能源节省高频串联降压交流电压稳压器系统技术方案

本发明专利技术在交流输入主电压掉落至低于特定及预定最佳能源节省电压或者更低选择电压点的状况时，电子控制器将低速旁路接触器以及与旁路接触器并联连接的快速双向交流半导体装置一起切换，接着，高频交流电压稳压器电力电子装置被切断以节省高频交流电压稳压器内部电力电子装置使用量。在此状况中，低主电压直接地藉由接触器旁路系统传送至电力负载，以相较于使用一全电压增加交流电压稳压器的情况达成更大的能源节省。

Energy saving high frequency series step-down AC voltage regulator system

The present invention main input voltage drop below a predetermined optimum voltage and specific energy saving or lower voltage point in select communication, electronic controller will fast bidirectional AC semiconductor device of low speed bypass contactor and the bypass contactor is connected in parallel with the switch, then the high frequency AC voltage regulator power electronic device is cut off to save the high frequency AC voltage regulator the internal use of power electronic devices. In this case, the low main voltage is transmitted directly to the power load by the contactor bypass system, in order to achieve greater energy savings than the use of a full voltage increase of the AC voltage regulator.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请主张2014年6月3日提交的美国暂时专利第62/006,900号申请案的优先权、2014年6月3日提交的美国暂时专利第62/006,901号申请案的优先权、2014年6月3日提交的美国暂时专利第62/006,906号申请案的优先权、2014年10月10日提交的美国正式专利第14/511,187号申请案的优先权、2014年10月28日提交的美国正式专利第14/525,230号申请案的优先权、以及2014年12月10日提交的美国正式专利第14/565,444号申请案的优先权，其由相同申请人所申请，为了所有目的其公开通过引用并入在此。
本专利技术一般性的与电力电子装置相关。尤其是，本专利技术与用于稳定交流(AlternatingCurrent，AC)电压的方法与电力电子装置相关。更具体地，本专利技术与藉由将一传送至一电力使用设施或负载的最佳化交流电压稳定而与能源节省相关。
技术介绍
全交流电压稳压器用以细微地控制以及稳定被传送至由交流电压稳压器所连接的负载的输出交流电压位准，不管在交流电压稳压器的输入端的正在变化的交流电压以及高电压或低电压。传统上，这以各种低频(通常在50或60Hz，或者其它频率)电子主电磁结构来执行。这些结构通常在各种变压器或者变压器配置上使用特定的分离变压器电压分接头。然而，所有的这些结构都依靠传统的交流切换装置，例如继电器或者半导体装置(例如：连接以作为非平行交流开关的硅控整流器(Silicon-ControlledRectifier，SCR)或者可关断晶闸管(GateTurnOffThyristor，GTO)；双向晶闸管(TRIAC)；以及交流开关(例如：绝缘闸双极晶体管(IGBT)；金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)；以及配置以作为交流开关的硅控整流器(即，连接于整流器之间)。