專利名稱：控制的e類dc-ac變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如在權(quán)利要求l的前序中所描述的將直流(DC)輸入電 壓轉(zhuǎn)換為交流(AC)輸出電壓的方法，和如在權(quán)利要求4的前序中描述 的E類型DC-AC變換器。
背景技術(shù)：
US6008589，特別是參考它的圖5a,公開了 一種DC-AC轉(zhuǎn)換方法和上 述類型的E類DC-AC變換器。 該變換器的負(fù)載是燈。為了控制提供給負(fù)載的功率，建議控制變換器的開關(guān)交替地接通 和斷開的頻率和/或應(yīng)用開關(guān)的電容器到該變換器的諧振電路。在兩種 情況中，該開關(guān)被接通和斷開的頻率必須大約是諧振電路的諧振頻率 。這限制了可提供的頻率范圍和由此限制了控制的輸出功率的范圍。 然而，如果該燈是高壓放電(HID)燈，那么頻率范圍可能大大超出所 謂的聲諧振自由窗口 (acoust ic resonance free window)，在該窗口之 外由于在燈內(nèi)的壓力波而引起放電弧可能振動(dòng)。由于壓力波和E類 DC-AC變換器的切換頻率相關(guān)，所以光輸出可能變得不穩(wěn)定并且燈可能 甚至爆炸。這樣的窗口可能小如5kHz。在HID燈的正常工作期間，它的 阻抗是電阻性的，但是它的阻抗值可以根據(jù)不同的條件(諸如它的溫度 和流經(jīng)它的電流)而變化巨大。結(jié)果，通過E類DC-AC變換器的開關(guān)的 切換頻率來控制對(duì)于負(fù)載的輸出功率是非常困難的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決如上所述的現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。 通過提供如在權(quán)利要求l中所述的方法實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的。 相應(yīng)地，幾乎不怎么費(fèi)力就可以在寬的范圍上控制提供給E類DC-AC變換器的諧振電路的平均DC電壓并由此控制輸出功率，在負(fù)載是HID燈的情況下保持處于聲諧振自由窗口之內(nèi)。通過提供如在權(quán)利要求4中所述的E類DC-AC變換器也能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述的目的。


從下面的結(jié)合附圖的示范性描述，本發(fā)明將變得更加逐漸地清楚。在圖中圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的E類DC-AC變換器的電路圖；和圖2示出根據(jù)本發(fā)明的受控制的E類DC-AC變換器的電路圖。
具體實(shí)施方式
在圖l中示出的電路包括直流電壓(DC)電源2，其連接到現(xiàn)有技 術(shù)的E類DC-AC變換器4，該變換器4進(jìn)而連接到負(fù)載6。在圖l中示出的 現(xiàn)有技術(shù)的E類DC-AC變換器4為基本類型，諸如由US6008589 (它的圖 5a)公開的。然而，本發(fā)明不限于和這樣的E類變換器一起使用。注意到，由DC電源2提供的直流電壓不改變極性并且它的幅度可能 因?yàn)閮H由一個(gè)二極管來整流交流電壓而改變。E類DC-AC變換器4包括串聯(lián)的、且以下面的次序連接在DC電源2的 一端(假定正極端)和負(fù)載6的一端之間的扼流線圏(或者更通常地， 第一電感器8)、第二電感器10和第一電容器12。 DC電源2的另一端( 假定為負(fù)極端)和負(fù)載的另一端相互連接。半導(dǎo)體開關(guān)14 (其可以是 MOSFET)連接在DC電源2的負(fù)極端和在電感器8和電感器10之間的互連 (interconnection)之間。第二電容器16和開關(guān)M并聯(lián)。第三電容器 18連接在DC電源2的負(fù)極端和在第二電感器10和第一電容器12之間的 互連之間。第二電感器10和三個(gè)電容器12、 16、 18組成諧振電路。第一電感器8主要用于在開關(guān)14接通或者斷開時(shí)保持流經(jīng)在電感 器8和電感器10之間的節(jié)點(diǎn)的電流。在圖l中示出的電路的正常工作期間，通過向開關(guān)14提供時(shí)鐘信號(hào) 來規(guī)律地接通和斷開開關(guān)14 。時(shí)鐘信號(hào)的頻率和諧振電路的諧振頻率 相匹配。