CN101030736B - 电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电源装置。多个电压之一被施加到电源端子。整流电路对施加的电压进行整流并在其输出端形成整流电压。响应于多个逆变器连接指示信号之一，在整流器输出端之间将多个逆变器连接为多种逆变器连接关系之一。逆变器连接指示信号生成电路被手动操作为生成预期的一个逆变器连接指示信号。闸流管设在整流器输出端和逆变器之间。当多个电压之一被施加到电源端子时，电压检测电路生成与施加的电压相对应的逆变器连接指示信号。判断单元确定来自电压检测电路和逆变器连接指示信号生成电路的逆变器连接指示信号是否匹配。当两个信号匹配时，闸流管控制单元向闸流管提供CLOSE信号。当两个信号不匹配时，激活警报电路。

Description

电源装置

技术领域

本发明涉及电源装置，更具体地说，涉及可以接收多个AC电压中的一个选定电压并且供应由接收的AC电压准备好的预期电力的电源装置。

背景技术

在日本专利No.2,558,575中公开了可以向其供应多个不同AC电压中的一个选定电压的电源装置的一个例子。工业AC电压，即400V和200V中的一个选定电压被配置为耦合到电源装置。电源装置包括用于对供应给它的AC电压进行整流的整流电路和两个逆变器(inverter)。当400V的AC电压被施加给电源装置时，两个逆变器串联在整流电路的输出端，当200V的AC电压被施加给电源装置时，两个逆变器并联在整流电路的输出端。利用多个开关实现两个逆变器在串联和并联之间的切换。开关由开关控制电路来控制。开关控制电路将开关置于以下状态：在任一个AC电压施加到电源装置之前串行连接两个逆变器，当施加任一个AC电压时，检测该AC电压并将其与一个参考值进行比较，以判断施加的AC电压是400V还是200V。如果施加的电压被判断为400V，则保持开关的状态，但如果施加的电压被判断为200V，则开关控制电路将切换适当的一个或多个开关，以使两个逆变器并联。此外，开关控制电路将判断结果锁存在一个锁存电路中，以便使用锁存电路的输出来保持两个逆变器为并联。

该电源装置的问题包括开关控制电路的复杂，这使得制造成本增高。

本发明的目的是提供一种廉价的电源装置，它可以接收多个AC电压中的一个选定电压并且供应由接收的AC电压准备好的预期电力。

发明内容

根据本发明一个方面的电源装置具有多个电源端子，多个不同AC电压中的一个电压被配置为施加于所述电源端子。整流电路对从电源端子供应而来的AC电压进行整流，在它的两个输出端之间形成整流电压，该整流电压的幅值对应于所供应的AC电压。电源装置还包括多个逆变器和连接电路。连接电路将逆变器连接成多种逆变器连接关系中根据逆变器连接指示信号选定的一种连接关系。连接电路例如可以由多个开关器件组成。多种逆变器连接关系对应于多个AC电压中相应的各个电压。无论AC电压中的哪个电压被供应到电源端子，都选择出与所供应的AC电压相对应的逆变器连接关系，以便向相应的逆变器供应预定的电压。逆变器连接指示信号生成电路被手动操作为生成与所供应的AC电压相对应的逆变器连接指示信号。常开开关被设在整流电路的两个输出端和多个逆变器之间的路径上，优选地设在整流电路的两个输出端和连接电路之间。常开开关在接收到CLOSE(闭合)信号时闭合。当AC电压之一被施加到电源端子时，在电压检测电路中生成与所施加的AC电压相对应的逆变器连接指示信号，判断电路判断由电压检测电路生成的逆变器连接指示信号是否与逆变器连接指示信号生成电路所生成的逆变器连接指示信号匹配。如果判断电路判断由电压检测电路和逆变器连接指示信号生成电路生成的逆变器连接指示信号匹配，则从常开开关驱动电路向常开开关施加CLOSE信号。另一方面，如果判断电路判断由电压检测电路和逆变器连接指示信号生成电路生成的逆变器连接指示信号不匹配，则驱动警报电路。

