集成变压器 |
|||||||
| 申请号 | CN201310037386.9 | 申请日 | 2013-01-31 | 公开(公告)号 | CN103248239B | 公开(公告)日 | 2016-03-02 |
| 申请人 | 国际商业机器公司; | 发明人 | D·G·曼泽; B·C·韦布; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种集成 变压器 。公开了涉及变压器的系统、方法和设备。一种变压器系统包括变压器单元集合和 控制器 。变压器单元集合串行相连以形成 串联 耦合，其中每个变压器单元包括至少一个第一线圈和至少一个第二线圈。所述第二线圈被配置为通过磁相互作用从所述第一线圈接收 电能 。所述控制器被配置为通过以下方式 修改 所述串联耦合的端部处的电气状况：独立地驱动所述变压器单元，使得所述变压器单元中的至少一个变压器单元的驱动方式不同于所述集合中的至少一个其它变压器单元。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种变压器系统，包括： |
||||||
| 说明书全文 | 集成变压器技术领域[0001] 本发明涉及变压器系统、方法和设备，更具体地说，涉及具有集成变压器元件的变压器。 背景技术[0002] 通常，变压器通过磁相互作用将电能从一个电路传递到另一电路。例如，变电流初级线圈可通过设备中的磁芯产生通过第二线圈的磁通，从而在第二线圈中感应出电压。变压器广泛用于将电路电压转换为另一期望电压。小型升压和降压转换器在各种不用的应用中使用。例如，太阳能电池和硅器件电力传输系统采用小型电压转换器。集成方案可以提供低价格、紧凑性和改进的电压调节。 发明内容[0003] 一个实施例涉及一种包括变压器单元集合和控制器的变压器系统。变压器单元集合串行相连以形成串联耦合，其中每个变压器单元包括至少一个第一线圈和至少一个第二线圈。所述第二线圈被配置为通过磁相互作用从所述第一线圈接收电能。所述控制器被配置为通过以下方式修改所述串联耦合的端部处的电气状况（electrical aspect）：独立地驱动所述变压器单元，使得所述变压器单元中的至少一个变压器单元的驱动方式不同于所述集合中的至少一个其它变压器单元。 [0004] 一个备选实施例涉及一种包括变压器单元集合和控制器的变压器设备。所述集合中的变压器单元串行相连以形成串联耦合。每个变压器单元包括至少一个第一线圈和至少一个第二线圈。所述第二线圈被配置为通过磁相互作用从所述第一线圈接收电能。所述控制器被配置为通过以下方式修改所述串联耦合的端部处的电气状况：独立地激活所述集合中的变压器单元以接收所述电能，以便激活所述集合内的所述变压器单元中的至少一个变压器单元并去激活所述集合中的至少一个其它变压器单元。 [0005] 另一实施例涉及一种用于配置变压器的方法。根据所述方法，独立地选择变压器单元集合中的每个变压器单元的驱动参数，以便修改串联耦合的端部处的电气状况。所述集合中的所述变压器单元串行相连以形成串联耦合。在所述集合的至少一个变压器单元中，通过磁相互作用将电能从至少一个第一线圈传递到至少一个第二线圈。根据所选择的驱动参数控制所述变压器单元集合中的所述变压器单元，以便调整所述集合中的所述变压器单元中的至少一个变压器单元的占空比并实现所述电气状况的修改。 [0006] 一个备选实施例涉及一种用于配置变压器的方法，所述变压器包括串行相连以形成串联耦合的变压器单元的集合。根据所述方法，选择所述变压器单元中要被激活的至少一个变压器单元以及所述集合中要被去激活的至少一个其它变压器单元，以便通过磁相互作用将电能从所激活的变压器单元中的至少一个第一线圈传递到至少一个第二线圈，以在所述串联耦合的端部处形成转换后的电压。根据所述选择来控制所述变压器单元中的开关，以生成所述转换后的电压。在此，所述变压器单元集合中的所述变压器单元的所述第一线圈通过驱动线并联耦合，并且其中所述开关将所述驱动线连接到相应第一线圈。 