Режимы управления для резонансного преобразователя постоянного тока

Авторы патента:


Режимы управления для резонансного преобразователя постоянного тока
Режимы управления для резонансного преобразователя постоянного тока
Режимы управления для резонансного преобразователя постоянного тока
Режимы управления для резонансного преобразователя постоянного тока
Режимы управления для резонансного преобразователя постоянного тока
Режимы управления для резонансного преобразователя постоянного тока

 


Владельцы патента RU 2631664:

КОНИНКЛЕЙКЕ ФИЛИПС Н.В. (NL)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях мощности. Техническим результатом является увеличения диапазона выходной мощности. Преобразователь (16) мощности содержит инвертор (18) с полупроводниковыми переключателями (S1, S2, S3, S4), резонансную схему (22), соединенную с инвертором (18), и контроллер (30) для переключения полупроводниковых переключателей (S1, S2, S3, S4) инвертора (18) в переключающие состояния. Контроллер (30) сконфигурирован с возможностью периодического переключения инвертора (18) между переключающими состояниями таким образом, что формируется периодический резонансный ток ires в резонансной схеме (22) для синхронизации событий переключения переключающих состояний с периодическим резонансным током ires, так что переключающее состояние применяется к инвертору в момент времени, ассоциированный с конкретной периодической точкой (52) периодического резонансного тока ires, и для применения переключающих состояний таким образом, что общая мощность в обратном направлении из резонансной схемы (22) на вход (12) инвертора (18) является сбалансированной с общей мощностью в прямом направлении из входа (12) инвертора в резонансную схему (22). 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к преобразователю мощности, преобразователю постоянного тока, рентгеновскому устройству и способу управления инвертором.

Уровень техники

В устройствах формирования рентгеновских лучей преобразователь постоянного тока может быть использован для преобразования низкого входного постоянного напряжения (например, 400 В) в высокое выходное постоянное напряжение (до 160 кВ). Например, такой преобразователь постоянного тока может содержать управляемый инвертор для формирования переменного напряжения с переменной частотой, трансформатор для формирования высокого переменного напряжения и выпрямитель для формирования высокого выходного постоянного напряжения, которое может питать рентгеновскую трубку.

Инверторы мощности для формирования рентгеновских лучей часто приводят в действие резонансные нагрузочные схемы. В частности, в медицинских диагностических вариантах применения может требоваться управлять выходной мощностью в рентгеновскую трубку в чрезвычайно широком диапазоне от квазиненагруженного состояния до максимальной мощности. Одно или более событий переключения силовых полупроводниковых переключателей инвертора должны управляться соответствующим образом в любом полуцикле резонансного колебания тока.

Например, WO 2006/114719 A1 показывает преобразователь постоянного тока с полномостовым инвертором, подключенным к резонансной схеме. Задаются три режима управления, которые используются для управления выходной мощностью.

Тем не менее, в частности, для очень низкой выходной мощности трубки (к примеру, для ненагруженного состояния, закрытой сетки рентгеновской трубки) контроллер может формировать эффект рассеивания, который означает сильно возмущенные амплитуды резонансного тока. Результат может представлять собой значительную низкочастотную пульсацию высокого напряжения, что является нежелательным.

Сущность изобретения

Цель изобретения может заключаться в том, чтобы предоставлять преобразователь постоянного тока с широким диапазоном выходной мощности и сглаженным выходным напряжением.

Это цель достигается посредством предмета изобретения в независимых пунктах формулы изобретения. Дополнительные примерные варианты осуществления являются очевидными из зависимых пунктов формулы изобретения и нижеприведенного описания.

Аспект изобретения относится к преобразователю мощности.

Согласно изобретению преобразователь мощности содержит инвертор с полупроводниковыми переключателями, резонансную схему, соединенную с инвертором, и контроллер для переключения полупроводниковых переключателей инвертора в переключающие состояния. Контроллер сконфигурирован с возможностью периодического переключения инвертора между переключающими состояниями таким образом, что формируется периодический резонансный ток в резонансной схеме. Переключающие состояния могут содержать шунтирующее состояние для короткого замыкания резонансной схемы. Контроллер сконфигурирован с возможностью синхронизации событий переключения переключающих состояний с периодическим резонансным током таким образом, что переключающее состояние применяется к инвертору в момент времени, ассоциированный с конкретной периодической точкой периодического резонансного тока.

Таким образом, может управляться выходная мощность преобразователя мощности.

Согласно изобретению контроллер сконфигурирован с возможностью применения переключающих состояний таким образом, что общая мощность в обратном направлении из резонансной (нагрузочной) схемы во входной источник звена постоянного тока инвертора (практически) является сбалансированной с общей мощностью в прямом направлении из входного источника звена постоянного тока инвертора в резонансную нагрузочную схему. В этом контексте, "сбалансированный" может означать, что мощность в обратном направлении является практически такой же большой, как мощность в прямом направлении, и/или что две мощности практически компенсируют друг друга. Таким образом, только небольшая общая величина мощности может передаваться в/из резонансной схемы.

