專利名稱：用于電壓變換的電氣電路和該電氣電路的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電壓變換的電氣電路和該電氣電路的一種應(yīng)用。
大量的電氣設(shè)備利用直流電流或直流電壓來驅(qū)動(dòng)。為了驅(qū)動(dòng)這種設(shè)備，直流電壓從電源的交流電壓中形成。例如，這借助具有整流二極管和緩沖電容器的輸入電路來實(shí)現(xiàn)。其缺點(diǎn)在于，只有當(dāng)緩沖電容器上的電壓小于電源電壓時(shí)，電流才可從電源流到緩沖電容器中。這隨著具有諧波的電源的相應(yīng)高的負(fù)載產(chǎn)生高的非正弦的脈沖電流。因此，輸入電路以很小的功率因數(shù)出眾。該功率因數(shù)取決于通過輸入電路供給的電氣設(shè)備的接線點(diǎn)上的電壓和電流之間的相移。除了很小的有功功率外，很小的功率因數(shù)意味著在無功功率和諧波功率上相對(duì)高的損耗。
為了減少諧波并因此為了提高功率因數(shù)，執(zhí)行所謂的功率因數(shù)校正(Power Factor Correction，PFC)。功率因數(shù)校正導(dǎo)致，電壓和電流同相。相對(duì)的電流振幅跟隨相對(duì)的電壓振幅。因此，相對(duì)于電源，輸入電路幾乎表現(xiàn)為歐姆電阻。
在20kHz至100kHz的范圍中的開關(guān)頻率處驅(qū)動(dòng)如今的功率因數(shù)校正電路，該功率因數(shù)校正電路例如在所謂的電子鎮(zhèn)流器(EVG)中實(shí)現(xiàn)。在該開關(guān)頻率處，高效率和好的功率因數(shù)校正是可能的。但是在功率一定的情況下，基于對(duì)此必需的電感和電容僅僅有限地減小EVG的結(jié)構(gòu)尺寸。EVG或功率因數(shù)校正電路的結(jié)構(gòu)尺寸的明顯減小例如通過提高開關(guān)頻率來達(dá)到。但是在MHz范圍中的開關(guān)頻率處，功率因數(shù)校正電路的效率減小。
本發(fā)明的任務(wù)在于，給出一種可被用作功率因數(shù)校正電路的電氣電路，其中即使在MHz范圍中的開關(guān)頻率處，在高效率時(shí)好的功率因數(shù)校正也應(yīng)是可能的。
根據(jù)該任務(wù)的第一解決方案，給出一種用于電壓變換的電氣電路。該電氣電路具有至少一個(gè)輸入端，用于通過施加在時(shí)間上相對(duì)電氣參考電勢(shì)變化的、正的直流電壓來饋送輸入電功率；至少一個(gè)參考電勢(shì)端，用于施加參考電勢(shì)；至少一個(gè)輸出端，用于取出輸出電功率；至少一個(gè)具有陽極和陰極的輸入二極管；至少一個(gè)具有陽極和陰極的輸出二極管；至少一個(gè)具有電極和反向電極的輸入電容；至少一個(gè)具有電極和反向電極的傳輸電容；至少一個(gè)具有一個(gè)電感端和一個(gè)另外的電感端的輸入電感和至少一個(gè)具有一個(gè)電感端和一個(gè)另外的電感端的基點(diǎn)電感(Fusspunktsinduktivitaet)。其中，輸入二極管的陽極和輸入端具有共同的節(jié)點(diǎn)，輸入二極管的陰極、輸入電感的電感端和輸入電容的電極具有共同的節(jié)點(diǎn)，輸入電容的反向電極、參考電勢(shì)端和基點(diǎn)電感的電感端具有共同的節(jié)點(diǎn)，輸入電感的另外的電感端和傳輸電容的電極具有共同的節(jié)點(diǎn)，傳輸電容的反向電極和基點(diǎn)電感的另外的電感端具有共同的節(jié)點(diǎn)；存在用于建立和/或中斷參考電勢(shì)端與輸入電感的另外的電感端和傳輸電容的電極的共同的節(jié)點(diǎn)之間的導(dǎo)電連接的高頻開關(guān)和用于將輸出電功率轉(zhuǎn)交給輸出端的裝置，其中該裝置具有基點(diǎn)電感和輸出二極管而輸出二極管的陰極與輸出端具有共同的節(jié)點(diǎn)。
