Источник питания

Источник питания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Область техники, к которой относится изобретение, в общем, относится к источникам питания и, более конкретно, к универсальному источнику питания с выходным постоянным током

Предшествующий уровень техники

Существуют два основных класса источников питания или преобразователей: (1) Преобразователи переменного тока в постоянный ток и (2) преобразователи постоянного тока в постоянный ток. Источник питания типа преобразователя переменного тока в постоянный ток обычно преобразует напряжение переменного тока сети, в качестве входного напряжения, в выходное постоянное напряжение, и такой преобразователь можно найти, например, в таких приложениях, как бытовые усилители звука. Обычно, он может быть воплощен, либо как линейный или как импульсный источник питания. Источники питания типа преобразователя постоянного тока в постоянный ток преобразуют одно существующее постоянное напряжение в другое, например, напряжение батареи в другое более высокое или более низкое напряжение. Они обычно воплощены, как импульсный источник питания. Для обычного использования источник питания с преобразованием постоянного тока в постоянный ток преобразует напряжение и также обеспечивает изоляцию между входом и выходом.

Как правило, компоненты обычного источника питания включают в себя трансформатор, выпрямитель и сглаживающие/накопительные конденсаторы. Дополнительные компоненты, обычно используемые в импульсных источниках питания, включают в себя микросхему типа 1C управления, силовые транзисторы, цепи фильтрации и экранирование для предотвращения возникновения электромагнитных помех (EMI). Требование обеспечения еще меньших размеров оборудования привело к преобладанию импульсных источников питания.

В обычных линейных источниках питания, используемых, например, в бытовых усилителях звука, используют крупные, тяжелые, дорогостоящие трансформаторы для преобразования подаваемого питания сетевого переменного тока с высоким напряжением в более низкое напряжение, пригодное для усилителя или других вариантов применения. Питание, подаваемое из сети переменного тока с высоким напряжением, вначале понижают до более низкого напряжения переменного тока, и затем эти колебания более низкого переменного напряжения выпрямляют в постоянный ток. Однако выпрямленное напряжение является пульсирующим и, таким образом, накопительные конденсаторы большой емкости требуются для того, чтобы обеспечить постоянное напряжение для усилителя. Даже в этом случае, источник постоянного тока все еще имеет заметные нерегулярности (пульсации напряжения), которые наложены поверх постоянного тока, которые могут проявиться, как слышимое жужжание и гул на выходе усилителя, если только существенные меры не будут предприняты при конструировании усилителя и его компоновки.

В то время как конструкция такого источника питания является относительно простой и излучения EMI являются относительно низкими, трансформатор является большим, тяжелым и очень дорогостоящим. Накопительные конденсаторы также являются большими и дорогостоящими. Таким образом, общие размеры источника питания, построенного на основе такого подхода, не позволяют его использовать в конструкции с малыми весом и низким профилем. Потери мощности в источнике питания являются относительно низкими, при этом общий коэффициент полезного действия, обычно находится в пределах 85-90%.

Альтернатива использованию линейных источников питания состоит в использовании технологии преобразования энергии в импульсном режиме. В этой технологии напряжение сети, прежде всего, выпрямляют и сглаживают с получением полного напряжения сети. Это позволяет использовать накопительные конденсаторы меньшей емкости по сравнению с линейным источником питания, и которые также являются менее дорогостоящими. Полученный в результате сигнал постоянного тока с высоким напряжением затем преобразуют в более низкое напряжение, путем модуляции его с очень высокой частотой (обычно несколько десятков кГц) для получения выходного сигнала переменного тока, который преобразуют в более низкое напряжение, используя трансформатор с малыми размерами. Поскольку рабочая частота намного выше, чем в линейном источнике питания, трансформатор может иметь намного меньшие размеры, чем в обычном линейном источнике питания. Однако сигнал переменного тока на выходной стороне трансформатора снова требуется выпрямить для получения постоянного тока, и он также должен быть сглажен с помощью накопительных конденсаторов, хотя и меньших размеров, чем в линейном источнике питания. Пример такого источника питания представляет собой внешний источник питания, обычно используемый для питания переносных компьютеров.

