产生电流的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种输出电流可控的电源。在现有技术中，存在同时提供电流输出的高变化率和高效率的问题。本发明专利技术的解决方案基于组合的电流部件，由此通过切换电流部件的输出来控制电流。电流部件可采用例如降压变换器来实现，从而使功耗变小。

【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输出电流可控的电源。本专利技术可用来例如为无线电发射机等提供 源电流(supply current)。
技术介绍
在电子系统中需要不同的工作电压。 一般，这些工作电压是由所谓的电源产生的。 通常，电源被分为所谓的线性电源和所谓的开关电源。功率半导体器件以所谓的线性状态 (即，电流和电压均同时影响这些功率半导体器件)在线性电源中使用。当从一个工作点移 动到另一个工作点时，电流和电压值线性变化。线性电源的优点是快速响应和精确调节，由 此，例如，可实现输出电压的精确且快速的调节。然而，缺点在于它们具有高功耗(即，低效 率)。该功耗直接与电压和电流的乘积成比例，电压和电流的变化会同时影响功率半导体器 件。在开关电源中，在两个极值点(即，开关完全开启或完全关闭)之间驱动功率半导体器 件，在此种情况下，电压和电流不能同时影响功率半导体器件，从而功耗保持得比较低。然 而，在开关电源中，还必须使用用于在不同的电压电平之间进行耦合的电感部件，而由于电 感部件(如，电感器)的电流不能极快速地变化，所以会引起缓慢响应。 通常，电子设备的工作电压是恒定的。在一些特定应用中，例如，尽管无线电发射 机具有良好的线性，但其固定工作电压会引起低效率。这是因为在输出阶段产生功耗，其功 耗与固定工作电压、瞬态输出电压之间的差值成比例。换句话说，输出阶段通过将额外的电 压转变成功耗而产生期望的输出电压。此种装置造成总的效率比较低，近来，已经开发了用 于改进该问题的多种方法。一种方法是所谓的"包络线追踪(envelope tracking)"方法，其 中，控制电源输出阶段的电压以使其对应于相应的瞬态输出电压，在此种情况下，在输出阶 段转换成功耗的功率会变得更少且效率提高，这是通常期望的特性。这种包络线追踪的电 源通常通过并联连接具有高效率产生需要的电流的功能的开关式变换器和具有处理输出 电压的精确调节的功能的线性电源来形成。由于用开关式变换器来支配主要的能量，所以 整个系统的效率比较高。实际上，开关式变换器的有限速度引起高效产生电力的交流分量 的频率上限。换句话说，在某一产生的电力的频率之上，线性电源必须产生大部分的电力， 在这种情况下，总效率变低。例如，用于产生包含20MHz交流分量的电力的电路已在文献中 披露，使得总的效率降低至甚至50%以下。就特定的无线电发射机来说，如所谓的0FDMA发 射器(正交频分多址)，优选地，通过包络线追踪电路，可以高效地产生具有60MHz交流分量 的电力。 另外，在多种应用中，需要不同频率的电力，例如在音频应用中(即，音乐再现和电力放大)，又例如，在产生所谓的磁共振成像设备的梯度场中。在这些应用中，现有技术方案均不能足够高效地产生足够高频的电力分量(electricity component)。 总体上可以说，用于产生电力的已知方法不能足够高效地产生包含足够高频分量的电力。
技术实现思路
本专利技术的目的是实现一种用于使包括高频分量的电力的产生更高效的技术方案。 根据本专利技术的方法如权利要求1的特征部分所描述的。根据本专利技术的装置如权利要求11 的特征部分所描述的。 一些优选的实施例在从属权利要求中描述。 利用根据本专利技术的方法和装置，可以高效地产生包含高频分量/高变化率电力的 电力。 在优选实施例中，产生电流，该电流被用来与线性电压放大器一起来产生无线电 发射机的运行功率。 在本方法的第二个实施例中，产生用于再现或放大音频信号的电力。 在第三个实施例中，使用本方法来产生用于形成磁共振成像设备的梯度场的电流。