正弦波的上部峰值向更低值的相應(yīng)漂移所補(bǔ)償。
[0023] 與現(xiàn)有的諧振電源相比，輸出負(fù)載阻抗對(duì)輸出電壓的影響因此大大變低，或者甚 至為零。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的電源特別地旨在供給恒定電壓。該恒定電壓更特別地對(duì)應(yīng)于輸出電 壓的平均值。輸出電壓的該平均值可對(duì)應(yīng)于由諧振階段上的輸出電壓所跟隨的正弦波的中 間值。
[0025] 同樣可選地，磁化時(shí)間和輸出電容器的值使得，在經(jīng)過正弦波的上部峰值之后，輸 出電壓在諧振部的剩余部分期間減小，直到不超過該正弦波的中間值，并且優(yōu)選地減小不 超過正弦波上部峰值和中間值之間的差的50%的量，更優(yōu)選地減小不超過正弦波上部峰值 和中間值之間的差的25%的量。
[0026] 同樣可選地，磁化時(shí)間是正弦波周期的25%到75%。
[0027] 可選地，在諧振部期間輸出電壓的變化描繪出正弦波部分，該正弦波部分具有的 周期依賴于輸出電容器值，輸出電容器的值使得所述周期為〇. 1到2微秒。

[0028] 同樣可選地，磁化時(shí)間在·· 和 之間，其中L f為變壓器的漏感的 值，Cs是輸出電容器的值。
[0029] 同樣可選地，輸出電容器的值為0. 5到200納法，例如，50納法。
[0030] 同樣可選地，該變壓器次級(jí)包括高壓端和低壓端，高壓端旨在呈現(xiàn)高電位并且次 級(jí)電流旨在通過該高壓端輸出，低壓端旨在呈現(xiàn)相對(duì)于高壓端的高電位低的電位。
[0031] 同樣可選地，該電源還包括：
[0032] -二極管，旨在防止次級(jí)電流經(jīng)由其高壓端流到變壓器次級(jí)。
[0033] 特別地，該二極管的陽(yáng)極連接到變壓器次級(jí)的高壓端。
[0034] 同樣可選地，磁化時(shí)間使得，在磁化狀態(tài)結(jié)束時(shí)，次級(jí)電流為零或者不超過其峰值 的5%。
[0035] 同樣可選地，該調(diào)節(jié)電路包括：
[0036] -開關(guān)，其閉合狀態(tài)對(duì)應(yīng)于調(diào)節(jié)電路的磁化狀態(tài)和去磁化狀態(tài)中的一個(gè)，其斷開狀 態(tài)對(duì)應(yīng)于調(diào)節(jié)電路的磁化狀態(tài)和去磁化狀態(tài)中的另一個(gè)，以及
[0037] _去磁化電容器，其旨在引起在去磁化階段期間磁化電流的振蕩，在去磁化階段的 過程中，調(diào)節(jié)電路處于去磁化狀態(tài)。
[0038] 同樣可選地，去磁化電容器與開關(guān)并聯(lián)。
[0039] 同樣可選地，去磁化電容器連接在變壓器初級(jí)的端子之間。
[0040] 同樣可選地，去磁化電容器與二極管并聯(lián)。
[0041] 同樣可選地，去磁化電容器還旨在引起去磁化階段期間在開關(guān)端子處的電壓的振 蕩，并且所述控制設(shè)備旨在延長(zhǎng)去磁化階段的去磁化時(shí)間，使得，在去磁化時(shí)間結(jié)束時(shí)，當(dāng) 開關(guān)閉合用于從去磁化狀態(tài)進(jìn)行到磁化狀態(tài)時(shí)，開關(guān)端子處的電壓為零或者不超過其峰值 的5%。
[0042] 同樣可選地，電源還包括用于測(cè)量輸出電壓的峰值-峰值的設(shè)備。
[0043] 同樣可選地，該測(cè)量設(shè)備還旨在從該輸出電壓的峰值-峰值估算由連接到變壓器 次級(jí)高壓端的輸出電容器端子提供的輸出電流。
