CN102545666A - 电源设备及控制该电源设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源设备及控制该电源设备的方法。该电源设备包括：转换器，将AC功率转换成DC功率；SMPS，将DC功率转换成负载期望的DC功率；电容器，将转换器与SMPS互连；PTC元件，连接到转换器；第一开关，与PTC元件并联连接；第二开关，与第一开关串联连接。所述方法包括：接通第二开关，以开始对电容器充电；接通第一开关，以将电容器充电至目标电压电平；如果跨过电容器的电压升高超过目标电压电平，则断开第一开关和第二开关，以将跨过电容器的电压放电，从而将跨过电容器的电压降低到目标电压电平或者更低。

Description

电源设备及控制该电源设备的方法
技术领域
本公开的实施例涉及一种包括转换器、直流(DC)电容器和开关模式电源(SMPS)的电源设备以及一种控制该电源设备的方法。
背景技术
被供应交流(AC)电并利用交流电工作的电气装置的性能根据供应的交流电的品质而改变。就此而言，稳定的电源在电气装置中非常重要。在一些国家，根据区域特性，可能不会实现稳定的电源，这导致了电气装置的劣化。
为此，在被供应的电源质量差的区域中，可以在电气装置的电源输入侧安装并使用电源稳压器。然而，在电压改变时，电源稳压器自身将相当大的脉冲电压施加到电气装置，这导致对电气装置的电源输入侧的损坏。
此外，使用这样的电源稳压器需要额外的费用，从而增加了用户的经济负担。
发明内容
因此，本公开的一方面在于以最小成本实现一种稳定的电源。
本公开的其他方面将部分地在随后的描述中阐述，部分地将通过所述描述显而易见，或者可通过实施本公开来了解。
根据本公开的一个方面，一种控制电源设备的方法，所述电源设备包括：转换器，将商用交流(AC)功率转换成直流(DC)功率；开关模式电源(SMPS)，将DC功率转换成负载期望的DC功率；电容器，使转换器与SMPS互连；正温度系数(PTC)元件，连接到转换器的输入侧；第一开关，与PTC元件并联连接；第二开关，在第一开关和转换器之间与第一开关串联连接，所述方法包括下述步骤：接通第二开关，以通过PTC元件和第二开关开始对电容器充电；接通第一开关，以通过第一开关和第二开关将电容器充电至目标电压电平；如果跨过电容器的电压升高超过目标电压电平，则断开第一开关和第二开关，以将跨过电容器的电压放电，从而将跨过电容器的电压降低到目标电压电平或者更低。
所述的方法还包括：如果通过放电步骤使跨过电容器上的电压过度地降低，则再次接通第二开关，以通过PTC元件和第二开关对电容器充电。
第一开关和第二开关可以是继电器。
第一开关可以是常开继电器，第二开关可以是常闭继电器。
根据本公开的另一方面，提供一种控制电源设备的方法，所述电源设备包括：转换器，将商用交流(AC)功率变换成直流(DC)功率；开关模式电源(SMPS)，将DC功率变换成负载期望的DC功率；电容器，使转换器与SMPS互连；正温度系数(PTC)元件，连接到转换器的输入侧；第一开关，与PTC元件并联连接；第二开关，在第一开关和转换器之间与第一开关串联连接，所述方法包括：接通第二开关，以通过PTC元件和第二开关将电容器充电至第三电压电平；如果电容器被充电至第三电压电平，则接通第一开关，以通过第一开关和第二开关将电容器充电至目标第四电压电平；如果跨过电容器的电压升高到目标第四电压电平之上的第五电压电平，则断开第一开关和第二开关，以将跨过电容器的电压放电，从而将跨过电容器的电压降低到目标第四电压电平或者更低；如果跨过电容器的电压降低到低于第三电压电平的第二电压电平，则再次接通第二开关，以再次通过PTC元件和第二开关将电容器充电至第三电压电平。
第一开关和第二开关可以是继电器。
第一开关可以是常开继电器，第二开关可以是常闭继电器。
根据本公开的另一方面，提供一种控制电源设备的方法，所述电源设备包括：转换器，将商用交流(AC)功率转换成直流(DC)功率；开关模式电源(SMPS)，将DC功率转换成负载期望的DC功率；电容器，使转换器与开关模式电源互连；正温度系数(PTC)元件，连接到转换器的输入侧；第一开关，与PTC元件并联连接；第二开关，在第一开关和转换器之间与第一开关串联连接，所述方法包括下述步骤：如果跨过电容器的电压升高超过目标电压电平，则断开第一开关和第二开关，以将跨过电容器的电压放电，从而将跨过电容器的电压降低到目标电压电平或者更低。
所述方法还可包括：接通第二开关，以通过PTC元件和第二开关开始对电容器充电，从而升高跨过电容器的电压。
所述方法还可包括：在开始充电步骤之后接通第一开关，以通过第一开关和第二开关将电容器充电至目标电压电平。
第一开关和第二开关可以是继电器。
