專利名稱：具有兩個(gè)磁耦合繞組的單極或雙極斬波式變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單極或雙極斬波式變換器(unipolar or bipolar chopping converter),其在象限(ls>0; Vs>0)及(ls<0; Vs<0)工作，輸出電流或輸出電壓 為零。該變換器具有磁耦合繞組，該繞組可設(shè)置為適于電流源或電壓源的調(diào)節(jié)模式。 本發(fā)明適用于使用這種斬波式變換器的所有類型的地面、海上或空中設(shè)備，尤其適 合渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)用調(diào)節(jié)自動(dòng)化裝置(automatons)的機(jī)電執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器。
背景技術(shù)：
對(duì)帶有RL型負(fù)載(串聯(lián)的電阻器和電感)的電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制可以通過在 執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制線圈的端子上應(yīng)用調(diào)節(jié)電壓或通過電流源來實(shí)現(xiàn)，后一種解決方案常 常tt^在惡劣環(huán)境下使用，主要是因?yàn)樗軌驅(qū)τ脕砜氐?件的功率加以限制。
斬波電流源通?？梢约性诙鄠€(gè)電流源之間，該電流源在斬波運(yùn)行期間使用負(fù) 載電感作為儲(chǔ)能元件，從而可以對(duì)負(fù)載端按照斬波頻率，擇應(yīng)用正電壓和負(fù)電壓， 這兩種狀態(tài)之間的過渡在理論上被視為瞬時(shí)狀態(tài)，電流源提供持續(xù)電流，并從而對(duì) 負(fù)載端提供持續(xù)電壓，在負(fù)載中，斬波用儲(chǔ)能元件就位于控制板本身。
使用電感負(fù)載作為儲(chǔ)能元件的斬波電流源，其優(yōu)點(diǎn)首先就是控制簡單。它的電 感元件很少，或者可，就沒有電感元件，這在一定程度上縮小了電路的尺寸。但在 另一方面，其又具有一定的缺陷。該電流源對(duì)負(fù)載電感值的依賴很大即，對(duì)電流
源開關(guān)中瞬時(shí)電流的控制能力直接取決于電荷電感值。于是，很難防止在變換器輸 出端之間或在任一輸出端與地之間出現(xiàn)短路。確實(shí)，在負(fù)載短路的情況下，除增加 元4牛外，對(duì)瞬時(shí)電流的限制是不可能的。因而在實(shí)際應(yīng)用上，為了限制短路電流就 必須在變換器的輸出端增加電感；為了限制短路電流的最大值就必須增加保護(hù)和快 速斷開裝置，為了在監(jiān)領(lǐng)倒輸出端短路后能設(shè)法斷開設(shè)備就必須增加輸出電感去磁 電路，加大接口的尺寸(輸入濾波電容器)，從而使其能夠承受短路電流。關(guān)于電磁 兼容性方面(主要是傳導(dǎo)輻射)，如果期望通過高斬波頻率來限制變換器無源元件的 尺寸，特別是如果在幾米長的電纜的端部來控制負(fù)載時(shí)，這些變換器都很難符合航 空航天輻射標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果是，斬波頻率一般會(huì)降到小于10kHz，并需要確定輸出濾波器的尺寸(共享模式和差動(dòng)模式)，因?yàn)樵谘b置的穩(wěn)定性方面，該尺寸起著突出的作 用，并且是不可忽視的。這種斬波電流源被限定用于高功率，因?yàn)樵诟吖β蕬?yīng)用環(huán) 境下，是不需進(jìn)行低頻斬波的。
關(guān)于對(duì)負(fù)載端提供持續(xù)電壓的電流源，負(fù)載內(nèi)不再進(jìn)行斬波，但在斬波式變換 器的輸出端進(jìn)行電流(或電壓)調(diào)節(jié)。該斬波式變換器包括電感和電容器，電感儲(chǔ) 存了傳輸?shù)截?fù)載的至少全部電能，使用電容器可使輸出電壓平穩(wěn)。從而使負(fù)載端的 實(shí)際輸出電壓保持連續(xù)。這就不難滿足航空航天設(shè)備有關(guān)傳導(dǎo)輻射噪聲的標(biāo)準(zhǔn)。在 負(fù)載短路的情況下，變換器內(nèi)的電流自然保持在限定狀態(tài)下。預(yù)期會(huì)出現(xiàn)超過 100kHz的斬波頻率，這實(shí)際上是由變換器的效能和開關(guān)元件的門控制電路的性能來 限定的。
