CN110063007A - 具有谐振转换器的开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关电源（SN）或开关电源设备。该开关电源（SN）包括整流单元（GL），用于电网连接并且用于对三相交变电压进行整流。该开关电源（SN）还包括：第一转换级（W1），整流单元（GL）的输出电压形成该第一转换级的输入电压而该第一转换级的输出电压形成中间电路电压（Uz）；和第二转换级（W2），该第二转换级被实施为谐振转换器，中间电路电压（Uz）形成该谐振转换器的输入电压。在该开关电源（SN）的输出电流小于规定值或者最大等于规定值时，第一转换级（W1）对中间电路电压（Uz）进行调节，使得中间电路电压（Uz）基本上对应于第二转换级（W2）的可预先给定的输出电压（Ua）乘以在第二转换级（W2）以谐振频率来运行时与负载无关的变压比。在强制降低第二转换级（W2）的输出电压（Ua）时，通过第一转换级（W1）能调整出在平均值方面足够小的中间电路电压（Uz），使得第二转换级（W2）还能基本上以该谐振频率在变压比与负载无关的情况下运行。用于调节第一转换级的信号能从第二转换级的电压和/或电流信息中得出。借此，按照本发明的开关电源（SN）显示出紧凑的并且成本低的结构形式而且可以效率非常好地被用于大的输入电压范围。

Description

具有谐振转换器的开关电源

技术领域

本发明一般性地涉及电气工程的领域、尤其是电力电子学和用于供电的电力电子电路的领域。特别地，本发明涉及一种开关电源或开关电源设备，该开关电源或开关电源设备包括用于电网连接并且用于对三相电网电压或交变电压进行整流的整流单元以及第一转换级，其中第一转换级在输入侧与整流单元连接。整流单元的输出电压形成第一转换级的输入电压而第一转换级的输出电压形成中间电路电压。该开关电源还包括第二转换级，该第二转换级被实施为谐振转换器，中间电路电压形成该谐振转换器的输入电压。

背景技术

也被称作开关设备的开关电源长久以来就是公知的，而且如今被用在很多领域，以便将负载或耗电器连接到电网或电源上并且给相应的负载或相应的耗电器供应大多恒定且常常可预先给定的电压。为此，开关电源将大多不稳定的输入电压——通常来自电源的直流或交变电压——转换成恒定的输出电压，其中输出电压和/或输出电流的稳定性通过对流到开关电源和所连接的耗电器中的能量流的控制来实现。视应用而定或视相应的耗电器的需求而定，输出电压可以大于输入电压或者可以小于输入电压。

开关电源以各种不同的实现形式公知。例如，为了连接到交变电网或交变电压源上，可以在开关电源中执行对输入电压或交变电压的整流。为了将经整流的输入电压转换成恒定的输出电压，通常使用电压转换器。

最初，所谓的硬开关拓扑、诸如反激式转换器或正激式转换器已被用作开关电源中的电压转换器。这些硬开关拓扑的使用具有如下缺点：在开关过程中有一部分相当大的损耗。这些损耗例如导致效率低而且可能造成大量的废热，该废热彼此由开关电源散发到周围环境。由此，需要开关电源的确定的体积以及冷却措施，以便避免过热。此外，由于在使用例如反激式转换器或正激式转换器时有开关损耗，阻碍了开关频率可以任意地被提高。这导致在开关电源的尺寸减小方面的限制，因为例如绕组材料的结构形式不能任意地被减小。因而，其中使用反激式转换器或正激式转换器的开关电源由于开关损耗和绕组材料的大的结构形式而在尺寸方面不能任意地被减小。

因而，自一段时间以来，在开关电源中越来越多地使用所谓的“软开关（Soft-Switching）”拓扑、诸如谐振转换器，用于将输入电压转换成恒定的输出电压。谐振转换器是直流电压转换器的一种特殊的电路技术形式，该谐振转换器以振荡回路来工作，用于进行能量传输。相对于硬开关拓扑，这种“软开关”拓扑、诸如谐振转换器关于电磁兼容性和开关损耗方面具有优点。在“软开关”拓扑中，例如通过振荡回路非常频繁地迫使能量进行振荡，以便使半导体和绕组材料的电容损耗少地进行转载。在系统中，该振荡常常导致更高的电流并且借此导致附加的导通损耗。然而，开关损耗的降低比导通损耗的升高大得多，由此“软开关”拓扑相对于硬开关拓扑提供了显著的效率优点。此外，在当前的半导体研发中，在降低导通损耗方面比在降低开关损耗方面取得了更大的进展。

