CN117136490A - 配置成从电源接收电力的设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种配置成从电源接收电力的设备。该设备包括：整流装置，配置成从交流电源接收交流电流，并且将所述交流电流转换为输出到直流电源总线的经整流电流；开关装置，连接在所述整流装置和负载之间，并且配置成将所述经整流电流从所述整流装置传输到所述负载；以及一个或多个开关电容支路，所述一个或多个开关电容支路与所述整流装置的输出电连接，并且包括串联电连接的开关元件和电容器。所述开关元件为继电器或晶闸管。通过利用同一开关或主要用同一开关，在开关电容支路上对电容器的充电和放电过程进行管理，提高设备效率，并且减少设备成本。延长电容器和开关电容支路的使用寿命，提高设备的质量和功率密度。

Description

配置成从电源接收电力的设备

技术领域

本公开涉及电机供电领域，尤其涉及一种配置成从电源接收电力的设备。

背景技术

在用电设备或工具中通过整流器将交流电转化为直流电以向负载供电。电容器连接到整流器的输出端以保持直流母线电压的稳定。

当母线电压远大于电容器的电压时，充电对整流桥的充击比较大。因此降低电容寿命。作为一种应对措施，在整流桥AC侧或者DC侧串联体积较大的负温度系数(NTC)电阻。在这种情况下，增加了电路的复杂性，由于额外的热量，导致电路的失效风险较高。

另一方面，现有技术下，在交流侧电压过顶后，电容直接开始放电。导致电容的容值普遍较大。电容的充电和放电导致的无用损耗也较为大。

在背景技术中描述的信息仅仅用于理解本公开的背景，并且因此可能包含不构成现有技术的信息。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种配置成从电源接收电力的设备。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种配置成从电源接收电力的设备，所述设备包括：整流装置，所述整流装置配置成从交流电源接收交流电流，并且将所述交流电流转换为输出到直流电源总线的经整流电流；开关装置，所述开关装置连接在所述整流装置和负载之间，并且配置成将所述经整流电流从所述整流装置传输到所述负载；以及一个或多个开关电容支路，所述一个或多个开关电容支路与所述整流装置的输出电连接，并且所述一个或多个开关电容支路包括串联电连接的开关元件和电容器，其中，所述开关元件为继电器或晶闸管。在本公开实施例中，开关元件也可以称为开关电路。

在一实施例中，所述开关元件配置成相对于通过电流探测获得的时序被延时触发，以控制所述电容器的充电或放电。

在一实施例中，所述开关元件配置成根据被测量的电压值而导通或断开。

在一实施例中，所述开关元件配置成在所述负载停机时持续导通。

在一实施例中，所述开关元件配置成相对于所述电容器在半波周期的前一半内的充电开始时间到充电结束时间而延时导通或断开。

在一实施例中，所述开关元件配置成，相对于通过探测开关元件全时打开的先半波周期内的所述开关电容支路的充电电流、所述开关电容支路的放电电流、所述负载的电流、或所述交流电源一侧的电流而获得的时序，在全部或部分后续的半波周期中，加上延时而导通，以对所述电容器充电或者放电。

在一实施例中，所述开关元件配置成相对于所述电容器在任一半波周期的前一半时间内的充电结束时间或放电开始时间，加上预设时间延时，在半波周期的后一半时间内导通或断开。

在一实施例中，所述开关元件配置成，相对于通过探测开关元件在全时导通的先半波周期内的所述开关电容支路的充电电流、所述开关电容支路的放电电流、所述负载的电流、或所述交流电源的一侧的电流而获得的时序，在全部或部分后续的半波周期中，加上预设延时而导通，以对所述电容器充电或者放电。

在一实施例中，所述开关元件配置成在同一半波周期内分时导通或断开。

在一实施例中，所述电流是通过霍尔效应测量的。

在一实施例中，所述开关设备配置成降低所述设备的最大允许功率，或者配置成，当所述电容器的容量低于预设值时，断开所述开关元件。

在一实施例中，所述开关元件配置成当整流装置输出电压在下降沿时导通以对所述电容器充电。

在一实施例中，所述电容器配置成在完成充电后被立即放电以对所述负载供电。例如，电容器配置成在完成充电后，继续保持触发脉冲，被立即放电以对负载供电。

在一实施例中，在充电过程中，所述开关元件被导通以对所述电容器充电后，所述电容器配置成在充电完成之后不被放电。例如，在充电过程中，开关元件被导通以对电容器第一次充电时，所述电容器配置成在充电完成之后不被放电。

在一实施例中，所述开关元件配置成在电压上升沿被导通以对所述电容器充电，并且在所述交流电源的电压低于预设电压时被导通以对所述电容器放电。

在一实施例中，所述电容器的放电功率不低于所述设备的空载损耗的1.5倍以维持驱动负载的正输出功率。

在一实施例中，在同一半波周期内，所述开关元件的充电时开关脉冲次数或放电时开关脉冲次数大于一。例如，在同一半波周期内，为了确保晶闸管、或单向晶闸管(晶闸管整流器)的持续传导不被负载侧(如PWM调制)干扰，开关元件的充电开关脉冲次数或开关元件的放电开关脉冲次数大于一，并且甚至持续发出脉冲。

