CN1992491B - 电源设备、低压电路断路器和低压ac/dc电气系统 - Google Patents
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Abstract
一种向与低压电路断路器相关联的电气/电子设备供电的电源设备，包括：从电源线获取能量的装置，电子调节装置，接收由获取能量的装置收集的能量作为输入，将具有在相对于参考电压的预设范围内的值的电源电压传送给电气/电子设备作为输出，电子调节装置包括：能量存储单元，通过由获取能量的装置收集的能量充电，其端子携带表示被传送到电气/电子设备的电源电压的电压；使能/禁用能量存储单元的充电的电路；反馈电路，接收表示在能量存储单元的端子处的电压的输入信号，将命令信号发送给使能/禁用电路，使得后者禁用或使能充电过程，以便将在能量存储单元的端子处的电压保持在预设范围内，反馈电路使能充电阶段，以便给能量存储单元连续供电，直到在其端子处的电压在预设范围内。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于给一个或多个可操作地与低压电路断路器相关联的电气/电子设备供电的设备，即，用于使电压逐渐达到1kV的设备。更具体地，本发明涉及一种用于交流(AC)和直流(DC)应用的高性能电源设备。
背景技术
根据已知的技术发展水平，根据刀(pole)数(即，单刀或多刀)，或者根据操作类型(例如，电力线电路断路器、用于检测到地的故障电流的剩余电流电路断路器、断开连接器电路断路器等等)，存在各种低压电路断路器。通常，这些电路断路器特征在于：它们与电气或电子设备相关联，这些电气或电子设备诸如是如果特定条件(过载、短路或异常)发生就自动打开电路断路器的保护设备、信号设备、通信设备、或诸如释放设备、弹簧加载(spring-loading)设备、开关线圈等等的通用附件。
为了正确工作，所述电气或电子设备通常需要具有一般允许容限的、以给定电压提供的电源，该电源必须确保电源Ps的可用度与所有设备或者有关的辅助负载(Aux.Loads)的吸收相适应。所述电源Ps可以由适当的辅助网络或电池传送，或者由能够从电路断路器安装于其上的网络直接获取电力的特定电源单元传送。
传统上，存在用于从电路断路器和相关设备安装于其中的网络直接获取能量的各种类型的电源设备。
在第一种中，电源设备借助于变压器和/或整流桥从主电网获取电力，随后借助于适合的无源和/或离散元件网络调节所述电源。实际上，这种方法是非常强健的，并且能够提供通常适当的电源Ps，但是其具有某些缺陷。无源和/或离散元件网络的使用使其难以在不确定的时间段内保证稳定的电源条件，特别是在辅助负载所需的电源Ps和/或相位电压VPH的可变性变化的情况下。
事实上，该解决方案依赖于如下设备的使用：总是以特定切换频率fSW管理该设备，并且将该设备设计成将具有接近优选参考电压(VR)的值的电压提供给基于所谓的占空比中的变化进行操作的电路，即通过用于充电诸如电容的电池的过程的、切换频率为fSW的周期性“开-关”序列进行操作的电路。在电容端子处的电压根据以下公式依赖于其电荷是常识：
V＝Q＊C
其中，V是例如用伏特[V]表示的电压；Q是例如用库伦[C]表示的电荷；而C是例如用法拉[F]表示的电容的电容。
此外，根据公式：
IC＝dQ/dt＝C dV/dt
或者，相反地：
我们可以看出：每当电流ICL在电容CL中循环时，电荷Q和随后在其端子处的电压改变；例如这发生在正给其供电的设备(辅助负载)的吸收变化或者相位电压(VPH)改变的情况下。因此，该方法包括：测量所述电压和周期性控制电容CL中具有特定的固定切换频率fSW的电流脉冲序列，直到在该电容CL的端子处恢复了优选电压，从而使电容基本服从以固定切换频率fSW循环充电的过程，并且调节相应的占空比。更准确地，假定根据已知的关系式：TSW＝1/fSW，以秒表示的时间周期TSW物理上等于以赫兹表示的切换频率fSW的倒数，那么给电容充电的过程在反馈振荡器的每个周期TSW中，经过从实质上为0的最小值到最大值并再次返回到最小值(Clock & Duty循环控制)。实际上，当电压低于优选值时，占空比获得高值(即，周期TSW中“开”的部分长)，然而，当电压太高时，占空比采取技术上允许的最低值。