Можно отметить в качестве базовой идеи изобретения, что мощность в прямом направлении и мощность в обратном направлении являются оптимально сбалансированными посредством применения конкретных режимов переключения. Режимы переключения могут подавать только меньшую величину активной мощности в резонансную нагрузочную схему. Поскольку низкая выходная мощность означает работу с низкими амплитудами тока, необязательно больше придерживаться условия переключения при нулевом токе, как описано в WO 2006/114719 A1. Рабочие режимы могут сглаживать форму огибающей резонансного тока и могут уменьшать пульсацию высокого выходного постоянного напряжения.

Например, в режиме с низким уровнем мощности определяется переход через нуль резонансного тока в качестве конкретной периодической точки, инвертор переключается в состояние прямой мощности или в состояние обратной мощности в предварительно заданный первый период времени перед переходом через нуль и инвертор переключается на шунтирующее переключающее состояние в предварительно заданный второй период времени после перехода через нуль.

Например, в режиме пикового тока пик резонансного тока определяется в качестве конкретной периодической точки и инвертор переключается в состояние прямой мощности или состояние обратной мощности при определенном пике резонансного тока.

Дополнительные аспекты изобретения относятся к преобразователю постоянного тока и рентгеновскому устройству, содержащему такой преобразователь мощности.

Дополнительный аспект изобретения относится к способу управления инвертором. Следует понимать, что признаки способа, как описано выше и ниже, могут представлять собой признаки преобразователя мощности, преобразователя постоянного тока и рентгеновского устройства, как описано выше и ниже.

Согласно варианту осуществления изобретения способ содержит этапы: периодического переключения инвертора между переключающими состояниями таким образом, что формируется периодический резонансный ток в резонансной схеме, связанной с инвертором; синхронизации событий переключения переключающих состояний с периодическим резонансным током таким образом, что переключающее состояние применяется к инвертору в момент времени, ассоциированный с конкретной периодической точкой периодического резонансного тока.

Согласно варианту осуществления изобретения способ содержит этап: применения переключающих состояний таким образом, что общая мощность в обратном направлении из резонансной схемы на вход инвертора является сбалансированной с общей мощностью в прямом направлении из входа инвертора в резонансную схему.

Эти и другие аспекты изобретения должны становиться очевидными и должны истолковываться со ссылкой на описанные далее варианты осуществления.

Краткое описание чертежей

Ниже подробнее описываются варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Фиг. 1 показывает принципиальную схему преобразователя постоянного тока согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг. 2 показывает принципиальную схему преобразователя постоянного тока согласно дополнительному варианту осуществления изобретения.

Фиг. 3 показывает принципиальную схему с полупроводниковыми переключателями согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг. 4 показывает принципиальную схему рентгеновского устройства согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг. 5 показывает схему, указывающую режим переключения для контроллера согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг. 6 показывает схему, указывающую режим переключения для контроллера согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг. 7 показывает схему, указывающую режим переключения для контроллера согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг. 8 показывает схему, указывающую последовательность переключения для контроллера согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг. 9 показывает схему с мощностью, передаваемой посредством преобразователя постоянного тока согласно варианту осуществления изобретения.

В принципе, идентичные части имеют идентичные ссылочные символы на чертежах.

Подробное описание вариантов осуществления

Фиг. 1 показывает преобразователь 10 постоянного тока с входным соединением 12 с источником постоянного тока с входным постоянным напряжением Vdc и выходным соединением 14 для нагрузки постоянного тока, предоставляющей выходное постоянное напряжение Vout.

Преобразователь 10 постоянного тока содержит резонансный преобразователь 16 мощности, который подключается через конденсатор C1 звена постоянного тока к входному соединению 12.

Резонансный преобразователь 16 содержит полномостовой инвертор 18, содержащий два полумоста 20a, 20b, подключенные параллельно к конденсатору C1 и к входному соединению 12. Каждый полумост 20a, 20b содержит верхнюю и нижнюю ветвь, подключенные последовательно. Например, верхняя ветвь полумоста 20a содержит полупроводниковый переключатель S1, шунтирующий диод D1 и демпфирующий конденсатор Cs1, подключенные параллельно. Другие ветви аналогично содержат полупроводниковые переключатели S2, S3, S4, шунтирующие диоды D2, D3, D4 и демпфирующие конденсаторы Cs2, Cs3, Cs4.

Согласно варианту осуществления изобретения преобразователь 16 мощности содержит инвертор 18 с полупроводниковыми переключателями S1, S2, S3, S4 и резонансную схему 22, соединенную с инвертором 18.

