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改進(jìn)的電壓調(diào)節(jié)裝置的制作方法

文檔序號(hào):11780173閱讀:319來源:國知局
改進(jìn)的電壓調(diào)節(jié)裝置的制作方法
改進(jìn)的電壓調(diào)節(jié)裝置發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)直流或交流電源的輸出電壓的裝置。本發(fā)明尤其涉及包括交流功率控制的應(yīng)用。本發(fā)明對于例如需要控制交流電動(dòng)機(jī)的交流功率控制應(yīng)用是可有效采用的。發(fā)明背景電源調(diào)節(jié)器——尤其是在開關(guān)模式電源中——使它們的輸出通過開關(guān)、具有繞組的電感器以及儲(chǔ)存電容器來調(diào)節(jié)。開關(guān)允許電流通過電感器傳送到儲(chǔ)存電容器。通常與在開關(guān)模式電源中的切換一致地重復(fù)操作開關(guān)。開關(guān)在反映儲(chǔ)存電容器電壓所經(jīng)歷的與目標(biāo)電壓的偏差的一部分時(shí)間內(nèi)被控制為“接通”或“斷開”。從儲(chǔ)存電容器引出的電流越多,開關(guān)閉合的該部分時(shí)間越大。當(dāng)沒有電流被引出時(shí),在周期時(shí)間的幾乎整個(gè)部分內(nèi)開關(guān)都是斷開的。目標(biāo)電壓關(guān)于直流電源可以是固定的,或可以被改變,反映交流電源情況的瞬時(shí)交流目標(biāo)電壓。這樣的簡單布置存在有幾個(gè)問題。為了維持小的紋波電壓,由于磁場的消失供應(yīng)到儲(chǔ)存電容器的電流必須從不停止流動(dòng)。這被稱為連續(xù)操作。在高電流需求的情況下,如果開關(guān)操作頻率太低,則電感器的磁場可以成為放電的,而儲(chǔ)存電容器電壓可以顯示不可接受地大的紋波分量。即使使用連續(xù)操作,在儲(chǔ)存電容器上的紋波也可能是不合意地大的。本發(fā)明進(jìn)一步試圖通過提供可操作來將紋波降低到最低水平并理想地將紋波降低到實(shí)際上零的裝置來解決這個(gè)問題。第二個(gè)問題是,從電源引出到開關(guān)電路的功率也可具有由如在圖3A中的一些開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)加重的大的紋波電流,在每個(gè)操作周期的相當(dāng)大部分內(nèi)不需要電流流進(jìn)輸入內(nèi)。這意味著對開關(guān)電路本身的供電可能需要額外的過濾和存儲(chǔ)組件來使這些電流變化平緩。本發(fā)明試圖提供解決上述問題的裝置,特別是通過延長電流傳送到儲(chǔ)存電容器的時(shí)間?,F(xiàn)有技術(shù)美國專利US4546304(Braun)描述了在整個(gè)頻率范圍內(nèi)使用波動(dòng)輸入電壓可操作的恒定電壓/恒定電流輸出電路。美國專利申請US2001/0017536(Darzy)公開了包括利用閾值檢測的控制布置的電壓轉(zhuǎn)換器電路,所述閾值檢測感測電壓是否高于或低于特定的閾值。每個(gè)電流模式理想地由同一個(gè)控制器控制。美國專利US6704211(Intel公司)描述了包括至少一個(gè)電容器和雙線圈電感器的直流到直流轉(zhuǎn)換器,其用于為設(shè)備例如個(gè)人計(jì)算機(jī)提供不同的電壓和電流,所述設(shè)備的電流和電壓要求在很寬的范圍內(nèi)變化。雖然上述的系統(tǒng)公開了電壓調(diào)節(jié)器的不同例子,但是沒有一個(gè)解決提供適于增加電流傳送到存儲(chǔ)設(shè)備的時(shí)間間隔的電壓調(diào)節(jié)裝置的特定的問題。