圖1A為現(xiàn)有技術(shù)的變換器電氣示意圖，所示變換器對(duì)負(fù)載端提供持續(xù)電壓。 該電路由正電壓Vp (如+25V)和對(duì)地負(fù)電壓Vm (如-25V)供電。該變換器包括 兩個(gè)元件T1和T2，每個(gè)元件包括兩個(gè)磁耦合在磁芯周圍的繞組。同一元件T1或 T2的繞組都是相對(duì)纏繞，如圖1A中的箭頭所示。元件T1的繞組E1的第一端通過 二極管D5連接到電壓Vp上，該二極管D5相對(duì)電壓Vp逆向安裝，繞組E1的第 二端接地。元件T1的繞組E2的第一端連接到開關(guān)Q3的第一端，該開關(guān)的第二端 則接到電壓Vp上；繞組E2的第二端連接到電路的輸出端S1P上。元件T2的繞組 E3的第一端通過二極管D6連接到電壓Vm上，該二極管D6相對(duì)電壓Vm逆向安 裝，繞組E3的第二端接地。元件T2的繞組E4的第一端連接到開關(guān)Q4的第一端， 該開關(guān)的第二端則接到電壓Vm上；繞組E4的第二端接到電路的輸出端S1P上。 平滑電容器Cl接在輸出端S1P和地之間。
通過增加輸出電流測量裝置，以及合適的調(diào)節(jié)器和調(diào)制器，來將變換器轉(zhuǎn)換成 電流源。圖1B給出了接到變換器輸出端的負(fù)載，其以串聯(lián)的電阻器Rc和電感器 Lc的形式表示。測量裝置1向調(diào)節(jié)裝置(或均衡器)2的第一輸入端發(fā)送典型信號(hào)， 從而可以測量輸出電流。調(diào)節(jié)裝置2的第二輸入端Ec接收給定值信號(hào)。調(diào)節(jié)裝置2 的輸出信號(hào)被送到調(diào)制器3的輸入端，該調(diào)制器3從而向開關(guān)Q3發(fā)出指令信號(hào)SQ3 并向開關(guān)Q4發(fā)出指令信號(hào)SQ4。
因此，圖1A所示的變換器包括四個(gè)繞組和兩個(gè)磁芯，這使該變換器的成^ 高，而且電路尺寸也較大。

發(fā)明內(nèi)容
為了降低成本和縮小向負(fù)載端提供持續(xù)正電壓、負(fù)電壓或零電壓的斬波式變換 器的尺寸，根據(jù)本發(fā)明，提出了一種具有兩個(gè)耦合到單一磁芯的繞組的電路。為此， 必須在電路上加裝兩個(gè)二極管，但是這些元件的成本較低，尺寸較小。
本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供由正電壓和對(duì)地負(fù)電壓供電的斬波式變換器，該變 換器可在第一輸出端和第二輸出端之間輸出電壓，它由兩個(gè)相對(duì)纏繞在磁芯周圍的 繞組組成，第二繞組的匝數(shù)大于第一繞組的匝數(shù)，第一繞組的第一端連接到將正電 壓接到負(fù)電壓的第一支路的中點(diǎn)上，且第一繞組包括第一二極管和逆向安裝的第二 二極管，第一支路的中點(diǎn)位于第一二極管和第二二極管之間，該第一繞組的第二端 接地，第二繞組的第一端接到將正電壓接到負(fù)電壓的第二支路的中點(diǎn)上；將其中點(diǎn) 接到正電壓的第二支路包括串聯(lián)設(shè)置的第一開關(guān)構(gòu)成裝置和相對(duì)于正電壓直接安裝 的第三二極管，并一起形成了具有直接和逆向截止功能的單向開關(guān)，將其中點(diǎn)接到 負(fù)電壓的第二支路包括串聯(lián)設(shè)置的第二開關(guān)構(gòu)成裝置和相對(duì)于負(fù)電壓直接安裝的第 四二極管，并與第二開關(guān)構(gòu)成裝置一起形成具有直接和逆向阻斷功能的單向開關(guān)， 該第二繞組的第二端連接到輸出端上。
有利的是，將平滑電容器連接在第一輸出端和地之間。
另外，在將正電壓接到負(fù)電壓的第二支路內(nèi)，所述串聯(lián)設(shè)置包括將第一和第二 開關(guān)構(gòu)成裝置分別設(shè)置在正電壓或負(fù)電壓的一側(cè)，并將第三和第四二極管設(shè)置在第 二支路的中點(diǎn)一側(cè)。
開關(guān)構(gòu)成裝置可以在MOS (金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管、雙極晶體管和IGBT
(絕緣柵雙極型晶體管)晶體管或任何其它具有雙向?qū)щ娦阅芎椭苯幼钄嘈阅艿拈_ 關(guān)中選擇。
變換器可以進(jìn)一步包括變換器輸出電壓測量裝置，所述測量裝置向調(diào)節(jié)裝置的 第一輸入端輸出代表輸出電壓的輸出信號(hào)，在調(diào)節(jié)裝置中，第二輸入端接收給定值 信號(hào)，調(diào)節(jié)裝置將所提供的信號(hào)發(fā)送到調(diào)制器的輸入端，在調(diào)制器中，第一輸出端 向第一開關(guān)構(gòu)成裝置發(fā)送指令信號(hào)，而第二輸出端向第二開關(guān)構(gòu)成裝置發(fā)送指令信 號(hào)，從而該變換器配置為電壓源。
