CN107005169A - 准谐振磁控管电力供应器 - Google Patents

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Abstract

一种电力供应器，包括用于将该电力供应器耦接至电力源的至少一个输入。电力供应器还包括配置为从电力源提取电能的至少一个开关模式电源电路，电能将被传输到负载。电力供应器还包括耦接于至少一个输入与至少一个开关模式电源电路之间的至少一个控制模块。控制模块被配置为控制开关模式电源电路的操作，以调节在电力供应器的至少一个输入处的电压电流比。

Description

准谐振磁控管电力供应器
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年12月8日提交的美国临时申请No.62/089,111的权益，其通过引用并入本文。
技术领域
本文公开了电力供应器(power supply)系统，更具体地，公开了准谐振三相磁控管电力供应器。
背景技术
在典型的磁控管应用中，诸如微波加热应用或等离子体光源应用，可以使用电力供应器将由多相电力源(power source)(诸如三相馈线电网电力源)提供的电力转换成适合于由磁控管使用的电力，并将电力供应到磁控管。然而，常规的多相电力供应器通常会在电力供应器的输出处产生大程度的纹波，该纹波可能引起由磁控管产生的大程度的射频(RF)发射。此外，常规的多相电力供应器典型地包括功率因数校正电路，以及伴随的功率因数校正电解构件(electrolytic components)，其使得常规的多相电力供应器在尺寸和成本两方面均变得昂贵，并且使得常规的电力供应器对于在某些磁控管应用中(诸如在机载微波加热的应用中)的使用不够可靠。
发明内容
本文描述了适用于为磁控管(诸如用于微波炉上的磁控管)提供电力的电力供应器。该电力供应器适合用于通常需要或要求鲁棒性和高可靠性的应用中，诸如在用于飞行器上的微波炉中。该电力供应器也适合用于其它应用中。
在一种示例实施例中，该电力供应器包括开关模式电源电路和控制模块，控制模块控制开关模式电源电路的操作以使得该电力供应器相对于电力源呈现为线性电阻负载。控制模块可以包括被配置为控制开关模式电源电路的操作的模拟反馈回路或数字处理器。确保该电力供应器相对于电力源呈现为线性电阻负载可确保：电力供应器的输出至少基本上无纹波，并且电力供应器达到为1或接近1的功率因数。
根据一种实施例，电力供应器包括用于将电力供应器耦接至电力源的至少一个输入。电力供应器还包括配置为从电力源提取电能的至少一个开关模式电源电路，其中电能将被传输到负载。电力供应器附加地包括耦接于输入与开关模式电源电路之间的至少一个控制模块，其中控制模块被配置为控制开关模式电源电路的操作以调节电力供应器的输入处的电压电流比。
在其它实施例中，电力供应器包括一个或多个下列特征的任意合适的组合。
电力源是三相馈线电力源。
输入包括用于将电力供应器耦接至三相馈线(mains)电力源的相应相的相应输入。
开关模式电源电路包括用于从三相馈线电力源的相应相提取电能的相应开关模式电源电路。
控制模块包括配置为控制相应开关模式电源电路的操作的相应控制模块，其中相应控制模块中的每一个被配置为调节电力供应器的相应输入处的电压电流比。
电力供应器还包括与相应开关模式电源电路的输出耦接的相应电力变压器以及与相应电力变压器的输出耦接的相应整流电路。
相应整流电路的输出串联连接，以产生用于将电力供应器耦接至负载的单一电力供应器输出。
控制模块被配置为调节电力供应器的输入处的电压电流比，以使得该电力供应器对于电力源呈现为线性电阻负载。
控制模块包括误差放大器和控制单元。
控制单元与开关模式电源电路耦接并被配置为根据控制信号来控制开关模式电源电路的操作。
误差放大器被配置为检测电力供应器的输入处的电压波形与电流波形之间的差异，并且根据检测到的电压波形与电流波形之间的差异来调节控制信号的电平。
控制单元包括与场效应晶体管驱动电路耦接的压控振荡器，其中压控振荡器的频率通过控制信号来控制。
控制模块包括数字信号处理器，数字信号处理器被配置为基于在电力供应器的输入处采样的电压波来生成控制信号以控制开关模式电源电路的操作。
控制模块与开关模式电源电路隔离，并且电力供应器还包括光耦接器，用于将控制信号从控制模块传输到开关模式电源电路。
负载是磁控管。
根据另一种实施例，电力供应器包括用于将电力供应器耦接至三相电力源的三相输出中的每一个的相应输入。电力供应器还包括被配置为从电力源的相应相提取电能的相应开关模式电源电路。电力供应器还包括耦接于相应电力源输入与相应开关模式电源电路之间的一个或多个控制模块。一个或多个控制模块被配置为控制相应开关模式电源电路的操作以调节电力供应器的相应输入的每一个处的电压电流比。