發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面,提供了具有輸入軌和公共軌的電壓調(diào)節(jié)器;第一電感器接收輸入電壓,并將修改后的輸出信號(hào)輸出到電流通過電容器和具有第一端子和第二端子的第二電感器,第二電感器的第一端子與電流通過電容器和二極管共享公共連接,該二極管的輸出端具有與開關(guān)和儲(chǔ)存電容器的第一端子的公共連接,儲(chǔ)存電容器的第二端子連接到公共軌,由此在使用中,當(dāng)開關(guān)閉合(一段時(shí)間T1)時(shí),電流從第一電感器和第二電感器經(jīng)由電流通過電容器流到儲(chǔ)存電容器;而當(dāng)開關(guān)斷開(一段時(shí)間T2)時(shí),電流從所述第一電感器經(jīng)由電流通過電容器并經(jīng)由二極管流到儲(chǔ)存電容器,并從第二電感器經(jīng)由二極管流動(dòng);開關(guān)由開關(guān)控制裝置控制,該開關(guān)控制裝置可操作來調(diào)節(jié)開關(guān),以便提供在儲(chǔ)存電容器的輸出端子之間的輸出電壓。因此,可以認(rèn)識(shí)到,對于直流(DC)輸入電壓(V),輸出電壓的幅度依賴于乘積(T1/T2)×V。第三電感器可與輸入軌串聯(lián)連接,以便降低輸入信號(hào)上的電流紋波。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中,所述第一和第二電感器共用公共磁芯。有利地,第一和第二電感器具有相同的繞組數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的第二方面,提供了可操作地來調(diào)節(jié)未調(diào)節(jié)電源以獲得選定的電壓的電壓調(diào)節(jié)裝置,該未調(diào)節(jié)電源包括第一和第二未調(diào)節(jié)軌,其中開關(guān)可操作來在被接通時(shí)將來自第一未調(diào)節(jié)軌的電流提供到儲(chǔ)存電容器,并且開關(guān)控制裝置可操作來重復(fù)地使開關(guān)根據(jù)與經(jīng)調(diào)節(jié)電源的選定電壓的偏差而在一部分時(shí)間內(nèi)接通;雙電感器,其具有在公共磁芯上的第一和第二繞組,每個(gè)繞組具有第一和第二端部,當(dāng)在公共磁芯中的磁通量改變時(shí),第一端部都產(chǎn)生相對于第二端部的相同極性的電壓;其中雙電感器的第一繞組的第一端部串聯(lián)連接到未調(diào)節(jié)電源,并且雙電感器的第一繞組的第二端部串聯(lián)連接到開關(guān),以通過電流通過電容器和二極管將電流傳送到儲(chǔ)存電容器的第一端部,儲(chǔ)存電容器的第二端部與第二未調(diào)節(jié)軌連接;雙電感器的第二繞組的第一端部連接到第二未調(diào)節(jié)軌,并且第二繞組的第二端部連接到二極管;使得在使用中,當(dāng)開關(guān)閉合時(shí),第一繞組將電流傳送到儲(chǔ)存電容器;而當(dāng)開關(guān)斷開時(shí),在公共磁芯中的磁場的消失使第二繞組經(jīng)由二極管將電流傳送到儲(chǔ)存電容器,并且使第一繞組通過電流通過電容器和二極管將電流傳送到儲(chǔ)存電容器。優(yōu)選地,本發(fā)明進(jìn)一步提供了可以包括與第一繞組、第二繞組或與兩者串聯(lián)連接的一個(gè)或多個(gè)輔助電感器的裝置,一個(gè)或多個(gè)輔助電感器的總電感值是第一或第二繞組中的任一個(gè)的電感的一部分。本發(fā)明還提供了一種裝置,其中開關(guān)可以通過開關(guān)信號(hào)來控制,其中所述開關(guān)可以是晶體管開關(guān),并且其中所述開關(guān)信號(hào)可以是恢復(fù)到晶體管開關(guān)的發(fā)射極的電壓的電壓。本發(fā)明還進(jìn)一步提供了一種裝置,其中該裝置可以包括在公共磁芯上的第三繞組,所述第三繞組具有與第一繞組和第二繞組相同的匝數(shù),并且其中所述第三繞組可設(shè)置成允許晶體管開關(guān)使其發(fā)射極連接到不在第一或第二電感器中的任一個(gè)的電壓擺動(dòng)端處的點(diǎn)。本發(fā)明仍然進(jìn)一步提供了可包括平衡晶體管開關(guān)和平衡二極管的裝置,平衡晶體管開關(guān)交替和相反地順序“接通”和“斷開”,以便實(shí)現(xiàn)同步整流。