結(jié)果，將由變換器4產(chǎn)生交流電流(AC)并且提供給負(fù)載6。如果負(fù)載6是高壓氣體放電(HID)燈，那么在導(dǎo)電(conducting )時(shí)，該燈象電阻器一樣運(yùn)轉(zhuǎn)。然而，該燈的阻抗可能由于不同的原 因而變化巨大，這些原因中的一個(gè)是它的溫度并因此是流經(jīng)該燈的電 流。如果該燈的阻抗的這種變化將被忽略，那么該燈輸出也會(huì)變化巨 大。為了避免燈輸出的這種變化，需要功率控制。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的功 率控制器，測(cè)量在負(fù)載(燈)6的兩端的輸出電壓和經(jīng)過負(fù)載6的電流,將它們的乘積和參考值相比較以提供誤差，且根據(jù)誤差值，改變提供給開關(guān)14的時(shí)鐘信號(hào)的頻率，以便減小誤差。使用一些現(xiàn)有技術(shù)的 功率控制器，通過控制和額外的電容器串聯(lián)的電子開關(guān)來將該額外的 電容器并聯(lián)連接到或者不連接到一個(gè)或者幾個(gè)電容器12、 16、 18,諧 振電路4的諧振頻率^皮改變。當(dāng)負(fù)載是HID燈時(shí)，改變到開關(guān)14的時(shí)鐘信號(hào)的頻率來控制到燈 6的輸出功率可以足夠?qū)е鲁鏊^的聲諧振自由頻率窗口。當(dāng)時(shí)鐘頻 率超出這樣的窗口時(shí)，HID燈的放電弧可能振動(dòng)，光輸出可能變得不穩(wěn) 定并且燈甚至可能爆炸。根據(jù)燈的類型，聲諧振自由窗口可能小得等 于5kHz。將清楚的是，這使得提供在燈的實(shí)際范圍的條件之內(nèi)合適的 功率控制器非常困難。通過將電抗性部件連接到諧振電路或者從該諧振電路斷開該電阻 抗部件來改變諧振頻率具有增加成本的額外缺陷。為了解決上面提到的缺陷，根椐本發(fā)明，根據(jù)在測(cè)量的輸出功率 和參考值之間的誤差來控制提供給E類DC-AC變換器4的DC電壓。相應(yīng)地，在圖2示出的圖中包括DC-DC下變頻器(down converter) 或者降壓變換器(buck converter) 20。降壓變換器20包括開關(guān)22 (諸如MOSFET),其和E類DC-AC變換器4 一起串聯(lián)連接到DC電源2; 二極管24,其并聯(lián)連接到E類DC-AC變換器4，該二極管的陰極連接 到第一電感器8;以及E類DC-AC變換器4的第一電感器8。 E類DC-AC 變換器4和降壓變換器20 —起形成根據(jù)本發(fā)明的控制的E類DC-AC變 換器26。通過由控制器(未示出)提供的脈沖控制信號(hào)來控制開關(guān)22。該 控制信號(hào)的頻率可以和到第一開關(guān)14的時(shí)鐘信號(hào)的頻率不同。使控制 信號(hào)的占空因數(shù)取決于在測(cè)量的輸出功率值和參考值之間的誤差(包 含符號(hào)的)。當(dāng)?shù)诙_關(guān)22接通時(shí)，電流將流經(jīng)DC電源2、 E類變換器4和負(fù) 載6。當(dāng)?shù)诙_關(guān)22隨后斷開時(shí)，依靠二極管24將電流保持流經(jīng)E類 變換器4和負(fù)載。因此，二極管24 ;f皮稱為整流(freewheeling) 二極管。然而剩余的電流將減小，直到第二開關(guān)再次接通。因此，添加第 二開關(guān)22和二極管24是實(shí)用的，只因?yàn)檫@些元件#_連接到一電路(特 別是E類變換器4),該電路包括電流持續(xù)(sustaining)元件(特別5是已經(jīng)存在的第一電感器8),以與其一起提供降壓變換器20。通過根據(jù)所述誤差改變到笫二開關(guān)22的控制信號(hào)的占空因數(shù)，改變?cè)诙?jí)管24兩端的DC電壓，從而E類變換器的輸出電壓、輸出電流和輸出功率相應(yīng)地改變。根據(jù)下變頻器的操作的連續(xù)或者不連續(xù)的模式，控制信號(hào)的占空因數(shù)被改變以便減小所述誤差，即，至少在一段時(shí)間內(nèi)平均的誤差。使用根據(jù)本發(fā)明的控制的E類變換器26，不需要為了控制提供給負(fù)載6的輸出功率而改變諧振電路10、 12、 16、 18的諧振頻率。通過很小的努力，特別是通過在標(biāo)準(zhǔn)的E類變換器4的輸入端提供簡(jiǎn)單的降壓變換器20來獲得這種改善。在電路的恒穩(wěn)態(tài)工作過程中控制輸出功率的改善也允許在圖示的電路中作為負(fù)載6的HID燈在啟動(dòng)時(shí)段的期間產(chǎn)生更高的抬高(rim-up )電流。