CN111509993A - 交流电输出电源 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供能够减少回路段数的交流电输出电源。本发明的交流电输出电源具备：将输入的交流电10整流为直流电的整流器11；将来自整流器11的直流电转换为比输入的交流电10频率更高的交流电的逆变器12；一次侧以及二次侧绝缘，将输入到所述一次侧的逆变器12转换的交流电输出到和所述二次侧直接连接的负载22的变压器13。

Description

交流电输出电源
技术领域
本公开涉及给负载提供交流电功率的交流电输出电源。
背景技术
给UV灯这种负载提供交流电功率的交流电输出电源已为人知(例如参照专利文献1。)。图1是说明专利文献1记载的交流电输出电源的图。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本特开平07-106087号公报
发明内容
发明所要解决的课题
专利文献1的这种交流电输出电源，具备将例如50Hz的商用交流电转换为直流电的整流器11、将该直流电转换为例如20k至80kHz的高频的交流电的逆变器12、用于将该交流电升压的绝缘变压器13、将该输出再次转换为直流电的整流器14、以及将该直流电转换为所希望频率例如100Hz的矩形波的交流电的逆变器15。如此地，现有的交流电输出电源由于将较多的回路多段地连接而构成，存在成本、尺寸、重量、价格以及控制方面的课题。
因此，本发明为解决所述课题，其目的是，提供能够减少回路段数的交流电输出电源。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明的交流电输出电源设为只在变压器的商用电源侧配置整流器以及逆变器。
具体地，本发明的交流电输出电源具备：
整流器，将输入的交流电整流为直流电；
逆变器，将来自所述整流器的直流电转换为比所述输入的交流电频率更高的交流电；
变压器，一次侧和二次侧绝缘，将输入到所述一次侧的交流电输出到和所述二次侧直接连接的负载；
回路，具有将所述逆变器转换的交流电输入到所述变压器的所述一次侧的电感装置。
另外，本发明的其他的交流电输出电源具备：
整流器，将输入的交流电整流为直流电；
逆变器，将来自所述整流器的直流电转换为比所述输入的交流电频率更高的交流电；
单绕组型变压器，将输入到一次侧的交流电输出到和二次侧直接连接的非接地的负载；
回路，具有将所述逆变器转换的交流电输入到所述变压器的所述一次侧的电感装置。
本交流电输出电源由于取消了负载侧的整流器以及逆变器，因此能够对成本、尺寸、重量、价格以及控制方面进行改善。因此，本发明能够提供减少回路段数的交流电输出电源。
发明的效果
本发明能够提供减少连接的回路段数的交流电输出电源。
附图说明
图1是说明与本发明相关的交流电输出电源的图。
图2是说明本发明的交流电输出电源的图。
图3是说明本发明的交流电输出电源具备的逆变器的回路的图。
图4是说明本发明的交流电输出电源具备的逆变器输出的变压器电流的波形的图。
图5是说明本发明的交流电输出电源具备的逆变器输出的变压器电流的波形的图。
符号说明
10：输入的交流电；11：整流器；12：逆变器；13：变压器；14：整流器；15：逆变器；19：输出的交流电；21：具有电感装置的回路；22：负载；23：电源输出端到负载的配线；24：电源输出端。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式进行说明。以下说明的实施方式是本发明的实施例，本发明并不限定于以下的实施方式。此外，在本说明书以及附图中，附图标记相同的技术特征表示彼此相同的技术特征。
图2是说明本实施方式的交流电输出电源的图。本交流电输出电源具备：
整流器11，将输入的例如50Hz的交流电10整流为直流电；
逆变器12，将来自整流器11的直流电转换为比输入的交流电10频率更高例如50kHz的交流电；
变压器13，一次侧和二次侧绝缘，通过具有电感装置L1的回路21将被输入到所述一次侧的、逆变器12转换的交流电输出到和所述二次侧直接连接的负载22。
交流电10例如是50Hz、100V的商用电源。整流器11将交流电10转换为直流电并向逆变器12输出。逆变器12将直流电转换为交流电并输出。图3是说明逆变器12的回路的图。逆变器12的四个开关(SW A～D)桥接，通过以规定的定时导通或者断开这些开关，能够从直流电转换为交流电。
