具有輸出整流器的電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于將功率從輸入端子處的第一電壓電平轉(zhuǎn)換到第一和第二輸出端子之間的第二電壓電平的功率轉(zhuǎn)換器，所述功率轉(zhuǎn)換器包括：一端與輸入端子連接且另一端與具有切換電壓電平的點(diǎn)連接的第一電感器；第一端子與所述點(diǎn)連接且第二端子與接地點(diǎn)連接的第一開關(guān)元件；和通過第一端子與電容器串聯(lián)的第二開關(guān)元件，第二開關(guān)元件的第二端子與所述點(diǎn)連接，并且，所述電容器終止到地，其中，第一開關(guān)元件被配置用于以第一占空比（D）操作，并且，第二開關(guān)元件被配置用于以第二占空比（1-D）操作，第一和第二開關(guān)元件被配置為操作以使得它們的導(dǎo)通時(shí)段互補(bǔ)，所述點(diǎn)處的切換電壓電平包含當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生的第一脈沖和當(dāng)?shù)诙_關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生的第二脈沖。被配置為將中點(diǎn)處的切換電壓通過一次電感器變換到二次電感器的磁耦合電路，二次電感器的第一端與具有相反極性的第一二極管和第二二極管連接，第一二極管被配置為整流第一脈沖，并且，第二二極管被配置為整流第二脈沖；以及具有連接于第一和第二輸出端子之間的公共點(diǎn)的串聯(lián)輸出電容器，第一二極管的輸出與第一輸出端子連接，第二二極管的輸出與第二輸出端子連接，并且，二次電感器的第二端與公共點(diǎn)連接。
【專利說明】具有輸出整流器的電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及開關(guān)模式電源和轉(zhuǎn)換功率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]線性致動(dòng)器系統(tǒng)被用于各種應(yīng)用中，并且典型地包括通過DC電機(jī)操作的一個(gè)或更多個(gè)電氣機(jī)械致動(dòng)器、控制器和電源。電源是基于變壓器和用于使電壓平滑化的整流器的常規(guī)電源，該整流器為整流橋和電容器的形式，這樣，電源是非常魯棒和可靠的。但是，這種電源具有重量重、體積大、需要相對(duì)大量的材料且在滿負(fù)載下效率為約50?60%的缺點(diǎn)。
[0003]另一方面，開關(guān)模式電源典型地具有更高的效率，在滿負(fù)載下典型地為80?90%，而所需的材料量比上述的常規(guī)電源少。減少材料量的主要原因之一是磁性電路。在常規(guī)的電源中，降壓變壓器在50Hz的頻率操作，而開關(guān)模式電源具有在約30?50kHz操作的磁性電路，由此允許減小磁性電路的尺寸。
[0004]開關(guān)模式電源本身是眾所周知的，并且可以舉出已知的拓?fù)?，諸如Fly Back、Boost、Buck、SEPIC和Forward,Fly Back是最常見的。這些現(xiàn)有技術(shù)開關(guān)模式電源分別具有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。但是，盡管具有諸如高效率的優(yōu)點(diǎn)，開關(guān)模式電源出于各種原因還沒有立足于需要具有相對(duì)高的輸出的魯棒且可靠的電源的線性致動(dòng)器系統(tǒng)內(nèi)。
[0005]注意，所述致動(dòng)器系統(tǒng)出于各種目的被用于工業(yè)(機(jī)器和工藝工具、農(nóng)業(yè)和建筑設(shè)備等)、家具(可調(diào)床、躺椅等)、醫(yī)院和護(hù)理家具(醫(yī)院和護(hù)理床、治療長榻和椅子、病人升降機(jī)、輪椅等)、辦公家具(手頭/豎立桌子等)、能量(太陽跟蹤等)，這只是為了舉出一些應(yīng)用領(lǐng)域。
[0006]關(guān)于需要直流電源的許多其它應(yīng)用領(lǐng)域，需要如下系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在世界范圍操作而不必在給定位置關(guān)于諸如110VAC/230VAC的實(shí)際電壓電平而改變部件或機(jī)械開關(guān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供也可用于線性致動(dòng)器系統(tǒng)中的改進(jìn)的功率轉(zhuǎn)換器。優(yōu)選地，本發(fā)明單個(gè)地或者以任何組合減輕、減緩或消除以上或其它的缺點(diǎn)中的一個(gè)或更多個(gè)。
[0008]提供
【發(fā)明內(nèi)容】