附图说明[0008] 本公开将参考附图在下面对优选实施例的描述中提供详细说明，这些附图是： [0009] 图1是根据一个示例性实施例的变压器单元的高级框图； [0010] 图2是根据一个示例性实施例的包括变压器单元的变压器系统的高级框图； [0011] 图3和4是示出根据一个示例性实施例的在周期的各阶段，不同输出抽头处的变压器单元选择的图； [0012] 图5A和5B是示出根据示例性实施例的在变压器单元链的不同区域处实现不同电压电平的示意图； [0013] 图6是根据一个示例性实施例的用于配置变压器系统的方法的高级框图/流程图；以及 [0014] 图7是根据一个示例性实施例的主开关的高级框图。 具体实施方式[0015] 如上所述，变压器系统和电压转换器具有广泛的应用。但是，对于小型硅驱动器结构、布线配置、集成磁设备等而言，传统的转换器配置可能并不可行或并非最优。为了提供可行性和最优性，本发明涉及包括可独立地驱动或整流的一系列变压器单元链的变压器系统。在此，变压器单元可被单独激活或去激活以实现电压转换并获得期望电压。此外，单独地驱动或整流的单元可被控制以获得期望电流或波形。备选地或附加地，可修改独立地驱动的单元的占空比，以实现目标电压、阻抗、电流和/或波形。根据其它示例性方面，可选择每个单元的输出抽头位置来获得期望电压、阻抗或波形。具体而言，可生成多相位波形并且可通过相应地选择抽头位置，将变压器单元链的不同区域配置为具有不同电压。独立地驱动的变压器单元的其它优点是：只需改变变压器系统的中央控制器例程，便可使同一设备能够轻松地适用于具有不同电压、阻抗、波形和/或电流规格的各种不同系统。例如，可根据将实现变压器的系统的特定规格，修改控制器来激活/去激活变压器单元、配置变压器单元的占空比和/或分别选择单元的输出抽头位置。 [0016] 本技术领域的技术人员知道，本发明的各方面可以实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件，还可以是硬件和软件方面结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明的各方面还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。 [0017] 可以采用一个或多个计算机可读介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是—但不限于—电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。 [0018] 计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括—但不限于—电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。 [0019] 计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括—但不限于—无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明的各方面的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如”C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。 [0020] 下面将参照本发明实施例的方法、装置（系统）和计算机程序产品的流程图和/或框图描述本发明的各方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，这些计算机程序指令通过计算机或其它可编程数据的处理器执行，产生了实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的装置。 [0021] 也可以将这些计算机程序指令存储在能使得计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备以特定方式工作的计算机可读介质中，这样，存储在计算机可读介质中的指令就产生出一个包括实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的指令装置的制造品。