具有用于形成具有多級(jí)電壓的脈沖的多個(gè)電容器單元的脈沖形成網(wǎng)絡(luò)（pfn）以及形成這 ...的制作方法
【專利摘要】一種生成模式化脈沖的方法。該方法包括利用多個(gè)電荷對(duì)多個(gè)電容器單元進(jìn)行充電，并且將多個(gè)經(jīng)充電的電容器單元順序耦合至至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器以便允許向負(fù)載傳遞具有所期望的多級(jí)電壓波形的經(jīng)調(diào)解激勵(lì)脈沖。該電調(diào)節(jié)器連接至負(fù)載。
【專利說明】具有用于形成具有多級(jí)電壓的脈沖的多個(gè)電容器單元的脈 沖形成網(wǎng)絡(luò)（PFN)以及形成這樣的脈沖的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】 [0001] 和【背景技術(shù)】
[0002] 本發(fā)明在其一些實(shí)施例中涉及一種脈沖形成網(wǎng)絡(luò)（PFN)，尤其但并非唯一地涉及 一種具有多個(gè)電容器單元的PFN。
[0003] 脈沖形成網(wǎng)絡(luò)（PFN)是一種被設(shè)置為對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的電能進(jìn)行累加并且針對(duì)各 種脈沖功率應(yīng)用而以持續(xù)時(shí)間相當(dāng)短的脈沖的形式釋放所累加的能量的電氣組件的裝置。 在實(shí)踐中，PFN利用高壓電源進(jìn)行供電并且隨后快速向負(fù)載進(jìn)行放電。該負(fù)載可以是諸如 速調(diào)管或磁控管的高功率微波振蕩器、諸如脈沖氙燈的閃光燈、燈絲線、白熾燈和/或電磁 鐵。
[0004] 在過去的數(shù)年間，已經(jīng)研發(fā)出了個(gè)各種PFN。例如，美國(guó)專利號(hào)6965215描述了一 種基于電容器的脈沖形成網(wǎng)絡(luò)并且提供了相關(guān)方法，其需要被更頻繁地脈沖的更少電感器 以提供更小、較低質(zhì)量且較低電感的脈沖形成網(wǎng)絡(luò)，該脈沖形成網(wǎng)絡(luò)具有比常規(guī)脈沖形成 網(wǎng)絡(luò)更好的脈沖整形特性。在一種實(shí)施方式中，該發(fā)明能夠被表征為一種基于電容器的脈 沖形成網(wǎng)絡(luò)，其包括適于耦合至負(fù)載的多個(gè)電感器、多個(gè)電容器單元和多個(gè)開關(guān)。每個(gè)開關(guān) 將相應(yīng)電容器單元耦合至相應(yīng)電感器，其中多個(gè)電容器單元通過單獨(dú)開關(guān)耦合至每個(gè)電感 器。該多個(gè)開關(guān)適于非同時(shí)地對(duì)多個(gè)電容器單元進(jìn)行放電以通過給定電感器而并不通過其 它電感器向負(fù)載提供非同時(shí)脈沖。該非同時(shí)脈沖形成去往負(fù)載的輸出脈沖波形的至少一部 分。
[0005] 美國(guó)專利號(hào)7514820描述了一種基于電容器的脈沖形成網(wǎng)絡(luò)和方法，其需要被更 頻繁地脈沖的更少電感器以提供更小、較低質(zhì)量且較低電感的脈沖形成網(wǎng)絡(luò)，該脈沖形成 網(wǎng)絡(luò)具有比常規(guī)脈沖形成網(wǎng)絡(luò)更好的脈沖整形特性。在一種實(shí)施方式中，該發(fā)明能夠被表 征為一種基于電容器的脈沖形成網(wǎng)絡(luò)，其包括適于稱合至負(fù)載的多個(gè)電感器、多個(gè)電容器 單元和多個(gè)開關(guān)。每個(gè)開關(guān)將相應(yīng)電容器單元耦合至相應(yīng)電感器，其中多個(gè)電容器單元通 過單獨(dú)開關(guān)耦合至每個(gè)電感器。該多個(gè)開關(guān)適于非同時(shí)地對(duì)多個(gè)電容器單元進(jìn)行放電以通 過給定電感器而并不通過其它電感器向負(fù)載提供非同時(shí)脈沖。該非同時(shí)脈沖形成去往負(fù)載 的輸出脈沖波形的至少一部分。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，提供了一種脈沖形成網(wǎng)絡(luò)（PFN)，其包括連接至負(fù)載的 至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器；多個(gè)電容器單元，其被設(shè)置為以多個(gè)工作輸出電壓存儲(chǔ)多個(gè)電荷；多 個(gè)開關(guān)，每個(gè)開關(guān)適于將多個(gè)電容器單元之一電耦合至至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器；和控制單元，其 經(jīng)由至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器按照順序多個(gè)開關(guān)進(jìn)行操作以將多個(gè)電荷放電至負(fù)載之中以形成 具有所期望的多級(jí)電壓波形的經(jīng)調(diào)節(jié)激勵(lì)脈沖。
[0007] 可選地，每個(gè)電容器由針對(duì)相應(yīng)工作輸出電壓進(jìn)行調(diào)適的電源進(jìn)行激勵(lì)。
[0008] 可選地，至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器適于將每個(gè)工作輸出電壓的水平調(diào)節(jié)為不小于在向至 少一個(gè)電調(diào)節(jié)器進(jìn)行放電時(shí)的工作輸出電壓的最小值的90 %的電壓水平。
[0009] 可選地，所期望的多級(jí)電壓波形包括多個(gè)不同工作輸出電壓。
[0010] 可選地，該控制單元對(duì)脈沖進(jìn)行監(jiān)視以識(shí)別與至少一個(gè)基準(zhǔn)脈沖和之前所記錄的 由該P(yáng)FN生成的脈沖的偏差。
[0011] 更為可選地，該控制單元根據(jù)對(duì)波形的分析識(shí)別出多個(gè)電容器單元中的至少一個(gè) 中的故障并且輸出指示多個(gè)電容器單元中的哪一個(gè)出現(xiàn)故障的指示。
[0012] 更為可選地，該至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器根據(jù)序列脈沖進(jìn)行調(diào)整，該序列脈沖根據(jù)來自 多個(gè)電容器單元中的至少一個(gè)的反饋控制進(jìn)行調(diào)整，該控制單元根據(jù)對(duì)該序列脈沖的分析 識(shí)別出多個(gè)電容器單元中的至少一個(gè)中的故障并且相應(yīng)地輸出指示多個(gè)電容器單元中的 哪一個(gè)出現(xiàn)故障的指示。
[0013] 可選地，該多個(gè)電容器單元可拆除地連接至支撐結(jié)構(gòu)。
[0014] 可選地，該控制單元被設(shè)置為同時(shí)觸發(fā)該多個(gè)電容器單元中的數(shù)個(gè)。
[0015] 可選地，該控制單元被配置為順序地觸發(fā)多個(gè)電容器單元。
[0016] 可選地，該控制單元被配置為對(duì)多個(gè)電容器單元中的至少一些進(jìn)行監(jiān)視并且輸出 指示該多個(gè)電容器單元中的哪一個(gè)并未正常工作的指示。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，提供了一種脈沖形成網(wǎng)絡(luò)（PFN)，其包括多個(gè)電容器單 元；多個(gè)充電單元，每個(gè)充電單元電連接至多個(gè)電容器單元中的另一個(gè)，該多個(gè)充電單元被 配置為利用具有多個(gè)電壓的多個(gè)電荷對(duì)多個(gè)電容器單元進(jìn)行充電；至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器，其 電連接至負(fù)載；和多個(gè)開關(guān)，每個(gè)開關(guān)將多個(gè)電容器之一耦合至至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器并且進(jìn) 行電連接以便由控制單元進(jìn)行控制。
[0018] 可選地，每個(gè)開關(guān)經(jīng)由防反向二極管耦合多個(gè)電容器單元之一。
[0019] 可選地，至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器包括多個(gè)點(diǎn)調(diào)節(jié)器，每個(gè)開關(guān)將多個(gè)電容器單元之一 耦合至多個(gè)電調(diào)節(jié)器中的另一個(gè)。
[0020] 可選地，該多個(gè)電容器單元被設(shè)置為利用多個(gè)不同電荷進(jìn)行充電。
[0021] 可選地，該多個(gè)開關(guān)被順序觸發(fā)以按順序從相應(yīng)電容器接收相應(yīng)電荷而形成模式 化激勵(lì)脈沖。