在其它实施例中，电力供应器包括一个或多个下列特征的任意合适的组合。
一个或多个控制模块包括用于三个相中的每一个的相应误差放大器和相应控制单元。
每个相应的控制单元被配置为根据控制信号来控制对应的开关模式电源电路的操作。
每个相应的误差放大器被配置为检测电力供应器的对应输入的电压波形与电流波形之间的差异，并且根据检测到的电压波形与电流波形之间的差异来调节控制信号的电平。
每个控制单元包括与场效应晶体管驱动电路耦接的压控振荡器，其中压控振荡器被配置为控制场效应电阻器的操作，其中压控振荡器的频率通过控制信号来控制。
该一个或多个控制模块包括一个或多个数字信号处理器，一个或多个数字信号处理器被配置为基于电力供应器的相应输入处的相应采样电压波来生成控制信号以控制相应开关模式电源电路的操作。
一个或多个控制模块与相应的开关模式电源电路隔离。
电力供应器还包括相应的光耦接器，用于将控制信号从一个或多个控制模块传输到相应的开关模式电源电路。
根据又一种实施例，一种用于调节具有用于将电力供应器耦接至电力源的输入以及用于从电力源提取电能的开关模式电源电路的电力供应器的方法，其中电能将被提供到负载，包括获取指示电力供应器的输入处的电压波形的第一信号。该方法还包括获取指示电力供应器的输入处的电流波形的第二信号。该方法还包括将第一信号与第二信号进行比较，以检测第一信号与第二信号之间的差异。该方法还包括基于检测到的第一信号与第二信号之间的差异来控制开关模式电源电路的操作，以调节电力供应器的输入处的电压电流比。
在其它实施例中，该方法还包括一个或多个下列特征的任意合适的组合。
获取第一信号包括从电力供应器的输入处的整流电压信号中获取第一信号。
获取第二信号包括使用电流感测电阻器来感测电力供应器的输入处的电流信号。
获取第二信号包括经由可调电阻器获取第二信号。
该方法还包括调整可调电阻器的电阻，以调节由开关模式电源电路从电力源提取的能量的量。
获取第一信号包括经由可调电阻器获取第一信号。
该方法还包括调整可调电阻器的电阻，以调节由开关模式电源电路从电力源提取的能量的量。
负载是磁控管。
附图说明
图1A-1B是两个常规电力供应器的框图；
图2是示出设置于根据本公开的一种实施例的三相电力源的每一相上的线性负载的效应的一组曲线；
图3是根据一种实施例的示例准谐振电力供应器的电路图。
图4是根据一种实施例的功率模块的电路图。
图5是根据另一种实施例的示例准谐振电力供应器的电路图。
图6是根据一种实施例的用于操作电力供应器的方法的流程图。
具体实施方式
首先转至图1A和1B，这两个图中示出了通常用于三相(3相)电力源应用的两个常规电力供应器。首先参考图1A，电力供应器10包括三个模块12。每个模块12将电力供应器10耦接至与三相电力源的特定相对应的电力源输出。每个模块12包括功率因数校正级14和DC/DC级16。模块12的经整流的输出串联连接，以产生电力供应器10的单个输出。每个模块12还包括各自的PFC电容器20，其临时存储由PFC级14提供的能量并将所存储的能量供应到DC/DC转换器16。
现在参考图1B，常规的电力供应器30与图1A的电力供应器10相似，不同之处在于电力供应器30包括DC/DC级32以及用于将电力供应器30耦接至三相电力源的每一相的功率因数校正(PFC)级34。类似于图1A的电力供应器10，电力供应器30包括PFC电容器36，其临时存储由PFC级34提供的能量并将该能量供应到DC/DC转换器32。
常规的电力供应器(诸如图1A-1B所示的电力供应器)典型地采用PFC电解构件(PFC electrolytic components)，诸如PFC电容器，这些PFC电解构件在电力供应器的尺寸和成本两方面可能是昂贵的。除了尺寸大和价格高以外，PFC电解构件还会至少部分由于PFC电解构件的老化特性而导致常规电力供应器的可靠性降低。另外，当电力源被施加于电力供应器的输入时，PFC电解构件导致高冲击电流被供应到电力供应器的输出。因此，这样的常规电力供应器通常包括旁通电路(by-passing circuit)和/或限流器，这可能进一步增加电力供应器的尺寸和成本。当电力源为多相电力源时，这样的旁通电路被提供于多相电力供应器的每一相。
另外，这样的常规电力供应器典型地在电力供应器的输出处经受相对高的纹波，诸如电力供应器的输出处的电流的相对高的纹波。因而，可能需要相对大的滤波器来为可能需要相对无纹波的电力输入的负载(诸如磁控管)提供合适的电力供应器输出。此外，电力源的电压电平下降导致提供到电力供应器的负载的电流增加，这可能导致电力源(诸如馈线电网)中不稳定，尤其是如果负载相对于电力源的容量是大的。