Согласно варианту осуществления изобретения инвертор 18 представляет собой полномостовой инвертор, который содержит два полумоста 20a, 20b, подключенные параллельно к входному источнику 12 звена постоянного тока.

Согласно варианту осуществления изобретения каждый полумост 20a, 20b содержит две ветви, причем каждая ветвь x=1…4 имеет полупроводниковый переключатель Sx, шунтирующий диод Dx и демпфирующий конденсатор Csx, подключенные параллельно. Например, верхняя ветвь полумоста 20a содержит полупроводниковый переключатель S1, шунтирующий диод D1 и демпфирующий конденсатор Cs1.

Резонансная схема 22 подключается между верхней и нижней ветвями полумостов 20a, 20b.

Согласно варианту осуществления изобретения резонансная схема 22 содержит индуктивность Lres, емкость Cres и первичную обмотку трансформатора 24, которые подключены последовательно. Также другие конфигурации последовательно-параллельной резонансной нагрузочной схемы могут управляться посредством схем управления этого изобретения.

Согласно варианту осуществления изобретения резонансная схема 22 содержит индуктивность Lres и конденсатор Cres, подключенные последовательно.

Согласно варианту осуществления изобретения одна или более первичных обмоток трансформатора 24 представляют собой часть индуктивности резонансной схемы 22. Индуктивность рассеяния первичной обмотки трансформатора может вносить вклад в общую последовательную индуктивность резонансной нагрузочной схемы 22.

Вторичная обмотка трансформатора 24 подключается к топологии 26 выпрямителя, которая предоставляет выходное постоянное напряжение Vout для выходного соединения 14.

Согласно варианту осуществления изобретения выпрямитель 26 может содержать полномостовой выпрямитель 26, который содержит четыре ветви диодов. Каждый выпрямительный диод может представлять ряд диодных устройств, которые подключены последовательно, чтобы создавать высокое запирающее напряжение.

Согласно варианту осуществления изобретения преобразователь 10 постоянного тока содержит преобразователь 16 мощности, трансформатор 24 для формирования высокого переменного напряжения из переменного напряжения в резонансной схеме и выпрямитель 26 для формирования высокого постоянного напряжения Vout из высокого переменного напряжения из трансформатора.

Сглаживающий конденсатор C2 подключается параллельно к выходному соединению 14.

Контроллер 30 преобразователя 10 постоянного тока и, в частности, для инвертора 16 измеряет ток ires в резонансной схеме 22 и/или напряжение Vtank на выходе инвертора 18 и определяет схему переключения для полупроводниковых переключателей S1, S2, S3, S4 инвертора 16. Целевая выходная мощность преобразователя мощности может быть входным параметром для контроллера 30 и схема переключения может быть определена таким образом, что активная выходная мощность преобразователя 10 постоянного тока совпадает с целевой выходной мощностью.

Согласно варианту осуществления изобретения контроллер 30 сконфигурирован с возможностью измерения резонансного тока ires в резонансной схеме 22.

Фиг. 2 показывает дополнительный вариант осуществления преобразователя 10' постоянного тока, который отличается от преобразователя 10 постоянного тока по фиг. 1 резонансной схемой 22' и топологией 26' выпрямителя.

Резонансная схема 22' является симметричной относительно первичной обмотки трансформатора 24 и содержит две индуктивности Lres/2 и два конденсатора 2 Cres.

Высоковольтный выпрямитель 26' содержит топологию умножителя напряжения, например, согласно Кокрофту, Уолтону, Грейнахеру или Делону.

Фиг. 3 показывает варианты осуществления переключающих элементов или полупроводниковых переключателей, которые могут быть использованы для инвертора 18. В инверторе 18 любое устройство S1, S1' может быть использовано в качестве полупроводникового переключателя, который может активно запираться в прямом направлении, но который является обратнопроводящим.

Например, переключатель S1 (или все другие переключатели) может содержать MOSFET-транзистор, который является обратнопроводящим вследствие своей структуры. В качестве альтернативы для одного или всех переключателей, переключатель S1' содержит IGBT-модуль, включающий в себя один или более антипараллельных диодов (шунтирующих). Кроме того, SiC-устройства могут применяться в качестве переключателя. В качестве варианта применения преобразователя 10 постоянного тока, фиг. 4 показывает рентгеновское устройство 40, содержащее преобразователь 10 постоянного тока. Например, рентгеновское устройство 40 может представлять собой CT (компьютерный томограф) или любую другую рентгенографическую систему для медицинских целей.

Входное соединение 12 преобразователя постоянного тока питается посредством выпрямителя 42, соединенного с электросетью 44 и предоставляющего входное напряжение Vdc. Выходное соединение 14 соединяется с нагрузкой, содержащей рентгеновскую трубку 46.