为了避免电极的磨耗，UV灯等的灯负载，相比于直流电优选地以交流电驱动。并且，如果交流电的波形持续零伏特(零安培)，灯会发生熄灭(熄灯)，为了防止这种情况，具有零交叉的交流电波形可以是矩形波、梯形波、三角波或者正弦波。图3的逆变器12和具有电感装置L1的回路21连接，通过驱动四个开关(SW A～D)能够容易地形成交流电。
另外，在负载22的UV灯接地的情况下，或者对接地电阻较小的情况下，需要将商用电源10和输出的交流电19绝缘。为此，变压器13设为多绕组的变压器。此外，在负载22的UV灯相对于地线足够绝缘(非接地)的情况下，变压器13也可以是单绕组的变压器。
由于逆变器12输出的是交流电，因此在配线23变长的情况下(例如100m)，会产生因配线23存在的电感(在图2以“L2”表示)所引起的下式的电压降V。如果电压降V过大，会导致无法给负载22提供所希望的功率(电压)。
(式1)
V＝2πfLI
在此，f是频率，L是电感(L2)，I是电流。
如式1所示，可以实现逆变器12输出的交流电的频率越低，因配线23的电感分量所引起的电压降V越小。例如，希望交流电19的频率设为50Hz～500Hz左右。另一方面，变压器13由于磁通密度的关系，频率越高尺寸可以越小。如果考虑这些，希望逆变器12输出的交流电的频率为300Hz～500Hz左右。
(稳定时的动作)
接下来，对UV灯点亮，处于稳态时的逆变器12的动作进行说明。逆变器12的特征是，进行开关动作以使流经变压器13的所述一次侧的变压器电流交替地向正向和反向流动，并且进行开关动作以在所述变压器电流向正向流动时或者向反向流动时，对所述变压器电流的电流值施加脉动电流，进行恒定功率控制以向所述负载提供一定的功率。
图4是说明UV灯变为稳态时的变压器电流iL的波形的图。逆变器12在UV灯变为稳态时，组合低频开关动作控制(例如500Hz)和高频开关动作控制(例如50kHz)对开关(SW A～D)进行通断控制，以使变压器电流iL为图4这样的波形。
逆变器12在进行高频开关动作控制时，进行开关动作以使变压器电流沿一方向流动的同时，产生脉动50kHz左右的脉动电流。例如，逆变器12将开关SW A和D或者B和C为导通的时段T3(施加电压时段)设为4μ秒，将开关SW A和C或者B和D为导通的时段(返回电流时段)设为16μ秒。
逆变器12在进行低频开关动作控制时，进行开关动作以使变压器电流的方向在500Hz左右反转。例如，逆变器12能够通过将施加电压时段T4设为100μ秒，使变压器电流的方向反转。此外，逆变器12在施加电压时段和下一次的施加电压时段之间进行上述的高频开关动作控制。
本实施方式的交流电输出电源，由于加入了高频开关动作控制，因此和现有的由闸流管得到的只有低频(50～60Hz左右)的交流电输出电源相比，能够响应输入或者负载变化，或者高速地响应输出指令。另外，本实施方式的交流电输出电源，即使在产生异常时的过功率、过电压或者过电流时也能够快速地使其停止而进行保护。
(起动时的动作1)
接下来，对点亮UV灯时的逆变器12的动作进行说明。逆变器12在对负载22施加比稳定时高的电压时(起动时)，进行开关动作的恒定电压控制，以使已转换的交流电的频率从所述稳定时的频率，接近具有连接所述逆变器和所述变压器之间的电感装置L1的回路21所包含的电感分量和电容C的共振频率，从而使所希望的电压从变压器13的二次侧输出。电容C是电容器等的部件或者其他部件内置的电容分量，或者也可以是其组合。
在UV灯冷却的情况下，为了使UV灯点亮(点着＝点火)，需要比稳定时更高的电压。例如，在稳定时变压器13的二次侧需要800V输出电压的情况下，点灯时需要1500V。本实施方式的交流电输出电源控制逆变器12的开关动作，以使变压器电流的频率接近由具有电感装置L1的回路21内的电感L和电容C所求得的共振频率(f＝1/(2π√(LC))。通过使变压器电流的频率接近共振频率(例如20kHz)，能够不提高变压器13的匝数比而通过共振效果产生所期望的高电压。本实施方式的交流电输出电源能够施加一定的高电压直到UV灯点着(恒定电压控制)。
(起动时的动作2)
接下来，对刚点着UV灯后的逆变器12的动作进行说明。逆变器12的特征是，在负载22的阻抗比稳定时低(刚点着)时，进行开关动作的恒定电流控制，以相对于具有电感装置的回路21中存在的电感装置L1，调整向正向施加电压的时间和向反向施加电压的时间，从而使所希望的电流从变压器13的二次侧输出。