然而，如已经表明的，所使用的组件的容限和物理限度以及随后的惯性、滞后、转变和热漂移现象意味着在“开”和“关”状态之间的交替切换没有恰好发生在正确的时间：其不是即时的，而是发生在周期TSW的决非可以忽略的部分中。从而，不可能获得即时的开-关循环的事实为调节所述占空比设置了下限，该占空比通常在出现在10％和98％之间的理论值之间足够有效地变化。结果，基于具有给定切换频率fSW的占空比的即时校正，仅可以部分地限制电压，并且所述调节不可能足够地精确。
在窄的工作范围之外，其他特定的耗散设备通过从电容获取能量并将其转换成热，防止在电容端子处的电压的任何不受控制的增加。但是，就整体尺寸和成本而言，所需的大量无源和离散组件也可能变为关键问题。实际上，已经示出了防止系统的正确操作遭受仅在相位电压VPH的受限动态内，大约在额定值的-30％和+100％之间的这些解决方案的基本上无效率，结果必须提供不同尺寸的电源设备以适合正在使用的网络电压。结果，基于这种方法的电源设备的使用相对于网络电压极不灵活，从而需要制造、安装和操作成本的随之增加。此外，由于耗散而导致的统计上可观察到的高能耗导致了可观的发热以及更大的组件恶化，以及与由于为辅助负载实际传送的电源所导致的副作用相比，在主网络的能量平衡方面具有更大的负面副作用。该不足的能量效率可能在某些有关组件中导致高达140℃的温度。
前述类型的电源设备的另一缺陷涉及所谓的启动时间TSU，即到达稳态所花费的时间相对长，例如当涉及给保护设备供电时，这可能变为关键问题。例如，当在潜在的短路条件下关闭电路断路器时，可能发生问题，在这种情况下，电源到保护设备的任何延迟趋向于被转化为对于系统和电路断路器的破坏。
构造第二种电源设备以便传导直接来自用于记录线电流IL的值的传感器的电力。例如，在基于变流器(CT)传感器的使用的电路断路器的情况下，该解决方案是可应用的，其中该CT传感器适合于同时提供指示在该阶段中循环的电流值的信号以及给与该电路断路器相关联的电气和电子设备供电。
例如，如在德国专利DE19819149中所描述的第二种解决方案提供了不依赖于相位电压VPH的不可否认的优点，但是其仍然暴露了相当多的缺陷。事实上，可以由电源设备传送的电源电压VPS在此情况下受线电流IL的值影响，电流IL的值被认为是一般电路中最易变的参数。结果，从网络传导的电力在此情况下也不能被直接传送到辅助负载。以与第一种设备的上述方式几乎相同的方式，在该第二种情况下在此再次将以恒定的切换频率fSW控制移相器与用于耗散任何过多能量的单元一起使用，从而补偿线电流IL和由辅助负载吸收的电源PS中的任何变化。这样，与具有恒定频率的所谓的占空比的无效率相关的缺陷保持几乎相同。
上述类型的电源设备的另一缺陷在此再次在于冗长的启动时间TSU。事实上，由于线电流IL的初始值通常是未知的，所以不可能有任何实际保证；最多，最小时间总是在16ms至20ms的范围内，并且出于前面解释的原因，该时间很难被认为是令人满意的，特别是为了保护设备的目的。
在变流传感器的使用中固有的另一限制在于它们只能工作于以AC供电的网络中，而不能工作于DC应用中。
上述两种解决方案共有的另一缺陷得自于如下事实：移相器的最佳切换频率fSW大约为几千赫兹，因此远高于主频率(其一般为50或60Hz)，并且该情形被转化为相当大的例如与由保护设备控制的信号相关、且以到主电网的不需要的逆流形式的电磁干扰风险。在图1中的示波图中示出了该现象。