第一开关可以是常开继电器，第二开关可以是常闭继电器。
根据本公开的又一方面，一种电源设备包括：转换器，将商用交流(AC)功率转换成直流(DC)功率；开关模式电源(SMPS)，将DC功率转换成负载期望的DC功率；电容器，使转换器与SMPS互连；正温度系数(PTC)元件，连接到转换器的输入侧；第一开关，与PTC元件并联连接；第二开关，在第一开关和转换器之间与第一开关串联连接；控制器，接通第二开关，以通过PTC元件和第二开关开始对电容器充电，如果跨过电容器的电压升高超过目标电压电平，则断开第一开关和第二开关，以将跨过电容器的电压放电，从而将跨过电容器的电压降低到目标电压电平或者更低。
第一开关和第二开关可以是继电器。
第一开关可以是常开继电器，第二开关可以是常闭继电器。
附图说明
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本公开的这些和/或其他方面将会变得清楚和更加易于理解，附图中：
图1是示出根据本公开的实施例的电源设备的构造的框图；
图2是图1中示出的电源设备的工作特性的时序图；
图3是示出控制图1中示出的电源设备的方法的流程图。
具体实施方式
现在将对本公开的实施例做出详细说明，本公开的实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的元件。
图1是示出根据本公开的实施例的电源设备的构造的框图。如图1中所示，由标号100表示的电源设备是接收商用AC功率并将接收的功率转换成具有期望特性的功率。
商用AC电源102提供220V或110V的商用AC功率。通过滤波器104从商用AC功率去除噪声等，然后，所得的AC功率被输入到转换器106。转换器106将输入的AC功率转换成DC功率。经转换所得到的DC功率对电容器108充电。电容器108是DC电容器，该DC电容器可以是电解电容器。电容器108并联连接在转换器106的两个输出端之间且并联连接在SMPS 110的两个输入端之间。SMPS 110接收在电容器108上充入的DC功率并将其转换成具有期望特性的功率。例如，SMPS 110可输出具有负载侧所期望的电特性(电流电平、电压电平等)的经转换所得到的功率(对应于电压Vout1、Vout2和Vout3)。
正温度系数(PTC)元件112、第一开关114和第二开关116设置在商用AC电源102和转换器106之间，更具体地说，设置在转换器106的输入侧，以对朝着转换器106的功率的输入进行控制。第一开关114与PTC元件112并联连接，第二开关116在第一开关114和转换器106之间与第一开关114串联连接。第一开关114和第二开关116必须是能够经受住相当大的功率(例如商用AC功率)的开关，其代表性的示例可以是继电器。假如第一开关114和第二开关116被实现为继电器，则必须将常开继电器用作第一开关114，必须将常闭继电器用作第二开关116。这样的第一开关114和第二开关116是通过控制器118进行开关控制的。
控制器118检测跨过电容器108的电压(即，在电容器108上充入的电压)并根据充入的电压的电平对第一开关114和第二开关116进行开关控制。例如，当非常大的功率被输入到转换器106时，控制器108可以断开第一开关114和第二开关116，以中断所述功率向转换器106的输入并对在电容器108上充入的电压进行放电，以保护电源设备100以及由来自电源设备100的上述功率供电并利用上述功率运行的负载。
风扇驱动器120、电机122和风扇124是负载的示例。风扇驱动器120被提供有跨过电容器108的电压和来自SMPS 110的输出电压Vout3并以跨过电容器108的电压和来自SMPS 110的输出电压Vout3进行操作。当从控制器118产生风扇操作命令时，风扇驱动器120驱动电机122，以使风扇124旋转。作为参考，控制器118也是电源设备的负载之一。
图2是示出图1中示出的电源设备的工作特性的时序图。如图2中所示，如果在t0时刻向电源设备供电，则电容器108被充电，因此，跨过电容器108的电压逐渐升高。此时，被实现为常开继电器的第一开关114处于断开状态，被实现为常闭继电器的第二开关116处于接通状态。结果，此时通过PTC元件112和处于接通状态的第二开关116对电容器108执行充电。这里，断开状态是电路开路从而没有通过电路传输功率的状态，接通状态是电路短路从而通过电路传输功率的状态。当跨过电容器108的电压升高到第一电压电平V1时，通过来自SMPS 110的输出电压Vout1和Vout2来操作控制器118，以根据需要选择性地接通或者断开第一开关114和第二开关116。
