專利名稱：諧振換流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電力用途的把直流(DC)變成交流(AC)的電 流饋電諧振換流器。
背景技術(shù)：
換流器在電源中有多種用途，包括交流電源的產(chǎn)生，例如當(dāng)用作 把直流輸出電壓轉(zhuǎn)換成交流電源(例如，不間斷電源)的換流器時。 它們也可以用在直流到直流轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部級、感應(yīng)加熱、微波產(chǎn)生、 表面檢測、醫(yī)療試驗、高頻無線電系統(tǒng)、感應(yīng)耦合功率傳輸(ICPT) 系統(tǒng)等中。
在圖1中表示常規(guī)推挽電流饋電諧振換流器。該換流器的操作在 美國專利說明書5,450,305中討論，該專利說明書的內(nèi)容通過引用包 括在這里。這些諧振換流器由于其低切換損失和低電磁干擾(EMI) 已經(jīng)得到較大普及。關(guān)于這些換流器的基本問題是需要巨大的磁性元 件，即電感器和變壓器。這些元件實體上巨大、沉重并昂貴，所以它 們限制減小這些換流器的尺寸、重量及成本的機會。
例如，在例1中，換流器需要"直流"或去耦電感器Ld，該電感 器Ld把換流器與直流電源去耦合，提供電流源并且允許在諧振電路 中的電壓沒有約束地自由振蕩。圖1的電路還具有分相變壓器(由電 感器Lsp代表)。當(dāng)這種換流器設(shè)計用于ICPT系統(tǒng)時，另一個磁性 線圏或軌道環(huán)路L需要與次級功率拾取器相耦合以實施無接觸功率 傳輸。如果電路用作直流到直流轉(zhuǎn)換器，那么可能要求更多變壓器或 次級繞組以提供直流功率輸出。
需要去耦電感器Ld以在穩(wěn)態(tài)操作條件下提供恒流源。這種電感 器通常設(shè)計得巨大以克服飽和問題。具有兩個緊密耦合繞組Lsp的分相變壓器用來把直流電流劃分成兩個支路，并且開關(guān)Sl和S2被控制 成交替地"通"和"斷"，以改變注入到包括線圏L和其調(diào)諧電容器C的 諧振腔電路的電流的方向。電阻器R代表由換流器供給的負栽，并且 在圖1中還包括電感器L的電阻。
還需要外部控制器(未表示)以便控制開關(guān)S1和S2?？刂破鳈z 測諧振電壓(例如感測在調(diào)諧電容器C上的電壓)，并且在電壓過零 時驅(qū)動開關(guān)(零電壓切換)。這些切換技術(shù)有助于減小切換損失和 EMI。然而，為了這樣做，通常需要額外電壓變壓器或繞組以檢測在 電容器C上的電壓過零。檢測信息被控制器用來驅(qū)動開關(guān)Sl和S2， 并且通常要求特殊門驅(qū)動電路。這種形式的換流器的啟動特別困難， 需要復(fù)雜的控制器。
因此，除半導(dǎo)體開關(guān)和調(diào)諧電容器之外，有對于常規(guī)推挽電流饋 電諧振換流器要求的多個磁性元件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供至少消除或減少 一個或多個以上缺點、或者 至少向公眾提供有用選擇的換流器或換流器的設(shè)計方法。
在一個方面，本發(fā)明包括一種諧振換流器，該諧振換流器包括用 于來自直流電源的電流供給的輸入、和形成換流器的諧振電路的一部 分的兩個或更多個電感性元件，其中一個或兩個電感性元件的泄漏電 感大體把換流器與電源去耦合。
電感性元件優(yōu)選地布置成分開從電源接收的電流。
在另一個方面，本發(fā)明包括一種諧振換流器，該諧振換流器包括 用于來自直流電源的電流供給的輸入；諧振電路，包括電容性元件和 兩個或更多個電感性元件，電感性元件布置成分開來自電源的電流； 切換裝置，可控制地把來自電源的電流切換到諧振電路中，并且其中， 一個或兩個電感性元件的泄漏電感大體把換流器與電源去耦合。