[0044] 本發(fā)明還涉及一種電壓變換器，包括：
[0045] -電路，具有第一部分和第二部分，第一部分鏈接到第一電接地端，第二部分鏈接 到第二電接地端，所述第一部分和第二部分由電隔離分開，
[0046] -根據(jù)本發(fā)明的電源，旨在通過所述電隔離向位于這些部分的一個(gè)部分中的電負(fù) 載提供源自另一部分的能量。
[0047] 特別地，該變換器是用于給電機(jī)供電的DC-AC變換器。該變換器也可是DC-DC變 換器。
[0048] 還提供一種用于控制電源的方法，所述電源包括：
[0049] -變壓器，該變壓器包括旨在連接到電壓源并具有漏感的初級(jí)，該變壓器旨在被磁 化電流橫向穿過，
[0050] -磁化電流調(diào)節(jié)電路，其旨在在以下兩種狀態(tài)之間切換：
[0051] .磁化狀態(tài)，在該磁化狀態(tài)下，調(diào)節(jié)電路旨在允許磁化電流增加，以及
[0052] .去磁化狀態(tài)，在該去磁化狀態(tài)下，調(diào)節(jié)電路旨在減小磁化電流，
[0053] -輸出電容器，連接至變壓器的次級(jí)，以便與該漏感形成諧振電路，輸出電容器的 端子之間具有輸出電壓，
[0054] 該方法包括：
[0055] -將調(diào)節(jié)電路交替地從磁化狀態(tài)切換到去磁化狀態(tài)，用于逐個(gè)地輪流進(jìn)行磁化階 段和去磁化階段，該磁化階段持續(xù)一段磁化時(shí)間，該磁化時(shí)間是輸出電容器的值的函數(shù)，以 使得，在磁化階段的稱作諧振部的一個(gè)部分上，輸出電壓描繪出正弦波部分，并且，從正弦 波的中間值以下的初始值開始，穿過所述中間值。
【附圖說(shuō)明】
[0056] 現(xiàn)在參考以下附圖，通過例子來(lái)僅僅描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0057] 圖1代表包括根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電源的電路；
[0058] 圖2到4代表圖1中的電路在各種操作狀態(tài)下的等效電路圖；
[0059] 圖5是通過圖1的電源所執(zhí)行的方法框圖；
[0060] 圖6包括圖1中的電路的三個(gè)電量，尤其是圖1中電路的輸出電壓Vs的時(shí)序圖；
[0061] 圖7是圖6中輸出電壓％的放大時(shí)序圖；
[0062] 圖8是本發(fā)明另一實(shí)施例中輸出電壓Vs的時(shí)序圖；
[0063] 圖9到12代表根據(jù)本發(fā)明各實(shí)施例的當(dāng)其處于諧振時(shí)輸出電壓Vs跟隨的振蕩曲 線，使其中振蕩可能停止的地方的曲線部分高亮度；
[0064] 圖13和14代表了包括根據(jù)本發(fā)明其他實(shí)施例的電源的電路。
【具體實(shí)施方式】
[0065] 參考圖1，現(xiàn)在將描述實(shí)施本發(fā)明的電路100。
[0066] 電路100包括電源102和旨在由電源102供電的負(fù)載Z。
[0067] 電源102首先包括電壓源104,該電壓源旨在在其正端子⑴和其負(fù)端子㈠ 之間 呈現(xiàn)出電源電壓E，并且經(jīng)由其正端子（+)提供電源電流iE。在所述的實(shí)施例中，電源電壓 E是連續(xù)不斷的并且是恒定的。
[0068] 電源102還包括變壓器106,在所述的實(shí)施例中，變壓器106旨在對(duì)電源電壓E進(jìn) 行分壓（divide)。<