Одна из издержек, которая должна быть оплачена при таком подходе, состоит в том, что для поддержания эффективности, при модуляции постоянного тока получают высокочастотное переменное напряжение с прерывистой, прямоугольной формой колебаний. Такая форма колебаний генерирует большие уровни очень высоких частот, которые излучаются, вызывая радиочастотные помехи (EMI). Тщательная конструкция, компоновка и экранирование требуются для уменьшения этого излучения до приемлемого уровня. Компоненты частоты переключения также должны быть удалены или изолированы из входной и выходной линий, что требует использования дополнительных магнитных компонентов, что увеличивает стоимость и размеры источника питания. Коэффициент полезного действия, хотя теоретически и достигающий очень высоких значений, обычно находится в диапазоне 80-90%. В целом, размер и вес импульсного источника питания могут быть существенно уменьшены по сравнению с обычным линейным источником питания, и стоимость основных компонентов также может быть ниже. Однако, сложности, связанные с конструкцией импульсного источника питания, могут существенно повысить затраты на конструирование и сертификацию, и, в результате, увеличить время выхода на рынок, составляющее много месяцев.

В сумме линейные источники питания проявляют тенденцию их выполнения с более крупными размерами и профилем, относительно дорогостоящими и тяжелыми. Они предпочтительны с точки зрения коэффициента полезного действия и низкого излучения.

Импульсные источники питания проявляют тенденцию быть более малыми и с меньшим весом. Из-за более высокой рабочей частоты трансформаторы и конденсаторы импульсных источников питания проявляют тенденцию быть меньшими, чем в линейных источниках питания. Однако импульсные источники питания могут быть менее эффективными, чем линейные источники питания, и могут формировать значительно больший уровень электромагнитных помех, что требует тщательной фильтрации и экранирования. Импульсные источники питания также являются более сложными, требуют наличия схемы управления и силовых устройств переключения. При этом требуется больше времени для их разработки, и обычно они являются более дорогостоящими, чем линейные источники питания. Тенденция проявляется в направлении разработки источников питания с еще меньшими размерами, требующих более высокой рабочей частоты и, следовательно, имеющих больше потенциальных проблем, связанных с EMI.

В более крупных источниках питания может использоваться генерирование трехфазной энергии, которая представляет собой альтернативную технологию источника питания по сравнению с описанным выше. В трехфазной системе по трем линиям питания подают три переменных тока с одинаковой частотой, но с разными фазами, которые достигают их мгновенных пиковых значений в разное время. Формы колебаний тока смещены на 120 градусов друг от друга (то есть, каждый ток смещен на одну треть цикла от других двух форм колебаний). Такая относительная настройка форм колебаний позволяет непрерывно подавать энергию в нагрузку (нагрузки), с уменьшенными, но, тем не менее, существенными пульсациями. В результате, постоянное количество энергии передают через каждый цикл тока. Трансформаторы можно использовать для повышения или понижения уровней напряжения в разных точках в трехфазной сети питания. В трехфазном выпрямительном мосту обычно используется шесть диодов, при этом два диода используют для каждой цепи трех фаз.

В то время как трехфазные системы источника питания имеют определенные преимущества, им также присущи определенные недостатки или ограничения. Например, обычно требуется минимум три проводника или линий питания, а также три набора схем для переключения уровня (с использованием трансформаторов) и выпрямления каждого из ответвлений. Кроме того, в то время как пульсации уменьшены в однофазном источнике питания, такие пульсации все еще являются существенными и обычно требуют использования накопительных конденсаторов для получения приемлемого уровня пульсаций.

Существует потребность в источнике питания или преобразователе, который может быть выполнен меньшим по размерам, с меньшим весом и обоснованно не дорогостоящим, с минимальным уровнем EMI. Кроме того, существует потребность в таком источнике питания, который исключает сложности и усложнения при переключении источников питания. Кроме того, существует потребность в источнике питания, который позволяет уменьшить потребность в использовании больших компонентов и, таким образом, может быть выполнен с малыми размерами и профилем, и с малым весом.