部分是為了以簡(jiǎn)化的形式引入概念的選擇，在下文的【具體實(shí)施方式】部分中進(jìn)一步描述這些概念。本
【發(fā)明內(nèi)容】
不是要標(biāo)識(shí)被要求權(quán)利的主題的關(guān)鍵特征或基本特征，也不是打算幫助確定被要求權(quán)利的主題的范圍。
[0009]在一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及一種用于將功率從輸入端子處的第一電壓電平轉(zhuǎn)換到第一輸出端子和第二輸出端子之間的第二電壓電平的功率轉(zhuǎn)換器，所述功率轉(zhuǎn)換器包括:
[0010]一一端與輸入端子連接且另一端與具有切換電壓電平的點(diǎn)連接的第一電感器；
[0011]一第一端子與所述點(diǎn)連接且第二端子接地的第一開關(guān)元件；和
[0012]一通過第一端子與電容器串聯(lián)的第二開關(guān)元件，第二開關(guān)元件的第二端子與所述點(diǎn)連接，并且，所述電容器終止于地，
[0013]其中，第一開關(guān)元件被配置用于以第一占空比(D)操作，并且，第二開關(guān)元件被配置用于以第二占空比(1-D)操作，第一和第二開關(guān)元件被配置為操作以使得它們的導(dǎo)通時(shí)段互補(bǔ)，所述點(diǎn)處的切換電壓電平包含當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生的第一脈沖和當(dāng)?shù)诙_關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生的第二脈沖，
[0014]一被配置為將所述點(diǎn)處的切換電壓通過一次電感器變換到二次電感器的磁耦合電路，所述二次電感器的第一端與第一和第二二極管連接，所述二極管具有相反的極性，其中，第一二極管被配置為整流第一脈沖，并且，第二二極管被配置為整流第二脈沖；和
[0015]—具有連接于第一輸出端子和第二輸出端子之間的公共點(diǎn)的串聯(lián)輸出電容器，第一二極管的輸出與第一輸出端子連接，第二二極管的輸出與第二輸出端子連接，并且，二次電感器的第二端與所述公共點(diǎn)連接。
[0016]因此，提供了改進(jìn)的功率轉(zhuǎn)換器。可以看出，作為功率轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)，在本實(shí)施例中，兩個(gè)開關(guān)均以零電壓切換操作，但不處于共振狀態(tài)。零電壓切換減少了切換損失。可以看出，另一優(yōu)點(diǎn)是二次電路中的二極管D1、D2僅暴露于低電壓，其原因是電容器C2箝位電壓并且保護(hù)系統(tǒng)免受高電壓尖峰。
[0017]還可看出，作為優(yōu)點(diǎn)，正向拓?fù)錅p少了對(duì)磁性材料的需求，其原因是變壓器不用作儲(chǔ)能器，而是能量一旦到達(dá)就被傳輸。這導(dǎo)致一次側(cè)的波紋電流減少，這尤其改善了 EMC性倉泛。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過調(diào)整第一和第二占空比，輸出端子處的電壓電平被調(diào)節(jié)。
[0019]本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是提供簡(jiǎn)單的輸出電壓控制。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一和第二占空比根據(jù)輸入端子處的第一電壓電平被調(diào)整，以保持輸出端子之間的第二電壓恒定。
[0021]可以看出，本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)為功率轉(zhuǎn)換器提供了用于在不同的輸入電壓電平保持恒定的輸出的簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，功率轉(zhuǎn)換器還包括與輸入端子連接的AC到DC整流器和平滑電容器。
[0023]可以看出，本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)為功率轉(zhuǎn)換器可直接與AC電力網(wǎng)連接。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一開關(guān)元件包含并聯(lián)連接的第一二極管，并且，第二開關(guān)元件還包含并聯(lián)連接的第二二極管。
[0025]可以看出，本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)為在兩個(gè)開關(guān)元件Ml和M2之間在空載時(shí)間時(shí)段中提供用于電流的路徑。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一電感器和一次電感器實(shí)現(xiàn)為一個(gè)共同部件。