在一实施例中，在不同的半波周期内，所述开关元件的开关时机的脉冲次数为一次或多次，或者所述开关元件被持续触发。

在一实施例中，所述一个或多个开关电容支路还包括与所述开关元件和所述电容器串联电连接的第一阻抗元件。

在一实施例中，所述第一阻抗元件具有低于所述电机的电感值的两倍的电感值。

在一实施例中，所述交流电源包括与所述交流电源串联电连接的第二阻抗元件，并且所述第二阻抗元件具有大于所述负载的电感值。

在一实施例中，在所述电容器开始被充电时，所述负载具有低于所述电容器的电压的反电势电压。

在一实施例中，所述电机具有小于0.95的脉冲宽度调制的占空比，并且所述控制器可以打断所述电容器的充电。

在一实施例中，在所述开关装置的导通打断所述电容器的充电之后，所述开关元件配置成立即再次被导通以对所述电容器充电。

在一实施例中，在所述电容器充电时，所述开关元件的开关脉冲的时间以及所述开关脉冲之间的间隔时间是变化的。

在一实施例中，所述设备具有从所述电容器被切除的降额工作状态、所述电容器被持续接入以充电和放电的保护工作状态、以及所述电容器在同一半波周期内被周期充电和放电的正常工作状态组成的组中选择的两种状态。

在一实施例中，在所述设备上电、不同载荷工作、待机、或断电时，所述开关元件触发模式包括脉冲和/或多个连续脉冲的间隔时间存在不同。

在一实施例中，在所述正常工作状态中，所述设备具有200-240V的额定工作电压和50Hz的额定工作频率，并且所述电容器的容量与所述设备的标称功率的比值为0.02μF-1μF每瓦。

在一实施例中，在所述正常工作状态中，所述设备具有110-127V的额定工作电压，并且所述电容器的容量与所述设备的标称功率的比值为0.04μF-4μF每瓦。

在一实施例中，所述负载为通用电机、开关磁阻电机或同步磁阻电机。

在一实施例中，所述负载为无刷直流电机或永磁同步电机。

在一实施例中，所述负载为混励磁阻电机或开关磁链电机。

在一实施例中，所述负载为电磁铁。

在一实施例中，所述负载为电阻。

在一实施例中，所述开关元件配置成在设备上电或启动时，历时多个电源半波周期，对所述电容器逐渐充电。在一实施例中，所述开关元件配置成在设备上电或启动时通过在电源电压的多个半波周期的下降沿逐渐减少开关时间，对所述电容器逐渐充电。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种配置成从电源接收电力的设备，所述设备包括：整流装置，配置成从交流电源接收交流电流，并且将所述交流电流转换为输出到直流电源总线的经整流电流；开关装置，连接在所述整流装置和负载之间，并且配置成将所述经整流电流从所述整流装置传输到所述负载；以及一个或多个开关电容支路，所述一个或多个开关电容支路与所述整流装置的输出电连接，并且所述一个或多个开关电容支路包括串联电连接的开关元件和电容器，其中，所述开关元件包括第一开关元件和第二开关元件，并且所述第一开关元件的导通方向与所述第二开关元件的导通方向相反，所述第一开关元件包括晶闸管或单向晶闸管，并且所述第二开关元件包括单向晶闸管、二极管或金属氧化物场效应晶体管。

根据本公开实施例的第三方面，提供一种配置成从电源接收电力的设备，所述设备包括：整流装置，配置成从交流电源接收交流电流，并且将所述交流电流转换为输出到直流电源总线的经整流电流；开关装置，连接在所述整流装置和负载之间，并且配置成将所述经整流电流从所述整流装置传输到所述负载；以及一个或多个开关电容支路，所述一个或多个开关电容支路与所述整流装置并联电连接，并且所述一个或多个开关电容支路包括串联电连接的开关元件和电容器，其中，所述开关元件配置成按照时间被触发使得所述电容器放电。

在一实施例中，所述一个或多个开关电容支路中在一个大于或等于半波周期的时间的周期内常开。

在一实施例中，所述开关元件被触发的时序是基于所述开关电容支路常开时的电流。

在一实施例中，所述电流是在所述交流电源上探测的电流，或者是在充电和放电支路上探测的电流。

在一实施例中，所述开关元件的开关时机是通过给所述探测的电流的时序加上时间偏移而获得的。

在一实施例中，所述一个或多个开关电容支路中的一个开关电容支路的所述开关元件配置成导通以对所述电容器充电。

在一实施例中，所述一个或多个开关电容支路中的一个开关电容支路的所述开关元件配置成导通以对所述电容器放电。

在一实施例中，所述多个开关电容支路包括第一开关电容支路和第二开关电容支路，并且所述第一开关电容支路中的所述开关元件配置成导通以对所述第一开关电容支路中的所述电容充电，并且所述第二开关电容支路中的所述开关元件配置成断开，以使所述第二开关电容支路中的所述电容放电。

在一实施例中，两个或更多个开关电容支路的充电时刻、放电时刻不同。

在一实施例中，两个或更多个开关电容支路中存在两个开关电容支路，所述两个开关电容支路分别在不同的半波周期内放电。

在一实施例中，在不同负载下情况下，打开的支路的数量不同。

在一实施例中，两个或更多个开关电容支路的放电时刻不同。另外，电容量较小的开关支路先放电；然后，电容量较大的开关电容支路放电；利用不同的电容等效阻抗来减少电压上升斜率，从而改善负载端的可适配性。