Раскрытие изобретения

Первым объектом изобретения является источник питания, содержащий: генератор сигналов, формирующий сигнал с первой формой колебаний и сигнал со второй формой колебаний; первую выпрямительную систему, связанную с первой формой колебаний и формирующую первый выпрямленный сигнал; вторую выпрямительную систему, связанную со второй формой колебаний и формирующую второй выпрямленный сигнал; и выходной сигнал постоянного тока, сформированный в результате постоянного совокупного объединения первого выпрямленного сигнала и второго выпрямленного сигнала, при этом сумма первого выпрямленного сигнала и второго выпрямленного сигнала равна уровню указанного выходного сигнала постоянного тока, и оба сигнала, первый выпрямленный сигнал и второй выпрямленный сигнал, когда они не равны нулю, одновременно вносят вклад в уровень указанного выходного сигнала постоянного тока.

Другим объектом изобретения является источник питания, содержащий: генератор сигналов, формирующий сигнал с первой формой колебаний и сигнал со второй формой колебаний; первый трансформатор, принимающий сигнал с первой формой колебаний в качестве входного сигнала; второй трансформатор, принимающий сигнал со второй формой колебаний в качестве входного сигнала; первый выпрямительный мост, соединенный с выходом первого трансформатора и формирующий первый выпрямленный сигнал; второй выпрямительный мост, соединенный с выходом второго трансформатора и формирующий второй выпрямленный сигнал; и выходной сигнал постоянного тока, сформированный в результате постоянного совокупного объединения первого выпрямленного сигнала и второго выпрямленного сигнала, при этом сумма первого выпрямленного сигнала и второго выпрямленного сигнала равна уровню указанного выходного сигнала постоянного тока, и оба сигнала, первый выпрямленный сигнал и второй выпрямленный сигнал, когда они не равны нулю, одновременно вносят вклад в уровень указанного выходного сигнала постоянного тока.

Еще одним объектом изобретения является способ преобразования энергии, характеризующийся тем, что: генерируют первую переменную форму колебаний и вторую переменную форму колебаний; выпрямляют первую и вторую переменные формы колебаний для формирования первого выпрямленного сигнала и второго выпрямленного сигнала, соответственно, причем сумма указанных первого выпрямленного сигнала и второго выпрямленного сигнала в различные моменты времени равна по существу постоянной величине, и формируют выходной сигнал постоянного тока указанной по существу постоянной величины путем постоянного совокупного объединения первого выпрямленного сигнала и второго выпрямленного сигнала, причем оба сигнала, первый выпрямленный сигнал и второй выпрямленный сигнал, когда они не равны нулю, одновременно вносят вклад в уровень указанного выходного сигнала постоянного тока.

Следующим объектом изобретения является преобразователь мощности, содержащий: генератор сигналов, выполненный с возможностью формировать на выходе множество форм колебаний; множество выпрямительных систем, каждая из которых выполнена с возможностью принимать одну из указанных форм колебаний и формировать на выходе соответствующий выпрямленный сигнал, таким образом, формируя множество выпрямленных сигналов, при этом сумма указанного множества выпрямленных сигналов равна по существу постоянной величине; и схему суммирования, связанную с указанным множеством выпрямительных систем, причем схема суммирования выполнена с возможностью формировать выходной сигнал постоянного тока с уровнем, равным указанной по существу постоянной величине, путем постоянного суммирования указанного множества выпрямленных сигналов; причем указанное множество выпрямленных сигналов, когда они не равны нулю, одновременно вносят вклад в уровень указанного выходного сигнала постоянного тока.

Еще одним объектом изобретения является устройство преобразования мощности, содержащее: генератор сигналов, выполненный с возможностью формировать на выходе первый сигнал с изменяющейся во времени формой колебаний и второй сигнал с изменяющейся во времени формой колебаний, первую выпрямительную систему, связанную с генератором сигналов и выполненную с возможностью формировать первый двухполупериодный выпрямленный сигнал в ответ на указанный первый сигнал с изменяющейся во времени формой колебаний; вторую выпрямительную систему, связанную с генератором сигналов и выполненную с возможностью формировать второй двухполупериодный выпрямленный сигнал в ответ на второй сигнал с изменяющейся во времени формой колебаний; и схему суммирования, связанную с указанными первой выпрямительной системой и второй выпрямительной системой и выполненную с возможностью формировать выходной сигнал постоянного тока путем постоянного суммирования первого двухполупериодного выпрямленного сигнала и второго двухполупериодного выпрямленного сигнала; при этом сумма первого двухполупериодного выпрямленного сигнала и второго двухполупериодного выпрямленного сигнала равна уровню указанного выходного сигнала постоянного тока, и оба сигнала, первый двухполупериодный выпрямленный сигнал и второй двухполупериодный выпрямленный сигнал, когда они не равны нулю, одновременно вносят вклад в указанный уровень выходного сигнала постоянного тока.