[0027]可以看出，本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)為通過其中電感器和一次電感器/變壓器的繞組是一個(gè)共同部件的功率轉(zhuǎn)換器，在電流中不存在DC成分，因此，磁耦合電路在變壓器的芯部中不需要有空氣間隙。而對(duì)于具有分離的電感器和變壓器的設(shè)計(jì)，電感器需要具有空氣間隙的芯部，以便在不使芯部飽和的情況下處理DC成分。
[0028]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明包括包含根據(jù)本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換器的致動(dòng)器系統(tǒng)。
[0029]可以看出，本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)為提供一種致動(dòng)器系統(tǒng)，該致動(dòng)器系統(tǒng)具有高效率的電源和通用電壓輸入，這意味著致動(dòng)器可與世界范圍的電力網(wǎng)連接。
[0030]在第二方面中，本發(fā)明涉及一種用于將功率轉(zhuǎn)換器中的功率從輸入端子處的第一電壓電平轉(zhuǎn)換到第一和第二輸出端子處的第二電壓電平的方法，所述方法包括:
[0031]一以第一占空比(D)操作第一開關(guān)；和
[0032]一以第二占空比(1-D)操作第二開關(guān)，其中，第一和第二開關(guān)元件操作以使得它們的導(dǎo)通時(shí)段互補(bǔ)；和
[0033]一當(dāng)電流在第一電感器中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生切換電壓，包括在第一開關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)第一脈沖以及當(dāng)?shù)诙_關(guān)導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生第二脈沖。
[0034]—通過磁耦合電路由一次電感器將切換電壓變換到二次電感器；和
[0035]一通過第一二極管整流第一脈沖，并且通過第二二極管整流第二脈沖。
[0036]第二方面及其實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)可被視為與本發(fā)明的第一方面的優(yōu)點(diǎn)相當(dāng)。
[0037]本發(fā)明的各個(gè)方面均可與其它方面中的任一個(gè)組合。參照描述的實(shí)施例閱讀以下的描述，本發(fā)明這些和其它方面將變得明顯并且得到闡明。
[0038]結(jié)合附圖參照以下的詳細(xì)描述，從屬特征中的任一個(gè)將變得容易理解。本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易想到，優(yōu)選特征可被適當(dāng)?shù)亟M合，并且可與本發(fā)明的任意方面組合。
[0039]現(xiàn)在將參照附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的實(shí)施例。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]現(xiàn)在將參照附圖更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換器和具有功率轉(zhuǎn)換器的致動(dòng)器。附圖示出本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)方式，并且不應(yīng)被解釋為局限于落入所附的權(quán)利要求組的范圍內(nèi)的其它可能的實(shí)施例。
[0041]圖1表示包括第一實(shí)施例中的致動(dòng)器系統(tǒng)的醫(yī)院或護(hù)理床的示意。
[0042]圖2表示包括第二實(shí)施例中的致動(dòng)器系統(tǒng)的醫(yī)院或護(hù)理床的示意圖。
[0043]圖3表示圖1和圖2所示的床中的致動(dòng)器系統(tǒng)的框圖。
[0044]圖4表示線性致動(dòng)器。
[0045]圖5表示圖4中的線性致動(dòng)器，這里，電機(jī)外殼和外部管被部分去除。
[0046]圖6表不本發(fā)明的實(shí)施例。
[0047]圖7表示本發(fā)明的實(shí)施例。
[0048]圖8表示開關(guān)次序的間隔。
[0049]圖9表示開關(guān)次序的間隔。
