CN1252904C

CN1252904C - 一种交流电压调整装置

Info

Publication number: CN1252904C
Application number: CN 03113992
Authority: CN
Inventors: 于相旭
Original assignee: Emerson Network Power Co Ltd
Current assignee: Vertiv Tech Co Ltd
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: CN1447511A

Abstract

本发明公开一种交流电压调整装置，所述交流电压调整装置包括相互并联的第一、二、三电子开关组、跨接于并联的电子开关组两端的电容组、输入市电地线和输出交流电地线，每个电子开关组分别包括两个同向串联的带有控制端的电子开关，电容组包括两个相串联的电容，第一电子开关组的中点与输入市电的火线相连，第三电子开关组的中点与输出端火线相连；其特征是：还包括输入选择开关，其一端与输入市电地线相连，另一端为选择端，选择端的两个触点分别接于电容组的中点和第二电子开关组的中点。操作输入选择开关并调整输入到电子开关组中的控制信号，就可适应不同电压的市电。再加上输出选择开关后，还能输出不同的输出电压，增强了其通用性。

Description

一种交流电压调整装置

技术领域：

本发明涉及一种交流电压调整装置。

背景技术：

在通讯和计算机领域，为了确保数据安全和通信的低误码率，大量使用UPS等交流电压调整装置。但全球的市电标称值不统一给设计交流电压调整装置带来困难。例如我国的市电电压是220V，而美国和日本等国是110V，因此用市电供电的设备就有输入电压为110V、220V两种。

因此，目前急需提供一种电压调整装置，其输入能适应这两种市电，输出自由选择110或220输出(这里的110V可能包括100、110、115、120和127V等市电标称电压，220V包括200、208、220、230和240V等市电标称电压)。

发明内容：

本发明的目的就是为了解决以上问题，提供一种电压调整装置，输入能适应110V和220V两种市电(输入为110V，输出也为110V；输入为220V，输出也为220V)。

本发明的另一目的是提供一种电压调整装置，输入输出都可自由选择110V和220V。

为实现上述目的，本发明提出的第一种电压调整装置包括相互并联的第一、二、三电子开关组、跨接于并联的电子开关组两端的电容组、连通的输入市电地线和输出交流电地线，每个电子开关组分别包括两个同向串联的带有控制端的电子开关，电容组包括两个相串联的电容，第一电子开关组的中点与输入市电的火线相连，第三电子开关组的中点与输出端火线相连；其特征是：还包括输入选择开关，其一端与输入市电地线相连，另一端为选择端，选择端的两个触点分别接于电容组的中点和第二电子开关组的中点。

为实现上述目的，本发明提出的第二种电压调整装置包括相互并联的第一、二、三电子开关组、跨接于并联的电子开关组两端的电容组、输入市电地线和输出交流电地线，每个电子开关组分别包括两个同向串联的带有控制端的电子开关，电容组包括两个相串联的电容，第一电子开关组的中点与输入市电的火线相连，第三电子开关组的中点与输出端火线相连；其特征是：还包括输入选择开关，其一端与输入市电地线相连，另一端为选择端，选择端的两个触点分别接于电容组的中点和第二电子开关组的中点；输出选择开关，其一端与输出交流电地线相连，另一端为选择端，选择端的两个触点分别接于电容组的中点和第二电子开关组的中点。

由于采用了以上的方案，由于增加了输入选择开关，市电输入地端连接到切换开关，配合适当的控制信号，就可以使整流电路部分在全桥PFC(功率因数校正)和半桥PFC之间自由切换，当输入电压为110v时，切换装置把输入切换为二倍压整流PFC电路(比如半桥Boost PFC)；当输入电压为220v时，切换装置把输入切换为一倍压整流电路(比如半控全桥Boost PFC)。这样，本装置就既能适于110V市电，又能适于220V市电，特别适于做成为一个通用的交流电压调整装置，也适于做成单相UPS。而输出选择开关的设置，又使得本装置既能输出110V电压，又能输出220V电压，更增强了其通用性。

附图说明：

图1a是本发明实施例一示意图

图1b是本发明实施例二示意图

图2是本发明实施例三示意图

图3a、3b、3c、3d是本发明实施例输入、输出选择开关选择不同触点时的四种组合示意图。

图4是图3d正半周等效电路示意图。

具体实施方式：

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

图1a是本发明实施例一示意图，所述电压调整装置包括相互并联的第一、二、三电子开关组、跨接于并联的电子开关组两端的电容组，连通的输入市电地线和输出交流电地线，每个电子开关组分别包括两个同向串联的带有控制端的电子开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，电容组包括两个相串联的电容Cp、Cn，第一电子开关组的中点与输入市电的火线相连，第三电子开关组的中点与输出端火线相连；其特征是：还包括输入选择开关Si，其一端与输入市电地线相连(同时也与输出交流地线相连)，另一端为选择端，选择端的两个触点分别接于电容组的中点和第二电子开关组的中点。