在這個(gè)意義上,平衡二極管和晶體管作用于交流信號(hào),以便使電流在正確的方向上流動(dòng),以便處理交流的極性,同時(shí)在直流模式中處理同步整流的效率。本發(fā)明更進(jìn)一步提供了一種裝置,其中第一開關(guān)組可包括第一對晶體管開關(guān)和第一對二極管,而第二開關(guān)組可包括第二對晶體管開關(guān)和第二對二極管,所述第一和第二開關(guān)組交替地和相反地操作。本發(fā)明又進(jìn)一步提供了使用開關(guān)設(shè)備和組件的開關(guān)功能,所述開關(guān)設(shè)備和組件具有不高于電壓調(diào)節(jié)裝置的輸入電壓的電壓額定值,或在提供高于輸入電壓的輸出電壓的拓?fù)涞那闆r下,具有到輸出電壓的電壓額定值。作為例子通過結(jié)合附圖閱讀的下面描述來進(jìn)一步解釋本發(fā)明,在附圖中:附圖的簡要說明圖1是示出本發(fā)明是可適用的環(huán)境的示意性框圖;圖2示出了以其他方式在圖1中示出的調(diào)節(jié)模塊的示意性框圖;圖3A是示出了調(diào)節(jié)器開關(guān)模塊的第一種現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的電路圖;圖3B是根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)例子的電路圖;圖4A是本發(fā)明提供改進(jìn)的第二種現(xiàn)有技術(shù)電路的電路圖;圖4B是示出了在圖4A中的現(xiàn)有技術(shù)電路上改進(jìn)的本發(fā)明的第二個(gè)例子的電路圖;圖4C是示出在圖4B所示的例子上的改進(jìn)的電路圖;圖5A是本發(fā)明試圖提供改進(jìn)的另一種現(xiàn)有技術(shù)電路的電路圖;圖5B是示出在圖5A的現(xiàn)有技術(shù)例子上改進(jìn)的本發(fā)明的例子的電路圖;圖5C是示出在圖5B所示的例子上的進(jìn)一步改進(jìn)的電路圖;圖6是示出開關(guān)信號(hào)一般在電壓電平方面可如何變換以切換通用開關(guān)晶體管的電路圖。圖7A和圖7B示出用于控制和調(diào)節(jié)交流電壓的現(xiàn)有技術(shù)交流配置;圖7C、圖7D和圖7E示出了采用本發(fā)明的對用于基于交流電源的直接切換的平衡二極管和平衡開關(guān)——在本例中是圖5B中的電路——的可能的可選連接配置。優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述首先注意圖1。圖1示出了向開關(guān)模式電源12供電的交流電源10,開關(guān)模式電源12包括整流器和未調(diào)節(jié)電源模塊14,未調(diào)節(jié)電源模塊14輸出第一未調(diào)節(jié)軌16和第二未調(diào)節(jié)軌18。整流器和未調(diào)節(jié)軌18向調(diào)節(jié)模塊20提供輸入。調(diào)節(jié)模塊20提供第一調(diào)節(jié)軌22和第二調(diào)節(jié)軌24,第一調(diào)節(jié)軌22和第二調(diào)節(jié)軌24提供待施加到外部負(fù)載26的選定的固定直流電壓。接下來注意圖2。圖2示出了以其他方式在圖1中示出的調(diào)節(jié)模塊20的示意性框圖。調(diào)節(jié)傳感器和信號(hào)發(fā)生器28接收未調(diào)節(jié)軌16、18,并將它們與脈寬調(diào)制數(shù)字開關(guān)信號(hào)32一起傳遞到調(diào)節(jié)器開關(guān)模塊30。感測線路34將調(diào)節(jié)軌22、24上的電壓作為反饋信號(hào)提供到傳感器和信號(hào)發(fā)生器28,信號(hào)發(fā)生器28產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)32,如果調(diào)節(jié)軌22、24處的電壓小于預(yù)定的可選擇的目標(biāo)電壓,則開關(guān)信號(hào)32的持續(xù)時(shí)間較短,而如果調(diào)節(jié)軌22、24處的電壓超過預(yù)定的目標(biāo)電壓,則開關(guān)信號(hào)32的持續(xù)時(shí)間較長,從而操作來使調(diào)節(jié)軌22、24處的電壓達(dá)到選定的目標(biāo)電壓。