图2是示出设置于三相电力源的每一相上的适当大的电阻负载的效应的一组曲线。特别地，曲线40代表与电力源的第一相对应的周期性电压波，曲线42代表与电力源的第二相对应的周期性电压波，而曲线44代表与电力源的第三相对应的周期性电压波。代表电力源的三个相的绝对电压之和的曲线46示出了出现于电力源的三个相的绝对电压之和中的显著纹波。另一方面，曲线48所示的从电力源的三个相获得的归一化的功率水平是至少基本上无纹波的。
当适当大的电阻负载被设置于三相电力供应器的每一相上时，一般产生曲线48所示的无纹波的功率水平。在这种情况下，由电阻负载从三相电力供应器的每一相提取的功率在数学上可以由正弦平方(sin2)函数表示，相间的相移为120°。因此，相对于电力源的三个相的每一相呈现为至少基本上为电阻负载的电力供应器确保了从电力源的三个相提取的功率之和是无纹波的，从而确保了提供到与电力供应器连接的负载的无纹波输出(诸如无纹波电流或无纹波电压)。这样的准谐振电力供应器可以获得为1.0的功率因数或者接近1.0的功率因数，而无需使用经常用于常规电力供应器中的功率因数校正模块和蓄电电解构件(power storing electrolytic components)。
图3是根据本公开的一种实施例的准谐振电力供应器50的电路图。电力供应器50包括与电力源52耦接的功率模块51。在电力供应器50与多相电力源52一起工作的实施例中，电力供应器50包括与多相电力输入电力源52的每一相耦接的相应功率模块51。在一种实施例中，例如，如果电力源52是三相电力源(诸如馈线电网)，则电力供应器50包括分别与电力源的三相线耦接的三个功率模块51。在各种实施例中，功率模块51的输出按串联或并联来布置以提供电力供应器50的组合输出。
继续参考图3，功率模块51包括与变压器电路56耦接的开关模式电源电路54，诸如零电压开关(ZVS)转换器。开关模式电源电路54包括第一开关元件60和第二开关元件62。例如，第一开关元件60和第二开关元件62可以是晶体管，诸如场效应晶体管(FET)。
开关模式电源电路54的输入与用于控制开关模式电源电路54的操作的控制模块58耦接。控制模块58包括控制单元65，控制单元65进而包括压控振荡器(VCO)64和晶体管(例如，FET晶体管)驱动电路66。在所示的实施例中，VCO 64和FET晶体管驱动电路66被设置为单个控制单元65。在另一种实施例中，VCO 64和FET驱动电路66被设置为功率模块51中的单独的控制元件。控制模块58还包括用于控制提供到控制模块58的输入信号的反馈回路70。反馈回路70包括误差放大器72，误差放大器72可以是例如运算放大器电路。误差放大器72包括反相输入端子73、同相输入端子74和输出端子75。整流电路77对来自电力供应器52的电压信号进行整流。提供到误差放大器72的反相输入端子73的参考电流信号经由第一二极管77、第二二极管78和电阻器80从电力源52的整流电压信号中获得。耦接于误差放大器72的反相端子73与输出端子75之间的电阻器88和电容器90确定误差放大器72的频率响应和增益。反馈回路70通常是快速动作的。在某些实施例中，反馈回路70被设计为以例如高达800Hz的最大馈线频率工作。
在操作中，误差放大器72将提供到误差放大器72的反相输入的参考信号与经由电阻器82从由电流感测电阻器84感测的电流中获得的电流感测信号进行比较。误差放大器72可操作以在由电力源52供应到功率模块51的电压波和电流波的不同角度检测功率模块51的输入处的电力源电压波和电力源电流形状之间的差异，并且根据所检测到的差异来调节误差放大器72的输出处的信号。误差放大器72的输出处的信号被提供到控制单元65。特别地，误差放大器72的输出处的信号可以控制控制单元65的VCO 64的频率。FET驱动电路66通过VCO 64的频率来控制，以生成由控制模块58输出的控制信号，用于控制开关模式电源电路54的操作。来自控制模块58的控制信号可以被提供到晶体管60和晶体管62各自的栅极端子，用于控制晶体管60和晶体管62各自的导通/关断状态，并由此调节由开关电路54在任何给定时间从电力源52提取的电力的量。因此，误差放大器72动态地调节在电力源的电压和电流的周期性波形的不同角度处从电力源提取的即时电力的量，由此控制功率模块51的输入处的电压电流比。
因为在功率模块51的输入处的电压电流比受反馈回路70控制，所以电力源电压的下降导致由电力供应器50从电力源提取的电流下降，由此保持电力源的稳定性。此外，在一种实施例中，因为功率模块51的输入处的电压电流比受到控制，所以通过从电力源提取预定量的电力，并将所转换的预定量的电力提供到负载，电力供应器50有效地作为能量转换器来操作。电力供应器50的这个特性可以在具有可变电压负载的应用中特别有用，诸如在其中磁控管的阳极电压可能由于RF负载以及磁控管正在工作的整体热条件而变化的磁控管应用中。