[0022] 更為可選地，該模式化激勵(lì)脈沖具有方波波形。
[0023] 可選地，該至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器包括電壓調(diào)節(jié)器。
[0024] 可選地，該至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器包括電流調(diào)節(jié)器。
[0025] 可選地，該P(yáng)FN進(jìn)一步包括控制單元，其進(jìn)行耦合以對(duì)多個(gè)開關(guān)進(jìn)行控制。
[0026] 更為優(yōu)選地，該控制單元被設(shè)置為同時(shí)觸發(fā)該多個(gè)開關(guān)中的數(shù)個(gè)。
[0027] 更為優(yōu)選地，該控制單元接收針對(duì)負(fù)載的所請(qǐng)求電荷水平并且根據(jù)該所請(qǐng)求電荷 水平選擇多個(gè)開關(guān)。
[0028] 可選地，該P(yáng)FN進(jìn)一步包括控制單元，其進(jìn)行耦合以監(jiān)視每個(gè)電容器中的充電速 率并且輸出指示該多個(gè)電容器單元中的哪一個(gè)并未正常充電的指示。
[0029] 可選地，該多個(gè)電容器單元中的至少一些中的每一個(gè)耦合至指示其是否正常工作 的指示器。
[0030] 可選地，該多個(gè)電容器單元可拆除地連接至該P(yáng)FN。
[0031] 可選地，每個(gè)電容器被反復(fù)充電。
[0032] 可選地，該至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器包括降壓轉(zhuǎn)換器。
[0033] 可選地，該降壓轉(zhuǎn)換器具有與負(fù)載并行電連線的電感器。
[0034] 可選地，該至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器是由開關(guān)調(diào)節(jié)器和模擬調(diào)節(jié)器所組成的群組中的成 員。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，提供了一種生成模式化脈沖的方法。該方法包括a)利 用多個(gè)電荷對(duì)多個(gè)電容器單元進(jìn)行充電，和b)將多個(gè)被充電的電容器單元順序耦合至至 少一個(gè)電調(diào)節(jié)器從而允許向負(fù)載傳遞具有所期望的多級(jí)電壓的經(jīng)調(diào)解激勵(lì)脈沖。該電調(diào)節(jié) 器連接至負(fù)載。
[0036] 可選地，該方法進(jìn)一步包括重復(fù)a)和b)從而持續(xù)對(duì)負(fù)載進(jìn)行充電。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，提供了一種脈沖形成網(wǎng)絡(luò)（PFN)，其包括多個(gè)模塊，它 們均包括：電容器單元，其存儲(chǔ)電荷；充電單元，其進(jìn)行電連接并被設(shè)置為對(duì)該電容器單元 進(jìn)行充電；電調(diào)節(jié)器，其電連接至負(fù)載；和開關(guān)，其將電容器單元耦合至該電調(diào)節(jié)器。該P(yáng)FN 進(jìn)一步包括控制單元，其對(duì)多個(gè)模塊中的每個(gè)開關(guān)進(jìn)行控制而按順序?qū)⒚總€(gè)電荷放電至負(fù) 載中以形成具有所期望的多級(jí)電壓波形的經(jīng)調(diào)解激勵(lì)脈沖。該多個(gè)模塊中的每個(gè)調(diào)節(jié)器連 接至共用負(fù)載。
[0038] 可選地，該多個(gè)模塊可拆除地連接至支撐部件。
[0039] 可選地，該多個(gè)模塊具有反向極性并且被設(shè)置為可互換地利用交變電流對(duì)負(fù)載進(jìn) 行激勵(lì)。
[0040] 可選地，該P(yáng)FN進(jìn)一步包括適于將多個(gè)模塊中的至少一些同時(shí)且并行地連接至負(fù) 載的電路。
[0041] 可選地，該P(yáng)FN進(jìn)一步包括適于將該多個(gè)模塊中的至少一些串行連接至負(fù)載的電 路。
[0042] 可選地，每個(gè)模塊具有并行連接至負(fù)載的多個(gè)電調(diào)節(jié)器。
[0043] 除非以其它方式進(jìn)行定義，否則這里所使用的所有技術(shù)和/或科學(xué)術(shù)語具有與本 發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員所普遍理解的相同的含義。雖然在實(shí)踐或測(cè)試本發(fā)明的實(shí)施例時(shí)能 夠使用與這里所描述的那些相類似或等同的方法和素材，但是示例性的方法和/或素材在 下文中進(jìn)行描述。在沖突的情況下，包括定義在內(nèi)的專利說明書將進(jìn)行控制。此外，素材、 方法和示例僅是說明性的且并非必然意在進(jìn)行限制。
[0044] 本發(fā)明實(shí)施例的方法和/或系統(tǒng)的實(shí)施方式可以涉及人工、自動(dòng)或者以其組合來 執(zhí)行或完成所選擇的人物。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法和/或系統(tǒng)的實(shí)施例的實(shí)際儀器和設(shè) 備，若干所選擇的人物能夠通過硬件、軟件或固件來實(shí)施，或者使用操作系統(tǒng)通過它們的組 合來實(shí)施。
[0045] 例如，用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的所選擇任務(wù)的硬件可以被實(shí)施為芯片或電 路。作為軟件，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的所選擇任務(wù)能夠被實(shí)施為由計(jì)算機(jī)使用任意適當(dāng)操作 系統(tǒng)所執(zhí)行的多個(gè)軟件指令。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，根據(jù)這里所描述的方法和/或 系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)任務(wù)由數(shù)據(jù)處理器所執(zhí)行，該數(shù)據(jù)處理器諸如用于執(zhí)行 多個(gè)指令的計(jì)算平臺(tái)。可選地，該數(shù)據(jù)處理器包括用于存儲(chǔ)指令和/或數(shù)據(jù)的易失性存儲(chǔ) 器和/或用于存儲(chǔ)指令和/或數(shù)據(jù)的例如磁性硬盤和/或可移動(dòng)媒體的非易失性存儲(chǔ)。可 選地，還提供了網(wǎng)絡(luò)連接?？蛇x地，還提供了顯示器和/或諸如鍵盤或鼠標(biāo)的用戶輸入設(shè) 備。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0046] 這里參考附圖僅通過示例對(duì)本發(fā)明的一些實(shí)施例進(jìn)行了描述?，F(xiàn)在詳細(xì)參考附 圖，所要強(qiáng)調(diào)的是，它們是通過示例并且出于對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明性討論的目的而 被特別示出。就此而言，利用附圖所進(jìn)行的描述使得本發(fā)明的實(shí)施例可以如何進(jìn)行實(shí)踐對(duì) 于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。
[0047] 在附圖中：
[0048] 圖1A是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的具有多個(gè)模塊的PFN的示意性圖示，每個(gè)模塊具 有經(jīng)由電調(diào)節(jié)器而連接至負(fù)載的電容器單元；
[0049] 圖1B是描繪根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的示例性電路的圖示，該電路被連接以形成 如圖1A所描繪的PFN;
[0050] 圖1C是描繪根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的示例性多模塊電路的圖示，其被連線以形 成類似于圖1A所描繪的PFN，其中每個(gè)模塊具有兩個(gè)或更多電調(diào)節(jié)器；
[0051] 圖1D是描繪根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的示例性多模塊電路的圖示，其被連線以形 成類似于圖1A所描繪的PFN，其中該模塊被設(shè)置為對(duì)負(fù)載進(jìn)行循環(huán)充電；
[0052] 圖2是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的具有多個(gè)模塊的另一種PFN的示意性圖示；