本發(fā)明本身涉及調(diào)節(jié)器開關(guān)模塊30的改進(jìn)配置,從而提供了在先前解決方案上的技術(shù)改進(jìn)。接下來注意圖3A,電路圖示出了調(diào)節(jié)器開關(guān)模塊30的第一種現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。第一未調(diào)節(jié)軌16設(shè)置成與開關(guān)36串聯(lián),并且第二未調(diào)節(jié)軌18設(shè)置在調(diào)節(jié)器開關(guān)模塊30的18、24的總地線處。開關(guān)36可以是任何可開關(guān)的設(shè)備,包括但不限于:結(jié)型晶體管;場效應(yīng)晶體管,包括MOSFET和IGBT,以及包括三端雙向可控硅元件的硅控制器整流器。開關(guān)36的目的是響應(yīng)于來自調(diào)節(jié)傳感器和信號(hào)發(fā)生器28的開關(guān)信號(hào)32來提供可控的“接通”狀態(tài)和可控的“斷開”狀態(tài)。開關(guān)36也必須能夠承載足夠的電流以在可忽略不計(jì)的電壓降處將輸出功率從第一調(diào)節(jié)線路22和第二調(diào)節(jié)線路24提供到負(fù)載26(圖1中所示)。應(yīng)當(dāng)理解,在下文中開關(guān)被描述為晶體管開關(guān)的場合,實(shí)際的項(xiàng)目可以是上面列出的項(xiàng)目中的任何一個(gè)或任何組合。在圖3A中的描述以及接下來對除了圖7A-7E以外的所有附圖的描述中,第一未調(diào)節(jié)線路16和第二未調(diào)節(jié)線路18可以來源于任何類型的粗糙電壓模塊,所述粗糙電壓模塊可以是但不限于下列項(xiàng)中的任何一個(gè)或多個(gè):交流干線整流電源、交流干線整流和部分完全平整的電源、開關(guān)模式電源、整流射頻電源以及電池電源。第一未調(diào)節(jié)線路16向開關(guān)36的第一側(cè)提供輸入,并且開關(guān)36首先向二極管38的陰極提供輸出,二極管38的陽極連接到第二未調(diào)節(jié)線路18,并其次連接到電感器40的第一端部。在這個(gè)和所有以下的描述中,二極管38的傳導(dǎo)方向針對第一未調(diào)節(jié)線路16具有比第二未調(diào)節(jié)線路18更正的電壓的條件。假如第二未調(diào)節(jié)線路18比第一未調(diào)節(jié)線路16具有更正的電壓,則二極管38的傳導(dǎo)方向和所有極性敏感二極管的傳導(dǎo)方向?qū)⒎崔D(zhuǎn),并且在這個(gè)例子中,它的陰極將連接到第二未調(diào)節(jié)線路18,而它的陽極連接到開關(guān)36的輸出側(cè)。電感器40的第二端部首先作為第一未調(diào)節(jié)軌22被連接,其次連接到儲(chǔ)存電容器42的第一端部,儲(chǔ)存電容器42的第二端部連接到第二未調(diào)節(jié)線路18,第二未調(diào)節(jié)線路18也作為第二調(diào)節(jié)線路24被提供。電感器40和儲(chǔ)存電容器42分別具有與開關(guān)36的切換速率一致的電感和電容。如果切換速率很高,小的電感器40和儲(chǔ)存電容器42在值上將是足夠的,電感器可以是空心的,或設(shè)置在鐵粉或鐵氧體磁芯上。隨著切換速率下降,所以電感器40和儲(chǔ)存電容器的值必須更大。當(dāng)在下文中解釋該操作時(shí),這將變得很清楚。未在圖3A中示出的負(fù)載26橫跨第一調(diào)節(jié)線路22和第二調(diào)節(jié)線路24是可連接的。在使用中,當(dāng)開關(guān)36“接通”時(shí),第一未調(diào)節(jié)線路16的正電壓使二極管38偏置而不傳導(dǎo),并且到負(fù)載26和儲(chǔ)存電容器42的電流通過電感器40被傳送。