В одном из аспектов изобретением является источник питания, в котором одну или больше входных форм колебаний задают или иначе выбирают так, чтобы выходная форма колебаний требовала минимального сглаживания для генерирования выходной формы постоянного тока.

В соответствии с одним или больше вариантами осуществления изобретений, предусмотрен источник питания, имеющий одну или больше входных форм колебаний, которые задают или иначе выбирают перед предоставлением в изолирующий трансформатор. Свойство входных форм колебаний задают или выбирают таким образом, что преобразованная форма колебаний не требует вообще или требует минимального сглаживания для генерирования выходной формы постоянного тока.

Источник питания может содержать генератор формы колебаний, каскад преобразования уровня, предназначенный для повышения (или понижения) уровня напряжения, выпрямительный каскад и объединитель сигнала. Генератор формы колебаний может генерировать взаимодополняющие формы колебаний, таким образом, что после того, как каждая из взаимодополняющих форм колебаний будет выпрямлена и скомбинирована, их сумма будет постоянной, не требуя, таким образом, сглаживания или требуя минимального сглаживания для генерирования выходной формы постоянного тока.

В одном варианте осуществления выходной источник питания постоянного тока содержит генератор формы колебаний, по меньшей мере, один трансформатор, выпрямительный каскад и объединитель сигнала. Генератор формы колебаний может генерировать взаимодополняющие формы колебаний, таким образом, что после того, как каждая из взаимодополняющих форм колебаний будет выпрямлена и скомбинирована, их сумма будет постоянной.

Взаимодополняющие формы колебаний предпочтительно идентичны, но разнесены на 90 градусов по фазе друг от друга, хотя в других вариантах осуществления формы колебаний могут иметь разную взаимосвязь. Взаимодополняющие формы колебаний применяют для пары трансформаторов или одного трансформатора с отдельными обмотками. Выходы трансформаторов предусмотрены в каскаде выпрямителя, который выводит пару выпрямленных сигналов. Выпрямленные сигналы имеют свойство, состоящее в том, что при суммировании вместе, их сумма будет постоянной. Сигналы выпрямителя подают в преобразователь сигнала, который суммирует сигналы и формирует постоянный выходной сигнал постоянного тока.

В некоторых вариантах осуществления выходное напряжение отслеживают и возвращают на входную сторону источника питания, что позволяет регулировать амплитуду или другие характеристики сигналов взаимодополняющих форм колебаний, прежде чем они будут переданы в трансформатор (трансформаторы).

В других вариантах осуществления используют технологию переключаемого конденсатора для регулирования (например, повышения) уровня напряжения взаимодополняющих форм колебаний, вместо преобразователя (преобразователей). В других отношениях, источник питания работает аналогичным образом.

Варианты осуществления, описанные здесь, могут привести к получению одного или больше преимуществ, включая в себя то, что их можно выполнить с более малыми размерами, более легкими, более тонкими и/или менее дорогостоящими, чем обычный источник питания, с меньшим количеством крупных компонентов, при сохранении высокой эффективности. Источник питания может быть разработан так, чтобы получать минимальный или несущественный уровень EMI. Поскольку источник питания может быть выполнен более простым по конструкции и при изготовлении, он может быть выпущен на рынок более быстро, приводя, таким образом, к более быстрому циклу разработки продукта.

Дополнительные варианты осуществления, альтернативы и вариации также описаны здесь или иллюстрируются на приложенных чертежах.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана концептуальная блок-схема раскрытого здесь источника питания с постоянным током на выходе, в котором используется один или больше преобразователей для преобразования уровня сигнала.

На фиг. 2 показан ряд временных диаграмм, иллюстрирующих работу источника питания, показанного на фиг. 1, в соответствии с одним примером.

На фиг. 3 показан ряд временных диаграмм, иллюстрирующих работу источника питания, показанного на фиг. 1, в соответствии с другим примером.