谐振转换器由于其与频率相关的组件（例如电容器、线圈、变压器等等）而具有在输出电压与输入电压之间的与频率相关的变压比。由此，通过改变开关频率可以调整变压比，该变压比可具有大于、等于或者小于1的值。例如通过相对应地选择在谐振转换器中使用的变压器的线圈数，可以使该变压比进一步适配。然而，除了特殊的开关频率之外，该变压比都是与负载相关的。因为谐振转换器通常包括两个或更多个与频率相关的组件（例如电容器、线圈、变压器等等），所以常常存在多个谐振频率，其中大多只在某个谐振频率下出现与负载无关的变压比。只有在精确地以该谐振频率来运行时，谐振转换器才几乎没有开关损耗或开关损耗非常小而且借此具有非常高的效率。如果以高于或低于该谐振频率的开关频率对转换器进行时控，则出现更低的效率，因为在输出电压和输出功率相同时，形成更高的导通损耗或开关损耗。

在谐振转换器运行时（其中开关频率——在变压比与负载无关的情况下——恒定地被选择为等于谐振频率），虽然实现了最好的效率，但是在输入电压中的波动不能被补偿。为了在这种情况下利用与频率相关的变压比，以便将输出电压保持恒定，谐振转换器的与频率相关的组件必须被选择为以便可以满足整个输入电压范围、输出电压范围和负载范围。如果这里需要大的调节范围，则该大的调节范围需要相对应的电感值或电容值，这些电感值或电容值接着在以谐振频率运行时也导致比当只需要很小的调节范围时更差的效率，在该谐振频率下出现与负载无关的变压比。出于该原因，对于大的输入电压范围来说，通常将附加的转换级前置于谐振转换器，由此谐振转换器的输入电压与开关电源的输入电压无关地保持恒定。这能够实现针对很小的调节范围对谐振转换器进行相对应的确定参数，由此总体上能实现很高的效率。

在交变电网中使用时，开关电源在输入侧具有整流单元以及缓冲电容器或中间电路电容器，以便针对下游的转换器提供尽可能恒定的中间电路电压。由于在输入侧的整流单元连同缓冲电容器，在输入端上的开关电源也在供电侧造成高次谐波。为了将这些高次谐波保持得尽可能小，国际和/或欧洲标准、诸如IEC 61000-3-2或EN 61000-3-2规定了关于高次谐波电流方面所要遵循的极限值。为了遵循这些极限值，开关电源与此同时具有有源或无源的功率因子校正或Power Factor Correction（PFC）。无源的解决方案例如是谐波扼流圈，该谐波扼流圈被接在整流单元与缓冲电容器之间。不过，这需要另一比较大的绕组材料，该绕组材料与高损耗相关联。因而，通常——特别是当需要非常小的高次谐波电流时，使用有源的解决方案。在此，有源的级直接被接到整流单元后面，该有源的级在输入侧导致在电流波形（例如正弦形、类似正弦形、方形等等）中的小的高次谐波。针对开关电源的接下来的级，该有源的级提供具有相对应的输入电流的近似恒定的电压，以便满足对于高次谐波电流来说所要求的极限值。

借此，用于在交变电网中运行的开关电源通常具有三级的、大多复杂的结构类型，在该运行下，为了效率高而使用谐振转换器，该谐振转换器与输入电压无关地总是以其中出现与负载无关的变压比的谐振频率来运行，而且该谐振转换器遵循针对高次谐波电流预先给定的极限值。通常，这种三级设计——包括有源功率因子校正、用于改变谐振转换器的输入电压的转换级以及谐振转换器——与高复杂性以及与成本敏感的高构件花费相关联。这种三级设计例如从文献US 2006/0193153 A1中公知。

此外，从文献US 2009/0147553 A1中公知一种用于在交变电网中运行的开关电源，其中输出电压根据负载电流或输出电流来发生变化。为此，开关电源包括用于连接到交变电网上的整流单元、第一转换级和第二转换级，其中第二转换级被实施为谐振转换器。通过可变的控制单元，根据负载电流来产生控制单元的控制信号，用于操控这些转换级。也就是说，当负载电流超过预先给定的阈值时，根据该负载电流来调节输出电压和中间电路电压。借此，在文献US 2009/0147553 A1中描述的开关电源没有最优的效率而且具有多级的、相对复杂的并且花费高的控制。