在具有以上构造的电源装置中，连接电路将逆变器连接为按照来自逆变器连接指示信号生成电路的逆变器连接指示信号所指示的逆变器连接关系，同时保持常开开关打开。判断电路判断在电压检测电路中生成的逆变器连接指示信号(它应当对应于所施加的AC电压)是否与逆变器连接指示信号生成电路所生成的逆变器连接指示信号匹配。如果两个逆变器连接指示信号匹配，则常开开关驱动电路使常开开关闭合。另一方面，如果两个逆变器连接指示信号不匹配，则激活警报电路。根据警报电路生成的警报，操作者手动操作逆变器连接指示信号生成电路，使它生成与施加的AC电压相对应的逆变器连接指示信号，并且连接电路将逆变器连接成与施加的AC电压相对应的逆变器连接关系。

可手动操作的输入开关器件可以设在电源端子和整流电路之间。当输入开关器件闭合时，进行电压判断。如果由电压检测电路生成的、与施加的AC电压相对应的逆变器连接指示信号和由逆变器连接指示信号生成电路生成的逆变器连接指示信号被判断为不匹配，则激活警报电路。响应于警报电路给出的警报，输入开关器件打开，由逆变器连接指示信号生成电路生成的逆变器连接指示信号改变为与来自电压检测电路的逆变器连接指示信号相匹配。

逆变器连接指示信号生成电路可以设有可手动操作的开关，它可以设在输入开关器件附近。当在闭合输入开关器件时由电压检测电路生成的逆变器连接指示信号与逆变器连接指示信号生成电路所生成的逆变器连接指示信号不匹配时，警报电路立即启动，并且输入开关器件被手动打开。由于可手动操作的开关设在输入开关器件附近，所以它可以立即被操动，使得由电压检测电路和逆变器连接指示信号生成电路生成的逆变器连接指示信号立即变为匹配。

多个AC电压可以是第一电压和低于第一电压的第二电压。第一电压的幅值例如可以是第二电压的两倍。在这种情况下，使用两个逆变器。连接电路将两个逆变器连接为第一逆变器连接关系，此时两个逆变器串联在整流电路的两个输出端之间，或者连接电路将两个逆变器连接为第二逆变器连接关系，此时两个逆变器并联在整流电路的两个输出端之间。逆变器连接指示信号生成电路生成第一和第二逆变器连接指示信号中如装置的用户所期望的任一个信号。当施加到电源端子的是第一AC电压时，电压检测电路生成第一逆变器连接指示信号，当施加到电源端子的是第二AC电压时，电压检测电路生成第二逆变器连接指示信号。

利用这种构造，当实际施加的AC电压(它是两个不同值的电压之一)不同于由逆变器连接指示信号生成电路生成的逆变器连接指示信号所指示的电压时，就可以使两个逆变器连接成与实际施加的AC电压相对应的逆变器连接关系或配置。

每个逆变器在其输入端中都包括电容器。当常开开关闭合时该电容器充电。逆变器由逆变器驱动电路来驱动，当判断电路判断出由电压检测电路提供的逆变器连接指示信号与由逆变器连接指示信号生成电路提供的逆变器连接指示信号匹配时，所述逆变器驱动电路在电容器充电完毕后驱动相应的逆变器。

利用这种构造，由于相应的逆变器在电容器充电完毕后才工作，所以逆变器输出可以是稳定的。应当注意，每个逆变器的输出电压可以在变压器中进行电压变换，然后利用AC到DC转换电路将其转换为DC电压。产生的DC电压还可以由DC到AC转换电路进一步转换为AC电压。

附图说明

图1是根据本发明一种实施方式的电源装置的电路框图。

图2是图1的电源装置的操作的流程图。

图3是图1的电源装置的后视图。

具体实施方式

根据本发明的一种实施方式的电源装置例如是用于弧焊器的电源装置。如图1所示，电源装置有三个电源端子2a、2b和2c。三相工业AC电压被施加于三个电源端子2a、2b和2c。施加在端子2a和2b之间、端子2b和2c之间以及端子2c和2a之间的AC电压是具有不同幅值的多个AC电压中的一个电压。例如，该AC电压是从有效值为400V的第一电压和有效值为200V的第二电压中选出的一个电压。在该实施方式中，第一和第二电压之一的幅值是另一个电压的倍数。

