电源以及控制电源的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电源的领域。特别是，本发明涉及隔离式谐振电源。此外，本发明涉及 用于为电机供电的逆变器。该逆变器包括由电隔离壁皇隔开的高压部和低压部，以及根据 本发明的用于通过该隔离壁皇传送能量的电源。
【背景技术】
[0002] 为了通过电隔离壁皇为电负载供电，公知的是采用包括变压器的隔离式电源。该 变压器包括初级和次级，初级的端子连接有电压源，次级连接到电负载上。在这种公知的电 源中，连接到次级的端子的输出电容器的目的是存储电能并且因此具有非常大的值，通常 大于一微法拉。
[0003] 特别地，公知隔离式谐振电源是采用电容器和电感器之间的谐振，来进行属于电 源的开关的零电压切换或者ZVS。由刘等人于1995年10月在"IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems" 第 31 卷第 4 期，第 1301 页公开的文献"A novel resonant converter topo logy for DC-to-DC power supply" 公开了谐振电源的一个例 子。谐振电源的一个问题是它们的输出电压可取决于由该电源供电的电负载的阻抗。
[0004] 因此本发明的目的在于得到一种隔离式谐振电源，其中输出电压独立于电源输出 端处的负载的阻抗。
【发明内容】
[0005] 为此，提供一种电源，包括：
[0006] -变压器，包括旨在连接到电压源并且具有漏感的初级，该变压器旨在被磁化电流 横向穿过；
[0007] -磁化电流调节电路，旨在以下两种状态之间切换：
[0008] .磁化状态，在该磁化状态下，调节电路旨在允许磁化电流增加，以及
[0009] .去磁化状态，在该去磁化状态下，调节电路旨在减小磁化电流，
[0010] -用于控制调节电路的设备，其旨在将调节电路交替地从磁化状态切换到去磁化 状态，用于逐个地轮流进行磁化阶段和去磁化阶段，该控制设备旨在延长磁化阶段的磁化 时间，
[0011] -输出电容器，连接至变压器的次级，以便与该漏感形成谐振电路，输出电容的端 子之间的电压对应于电源的输出电压，
[0012] 其特征在于，磁化时间以及输出电容器的值使得，在磁化阶段的称作谐振部的一 个部分上，输出电压描绘为正弦波部分，并且，从正弦波的中间值以下的初始值开始，穿过 所述中间值。
[0013] 特别地，输出电压的初始值是在谐振阶段开始时输出电压的值，其可对应于磁化 阶段的开始。
[0014] 根据本发明的电源特别地旨在供给恒定电压。该恒定电压更尤其对应于输出电压 的平均值。输出电压的该平均值可与由谐振阶段输出电压跟随的正弦波的中间值不同。
[0015] 在磁化阶段的至少一个部分中，谐振电源具有输出电压，该输出电压包括由磁化 阶段的该部分中的输出电压跟随的正弦波的下部峰值。
[0016] 当谐振电源输出的负载阻抗增加时，正弦波的下部峰值向更低的值漂移。在现有 的谐振电源中，磁化状态在输出电压达到正弦波的中间值之前停止。在根据本发明的电源 中，磁化状态至少在输出电压已经达到正弦波的中间值之后停止。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对应漂移所补偿。
[0017] 类似地，当谐振电源输出的负载阻抗减小时，正弦波的下部峰值向更高值的漂移 至少部分地被该正弦波的上部峰值向更低值的对应漂移所补偿。
[0018] 因此，与现有的谐振电源相比，减小了输出负载阻抗对输出电压的影响。
[0019] 可选地，该谐振部在整个磁化阶段上延伸。
[0020] 同样可选地，磁化时间和输出电容器的值使得，在谐振部上，输出电压经过正弦波 的上部峰值。
[0021] 因此，当谐振电源输出的负载阻抗增加时，正弦波的下部峰值向更低值的漂移几 乎完全，或者正好完全被该正弦波的上部峰值向更高值的相应漂移所补偿。
[0022] 类似地，当谐振电源输出的负载阻抗减小时，正弦波的下部峰值向较高值的漂移 几乎完全，或者正好完全被正弦波的上部峰值向更低值的相应漂移所补偿。
[0023] 与现有的谐振电源相比，输出负载阻抗对输出电压的影响因此大大变低，或者甚 至为零。
[0024] 根据本发明的电源特别地旨在供给恒定电压。该恒定电压更特别地对应于输出电 压的平均值。输出电压的该平均值可对应于由谐振阶段上的输出电压所跟随的正弦波的中 间值。
[0025] 同样可选地，磁化时间和输出电容器的值使得，在经过正弦波的上部峰值之后，输 出电压在谐振部的剩余部分期间减小，直到不超过该正弦波的中间值，并且优选地减小不 超过正弦波上部峰值和中间值之间的差的50%的量，更优选地减小不超过正弦波上部峰值 和中间值之间的差的25%的量。
[0026] 同样可选地，磁化时间是正弦波周期的25%到75%。