[0050]圖10表示開關(guān)次序的間隔。
[0051]圖11表示開關(guān)次序的間隔。
[0052]圖12表示開關(guān)次序的間隔。
[0053]圖13表示開關(guān)次序的間隔。
[0054]圖14表示本發(fā)明的實(shí)施例。
[0055]圖15表示本發(fā)明的實(shí)施例的電壓和電流曲線。
[0056]圖16表不輸入電壓與占空比之間的關(guān)系。
[0057]圖17是根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0058]本發(fā)明的電源可被用于向可用于調(diào)整醫(yī)院床或護(hù)理床的類型的致動(dòng)器系統(tǒng)供電。在這種類型的床中，床墊由具有可調(diào)整靠背和擱腳部分的支撐表面承載，所述支撐表面被安裝于可通過致動(dòng)器系統(tǒng)中的線性致動(dòng)器升降的床框中。并且，可通過線性致動(dòng)器調(diào)整床的靠背和擱腳部分。通常，使用在W002/29284AlLinak A/S中描述的類型的包含推桿的線性致動(dòng)器的類型。
[0059]這種類型的線性致動(dòng)器包括具有主軸螺母的主軸。主軸由可逆電機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)主軸被驅(qū)動(dòng)時(shí)，主軸螺母根據(jù)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向沿向內(nèi)或向外的方向移動(dòng)。線性致動(dòng)器是具有封裝于外殼中的軸、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和電機(jī)的單獨(dú)的產(chǎn)品。外殼典型地由電機(jī)外殼和外部管構(gòu)成。內(nèi)部管固定于主軸螺母上。當(dāng)主軸螺母在主軸上移入和移出時(shí)，內(nèi)部管位移以進(jìn)入和離開外部管。在主軸螺母的相對(duì)的端部中，內(nèi)部管包含前安裝座。電機(jī)外殼的外側(cè)裝有后安裝座。前安裝座和后安裝座被用于在應(yīng)調(diào)整的結(jié)構(gòu)中固定線性致動(dòng)器。
[0060]圖1表示包括裝配有驅(qū)動(dòng)輪2的下框架3和上框架4的醫(yī)院床I。用于床墊(未示出)的可調(diào)整支撐表面5安裝于上框架4上。支撐表面包含靠背部分6、鉸接的擱腳部分7和其間的固定中間部分8。靠背和擱腳部分6、7可分別通過致動(dòng)器9、10被調(diào)整，使得支撐表面可呈現(xiàn)不同的輪廓。上框架4通過各端處的聯(lián)動(dòng)器11、12與上框架2連接。上框架4可通過與聯(lián)動(dòng)器11、12連接的一對(duì)致動(dòng)器13、14升降。所有的致動(dòng)器9、10、13、14與控制箱15連接，控制箱15包含與電力網(wǎng)連接的電源和控制器?？刂葡溥€可包含可充電電池組。
[0061]接線箱16與控制箱15連接以用于連接一個(gè)或更多個(gè)控制單元,諸如集成于頭板或腳板上的手動(dòng)控制器17和控制面板18，以及可能的其它外設(shè)設(shè)備。包含致動(dòng)器9、10、13、
14、控制箱15和控制單元17、18的整個(gè)系統(tǒng)被稱為致動(dòng)器系統(tǒng)。
[0062]在一個(gè)實(shí)施例中，在控制箱15中實(shí)現(xiàn)圖6、圖7或圖14的電源電路。
[0063]圖2表不圖1所不的床以外的另一實(shí)施例中的醫(yī)院和護(hù)理床20的不意圖。這里，下框架3和上框架4不通過聯(lián)動(dòng)器連接，而是通過設(shè)計(jì)為升降柱21、22的兩個(gè)線性致動(dòng)器被連接。
[0064]圖3表示圖1所示的床中的致動(dòng)器系統(tǒng)的框圖。
[0065]圖4表示線性致動(dòng)器33，該線性致動(dòng)器33為包含推桿的類型并因此是與線性致動(dòng)器9、10、13、14相同的類型。推桿也被稱為內(nèi)部管34。線性致動(dòng)器包含外部管35和電機(jī)外殼36。線性致動(dòng)器33還包含位于內(nèi)部管34的外端的前安裝座37和位于電機(jī)外殼36的后安裝座38。