在一实施例中，所述开关元件为晶闸管。

本公开提供的技术方案可以包括以下有益效果：在本公开中，能够控制电容器充电和放电的开关元件与电容器设置于同一条开关电容支路上，实现了在同一条开关电容支路上完成对电容器的充电和放电过程的管理，这样能够延长电容器的使用寿命，进而提高设备的质量和功率密度，能够减少充电和放电量及由充电和放电导致的损耗，因此能够改进设备的效率水平。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述两者仅是示例性和解释性的，并不限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是根据本公开实施例示出的一种从电源接收电力的设备的电路连接示意图。

图2是根据本公开实施例示出的一种半波周期的示意图。

图3是根据本公开实施例示出的一种电容器充电的示意图。

图4是根据本公开实施例示出的另一种从电源接收电力的设备的电路连接示意图。

图5是根据本公开实施例示出的另一种从电源接收电力的设备的电路连接示意图。

图6是根据本公开实施例示出的一种电流传感器的框图。

图7是根据本公开实施例示出的一种负载侧PWM中断导致的充电电流非单调充电电流的波动示意图。

图8是根据本公开实施例示出的开关电容支路的不同工作模式的流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，否则不同附图中的相同数字表示相同或相似的元件。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求中所述的与本公开的一些方面相一致的装置和方法的示例。

本公开提供一种配置成从电源接收电力的设备，并且该设备能够在一条电路上执行电容器的充电和放电工作。图1是根据本公开实施例示出的一种从电源接收电力的设备的电路连接示意图。如图1中所示，本公开的设备包括负载100、整流装置200、开关装置300和一个或多个开关电容支路400。

在本公开中，负载100可以是电机。在一些实施例中，负载100例如可以是串激电机、开关磁阻电机和同步磁阻电机中的一种。在另一些实施例中，负载100可以是无刷直流电机和永磁同步电机中的一种。在再一些的实施例中，负载100可以是混励磁阻电机和开关磁链电机中的一种。

在本公开中，整流装置200配置成从交流电源700接收交流电流，并且将交流电流转换为输出到直流电源总线201的经整流电流。本公开中的整流装置200可以是整流器或者整流电路等。例如，在一些实施例中，可以利用桥式整流电路可以作为整流装置200。

在本公开中，开关装置300连接在整流装置200和负载100之间，并且配置成将经整流电流从整流装置200传输到负载100。如图1中所示，整流装置200将来自交流电源700的交流电流整流成为直流电流，并通过直流电源总线201传输至开关装置300。

开关装置300可以接受来自直流电源总线201的经整流电流。开关装置300与负载100电连接，用于接通或断开整流装置200的输出端与负载100的输入端之间的连接。

在本公开中，开关装置300可以包括多个开关装置，例如可以是IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)。当开关装置300导通时，可以将经整流电流传输至负载100。

如图1中所示，本公开的设备可以包括一个开关电容支路400，并且开关电容支路400可以与整流装置200并联电连接，并且开关电容支路400还可以包括相互串联电连接的开关元件401和电容器402。在本公开中，开关元件401配置为能够根据通过开关电容支路400的电流控制电容器402的充电和放电。

本公开通过设置电流可以控制的开关元件，以达到在同一条开关电容支路上进行充电和放电工作的目的。在本公开中，开关元件401可以为继电器或者晶闸管。

在一些实施例中，开关元件401可以是晶闸管。晶闸管在门极承受正向电压的时导通，然后在晶闸管导通后从门极流入电流，电流通过正反馈过程迅速提高，使晶闸管维持导通状态。当流过晶闸管的电流减小到维持电流以下时，晶闸管恢复阻断状态。

关于晶闸管，晶闸管的工艺成熟并且价格便宜，因此能够降低设备的生产成本。晶闸管具有高压以及大电流硅整流器件的特性，并且能在高电压压差(800～1000V)条件下工作。晶闸管的可焊性、耐久性和可靠性远超采用金属氧化物场效应晶体(MOSFET)或者IGBT的电路。晶闸管可以避免反向MOSFET驱动电路为应对不同电势带来的复杂性。另外，晶闸管的控制方式灵活，可以利用简易模拟电路，并且电路成本低。晶闸管也可以通过MOC隔离器件驱动控制，并且电路成本较低。

在本公开中，开关电容支路400与直流电源总线201相连，即与整流装置200电连接于直流电源总线201上，例如开关电容支路400与整流装置200可以并联。通过直流电源总线201的电压和电流可以同时流经开关电容支路400和开关装置300。

在本公开中，当开关元件401为晶闸管时，直流电源总线201的电压作用于晶闸管的门极以使晶闸管导通，直流电源总线201的电流流入晶闸管，并且流经电容器402。在初始工作时，即刚刚有电流流入电容器402时，电容器402处于充电状态，此时开关电容支路400尚未导通。当电容402处于充电状态时，经整流电流通过直流电源总线201流经开关装置300，然后流入负载100。

当电容器402两端的电压增大至与直流电源总线201的电压一致时，电容器402的充电状态结束，进入放电状态。当电容器402进入放电状态时，开关电容支路400导通，此时流经开关电容支路400和直流电源总线201共同向开关装置300提供电流与电压，用于控制负载100。其中，直流电源总线201的电流可以通过霍尔效应测量的。这样可以不需在电容器的负极放置采样电阻，能够避免采样电阻造成电容器的负极的电压浮动，从而导致电容器的寿命下降。