当跨过电容器108上的电压进一步升高到第三电压电平V3时，控制器118还接通第一开关114，从而将跨过电容器108的电压通过接通的第一开关114和第二开关116充电到目标第四电压电平V4(t1-t2)。此时，跨过电容器108的电压达到目标第四电压电平V4，控制器118操作负载，例如，风扇124。如果跨过电容器108的电压保持在目标第四电压电平V4，则控制器118维持第一开关114和第二开关116接通，以保持稳定的供电(t2-t3)。然而，如果跨过电容器108的电压超过第四电压电平V4上升到第五电压电平V5(第五电压电平V5为能够在负载侧以及在电源设备100自身中导致问题的过电压电平)(t3-t4)，则控制器118断开第一开关114和第二开关116，以中断对转换器106供电，并对在电容器108上充入的电压进行放电(t4-t5)。此时，负载或风扇124的旋转停止(t4)。
当跨过电容器108的电压电平由于其通过放电逐渐下落而降低到第二电压电平V2时，控制器118的再次接通第二开关116，以对电容器108进行充电。如果跨过电容器108的电压通过充电升高到第三电压电平V3，则控制器118也接通第一开关114，从而跨过电容器108上的电压通过接通的第一开关114和第二开关116而被充电到目标第四电压电平V4(t5-t6)。
如果跨过电容器108的电压再次超过目标第四电压电平V4而上升到第五电压电平V5(第五电压电平V5是能够在负载侧以及在电源设备100自身中导致问题的过电压电平)(t6-t7)，则控制器118断开第一开关114和第二开关116，以中断对转换器106的电力供应并对在电容器108上充入的电压进行放电(t7-t8)。
当跨过电容器108的电压由于其通过放电逐渐下落而降低到第二电压电平V2时，控制器108使得第二开关116再次接通，以对电容器108充电。如果跨过电容器108的电压通过充电升高到第三电压电平V3，则控制器仍旧接通第一开关114，以使跨过电容器108的电压通过接通的第一开关114和第二开关116被充电到目标第四电压电平V4(t8-t10)。在电容器108上的电压达到目标第四电压电平V4时，控制器118再次操作负载或者风扇124(t10)。
图3是示出控制图1中示出的电源设备的方法的流程图。如图3中所示，如果电源设备通电，则由于利用常开继电器实现的第一开关114处于断开状态而利用常闭继电器实现的第二开关116处于接通状态，所以通过PTC元件112和第二开关116对电容器108执行充电(302)。这里，断开状态是电路开路从而没有通过电路传输功率的状态，接通状态是电路短路从而通过电路传输功率的状态。当跨过电容器108的电压升高到第一电压电平V1时(304的“是”)，通过来自SMPS 110的输出电压Vout1和Vout2来操作控制器118，以根据需要选择性地接通/断开第一开关114和第二开关116(306)。
当跨过电容器108的电压进一步升高到第三电压电平V3时(308的“是”)，控制器118还使第一开关114接通，以使跨过电容器108上的电压通过接通的第一开关114和第二开关116被充电到目标第四电压电平V4(310)。在跨过电容器108的电压达到目标第四电压电平V4时(312的“是”)，控制器118操作负载或风扇124(314)。如果跨过电容器108的电压保持在目标第四电压电平V4，则控制器118维持第一开关114和第二开关116接通，以保持稳定的供电。然而，如果跨过电容器108的电压超过目标第四电压电平V4升高到第五电压电平V5(即，能够在负载侧以及在电源设备100自身中导致问题的过电压电平)(316的“是”)，则控制器118断开第一开关114和第二开关116，以中断对转换器106的供电并对在电容器108上充入的电压进行放电(318)。此时，负载或风扇124的旋转停止(320)。
当跨过电容器108的电压由于其通过放电逐渐下落而降低到第二电压电平V2时(322的“是”)，控制器108使得第二开关116再次接通，以对电容器108充电(324)。如果电源设备在这种状态下断电，则其操作结束(326的“是”)。相反地，如果电源设备保持通电，则该方法回到块306的控制控制器118的操作，以重复上面的操作306到326。
通过上面的描述显而易见的是，根据本公开的一方面，可以以最小的成本实现稳定的电源。
虽然本公开已经示出并描述了一些实施例，但是本领域技术人员应当了解，在不脱离本发明的精神和原理的情况下，可以对这些实施例做出改变，在权利要求及其等同物中限定了本发明的范围。

Claims (15)

1.一种控制电源设备的方法，所述设备包括：转换器，将商用交流功率转换成直流功率；开关模式电源，将直流功率转换成负载期望的直流功率；电容器，并联连接在转换器的两个输出端之间且并联连接在开关模式电源的两个输入端之间；正温度系数元件，连接到转换器的输入侧；第一开关，与正温度系数元件并联连接；第二开关，在第一开关和转换器之间与第一开关串联连接，所述方法包括下述步骤：