Согласно варианту осуществления изобретения рентгеновское устройство 40 содержит преобразователь 10 постоянного тока и рентгеновскую трубку 46, питаемую посредством высокого постоянного напряжения Vout.

Фиг. 5 показывает схему с током ires в резонансной схеме 22 и/или напряжением Vtank на выходе инвертора 18 за время t в конкретном режиме переключения контроллера 30. Резонансный ток ires управляется таким образом, что формируется периодический ток в резонансной схеме 22.

Кроме того, фиг. 5 показывает команды инвертора ("+") и периоды времени, используемые для формирования команд переключения инвертора 18. Предусмотрено три различные команды инвертора или переключающих состояния "+", "0", "-", что поясняется ниже. Ток ires имеет продолжительность T периода и продолжительность полуцикла в T /2.

Контроллер 30 может содержать кодер 48 фазовых углов или модуль 48 определения фазовых углов, который, например, сконфигурирован с возможностью определения перехода 52 через нуль резонансного тока ires и определения времени переключения или события переключения инвертора 18, которое может быть основано на времени ts упреждения перед переходом через нуль резонансного тока ires. На фиг. 5,полупроводниковые переключатели S1, S2, S3, S4 переключаются на новые переключающие состояния (т.е. размыкаются или замыкаются) в T/2-ts и в T-ts.

Переключающие состояния полупроводниковых переключателей S1, S2, S3, S4 могут быть определены посредством модуля 50 переключения контроллера 30.

Модуль 50 переключения может быть инициирован посредством модуля 49 определения нулевого тока, который сконфигурирован с возможностью определения перехода через нуль резонансного тока ires, и модуля 51 формирования времени запаздывания, который сконфигурирован с возможностью формировать время задержки для задержки для модуля 50 переключения.

Согласно варианту осуществления изобретения преобразователь 16 мощности содержит контроллер 30 для переключения полупроводниковых переключателей S1, S2, S3, S4 инвертора 18 в переключающие состояния.

Контроллер 30 может работать в различных переключающих состояниях или рабочих режимах.

На (первом) уровне или состоянии прямой мощности, который может указываться посредством "+", инвертор 18 подает мощность из схемы звена постоянного тока в резонансную схему 22.

На (втором) уровне или состоянии шунтирования, который может указываться посредством "0", инвертор 18 не передает активную мощность.

На (третьем) уровне или состоянии обратной мощности, который может указываться посредством "-", инвертор 8 подает активную мощность из резонансной схемы 22 обратно в звену 12 постоянного тока.

В первом состоянии прямой мощности инвертор 18 переключается таким образом, что большую часть полуцикла резонансного тока ires, напряжение Vtank имеет знак или полярность, идентичный знаку или полярности тока ires. Следует отметить, что переключающие состояния переключателей S1-S4 в состоянии прямой мощности зависят от полярности резонансного тока ires в момент времени, в который должно осуществляться переключение.

Например, как показано на фиг. 5, в течение положительного полуцикла переключатели S1 и S4 включаются, в то время как другие два переключателя S2, S3 выключаются, так что положительный резонансный ток ires протекает непосредственно через S1 и S4. Положительное напряжение Vtank=+Vdc прикладывается к резонансной схеме 22. Как результат, энергия передается из входного соединения 12 в резонансную схему 22, и стимулируется резонансный ток, что приводит к увеличению его амплитуды. Во время T/2-ts (определенное посредством модуля 48 определения фазовых углов) переключающие состояния изменяются таким образом, что S2 и S3 включаются и являются проводящими, тогда как S1 и S4 выключаются, что приводит к отрицательному напряжению Vtank=-Vdc. Это переключающее состояние практически остается через отрицательный полупериод, и после времени T-ts, переключающие состояния возвращаются в переключающее состояние положительного полуцикла.

Согласно варианту осуществления изобретения переключающие состояния содержат состояние прямой мощности, в котором постоянное напряжение Vdc прикладывается к резонансной схеме 22, которая имеет полярность, идентичную полярности резонансного тока ires во время переключения.

Второе шунтирующее состояние (не показано на фиг. 5, но указывается с помощью 0 на фиг. 6) является достижимым посредством четырех возможных переключающих состояний, по два для каждого направления (полярности) резонансного тока ires. Например, если включается только переключатель S1, то положительный резонансный ток ires протекает через переключатель S1 и проводящий антипараллельный шунтирующий диод D3. Шунтирующее состояние может характеризоваться круговым электрическим током. Поскольку приложенное резонансное напряжение Vtank=0 является нулевым, дополнительная энергия не вовлекается из входного соединения 12 в резонансную схему 22, чтобы стимулировать или гасить амплитуду ires. Аналогичный результат получается, если замыкается только S4, и в этом случае ires должен протекать через S4 и D2. Для отрицательного резонансного тока эквивалентные переключающие состояния задаются посредством S2, включенного в то время, когда S1, S4 выключаются, а S3 без разницы, либо S3, включенного в то время, когда S1, S4 выключаются, а S1 без разницы.