必須要注意到的是，在不偏離由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明 的范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行不同的改變。例如，E類 DC-AC變換器4可以具有不同的配置，諸如包括變壓器，并且降壓變換 器20可以被提供具有它自己的電感器，和已經(jīng)存在的第一電感器8串 聯(lián)。此外，第二開關(guān)22和示出的相比較可以連接到DC電源2的另一 個(gè)(正極)端。
權(quán)利要求
1.一種將直流(DC)輸入電壓轉(zhuǎn)換為交流(AC)輸出電壓的方法，包括提供所述DC輸入電壓到電感器(8)并且交替地接通和斷開經(jīng)過所述電感器(8)被提供的所述電壓，和提供所述切換的電壓到連接到負(fù)載(6)的諧振電路(10、12、16、18)，其特征在于，提供給所述電感器的所述電壓被控制以形成具有控制的幅度的DC電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，控制提供給所述電 感器的所述電壓包括交替地接通和斷開所述DC輸入電壓和當(dāng)所述輸入 電壓被斷開時(shí)維持流經(jīng)所述電感器(8)的電流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，以取決于要被提供 給所述負(fù)載(6)的期望功率的開關(guān)比率來進(jìn)行所述DC輸入電壓的切換
4. 一種E類DC-AC變換器(26)，包括其輸出端連接到負(fù)載(6) 的諧振電路(IO、 12、 16、 18)、與所述諧振電路串聯(lián)耦合到直流電 壓(DC)電源(2)的電感器(8)、和并聯(lián)連接到所述諧振電路(10 、12、 16、 18)的第一開關(guān)(14),其特征在于，在所述E類變換器( 26)的輸入端布置有控制的DC-DC變換器，用于控制從所述DC電源(2 )經(jīng)過所述電感器(8)提供到所述諧振電路(10、 12、 16、 18)的平 均DC電壓。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的E類DC-AC變換器(26)，其特征在于， 所述電感器(8)是所述控制的DC-DC變換器的一部分。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的E類DC-AC變換器(26),其特征在于 ,所述DC-DC變換器包括連接到與所述電感器(8)串聯(lián)的所述DC電源(2)的笫二開關(guān)(")，和耦合到所述第二開關(guān)(22)的、與所述電 感器(8)、所述諧振電路(IO、 12、 16、 18)和所述負(fù)載6的串聯(lián)連 接并聯(lián)的整流二極管(24)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4、 5或6所述的E類DC-AC變換器(26 )，其特征 在于，所述第二開關(guān)(22)適于以取決于要^L提供給所述負(fù)載(6)的 期望功率的開關(guān)比率^皮接通和斷開。
全文摘要
將由DC電源(2)提供的直流(DC)輸入電壓轉(zhuǎn)換為交流(AC)輸出電壓，包括將DC輸入電壓經(jīng)過電感器(8)提供到諧振電路(10、12、16、18)和負(fù)載(6)的串聯(lián)連接、交替地接通和斷開提供給該串聯(lián)連接即諧振電路(10、12、16、18)和負(fù)載(6)的電壓，其中該輸入電壓被控制以形成具有控制的幅度的DC電壓，尤其通過布置DC-DC降壓變換器，該降壓變換器連接到DC電源(2)并且包括第二開關(guān)(22)和整流二極管(24)，后者被并聯(lián)連接到電感器(8)、諧振電路(10、12、16、18)和負(fù)載(6)的串聯(lián)連接。
文檔編號(hào)H02M7/537GK101263648SQ200680033505
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2006年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月12日
發(fā)明者P·J·茲爾斯特拉, R·范霍恩肖滕, W·D·考文伯格 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司