[0053] 圖3A是描繪根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的具有圖1A中所描繪的組件的PFN的示意性 圖示，該P(yáng)FN具有中央電調(diào)節(jié)器；
[0054] 圖3B是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的被連線以形成圖3A所描繪的PFN的示例性電 路；
[0055] 圖3C是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的被連線以形成具有調(diào)節(jié)器的PFN的示例性電路， 該調(diào)節(jié)器具有與負(fù)載并行的降壓轉(zhuǎn)換器（該負(fù)載與電感器并行連接）；
[0056] 圖3D-3F是描繪根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的使用如圖3C所描繪的PFN所生成的具 有短且高的峰值的方波波形的仿真的圖形；
[0057] 圖3G是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的被連線以形成PFN的示例性電路，該P(yáng)FN用于通 過將不同模塊可交換地與反向極性相連接而利用交變電流對(duì)負(fù)載進(jìn)行激勵(lì)；
[0058] 圖3H是描繪根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的使用如圖3C所描繪的PFN所生成的具有短 且高的峰值的方波波形的仿真的圖形；
[0059] 圖4是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的從具有增加電壓的多個(gè)電荷生成模式化脈沖的 方法的流程圖；和
[0060] 圖5、6和7是描繪根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的根據(jù)圖4所描繪的方法和/或由與圖 1-3所描繪的PFN相類似的PFN所生成的增加、多級(jí)和減小的方波波形的仿真的圖形。
【具體實(shí)施方式】
[0061] 在其一些實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種脈沖形成網(wǎng)絡(luò)（PFN)，尤其但并非唯一地涉及 一種具有多個(gè)電容器單元的PFN。
[0062] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，提供了一種脈沖形成網(wǎng)絡(luò)（PFN)，其被設(shè)置為向負(fù)載 傳遞激勵(lì)脈沖，該激勵(lì)脈沖具有多個(gè)電容器電荷流動(dòng)所形成的經(jīng)調(diào)節(jié)的多級(jí)電壓波形。該 激勵(lì)脈沖可選地被形成為利用不同電壓對(duì)電容器單元的集合進(jìn)行充電并均經(jīng)由電調(diào)節(jié)器 (electric regulator)將它們順序地向負(fù)載進(jìn)行放電。該P(yáng)FN可選地包括電連接至負(fù)載的 一個(gè)或多個(gè)電調(diào)節(jié)器，以及被設(shè)置為以多個(gè)不同水平的工作電壓存儲(chǔ)多個(gè)電荷的電容器單 元。該P(yáng)FN包括多個(gè)開關(guān)，或者用作多個(gè)開關(guān)的一個(gè)開關(guān)。每個(gè)開關(guān)用于將多個(gè)電容器單 元中的一個(gè)電連接（或斷開連接）至電調(diào)節(jié)器之一或中央電調(diào)節(jié)器。該P(yáng)FN由操作開關(guān)的 控制單元所控制。該控制單元對(duì)開關(guān)進(jìn)行控制而經(jīng)由電調(diào)節(jié)器按順序?qū)㈦娙萜鲉卧碾姾?放電至負(fù)載之中以形成激勵(lì)脈沖，該激勵(lì)脈沖具有所期望的經(jīng)調(diào)節(jié)多級(jí)電壓或電流波形， 例如所期望的方波波形和可變階躍波形。
[0063] 可選地，每個(gè)電容器單元由電源充電，該電源作為充電器，與電容器的工作輸出 電壓相適應(yīng)?？蛇x地，每個(gè)電容器單元連接至與其工作輸出電壓相適應(yīng)的電調(diào)節(jié)器，例如開 關(guān)（電子）調(diào)節(jié)器或模擬（電子）調(diào)節(jié)器。例如，該調(diào)節(jié)器用于將相應(yīng)電容器單元的放電的 電壓水平調(diào)節(jié)至不小于其最小值的電壓水平?？蛇x地，中央調(diào)節(jié)器電線連接以對(duì)所有電荷 進(jìn)行調(diào)節(jié)。在這樣的實(shí)施例中，中央調(diào)節(jié)器可以由控制單元進(jìn)行控制而使得其調(diào)節(jié)與放電 電容器單元的電壓水平實(shí)時(shí)地適應(yīng)?？蛇x地，該P(yáng)FN包括多個(gè)模塊，每個(gè)模塊具有連接至電 容器單元的電源，該電容器單元經(jīng)由電調(diào)節(jié)器進(jìn)行連接。所有模塊都經(jīng)由相應(yīng)調(diào)節(jié)器連接 至共用負(fù)載。每個(gè)模塊的所有組件都可選地被調(diào)節(jié)為某個(gè)工作輸出電壓。以這樣的方式，電 容器單元由與其工作輸出電壓相適應(yīng)的電源所供電，并且因此沒有或僅有很少充電電力被 浪費(fèi)。此外，在電容器的放電期間，由于電容器單元連接至被設(shè)置為對(duì)其工作輸出電壓進(jìn)行 調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)器，所以在電壓調(diào)節(jié)期間僅少量的充電功率被浪費(fèi)，例如大約10%的輸入電壓， 這可選地取決于調(diào)節(jié)器的類型?？蛇x地，每個(gè)模塊和/或電容器單元連接至測(cè)試器電路，后 者對(duì)模塊中是否存在一個(gè)或多個(gè)缺陷進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查?？蛇x地，每個(gè)模塊可拆除地連接至PFN 而使得其可以按照需要被功能模塊所替代。
[0064] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，提供了一種例如使用以上所概況并且在下文中進(jìn)行描 述的PFN生成激勵(lì)脈沖的方法。該方法基于利用多個(gè)電荷對(duì)多個(gè)電容器進(jìn)行充電并且將多 個(gè)充電電容器順序耦合至與負(fù)載連接的電調(diào)節(jié)器（中央調(diào)節(jié)器或電調(diào)節(jié)器的集合之一）從 而向負(fù)載傳遞激勵(lì)脈沖，該激勵(lì)脈沖擁有具有所期望波形的經(jīng)調(diào)節(jié)的多級(jí)電壓。
[0065] 在詳細(xì)解釋本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例之前，所要理解的是，本發(fā)明并非必然在其 應(yīng)用中被局限于以下描述中所給出和/或在附圖和/或示例中所圖示的組件和/或方法的 構(gòu)造和配置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明支持其它實(shí)施例或者能夠以各種方式來實(shí)踐或執(zhí)行。
[0066] 現(xiàn)在參考圖1A，其是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的具有多個(gè)模塊101的PFN100的示意 性圖示，每個(gè)模塊101具有被連線以經(jīng)由電調(diào)節(jié)器103和開關(guān)108而連接至負(fù)載106的電 容器單元102。可選地，電容器單元102具有不同輸出電壓。以這樣的方式，PFN 100可以 通過產(chǎn)生并傳遞多個(gè)順序調(diào)節(jié)的電荷而形成模式化激勵(lì)脈沖，該電荷形成具有經(jīng)調(diào)節(jié)的多 級(jí)電壓波形的模式化激勵(lì)脈沖。如這里所使用的，激勵(lì)意味著提供以電力。PFN 100可以被 用來利用十倍于輸入電荷或更多的能量對(duì)電容器單元102進(jìn)行充電。在使用中，PFN 100的 電容器單元102對(duì)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的電能進(jìn)行累加，并且隨后在控制單元107的控制下以持 續(xù)時(shí)間相當(dāng)短的相對(duì)方形脈沖的形式順序地釋放所累加的電能。每個(gè)電容器102的放電水 平與相應(yīng)電調(diào)節(jié)器103的電壓調(diào)節(jié)水平相關(guān)。例如，電調(diào)節(jié)器103將放電能量達(dá)到針對(duì)負(fù) 載的大約為最小輸入放電電壓水平的90%的電壓水平?？蛇x地，放電能量的電流高于對(duì)電 容器單元102進(jìn)行加載的饋送電流。示例性負(fù)載106可以是諸如速調(diào)管或磁控管的高功率 微波振蕩器、諸如脈沖氙燈的閃光燈、或者白熾燈、處于加速瞬間的驅(qū)動(dòng)器電機(jī)、諸如電機(jī) 的電動(dòng)汽車負(fù)載。激光二極管、電磁鐵、Marx生成器、諸如C02 TEA激光源的脈沖激光源、雷 達(dá)、（當(dāng)前正在研究的）融合發(fā)電機(jī)、粒子加速器、太陽仿真器、由DC電源進(jìn)行激勵(lì)的便攜 式太陽仿真器、用于HID CW燈具的調(diào)光鎮(zhèn)流器驅(qū)動(dòng)器，和/或利用具有經(jīng)調(diào)節(jié)的多級(jí)電壓 的模式化激勵(lì)脈沖進(jìn)行激勵(lì)的任意負(fù)載（具有兩個(gè)或更多電壓的DC或AC極性水平）。該 多級(jí)電壓波形可以具有各種形狀，諸如方波波形、高斯波形和/或瘦集成電路或任意其它 非正弦波形，諸如矩形波波形、斜波波形、三角波波形、上升波波形和鋸齒波波形。根據(jù)本發(fā) 明的其它實(shí)施例，電容器單元102具有相同或不同的輸出電壓水平。以這樣的方式，PFN100 可以利用具有基本上統(tǒng)一的調(diào)節(jié)電壓的脈沖對(duì)負(fù)載106進(jìn)行激勵(lì)。圖1B中描繪了根據(jù)本 發(fā)明一些實(shí)施例的被連線以形成圖1A所描繪的PFN的示例性電路。