Согласно варианту осуществления изобретения переключающие состояния содержат состояние обратной мощности, в котором постоянное напряжение +Vdc прикладывается к резонансной схеме 22, которая имеет полярность, противоположную полярности резонансного тока Vdc во время переключения.

В третьем состоянии обратной мощности, для положительного и отрицательного резонансного тока ires, выключаются переключатели S1, S2, S3 и S4. Положительный резонансный ток ires протекает через диоды D2 и D3. Приложенное напряжение Vtank имеет полярность, противоположную полярности резонансного тока ires, в силу этого энергия передается в обратном направлении из резонансной схемы 22 во входное соединение 12. Соответственно, резонансный ток ires активно гасится, и его амплитуда значительно понижается. Отрицательный резонансный ток ires протекает через D1 и D4.

Согласно варианту осуществления изобретения переключающие состояния содержат шунтирующее состояние для короткого замыкания резонансной схемы 22.

Рабочие режимы или режимы управления для преобразователя 10 постоянного тока могут быть заданы с помощью состояний управления, которые только содержат один тип состояния управления. В частности, режимы управления могут быть сформированы посредством периодического применения переключающих состояний к инвертору 18.

Например, в режиме полной прямой мощности инвертор 18 переключается только на состояния прямой мощности, в режиме полной обратной мощности инвертор 18 переключается только на состояния обратной мощности, а в режиме полного шунтирования инвертор 18 переключается только на состояния шунтирования.

В этих трех рабочих режимах каждый цикл переключения может завершаться и следующий цикл может начинаться около (например, за ts до) перехода через нуль резонансного тока ires, обеспечивая переключение при нулевом токе и нулевом напряжении, так что результирующие потери на переключение являются минимальными.

В общем, моменты времени переключения, т.е. события переключения могут синхронизироваться с периодическими событиями или периодическими точками резонансного тока ires, такими как переход 52 через нуль.

Согласно варианту осуществления изобретения контроллер 30 сконфигурирован с возможностью синхронизации событий переключения переключающих состояний с периодическим резонансным током ires, так что переключающее состояние применяется к инвертору в момент времени, ассоциированный с конкретной периодической точкой 52 периодического резонансного тока ires.

В режиме полной прямой мощности, показанном на фиг. 5, условие переключения при нулевом напряжении удовлетворяется в любой рабочей точке, и потери могут быть максимально возможно низкими. Эти две цели могут быть оптимально достигнуты в рабочем диапазоне со средним и с высоким уровнем мощности. Они достигаются посредством предпочтительного выбора события переключения непосредственно перед переходом через нуль (т.е. за ts перед переходом через нуль) резонансного тока ires. В это время амплитуда тока уже является довольно небольшой, но может безопасно обеспечиваться операция переключения при нулевом напряжении.

Фиг. 6 показывает схему, аналогичную фиг. 5, для рабочего режима инвертора 18, в котором в течение положительного полуцикла тока ires применяется состояние прямой мощности и в течение отрицательного полупериода тока ires применяется шунтирующее состояние.

Это может быть использовано для более низкой выходной мощности, аналогично рабочему режиму, показанному на фиг. 5. Тем не менее в рабочих точках с низкой выходной мощностью или в квазиненагруженных состояниях (к примеру, в случае запирающей сетки рентгеновской трубки), не может надежно обеспечиваться операция переключения при нулевом напряжении. Причиной этого поведения могут быть остаточные заряды конденсаторов Cs1-Cs4. Дискретные демпфирующие конденсаторы могут вносить вклад в Cs1...Cs4, а также в выходную емкость Coss кристалла и в емкости слоев печатной платы. Области 60 времени тока недостаточно для того, чтобы полностью разряжать демпфирующие конденсаторы Cs1-Cs4. Поскольку демпфирующие конденсаторы не разряжаются до тех пор, пока не будет достигнут переход через нуль, напряжение Vtank, приложенное к резонансной схеме 22, падает в диапазоне 62.

Конденсаторы Cs1-Cs4 затем разряжаются в ходе следующего события включения их параллельно-подключенных переключателей S1-S4.

Следовательно, нарушается условие переключения при нулевом напряжении и событие переключения осуществляется с задержкой. Оно происходит после перехода через нуль резонансного тока ires в точке 64. Как следствие, могут возникать довольно высокие потери и может возникать пульс высоких электромагнитных помех вследствие резкого изменения напряжения (dVtank/dt) в 64.

В частности, для очень низкой выходной мощности (к примеру, для ненагруженного состояния, для запирающей сетки рентгеновской трубки), схемы управления, показанные на фиг. 5 и 6, могут приводить к эффекту рассеивания, который означает амплитуды с сильным возмущением резонансного тока ires. Результат может представлять собой довольно высокую низкочастотную пульсацию высокого напряжения Vout, что также является нежелательным.