输入侧整流电路6的输入端分别经由输入开关器件4a、4b和4c连接到电源端子2a、2b和2c。输入开关器件4a、4b和4c适于手动操作。输入侧整流电路6是由连接成全桥架构的多个(例如六个)二极管构成。整流电路6对从电源端子2a、2b和2c经由输入开关器件4a、4b和4c施加给它的工业三相AC电压进行整流，并在它的输出端6P和6N之间形成与所施加的AC电压相对应的整流电压。

输出端6P和6N通过常开开关例如闸流管(thyristor)8连接到连接电路10的两端，即第一端10a和第二端10b。例如，输出端6P通过闸流管8连接到连接电路10的第一端10a。应当注意，可以通过闸流管8连接到连接电路10的第二端10b的是输出端6N，而不是输出端6P。

连接电路10包括多个(例如四个)开关器件，例如继电器触点12a、12b、12c和12d。继电器触点12a、12b、12c和12d按照命名顺序串联在第一端10a和第二端10b之间，其中继电器触点12a连接到第一端10a，继电器触点12d连接到第二端10b。分别连接到两端10a和10b的继电器触点12a和12d由继电器驱动电路14a驱动为断开和闭合，同时中间的两个继电器触点12b和12c被继电器驱动电路14b驱动为断开和闭合。

多个(例如两个)逆变器16a和16b的输入端连接到连接电路10。例如，逆变器16a的一个输入端连接到连接电路10的第一端10a，而另一个输入端连接到继电器触点12c和12d的结合点。逆变器16b的一个输入端连接到继电器触点12a和12b的结合点，而另一个输入端连接到连接电路10的第二端10b。

因此，当继电器触点12a和12d闭合，而继电器触点12b和12c断开时，逆变器16a和16b的输入侧并联，使得逆变器16a和16b通过闸流管8并联在整流电路6的输出端6P和6N之间。另一方面，当继电器触点12a和12d被断开，而继电器触点12b和12c闭合时，逆变器16a和16b串联，并通过闸流管8连接在整流电路6的输出端6P和6N之间。因此，无论施加到电源端子2a、2b和2c的是400V的AC电压还是200V的AC电压，施加到逆变器16a和16b的都是具有预定幅值的电压，例如200V AC电压。电容器18a连接在逆变器16a的输入端之间，电容器18b连接在逆变器16b的输入端之间。

已知的包括多个半导体开关器件(例如双极型晶体管FET或IGBT)的全桥式或半桥式逆变器可以用作逆变器16a和16b中的每一个。逆变器16a和16b的每一个都在其输出端形成高频电压。逆变器16a和16b形成的高频电压被连接到逆变器16a和16b的相应输出端的变压器20a和20b变压为预定的电压。变压后的高频电压被施加到输出侧整流电路22，在这里它们被转换为DC电压。产生的DC电压被配置为经由输出端24P和24N施加到DC负载(未示出)。应当注意，对于AC负载，输出侧整流电路22的输出在经由输出端24P和24N被施加到AC负载前，通过DC到AC转换器(未示出)被转换为AC电压。

控制电路26控制闸流管8、继电器驱动电路14a和14b以及逆变器16a和16b。控制电路26例如可以用微计算机来实现。在图1中，以模块示出用于控制电路26的微计算机所实现的功能。

控制电路26包括闸流管控制单元26a、它产生用于闭合闸流管8的CLOSE信号，例如触发信号。

控制电路26还包括驱动电路控制单元26b，它控制继电器驱动电路14a和14b。驱动电路控制单元26b按下列方式控制继电器驱动电路14a和14b：当继电器触点12a和12d闭合时，继电器触点12b和12c断开，而当继电器触点12a和12d断开时，继电器触点12b和12c闭合，如前面所述。

控制电路26还包括逆变器控制单元26c，它控制逆变器16a和16b。逆变器控制单元26c向逆变器16a和16b的每个半导体开关器件提供切换信号。半导体开关器件响应于施加给它的切换信号反复地接通和断开，从而产生高频电压。

控制电路26还包括判断电路，例如判断单元26d，它用于控制闸流管控制单元26a、驱动电路控制单元26b和逆变器控制单元26c的操作。判断电路26d也控制警报电路(AL)42。警报电路42是发出音频和/或视觉警报的电路。

