电源以及控制电源的方法_2

文档序号:9398884阅读:来源:国知局
br>[0069] 变压器106包括初级绕组以及次级绕组,初级绕组随后简称为"初级",次级绕组 随后简称为"次级"。
[0070] 初级具有高压端106A和低压端106B,高压端106A旨在呈现比低压端106B的电位 更高的电位。
[0071] 次级具有高压端106C和低压端106D,高压端106C旨在呈现比低压端106D的电位 更高的电位。
[0072] 在本发明的上下文中,变压器106以下面的方式进行构建。
[0073] 变压器106首先包括理想变压器T,理想变压器T包括理想初级和理想次级。
[0074] 理想初级具有高压端和低压端,高压端旨在呈现出比低压端的电位更高的电位。 初级电流I 1通过其高压端进入理想初级。理想初级进一步在其两端之间呈现初级电压u i。
[0075] 理想次级具有高压端和低压端,高压端旨在呈现出比低压端的电位更高的电位。 次级电流1 2通过其高压端离开理想的初级。理想次级还在其两个端子之间呈现次级电压 U2O
[0076] 理想变压器T还呈现变压比n,其以下面的方式连接电流以及初级和次级电压:
[0077]
[0078] 变压器106还包括磁化电感LM,该磁化电感设置在理想初级的端子之间,并且磁化 电流i M经过该磁化电感器。磁化电感L M反映出变压器106的芯部磁阻不为零的事实。
[0079] 变压器106还包括漏感Lf,其具有的一端子连接到理想初级的高端子,漏感1^的 另一端子对应于变压器106的高压端106A。漏感L f反映出变压器106的磁路不能引导初 级所产生的全部磁场的事实。换句话说,一些磁场线漏出变压器106,并且未被次级使用。
[0080] 此外,理想初级的低压端对应于变压器106的低压端106B。
[0081] 总的来说,磁化电感Lm比漏感L F大得多,即,例如至少大50倍,优选地大100倍。
[0082] 电源102还包括用于控制磁化电流iM的调节电路108,旨在将磁化电流i M维持在 可谐振等级,即,小于或具有针对为电源102设计的最大负载Z所期望的初级电流I1的数 量级。
[0083] 例如,调节电路108插置在电压源104和变压器106之间。在所述的实施例中,调 节电路108插置在变压器106初级的低压端106B和电压源104的负端子(-)之间,同时变 压器106初级的高压端106A直接连接到电压源104的正端子(+)。
[0084] 调节电路108旨在在两个状态之间切换,这两个状态分别称作磁化状态和去磁化 状态。在磁化状态中,调节电路108旨在允许电压源104磁化变压器106,即,致使磁化电流 ini增加。在去磁化状态中,调节电路1〇8旨在去磁化变压器106,即,减小磁化电流i M。
[0085] 在所述的实施例中,调节电路108首先包括开关INT,开关INT将电压源104的负 端子(_)连接到变压器106初级的低压端106B上,其次包括:电容器C r,称作去磁化电容 器,与开关INT并联。
[0086] 因此,当开关INT闭合时(其对应于磁化状态),通过短路电容器Cr,低压端106B 直接连接到电压源104的负端子(_)。电源电压E因此施加到变压器106初级。
[0087] 当INT开关断开时(其对应于去磁化状态),低压端106B通过去磁化电容器心连 接到电压源104的负端子(_),在去磁化电容器C r和漏感L F以及磁化电感L M之间产生谐 振,如后面所解释的那样。开关INT的端子处的电压在下文中称作电压VINT。
[0088] 电源102还包括用于控制调节电路108的设备110,设备110旨在将调节电路108 交替地从一个状态切换到另一个状态,用于逐个地轮流进行磁化阶段(对应于电路108的 磁化状态)以及去磁化阶段(对应于电路108的去磁化状态)。控制设备110旨在延长磁 化阶段(调节电路108处于磁化状态)的磁化时间T F,和延长去磁化阶段(调节电路108 处于去磁化状态)的去磁化时间T。。
[0089] 磁化时间Tf优选地被选择为使得,在其结束时,即,在开关INT用于从磁化状态转 到去磁化状态的断开时,次级电流i 2为零或者不大于其峰值的5%。
[0090] 去磁化时间T。优选地被选择为使得:在其结束时,即,在开关INT用于从去磁化状 态转到磁化状态的闭合时,开关INT端子处的电压V int为零或者为不大于其峰值的5%。
[0091] 在所述的实施例中,磁化时间Tf和去磁化时间T。可预先从电源102的特性中确 定,这些特性譬如电源意图在输出端处供给的恒定电压。磁化时间T f和去磁化时间T。优选 地记录在控制设备100的存储器中,用于在电源102的操作期间使用。
[0092] 将意识到,磁化时间Tf和去磁化时间T。可独立于彼此选择。
[0093] 电源102还包括变压器106的输出级112。
[0094] 输出级112首先包括二极管D,该二极管D连接到变压器106次级的高压端106C, 且旨在防止次级电流i/变为负值,即,防止次级电流进入次级绕组。