變換器還可以進(jìn)一步包括變換器輸出電流(is)的測量裝置，該測量裝置向調(diào)
節(jié)裝置第一輸入端輸出代表變換器輸出電流的輸出信號(hào)，在調(diào)節(jié)裝置內(nèi)，第二輸入 端接收給定值信號(hào)，調(diào)節(jié)裝置將所提供的信號(hào)發(fā)送到調(diào)制器的輸入端，在調(diào)制器中，第一輸出端向第一開關(guān)構(gòu)成裝置發(fā)送指令信號(hào)，而第二輸出端向第二開關(guān)構(gòu)成裝置 發(fā)送指令信號(hào)，從而該變換器配置為電流源。
根據(jù)本發(fā)明的斬波式變換器可以裝備至晰電執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器、調(diào)節(jié)自動(dòng)化裝置、 渦輪機(jī)或者地面、海上或航空設(shè)備上。
根據(jù)本發(fā)明的斬波式變換器可以按照如下方法工作。
第一種方法包括對(duì)于工作周期的在負(fù)載中流過負(fù)電流的如下步驟
-第一步，在該周期的第一階段，第一開關(guān)構(gòu)成裝置斷開，第四二極管導(dǎo)
通，第二開關(guān)構(gòu)成裝置閉合，第一、第二和第三二極管截止，變換器以連續(xù)模
式或不連續(xù)模式工作；
--第二步，緊接第一步，在該周期的第二階段，第一和第二開關(guān)構(gòu)成裝置
斷開，第二二極管導(dǎo)通，第一、第三和第四二極管截止，如果變換器以不連續(xù)
模式工作，該周期的第二階段不結(jié)束該周期；如果變換器以連續(xù)模式工作，則 該第二階段結(jié)束該周期；
--第三步，如果變換器以不連續(xù)模式工作，這一步緊接第二步，在該周期 的第三階段，第一和第二開關(guān)構(gòu)成裝置斷開，第一、第二第三和第四二極管 截止，該階段結(jié)束該周期；
第二種方法包括對(duì)于工作周期的在負(fù)載中流過正電流的如下步驟
--第一步，在該周期的第一階段，第一開關(guān)構(gòu)成裝置閉合，第三二極管導(dǎo) 通，第二開關(guān)構(gòu)成裝置斷開，第一、第二和第四二極管截止，變換器以連續(xù)豐莫
式或不連續(xù)，莫式工作；
-第二步，緊接第一步，在該周期的第二階段，第一二極管導(dǎo)通，第一和 第二開關(guān)構(gòu)成裝置斷開，第二、第三和第四二極管截止，如果變換器以不連續(xù) 模式工作，該周期的第二階段并不結(jié)束該周期；如果變換器以連續(xù)模式工作，
則該第二階段結(jié)束該周期；
—第三步，如果變換器以不連續(xù)模式工作，這一步緊接第二步，在該周期
的第三階段，第一和第二開關(guān)構(gòu)成裝置斷開，第一、第二第三和第四二極管 截止，該第三階段結(jié)束該周期；第三種方法包括對(duì)于工作周期的在負(fù)載中流過負(fù)電流的如下步驟，變換器以連 續(xù)模式工作
-第一步，在周期的第一階l殳，第一開關(guān)構(gòu)成裝置閉合，第三二極管導(dǎo)通， 第二開關(guān)構(gòu)成裝置斷開，第一和第四二極管截止，如果第一輸出端對(duì)地電壓的 鄉(xiāng)^HI^夠低，則第二二極管截止；
—第二步，緊接第一步，在該周期的第二階段，第一二極管導(dǎo)通，第一和 第二開關(guān)構(gòu)成裝置斷開，第二、第三和第四二極管截止；
-第三步，緊接第二步，在該周期的第三階段，第二開關(guān)構(gòu)成裝置閉合， 第四二極管導(dǎo)通，第一開關(guān)構(gòu)成裝置斷開，第一、第二和第三二極管截止；
-第四步，緊接第三步，在該周期的第四階段，第二二極管導(dǎo)通，第一和 第二開關(guān)構(gòu)成裝置斷開，第一、第三和第四二極管截止，該第4階段結(jié)束該周 期；
第四種方法包括對(duì)于工作周期的在負(fù)載中流過正電流的如下步驟，變換器以連 續(xù)模式工作
--第一步，在該周期的第一階段，第一開關(guān)構(gòu)成裝置閉合，第三二極管導(dǎo) 通，第二開關(guān)構(gòu)成裝置斷開，第一、第二和第四二極管截止；
-第二步，緊接第一步，在該周期的第二階段，第一二極管導(dǎo)通，第一和 第二開關(guān)構(gòu)成裝置斷開，第二、第三和第四二極管截止；
