CN1189257A - 谐振抽头变压器 - Google Patents

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Abstract

所述的谐振抽头变压器电路,其中变压器的有效匝比取决于输入信号频率。变压器有选择地与变压器的一个或多个初级线圈串联和/或并联,其中连接类型取决于线路频率。这改变变压器的变比。

Description

谐振抽头变压器
技术领域
本发明涉及电压变换器。特别是(虽然不是唯一的)，本发明涉及谐振抽头变压器电路，其中变压器的有效匝比取决于输入信号的频率。
背景技术
在现有技术中已知的DC-DC变换器包括脉宽调制(PWM)DC-DC变换器和谐振串联及并联变换器。已知一些方法易受转接损耗(特别是在前一种情况下)和导电损耗的影响。
在运用开关晶体管的传统PWM DC-DC变换器中，开关具有固有电容，当开关交替断开或闭合时所述电容导致在开关两端的剩余电压。因此，理想的是，通过电感器与负载电阻串联，使电容放电以延迟转接。由于在电感应器中的剩余电场，将阻挡电流的变化。因无电感，功率因数接近于一。如果与负载串联一电感器，就会引起功率因数滞后和软性转接。
理想情况下，在电路元件中的电流和电压是同相的。然而，如果存在少许相位差的话，就会存在电流为正而电压为负(或与其相反)的瞬间。在这种情况下，瞬时功率为负，并大大减小传输功率。因此，传输功率低于相同时间的电压和电流的平均值。
为了获得相同或所需的传输功率水平，必须增加电压，但是这会相应地增加电流，从而引起I2R损耗(或导电损耗)的增大。在PWM变换器中降低输出电压的传统方法是减少工作循环。在减少工作循环时，如果必须保持相同的平均电流，则峰值电流将增加。然而，当增加峰值电流时，I2R损耗变得异常地高。
在已知的谐振电路中，可以通过使电抗与负载串联的方法来降低电压。然而，这会大大减低功率因数。本发明避免对于这种电抗的需求，并进一步提供一电感以影响滞后功率因数(或软性转接)。本发明还提供匝比可变的变换器(因而，可以调节转换比)，同时保留使用所有初级绕组。
本发明的目的在于，克服(或者至少减轻)在现有技术中固有的一些缺点，或者至少给人们提供有用的选择。
发明概述
本发明的一个方面是提供一种适于有选择地与变压器的多个初级线圈串联和/并联连接的变压器电路，其中连接类型取决于线路频率，从而改变变压器的变比。
较佳的变压器电路包括：
多个第一电路元件；
多个第二电路元件；
多个变压器初级线圈；
其中，第一和第二元件具有随着线路频率改变的导电率，并以在第一频率下并联连接多个变压器初级线圈而在第二线路频率下串联连接多个变压器初级线圈的方式连接。
在本发明的另一个实施例中提供的变压器电路包括：
多个变压器初级线圈；
至少两个第一电路元件；
至少一个第二电路元件，其中，与第二电路元件串联的第一电路元件中的一个元件与第一变压器初级线圈并联，而与第二电路元件串联的其它第一电路元件与第二变压器初级线圈并联。
较佳的是，第一和第二电路元件包括分别具有第一和第二谐振频率的阻抗元件。
较佳的是，电路元件可以包括电感性和/或电容性元件。
较佳的是，电路阻抗元件包括一电感性元件。
较佳的是，阻抗元件具有可变电感。
较佳的是，阻抗元件具有可变电容。
在本发明的另一个实施例中，提供一变压器电路，其中使变压器初级线圈的每个部分都具有公用铁芯。
在本发明的另一个实施例中提供一变压器电路，其中变压器初级线圈的每个部分还加入第一和第二变压器次级线圈，后者分别与第一和第二变压器初级线圈耦合，而变压器次级线圈诸部分为并联或串联。
在另一个实施例中，把变压器分成两个或多个部分，每个部分包括一初级线圈和次级线圈。
变压器电路是双向的，在次级变压器上亦可构成谐振网络。
现仅用示例的方法并参照附图，描述本发明。
附图说明
图1示出采用三个电感元件的谐振抽头变压器电路；
图2示出谐振抽头变压器的另一个实施例；
图3示出谐振抽头变压器的实施例，其中把变压器分成两个部件；
图4示出分节铁芯谐振抽头变压器的另一个实施例；
图5示出N级结构；
图6示出图5电路的基本电路元件；和
图7示出匝比变化依赖于频率的简化电路。
由于简单变压器的变比变化，可对本发明作概括地说明。图7示出该电路。在频率f1时，使匝比为2∶1，而在频率f2时匝比为1∶1。假设在每个线圈中匝数都等于T。
虽然该电路提供频率转接电压变比，但是当它处于1∶1匝比模式时，由于初级绕组中的一半绕组未加使用，所以它是无效的。
参照图1，示出谐振抽头变压器的示例实施例。
通过接线端A和B提供输入信号。输入信号可以包括波形(诸如，供DC-DC变换器用的转接DC输入电压)，或者可以是与50Hz主信号相对应的简单正弦波AC输入。