附图说明 接下来，将参考附图更详细地描述本专利技术，附图只是作为一种指示给出而并不用 于限制本专利技术，在附图中 图1示意性地示出了公知的包络线追踪电路； 图2示意性地示出了包络线追踪电路的电流曲线形式； 图3示出了正弦信号的形式及其最大上升速度的点； 图4示意性地示出了所谓的降压变换器(buck-converter); 图5示意性地示出了所谓的降压变换器的电感器的电流形式； 图6示意性地示出了根据本专利技术的用于产生电流的装置； 图7示意性地示出了根据本专利技术的用于产生电感器的电流的装置； 图8示意性地示出了根据本专利技术的用于产生电流的装置；以及 图9示意性地示出了从电流部件(current element)产生的电流；具体实施例方式图1示出了公知的包络线追踪电路1 ，其由并联连接的开关式变换器2和线性电源 3构成。分别将电流指令4输入到开关式变换器2以及将电压指令5输入到线性电源3，在 这种情况下，可将期望的输出电压和输出电流产生至输出点6。输出电流的大部分是由开关 式变换器2产生的，因此不会在线性电源3中产生高功耗。这是因为线性电源的功耗与影 响线性电源的电压和通过的电流的乘积成比例，由此，当电流通过开关式变换器时，在理想 情况下，电流为零。 图2示出了图1中的输出电流的交流分量的产生。输出的交流电分量的主要部分 是由开关式变换器的电流7产生的。线性阶段增加合适的电流分量9到其中，以使这些电 流的总量是期望的总输出电流8。需要注意，在开关式变换器的输出电流7中存在波纹分 量，因此，线性阶段的输出电流9使波纹分量变得平滑。同时，在快速变化的情形下，线性阶 段给出需要的快速转变电流，直到开关式变换器设置新的电流值。 图3示出正弦信号IO，该信号可以是直流电流源的交流分量。当检测用于产生这 些信号的变化率时，可以说，如果信号10是A化in"t形式，此处A是信号的振幅，"是信5号的角频率，而t是时间，信号与时间的导数可以用d/dt 二A"cos"t表示。在学术上，该 导数的最大值是最令人感兴趣的。因为cos"t项的最大值是l，所以其最大值是A"。换 句话说，当产生信号10时，变化率11A"必须是可以得到的。注意，图2和图3仅示出了电 流的交流部分；需要的输出电流通常具有主要的直流分量，其具有恒定的极性，即使存在更 小的变化的电流分量。 图4示出了常用的开关式变换器电路，所谓的降压变换器，其由可控的开关12、二 极管13以及电感器14构成。这种变换器通常用于包络线追踪电路，因此电感器14的电流 就是开关式变换器的期望的输出电流。检测电感器14电流的最大变化率是重要的，因为其 决定了根据图3的电信号分量的最大频率和最大振幅。 图5示出了图4的电感器的电流形式。该电流由上升部分15和下降部分16构成。 电流的上升部分15与最大的上升变化率相对应，而在图4的变换器的情况下，其值可为计 算值=dl/dt = U/L，其中U是电源电压Vdc的值，L是电感器14的电感。换句话说，可通 过增加电压或降低电感器的电感来增加变化率。通常，这不能无限制地实现，否则电源的输 出电流的波纹增长太大而效率下降，这是因为线性电源不得不反复工作并将该波纹从总输 出电流中消除。 图6示出了根据本专利技术的用于快速改变输出电流的装置。在该电路中，具有通过 开关20、21、22连接到输出点的若干个分离的电流源17、18、19。每个电流源17、18、19的 电流在某种程度上是恒定的，在这种情况下，输出点23的总电流能够通过打开和关闭开关 20、21、22来快速变化，而对单独的电流源的电流的变化率没有任何特定的速度要求。优选 地，开关20、2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生电流的方法，其特征在于，通过组合电流部件来产生所述电流，由此通过切换在负载与地、电源电压或其他低阻抗电位之间的电流部件的输出来控制所述电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞波里塔迈基，米卡西波拉，
申请(专利权)人：依弗有限公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]