專利名稱：諧振抽頭變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電壓變換器。特別是(雖然不是唯一的)，本發(fā)明涉及諧振抽頭變壓器電路，其中變壓器的有效匝比取決于輸入信號的頻率。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中已知的DC-DC變換器包括脈寬調(diào)制(PWM)DC-DC變換器和諧振串聯(lián)及并聯(lián)變換器。已知一些方法易受轉(zhuǎn)接損耗(特別是在前一種情況下)和導(dǎo)電損耗的影響。
在運用開關(guān)晶體管的傳統(tǒng)PWM DC-DC變換器中，開關(guān)具有固有電容，當(dāng)開關(guān)交替斷開或閉合時所述電容導(dǎo)致在開關(guān)兩端的剩余電壓。因此，理想的是，通過電感器與負(fù)載電阻串聯(lián)，使電容放電以延遲轉(zhuǎn)接。由于在電感應(yīng)器中的剩余電場，將阻擋電流的變化。因無電感，功率因數(shù)接近于一。如果與負(fù)載串聯(lián)一電感器，就會引起功率因數(shù)滯后和軟性轉(zhuǎn)接。
理想情況下，在電路元件中的電流和電壓是同相的。然而，如果存在少許相位差的話，就會存在電流為正而電壓為負(fù)(或與其相反)的瞬間。在這種情況下，瞬時功率為負(fù)，并大大減小傳輸功率。因此，傳輸功率低于相同時間的電壓和電流的平均值。
為了獲得相同或所需的傳輸功率水平，必須增加電壓，但是這會相應(yīng)地增加電流，從而引起I2R損耗(或?qū)щ姄p耗)的增大。在PWM變換器中降低輸出電壓的傳統(tǒng)方法是減少工作循環(huán)。在減少工作循環(huán)時，如果必須保持相同的平均電流，則峰值電流將增加。然而，當(dāng)增加峰值電流時，I2R損耗變得異常地高。
在已知的諧振電路中，可以通過使電抗與負(fù)載串聯(lián)的方法來降低電壓。然而，這會大大減低功率因數(shù)。本發(fā)明避免對于這種電抗的需求，并進一步提供一電感以影響滯后功率因數(shù)(或軟性轉(zhuǎn)接)。本發(fā)明還提供匝比可變的變換器(因而，可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換比)，同時保留使用所有初級繞組。
本發(fā)明的目的在于，克服(或者至少減輕)在現(xiàn)有技術(shù)中固有的一些缺點，或者至少給人們提供有用的選擇。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個方面是提供一種適于有選擇地與變壓器的多個初級線圈串聯(lián)和/并聯(lián)連接的變壓器電路，其中連接類型取決于線路頻率，從而改變變壓器的變比。
較佳的變壓器電路包括多個第一電路元件；多個第二電路元件；多個變壓器初級線圈；其中，第一和第二元件具有隨著線路頻率改變的導(dǎo)電率，并以在第一頻率下并聯(lián)連接多個變壓器初級線圈而在第二線路頻率下串聯(lián)連接多個變壓器初級線圈的方式連接。
在本發(fā)明的另一個實施例中提供的變壓器電路包括多個變壓器初級線圈；至少兩個第一電路元件；至少一個第二電路元件，其中，與第二電路元件串聯(lián)的第一電路元件中的一個元件與第一變壓器初級線圈并聯(lián)，而與第二電路元件串聯(lián)的其它第一電路元件與第二變壓器初級線圈并聯(lián)。
較佳的是，第一和第二電路元件包括分別具有第一和第二諧振頻率的阻抗元件。
較佳的是，電路元件可以包括電感性和/或電容性元件。
較佳的是，電路阻抗元件包括一電感性元件。
較佳的是，阻抗元件具有可變電感。
較佳的是，阻抗元件具有可變電容。
在本發(fā)明的另一個實施例中，提供一變壓器電路，其中使變壓器初級線圈的每個部分都具有公用鐵芯。
在本發(fā)明的另一個實施例中提供一變壓器電路，其中變壓器初級線圈的每個部分還加入第一和第二變壓器次級線圈，后者分別與第一和第二變壓器初級線圈耦合，而變壓器次級線圈諸部分為并聯(lián)或串聯(lián)。
在另一個實施例中，把變壓器分成兩個或多個部分，每個部分包括一初級線圈和次級線圈。
變壓器電路是雙向的，在次級變壓器上亦可構(gòu)成諧振網(wǎng)絡(luò)。
現(xiàn)僅用示例的方法并參照附圖，描述本發(fā)明。


圖1示出采用三個電感元件的諧振抽頭變壓器電路；圖2示出諧振抽頭變壓器的另一個實施例；圖3示出諧振抽頭變壓器的實施例，其中把變壓器分成兩個部件；圖4示出分節(jié)鐵芯諧振抽頭變壓器的另一個實施例；圖5示出N級結(jié)構(gòu)；圖6示出圖5電路的基本電路元件；和圖7示出匝比變化依賴于頻率的簡化電路。
由于簡單變壓器的變比變化，可對本發(fā)明作概括地說明。圖7示出該電路。在頻率f1時，使匝比為2∶1，而在頻率f2時匝比為1∶1。假設(shè)在每個線圈中匝數(shù)都等于T。
