Область техники
Настоящее изобретение относится к схеме источника электропитания, а также к устройству, содержащему схему источника электропитания.
Предшествующий уровень техники
Схемы источников электропитания, в частности источников электропитания с переключаемым режимом, широко известны в данной области техники. Такие схемы источников электропитания, например, объединены в потребительские и непотребительские продукты. Иллюстративным приложением является электропитание светодиодов (LED) и/или органических светодиодов (OLED), в частности лент LED/OLED, используемых для автомобильного освещения LED/OLED, и вообще систем освещения LED/OLED, питаемых от батареи.
Схемы источников электропитания, которые лучше всего подходят и, следовательно, их предпочтительно используют для вышеназванных приложений, являются, в частности, импульсными последовательными резонансными преобразователями с постоянным средним токовым выходом I, в дальнейшем обозначенными как DSRC-I. Этот тип преобразователя, например, описан в WO2008/110978. Функциональные возможности этого типа преобразователя хорошо понятны специалистам в данной области техники и, следовательно, не объяснены более подробно. Преобразователи DSRC-I предоставляют преимущество постоянного среднего токового выхода, кроме того, не требуется никакого считывания тока и никакого контура управления током. Следовательно, исключены потери, вызванные считыванием тока, и DSRC-I обеспечивает высокоэффективную компактную и легкую конструкцию по сравнению с другими общеизвестными последовательными резонансными преобразователями.
Недостатком основного преобразователя DSRC-I является то, что выходное напряжение должно быть ниже, чем входное напряжение, если не обеспечены трансформатор или дополнительные компоненты, такие как дополнительный удвоитель напряжения. Однако оба решения требуют пространства и увеличивают стоимости схем. В качестве примера, задний фонарь LED автомобиля, который состоит из нескольких LED в последовательном соединении, будет требовать более чем 12 В аккумулятора автомобиля, например, 5 LED последовательно требуют 5Ч3,3 В = 16,5 В. Следовательно, DSRC-I вызывает проблемы, если несколько LED должны быть соединены последовательно, и имеется только низкое напряжение питания, например, в автомобильных приложениях.
Системы, питаемые от батареи, часто также пакетируют в секции последовательно, чтобы достичь более высокого выходного напряжения. Однако достаточное пакетирование секций невозможно во многих высоковольтных приложениях вследствие недостатка пространства.
Краткое изложение существа изобретения
Задачей настоящего изобретения является предоставить схему источника электропитания, с помощью которой может быть получено выходное напряжения, которое выше, чем входное напряжение. Схема источника электропитания, содержащая функцию повышения напряжения, в соответствии с настоящим изобретением, может пошагово увеличивать входное напряжение, т.е. увеличивать выходное напряжение и, таким образом, уменьшать число секций батареи.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения предоставлена схема источника электропитания, содержащая
входные контакты, предназначенные для соединения схемы источника электропитания с источником энергии постоянного тока,
два выходных контакта, предназначенные для соединения схемы нагрузки со схемой источника электропитания,
мостовую схему, содержащую, по меньшей мере, два последовательно соединенных переключателя, соединенные между двумя выходными контактами,
резонансную схему, соединенную на одном конце с одним или более входными контактами, и соединенную на другом конце с межсоединением, по меньшей мере, двух переключателей мостовой схемы, и
по меньшей мере, два диода, причем первый диод соединен между первым входным контактом, обеспеченным для соединения положительного контакта источника энергии, и первого концевого контакта последовательно соединенных переключателей, причем первый концевой контакт соединен с первым выходным контактом и, второй диод соединен между вторым входным контактом, обеспеченным для соединения отрицательного контакта источника энергии, и второго концевого контакта последовательно соединенных переключателей, причем второй концевой контакт соединен со вторым выходным контактом.