當(dāng)開關(guān)36處于“斷開”狀態(tài)時(shí),通過電感器40的電流繼續(xù)流動(dòng),使磁場電壓消失的電感器40的極性在二極管38的陰極處變?yōu)樨?fù)的,且電感器40繼續(xù)將電流提供到儲(chǔ)存電容器42并通過現(xiàn)在傳導(dǎo)的二極管38將電流提供到負(fù)載26。如果開關(guān)36的“斷開”時(shí)間是足夠長的,傳送到儲(chǔ)存電容器42的電流最終下降到零,而傳送到負(fù)載26的輸出電壓開始下降,引起輸出紋波。這被稱為非連續(xù)電流操作。然而,如果在電感器40完全使其磁場放電之前開關(guān)36再次“接通”,則到儲(chǔ)存電容器的電流供應(yīng)從不停止。這被稱為連續(xù)電流操作。如前面解釋的,調(diào)節(jié)傳感器和信號(hào)發(fā)生器28控制開關(guān)信號(hào)32的符號(hào)-間隔比,使得輸出電壓維持在目標(biāo)電壓處,而不論負(fù)載26汲取多少電流。如果負(fù)載26的電流很高,則開關(guān)36處于“接通”的時(shí)間的百分比相應(yīng)較高,而如果負(fù)載26的電流低,則開關(guān)處于“接通”的時(shí)間的百分比相應(yīng)較低。接下來注意圖3B,示出根據(jù)本發(fā)明的第一例子的電路圖。在圖3B中,來自圖3A中的相似項(xiàng)目等被給出相似的數(shù)字,且對它們的描述保持不變。在圖3B中所示的例子的一個(gè)特征是雙電感器,其包括第一繞組44、第二繞組46以及公共磁芯48。第一和第二繞組44、46每個(gè)具有相同的匝數(shù),并且在公共磁芯48上被纏繞為單獨(dú)的繞組或纏繞為雙線繞組。任選地,第二繞組46可以是較小的電流容量電線,因?yàn)椴恍枰?yīng)與第一繞組44一樣多的電流。在所示的例子中,存儲(chǔ)電容器42可以是任何合適的大值,例如,100微法。除了存儲(chǔ)電容器42外,本發(fā)明還提供了具有比儲(chǔ)存電容器42小得多的值例如小于10微法的電流通過電容器43。電流通過電容器43的目的和功能在以下的解釋中變得清楚。第一未調(diào)節(jié)軌16與輔助電感器50串聯(lián)連接,輔助電感器50連接到第一雙繞組44的第一端部。第一雙繞組44的第二端部連接到電流通過電容器43的第一端部和第一個(gè)例子的開關(guān)36A的第一側(cè)。電流通過電容器43的第二端連接到第二雙繞組46的第一端部,第二雙繞組46的另一端連接到第二未調(diào)節(jié)軌18,第二未調(diào)節(jié)軌18也是第二調(diào)節(jié)軌24。電流通過電容器43的第二端部也連接到第一例子的二極管38A的陽極,二極管38A的陰極連接到第一例子的開關(guān)36A的第二側(cè),并連接到第一儲(chǔ)存電容器42的第一端部。第一儲(chǔ)存電容器42的第二端部連接到所述第二未調(diào)節(jié)軌18。輔助電感器50處于與在第一未調(diào)節(jié)軌16與雙繞組44的第一端部之間的未調(diào)節(jié)軌16串聯(lián)中。輔助電感器50的值是雙繞組44、46中的任一個(gè)的電感值的一小部分,優(yōu)選地是它們的值的十分之一。輔助電感器50具有從所述第一未調(diào)節(jié)軌16和從第一調(diào)節(jié)軌22進(jìn)一步消除紋波的效應(yīng)。輔助電感50也可以部分或全部由具有少量自感的主繞組44、46實(shí)現(xiàn)。通過從第一未調(diào)節(jié)軌16消除紋波所給予的優(yōu)勢涉及在圖2中所示的調(diào)節(jié)傳感器和信號(hào)發(fā)生器28上的任何紋波的效應(yīng)的電壓感測元件。第一未調(diào)節(jié)軌16上的任何紋波可影響電壓差的讀數(shù),這又改變了開關(guān)信號(hào)32的符號(hào)-間隔比。這可能會(huì)導(dǎo)致不想要的反饋效應(yīng)。輔助電感器50可以是單個(gè)電感器,或可以是設(shè)置成與第一繞組44和第二繞組46的任一端部串聯(lián)的兩個(gè)或多個(gè)較小的電感器。多個(gè)輔助線圈的電感的總和是總電感,總電感將用于單個(gè)輔助電感器50。