根據(jù)該任務(wù)的第二解決方案，給出一種用于電壓變換的電氣電路。該電氣電路具有至少一個(gè)輸入端，用于通過施加在時(shí)間上相對(duì)電氣參考電勢(shì)變化的、負(fù)的直流電壓來饋送輸入電功率；至少一個(gè)參考電勢(shì)端，用于施加參考電勢(shì)；至少一個(gè)輸出端，用于取出輸出電功率；至少一個(gè)具有陽極和陰極的輸入二極管；至少一個(gè)具有陽極和陰極的輸出二極管；至少一個(gè)具有電極和反向電極的輸入電容；至少一個(gè)具有電極和反向電極的傳輸電容；至少一個(gè)具有一個(gè)電感端和一個(gè)另外的電感端的輸入電感和至少一個(gè)具有一個(gè)電感端和一個(gè)另外的電感端的基點(diǎn)電感。其中，輸入二極管的陰極和輸入端具有共同的節(jié)點(diǎn)，輸入二極管的陽極、輸入電感的電感端和輸入電容的電極具有共同的節(jié)點(diǎn)，輸入電容的反向電極、參考電勢(shì)端和基點(diǎn)電感的電感端具有共同的節(jié)點(diǎn)，輸入電感的另外的電感端和傳輸電容的電極具有共同的節(jié)點(diǎn)，傳輸電容的反向電極和基點(diǎn)電感的另外的電感端具有共同的節(jié)點(diǎn)；存在用于建立和/或中斷參考電勢(shì)端與輸入電感的另外的電感端和傳輸電容的電極的共同的節(jié)點(diǎn)之間的導(dǎo)電連接的高頻開關(guān)和用于將輸出電功率轉(zhuǎn)交給輸出端的裝置，其中該裝置具有基點(diǎn)電感和輸出二極管而輸出二極管的陽極與輸出端具有共同的節(jié)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的其它方面，所說明的電氣電路被用于校正功率因數(shù)，其中所饋送的輸入電功率在功率因數(shù)方面被校正。從電源中取出的功率在功率因數(shù)方面被校正。
該任務(wù)的兩個(gè)解決方案由此區(qū)分，即根據(jù)第一解決方案通過施加相對(duì)參考電勢(shì)的正的直流電壓來饋送輸入電功率而根據(jù)第二解決方案通過施加相對(duì)參考電勢(shì)的負(fù)的直流電壓來饋送輸入電功率。與此相應(yīng)地，兩個(gè)解決方案的輸入二極管和輸出二極管的連接彼此相對(duì)。例如，參考電勢(shì)端接地，以至于參考電勢(shì)為地電勢(shì)。
所施加的直流電壓特別是以相對(duì)低的頻率脈動(dòng)的直流電壓。例如，借助整流電路從公共電力網(wǎng)的通用的、正弦交流電壓中獲得該直流電壓。因此，例如在輸入端上施加以100Hz的頻率脈動(dòng)的230V的直流電壓。也可考慮的是，借助嚴(yán)重干擾的電源電壓與疊加的電流脈沖來饋送輸入功率。
通過該電氣電路在功率因數(shù)方面校正輸入功率。根據(jù)高頻開關(guān)的開關(guān)頻率，來自電氣電路的輸出功率被耦合輸出。高頻開關(guān)的開關(guān)頻率從MHz頻域中被選擇。輸出功率從該電氣電路中獲取，該電氣電路具有以高頻開關(guān)的開關(guān)頻率脈動(dòng)的直流電壓。在此示出，基于所說明的電路在好的功率因數(shù)校正的情況下即使在MHz頻域中的開關(guān)頻率處也可實(shí)現(xiàn)80％到95％的高效率。當(dāng)針對(duì)電氣電路應(yīng)用適合高頻的器件(開關(guān)晶體管、電容、電感和二極管)時(shí)，這尤其是可能的。
在特別的改進(jìn)方案中，用于將輸出電功率轉(zhuǎn)交給輸出端的裝置具有傳輸電容的反向電極和基點(diǎn)電感的另外的電感端的共同的節(jié)點(diǎn)。根據(jù)第一解決方案的擴(kuò)展方案，該節(jié)點(diǎn)與輸出二極管的陽極導(dǎo)電連接。根據(jù)第二解決方案的擴(kuò)展方案，該節(jié)點(diǎn)與輸出二極管的陰極導(dǎo)電連接。
例如，具有開關(guān)晶體管的高頻開關(guān)被應(yīng)用。該高頻開關(guān)通過開關(guān)晶體管來表現(xiàn)。在適當(dāng)調(diào)整電抗性器件、開關(guān)頻率和高頻開關(guān)的起動(dòng)時(shí)間時(shí)可以實(shí)現(xiàn)明顯減輕開關(guān)晶體管的開關(guān)負(fù)載。在此，開關(guān)晶體管的接通電壓可被減小了直至80％，由此幾乎可以實(shí)現(xiàn)所謂的零電壓切換(ZVS，Zero Voltage Switching)。在低的開關(guān)晶體管的截止電壓負(fù)載時(shí)出現(xiàn)低的高頻開關(guān)的開關(guān)損耗，該低的開關(guān)損耗貢獻(xiàn)于電路的高效率。
在特別的改進(jìn)方案中，用于轉(zhuǎn)交輸出電功率的裝置包含至少一個(gè)另外的參考電勢(shì)端以施加另外的參考電勢(shì)和至少一個(gè)變壓器，該變壓器具有至少一個(gè)具有電感端和一個(gè)另外的電感端的初級(jí)電感和至少一個(gè)具有電感端和一個(gè)另外的電感端的次級(jí)電感，其中該初級(jí)電感具有基點(diǎn)電感而次級(jí)電感的電感端和另外的參考電勢(shì)端具有共同的節(jié)點(diǎn)。根據(jù)第一解決方案的擴(kuò)展方案，另外的電感端和輸出二極管的陽極具有共同的節(jié)點(diǎn)。根據(jù)第二解決方案的擴(kuò)展方案，另外的電感端和輸出二極管的陰極具有共同的節(jié)點(diǎn)。