[0066]圖5表示圖4中的線性致動(dòng)器，這里，電機(jī)外殼36和外部管35被部分去除。線性致動(dòng)器33的主要部件是包含主軸39的主軸單元，在該主軸單元上配置主軸螺母40。主軸螺母40可被固定抵抗旋轉(zhuǎn)。內(nèi)部管34被固定于主軸螺母40上，并可因此根據(jù)主軸39的旋轉(zhuǎn)方向在外部管35上向內(nèi)或向外移動(dòng)。主軸39被可逆電機(jī)41通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。這里的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包含位于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸(未示出)的延伸部上的蝸桿42和固定于主軸39的蝸輪43。并且，軸承44被固定于主軸39。例如，軸承44可以是滾球軸承或滾柱軸承。
[0067]注意，本發(fā)明還可與在一個(gè)公共外殼內(nèi)包含兩個(gè)主軸單元和控制箱的所謂的雙致動(dòng)器一起使用。在W02007/093181AlLinak A/S中進(jìn)一步描述了這種類型。
[0068]圖6表不本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其具有包含D3?D6的AC到DC整流器橋,該橋與230VAC連接。平滑電容器C與DC輸出并行，其主要作用是使波紋電流最小化。實(shí)際的功率轉(zhuǎn)換器包含電感器L1、開關(guān)元件Ml和M2、電容器Cl和C2、具有一次繞組L2和二次繞組L3的變壓器、兩個(gè)二極管Dl和D2。將在以下的各部分中更詳細(xì)地解釋各部件的功能和轉(zhuǎn)換器的總體功能。
[0069]開關(guān)元件Ml和M2分別包含電子開關(guān)，諸如MOSFET晶體管等，連同并行的續(xù)流二極管或體二極管。MOSFET晶體管固有地包含內(nèi)置的二極管,該二極管由此稱為體二極管。
[0070]這兩個(gè)開關(guān)Ml和M2彼此相反地操作，每當(dāng)Ml為通時(shí)，M2為斷，并且，當(dāng)M2處于通時(shí)，Ml為斷，即，它們互補(bǔ)。另外，實(shí)現(xiàn)Ml與M2之間的調(diào)制信號(hào)中的死區(qū)(deadband),以防止Ml和M2均為通并由此導(dǎo)通電流的情況。
[0071]占空比是作為考慮的總時(shí)間的一部分的開關(guān)Ml或M2在活動(dòng)狀態(tài)中的時(shí)間。在電氣裝置中，60%占空比意味著在總時(shí)間周期的60%上為通，并且在總時(shí)間周期的40%上為斷。60%占空比的“通時(shí)間”可以是一秒的一部分。
[0072]圖7表示根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)，這里，電感器LI和一次繞組L2是同一繞組。
[0073]圖8?13表示在電力轉(zhuǎn)換的各步驟中電流如何流動(dòng)，各步驟與圖15中的階段152、153、154、155對(duì)應(yīng)?，F(xiàn)在將更詳細(xì)地描述它。
[0074]圖8表示開關(guān)元件Ml為通、間隔153并由此處于導(dǎo)通模式的情況。正電流87將開始流過電感器LI，只要Ml導(dǎo)通，電流87就將增加，這由占空比調(diào)節(jié)電路(這里未示出)控制。電壓源Vl與接84連接。類似地，電流88也將流過L2、Cl和Ml。當(dāng)Ml為通時(shí)，跨著Ml的電壓電平非常小，只存在直到硅層的電壓降。因此，點(diǎn)81幾乎等于接84。電流88在L2中流動(dòng)，因此，電流89也將在L3中流動(dòng)，原因是L2和L3通過公共的芯部被磁耦合。在該間隔153期間，電容器C3被充電。
[0075]電路的二次側(cè)包含L3、D1、D2、C3和C4。電容器C3和C4串聯(lián)于第一輸出端子91和第二輸出端子92之間，兩個(gè)電容器C3和C4之間的公共點(diǎn)86與電感器L3的一側(cè)連接。
[0076]圖9表示作為153與154之間的間隔的下一間隔。這僅是Ml被關(guān)斷直至M2被接通之間的空載時(shí)間，意味著沒有開關(guān)被接通。Ml被阻斷，因此，電流87和88被強(qiáng)制為轉(zhuǎn)向通過M2的二極管，示為電流97和98。電流98具有與電流88相同的方向，因此，電流99、89繼續(xù)流動(dòng)。
[0077]圖10表示間隔154，這里，M2開始導(dǎo)通并且電流107、108均通過M2流入C2中。電流109的方向也不變。
[0078]圖11表示間隔155，這里，電感器LI中的電流117的符號(hào)改變，因此L2中的電流118的符號(hào)改變，因此，電流119的方向也在二次側(cè)改變，因此，電容器C4正被充電。
[0079]圖12表示第二空載時(shí)間過渡，這里，開關(guān)元件Ml和M2均不為通，因此，電流127和128轉(zhuǎn)向通過Ml的體二極管。電流129仍對(duì)C4充電。
[0080]圖13表示最后的步驟，這里，Ml為通，因此，負(fù)電流137、138通過Ml流入LI和L2中。電流139仍通過D2對(duì)電容器C4充電。