На фиг. 4 показана блок-схема, представляющая компоненты варианта осуществления управляемого напряжением источника питания с постоянным током на выходе, как раскрыто в соответствии с концептуальной блок-схемой по фиг. 1.

На фиг. 5 показана блок-схема, представляющая компоненты варианта осуществления управляемого напряжением источника питания с постоянным током на выходе, как раскрыто в соответствии с концептуальной блок-схемой по фиг. 1.

На фиг. 6 показана блок-схема, иллюстрирующая один пример генератора сигнала, который можно использовать в связи с различными раскрытыми здесь вариантами осуществления.

На фиг. 7 показана схема, представляющая вариант осуществления источника питания, в котором используется технология аналогичная фиг. 1, но реализованная со схемами переключаемого конденсатора.

На фиг. 8 показана концептуальная блок-схема источника питания с постоянным током на выходе, как раскрыто здесь.

На фиг. 9 показана блок-схема, иллюстрирующая второй пример генератора сигнала, который можно использовать в связи с различными раскрытыми здесь вариантами осуществления.

На фиг. 10 показана временная диаграмма, иллюстрирующая пример пары частотно-модулированных сигналов, которые может выводить генератор сигнала.

На фиг. 11А и 11В показаны схемы части источника питания постоянного тока, работающего в соответствии с принципами по фиг. 1, используя разные входные формы колебаний в каждом случае.

На фиг. 12 показана схема части источника питания постоянного тока, имеющего усилители, выполненные как интеграторы.

На фиг. 13 показана временная диаграмма, которая может использоваться в связи с источником питания постоянного тока, имеющего усилители тока, управляемые напряжением, с характеристикой интегратора.

На фиг. 14 показана схема части источника питания постоянного тока, использующего технологии прямой связи для линеаризации усилителей мощности.

На фиг. 15 показана схема части источника питания постоянного тока, использующего, как технологии прямой связи, так и обратной связи.

На фиг. 16 показана схема другого варианта осуществления источника питания постоянного тока, использующего, как технологии прямой связи, так и обратной связи.

На фиг. 17 показана схема варианта осуществления, в котором используются схемы переключаемого конденсатора для формирования многокаскадного преобразователя мощности.

На фиг. 18 показана схема, представляющая источник питания на основе переключаемого конденсатора, имеющая комбинацию положительных и инвертирующих схем усилителей.

Варианты осуществления изобретения

В соответствии с одним или больше вариантами осуществления, предусмотрен источник питания, имеющий одну или больше входных форм колебаний, которые были сформированы или по-другому выбраны перед их подачей в изолирующий трансформатор. Свойство входных форм колебаний задают или выбирают таким образом, что преобразованная форма колебаний требует минимального выпрямления и/или сглаживания для генерирования формы колебаний в виде выходного постоянного тока.

На фиг. 8 показана концептуальная блок-схема источника 800 питания, как раскрыто здесь. На фиг. 8 генератор 805 источника сигнала (формы колебаний) генерирует пару сигналов 823, 824 с взаимодополняющими формами колебаний. Сигналы 823, 824 с взаимодополняющими формами колебаний выбирают так, чтобы обеспечить постоянный выходной уровень постоянного тока после подключения через каскад 830 преобразования уровня к выходному (выпрямительному) каскаду 840, после чего сигналы с преобразованным уровнем выпрямляют и комбинируют при минимизации требований к накопительному/сглаживающему конденсатору в выходном каскаде 840. Сигналы 823, 824 с взаимодополняющими формами колебаний предпочтительно представляют собой сигналы такого типа, как описано здесь ниже. Сигналы 823, 824 с взаимодополняющими формами колебаний соответственно, последовательно усиливают или ослабляют через блоки 835, 836, которые могут быть воплощены, как один или больше трансформаторов или сетей с переключающими конденсаторами, например, как, кроме того, подробно описано здесь. Каскад 830 преобразования уровня предоставляет сигналы 837, 838 в выходной каскад 840. Сигнал 837 из блока 835 преобразования первого уровня предоставляют в первый блок 860 выпрямителя выходного каскада 840. Сигнал 839 из второго блока 836 преобразования уровня предоставляют во второй блок 861 выпрямителя выходного каскада 840. Каждый из блоков 860, 861 выпрямителя может быть воплощен, как, например, полноволновой выпрямительный мост. Выпрямленные выходные сигналы 866, 867 блоков 860, 861 выпрямителя представляют собой формы колебаний, которые являются взаимодополняющими по своей сути, таким образом, что, когда их суммируют вместе, в результате получают постоянный уровень постоянного тока. С этой целью, выпрямленные выходные сигналы 866, 867 предоставляют в блок 870 комбинирования сигналов, который суммирует или по-другому комбинирует выпрямленные выходные сигналы 866, 867 и предоставляет выходной сигнал 885 постоянного тока, который является, по существу, постоянным по своей сути, обычно без необходимости использования накопительных/сглаживающих конденсаторов.