參考電勢(shì)端和另外的參考電勢(shì)端可具有共同的節(jié)點(diǎn)。因此，參考電勢(shì)和另外的參考電勢(shì)可以是相等的。但是這兩個(gè)參考電勢(shì)端也可不具有共同的節(jié)點(diǎn)。因此，參考電勢(shì)和另外的參考電勢(shì)也可彼此不同。
與前述的例子相比，在基點(diǎn)電感的位置上應(yīng)用變壓器。該變壓器的初級(jí)電感承擔(dān)電氣電路的基點(diǎn)電感的功能。初級(jí)電感和次級(jí)電感相互耦合。根據(jù)前述實(shí)施方案，應(yīng)用變壓器時(shí)開關(guān)晶體管的截止電壓負(fù)載與應(yīng)用基點(diǎn)電感時(shí)開關(guān)晶體管的截止電壓負(fù)載相比明顯高了一個(gè)系數(shù)1.3至2.0。為此，借助變壓器在輸入端和輸出端之間實(shí)現(xiàn)符合標(biāo)準(zhǔn)的電絕緣。
在特別的改進(jìn)方案中，用于轉(zhuǎn)交輸出電功率的裝置具有至少一個(gè)具有電極和反向電極的輸出電容，其中該輸出電容的反向電極與另外的參考電勢(shì)端和次級(jí)電感的電感端的共同的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)電連接。在第一解決方案的擴(kuò)展方案中，輸出電容的電極與次級(jí)電感的另外的電感端和輸出二極管的陽極的共同的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)電連接。相反，在第二解決方案的擴(kuò)展方案中，輸出電容的電極與次級(jí)電感的另外的電感端和輸出二極管的陰極的共同的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)電連接。
在特別的改進(jìn)方案中，變壓器是高頻-高壓(HF-HV)變壓器。例如，一個(gè)這樣的變壓器已在德國(guó)專利申請(qǐng)10232952.4中被建議。該變壓器盡管結(jié)構(gòu)尺寸小，在直至200MHz的頻率和直至2000V的電壓的情況下仍被驅(qū)動(dòng)。該變壓器以高功率量、高品質(zhì)和因此小功耗而出眾。
在其他的改進(jìn)方案中，為了減輕高頻開關(guān)的開關(guān)負(fù)載，存在至少一個(gè)具有一個(gè)電極和一個(gè)反向電極的調(diào)整電容，其中該調(diào)整電容的電極與輸入電感的另外的電感端和傳輸電容的電極的共同的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)電連接而調(diào)整電容的反向電極與參考電勢(shì)端導(dǎo)電連接。借助該調(diào)整電容，高頻開關(guān)的開關(guān)晶體管的負(fù)載或減輕負(fù)載相對(duì)容易操作并因此優(yōu)化該電路的效率。因此，例如可達(dá)到已經(jīng)在上面提及的零電壓切換。
例如，高頻開關(guān)具有IGBT或者高頻雙極晶體管。特別是，高頻開關(guān)具有至少一個(gè)MOS晶體管。根據(jù)第一解決方案，MOS晶體管被安排為n溝道MOSFET；根據(jù)第二解決方案，MOS晶體管被安排為p溝道MOSFET。該MOS晶體管尤其是CoolMOS晶體管。這種晶體管適于高頻應(yīng)用。高頻開關(guān)尤其是具有從包括500kHz到包括200MHz的范圍中選出的開關(guān)頻率。即使在這種高的開關(guān)頻率處也可以高效率來實(shí)現(xiàn)好的功率因數(shù)校正。例如該開關(guān)頻率為大約2.7MHz。例如起動(dòng)時(shí)間(在輸入電感的另外的電感端、傳輸電容的電極和參考電勢(shì)端之間所建立的連接的持續(xù)時(shí)間)為大約80ns。
電氣電路可被提出以調(diào)節(jié)功率。這特別是通過脈寬調(diào)制來實(shí)現(xiàn)，其中單個(gè)脈沖被抑制。對(duì)此可替換地，為了調(diào)節(jié)功率，高頻開關(guān)的起動(dòng)時(shí)間也可以變化。