UV灯具有刚点着后阻抗变得极小的特性。当逆变器12在负载的阻抗极小时段进行所述的稳定时的控制(图4)时，有可能会流过大电流。这种情况下，逆变器12在高频开关动作控制时进行移相控制，并进行恒定电流控制。图5(A)是说明逆变器12进行的恒定电流控制时的变压器电流iL的波形的图。图5(B)是区间35的变压器电流iL的波形的放大图。
在移相控制中，能够控制对电感器L施加正电压的正电压时段T1和施加负电压的负电压时段T2。例如，如果将开关SW A和D同时地导通时段作为正电压时段T1，将开关SW B和C同时地导通时段作为负电压时段T2，那么能够通过扩大正电压时段T1而增加变压器电流，通过扩大负电压时段T2而减少变压器电流(参照图5(B)。)。如此地，通过逆变器12调整正电压时段T1和负电压时段T2，即使在负载22的阻抗极小的时段，也能够进行恒定电流控制。
(UV灯的点灯动作)
负载22为UV灯时的逆变器12如下地动作。逆变器12在UV灯点着之前进行所述恒定电压控制，在UV灯刚点着后进行所述恒定电流控制，在UV灯点着且经过一定时间后进行所述恒定功率控制。
逆变器12也可以在预先确定的时间内从恒定电压控制转移到恒定电流控制，从恒定电流控制转移到恒定功率控制。例如，逆变器12在800V下的恒定电压控制持续10m秒后，转移到在50A下的恒定电流控制，在50A下的恒定电流控制持续10m秒后，转移到在10kW下的恒定电流控制。
另外，通过测量仪器(未图示)监控流向负载22的电流或者电压，或者变压器电流或变压器13的一次侧的电压，逆变器12根据监控到的值从恒定电压控制转移到恒定电流控制，从恒定电流控制转移到恒定功率控制。

Claims (7)

1.交流电输出电源，具备：
整流器，将输入的交流电整流为直流电；
逆变器，将来自所述整流器的直流电转换为比所述输入的交流电频率更高的交流电；
变压器，一次侧和二次侧绝缘，将输入到所述一次侧的交流电输出到和所述二次侧直接连接的负载；
回路，具有将所述逆变器转换的交流电输入到所述变压器的所述一次侧的电感装置；
其特征在于，所述逆变器进行开关动作以使流经所述变压器的所述一次侧的变压器电流交替地向正向和反向流动，并且进行开关动作以在所述变压器电流向正向流动时或者向反向流动时，对所述变压器电流的电流值施加脉动电流。
2.交流电输出电源，具备：
整流器，将输入的交流电整流为直流电；
逆变器，将来自所述整流器的直流电转换为比所述输入的交流电频率更高的交流电；
单绕组型变压器，将输入到一次侧的交流电输出到和二次侧直接连接的非接地的负载；
回路，具有将所述逆变器转换的交流电输入到所述变压器的所述一次侧的电感装置；
其特征在于，所述逆变器进行开关动作以使流经所述变压器的所述一次侧的变压器电流交替地向正向和反向流动，并且进行开关动作以在所述变压器电流向正向流动时或者向反向流动时，对所述变压器电流的电流值施加脉动电流。
3.根据权利要求1或2所述的交流电输出电源，其特征在于，所述逆变器进行开关动作，以使所述转换的交流电的频率为300Hz以上且500Hz以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的交流电输出电源，其特征在于，所述逆变器进行开关动作的恒定功率控制以向所述负载提供一定的功率。
5.根据权利要求4所述的交流电输出电源，其特征在于，在对所述负载施加比所述恒定功率控制时高的电压时，所述逆变器进行开关动作的恒定电压控制，以使所述转换的交流电的频率从所述恒定功率控制时的频率朝具有所述电感装置的回路的共振频率接近，从而使所希望的电压从所述变压器的所述二次侧输出。
6.根据权利要求4或5所述的交流电输出电源，其特征在于，在所述负载的阻抗比所述恒定功率控制时低时，所述逆变器进行开关动作的恒定电流控制，以相对于具有连接所述逆变器和所述变压器之间的所述电感装置的回路中存在的所述电感装置，调整向正向施加电压的时间和向反向施加电压的时间，从而使所希望的电流从所述变压器的所述二次侧输出。
7.根据引用权利要求5的权利要求6所述的交流电输出电源，其特征在于，所述负载为UV灯时，
所述逆变器在所述UV灯点着前进行所述恒定电压控制，在所述UV灯刚点着后进行所述恒定电流控制，在所述UV灯点着且经过一定时间后进行所述恒定功率控制。
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