-第三步，緊接第二步，在該周期的第三階段，第二開關(guān)構(gòu)成裝置閉合， 第四二極管導(dǎo)通，第一開關(guān)構(gòu)成裝置斷開，第二和第三二極管截止；如果第一 輸出端對(duì)地電壓的絕對(duì)M^夠低，第一二極管截止；
--第四步，緊接第三步，在所述周期的第四階段，第二二極管導(dǎo)通，第一 和第二開關(guān)構(gòu)成裝置斷開，第一、第三和第四二極管截止，該第四階段結(jié)束該 周期。


下面參照附圖，并結(jié)合說明，可以更清楚地理解本發(fā)明及其它優(yōu)點(diǎn)和特性，但 所述說明僅作為示例，并不限制本發(fā)明的范圍，附圖如下
-圖1A為現(xiàn)有技術(shù)斬波式變換器的電氣示意圖，該變換器對(duì)負(fù)載端提供連續(xù)電壓；
-圖IB為圖1A所示變換器的電氣示意圖，該變換器通過增加輸出電流測量裝 置以及適合的均衡器和調(diào)制器而用作斬波電流源；
-圖2為本發(fā)明研帝啲斬波式變換器的電氣示意圖，該變換器對(duì)負(fù)載端提供連 續(xù)電壓；
-圖3為根據(jù)本發(fā)明的斬波式變換器的電氣示意圖，該變換器對(duì)負(fù)載端提供連 續(xù)電壓；
--圖4A至4N示出了本發(fā)明的工作模式；
—圖5A到5F為與圖4A到4N所示不同工作模式所對(duì)應(yīng)的計(jì)時(shí)圖； --圖6A示出了將本發(fā)明變換器作為電壓源的原理圖； --圖6B示出了將本發(fā)明變換器作為電流源的原理圖。
具體實(shí)施模式
圖2為本發(fā)明研制的對(duì)負(fù)載端提供連續(xù)電壓的斬波式變換器的電氣示意圖。通 過增加負(fù)載電流(直接或間接)測量裝置和適合的均衡器及調(diào)制器，該變換器可被 轉(zhuǎn)換成斬波電流源，該轉(zhuǎn)換方式與圖1A和1B所示變換器的轉(zhuǎn)換方式相同。正如圖 1A所示，電路提供有正電壓Vp (如+25V)和對(duì)地負(fù)電壓Vm (如-25V)。其包括 變壓器形成元件(transfoimer forming element),以及在獨(dú)特磁芯周圍纏繞的三個(gè)繞 組Lp， Lsl和Ls2。圖2中的箭頭表示了繞組方向。全克組Lsl和Ls2串聯(lián)安裝構(gòu)成 了變壓器形成元件的次級(jí)，其共有端(其第一端)接地。繞組Lp構(gòu)成了變壓器形 成元件的初級(jí)。繞組Lsl的第二端通過二極管Dl連接到電壓Vp上，二極管D1相 對(duì)電壓Vp逆向安裝。繞組Ls2的第二端通過二極管D2連接到電壓Vm上，二極 管D2相對(duì)電壓Vm逆向安裝。繞組Lp的第一端連接到二極管D3的陰極和二極管 D4的陽極上。繞組Lp的第二端連接電路的輸出端SP。開關(guān)Q1的第一端連接二極 管D3的陽極，其第二端連接到電壓Vp上。開關(guān)Q2的第一端連接二極管D4的陰 極，而其第二端接到電壓Vm上。平滑電容器Cs連接在輸出端SP和地之間。根據(jù) 用戶需要，輸出端SM可以直^禾/U淑也(mechanical earth)，或者通過電阻器接地。
開關(guān)Ql和Q2可以最好是N-溝道或P-溝道的MOSFET晶體管元件，根據(jù)用 戶需要而定。這些開關(guān)也可以用任何其它具有雙向?qū)щ娦院椭苯咏刂剐阅艿拈_關(guān)來 替代。Np是繞組Lp的匝敬Nsl是繞組Lsl的匝數(shù)，Ns2是繞組Ls2的匝數(shù)，Np大 于Nsl和Ns2，例如，Nsl=Ns2=0.75Np。 圖2涉及如下電壓
-vql為開關(guān)Q1的端電壓， -vq2為開關(guān)Q2的端電壓， --vdl為二極管D1的端電壓， -vd2為二極管D2的端電壓， -vd3為二極管D3的端電壓， -vd4為二極管D4的端電壓， —vlsl為繞組Lsl的端電壓， -vls2為繞組Ls2的端電壓， -vlp為繞組Lp的端電壓，以及 -vs為電容器Cs的端電壓，即變換器的輸出電壓。 圖2還涉及如下電流
-ilsl為流過繞組Lsl的電流， -ils2為流過繞組Ls2的電流， -ilp為流過繞組Lp的電流， -is為流過變換器的負(fù)載Z的電流，即輸出電流。 圖2的電流源與圖1A所示現(xiàn)有技術(shù)的電流源相比具有一定的特點(diǎn)。從圖2所 示裝置上進(jìn)行測量的讀數(shù)可以看出，意想不到的是，二極管D1的陽極和二極管D2 的陰極總是處在相同的電位上。因此，這兩點(diǎn)始終都是電連接，其中一個(gè)次級(jí)繞組 被略去了。如圖3所示，剩余的次級(jí)繞組是Ls，其匝數(shù)Ns小于初級(jí)繞組Lp的匝數(shù) Np。圖3示出了連接在變換器輸出端的負(fù)載Z。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4A到4N，根據(jù)發(fā)送到開關(guān)Q1和Q2的指令(閉合，斷開)，介紹 斬波式變換器的工作原理。在這些圖中，流經(jīng)電路的電流用粗線表示。從圖中可看 出，根據(jù)本發(fā)明的變換器是一個(gè)二象限變換器 (vs>0,is>0)禾口 (vs〈0，isO)。