也可以将计算机程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机或其它可编程装置上执行的指令能够提供实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的过程。 [0022] 附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的一个或多个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。 [0023] 将理解，本发明将根据给定示例性体系结构进行描述；但是，在本发明的范围之内，也可以采用其它体系架构、结构、基材和处理特征与步骤。 [0024] 还将理解，当元件被称为与另一元件“连接”或“耦合”时，该元件可以直接连接或耦合到其它元件，或者也可以存在中间元件。与之对照，当元件被称为与另一元件“直接连接”或“直接耦合”时，则表示不存在中间元件。 [0025] 变压器系统或设备的集成电路芯片设计可以通过图形计算机程序设计语言创建，并存储于计算机存储介质（例如，盘、磁带、物理硬驱动器或诸如存储存取网络中的虚拟硬驱动器）中。如果设计者未制造芯片或用于制造芯片的光刻掩模，则设计者通过物理方法（例如，提供存储设计的存储介质的副本）或电子方法（例如，通过互联网）直接或间接地将结果设计传输到此类实体。然后将存储的设计转换为适当的格式（例如，GDSII）以便制造光刻掩模，它通常包括要在晶片上形成的所述芯片设计的多个副本。所述光刻掩模用于限定要蚀刻或要以其他方式处理的晶片（和/或其上的层）的区域。 [0026] 此处所述的方法可用于制造集成电路芯片。制造者可以以原始晶片形式（即，作为具有多个未封装芯片的单晶片）、作为裸小片或以封装的形式分发所得到的集成电路芯片。在后者的情况中，以单芯片封装（例如，引线固定到母板的塑料载体或其他更高级别的载体）或多芯片封装（例如，具有一个或两个表面互连或掩埋互连的陶瓷载体）来安装芯片。在任何情况下，所述芯片然后都作为（a）中间产品（如母板）或（b）最终产品的一部分与其他芯片、分离电路元件和/或其他信号处理装置集成。最终产品可以是任何包括集成电路芯片的产品，范围从玩具和其他低端应用到具有显示器、键盘或其他输入设备及中央处理器的高级计算机产品。 [0027] 现在参考附图，其中相同的标号表示相同或类似的部件，首先参考图1，其中示意性地示出根据一个示例性实施例的变压器单元100。根据本实施例的转换由小型的一对一或者一对多变压器单元100组成的串联链执行，而非使用执行功率转换的单个大型多匝式变压器例如作为切换功率调节器，所述变压器单元100通过分布式局部场效应晶体管（FET）驱动和整流，这些晶体管在单元100中被表示为开关Sw0102、S1104、S2106、S3108和S4110。每个局部变压器100及其关联的场效应晶体管（FET）网络形成链中重复的单元元件，如图2的系统200中所示，其中变压器c01000、c11001、c21002、c(N-1)100N-1和cN100N形成串联链或耦合202。在此，串联链202包括单独或近乎单独地驱动或整流的变压器单元100。链202充当一种多抽头或可变匝数（自耦变压器）变压器，其中可通过选择要驱动的单元100和/或选择的输出Sw0-S4来实现电压选择、阻抗匹配、电流选择和/或多相位操作。 此外，单个单元100的大小较小，这允许以高切换频率工作，从而减小变压器元件的最小大小。系统200还可通过改变各个变压器单元100的占空比来实现电压、电流、阻抗匹配及波形的调整。在此，可采用高压硅器件。 [0028] 应指出的是，在下面的描述中，变压器单元100和变压器系统200实现为升压转换器。但是应理解，可通过使输入和输出反转以及交换驱动器和整流器而将变压器单元100和变压器系统200实现为降压转换器。例如，为了将单元100和变压器系统200用作降压转换器，输入功率应与变压器单元的串联侧相连（例如，在120）并且在变压器单元的并联侧（例如，在开关102和线204之间）抽取功率。电压监视信号应连接到当前的低压输出侧（例如，在122）。开关保持不变，但是现在执行交换功能，其中“驱动器”位于输入电压侧，而“整流器”位于输出侧。 [0029] 图1和2所示的变压器单元100以及图2所示的变压器系统200被配置为在每个单元100中具有三相输出。可以在单元100和系统200中实现其他数量的相，最简单的情况是单相直流（DC）输入和DC输出。 [0030] 在变压器单元100中，由高频（1兆赫-100兆赫）处的FET对sw0102切换初级低DC电压以将DC电压施加于所示的初级铜线圈112和114上。借助固定的DC输入，在变压器中生成方波交替符号电流（alternating sign current）。当输入电压为正时，开关102被设为将电流导入线圈112并且线圈114中没有任何电流。依次地，当输入电压为负时，开关102被设为将电流发送到线圈114并且线圈112中没有任何电流。如图7所示，开关102可实现为具有两个开关组件102a和102b，其中第一组件102a与线圈112相连，第二组件102b与线圈114相连。在此，当输入电压为正时，第一开关组件接通，而第二开关组件开路。相反，当输入电压为负时，第一开关组件开路，而第二开关组件接通。备选地，可使用单个初级线圈。但是，在这种情况下，应使用另一对FET在初级线圈两端交换地和输入DC电压。这将导致更多的FET切换损耗。 [0031] 开关102a和开关102b上的线圈沿相反方向缠绕，使开关102a开路并使开关102b闭合具有颠倒变压器内电流方向的作用。开关102a和开关102b为变压器产生交流电（AC）。然后，输出开关接收该变压器输出AC并对其进行整流以将该输出转换为DC或低频。这样，为了生成正电流，在高频时段的前半段使102a闭合。 [0032] 磁芯116将初级线圈112、114与次级线圈118进行磁耦合，从而在次级输入120和次级输出122之间产生电压。控制器120可通过使用FET开关S1104、S2106、S3108和S4110，与初级切换电流同步地选择可能的抽头位置相位1124、相位2126和相位3128以及高地（high ground）130。仅当特定单元的控制逻辑140根据其从控制器201接收的信号选择FET开关时，才激活所述FET开关。 [0033] 如图2所示，单元1000-100N被链接在一起以形成整体逆变器系统。具体而言，单元100的初级组件的输入通过驱动线204进行并联，并且经由开关Sw0102进行控制。依次地，次级输出122被串联以实现沿着串联耦合链202使电压升高。在此，次级线圈118全部链接在一起，以便沿着链202的电压是所有单元中次级线圈生成的所有电压之和，对于n个2 空载变压器而言，这些单元的初级线圈通过以下公式进行驱动：Vout=v*n*t，其中Vout是n个变压器的串联耦合的端部或边缘之间的电压，v是n个变压器集合中的给定单元100的次级输入120与次级输出122之间的电压，以及t是变压器的输出/输入线圈匝数比。优选匝数比为t=1。 [0034] 通常，控制器201沿着足以生成串联耦合202两端处的连接点206和208之间的期望输出电压的链202中的一段，同步地驱动变压器单元100的初级线圈组件。同样，应指出的是，连接点可以对应于沿链中任一段的两端，所述任一段也可以形成串联耦合。所述段可以仅包括被激活的单元，也可以包括被激活和被去激活的单元。一种实现此转换的简单方法是在单元c01000处实现第一连接206（位于第一变压器之前并且不包括变压器本身），以及在单元1001…100N的末端处实现第二连接208，其中N足以生成最大输出电压差。高压侧连接可通过控制器201激活以对高压相位进行整流并驱动该相。例如，对于DC-DC供电而言，单元1000连接到输出（高）接地，100N连接到射频（rf）周期前半段的输出，并且对于rf周期的后半段，单元1000连接到rf周期前半段的输出，100N连接到输出接地，从而对rf整流。输入电压上的小型电容器可帮助通过rf周期提供变化的电流。 [0035] 根据一个实例，可使用系统200转换太阳能电池的电压。例如，可采用被激活的近3401:1单元或1701:2单元，将提供100瓦功率的1.5伏太阳能电池转换为240伏三相电压。每个1:2单元的初级线圈中的电流大约只有400毫安。对于大约4平方毫米的总芯片面积而言，此类系统的各个单元可小至20000平方微米。 [0036] 应指出的是，对于以升压转换模式工作的系统200而言，由于切换频率远高于多相位高电压（例如，大约50赫兹到大约440赫兹，这是常见的AC频率），因此，抽头的选择允许在单元100的输出相位上具有任意（尤其是正弦）输出波形。在最简单的实施方式中，对于10:1DC升压转换，近10个1:1变压器的次级线圈串联在一起，同时并行地驱动输入。高切换频率还允许使用可集成到硅中的小型滤波电容器。芯片还可以包括用于相位及电压同步的读出和通信能力、安全特征、启动能力和可设计性。 [0037] 如上所述，控制器201可通过改变活动变压器100的数量来实现阻抗匹配。在此，阻抗匹配是电压转换中所固有的。 [0038] 在实施例200中，控制器或控制逻辑201选择要驱动单元1000-100N中的哪些单元。控制逻辑201还通过逐渐增加驱动的单元数控制加电，从而避免电流浪涌问题并提供外部控制信号，所述外部控制信号可用于打开和关闭逆变器系统200并控制该系统中的电源电压、电流、相位及相位时序。控制逻辑201还可以引入确保不超过电压和电流阈值的安全系统，以及相位同步元件。对于诸如太阳能电池阵列之类的多电源系统（其中，避免驱动去激活的电网很重要）而言，控制逻辑201中还可以包括外网功率传感器。链202中的多单元配置所提供的灵活性将允许针对不同类型的DC-DC和多相系统配置同一设备。可通过将这些芯片或链202并联在一起来创建高功率系统，其中控制逻辑用于同步它们的输出。可通过能够由输入电压供电的控制逻辑201的低压部分实现启动引导。一旦系统被初始化，便可通过在单元中添加内部DC相，或者通过简单地使用某些专用单元作为内部电压，来为控制逻辑供电。 [0039] 应指出的是，为了方便起见，驱动器（输入电压）开关和整流器（输出电压）开关被称为驱动器开关周期。对于变压器而言，输出电压通常相对于输入延迟大约1/4周期。整流器开关的切换延迟可以被定时以最小化跨开关的电压以及改变开关状态期间的开关功率损耗。此外，可调整驱动器开关接通的时间量以修改输出电压。对于本实施例而言，此操作可概括为：通过共同或单独调整驱动器开关的接通时间来调整输出电压（多个）。 [0040] 如上所述，选择活动单元100的抽头位置允许控制输出波形，同时获得期望的目标电压。例如，对于多相输出而言，具有活动相位输出的单元根据输出相位周期（比rf切换慢得多）改变，从而生成适当的输出电压。再次地，每半个rf周期都会发生顺序逆转以执行整流。图3和4提供将单元0（c0）1000作为整个周期内驱动单元链开头并输出预定波形的单元选择的一个实例。 [0041] 在图3和4中，示出三相输出的抽头选择，其中纵轴表示为其选择（例如，通过将开关104、106、108或110设为“接通”或耦合状态）特定抽头（相位1124、相位2126、相位3128、高地130）的单元的数量，横轴表示在该处做出选择的相位角。图中仅示出可能的抽头计数方法之一。带有极限电压抽头的相被设为单元0，该相在正半周期内为正值，在负半周期内为负值。在每个正/负半周期之间，抽头编号顺序被交换以进行整流。极限抽头在周期内变动并且抽头范围随期望平均电压而成比例改变。应指出的是，输出相位的接地连接也被切换。可启用此特性的输出上具有滤波电容器，但是这些电容器可能非常小，因为切换频率很高。 [0042] 为了更好地示出如何根据抽头位置选择获得期望波形，现在参考表1，其中示出一组特定的抽头位置选择。在下面的表和描述中，“0A”指上述开关102的第一开关组件102a，“0B”指上述开关102的第二开关组件102b。 [0043] 表1 [0044] [0045] [0046] 所述选择生成三个输出：相位1、相位2和相位3，其中它们与公共地之间具有120度相位差。表1示出具有到输出的连接的单元数。表1中还指定了开关选择。电路或系统200通过以恒定速度逐个经过相位角值，以在等于期望输出周期的时间内完成整个360范围来执行操作。根据高频切换相位的不同，即，根据开关0A或0B在选定单元中是否接通，开关设置也有所不同。选定单元是那些在该相位处，具有表格中的0与最大单元号之间的编号的单元。