單個(gè)電感器50可以放置在第一繞組44和第二繞組46的任一端部處,且優(yōu)勢可以從線圈在繞組中的放置得到,較低的電流水平取決于電壓調(diào)節(jié)裝置的確切使用。在第一例子的開關(guān)36A閉合的情況下,由負(fù)載26(未示出)所汲取并進(jìn)入儲(chǔ)存電容器42的電流由第一雙繞組44和輔助電感器50傳導(dǎo)。在第一調(diào)節(jié)軌22上的電壓(也是儲(chǔ)存電容器42的第一端上的電壓)等于來自第一例子的開關(guān)36A的輸出電壓。參照圖3B,示出四個(gè)電流Ia、Ib、Ic和Id。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)例子的開關(guān)36A閉合時(shí),在操作中,電流通過電容器43承載來自第一個(gè)例子的開關(guān)36A閉合的以前場合的電荷,如將要解釋的。進(jìn)入儲(chǔ)存電容器42和進(jìn)入負(fù)載26(未示出)的電流是Ia和Ib的總和。如果電流進(jìn)入儲(chǔ)存電容器和負(fù)載,總電流由It表示,則:It=Ia+Ib(開關(guān)36A閉合)當(dāng)斷開開關(guān)36A時(shí),公共磁芯48中的磁場消失,使雙電感器第一繞組44的第二端部高度負(fù)地?cái)[動(dòng),所嘗試的電壓擺動(dòng)由電流通過電容器43吸收,并通過所述第一例子的二極管38A發(fā)送作為來自雙電感器第一繞組44的電流,以便為總輸出電流It做貢獻(xiàn)。在同一時(shí)間,在公共磁芯48的磁場中的消失使第二雙繞組46的第二端部也成為高度正的,通過第一例子的二極管38A發(fā)送的來自第二雙繞組46的電流也為總電流It做貢獻(xiàn)。It=Ic+Id(開關(guān)36A斷開)第一未調(diào)節(jié)軌16的電流是Ia(開關(guān)36A閉合)和Ic(開關(guān)36A斷開)。供應(yīng)到第一未調(diào)節(jié)軌16的平均功率與作為第一調(diào)節(jié)軌22處的輸出提供的功率相同(允許輕微損失)。輔助電感器50具有進(jìn)一步消除在沒有輔助電感器50的情況下在第一調(diào)節(jié)軌22和第一未調(diào)節(jié)軌16處發(fā)現(xiàn)的任何殘余調(diào)節(jié)器紋波的有益技術(shù)改進(jìn)。接下來注意圖4A,示出本發(fā)明提供改進(jìn)的第二種現(xiàn)有技術(shù)電路的電路圖。類似地表示來自圖3A中的相似項(xiàng)目,而不給出進(jìn)一步的解釋。在圖4A中,開關(guān)36B不是如在圖3A中與電感器40串聯(lián),而是耦合在電感器的第二端部和第二未調(diào)節(jié)軌18之間。二極管38不是如在圖3A中耦合到電感器40的第一端部和第二未調(diào)節(jié)軌18,而是與儲(chǔ)存電容器42串聯(lián)耦合。接下來注意圖4B,電路圖示出了在圖4A中的現(xiàn)有技術(shù)電路上改進(jìn)的本發(fā)明的第二例子。在圖4B中,類似地表示來自圖3A中的相似項(xiàng)目,且相似的數(shù)字表示相似的項(xiàng)目。第二例子的開關(guān)36B作為例子被顯示為開關(guān)晶體管。在圖4B中示出了第五至第八電流Ig和Ih。操作與圖3B的第一例子的操作一樣,除了調(diào)節(jié)電路處于(關(guān)于電壓)第一未調(diào)節(jié)軌之上以外。這對圖3B的第一例子有允許電壓大于第一未調(diào)節(jié)軌16上的電壓的效應(yīng)。注意,由于二極管38的傳導(dǎo)方向,輸出電壓不能低于輸入電壓。第一未調(diào)節(jié)軌16(Irail)上的電流由下式給出:Irail=Ie+If(開關(guān)36B閉合)Irail=Ih+Ig(開關(guān)36B斷開)優(yōu)選地在第一調(diào)節(jié)線路22和第二調(diào)節(jié)線路24之間添加總平滑電容器52,和/或在第一未調(diào)節(jié)軌16和第二未調(diào)節(jié)軌18之間安裝第二平滑電容器54(以虛線輪廓示出)。