以下讨论涉及阻抗元件作电路元件的问题。应当明了，诸元件的导电率与频率有关，各种电感或电容均可使用。
第一阻抗元件11和12，每个包括具有谐振频率f1的串联LC电路。第二电路元件13包括具有谐振频率f2的串联LC电路。16和17表示变压器初级绕组。标号18表示变压器次级绕组。
第一变压器初级绕组16通过输入线22和连接线20与第一和第二阻抗元件11和13并联。第二变压器初级绕组17通过输入线23和连接线21与电抗元件13和12相联。
可将电抗元件11和12(当用作电感器的形式时)绕在相同的线圈架上。这种结构不会明显改变电路的操作，但是会减小它对在两个谐振电路11和12的谐振频率中的误匹配灵敏度。参照图5，可将元件f1绕在相同的线圈架上，而具有相同的效果。类似地，可将元件f2绕在相同的线圈架上。
参照图1，电路10可按两个模式进行工作，即并联和串联。并联模式与并联的初级绕组16和17相对应，而串联模式与串联的初级绕组16和17相对应。
在输入信号具有频率f1的情况下，初级阻抗元件11和12具有低阻抗，末端AC和DB作导电连接，而初级线圈16和17实际上为并联连接。阻抗元件13具有较高阻抗，故在CD之间允许流经小电流。假设每个绕组具有相同匝数，这种结构与1∶1匝比相对应，因而具有单位电压变比。
当输入信号具有频率f2，末端CD将作导电连接，AC与BD绝缘，而初级线圈16和17实为串联连接，从而提供2∶1匝比，此时电压变比为2∶1。在频率f2处，阻抗元件11和12将具有较高阻抗。
当输入信号频率从f1变到f2时，可获得从1∶1到1∶2连续变化的匝比。这样，通过改变输入信号的频率可连续改变匝比。
如图3所示的谐振抽头变压器电路，除了将变压器分成两部分30和31，每部分包括初级线圈和次级线圈(通过包括第一(32和34)和第二(33)电路元件的串联网络并联连接初级线圈)处基本上以与上述电路相同的方式进行操作。按同一方式连接第二个初级线圈。两个变压器部分具有其呈并联或串联连接的次级线圈。
在另一个实施例中，图2和4示出滞后功率因数的型式。再参照图1，如果输入频率小于f2，那么第二阻抗元件13的阻抗主要是电容。对于滞后功率因数，跨接A和B的输入阻抗必须是电感性的，因而需要另一种结构，即第二电路元件13仅当小于f2的频率时为纯电感。
参照图2，示出实现滞后功率因数的电路24。在输入频率f1处，第一阻抗元件21和23呈导电连接，因而初级绕组28和29将作并联连接，从而产生1∶1匝比和1∶1电压变比。
为了提供滞后功率因数，转接电流必须稍滞后于电压。上述情况下，电感器22导致滞后功率因数。即，跨接E和F的输入阻抗是电感性的。
对于高于f1的信号频率，所有的阻抗元件21、22和23都是电感性的，从而功率因数滞后并影响软性转接。
依赖于负载电阻，阻抗元件21和23对于略低于f1的频率是稍电容性的。在这样的频率下，电路元件显示出匹配性，后者使匝比大于1∶1。在频率高于f1时，21和23的阻抗增加得比22处的阻抗要快。因而，匝比减到2∶1。
图4示出图2的改变形式，给两个变压器铁芯提供滞后功率因数。输入电路与如图2所示的电路相同。
本发明的谐振抽头变压器电路可概括为是具有一种N个初级绕组的变压器。图5和6示出这种结构。
参照图5，在信号频率f1处，标有f1的所有串联谐振网络具有较低阻抗。因而，所有变压器初级线圈绕组均系串联连接，并具有N∶1匝比。这种处理假设所有变压器初级、次级绕组均具有相同的匝数。
对于等于f2的信号频率，标有f1的所有串联谐振网络具有较低阻抗，从而并联连接所有变压器初级线圈绕组以提供1∶1匝比。此外，通过忽略在标有f2的串联谐振网络中的电容，可以提供软性转接。图6示出图5的基本电路元件，其中与频率有关的导电网络具有谐振频率f1和f2。
这样，本发明提供了一种具有从1∶1连续变化到N∶1匝比的谐振抽头变压器输入电路，其中N是变压器初级线圈的数量。
设想根据特殊情况的要求，应用另一种阻抗元件。还设想，可以运用可变电感或可变电容的元件。这种可变电感器可以是一个饱和电抗器。适当时可以替代其它元件，而本发明的基本元件作为输入信号频率的函数具有变压器的双模式或多模式特性。
对于大于两个输入信号频率的情况，可以对本发明进行改进。例如，如果用具有谐振频率f1和f3的混合元件代替在图5中由f1所示的阻抗元件，从而串、并混联产生不同的变比。我们认为，对本发明的这种改进和发展所致的倍频结构亦在本发明的范围内。
虽然通过示例并参照特定实施例来描述本发明，但应理解，可以进行改进和/或提高，而不偏离所附权利要求书的范围。
在前面的描述中，对总体和诸元件已作了参照说明，在此亦同样有效(就象分别表示的那样)。