切換裝置可以包括以大體反相可操作的兩個切換裝置，以把來自 電源的電流交替地切換到電感性元件中。電感性元件可以耦合或未耦合，并且可以是單個或分離繞組。在 優(yōu)選實施例中，電感性元件包括單個元件。它們也可以是無芯的。在另 一個方面，本發(fā)明包括一種諧振換流器，該諧振換流器包括 用于來自直流電源的電流供給的輸入；諧振電路，包括電容性元件和 兩個或更多個電感性元件，電感性元件布置成分開來自電源的電流； 兩個切換裝置，用于可控制地把來自電源的電流以大體反相切換到諧 振電路中，以把來自電源的電流交替地切換到電感性元件中，每個切 換裝置由從諧振電路導(dǎo)出的信號驅(qū)動。在優(yōu)選實施例中，每個切換裝置提供在電感性元件與電源之間， 并且驅(qū)動信號連接點提供在每個切換裝置與對應(yīng)電感性元件之間，用 于每個切換裝置的驅(qū)動信號從另一個切換裝置的驅(qū)動信號連接點導(dǎo) 出。在另外的方面，本發(fā)明包括一種諧振換流器，該諧振換流器包括 第一和第二輸入端子，用來連接到大體上為直流電功率的電源上；兩個電感性元件，每個具有第一和第二端子，每一個電感器的第一端子連接到第一輸入端子上；電容性元件，連接在電感器的另一個端子之間；及 第一切換裝置，連接在一個電感器的第二端子與第二輸入端子之間，和第二切換裝置，連接在另一個電感器的第二端子與第二輸入端子之間，并且；其中，一個或兩個電感性元件的泄漏電感大體把換流器與電源去耦合。在另外的方面，本發(fā)明包括一種諧振換流器，該諧振換流器包括 第一和第二輸入端子，用來連接到大體上為直流電功率的電源上；兩個電感性元件，每個具有第一和第二端子，每一個電感器的第 一端子連接到第一輸入端子上；電容性元件，連接在電感器的另一個端子之間；及第一切換裝置，連接在一個電感器的第二端子與第二輸入端子之 間，和第二切換裝置，連接在另一個電感器的第二端子與第二輸入端 子之間，并且每個切換裝置由從第二電感器端子導(dǎo)出的信號驅(qū)動，該開關(guān)未連 接到該第二電感器端子上。在優(yōu)選實施例中， 一個或多個電感性元件包括ICPT系統(tǒng)的初級 感應(yīng)路徑或軌道線圏的至少一部分。在另一個實施例中，一個或多個電感性元件包括感應(yīng)加熱裝置的 至少一部分。換流器在大體50Hz-500kHz的頻率范圍上是可操作的。在另外的方面，本發(fā)明包括一種諧振換流器，該諧振換流器包括 用于來自直流電源的電流供給的輸入、和形成換流器的諧振電路的部 分的兩個或更多個電感性元件，其中一個或兩個電感性元件的泄漏電 感大體提供電流源。在另外的方面，本發(fā)明包括一種設(shè)計諧振換流器的方法，該方法 包括以下步驟選擇用于換流器的諧振電路的磁性元件，該磁性元件 具有足夠的泄漏磁通以大體把換流器與直流電源去耦合。應(yīng)該注意，對于這里描述的當(dāng)前的優(yōu)選實施例的各種變更和修改 對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯然的。在不脫離如所附權(quán)利要求書中所述的本發(fā)明的精神和范圍、并不減少其附屬優(yōu)點的情況下，可以做出這 樣的變更和修改。因此，希望這樣的變更和修改包括在本發(fā)明內(nèi)。在本文件中，希望將詞"comprise (包括)，，和諸如"comprises，， 和"comprising"之類的變化解釋為包括的意思。


圖l是已知的推挽電流饋電諧振換流器的示意電路圖。 圖2是根據(jù)本發(fā)明的換流器的一個實施例的電路圖。 圖3是繞組的等效電路圖，表示在圖2中所示的換流器的磁性元 件的等效物。圖4是所測量的通過圖2的電感器Ll或L2的電感器電流相對 于時間的圖(每條水平網(wǎng)格線代表9.40微秒的時間段，并且每條豎直 網(wǎng)格線代表l安培的電流)。
