CN102801333A

CN102801333A - 电压提供装置

Info

Publication number: CN102801333A
Application number: CN2012102872994A
Authority: CN
Inventors: 陈剑锋
Original assignee: Beijing Star Net Ruijie Networks Co Ltd
Current assignee: Beijing Star Net Ruijie Networks Co Ltd
Priority date: 2012-08-13
Filing date: 2012-08-13
Publication date: 2012-11-28

Abstract

本发明提供一种电压提供装置。该电压提供装置包括电压输入端和电压输出端，还包括：多抽头变压器，与所述电压输入端连接，用于将输入电压转换成至少两个不同幅值的待输出电压；至少两个开关模块，分别连接在所述多抽头变压器的不同火线与所述电压输出端之间，处于闭合状态的所述开关模块对应的待输出电压，作为输出电压通过所述电压输出端输出；以及控制模块，与所述至少两个开关模块连接，用于根据接收到的电压输出指令，控制所述至少两个开关模块的分断和闭合。本发明提供的电压提供装置，实现了在较小功率损耗的情况下提供不同幅度的电压。

Description

电压提供装置

技术领域

本发明涉及电信号处理技术，尤其涉及一种电压提供装置，属于电子技术领域。

背景技术

电气和电子设备一般需要由电网提供交流电压，才能进行正常工作，电网作为一个公共的网络，由各种电力设施组成，其上连接着各种用电设备；当电力设施或其上连接的用电设备故障时，会导致电网的电压出现跌落（国标命名为电压暂降）或者短时中断，因此连接在电网上的各种设备都会受到电压暂降，短时中断的影响，用电设备抵抗此影响的能力称为电气和电子设备电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度。

目前，用于执行电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度实验的交流电压源（AC SOURCE）的工作原理如图1所示。图1为现有技术中一种交流电压源的工作原理示意图。如图1所示，交流电压源利用交流-直流（AC-DC）变换模块，将交流电压转换成直流电压，随后通过一个直流-直流（DC-DC）转换模块将AC-DC变换模块输出的电压，根据需要变换成不同幅值的直流电压，再通过一个直流-交流（DC-AC）变换模块，将不同幅值的直流电压转换成交流电压，输出至受测设备。

采用上述交流电压源进行测试时，由于电压经过三级变化，电源功率大幅降低，而且当待测设备功率较大时，对所需的高幅值电压进行三级变化产生大量热量，从而需在设备内部设置较大的散热设备，导致交流电压源的尺寸较大，且成本较高。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种电压提供装置，用以实现在较小功率损耗的情况下提供不同幅度的电压。

本发明提供的电压提供装置，包括：电压输入端和电压输出端，还包括：

多抽头变压器，与所述电压输入端连接，用于将输入电压转换成至少两个不同幅值的待输出电压；

至少两个开关模块，分别连接在所述多抽头变压器的不同火线与所述电压输出端之间，处于闭合状态的所述开关模块对应的待输出电压，作为输出电压通过所述电压输出端输出；以及

控制模块，与所述至少两个开关模块连接，用于根据接收到的电压输出指令，控制所述至少两个开关模块的分断和闭合。

根据本发明提供的电压提供装置，通过采用多抽头变压器，获得多个不同幅值的待输出电压；通过在多抽头变压器的不同火线与输出端之间设置开关模块，来改变多抽头变压器的不同火线与输出端之间的电路状态；从而通过设置用于控制开关模块的分断和闭合的控制模块，即可控制不同待输出电压是否作为电压提供装置的输出电压，实现了电压提供装置根据电压输出指令，提供不同幅度的电压，满足执行电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度实验的需求。并且，在电压提供装置的电压输入端与电压输出端之间，无需通过对输入电压进行AC-DC、DC-DC以及DC-AC的多级变化，避免了功率损耗，产生较低的热量，所以无需设置较大的散热设备，有效缩减了电压提供装置的尺寸和成本。

附图说明

图1为现有技术中一种交流电压源的工作原理示意图。

图2为本发明一个实施例的电压提供装置的结构示意图。

图3为本发明另一个实施例的电压提供装置的结构示意图。

图4为本发明又一个实施例的电压提供装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

图2为本发明一个实施例的电压提供装置的结构示意图。如图2所示，该电压提供装置，包括电压输入端11和电压输出端12，还包括：

多抽头变压器13，与所述电压输入端11连接，用于将输入电压转换成至少两个不同幅值的待输出电压；

至少两个开关模块14，分别连接在所述多抽头变压器13的不同火线与所述电压输出端12之间，处于闭合状态的所述开关模块14对应的待输出电压，作为输出电压通过所述电压输出端12输出；以及