雖然該電路提供頻率轉(zhuǎn)接電壓變比，但是當(dāng)它處于1∶1匝比模式時，由于初級繞組中的一半繞組未加使用，所以它是無效的。
參照圖1，示出諧振抽頭變壓器的示例實施例。
通過接線端A和B提供輸入信號。輸入信號可以包括波形(諸如，供DC-DC變換器用的轉(zhuǎn)接DC輸入電壓)，或者可以是與50Hz主信號相對應(yīng)的簡單正弦波AC輸入。
以下討論涉及阻抗元件作電路元件的問題。應(yīng)當(dāng)明了，諸元件的導(dǎo)電率與頻率有關(guān)，各種電感或電容均可使用。
第一阻抗元件11和12，每個包括具有諧振頻率f1的串聯(lián)LC電路。第二電路元件13包括具有諧振頻率f2的串聯(lián)LC電路。16和17表示變壓器初級繞組。標(biāo)號18表示變壓器次級繞組。
第一變壓器初級繞組16通過輸入線22和連接線20與第一和第二阻抗元件11和13并聯(lián)。第二變壓器初級繞組17通過輸入線23和連接線21與電抗元件13和12相聯(lián)。
可將電抗元件11和12(當(dāng)用作電感器的形式時)繞在相同的線圈架上。這種結(jié)構(gòu)不會明顯改變電路的操作，但是會減小它對在兩個諧振電路11和12的諧振頻率中的誤匹配靈敏度。參照圖5，可將元件f1繞在相同的線圈架上，而具有相同的效果。類似地，可將元件f2繞在相同的線圈架上。
參照圖1，電路10可按兩個模式進行工作，即并聯(lián)和串聯(lián)。并聯(lián)模式與并聯(lián)的初級繞組16和17相對應(yīng)，而串聯(lián)模式與串聯(lián)的初級繞組16和17相對應(yīng)。
在輸入信號具有頻率f1的情況下，初級阻抗元件11和12具有低阻抗，末端AC和DB作導(dǎo)電連接，而初級線圈16和17實際上為并聯(lián)連接。阻抗元件13具有較高阻抗，故在CD之間允許流經(jīng)小電流。假設(shè)每個繞組具有相同匝數(shù)，這種結(jié)構(gòu)與1∶1匝比相對應(yīng)，因而具有單位電壓變比。
當(dāng)輸入信號具有頻率f2，末端CD將作導(dǎo)電連接，AC與BD絕緣，而初級線圈16和17實為串聯(lián)連接，從而提供2∶1匝比，此時電壓變比為2∶1。在頻率f2處，阻抗元件11和12將具有較高阻抗。
當(dāng)輸入信號頻率從f1變到f2時，可獲得從1∶1到1∶2連續(xù)變化的匝比。這樣，通過改變輸入信號的頻率可連續(xù)改變匝比。
如圖3所示的諧振抽頭變壓器電路，除了將變壓器分成兩部分30和31，每部分包括初級線圈和次級線圈(通過包括第一(32和34)和第二(33)電路元件的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)連接初級線圈)處基本上以與上述電路相同的方式進行操作。按同一方式連接第二個初級線圈。兩個變壓器部分具有其呈并聯(lián)或串聯(lián)連接的次級線圈。
在另一個實施例中，圖2和4示出滯后功率因數(shù)的型式。再參照圖1，如果輸入頻率小于f2，那么第二阻抗元件13的阻抗主要是電容。對于滯后功率因數(shù)，跨接A和B的輸入阻抗必須是電感性的，因而需要另一種結(jié)構(gòu)，即第二電路元件13僅當(dāng)小于f2的頻率時為純電感。
參照圖2，示出實現(xiàn)滯后功率因數(shù)的電路24。在輸入頻率f1處，第一阻抗元件21和23呈導(dǎo)電連接，因而初級繞組28和29將作并聯(lián)連接，從而產(chǎn)生1∶1匝比和1∶1電壓變比。
為了提供滯后功率因數(shù)，轉(zhuǎn)接電流必須稍滯后于電壓。上述情況下，電感器22導(dǎo)致滯后功率因數(shù)。即，跨接E和F的輸入阻抗是電感性的。
對于高于f1的信號頻率，所有的阻抗元件21、22和23都是電感性的，從而功率因數(shù)滯后并影響軟性轉(zhuǎn)接。
依賴于負(fù)載電阻，阻抗元件21和23對于略低于f1的頻率是稍電容性的。在這樣的頻率下，電路元件顯示出匹配性，后者使匝比大于1∶1。在頻率高于f1時，21和23的阻抗增加得比22處的阻抗要快。因而，匝比減到2∶1。
圖4示出圖2的改變形式，給兩個變壓器鐵芯提供滯后功率因數(shù)。輸入電路與如圖2所示的電路相同。
本發(fā)明的諧振抽頭變壓器電路可概括為是具有一種N個初級繞組的變壓器。圖5和6示出這種結(jié)構(gòu)。
參照圖5，在信號頻率f1處，標(biāo)有f1的所有串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)具有較低阻抗。因而，所有變壓器初級線圈繞組均系串聯(lián)連接，并具有N∶1匝比。這種處理假設(shè)所有變壓器初級、次級繞組均具有相同的匝數(shù)。
