CN116799803B - 兼容多种电网制式输入的交流配电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及交流配电领域，公开了一种兼容多种电网制式输入的交流配电方法。所述交流配电方法应用于电源设备，所述兼容多种电网制式输入的交流配电方法包括：基于预设的电压采样算法获取电源输入电压状态；其中，所述电源输入电压状态至少包括第一电压状态和第二电压状态；所述第一电压状态为电源输入电压的范围处于低压区间，所述第二电压状态为电源输入电压的范围处于高压区间；根据获取的电源输入电压状态，通过开关的闭合状态，控制变压器的连接方式；根据不同的开关闭合状态选择对应的发波方式控制电源设备的输出电压。本发明通过电源内部检测和开关切换，实现了同一台电源适应两种常规电网制式的功能，无需增加较多额外成本。
Description
技术领域
本发明涉及交流配电技术领域，尤其涉及一种兼容多种电网制式输入的交流配电方法。
背景技术
目前在全球范围内电网电压没有一个统一的标准，其中主流电网电压以220V和110V为主，目前的工业产品中大多都只能适用某一种电压输入场合，不同输入电压时需要更改相关设计来或使用电压转换装置实现。某些宽电压输入范围的产品实际使用中也只会用在220V和110V输入两种场合，同时由于输入电压范围较宽，所采用器件需要考虑不同输入电压时器件的最大耐受能力，所以成本一般都比较高，造成较大的浪费。
传统的大功率转换器会产生带高谐波含量的非正弦输入电流，这会给电网、断路开关和其他电力设备带来较大的压力，并且现有的电源实现不同输入电压等级存在误操作或开关失效时，会引起电源损坏的风险。
因此，当误操作或开关失效时，会引起电源损坏的风险的问题是有待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种兼容多种电网制式输入的交流配电方法，用于解决上述的技术问题。
本发明第一方面提供了一种兼容多种电网制式输入的交流配电方法，所述交流配电方法应用于电源设备，交流配电方法包括：
基于预设的电压采样算法获取电源输入电压状态；其中，所述电源输入电压状态至少包括第一电压状态和第二电压状态；所述第一电压状态为电源输入电压的范围处于低压区间，所述第二电压状态为电源输入电压的范围处于高压区间；
根据获取的电源输入电压状态，控制变压器的开关闭合状态；
根据不同的开关闭合状态选择对应的发波方式控制电源设备的输出电压；其中，所述输出电压为固定值U2。
可选的，在本发明第一方面的第一种实现方式中，所述第一电压状态的低压区间为0 Vac -110Vac，所述第二电压状态的高压区间为110 Vac -220Vac。
可选的，在本发明第一方面的第二种实现方式中，所述电源设备包括：电源、 PFC模块电路、变压器切换电路、控制器，其中，所述电源包括电源的正母线、电源的负母线；
所述PFC模块电路的输出端连接于电源的正母线以及所述变压器切换电路的第一变压器的一端，所述PFC模块电路的输出端连接于电源的负母线以及所述变压器切换电路的第二变压器的一端；
所述控制器的一端连接于正母线，所述控制器的另一端连接于负母线；
所述PFC模块电路用于调整所述电源的电流信号，控制电源设备的电流与电压同步；所述变压器切换电路用于控制变压器的输入电压，进而使输出电压稳定；所述控制器用于控制所述电源设备中的各个电路的状态以及控制电源设备的输出电压。
可选的，在本发明第一方面的第三种实现方式中，所述变压器切换电路包括第一开关、第二开关、第三开关以及第一变压器和第二变压器；
所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关分别并联连接；
所述第一开关的一端连接于正母线以及第一变压器的原边线圈一端，所述第一开关的另一端连接于第二变压器的原边线圈一端，所述第二开关的一端连接于所述第一变压器的原边线圈另一端，所述第二开关的另一端连接于所述第二变压器的原边线圈另一端以及负母线，所述第三开关的一端连接于所述第一变压器的原边线圈另一端，所述第三开关的另一端连接于所述第二变压器的原边线圈一端；
所述根据获取的电源输入电压状态，控制变压器的开关闭合状态，包括：
当以第一电压状态电网输入时，控制开关处于第一开关状态；
当以第二电压状态电网输入时，控制开关处于第二开关状态；
其中，所述第一开关状态为第一开关和第二开关闭合，第三开关断开；所述第二开关状态为第一开关和第二开关断开，第三开关闭合。
可选的，在本发明第一方面的第四种实现方式中，所述PFC模块电路至少包括两电平PFC电路、三电平PFC电路之一。
可选的，在本发明第一方面的第五种实现方式中，所述电源至少包括单方向工作电源、双向电源之一。