圖5是用來實施抽頭繞組的兩個相鄰鼓芯的部分橫截面的視圖。 圖6A是用來形成抽頭繞組、并且還用來提供用于諸如直流到直 流換流器(未表示)之類的其它用途的附加繞組的鼓芯的部分橫截面 的視圖。反饋線圏(未表示)當(dāng)必要時也可以集成在內(nèi)部用于反饋控 制。
圖6B-6E表示另外的線圏布置的例子。
圖7是表示流過諸如在圖5或6中表示的抽頭繞組之類的抽頭繞 組的電流的圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明實施例對于直流到直流換流器用途設(shè)計集成 磁性元件的流程圖。
具體實施例方式
參照圖2，示出了一種新?lián)Q流器設(shè)計。在這種換流器中，完全消 除以上參照圖1描述的龐大和昂貴的直流電感器Ld、以及分流變壓 器Lsp。兩個電感性元件，如線圏(它們可以是ICPT系統(tǒng)中的軌道 環(huán)路)L1和L2用來代替圖1的電路的原始諧振電感器L、分流變壓 器Lsp及直流電感器Ld。每個線圏Ll和L2對于ICPT電源系統(tǒng)可 以包括初級感應(yīng)路徑的一半。電感性元件Ll和L2可以包括單個繞組 或具有中間抽頭或連接的抽頭繞組。它們可以正耦合、負耦合、或根 本不耦合。每個元件的電感不必相同，盡管在大多數(shù)情形下優(yōu)選的是 保持它們平衡。如將從圖2看到的那樣，電源Vd在輸入端子上提供， 該輸入端子連接到每個理想元件的第一端子上，該每個理想元件跨過 電容器C連接到開關(guān)上。開關(guān)連接在每個電感性元件的第二端子與另 一個輸入端子之間。
兩個線圏Ll和L2可以耦合或不耦合。在任一種情況下，它們 的泄漏電感起平滑直流電流Id的直流電感器的作用。電流Id在兩個支路之間被自動地劃分，從而不需要特殊的分流變壓器。而且，LI
和L2的總電感用作諧振電感器并且與調(diào)諧電容器C諧振。因此，調(diào)
諧電容器C的值已經(jīng)選擇成當(dāng)與總電感Ll和L2連接和并聯(lián)時提供
諧振。相應(yīng)地，該電路具有線團L1和L2被選擇成使它們具有多個功
能的顯著優(yōu)點。這提供磁性元件的數(shù)量顯著減小的顯著好處，這又減 小實體尺寸和成本。
現(xiàn)在參照圖3，電感器Ll和L2的設(shè)計可以通過參照在該圖中表 示的等效電路而實現(xiàn)。具體地說，可證明，具有相同電感L1的兩個 部分耦合繞組等效于具有如下泄漏電感的完全耦合繞組
其中M是部分耦合繞組的互感，"是每個單一繞組的自感，及k是 定義為如下的耦合系數(shù)
* = AT/^ (2)
條件是兩個繞組的電感是相等的。在這種情形下，兩個繞組的總電感 是
Lt=2(L1+M) (3)
這個電感大于未耦合的總和但小于完全耦合的總電感。
如果繞組根本不耦合，則互感和耦合系數(shù)是零，但泄漏電感仍然 存在，是L1的一半，并且總電感是2L1。
我們已經(jīng)模擬并實際測試了在圖2中表示的換流器。圖4表示流 過電感器Ll或L2之一的典型電流。在這個例子中的電流在37.2千 赫茲處近似是1.56安培。在波形中表示的失真與電流的直流分量有 關(guān)。因為不使用專用分相變壓器，所以直流電流必須流過電感器。但 它通過設(shè)計適當(dāng)電感器和耦合可被最小化。
