【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种功率逆变器。
技术介绍
1、使用磁场和/或电场无线地传输能量的某些应用，例如感应加热、介电加热、等离子体生成和无线充电，可能受益于在mhz频率下工作。这是因为与khz频率相比，在mhz频率下可以实现更好的能量耦合。然而，在mhz频率下操作在产生驱动线圈或电极所需的交流电压所需的电力电子设备方面存在挑战。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种功率逆变器，包括：用于连接到直流电压的输入；第一电感器和第二电感器，每个电感器具有第二端子和连接到输入的第一端子；第一开关，具有连接至第一电感器的第二端子的第一端子以及连接至接地的第二端子；第二开关，具有连接至第二电感器的第二端子的第一端子以及连接至接地的第二端子；第一电容器，与第一开关并联连接；第二电容器，与第二开关并联连接；第一网络，具有连接至第一开关的第一端子的第一端子以及连接至第二开关的第一端子的第二端子，第一网络包括串联连接的第三电容器、第三电感器和第四电容器；第四电感器，具有第二端子和连接至第一网络的第一端子的第一端子；第五电感器，具有第二端子和连接至第一网络的第一端子的第一端子；第五电容器，具有连接到第四电感器的第二端子的第一端子和连接到第五电感器的第二端子的第二端子；第二网络，具有连接到第五电容器的第一端子的第一端子和连接到第五电容器的第二端子的第二端子，第二网络包括串联连接的第一子网络、输出电容器和第二子网络，其中每个子网络包括串联连接的电容器和电感器；一对输出，每个输出连接至输出电容器的端子；和控制器，用于控
2、使用本专利技术的功率逆变器，在输出处产生交流电压。然后，输出电压的频率由开关的切换频率限定。功率逆变器包括多个谐振网络和子网络。因此，在mhz频率下可以实现相对较高的效率。
3、采用传统全桥拓扑的直流-交流功率逆变器通常在khz频率下有效。然而，随着操作频率增加到mhz，切换损耗显着增加，寄生电感和电容限制了这种功率逆变器的性能。
4、另一方面，本专利技术的功率逆变器包括单对开关。因此，与全桥拓扑相比，可以减少切换损耗。此外，通过适当选择各种部件的电感和电容，可以实现零电压切换。此外，寄生电感和电容被吸收，因此不限制或影响功率逆变器的性能。
5、控制器可在0.5±5％的占空比下切换开关。因此，传输到输出的功率在功率逆变器的两侧均衡良好。相比之下，如果占空比超出此范围，则功率传输将不平衡，即功率逆变器的一侧将传输比另一侧更多的功率。因此，由于逆变器一侧的损耗增加，功率逆变器的效率将降低，功率逆变器的一侧将变得更热。此外，输出处的交流电压将具有更高的谐波含量。
6、出于类似的原因，以下项中的一个或多个的比率可以为1.0±5％：(i)第一电容器和第二电容器的电容、(ii)第三电容器和第四电容器的电容、(iii)第四电感器和第五电感器的电感以及(iv)第一子网络和第二子网络的电感器的电感。
7、控制器可以以至少10mhz的切换频率切换开关。更具体地说，控制器可以以至少20mhz的切换频率切换开关。通过在如此高的频率下操作，可以在功率逆变器和能量所传输到的负载之间实现更好的能量耦合。
8、可以通过适当选择各种部件的电感和电容来提高功率逆变器的效率。特别地，可以减少切换损耗。实际上，可以实现零电压切换。为此，功率逆变器可以包括以下可选特征中的一个或多个。
9、可选地，第一网络可以具有ω1的谐振频率，控制器可以在ωs的切换频率下切换开关，并且ω1/ωs的比率可以为0.64±20％。
10、可选地，第一电容器可具有电容c1，第二电容器可具有电容c2，第三电容器可具有电容c3，第四电容器可具有电容c4，且比率c3/c1和c4/c2各自可为1.395±20％。
11、可选地，第三电感器可具有电感l3，第四电感器可具有电感l4，第五电感器可具有电感l5，第一子网络的电感器可具有电感l6，第二子网络的电感器可具有电感l7，其中l6＝l4–0.145*l3±20％并且l7＝l5–0.145*l3±20％。
12、可选地，控制器可以在ωs的切换频率下切换开关，第五电容器可以具有电容c5，第一子网络的电感器可以具有电感l6，第二子网络的电感器可以具有电感l7，其中l6和l7中的每一个可以等于2/(ωs2.c5)±20％。