對于等于f2的信號頻率，標(biāo)有f1的所有串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)具有較低阻抗，從而并聯(lián)連接所有變壓器初級線圈繞組以提供1∶1匝比。此外，通過忽略在標(biāo)有f2的串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)中的電容，可以提供軟性轉(zhuǎn)接。圖6示出圖5的基本電路元件，其中與頻率有關(guān)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)具有諧振頻率f1和f2。
這樣，本發(fā)明提供了一種具有從1∶1連續(xù)變化到N∶1匝比的諧振抽頭變壓器輸入電路，其中N是變壓器初級線圈的數(shù)量。
設(shè)想根據(jù)特殊情況的要求，應(yīng)用另一種阻抗元件。還設(shè)想，可以運用可變電感或可變電容的元件。這種可變電感器可以是一個飽和電抗器。適當(dāng)時可以替代其它元件，而本發(fā)明的基本元件作為輸入信號頻率的函數(shù)具有變壓器的雙模式或多模式特性。
對于大于兩個輸入信號頻率的情況，可以對本發(fā)明進行改進。例如，如果用具有諧振頻率f1和f3的混合元件代替在圖5中由f1所示的阻抗元件，從而串、并混聯(lián)產(chǎn)生不同的變比。我們認(rèn)為，對本發(fā)明的這種改進和發(fā)展所致的倍頻結(jié)構(gòu)亦在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
雖然通過示例并參照特定實施例來描述本發(fā)明，但應(yīng)理解，可以進行改進和/或提高，而不偏離所附權(quán)利要求書的范圍。
在前面的描述中，對總體和諸元件已作了參照說明，在此亦同樣有效(就象分別表示的那樣)。
權(quán)利要求
1.一種適于有選擇地與變壓器的多個初級線圈串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的變壓器電路，其特征在于，所述連接類型依賴于線路頻率，從而改變所述變壓器的變比。
2.一種變壓器電路，其特征在于，包括多個第一電路元件；多個第二電路元件；多個變壓器初級線圈；其中，所述第一和第二元件具有隨著所述線路頻率改變的導(dǎo)電率，并以在第一頻率下并聯(lián)連接所述多個變壓器初級線圈而在第二線路頻率下串聯(lián)連接所述多個變壓器初級線圈的方式連接。
3.一種變壓器電路，其特征在于，包括多個變壓器初級線圈；至少兩個第一電路元件；至少一個第二電路元件，其中，與所述第二電路元件串聯(lián)的所述第一電路元件中的一個元件與第一變壓器初級線圈并聯(lián)，而與所述第二電路元件串聯(lián)的其它第一電路元件與第二變壓器初級線圈并聯(lián)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的變壓器電路，其特征在于，所述第一和第二電路元件包括分別具有第一和第二諧振頻率的阻抗元件。
5.如權(quán)利要求2至4中的任一權(quán)利要求所述的變壓器電路，其特征在于，所述電路元件包括電感性和/或電容性元件。
6.如權(quán)利要求2至5中的任一權(quán)利要求所述的變壓器電路，其特征在于，所述第二電路元件包括一電感性元件。
7.如權(quán)利要求2至6中任一權(quán)利要求所述的變壓器電路，其特征在于，所述阻抗元件具有可變電感。
8.如權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述的變壓器電路，其特征在于，使所述變壓器初級線圈的每個所述部分都具有公用鐵芯。
9.如權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述的變壓器電路，其特征在于，把所述變壓器分成兩個或多個部分，每個部分包括初級線圈和次級線圈。
10.如權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述的變壓器電路，其特征在于，所述變壓器初級線圈的每個所述部分還加入第一和第二變壓器次級線圈，它們分別與所述第一和第二變壓器初級線圈耦合，對所述變壓器次級的所述部分作并聯(lián)或串聯(lián)。
11.這里所述的變壓器電路基本上參照圖1至6。
全文摘要
所述的諧振抽頭變壓器電路,其中變壓器的有效匝比取決于輸入信號頻率。變壓器有選擇地與變壓器的一個或多個初級線圈串聯(lián)和/或并聯(lián),其中連接類型取決于線路頻率。這改變變壓器的變比。
文檔編號H01F29/00GK1189257SQ96195109
公開日1998年7月29日 申請日期1996年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月28日
發(fā)明者戴維·阿倫·詹姆斯 申請人:施威希動力體系有限公司