特別是除了高頻開關(guān)，電氣電路的其它器件是適合高頻的。這樣輸入電容和/或傳輸電容具有至少一個(gè)容量為從包括10pF到包括1000pF的范圍中選出的高頻電容器。調(diào)整電容具有至少一個(gè)容量為從包括10pF到包括200pF的范圍中選出的高頻電容器。輸出電容具有至少一個(gè)容量為從包括300pF到包括3000pF的范圍中選出的高頻電容器。輸入電感、基點(diǎn)電感、初級(jí)電感和/或次級(jí)電感有利地具有從包括0.3μH到包括100μH的范圍中選出的電感。該電感尤其是從4μH到40μH的范圍中被選出。該輸入二極管和/或輸出二極管有利地是肖特基二極管。肖特基二極管尤其是具有至少一個(gè)從SiC(碳化硅)和/或GaAs(砷化鎵)組中選出的二極管材料。
總而言之，利用本發(fā)明得出下面實(shí)質(zhì)優(yōu)點(diǎn)-電氣電路由相對(duì)小數(shù)量的器件組成。
-通過小數(shù)量的器件和通過應(yīng)用適合高頻的電感和電容，電氣電路的結(jié)構(gòu)可被小型化。
-利用該電氣電路，在MHz頻域中可以80％到95％的高效率實(shí)現(xiàn)十分好的功率因數(shù)校正。
-該電路可被提出以調(diào)節(jié)功率。
根據(jù)多個(gè)例子和所屬的示意圖，下面進(jìn)一步說明本發(fā)明。

圖1至圖4分別示出用于電壓變換的電氣電路的電路圖。
電氣電路I(圖1)、II(圖2)、III(圖3)和IV(圖4)具有一個(gè)輸入端1以通過施加在時(shí)間上相對(duì)參考電勢(shì)變化的直流電壓來饋送輸入電功率、一個(gè)參考電勢(shì)端2以施加參考電勢(shì)和一個(gè)輸出端3以取出輸出電功率。作為電抗性器件，電氣電路具有一個(gè)輸入二極管4、一個(gè)輸出二極管5、一個(gè)輸入電容6、一個(gè)傳輸電容7、一個(gè)輸入電感8、一個(gè)基點(diǎn)電感9和一個(gè)高頻開關(guān)10。此外，分別存在一個(gè)裝置11，用于將輸出電功率轉(zhuǎn)交給輸出端3，其中輸出二極管3和基點(diǎn)電感9是裝置11的重要部分。附加地，電氣電路I至IV分別具有一個(gè)調(diào)整電容12，用于操作減輕高頻開關(guān)10的開關(guān)負(fù)載。但是，這個(gè)調(diào)整電容12對(duì)于電路I至IV的功能不一定是必需的。因而，該調(diào)整電容12在其他的、未示出的實(shí)施例中被去掉。
器件是適合高頻的。輸入二極管4和輸出二極管5分別是以SiC作為二極管材料的肖特基二極管。對(duì)此可替換的，肖特基二極管的二極管材料是GaAs。輸入電容6具有容量為約500pF的高頻電容器。調(diào)整電容12具有容量為約100pF的高頻電容器而傳輸電容7具有容量為約250pF的高頻電容器。該輸入電感8和基點(diǎn)電感9的電感從4μH到40μH的范圍中被選出。高頻開關(guān)10具有一個(gè)CoolMOS晶體管并可以利用500kHz到200MHz范圍中的開關(guān)頻率來驅(qū)動(dòng)。
施加在輸入端1上的直流電壓是一個(gè)由電源交流電壓通過整流在未示出的整流電路中產(chǎn)生的脈動(dòng)的直流電壓，該電壓值為230V而頻率為100Hz。在輸出端3上可通過未示出的負(fù)載取出輸出電功率。
電路I至IV的元件如下相對(duì)布置-輸入二極管4的電極(陽極41或陰極42)之一分別和輸入端1相互導(dǎo)電連接并具有共同的節(jié)點(diǎn)100或108。
-輸入二極管4的各自的反向電極(陰極42或陽極41)、輸入電感8的電感端81和輸入電容6的電極61相互導(dǎo)電連接并具有共同的節(jié)點(diǎn)101。
-輸入電容6的反向電極62、參考電勢(shì)端2和基點(diǎn)電感9的電感端91相互導(dǎo)電連接并具有共同的節(jié)點(diǎn)102。
-輸入電感8的另外的電感端82和傳輸電容7的電極71相互導(dǎo)電連接并具有共同的節(jié)點(diǎn)103。
-傳輸電容7的反向電極72和基點(diǎn)電感9的另外的電感端92相互導(dǎo)電連接并具有共同的節(jié)點(diǎn)104。
-高頻開關(guān)10這樣被布置，使得在參考電勢(shì)端2與輸入電感8的另外的電感端82和傳輸電容7的電極71的共同的節(jié)點(diǎn)103之間的導(dǎo)電連接可以高頻開關(guān)10的開關(guān)頻率來建立和/或中斷。
-輸出二極管5的電極(陽極51或陰極52)之一分別和輸出端3相互導(dǎo)電連接并具有共同的節(jié)點(diǎn)105或110。