这些交流开关系藉由电子控制电路以选择及启动，以自动地切换该选择的电磁变压器结构分接头，以藉此调整该变压器或者变压器配置转换比例，以尽可能地将交流输出电压控制至所需要的位准。另一种稳定输出交流电压的传统方法为使用一电子机械式调整自动变压器，其藉由电子机械式装置所驱动，例如：一控制电动马达。这种情形的电子控制感测该输入电压以及，接下来，驱动该电子机械式装置以移动该输出接点，以调整该自动变压器的转动，以藉此设定该正确的转动比例，以将该输出交流电压固定至所需要的位准。这些电子机械式调整自动变压器皆为低频电磁结构(通常在50或60Hz，或者其它频率)，以及通常使用碳刷，以作为对该自动变压器的线圈的该移动的电子接点。然而，因为这些碳刷遭受机械磨损，会需要频繁地维护及更换。一种更成熟的全电子装置版本再次使用低频主变压器(通常在50或60Hz，或者其它频率)，其在电压稳压器的交流输入端及交流输出端之间串联连接。随着输入交流电压位准的改变，交流电压稳压器电子控制器会感测该输入电压位准，以及，接下来，设置一同步正差分电压或者一同步负差分电压，以将所述差分电压增加至该变化的输入交流电压或者将所述差分电压从该变化的输入交流电压减去，以将该输出交流电压维持至所需要的位准。这个传统方法的各种形式仍使用低频主频变压器或者低频电磁结构(通常在50或60Hz，或者其它频率)。在其中一配置中，该电力电子装置产生一低频主频率，以藉由一高频脉波宽度调变装置而更改该输出交流电压，以及此同步更改电压施加至该低频变压器的初级侧以调整该输入交流主电压，且该低频变压器的次级侧串联连接于该交流电源线的输入及输出之间。但是，在这些配置中所使用的电磁结构，即使该电力电子装置操作于一更高脉波宽度调变频率，该最终的差分交流波形仍施加至该低频(通常在50或60Hz，或者其它频率)串联变压器，因此，该低频变压器或者电磁结构仍具有尺寸及高度的缺点。一种最佳化交流电压，其通常为一位于更低位准的电压或者在该合法交流电压容许带以下的电压，以及，其为在此
中现有的针对能源节省的保护电压降低或者电压最佳化。在电子领域中广为接受的是，能源节省的大致百分比的能源节省正比于所降低的各个电压的百分比，但其明显地特定于应用以及负载。
技术实现思路
本专利技术为了最佳化能源节省以及保护电力负载，以使其不在最佳能源节省电压位准上的能源浪费高交流输入电压。当考虑使用全交流电压稳压器的状况时，当输入主交流电压掉落至低于一选择最佳位准，该全交流电压稳压器并不止持续使用其内部电力电子装置以将该低输入交流电压升压至该预定稳定输出交流电压，该全交流电压稳压器会增加或升压该输入交流主电压至该预定最佳输出能源节省电压位准，接着，该能源节省在低输入主交流电压下并不会最佳化，因为当全交流电压稳压器增加或者升压该低主输入交流电压时该输入电流会随着该输入电力而增加。在本专利技术中，如果输入交流主电压掉落至低于一特定及预定最佳能源节省电压或者一更低选择电压点时，电子控制器将低速旁路接触器以及与旁路接触器并联连接的快速双向交流半导体装置一起切换，接着，高频交流电压稳压器电力电子装置被切断以节省高频交流电压稳压器内部电力电子装置使用量。在此状况中，低主电压系直接地藉由接触器旁路系统传送至电力负载，以相较于使用一全电压增加交流电压稳压器的情况达成更大的能源节省。依据本专利技术的较佳实施例的该旁路接触器(常闭接触器旁路接点)与一并联连接的双向交流半导体装置系统可合并以用于保护电子装置因为负载或故障电流冲击的电力冲击。虽然本专利技术仅描述单一阶段版本，但任何本领域的技术人员皆可将该专利技术概念应用至任何多阶段，例如，三阶段的交流电力系统。此外，即使电压稳定可藉由串连或者分流器分法被达成，本专利技术的较佳实施例使用该串联电压稳定方法。依据各种较佳实施例，美国正式专利第14/525,230号申请案以及美国正式专利第14/565,444号申请案所揭露的高频串联交流降压电压稳压器可实施于此。附图说明本专利技术的实施例将参考所附图式进行更详细的说明。图1为依据本专利技术的各种实施例显示一与一旁路接触器系统共同使用的高频交流电压稳压器的方块图。图2为依据本专利技术的各种实施例显示一高频交流电压稳压器以及一旁路接触器系统的实施例的电路图。