圖4A到4F涉及當(dāng)輸出電流為正(is>0)或輸出電流為負(fù)(is<0)時(shí)，單晶體 管Q1或Q2 (形成開關(guān))導(dǎo)通的工作模式。
圖4A到圖4C涉及輸出電流"is"為負(fù)時(shí)的工作周期(從t=0到t=T)的工作模式。
圖4A示出了在瞬時(shí)M)和1F^ (其中t,訂)之間的工作周期的第一步。該電路 可以連續(xù)工作模式或不連續(xù)工作模式工作。在該歩驟期間，電路的控制如下
—Q2禾BD4導(dǎo)通，
--Ql， Dl， D2和D3截止。 圖4B示出了在瞬時(shí)狀態(tài)t=t,和l=t2之間的工作周期的第二步。電路可以以連續(xù) 模式工作(在該情況下t產(chǎn)T)或以不連續(xù)模式工作。在該步驟期間，電路的控制如 下
—D2導(dǎo)通；
-陽Ql, Q2， Dl， D3和D4截止。
圖4C示出了在t^和t=T之間的工作周期的第三步，其特別適用于不連續(xù)工
作模式。在該步驟期間，電路的控制如下
-Ql， Q2， Dl， D2， D3禾口D4截止； -流過負(fù)載的電流"is"由電容器Cs儲(chǔ)存的能量提供。 圖5A示出了與圖4A到圖4C所示工作模式相對(duì)應(yīng)的用于不連續(xù)工作模式的計(jì) 時(shí)圖，因此，工作周期由三個(gè)步驟組成。
圖5B示出了與圖4A到圖4B所示工作模式相對(duì)應(yīng)的用于連續(xù)工作模式的計(jì)時(shí) 圖，因此，工作周期由兩個(gè)步驟組成。
圖4D到圖4F涉及對(duì)工作周期(從M)到KT)中輸出電流"is"為正時(shí)的工作 模式。
圖4D示出了在瞬時(shí)&0和1^ (其中tr^T)之間的工作周期的第一步。電路 可以按連續(xù)模式或不連續(xù)模式工作。在該步驟期間，電路的控制如下 -Ql禾n D3導(dǎo)通， -Q2， Dl， D2和D4截止。 圖4E示出了在瞬時(shí)t=t,和t=t2之間的工作周期的第二步。電路可以以連續(xù)模式 工作(在該情況下tfT)或不連續(xù)模式下工作。在該步驟期間，電路的控制如下 —Dl導(dǎo)通；
-陽Ql， Q2， D2， D3禾口D4截止。 圖4F示出了在1=12和t=T之間的工作周期的第三步，其特別適用于不連續(xù)模式。 在該步驟期間，電路的控制如下-Ql， Q2， Dl， D2， D3和D4截止；
-流過負(fù)載的電流"is"由電容器Cs儲(chǔ)存的能量提供。
圖5C示出了與圖4D到圖4F所示工作模式相對(duì)應(yīng)的用于不連續(xù)工作模式的計(jì) 時(shí)圖，因此工作周期包括三個(gè)步驟。
圖5D示出了與圖4D到圖4E所示工作模式相對(duì)應(yīng)的用于連續(xù)工作模式的計(jì)時(shí) 圖，因此工作周期包括兩個(gè)步驟。
圖4G到4N涉及當(dāng)輸出電流為負(fù)(is<0)或輸出電流為正(is>0)時(shí)，兩個(gè)晶 體管Q1或Q2 (形成開關(guān))為導(dǎo)通的工作模式。
圖4G到圖4J涉及對(duì)工作周期(從lK)到t^T)中輸出電流"is"為負(fù)時(shí)的工作 模式。
圖4G示出了在瞬時(shí)狀態(tài)t=0和1=t,之間的工作周期的第一步。在該步驟期間， 電路的控制如下
—Ql禾卩D3導(dǎo)通， --Q2, Dl和D4截止。
-如果輸出端SP對(duì)地電壓的絕對(duì)it^夠低，D2截止。 圖4H示出了在瞬時(shí)狀態(tài)t=t,和t=t2之間的工作周期的第二步。在該步驟期間， 電路的控制如下
--D1導(dǎo)通；
-Ql， Q2， D2， D3禾口D4截止。
圖4I示出了在瞬態(tài)tK2和tK3之間的工作周期的第三步。在該步驟期間，電路 的控制如下
-Q2和D4導(dǎo)通； 畫陽Q1， Dl， D2禾口D3截止； 圖4J示出了在瞬時(shí)狀態(tài)《3和1^T之間的工作周期的第四步。在該步驟期間， 電路的控制如下
--D2導(dǎo)通；
-Q1,Q2， Dl， D3和D4截止； 圖4K到圖4N涉及對(duì)于工作周期(從t=0到t=T)中輸出電流"is"為正時(shí)的
工作模式。
圖4K示出了在瞬時(shí)狀態(tài)t=0和t=t,之間的工作周期的第一步。在該步驟期間，電路的控制如下