Чтобы преодолевать это представлены два дополнительных режима управления или рабочих режима, которые передают меньшую величину мощности в резонансную схему 22. Низкая выходная мощность может означать работу с абсолютно низкими амплитудами тока. Следовательно, может быть необязательным придерживаться цели переключения при нулевом напряжении.

В обоих режимах управления, мощность, протекающая в резонансную схему 22, является практически сбалансированной посредством мощности, выходящей из резонансной схемы 22.

Согласно варианту осуществления изобретения контроллер 30 сконфигурирован с возможностью применения переключающих состояний таким образом, что общая мощность в обратном направлении из резонансной схемы 22 на вход 12 инвертора 18 является сбалансированной с общей мощностью в прямом направлении из входа 12 инвертора в резонансную схему 22.

Фиг. 7 показывает схему, аналогичную схемам фиг. 5 и 6, для схемы переключения в режиме с низким уровнем мощности. В режиме с низким уровнем мощности состояние прямой мощности и шунтирующее состояние переключаются в течение одного полуцикла.

Эта схема переключения инициируется посредством сигнала кодера фазовых углов из модуля 48 определения фазовых углов. Последовательность переключения начинается с условиями, которые являются идентичными режиму полной прямой мощности, показанному на фиг. 5, но заканчивается с условиями шунтирующего состояния. Соответствующие временные условия представляют собой 0<ts<ts1 и ts+ts1<T/2.

Инвертор 18 может переключаться между состоянием передачи мощности и шунтирующим состоянием в течение одного полуцикла T/2.

Например, модуль 48 определения фазовых углов определяет фазовый угол перед событием 52 перехода через нуль из резонансного тока ires и инициирует модуль 50 переключения, чтобы переключаться в состояние 1 прямой мощности в первый период ts времени перед переходом 52 через нуль, т.е. в T/2-ts и T-ts. Модуль переключения инициируется посредством модуля 49 определения нулевого тока и модуля 51 формирования времени запаздывания (который создает время ts1 задержки), чтобы переключаться в шунтирующее состояние 0 во второй период ts1 времени после перехода 52 через нуль, т.е. в T/2+ts1 и T+ts1. Позиция перехода 52 через нуль получается из формы по фиг. 7 с верхним пределом в ts+ts1=T/2.

Периоды ts и ts1 времени могут быть предварительно заданными фиксированными значениями или могут задаваться как часть продолжительности T периода. Время ts упреждения инициирует передачу мощности в резонансную схему 22. После времени запаздывания ts1>ts, может применяться шунтирующее состояние, чтобы предотвращать дополнительную передачу активной мощности в резонансную схему 22.

Согласно варианту осуществления изобретения контроллер 30 сконфигурирован с возможностью определения перехода 52 через нуль резонансного тока ires в качестве конкретной периодической точки.

Согласно варианту осуществления изобретения контроллер 30 сконфигурирован с возможностью переключения инвертора 18 в состояние прямой мощности или в состояние обратной мощности в предварительно заданный первый период ts времени перед переходом 52 через нуль.

Согласно варианту осуществления изобретения контроллер 30 сконфигурирован с возможностью переключения инвертора 18 в шунтирующее переключающее состояние в предварительно заданный второй период ts1 времени после перехода 52 через нуль.

Согласно варианту осуществления изобретения по меньшей мере, два события переключения, например переключение в состояние прямой мощности и переключение в шунтирующее состояние, возникают в течение одного полуцикла периода резонансного тока ires.

С использованием режима с низким уровнем мощности может быть сглажена форма огибающей резонансного тока ires. Кроме того, режим с низким уровнем мощности может уменьшать пульсацию сигнала Vout высокого постоянного напряжения. Дополнительно, режим с низким уровнем мощности фокусируется на обеспечении переключения при нулевом напряжении без исключений. Здесь могут не допускаться крутые края dV/dt для высокого состояния электромагнитных помех.

Фиг. 8 показывает схему с последовательностью переключения, содержащей низкий уровень мощности, уровень шунтирования и уровень мощности в прямом направлении.

При низком уровне L мощности инвертор 18 переключается согласно фиг. 7. При уровне 1 мощности в прямом направлении инвертор 18 переключается согласно фиг. 5, а при уровне шунтирования инвертор 18 переключается так, как пояснено относительно фиг. 6.

Мощность, которая подается в прямом направлении в резонансную схему 22, может быть вычислена посредством области 70 времени напряжения, умноженной на ires. Мощность, которая возвращается в схему 12 звена постоянного тока, может быть вычислена посредством области 72 времени напряжения, умноженной на ires. Переключение, как указано на фиг. 7 и фиг. 8, при низком уровне L мощности обеспечивает то, что область 70 (немного) больше области 72. Это приводит к небольшой величине мощности, которая подается в прямом направлении в течение любого полуцикла.

