用于電壓變換的電氣電路和該電氣電路的應用制造技術

本發明專利技術涉及一種用于電壓變換的電氣電路。該電氣電路適于校正功率因數。在此，可在ＭＨｚ頻域中以８０％到９５％的高效率實現好的功率因數校正。為此應用少量的、適合高頻的器件（電容、電感、二極管和高頻開關）被應用。例如，該二極管是以ＳｉＣ作為二極管材料的肖特基二極管。該高頻開關具有有效率的ＭＯＳ晶體管。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于電壓變換的電氣電路和該電氣電路的一種應用。大量的電氣設備利用直流電流或直流電壓來驅動。為了驅動這種設備，直流電壓從電源的交流電壓中形成。例如，這借助具有整流二極管和緩沖電容器的輸入電路來實現。其缺點在于，只有當緩沖電容器上的電壓小于電源電壓時，電流才可從電源流到緩沖電容器中。這隨著具有諧波的電源的相應高的負載產生高的非正弦的脈沖電流。因此，輸入電路以很小的功率因數出眾。該功率因數取決于通過輸入電路供給的電氣設備的接線點上的電壓和電流之間的相移。除了很小的有功功率外，很小的功率因數意味著在無功功率和諧波功率上相對高的損耗。為了減少諧波并因此為了提高功率因數，執行所謂的功率因數校正(Power Factor Correction，PFC)。功率因數校正導致，電壓和電流同相。相對的電流振幅跟隨相對的電壓振幅。因此，相對于電源，輸入電路幾乎表現為歐姆電阻。在20kHz至100kHz的范圍中的開關頻率處驅動如今的功率因數校正電路，該功率因數校正電路例如在所謂的電子鎮流器(EVG)中實現。在該開關頻率處，高效率和好的功率因數校正是可能的。但是在功率一定的情況下，基于對此必需的電感和電容僅僅有限地減小EVG的結構尺寸。EVG或功率因數校正電路的結構尺寸的明顯減小例如通過提高開關頻率來達到。但是在MHz范圍中的開關頻率處，功率因數校正電路的效率減小。本專利技術的任務在于，給出一種可被用作功率因數校正電路的電氣電路，其中即使在MHz范圍中的開關頻率處，在高效率時好的功率因數校正也應是可能的。根據該任務的第一解決方案，給出一種用于電壓變換的電氣電路。該電氣電路具有至少一個輸入端，用于通過施加在時間上相對電氣參考電勢變化的、正的直流電壓來饋送輸入電功率；至少一個參考電勢端，用于施加參考電勢；至少一個輸出端，用于取出輸出電功率；至少一個具有陽極和陰極的輸入二極管；至少一個具有陽極和陰極的輸出二極管；至少一個具有電極和反向電極的輸入電容；至少一個具有電極和反向電極的傳輸電容；至少一個具有一個電感端和一個另外的電感端的輸入電感和至少一個具有一個電感端和一個另外的電感端的基點電感(Fusspunktsinduktivitaet)。其中，輸入二極管的陽極和輸入端具有共同的節點，輸入二極管的陰極、輸入電感的電感端和輸入電容的電極具有共同的節點，輸入電容的反向電極、參考電勢端和基點電感的電感端具有共同的節點，輸入電感的另外的電感端和傳輸電容的電極具有共同的節點，傳輸電容的反向電極和基點電感的另外的電感端具有共同的節點；存在用于建立和/或中斷參考電勢端與輸入電感的另外的電感端和傳輸電容的電極的共同的節點之間的導電連接的高頻開關和用于將輸出電功率轉交給輸出端的裝置，其中該裝置具有基點電感和輸出二極管而輸出二極管的陰極與輸出端具有共同的節點。根據該任務的第二解決方案，給出一種用于電壓變換的電氣電路。該電氣電路具有至少一個輸入端，用于通過施加在時間上相對電氣參考電勢變化的、負的直流電壓來饋送輸入電功率；至少一個參考電勢端，用于施加參考電勢；至少一個輸出端，用于取出輸出電功率；至少一個具有陽極和陰極的輸入二極管；至少一個具有陽極和陰極的輸出二極管；至少一個具有電極和反向電極的輸入電容；至少一個具有電極和反向電極的傳輸電容；至少一個具有一個電感端和一個另外的電感端的輸入電感和至少一個具有一個電感端和一個另外的電感端的基點電感。其中，輸入二極管的陰極和輸入端具有共同的節點，輸入二極管的陽極、輸入電感的電感端和輸入電容的電極具有共同的節點，輸入電容的反向電極、參考電勢端和基點電感的電感端具有共同的節點，輸入電感的另外的電感端和傳輸電容的電極具有共同的節點，傳輸電容的反向電極和基點電感的另外的電感端具有共同的節點；存在用于建立和/或中斷參考電勢端與輸入電感的另外的電感端和傳輸電容的電極的共同的節點之間的導電連接的高頻開關和用于將輸出電功率轉交給輸出端的裝置，其中該裝置具有基點電感和輸出二極管而輸出二極管的陽極與輸出端具有共同的節點。根據本專利技術的其它方面，所說明的電氣電路被用于校正功率因數，其中所饋送的輸入電功率在功率因數方面被校正。從電源中取出的功率在功率因數方面被校正。該任務的兩個解決方案由此區分，即根據第一解決方案通過施加相對參考電勢的正的直流電壓來饋送輸入電功率而根據第二解決方案通過施加相對參考電勢的負的直流電壓來饋送輸入電功率。與此相應地，兩個解決方案的輸入二極管和輸出二極管的連接彼此相對。例如，參考電勢端接地，以至于參考電勢為地電勢。所施加的直流電壓特別是以相對低的頻率脈動的直流電壓。例如，借助整流電路從公共電力網的通用的、正弦交流電壓中獲得該直流電壓。因此，例如在輸入端上施加以100Hz的頻率脈動的230V的直流電壓。也可考慮的是，借助嚴重干擾的電源電壓與疊加的電流脈沖來饋送輸入功率。通過該電氣電路在功率因數方面校正輸入功率。根據高頻開關的開關頻率，來自電氣電路的輸出功率被耦合輸出。高頻開關的開關頻率從MHz頻域中被選擇。輸出功率從該電氣電路中獲取，該電氣電路具有以高頻開關的開關頻率脈動的直流電壓。在此示出，基于所說明的電路在好的功率因數校正的情況下即使在MHz頻域中的開關頻率處也可實現80％到95％的高效率。當針對電氣電路應用適合高頻的器件(開關晶體管、電容、電感和二極管)時，這尤其是可能的。在特別的改進方案中，用于將輸出電功率轉交給輸出端的裝置具有傳輸電容的反向電極和基點電感的另外的電感端的共同的節點。根據第一解決方案的擴展方案，該節點與輸出二極管的陽極導電連接。根據第二解決方案的擴展方案，該節點與輸出二極管的陰極導電連接。例如，具有開關晶體管的高頻開關被應用。該高頻開關通過開關晶體管來表現。在適當調整電抗性器件、開關頻率和高頻開關的起動時間時可以實現明顯減輕開關晶體管的開關負載。在此，開關晶體管的接通電壓可被減小了直至80％，由此幾乎可以實現所謂的零電壓切換(ZVS，Zero Voltage Switching)。在低的開關晶體管的截止電壓負載時出現低的高頻開關的開關損耗，該低的開關損耗貢獻于電路的高效率。在特別的改進方案中，用于轉交輸出電功率的裝置包含至少一個另外的參考電勢端以施加另外的參考電勢和至少一個變壓器，該變壓器具有至少一個具有電感端和一個另外的電感端的初級電感和至少一個具有電感端和一個另外的電感端的次級電感，其中該初級電感具有基點電感而次級電感的電感端和另外的參考電勢端具有共同的節點。根據第一解決方案的擴展方案，另外的電感端和輸出二極管的陽極具有共同的節點。根據第二解決方案的擴展方案，另外的電感端和輸出二極管的陰極具有共同的節點。參考電勢端和另外的參考電勢端可具有共同的節點。因此，參考電勢和另外的參考電勢可以是相等的。但是這兩個參考電勢端也可不具有共同的節點。因此，參考電勢和另外的參考電勢也可彼此不同。與前述的例子相比，在基點電感的位置上應用變壓器。該變壓器的初級電感承擔電氣電路的基點電感的功能。初級電感和次級電感相互耦合。根據前述實施方案，應用變壓器時開關晶體管的截止電壓負載與應用基點電感時開關晶體管的截止電壓負載相比明顯高了一個系數1.3至2.0。為此，借助變壓器在輸入端和輸出端之間本文檔來自技高網...