在本公开实施例中，开关元件401还可以配置成在负载100刹车或停机时导通以对电容器402充电。当电机停机或刹车时，直流电源总线201上的电流和电压变化急剧，此时将开关元件401导通，电容器402开始充电，可以分流一部分直流电源总线201的电压，防止直流电源总线201过压导致损坏。进一步地，还可以对电容器402实现更快的刹车制动。

在本公开实施例中，开关元件401可以配置成在启动时逐渐减少导通延时，从而达到对电容器402逐渐充电。通过对开关元件401的控制，在开关元件401已经满足导通条件时延时导通，例如可以在交流电源700的多个半波周期的下降沿逐渐减少导通延时。

通常，由电源提供脉冲电流，经整流电流依然是脉冲电流。脉冲电流呈周期性变化，相应的开关电容支路400上的电流也呈周期性变化。图2是根据本公开实施例示出的一种半波周期的示意图。如图2中所示，本公开的脉冲周期可以是正弦波图形。交流电流在一个完整的正弦波周期内，交流电源700输出的交流电流仅在正弦波周期的一半内输出。这样的交流电流经过整流装置200的整流后，可以在整个正弦波周期内输出，使得电流呈现半波周期变化。

在脉冲电流的变化周期内，通过多个脉冲电流变化的半波周期的下降沿，能够逐渐减少开关元件401导通时的电流，或者逐渐增加开关元件401导通时的电压。这样可以延缓电容器402的充电过程，即能够呈现一个较稳定的充电状态，这样有利于延长电容器402的使用寿命。

通过逐渐减少导通延时，当晶闸管导通时，逐个周期地开关电容支路400上的电压值不断上升，电容器402逐渐充电。这样的设置抑制了电容器402启动时的充电电流，可以减小或去除正温度系数(PTC)电阻，并且可以减少控制器的失效概率。

在本公开中，开关元件401可以为双向晶闸管。双向晶闸管能够双向导通和关断电路，并且双向晶闸管可以通过控制电路触发。例如在电压过顶后一段时间内，由直流电源总线201给负载100供电，电压过顶一段时间后，双向晶闸管导通，电容器402放电，以给负载100供电。

在本公开实施例中，电压过顶至过顶延时1/10电源周期时间内，直流电源总线201给负载100供电。在电压过顶1/10电源周期后，双向晶闸管打开，电容器402放电，给负载100供电。

在本公开实施例中，开关元件401在启动时的延时可以设置为逐渐减少。随着电容器402充电的进行，电容器402的充电过程越来越稳定，并且不易受影响。此时逐渐减少延时，即开关元件401的导通越来越快，并且因此电容器402的充电速度也越来越快，可以在不影响电容器402寿命的情况下增加电容器402的充电过程，提升设备的通电速度。

由于电容器402的充电和放电工作都有一定的过程，因此在开关电容支路400上存在一个大于1/2电源电压周期时间的常开。通常，电源提供脉冲电流，经整流后的电流依然是脉冲电流。脉冲电流呈周期性变变化，在脉冲电流的一个周期内，开关电容支路400在超过一半的时间内是导通状态。

在本公开中，开关元件401可以配置成相对于电容器402在一个半波周期内的放电开始时间而延时导通或断开，即开关电容支路400有时闭合、有时打开。

在本公开实施例中，开关元件401可以配置成根据电容器402的放电时间而导通或断开。在本公开中，电容器402的充电和放电工作基于电容器402的充电和放电的电流，也基于交流电源700的电流。由此，在一些实施例中，可以通过设置，将开关元件401配置为根据探测得到的电容器402的充电电流和放电电流，或者交流电源700的电流，来决定开关元件401导通或者断开。

例如，开关元件401可以配置成相对于通过探测开关电容支路400的充电电流和放电电流、负载100的电流、或交流电源一侧的电流获得的时间，而在全部或部分半波周期中，加上一定的时间延时，导通电容开关支路400，实现充电或者放电。

这样的设置可以使得开关电容支路400的放电时间和充电时间是可控的，以形成对开关电容支路400的管理，使得电容器402的充电过程和放电过程可控，并且提升了电容器402的工作稳定性。

在本公开中，开关元件401可以配置成在同一半波周期内分时导通或断开，即在同一半波周期内，开关电容支路400有时闭合、有时打开。

需要说明的是，本公开并不限于此，在一些实施例中，开关元件可以是继电器，例如电流继电器。在继电器的线圈两端加上一定的电压，线圈中会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而驱动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合。通过这样的吸合和释放，从而达到了在电路的导通或切断的目的。

需要说明的是，本公开的设备中的电机、整流装置、开关装置和开关电容支路，既可以以集成的形式形成一个整体的设备，也可以是以分立的形式独立存在。例如，可以是一个整体的电动工具。

在一些实施例中，本公开的设备也可以由多个分立的功能部件组成。例如电机可以为单独的一个部件，而整流装置、开关装置以及开关电容支路可以共同组成另一个部件，用于驱动电机运转。

图3是根据本公开实施例示出的一种电容器充电的示意图。如图3中所示，在电路充电时，根据开关电容支路400的输入电压V的采样值，进行多周期充电，使得充电电流I可控，最大程度的降低充电电流对整流桥和电容的影响。例如，开关元件401在第一半波9/10周期触发，第二半波4/5周期触发，第三半波2/3周期触发，第四半波1/2周期触发。这样，无需外加电路即可实现电容充电时的充电可控管理。相比之下，常规的充电电路对充电电流是不可控的，并且对电网的充击也比较大。

根据上述实施例，在从电源接收电力的设备中，设置开关电容支路，使得本公开的设备拥有开关电容支路完全接入状态和开关电容支路部分时间接入状态两种工作状态，本公开的设备可以依据开关电容支路完全接入状态的探测获得的时间来控制并选择电容的充电和放电。

如图1中所示，本公开的设备还可以包括控制器500，控制器500与整流装置200和负载100连接。控制器500可以通过探测在开关元件401全时打开的先一半波周期内的开关电容支路400的充电和放电电流、负载100电流、或交流电源一侧的电流，而获得电容器402的工作时序。

在本公开中，当电容器402的电容容量变化时，控制器500可以配置成降低设备的最大允许功率。控制器500可以依据探测得到的电容器402的工作时序，掌握电容器402的充电状态，当电容器402的电容容量低于预设电容时，控制器500可以进行控制降低本公开设备的最大允许功率，这样能够保护电容器402，并且减缓电容器402的老化。

在本公开中，当电容器402的电容容量低于预设电容时，控制器500配置成断开开关元件401。这样能够防止电容器402在电容容量过低时仍然处在工作状态，有利于减缓电容器402的老化。

在晶闸管在导通情况下，当上升中的电容器的电压与下降中的开关电容支路400上的电压相等时，开关电容支路400上的电流减小到零，晶闸管自动关断。该电路拓扑，结合电机(特别是永磁同步电机)及电机控制器设计，晶闸管回路可以实现充电电流的幅值管理。

本公开结合控制器500的控制逻辑和开关电容支路400的设计，电容器402可以用较为合理的电容值深度放电，从而实现极高的开关电容支路400上的电压RMS(Root MeanSquare，均方根)值，即开关电容支路400的有效值得到提升。如图2中所示，电源电压到顶后，在部分下降沿时间期间，例如5ms至7.5ms，开关元件401断开，继续由电源供电。这样电容供电的时间变少，系统的功率因数将升高，同时减少了部分能量的充电和放电过程，并且系统损耗会有所下降。

在本公开中，利用电容器402放电，避免了控制器500欠压的可能，控制器500稳定性加强。同时，由于开关电容支路400上电压的RMS值变高，电机可以全时间段的做功输出。

在本公开中，开关元件401也可以配置成仅在由整流装置200输出的电压的下降沿导通以对电容器402充电。这样可以在电路充电时，根据输入电压的采样值，可以进行多周期充电，使得充电电流可控，并且最大程度的降低充电电流对整流桥和电容器402的影响。

例如，可以设置为控制器500在第一半波9/10周期触发开关元件401，第二半波4/5周期触发开关元件401，第三半波2/3周期触发开关元件401，第四半波1/2周期触发开关元件401。这样无需外加电路，可以实现了电容充电期间的充电可控管理。

在本公开中，电容器402可以配置成在完成充电后被立即放电以对负载100供电。在由前述的充电时间完成充电后，当控制器500启动电容器402时，电容器402立即开始放电并对负载100供电。这样可以在维持电容器402的充电和放电工作的稳定的同时，还能提升电容器402的利用率。

在本公开实施例中，在充电过程中，开关元件401被导通以对电容器402第一次充电时，电容器402配置成在充电完成之后不被放电。充电时，开关元件401被第一次导通充电，完成充电后，控制器500控制电容器402不放电，而在下一个半波周期中继续在下降沿对电容器402充电，即分多步，将电容器402的容量充满。

在本公开中，开关元件401可以配置成在由整流装置200输出的电压的上升沿被导通以对电容器402充电，并且在交流电源的电压低于预设电压时被断开以对电容器402放电。预设电压可以根据需要具体地设定，本公开不做限制。这样的设置能够在电源电压过低时，启动开关电容支路400对负载100供电，避免负载100由于电源的剧烈变化产生损伤，并且有利于维持设备的稳定。

在本公开中，电容器402在放电时具有放电功率，放电功率可以设置为不低于设备的内部损耗的1.5倍以维持电机的额定输出功率。这样的设置能够维持负载100对外输出功率。

在本公开实施例中，在同一半波周期内，开关元件401的充电开关脉冲次数或放电开关脉冲次数大于一。即在同一个半波周期内，开关元件401可以进行一次或者多次的充电和放电工作。

在本公开实施例中，在不同的半波周期内，开关元件401的开关时机的脉冲次数为一次或多次，或者开关元件401被持续触发。持续接入电容器402进行充电和放电，这样能够使得电容器402处于持续的工作状态，例如可以对电路进行持续的保护，或者持续地探测电流。

图4是根据本公开实施例示出的另一种从电源接收电力的设备的电路连接示意图。如图4中所示，在本公开中，开关电容支路400中的每一个还包括与开关元件401和电容器402串联电连接的第一阻抗元件601。第一阻抗元件601可以是电感器或者电阻器等。当第一阻抗元件601是电感器时，电感器可以配置为有低于电机的电感值的两倍的电感值。