发明内容

因而，本发明所基于的任务在于：说明一种具有简单的、成本低的并且紧凑的结构形式的开关电源，该开关电源的效率高而且具有高次谐波含量低的输入电流。

该任务通过开头提到的类型的开关电源来解决，该开关电源能用于在三相交变电网中运行而且具有专利独立权利要求的特征。本发明的有利的实施方式在从属权利要求中描述。

按照本发明，该任务的解决方案通过开头提及的类型的开关电源来实现，该开关电源被设立用于在三相交变电网中运行。该开关电源包括用于对三相电网交变电压进行整流的整流单元、第一转换级和第二转换级。第一转换级在输入侧与整流单元连接。第一转换级的输入电压由整流单元的输出电压形成，而第一转换级的输出电压形成中间电路电压，该中间电路电压至少可以小于或等于整流单元的输出电压，必要时也可以大于整流单元的输出电压。第二转换级实施为谐振转换器，中间电路电压形成该谐振转换器的输入电压。在开关电源的输出电流小于规定值或者最大等于规定值时，该中间电路电压通过第一转换级来调节，使得该中间电路电压或该中间电路电压的平均值基本上对应于第二转换级或谐振转换器的可预先给定的输出电压乘以在第二转换级或谐振转换器以谐振频率来运行时与负载无关的变压比。

在（为了将输出电流限制到规定值）强制降低第二转换级或谐振转换器的输出电压时，能调整出在平均值方面足够小的中间电压，使得第二转换级或谐振转换器还可以基本上以谐振频率在变压比与负载无关的情况下运行。

在此，用于调节第一转换级的信号能从第二转换级或谐振转换器的电压和/或电流信息中得出。

按照本发明提出的解决方案的主要方面在于：按照本发明的开关电源只包括两个转换级或只包括一个中间电路。借此，降低了电路的复杂性以及构件花费和成本。通过使用仅仅一个中间电路或两个转换级，可能建造更紧凑的设备，所述更紧凑的设备在交变电网中运行时仍能够在遵循针对高次谐波电流的极限值的情况下实现在大的输入电压范围内对输出电压的应用特定的调节。通过第一转换级，中间电路电压可以与开关电源的输入电压和在开关电源的输出端上的负载无关地被调节，使得第二转换级始终在最优的工作点、理想地在第二转换级或谐振转换器的谐振频率下在变压比与负载无关的情况下效率非常高地运行。

即使例如在开关电源的输出端上有过载或短路时必须使开关电源的输出电流尽可能恒定地保持在规定值上，通过第一转换级也在平均值方面调整出足够小的中间电路电压，使得在这种运行情况下第二转换级也在之前描述的最优的工作点运行。借此，谐振转换器可以针对很小的调节范围来优化，因为整个输入电压范围、输出电压范围和负载范围都由第一转换级来调节。由此，始终尽可能无电压地并且几乎无电流地进行第二转换级的开关过程。借此实现了很高的效率。此外，通过开关电源的双级的结构类型，相对于三级或更多级的设计实现了对效率的进一步改善，因为在两个转换级的情况下出现更少的损耗（例如开关损耗、导通损耗）。

原则上，用于调节第一转换级的信号能直接从第二转换级或谐振转换器的电压和/或电流信息中得出。在此，该电压和/或电流信息可以给出关于第二转换级或谐振转换器的工作点的情况（例如过谐振、谐振中、欠谐振）。借此，可以以简单的方式识别出第二转换级或谐振转换器是否在最优的工作点运行，而且在有偏差时可以通过第一转换级相对应地调节中间电路电压。

在开关电源的输出端上的由负载造成的、动态的过程的情况下，有利地，通过第二转换级或谐振转换器来保证遵循针对输出电压和/或输出电流的规定值。中间电路电压的平均值通过第一转换级有时间延迟地被适配，使得第二转换级或谐振转换器还能在变压比与负载无关的情况下的谐振频率下、即在最优的工作点运行。这意味着：在开关电源的输出端上的由负载造成的、动态的过程或在开关电源的输出端上的输出电压和/或输出电流与规定值或希望值有偏差的情况下，由第二转换级来进行时间上迅速的适配。为了使第二转换级或谐振转换器最优地运行而通过第一转换级对中间电路电压的适配有时间延迟地并且更缓慢地进行。借此，一方面可以迅速地对在开关电源的输出端上的变化做出反应，而且还可以引起第二转换级或谐振转换器的最优的运行。

在此有利的是：第一转换级具有降压变压器功能。这意味着：第一转换级包括如下功能，通过该功能，第一转换级的输入电压转化成输出电压，该输出电压在数值上小于输入电压。借此，尤其是在电网侧的输入电压高的情况下，可以避免数值上高的中间电路电压作为针对第二转换级或谐振转换器的输入电压。因而，第一转换级例如可以实施为降压变压器、升压-降压变压器、正激式转换器、库克转换器、SEPIC转换器等等。