-Ql禾卩D3導(dǎo)通；
—Q2， Dl， D2和D4截止； 圖4L示出了在瞬時(shí)狀態(tài)t=t,和t=t2之間的工作周期的第二步。在該步驟期間，
電路的控制如下
--D1導(dǎo)通；
--Ql， Q2， D2， D3和D4截止； 圖4M示出了在瞬態(tài)1=12和t^3之間的工作周期的第三步。在該步驟期間，電
路的控制如下
—Q2禾卩D4導(dǎo)通；
—Ql， D2和D3截止；
-如果輸出端SP對(duì)地電壓的絕對(duì)^^夠低，Dl截止。 圖4N示出了在瞬時(shí)狀態(tài)t^3和t=T之間的工作周期的第四歩。在該步驟期間， 電路的控制如下
-D2導(dǎo)通；
隱-Ql， Q2， Dl， D3禾卩D4截止；
圖5E示出了與圖4G到圖4J所示工作模式相對(duì)應(yīng)的計(jì)時(shí)圖，因此，工作周期 也由四個(gè)步驟組成。
圖5F示出了與圖4K到圖4N所示工作模式相對(duì)應(yīng)的計(jì)時(shí)圖，因此，工作周期 也由四個(gè)步驟組成。
圖6A示出了采用本發(fā)明變換器作為電壓源的原理，即通過增加用于測量輸出 電壓SP和SM之間的差動(dòng)電壓的測量裝置11、用于t妾收給定值Ec的適合的均衡器 12和適合的調(diào)制器13。調(diào)制器13的輸出為晶體管Ql和Q2提供指令電壓SQ1和 SQ2。
圖6B示出了采用本發(fā)明變換器作為電流源的原理，即通過增加用于測量變換 器的輸出電流"is"的測量裝置21、用于接收給定值Ec的適合的平衡器22和適合 的調(diào)制器23。調(diào)制器23的輸出為晶體管Q1和Q2提供指令電壓SQ1和SQ2。
權(quán)利要求
1、一種斬波式變換器，其由正電壓(Vp)和對(duì)地負(fù)電壓(Vm)供電，向第一輸出端(SP)和第二輸出端(SM)之間輸出電壓，該第二輸出端直接接地，或通過電阻器接地；該變換器包括兩個(gè)相對(duì)纏繞在磁芯周圍繞組(Ls，Lp)，該第二繞組(Lp)的匝數(shù)大于第一繞組(Ls)的匝數(shù)，該第一繞組(Ls)的第一端連接到將正電壓(Vp)接到負(fù)電壓(Vm)的第一支路的中點(diǎn)上；該變換器還包括第一二極管(D1)和逆向安裝的第二二極管(D2)，第一支路的中點(diǎn)位于第一二極管(D1)和第二二極管(D2)之間，第一繞組(Ls)的第二端接地，第二繞組(Lp)的第一端連接到將正電壓(Vp)接到負(fù)電壓(Vm)的第二支路的中點(diǎn)上；將其中點(diǎn)連接到正電壓(Vp)上的第二支路的一部分，包括串聯(lián)設(shè)置的第一開關(guān)形成裝置(Q1)和第三二極管(D3)，該第三二極管直接相對(duì)于正電壓(Vp)安裝，并和第一開關(guān)形成裝置(Q1)一起形成具有直接和逆向阻斷性能的單向開關(guān)；將其中點(diǎn)連接到負(fù)電壓(Vm)上的第二支路的另一部分，包括串聯(lián)設(shè)置的第二開關(guān)形成裝置(Q2)和第四二極管(D4)，該第四二極管(D4)直接相對(duì)于負(fù)電壓(Vm)安裝，并與第二開關(guān)形成裝置(Q2)一起形成具有直接和逆向阻斷性能的單向開關(guān)；第二繞組(Lp)的第二端連接輸出端(S)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的斬波式變換器，其中平滑電容器(CS)連接在變換器的第一輸出端(SP)和地之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的斬波式變換器，其中在將正電壓(Vp)接到負(fù)電 壓(Vm)的第二支路上，戶艦串聯(lián)設(shè)置包括將第一 (Ql)和第二 (Q2)開關(guān) 構(gòu)成裝置設(shè)在相應(yīng)的正電壓或負(fù)電壓一側(cè)，并包括將第三(D3)和第四(D4) 二極管設(shè)在第二支路的中點(diǎn)一側(cè)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的斬波式變換器，其中第一 (Ql)和第 二 (Q2)開關(guān)構(gòu)成裝置可從MOS晶體管、雙極晶體管和IGBT晶體管或其它任何具有雙向?qū)щ娦阅芎椭苯幼钄嘈阅艿拈_關(guān)中選擇。