實(shí)例1所屬電氣電路I的電路圖在圖1中示出。通過輸入端1施加正的直流電壓(所基于的任務(wù)的第一解決方案)。輸入二極管4的陽極41和輸入端1具有共同的節(jié)點(diǎn)100。輸入二極管4的陰極42與輸入電感8的電感端81和輸入電容6的電極61一起具有共同的節(jié)點(diǎn)101。
用于將輸出電功率轉(zhuǎn)交給輸出端3的裝置11具有傳輸電容7的反向電極72和基點(diǎn)電感9的另外的電感端92的共同的節(jié)點(diǎn)104。該節(jié)點(diǎn)104和輸出二極管5的陽極51相互導(dǎo)電連接。輸出二極管5的陰極52和輸出端3相互導(dǎo)電連接并具有共同的節(jié)點(diǎn)105。
實(shí)例2所屬電氣電路II的電路圖在圖2中示出。與前述實(shí)例1不同，用于將輸出電功率轉(zhuǎn)交給輸出端3的裝置11具有一個(gè)另外的參考電勢(shì)端13以施加另外的參考電勢(shì)、一個(gè)變壓器14和一個(gè)輸出電容17。變壓器14是一個(gè)HF-HV變壓器并由初級(jí)電感15和次級(jí)電感16組成。初級(jí)電感15和次級(jí)電感16相互耦合。初級(jí)電感15是基點(diǎn)電感9。次級(jí)電感16的電感如初級(jí)電感15(基點(diǎn)電感9)的電感一樣從4μH到40μH的范圍中被選出。輸出電容17具有容量約為1500pF的高頻電容器。
初級(jí)電感15、次級(jí)電感16、另外的參考電勢(shì)端13和輸出電容17如下被布置-次級(jí)電感16的電感端161和另外的參考電勢(shì)端13相互導(dǎo)電連接并具有共同的節(jié)點(diǎn)106。
-另外的電感端162和輸出二極管5的陽極51相互導(dǎo)電連接并具有共同的節(jié)點(diǎn)107。
-輸出電容17的反向電極172與另外的參考電勢(shì)端13和次級(jí)電感16的電感端161的共同的節(jié)點(diǎn)106相互導(dǎo)電連接。
-輸出電容17的電極171與次級(jí)電感16的另外的電感端162和輸出二極管5的陽極51的共同的節(jié)點(diǎn)107相互導(dǎo)電連接。
實(shí)例3所屬的電氣電路III的電路圖在圖3中示出。與實(shí)例1不同，通過輸入端1施加負(fù)的直流電壓(所基于的任務(wù)的第二解決方案)。輸入二極管4的陰極42和輸入端1具有共同的節(jié)點(diǎn)108。輸入二極管4的陽極41與輸入電感8的電感端81和輸入電容6的電極61一起具有共同的節(jié)點(diǎn)109。
用于將輸出電功率轉(zhuǎn)交給輸出端3的裝置11具有如在實(shí)例1中那樣的傳輸電容7的反向電極72和基點(diǎn)電感9的另外的電感端92的共同的節(jié)點(diǎn)104。與實(shí)例1相反，該節(jié)點(diǎn)104和輸出二極管5的陰極52相互導(dǎo)電連接。輸入二極管5的陽極52和輸出端3相互導(dǎo)電連接并具有共同的節(jié)點(diǎn)110。
實(shí)例4所屬的電氣電路IV的電路圖在圖4中示出。與實(shí)例2不同，通過輸入端1施加負(fù)的直流電壓。與實(shí)例2相比從中得出元件布置中的下列區(qū)別-另外的電感端162和輸出二極管5的陰極52相互導(dǎo)電連接并具有共同的節(jié)點(diǎn)111。
-輸出電容17的電極171與次級(jí)電感16的另外的電感端162和輸出二極管5的陰極52的共同的節(jié)點(diǎn)111相互導(dǎo)電連接。
所說明的電氣電路I至IV被用于校正功率因數(shù)，其中所饋送的輸入電功率在功率因數(shù)方面被校正。這意味著，使得電流和電壓的相位同相。電流和電壓的最大振幅在時(shí)間上一致。通過脈動(dòng)的(頻率為100Hz的)直流電壓饋送的輸入功率以80％至95％的效率轉(zhuǎn)換為輸出功率。輸出功率隨著以高頻開關(guān)的開關(guān)頻率脈動(dòng)的直流電壓來取出。
參考標(biāo)記列表I-IV 電氣電路1輸入端2參考電勢(shì)端3輸出端4輸入二極管5輸出二極管6輸入電容7傳輸電容8輸入電感9基點(diǎn)電感10 高頻開關(guān)11 用于將輸出電功率轉(zhuǎn)交給輸出端的裝置12 調(diào)整電容13 另外的參考電勢(shì)端14 變壓器15 變壓器的初級(jí)電感16 變壓器的次級(jí)電感17 輸出電容41 輸入二極管的陽極42 輸入二極管的陰極51 輸出二極管的陽極52 輸出二極管的陰極61 輸入電容的電極62 輸入電容的反向電極71 傳輸電容的電極72 傳輸電容的反向電極81 輸入電感的電感端