Фиг. 9 показывает схему, указывающую величину мощности, которая передается из входного соединения 12, т.е. из схемы звена постоянного тока, в резонансную схему 22 за время t. Среднее передаваемой мощности или общая передаваемая мощность (за продолжительность T в один период) может рассматриваться в качестве передаваемой мощности соответствующего режима управления.

Линия 80 указывает синусоидальный резонансный ток ires с продолжительностью T периода.

Линия 82 указывает передаваемую мощность в режиме полной прямой мощности, показанном на фиг. 5. В этом рабочем режиме инвертор 18 всегда переключается в состояние прямой мощности в период ts времени перед переходом через нуль и общая передаваемая мощность является положительной.

Линия 84 указывает передаваемую мощность в режиме полной обратной мощности. В этом рабочем режиме инвертор 18 всегда переключается в состояние обратной мощности в период ts времени перед переходом через нуль и общая передаваемая мощность является отрицательной.

Линия 86 указывает передаваемую мощность в режиме с низким уровнем мощности, показанном на фиг. 7. Общая передаваемая мощность является положительной, но намного меньшей, аналогично режиму полной прямой мощности.

Хотя изобретение подробно проиллюстрировано и описано на чертежах и в вышеприведенном описании, такое иллюстрирование и описание должны считаться иллюстративными или примерными, а не ограничивающими; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Другие вариации в раскрытых вариантах осуществления могут пониматься и осуществляться специалистами в данной области техники при применении на практике заявленного изобретения, из изучения чертежей, раскрытия сущности и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает другие элементы или этапы и единственное число не исключает множества. Один процессор или контроллер или другой модуль может выполнять функции нескольких элементов, изложенных в формуле изобретения. Простой факт того, что определенные средства упомянуты в различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает того, что комбинация этих средств не может быть использована с выгодой. Все ссылочные номера в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем.

1. Преобразователь (16) мощности, содержащий:

- инвертор (18) с полупроводниковыми переключателями (S1, S2, S3, S4);

- резонансную схему (22), соединенную с инвертором (18);

- контроллер (30) для переключения полупроводниковых переключателей (S1, S2, S3, S4) инвертора (18) в переключающие состояния;

- при этом контроллер (30) сконфигурирован с возможностью периодического переключения инвертора (18) между переключающими состояниями таким образом, что формируется периодический резонансный ток (ires) в резонансной схеме (22), причем переключающие состояния содержат шунтирующее состояние для короткого замыкания резонансной схемы (22), при этом переключающие состояния дополнительно содержат, по меньшей мере, одно из следующего:

- состояние прямой мощности, в котором постоянное напряжение (+Vdc) прикладывается к резонансной схеме (22), которая имеет полярность, идентичную полярности резонансного тока (ires);

- состояние обратной мощности, в котором постоянное напряжение (+Vdc) прикладывается к резонансной схеме (22), которая имеет полярность, противоположную полярности резонансного тока (ires); при этом контроллер (30) сконфигурирован с возможностью определения перехода (52) через нуль резонансного тока (ires) в качестве конкретной периодической точки; и при этом контроллер (30) сконфигурирован с возможностью переключения инвертора (18) в состояние прямой мощности или в состояние обратной мощности в предварительно заданный первый период (ts) времени перед переходом (52) через нуль;

- при этом контроллер (30) сконфигурирован с возможностью переключения инвертора (18) в шунтирующее переключающее состояние в предварительно заданный второй период (ts1) времени после перехода (52) через нуль;

- при этом контроллер (30) сконфигурирован с возможностью синхронизации событий переключения переключающих состояний с периодическим резонансным током (ires) таким образом, что переключающее состояние применяется к инвертору в момент времени, ассоциированный с конкретной периодической точкой (52) периодического резонансного тока (ires),

- характеризующийся тем, что контроллер (30) сконфигурирован с возможностью применения переключающих состояний таким образом, что общая мощность в обратном направлении из резонансной схемы (22) на вход (12) инвертора (18) является сбалансированной с общей мощностью в прямом направлении из входа (12) инвертора в резонансную схему (22).

2. Преобразователь (16) мощности по п. 1,

- в котором, по меньшей мере, два события переключения возникают в течение одного полуцикла периода резонансного тока (ires).

3. Преобразователь (16) мощности по п. 1 или 2,

- в котором контроллер (30) сконфигурирован с возможностью измерения резонансного тока (ires) в резонансной схеме (22).