Эта топология преобразователя обеспечивает постоянный средний токовый выход при более высоком выходном напряжении, чем входное напряжение. Кроме того, он имеет простую схемную конструкцию и не требует трансформатора или другого дополнительного компонента. В целом, преобразователь предоставляет преимущество в том, что не требуется никакого считывания тока и никакого управления током, кроме того, обеспечивается очень компактная схемная конструкция с объединенным повышением напряжения. Схема источника электропитания в соответствии с настоящим изобретением, является, прежде всего, легкой для конструирования, простой для управления и обеспечивает высокую эффективность. Подробные функциональные возможности схемы электропитания будут объяснены в контексте фигур.
В первом аспекте настоящего изобретения представлена схема источника электропитания, в которой первый диод поляризован относительно назначенного переключателя таким образом, что разрешают протекание отрицательного (поляризованного) резонансного тока, а второй диод поляризован относительно назначенного переключателя таким образом, что разрешают протекание положительного (поляризованного) резонансного тока. Это обеспечивает преимущество в том, что только положительный ток протекает через выход.
В дополнительном аспекте настоящего изобретения представлена схема источника электропитания, в которой резонансная схема является последовательной резонансной схемой, содержащей индуктивность и емкость. Это является выгодным, так как это гарантирует выгодные функциональные возможности DSRC-I, а также переключение нулевого тока (ZCS), что хорошо известно в данной области техники и, следовательно, не объяснено дополнительно.
Еще в одном аспекте настоящего изобретения представлена схема источника электропитания, в которой резонансная схема соединена с входными контактами, т.е. межсоединениями между диодами и источником энергии. В частности, емкость разделена, по меньшей мере, на две частичные емкости, причем каждая частичная емкость содержит половинную резонансную емкость, при этом каждая частичная емкость соединена с входными контактами, т.е. межсоединениями диодов и источника энергии. Эта топология является выгодной, так как реализована функция повышения напряжения и, кроме того, поддерживается главные преимущества обычного DSRC-I.
В дополнительном аспекте настоящего изобретения представлена схема источника электропитания, в которой, по меньшей мере, два переключателя резонансной схемы являются полевыми транзисторами с МОП-структурой (MOSFET). Это выгодно, поскольку MOSFET подходят для вышеназванных приложений и, кроме того, являются легкими для управления.
В дополнительном аспекте настоящего изобретения представлена схема источника электропитания, дополнительно содержащая устройство управления, которое выполнено с возможностью обеспечения максимальной частоты переключения мостовой схемы, которая находится в диапазоне от 10 до 50% от резонансной частоты резонансной схемы, в частности в диапазоне половинной резонансной частоты резонансной схемы.
Кроме того, устройство управления выполнено с возможностью обеспечения переключения переключателей мостовой схемы с рабочим циклом до 50%. В частности, не может быть достигнут рабочий цикл точно 50%, но преимущественно должно быть осуществлено короткое время работы в холостую между переключателем высокой стороны и низкой стороны, которое предпочтительно находится в диапазоне от 100 нс до 1 мкс.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предоставлено устройство, содержащее источник энергии, схему нагрузки и схему источника электропитания, как предложено в соответствии с настоящим изобретением, для питания схемы нагрузки. Следует понимать, что устройство имеет те же преимущества, что и сама схема источника электропитания. Устройство может содержать одну или более нагрузок, в то время как нагрузка содержит один или более LED, OLED или тому подобных, и устройство может быть, например, устройством освещения.
Предпочтительно выходной фильтр расположен между схемой источника электропитания и схемой нагрузки. Выходной фильтр стабилизирует выходное напряжение и, следовательно, гарантирует более низкую пульсацию постоянного тока нагрузки. Выходной фильтр может быть выполнен просто с помощью конденсатора, соединенного параллельно со схемой нагрузки, но возможны более сложные фильтры, например, содержащие последовательные и/или параллельные схемы, содержащие один или более конденсаторов и/или индуктивностей, как широко известно в данной области техники.