控制功率模块51的输入处的电压电流比使功率模块51相对于电力源52呈现为线性电阻负载，并且可确保从电力源提取的功率是sin2函数，如同上文关于图2所描述的。在至少某些实施例中，相对于电力源52的线性电阻负载导致电力供应器50实现为1.0或接近1.0(例如，0.98)的功率因数，即使是在相对高的功率水平(诸如1700瓦)下。
电阻器80和/或电阻器82的电阻值可以是可调节的，例如通过线性电阻器调整或者通过脉宽调制(PWM)。在某些实施例中，电阻器80和/或电阻器82的电阻值可以被动态调整或者以其它方式调节，以控制进入功率模块51的实际平均电流，并因此控制在功率模块51的输出的真实的功率水平。在电力供应器50包括分别与多相电力源52的相输出耦接的多个模块51的一种实施例中，可以在每个功率模块51中同步动态地调节实际电流和真实的功率水平，由此确保在电力源52的各个相中共享至少基本上相等的负载。在另一种实施例中，设置乘法器电路以代替电阻器80，以向误差放大器72提供参考信号。附加地或替代地，在一种实施例中，设置乘法器电路以代替电阻器82，以向误差放大器72提供参考信号。向误差放大器72提供感测信号和/或参考信号的乘法器电路可以在功率模块51的工作期间动态调节。
在一种实施例中，功率模块51的控制模块58包括信号处理器件(诸如数字信号处理器)，信号处理器件根据多相电力源52的相的相互作用的数学模型来工作。在一种实施例中，使用信号处理器件来代替控制单元64和反馈回路70，以直接控制开关模式电源电路54的操作。在多相电力源系统中，可以在多相电力源的相之间的适当相移(诸如在三相系统中为120°)的情况下使各个功率模块51的数字信号处理器的操作同步，以进一步增强电力供应器50的性能和稳定特性。在电力供应器50包括分别与多相电力源52的相输出耦接的多个模块51的一种实施例中，设置相应的信号处理器件以控制多个功率模块51中的相应功率模块51的操作。在电力供应器50包括分别与多相电力源52的相输出耦接的多个模块51的另一种实施例中，设置单个信号处理器件以控制多个模块51的操作。
仍然参考图3，在一种实施例中，控制模块58与开关模式电源电路54隔离。由控制模块58提供到开关模式电源电路54的控制信号可以经由光耦接器(在图3中未示出)或者其它合适的器件与开关模式电源电路54耦接，该光耦接器或其它合适的器件被配置为将控制信号从隔离的控制模块58传输到开关模式电源电路54。
简要地参考图4，在一种实施例中，功率模块121总体上与图3的功率模块51相同，并且包括许多与图3的功率模块51编号相同的元件，只是功率模块121包括与开关模式电源电路54隔离的控制模块122。例如，控制模块122可以包括关于图3所描述的控制模块58。控制模块122包括用于经由变压器128接收来自电力源52的参考电流信号的输入124、126，以及用于接收来自电力源52的参考电压信号的输入130、132。控制模块122可以将经由输入124、126接收的参考电流信号与经由输入130、132接收的参考电压信号进行比较，并且可以生成控制信号以控制晶体管60和62的操作，如同关于图3所描述的。由控制模块122生成的控制信号可以被提供到控制模块的输出132、134，并且然后可以经由光耦接器140、142或经由耦接于输出132、134与晶体管60和62之间的其它合适的器件提供到晶体管60和62。
返回去参考图3，功率模块51还包括用于限定功率模块51的最大功率容量的电容器90、电容器92和电感器94。另外，在所示的实施例中，设置电容器98以限制开关元件60、62的半桥电路两端的纹波。在某些实施例中，可从功率模块51中删除电容器90、电容器92、电感器94和/或电容器98中的一个或多个。
继续参考图3，在一种实施例中，因为电力供应器50不包括功率因数校正级并且没有将能量存储于相应的PFC电容器内，所以在工作中，变压器56的初级侧100的电压电平不会超过电力源的峰值电压电平，诸如馈线电网的峰值电压。在所示的实施例中，变压器56的次级侧102耦接至整流电路，诸如倍压器电路104。在另一种实施例中，倍压器电路104被替换为全波整流电路。在使用全波整流电路来代替倍压器电路104的一种实施例中，具有相对较小的电容值的单个电容器被置于全波整流器的输出，由此降低整流器的输出处的能量损失。因此，在功率模块51的输出处的相对较小的电容经受到功率模块51的开关频率的纹波和/或电力源52的频率的谐波。此外，流过全波整流器的每个二极管的电流的量相对于流过图3所示的倍压器104中的每个二极管D3和D4的电流量下降50％。在至少某些实施例中，流过全波整流器的二极管的电流的量的下降导致功率模块51的可靠性更高。