Claims (11)

1.一种适于有选择地与变压器的多个初级线圈串联和/或并联连接的变压器电路，其特征在于，所述连接类型依赖于线路频率，从而改变所述变压器的变比。
2.一种变压器电路，其特征在于，包括：
多个第一电路元件；
多个第二电路元件；
多个变压器初级线圈；
其中，所述第一和第二元件具有随着所述线路频率改变的导电率，并以在第一频率下并联连接所述多个变压器初级线圈而在第二线路频率下串联连接所述多个变压器初级线圈的方式连接。
3.一种变压器电路，其特征在于，包括：
多个变压器初级线圈；
至少两个第一电路元件；
至少一个第二电路元件，其中，与所述第二电路元件串联的所述第一电路元件中的一个元件与第一变压器初级线圈并联，而与所述第二电路元件串联的其它第一电路元件与第二变压器初级线圈并联。
4.如权利要求2或3所述的变压器电路，其特征在于，所述第一和第二电路元件包括分别具有第一和第二谐振频率的阻抗元件。
5.如权利要求2至4中的任一权利要求所述的变压器电路，其特征在于，所述电路元件包括电感性和/或电容性元件。
6.如权利要求2至5中的任一权利要求所述的变压器电路，其特征在于，所述第二电路元件包括一电感性元件。
7.如权利要求2至6中任一权利要求所述的变压器电路，其特征在于，所述阻抗元件具有可变电感。
8.如权利要求1至7中任一权利要求所述的变压器电路，其特征在于，使所述变压器初级线圈的每个所述部分都具有公用铁芯。
9.如权利要求1至7中任一权利要求所述的变压器电路，其特征在于，把所述变压器分成两个或多个部分，每个部分包括初级线圈和次级线圈。
10.如权利要求1至7中任一权利要求所述的变压器电路，其特征在于，所述变压器初级线圈的每个所述部分还加入第一和第二变压器次级线圈，它们分别与所述第一和第二变压器初级线圈耦合，对所述变压器次级的所述部分作并联或串联。
11.这里所述的变压器电路基本上参照图1至6。
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