图1b是本发明实施例二的示意图，它与图1a不同的是：还设置连接在输入市电地线和输出交流电地线之间的开关S；输出选择开关So，其一端与输出交流电地线相连，另一端为选择端，选择端的两个触点分别接于电容组的中点和第二电子开关组的中点。当上述开关S断开，即切断输入市电地线和输出交流电地线之间的连接，分别控制输入选择开关Si和输出选择开关So，因此该实施例和实施例三的原理相同。

此处所谓“中点”是指两个相互串联的元件的连接点，也即共同端。

图2是本发明实施例三示意图，它与图1a不同的是：输入市电地线和输出交流电地线不相连，且设置有输出选择开关So，其一端与输出交流电地线相连，另一端为选择端，选择端的两个触点分别接于电容组的中点和第二电子开关组的中点。

上述三个实施例中，所述第一电子开关组中的电子开关(Q1、Q2)、第三电子开关组中的电子开关(Q5、Q6)是MOSFET或IGBT器件，从下面的分析可以看出，其中第二电子开关组中的电子开关Q3、Q4是控制由DSP(数字信号处理器)板实现的晶闸管、MOSFET或IGBT器件。

下面以实施例三为例，对其原理进行简单说明。

图2中，当输入电压选择开关Si置于110位置时，输入整流部分配置成半桥PFC；置于220位置时，输入整流部分配置成全桥PFC。当输出电压选择开关So置于110位置时，输出逆变部分配置成半桥逆变器；置于220位置时，输入整流部分配置成全桥逆变器。

具体说，输入/输出可配置成如下四种情况：

(1)110/110：输入半桥PFC，输出是半桥逆变，如图3a所示。由于PFC的升压和倍压双重作用，正负母线之间的总电压为400V左右。

(2)110/220：输入半桥PFC，输出是全桥逆变，如图3b所示。同样正负母线之间的总电压为400V左右。

(3)220/110：输入全桥PFC，输出是半桥逆变，如图3c所示。由于PFC的升压作用，正负母线之间的总电压为400V左右。

(4)220/220：输入半控全桥PFC，输出是半控全桥逆变，如图3d所示。同样正负母线之间的总电压为400V左右。

实现上述四种配置的控制方法是：

(一)当输入交流电为110V，输出交流电为110V时，操作输入选择开关Si，使输入市电地线和输出交流电地线都与电容组的中点相连，并调整输入到第一、二、三电子开关组中的电子开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6控制端的控制信号，使第一电子开关组构成半桥PFC电路，第三电子开关组构成半桥逆变电路；

(二)当输入交流电为220V，输出交流电为220V时，操作输入选择开关Si，使输入市电地线和输出交流电地线都与第二电子开关组的中点相连，并调整输入到第一、二、三电子开关组中的电子开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6控制端的控制信号，使第一电子开关组和第二电子开关组共同构成半控全桥PFC电路，第二电子开关组和第三电子开关组共同构成半控全桥逆变电路。

(三)当输入交流电为110V，输出交流电为220V时，操作输入选择开关Si，使输入市电地线与电容组的中点相连，操作输出选择开关So，使输出交流电地线与第二电子开关组的中点相连，并调整输入到第一、二、三电子开关组中的电子开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6控制端的控制信号，使第一电子开关组构成半桥PFC电路，第二、三电子开关组共同构成全桥逆变电路。

(四)当输入交流电为220V，输出交流电为110V时，操作输入选择开关Si，使输入市电地线与与第二电子开关组的中点相连，操作输出选择开关So，使输出交流电地线与电容组的中点相连，并调整输入到第一、二、三电子开关组中的电子开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6控制端的控制信号，使使第一电子开关组和第二电子开关组共同构成全桥PFC电路，第三电子开关组构成半桥逆变电路。