Будет понятно, что заявленное устройство имеет аналогичные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, что и заявленная схема источника электропитания, как определено в зависимых пунктах формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг.1 изображает схему источника электропитания в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.2 изображает принципиальную схему моделирования схемы источника электропитания в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.3 изображает результаты моделирования для первого множества значений параметров;
фиг.4 изображает результаты моделирования для второго множества значений параметров;
фиг.5 изображает результаты моделирования для третьего множества значений параметров;
фиг.6 изображает результаты моделирования для четвертого множества значений параметров;
фиг.7 изображает упрощенную схему источника электропитания в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.8 изображает дополнительную упрощенную схему источника электропитания в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.9 изображает схему проводящих частей источника электропитания в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, для первого интервала времени;
фиг.10 изображает схему проводящих частей источника электропитания в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, для второго интервала времени;
фиг.11 изображает схему проводящих частей источника электропитания в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, для третьего интервала времени;
фиг.12 изображает схему проводящих частей источника электропитания в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, для четвертого интервала времени;
фиг.13 изображает сигнал резонансного тока.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
Фиг.1 изображает блок-схему схемы 1 источника электропитания, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Схема 1 источника электропитания содержит мостовую схему 3, резонансную схему 5, которая является соединяемой на одном конце, т.е. на входных контактах, с источником 7 энергии, причем источник 7 энергии предпочтительно является источником постоянного напряжения
Мостовая схема 3 содержит, по меньшей мере, два переключателя
Переключатели
Переключатели
Резонансная схема 5 является соединяемой на одном конце с источником 7 энергии и соединена на другом конце с межсоединением 15, по меньшей мере, двух переключателей
Фиг.1 дополнительно иллюстрирует, что диод
Как будет объяснено более подробно ниже, падение напряжения
Частичные емкости
Вышеописанная новая топология схемы 1 источника электропитания реализует DSRC-1, содержащую большинство из ее главных преимуществ, и, кроме того, обеспечивает функцию повышения напряжения, таким образом, что выходное напряжение
Следует упомянуть, что устройство 21 в соответствии с настоящим изобретением содержит схему 1 источника электропитания и, кроме того, может содержать одну или более схем 9 нагрузки.
Фиг.2 изображает принципиальную схему моделирования схемы 1 источника электропитания в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, в то время как фиг.3-6 изображают результаты моделирования для разных множеств значений параметров. Принципиальная схема моделирования фиг.2 основана на топологии схемы источника электропитании, проиллюстрированной на фиг.1.
Фиг.3 изображает результаты моделирования для первого множества значений параметров. В частности, результаты моделирования основаны на входном напряжении
Самая верхняя диаграмма моделирования фиг.3 иллюстрирует токи I(
Средняя диаграмма моделирования фиг.3 иллюстрирует токи диодов I(
Нижняя диаграмма моделирования фиг.3 иллюстрирует резонансный ток I(
Фиг.4 изображает результаты моделирования для второго множества значений параметров. В частности, результаты моделирования основаны на входном напряжении
Фиг.5 изображает результаты моделирования для третьего множества значений параметров. В частности, результаты моделирования основаны на входном напряжении
Фиг.6 изображает результаты моделирования для четвертого множества значений параметров. В частности, результаты моделирования основаны на входном напряжении
Для того чтобы описать функциональные возможности схемы 1 источника электропитания, топология, изображенная на фиг.1, может быть упрощена, как проиллюстрировано на фиг.7 и фиг.8. На фиг.7 обеспечены две емкости
Резонансная схема 5 может быть описана с помощью своей резонансной частоты
На основании результатов моделирования поведение схемы может быть объяснено следующим образом. Для описания в интервалах времени определен резонансный период
Период переключения переключателей
Фиг.9 изображает схему проводящих частей схемы 1 источника электропитания в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения для первого интервала времени