接下來注意圖4C,示出了在圖4B的例子上的改進(jìn)。在圖4C中,類似地表示來自圖4B中的相似項(xiàng)目。在圖4C中,經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出設(shè)置在第二未調(diào)節(jié)軌下方?,F(xiàn)在開關(guān)信號(hào)32在第二未調(diào)節(jié)軌18與開關(guān)晶體管開關(guān)36C的基極之間操作,使開關(guān)的驅(qū)動(dòng)比任一前述例子明顯更加容易,其中發(fā)射極將位于繞組44的電位處。在另一種選擇(未示出)中,經(jīng)調(diào)節(jié)的電路可以設(shè)置在如圖4B中所示的第一未調(diào)節(jié)軌16頂上和如圖4C所示的第二未調(diào)節(jié)軌18的下方,允許最高為供應(yīng)給第一未調(diào)節(jié)軌16和第二未調(diào)節(jié)軌18的電壓的兩倍的調(diào)節(jié)提供。在另一種選擇(未示出)中,經(jīng)調(diào)節(jié)的電路可以設(shè)置為3B和4B的組合,以提供從零到高于輸入電壓的輸出電壓,同時(shí)仍然使用具有最小電壓和額定功率并具有與輸入相同的輸出極性的部分。接下來注意圖5A,示出本發(fā)明試圖提供改進(jìn)的另一種現(xiàn)有技術(shù)電路的電路圖。平衡開關(guān)36D、36E交替地接通和斷開,而平衡二極管38D、38E在開關(guān)周期的交替時(shí)段上傳導(dǎo)。每個(gè)平衡開關(guān)36D、36E的接通和斷開時(shí)期的占空比由圖2的調(diào)節(jié)傳感器和信號(hào)發(fā)生器28確定。在圖5A中,類似地表示來自前面的圖的相似項(xiàng)目。接下來注意圖5B,示出在圖5A的現(xiàn)有技術(shù)例子上改進(jìn)的本發(fā)明例子的電路圖。類似地表示來自圖5A中的相似項(xiàng)目,如同來自所有前面的附圖中的項(xiàng)目。圖5B中所示的例子利用關(guān)于圖3B、4B示出和描述的相同原理提供了具有對圖5A中所示的例子的改進(jìn)平滑的平衡操作。圖5B的例子存在問題。開關(guān)晶體管36E位于雙電感器第二繞組46的端部處存在的廣泛波動(dòng)的電壓頂上,使開關(guān)晶體管36E在由圖2中所示的開關(guān)信號(hào)32驅(qū)動(dòng)時(shí)非常難以被接通或斷開。雙繞組44、46提供具有非??斓淖兓实碾妷哼吘墸雇ㄟ^使用電容器阻擋快速的電壓邊緣以區(qū)分開開關(guān)信號(hào)32與快速的電壓邊緣變得很難。接著注意圖5C,示出在圖5B所示的例子上的進(jìn)一步改進(jìn)。在圖5C中,電感器第三繞組56設(shè)置在與第一繞組44和第二繞組46相同的公共磁芯48上,并具有與第一繞組44和第二繞組46相同的匝數(shù)。第三繞組56耦合在開關(guān)晶體管36E的集電極與第一調(diào)節(jié)軌22之間。開關(guān)晶體管36E的發(fā)射極連接到第二調(diào)節(jié)軌24。第三繞組56的極性與第二繞組46的極性是相同的。在圖5C的例子中的電路以與在圖5B的例子相同的方式操作,并具有以下改進(jìn):開關(guān)晶體管36E的發(fā)射極在第二未調(diào)節(jié)軌18的電位處,并且開關(guān)晶體管36D的發(fā)射極的電位在第一調(diào)節(jié)軌22的電位處,從而使這兩個(gè)開關(guān)晶體管36D、36E更容易由圖2中所示的開關(guān)信號(hào)32提供到它們的基極的信號(hào)驅(qū)動(dòng)。接下來注意圖6,電路圖示出開關(guān)信號(hào)32一般在電壓電平方面可如何變換以切換通用開關(guān)晶體管36F。通用開關(guān)晶體管36F可以是來自本發(fā)明的任何例子的任何開關(guān)晶體管36。開關(guān)信號(hào)32作為緩沖放大器58的輸入而被提供,并且緩沖放大器58例如由12伏軌供電。來自緩沖放大器58的輸出信號(hào)耦合到驅(qū)動(dòng)通用開關(guān)晶體管36F的基極61的開關(guān)信號(hào)耦合電容器60。