上述两种已知解决方案共有的另一缺陷在于其低的一般性能和能量效率(当耗散器起作用时，其甚至变得更差)；所述电源的能耗可能甚至足以导致该段电力网能量平衡中的相当大的破坏，在该段电力网中给电路断路器安装有用于供电的其相关设备。
发明内容
本发明的主要技术目标在于实现用于可操作地与低压电路断路器相关联的一个或多个电气或电子设备的电源设备，其使得前述缺陷能够被克服，并且更具体地，在网络参数(VPH或IL)和正给其供电的设备的吸收参数(PS)的很宽范围中适当地工作。
在该技术目标的情况下，本发明的一个目的是要实现一种用于给可操作地与低压电路断路器相关联的一个或多个电气或电子设备供电的设备，该设备具有高的能量效率并且急剧减少了需要消极地耗散任何过多电力的情况。
本发明的另一个目的在于实现一种用于可操作地与低压电路断路器相关联的一个或多个电气或电子设备的电源设备，该电源设备能够减少过热现象，从而减少使组件受到迅速随之而来的恶化。
本发明的另一个目的在于实现一种用于可操作地与低压电路断路器相关联的一个或多个电气或电子设备的电源设备，该电源设备不产生极大的电磁类型干扰。
本发明的再一个目的在于实现一种用于可操作地与低压电路断路器相关联的一个或多个电气或电子设备的电源设备，该电源设备具有受限的整体尺寸并且可靠且易于以相对低的成本制造。
前述技术目标以及自以下描述显现的上述和其他目的通过根据所附权利要求所述的电源设备来实现。
在本发明的一个方面中，提供了一种用于向可操作地与低压电路断路器相关联的一个或多个电气/电子设备供电的电源设备。该电源设备包括：用于从电源线获取能量的装置；和电子调节装置，用于接收由所述用于获取能量的装置收集的能量作为输入，并将具有在相对于参考电压(VR)的预设范围内的值的电源电压(Vout)传送给所述电气/电子设备作为输出。
所述电子调节装置包括：能量存储单元，可通过由所述用于获取能量的装置收集的能量充电，其端子携带表示被传送到所述电气/电子设备的电源电压(Vout)的电压(VCL)；用于使能/禁用所述能量存储单元的充电的电路；反馈电路，接收表示在所述能量存储单元的端子处的电压(VCL)的输入信号，并将命令信号发送给所述使能/禁用电路，使得后者禁用或使能充电过程，以便将在所述能量存储单元的端子处的电压保持在所述预设范围内，所述反馈电路使能充电阶段，以便给所述能量存储单元连续供电，直到在其端子处的电压在所述预设范围内；以及适于在异常工作条件发生的情况下采取动作的保护单元，所述保护单元包括至少一个电阻(Rsense)，用于与所述电源线可操作地耦接，指示在所述电源线中循环的电流的电流流经所述电阻，以在所述电阻的端子处提供指示所述电源线中的电流的电压，指示在所述电阻的端子处的电压的信号直接传送到所述反馈电路或者传送到电路保护器件。
在本发明的其他方面，还提供了包含上述方面的电源设备的低压电路断路器和低压AC/DC电气系统。
更准确地，与电路断路器相关联的电器/电子设备的定义用于意指一种实际上作为独立主体耦接至电路断路器的结构上独立的设备，以便给后者安装已为其构思了前者的功能，或者一种被开发为集成部件且直接合并在电路断路器的物理结构中的设备，或者甚至是一种借助于上述两种选择的组合而实现的设备，即包括多个部件，其中一些已经被集成在电路断路器中，随后在实际应用中将其可操作地相互连接以便服务于所需目的。
附图说明
从以下对于根据本发明的电源设备的优选但不唯一的实施例的描述中显现本发明的其它特点和优点，在附图中提供了本发明的非限制性示例，其中：
-图1是图示已知类型的电源设备的典型网络干扰现象的示波图；
-图2示意性地图示根据本发明的电源设备的第一实施例；
-图3示意性地图示根据本发明的电源设备的第二实施例；
-图4示意性地图示根据本发明的电源设备中使用的保护设备；
-图5示出了图示源于根据本发明的任一实施例的电源设备的使用的网络干扰现象的显著减少(通过与图1所示的情况相比较)的示波图；