如图4中所示，在本公开中，交流电源700包括与交流电源700串联电连接的第二阻抗元件602，并且第二阻抗元件602具有大于负载100的电感值的电感值。

在本公开中，在电容器402被充电时，负载100具有低于电容器402的电压的反电势电压。

在本公开中，负载100具有小于0.95的脉冲宽度调制的占空比，并且控制器500可以打断电容器的充电。在一些实施例中，在控制器500打断电容器的充电之后，开关元件401可以配置成被导通以对电容器402充电。

图5是根据本公开实施例示出的另一种从电源接收电力的设备的电路连接示意图。如图5中所示，开关电容支路400也可以有多条，例如可以有两条，分别是第一开关电容支路403和第二开关电容支路404。

如图1、图4和图5中所示，本公开的设备的连接电路中还可以包括调节器11。调节器11电连接于控制器500与直流电源总线201之间，可以接收控制器500输出的指令信号，并且可以根据不同的指令信号对直流电源总线201的电压进行调节。

本公开的设备的连接电路中还可以包括第一驱动电路12和第二驱动电路13。第一驱动电路12电连接于开关电容支路400与控制器500之间，例如可以与电容器402相连。第一驱动电路12可以接收控制器500的指令信号，并可以根据不同的指令信号控制电容器402的充电和放电。

第二驱动电路13电连接于开关装置300与控制器500之间，控制器500通过第二驱动电路13控制开关装置300的启动和关闭。

当本公开的设备为无刷电动工具时，在连接电路中还可以包括位置传感器14。位置传感器14电连接于负载100和控制器500之间，并且能够测量转子的位置并将位置信息转化为电信号，然后传输至控制器500。控制器500根据不同的位置信号来控制逆变器换相，使得逆变器与转子同步，达到驱动负载100持续运转的目的。

如图5中所示，本公开的设备的连接电路中还可以包括零位传感器15。零位传感器15电连接于交流电源总线上与控制器500之间，用于探测交流电源700的过零时间，并将过零时间通过电信号的形式发送至控制器500。控制器500收到信号后，根据设定可以对电容器402、开关装置300或者负载100发出相应的指令。

第一开关电容支路403上串联有第一阻抗元件601和第一电容器421，还可以串联有一个电流传感器800。电流传感器800可以用于探测电流。图6是根据本公开实施例示出的一种电流传感器的框图。如图6中所示，电流传感器800可以结合电路的温度，根据不同温度对电流值采取温度补偿。

在本公开中，电流传感器800包括有霍尔传感器801、第一放大器804、动态失调消除电路805、第二放大器806和振荡器807。动态失调消除电路805可以设置于第一放大器804和第二放大器806两级放大器之间，使得信号经过第一放大器804的预放大，然后动态失调消除电路805对被放大的信号经过必要的修正并且然后传输至第二放大器806。

在本公开中，电流传感器800在探测电流的过程中，还可以结合由温度感应器803得到的温度信号。电流传感器800根据不同的温度，可以对测得的电流值做出修正，以提升所测电流值的准确度。

在本公开中，电流传感器800在探测电流的过程中，还可以设置有灵敏度调整电路802，例如可以设置有双向灵敏度调整电路。灵敏度调整电路802可以对芯片磁场的灵敏度做出修调，以提升电流传感器800的所测电流值的准确度。

如图6中所示，电流传感器800还可以在不同环境下通过做出灵敏度修调，保证探测得到精准的电流值。另外，电流传感器800经过第一放大器804和第二放大器806两级放大器，通过温度补偿和灵敏度修调，探测获取电流值。

在本公开中，通过电流传感器800探测得到开关电容支路400上的电流，并将电流信号传输至控制器500，使得控制器500可以根据开关电容支路400上的电流值来决定下一周期的开关时间，以达到控制电容器402的充电和放电的启动和结束。

如图5中所示，第二开关电容支路404上还可以串联有第一阻抗元件601和第二电容器422。

在本公开中，开关元件401导通，开关电容支路400上的电流流经电容器402，并且同时由于开关电容支路400与整流装置200并联，直流电源总线201上的电流也流经电容器402。

控制器500控制开关元件401在启动时，在直流电源总线201电压的多个半波周期的下降沿，逐渐减少开关元件401的开关时时间，或者逐渐增加开关电压，以对电容器402逐渐充电。即电容器402的电压的变化趋势与开关电容支路400上电压的变化趋势有所不同。

当上升中的电容器402电压与下降中的开关电容支路400上电压相等时，开关电容支路400上电流将减小到零，开关元件401自动关断。

在交流电源700的电压正弦半波的上升过程中，上一次电容器402放电结束的同时也是本次电容器402充电的初始电压，电容器402的初始电压可以为220V。随着直流电源总线201的电压上升到达220V后，直流电源总线201开始给负载100供电，电容器402由放电状态转入充电状态。

在本公开中，以永磁同步电机为例，由于永磁同步电机是一个近理想的正弦相反电势电机，在某一时刻控制器500对电机进行PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)转速控制，电机合成反电势矢量的幅值大致介于173V～198V之间。

当电机的PWM占空比小于0.95，例如开关元件导通时间大于5％SVPWM(SpaceVector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)周期。因为惯量和转速控制环的存在，负载电压基本不变，负载电压持续地小于电容器电压。设置合理的PWM周期后，电机将会有明显的PWM Off，即开关元件断开状态导致的电流下凹，并且具有PWM On，即开关元件导通状态导致的电流上凸。