依據(jù)用途，兩個電感性元件Ll和L2能以不同的物理形式出現(xiàn)。 在ICPT和感應(yīng)加熱的情況下，它們可以簡單地是兩個耦合或未耦合 線圏，并且可以提供成具有中間抽頭(如中心抽頭)的單個繞組，或 者提供成抽頭繞組。由于這些繞組需要在這樣的用途中自然地存在，所以不要求附加磁性設(shè)計。對于諸如直流到直流轉(zhuǎn)換器之類的其它用 途，這兩個線圏與功率輸出繞組、反饋繞組等一起，可以集成為一個 磁性元件?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5，圖示對于直流到直流轉(zhuǎn)換器用途實施圖2的電感 器Ll和L2的實際繞組設(shè)計的例子。第一抽頭繞組1可提供在鼓芯1 上，并且第二抽頭繞組2可提供在鼓芯2上。這僅僅地是創(chuàng)建繞組的 方式的一個例子，并且不應(yīng)該解釋成以任何方式的限制。在圖5中的 芯1和芯2上的繞組之間的耦合可容易地調(diào)節(jié)，并且附加功率輸出繞 組和電壓反饋繞組在必要的場合也可纏繞在一起。與扁平鐵棒相比， 鼓芯使得保持兩側(cè)對稱更容易。當(dāng)諸如參照圖2-5描述部分耦合分相變壓器之類的部分耦合分相 變壓器用在實際電流饋電諧振換流器中時，它在磁場方面具有兩個分 量 一個由諧振交流電壓引起，并且另一個是直流電流。在穩(wěn)態(tài)操作 下，諧振交流電壓近似是正弦波，而總直流電流在相反方向上從中心 點相等地劃分到兩個繞組。交流磁通密度交流磁通密度取決于兩個繞組的總匝數(shù)、在繞組上的諧振交流電 壓、及鼓芯尺寸。對于正弦諧振交流電壓，波峰磁通密度在鼓芯橫截 面區(qū)域中近似是均勻的，并且由如下公式可計算交流磁通密度其中V簡和頻率f分別是交流電壓的大小(rmS形式)和頻率，Ae是鼓芯橫截面面積?？煽吹剑涣鞔磐芏扰c諧振腔頻率成反比。較小 尺寸鼓芯可用在較高頻率下。 直流磁通密度因為流過兩個繞組的直流電流平均具有相同大小但方向不同，如 圖7中所示，那么如果繞組被完全耦合，則應(yīng)該完全抵消直流磁通。 然而對于部分耦合繞組， 一些直流磁通將被抵消，但一些將保持。最 終磁場分布將取決于芯的尺寸和形狀、直流電流大小、匝數(shù)、及繞組 如何分布。通過芯的集總磁通在磁性路徑中具有兩個分量長度氣隙長度lg 和芯的長度U。這兩個分量具有不同的導(dǎo)磁率，因此它們不能直接加 在一起。在芯中的直流磁通密度可由如下公式計算
0.德/*10一
B
扭廣 ,
(5)
其中N是匝數(shù)，Idc是直流電流，及Hr是相對導(dǎo)磁率。
在氣隙路徑中，導(dǎo)磁率是統(tǒng)一的，而在鼓芯中其值取決于芯的飽 和程度。磁路有效長度是lg+lc/^lr，其中^是相對導(dǎo)磁率。鼓芯的氣
隙路徑與lc/^相比相對較大，使得繞組電感大體不受^變化的影響。
在這種情況下，直流磁通密度的公式可簡化成
《g
由于芯具有巨大氣隙并且磁場分布得很大，所以以上公式(5) 和(6)不能給出完全精確的解。實際磁場分布必須使用更先進的方 法分析。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)名稱為QUICK FIELD 的模擬包足以完成該任務(wù)。
為了簡化分析，可使用兩個圓柱形芯。直流電流在相同和相反方 向上流動時的模擬結(jié)果表明，當(dāng)電流在相反方向上流動時最大磁通密 度要低得多。在芯的中點中，磁通由于完全抵消而是零。最大磁通密 度的減小意味著芯不容易飽和，盡管其泄漏在電流饋電諧振換流器中 可準確地起直流電感器的作用。
總磁通密度
總磁通是直流磁通(Bde)和交流磁通(Bae)的疊加。 當(dāng)直流在分相繞組中流動時，直流磁通密度保持在鼓芯中，而交 流磁通密度隨交流電流而變化。因此最大磁通密度是
<formula>formula see original document page 13</formula> (7)
考慮公式(4)和(5)，總最大磁通密度可近似地由如下得到