На фиг. 1 показана концептуальная блок-схема источника 100 питания с постоянным током на выходе, как раскрыто здесь, на основе обобщенных принципов, показанных на фиг. 8, и используя один или больше трансформаторов для преобразования уровня сигнала. Как показано на фиг. 1, генератор 105 (формы колебаний) источника сигнала генерирует пару сигналов Vin₁, Vin₂ с взаимодополняющей формой колебаний, через линии 123, 124 сигнала. Сигналы Vin₁, Vin₂ с взаимодополняющей формой колебаний выбирают так, что обеспечивается постоянный уровень на выходе постоянного тока после подключения через каскад 130 трансформатора к выходному каскаду 140, после чего их выпрямляют и комбинируют, что сводит к минимуму требования к накопительному/сглаживающему конденсатору в выходном каскаде 140. Сигналы Vin₁, Vin₂ с взаимодополняющей формой колебаний, предпочтительно, представляют собой сигналы такого типа, как описано здесь ниже. Сигналы Vin₁, Vin₂ с взаимодополняющей формой колебаний подают через каскад 130 трансформатора и, более конкретно, через соответствующие трансформаторы 135, 136 каскада трансформатора в выходной каскад 140. Трансформаторы 135, 136 могут представлять собой повышающие или понижающие трансформаторы по своей сути и, предпочтительно, идентичны по характеристикам, если предположить, что амплитуда сигналов Vin₁, Vin₂ с взаимодополняющей формой колебаний является одинаковой. Преобразователи 135, 136 могут быть физически воплощены, как одиночный трансформатор с отдельными обмотками для входных сигналов 123, 124 и для выходных сигналов 137, 138, но с совместным использованием того же магнитного сердечника (сердечников), или, в противном случае, они могут быть физически воплощены, как два физически отдельных трансформатора.

В каскаде 130 преобразователя формируют сигналы 137, 138 для выходного каскада 140. Сигнал 137 с вторичного выхода трансформатора 135 предоставляют в первый блок 160 выпрямителя выходного каскада 140. Сигнал 139 с вторичного выхода трансформатора 136 предоставляют во второй блок 161 выпрямителя выходного каскада 140.

Каждый из блоков 160, 161 выпрямителя может быть воплощен, как, например, полноволновой выпрямительный мост. Выпрямленные выходные сигналы 166, 167 блоков 160, 161 выпрямителя могут иметь периодические формы колебаний, которые являются взаимодополняющими по своей сути, таким образом, что при суммировании их вместе, получается постоянный уровень постоянного тока. С этой целью, выпрямленные выходные сигналы 166, 167 предоставляют в блок 170 комбинирования сигнала, который суммирует выпрямленные выходные сигналы 166, 167 и предоставляет выходной сигнал 185 постоянного тока, который является, по существу, постоянным по своей сути, в общем, без необходимости использования накопительных/сглаживающих конденсаторов. На практике, малые количества пульсаций могут возникнуть, которые могут быть сглажены с использованием относительно малого сглаживающего конденсатора (конденсаторов) (не показаны), который может быть предусмотрен в любом удобном месте, таком, как выходы блоков 160, 161 выпрямителя и/или после блока 170 комбинирования сигнала.