可选的，在本发明第一方面的第六种实现方式中，还包括：
输入交流电至少包括三相交流输入电流、单相交流输入电流之一。
本发明提供的技术方案中，有益效果：本发明提供的一种兼容多种电网制式输入的交流配电方法，通过基于预设的电压采样算法获取电源输入电压状态；其中，所述电源输入电压状态至少包括第一电压状态和第二电压状态；所述第一电压状态为电源输入电压的范围处于低压区间，所述第二电压状态为电源输入电压的范围处于高压区间；根据获取的电源输入电压状态，控制变压器的开关闭合状态；根据不同的开关闭合状态选择对应的发波方式控制电源设备的输出电压。本发明通过控制器可靠检测输入电压后，再进行切换开关的动作，可实现自动化检测，不会因为检测问题造成电网电压判断错误，从而导致电源损坏。
附图说明
图1为本发明实施例中兼容多种电网制式输入的交流配电方法的一个实施例示意图；
图2为本发明实施例中的PFC电路模块拓扑图；
图3为本发明实施例中的PFC模块电路与后级变压器连接关系图；
图4为本发明实施例中的变压器控制开关状态图；
图5为本发明实施例中的另一个变压器控制开关状态图；
图6为本发明实施例中的控制器逻辑时序示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种兼容多种电网制式输入的交流配电方法，用于提供一种兼容两种电网制式输入的电源设备以及交流配电方法，在同等输出功率下可实现输入电压的自动匹配切换。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”或“具有”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为便于理解，下面对本发明实施例的具体流程进行描述，请参阅图1，本发明实施例中兼容多种电网制式输入的交流配电方法的一个实施例包括：
步骤101、基于预设的电压采样算法获取电源输入电压状态；其中，所述电源输入电压状态至少包括第一电压状态和第二电压状态；所述第一电压状态为电源输入电压的范围处于低压区间，所述第二电压状态为电源输入电压的范围处于高压区间；
可以理解的是，本发明的执行主体可以为电源设备，还可以是终端或者服务器，具体此处不做限定。本发明实施例以电源设备为执行主体为例进行说明。
具体的，电压采样算法的设计通常考虑到电网环境的多变性和电网电压的波动性，例如，基于数字滤波、同步测量和其他启发式策略等进行设计和实现。预设的电压采样算法会周期性地接收和处理电源输入信号，从而实时获得准确的电源输入电压值。
在检测过程中，电压状态至少包括第一电压状态和第二电压状态。所谓的第一电压状态，即电源输入电压是处于低压区间。具体的低压区间范围可能依据电源设备型号和设计，以及电网的实际状况确定。当电源输入电压处于这个状态时，电源设备通常会采取相关的保护措施或者调整策略，以防止低电压对电源设备的正常运作造成影响。
所谓的第二电压状态则是指电源输入电压处于高压区间。同样地，具体的高压区间范围可能根据电源设备和电网状况确定，当电源输入电压处于这个状态时，电源设备可能需要调整工作模式，以保护电源设备和接入设备不受到电源高压的损害。
步骤102、根据获取的电源输入电压状态，控制变压器的开关闭合状态；
具体的，本发明实施例主要涉及到根据获取的电源输入电压状态（第一电压状态或第二电压状态）来控制变压器的开关闭合状态。
变压器主要的作用是改变交流电压，它通过两个线圈之间的磁性耦合实现电源的电压转换。变压器的开关控制主要是通过切换线圈的连接方式，从而改变其工作状态，这是由一个或者多个开关实现的。
在第一电压状态，也就是电源输入电压处于低压区间时，可能需要通过切换开关状态使变压器工作在向上转换电压的模式中（uptap或boost），从而提升电源的输出电压，保证电气设备的正常运行。
在第二电压状态，也就是电源输入电压处于高压区间时，可能需要切换开关状态确定变压器在向下转换电压（downtap或buck）的模式中工作，这样做的目的是降低电源的输出电压，防止电源设备及其后级电路因过高的电压而损坏。
步骤103、根据不同的开关闭合状态选择对应的发波方式控制电源设备的输出电压；其中，所述输出电压为固定值U2。
具体的，请参阅图6，根据变压器的开关闭合状态选择对应的发波方式，从而控制电源设备的输出电压。换句话说，变压器的开关闭合状态通过选取不同的PWM（脉宽调制）发波模式来应对不同的电源输入电压情况，保证输出电压能够稳定在预设的值U2。
PWM是一种使用脉冲宽度调制的数字编码技术，它通过改变工作电压的频率和脉冲宽度来控制电源设备的输出电压。在电源技术中，PWM已广泛应用于开关电源和电机控制等领域。