控制模块15，与所述至少两个开关模块14连接，用于根据接收到的电压输出指令，控制所述至少两个开关模块14的分断和闭合。

具体地，多抽头变压器13的输出端线圈包括多个火线（AC_L）和一个零线（AC_N），多抽头变压器13的输入端线圈感应电压输入端11输入的交流电压后，在不同的火线上生成不同幅值的电压（即待输出电压）。

多抽头变压器13所生成的待输出电压，通过各自对应的开关模块14连接至电压输出端12，即多抽头变压器13的输出端的每条火线，分别经由一个开关模块连接至电压输出端12，并且多抽头变压器13的输出端的零线直接连至电压输出端12。当开关模块14处于分断状态时，多抽头变压器13与电压输出端12之间为断路，待输出电压无法传递至电压输出端12；当开关模块14处于闭合状态时，多抽头变压器13与电压输出端12之间为通路，待输出电压传递至电压输出端12，并经由电压输出端12输出。

控制模块15分别与各开关模块14连接，用于控制各开关模块14分断和闭合。由于开关模块14的分断状态和闭合状态，决定了多抽头变压器13的输出端的哪条火线的待输出电压能够输出，哪条火线的待输出电压不能输出，因此，通过控制模块15对开关模块14的控制，电压提供装置即可提供不同幅度的电压，或者不提供电压。

具体地，当利用该电压提供装置对受测设备执行电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度测试时，用户例如通过计算机向控制模块15发送电压输出指令，该电压输出指令包括测试需求，即电压提供装置的输出电压的参数，包括电压幅值和输出时间等，其中，电压输出指令所指示的输出电压幅值，应当是多抽头变压器13生成的多个待输出电压中的一个或多个。具体地，例如，多抽头变压器13能够生成AC 300V和AC 295V两种幅值的待输出电压，测试需求为AC 300V开通1s，然后切换到AC 295V，保持20ms。

控制模块15接收到电压输出指令后，控制对应于AC 300V的开关模块闭合，并启动计时；当计时达到1s时，控制对应于AC 300V的开关模块分断，并控制对应于AC 295V的开关模块闭合，并重新启动计时；当计时达到20ms时，控制对应于AC 295V的开关模块分断，停止对受测模块的测试。

根据本实施例的电压提供装置，通过采用多抽头变压器，获得多个不同幅值的待输出电压；通过在多抽头变压器的不同火线与输出端之间设置开关模块，来改变多抽头变压器的不同火线与输出端之间的电路状态；从而通过设置用于控制开关模块的分断和闭合的控制模块，即可控制不同待输出电压是否作为电压提供装置的输出电压，实现了电压提供装置根据电压输出指令，提供不同幅度的电压，满足执行电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度实验的需求。并且，在电压提供装置的电压输入端与电压输出端之间，无需通过对输入电压进行AC-DC、DC-DC以及DC-AC的多级变化，避免了功率损耗，产生较低的热量，所以无需设置较大的散热设备，有效缩减了电压提供装置的尺寸和成本。

实施例二

图3为本发明另一个实施例的电压提供装置的结构示意图。如图3所示，电压提供装置的电压输入端与电网连接，用于从所述电网获取所述输入电压，即多抽头变压器感应电网AC输入。多抽头变压器的输出端线圈包括n根火线，即第一火线AC_L1、第二火线AC_L2、……、第n火线AC_Ln，其中n为自然数，还包括一根零线AC_N。

第一火线AC_L1通过第一开关模块S1连接至电压输出端AC_OUT，第二火线AC_L2通过第二开关模块S2连接至电压输出端AC_OUT，……，第n火线AC_Ln通过第一开关模块Sn连接至电压输出端AC_OUT，零线AC_N直接连接至电压输出端AC_OUT。

控制模块具体包括控制单元，与各开关模块一一对应的驱动单元，即与第一开关模块S1对应的第一驱动单元G1，与第二开关模块S2对应的第二驱动单元G2，……，与第n开关模块Sn对应的第n驱动单元Gn，以及用于为控制单元和各驱动单元供电的辅助电源。其中，辅助电源既可以为一个同时为控制单元和各驱动单元供电的一个电源，也可以是分别为控制单元和各驱动单元供电的多个电源，本发明中不做限制。控制单元例如采用CPU或现有的任意其它控制器件来实现，本发明中不做限制。

