电源设备制造技术

一种电源设备，包括用于将交流输入电流波形控制为正弦波的第一半导体开关设备、向其输入经整流的电压的平滑电容器、和经由升压斩波器将平滑电容器两端的电压从直流转换为交流的逆变器，该升压斩波器包括串联连接至平滑电容器和逆变器之间的正侧直流总线的电感器和二极管，和连接在该电感器和电容器的连接点以及负侧直流总线之间的第二半导体开关设备，且该电源设备还包括瞬时电压降补偿功能，藉此即使当在交流电源电压中存在瞬时电压降时，通过升压斩波器的操作向该逆变器提供平滑电容器的能量。本发明专利技术使得具有低于第一半导体开关设备的击穿电压的MOSFET串联连接在升压斩波器的输入和输出端子之间，因此相比使用旁通二极管时，进一步减少损失。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种电源设备，包括用于将交流输入电流波形控制为正弦波的第一半导体开关设备、向其输入经整流的电压的平滑电容器、和经由升压斩波器将平滑电容器两端的电压从直流转换为交流的逆变器，该升压斩波器包括串联连接至平滑电容器和逆变器之间的正侧直流总线的电感器和二极管，和连接在该电感器和电容器的连接点以及负侧直流总线之间的第二半导体开关设备，且该电源设备还包括瞬时电压降补偿功能，藉此即使当在交流电源电压中存在瞬时电压降时，通过升压斩波器的操作向该逆变器提供平滑电容器的能量。本专利技术使得具有低于第一半导体开关设备的击穿电压的MOSFET串联连接在升压斩波器的输入和输出端子之间，因此相比使用旁通二极管时，进一步减少损失。【专利说明】电源设备专利技术背景1.专利
本专利技术涉及具有补偿交流电源电压中的瞬时电压降功能的电源设备，且特定地，涉及增加设备效率并减少设备尺寸的技术。2.
技术介绍
的描述图3示出具有补偿交流电源电压中的瞬时电压降功能的电源设备的第一现有技术。在图3中，参考标号I是交流电源，且由二极管2到5构成的整流器电路连接至该交流电源的两端。电感器6和半导体开关设备7 (诸如M0SFTE)串联连接至二极管4和5的串联电路的一端，且二极管8和平滑电容器9串联连接至开关器件7的另一端。由半导体开关设备10到I3构成的逆变器INV的直流输入端子连接至平滑电容器9的一端，且变压器14的初级绕组14a连接至逆变器INV的交流输出端子。由二极管15到18构成的整流器电路连接至变压器14的次级绕组14b的两端。电感器19和电容器20串联连接至二极管17和18的串联电路的一端，且负载21连接至电容器20的两端。上述电源设备所需要的功能如下:将交流输入电压转换为期望大小的直流电压，并且不论输入电压和负载电流的波动而保持输出电压恒定；隔离交流输入单元和直流输出单元；和控制直流输入电流为具有实际为I的功率因数的正弦波。进一步，当负载21是如同信息与通信仪器一般要求具可靠性的负载时，电源设备被要求具有一功能，藉此即使在其中交流电源I的电压降达数毫秒至数周期范围内的时间段(所谓瞬时电压降)的情况下，也可以维持恒定的输出电压(下文将这个功能称为瞬时电压降补偿功能)。将参看图4A到4E来给出实现这些功能的操作的描述。在图4A中，来自交流电源I的输入电压Vin具有正弦波形，而由二极管2到5构成的整流器电路的输出电压(经整流的电压)具有由图4B中Vrl所示的波形。此处，当Vin具有例如正极性时，一旦图3的开关器件7被导通，电流沿从交流电源I通过二极管2、电感器6、开关器件7、和二极管5的路径流向交流电源1，经整流的电压Vrl被施加在电感器6两端，且电流IL增加。还有，当开关器件7被截止时，电流IL沿从交流电源I通过二极管2、电感器6、二极管8、平滑电容器9、和二极管5的路径流向交流电源I。此时，等同于在平滑电容器9的电压Edl和输入电压Vin之间的差异的电压被施加至电感器6，但是当通过电路操作Edl被保持为高于Vin的峰值时，电流IL减少。通过控制开关器件7的导通和截止的占空比，可以控制电流IL的波形和幅值。当电流IL的波形是图4B中的正弦整流波形的种类时(为简化目的忽略波纹)，输入电流Iin具有正弦波形，如图4A中所示。还有，通过根据负载功率来控制IL的幅值，可以保持平滑电容器9的电压Edl恒定，且因此可以保持逆变器INV的输出电压恒定。此处，图4C到4E示出当存在和不存在瞬时电压降补偿功能时，开关器件10到13的每一个部分的操作和电压波形。由开关器件10到13构成的逆变器INV将平滑电容器9的电压Edl转换为高频交流电压。一旦开关器件10和13被导通，正电压Vt被施加至变压器14的初级绕组14a，而一旦器件11和12被导通，负电压Vt被施加至初级绕组14a，如图4C和4D中所示。