第一转换级例如可以频率固定地来运行，其中理想地借助于脉冲宽度调制（PWM）来进行调节。为了对第一转换级进行调节，有利地，可以设置调节单元。替选地，存在如下可能性：也以可变的频率来运行第一转换级，其中电流在第一转换级中被提高并且总是再次被降低直至到零，使得利用在此出现的寄生振荡，以便在电压最小值接通在第一转换级中使用的开关。该技术也作为“波谷开关（Valley-switching）”技术或“准谐振（Quasi-Resonantes）”开关而公知。通过该技术，在第一转换级中使用的开关、诸如MOSFET、IGBT、双极型晶体管等等可以在损耗少的开关运行下工作。

理想地，第二转换级或谐振转换器被实施为所谓的LLC转换器。谐振转换器可以根据应用而实施为LLC（或LCL）或LCC转换器，而且可以确保低损耗功率和良好的效率。在谐振运行下、也就是说在变压比与负载无关的谐振频率时的运行下，谐振转换器、尤其是在LLC实施方式中的谐振转换器产生非常少的干扰信号。

按照本发明的开关电源的一个适宜的扩展方案规定：在第一转换级与第二转换级或谐振转换器之间的中间电路具有缓冲电容器。缓冲电容器接到第一转换级的输出侧上或接到第二转换级或谐振转换器的输入侧上。针对第二转换级或谐振转换器的输入电压附在该缓冲电容器上。该缓冲电容器通常具有如下任务：消除在供电中的非常短暂的中断并且借此使针对第二转换级的输入电压保持恒定。

在开关电源大量应用在三相电网中的情况下，在三相交变电网的一相或所有相失灵时，也需要应用该开关电源，例如直至消除该失灵，以便例如没有中断地继续给工厂中的设备部件供应能量。不过，在有相失灵时，在输入电压的电压过零处存在时间范围，在所述时间范围内，不能从供电电网中提取能量，由此第一转换级的输出电压或在缓冲电容器上的电压视电容器的输出功率和电容而定正好在那些时间范围内不能被按照本发明的开关电源的第一转换级保持恒定。因而，第一转换级的输出电压或在缓冲电容器上的电压总是再次短暂地降低。因而，在这种情况下规定：在中间电路电压失灵时，只要该降低不能通过缓冲电容器拦住，就通过第二转换级或谐振转换器对输出电压进行调节。

谐振转换器由于其与频率相关的组件（例如电容器、线圈、变压器等等）而具有在输出电压与输入电压（=按照本发明的开关电源的中间电路电压）之间的与频率相关的变压比。由此，必要时通过改变开关频率可以调整变压比，该变压比可具有大于、等于或者小于1的值。在三相交变电压的至少一相失灵时，谐振转换器的该特性可以被用于：在谐振转换器的输入端上的缓冲电容器上的电压、也就是说中间电路电压降低的那些时间范围内（也就是说在电网电压过零时），通过调节来执行变频而且借此改变变压比。以这种方式，尽管有相失灵，仍可以保证被调节的输出电压，直至消除干扰。不过，在有相失灵的时间期间，谐振转换器不再像所有三个相都存在时那样达到其最大效率，因为第二转换级或谐振转换器必须总是再次短暂地过谐振地或欠谐振地运行。也就是说，谐振转换器高于或低于在变压比与负载无关的情况下的谐振频率地运行。如果交变电网的所有相重新可用，则对第二转换级或谐振转换器的调节结束，接着重新基本上通过由第一转换级对中间电路电压的调节来实现对输出电压的调节。为了（在至少一相失灵期间）对第二转换级或谐振转换器进行调节，理想地，能从第二转换级或谐振转换器的输出电压得出另一信号。相对应的调节可以由对第一转换级进行调节的调节单元或者由自己的调节单元来进行。

在该开关电源的另一实现形式中，可能的是：在三相交变电网的相失灵时，通过第一转换级在其中从供电电网提取能量的那些时间范围内调整出更高的中间电路电压。该更高的中间电路电压接下来通过谐振转换器的频率变化来补偿，其中该谐振转换器视中间电路电压而定过谐振地或欠谐振地（也就是说高于或低于在变压比与负载无关的情况下的谐振频率地）运行。经此，对总效率进行优化或者使在两相运行时的附加的损耗在各个转换级之间转移是可能的，以便避免各个组件的过热。