电源端子2a和2b之间的AC电压由整流电路28来整流，产生的DC电压被DC到DC转换器30转换为预定的电压。当从DC到DC转换器30向控制电路26施加预定的电压时，控制电路26开始工作。应当注意，可以不采用端子2a和2b之间的电压，而是出于同样的目的对电源端子2b和2c之间或者2a和2c之间的AC电压进行整流。可替换地，整流电路28可被配置为象整流电路6一样，对施加到电源端子2a、2b和2c上的三相工业AC电压进行整流。

由DC到DC转换器30形成的预定电压被照原样施加到逆变器连接指示信号生成电路32中的转换开关34的一个触点34a。利用逆变器连接指示信号生成电路32的降压电阻36a和36b降低来自DC到DC转换器30的预定电压，由此生成的电压被施加到转换开关34的另一个触点34b。开关34的触臂34c可以手动连接到触点34a和34b中的任一个触点。触臂34c连接到判断单元26d。

当触臂34c连接到触点34a时，第一逆变器连接指示信号例如一个高电平电压被施加到判断单元26d和驱动电路控制单元26b。当触臂34c与触点34b接触时，第二逆变器连接指示信号例如一个低电平电压被施加到判断单元26d和驱动电路控制单元26b。

当第一逆变器连接指示信号，即高电平电压经由转换开关34施加到驱动电路控制单元26b时，驱动电路控制单元26b按下列方式控制继电器驱动电路14a和14b：继电器开关12a和12d断开，而继电器开关12b和12c闭合，即逆变器16a和16b串联。当第二逆变器连接指示信号，即低电平电压被施加到驱动电路控制单元26b时，驱动电路控制单元26b控制继电器驱动电路14a和14b，致使继电器开关12a和12d闭合，而使继电器开关12b和12c断开，使得逆变器16a和16b并联。

如图3所示，转换开关34物理上被设在电源装置的外壳40上。例如，开关34设在输入开关器件4a、4b和4c附近，而输入开关器件4a、4b和4c设在外壳40的后壁上。

电源端子2a和2b之间的电压也被施加于电压检测电路38，该电压检测电路38被设置为当电源端子2a和2b之间的电压是400V时向判断单元26d提供高电平电压(即，第一逆变器连接指示信号)，而当电源端子2a和2b之间的电压是200V时向判断单元26d提供低电平电压(即，第二逆变器连接指示信号)。当DC到DC转换器30向控制电路26提供预定电压时，电压检测电路38工作。

判断单元26d判断来自电压检测电路38的逆变器连接指示信号是否与来自逆变器连接指示信号生成电路32的逆变器连接指示信号匹配。当两个逆变器连接指示信号匹配时，即当两个信号都是高电平或者都是低电平时，判断单元26d向驱动电路控制单元26b提供一个继续信号，使得驱动电路控制单元26b继续对继电器驱动电路14a和14b的当前控制，此后向闸流管控制单元26a提供触发信号生成指示信号，以指示闸流管控制单元26a向闸流管8提供触发信号，在这之后的预定时间后，向逆变器控制单元26c提供逆变器操作启动引发信号，用于使逆变器控制单元26c引导逆变器16a和16b开始工作。

当来自电压检测电路38和逆变器连接指示信号生成电路32的逆变器连接指示信号不匹配时，即当两个逆变器连接指示信号之一是高电平而另一个信号是低电平时，判断单元26d激活警报电路42。但是应当注意，在这种情况下不激活闸流管控制单元26a、驱动电路控制单元26b和逆变器控制单元26c。

图2是图示说明图1中所示的电源装置的控制电路26的操作的流程图。当向电源端子2a、2b和2c施加AC电压时输入开关器件4a、4b和4c处于闭合时，从整流电路28和DC到DC转换器30向控制电路26输送DC电压，致使控制电路26按照图2所示的方式工作。此时，闸流管8打开，继电器触点12a到12d断开，而逆变器16a和16b不工作。

首先，判断转换开关34的设置(步骤S2)。具体地说，根据逆变器连接指示信号生成电路32的转换开关34的设置来判断逆变器连接指示信号呈现怎样的电平，是高电平还是低电平。如果输送的是高电平的逆变器连接指示信号，它意味着电源装置的用户认为应向电源端子2a、2b和2c施力400V的AC电压，那么接通继电器驱动电路14a(步骤S4)以闭合继电器触点12a和12d。这使得逆变器16a和16b的串联组合准备好通过闸流管8连接在整流电路6的输出端6P和6N之间。

