[发明专利]用于运行谐振变换器的方法和谐振变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于运行具有逆变器电路的软切换谐振变换器的方法和一种具有逆变器电路的软切换谐振变换器。

背景技术

在产生用于X射线管的高压时，通常使用谐振运行的逆变器电路。例如在公开文献US 2008/0198634 A1中描述了这样的谐振变换器。

在具有由串联电容器和串联电抗器组成的串联振荡电路以及半桥控制器或全桥控制器的谐振逆变器中，可以通过电桥支路中的半导体开关的控制频率的变化来调节输出电压和输出功率。如果在逆变器中变压器被用于电气隔离或者用于电压升压，则变压器的漏电感可以满足串联电抗器的功能并且仅需要串联电容器。根据控制频率是低于还是高于振荡电路的谐振频率，在亚谐振控制和过谐振控制之间进行区分。

在亚谐振控制中，对于小的输出功率，控制频率必须非常小，并且由此达到可听频率范围。使用多谐振逆变器，例如通过与串联振荡电路的电容器并联连接电抗器，可以消除该缺点。于是已经针对在并联谐振频率附近的控制频率实现为零的输出功率，从而可以将控制的频率范围限制在足够窄的带。这在构造输出侧的平滑电容器和EMV滤波器时也具有优点。

然而，在亚谐振控制中，在接通开关时，与电桥支路的相对的开关反并联的二极管必须停止整流，由此特别是在较高的开关频率时产生高开关损耗。一种用于减小开关损耗的可能性在于，使用在零电流下实现切换的附加的无源或有源的去负荷网络(Entlastungsnetzwerk)。在这种情况下，串联振荡电路中的电流从开关向二极管换向，其中仅产生很小的开关损耗。

在过谐振控制中，电压变换和功率转换在谐振频率附近最大，并且对于较小的功率必须大幅提高控制频率。可以这样选择谐振频率，使得所需的控制频率总是高于听觉范围。由于导致附加谐振点的变压器的寄生电容和电感，与在亚谐振控制中类似，通常无法实现对控制频率的范围的限制。振荡电路必须被构造为，谐振频率低于在最小输入电压时的最大输出电压和在最大输出功率时希望的最小控制频率。

于是特别地，当对于输入和输出电压应当覆盖宽的范围时，这造成的后果是在逆变器中远离该工作点存在不良的无功功率和有功功率比，由此产生过高的传输损耗。在过谐振运行中反并联二极管不必停止整流，然而串联振荡电路中的电流必须被开关有源地断开，由此产生开关损耗。然而，该断开损耗可以通过以与开关并联连接的电容器形式的电容性切换负荷降低而被最小化。于是在切换瞬间出现在零电压下的切换。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，说明一种用于运行谐振变换器的方法和一种谐振变换器，其在输入电压大幅变化时也具有小的开关损耗。

根据本发明的技术思路在于，同时并相互协调地调节具有逆变器的谐振变换器中的逆变器电压的控制频率和占空比。在此，针对谐振变换器的每个工作点和预先给定的相位保留确定占空比和控制频率。在此，由输入电压、所需的输出电压和输出端处的负载(即输出电流)确定工作点。相位保留确保逆变器的开关在零电压下导通。

本发明要求保护一种用于运行谐振变换器的方法，所述谐振变换器具有带有多个开关的逆变器电路，其中，逆变器的开关通过控制频率并且这样彼此相移地进行切换，使得在逆变器的输出端处的逆变器电压具有预先给定的占空比，其中，针对谐振变换器的预先给定的工作点和预先给定的相位保留，确定控制频率和占空比。

根据本发明的控制频率的变化和相移调制的组合的优点在于，在谐振变换器的LCLC振荡电路的尺寸合适的情况下，能够在非常宽的工作范围内实现无负荷切换，其中，同时能够保持逆变器电路中的无功电流和控制频率中的频率振荡是小的。例如，可以将在最大输入电压的50％到100％的输入电压范围、最大输出电压的50％到100％的输出电压范围和额定输出功率的1％到100％的负载范围的情况下的频率振荡限制到大约2倍。

有利的是，因为工作范围宽，谐振变换器特别是能够以在宽范围内变化的输入电压运行。这例如在由于电网内阻在负载的情况下骤降的未调节的中间电路电压的情况下，或者当谐振变换器由具有不同的额定电压的电网供电时是这种情况。

在一个扩展方案中，相位保留说明了在开关的断开和振荡电路电流的过零点之间存在的相位角偏移。

在本发明的另一实施方式中，开关包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，其中，第一和第二开关形成第一电桥支路，并且第三和第四开关形成第二电桥支路，其中，第一、第二、第三和第四开关通过控制频率并且通过相位偏移进行切换。