Резонансный dc-dс преобразователь мощности с управлением включением и выключением - заявка 2016130008 на патент на изобретение в РФ

1. Резонансный DC-DC преобразователь мощности, содержащий:
- цепь входной стороны, содержащую положительный и отрицательный входные выводы для приема выходного напряжения или тока,
- цепь выходной стороны, содержащую положительный и отрицательный выходные выводы для подачи выходных мощности, напряжения или тока преобразователя и соединения с нагрузкой преобразователя,
- цепь выпрямления, соединенную между выходом резонансного контура и цепью выходной стороны,
причем резонансный контур выполнен с возможностью поочередной зарядки от входного напряжения или тока и разрядки через цепь выпрямления посредством первого управляемого переключающего устройства в соответствии с первым управляющим сигналом переключателя, при этом частота этого управляющего сигнала переключателя составляет 20 МГц или выше, более предпочтительно 30 МГц или выше,
- второе управляемое переключающее устройство, выполненное с возможностью выбора первой импедансной характеристики резонансного контура в первом состоянии переключателя и выбора второй импедансной характеристики резонансного контура во втором состоянии переключателя,
- цепь управления выходным напряжением или током, выполненная с возможностью регулировки выходных напряжения и/или тока преобразователя посредством активации и прерывания первого управляющего сигнала переключателя в соответствии с состоянием переключателя второго управляемого переключающего устройства.
2. Резонансный DC-DC преобразователь мощности по п. 1, в котором второе управляемое переключающее устройство соединено последовательно между выходом цепи выпрямления и положительным или отрицательным выходным выводом для соединения нагрузки преобразователя в проводящем состоянии переключателя и отсоединения нагрузки преобразователя в непроводящем состоянии переключателя.
3. Резонансный DC-DC преобразователь мощности по п. 1, в котором второе управляемое переключающее устройство присоединено на концах выхода резонансного контура для выбора первой импедансной характеристики резонансного контура в непроводящем состоянии и второй импедансной характеристики резонансного контура в проводящем состоянии.
4. Резонансный DC-DC преобразователь мощности по п. 2 или 3, в котором цепь выпрямления содержит второе управляемое переключающее устройство; и цепь управления выполнена с возможностью выработки управляющего сигнала для второго управляемого переключающего устройства синхронно с первым управляющим сигналом переключения.
5. Резонансный DC-DC преобразователь мощности по любому из пп. 1-3, в котором цепь управления выходным напряжением или током содержит:
самовозбуждающийся контур обратной связи, соединенный между выходным выводом и управляющим выводом первого управляемого переключающего устройства; причем первая импедансная характеристика резонансного контура имеет конфигурацию, обеспечивающую возможность включения колебания самовозбуждающегося контура обратной связи, и
вторая импедансная характеристика резонансного контура имеет конфигурацию, обеспечивающую возможность отключения колебания самовозбуждающегося контура обратной связи.
6. Резонансный DC-DC преобразователь мощности по любому из пп. 1-3, в котором значение добротности первой импедансной характеристики больше 5 при резонансной частоте первой импедансной характеристики; и
значение добротности второй импедансной характеристики меньше 2 при резонансной частоте второй импедансной характеристики.
7. Резонансный DC-DC преобразователь мощности по любому из пп. 1-3, в котором резонансная частота первой импедансной характеристики по меньшей мере в 1,4 раза больше, чем резонансная частота второй импедансной характеристики.
8. Резонансный DC-DC преобразователь мощности по любому из пп. 1-3, в котором цепь управления выходным напряжением или током содержит:
контур регулировки напряжения или тока, соединенный между выводом выходного напряжения преобразователя и управляющим выводом второго управляемого переключающего устройства для регулировки выходного напряжения преобразователя в соответствии с одним или большим количеством DC опорных напряжений или токов.
9. Резонансный DC-DC преобразователь мощности по п. 8, в котором контур регулировки напряжения или тока содержит:
генератор DC опорного напряжения, выполненный с возможностью подачи указанных одного или большего количества DC опорных напряжений или токов,
один или большее количество компараторов, выполненных с возможностью сравнения выходного напряжения преобразователя по меньшей мере с первым DC опорным напряжением и выбора проводящего состояния или непроводящего состояния второго управляемого переключающего устройства в зависимости от результата сравнения.
