[發明專利]用于功率收集的輸入調節式DC-DC轉換器

有效

• 申請號: 200880020430.2
• 申請日: 2008-06-13
• 公開（公告）號: CN101730968A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 斯蒂芬·G·斯爾伯格;亞當·約瑟夫·維特科普
• 申請（專利權）人: 費希爾控制產品國際有限公司
• 主分類號: H02J7/34
• 分類號: H02J7/34
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 康泉;宋志強

對相關申請的交叉引用

本申請要求以下于2007年6月15日提交的題目為“Input?Regulated?DC to?DC?Converter?for?Power?Scavenging(用于功率收集的輸入調節式DC-DC 轉換器)”的美國臨時申請No.60/944,454(代理機構案號No.06005/561853P) 的權益，該申請的公開內容特地通過引用合并于此。

技術領域

本申請總體涉及電壓和功率轉換電路，更具體地說，涉及用于調節 DC-DC轉換器的輸入電壓的方法和裝置。

背景技術

在多種應用中使用DC-DC轉換器產生調節電壓。以增壓轉換器或升壓 轉換器為人所知的某些轉換器在輸出端子處生成比輸入端子處可得的電壓 高的電壓。反之，減壓轉換器在輸出端子處生成較低的電壓。本領域已知的 DC-DC轉換器通常通過專用開關電路對流經電感器的電流的時序和方向進 行控制而操作。具體來說，這些轉換器響應于由轉換器輸出端子處的反饋電 路所檢測到的電壓而循環地改變電感器累積電能然后釋放電能的時間段。由 于典型的DC-DC轉換器僅根據輸出電壓而操作，因此轉換器按照需要從輸 入端子汲取盡量多的功率，以便在輸出端子處產生調節電壓。例如，為了給 負載提供恒定的電壓，典型的DC-DC轉換器會根據負載的需求而從輸入端 子汲取較多或較少的功率。這種特點使得可用DC-DC轉換器不適宜于一些 需要電壓轉換的應用，

具體來說，在收集電路中可能需要電壓轉換。在諸多工業和家庭應用中， 由電源和一個以上用電設備組成的電流回路包括用于將電流回路的一部分 功率導向次級負載的附加電路。從主電路獲取功率的過程經常被稱作“收集 (scavenging)”，因此執行該操作所需的電路被稱作“功率收集設備”。 在某些情況下，收集設備甚至可從除了電路系統之外的其它源，例如陽光， 獲取功率。在其它情況下，收集設備以主電路的多余的或未使用的電能為目 標，以便給較小的負載供電。

例如，收集設備可以用在過程控制工業中廣泛使用的4-20mA電流回路 中，以在現場設備與分布式控制系統即DCS之間傳播模擬信號。一般而言， 諸如閥、閥定位器或開關之類的現場設備通過檢測4-20mA范圍內的DC電 流來處理控制信號。類似地，用于測量過程參數的諸如壓力傳感器、流量傳 感器或溫度傳感器之類的現場設備生成4-20mA范圍內的信號，并通過專用 線路對將這些信號傳播到DCS。在某些情況下，期望使用4-20mA回路的功 率中的一些功率給諸如無線收發機之類的附加設備供電。同時，期望對用于 從4-20mA回路中汲取功率的收集電路兩端的電壓降進行限制，從而使收集 電路不對電流回路有所干擾，更具體地說，不對DCS與現場設備之間的信 號傳輸產生干擾。

不幸的是，可用DC-DC轉換器并不對它們的輸入端子之間的電壓進行 調節。為了輸出恒定的電壓，這些轉換器在輸入端子處消耗必需的功率，這 有時可能導致輸入端子之間產生多余電壓降。因此，為了在4-20mA電路中 或在以改變回路電流為特征的任意其它環境中調節輸入電壓和安全地收集 功率，本領域已知的DC-DC轉換器需要附加線路。例如，專用模擬電路可 限制轉換器的輸入端子處的電壓。然而，該限制電路可能只會浪費有用功率。 類似地，并聯的分路電路能夠控制極限電壓，但是也會通過電阻器耗散功率。 另一方面，反饋電路可用于打開或關閉收集電路，或者換句話說，對電路進 行“脈沖”操作，但是這種方法會生成可能干擾電流回路中的信號傳輸的低 頻噪聲。

進一步，本領域已知的轉換器并未提供一種獲取輸入處可用的附加功率 的有效手段。例如，消耗相對較小功率的收集器負載將致使收集設備在輸入 端子處汲取必需量的功率，而不考慮電流回路的實際能力。就像輸出端子處 的功耗可能多余并可能擾亂電流回路一樣，消耗過少的功率是不被期望的， 這是因為這種方法不能有效地利用電流回路。此外，可能存在供應電流顯著 下降并且收集器負載無法接收到足夠功率的情況。在這些情況下，顯然期望 獲取在輸入處可用的額外功率，并通過使用諸如超電容器之類的傳統裝置對 其進行保存，以在到收集器電路的輸入功率不充足時使用所保存的功率。