CN102810980B - 供电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提供驱动电力的供电设备。该供电设备包括：第一电力转换器，在具有预定电压水平的输入电力的电压水平落在基准电压水平范围内时，旁路输入电力，而在输入电力的电压水平落在基准电压水平范围外时，将输入电力转换为具有预设电压水平的DC电力；以及第二电力转换器，将从第一电力转换器输入的电力转换成具有预设电压水平的驱动电力。

Description

供电设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年5月30日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2011-0051373号的优先权，其公开内容通过引证结合于此。
技术领域
本发明涉及一种用于提供驱动电力的供电设备。
背景技术
一般地，为了驱动电子装置，需要用于提供电子装置工作所需的驱动电力的供电设备。
供电设备通常将商用交流(AC)电力转换成直流(DC)电力，以供给电子装置DC电力作为驱动电力。电力转换电路直接将商用AC电力转换成驱动电力。然而，可保持相对高的电力转换效率所处于的电压水平受到限制，因此，难以对于较宽的输入电压水平范围而保持高的电力转换效率。此外，当进行多级电力转换时，通过若干级来完成电力转换，这会导致电力转换效率降低。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种能够根据多级电力转换时的输入电力的电压范围，旁路预定电压范围的输入电力或将其转换为预定电压的供电设备。
根据本发明的一个方面，提供了一种供电设备，包括：第一电力转换器，在具有预定电压水平的输入电力的电压水平落在基准电压水平范围内时，旁路输入电力，而在输入电力的电压水平落在基准电压水平范围外时，将输入电力转换为具有预设电压水平的DC电力；以及第二电力转换器，将从第一电力转换器输入的电力转换成具有预设电压水平的驱动电力。
该供电设备还可包括控制器，用于在输入电力的电压水平落在基准电压水平范围内时，停止第一电力转换器的操作以将输入电力旁路至第二电力转换器，而在输入电力的电压水平落在基准电压水平范围外时，恢复第一电力转换器的电力转换操作。
第一电力转换器可以是降压转换器，该降压转换器具有从输入电力的电压水平范围内的最小电压水平到DC电力的电压水平的电压范围作为基准电压水平范围。
第一电力转换器可以是升压转换器，该升压转换器具有从DC电力的电压水平到所述输入电力的电压水平范围内的最大电压水平的电压范围作为基准电压水平范围。
第二电力转换器可以是电感-电感-电容(LLC)谐振转换器，其最大谐振点在DC电力的电压水平处。
供电设备还可包括功率因数校正器，用于对商用AC电力进行整流和功率因数校正以提供经整流和校正后的电力作为输入电力。
第二电力转换器可以是相移式全桥(PSFB)转换器。
附图说明
从以下结合附图的详细描述中，本发明的上述以及其他方面、特征及其他优点将被更清晰地理解，其中：
图1是本发明的供电设备的示意性框图；
图2A和图2B是根据本发明实施方式的供电设备的示意性电路框图；以及
图3是根据本发明另一实施方式的供电设备的示意性电路框图。
具体实施方式
现在将参照附图对本发明的实施方式进行详细描述。
本发明不应被解释为局限于本文中所描述的实施方式，并且本文中详述的实施方式可用于帮助对本发明的技术思想的理解。在本发明的附图中，相同的参考标号表示具有实质相同的结构和功能的相同元件。
图1是根据本发明实施方式的供电设备的示意性框图。
参照图1，根据本发明实施方式的供电设备100可包括第一电力转换器110、第二电力转换器120和控制器130。
第一电力转换器110可转换输入电力的电压水平。此处，输入电力的电压水平可在预定电压水平范围内，并且输入电力可以是DC电力。
第一电力转换器110可设定具有预设电压水平范围的基准水平范围，并且在输入电力的电压水平落在基准水平范围内时，可将输入电力传送至第二电力转换器120。
当输入电力的电压水平落在基准水平范围之外时，第一电力转换器110可将输入电力转换成具有预设电压水平的DC电力，从而向第二电力转换器120传送DC电力。
第二电力转换器120可将从第一电力转换器110输入的电力转换成具有预设电压水平的驱动电力Vo。
换句话说，当输入电力的电压水平落在基准水平范围内时，第一电力转换器110可旁路输入电力，并且第二电力转换器120可将输入电力的电压水平转换成驱动电力Vo输出。当输入电力的电压水平落在基准水平范围之外时，第一电力转换器110可将DC电力传送至第二电力转换器120，并且第二电力转换器120可将DC电力的电压水平转换成驱动电力Vo输出。
控制器130可检测输入电力的电压水平，以确定输入电力的电压水平是否落在基准水平范围内。
控制器130可在输入电力的电压水平落在基准水平范围内时，控制第一电力转换器110停止其电力转换操作并将输入电力旁路至第二电力转换器120，并且可在输入电力的电压水平落在基准水平范围外时，控制第一电力转换器110执行其电力转换操作。