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的斬波式變換器，進(jìn)一步包括變換器輸出電壓測量裝置(11)，該測量裝置向調(diào)節(jié)裝置(12)的第一輸入端輸出代表輸 出電壓的輸出信號(hào)，在調(diào)節(jié)裝置中，第二輸入端接收給定值信號(hào)，該調(diào)節(jié)裝置(12)將所提供的信號(hào)發(fā)送到調(diào)制器(13)輸入端，在調(diào)制器中，第一輸出端 向第一開關(guān)構(gòu)成裝置(Ql)發(fā)送指令信號(hào)(SQ1),而第二輸出端向第二開關(guān) 構(gòu)成裝置(Q2)發(fā)送指令信號(hào)(SQ2)，該變換器從而配置為電壓源。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的斬波式變換器，進(jìn)一步包括，變換器輸 出電流(is)測量裝置(21)，該測量裝置向調(diào)節(jié)裝置(22)的第一輸入端輸出 代表變換器的輸出電流的輸出信號(hào)，在調(diào)節(jié)裝置內(nèi)，第二輸入端接收給定值信 號(hào)，該調(diào)節(jié)裝置(22)將所提供的信號(hào)發(fā)送到調(diào)制器(23)的輸入端，在調(diào)制 器中，第一輸出端向第一開關(guān)構(gòu)成裝置(Ql)發(fā)送指令信號(hào)(SQ1)，第二輸 出端向第二開關(guān)構(gòu)成裝置(Q2)發(fā)送指令信號(hào)(SQ2)，該變換器從而配置為 電流源。
7、 一種機(jī)電執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器，包括根據(jù)權(quán)利要求1到6任何一項(xiàng)所述的斬波式變 換器。
8、 一種調(diào)節(jié)自動(dòng)化裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求1到6任何一項(xiàng)所述的斬波式變換器。
9、 一種地面、海上或空中設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求1到6任何一項(xiàng)所述的斬波式 變換器。
10、 一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，包括根據(jù)權(quán)利要求1到6任何一項(xiàng)所述的斬波式變換器。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1到6任何一項(xiàng)所述的斬波式變換器的操作方法，該變換器由正 電壓(Vp)和對(duì)地負(fù)電壓(Vm)供電，變換器對(duì)負(fù)載(Z)輸出電流(is)， 該負(fù)載連接在第一輸出端(SP)和第二輸出端(SM)之間，該方法包括對(duì)于工作周期的在負(fù)載(Z)中通過負(fù)電流的如下步驟— 第一步，即在該周期的第一階段，第一開關(guān)構(gòu)成裝置(Ql)斷開，第 四二極管(D4)導(dǎo)通，第二開關(guān)構(gòu)織置(Q2)閉合，第一 (Dl)、第二 (D2) 和第三(D3) 二極管截止，該變換器以連續(xù)模式或不連續(xù)模式工作；-第二步，緊接第一步，即在該周期的第二階段，第一(Q1)和第二(Q2) 開關(guān)構(gòu)成裝置斷開，第二二極管(D2)導(dǎo)通，第一 (Dl)、第三(D3)和第四 (D4) 二極管截止，如果變換器以不連續(xù)模式工作，該周期的第二階段不結(jié)束 該周期；如果變換器以連續(xù)模式工作，則第二階段結(jié)束該周期；-第三步，如果變換器以不連續(xù)模式工作時(shí)，這一步緊接第二步，在該周 期的第三階段，第一 (Ql)和第二 (Q2)開關(guān)構(gòu)成裝置斷開，第一 (Dl)、第 二 (D2)、第三(D3)和第四(D4) 二極管截止，該階段表示所述周期的結(jié)束。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1到6任何一項(xiàng)所述的斬波式變換器的操作方法，該變換器由正 電壓(Vp)和對(duì)地負(fù)電壓(Vm)供電，變換器向負(fù)載(Z)輸出電流(is)， 該負(fù)載連接在第一輸出端(SP)和第二輸出端(SM)之間，該方法包括對(duì)于 工作周期的在負(fù)載(Z)中流過正電流的如下步驟-第一步，在該周期的第一階段，第一開關(guān)構(gòu)成裝置(Ql)閉合，第三 二極管(D3)導(dǎo)通，第二開關(guān)構(gòu)成裝置(Q2)斷開，第一 (Dl)、第二 (D2) 和第四(D4) 二極管截止，該變換器以連續(xù)模式或不連續(xù)模式工作；—第二步，緊接第一步，在該周期的第二階段，第一二極管(Dl)導(dǎo)通， 第一 (Ql)和第二 (Q2)開關(guān)構(gòu)成裝置斷開，第二 (D2)、第三(D3)和第四 (D4) 二極管截止，如果變換器以不連續(xù)l莫式工作，該周期的第二階段不結(jié)束 該周期；如果變換器以連續(xù)模式工作，則第二階段結(jié)束該周期；-第三步，如果變換器以不連續(xù)模式工作，這一步緊接第二步，在該周期 的第三階段，第一 (Ql)和第二 (Q2)開關(guān)構(gòu)成裝置斷開，第一 (Dl)、第二 (D2)、第三(D3)和第四(D4) 二極管截止，該階段結(jié)束該周期。