如上所述，在一种实施例中，多个功率模块51的输出可以串联或并联连接，以在一种实施例中产生电力供应器50的单一输出。每个功率模块51的变压器56的匝数比可以被确定为使得每个功率模块51的输出电压被保持于电力供应器50的单一输出处所需的标称电压的50％。将电压保持于电力供应器50的单一输出处所需的或所期望的标称电压的50％可以提高或最大化每个功率模块51的效率。
图5是根据一种实施例的电力供应器150的框图。电力供应器150包括三个功率模块151，用于分别将电力供应器150耦接至三相电力源(诸如三相馈线电力源)的每个输出。在一种实施例中，每个功率模块151都与图3的功率模块51相同。在另一种实施例中，每个功率模块151都与图5的功率模块121相同。在一种实施例中，三个模块151的各个输出串联连接，以产生图5中以Vout 152示出的单个输出电压信号。在一种实施例中，三个功率模块150的各个变压器的匝数比使得各个转换器的电压输出信号处于将需要或期望被保持于Vout152处的标称电压的50％。在至少某些实施例中，将各个转换器的电压输出信号保持于Vout152处所需或所期望的标称电压的50％可在电力供应器150中确保相对高的(例如，最大的)功率转换器效率。在一种实施例中，Vout 152处的电压信号被供应到磁控管阳极。
图6是根据一种实施例的用于操作电力供应器的方法200的流程图。在一种实施例中，方法200结合图3的电力供应器50来执行。在另一种实施例中，方法200以与图3的电力供应器50不同的合适电力供应器来执行。该电力供应器包括用于将电力供应器耦接至电力源的输入，以及用于从电力源提取电能的开关模式电源电路，其中电能将被传输到负载。在步骤202，获取第一信号。第一信号指示电力供应器的输入处的电压波形。第一信号从例如由交流(AC)电力源的输出(诸如馈线电力源的相)提供到电力供应器的输入的整流电压信号中获取。
在步骤204，获取第二信号。第二信号指示电力供应器的输入处的电流波形。通过例如经由电流感测电阻器感测电流来获得第二信号。在步骤206，将在步骤202获得的第一信号与在步骤204获得的第二信号进行比较，以检测第一信号与第二信号之间的差异。第一信号与第二信号之间的差异对应于电力供应器的输入处的电压信号和电流信号之间的瞬时差异。在一种实施例中，通过误差放大器来比较第一信号和第二信号。在另一种实施例中，通过数字电路(诸如数字处理器)来比较第一信号和第二信号。
在步骤208，基于在步骤206检测到的第一信号与第二信号之间的差异来控制开关模式功率模块的操作。控制开关模式功率模块的操作以调节电力供应器的输入处的电压电流比。该比值可以被调节以确保该比值随时间为至少基本上恒定的，或者至少基本上线性的。调节电压电流比使得该比值随时间为至少基本上恒定的或者至少基本上线性的，进而使电力供应器相对于电力源呈现为至少基本上是电阻性的。
本文所引用的所有参考文献(包括公开出版物、专利申请和专利)通过引用并入本文，以致于待通过引用并入本文的每篇参考文献看起来是单独或具体说明的，并且在本文中进行了整体阐述。
在本文中(尤其是在所附的权利要求书中)，词语“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”及类似指称的使用应当被理解为包括单数和复数两者，除非文中另有说明或者明显与上下文相矛盾。在本文中，关于值的范围的叙述旨在仅用作单独涉及落入该范围内的每个单独的值的速记方法，除非文中另有说明，并且每个单独的值都被纳入本说明书中，如同它在本文中单独列出。本文所描述的所有方法都可以以任意合适的顺序来执行，除非本文另有说明或者在其它方面明显与上下文相矛盾。本文所提供的任意的和所有示例或者示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅为了更好地说明本发明，而并非对本发明的范围施加限制，除非另有说明。本说明书中的语言不应被理解为将任何未作权利要求声明的要件指定为实施本发明所必需的。
本文描述了本发明的优选实施例，包括本发明人已知的用于执行本发明的最佳模式。应当理解，所示的实施例只是示例性的，并且不应被当作是对本发明的范围的限定。

Claims (20)

1.一种电力供应器，包括：
至少一个输入，用于将所述电力供应器耦接至电力源；
至少一个开关模式电源电路，配置为从所述电力源提取电能，其中所述电能将被传输到负载；以及
至少一个控制模块，耦接于所述至少一个输入与所述至少一个开关模式电源电路之间，所述控制模块被配置为控制所述开关模式电源电路的操作以调节所述电力供应器的所述至少一个输入处的电压电流比。
2.根据权利要求1所述的电力供应器，其中所述电力源是三相馈线电力源，并且其中
所述至少一个输入包括用于将所述电力供应器耦接至所述三相馈线电力源的相应的相的相应的输入，
所述至少一个开关模式电源电路包括用于从所述三相馈线电力源的所述相应的相提取电能的相应的开关模式电源电路，并且