具体实施方式在以下的说明中，不论在输入交流电压等等的变化，各种用于将输出交流电压稳定至所需要的位准的方法、系统、及装置被提出以作为较佳范例。熟悉本领域的技术人员可在不脱离本专利技术的范围及精神下作出各样的变更、增加以及替换。特定的细节可被省略，以使本专利技术的焦点不被模糊。然而，本说明书用于在不需要过度的实验而让熟悉本领域的技术人员实施该教示。依据本专利技术的较佳实施例，如图1所示，一高频交流电压稳压器与一旁路接触器系统被共同使用。既然任何电磁组件的尺寸为极大地反比于其操作频率，本专利技术针对此点以作为其中心设计参数。本专利技术的主要目标用于达成一能源节省系统，其使用一高频交流电压稳压器，该高频交流电压稳压器仅使用高频(即，1kHz至1000kHz)电磁结构而极大地降低这些电磁结构的尺寸、重量、及成本，以及将该高频交流电压稳压器与一旁路接触器系统共同使用以作为该能源节省系统，该旁路接触器系统的接触器旁路接点与一快速切换双向交流半导体装置并联连接。该能源节省高频交流电压稳定系统设计以：如果高交流输入电压在一预定最佳能源节省特定输出电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能源节省交流串联电压稳压器，用于稳定一交流输出电力源的一交流输出电压，其特征在于，该能源节省交流串联电压稳压器包括：一交流高频串联电压降压电力稳压器布局，用于将一交流输入电力源的一交流输入电压降压；一旁路接触器；一双向交流半导体装置，其与该旁路接触器并联；以及一控制电路，用于接收该交流输入电压、一交流参考电压、以及该交流输出电压，以及该控制电路用于产生用于该旁路接触器及该双向交流半导体装置的驱动信号，其中，当在该交流输入电压掉落至低于一选择最佳能源节省预定位准的一状况时，该控制电路感测该状况及产生驱动信号，以开启该双向交流半导体装置以及将该旁路接触器切换，以使该双向交流半导体装置初始地将该交流高频串联电压降压电力稳压器布局旁路，接着该旁路接触器闭路以及完全地将该交流高频串联电压降压电力稳压器布局以及该双向交流半导体装置旁路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.03 US 62/006,900;2014.06.03 US 62/006,901;1.一种能源节省交流串联电压稳压器，用于稳定一交流输出电力源的一交流输出电压，其特征在于，该能源节省交流串联电压稳压器包括：一交流高频串联电压降压电力稳压器布局，用于将一交流输入电力源的一交流输入电压降压；一旁路接触器；一双向交流半导体装置，其与该旁路接触器并联；以及一控制电路，用于接收该交流输入电压、一交流参考电压、以及该交流输出电压，以及该控制电路用于产生用于该旁路接触器及该双向交流半导体装置的驱动信号，其中，当在该交流输入电压掉落至低于一选择最佳能源节省预定位准的一状况时，该控制电路感测该状况及产生驱动信号，以开启该双向交流半导体装置以及将该旁路接触器切换，以使该双向交流半导体装置初始地将该交流高频串联电压降压电力稳压器布局旁路，接着该旁路接触器闭路以及完全地将该交流高频串联电压降压电力稳压器布局以及该双向交流半导体装置旁路。2.根据权利要求1所述的能源节省交流串联电压稳压器，其特征在于，当在该交流输入电压掉落至低于该选择最佳能源节省预定位准的该状况以及在该旁路接触器的接点闭路后，该交流高频串联电压降压电力稳压器布局以该交流输入电力源直接地被连接至该交流输出电力源的方式被断开。3.根据权利要求1所述的能源节省交流串联电压稳压器，其特征在于，当在高负载冲击或者故障电流的一状况下，该控制电路感测该状况以及产生驱动信号，以开启该双向交流半导体装置以及将该旁路接触器切换，以使该双向交流半导体装置初始地将该高负载冲击或者故障电流旁路以远离该能源节省交流串联电压稳压器的电子装置，接着该旁路接触器闭路以及完全地将该高负载冲击或者故障电流旁路以远离该能源节省交流串联电压稳压器的电子装置以及该双向交流半导体装置。4.根据权利要求1所述的能源节省交流...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼尔乔治·斯图尔特，郑永宁，
申请(专利权)人：逸节电子有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81