<formula>formula see original document page 13</formula> (8)集成磁性元件設(shè)計集成磁性元件的例子表示在圖6A中。用于分相變壓器的抽頭繞 組1和2放置在串聯(lián)連接的兩個鼓芯上，以獲得松散耦合。這個元件中使用的多個^性元件。分相變壓器和直流電感器已經(jīng)集成為單個元 件，并且兩個功率輸出繞組、以及用于ZVS的電壓反饋線圏集成在 內(nèi)部。另外的例子表示在圖6B-6E中?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖8，設(shè)計流程圖示出在用來設(shè)計根據(jù)本發(fā)明的集成磁 性元件的設(shè)計過程中涉及的一般步驟。設(shè)計過程的主要目的是使具有 如圖2中所示電路布局的推挽電流饋電直流到直流轉(zhuǎn)換器的元件的尺 寸最小。下面更詳細地描述步驟步驟l確定系統(tǒng)要求直流輸入Vd和諧振頻率fr Vd是推挽電流饋電諧振換流器的輸入直流電壓。輸入直流電壓 依據(jù)用途可高或低。諧振頻率fr主要由諧振電容器和電感器、及近似 以這個頻率在過零點處接通和斷開的開關(guān)確定，該頻率可表達為其中<formula>formula see original document page 14</formula>并且^竽 ("〕注意Q是品質(zhì)因子，是在特征阻抗與電阻之間的定義比值。步驟2.確定抽頭繞組電感Lsp、總電感Lt及泄漏電感Ld Lsp是抽頭繞組的電感，它與匝數(shù)和電感因數(shù)A^成比例。Lt是兩個抽頭繞組的總電感，它通常設(shè)計成諧振腔電感的10倍大，這是為了避免其對于諧振腔電壓、電流及頻率的影響。泄漏電感Ld用來消除直流扼流以在輸入直流電壓下形成電流源。它可通過調(diào)節(jié)在這兩個抽頭繞組之間的耦合系數(shù)(k)而設(shè)計，如在公式(1)中表達的那樣。歩驟3選擇芯和繞線管，由芯和繞線管種類確定Ae、 Le、 Ar及Bw選擇鼓芯，確定集成元件的構(gòu)造的參數(shù)，包括初級電感Lp;初 級、次級及反饋的匪數(shù)Np、 Ns及Nf;初級繞組OD (外徑)和次級 繞組OD;初級和次級的棵導(dǎo)體直徑DIA。 一旦選擇鼓芯，由制造商 的手冊中就可找到鼓芯參數(shù)Ae、磁性路徑長度Le、 At及諸如繞線管 寬度Bw之類的繞線管參數(shù)。歩驟4計算Nd初級的匝數(shù)Np取決于要求的抽頭繞組的電感，由在步驟2中的 給定電感因數(shù)At和抽頭繞組電感，可使用如下公式計算單個抽頭繞 組的臣數(shù)鄉(xiāng)=、序 (12)并且初級的匝數(shù)是 Np=2Nsp (13)歩驟5計算Ns和NF次級匝數(shù)Ns由初級匝數(shù)Np和在次級電壓Vs與初級電壓Vp之 間的比值確定，它可使用如下公式計算iW=A5>^ (14)
其中Vp=7tVd由推挽電流饋電換流器布局確定，Vs是次級電壓。以 上公式忽略來自次級的反射電壓。類似地，反饋繞組的匝數(shù)Nf可按 如下導(dǎo)出(15)其中Vf是其植由zvs控制器的要求確定的反饋電壓。歩驟6計算Bmax.另一個關(guān)鍵參數(shù)是在鼓芯中的最大磁通密度Bmax，它可使用公 式(8)粗略地計算。歩驟7檢查Bmax如果Bmax大于對于多種鐵芯是典型最大磁通密度極限的0.3T， 則芯橫截面面積(鼓芯)或Np必須增大以把它降低到0.2T至0.3T 的范圍，如由迭代步驟11表示的那樣。另一方面，如果Bmax小于 0.2T,則可使用較小鼓芯，如由迭代步驟ll表示的那樣。歩驟8計算OD、 DIA及電流密度由選擇的鼓芯尺寸，可以確定可配合到繞線管中的單位為mm 的初級和次級導(dǎo)線的外徑OD,而因為反饋繞組攜帶非常少的電流， 因此反饋繞組的OD始終不是問題。初級和次級的外徑OD可使用 (6-7)計算⑨-: ^ (16)其中N是初級或次級的匝數(shù)，Bw是以mm為單位的沒有裕量的繞線管寬度，及LN是繞組層數(shù)。