该开关电源的一个替选的、有利的实施变型方案规定：设置辅助级，该辅助级在输入侧与在第一转换级的输出端上的缓冲电容器连接，而在输出侧接到第二转换级或谐振转换器上。该辅助级能在两相运行时、也就是说例如在三相交变电网的相失灵时被激活。在有相失灵时对辅助级的激活导致：谐振转换器还可以基本上在最优的工作点、也就是说以其谐振频率在变压比与负载无关的情况下运行。通过辅助级，输出电压（=谐振转换器的输入电压）与输入电压（=在缓冲电容器上的中间电路电压）的变压比被调整得具有大于1的值。借此，谐振转换器的输入电压的平均值基本上被保持在对于预先给定的或所希望的输出电压来说所需的恒定值上。

辅助级在正常运行时或在开关电源的输入电压为三相时被切断。当确定中间电路电压的降低、在第一转换级的输出端上的缓冲电容器上的电压的降低、开关电源的输出电压的降低和/或在开关电源的输入端上的相电压的降低时，辅助级才在那些时间范围内激活——诸如在开关电源的输入端上的电网电压过零时有相失灵的情况下。为了激活辅助级，理想地，能使用有源开关，该有源开关只在中间电路电压降低时被时控。为此，有源开关能以如下接通时间和/或频率来操控，通过该接通时间和/或频率，使第二转换级或谐振转换器的输入电压的平均值尽可能保持恒定。为了进一步优化，可以规定：通过对有源开关的相对应的调节，该有源开关的开关频率有利地被调整为使得该有源开关在电压最小值被接通。由此，将可能的附加的开关损耗保持得小。在三相电网电压的情况下的正常运行时，该有源开关持久地被关断并且不提供开关损耗。

还有利的是：辅助级能在具有三相电网电压的正常运行时通过开关元件、尤其是旁路二极管来跨接。借此，在中间电路中的电流在辅助级旁边被引导经过。以这种简单的方式，降低了或阻止了在开关电源正常运行时辅助级的导通损耗。对于正常的、三相的运行来说的另一优化措施可能会规定：旁路二极管例如通过有源开关或继电器被短接，以便将导通损耗降低到最小值。

理想地，辅助级实施为升压变压器。通过升压变压器，可以简单地补偿中间电路电压的降低，因为在升压变压器的情况下，输出电压通常始终大于输入电压。借此，针对谐振转换器的输入电压的平均值可以基本上保持在对于所希望的输出电压来说恒定的值上。

例如，在中间电路电压降低时、尤其是在三相交变电网的相失灵时，通过对第二转换级或谐振转换器进行调节或通过将辅助级接通，可以增加在电网完全失灵时的缓冲时间。也就是说，开关电源或第二转换级的输出电压可以在电网失灵之后维持更长时间。借此，在电网失灵或电网中断的情况下的较长的持续时间内，对该开关电源的输出电压没有造成影响。这例如通过如下方式来实现：在中间电路中的缓冲电容器或者通过谐振转换器本身（在对谐振转换器进行调节时）借助于变频或者通过辅助级来继续放电，而且借此可以从缓冲电容器中提取更多能量，以便继续维持开关电源的输出电压。

替选地，在三相交变电网的相失灵时，可以借助于控制单元将在整流单元与第一转换级之间的缓冲电容器接通。通过接通在整流单元与第一转换级之间的缓冲电容器，可以消除在输入电压过零时不能从交变电网中提取能量的那些时间范围。经此，不需要对第二转换级或谐振转换器进行调节或者激活在第一转换级与第二转换级之间的辅助级来使输出电压保持恒定。应该会接通缓冲电容器，使得在输入电流中的峰值未被超过，以便没有过度使用供电电网并且必要时不使前置的保险装置触发。

附图说明

随后，本发明依据随附的附图示例性地予以阐述。在此：

图1示出了按照本发明的具有两个转换级的开关电源的示意性的构造；

图2a示出了按照本发明的开关电源的用于两相运行的示意性的构造变型方案；

图2b示出了按照本发明的开关电源的用于具有分开的调节单元的两相运行的示意性的构造变型方案；

图3示出了按照本发明的开关电源的具有能针对两相运行来激活的辅助级的示意性的构造变型方案；

图4示出了按照本发明的开关电源的具有能针对两相运行来接通的缓冲电容器的示意性的构造变型方案。

具体实施方式

图1示出了按照本发明的开关电源SN的构造。开关电源SN连接到三相电网电压Un上或连接到具有三个相L1、L2、L3的交变电压源Un上。电网电压Un形成针对开关电源SN的整流单元GL的输入电压。通过例如实施为6脉冲整流器的整流单元GL，对电网电压Un进行整流。