82輸入電感的另外的電感端91基點(diǎn)電感的電感端92基點(diǎn)電感的另外的電感端100 輸入端和輸入二極管的陽極的共同的節(jié)點(diǎn)101 輸入二極管的陰極、輸入電感的電感端和輸入電容的電極的共同的節(jié)點(diǎn)102 輸入電容的反向電極、基點(diǎn)電感的電感端和參考電勢(shì)端的共同的節(jié)點(diǎn)103 輸入電感的另外的電感端和傳輸電容的電極的共同的節(jié)點(diǎn)104 傳輸電容的反向電極和基點(diǎn)電感的另外的電感端的共同的節(jié)點(diǎn)105 輸出端和輸出二極管的陰極的共同的節(jié)點(diǎn)106 另外的參考電勢(shì)端和次級(jí)電感的電感端的共同的節(jié)點(diǎn)107 次級(jí)電感的另外的電感端和輸出二極管的陽極的共同的節(jié)點(diǎn)108 輸入端和輸入二極管的陰極的共同的節(jié)點(diǎn)109 輸入二極管的陽極、輸入電感的電感端和輸入電容的電極的共同的節(jié)點(diǎn)110 輸出端和輸出二極管的陽極的共同的節(jié)點(diǎn)111 次級(jí)電感的另外的電感端和輸出二極管的陽極的共同的節(jié)點(diǎn)121 調(diào)整電容的電極122 調(diào)整電容的反向電極151 變壓器的初級(jí)電感的電感端152 變壓器的初級(jí)電感的另外的電感端161 變壓器的次級(jí)電感的電感端162 變壓器的次級(jí)電感的另外的電感端171 輸出電容的電極172 輸出電容的反向電極
權(quán)利要求
1.用于電壓變換的電氣電路(I，II)，該電氣電路具有-至少一個(gè)輸入端(1)，用于通過施加在時(shí)間上相對(duì)電氣參考電勢(shì)變化的、正的直流電壓來饋送輸入電功率，-至少一個(gè)參考電勢(shì)端(2)，用于施加參考電勢(shì)，-至少一個(gè)輸出端(3)，用于取出輸出電功率，-至少一個(gè)具有陽極(41)和陰極(42)的輸入二極管(4)，-至少一個(gè)具有陽極(51)和陰極(52)的輸出二極管(5)，-至少一個(gè)具有電極(61)和反向電極(62)的輸入電容(6)，-至少一個(gè)具有電極(71)和反向電極(72)的傳輸電容(7)，-至少一個(gè)具有一個(gè)電感端(81)和一個(gè)另外的電感端(82)的輸入電感(8)，-至少一個(gè)具有一個(gè)電感端(91)和一個(gè)另外的電感端(92)的基點(diǎn)電感(9)，其中-輸入二極管(4)的陽極(41)和輸入端(1)具有共同的節(jié)點(diǎn)(100)，-輸入二極管(4)的陰極(42)、輸入電感(8)的電感端(81)和輸入電容(6)的電極(61)具有共同的節(jié)點(diǎn)(101)，-輸入電容(6)的反向電極(62)、參考電勢(shì)端(2)和基點(diǎn)電感(9)的電感端(91)具有共同的節(jié)點(diǎn)(102)，-輸入電感(8)的另外的電感端(82)和傳輸電容(7)的電極(71)具有共同的節(jié)點(diǎn)(103)，-傳輸電容(7)的反向電極(72)和基點(diǎn)電感(9)的另外的電感端(92)具有共同的節(jié)點(diǎn)(104)，-存在一個(gè)高頻開關(guān)(10)，用于建立和/或中斷參考電勢(shì)端(2)與輸入電感(8)的另外的電感端(82)和傳輸電容(7)的電極(71)的共同的節(jié)點(diǎn)(103)之間的導(dǎo)電連接，以及-存在一個(gè)裝置(11)，用于將輸出電功率轉(zhuǎn)交給輸出端(3)，其中該裝置(11)具有基點(diǎn)電感(9)和輸出二極管(5)而且輸出二極管(5)的陰極(52)與輸出端(3)具有共同的節(jié)點(diǎn)(105)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述用于將輸出電功率轉(zhuǎn)交給輸出端(3)的裝置(11)-具有傳輸電容(7)的反向電極(72)和基點(diǎn)電感(9)的另外的電感端(92)的共同的節(jié)點(diǎn)(104)并且-該節(jié)點(diǎn)(104)和輸出二極管(5)的陽極(51)導(dǎo)電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述用于轉(zhuǎn)交輸出電功率的裝置(11)包含-至少一個(gè)另外的參考電勢(shì)端(13)以施加另外的參考電勢(shì)，和-至少一個(gè)變壓器(14)，該變壓器具有-至少一個(gè)具有一個(gè)電感端