在選擇最接近計算的直徑的標準線號之后，使用來自導(dǎo)線表的信 息可找到這個線號的棵導(dǎo)體直徑DIA。下個步驟是計算電流密度，以 使用(9-10)確保導(dǎo)體尺寸對于最大rms電流足夠其中J是以A/mn^為單位的電流密度，Irms是以安培為單位的rms 電流，DIA是以mm為單位的棵導(dǎo)體直徑。 步驟9檢查電流密度用來設(shè)計分相變壓器的電流密度可高達5A/mm2,它由普通散熱 條件下的繞組的最大熱額定值確定。如果電流密度J高于5A/mm2， 則需要更大線號來處理電流。如果允許更大繞組區(qū)域，則如由迭代步 驟11表示的那樣，可添加更多層，或者通過使用較大鼓芯。另一方 面，如果電流密度比2A/mn^低，這遠低于熱極限，則如由迭代步驟 ll表示的那樣，可使用較小鼓芯或較大Np。歩驟10完成用于實際實施的設(shè)計按照逐個步驟過程，完成用于直流到直流轉(zhuǎn)換器的集成磁性元件 的設(shè)計，并且它準備好實際實施和測試。本發(fā)明允許在推挽換流器中布局中的磁性元件集成，提供了顯著 的好處。由上文將看到，兩個電感性元件(可能處于兩個線團的形式)用 來代替在常規(guī)推挽換流器中使用的直流電感器和分相變壓器，使換流 器更便宜和更輕。在諸如感應(yīng)加熱、感應(yīng)功率傳輸?shù)鹊戎惖亩喾N用途中，線圏需 要自然地存在。新?lián)Q流器的實施例不僅對于功率傳輸而且對于內(nèi)部電 路操作便利地利用其磁場。如果希望，這使換流器完全無芯。換流器可同時驅(qū)動兩個電感性元件。它們在原理上可耦合或不耦 合，因此實際上它們能是一個線圏或兩個獨立線團。當(dāng)它們被分離地使用時，對于ICPT系統(tǒng)，軌道線圏的總長度加倍。如可從圖2的實施例看到的那樣，可以運行換流器，而不使用任 何外部控制器和關(guān)聯(lián)的輔助電源來控制半導(dǎo)體開關(guān)。驅(qū)動開關(guān)所要求 的所有功率和信號可以內(nèi)部產(chǎn)生。如可從圖2看到的那樣，連接點(在 該例子中，每個晶體管切換裝置的集電極)用來導(dǎo)出用于相對切換裝 置的驅(qū)動信號。因此成本被進一步降低。而且，元件數(shù)量減小，并且 換流器的可靠性提高。在優(yōu)選實施例中磁性元件，即電感性元件的設(shè)計使得半導(dǎo)體切換 裝置被推到開關(guān)模式中，并且還實現(xiàn)零電壓切換，從而使EMI和切 換損失最小。如果需要，控制器仍然可以用于本發(fā)明的實施例，并且 任何這樣的控制器可以設(shè)計成實現(xiàn)諸如頻率或大小變化之類的其它 功能。幾乎所有類型的半導(dǎo)體開關(guān)可用在本發(fā)明的實施例中，包括BJT (雙極晶體管)、MOSFET、 IGBT等等。較小電容器在圖2中可與 基極電阻器Ra和RB并聯(lián)地連接，以加速基極/柵極驅(qū)動。單個或 Darlington晶體管構(gòu)造可用來形成等效可變電阻器以代替電阻器RA 和Rb。如果采用MOSFET或IGBT，則簡單齊納二極管可連接在每個開關(guān)的柵極處以限制最大電壓。也可添加限流和穩(wěn)壓電路，以對于 高電壓用途改進基極/柵極驅(qū)動。由于自然的基極/柵極電壓升高過程，在圖2實施例中表示的電 路可在沒有任何電流或電壓超調(diào)的情況下自動地啟動。不需要啟動控 制，并且電路的操作非常容易。換流器是用于多種現(xiàn)代功率換流器的基本構(gòu)造塊。這種新?lián)Q流器 可用在其中要求高頻電壓或電流產(chǎn)生的各種用途中。這些用途包括但 不限于感應(yīng)耦合無接觸功率傳輸、感應(yīng)加熱、直流到直流換流器、不 間斷電源。轉(zhuǎn)換器的輸出可連接到集總或擴展線圏、變壓器繞組等等 上。