控制单元分别与第一驱动单元G1、第二驱动单元G2、……、第n驱动单元Gn连接，并向其发送脉冲信号，例如，在不对驱动单元进行驱动时，发送低电平的脉冲信号，对驱动单元进行驱动，以控制相应的开关模块闭合时，则发送高电平的脉冲信号。控制单元还与主机连接，从主机接收电压输出指令，根据电压输出指令向各驱动单元发送相应的脉冲信号。驱动单元例如为光耦，当检测到高电平的脉冲信号时，控制对应的开关模块闭合，从而输出相应幅度的电压。

根据上述实施例的电压提供装置，由于控制模块包括控制单元，以及分别与各开关模块一一对应的驱动单元，所以控制单元仅需通过向驱动单元发送驱动信号，并由驱动单元响应驱动信号控制相应开关模块的分断和闭合，即可实现控制模块对开关的控制，易于实现。而且，由于采用电网直通供电，该电压提供装置所提供的电压输出符合电网实际运行情况，进行电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度测试时，测试真实度高，避免了现有技术中，利用经过整形滤波的接近理想的交流电进行供电时，由于无法反映实际电网运行时的电压情况，而导致的测试盲区。

进一步地，上述实施例的电压提供装置还包括采集检测模块，与电压输出端连接，并与控制单元连接。采集检测模块采集电压输出端的输出电压，并将所检测到的输出电压发送至控制模块。相应地，控制模块根据采集检测模块检测到的输出电压，执行过流保护和/或短路保护，例如当采集检测模块采集到当前的输出电压为320V，而该电压提供装置安全工作的上限输出电压为310V时，则控制单元可通过控制所有开关模块分断，来对电压提供装置进行过流保护，以避免对电压提供装置造成损坏。

实施例三

在上述实施例的基础上，本实施例中，对开关模块的具体结构进行扩展说明。本实施例的电压提供装置中，开关模块包括在闭合状态下，导通交流电压的正半周的第一导通通路，和导通交流电压的负半周的第二导通通路。

进一步地，第一导通通路包括串联的第一开关三极管和第一二极管，所述第二导通通路包括串联的第二开关三极管和第二二极管，其中：

所述第一开关三极管的集电极与所述多抽头变压器的对应的火线连接，所述第一开关三极管的基极与相应的驱动单元的高电平输出端连接，所述第一开关三极管的发射极与相应的驱动单元的低电平输出端连接，并与所述第一二极管的阳极连接；

所述第一二极管的阴极与所述电压输出端连接；

所述第二开关三极管的集电极与所述电压输出端连接，所述第二开关三极管的基极与相应的驱动单元的高电平输出端连接，所述第二开关三极管的发射极与相应的驱动单元的低电平输出端连接，并与所述第二二极管的阳极连接；

所述第二二极管的阴极与所述多抽头变压器的对应的抽头连接。

具体地，图4为本发明又一个实施例的电压提供装置的结构示意图。如图4所示，各开关模块均包括两个开关三极管和两个二极管，更为具体地，第一开关模块S1包括开关三极管T1.1和T1.2，以及二极管D1.1和D1.2。其中，T1.1为第一开关三极管，T1.2为第二开关三极管，D1.1为第一二极管，D1.2为第二二极管，即第一导通通路包括T1.1和D1.1，第二导通通路包括T1.2和D1.2。第二开关模块S2包括开关三极管T2.1和T2.2，以及二极管D2.1和D2.2。其中，T2.1为第一开关三极管，T2.2为第二开关三极管，D2.1为第一二极管，D2.2为第二二极管，即第一导通通路包括T2.1和D2.1，第二导通通路包括T2.2和D2.2。其中，各开关三极管例如为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，或金属氧化物半导体场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET）等。

下面结合一个具体的测试示例，对电压提供装置的工作过程进行详细说明。例如，多抽头变压器生成AC 300V和AC 295V两种幅值的待输出电压，其中，AC 300V与第一开关模块S1相对应，AC 295V与第二开关模块S2相对应。测试需求为AC 300V开通1s，然后切换到AC 295V，保持20ms。