通用開關(guān)晶體管36F的基極61通過并聯(lián)的負(fù)載電阻62和齊納二極管64耦合到公共局部地66,公共局部地66耦合到通用開關(guān)晶體管36F的發(fā)射極68。通過這種布置,開關(guān)信號(hào)32的直流電平恢復(fù)到公共局部地66的直流電平,并且通用開關(guān)晶體管36F接收到可接受的信號(hào)以與開關(guān)信號(hào)32一致地切換。在所示的例子中,通用開關(guān)晶體管36F的發(fā)射極68耦合到第一調(diào)節(jié)軌22和儲(chǔ)存電容器42。開關(guān)信號(hào)32提供寬度范圍從0%到100%的脈沖寬度改變的數(shù)字信號(hào)。對于25KHz的開關(guān)信號(hào)重復(fù)率,開關(guān)信號(hào)耦合電容器60可以具有60nF(納法)的值,并且負(fù)載電阻器具有5000歐姆的值。齊納二極管64可以具有與接通和斷開通用開關(guān)晶體管36F一致并與來自緩沖放大器58的電壓輸出類似的任何值。局部地66連接到采用圖6的布置的本發(fā)明的任何配置中的任何開關(guān)晶體管36F的發(fā)射極68。接下來注意圖7A、7B,其顯示使用的現(xiàn)有技術(shù)調(diào)節(jié)解決方案,其中供應(yīng)到未調(diào)節(jié)軌16、18的電壓是交流電壓,且注意圖7C、7D、7E,其示出用于交流電壓電平的直接控制的可能連接。圖7A和圖7B與圖3A相關(guān),示出用于直流電壓電平控制的相同的一般現(xiàn)有技術(shù)解決方案。圖7A和7B示出用于交流電壓的電壓控制的現(xiàn)有技術(shù)電路,本發(fā)明試圖對該電路提供改進(jìn)。第一未調(diào)節(jié)軌16和第二未調(diào)節(jié)軌18連接到交流電源70。平衡開關(guān)36D、36E和平衡二極管38D、38E的組合提供了允許電流在兩個(gè)方向上流動(dòng)的兩種可能的配置。在每個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的例子中,將組合布置在兩個(gè)開關(guān)組中,在每個(gè)例子中,這兩組交替和相反地被切換。接下來注意圖7C和圖7D,其示出在圖7A和7B的現(xiàn)有技術(shù)例子上改進(jìn)的本發(fā)明的例子。圖7C和圖7D示出一種裝置,其中,第一開關(guān)組可包括第一對晶體管開關(guān)和第一對二極管,并且第二開關(guān)組可以包括第二對晶體管開關(guān)和第二對二極管、以及電容器43,所述第一和第二開關(guān)組當(dāng)在繞組44和46的電磁網(wǎng)絡(luò)內(nèi)時(shí)交替和相反地操作。由于開關(guān)對例如36D、36E、38D和38E的性質(zhì),電流可以在所有4個(gè)象限內(nèi)流入和流出輸入和輸出。在繞組之一中加入線圈50最小化了輸入和輸出電流紋波。在本例中,連接配置針對基于圖5B的電路的平衡二極管38D、38E和平衡開關(guān)36D、36E。在圖5B中的相似項(xiàng)目在圖7A、7B、7C、7D和7E中被給出相同的標(biāo)號(hào)。圖7E的配置可通過應(yīng)用圖6的電路來操作。在圖7C中,四個(gè)平衡開關(guān)36D、36E與它們各自的四個(gè)平衡二極管38D、38E設(shè)置在兩個(gè)橋接電路中,平衡開關(guān)的橋的中心短路以通過它們各自的平衡二極管38D、38E傳導(dǎo)電流。在圖7D中,在電路的組合對的每個(gè)部分中的兩組平衡開關(guān)設(shè)置成與它們各自的平衡二極管38D、38E串聯(lián)。接下注意圖7E,示出本發(fā)明的一個(gè)例子,該例子提供了通過使用在公共磁芯48上的第三繞組56所帶來的在圖7D的實(shí)例中的晶體管36E的更好的可達(dá)性??梢哉J(rèn)識(shí)到,可以對所描述的實(shí)施方式做出改變,而不偏離由下面的權(quán)利要求進(jìn)一步限定的本發(fā)明的范圍。
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