Характеристики генерируемых форм колебаний Vin₁, Vin₂ выбирают так, чтобы они были периодическими формами колебаний так, что, после преобразования сигналов, их выпрямления и комбинирования (например, суммирования), получаемый в результате выходной сигнал 185 имеет постоянный уровень постоянного тока. Предпочтительно, формы колебаний Vin₁, Vin₂ являются идентичными по форме, но смещены друг от друга на 90 градусов. Кроме того, формы колебаний, предпочтительно, обычно являются гладкими, так, что в них отсутствуют выбросы или другие элементы, которые могут быть нежелательными с учетом перспективы EMI. Примеры соответствующих форм колебаний для сигналов Vin₁, Vin₂ показаны на фиг. 1, и также иллюстрируются более подробно на фиг. 2. На фиг. 2, графики 2A и 2B представляют формы Vin₁, Vin₂ колебаний, соответственно (представлены, как формы 203, 204 колебаний на фиг. 2), каждая из которых составляет чередующиеся не преобразованные/преобразованные повышенные косинусные формы колебаний, но со смещением фазы друг от друга на 90 градусов. После полноволнового выпрямления получаемые в результате формы 213, 214 колебаний иллюстрируются на графиках 2С и 2D, которые относятся к формам Vin₁, Vin₂ колебаний, соответственно. Формы 213, 214 колебаний представляют собой синусоидальные формы колебаний со смещением друг от друга на 180 градусов, отражающие смещение фазы исходных форм Vin₁, Vin₂ колебаний. При их суммировании вместе, выпрямленные формы 213, 214 колебаний приводят к получению выходной формы 220 колебаний, имеющей постоянный выходной уровень постоянного тока, как показано на графике 2E. Другими словами, выпрямление и сглаживание форм Vin₁, Vui₂ колебаний приводит к получению выходного уровня постоянного тока, обычно без необходимости использования крупных накопительных/сглаживающих конденсаторов, которые потребовались бы при использовании обычных импульсных источников питания.

Помимо форм 203, 204 колебаний, показанных на графиках 2A и 2B на фиг. 2, также можно использовать другие формы колебаний и обеспечивать аналогичный конечный результат. На фиг. 3 представлен второй пример взаимодополняющих периодических форм колебаний, выбранных для обеспечения постоянного уровня выходного тока после выпрямления и суммирования. На фиг. 3, графики 3A и 3B представляют формы Vin₁ и Vin₂ колебаний, соответственно (представлены, как формы 303, 304 колебаний на фиг. 3), каждая из которых составляет треугольную форму колебаний, имеющую чередующиеся, не перемежающиеся/инвертированные треугольные волны, но со смещением фазы друг от друга на 180 градусов. После полноволнового выпрямления полученные в результате формы 313, 314 колебаний показаны на графиках 3C и 3D, которые сходны с формами Vin₁, Vin₂ колебаний, соответственно. Обе выпрямленные формы 313, 314 колебаний представляют собой положительные треугольные формы колебаний, имеющие симметричную форму, смещенные от друг друга на 90 градусов, что отражает смещение по фазе первоначальных форм колебаний Vin₁, Vin₂. При их суммировании вместе, выпрямленные формы 313, 314 колебаний позволяют получить выходную форму 320 колебаний, имеющую постоянный выходной уровень постоянного тока, как показано на графике 3E. Поскольку выпрямленная форма 313, 314 колебаний имеет одинаковый линейный наклон на участках повышения и участках понижения треугольных волн, падение напряжения первой выпрямленной формы 313 колебаний соответствует повышению напряжения второй выпрямленной формы 313 колебаний соответствует повышению напряжения второй выпрямленной формы 314 колебаний и наоборот. Таким образом, выпрямление и суммирование форм Vin₁, Vin₂ колебаний приводит к получению постоянного уровня постоянного тока, в общем, без необходимости использования крупных накопительных/сглаживающих конденсаторов, которые обычно требуются в обычных импульсных источниках питания.