[0081]圖14表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，這里，Cl和L2被取消，并且，磁耦合通過磁元件140和141處于LI與L3之間，本實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器以如對(duì)圖8?13解釋的那樣類似的方式工作。
[0082]在圖14的電路的實(shí)施例中，LI與L3之間的變壓比是12:1。在其它的實(shí)施例中，該比值可以處于5?30的范圍中，優(yōu)選處于10?20的范圍中。[0083]圖15上部表示點(diǎn)81處的電壓電平。當(dāng)Ml為通時(shí)，電壓接近零。區(qū)域151伏特-秒由占空比D和時(shí)段確定，這里，開關(guān)時(shí)段等于整個(gè)周期152?155。當(dāng)M2處于通時(shí)，電壓轉(zhuǎn)為VC2的電平，區(qū)域150伏特-秒由占空比1-D確定。區(qū)域150和151相等，因此，實(shí)現(xiàn)區(qū)域150與151之間的平衡。Ml和M2的操作在圖8的點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)81中產(chǎn)生切換電壓。
[0084]如剛剛解釋的那樣，圖15的下部表示電感器LI中的電流。
[0085]應(yīng)指出重要的是，節(jié)點(diǎn)81中的電壓遵循圖15上部的形狀，意味著節(jié)點(diǎn)85中的二次側(cè)的輸出電壓也遵循相同的曲線，由此，通過L3的電流遵循節(jié)點(diǎn)85的電壓。
[0086]圖16表示占空比與輸入電壓之間的關(guān)系。由于本發(fā)明的主要目的是在具有不同的輸入電壓電平的情況下具有恒定的輸出電壓電平，因此這是出于兩種主要的原因。首先，世界的不同地區(qū)對(duì)于其標(biāo)準(zhǔn)電氣插座具有不同的電壓電平，歐洲使用230V，美國使用IlOV0第二，電力網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)允許電壓電平波動(dòng)，作為例子，標(biāo)稱電壓的+15%。因此，線161表示作為輸入電壓連同占空比的函數(shù)的固定電壓輸出。從輸入到輸出的傳遞函數(shù)的表達(dá)式為:
[0087]Vout=n*Vin (1-duty)
[0088]這里，η是變壓比，duty是O?100%之間的占空比。
[0089]控制作為前饋運(yùn)行，它無需來自二次側(cè)的反饋，這允許控制是非常簡(jiǎn)單的前饋控制(PWM)。
[0090]在具有50%占空比的實(shí)施例中，區(qū)域150和區(qū)域151的振幅和長度相等意味著C3和C4上的電壓相等。
[0091]在具有25%占空比的實(shí)施例中，C3上的電壓可以為C4上的電壓的三分之一。
[0092]在具有75%占空比的實(shí)施例中，C3上的電壓可以為C4上的電壓的三倍。
[0093]通常，通用電源的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是85VAC?265VAC之間的AC輸入電壓。
[0094]在一個(gè)實(shí)施例中，功率轉(zhuǎn)換器被用作系統(tǒng)的電源，其中，根據(jù)本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換器饋送具有四個(gè)電子開關(guān)的H橋，這里，電氣DC電機(jī)與H橋的中點(diǎn)連接。
[0095]在具有DC電機(jī)的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器端子處的電壓保持恒定或者幾乎恒定，通過操作H橋中的四個(gè)開關(guān)控制DC電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。DC電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度由H橋的PWM調(diào)制控制。
[0096]可按不同的尺寸和功率水平制造本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換器。將功率轉(zhuǎn)換器用于具有致動(dòng)器系統(tǒng)的實(shí)施例的已知范圍可以為200W?500W，但功率轉(zhuǎn)換器可不限于該范圍。
[0097]在大多數(shù)的應(yīng)用中，在致動(dòng)器系統(tǒng)中使用的電源基于上述的具有整流器和過濾電容器的常規(guī)變壓器或開關(guān)模式電源。但是，存在其中電源包含可充電電池的諸如輪椅的應(yīng)用。