權(quán)利要求
1.一種諧振換流器，包括用于來自直流電源的電流供給的輸入、和形成換流器的諧振電路的一部分的兩個或更多個電感性元件，其中一個或兩個電感性元件的泄漏電感大體把換流器與電源去耦合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振換流器，其中，電感性元件布置成 分開從電源接收的電流。
3. —種諧振換流器，包括用于來自直流電源的電流供給的輸入； 諧振電路，包括電容性元件和兩個或更多個電感性元件，電感性元件 布置成分開來自電源的電流；切換裝置，可控制地把來自電源的電流 切換到諧振電路中，并且其中， 一個或兩個電感性元件的泄漏電感大 體把換流器與電源去耦合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的諧振換流器，其中，切換裝置包括以大 體反相可操作的兩個切換裝置，以把來自電源的電流交替地切換到電 感性元件中。
5. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的諧振換流器，其中，電感性 元件纟皮耦合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的諧振換流器，其中，電感 性元件未被耦合。
7. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的諧振換流器，其中，電感性 元件包括單個繞組。
8. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的諧振換流器，其中，電感性 元件包括單個元件。
9. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的諧振換流器，其中，電感性 元件是無芯的。
10. —種諧振換流器，包括用于來自直流電源的電流供給的輸 入；諧振電路，包括電容性元件和兩個或更多個電感性元件，電感性 元件布置成分開來自電源的電流；兩個切換裝置，用于可控制地把來 自電源的電流以大體反相切換到諧振電路中，以把來自電源的電流交替地切換到電感性元件中，每個切換裝置由從諧振電路導(dǎo)出的信號驅(qū) 動。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的諧振換流器，其中，每個切換裝置提供在電感性元件與電源之間，并且驅(qū)動信號連接點提供在每個切換裝 置與對應(yīng)電感性元件之間，用于每個切換裝置的驅(qū)動信號從另一個切 換裝置的驅(qū)動信號連接點導(dǎo)出。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或權(quán)利要求11所述的諧振換流器，其中， 一個或兩個電感性元件的泄漏電感大體把換流器與電源去耦合。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項所述的諧振換流器，其中， 電感性元件被耦合。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項所述的諧振換流器，其中， 電感性元件未被耦合。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10至14中任一項所述的諧振換流器，其中， 電感性元件包括單個繞組。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10至15中任一項所述的諧振換流器，其中， 電感性元件包括單個元件。
17. 根據(jù)權(quán)利要求10至16中任一項所述的諧振換流器，其中， 電感性元件是無芯的。