-图6示出了表示假设正给其供电的设备恒定吸收时，根据本发明的电源设备的一些典型工作参数的各种示波图。
具体实施方式
图2示意性地图示了根据本发明的电源设备的第一实施例，其始终由附图标记100指示，包括：适于从电源线获取电力的装置1；电子调节装置，接收由用于获取电力的装置1收集的电力作为输入，所述电力优选地为电流形式，并将具有出现在相对于预设参考电压(VR)建立的范围内的值的电源电压(VOUT)传送到正给其供电的电气/电子设备，所述设备由附图标记20示意性地指示。
为了便于描述，尽管明显可以由根据本发明的设备同时给多个电气/电子设备20供电，但是在图中仅图示了用于供电的单个设备20。
此外，附图仅图示了来自电源线的单个导体1；这是以通过适当地适配或配置该导体，可以将以下描述的内容同等地应用于任意数量的电力线导体为条件的。
在图2所示的实施例的示例中，配置用于获取电力的装置，使得以电流形式从线路中收集电力，并且其例如包括变流器(CT2)，其直接传送电流信号IO作为输出；根据方法并且为了在以后进行更详细的解释，将所述电流信号传送到电子调节装置。
可替换地，在图3的实施例中，可以设计用于获取电力的装置，使得例如通过直接耦接到线路1的连接端子直接从电力线1收集电压信号(相位电压VPH)形式的能量，或者通过插入变压器为了引入适宜的变换比率和/或使能线路和电源设备的电流去耦(galvanicuncoupling)，间接从电力线1收集电压信号(相位电压VPH)形式的能量。
优选地，该实施例涉及用于变换电压信号的合适的电阻3的使用；以此方式，在此再次通过电流信号表示要传送给电子调节装置的具有能量内容的信号。
不考虑或者除了以下将变得更清楚的上述和其他功能和目的，例如，通过在两个预设参考点之间，例如其两个末端之间，具有预先建立的值的电阻抗(RSENSE)的至少一段电导体元件，在任何情况下都可以设置在设备100中使用电阻。例如，电阻3可以是适当加载有诸如6％的Ni的受控比例的其他化学元素的一段铜条。根据本发明的变体，在需要或必要的情况下，可以使电阻，并且尤其是在其末端的阻抗值大小适当，以便省略变换器的使用；在此情况下，沿着线路导体1顺序放置电阻，并且线电流流经所述电阻，从而其用作电力输出。
此外，可以有利地将电源设备100与DC和AC电力线二者一起使用。在后一种情况下，安排使用诸如二极管桥的整流单元30，如图中所示，这使得-如图3的实施例中那样-能够获得非必要的恒定直流I1，该直流I1具有基本上等于电流I0的模的趋势。更具体地，整流单元30接收具有通常交替的趋势的电流I0作为输入，并且产生表示I0的整流后的电流I1作为输出，该电流I1具有基本上为正的双半波趋势。如前所述，在以电压形式收集电力的情况下，可以通过电阻3将所述电压转换成电流。
在根据本发明的设备中，电子调节装置有利地包括：
-能量存储单元，例如包括至少一个可通过由用于获取电力的装置传送的电力充电的电容4，在其端子处，建立表示传送到正给其供电的电气/电子设备20的电源电压(Vout)的电压(VCL)；
-电路40，用于使能/禁用存储单元充电过程；
-反馈电路50，其输入是表示在存储单元的端子处的电压(VCL)的信号，而其输出是给使能/禁用电路40的命令信号，该使能/禁用电路40适合于禁用或使能充电过程，以便将在存储单元的端子处的电压(VCL)的值保持在预设范围内。为了更具体，反馈电路使能电力存储单元的连续充电，直到在其端子处的电压值(VCL)在预设范围内，具体地，直到所述电压值达到预设范围的上限。
有利地，通过扼流传送给电子调节装置的电流的波形，即反馈电路50使能充电以便打开窗口，并且连续且完全地利用所传送的电力而不考虑其参数，连续地实现存储单元的充电。具体地，如果到来的电力是电流形式，则进行充电，而与其强度或者波形无关；换言之，作为输入所接收的电流的波形被完全利用，并且在已经达到与预设的电压范围的上限相对应的适当电荷时，切断该波形。