[0095] 输出级112还包括输出电容器Cs,其具有通过二极管D连接到变压器106次级的 高压端106C的端子以及连接到变压器106次级的低压端106D的另一端子。由此连接的输 出电容器(;与变压器106的漏感L F形成谐振电路。输出电容器C 5进一步旨在在其两个端 子之间呈现电压Vs,该电压的平均值尤其对应于电源必须供给的恒定电压。
[0096] 如后面更加详细地解释,磁化时间Tf和输出电容器C 5的值使得,在磁化阶段的谐 振部分上,输出电压Vs描绘为正弦波部分,并且从该正弦波中间值以下的初始值开始,穿过 所述中间值。例如,输出电容器C s具有在0. 5到200纳法之间的值,例如在5到100纳法 之间,例如,等于50纳法。
[0097] 输出级112从连接到变压器106次级的高压端106C的输出电容器Cs提供输出电 流i s。为了对该输出电流"进行滤波,电源102可包括插置在输出级112和负载Z之间的 输出滤波器114。输出滤波器114接收输出电流i s,并将输出电压¥5施加到其。输出滤波器 114旨在对输出电流"进行滤波,从而该电流在电源102的运行频率下(对应于周期T。+^ 是准恒定的。输出滤波器114在负载Z包括电容器(如果电容器直接连接在输出级112之 后,它们将干扰谐振)时尤其有效。
[0098] 在所述的实施例中,输出滤波器114是LC滤波器,包括电感器Lfllt和电容器C fllt。 作为变形,输出滤波器114可由线性调节器来替代,例如低压差(Low-Dropout)调节器或者 LDO0
[0099] 电源102还可包括用于测量输出电压Vs的峰值-峰值的设备116。
[0100] 在所述的实施例中,测量设备116首先包括高通滤波器118。例如,高通滤波器118 包括RC滤波器。高通滤波器118之后是峰值检测器电路120,该峰值检测器电路包括例如 二极管,二极管之后是彼此并联的电容器和电阻器。
[0101] 测量设备116还旨在用于从输出电压Vs的峰值-峰值的测量来估算输出电流i s。 事实上,该峰值-峰值直接取决于输出电容器Cs、输出电流is和电源102的运行频率。例 如,估算输出电流"可用于设立电源102中的过电流保护。
[0102] 参考图2到5,现在将描述一种用于操作电路100的方法500。
[0103] 为了简化描述,假定理想变压器T的变压比η为1。因此,在这种情况下,初级电 流^和次级电流i 2相等。下文中,将它们称作初级/次级电流i。类似地,初级电压u 4口 次级电压U2相等。下文中将它们称作初级/次级电压u。
[0104] 此外,输出滤波器114和负载Z通过恒定电流源Is建模。
[0105] 在步骤502,控制设备110通过闭合开关INT将调节电路108切换为磁化状态。因 此,二极管D导通,且在其端子处具有电压V D。所得的电路图在图2中示出。
[0106] 在开关INT闭合的时刻,输出电压Vs、磁化电流iM、开关INT的电压V int以及初级 /次级电流i具有下面的值:
[0107] Vs(O) = Vso
[0108] iM(〇) = iM〇
[0109] Vint(O) = 0
[0110] i (0)=0
[0111] 下文中值Vs。称作"初始谐振值"。
[0112] 在步骤502之后,磁化阶段503开始。
[0113] 在发生在磁化阶段503的一部分上的步骤504中,现在描述电气量随时间演变的 方式。特别地,如将解释的那样,输出电容器C s和漏感L F形成谐振电路,以使得输出电压V s 描绘出正弦波部分。步骤504持续谐振时间T&。
[0114] 从图2推出下面的等式:
[0115] E = LFiE, +LMiM, = LFiE, +VD+VS
[0116] iE= i+i M
[0117] i = IS+CSVS,
[0118] 因此,考虑磁化电感Lm远大于漏感Lf的事实,输出电压V s满足微分方程:
[0119] E-Vd= LfCsVs" +Vs
[0120] 因此,考虑初始情况:
[0121] Vs(O) = Vso
[0122] i (0) = 0 = IS+CSV (0)
[0123] 输出电压Vs和初级/次级电流i根据下面的等式振荡:
[0124]
[0125]
[0126] 其中:
[0127]
[0128] 并且:
[0129]
[0130] 因此,根据振荡脉冲^^的表达式,输出电压Vs和初级/次级电流i的振荡由输出 电容器C s的存在所导致,其中输出电容器与漏感L 成谐振电路。
[0131] 另外,应意识到,输出电压%在中间值V附近振荡,所述中间值V特别等于E-V D。
[0132] 此外,输出电压Vs在谐振周期504期间显示的正弦波的出现具有的周期T l3sc等于:
[0133]
[0134] 因此,正弦
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