(151)和一個(gè)另外的電感端(152)的初級(jí)電感(15)和-至少一個(gè)具有一個(gè)電感端(161)和一個(gè)另外的電感端(162)的次級(jí)電感(16)，其中，-初級(jí)電感(15)具有基點(diǎn)電感(9)，-次級(jí)電感(16)的電感端(161)和另外的參考電勢(shì)端(13)具有共同的節(jié)點(diǎn)(106)和-另外的電感端(162)和輸出二極管(5)的陽極(51)具有共同的節(jié)點(diǎn)(107)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其中所述用于轉(zhuǎn)交輸出電功率的裝置(11)-具有至少一個(gè)具有電極(171)和反向電極(172)的輸出電容(17)，-輸出電容(17)的反向電極(172)與另外的參考電勢(shì)端(13)和次級(jí)電感(16)的電感端(161)的共同的節(jié)點(diǎn)(106)導(dǎo)電連接，以及-輸出電容(17)的電極(171)與次級(jí)電感(16)的另外的電感端(162)和輸出二極管(5)的陽極(51)的共同的節(jié)點(diǎn)(107)導(dǎo)電連接。
5.用于電壓變換的電氣電路(III，IV)，該電氣電路具有-至少一個(gè)輸入端(1)，用于通過施加在時(shí)間上相對(duì)電氣參考電勢(shì)變化的、負(fù)的直流電壓來饋送輸入電功率，-至少一個(gè)參考電勢(shì)端(2)，用于施加參考電勢(shì)，-至少一個(gè)輸出端(3)，用于取出輸出電功率，-至少一個(gè)具有陽極(41)和陰極(42)的輸入二極管(4)，-至少一個(gè)具有陽極(51)和陰極(52)的輸出二極管(5)，-至少一個(gè)具有電極(61)和反向電極(62)的輸入電容(6)，-至少一個(gè)具有電極(71)和反向電極(72)的傳輸電容(7)，-至少一個(gè)具有一個(gè)電感端(81)和一個(gè)另外的電感端(82)的輸入電感(8)，-至少一個(gè)具有一個(gè)電感端(91)和一個(gè)另外的電感端(92)的基點(diǎn)電感(9)，其中-輸入二極管(4)的陰極(42)和輸入端(1)具有共同的節(jié)點(diǎn)(108)，-輸入二極管(4)的陽極(41)、輸入電感(8)的電感端(81)和輸入電容(6)的電極(61)具有共同的節(jié)點(diǎn)(109)，-輸入電容(6)的反向電極(62)、參考電勢(shì)端(2)和基點(diǎn)電感(9)的電感端(91)具有共同的節(jié)點(diǎn)(102)，-輸入電感(8)的另外的電感端(82)和傳輸電容(7)的電極(71)具有共同的節(jié)點(diǎn)(103)，-傳輸電容(7)的反向電極(72)和基點(diǎn)電感(9)的另外的電感端(92)具有共同的節(jié)點(diǎn)(104)，-存在一個(gè)高頻開關(guān)(10)，用于建立和/或中斷參考電勢(shì)端(2)與輸入電感(8)的另外的電感端(82)和傳輸電容(7)的電極(71)的共同的節(jié)點(diǎn)(103)之間的導(dǎo)電連接，以及-存在一個(gè)裝置(11)，用于將輸出電功率轉(zhuǎn)交給輸出端(3)，其中該裝置(11)具有基點(diǎn)電感(9)和輸出二極管(5)而且輸出二極管(5)的陽極(51)與輸出端(3)具有共同的節(jié)點(diǎn)(110)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其中所述用于將輸出電功率轉(zhuǎn)交給輸出端(3)的裝置(11)-具有傳輸電容(7)的反向電極(72)和基點(diǎn)電感(9)的另外的電感端(92)的共同的節(jié)點(diǎn)(104)并且-該節(jié)點(diǎn)(104)和輸出二極管(5)的陰極(52)導(dǎo)電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其中所述用于轉(zhuǎn)交輸出電功率的裝置(11)包含-至少一個(gè)另外的參考電勢(shì)端(13)以施加另外的參考電勢(shì)，和-至少一個(gè)變壓器(14)，該變壓器具有-至少一個(gè)具有一個(gè)電感端(151)和一個(gè)另外的電感端(152)的初級(jí)電感(15)和-至少一個(gè)具有一個(gè)電感端(161)和一個(gè)另外的電感端(162)的次級(jí)電感(16)，其中-初級(jí)電感(15)具有基點(diǎn)電感(9)，-次級(jí)電感(16)的電感端(161)和另外的參考電勢