根据特别优选的实施例，根据与任何控制频率无关的非线性模式，更优选地为“切换”或开/关模式，实现存储单元的充电的即时反馈调节，具体地，实现电容4的充电的即时反馈调节。
在附图中所示的实施例中，反馈电路50包括比较单元，例如，比较器51、相加节点形式的相加单元52和例如包括时钟和存储器的采样和保持单元53；所述单元51-53可以被例如集成在微控制器中。此外，优选地预先安排使用低通滤波器54，该低通滤波器54例如包括公共的RC电路。
使能/禁用电路40有利地包括至少一个半导体电子器件41，其可以如图2所示并行连接到能量存储单元4，或者如图3所示串行连接到能量存储单元4；半导体电子器件41可以优选地具有例如一个或多个“MOSFET”、“BJT”或者“IGBT”晶体管等的形式。
电子调节装置还包括第一二极管9，其被放置在存储单元的上游，从而防止该存储单元不适当的向上游放电，并且如果必要的话，第二二极管10被放置在存储单元的下游，以防止来自正给其供电的设备20的能量逆流。
根据特别优选的实施例，根据本发明的电源设备包括多个保护单元，适于对由于例如在电源线1中出现的条件而导致的、或者由正给其供电的设备造成的、或者由于在电源设备中固有的工作条件而导致的异常工作条件的出现做出反应，其中电源设备从该电源线1收集能量。
这些保护单元包括限制单元(Tz)，用于当给存储单元的端子的电压超过预设的安全阈值时切断该电压；如图2和3中所示，这些限制单元连接到第一节点7，并且例如包括至少一个快速动作(rapid-acting)功率齐纳二极管8，用于包含由热耗散而在电容4的端子处出现的任何短暂的电压峰值。
所述保护单元有利地还包括至少一个电阻(Rsense)，该电阻优选地与前述电阻3相一致，适合于可操作地耦接到电源线。具体地，电阻3可以被耦接到线路1，以便表示在所述电源线1中循环的电流的电流流经所述电阻，从而在电阻3的端子处提供表示线路1中的电流的电压。可以将指示在电阻3的端子处的电压的信号直接传送给反馈电路50，或者到并行连接到电阻3的、如图4中用附图标记5示意性地示出的电路保护器件，或者出于下面将详细解释的目的，可操作地耦接到反馈电路50。如图4所示，例如，保护设备5可以包括差分放大器。
根据本发明的另一变体，在设备100中可以安排电阻3(Rsense)的使用，该电阻3可操作地耦接到电源线，从而在其端子处建立表示所述电源线的相位电压的电压；出于下面将进一步解释的目的，因此将对应于所述电压的信号传送到电路保护器件5。
实际上，在诸如图2的实施例中的工作条件下，用于获取电力的装置的下游存在着在正常工作条件下与流经二极管9的电流I2相一致的电流I1。在第二节点11处，电流I2被分为分别流经电容4(CL)和正给其供电的设备20的电流ICL和ILOAD，在可用的情况下二极管10与设备20串行连接。电流ICL充电电容4，在电容4的端子处存在着电压VCL；所述电压VCL指示传送给设备20的电源电压(Vout)，并且基本上与其相一致；事实上，如果有的话，在第二二极管10的端子处的电压降落一般可以忽略不计。
表示在电容4的端子处的瞬时电压VCL的信号作为输入由反馈电路40接收；更具体地，所述信号经过低通滤波器54，从而产生表示VCL但是清除了任何背景噪声或者谐波的值VCL1。随后通过采样和保持单元53以及相加单元52使该信号与比较器51相适应，其中该采样和保持单元53采样和记录所接收的信号，而相加单元52例如计算在预设的参考值VR和值VCL1之间的差值，从而产生信号Δ＝VR-VCL1。例如，通过将正号赋予VR而将负号赋予VCL1来完成该计算。最后，比较器51接收信号Δ作为输入，并且产生控制使能/禁用电路40的相应的使能/禁用信号。