控制单元根据测试需求，首先向第一驱动单元G1发送驱动信号，并设置驱动时间为1s，例如连续发送1S的高脉冲。第一驱动单元G1接收到控制单元发送的驱动信号后，第一驱动单元导通，对辅助电源提供的电压进行放大，将放大后获得的驱动电压输出至T1.1。因此，在交流电压正半周，AC_L300V为高电平，AC_N为低电平，由于D1.1的正向导通特性，第一驱动单元G1向T1.1提供的驱动电压以AC_N为参考，电平为高，T1.1导通；T1.1和D1.1组成导通通路，AC_L 300V电压输出，作用在受测设备上。相反地，在交流电压的负半周，AC_L 300V为低电平，AC_N为高电平，由于D1.2的正向导通特性，第一驱动单元G1向T1.1提供的驱动电压以AC_L 300V为参考为高，T1.2导通；T1.2和D1.2组成导通通路，AC_L 300V电压输出，作用在受测设备上。

当到达1s的驱动时间时，控制单元控制第一驱动单元G1关闭（例如向其输出低脉冲），以断开300V通路，并向第二驱动单元G2发送驱动信号，并设置驱动时间为20ms，例如连续发送20ms的高脉冲。第二驱动单元G2控制第二开关模块S2闭合，以及第二开关模块S2在闭合状态下，输出AC_L295V电压的具体过程与上述输出AC_L 300V电压的具体过程相同，故此处不再赘述。

当到达20ms的驱动时间时，控制单元停止向第二驱动单元G2发送驱动信号，以断开295V通路，并向用户返回相应的提示信息。

根据本实施例的电压提供装置，利用开关三极管和二极管来实现开关模块，体积小且成本低，进一步优化的电压提供装置的结构。

进一步地，在上述实施例的电压提供装置中，各驱动单元由同一个辅助电源供电；相应地，驱动单元的低电平输出端与所述开关模块之间串接有保护二极管，所述保护二极管的阴极与所述驱动单元的低电平输出端连接，所述保护二极管的阳极与所述开关模块连接。

具体地，由于驱动单元发送的驱动电压以AC交流电压为参考，即驱动电压是悬浮在AC交流电压之上的，并且由于各驱动单元由同一辅助单元供电，所以不同驱动单元的参考电压相互传递。因此，通过在驱动单元的低电平输出端串接一个保护二极管（如图4中所示的D1.3和D2.3），能够避免AC_L300V和AC_L 295V通过第一驱动单元G1和第二驱动单元G2的低电平输出端形成短路，导致多抽头变压器损坏。

根据上述实施例的电压提供装置，避免了针对每个驱动单元采用独立电源进行供电时，由于使用多个电源导致的电路复杂和成本高等缺陷，进一步简化了电路，降低成本；并且通过在驱动单元的低电平输出端串接二极管，避免了因使用单一电源为多个驱动单元供电导致多抽头变压器的损坏，提高了电压提供装置的可靠性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种电压提供装置，包括电压输入端和电压输出端，其特征在于，还包括：

2.根据权利要求1所述的电压提供装置，其特征在于，所述电压输入端与电网连接，用于从所述电网获取所述输入电压。

3.根据权利要求1所述的电压提供装置，其特征在于，所述控制模块包括控制单元，与所述至少两个开关模块一一对应的至少两个驱动单元，以及用于为所述控制单元和所述驱动单元供电的辅助电源，其中：

所述控制单元用于根据接收到的电压输出指令，向所述驱动单元发送驱动信号；

各驱动单元用于当接收到所述驱动信号时，控制对应的所述开关模块闭合。

4.根据权利要求1-3任一所述的电压提供装置，其特征在于，所述开关模块包括：在闭合状态下导通交流电压的正半周的第一导通通路，和在闭合状态下导通交流电压的负半周的第二导通通路。

5.根据权利要求4所述的电压提供装置，其特征在于，所述第一导通通路包括串联的第一开关三极管和第一二极管，所述第二导通通路包括串联的第二开关三极管和第二二极管，其中：

所述第一二极管的阴极与所述电压输出端连接；

所述第二二极管的阴极与所述多抽头变压器的对应的火线连接。

6.根据权利要求1-3和5中任一所述的电压提供装置，其特征在于，所述至少两个驱动单元由同一个所述辅助电源供电；相应地，

所述驱动单元的低电平输出端与所述开关模块之间串接有保护二极管，所述保护二极管的阴极与所述驱动单元的低电平输出端连接，所述保护二极管的阳极与所述开关模块连接。

7.根据权利要求1-3和5中任一所述的电压提供装置，其特征在于，还包括：

采集检测模块，用于采集所述电压输出端的输出电压，并将所检测到的输出电压发送至所述控制模块；相应地，

所述控制模块还用于根据所述采集检测模块检测到的输出电压，执行过流保护和/或短路保护。