用于运行谐振变换器的方法和谐振变换器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于运行具有逆变器电路的软切换谐振变换器的方法和一种具 有逆变器电路的软切换谐振变换器。
【背景技术】
[0002] 在产生用于X射线管的高压时，通常使用谐振运行的逆变器电路。例如在公开文 献US2008/0198634Al中描述了这样的谐振变换器。
[0003] 在具有由串联电容器和串联电抗器组成的串联振荡电路以及半桥控制器或全桥 控制器的谐振逆变器中，可以通过电桥支路中的半导体开关的控制频率的变化来调节输出 电压和输出功率。如果在逆变器中变压器被用于电气隔离或者用于电压升压，则变压器的 漏电感可以满足串联电抗器的功能并且仅需要串联电容器。根据控制频率是低于还是高于 振荡电路的谐振频率，在亚谐振控制和过谐振控制之间进行区分。
[0004] 在亚谐振控制中，对于小的输出功率，控制频率必须非常小，并且由此达到可听频 率范围。使用多谐振逆变器，例如通过与串联振荡电路的电容器并联连接电抗器，可以消除 该缺点。于是已经针对在并联谐振频率附近的控制频率实现为零的输出功率，从而可以将 控制的频率范围限制在足够窄的带。这在构造输出侧的平滑电容器和EMV滤波器时也具有 优点。
[0005] 然而，在亚谐振控制中，在接通开关时，与电桥支路的相对的开关反并联的二 极管必须停止整流，由此特别是在较高的开关频率时产生高开关损耗。一种用于减小 开关损耗的可能性在于，使用在零电流下实现切换的附加的无源或有源的去负荷网络 (Entlastungsnetzwerk)。在这种情况下，串联振荡电路中的电流从开关向二极管换向，其 中仅产生很小的开关损耗。
[0006] 在过谐振控制中，电压变换和功率转换在谐振频率附近最大，并且对于较小的功 率必须大幅提高控制频率。可以这样选择谐振频率，使得所需的控制频率总是高于听觉范 围。由于导致附加谐振点的变压器的寄生电容和电感，与在亚谐振控制中类似，通常无法实 现对控制频率的沮围的限制。振汤电路必须被构造为，谐振频率低于在最小输入电压时的 最大输出电压和在最大输出功率时希望的最小控制频率。
[0007] 于是特别地，当对于输入和输出电压应当覆盖宽的范围时，这造成的后果是在逆 变器中远离该工作点存在不良的无功功率和有功功率比，由此产生过高的传输损耗。在过 谐振运行中反并联二极管不必停止整流，然而串联振荡电路中的电流必须被开关有源地断 开，由此产生开关损耗。然而，该断开损耗可以通过以与开关并联连接的电容器形式的电容 性切换负荷降低而被最小化。于是在切换瞬间出现在零电压下的切换。
【发明内容】
[0008] 本发明要解决的技术问题是，说明一种用于运行谐振变换器的方法和一种谐振变 换器，其在输入电压大幅变化时也具有小的开关损耗。
[0009] 根据本发明的技术思路在于，同时并相互协调地调节具有逆变器的谐振变换器中 的逆变器电压的控制频率和占空比。在此，针对谐振变换器的每个工作点和预先给定的相 位保留确定占空比和控制频率。在此，由输入电压、所需的输出电压和输出端处的负载（即 输出电流）确定工作点。相位保留确保逆变器的开关在零电压下导通。
[0010] 本发明要求保护一种用于运行谐振变换器的方法，所述谐振变换器具有带有多个 开关的逆变器电路，其中，逆变器的开关通过控制频率并且这样彼此相移地进行切换，使得 在逆变器的输出端处的逆变器电压具有预先给定的占空比，其中，针对谐振变换器的预先 给定的工作点和预先给定的相位保留，确定控制频率和占空比。
[0011] 根据本发明的控制频率的变化和相移调制的组合的优点在于，在谐振变换器的LCLC振荡电路的尺寸合适的情况下，能够在非常宽的工作范围内实现无负荷切换，其中，同 时能够保持逆变器电路中的无功电流和控制频率中的频率振荡是小的。例如，可以将在最 大输入电压的50 %到100 %的输入电压范围、最大输出电压的50 %到100%的输出电压范 围和额定输出功率的1%到100%的负载范围的情况下的频率振荡限制到大约2倍。
[0012] 有利的是，因为工作范围宽，谐振变换器特别是能够以在宽范围内变化的输入电 压运行。这例如在由于电网内阻在负载的情况下骤降的未调节的中间电路电压的情况下， 或者当谐振变换器由具有不同的额定电压的电网供电时是这种情况。
[0013] 在一个扩展方案中，相位保留说明了在开关的断开和振荡电路电流的过零点之间 存在的相位角偏移。
[0014] 在本发明的另一实施方式中，开关包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开 关，其中，第一和第二开关形成第一电桥支路，并且第三和第四开关形成第二电桥支路，其 中，第一、第二、第三和第四开关通过控制频率并且通过相位偏移进行切换。
[0015] 在一个扩展方案中要求保护，相位保留说明了在第一开关的断开和振荡电路电流 的过零点之间以及在第二开关的断开和振荡电路电流的过零点之间的相位角偏移，或者在 第三开关的断开和振荡电路电流的过零点之间以及在第四开关的断开和振荡电路电流的 过零点之间的相位角偏移。
[0016] 用于选择参数占空比和控制频率的控制方法具有使得能够在零电压下进行无负 荷切换的优点。在不使用复杂的去负荷网络的情况下实现无负荷切换。得到小的开关损耗， 从而谐振变换器可以在高控制频率下运行，或者用于冷却功率组件的开销降低。