开关电源SN还包括第一转换级W1，通过该第一转换级可以将变压比至少调整得小于或等于1，选择性地也可以调整得大于1。第一转换级W1具有降压变压器功能。也就是说，第一转换级例如可以实施为降压转换器或降压变压器，或者使用诸如升压-降压变压器、正激式转换器、库克转换器、SEPIC转换器等等那样的具有降压变压器功能的转换器。第一转换级W1在输入侧与整流单元GL连接。整流单元GL的输出电压——原则上是经整流的电网电压Un——形成第一转换级W1的输入电压。从第一转换级W1的输出电压形成中间电路电压Uz。

开关电源SN还包括第二转换级W2，该第二转换级在输入侧与第一转换级W1连接。第二转换级W2被实施为谐振转换器，尤其是实施为所谓的LLC转换器。中间电路电压Uz或第一转换级W1的输出电压形成第二转换级W2或谐振转换器W2的输入电压。

针对调节单元RE的反馈信号可以从第二转换级W2的电压和/或电流信息得出。为此，调节单元RE被分成两个子调节单元。在此，第一子调节单元提供至少一个调定量，用于调节第二转换级W2或谐振转换器，而第二子调节单元提供至少一个调定量，用于调节第一转换级W1。

但是，替选地，该反馈信号也可以从输出电压Ua或者直接得出或者借助于分压器R1来得出。调节单元RE可以根据该反馈信号来生成一个或多个调定量SG，所述调定量被引导到第一转换级W1上。

该反馈信号被用于将输出电压Ua调节到规定值上。通过第一转换级W1能调节中间电路电压Uz并且借此能调节第二转换级W2或谐振转换器W2的输入电压，使得中间电路电压Uz的平均值基本上对应于谐振转换器W2的可预先给定的输出电压Ua乘以在谐振转换器W2以谐振频率来运行时与负载无关的变压比。也就是说，为了达到谐振转换器W2的输出电压Ua的规定值或希望值，通过第一转换级W1（由调节单元RE来调节）来改变中间电路电压Uz，使得第二转换级W2或谐振转换器W2基本上在最优的工作点、即在变压比与负载无关的情况下的谐振频率处运行。

为了对第一转换级W1进行调节，例如可以使用脉冲宽度调制。在开关电源SN的输出端上的功率恒定时，在第一转换级W1的输入端上自动地出现如下电流，在该电流中，只有非常小的交流分量与直流分量叠加。该电流流经整流单元GL，例如在交替相差120°的三相电网电压Un的情况下来回流经另一馈电线。借此，输入电流的频谱只具有微小的高次谐波分量，由此例如以简单的方式遵循通过标准、诸如EN61000-3-2针对高次谐波电流预先给定的极限值。

图2a示例性地又以示意性的方式示出了按照本发明的开关电源SN，该开关电源包括整流单元GL、第一转换级W1和被实施为谐振转换器的第二转换级W2。根据第二转换级W2或谐振转换器W2的输出电压Ua，或者可以直接得出针对调节单元RE的反馈信号或者可以借助于分压器R1、R2得出针对调节单元RE的反馈信号，其中两个或更多个调定量SG1、SG2被引导到两个转换级W1和W2上。

按照图2a的开关电源SN的示例性的构造变型方案还具有缓冲电容器Cp。缓冲电容器Cp嵌入到第一转换级W1与谐振转换器W2之间。也就是说，在两个转换级W1、W2之间的中间电路现在具有缓冲电容器Cp，中间电路电压Uz作为谐振转换器W2的输入电压附在该缓冲电容器上。通过缓冲电容器Cp，例如可以消除在电流和/或电压供应中的中断并且使中间电路电压Uz保持恒定。在尤其是在三相交变电源Un的相L1、L2、L3失灵时起作用。

为了在供电电网Un的相L1、L2、L3失灵时使用开关电源SN，还通过调节单元RE对第二转换级W2或谐振转换器W2进行调节。在其中不能从供电电网Un中提取能量的那些时间范围内、诸如在输入电压的电压过零时进行该调节，由此第一转换级W1的输出电压或在缓冲电容器Cp上的电压视电容器Cp的输出功率和电容而定不能被第一转换级W1保持恒定，而且因而总是再次短暂地降低。那么，第一转换级W1不再能将谐振转换器W2的输出电压Ua保持在输出电压Ua的规定值上。因而，在中间电路电压Uz降低时或在缓冲电容器Cp上的电压降低时，激活对谐振转换器W2的调节。在这些时间范围内，通过调节单元RE来执行对谐振转换器W2的开关频率的改变。由此，可以改变输出电压Ua与谐振转换器W2的输入电压（=中间电路电压Uz）的电压比，而且必要时——对于相失灵来说时间上受限制地——可以根据需求将该变压比调整到小于、等于或大于1的值。借此，可以保证经调节的输出电压Ua。