[0067] 由一個(gè)或多個(gè)隔離電源進(jìn)行充電的電容器單元102可選地為高壓電源。例如，在 圖1A中，電容器單元102由單個(gè)電源105進(jìn)行充電。這樣的電源105是對(duì)多個(gè)電容器單元 102進(jìn)行充電的共享電源105。在圖2中，每個(gè)電容器單元102連接至另一個(gè)電源205,該圖 2是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的具有多個(gè)模塊101的另一種PFN 100的示意性圖示。例如充 電器的每個(gè)電源205單獨(dú)連接至電容器單元102之一或者連接至具有共同的工作輸出電壓 水平的電容器單元102的群組。以這樣的方式，在一個(gè)或多個(gè)電容器單元由一個(gè)電源進(jìn)行 充電的同時(shí)，一個(gè)或多個(gè)其它電容器單兀102由另一個(gè)電源進(jìn)行充電。在這樣的實(shí)施例中， 每個(gè)電源205與所饋送的電容器單元102的電壓水平對(duì)應(yīng)。由于充電器和電容器的電壓水 平針對(duì)輸出負(fù)載進(jìn)行了對(duì)應(yīng)，所以在電容器單元102的充電期間被浪費(fèi)的能量更少。（多 個(gè)）電源105、205可以是高功率電源，例如連接至電力線路和/或電池低功率電源集合的 充電器。
[0068] 可選地，一些或全部模塊101連接至允許同時(shí)將它們中的一些或全部連接至負(fù)載 106的電路。以這樣的方式，模塊101的輸出可以被組合以利用比它們中的每一個(gè)的電流更 高的電流形成放電。該電路將模塊101并行連接而使得其輸出是高電流的累加。應(yīng)當(dāng)注意 的是，由于每個(gè)模塊101的輸出都經(jīng)過調(diào)節(jié)，所以所相加的輸出也是經(jīng)過調(diào)節(jié)的。
[0069] 除此之外或可替換地，一些或全部模塊連接在允許在對(duì)負(fù)載106進(jìn)行激勵(lì)之前對(duì) 其輸出進(jìn)行相加以提高放電電壓的電路之中。以這樣的方式，模塊101的輸出可以被組合 以利用比它們中的每一個(gè)的電壓更高的電壓形成放電。該電路將輸出模塊101 -個(gè)接一個(gè) 地串行連續(xù)連接，而使得其輸出是電壓的累加并且高電壓被應(yīng)用于負(fù)載。應(yīng)當(dāng)注意的是，由 于每個(gè)模塊101的輸出都經(jīng)過調(diào)節(jié)，所以所相加的輸出也是經(jīng)過調(diào)節(jié)的。
[0070] 可選地，諸如防反向二極管的二極管104被提供在電調(diào)節(jié)器103和負(fù)載106之間 以防止電容器單元102在每個(gè)模塊利用不同電荷對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電時(shí)變?yōu)樨?fù)載。
[0071] 可選地，每個(gè)電容器單元102連接至本地指示器或測(cè)試電路，后者被設(shè)置為指 示其是否正確工作?？蛇x地，該指示器電路包括在電容器正確操作時(shí)激活的發(fā)光二極管 (LED)。
[0072] 例如開關(guān)（電子）調(diào)節(jié)器或模擬調(diào)機(jī)器的可以被設(shè)置為對(duì)電壓和/或電流進(jìn)行調(diào) 節(jié)的每個(gè)電調(diào)節(jié)器103保持恒定的電壓水平和/或電流。如以下所描述的，所調(diào)節(jié)電壓可以 被自動(dòng)設(shè)置或者由控制單元107進(jìn)行選擇。根據(jù)該設(shè)計(jì)，電調(diào)節(jié)器103可以被用來調(diào)節(jié)一 個(gè)或多個(gè)直流（DC)電壓和/或來自電容器單元102的電流。由于電調(diào)節(jié)器103保持恒定 的電壓水平和/或電流，所以如被負(fù)載106所接收的每個(gè)模塊101的輸出能夠事先被評(píng)估。 所有電調(diào)節(jié)器103都連接至負(fù)載106。應(yīng)當(dāng)注意的是，由于電荷具有已知且恒定的電壓，所 以必須進(jìn)行調(diào)節(jié)的電壓范圍是有限的并且因此可以使用被設(shè)置為對(duì)△輸入電壓的有限動(dòng) 態(tài)范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)的低成本電調(diào)節(jié)器。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步注意的是，由于被限制在其工作輸出電壓 水平的電調(diào)節(jié)器103同時(shí)和非同時(shí)操作和/或指定電源的使用，減小了電磁干擾（EMC)對(duì) 于PFN 100的影響。此外，當(dāng)使用多個(gè)電調(diào)節(jié)器103時(shí)，電流在相對(duì)短的間隔內(nèi)通過每個(gè)電 調(diào)節(jié)器103向負(fù)載106流動(dòng)。因此，可以使用相對(duì)細(xì)的連線和/或小的功率設(shè)備和集成電 路對(duì)負(fù)載106進(jìn)行經(jīng)調(diào)節(jié)充電。
[0073] 可選地，一些或全部模塊101的電容器單元102被連接至數(shù)個(gè)電調(diào)節(jié)器，每個(gè)電調(diào) 節(jié)器如103中所示。例如，圖1C描繪了與圖1A所描繪的相類似的被電線連接以形成PFN 的示例性多模塊電路，其中每個(gè)模塊101具有兩個(gè)（或更多）電調(diào)節(jié)器103。這允許使用具 有高電壓電位的電容器單元102,該高電壓電位具有更高的功能持續(xù)時(shí)間。
[0074] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，PFN 100被設(shè)置為連續(xù)生成具有經(jīng)調(diào)節(jié)的多級(jí)電壓的 激勵(lì)脈沖。
[0075] 在這樣的實(shí)施例中，每個(gè)電容器單元102的充電和放電周期被調(diào)適而使得放電被 恒定傳輸至負(fù)載106。例如，對(duì)于使用N個(gè)電容器單兀102并且每個(gè)電容器單兀102的充電 周期為X的示例而言，則（N-l) *X表示充電周期。例如，圖1D是描繪與圖1A所描繪的相類 似的被連線以形成PFN的示例性多模塊電路的圖示，其中所有模塊被連接至共用負(fù)載并且 被設(shè)置為對(duì)負(fù)載106進(jìn)行循環(huán)充電。當(dāng)負(fù)載被連續(xù)充電時(shí)，電源認(rèn)為負(fù)載106是具有固定 電阻值的電阻器而不是具有可變消耗的負(fù)載。當(dāng)負(fù)載被連續(xù)充電時(shí)，脈沖可以具有可變化 形式并且脈沖周期的長(zhǎng)度可以從空值變?yōu)闊o限大。這樣的示例性多模塊電路可以被用來在 沒有功耗選取（power consumption pick)的情況下對(duì)諸如引擎之類的負(fù)載進(jìn)行激勵(lì)。
