[发明专利]负载的无阻抗匹配的高频供电

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于负载的能量供应装置，

-其中，所述能量供应装置具有直流电压源、多个开关级、以及控制装置，

-其中，所述开关级与直流电压源、负载以及控制装置相连接，从而基于通过控制装置对开关级的相应控制可以将负载接通到直流电压源，

-其中，开关级分别具有场效应晶体管以及多个与各自的场效应晶体管反并联连接的续流二极管，

-其中，场效应晶体管具有临界频率，直至该临界频率场效应晶体管可以被最大运行，

-其中，每个续流二极管具有恢复时间。

背景技术

这样的能量供应装置是一般公知的。

临界频率是刚好还可以接通场效应晶体管的频率。在确定临界频率的范围内不考虑续流二极管。临界频率是场效应晶体管的固有特性。续流二极管的恢复时间是其在对准导通方向的续流二极管上的电压关断之后消逝直到再次建立起二极管的阻塞效应的时间。恢复时间是续流二极管的固有特性。

在现有技术的能量供应装置中，通常将MOSFET应用为场效应晶体管。在多个并联连接MOSFET的情况下还额外需要高频合成器。

通常的MOSFET具有固有的体二极管作为续流二极管，也就是集成在各自的MOSFET中的二极管。该固有的体二极管通常具有相对长的恢复时间。通常，所述时间明显大于MOSFET的临界频率的倒数。由此，在现有技术中必须考虑：场效应晶体管的运行频率保持为低，使得其倒数大于续流二极管的恢复时间。替换地或附加地，必须通过相应的匹配电路（例如所谓的环形器）来实现避免功率被反射到开关级。否则的话会损坏开关级。

在多个开关级并联连接的情况下，对匹配电路设计的实施变得极其复杂。这特别适合于在脉冲地运行负载时，其中必须在宽的频谱中避免反射。在这种情况下能量供应装置整体上变得相应地复杂和昂贵。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，实现一种能量供应装置，其被简单地构造并且其却可以以高频（直到临界频率附近的区域）运行。

上述技术问题通过具有权利要求1特征的能量供应装置来解决。根据本发明的能量供应装置的优选构造是从属权利要求2至11的内容。

根据本发明，这样扩展开头所述类型的能量供应装置，

-对于每个开关级，所有与各自的场效应晶体管反并联连接的续流二极管的恢复时间至少大约对应于各自的场效应晶体管的临界频率的倒数，

-控制装置至少有时这样控制开关级，使得由于失配将功率反射到开关级。

可以（沿着朝向负载的方向）在开关级之后布置匹配电路。然而基于根据本发明的构造，用于避免失配的这种匹配电路不是强制需要的。也可以在开关级和负载之间不布置用于避免失配的匹配电路。

场效应晶体管优选地被构造为结型场效应晶体管（JFET）。除了别的之外，结型场效应晶体管包含所谓的MesFET（Mes=metal-semiconductor，金属半导体）。碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）特别适合做半导体材料。

开关级可以（至少部分地）并联连接。在这种情况下，在并联连接的开关级和负载之间通常布置功率合成器。

同样地，开关级可以（至少部分地）以双组（Zweiergruppe）形式串联连接。在这种情况下，双组经由在各个双组的两个开关级之间布置的输出点与负载相连。

同样地，开关级可以成对地组合成圆管（Circlotron）类型的推挽放大器。

对于至少一个开关级，（至少一个）与各自的场效应晶体管反并联连接的续流二极管关于各自的场效应晶体管被构造为外部布置的续流二极管。如果各个场效应晶体管不具有集成的续流二极管，则这个措施是强制的。然而如果各个场效应晶体管具有集成的续流二极管，则这也可以实现为可选的。

同样地，对于至少一个开关级，与各自的场效应晶体管反并联连接的续流二极管中的一个可以集成在各自的场效应晶体管中。在这种情况下，外部布置的续流二极管不是必须的。但是也可以存在所述外部布置的续流二极管。

通常给每个场效应晶体管恰好反并联连接一个续流二极管。此外，通常相同地构造所有的开关级，也就是或者均具有外部的续流二极管或者均具有集成的续流二极管。然而原则上，任意的混合形式和组合是可能的。

特别如果控制装置经由开关级将负载脉冲地接通到直流电压源，则能量供应装置的根据本发明的构造是有利的。

直流电压源通常具有电网供电的整流器。在这种情况下优选在整流器和开关级之间布置多个缓冲电容。