图2A和图2B是根据本发明实施方式的供电设备的示意性电路框图。
参照图2A，在根据本发明实施方式的供电设备200中，图1所示的第一电力转换器110可以是用于降低输入电力的电压水平的降压转换器210，并且图1所示的第二电力转换器120可以是具有预设最大谐振点的LLC谐振转换器220。该LLC谐振转换器220可包括变换电力的变压器，并且可使用变压器的漏感和励磁电感以及连接到该变压器的电容之间的谐振进行电力转换。图1所示的控制器130可在根据本发明一个实施方式的供电设备中执行同样的功能，因此，将省略其附图及描述。
例如，在输入电力的电压水平为42V至75V的情况下，基准水平范围可以是42V至49V。即，在输入电力的电压水平为42V至49V的情况下，降压转换器210根据控制器130的控制可停止第一开关Q1和第二开关Q2以及电感L的工作，从而使得输入电力的电压水平被传送至LLC谐振转换器220。
此处，LLC谐振转换器220可设定最大谐振点，以使在降压转换器210的电压水平为49V处具有最大谐振频率。由于设定LLC谐振转换器220中的最大谐振点的方法已被广泛知晓，所以将省略对其详细描述。
另一方面，最大谐振点通常被设为LLC谐振转换器220中所输入的电压水平的最大电压水平，但在根据本发明一个实施方式的供电设备200中，输入电力的电压水平被降压转换器210改变，于是最大谐振点可被设为改变后的电压水平的最大电压水平。
因此，当输入电压水平为49V至72V的输入电力时，降压转换器210可执行降低操作，从而向LLC谐振转换器220传送电压水平为49V的DC电力，其中49V的电压水平被设为最大谐振点，从而保持LLC谐振转换器220的相对高的电力转换效率。
参照图2B，在输入电力的电压水平为48V的情况下，输入电力的电压水平落在基准水平范围内，因此，48V的电压可被原样传送至LLC谐振转换器220。传送至LLC谐振转换器220的DC电力的电压水平为48V，其低于作为最大谐振点的电压水平的49V。然而，由于二者间的差异不大，所以LLC谐振转换器220的电力转换效率仍可维持在很高水平。例如，对于输入电力的电压水平为42V的情况，也是同样的情形。
即，当使用降压转换器210时，LLC谐振转换器220中的最大谐振点的电压水平可被设定为接近输入电力的电压水平的最小电压，从而即使在基准水平范围内的电压水平处，也可保持LLC谐振转换器220的高电力转换效率，并且在电压水平落在基准水平范围外时，LLC谐振转换器220运行在最大谐振点处，从而保持相对高的电力转换效率。
此外，在如图2A和图2B所示的降压转换器210中，第一开关Q1可逐渐控制(charge)要传送到LLC谐振转换器220的DC电力，因此，它能取代热交换开关模块(switchofahotswapblock)，并且电感L增大了切换频率从而减小了其尺寸，因此，降压转换器210的电路占用面积可显著减小。
图3是根据本发明另一实施方式的供电设备的示意性电路框图。
参照图3，根据本发明另一实施方式的供电设备300可采用功率因数校正器310，通过接收商用AC电力、对商用AC电力进行整流以及调节整流后电力的电压和电流之间的相位差来校正功率因数。
参照图3，在根据本发明另一实施方式的供电设备300中，图1所示的第一电力转换器110可以是用于升高输入电力的电压水平的升压转换器320，并且图1所示的第二电力转换器120可以是相移式全桥(PSFB)转换器330。由于图3所示的控制器340执行与图1所示的控制器130相同的功能，所以将省略对其详细描述。
例如，在由功率因数校正器310进行功率因数校正并随后传送至升压转换器320的输入电力的电压水平为320V至400V的情况下，基准水平范围可以是390V至400V。即，当输入电力的电压水平为390V至400V时，升压转换器320可根据控制器340的控制停止第一开关Q1和第二开关Q2以及电感L的工作，从而使得输入电力的电压水平被传送至相移式全桥转换器330。然而，当输入电力的电压水平为320V至390V时，升压转换器320可将电压水平升至390V，并随后将升高后的电压水平传送至相移式全桥转换器330。
此处，相移式全桥转换器330可根据输入电力的电压水平调整全桥的各个开关的占空，以输出具有预设电压水平的驱动电力。由于在相移式全桥转换器330中，根据输入电力的电压水平调整全桥的各个开关的占空的方法已被广泛知晓，所以将省略对其详细描述。
然而，在根据本发明另一实施方式的供电设备300中，升压转换器320可降低输入电力的电压水平范围，并将降低后的电压传送至相移式全桥转换器330，并且相移式全桥转换器330可运行在接近最大占空比处，从而保持电力转换效率接近于相对高的电力转换效率。
如上所述，根据本发明的实施方式，输入电力的预定电压范围可根据多级电力转换时输入电力的电压水平而被旁路，或转换成预设电压，并随后被传送至后面的LLC转换器或PSFB转换器，从而使得LLC转换器或PSFB转换器运行在接近可保持相对高的电力转换效率所在的最大工作点处，从而即使输入电力的电压水平发生改变，也能保持高的电力转换效率。