Помимо форм Vin₁, Vin₂ колебаний, показанных на фиг. 2 и 3, также можно использовать другие формы колебаний. Предпочтительно, формы Vin₁, Vin₂ колебаний выбирают или генерируют таким образом, чтобы после трансформации и полноволнового выпрямления, выпрямленные формы колебаний были взаимодополняющими друг другу таким образом, что их можно было суммировать вместе с получением постоянного уровня постоянного тока. Такие формы колебаний могут включать в себя периодические формы колебаний, позволяющие получать выпрямленные формы колебаний, которые являются симметричными по своей сути, таким образом, что их наклон повышения и кривизна являются такими же, как и их наклон падения и кривизна. Аналогично, выпрямленные формы колебаний, предпочтительно, являются симметричными вокруг их средней точки, таким образом, что их чередующиеся "положительные" и "отрицательные" формы колебаний являются идентичными по форме, но инвертированными относительно друг друга. Примеры формы колебаний, показанные на фиг. 2 и 3, удовлетворяют указанным выше критериям. Когда такие выпрямленные формы колебаний являются идентичными, но смещенными друг от друга на 90 градусов, симметричная сущность выпрямленных форм колебаний означает, что повышение одной выпрямленной формы колебаний точно соответствует падению другой выпрямленной формы колебаний, что позволяет получить постоянный комбинированный выходной уровень.

В дополнение к указанному выше, также можно использовать более сложные формы колебаний для Vin₁, Vin₂. Например, формы Vin₁, Vin₂ колебаний могут быть составлены из множества разных гармоник, и/или могут изменяться с течением времени.

Технологии преобразования энергии, описанные выше, могут применяться в источниках питания на основе напряжения или тока. Более подробные примеры описаны ниже.

На фиг. 4 показана блок-схема, представляющая компоненты варианта осуществления источника 400 питания с постоянным током на выходе, управляемым по напряжению, как раскрыто в соответствии с концептуальной блок-схемой, показанной на фиг. 1. Источник 400 питания может получать питания от локального источника питания, такого как батарея, или от внешнего источника питания, такого, как линейный источник.

На фиг. 4 генератор 405 сигналов генерирует пару сигналов 412, 413 с взаимодополняющей формой колебаний, предпочтительно, периодических по своей сути, и которые, в общем, имеют описанные выше характеристики для Vin₁ и Vin₂, то есть, они имеют форму, или их выбрали так, чтобы обеспечивался выход постоянного тока, после их объединения через каскад трансформатора выпрямления и комбинирования. Сигналы 412, 413 с взаимодополняющей формой колебаний подают в усилитель (VCA) 415, управляемый напряжением, который регулирует амплитуду сигналов 412, 413 такой формы колебаний на основе обратной связи, подаваемой от выходного сигнала 485 постоянного тока через усилитель 490 восприятия обратной связи. В некоторых вариантах осуществления может быть исключен усилитель 415, управляемый напряжением, так же, как и цепь 491 обратной связи и усилитель 490 восприятия обратной связи.

Усилитель 415, управляемый напряжением выводит пару сигналов Vin₁ и Vin_N2 с взаимодополняющей формой и отрегулированной амплитудой в линейные усилители 430, 431, соответственно, что отражено формами 423, 424 колебаний на наложенных на чертеж графиках, показанных на фиг. 4, которые представляют пример, аналогичный формам колебаний, используемым в аналогичном примере по фиг. 1 и фиг. 2. Силовые входы линейных усилителей 430, 431 соединены с шинами +V и -V источника питания, и они выводят усиленные сигналы 432, 433, которые, по существу, охватывают напряжения от одной шины до другой шины (с учетом незначительных потерь в усилителях 430, 431). Характеристики напряжения сигналов 432, 433 для одного примера формы колебаний отражены на наложенных графиках 440 и 441 (представляющих формы Vp₁ и Vp₂ колебаний), соответственно, показанных на фиг. 4, в случае, когда исходные генерируемые формы колебаний выглядят на как на графиках 423, 424 для Vin₁ и Vin₂. Соответствующие характеристики тока для Vp₁ и Vp₂ отражены на наложенных графиках 442 и 443 (которые представляют формы колебаний Ip₁ и Ip₂), соответственно. Как можно видеть графиках 440, 441, 442 и 443, формы Vp₁ и Vp₂ колебаний напряжения, для данного конкретного примера, характеризуются чередующимися инвертированными и не инвертированными приподнятыми косинусными волнами (при этом Vp₁ и Vp₂ идентичны, но смещены друг от друга на 90 градусов), в то время как соответствующие формы Ip₁ и Ip₂ колебаний тока принимают форму прямоугольных волн, имеющих постоянный положительный ток, соответствующи