将电路中的电感器适当调节，第一阻抗元件601的电感值较小，而第二阻抗元件602的电感器较大。例如可以为第一阻抗元件601的电感值小于负载100的电感值的百分之一，而第二阻抗元件602的电感值大于负载100的电感值的十倍，即负载电压持续地小于电容器电压。PWM On导致的电流上升进一步变大时，电源侧的输入因为第二阻抗元件602的电感值较大，无法及时灌入，因此不得不暂时性地反转电容器402充电电流为电容器402放电电流。如果电流没有回零，当电机电流到顶后，充电电流电流重新由小变大。

图7是根据本公开实施例示出的一种负载侧PWM中断导致的充电电流非单调波动示意图。如图7中所示，根据上述实施例，因为开关元件401的存在，如果充电电流因为上述PWM On归零，放电将停止并且充电也停止。之后，如果适时的再次触发打开开关元件401允许电流充电。这样反复，充电电流可以得到一定的控制。

根据上述实施例，PWM调制周期开始时间与开关电容支路400的开关时间，可以作为两个控制变量，以对充电电流进行调制。即，将两个开关的导通的时间以及断开时间协调好，尽量避免开关元件401和负载开关同时断开。这样的设置使得开关元件401自动会续流至电流归零，而不会出现有两支路同时关断时第二阻抗元件602导致的高压。

当电容器出现失效，或者放电完成后电压过低时，电源电压再次上升，探测获得的充电电流会超出一定的限值。此时，可以立即打开开关电容支路400。同时，通过限制电容器的后续的输出，降额运行，以保护设备以及电路的运行安全。

在本公开中，在电容器402充电时，开关元件401的开关脉冲的时间以及开关脉冲的间隔时间是变化的。即开关元件401的开关脉冲可以是规律的，并且可以是规律无需的，可以根据不同的需求通过控制器500设定，以适应不同的设备。

在本公开中，在正常工作状态中，设备具有230V的额定工作电压和50Hz的额定工作频率，并且电容器的电容容量与设备的标称功率的比值为0.02μF-1μF每瓦。

在正常工作状态中，设备具有120V的额定工作电压和60Hz的额定工作频率，并且电容器的电容容量与设备的标称功率的比值为0.06μF-3μF每瓦。

基于相同的发明构思，本公开还提供一种配置成从电源接收电力的设备，并且设备包括：整流装置，配置成从交流电源接收交流电流，并且将交流电流转换为输出到直流电源总线的经整流电流；开关装置，连接在整流装置和负载之间，并且配置成将经整流电流从整流装置传输到负载；以及一个或多个开关电容支路，一个或多个开关电容支路中的每一个与整流装置并联电连接，包括串联电连接的开关元件和电容器，其中开关元件配置成按照时间被触发使得电容器放电。

图8是根据本公开实施例示出的开关电容支路不同工作模式的流程图。如图8中所示，通过上述实施例，设备具有从电容器被切除的降额工作状态、电容器被持续接入以充电和放电的保护工作状态、以及在同一半波周期内被周期充放的正常工作状态组成的组中选择的两种状态。

如图8中所述，电容器被切除的降额工作状态和电容器被持续接入以充电和放电的保护工作状态为开关电容支路常开模式S10，并且同一半波周期内被周期充放的正常工作状态为开关电容支路控制模式S20。

在开关电容支路常开模式S10中电容器的充电完成，开关装置工作，负载有电流输入。开关元件包括以下工作步骤S11至S15。

在步骤S11中，开关元件导通时，开始计时，并且保持开关元件导通，直到充电和放电时间大于导通时间与半波周期之和。

在步骤S12中，电流监控。

在步骤S13中，电流值滤波。

在步骤S14中，获取并确定充电和放电的过零时间；

在步骤S15中，持续监控多个半波周期，并将充电和放电两者的过零时间相减，可以得到交流电源的半波周期TAC。

在S14和S15步骤中，根据获取到过零时间和半波周期TAC，得到时间。根据控制器的设定，当时间到达一定范围内时，控制器可以控制开关电容支路进入开关电容支路控制模式。

在开关电容控制模式S20中，存在以下步骤S21至S25。

在步骤S21中，开关电容支路进行周期性的充电和放电过程。

在步骤S21中包括三种状态，S211、S212和S213。

在S211中，当时序(时间)小于过零时间与n个半波周期TAC的时间之和，并且大于过零时间与n-1个半波周期TAC的时间与电容器的预设充电时间之和时，电容器进入充电状态。

在S212中，当时间(时序)大于过零时间、n个半波周期TAC的时间与电容器的预设放电时间之和，并且小于过零时间、n+1个半波周期TAC的时间和开关电容支路的电容器的预设充电时间之和时，电容器进入放电状态。

在S213中，开关-电容支路没有电流流经。

在步骤S22中，电流监控。

在步骤S23中，电流值滤波。

在可选的步骤S24中，充电和放电的电流值集成在单个周期内。

在步骤S25中，对充电和放电的电流值进行阈值判断。

在S25步骤中还包括步骤S251和S252。

在步骤S251中，当判断阈值在合理范围内时，控制器可以控制开关电容支路进入开关电容支路控制模式。

在步骤S252中，当判断阈值超出合理范围内时，控制器可以控制开关电容支路进入开关电容支路常开模式。

在本公开中，通过上述实施例使得开关元件能够被配置成按照时间被触发以使电容器放电。

出于示例和描述的目的，已经给出了本公开实施的前述说明。前述说明并非是穷举性的也并非要将本公开限制到所公开的确切形式，根据上述教导还可能存在各种变形和修改，或者是可能从本公开的实践中得到各种变形和修改。选择和描述这些实施例是为了说明本公开的原理及其实际应用，以使得本领域的技术人员能够以适合于构思的特定用途来以各种实施方式和各种修改而利用本公开。