(shì)端(13)具有共同的節(jié)點(diǎn)(106)而-另外的電感端(162)和輸出二極管(5)的陰極(52)具有共同的節(jié)點(diǎn)(111)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電路，其中所述用于轉(zhuǎn)交輸出電功率的裝置(11)-具有至少一個(gè)具有電極(171)和反向電極(172)的輸出電容(17)，-輸出電容(17)的反向電極(172)與另外的參考電勢(shì)端(13)和次級(jí)電感(16)的電感端(161)的共同的節(jié)點(diǎn)(106)導(dǎo)電連接，以及-輸出電容(17)的電極(171)與次級(jí)電感(16)的另外的電感端(162)和輸出二極管(5)的陰極(52)的共同的節(jié)點(diǎn)(111)導(dǎo)電連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求3，4，7和8之一所述的電路，其中變壓器(15)是高頻高壓變壓器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的電路，其中-為了減輕高頻開關(guān)(10)的開關(guān)負(fù)載，存在至少一個(gè)具有電極(121)和反向電極(122)的調(diào)整電容(12)，-調(diào)整電容(12)的電極(121)與輸入電感(8)的另外的電感端(82)和傳輸電容(7)的電極(71)的共同的節(jié)點(diǎn)(103)導(dǎo)電連接，而且-調(diào)整電容(12)的反向電極(122)和參考電勢(shì)端(2)導(dǎo)電連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一所述的電路，其中所述高頻開關(guān)具有至少一個(gè)MOS晶體管。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一所述的電路，其中該高頻開關(guān)(10)具有從包含500kHz到包含200MHz的范圍中選出的開關(guān)頻率。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12之一所述的電路，其中輸入電容(6)和/或傳輸電容(7)具有至少一個(gè)容量為從包含10pF到包含1000pF的范圍中選出的高頻電容器。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13之一所述的電路，其中調(diào)整電容(12)具有至少一個(gè)容量為從包含10pF到包含200pF的范圍中選出的高頻電容器。
15.根據(jù)權(quán)利要求4和8至14之一所述的電路，其中輸出電容(17)具有至少一個(gè)容量為從包含300pF到包含3000pF的范圍中選出的高頻電容器。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15之一所述的電路，其中輸入電感(8)、基點(diǎn)電感(9)、初級(jí)電感(15)和/或次級(jí)電感(16)具有從包含0.3μH到100μH的范圍中選出的電感。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16之一所述的電路，其中輸入二極管(4)和/或輸出二極管(5)是肖特基二極管，其具有至少從SiC和/或GaAs組中選出的二極管材料。
18.應(yīng)用根據(jù)權(quán)利要求1至17之一所述的電路以校正功率因數(shù)，其中從電源中取出的功率在功率因數(shù)方面被校正。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電壓變換的電氣電路。該電氣電路適于校正功率因數(shù)。在此，可在MHz頻域中以80％到95％的高效率實(shí)現(xiàn)好的功率因數(shù)校正。為此應(yīng)用少量的、適合高頻的器件(電容、電感、二極管和高頻開關(guān))被應(yīng)用。例如，該二極管是以SiC作為二極管材料的肖特基二極管。該高頻開關(guān)具有有效率的MOS晶體管。
文檔編號(hào)H02M1/42GK1682425SQ03822345
公開日2005年10月12日 申請(qǐng)日期2003年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月20日
發(fā)明者M·霍斯伯格-里伊德, D·切卡伊 申請(qǐng)人:電燈專利信托有限公司