[0098]在實(shí)施例中，與圖6、圖7或圖14的電路類似，功率轉(zhuǎn)換器通過使用本發(fā)明的拓?fù)鋵?duì)可充電電池充電。
[0099]圖17表示根據(jù)本發(fā)明的在功率轉(zhuǎn)換器中將功率從輸入端子處的第一電壓電平轉(zhuǎn)換到第一和第二輸出端子之間的第二電壓電平的方法的流程圖。
[0100]步驟900通過第一占空比(D)操作第一開關(guān)并且通過第二占空比(1-D)操作第二開關(guān)，這里，第一和第二開關(guān)元件操作以使得它們的導(dǎo)通時(shí)段互補(bǔ)。
[0101]步驟901是在電流在第一電感器中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生切換電壓，包含當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)第一脈沖和當(dāng)?shù)诙_關(guān)導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生第二脈沖。
[0102]步驟902是通過磁耦合電路以一次電感器將切換電壓變壓到二次電感器，并通過第一二極管整流第一脈沖和通過第二二極管整流第二脈沖。
[0103]總之，本發(fā)明涉及一種功率轉(zhuǎn)換器，其用于將功率從輸入端子處的第一電壓電平轉(zhuǎn)換到第一和第二輸出端子之間的第二電壓電平，所述功率轉(zhuǎn)換器包括:
[0104]—第一電感器，該第一電感器的一端與輸入端子連接而該第一電感器的另一端與具有切換電壓電平的點(diǎn)連接；
[0105]一第一開關(guān)元件，該第一開關(guān)元件的第一端子與所述點(diǎn)連接而該第一開關(guān)元件的第二端子與地連接；和
[0106]一第二開關(guān)元件，該第二開關(guān)元件通過第一端子與電容器串聯(lián)，第二開關(guān)元件的第二端子與所述點(diǎn)連接，并且，所述電容器終止于地，
[0107]其中，第一開關(guān)元件被配置用于以第一占空比(D)操作，并且，第二開關(guān)元件被配置用于以第二占空比(1-D)操作，第一和第二開關(guān)元件被配置為操作以使得它們的導(dǎo)通時(shí)段互補(bǔ)，所述點(diǎn)處的切換電壓電平包含當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生的第一脈沖和當(dāng)?shù)诙_關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生的第二脈沖，
[0108]一磁耦合電路，被配置為將中點(diǎn)處的切換電壓通過一次電感器變換到二次電感器，所述二次電感器的第一端與具有相反的極性第一二極管和第二二極管連接，其中，第一二極管被配置為整流第一脈沖，并且，第二二極管被配置為整流第二脈沖；和
[0109]—串聯(lián)輸出電容器，具有連接于第一和第二輸出端子之間的公共點(diǎn)，第一二極管的輸出與第一輸出端子連接，第二二極管的輸出與第二輸出端子連接，并且，二次電感器的第二端與公共點(diǎn)連接。
[0110]雖然已經(jīng)關(guān)于特定的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但它決不應(yīng)被解釋為被局限于給出的例子。本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求組闡述。在權(quán)利要求的上下文中，術(shù)語“包括”或“包含”不排除其它可能的要素或步驟。并且，“一種”或“一個(gè)”等不應(yīng)被解釋為排除多個(gè)。在權(quán)利要求中關(guān)于圖示的要素使用附圖標(biāo)記也不應(yīng)被解釋為限制本發(fā)明的范圍。并且，在不同的權(quán)利要求中提到的各單獨(dú)的特征可能可被有利地組合，并且，在不同的權(quán)利要求中提到這些特征不排除特征的組合不是可能和有利的。
[0111]應(yīng)當(dāng)理解，以上的優(yōu)選實(shí)施例的描述僅作為例子給出，并且，本領(lǐng)域技術(shù)人員可提出各種修改。以上的說明書、例子和數(shù)據(jù)提供了本發(fā)明的示例性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和用途的完整描述。雖然以上以一定的特殊性或者參照一個(gè)或更多個(gè)單獨(dú)實(shí)施例描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但是，在不背離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可對(duì)公開的實(shí)施例提出大量的修改。
【權(quán)利要求】