在第一电压状态（低压区间）时，PFC模块选择相应的PWM发波方式，使PFC模块的输出电压稳定为U1，同时变压器的开关状态使得每个变压器原边电压也为U1，这样便可以变压器的输出达到稳定的预设电压U2。
在第二电压状态（高压区间）时，PFC模块选择相应的PWM发波方式，使PFC模块的输出电压稳定为2*U1，同时变压器的开关状态使得每个变压器原边电压也为U1，这样便可以变压器的输出达到稳定的预设电压U2。
在不同的输入电压状态下，电源设备仍然能够通过调整PWM发波模式，使电源输出电压达到并保持在预设的固定值U2，大大增强了电源设备的灵活性和稳定性。
本发明实施例中兼容多种电网制式输入的交流配电方法的另一个实施例包括：
所述第一电压状态的低压区间为0 Vac -110Vac，所述第二电压状态的高压区间为110 Vac -220Vac。
请参阅图2，本发明实施例中兼容多种电网制式输入的交流配电方法的另一个实施例包括：
所述电源设备包括：电源、 PFC模块电路、变压器切换电路、控制器，其中，所述电源包括电源的正母线、电源的负母线；
所述PFC模块电路的输出端连接于正母线以及所述变压器切换电路的第一变压器的一端，所述PFC模块电路的输出端连接于负母线以及所述变压器切换电路的第二变压器的一端；
所述控制器的一端连接于正母线，所述控制器的另一端连接于负母线；
所述PFC模块电路用于调整所述电源的电流信号，控制电源设备的电流与电压同步；所述变压器切换电路用于控制变压器的输入电压，进而使输出电压稳定；所述控制器用于控制所述电源设备中的各个电路的状态以及控制电源设备的输出电压。
具体的，电源通常包括一个正母线和一个负母线，母线是电源与其它组件之间的基本接口，正母线在某些情况下也称为热线，负母线也可以被称为地线。
PFC（Power Factor Correction）模块电路是电源系统中的一个关键部分，它的主要任务就是改进电源设备的功率因数（Power Factor），让电源设备的电流与电压尽可能同步，以此来提高电源设备的工作效率和减少电网浪费。它的输出端连接在正母线和变压器切换电路的第一变压器的一端，而输出端连接在负母线和变压器切换电路的第二变压器的一端。
变压器切换电路是电源设备的另一个关键部分。在这里，它主要用于控制变压器的输入电压，进而使输出电压稳定。主要通过改变变压器原边线圈与PFC模块电路输出的连接方式，使变压器原边电压稳定，进一步使变压器输出电压稳定。控制器则负责控制电源设备中的各个电路的状态，并控制电源设备的输出电压。控制器的一端连接于正母线，而另一端连接于负母线。它通过发送信号给各个电路，包括PFC模块电路和变压器切换电路，来基于需要（如输入电压状态、负载请求等）调整他们的状态和行为。通过这样的方式，控制器可以确保电源设备始终工作在最佳状态下，并且可以在需要时与系统的其他部分进行快速、有效的交流。
本发明实施例的有益效果：本发明实施例通过控制电源设备的电源输入和输出，同时也保证了电源设备的主要性能（如效率、可靠性和稳定性）
请参阅图3、图4、图5，本发明实施例中兼容多种电网制式输入的交流配电方法的另一个实施例包括：
所述变压器切换电路包括第一开关、第二开关、第三开关以及第一变压器和第二变压器；
所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关分别并联连接；
所述第一开关的一端连接于正母线以及第一变压器的原边线圈一端，所述第一开关的另一端连接于第二变压器的原边线圈一端，所述第二开关的一端连接于所述第一变压器的原边线圈另一端，所述第二开关的另一端连接于所述第二变压器的原边线圈另一端以及负母线，所述第三开关的一端连接于所述第一变压器的原边线圈另一端，所述第三开关的另一端连接于所述第二变压器的原边线圈一端；
所述根据获取的电源输入电压状态，控制变压器的开关闭合状态，包括：
当以第一电压状态电网输入时，控制开关处于第一开关状态；
当以第二电压状态电网输入时，控制开关处于第二开关状态；
其中，所述第一开关状态为第一开关和第二开关闭合，第三开关断开；所述第二开关状态为第一开关和第二开关断开，第三开关闭合。
具体的，第一开关为S1、第二开关为S2、第三开关为S3。切换开关S1/S2/S3的初始状态均为断开状态。通过控制变压器切换电路中的开关状态来调整电源的输出。变压器切换电路其中包括第一开关、第二开关、第三开关以及两个电感（第一变压器和第二变压器）。
所有的开关（第一开关、第二开关和第三开关）并联连接，它们共同决定了通过变压器切换电路的电流路径，从而影响电源设备的输出电压。
在第一电压状态（即电网输入在低电压区间）时，控制器将控制第一和第二开关关闭，第三开关则保持断开。这样，电流会通过第一变压器和第二变压器形成一个电路路径，从而进行电流交换和电压升级，使得电源输出电压上升并保持在预定值U2。