18. —種諧振換流器，包括第一和第二輸入端子，用來連接到大體上為直流電功率的電源上；兩個電感性元件，每個具有第一和第二端子，每一個電感器的第一端子連接到第一輸入端子上；電容性元件，連接在電感器的另一個端子之間；及 第一切換裝置，連接在一個電感器的第二端子與第二輸入端子之間，和第二切換裝置，連接在另一個電感器的第二端子與第二輸入端子之間，并且其中，一個或兩個電感性元件的泄漏電感大體把換流器與電源去耦合。
19. 一種諧振換流器，包括第一和第二輸入端子，用來連接到大體上為直流電功率的電源上；兩個電感性元件，每個具有第一和第二端子，每一個電感器的第一端子連接到第一輸入端子上；電容性元件，連接在電感器的另一個端子之間；及 第一切換裝置，連接在一個電感器的第二端子與第二輸入端子之間，和第二切換裝置，連接在另一個電感器的第二端子與第二輸入端子之間，并且每個切換裝置由從第二電感器端子導(dǎo)出的信號驅(qū)動，該開關(guān)未連 接到該第二電感器端子上。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18或權(quán)利要求19所述的諧振換流器，其中， 電感性元件被耦合。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18或權(quán)利要求19所述的諧振換流器，其中， 電感性元件未被耦合。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18至21中任一項所述的諧振換流器，其中， 電感性元件包括單個繞組。
23. 根據(jù)權(quán)利要求18至22中任一項所述的諧振換流器，其中， 電感性元件包括單個元件。
24. 根據(jù)權(quán)利要求18至23中任一項所述的諧振換流器，其中， 電感性元件是無芯的。
25. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的諧振換流器，其中， 一個 或多個電感性元件包括ICPT系統(tǒng)的初級導(dǎo)電路徑或軌道線圏的至少 一部分。
26. 根據(jù)權(quán)利要求1至24中任一項所述的諧振換流器，其中，一 個或多個電感性元件包括感應(yīng)加熱裝置的至少一部分。
27. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的諧振換流器，其中，換流 器在大體50Hz-500kHz的頻率范圍中是可操作的。
28. —種諧振換流器，包括用于來自直流電源的電流供給的輸入、和形成所述換流器的諧振電路的一部分的兩個或更多個電感性元件， 其中一個或兩個電感性元件的泄漏電感大體提供電流源。
29. —種設(shè)計諧振換流器的方法，該方法包括以下步驟選擇用 于換流器的諧振電路的磁性元件，該磁性元件具有足夠的泄漏磁通以 大體把換流器與直流電源去耦合。
30. —種大體如這里參照附圖的圖2至7描述的諧振換流器。
31. —種大體如這里參照附圖的圖8描述的設(shè)計諧振換流器的方法。
全文摘要
一種諧振換流器包括使得在換流器中的磁性元件數(shù)量能夠減小的電感性元件(L1、L2)。元件(L1、L2)可以設(shè)計有泄漏電感以消除對于較大直流電感器的需要。它們也可以完成電流分流變壓器的功能。換流器開關(guān)也可以由換流器電路直接驅(qū)動，而不需要分離控制器。
文檔編號H02M3/335GK101268604SQ200680034233
公開日2008年9月17日 申請日期2006年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月3日
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