1.一種功率轉(zhuǎn)換器，所述功率轉(zhuǎn)換器用于將功率從輸入端子處的第一電壓電平轉(zhuǎn)換到第一輸出端子和第二輸出端子之間的第二電壓電平，所述功率轉(zhuǎn)換器包括: 一第一電感器，所述第一電感器的一端與輸入端子連接而所述第一電感器的另一端與具有切換電壓電平的點(diǎn)連接； 一第一開關(guān)元件，所述第一開關(guān)元件的第一端子與所述點(diǎn)連接而所述第一開關(guān)元件的第二端子接地；和 一第二開關(guān)元件，所述第二開關(guān)元件通過第一端子與電容器串聯(lián)，所述第二開關(guān)元件的第二端子與所述點(diǎn)連接，并且，所述電容器終止于地， 其中，第一開關(guān)元件被配置用于以第一占空比(D)操作，并且，第二開關(guān)元件被配置用于以第二占空比(1-D)操作，第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件被配置為操作以使得它們的導(dǎo)通時(shí)段互補(bǔ)，所述點(diǎn)處的切換電壓電平包含當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生的第一脈沖和當(dāng)?shù)诙_關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生的第二脈沖， 一磁耦合電路，被配置為將所述點(diǎn)處的切換電壓通過一次電感器變換到二次電感器，所述二次電感器的第一端與具有相反極性的第一二極管和第二二極管連接，其中，第一二極管被配置為整流第一脈沖，并且，第二二極管被配置為整流第二脈沖；和 一串聯(lián)輸出電容器，具有連接于第一輸出端子和第二輸出端子之間的公共點(diǎn)，第一二極管的輸出與第一輸出端子連接，第二二極管的輸出與第二輸出端子連接，并且，二次電感器的第二端與所述點(diǎn)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的功率轉(zhuǎn)換器，其中，通過調(diào)整第一占空比和第二占空比來調(diào)節(jié)輸出端子處的電壓電平。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的功率轉(zhuǎn)換器，其中，第一占空比和第二占空比根據(jù)輸入端子處的第一電壓電平被調(diào)整，以保持輸出端子之間的恒定的第二電壓電平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)的功率轉(zhuǎn)換器，還包括與輸入端子連接的平滑電容器和AC到DC整流器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)的功率轉(zhuǎn)換器，其中，第一開關(guān)元件進(jìn)一步包含并聯(lián)連接的第一二極管，并且，第二開關(guān)元件進(jìn)一步包含并聯(lián)連接的第二二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一項(xiàng)的功率轉(zhuǎn)換器,其中,第一電感器和一次電感器實(shí)現(xiàn)為一個(gè)共同部件。
7.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1?6中任一項(xiàng)的功率轉(zhuǎn)換器的致動(dòng)器系統(tǒng)。
8.一種用于在功率轉(zhuǎn)換器中將功率從輸入端子處的第一電壓電平轉(zhuǎn)換到第一輸出端子和第二輸出端子之間的第二電壓電平的方法，所述方法包括: 一以第一占空比(D)操作第一開關(guān)；和 一以第二占空比(1-D)操作第二開關(guān)，其中，第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件操作為使得它們的導(dǎo)通時(shí)段互補(bǔ)；和 一當(dāng)電流在第一電感器中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生切換電壓，包含當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)第一脈沖和當(dāng)?shù)诙_關(guān)導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生第二脈沖， 一通過磁耦合電路用一次電感器將切換電壓變換到二次電感器；和 一通過第一二極管整流第一脈沖，并且通過第二二極管整流第二脈沖。
【文檔編號(hào)】H02M3/335GK103797699SQ201280032829
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月1日
【發(fā)明者】J·C·巴斯霍爾姆 申請(qǐng)人:利納克有限公司