在第二电压状态（即电网输入在高电压区间）时，控制器则将控制第一开关和第二开关断开，而第三开关则关闭。这样，电流会直接从第一变压器的原边线圈另一端流向第二变压器的原边线圈一端，以维持电源设备的输出电压在预定值U2。
本发明实施例的有益效果：本发明实施例通过响应输入电压的变化，以更准确和更有效地控制其输出电压。这也确保了电源设备在任何时候都能提供稳定、可靠、安全的电力。
本发明实施例中兼容多种电网制式输入的交流配电方法的另一个实施例包括：
所述PFC模块电路至少包括两电平PFC电路、三电平PFC电路之一。
本发明实施例中兼容多种电网制式输入的交流配电方法的另一个实施例包括：
所述电源至少包括单方向工作电源、双向电源之一。
本发明实施例中兼容多种电网制式输入的交流配电方法的另一个实施例包括：
输入交流电至少包括三相交流输入电流、单相交流输入电流之一。
有益效果：本发明提供的一种兼容多种电网制式输入的交流配电方法，通过基于预设的电压采样算法获取电源输入电压状态；其中，所述电源输入电压状态至少包括第一电压状态和第二电压状态；所述第一电压状态为电源输入电压的范围处于低压区间，所述第二电压状态为电源输入电压的范围处于高压区间；根据获取的电源输入电压状态，控制变压器的开关闭合状态；根据不同的开关闭合状态选择对应的发波方式控制电源设备的输出电压。本发明通过控制器可靠检测输入电压后，再进行切换开关的动作，可实现自动化检测，不会因为检测问题造成电网电压判断错误，从而导致电源损坏。
以上所述，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 (4)
1.一种兼容多种电网制式输入的交流配电方法，其特征在于，所述交流配电方法应用于电源设备，所述交流配电方法包括：
基于预设的电压采样算法获取电源输入电压状态；其中，所述电源输入电压状态至少包括第一电压状态和第二电压状态；所述第一电压状态为电源输入电压的范围处于低压区间，所述第二电压状态为电源输入电压的范围处于高压区间；
根据获取的电源输入电压状态，控制变压器的开关闭合状态；
根据不同的开关闭合状态选择对应的发波方式控制电源设备的输出电压；其中，所述输出电压为固定值U2；
所述第一电压状态的低压区间为0 Vac -110Vac，所述第二电压状态的高压区间为110Vac -220Vac；
所述电源设备包括：电源、 PFC模块电路、变压器切换电路、控制器，其中，所述电源包括电源的正母线、电源的负母线；
所述PFC模块电路的输出端连接于电源的正母线以及所述变压器切换电路的第一变压器的一端，所述PFC模块电路的输出端连接于电源的负母线以及所述变压器切换电路的第二变压器的一端；
所述控制器的一端连接于正母线，所述控制器的另一端连接于负母线；
所述PFC模块电路用于调整所述电源的电流信号，控制电源设备的电流与电压同步；所述变压器切换电路用于控制变压器的输入电压，进而使输出电压稳定；所述控制器用于控制所述电源设备中的各个电路的状态以及控制电源设备的输出电压；
所述变压器切换电路包括第一开关、第二开关、第三开关以及第一变压器和第二变压器；
所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关分别并联连接；
所述第一开关的一端连接于正母线以及第一变压器的原边线圈一端，所述第一开关的另一端连接于第二变压器的原边线圈一端，所述第二开关的一端连接于所述第一变压器的原边线圈另一端，所述第二开关的另一端连接于所述第二变压器的原边线圈另一端以及负母线，所述第三开关的一端连接于所述第一变压器的原边线圈另一端，所述第三开关的另一端连接于所述第二变压器的原边线圈一端；
所述根据获取的电源输入电压状态，控制变压器的开关闭合状态，包括：
当以第一电压状态电网输入时，控制开关处于第一开关状态；
当以第二电压状态电网输入时，控制开关处于第二开关状态；
其中，所述第一开关状态为第一开关和第二开关闭合，第三开关断开；所述第二开关状态为第一开关和第二开关断开，第三开关闭合。
2.根据权利要求1所述的交流配电方法，其特征在于，所述PFC模块电路至少包括两电平PFC电路、三电平PFC电路之一。
3.根据权利要求1所述的交流配电方法，其特征在于，所述电源至少包括单方向工作电源、双向电源之一。
4.根据权利要求1所述的交流配电方法，其特征在于，输入交流电至少包括三相交流输入电流、单相交流输入电流之一。
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Non-Patent Citations (1)
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