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1到6任何一項(xiàng)所述的斬波式變換器的操作方法，該變換器由正 電壓(Vp)和對(duì)地負(fù)電壓(Vm)供電，變換器向負(fù)載(Z)輸出電流(is)， 該負(fù)載連接在第一輸出端(SP)和第二輸出端(SM)之間，該方法包括對(duì)于 工作周期的在負(fù)載(Z)中流過負(fù)電流的如下步驟，該變換器以連續(xù)模式工作-第一步，在該周期的第一階段，第一開關(guān)構(gòu)成裝置(Ql)閉合，第三 二極管(D3)導(dǎo)通，第二開關(guān)構(gòu)成裝置(Q2)斷開，第一 (Dl)和第四(D4) 二極管截止，如果第一輸出端(SP)對(duì)地電壓的鄉(xiāng)樹f能夠低，第二二極管(D2) 截止；-第二歩，緊接第一步，在該周期的第二階段，第一二極管(Dl)導(dǎo)通， 第一 (Ql)和第二 (Q2)開關(guān)構(gòu)成裝置斷開，第二 (D2)、第三(D3)和第四 (D4) 二極管截止；-第三步，這一步緊接第二步，在該周期的第三階段，第二開關(guān)構(gòu)成裝置 (Q2)閉合，第四二極管(D4)導(dǎo)通，第一開關(guān)構(gòu)成裝置(Ql)斷開，第一 (Dl)、第二 (D2)和第三(D3) 二極管截止；-第四步，這一步緊接第三步，在該周期的第四階段，第二二極管(D2) 導(dǎo)通，第一 (Ql)和第二 (Q2)開關(guān)構(gòu)成裝置斷開，第一 (Dl)、第三(D3) 和第四(D4) 二極管截止，該階段結(jié)束該周期。
14、根據(jù)權(quán)利要求1到6任何一種所述的斬波式變換器的操作方法，該變換器由正 電壓(Vp)和對(duì)地負(fù)電壓(Vm)供電，變換器向負(fù)載(Z)輸出電流(is)， 該負(fù)載連接在第一輸出端(SP)和第二輸出端(SM)之間，該方法包括對(duì)于 工作周期的在負(fù)載(Z)中流過正電流的如下步驟，該變換器以連續(xù)模式工作—第一步，在該周期的第一階段，第一開關(guān)構(gòu)成裝置(Ql)閉合，第三 二極管(D3)導(dǎo)通，第二開關(guān)構(gòu)成裝置(Q2)斷開，第一 (Dl)、第二 (D2) 和第四(D4) 二極管截止；—第二步，緊接第一步，在該周期的第二階段，第一二極管(Dl)導(dǎo)通， 第一 (Ql)和第二 (Q2)開關(guān)構(gòu)成裝置斷開，第二 (D2)、第三(D3)和第四 (D4) 二極管截止；-第三步，緊接第二步，在該周期的第三階段，第二開關(guān)構(gòu)成裝置(Q2) 閉合，第四二極管(D4)導(dǎo)通，第一開關(guān)構(gòu)成裝置(Ql)斷開，第二 (D2) 和第三(D3) 二極管截止，如果第一輸出端(SP)對(duì)地電壓的絕對(duì)足夠低， 第一 (Dl) 二極管截止；—第四步，緊接第三步，在該周期的第四階段，第二二極管(D2)導(dǎo)通， 第一 (Ql)禾卩第二 (Q2)開關(guān)構(gòu)成裝置斷開，第一 (Dl)、第三(D3)和第四 (D4) 二極管截止，該階段結(jié)束該周期。
全文摘要
本發(fā)明是一種具有兩個(gè)磁耦合繞組的單極或雙極斬波式變換器，為了降低斬波式變換器的成本，該變換器可對(duì)負(fù)載(Z)端子提供持續(xù)電壓，根據(jù)本發(fā)明，提出了一種具有兩個(gè)繞組(Lp，Ls)和一個(gè)磁芯的電路，從而能夠使電路的成本降低并減小尺寸。為此，必須在電路上加裝兩個(gè)二極管(D3，D4)，但是這些元件的成本較低，尺寸較小。
文檔編號(hào)H02M3/335GK101286705SQ20081000592
公開日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2008年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月13日
發(fā)明者貝特朗·拉孔布 申請(qǐng)人:伊斯帕諾-絮扎公司