进行更详细讨论，在图2的实施例中，对于值Δ≤0-ε1，半导体电子器件41进入关闭状态，从而关闭在限制单元的端子处的短路电路，并因此分流了到来的电流，结果中断电容4的充电，从而将其恢复到工作范围内的可接受条件；对于值Δ≥0+ε2，设备41进入打开状态，从而使得充电电流能够流经电容4。
因此，对于值VCL1＜VR，即，直到预设的阈值，使能电容充电过程，而对于值VCL1＞VR，即，超过了预设阈值，反馈电路40允许电容4独自瞬间提供的电流ILOAD，从而随后的放电过程将电压值VCL恢复到期望的值VR。当然，倘若保留一般逻辑从而使得充电能够与VCL1的减少相一致并且当VCL1变得过大时能够暂停充电，则对符号“+”或“-”的选择以及对符号“＜”或“＞”的选择取决于用户。选择阈值ε1和ε2以便适合正在使用的组件的特性和用户期望获得的、正在传送的电力的电压值的容限。具体地，必须建立为反馈过程作为参考而采用的阈值ε1和ε2，以便将由电源设备产生的电压保持在所需的有效容限内，例如该有效容限由与上限值VR+ε10和下限值VR-ε20相对应的容限值对ε10和ε20来表征。参考值对ε1和ε2通常比容限值对ε10和ε20更受限制，以便说明一般的惯性现象。可以分析性地或经验性地建立所选择的容限值ε10和ε20和相应的阈值ε1和ε2之间的一致性。
在图3的实施例中，设备41根据就像在图2的实施例中描述的解决方案一样有效的、可替换类型的安装解决方案工作，其中设备41关闭以便使能存储单元的充电，并且打开以便中断所述过程。
可替换地，根据图2的配置的反馈电路40(并行连接的设备41)也可以用在图3的实施例中，从而适当地校准电阻(RSENSE)的阻抗。
优选地，配置根据本发明的设备100，从而使基本上是恒定的但可以预先调节的值VR服从正在使用的电气和电子组件的电参数，以使其尽可能的通用；使用所述调节，由两个阈值ε1和ε2定义的容限的限制可以保持几乎不变。
在正常工作条件下，没有电流流经连接到节点7的限制单元(TZ)8；不为零的电流ITZ流经限制单元仅仅是偶然的，例如在线路1上的相位电压(VPH)突然变化，或者设备20的吸收突然变化的情况下。假若电流ICL意欲尽可能快地充电存储单元，则电子限制单元TZ建立有关电压VCL的任何脉冲(即传送给设备20的电压)的安全限制。
有利地，计算限制单元TZ的参数，从而实现在电压VTZ处的切断，电压VTZ是稍高于所需的VR的值；计算这些参数以便VTZ略微超过设备正常操作的容限上限。例如，对于VR＝12V±10％(工作裕度)，可以使用限制单元将电压VTZ切断在值13.4V处。对VTZ的正确设置(安全裕度)使得设备100的正确操作能够例行地委托给反馈电路40，并且对限制单元TZ的干涉能够仅在异常条件下被发起。这意味着在根据本发明的电源设备中，将电压VCL维持在几乎恒定的值，不管例如主电压或辅助负载的吸收中的任何突然变化，诸如在启动时可能发生的任何突然变化，该值从不高于预设值VTZ。由于避免了对连接在电源设备的下游的所述辅助电路的破坏的风险，所以这是特别有利的。
随后，保护设备5接收表示在电阻3的端子处的电压的信号输入(其还表示在线路1上的导体中循环的电流IO)，并将表示在电源线1中循环的电流的、对应的调节和/或去耦后的信号发送到反馈电路50。反馈电路50处理该信号，例如，通过滤波器56、采样和保持单元57、分流器58和将该信号与其他预设阈值比较的比较器59：当表示在电源线中循环的电流的所述输入信号的值高于预设阈值时，电路50将对应信号发送到使能/禁用电路40以禁用充电过程。
在电路50直接接收指示在电阻3的端子处的电压的信号的情况下(即，没有流经熔断器5)操作是类似的。图2和3中所示的元件60是逻辑OR运算器，该运算器接收来自比较器51或59的信号，然后使电路40可以得到对应的命令信号。
在图3所示的解决方案中，保护设备5根据类似原理工作，但是在电阻3的端子处的、指示在其中循环的电流IO的电压在该情况下基本上与相位电压VPH相关。