所述至少一个控制模块包括被配置为控制所述相应的开关模式电源电路的操作的相应的控制模块，其中每个所述相应的控制模块被配置为调节所述电力供应器的所述相应的输入处的电压电流比。
3.根据权利要求2所述的电力供应器，还包括
与所述相应的开关模式电源电路的输出耦接的相应的电力变压器，以及
与所述相应的电力变压器的输出耦接的相应的整流电路，并且其中
所述相应的整流电路的输出串联连接以产生单个电力供应器输出以将所述电力供应器耦接至所述负载。
4.根据权利要求1所述的电力供应器，其中所述控制模块被配置为调节所述电力供应器的所述输入处的所述电压电流比，以使所述电力供应器对于所述电力源呈现为线性电阻负载。
5.根据权利要求1所述的电力供应器，其中所述控制模块包括误差放大器和控制单元，其中：
所述控制单元与所述开关模式电源电路耦接并且被配置为根据控制信号来控制所述开关模式电源电路的操作，并且
所述误差放大器被配置为
检测所述电力供应器的所述输入处的电压波形和电流波形之间的差异，并且
根据检测到的所述电压波形和所述电流波形之间的差异调节所述控制信号的电平。
6.根据权利要求5所述的电力供应器，其中所述控制单元包括与场效应晶体管驱动电路耦接的压控振荡器，其中所述压控振荡器的频率通过所述控制信号来控制。
7.根据权利要求1所述的电力供应器，其中所述控制模块包括数字信号处理器，所述数字信号处理器被配置为基于在所述电力供应器的所述输入处采样的电压波来生成控制信号以控制所述开关模式电源电路的操作。
8.根据权利要求1所述的电力供应器，其中控制模块与所述开关模式电源电路隔离，并且其中所述电力供应器还包括光耦接器，用于将所述控制信号从所述控制模块传输到所述开关模式电源电路。
9.根据权利要求1所述的电力供应器，其中所述负载是磁控管。
10.一种电力供应器，包括：
相应的输入，用于将所述电力供应器耦接至三相电力源的三个相输出中的每一个；
相应的开关模式电源电路，配置为从所述电力源的对应的相提取电能；以及
一个或多个控制模块，耦接于相应的电力源输入与所述相应的开关模式电源电路之间，所述一个或多个控制模块被配置为控制所述相应的开关模式电源电路的操作，以调节所述电力供应器的每个所述相应的输入处的电压电流比。
11.根据权利要求10所述的电力供应器，其中所述一个或多个控制模块对于所述三个相中的每一个包括相应的误差放大器和相应的控制单元，其中：
每个相应的控制单元被配置为根据控制信号来控制对应的开关模式电源电路的操作，并且
每个相应的误差放大器被配置为
检测在所述电力供应器的对应的输入处的电压波形和电流波形之间的差异，并且
根据检测到的所述电压波形和所述电流波形之间的差异来调节所述控制信号的电平。
12.根据权利要求11所述的电力供应器，其中每个控制单元包括与场效应晶体管驱动电路耦接的压控振荡器，其中所述压控振荡器被配置为控制场效应电阻器的操作，并且其中所述压控振荡器的频率通过所述控制信号来控制。
13.根据权利要求10所述的电力供应器，其中所述一个或多个控制模块包括一个或多个数字信号处理器，所述一个或多个数字信号处理器被配置为基于在所述电力供应器的所述相应的输入处采样的电压波来生成控制信号以控制所述相应的开关模式电源电路的操作。
14.根据权利要求10所述的电力供应器，其中所述一个或多个控制模块与所述相应的开关模式电源电路隔离，并且其中所述电力供应器还包括相应的光耦接器，用于将控制信号从所述一个或多个控制模块传输到所述相应的开关模式电源电路。
15.一种用于调节电力供应器的方法，所述电力供应器具有用于将所述电力供应器耦接至电力源的输入以及用于从所述电力源提取电能的开关模式电源电路，其中所述电能将被提供到负载，所述方法包括：
获取指示所述电力供应器的所述输入处的电压波形的第一信号；
获取指示所述电力供应器的所述输入处的电流波形的第二信号；
将所述第一信号与所述第二信号进行比较，以检测所述第一信号和所述第二信号之间的差异；以及
基于检测到的所述第一信号和所述第二信号之间的差异来控制所述开关模式电源电路的操作，以调节所述电力供应器的所述输入处的电压电流比。
16.根据权利要求15所述的方法，其中获取所述第一信号包括从所述电力供应器的所述输入处的整流电压信号中获取所述第一信号。
17.根据权利要求15所述的方法，其中获取所述第二信号包括使用电流感测电阻器来感测所述电力供应器的所述输入处的电流信号。
18.根据权利要求17所述的方法，其中获取所述第二信号包括经由可调电阻器来获取所述第二信号，并且其中所述方法还包括调整所述可调电阻器的电阻，以调节由所述开关模式电源电路从所述电力源提取的能量的量。
19.根据权利要求14所述的方法，其中获取所述第一信号包括经由可调电阻器来获取所述第一信号，并且其中所述方法还包括调整所述可调电阻器的电阻，以调节由所述开关模式电源电路从所述电力源提取的能量的量。