Следовательно, переключатель
Так как результирующий ток
На основании результатов моделирования проводящие компоненты в каждом интервале времени являются известными, и может быть вычислена амплитуда каждой синусоидальной полуволны. Результатом является:
Vc(t=0)=Vout-Vin (4)
Кроме того, падение напряжения
На основании идеализированного поведения схемы может быть вычислена амплитуда результирующей первой отрицательной синусоидальной полуволны
Дальнейшее протекание тока через
Фиг.10 изображает схему проводящих частей схемы 1 источника электропитания в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения для второго интервала времени t2:
Следовательно, ток
Из вычислений с помощью формул первого интервала времени
V c (t=τ)=-V out (7)
И
Это дает в результате амплитуду второй положительной синусоидальной полуволны
Дальнейшее протекание тока предотвращают с помощью диода
Фиг.11 изображает схему проводящих частей схемы 1 источника электропитания в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения для третьего интервала времени t3:
Следовательно, ток
Поведение в третьем и четвертом интервале времени
Напряжение емкости
V c (t=T switch /2)=V in -V out (10)
И
Следовательно, третья положительная синусоидальная полуволна
Фиг.12 изображает схему проводящих частей схемы 1 источника электропитания в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения для четвертого интервала времени
Следовательно, ток
Наконец, напряжение емкости
Vc(t=Tswitch/2)+τ)=Vout (13)
И V 1:
Это дает в результате амплитуду четвертой, отрицательной синусоидальной полуволны
Поведение тока показывает, что только две синусоидальные полуволны, а именно
Функциональные возможности схемы 1 источника электропитания в соответствии с изобретением и результирующая функция повышения напряжения теперь будут объяснены более подробно. Топология схемы 1 источника электропитания заставляет две из четырех полуволн (в частности, каждую вторую из четырех полуволн) резонансного тока
Эта соответственная полуволна является, например,
Однако выходное напряжение
Следовательно, настоящее изобретение предоставляет схему 1 источника электропитания, в частности топологию преобразователя, которая может быть использована для освещения автомобильных LED/OLED или вообще для освещения LED/OLED, питаемых от батареи, так как не только составляет DSRC-I, который предпочтительно используют для вышеназванных приложений, но благодаря изобретательской топологии схема 1 источника электропитания обеспечивает функцию повышения напряжения, обеспечивающую более высокое выходное напряжение
В дополнительном варианте осуществления может быть дополнительно обеспечен контур управления, т.е. контур обратной связи. Контур обратной связи, например, измерял бы ток или напряжение LED, посылал этот сигнал в контроллер и регулировал соответствующим образом управляющие сигналы электронных переключателей.
В заключение, новая топология схемы источника электропитания, в соответствии с настоящим изобретением предлагает по существу те же главные преимущества, что и традиционный преобразователь DSRC-I, но, кроме того, она обеспечивает более высокое выходное напряжение
Несмотря на то, что новая схема источника электропитания может быть рассмотрена как невыгодная, поскольку проводящая часть через два диода
В целом, преобразователь предоставляет преимущество в том, что не требуется никакого считывания тока и никакого управления током, кроме того, обеспечивают очень компактную конструкцию схемы с объединенным повышением напряжения. Схема источника электропитания, в соответствии с настоящим изобретением является, прежде всего, легкой для конструирования, простой для управления и обеспечивает высокую эффективность. Будет понятно, что те же преимущества имеют силу для устройства, в соответствии с изобретением, содержащем схему источника электропитания.
Несмотря на то, что изобретение проиллюстрировано и описано подробно на чертежах и в предыдущем описании, такая иллюстрация и описание должны быть рассмотрены как пояснительные или иллюстративные, а не ограничительные, изобретение не ограничено раскрытым вариантом осуществления. Другие изменения в раскрытый вариант осуществления могут быть понятными и осуществленными специалистами в данной области техники при осуществлении заявленного изобретения из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения.
В формуле изобретения слово “содержащий” не исключает другие элементы или этапы, а единственное число не исключает множественности. Один элемент или другое устройство может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Сам факт, что определенные меры перечислены во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что комбинация этих мер не может быть выгодно использована.