图2b示意性地并且示例性地示出了按照图2a的按照本发明的开关电源SN的一个实施变型方案。在此，调节单元被分成两个子调节单元RE1、RE2，其中第一子调节单元RE1提供至少一个调定量SG2，用于调节第二转换级W2或谐振转换器，而第二子调节单元RE2提供至少一个调定量SG1，用于调节第一转换级W1。用于调节第一转换级W1的信号例如从直接来自谐振转换器W2的电压或电流信息得出，其中这些电压或电流信息给出关于谐振转换器W2的工作点的情况（过谐振/在谐振中/欠谐振）。在此，第一子调节单元RE1通过第二转换级W2或谐振转换器的频率变化来调节开关电源SN的输出电压Ua。由此，第二转换级W2可以视中间电路电压Uz而定过谐振地、在谐振中或者欠谐振地运行。接下来，利用第二子调节单元RE2对中间电路电压Uz一直进行适配，直至转换级W2或谐振转换器能基本上在谐振中、也就是说以在变压比与负载无关的情况下的谐振频率并且借此以最优的效率来运行。

图3示意性地并且示例性地示出了按照本发明的开关电源SN的另一有利的实施方式，该实施方式例如可以在三相交变电源Un的相L1、L2、L3失灵时引起例如设备的没有干扰的运行。开关电源SN的该实施方式规定：在相L1、L2、L3失灵时能接通辅助级ZS。辅助级ZS在输入侧与缓冲电容器Cp连接在第一转换级W1的输出端上。借此，当辅助级ZS被激活时，中间电路电压Uz形成针对辅助级ZS的输入电压。辅助级ZS在输出侧与第二转换级W2或谐振转换器W2连接。借此，在辅助级ZS被激活时，辅助级ZS的输出电压形成针对谐振转换器W2的输入电压。

辅助级ZS在正常的三相运行时被切断，而且在此通过开关元件、诸如旁路二极管BD来跨接，通过该旁路二极管，在中间电路中的电流在辅助级ZS旁边被引导经过。为了优化导通损耗或为了使导通损耗最小化，在正常的三相运行时，例如可能会通过有源开关或继电器将旁路二极管BD短接。

在供电电压Un的相L1、L2、L3失灵时，能激活辅助级ZS。由于中间电路电压Uz或在缓冲电容器Cp上的电压的降低、由于输出电压Ua的不想要的降低或通过对相电压的直接测量而触发该激活。辅助级ZS或用于使辅助级ZS接通的有源开关S1由调节单元RE通过调定量SG2在如下那些时间范围内自动地以预先给定的频率和占空比来操控，以便将转换级W2或谐振转换器的输入电压保持恒定并且借此接下来将输出电压Ua保持恒定，在所述时间范围内，中间电路电压Uz降低或由于相失灵而开关电源SN的输入电压没有提供能量供应。在一个特殊的实施方案中，预先给定的频率可以在准谐振或谐振的操控的情况下由调节单元RE来跟踪，使得有源开关S1始终可以在电压最小值被接通。

辅助级ZS可以——如在图3中示例性地示出的那样——被实施为升压变压器。在相失灵的情况下，由于有辅助级ZS，第二转换级W2或谐振转换器W2也继续在最优的工作点、也就是说在该谐振转换器的在变压比与负载无关的情况下的谐振频率下运行。

图4示意性地示出了开关电源SN在三相供电电压Un的相L1、L2、L3失灵时的运行的另一示例性的实施变型方案。在此，在相L1、L2、L3失灵时，能将缓冲电容器Cx接到整流单元GL与第一转换级W1之间。通过接通在整流单元GL与第一转换级W1之间的缓冲电容器Cx，可以消除在输入电压过零时不能从交变电网Un中提取能量的那些时间范围。

为了接通缓冲电容器Cx，设置控制单元SE，通过该控制单元能操控开关S2。在需要时，利用开关S2，可以根据整流单元GL的输出电压来接通缓冲电容器Cx，例如借助于分压器能从该输出电压得出针对控制单元SE的信号。不过，在按照图4的该实施变型方案中应考虑：应该将缓冲电容器Cx接通，使得没有过度使用供电电网Un并且没有触发可能前置的保险装置。

Claims (17)