20.根据权利要求14所述的方法，其中所述负载是磁控管。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114222958A (zh) * 2019-07-12 2022-03-22 先进工程解决方案全球控股私人有限公司 具有单个受控开关的偏置电源

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10476433B2 (en) * 2016-07-05 2019-11-12 Delta Electronics, Inc. Microwave generator with power factor correction function and control method thereof
GB2599448A (en) * 2020-10-05 2022-04-06 Illinois Tool Works Material testing system
US20240072675A1 (en) * 2022-08-30 2024-02-29 Texas Instruments Incorporated Switching frequency control for integrated resonant half-bridge isolated dc/dc with burst mode operation

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005065473A (ja) * 2003-08-20 2005-03-10 Sanyo Electric Co Ltd 三相電源相欠落検知回路および高周波加熱装置
CN101692750A (zh) * 2005-11-25 2010-04-07 松下电器产业株式会社 高频电介质加热功率控制单元及方法
CN101741244A (zh) * 2008-11-07 2010-06-16 电力集成公司 提高功率因数校正电路中的效率的方法和装置
CN101796703A (zh) * 2007-09-05 2010-08-04 永备电池有限公司 智能设备和功率源交互
CN101933218A (zh) * 2007-12-20 2010-12-29 西门子公司 用于运行开关变换器的方法
WO2012081221A1 (ja) * 2010-12-15 2012-06-21 パナソニック株式会社 マグネトロン駆動用電源およびそれを備えた高周波加熱装置
CN102570824A (zh) * 2010-11-30 2012-07-11 兄弟工业株式会社 电源系统以及包括该电源系统的图像形成装置
CN202759384U (zh) * 2012-03-14 2013-02-27 中国石油天然气集团公司 一种用于垂直钻井系统的非接触电能传输系统
CN103782488A (zh) * 2011-09-15 2014-05-07 三菱电机株式会社 非接触供电装置
CN203883691U (zh) * 2013-12-13 2014-10-15 上海新进半导体制造有限公司 电流过零点检测电路、驱动电路以及开关电源

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3663828A (en) 1970-10-20 1972-05-16 Nasa Failsafe multiple transformer circuit configuration
JPH0371590A (ja) * 1989-08-09 1991-03-27 Toshiba Corp 電子レンジ
KR940008029B1 (ko) * 1991-06-28 1994-08-31 삼성전자 주식회사 마그네트론 구동용 전원장치
US5245520A (en) * 1991-10-10 1993-09-14 Paul Imbertson Asymmetrical duty cycle power converter
KR100399135B1 (ko) * 2000-07-27 2003-09-26 삼성전자주식회사 전자렌지 및 그 제어방법
US6944034B1 (en) * 2003-06-30 2005-09-13 Iwatt Inc. System and method for input current shaping in a power converter
US7885085B2 (en) * 2007-01-22 2011-02-08 Power Integrations, Inc. Cascaded PFC and resonant mode power converters