[0076] 現(xiàn)在還參考圖3A，其是描繪根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的具有圖1A所描繪的組件的 PFN 300的示意性圖示，其具有中央電調(diào)節(jié)器303而不是電調(diào)節(jié)器103。例如，可以使用包 括諸如降壓轉(zhuǎn)換器的降壓DC至DC轉(zhuǎn)換器的電調(diào)節(jié)器303。圖3B中描繪了根據(jù)本發(fā)明一些 實(shí)施例的被電線連接以形成圖3A中所描繪的PFN的示例性電路。在這樣的實(shí)施例中，所有 電容器單元102都被電線連接以經(jīng)由中央電調(diào)節(jié)器303將其電荷放電至負(fù)載106中。在這 樣的實(shí)施例中，中央電調(diào)節(jié)器303可以由控制單元107進(jìn)行控制從而以可變化的方式對(duì)從 電容器單元102放電的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0077] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，PFN 100、200、300被調(diào)適以對(duì)負(fù)載進(jìn)行激勵(lì)，該負(fù)載并 行連接至（多個(gè)）電調(diào)節(jié)器103的降壓轉(zhuǎn)換器的電感器（例如，線圈）。這允許將在短時(shí)間 內(nèi)具有高安培的能量放電至負(fù)載106。例如，現(xiàn)在參考圖3C，其是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的 被電線連接以形成具有調(diào)節(jié)器的PFN的示例性電路，該調(diào)節(jié)器具有與負(fù)載106并行連線的 降壓轉(zhuǎn)換器，該負(fù)載106可選地為激光二極管的陣列。例如，被標(biāo)記以附圖標(biāo)記330的電路 部分是包括降壓轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)器。電感器可選地接地。當(dāng)任意開關(guān)333處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)， 負(fù)載106并行于相應(yīng)電感器（L1、L2、L3和L4)被激勵(lì)。在使用中，諸如Q的電容器單元由 例如S 4的開關(guān)指示至降壓轉(zhuǎn)換器。當(dāng)該降壓轉(zhuǎn)換器例如S3的開關(guān)被連接時(shí)，電荷如利用字 母A所標(biāo)記的圓形中所描繪那樣進(jìn)行流動(dòng)，并且當(dāng)該開關(guān)斷開連接時(shí)，電荷如利用字母B所 標(biāo)記的圓形中所描繪那樣進(jìn)行流動(dòng)。這允許對(duì)相應(yīng)電感器（圓形A)進(jìn)行充電并且存儲(chǔ)被 充電的相應(yīng)電感器（圓形B)直至其并行于負(fù)載被釋放，如利用字母C所標(biāo)記的圓形中所描 繪的。這允許利用具有經(jīng)調(diào)節(jié)的多級(jí)電壓的激勵(lì)脈沖對(duì)負(fù)載進(jìn)行充電，該多級(jí)電壓具有所 期望的具有低和高的峰值，例如如圖3D和3F中所描繪的。
[0078] 此外，這允許利用例如圖3E中所描繪的具有帶所期望波形的經(jīng)調(diào)節(jié)多節(jié)電壓的 激勵(lì)脈沖對(duì)負(fù)載進(jìn)行充電，該所期望波形具有順序的高的峰值。
[0079] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，PFN 100、200、300適于通過將不同模塊101可互換地 與反向極性相連接而利用交變電流對(duì)負(fù)載進(jìn)行激勵(lì)。例如，圖31描繪了 PFN 500,其與圖 1A-1B中所描繪的PFN相類似，其中兩個(gè)模塊101被連接以利用交變電流可互換地對(duì)負(fù)載 106進(jìn)行激勵(lì)。這允許利用例如圖3H中所描繪的具有帶所期望波形的經(jīng)調(diào)節(jié)多級(jí)電壓的激 勵(lì)脈沖對(duì)負(fù)載106進(jìn)行充電，該所期望波形具有正的和負(fù)的振幅。這允許對(duì)諸如用于亮度 調(diào)節(jié)的高強(qiáng)度放電（HID)燈的負(fù)載進(jìn)行充電。當(dāng)在不同模塊101的連接之間設(shè)置延遲時(shí)， 負(fù)載106中的均方根（RMS)有所減小并且因此所消耗的功率也有所減小。在該延遲周期期 間，等離子的減少相對(duì)緩慢。允許高達(dá)大約100 KHz的頻率的大約50%的延遲而從負(fù)載106 所發(fā)出的光線的顏色質(zhì)量沒有任何實(shí)質(zhì)性下降。
[0080] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，控制單元107被連線（電線連接）以控制和/或監(jiān)視 模塊101。如這里所使用的，連線器件以允許在模塊之間建立通信的方式進(jìn)行連接。可選地 包括微控制器的控制單元107可選地被連線以控制每個(gè)開關(guān)108,例如將其打開和閉合。例 如，控制單元107確定每個(gè)開關(guān)閉合和/或打開的時(shí)序和/或周期長(zhǎng)度。以這樣的方式，控 制單元107對(duì)串行或并行連接以對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電的電容器單元102的順序和/或數(shù)量進(jìn)行 控制。例如，開關(guān)的數(shù)量可以根據(jù)所要求的電壓和功率水平而變化?？蛇x地，控制單元107 控制開關(guān)108以將電容器單元102順序或非順序地進(jìn)行連接從而形成例如以上所描述的具 有統(tǒng)一電壓波形或具有多級(jí)電壓的波形的脈沖?？蛇x地，控制單元107控制開關(guān)108以同 時(shí)連接多個(gè)電容器單元102和/或?qū)⑺鼈償嚅_連接。以這樣的方式，同時(shí)連接的電容器單 元10所相加的電荷被傳播至負(fù)載106并且對(duì)負(fù)載進(jìn)行激勵(lì)的電荷的電流有所增加。可選 地，控制單元107控制開關(guān)108而使得每次進(jìn)行連接以對(duì)負(fù)載106進(jìn)行放電的電容器單元 的數(shù)量在不同時(shí)間點(diǎn)發(fā)生變化。以這樣的方式，對(duì)負(fù)載106進(jìn)行激勵(lì)的脈沖具有經(jīng)調(diào)節(jié)的 多級(jí)電壓模式。
[0081] 可選地，控制單元107連接至負(fù)載106以便測(cè)量其阻抗的變化。以這樣的方式，控 制單元107可以針對(duì)阻抗變化對(duì)模塊101或其任意組件（102,103)進(jìn)行調(diào)適。
[0082] 可選地，控制單元107例如通過指示電源105、205利用具有某個(gè)電源的電荷對(duì)電 容器單元102進(jìn)行充電而對(duì)在每一個(gè)所連接的電容器單元102中進(jìn)行充電的電荷進(jìn)行控 制?？蛇x地，控制單元107對(duì)一個(gè)或多個(gè)電調(diào)節(jié)器103處的電壓調(diào)節(jié)水平進(jìn)行控制。
[0083] 可選地，控制單元107對(duì)開關(guān)108、電源105、205和/或一個(gè)或多個(gè)電調(diào)節(jié)器103 進(jìn)行控制以輸送具有多級(jí)電壓波形的激勵(lì)脈沖。例如，控制單元107在某個(gè)充電器205所 提供的充電電壓水平與某個(gè)充電電容器單元102的潛在電壓水平之間進(jìn)行匹配，和/或在 某個(gè)充電電容器單元102中進(jìn)行充電的電荷與相應(yīng)電調(diào)節(jié)器103所設(shè)置的電壓調(diào)節(jié)水平之 間進(jìn)行匹配。該控制允許避免冗余充電和/或冗余電壓調(diào)節(jié)并且因此減少能量損失。
[0084] 可選地，每個(gè)電容器單元102由針對(duì)其容量進(jìn)行調(diào)適的電荷進(jìn)行充電，例如由針 對(duì)某個(gè)電源水平進(jìn)行調(diào)適的電荷進(jìn)行充電而使得其放電水平由電調(diào)節(jié)器103調(diào)節(jié)為不小 于最小放電水平的大約90%的電壓水平。例如，300v的最低電壓的電荷被調(diào)節(jié)為大約270v 的穩(wěn)定電荷。
[0085] 可選地，控制單元107可以對(duì)其打開和/或閉合開關(guān)的放電順序進(jìn)行調(diào)整，對(duì)其 同時(shí)閉合和/或打開的開關(guān)的數(shù)量進(jìn)行調(diào)整，對(duì)被放電至電容器單元中的電壓水平進(jìn)行調(diào) 整，對(duì)一個(gè)或多個(gè)電調(diào)節(jié)器103的調(diào)節(jié)水平進(jìn)行調(diào)整和/或調(diào)整?？蛇x地，這些調(diào)整根據(jù)從 諸如臺(tái)式計(jì)算機(jī)、膝上計(jì)算機(jī)、平板電腦和/或智能電話的中央處理器（CPU)所接收的指令 來執(zhí)行，以可選地對(duì)每個(gè)模塊中的電路進(jìn)行單獨(dú)控制，該指令例如從安裝于其上的控制應(yīng) 用送接收。應(yīng)當(dāng)注意的是，該控制單元可以包括單個(gè)單獨(dú)的控制單元。