1.一种开关电源（SN），其包括：

整流单元（GL），用于电网连接并且用于对三相交变电压（Un）进行整流；第一转换级（W1），所述整流单元（GL）的输出电压形成所述第一转换级的输入电压而所述第一转换级的输出电压形成中间电路电压（Uz）；和第二转换级（W2），所述第二转换级被实施为谐振转换器，所述中间电路电压（Uz）形成所述谐振转换器的输入电压，其特征在于，在所述开关电源（SN）的输出电流小于规定值或者最大等于规定值时，所述中间电路电压（Uz）能通过所述第一转换级（W1）来调节，使得所述中间电路电压（Uz）的平均值基本上对应于所述第二转换级（W2）或所述谐振转换器的可预先给定的输出电压（Ua）乘以在所述谐振转换器（W2）以谐振频率来运行时与负载无关的变压比；在强制降低所述第二转换级（W2）或所述谐振转换器的输出电压（Ua）时，通过所述第一转换级（W1）能调整出在平均值方面足够小的中间电路电压（Uz），使得所述第二转换级（W2）或所述谐振转换器还能基本上以所述谐振频率在变压比与负载无关的情况下运行；而且用于调节所述第一转换级（W1）的信号能从所述第二转换级（W2）或所述谐振转换器的电压和/或电流信息中得出。

2.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，在所述开关电源（SN）输出侧的由负载造成的、动态的过程的情况下，能通过所述第二转换级（W2）或所述谐振转换器来保证遵循针对输出电压和/或输出电流的规定值；而且所述中间电路电压（Uz）的平均值能通过所述第一转换级（W1）有时间延迟地被适配，使得所述第二转换级（W2）或所述谐振转换器还能在变压比与负载无关的情况下的谐振频率下运行。

3.根据权利要求1至2之一所述的开关电源，其特征在于，所述第一转换级（W1）具有降压变压器功能。

4.根据权利要求1至3之一所述的开关电源，其特征在于，为了对所述第一转换级（W1）进行调节，设置调节单元（RE、RE2）。

5.根据权利要求1至4之一所述的开关电源，其特征在于，借助于脉冲宽度调制来对所述第一转换级（W1）进行调节。

6.根据权利要求1至4之一所述的开关电源，其特征在于，对所述第一转换级（W1）的调节跟踪在所述第一转换级（W1）中使用的开关的开关频率，使得在所述第一转换级（W1）中使用的开关在电压最小值被接通。

7.根据权利要求1至6之一所述的开关电源，其特征在于，所述第二转换级（W2）或所述谐振转换器被实施为所谓的LLC转换器。

8.根据权利要求1至7之一所述的开关电源，其特征在于，在所述第一转换级（W1）与所述第二转换级（W2）或所述谐振转换器之间的中间电路具有缓冲电容器（Cp）。

9.根据权利要求8所述的开关电源，其特征在于，在所述中间电路电压（Uz）降低时、尤其是在所述三相交变电压（Un）的一相或所有相失灵时，改变所述第二转换级（W2）或所述谐振转换器的变压比，使得将所述开关电源（SN）的输出电压（Ua）保持在规定值上。

10.根据权利要求9所述的开关电源，其特征在于，能从所述第二转换级（W2）或所述谐振转换器的输出电压（Ua）得出另一信号（SG2），用于调节所述第二转换级（W2）。

11.根据权利要求8所述的开关电源，其特征在于，还设置辅助级（ZS），所述辅助级在输入侧与在所述第一转换级（W1）的输出端上的缓冲电容器（Cp）连接，而在输出侧与所述第二转换级（W2）或所述谐振转换器连接，而且所述辅助级能在所述三相交变电压的一相或所有相失灵时被激活。

12.根据权利要求11所述的开关电源，其特征在于，由于所述中间电路电压（Uz）的降低、由于在所述第一转换级（W1）的输出端上的缓冲电容器上的电压（Uz）的降低、由于所述开关电源的输出电压（Ua）的降低和/或由于在所述开关电源（SN）的输入侧的相电压的降低，能激活所述辅助级（ZS）。

13.根据权利要求11至12之一所述的开关电源，其特征在于，为了激活所述辅助级（ZS），能使用有源开关（S1），所述有源开关能以接通时间和/或以频率来操控，使得所述第二转换级（W2）或所述谐振转换器的输入电压的平均值尽可能保持恒定。

14.根据权利要求13所述的开关电源，其特征在于，通过调节能调整所述有源开关（S1）的开关频率，使得所述有源开关（S1）在电压最小值被接通。

15.根据权利要求11至14之一所述的开关电源，其特征在于，所述辅助级（ZS）能在所述三相交变电压（Un）的正常运行时通过开关元件（BD）、尤其是旁路二极管来跨接。

16.根据权利要求11至15之一所述的开关电源，其特征在于，所述辅助级（ZS）被实施为升压变压器。

17.根据权利要求1至7之一所述的开关电源，其特征在于，在所述三相交变电压（Un）的至少一相失灵时，能借助于控制单元（SE）将缓冲电容器（Cx）接到所述整流单元（GL）与所述第一转换级（W1）之间。