通过以此方式交替地向初级绕组14a施加正和负电压Vt，向变压器14输入高频交流电压Vt (为易于理解的目的，在图4A到4E中用相同宽度代表Vin和Vt的周期，但是一般而言，Vin是50或60Hz的商业频率，而Vt具有数千赫兹或更高的频率从而减少变压器的大小)。变压器14隔离并变压输入高频交流电压Vt，且在使用由二极管15到18构成的整流器电路将变压器14的初级绕组14b两端的电压转换为图4E的经整流的电压Vr2之后，使用电感器19和电容器20来平滑该电压，且将该电压施加至负载21作为输出电压Vout。通过开关器件10和13或开关器件11和12的导通的占空比(下文称为逆变器占空比)可控制输出电压Vout。当电源设备包括瞬时电压降补偿功能且交流电源I功能健全时的操作在图4C到4E中被图示在“正常时间”下。与此相对，在“瞬时电压降时间”下，由于交流电源I的电压中瞬时电压降的发生，输入功率减少，电压Edl下降，且电压Vt的幅值也减少。然而，假设电压Edl的下降落在预定范围内，通过增加开关器件10和13或开关器件11和12的导通的占空比，可以保持电压Vt的平均值恒定，且从而维持预定经整流的电压Vr2和通过扩展来维持输出电压Vout。此处，当提供瞬时电压降补偿功能时，设备的效率下降。这是因为如下理由。为了即便当电压Edl下降到一定程度时仍维持恒定的输出电压Vout，有必要使得变压器14的变压系数(η的值为η: 1，这是初级绕组14a和次级绕组14b之间的匝数比)小于必要的已知最优值。例如，当在正常时间电压Edl被保持恒定在400V且输出电压Vout为IOV时，以最大占空比来操作逆变器INV所必须的变压器14的变压系数为400:10，即n=40(为简化原因，此处忽略了电路中的电压降)。其间，为了即使当电压Edl下降到200V时也将输出维持在IOV的所必须的变压系数是200:10，即n=20。当在这个情况下设置变压系数η时，以约0.5的逆变器占空比来执行操作从而在正常时间(此时电压Edl为400V)将Vout维持在10V。在这个情况下，在变压器14的初级侧上流动的电流的幅值是流过电感器19的电流的1/η，但是当电源设备具有瞬时电压降补偿功能时，变压系数η(其原始最优值为40)变为20，且由于提供瞬时电压降补偿功能的原因，在变压器14的初级侧上流动的电流的值增力口。由于此，发生在开关器件10到13和初级绕组14a中的损失增加。经整流的电压Vr2约为Edl/n，但是随着在变压系数η减少时，在正常时间施加至二极管15到18的电压增加，有必要使用具有高击穿电压的部件作为二极管15到18。一般而言，存在这样的趋势:击穿电压越高，在相同情况下，半导体部件中的损失越大，由于此，发生在器件中的损失增加。还有，在正常时间且当存在瞬时电压降补偿功能时，不施加电压Vr2的时间段延长了，由于此，平滑电压Vr2所必需的电感器19的电感值增加。在其中在图4D和4E中不存在瞬时电压降补偿功能的情况下，不施加经整流的电压Vr2达非常短的时间，其中在该时间段中电压Vt的极性变化，在该时间段中经整流的电压Vr2从预定值下降至0V，但在正常时间且存在瞬时电压降补偿功能时，不施加经整流的电压Vr2达等于一个周期的一半的时间段，且在这个时间段中，必要的是通过电感器19将能量提供至负载21。由于这些理由，电感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电源设备，包括：整流交流电源电压的整流器电路；用于将所述整流器电路的输入电流波形控制为正弦波的第一半导体开关设备；输入所述整流器电路的输出电压的平滑电容器；对所述平滑电容器两端的电压进行升压的升压斩波器；和逆变器，将所述升压斩波器的直流输出电压转换为交流电压，并将所述交流电压提供至负载，所述升压斩波器包括共同地串联至位于所述平滑电容器和逆变器之间的正侧直流总线的电感器和二极管、和连接在所述电感器与二极管的连接点与负侧直流总线之间的第二半导体开关设备，且所述电源设备还包括瞬时电压降补偿功能，藉此，当在所述交流电源电压中存在瞬时电压降时所述平滑电容器的能量通过所述升压斩波器的操作提供至所述逆变器，且所述逆变器的输出电压被维持为恒定值，其中击穿电压低于所述第一半导体开关设备的击穿电压的多个MOSFET被串联连接在所述平滑电容器和电感器的连接点与所述二极管和逆变器的连接点之间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山田隆二，多和田信幸，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP