[发明专利]超高效率切换的功率逆变器和功率放大器

说明书

技术领域

本公开内容总体涉及功率转换系统，具体而言，涉及高效率的单级逆变器或放大器。

背景技术

本公开内容总体针对电源电路，在一个实施方式中，针对实现超高效率的单级电源或功率放大器。

根据本公开内容的一个方面，提供了一种用于产生与源信号成比例的功率输出的装置。该装置包括一个相位调制器，该相位调制器控制上功率驱动器和下功率驱动器，所述上功率驱动器和下功率驱动器又驱动上变压器和下变压器。所述上变压器和下变压器用来至少电气隔离输出与输入电压，并且还可用于通过改变匝数比在输出上提供增益匹配或阻抗匹配或者二者。此外，在本公开内容中，用于上功率驱动器和下功率驱动器的载波信号之间的相位差可用于“微调”输出电压。然而，因为相位调制器优选利用具有固定预设占空比的载波，所以避免了调制器和电路的其余部分的复杂性。此外，尤其与大部分传统的功率放大器拓扑结构相比，本公开内容中的移相式功率转换一般不产生任何交越失真。

上述上变压器和下变压器中的每一个的次级侧的电路是基本对称的，并且包括一个整流器级，该整流器级电连接至电感器，该电感器与电容器串联以形成低通滤波器（该低通滤波器具有远远（substantially）大于源信号的频率且小于相位调制器生成的载波的频率的转折频率），该低通滤波器进一步用于对源信号进行积分（integrate）。次级电路还包括半导体开关，该半导体开关电连接至电感器和整流器级之间的电接点，以提供一个供高频电流到地的返回路径。使用这样的半导体开关还允许输出以实现双向电流流动。

与上次级电路和下次级电路相关联的电感器相互高度耦合（即，大于或等于0.99）。在一个优选实施方式中，上电感器和下电感器都被缠绕在同一芯上，所述芯可以是例如E形芯，或者是环形的。此外，半导体开关优选被物理地设置在由上电感器和下电感器产生的磁场内，使得这些半导体开关也作为基本零电压零电流的开关元件工作。此外，使用相连接的电感器以及半导体开关允许电路实现双向能量循环。

在一些实施方式中，所述装置还可包括电流检测电路，所述电流检测电路被可操作地连接以测量上功率驱动器和下功率驱动器的电流输出，以给相位调制器提供反馈从而提供过电流保护。

在一些实施方式中，所述装置还可使用误差校正电路，所述误差校正电路可操作地连接在完全平衡的差分输出（fully balanced differentialoutput）和相位调制器之间，以减少失真和校正平衡。在包括功率因数校正电路的某些实施方式中，一个阻尼控制器可被可操作地连接在误差校正电路和功率因数校正电路之间，以通过所述功率因数校正电路调整DC端电压输出。

如根据上述内容容易明了的，本公开内容的方面包括，所有的开关元件（在装置的初级侧和次级侧上的）都作为基本零电压零电流的开关元件工作。这样的“软”开关不仅更加高效，还降低了EMC噪声。而且，本发明的电路不要求单独的电源和开关功率放大级，从而避免了额外的部件成本以及增加的空间需求。此外，由于在变压器的次级侧不需要高压DC源，所以在本公开的拓扑结构中不存在过电压情况的风险。再者，因为本公开内容使用两个开关变压器并在次级电路中使用对称电路，所以其产生在上次级电路和下次级电路的输出之间形成完全平衡的差分输出。

发明内容

根据本公开内容的一方面，提供了一种可用于各种设备的新颖的功率转换器设计和系统，所述各种设备包括逆变器、转换器、放大器、电机驱动器等。通常，所述系统通过接收来自一个源的一个信号来运行，所述信号通过具有远远大于所述信号的频率的基频或高频信号分别被调制在两个基本相似的（优选相同的）、周期性的交流信号上。由此，所述高频信号中的每个都用作载波。这些载波信号的相位可以相对于彼此移动（例如，从1°到89°），以在次级电路中的输出上提供某些增益。如下文进一步讨论的，总的电路输出基于这些信号之间的相位差。

两个经调制的高频信号中的每一个都被供给至初级侧的相应的谐振器电路，所述谐振器电路为基本零电压和零电流开关建立必要的电学条件。所述信号中的每一个接下来被供给至相应的变压器的初级绕组。所述变压器提供隔离，并且在一些实现中还可用于提供增益（例如，升压或降压变压器）。所述两个经调制的高频信号由此耦合至次级电路。