[發明專利]電源設備

在審

• 申請號: 201310410417.0
• 申請日: 2013-09-10
• 公開（公告）號: CN103731047A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 山田隆二;多和田信幸
• 申請（專利權）人: 富士電機株式會社
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M3/335
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張鑫

發明背景

1.發明領域

本發明涉及具有補償交流電源電壓中的瞬時電壓降功能的電源設備，且特定地，涉及增加設備效率并減少設備尺寸的技術。

2.背景技術的描述

圖3示出具有補償交流電源電壓中的瞬時電壓降功能的電源設備的第一現有技術。

在圖3中，參考標號1是交流電源，且由二極管2到5構成的整流器電路連接至該交流電源的兩端。電感器6和半導體開關設備7（諸如MOSFTE）串聯連接至二極管4和5的串聯電路的一端，且二極管8和平滑電容器9串聯連接至開關器件7的另一端。

由半導體開關設備10到13構成的逆變器INV的直流輸入端子連接至平滑電容器9的一端，且變壓器14的初級繞組14a連接至逆變器INV的交流輸出端子。

由二極管15到18構成的整流器電路連接至變壓器14的次級繞組14b的兩端。電感器19和電容器20串聯連接至二極管17和18的串聯電路的一端，且負載21連接至電容器20的兩端。

上述電源設備所需要的功能如下：

將交流輸入電壓轉換為期望大小的直流電壓，并且不論輸入電壓和負載電流的波動而保持輸出電壓恒定；

隔離交流輸入單元和直流輸出單元；和

控制直流輸入電流為具有實際為1的功率因數的正弦波。

進一步，當負載21是如同信息與通信儀器一般要求具可靠性的負載時，電源設備被要求具有一功能，藉此即使在其中交流電源1的電壓降達數毫秒至數周期范圍內的時間段（所謂瞬時電壓降）的情況下，也可以維持恒定的輸出電壓（下文將這個功能稱為瞬時電壓降補償功能）。

將參看圖4A到4E來給出實現這些功能的操作的描述。

在圖4A中，來自交流電源1的輸入電壓Vin具有正弦波形，而由二極管2到5構成的整流器電路的輸出電壓（經整流的電壓）具有由圖4B中Vr1所示的波形。此處，當Vin具有例如正極性時，一旦圖3的開關器件7被導通，電流沿從交流電源1通過二極管2、電感器6、開關器件7、和二極管5的路徑流向交流電源1，經整流的電壓Vr1被施加在電感器6兩端，且電流IL增加。

還有，當開關器件7被截止時，電流IL沿從交流電源1通過二極管2、電感器6、二極管8、平滑電容器9、和二極管5的路徑流向交流電源1。此時，等同于在平滑電容器9的電壓Ed1和輸入電壓Vin之間的差異的電壓被施加至電感器6，但是當通過電路操作Ed1被保持為高于Vin的峰值時，電流IL減少。

通過控制開關器件7的導通和截止的占空比，可以控制電流IL的波形和幅值。當電流IL的波形是圖4B中的正弦整流波形的種類時（為簡化目的忽略波紋），輸入電流Iin具有正弦波形，如圖4A中所示。還有，通過根據負載功率來控制IL的幅值，可以保持平滑電容器9的電壓Ed1恒定，且因此可以保持逆變器INV的輸出電壓恒定。

此處，圖4C到4E示出當存在和不存在瞬時電壓降補償功能時，開關器件10到13的每一個部分的操作和電壓波形。

由開關器件10到13構成的逆變器INV將平滑電容器9的電壓Ed1轉換為高頻交流電壓。一旦開關器件10和13被導通，正電壓Vt被施加至變壓器14的初級繞組14a，而一旦器件11和12被導通，負電壓Vt被施加至初級繞組14a，如圖4C和4D中所示。通過以此方式交替地向初級繞組14a施加正和負電壓Vt，向變壓器14輸入高頻交流電壓Vt（為易于理解的目的，在圖4A到4E中用相同寬度代表Vin和Vt的周期，但是一般而言，Vin是50或60Hz的商業頻率，而Vt具有數千赫茲或更高的頻率從而減少變壓器的大小）。

變壓器14隔離并變壓輸入高頻交流電壓Vt，且在使用由二極管15到18構成的整流器電路將變壓器14的初級繞組14b兩端的電壓轉換為圖4E的經整流的電壓Vr2之后，使用電感器19和電容器20來平滑該電壓，且將該電壓施加至負載21作為輸出電壓Vout。通過開關器件10和13或開關器件11和12的導通的占空比（下文稱為逆變器占空比）可控制輸出電壓Vout。

當電源設備包括瞬時電壓降補償功能且交流電源1功能健全時的操作在圖4C到4E中被圖示在“正常時間”下。

與此相對，在“瞬時電壓降時間”下，由于交流電源1的電壓中瞬時電壓降的發生，輸入功率減少，電壓Ed1下降，且電壓Vt的幅值也減少。然而，假設電壓Ed1的下降落在預定范圍內，通過增加開關器件10和13或開關器件11和12的導通的占空比，可以保持電壓Vt的平均值恒定，且從而維持預定經整流的電壓Vr2和通過擴展來維持輸出電壓Vout。