[发明专利]微波传输线直流/直流变换器

说明书

技术领域

本发明涉及在直流-直流变换器(converter)领域中使用的方法和设备。

发明背景

目前，存在着用来将直流电压提高或降低到另一直流电压的不同的解 决方案。

在大多数根据已知技术的直流-直流变换器中，通过使用功率电感器和 电容器来实现直流电压的变换。

这样的直流-直流变换器的一个已知例子在图1中给出。

将电感器用作储能设备的类似原理在美国专利US 5,729,562中被公 开，其中借助于耦合到能量恢复电路的电压存储元件来实现高压脉冲功率 发生电路，所述能量恢复电路反转脉冲发生电路所耗散(dissipate)的能 量的极性并且将这种能量输送回电源。然而，在US 5,579,562中公开的电 路不是直流-直流变换器。

将分立的(discrete)电感器用作储能设备的主要缺点在于：在高频微 波电路中提供它们是很困难的。将集总组件用于储能的另一缺点是它们不 能被用在集成于芯片上的直流-直流变换器中。此外，分立的功率电感器通 常是直流-直流变换器中最庞大且昂贵的组件。

在S.Djukic等人的“A Planar 4.5-GHz DC-DC Power Converter”，IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，Vol.47，No.8，1999年8 月的文章中阐释了直流-直流变换器的另一个例子，其中尝试通过使用E类 放大器和肖特基二极管作为整流器来实现在微波频率下操作的功率变换 器。E类放大器包括用作开关的晶体管以及担当输出电容和电感的微带传 输线。虽然论文陈述了没有使用用于直流-直流功率变换的分立元件，但是 电感器作为储能设备被用于功率放大器的栅电压和漏电压。

美国专利US 6,946,868尝试使用带开关的传输线以便将输出电压输送 到负载而在输出电压中没有振荡(ringing)，所述开关被操作来转换通过 传输线的输入电压。这是通过在反射电压波到达传输线的输入处时将输入 电压提高若干倍并且执行从一个电压电平到下一个电压电平的转换来实 现的。虽然在这种情况下到达负载的输出电压更加紧密地跟随通过传输线 发送的输入电压，从而避免了输出电压中的振荡，但是输入电压的直流上 变换或下变换既没有被实现也不是所公开的电路的目标。

在荷兰专利申请NL7311616中公开了将传输线用作储能装置的另一个 解决方案，其中高压脉冲发生器和两条螺旋形的传输线被用于存储高压电 荷并且其中来自这两条传输线的开端的电压波的反射引起比输入电压更 高的输出电压。该高输出电压被用于对X射线管形式的负载进行充电。

因此本发明的目的是消除已知技术的至少一些缺点。

发明内容

此目的是通过用于网络中的直流-直流电压变换的电路来实现的，其包 括输入电压端子、输出电压端子、至少一个第一开关和至少一个第二开关、 至少一个输入阻抗、至少一个负载阻抗以及具有已知阻抗的至少一条传输 线，其特征在于至少一条传输线的阻抗被适配成与至少一个负载阻抗失配 (mismatch)，并且其中至少第一开关中的至少一个被相对于至少一条传 输线布置以在启闭(open and closed)位置之间转换从而用于生成在至少 一条传输线中传播的脉冲波，以利用电能对负载阻抗的负载电容进行充 电。由于传输线阻抗和负载阻抗的失配，所以传输线被用于分配能量到负 载阻抗和存储能量这两方面。

自然地，根据本发明的电路中的至少一个第一和第二开关可以包括晶 体管，或其他电路元件可以包括晶体管开关，并且至少一个第二开关可以 包括整流二极管。这多少会改变电路效率，但是直流/直流-变换器的功能 会被保持。

而且，根据本发明的电路的变体，负载阻抗可以至少部分地包括电容 性部分。

在根据本发明的电路的另一个实施例中，阻抗元件被连接到至少一条 传输线的输入端，并且阻抗元件被布置成与至少一条传输线的阻抗失配。 在至少一条传输线的输入端处的失配的阻抗元件的优点在于能够把从负 载阻抗反射的脉冲波反射回到传输线中。这样的阻抗元件在高电压和电流 频率下会表现为低阻抗源，例如像电容器或在高频具有低阻抗的其他适当 的电路元件。