[0086] 該控制可以由從負(fù)載106接收反饋的中央計(jì)算單元所進(jìn)行?？蛇x地，多個(gè)控制單 元被安裝在PFN 100中。每個(gè)控制單元安裝在另一個(gè)模塊101中并且對(duì)從相應(yīng)電容器單元 102和/或電調(diào)節(jié)器103所釋放的電荷進(jìn)行監(jiān)視。
[0087] 控制的那樣107可以是微控制器，諸如微芯片組的微控制器和/或Msp430Ti族的 微控制器。
[0088] 現(xiàn)在還參考圖4,其是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的從多個(gè)電流有所增加的電荷生成 模式化脈沖的方法的流程圖400,該電荷例如電容器所發(fā)起的電荷。如在401所示，可選地 由通過任意的圖1-3所描繪的任意PFN實(shí)施的方法400是基于利用多個(gè)電荷對(duì)諸如在101 所示的多個(gè)電容器單元進(jìn)行充電?？蛇x地利用低電流電荷所進(jìn)行的充電為電容器單元102 加載以多種不同的有所增加的電流電荷。如在402所示，提供了例如從計(jì)算單元所接收，從 存儲(chǔ)器所計(jì)算和/或提取的定義多個(gè)電荷的放電順序的序列。該順序根據(jù)所期望的具有預(yù) 定模式的激勵(lì)脈沖而定義。該預(yù)定模式定義了諸如方波波形的多級(jí)電壓波形。該波形包括 多種不同的電壓水平。該電壓水平可以以正弦方式雖時(shí)間增加、減小和/或變化。這樣的 順序或者用于生成這樣的順序的指令在這里可以被稱作放電順序?？蛇x地，該放電順序例 如由與之連接的硬件和/或軟件模塊提供至控制單元107。
[0089] 現(xiàn)在，如在403所示，每次一個(gè)或者每次一個(gè)或多個(gè)地經(jīng)由諸如103或303的一個(gè) 或多個(gè)電調(diào)節(jié)器將多個(gè)充電電容單元102針對(duì)共用負(fù)載順序放電。該放電根據(jù)放電順序來 執(zhí)行。例如，在使用中，控制單元107根據(jù)放電順序打開和閉合開關(guān)108。如在404所示，該 過程可以在任意次數(shù)的迭代進(jìn)行重復(fù)。該放電順序可以在各次迭代期間發(fā)生改變或保持不 變。經(jīng)由諸如103或303的一個(gè)或多個(gè)電調(diào)節(jié)器所執(zhí)行的放電序列允許以各種模式來傳遞 能量。例如，圖5、6和7是描繪根據(jù)圖4所描繪的方法和/或由圖1-3中所描繪的PFN(沒 有控制單元）所進(jìn)行的方法而生成的增加的、減小并增加的以及減小的方波波形的仿真的 圖形。在這些圖形中，紅色斜線仿真了電壓水平在經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)電調(diào)節(jié)器103進(jìn)行的每 次放電的傳遞期間的電壓水平變化（沒有調(diào)節(jié)的影響），綠線則仿真了經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)電 調(diào)節(jié)器103所進(jìn)行的每次放電的傳遞期間的電流變化的減小，而棕色虛線則仿真了每個(gè)放 電在它們已經(jīng)被一個(gè)或多個(gè)電調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)之后的估計(jì)電壓水平。
[0090] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，PFN 100包括用于將一個(gè)或多個(gè)電調(diào)節(jié)器103連接至 任意數(shù)量的負(fù)載的負(fù)載開關(guān)（未示出）。在這樣的實(shí)施例中，具有PFN 100所生成的經(jīng)調(diào)解 多級(jí)電壓波形的脈沖例如可以順序地和/或根據(jù)用戶選擇而被傳遞至任意數(shù)量的負(fù)載?？?選地，負(fù)載開關(guān)由控制單元107所控制?？蛇x地，控制單元107根據(jù)負(fù)載開關(guān)模式而對(duì)被發(fā) 送以對(duì)脈沖的經(jīng)調(diào)解多級(jí)電壓波形進(jìn)行整形的指令進(jìn)行調(diào)整，該指令例如發(fā)送至開關(guān)108、 電調(diào)節(jié)器103和/或電容器單元102的指令。以這樣的方式，不同負(fù)載可以被傳遞以具有 不同的經(jīng)調(diào)解多級(jí)電壓波形的脈沖。
[0091] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，控制單元107被設(shè)置為監(jiān)視每一個(gè)電容器單元102的 功能。該監(jiān)視可選地通過對(duì)PFN 100所生成的脈沖進(jìn)行采樣來執(zhí)行。除此之外或可替換地， 控制單元107被設(shè)置為監(jiān)視每一個(gè)電調(diào)節(jié)器103的功能。這樣的監(jiān)視通過對(duì)用來調(diào)整調(diào)節(jié) 器的序列脈沖進(jìn)行采樣來執(zhí)行。
[0092] 特別地，可以是對(duì)所有模塊進(jìn)行控制的中央控制單元或者在電調(diào)節(jié)器103中單獨(dú) 安裝的設(shè)定控制單元的控制單元107包括脈沖序列調(diào)節(jié)模塊，其通過控制調(diào)節(jié)脈沖的速率 而對(duì)電調(diào)節(jié)器的輸出值（例如，輸出電壓）進(jìn)行控制。在優(yōu)選實(shí)施例中，根據(jù)電容器單元102 的輸出電荷，來自控制單元103的連續(xù)脈沖序列輸出被發(fā)送至每個(gè)電調(diào)節(jié)器103或者處于 每個(gè)電調(diào)節(jié)器103。連續(xù)脈沖序列以例如100 KHz的高頻進(jìn)行操作。該控制單元根據(jù)連續(xù) 脈沖序列的速率對(duì)調(diào)節(jié)的速率和/或水平進(jìn)行調(diào)整?？蛇x地，連續(xù)脈沖序列的速率根據(jù)操 作電容器單元的序列而進(jìn)行配合。以這樣的方式，電調(diào)節(jié)器103在相應(yīng)電容器單元102被 放電之前進(jìn)行調(diào)整。這確保了電容器單元102的放電即使在放電速率高的情況下也得到調(diào) 節(jié)。
[0093] 可選地，控制單元107進(jìn)行耦合以根據(jù)來自相應(yīng)電容器單元102的正向反饋或者 根據(jù)來自負(fù)載106的反向反饋對(duì)每個(gè)電調(diào)節(jié)器103的工作輸出電壓進(jìn)行調(diào)整。
[0094] 可選地，控制單元107進(jìn)行耦合以監(jiān)視一些或全部電容器單元102中的充電速率， 并且在有電容器單元沒有正確充電的情況下輸出指示哪個(gè)電容器單元并未正確充電的指 示。在一些實(shí)施例中，控制單元107將所生成脈沖的波形與基準(zhǔn)脈沖進(jìn)行比較，該基準(zhǔn)脈沖 諸如之前所記錄的波形和/或基準(zhǔn)波形?？蛇x地，例如由控制單元107以同步或非同步的 方式對(duì)輸出脈沖的波形進(jìn)行采樣并偶爾進(jìn)行記錄，該控制單元107可選地連接至電調(diào)節(jié)器 103的輸出。例如將所記錄的波形用作基準(zhǔn)波形，與電流脈沖的波形相匹配，通過識(shí)別脈沖 中的一個(gè)或多個(gè)偏差，確定其準(zhǔn)確性。對(duì)所檢測(cè)偏差的分析可以指示哪一個(gè)提供電荷的電 容器單元與其之前所生成的一個(gè)或多個(gè)電荷并不協(xié)調(diào)。由于電容器單元102的放電順序是 已知的，所以對(duì)脈沖的分析可以被用來單獨(dú)評(píng)估每個(gè)電容器單元102的準(zhǔn)確性。如果在第 三電荷所生成的波形分段中檢測(cè)到偏差，則已經(jīng)在該第三放電分段中進(jìn)行操作的電容器單 元可能出現(xiàn)故障，并且例如可以通過操作一個(gè)或多個(gè)連接至控制單元107的指示性LED或 顯示器而向操作人員輸出指示。
[0095] 可選地，控制單元107進(jìn)行耦合以監(jiān)視用來將電調(diào)節(jié)器103處的調(diào)節(jié)水平針對(duì)電 容器單元102的放電進(jìn)行配合的序列脈沖。該監(jiān)視允許接收與將其放電轉(zhuǎn)發(fā)至電調(diào)節(jié)器 103的電容器單元101的功能相關(guān)的指示。以這樣的方式，控制單元101可以在PFN所生成 的調(diào)節(jié)激勵(lì)脈沖受到影響之前向用戶通知出現(xiàn)故障的電容器單元101。
[0096] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，控制單元107連接至對(duì)被激勵(lì)負(fù)載106的功能進(jìn)行監(jiān) 視的一個(gè)或多個(gè)傳感器。例如，如果該負(fù)載是閃光燈，則可以使用溫度傳感器和/或分光儀 和/或光電二極管對(duì)熱量和/或亮度進(jìn)行驗(yàn)證，并且如果該負(fù)載是微波振蕩器，則可以使用 頻率讀取器來檢查頻率穩(wěn)定性。在這樣的實(shí)施例中，可以形成被設(shè)計(jì)為計(jì)算PFN 100的規(guī) 律性的控制模塊。