[0017] 在另一个实施方式中要求保护，说明了在第一和第二开关的开关之间的切换以及 在第三和第四开关的开关之间的切换的时间段的锁定时间，小于相位保留除以控制频率的 2 31 倍。
[0018] 在另一个构造中要求保护，谐振变换器的输入电压、谐振变换器的输出电压和谐 振变换器的输出电流规定了工作点。
[0019] 此外要求保护，基于工作点从存储的事先确定的表中确定占空比和控制频率。
[0020] 在另一个实施方式中要求保护，通过控制单元借助对控制频率和/或占空比的限 制、预控制和/或调节，动态地进行相位保留的保持。
[0021] 优选可以通过监视振荡电路电流动态地进行相位保留的保持。
[0022] 本发明还要求保护一种具有逆变器电路的谐振变换器，其中，谐振变换器被构造 并编程为执行根据本发明的方法。
[0023] 在一个扩展方案中，谐振变换器可以包括调节装置，其被构造并编程为借助事先 确定并存储的表，由工作点和相位保留确定控制频率和占空比。
[0024] 本发明还要求保护一种具有根据本发明的谐振变换器的X射线发生器。
【附图说明】
[0025] 从以下借助于示意性图示对实施例的说明，本发明的其他特征和优点将变得清 楚。
[0026] 附图中：
[0027] 图1示出了谐振变换器的框图，
[0028] 图2示出了谐振变换器的功率电路部分的框图，
[0029] 图3示出了相位与振荡电路电流的依赖关系的图表和逆变器的开关的时间变化 的图表，以及
[0030] 图4示出了调节装置的框图。
【具体实施方式】
[0031] 图1示出了用于根据本发明地运行谐振变换器的电路布置的框图，所述谐振变换 器由具有逆变器电路2、振荡电路3、变压器电路4和带有平滑（Gliittung)的整流器电路5 的功率电路部分1组成。此外，谐振变换器包括调节装置6,调节装置6对脉冲生成电路7 进行控制，在脉冲生成电路7的输出端处存在控制信号8,控制信号8对逆变器电路的开关 进行切换。
[0032] 例如作为数字调节器实现的调节装置6借助输入电压U1关于两个调节参数控制 频率f和占空比d调节输出电压U2和/或输出电流I2，脉冲生成电路7使用这两个调节参 数来生成逆变器电路2的开关的控制信号8。
[0033] 在逆变器电路2的输出端处，获得振荡电路电流Ici和振荡电路电压IV在变压器 电路4的输出端处，存在经过变压的振荡电路电压Us。在整流器电路的输出端处，获得经过 整流和平滑的输出电压U2和输出电流I2。
[0034] 图2更详细地示出了图1中的谐振变换器的功率电路部分1的框图。功率电路部 分1包括作为全桥构造的逆变器电路2,其在输入侧与输入电压U1连接，并且在输出侧与振 荡电路3连接。振荡电路3包括串联电容器33、串联电抗器34、并联电抗器35和并联电容 器36。振荡电路在输出侧与变压器电路4连接。
[0035] 逆变器电路2由与输入电压U1并联连接的第一电桥支路Bl和第二电桥支路B2组 成。第一电桥支路Bl由带有反并联的第一和第二二极管25、26以及并联的第一和第二电 容器29、30的串联布置的第一和第二开关21、22组成。
[0036] 第二电桥支路B2由带有反并联的第三和第四二极管27、28和并联的第三和第四 电容器31、32的串联布置的第三和第四开关23、24组成。
[0037] 在逆变器电路2的输出端处，产生振荡电路电流Ici和振荡电路电压IV在变压器 电路4的输出端处，存在经过变压的振荡电路电压Us。在整流器电路5的输出端处，获得经 过整流和平滑的输出电压U2和输出电流I2。
[0038] 根据图1，由未示出的脉冲生成单元7根据控制参数占空比d和控制频率f，对全 桥的开关21至24进行控制，使得第一电桥支路BI的开关21和22交替导通，并且在切换 时持续锁定时间Tdt。第二电桥支路B2的开关23和24同样交替导通，并且在切换时持续 锁定时间Tdt。锁定时间Tdt是必需的，由此在电桥支路Bl和B2中不产生短路，并且由此振 荡电路电流iQ可以对开关21至24的输出电容和相关电桥支路的附加电容器29至32再 充电，从而在经过锁定时间Tdt之后，相关开关21至24能够在零电压下导通。
[0039] 两个电桥支路Bl和B2的控制信号彼此相移了角度O，从而在逆变器电路2的输 出端处，获得具有占空比d和脉冲频率f的振荡电路电压Up
[0040] 当振荡电路组件33至36中的一个或多个以及变压器电路4是实际变压器的组成 部分时是有利的。例如实际变压器的漏电感承担串联电感34(串联电抗器）的功能，变压 器的主电感承担并联电感35 (并联电抗器）的功能，并且次级绕组的绕组电容承担并联电 容器36的功能。在次级线圈和初级线圈之间的匝数比确定变压器电路4的电压变换比n， 从而谐振变换器仅由几个部件组成，并且能够以低成本实现。
[0041] 有利的是，也可以使用开关21至24的输出电容作为电容器29至32,如果其具有 足够大的电容。
[0042] 因为二极管25至28不必被换向，因此不强制要求具有少量储存电荷的快速开关 二极管。有利的是，也可以使用开关21至24的寄生二极管，例如金属氧化物半导体场效应 晶体管（MOSFET)的寄生体二极管，作为反并联二极管25至28。
[0043] 在图3中，借助图表进一步示出了在图2中描述的关系。图3从上到下示出了：振 荡