[0027] 可选地，在谐振部期间输出电压的变化描绘出正弦波部分，该正弦波部分具有的 周期依赖于输出电容器值，输出电容器的值使得所述周期为〇. 1到2微秒。
[0028] 同样可选地，磁化时间在·· 和 之间，其中L f为变压器的漏感的 值，Cs是输出电容器的值。
[0029] 同样可选地，输出电容器的值为0. 5到200纳法，例如，50纳法。
[0030] 同样可选地，该变压器次级包括高压端和低压端，高压端旨在呈现高电位并且次 级电流旨在通过该高压端输出，低压端旨在呈现相对于高压端的高电位低的电位。
[0031] 同样可选地，该电源还包括：
[0032] -二极管，旨在防止次级电流经由其高压端流到变压器次级。
[0033] 特别地，该二极管的阳极连接到变压器次级的高压端。
[0034] 同样可选地，磁化时间使得，在磁化状态结束时，次级电流为零或者不超过其峰值 的5%。
[0035] 同样可选地，该调节电路包括：
[0036] -开关，其闭合状态对应于调节电路的磁化状态和去磁化状态中的一个，其断开状 态对应于调节电路的磁化状态和去磁化状态中的另一个，以及
[0037] _去磁化电容器，其旨在引起在去磁化阶段期间磁化电流的振荡，在去磁化阶段的 过程中，调节电路处于去磁化状态。
[0038] 同样可选地，去磁化电容器与开关并联。
[0039] 同样可选地，去磁化电容器连接在变压器初级的端子之间。
[0040] 同样可选地，去磁化电容器与二极管并联。
[0041] 同样可选地，去磁化电容器还旨在引起去磁化阶段期间在开关端子处的电压的振 荡，并且所述控制设备旨在延长去磁化阶段的去磁化时间，使得，在去磁化时间结束时，当 开关闭合用于从去磁化状态进行到磁化状态时，开关端子处的电压为零或者不超过其峰值 的5%。
[0042] 同样可选地，电源还包括用于测量输出电压的峰值-峰值的设备。
[0043] 同样可选地，该测量设备还旨在从该输出电压的峰值-峰值估算由连接到变压器 次级高压端的输出电容器端子提供的输出电流。
[0044] 本发明还涉及一种电压变换器，包括：
[0045] -电路，具有第一部分和第二部分，第一部分链接到第一电接地端，第二部分链接 到第二电接地端，所述第一部分和第二部分由电隔离分开，
[0046] -根据本发明的电源，旨在通过所述电隔离向位于这些部分的一个部分中的电负 载提供源自另一部分的能量。
[0047] 特别地，该变换器是用于给电机供电的DC-AC变换器。该变换器也可是DC-DC变 换器。
[0048] 还提供一种用于控制电源的方法，所述电源包括：
[0049] -变压器，该变压器包括旨在连接到电压源并具有漏感的初级，该变压器旨在被磁 化电流横向穿过，
[0050] -磁化电流调节电路，其旨在在以下两种状态之间切换：
[0051] .磁化状态，在该磁化状态下，调节电路旨在允许磁化电流增加，以及
[0052] .去磁化状态，在该去磁化状态下，调节电路旨在减小磁化电流，
[0053] -输出电容器，连接至变压器的次级，以便与该漏感形成谐振电路，输出电容器的 端子之间具有输出电压，
[0054] 该方法包括：
[0055] -将调节电路交替地从磁化状态切换到去磁化状态，用于逐个地轮流进行磁化阶 段和去磁化阶段，该磁化阶段持续一段磁化时间，该磁化时间是输出电容器的值的函数，以 使得，在磁化阶段的称作谐振部的一个部分上，输出电压描绘出正弦波部分，并且，从正弦 波的中间值以下的初始值开始，穿过所述中间值。
【附图说明】
[0056] 现在参考以下附图，通过例子来仅仅描述本发明的实施例。
[0057] 图1代表包括根据本发明第一实施例的电源的电路；
[0058] 图2到4代表图1中的电路在各种操作状态下的等效电路图；
[0059] 图5是通过图1的电源所执行的方法框图；
[0060] 图6包括图1中的电路的三个电量，尤其是图1中电路的输出电压Vs的时序图；
[0061] 图7是图6中输出电压％的放大时序图；
[0062] 图8是本发明另一实施例中输出电压Vs的时序图；
[0063] 图9到12代表根据本发明各实施例的当其处于谐振时输出电压Vs跟随的振荡曲 线，使其中振荡可能停止的地方的曲线部分高亮度；
[0064] 图13和14代表了包括根据本发明其他实施例的电源的电路。
【具体实施方式】
[0065] 参考图1，现在将描述实施本发明的电路100。
[0066] 电路100包括电源102和旨在由电源102供电的负载Z。
[0067] 电源102首先包括电压源104,该电压源旨在在其正端子⑴和其负端子㈠ 之间 呈现出电源电压E，并且经由其正端子（+)提供电源电流iE。在所述的实施例中，电源电压 E是连续不断的并且是恒定的。
[0068] 电源102还包括变压器106,在所述的实施例中，变压器106旨在对电源电压E进 行分压（divide)。<