以下以图3d所示的第四种组合为例再进行具体分析(因图3a、3b、3c三种配置组合较为常见，因此对其原理不再详细说明)：市电正半周时，给Q4送脉冲，Q4、D4总有一个导通，此时等效电路为图4，Q4、D4可看成导线，如此一来，易看出前级为一个标准的Boost电路，可完成正半周的PFC，后级是标准Buck电路，可完成正半周逆变。负半周时，给Q3送脉冲，等效电路也是Boost-Buck组合形式，也可完成PFC和逆变，由于电路完全对称，等效电路略去。并且不论输入、输出如何配置，母线电压总是400V左右，这样母线滤波用的电解电容Cp、Cn的耐压容量易确定且不浪费。开关器件和的耐压容易确定，开关器件电流按110V系统设计即可。

对上述四种情况进行总结可得出如下规律：当输出为110V时，Q3、Q4不必送脉冲(图3(c)中的Q3、Q4不用给脉冲)；当输出为220V时，Q3、Q4与Q5、Q6工作于全桥逆变状态，Q1、Q2始终用半桥PFC的控制方法。因此针对各种不同配置的控制切换也相当简单，只需：Q1、Q2始终用半桥PFC的控制方法，Q5～6的驱动脉冲由半桥逆变方式确定，正半周给Q4送高电平，负半周给Q3送高电平，一旦So置于110位置时，封锁Q3、Q4即可。从图4可看出，从输入到输出只经过2个开关器件，因此效率大为提高。

这样，在用户希望的输出电压接近110V时，则把So拨到“110”，在用户希望的输出电压接近220V进，则把So拨到“220”。输入市电如果接近110V，则Si拨到“110”，接近220V则拨到“220”。Si、So也可用继电器或接触器，通过软件设置110V或220V，这样就可以实现全自动的控制。

上述装置与现有技术相比，具有以下优点：1、直流母线电压恒定，利于电容和开关管耐压的选取。2、所用的元件稍少，成本降低。3、输入输出都配置为全桥电路时，从输入到输出要经过2个开关器件，效率提高。

Claims

1、一种交流电压调整装置，包括相互并联的第一、二、三电子开关组、跨接于并联的电子开关组两端的电容组、连通的输入市电地线和输出交流电地线，每个电子开关组分别包括两个同向串联的带有控制端的电子开关(Q1、Q2)(Q3、Q4)(Q5、Q6)，电容组包括两个相串联的电容(Cp、Cn)，第一电子开关组的中点与输入市电的火线相连，第三电子开关组的中点与输出端火线相连；其特征是：还包括输入选择开关(Si)，其一端与输入市电地线相连，另一端为选择端，选择端的两个触点分别接于电容组的中点和第二电子开关组的中点。

2、如权利要求1所述的交流电压调整装置，其特征是：还包括连接在输入市电地线和输出交流电地线之间的开关(S)；输出选择开关(So)，其一端与输出交流电地线相连，另一端为选择端，选择端的两个触点分别接于电容组的中点和第二电子开关组的中点。

3、如权利要求1或2所述的交流电压调整装置，其特征是：所述第一电子开关组中的电子开关(Q1、Q2)、第三电子开关组中的电子开关(Q5、Q6)是MOSFET或IGBT器件，所述第二电子开关组中的电子开关(Q3、Q4)是晶闸管、MOSFET或IGBT器件。

4、如权利要求1或2所述的电压调整装置，其特征是：所述电子开关(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)是均反向并联一个二极管(D1、D2、D3、D4、D5、D6)。

5、一种交流电压调整装置，包括相互并联的第一、二、三电子开关组、跨接于并联的电子开关组两端的电容组、输入市电地线和输出交流电地线，每个电子开关组分别包括两个同向串联的带有控制端的电子开关(Q1、Q2)(Q3、Q4)(Q5、Q6)，电容组包括两个相串联的电容(Cp、Cn)，第一电子开关组的中点与输入市电的火线相连，第三电子开关组的中点与输出端火线相连；其特征是：还包括输入选择开关(Si)，其一端与输入市电地线相连，另一端为选择端，选择端的两个触点分别接于电容组的中点和第二电子开关组的中点；输出选择开关(So)，其一端与输出交流电地线相连，另一端为选择端，选择端的两个触点分别接于电容组的中点和第二电子开关组的中点。

6、如权利要求5所述的交流电压调整装置，其特征是：所述第一电子开关组中的电子开关(Q1、Q2)、第三电子开关组中的电子开关(Q5、Q6)是MOSFET或IGBT器件，所述第二电子开关组中的电子开关(Q3、Q4)是晶闸管、MOSFET或IGBT器件。

7、如权利要求5或6所述的电压调整装置，其特征是：所述电子开关(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)是均反向并联一个二极管(D1、D2、D3、D4、D5、D6)。