【技術保護點】
用于電壓變換的電氣電路（Ⅰ，Ⅱ），該電氣電路具有：－至少一個輸入端（１），用于通過施加在時間上相對電氣參考電勢變化的、正的直流電壓來饋送輸入電功率，－至少一個參考電勢端（２），用于施加參考電勢，－至少一個輸出端（３） ，用于取出輸出電功率，－至少一個具有陽極（４１）和陰極（４２）的輸入二極管（４），－至少一個具有陽極（５１）和陰極（５２）的輸出二極管（５），－至少一個具有電極（６１）和反向電極（６２）的輸入電容（６），－至 少一個具有電極（７１）和反向電極（７２）的傳輸電容（７），－至少一個具有一個電感端（８１）和一個另外的電感端（８２）的輸入電感（８），－至少一個具有一個電感端（９１）和一個另外的電感端（９２）的基點電感（９），其中　 　－輸入二極管（４）的陽極（４１）和輸入端（１）具有共同的節點（１００），－輸入二極管（４）的陰極（４２）、輸入電感（８）的電感端（８１）和輸入電容（６）的電極（６１）具有共同的節點（１０１），－輸入電容（６）的反向電極 （６２）、參考電勢端（２）和基點電感（９）的電感端（９１）具有共同的節點（１０２），－輸入電感（８）的另外的電感端（８２）和傳輸電容（７）的電極（７１）具有共同的節點（１０３），－傳輸電容（７）的反向電極（７２）和基點電感（ ９）的另外的電感端（９２）具有共同的節點（１０４），－存在一個高頻開關（１０），用于建立和／或中斷參考電勢端（２）與輸入電感（８）的另外的電感端（８２）和傳輸電容（７）的電極（７１）的共同的節點（１０３）之間的導電連接，以及 －存在一個裝置（１１），用于將輸出電功率轉交給輸出端（３），其中該裝置（１１）具有基點電感（９）和輸出二極管（５）而且輸出二極管（５）的陰極（５２）與輸出端（３）具有共同的節點（１０５）。...

【技術特征摘要】
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：M霍斯伯格里伊德，D切卡伊，
申請(專利權)人：電燈專利信托有限公司，
類型：發明
國別省市：DE[德國]