这使得在例如电流I0快速增长的情况下能够预见存储单元4的任意充电，从而进一步改善本发明任一实施例的稳定性和性能，并进一步限制产生对环境的电磁干扰。
类似地，如果在电阻3的端子处存在指示线路1的相位电压的电压，则电路保护器件5接收指示在电阻3的端子处的所述电压的输入信号，并将相应的调节和/或去耦后的信号传送到反馈电路50，该信号指示电源线1的相位电压；反馈电路50以与前述方式几乎相同的方式处理所述信号，并且如果指示该电源线的相位电压的输入信号的值超过预设阈值，则将禁用信号发送到使能/禁用电路40，从而预见其对线路上的电压峰值的反应。
已经在实验上表明，根据本发明的电源设备完全满足前述的技术目标和目的，从而在已知的技术发展水平上提供大量的优点和技术功能上的改进。事实上，通过实现高能、非线性的充电过程调节，尤其是开/关类型的充电过程调节，即通过打开/关闭能量输入窗口，设备100使得可用能量能够仅以所需的量度且在达到工作状态所花费的时间中被利用，从而以基本上独立于任何特定控制频率的方式，确保在从其获取能量的线路的参数以及正给其供电的设备的吸收参数的很宽范围内最佳运作。结果，如在已知的电源设备中，特别是在前述的第一种电源设备中那样，对热耗散的需求被唯一地限制于偶然的发生，简直可以说是异常工作条件的发生，并且正在使用的部件的散热和磨损随之减少，以及电源设备的工作期更长且可靠性更高。
此外，如图5的示波图总体所示出的，并且如在图6所示的一组示波图中更详细示出的，如下事实减少或者甚至消除了相关的电磁干扰：不必再借助于特定频率的连续脉冲实现调节，而是通过最佳利用瞬间的能量可用性来实现调节。
进行更详细讨论，图6示出了在节点7处电压(V7)的电流I1(不可控制的参数)的趋势，该趋势指示随后的充电过程，设备41的状态(断或通)，即在与图2的实施例有关的使能/禁用命令的情况下，其中打开位置对应于充电使能阶段，而最终对应于VCL相对于参考电压VR的恒定值的趋势(即，实际上，由设备100产生该电压)。
更具体地，示出V7的趋势的曲线图清楚示出了：甚至在来自网络的能量适当可用(例如，与时间0.14相一致，其中I1接近0)的情况下，可以在长时间段内维持充电过程，而没有中断，从而在网络能量峰值(例如，与时间0.16相一致)的情况下，单个充电阶段具有更加受限的持续时间，并且更不频繁。
立刻变得明显的特定优点包括：基于来自正给其供电的负载的实际能量需求和来自网络的实际能量可用度在充电和不充电周期的持续时间中能够具有不确定的可变性，从而产生几乎无限数量的可能组合。同样突出的是甚至在来自网络的能量的可用性突然变化的情况下，将电压VCL异常好地保持在期望的限制内。
设备100还具有受限的短暂时间(或启动时间TSU)，从而快速达到稳定状态。
最后，但是当然不是最不重要的，可以与任何低压电路断路器相结合使用根据本发明的设备，并且如前所述，该设备可以耦接到多种电气系统中的DC或者AC低压电源线，并且特别是用于工业应用的那些电源线。因此，本发明的另一个目的包括低压电气系统或者低压电路断路器，特别是用于工业应用的低压电气系统或者低压电路断路器，其每一个特征在于，它们包括根据上述描述以及所要求的电源设备100。
Claims (16)
1.一种用于向可操作地与低压电路断路器相关联的一个或多个电气/电子设备供电的电源设备，包括：
用于从电源线获取能量的装置，
电子调节装置，用于接收由所述用于获取能量的装置收集的能量作为输入，并将具有在相对于参考电压(VR)的预设范围内的值的电源电压(Vout)传送给所述电气/电子设备作为输出，
其特征在于，所述电子调节装置包括：
能量存储单元，可通过由所述用于获取能量的装置收集的能量充电，其端子携带表示被传送到所述电气/电子设备的电源电压(Vout)的电压(VCL)；
用于使能/禁用所述能量存储单元的充电的电路；