10. Резонансный DC-DC преобразователь мощности по п. 9, в котором генератор DC опорного напряжения выполнен с возможностью подачи первого DC опорного напряжения и второго DC опорного напряжения, где первое DC опорное напряжение выше, чем второе DC опорное напряжение;
причем указанные один или большее количество компараторов выполнены с возможностью:
сравнения выходного напряжения преобразователя с первым и вторым DC опорными напряжениями; и
выбора одного из проводящего и непроводящего состояний второго управляемого переключающего устройства в случае, если выходное напряжение преобразователя превышает первое DC опорное напряжение,
выбора противоположного состояния второго управляемого переключающего устройства в случае падения выходного напряжения преобразователя ниже второго DC опорного напряжения.
11. Резонансный DC-DC преобразователь мощности по п. 5, в котором самовозбуждающийся контур обратной связи содержит:
первую внутреннюю емкость переключателя, соединенную между выходным и управляющим выводами первого управляемого переключающего устройства,
первый источник напряжения смещения, выполненный с возможностью выработки первого регулируемого напряжения смещения,
первую катушку индуктивности, предпочтительно по существу с постоянной индуктивностью, соединенную между первым источником напряжения смещения и управляющим выводом первого управляемого переключающего устройства.
12. Резонансный DC-DC преобразователь мощности по любому из пп. 1-3, содержащий барьер с гальванической развязкой, расположенный между цепью входной стороны и цепью выходной стороны.
13. Резонансный DC-DC преобразователь мощности по п. 12, в котором барьер с гальванической развязкой содержит первый и второй соединительные конденсаторы.
14. Резонансный DC-DC преобразователь мощности по любому из пп. 1-3, содержащий топологию преобразователя, выбранную из группы, содержащей класс Е, класс F, класс DE.
15. Резонансный DC-DC преобразователь мощности по любому из пп. 1-3, в котором первое управляемое переключающее устройство содержит один или большее количество полупроводниковых переключателей и второе управляемое переключающее устройство содержит один или большее количество полупроводниковых переключателей;
причем каждый из полупроводниковых переключателей содержит полупроводниковый транзистор, такой как МОП-транзистор или БТИЗ, такой как МОП-транзистор на основе нитрида галлия (GaN) или карбида кремния (SiC).
16. Резонансный DC-DC преобразователь мощности по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащий:
беспроводной или проводной приемник данных для приема удаленных команд данных для управления состоянием переключателя для второго управляемого переключающего устройства.
17. Резонансный DC-DC преобразователь мощности по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащий:
одну по существу плоскую несущую подложку, имеющую первую поверхность и вторую противоположную поверхность,
причем цепь входной стороны, цепь выходной стороны, цепь выпрямления, резонансный контур, первое управляемое переключающее устройство, второе управляемое переключающее устройство и цепь управления выходным напряжением или током прикреплены на первой поверхности и/или второй поверхности.
18. Резонансный DC-DC преобразователь мощности по п. 17, в котором указанная одна по существу плоская несущая подложка содержит одностороннюю или двустороннюю печатную плату.
19. Способ эксплуатации резонансного DC-DC преобразователя мощности для генерирования выходного напряжения или тока преобразователя, включающий следующие этапы:
a) поочередная зарядка и разрядка резонансного контура указанного резонансного преобразователя от источника входного напряжения посредством первого управляемого переключающего устройства в соответствии с первым управляющим сигналом переключателя,
b) выпрямление резонансного тока резонансного контура,
c) разрядка выпрямленного резонансного тока в цепь выпрямления для производства выпрямленного выходного напряжения,
d) переключение между первой импедансной характеристикой или второй импедансной характеристикой резонансного контура посредством выбора первого или второго состояния переключателя второго управляемого переключающего устройства,
e) регулировка выходного напряжения или тока преобразователя посредством поочередной активации и прерывания первого управляющего сигнала переключателя в соответствии с первым или вторым состоянием переключателя второго управляемого переключающего устройства.
Наверх