接通第二开关，以开始通过正温度系数元件和第二开关对电容器充电；
接通第一开关，以通过第一开关和第二开关将电容器充电至目标电压电平；
如果跨过电容器的电压升高到超过目标电压电平，则断开第一开关和第二开关，以将跨过电容器的电压放电，从而将跨过电容器的电压降低到目标电压电平或者降低到比目标电压电平低。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括下述步骤：
如果通过所述放电使跨过电容器的电压降低到预定电压电平，则再次接通第二开关，以通过正温度系数元件和第二开关对电容器充电，该预定电压电平低于目标电压电平。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，第一开关和第二开关是继电器。
4.根据权利要求3所述的方法，其中：
第一开关是常开继电器；
第二开关是常闭继电器。
5.一种控制电源设备的方法，所述设备包括：转换器，将商用交流功率转换成直流功率；开关模式电源，将直流功率转换成负载期望的直流功率；电容器，并联连接在转换器的两个输出端之间且并联连接在开关模式电源的两个输入端之间；正温度系数元件，连接到转换器的输入侧；第一开关，与正温度系数元件并联连接；第二开关，在第一开关和转换器之间与第一开关串联连接，所述方法包括下述步骤：
接通第二开关，以通过正温度系数元件和第二开关将电容器充电至第三电压电平；
如果电容器被充电至第三电压电平，则接通第一开关，以通过第一开关和第二开关将电容器充电至目标第四电压电平；
如果跨过电容器的电压升高到目标第四电压电平之上的第五电压电平，则断开第一开关和第二开关，以将跨过电容器的电压放电，从而将跨过电容器的电压降低到目标第四电压电平或者降低到比目标第四电压电平低；
如果跨过电容器的电压降低到低于第三电压电平的第二电压电平，则再次接通第二开关，以再次通过正温度系数元件和第二开关将电容器充电至第三电压电平。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，第一开关和第二开关是继电器。
7.根据权利要求6所述的方法，其中：
第一开关是常开继电器；
第二开关是常闭继电器。
8.一种控制电源设备的方法，所述设备包括：转换器，将商用交流功率转换成直流功率；开关模式电源，将直流功率转换成负载期望的直流功率；电容器，并联连接在转换器的两个输出端之间且并联连接在开关模式电源的两个输入端之间；正温度系数元件，连接到转换器的输入侧；第一开关，与正温度系数元件并联连接；第二开关，在第一开关和转换器之间与第一开关串联连接，所述方法包括下述步骤：
如果跨过电容器的电压升高到超过目标电压电平，则断开第一开关和第二开关，以将跨过电容器的电压放电，从而将跨过电容器的电压降低到目标电压电平或者降低到比目标电压电平低。
9.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括下述步骤：接通第二开关，以开始通过正温度系数元件和第二开关对电容器充电，从而升高跨过电容器的电压。
10.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括下述步骤：
在开始所述充电之后接通第一开关，以通过第一开关和第二开关将电容器充电至目标电压电平。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，第一开关和第二开关是继电器。
12.根据权利要求11所述的方法，其中：
第一开关是常开继电器；
第二开关是常闭继电器。
13.一种电源设备，包括：
转换器，将商用交流功率转换成直流功率；
开关模式电源，将直流功率转换成负载期望的直流功率；
电容器，并联连接在转换器的两个输出端之间且并联连接在开关模式电源的两个输入端之间；
正温度系数元件，连接到转换器的输入侧；
第一开关，与正温度系数元件并联连接；
第二开关，在第一开关和转换器之间与第一开关串联连接；
控制器，接通第二开关，以开始通过正温度系数元件和第二开关对电容器充电，如果跨过电容器的电压升高到超过目标电压电平，则断开第一开关和第二开关，以将跨过电容器的电压放电，从而将跨过电容器的电压降低到目标电压电平或者降低到比目标电压电平低。
14.根据权利要求13所述的电源设备，其中，第一开关和第二开关是继电器。
15.根据权利要求14所述的电源设备，其中：
第一开关是常开继电器；
第二开关是常闭继电器。
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