Claims (20)

1.一种配置成从电源接收电力的设备，其特征在于，所述设备包括：

整流装置，所述整流装置配置成从交流电源接收交流电流，并且将所述交流电流转换为输出到直流电源总线的经整流电流；

开关装置，所述开关装置连接在所述整流装置和负载之间，并且配置成将所述经整流电流从所述整流装置传输到所述负载；以及

一个或多个开关电容支路，所述一个或多个开关电容支路与所述整流装置的输出电连接，并且所述一个或多个开关电容支路包括串联电连接的开关元件和电容器，

其中，所述开关元件为继电器或晶闸管。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述开关元件配置成相对于通过电流探测获得的时序被延时触发，以控制所述电容器的充电或放电。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述开关元件配置成根据电源电压而导通或断开。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的设备，其特征在于，所述开关元件配置成相对于所述电容器在任一半波周期内的前一半内的充电结束时间或放电结束时间，加上预设时间延时，在半波周期的后一半内导通或断开。

5.如权利要求1至3中任意一项所述的设备，其特征在于，所述开关元件配置成，相对于通过探测在所述开关元件全时导通的先半波周期内的所述开关电容支路的充电电流、所述开关电容支路的放电电流、所述负载的电流、或所述交流电源一侧的电流而获得的时序，在全部或部分后续的半波周期内，加上预设延时而导通，以对所述电容器充电或者放电。

6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述开关元件配置成在同一半波周期内分时导通或断开。

7.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述电流是通过霍尔效应测量的。

8.如权利要求1至3中任意一项所述的设备，其特征在于，

所述开关装置配置成降低所述设备的最大允许功率的模式，或配置成，当所述电容器的容量低于预设电容容量时，断开所述开关元件。

9.如权利要求1至3中任意一项所述的设备，其特征在于，所述开关元件配置成在部分或全部半波周期内在整流装置输出的电压下降沿导通以对所述电容器充电。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述电容器配置成在完成充电后被立即放电以对所述负载供电。

11.如权利要求1至3中任意一项所述的设备，其特征在于，所述开关元件配置成在整流装置输出的电压上升沿被导通以对所述电容器充电，并且在所述交流电源的电压低于预设电压时被断开以对所述电容器放电。

12.如权利要求1至3中任意一项所述的设备，其特征在于，在同一半波周期内，所述开关元件的充电开关脉冲次数或所述开关元件的放电开关脉冲次数大于一。

13.如权利要求1至3中任意一项所述的设备，其特征在于，所述一个或多个开关电容支路还包括与所述开关元件和所述电容器串联电连接的第一阻抗元件。

14.如权利要求1至3中任意一项所述的设备，其特征在于，所述交流电源包括与所述交流电源串联电连接的第二阻抗元件，并且所述第二阻抗元件具有大于所述负载的电感值。

15.如权利要求1至3中任意一项所述的设备，其特征在于，在所述电容器开始被充电时，所述负载具有低于所述电容器的电压的反电势电压。

16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，在所述开关装置的导通打断所述电容器的充电之后，所述开关元件配置成立即再次被导通以对所述电容器充电。

17.一种配置成从电源接收电力的设备，其特征在于，所述设备包括：

整流装置，配置成从交流电源接收交流电流，并且将所述交流电流转换为输出到直流电源总线的经整流电流；

开关装置，连接在所述整流装置和负载之间，并且配置成将所述经整流电流从所述整流装置传输到所述负载；以及

一个或多个开关电容支路，所述一个或多个开关电容支路与所述整流装置的输出电连接，并且所述一个或多个开关电容支路包括串联电连接的开关元件和电容器，

其中，所述开关元件包括第一开关元件和第二开关元件，所述第一开关元件的导通方向与所述第二开关元件的导通方向相反，所述第一开关元件包括晶闸管或单向晶闸管，并且所述第二开关元件包括单向晶闸管、二极管或金属氧化物场效应晶体管。

18.如权利要求1至3和17中任意一项所述的设备，其特征在于，在所述设备上电、不同载荷下工作、待机或断电时，所述开关元件的包括脉冲和/或多个连续脉冲的间隔时间的触发模式存在不同。

19.如权利要求1至3和17中任意一项所述的设备，其特征在于，所述开关元件配置成在所述设备上电或启动时，在多个电源半波周期期间，对所述电容器逐渐充电。

20.一种配置成从电源接收电力的设备，其特征在于，所述设备包括：

整流装置，配置成从交流电源接收交流电流，并且将所述交流电流转换为输出到直流电源总线的经整流电流；

开关装置，连接在所述整流装置和负载之间，并且配置成将所述经整流电流从所述整流装置传输到所述负载；以及

一个或多个开关电容支路，所述一个或多个开关电容支路与所述整流装置并联电连接，并且所述一个或多个开关电容支路包括串联电连接的开关元件和电容器，

其中，所述开关元件配置成相对于通过电流探测获得的时序，加上预设时间延时触发，使得所述电容器放电或充电。