下面，判断来自电压检测电路38和转换开关34的逆变器连接指示信号是否匹配(步骤S6)。换言之，对实际施加到电源端子2a、2b和2c的AC电压是不是像在步骤S2中判断的那样为400V进行判断。如果判断结果是否定的(否)，即如果施加到电源端子2a、2b和2c的AC电压不是400V，则激活警报电路42(步骤S8)，并再次执行步骤S2。

另一方面，如果在步骤S6进行的判断是肯定的(是)，即如果施加到电源端子2a、2b和2c的电压像在步骤S2中判断的那样是400V，则保持继电器驱动电路16a的操作(步骤S10)。然后，向闸流管8施加触发信号，以使闸流管8导通(步骤S12)。这使得电容器18a和18b开始预充电。此后，切换信号被施加到逆变器16a和16b，致使它们产生高频电压(步骤S14)。

如果在步骤S2判断从转换开关34输送来的是低电平的逆变器连接指示信号，它意味着电源装置的用户认为应向电源端子2a、2b和2c施加200V的电压，那么激活继电器驱动电路14b(步骤S16)以闭合继电器触点12b和12c。这使得逆变器16a和16b的并联组合准备好通过闸流管8连接在整流电路6的输出端6P和6N之间。下面，判断来自电压检测电路38和转换开关34的逆变器连接指示信号是否匹配(步骤S18)。换言之，判断实际施加到电源端子2a、2b和2c的AC电压是否像在步骤S2中判断的那样具有200V的幅值。如果判断结果为否定的(否)，即如果施加到电源端子2a、2b和2c的AC电压不是200V，则执行步骤S8的处理，以使警报电路42工作，使得步骤S2中的处理被再次执行。

如果在步骤S18中的判断是肯定的(是)，则保持继电器驱动电路14b的工作状态(步骤S20)。然后，步骤S12和S14被连续执行，以使闸流管8导通，此后逆变器16a和16b被激活(步骤S14)。

如上所述，当来自转换开关34和电压检测电路38的逆变器连接指示信号不匹配时，激活警报电路42。例如，如果电压检测电路38提供低电平的逆变器连接指示信号，即实际施加的AC电压是200V，而转换开关34被设置为提供高电平的逆变器连接指示信号，则警报电路42被激活，使得电源装置的操作者可以改变转换开关34的状态。警报电路42准备好在输入开关器件4a、4b和4c闭合后立即开始工作。由于转换开关34在电源装置的外壳上被设在输入开关器件4a、4b和4c的附近，所以它可以在警报电路42被激活后立即被切换到正确的位置。

转换开关34的切换使得连接电路10的继电器触点12a和12d断开，而继电器触点12b和12c闭合。在连接电路10的转换期间，闸流管8保持断开，因此没有任何电压被耦合到连接电路10，因此连接电路10的转换不会对继电器触点12a-12d以及逆变器16a和16b造成任何损害。此后，闸流管8自动导通，逆变器16a和16b开始工作。可以进行以下布置：当警报电路42被激活时，输入开关器件4a、4b和4c可以断开，接着将转换开关34重新设置到正确的位置，然后闭合输入开关器件4a、4b和4c。

当转换开关34形成低电平的逆变器连接指示信号时，这指示着应当施加200V的AC电压，而实际施加到电源端子2a、2b和2c的AC电压却为400V，此时进行类似的操作。

在以上实施方式中，微计算机被用作控制电路26，用以实现闸流管控制单元26a、继电器触点驱动电路控制单元26b、逆变器控制单元26c和判断控制单元26d的功能，但是闸流管控制单元26a、继电器触点驱动电路控制单元26b、逆变器控制单元26c和判断控制单元26d也可以用逻辑电路来实现。