例如，当相位角值为40并且0A接通时，单元100154的开关1104接通，从而将单元输出连接到相位1124输出，单元100100的开关2105接通，从而将变压器输出连接到相位2126输出，单元1000的开关3108接通，从而将单元输出连接到相位3128输出，以及单元 10085的开关4110接通，从而将变压器输出连接到输出地130。在0A接通的半高频周期期间，对于1000和100154之间的单元，所有0A开关都将接通。当相位角值为40并且0B接通时，单元1000的开关1104接通，从而将单元输出连接到相位1输出124，单元10053的开关 2106接通，从而将变压器输出连接到相位2输出126，单元100154的开关1083接通，从而将单元输出连接到相位3输出128，以及单元10085的开关4110接通，从而将变压器输出连接到输出地130。在0B接通的半高频周期期间，对于1000和100154之间的单元，所有0B开关都将接通。当相位值为360时，立即将该相位值重置为0。 [0047] 表1示出具有36个相位步进的情况。相位步进数可根据精度和输出滤波要求而改变。对于其它输出电压和输出负载，将重新计算该表，因为单元数将随期望输出电压成线性增加，并且随输出负载相反地变动。下面的表2提供选择单元和输出抽头位置的另一实例。 [0048] 表2 [0049] [0050] [0051] [0052] 在表2提供的实例中，输出电压是表1中输出电压的一半，或者输出负载是表1中输出负载的两倍。一般而言，可针对相位i，根据以下方式计算多个相位的表值，所述多个相位在给定时间处，针对相位[0,N]的输出相位电压值为V0…VN： [0053] 0A接通时的单元值=S*(Vi-min(V0,…,VN))，其中S是输出/输出电压增益比，min是最小电压值。对于表中OB接通时的部分，相位i的单元值为S*(-Vi-min(V0,…,VN))。 [0054] 系统200的配置允许非常自由地混合和匹配电压与接地抽头点。如果链或串联耦合202具有足够长度，则链耦合202可通过配置，使得链202的不同区域能够提供不同的电压电平，唯一的限制是链电压电平是连续的。可通过在链中添加FET来缓解此连续限制，其中需要权衡FET功耗。不同单元上的rf驱动相位决定连续单元之间的电压振幅增加还是减少。另外应指出的是，链可以增加可能的输出电流。此外，通过在单元中使用更多抽头，除相位输出以外或替代相位输出，可以获得其他电压。但是应注意在一个抽头处抽取的功率，因为它可能影响其它输出。例如，可实现小型功率抽取抽头以确保对其它输出的影响最小。 [0055] 图5A和5B示出根据示例性实施例在变压器单元链202的不同区域处实现不同电压电平，其中横轴对应于变压器单元号（即，1,…,N），纵轴对应于在变压器单元1000与对应变压器单元100n处的选定输出抽头之间提供的电压。如图中所示，除了多个相位之外，可以提取多个DC电平。如果链202中具有足够数量的变压器单元100，则可以折叠或分解链202，以通过颠倒rf相位产生多个点来获得给定电压，如图5A和5B所示。 [0056] 根据一个实例，对于为10的DC输出增益比，可使用单元1000-10010获取期望电压比，如下表3所示。该表只有一个相位值0，因为输出为DC。 [0057] 表3 [0058] [0059] 如果变压器链中具有更多单元，则可以以定期方式使用更多变压器单元来获取附加功率能力，如下表4所示。在此，多个输出侧开关同时接通。沿变压器单元的电压变化呈锯齿状。 [0060] 表4 [0061] [0062] 各实施例可以实现锯齿状链分段，如果所有输出具有相同符号，则所述分段延伸到最大电压，如果需要相反的符号，则所述分段根据从正电压到负电压的顺序延伸。下面的表5和6示出这些情况下的抽头选择。 [0063] 表5-+V和+V*0.3的实例输出 [0064] [0065] 表6-+V和-V*0.3的实例输出 [0066] [0067] 现在参考图6，其中示意性地示出用于控制变压器系统的示例性方法600。可执行方法600来控制上述系统200。此外，应指出的是，上述每个方面均可通过方法600实现。例如，所述有关电压转换、阻抗匹配、电流控制和波形操纵的特性可以通过方法600实现。方法600可以从步骤610开始，其中控制器201可以选择链202中每个单元100的驱动参数，以修改链202中形成的串联耦合的端部处的电气状况。此外，在步骤620，一个或多个变压器单元100的控制器140可以根据在步骤610选择的驱动参数来控制变压器单元。控制器140可以控制它们对应的单元，以便至少一个变压器单元的驱动方式不同于集合202中的至少一个其它变压器单元。此外，在步骤630，一个或多个变压器100的磁芯可以根据驱动参数实现变压操作。例如，磁芯包括初级线圈112、114和次级线圈118，磁芯116可以通过磁相互作用，将电能从初级线圈传输到次级线圈。在此，步骤620和630可以同时执行。 [0068] 根据各示例性方面，在步骤610，控制器201可以选择驱动参数611以修改变压器单元1000-100N的集合形成的串联耦合的端部处或位于该集合内的串联耦合端部处的电气状况，例如期望电压612、电流613和/或波形615。例如，控制器201可通过选择表示1000-100N中要被激活和去激活的单元的驱动参数，独立地驱动单元1000-100N，如上所述。 例如，如图1和2所示，单元1000-100N的初级线圈112和114通过驱动线路204并联耦合，该驱动线又经由对应的开关Sw0102连接到每个变压器单元100中的初级线圈112和114。 对应变压器单元的控制器140可以从控制器201获取其变压器单元的相应驱动参数，并且可以在步骤620根据驱动参数来激活或去激活其对应的变压器单元100，方式为：在子步骤 622，在激活情况下将其相应开关102设为“接通”或导通状态，其中被激活的单元在步骤 630传递电能，或者在去激活情况下设为“断开”或非导通状态。通过这种方式，控制器201可以在变压器集合202形成的串联耦合的端部处生成期望的转换后的电压612。如上所述，系统200以及方法600可以实现下变频（down-converted）电压或上变频（up-converted）电压。备选地或附加地，控制器201还可使用驱动参数在给定变压器单元100n和/或串联耦合的输出处获得期望波形。如上所述，根据所选择的驱动参数控制变压器单元可以生成期望波形。控制器201可以监视并读出系统200中的点203和205处的电压和电流，以便选择驱动参数。 [0069] 应指出的是，串联耦合可以对应于集合20形成的链的任何区域，其中包括整个链或该链的一部分。例如，如上所述，链中不同的区域可以具有不同的输出电压。例如，变压器1000的末端206与给定变压器单元100n的输出122之间的输出电压可以随n而变化，如上面参考图5A和5B所述。此外，在给定串联耦合中，无需激活所有单元来获得串联耦合端部之间的期望电气状况。 [0070] 备选地或附加地，可通过选择每个单元100的特定输出抽头位置124、126、128和130以实现期望电压、阻抗和/或多相位波形来控制电气状况，如上所述。在步骤610，控制器201可以在每个单元100或至少一个单元子集的输出抽头位置124、126、128和130之间进行选择，并且可以包括选择发送到每个对应电源的控制逻辑140的驱动参数。接着，在步骤620的子步骤624，控制逻辑140可以根据驱动参数611控制开关104、106、108和110的状态以实现选定的抽头位置，所述驱动参数还可以包括用于获取期望电压、阻抗和/或多相位波形的预定切换频率。 [0071] 另外，如上所述，还可使用对活动单元及输出抽头位置的选择而在给定单元的输出处获得期望电流。 [0072] 备选地或附加地，控制器201可以控制链202中的一个或多个变压器单元的占空比以实现期望电压、阻抗、电流和/或波形。例如，可以定期激活和去激活不同的单元以在链中的给定串联耦合处获得期望电压、阻抗、电流和/或波形。控制器201可以通过在发送到控制器140的驱动参数中包括指示信息，向变压器单元1000-100N的控制器140指示何时激活和去激活它们各自的单元。此外，占空比修改还可结合输出抽头位置选择，如上所述。因此，控制器201可在步骤610选择驱动参数以实现变压器单元的占空比修改，并且控制器 140可在步骤620根据驱动参数控制变压器。如上所述，控制器201可通过控制器140独立地驱动变压器单元以实现预定的占空比。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