[发明专利]电源设备

说明书

本发明涉及电源设备，特别是涉及其中有两个开关元件串联在一起以将直流电压转换为供负载使用的交流电压的电源设备。

这种类型的电源可以用于放电灯照明等设备。

以下描述已经公开过的这种类型电源设备。

例如在授权给E1 Hamamsy等人的美国专利No.5,023,566中，该种设备包括由所谓D类放大电路(包括场效应晶体管型开关元件以及电感线圈和电容)构成的主放大器和将驱动装置的输出传送至主放大器的驱动变压器(包括初级和次级绕组以及磁铁心)。在该发明中，电阻作为负载连接至主放大器的输出端，高频电源由驱动装置、驱动变压器和作为负载的主放大器组成，从而可以将高频电能由高频电源输送至电阻负载。

授权给Reijnaerts的美国专利No.5,414,327揭示了另一种将无电极放电灯作为负载的电源设备，它包括无电极放电灯(球状透明玻璃灯泡或者在内壁上涂覆一层荧光材料并密封有作为放电气体的汞等金属蒸气和稀有气体)、放置在灯边上的高频电源供电线圈以及向高频电源供电线圈输送高频电能的高频电源。通过将高频电源的高频电流输送至高频电源供电线圈，用高频电源供电线圈产生强磁场，并且高频电能被送至无电极放电灯，从而在无电极放电灯内产生高频等离子体进而发射紫外线和可见光。

在授权给E1 Hamamsy等人的美国专利No.5,030,889中揭示了另一种电源设备，其中驱动变压器的初级绕组分为串联的两部分并分别缠绕在两个磁铁心上以驱动开关元件，这样就可以减少次级绕组之间的干扰以利于最大程度地减小电流波形失真，或者对栅极驱动信号的相位和振幅实行严格的控制以及避免所需正弦波形的失真。但是这种将驱动变压器一分为二的设备需要两个磁铁心，由此增加了成本并增加了电源设备的重量。而且存在要将初级绕组侧的电路样式做得更长的问题，从而当电路工作在例如13.56MHz的高频下时，电路运行受这种电路样式中所产生寄生电感的影响。

现进一步考察在前述美国专利No.5,023,566中应用的具体驱动装置实例。高频电源构成带振荡电路(采用晶体振荡器)和前置放大器(包括用于放大振荡电路输出的所谓C类放大电路)的驱动装置。在驱动变压器初级绕组两端并联有可变电容器，从而可以通过控制可变电容器来调节开关元件对(构成主放大器)栅极和源极上的电压VGS，并且可以控制高频电源的输出。例如当采用IR的产品IRF710作为开关元件时，栅极和源极上的控制电压VGS基本上为正弦波，峰值设定在10-15V。这里采用直流电流源作为主放大器的电源，而另一个直流电源被用作驱动装置的电源。

而且，在另一种已知的驱动变压器中，采用环形磁铁心作为磁铁心，初级绕组和一对次级绕组缠绕在环形磁铁心上，并且次级绕组相互靠近但不交叉地缠绕从而形成双线绕组。

在前述技术中，电路效率η相对可变电容值的变化率也得到了放大。因此存在这样一个问题，即使最初设定的可变电容数值使电路效率η最大，但是当组成部件的特性随时间或温度变化引起次级绕组电压变化时，电路效率η显著降低。

电路效率n因次级绕组处电压幅度变化而显著改变的原因是特定的电压与开关元件栅-源电压VGS相等。假定电压超出D类放大电路的开关元件对的栅极阈值电压V_T的周期为T_A和T_B，则T_A＝T_B。

此时，次级绕组处的电压幅度被放大并且T_A和T_B的状态持续较长时间，时间(开关元件对同时关闭的时间)也是如此，所以开关元件的开关损耗增大，并且电路损耗也增大。

因此当栅-源电压VSG的振幅随可变电容的增大而保持增大时，电路效率η就会变差。

因此本发明的主要目标是提供一种成本更低的电源设备，它能够克服前述难题，即使构成部件特性变化引起驱动变压器初级侧上施加的电压变化也能使电路效率η的变化率最小，并且还使设备的尺寸最小。

按照本发明，上述目标可以借助这样的一种电源设备来实现，它包括：包括一对串联在一起并将直流电压转换为供负载使用的交流高频电压的高频电源；驱动变压器，它包括初级绕组、一对分别与开关元件对各控制接线端相串联的次级绕组以及缠绕上初级绕组和一对次级绕组的磁铁心；以及通过将电压施加在驱动变压器的初级绕组上来驱动开关元件对的装置；其中驱动变压器的次级绕组沿着某一方向缠绕，使得开关元件开启时间的变化程度小于施加在驱动变压器初级绕组上电压的变化程度。

通过以下接合附图对本发明的描述可以进一步理解本发明的目标和优点。