13、每个子网络可以包括与电感器和电容器串联连接的另外的电感器，并且第一子网络和第二子网络的另外的电感器可以相互耦合。这样的好处是，互感可以补偿使用过程中可能出现的功率逆变器的电抗的变化。例如，跨功率逆变器的输出的负载的电抗在使用过程中可能发生变化，并且功率逆变器可以配置为使得另外的电感器的耦合系数也发生变化，使得电抗的净变化减小。例如，随着负载电容的增加或负载电感的减小，功率逆变器可以配置为使得耦合系数增加，并因此互感增加以进行补偿。
14、另外的电感器可以具有不大于0.5的耦合系数。因此，可以避免另外的电感器的过耦合，否则这可能会在功率瞬变(例如通电和断电)期间对功率逆变器的行为产生不利影响。
15、控制器可以以ωs的切换频率切换开关，第一子网络的另外的电感器可以具有电感l8，第二子网络的另外的电感器可以具有电感l9，另外的电感器可以具有耦合系数k，并且输出电容器可以具有电容c8，其中
16、
17、耦合效率可以是可调的。因此，可以调节互感以补偿功率逆变器电抗的变化。如上所述，跨功率逆变器输出的负载的电抗在使用过程中可能会有所不同。然后可以调节另外的电感器的耦合系数，从而减小电抗的净变化。
18、另外的电感器可以相对于彼此可移动以调节耦合系数。这为调整耦合系数提供了一种方便的方法。耦合系数可以与另外的电感器的间隔成反比。因此，当另外的电感器彼此靠近移动时，耦合系数增加，而当另外的电感器彼此远离移动时，耦合系数减小。
19、本专利技术还提供了如前述任一段落的第一功率逆变器和第二功率逆变器，其中第一功率逆变器输出第一交流电压，第二功率逆变器输出第二交流电压，第二交流电压具有与第一交流电压相同的频率，并且第二交流电压具有相对于第一交流电压180度的相位角。
20、对于给定的输入电压，与单个功率逆变器相比，功率系统能够将更高的输出功率传输到负载。可以想象，通过使用更高的输入电压，用单个功率逆变器可以实现相同的输出功率。然而，单个逆变器将遭受更高的功率损耗。使用本专利技术的功率系统，可以更有效地获得给定的输出功率。
21、每个子网络可以包括与电感器和电容器串联连接的另外的电感器。第一功率逆变器和第二功率逆变器的第一子网络的另外的电感器可以相互耦合，并且第一功率逆变器和第二功率逆变器的第二子网络的另外的电感器可以相互耦合。通过将两个功率逆变器的另外的电感器相互耦合，互感可以补偿使用过程中可能出现的功率系统电抗的变化。例如，在使用期间，跨功率系统的输出的负载电抗可以变化，并且功率系统可以配置为使得每对另外的电感器的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种功率逆变器，包括：
2.根据权利要求1所述的功率逆变器，其中，所述控制器在0.5±5％的占空比下切换所述开关。
3.根据权利要求1或2所述的功率逆变器，其中，(i)第一电容器和第二电容器的电容、(ii)第三电容器和第四电容器的电容、(iii)第四电感器和第五电感器的电感以及(iv)第一子网络和第二子网络的电感器的电感中的一个或多个的比率为1.0±5％。
4.根据前述权利要求中任一项所述的功率逆变器，其中，所述控制器以至少10Mhz的切换频率来切换所述开关。
5.根据前述权利要求中任一项所述的功率逆变器，其中，所述第一网络具有ω1的谐振频率，所述控制器以ωS的切换频率切换所述开关，并且ω1/ωS的比率为0.64±20％。
6.根据前述权利要求中任一项所述的功率逆变器，其中，所述第一电容器具有电容C1，所述第二电容器具有电容C2，所述第三电容器具有电容C3，所述第四电容器具有电容C4，比率C3/C1和C4/C2均为1.395±20％。
7.根据前述权利要求中任一项所述的功率逆变器，其中，所述第三电感器具有
8.根据前述权利要求中任一项所述的功率逆变器，其中，所述控制器以ωS的切换频率切换所述开关，第五电容器具有电容C5，第一子网络的电感器具有电感L6，第二子网络的电感器具有电感L7，其中L6和L7分别等于2/(ωS2.C5)±20％。
9.根据前述权利要求中任一项所述的功率逆变器，其中，每个子网络包括与电感器和电容器串联连接的另外的电感器，并且所述第一子网络和第二子网络的所述另外的电感器相互耦合。
10.根据权利要求9所述的功率逆变器，其中，所述另外的电感器具有不大于0.5的耦合系数。
11.根据权利要求9或10所述的功率逆变器，其中，所述控制器以ωS的切换频率切换所述开关，所述第一子网络的另外的电感器具有电感L8，所述第二子网络的另外的电感器具有电感L9，所述另外的电感器具有耦合系数k，并且所述输出电容器具有电容C8，其中