电源装置已被描述为用于弧焊机的电源装置，但是它也可以用作其他机器的电源装置，例如电弧切割机、等离子切割机和光源。

不使用400V和200V，工业AC电压例如可以是200V和100V。此外，电源装置可以被设置为接收三个或更多个不同的AC电压之一，而不是两个AC电压之一。例如，当电源装置将要接收100V、200V和400V电压之一时，可以使用四个逆变器。在这样的情形中，连接电路10被设置为按以下方式连接四个逆变器。当要接收100V的电压时，所有四个逆变器并联。为接收200V的电压，四个逆变器两两串联，两个串联支路再并联，而为了接收400V电压，四个逆变器串联。

上述实施方式的连接电路10是使用继电器触点形成的，但是它也可以使用例如半导体开关器件形成，例如双极晶体管、FET和IGBT。

上述实施方式的电源装置包括三个用于接收三相工业AC电压的电源端子2a、2b和2c，但电源装置也可以设置为包括两个电源端子，在两者之间施加单相工业AC电压。

此外，可以使用继电器来取代闸流管8。

Claims (5)

1.一种电源装置，包括：

多个电源端子，多个不同电压中的一个电压被配置为施加于所述电源端子；

整流电路，用于对从所述电源端子耦合而来的电压进行整流，以根据耦合的电压在其两个输出端之间形成整流电压；

多个逆变器；

连接电路，其响应于施加给它的逆变器连接指示信号，将所述多个逆变器连接成多种逆变器连接关系中的一种连接关系，所述逆变器连接关系对应于所述多个不同电压中的相应电压，并被设置为使得无论所述多个不同电压中的哪个电压被施加到所述电源端子，都是一个预定电压被施加到所述逆变器中的每一个；

逆变器连接指示信号生成电路，其被手动操作为生成与所述多种逆变器连接关系之一相对应的逆变器连接指示信号；

常开开关，其被设在所述整流电路的所述两个输出端和所述多个逆变器之间的路径上，所述常开开关响应于施加给它的CLOSE信号而闭合；

电压检测电路，用于生成与所述多个电压中被施加到所述电源端子的一个电压相对应的逆变器连接指示信号；

判断电路，用于当所述多个电压中的一个电压被施加到所述电源端子时，判断由所述电压检测电路生成的逆变器连接指示信号是否与由所述逆变器连接指示信号生成电路生成的逆变器连接指示信号匹配；

常开开关驱动电路，用于当所述判断电路判断来自所述电压检测电路和所述逆变器连接指示信号生成电路的逆变器连接指示信号匹配时，向所述常开开关提供所述CLOSE信号；以及

警报电路，当所述判断电路判断来自所述电压检测电路的逆变器连接指示信号与由所述逆变器连接指示信号生成电路生成的逆变器连接指示信号不匹配时，该警报电路被激活以发出警报。

2.根据权利要求1所述的电源装置，还包括连接在所述多个电源端子和所述整流电路之间的可手动操作的输入开关器件。

3.根据权利要求2所述的电源装置，其中，所述逆变器连接指示信号生成电路包括物理上设在所述输入开关器件附近的可手动操作的开关。

4.根据权利要求1所述的电源装置，其中：

所述多个电压是第一电压和第二电压，所述第二电压低于所述第一电压；

所述多个逆变器是两个逆变器；

所述连接电路将所述两个逆变器连接成第一逆变器连接关系，其中所述两个逆变器串联在所述整流电路的所述两个输出端之间，或者所述连接电路将所述两个逆变器连接成第二逆变器连接关系，其中所述两个逆变器并联在所述整流电路的所述两个输出端之间；

所述逆变器连接指示信号生成电路生成指示所述第一逆变器连接关系的第一逆变器连接指示信号或者指示所述第二逆变器连接关系的第二逆变器连接指示信号；并且

当所述第一电压被施加到所述电源端子时，所述电压检测电路生成所述第一逆变器连接指示信号，当所述第二电压被施加到所述电源端子时，所述电压检测电路生成所述第二逆变器连接指示信号。

5.根据权利要求1所述的电源装置，其中：

所述逆变器中的每一个都包括连接在其输入端中的电容器，当所述常开开关闭合时，所述电容器被充电；以及

所述逆变器中的每一个都由逆变器驱动电路来驱动，当所述判断电路判断来自所述电压检测电路的逆变器连接指示信号与来自所述逆变器连接指示信号生成电路的逆变器连接指示信号匹配时，所述逆变器驱动电路在相关逆变器的电容器充电完毕后驱动所述相关逆变器。

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