[0097] 可選地，多個(gè)電容器單元102和/或多個(gè)模塊101可拆除地連接至諸如板的支撐 部件，后者對(duì)PFN 100的所有組件進(jìn)行支撐。在這樣的實(shí)施例中，操作人員可以在控制單元 107指示故障時(shí)將任意電容器單元102和/或模塊101斷開連接并進(jìn)行替換。這允許非專 業(yè)人員和不熟練的技術(shù)人員在不必將PFN 100和/或包含PFN 100的設(shè)備發(fā)送至實(shí)驗(yàn)室和 /或不必在并非所有模塊出現(xiàn)缺陷時(shí)處置PFN 100的情況下對(duì)PFN 100進(jìn)行維護(hù)和/或維 修。
[0098] 所預(yù)見到的是，在源自于本申請(qǐng)的專利的生命期間，將研發(fā)出許多相關(guān)設(shè)備和方 法，并且術(shù)語電容器、電調(diào)節(jié)器、開關(guān)和支撐部件的范圍意在推理性地包括所有這樣的新技 術(shù)。
[0099] 如這里所使用的，術(shù)語"大約"是指±10%。
[0100] 術(shù)語"包括"、"包括了"、"包含"、"包含了"、"具有"及其同源詞意味著"包含但并不 局限于"。該術(shù)語包含術(shù)語"由…組成"和"基本上由…組成"。
[0101] 短語"基本上由…組成"意味著合成物或方法可以包括附加要素和/或步驟，但是 這僅是在該附加要素和/或步驟并不實(shí)質(zhì)性改變所請(qǐng)求保護(hù)的合成物或方法的基本和新 穎特性的情況下。
[0102] 如這里所使用的，除非上下文明確地另外指示，否則單數(shù)形式"一個(gè)"(〃a〃、〃an〃和 "the")包括復(fù)數(shù)形式。例如，術(shù)語"一種化合物"或"至少一種化合物"可以包括多種化合 物，包括其混合物。
[0103] 詞語"示例性"在這里被用來表示"用作示例、實(shí)例或說明"。被描述為"示例性" 的任意實(shí)施例都并非必然被理解為是相比其它實(shí)施例是優(yōu)選或有利的和/或排除了來自 其它實(shí)施例的特征的結(jié)合。
[0104] 詞語"可選地"在這里被用來表示"在一些實(shí)施例中提供而并不在其它實(shí)施例中提 供"。本發(fā)明的任意特定實(shí)施例可以包括多個(gè)"可選"特征，除非這樣的特征沖突。
[0105] 貫穿本申請(qǐng)，本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例可以以范圍的形式給出。應(yīng)當(dāng)理解的是，以范圍 的形式給出的描述僅是為了方便和簡(jiǎn)明而并不應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本發(fā)明范圍的嚴(yán)格限制。 因此，對(duì)范圍的描述應(yīng)當(dāng)被理解為具有專門公開的所有可能子范圍以及該范圍內(nèi)的個(gè)體數(shù) 值。例如，對(duì)諸如從1至6的范圍的描述應(yīng)當(dāng)被理解為具有專門公開的子范圍，諸如從1至 3、從1至4、從1至5、從2至4、從2至6,從3至6等，以及該范圍內(nèi)的個(gè)體數(shù)字，例如1、2、 3、4、5和6。該應(yīng)用于范圍的寬度無關(guān)。
[0106] 無論何時(shí)在這里指示了數(shù)字范圍，其都意在包括所指示范圍內(nèi)任意的所引用數(shù)字 (分?jǐn)?shù)或整數(shù)）。短語"以第一指示數(shù)字和第二指示數(shù)字…為范圍/它們之間的范圍"以及 "從第一指示數(shù)字到第二指示數(shù)字的范圍"在這里可互換使用，并且意在包括第一和第二指 示數(shù)字以及它們之間的所有分?jǐn)?shù)和整數(shù)。
[0107] 所要意識(shí)到的事，為了清楚而以單獨(dú)實(shí)施例為背景所描述的本發(fā)明的某些特征也 可以在單個(gè)實(shí)施例中組合提供。襄樊地，為了簡(jiǎn)明而以單個(gè)實(shí)施例為背景所描述的本發(fā)明 的各種特征也可以單獨(dú)提供或者以任意子組合來提供，或者在適當(dāng)情況下在本發(fā)明的任意 其它所描述實(shí)施例中提供。以各個(gè)實(shí)施例為背景所描述的某些特征并不被認(rèn)為是那些實(shí)施 例的必要特征，除非該實(shí)施例在沒有那些要素的情況下無法進(jìn)行操作。
[0108] 雖然已經(jīng)結(jié)合其具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是顯而易見的是，許多替換、 修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。因此，其意在包含所有這樣的落入所附 權(quán)利要求的精神和范圍之內(nèi)的替換、修改和變化。
[0109] 該說明書中所提到的所有公開、專利和專利申請(qǐng)以如同作為每個(gè)體格公開、專利 或?qū)＠暾?qǐng)被特別且單獨(dú)指示為通過引用結(jié)合于此的相同范圍而在這里以通過引用全文 結(jié)合于說明書中。此外，本申請(qǐng)中對(duì)于任何參考的引用或標(biāo)識(shí)并不應(yīng)當(dāng)被理解為認(rèn)可這樣 的引用可用作本申請(qǐng)的現(xiàn)有技術(shù)。就所使用的分段標(biāo)題的范圍而言，它們并不應(yīng)當(dāng)被理解 為必然進(jìn)行限制。
【權(quán)利要求】
1. 一種脈沖形成網(wǎng)絡(luò)（PFN)，包括： 連接至負(fù)載的至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器； 多個(gè)電容器單兀，其被設(shè)置為以多個(gè)工作輸出電壓存儲(chǔ)多個(gè)電荷； 多個(gè)開關(guān)，每個(gè)開關(guān)適于將多個(gè)電容器單元之一電耦合至至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器；和 控制單元，其按照順序?qū)λ龆鄠€(gè)開關(guān)進(jìn)行操作以經(jīng)由所述至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器將多個(gè) 電荷放電至負(fù)載，以形成具有所期望的多級(jí)電壓波形的經(jīng)調(diào)節(jié)激勵(lì)脈沖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的PFN，其中每個(gè)所述電容器由與相應(yīng)的所述工作輸出電壓相適應(yīng) 的電源進(jìn)行激勵(lì)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的PFN，其中所述至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器用于將每個(gè)所述工作輸出電壓 的水平調(diào)節(jié)為不小于在向至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器進(jìn)行放電時(shí)的所述工作輸出電壓的最小值的 90 %的電壓水平。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的PFN，其中所述所期望的多級(jí)電壓波形包括所述多個(gè)不同工作輸 出電壓。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的PFN，其中所述控制單元對(duì)所述脈沖進(jìn)行監(jiān)視以識(shí)別與基準(zhǔn)脈沖 和之前所記錄的由所述PFN生成的脈沖中的至少一個(gè)的偏差。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3的PFN，其中所述控制單元根據(jù)對(duì)所述波形的分析識(shí)別出所述多個(gè) 電容器單元中的至少一個(gè)中的故障，并且輸出指出所述多個(gè)電容器單元中的哪一個(gè)出現(xiàn)故 障的指示。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3的PFN，其中所述至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器根據(jù)序列脈沖進(jìn)行調(diào)整，所述序 列脈沖根據(jù)來自所述多個(gè)電容器單元中的至少一個(gè)的反饋控制進(jìn)行調(diào)整，所述控制單元根 據(jù)對(duì)所述序列脈沖的分析識(shí)別出所述多個(gè)電容器單元中的至少一個(gè)中的故障并且相應(yīng)地 輸出指出所述多個(gè)電容器單元中的哪一個(gè)出現(xiàn)故障的指示。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的PFN，其中所述多個(gè)電容器單元可拆除地連接至支撐結(jié)構(gòu)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的PFN，其中所述控制單元被設(shè)置為同時(shí)觸發(fā)所述多個(gè)電容器單元 中的數(shù)個(gè)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1的PFN，其中所述控制單元被配置為順序地觸發(fā)多個(gè)電容器單元。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1的PFN，其中所述控制單元被配置為對(duì)所述多個(gè)電容器單元中的至 少一些進(jìn)行監(jiān)視并且輸出指出示所述多個(gè)電容器單元中的哪一個(gè)未正常工作的指示。
12. -種脈沖形成網(wǎng)絡(luò)（PFN)，包括： 多個(gè)電容器單元； 多個(gè)充電單元，每個(gè)充電單元電連接至所述多個(gè)電容器單元中的另一個(gè)，所述多個(gè)充 電單元被配置為利用具有多個(gè)電壓的多個(gè)電荷對(duì)所述多個(gè)電容器單元進(jìn)行充電； 至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器，其電連接至負(fù)載；和 多個(gè)開關(guān)，每個(gè)開關(guān)將所述多個(gè)電容器之一耦合至所述至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器并且進(jìn)行電 連接以便由控制單元進(jìn)行控制。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的PFN，其中每個(gè)所述開關(guān)經(jīng)由防反向二極管耦合所述多個(gè)電容 器單兀之一。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12的PFN，其中所述至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器包括多個(gè)電調(diào)節(jié)器，每個(gè)所述 開關(guān)將所述多個(gè)電容器單元之一耦合至所述多個(gè)電調(diào)節(jié)器中的另一個(gè)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12的PFN，其中所述多個(gè)電容器單元被設(shè)置為利用多個(gè)不同電荷進(jìn) 行充電。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12的PFN，其中所述多個(gè)開關(guān)被順序觸發(fā)以按順序從相應(yīng)的所述電 容器接收相應(yīng)電荷，形成模式化的激勵(lì)脈沖。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的PFN，其中所述模式化激勵(lì)脈沖具有方波波形。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12的PFN，其中所述至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器包括電壓調(diào)節(jié)器。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12的PFN，其中所述至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器包括電流調(diào)節(jié)器。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12的PFN，進(jìn)一步包括控制單元，其進(jìn)行耦合以對(duì)所述多個(gè)開關(guān)進(jìn)行 控制。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20的PFN，其中所述控制單元被設(shè)置為同時(shí)觸發(fā)所述多個(gè)開關(guān)中的 數(shù)個(gè)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21的PFN，其中所述控制單元接收針對(duì)所述負(fù)載的請(qǐng)求的電荷水平 并且根據(jù)所述所請(qǐng)求的電荷水平選擇所述多個(gè)開關(guān)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求12的PFN，進(jìn)一步包括控制單元，其進(jìn)行耦合以監(jiān)視每個(gè)所述電容器 中的充電速率并且輸出指出所述多個(gè)電容器單元中的哪一個(gè)并未正常充電的指示。
24. 根據(jù)權(quán)利要求12的PFN，其中所述多個(gè)電容器單元中的至少一些中的每一個(gè)耦合 至指示其是否正常工作的指示器。
25. 根據(jù)權(quán)利要求12的PFN，其中所述多個(gè)電容器單元可拆除地連接至所述PFN。
26. 根據(jù)權(quán)利要求12的PFN，其中每個(gè)所述電容器被反復(fù)充電。
27. 根據(jù)權(quán)利要求12的PFN，其中所述至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器包括降壓轉(zhuǎn)換器。
28. 根據(jù)權(quán)利要求12的PFN，其中所述降壓轉(zhuǎn)換器具有與所述負(fù)載并行電連線的電感 器。
29. 根據(jù)權(quán)利要求12的PFN，其中所述至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器是由開關(guān)調(diào)節(jié)器和模擬調(diào)節(jié) 器所組成的群組中的成員。
30. -種生成模式化脈沖的方法。包括 a) 利用多個(gè)電荷對(duì)多個(gè)電容器單元進(jìn)行充電；和 b) 將所述多個(gè)被充電的電容器單元順序耦合至至少一個(gè)電調(diào)節(jié)器從而允許向負(fù)載傳 遞具有所期望的多級(jí)電壓的經(jīng)調(diào)節(jié)的激勵(lì)脈沖； 其中所述電調(diào)節(jié)器連接至負(fù)載。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30的方法，進(jìn)一步包括重復(fù)a)和b)從而持續(xù)對(duì)所述負(fù)載進(jìn)行充電。
32. -種脈沖形成網(wǎng)絡(luò)（PFN)，包括： 多個(gè)模塊，它們均包括： 電容器單元，其存儲(chǔ)電荷； 充電單元，其進(jìn)行電連接至所述電容器單元并被設(shè)置為對(duì)所述電容器單元進(jìn)行充電； 電調(diào)節(jié)器，其電連接至負(fù)載；和 開關(guān)，其將所述電容器單元耦合至所述電調(diào)節(jié)器；以及 控制單元，其對(duì)所述多個(gè)模塊中的每個(gè)所述開關(guān)進(jìn)行操作而按順序?qū)⒚總€(gè)所述電荷放 電至所述負(fù)載中以形成具有所期望的多級(jí)電壓波形的經(jīng)調(diào)節(jié)的激勵(lì)脈沖； 其中所述多個(gè)模塊中的每個(gè)調(diào)節(jié)器連接至共用負(fù)載。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32的PFN，其中所述多個(gè)模塊可拆除地連接至支撐部件。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32的PFN，其中所述多個(gè)模塊具有反向極性并且被設(shè)置為可互換地 利用交變電流對(duì)所述負(fù)載進(jìn)行激勵(lì)。
35. 根據(jù)權(quán)利要求32的PFN，進(jìn)一步包括用于將所述多個(gè)所述模塊中的至少一些同時(shí) 且并行地連接至所述負(fù)載的電路。
36. 根據(jù)權(quán)利要求32的PFN，進(jìn)一步包括用于將所述多個(gè)所述模塊中的至少一些串行 連接至所述負(fù)載的電路。
37. 根據(jù)權(quán)利要求32的PFN，其中每個(gè)所述模塊具有并行連接至所述負(fù)載的多個(gè)電調(diào) 節(jié)器。
【文檔編號(hào)】H03K3/00GK104115400SQ201380009035
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2013年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月5日
【發(fā)明者】莫舍·史特澤 申請(qǐng)人:萊特斯奎有限公司, 莫舍·史特澤