如上所阐述，根据本发明的实施方式，输入电力的预定电压范围根据多级电力转换时输入电力的电压水平而被旁路，或转换成预设电压，从而保持设置在后端的LLC转换器或PSFB转换器的相对高的电力转换效率。
尽管已结合实施方式示出并描述了本发明，但对本领域技术人员显而易见的是，在不背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的前提下，可以进行修改和变型。

Claims (15)

1.一种供电设备，包括：
第一电力转换器，在具有预定电压水平的输入电力的电压水平落在基准电压水平范围以内时，旁路所述输入电力，而在所述输入电力的电压水平落在所述基准电压水平范围外时，将所述输入电力转换为所述基准电压的最大电压水平或最小电压水平；以及
第二电力转换器，将从所述第一电力转换器输入的电力转换成具有预设电压水平的驱动电力并且在所述最大电压水平或所述最小电压水平处具有最大谐振点。
2.根据权利要求1所述的供电设备，还包括控制器，用于在所述输入电力的电压水平落在所述基准电压水平范围以内时，停止所述第一电力转换器的操作以将所述输入电力旁路至所述第二电力转换器，而在所述输入电力的电压水平落在所述基准电压水平范围外时，恢复所述第一电力转换器的电力转换操作。
3.根据权利要求1所述的供电设备，其中，所述第一电力转换器是降压转换器，所述降压转换器在所述输入电力的电压水平落在所述基准电压水平范围外时，将所述输入电力转换为所述基准电压的最大电压水平。
4.根据权利要求1所述的供电设备，其中，所述第一电力转换器是升压转换器，所述升压转换器在所述输入电力的电压水平落在所述基准电压水平范围外时，将所述输入电力转换为所述基准电压的最小电压水平。
5.根据权利要求1所述的供电设备，其中，所述第二电力转换器是电感-电感-电容谐振转换器，所述电感-电感-电容谐振转换器的最大谐振点在所述基准电压的最大电压水平处。
6.根据权利要求1所述的供电设备，还包括功率因数校正器，用于对商用交流AC电力进行整流和功率因数校正，以供应经整流和校正后的电力作为所述输入电力。
7.一种供电设备，包括：
第一电力转换器，在具有预定电压水平范围的输入电力的电压水平落在预设基准电压水平范围以内时，旁路所述输入电力，而在所述输入电力的电压水平落在所述基准电压水平范围外时，将所述输入电力转换为具有预设电压水平的DC电力；
第二电力转换器，将从所述第一电力转换器输入的电力转换成具有预设电压水平的驱动电力并且以所述DC电力的电压水平处的最大占空比进行操作。
8.根据权利要求7所述的供电设备，其中，所述第二电力转换器是相移式全桥转换器。
9.一种供电设备，包括：
第一电力转换器，在具有预定电压水平范围的输入电力的电压水平落在预设基准电压水平范围以内时，旁路所述输入电力，而在所述输入电力的电压水平落在所述基准电压水平范围外时，将所述输入电力转换为所述基准电压的最大电压水平或最小电压水平；
第二电力转换器，将从所述第一电力转换器输入的电力转换成具有预设电压水平的驱动电力并且在所述最大电压水平或最小电压水平处具有最大谐振点；以及
控制器，用于在所述输入电力的电压水平落在所述基准电压水平范围以内时，停止所述第一电力转换器的操作以将所述输入电力旁路至所述第二电力转换器，而在所述输入电力的电压水平落在所述基准电压水平范围外时，恢复所述第一电力转换器的电力转换操作。
10.根据权利要求9所述的供电设备，其中，所述第一电力转换器是降压转换器，所述降压转换器在所述输入电力的电压水平落在所述基准电压水平范围外时，将所述输入电力转换为所述基准电压的最大电压水平。
11.根据权利要求9所述的供电设备，其中，所述第一电力转换器是升压转换器，所述升压转换器在所述输入电力的电压水平落在所述基准电压水平范围外时，将所述输入电力转换为所述基准电压的最小电压水平。
12.根据权利要求9所述的供电设备，其中，所述第二电力转换器是电感-电感-电容谐振转换器，所述电感-电感-电容谐振转换器的最大谐振点在所述基准电压的所述最大电压水平处。
13.根据权利要求11所述的供电设备，还包括功率因数校正器，用于对商用AC电力进行整流和功率因数校正，以提供经整流和校正后的电力作为所述输入电力。
14.一种供电设备，包括：
第一电力转换器，在具有预定电压水平范围的输入电力的电压水平落在预设基准电压水平范围以内时，旁路所述输入电力，而在所述输入电力的电压水平落在所述基准电压水平范围外时，将所述输入电力转换为具有预设电压水平的DC电力；
第二电力转换器，将从所述第一电力转换器输入的电力转换成具有预设电压水平的驱动电力并且以所述DC电力的电压水平处的最大占空比进行操作；
控制器，用于在所述输入电力的电压水平落在所述基准电压水平范围以内时，停止所述第一电力转换器的操作以将所述输入电力旁路至所述第二电力转换器，而在所述输入电力的电压水平落在所述基准电压水平范围外时，恢复所述第一电力转换器的电力转换操作。
15.根据权利要求14所述的供电设备，其中，所述第二电力转换器是相移式全桥转换器。
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