反馈电路，接收表示在所述能量存储单元的端子处的电压(VCL)的输入信号，并将命令信号发送给所述使能/禁用电路，使得后者禁用或使能充电过程，以便将在所述能量存储单元的端子处的电压保持在所述预设范围内，所述反馈电路使能充电阶段，以便给所述能量存储单元连续供电，直到在其端子处的电压在所述预设范围内；
适于在异常工作条件发生的情况下采取动作的保护单元，所述保护单元包括至少一个电阻(Rsense)，用于与所述电源线可操作地耦接，指示在所述电源线中循环的电流的电流流经所述电阻，以在所述电阻的端子处提供指示所述电源线中的电流的电压，指示在所述电阻的端子处的电压的信号直接传送到所述反馈电路或者传送到电路保护器件。
2.根据权利要求1的电源设备，其特征在于，将由所述用于获取能量的装置收集的能量以电流的形式传送给所述电子调节装置，并且通过扼流输入到所述电子调节装置的电流的波形，连续实现所述能量存储单元的充电。
3.根据权利要求2的电源设备，其特征在于，根据非线性反馈调节模式实现所述能量存储单元的充电。
4.根据权利要求3的电源设备，其特征在于，根据切换反馈调节模式实现所述能量存储单元的充电。
5.根据权利要求1的电源设备，其特征在于，所述反馈电路包括比较单元，用于接收指示在所述参考电压(VR)的值和指示在所述能量存储单元的端子处的电压(VCL)的值之间的差值(Δ)的信号作为输入，并且将对应的使能/禁用命令信号发送到所述使能/禁用电路。
6.根据权利要求5的电源设备，其特征在于，所述反馈电路包括相加单元，用于接收指示在所述能量存储单元的端子处的电压(VCL)的信号以及指示所述参考电压(VR)的信号作为输入，并且将指示这些信号之间的差值(Δ)的信号作为输出发送到所述比较单元。
7.根据权利要求6的电源设备，其特征在于，所述反馈电路包括：
低通滤波器，用于接收指示在所述能量存储单元的端子处的电压(VCL)的信号作为输入，并且清除任何谐波，以及
采样和保持单元，用于采样和记录从所述低通滤波器接收的信号，并将其发送到所述相加单元。
8.根据权利要求1的电源设备，其特征在于，所述使能/禁用电路包括至少一个半导体电子器件。
9.根据权利要求8的电源设备，其特征在于，所述至少一个半导体电子器件并行连接到所述能量存储单元。
10.根据权利要求8的电源设备，其特征在于，所述至少一个半导体电子器件串行连接到所述能量存储单元。
11.根据权利要求1的电源设备，其特征在于，所述电路保护器件接收指示所述电阻的端子处的电压的信号作为输入，并将对应的调节和/或去耦后的信号发送给所述反馈电路，其中所述信号指示在所述电源线中循环的电流，
只要所述反馈电路接收的信号的值超过预设阈值，所述反馈电路随后将禁用命令信号发送给所述使能/禁用电路，其中所述反馈电路接收的信号指示在电源线中循环的电流。
12.根据权利要求1的电源设备，其特征在于，所述电路保护器件接收指示在所述电阻的端子处的电压的信号，并将指示所述电源线的相位电压的、对应的调节和/或去耦后的信号发送给所述反馈电路，
其中如果指示所述电源线的相位电压的信号的值超过预设阈值，所述反馈电路将禁用命令信号发送给所述使能/禁用电路。
13.根据权利要求1的电源设备，其特征在于，所述保护单元包括限制单元，用于只要提供给所述能量存储单元的端子的电压超过预设的安全阈值，就切断所述电压。
14.根据前述权利要求中任一项的电源设备，其特征在于，所述电子调节装置包括：
第一二极管，安装在所述能量存储单元的上游，用于防止所述能量存储单元向上游放电；以及
第二二极管，安装在所述能量存储单元的下游，用于防止来自所述电气/电子设备的能量逆流。
15.一种低压电路断路器，其特征在于，其包括根据一个或多个前述权利要求中的电源设备。
16.一种低压AC/DC电气系统，其特征在于，其包括根据权利要求1至14中的一个或多个的电源设备。
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