4. Преобразователь (16) мощности по п. 1 или 2,

- в котором инвертор (18) представляет собой полномостовой инвертор, который содержит два полумоста (20a, 20b), подключенные параллельно ко входу (12) постоянного тока;

- при этом каждый полумост (20a, 20b) содержит две ветви, причем каждая ветвь имеет полупроводниковый переключатель (S1), шунтирующий диод (D1) и демпфирующий конденсатор (Cs1), подключенные параллельно.

5. Преобразователь (16) мощности по п. 1 или 2,

- в котором резонансная схема (22) содержит индуктивность (Lres) и конденсатор (Cres), подключенные последовательно.

6. Преобразователь (16) мощности по п. 1 или 2,

- в котором первичная обмотка трансформатора (24) представляет собой часть индуктивности резонансной схемы (22).

7. Преобразователь (10) постоянного тока, содержащий:

- преобразователь (16) мощности по одному из пп. 1-6;

- трансформатор (24) для формирования высокого переменного напряжения из переменного напряжения в резонансной схеме;

- выпрямитель (26) для формирования высокого постоянного напряжения (Vout) из высокого переменного напряжения из трансформатора.

8. Рентгеновское устройство (40), содержащее:

- преобразователь (10) постоянного тока по п. 7;

- рентгеновскую трубку (46), питаемую посредством высокого постоянного напряжения (Vout).

9. Способ управления инвертором (18), при этом способ содержит этапы, на которых:

- периодически переключают инвертор (18) между переключающими состояниями таким образом, что формируется периодический резонансный ток (ires) в резонансной схеме (22), связанной с инвертором (18), причем переключающие состояния содержат шунтирующее состояние для короткого замыкания резонансной схемы (22);

- синхронизируют события переключения переключающих состояний с периодическим резонансным током (ires) таким образом, что переключающее состояние применяется к инвертору (18) в момент времени, ассоциированный с конкретной периодической точкой (52) периодического резонансного тока (ires);

- определяют переход (52) через нуль резонансного тока (ires) в качестве конкретной периодической точки;

- переключают инвертор (18) в состояние прямой мощности или в состояние обратной мощности в предварительно заданный первый период (ts) времени перед переходом (52) через нуль;

- переключают инвертор (18) в шунтирующее переключающее состояние в предварительно заданный второй период (ts1) времени после перехода (52) через нуль;

- характеризующийся тем, что применяют переключающие состояния таким образом, что общая мощность в обратном направлении из резонансной схемы (22) на вход (12) инвертора (18) является сбалансированной с общей мощностью в прямом направлении из входа (12) инвертора (18) в резонансную схему (22).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к рентгенотехнике , а именно к рентгеновским аппаратам со среднечастотным инверторным преобразованием в главной цепи. .

Изобретение относится к области рентгенотехники, а более конкретно - к рентгеновским генераторам с высокочастотным преобразованием в главной цепи. .

Изобретение относится к области рентгенотехники. .

Изобретение относится к области рентгенотехники, а более конкретно - к рентгеновским генераторам с высоJ2 таг кочастотным преобразованием напряжения . .

Предлагаемое устройство относится к области импульсной техники, а именно к преобразователям постоянного напряжения или тока. Основной областью применения конвертера является преобразование выпрямленного напряжения сети в более низкие напряжения или в постоянный ток, однако устройства предлагаемого типа могут применяться в любых трансформаторных конвертерах, а также в конвертерах с индуктивной нагрузкой.

Изобретение относится к категории автоколебательных конвертеров напряжения, выполненных на биполярных транзисторах с индуктивной нагрузкой. .

Изобретение относится к конвертерам постоянного напряжения и предназначено для использования в качестве повышающего преобразователя напряжение - ток. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразователям напряжения постоянного тока в напряжение постоянного тока (DC/DC), получающим входное питание в широком диапазоне, и может быть использовано в источниках вторичного электропитания для потребителей различных объектов промышленного и военного назначения.

Изобретение относится к области электротехники и радиотехники и может быть использовано в качестве источников питания постоянного и переменного напряжения в различных областях народного хозяйства, например генераторов в радиосистемах.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. .

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. .

Использование – в области электротехники. Технический результат – обеспечение лучшей стабилизации выходного напряжения в сети.

Настоящее изобретение касается резонансного выпрямителя, а также способа и устройства управления резонансным выпрямителем. В резонансном выпрямителе выпрямляющий диод на вторичной стороне резонансного выпрямителя заменен на МОП-транзистор.

Данное изобретение относится к электрическим источникам электропитания и, более конкретно, к схеме защиты от перенапряжения и энергосбережения в импульсных источниках (1) электропитания (switched-mode power supplies - SMPS).

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в адаптерах мощности для подачи мощности на переносное устройство. Техническим результатом является обеспечение мощности подачи на различные переносные устройства.

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и является устройством, реализующим энергетически эффективный импульсный способ регулирования мощности, передаваемой в нагрузку, и может использоваться в источниках вторичного электропитания.
Наверх