12.根据权利要求9至11中任一项所述的功率逆变器，其中，耦合效率是可调节的。
13.根据权利要求9至11中任一项所述的功率逆变器，其中，所述另外的电感器能够相对于彼此移动以调节所述耦合系数。
14.一种功率系统，包括根据权利要求1至8中任一项所述的第一功率逆变器和根据权利要求1至8中任一项所述的第二功率逆变器，其中，所述第一功率逆变器输出第一交流电压，所述第二功率逆变器输出第二交流电压，所述第二交流电压具有与所述第一交流电压相同的频率，并且所述第二交流电压具有相对于所述第一交流电压180度的相位角。
15.根据权利要求14所述的功率系统，其中，每个所述子网络包括与电感器和电容器串联连接的另外的电感器，所述第一功率逆变器和第二功率逆变器的第一子网络的另外的电感器互相耦合，并且所述第一功率逆变器和第二功率逆变器的第二子网络的另外的电感器互相耦合。
16.根据权利要求15所述的功率系统，其中，所述第一子网络的另外的电感器以及所述第二子网络的另外的电感器具有不大于0.5的耦合系数。
17.根据权利要求15或16所述的功率系统，其中，所述控制器以ωS的切换频率切换所述第一功率逆变器和第二功率逆变器的开关，所述第一子网络的另外的电感器中的每一个具有电感L8，所述第一子网络的另外的电感器具有耦合系数k，并且所述第一功率逆变器和第二功率逆变器的输出电容器中的每一个具有电容C8，其中
18.根据权利要求15至17中任一项所述的功率系统，其中，所述耦合系数是可调节的。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的功率系统，其中，所述第一功率逆变器的另外的电感器能够相对于所述第二功率逆变器的另外的电感器移动以调节所述耦合系数。
20.一种头发护理造型器具，包括多个电极和根据前述权利要求中任一项所述的功率逆变器或功率系统，其中，每个电极连接到相应的输出。
21.根据权利要求20所述的头发造型器具，其中，所述器具包括具有一对臂的主体，所述臂能够相对于彼此移动，并且所述电极附接到所述臂或容纳在所述臂内。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种功率逆变器，包括：
2.根据权利要求1所述的功率逆变器，其中，所述控制器在0.5±5％的占空比下切换所述开关。
3.根据权利要求1或2所述的功率逆变器，其中，(i)第一电容器和第二电容器的电容、(ii)第三电容器和第四电容器的电容、(iii)第四电感器和第五电感器的电感以及(iv)第一子网络和第二子网络的电感器的电感中的一个或多个的比率为1.0±5％。
4.根据前述权利要求中任一项所述的功率逆变器，其中，所述控制器以至少10mhz的切换频率来切换所述开关。
5.根据前述权利要求中任一项所述的功率逆变器，其中，所述第一网络具有ω1的谐振频率，所述控制器以ωs的切换频率切换所述开关，并且ω1/ωs的比率为0.64±20％。
6.根据前述权利要求中任一项所述的功率逆变器，其中，所述第一电容器具有电容c1，所述第二电容器具有电容c2，所述第三电容器具有电容c3，所述第四电容器具有电容c4，比率c3/c1和c4/c2均为1.395±20％。
7.根据前述权利要求中任一项所述的功率逆变器，其中，所述第三电感器具有电感l3，所述第四电感器具有电感l4，所述第五电感器具有电感l5，所述第一子网络的电感器具有电感l6，第二子网络的电感器具有电感l7，其中l6＝l4–0.145*l3±20％，l7＝l5–0.145*l3±20％。
8.根据前述权利要求中任一项所述的功率逆变器，其中，所述控制器以ωs的切换频率切换所述开关，第五电容器具有电容c5，第一子网络的电感器具有电感l6，第二子网络的电感器具有电感l7，其中l6和l7分别等于2/(ωs2.c5)±20％。
9.根据前述权利要求中任一项所述的功率逆变器，其中，每个子网络包括与电感器和电容器串联连接的另外的电感器，并且所述第一子网络和第二子网络的所述另外的电感器相互耦合。
10.根据权利要求9所述的功率逆变器，其中，所述另外的电感器具有不大于0.5的耦合系数。
11.根据权利要求9或10所述的功率逆变器，其中，所述控制器以ωs的切换频率切换所述开关，所述第一子网络的另外的电感器具有电感l8，所述第二子网络的另外的电感器...
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