GB2475261B (en) * 2009-11-11 2014-10-22 E2V Tech Uk Ltd High frequency cathode heater supply for a microwave source
GB201010358D0 (en) * 2010-06-21 2010-08-04 Ceravision Ltd Light source
US20120120697A1 (en) 2010-11-13 2012-05-17 Cuks, Llc. Three-phase isolated rectifer with power factor correction
US8447275B2 (en) 2010-12-03 2013-05-21 Microchip Technology Incorporated Lossless inductor current sensing in a switch-mode power supply
EP2683068B1 (en) * 2012-07-06 2014-09-10 Nxp B.V. Control circuit for a switched-mode power supply
US9564820B2 (en) * 2013-03-15 2017-02-07 Linear Technology Corporation Methods and systems for control of DC-DC converters

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005065473A (ja) * 2003-08-20 2005-03-10 Sanyo Electric Co Ltd 三相電源相欠落検知回路および高周波加熱装置
CN101692750A (zh) * 2005-11-25 2010-04-07 松下电器产业株式会社 高频电介质加热功率控制单元及方法
CN101796703A (zh) * 2007-09-05 2010-08-04 永备电池有限公司 智能设备和功率源交互
CN101933218A (zh) * 2007-12-20 2010-12-29 西门子公司 用于运行开关变换器的方法
CN101741244A (zh) * 2008-11-07 2010-06-16 电力集成公司 提高功率因数校正电路中的效率的方法和装置
US20130307495A1 (en) * 2008-11-07 2013-11-21 Power Integrations, Inc. Method and apparatus to increase efficiency in a power factor correction circuit
CN102570824A (zh) * 2010-11-30 2012-07-11 兄弟工业株式会社 电源系统以及包括该电源系统的图像形成装置
WO2012081221A1 (ja) * 2010-12-15 2012-06-21 パナソニック株式会社 マグネトロン駆動用電源およびそれを備えた高周波加熱装置
CN103782488A (zh) * 2011-09-15 2014-05-07 三菱电机株式会社 非接触供电装置
CN202759384U (zh) * 2012-03-14 2013-02-27 中国石油天然气集团公司 一种用于垂直钻井系统的非接触电能传输系统
CN203883691U (zh) * 2013-12-13 2014-10-15 上海新进半导体制造有限公司 电流过零点检测电路、驱动电路以及开关电源

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114222958A (zh) * 2019-07-12 2022-03-22 先进工程解决方案全球控股私人有限公司 具有单个受控开关的偏置电源
CN114222958B (zh) * 2019-07-12 2024-03-19 先进工程解决方案全球控股私人有限公司 具有单个受控开关的偏置电源

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EP3231076A2 (en) 2017-10-18
US20160164423A1 (en) 2016-06-09
WO2016094389A2 (en) 2016-06-16

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