Любые ссылочные знаки в формуле изобретения не должны быть истолкованы как ограничивающие рамки объема.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НАПРЯЖЕНИЯ | 2014 |
|
RU2572002C1 |
РЕЗОНАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ | 2010 |
|
RU2566736C2 |
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩЕЙ ЦЕПЬЮ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЕГО ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТЬЮ | 2007 |
|
RU2335841C1 |
Однотактный преобразователь постоянного напряжения | 1986 |
|
SU1339812A1 |
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА, ВОССТАНОВЛЕНИЯ КРЕМНИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДИОКСИДА ТИТАНА ДО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ТИТАНА ПУТЁМ ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ ЧАСТИЦ SiO, КРЕМНИЙСОДЕРЖАЩЕГО ГАЗА, ЧАСТИЦ FeTiО И МАГНИТНЫХ ВОЛН | 2012 |
|
RU2561081C2 |
Способ защиты автономного мостового тиристорного инвертора напряжения и устройство для его осуществления | 1984 |
|
SU1203629A1 |
Способ автоматического симметрирования токов и стабилизации заданного коэффициента мощности трехфазной системы | 1983 |
|
SU1156192A1 |
Устройство для компенсации полногоТОКА ОдНОфАзНОгО зАМыКАНия HA зЕМлю | 1979 |
|
SU813587A1 |
Устройство для управления трехфазным полумостовым или несимметричным мостовым тиристорным преобразователем | 1989 |
|
SU1817209A1 |
Формирователь пилообразного напряжения | 2022 |
|
RU2787091C1 |
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в (1) источнике электропитания. Технический результат - увеличение напряжения питания. Схема источника электропитания содержит: входные контакты (17, 19), предназначенные для соединения схемы (1) источника электропитания с источником (7) постоянной энергии, два выходных контакта, предназначенные для соединения схемы (11) нагрузки со схемой (1) источника электропитания, мостовую схему (3), содержащую, по меньшей мере, два последовательно соединенных переключателя (
1. Схема (1) источника электропитания, содержащая
входные контакты (17, 19), предназначенные для соединения схемы (1) источника электропитания с источником (7) энергии постоянного тока,
два выходных контакта, предназначенных для соединения схемы (11) нагрузки со схемой (1) источника электропитания,
мостовую схему (3), содержащую, по меньшей мере, два последовательно соединенных переключателя (
резонансную схему (5), соединенную на одном конце с одним или более входными контактами и соединенную на другом конце с межсоединением (15), по меньшей мере, двух переключателей (
по меньшей мере, два диода (
2. Схема (1) источника электропитания по п.1, в которой первый диод (
3. Схема (1) источника электропитания по п.1, в которой резонансная схема (5) является последовательной резонансной схемой, содержащей индуктивность (
4. Схема (1) источника электропитания по п.1, в которой резонансная схема (5) соединена с входными контактами (17, 19).
5. Схема (1) источника электропитания по п.1, в которой емкость (
6. Схема (1) источника электропитания по п.1, в которой, по меньшей мере, два переключателя (
7. Схема (1) источника электропитания по п.1, дополнительно содержащая блок (14) управления, который выполнен с возможностью обеспечения максимальной частоты (
8. Схема (1) источника электропитания по п.1, дополнительно содержащая блок (14) управления, который выполнен с возможностью обеспечения максимальной частоты (
9. Схема (1) источника электропитания по п.7, в которой блок (14) управления выполнен с возможностью обеспечения переключения переключателей (
10. Устройство (21), содержащее источник (7) энергии, схему (11) нагрузки и схему (1) источника электропитания по п.1, для питания схемы (11) нагрузки.
11. Устройство (21) по п.10, дополнительно содержащее выходной фильтр (13) между схемой (1) источника электропитания и схемой (11) нагрузки.
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ РЕЗОНАНСНЫМ ИНВЕРТОРОМ | 2000 |
|
RU2182397C2 |
JP2005513819 A, 12.05.2005 | |||
us 2002047693 a1, 25.04.2002 | |||
Насосно-поршневая группа шахтной гидростойки | 1987 |
|
SU1461980A2 |
WO 2008110978 A, 18.09.2008 |
Авторы
Даты
2014-06-10—Публикация
2010-03-15—Подача