CN201349135Y - 节能型电源电老化系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种节能型电源电老化系统，它包括多个级联连接的子单元，每个子单元均包括标称输出电流相同的多个被老化电源，第一个子单元中的每个被老化电源的两个输入端均与电源母线连接，最末一个子单元中的所有被老化电源的两个输出端串联后与一个负载连接，除最末一个子单元外的其余每个子单元中的所有被老化电源的两个输出端串联后与各自子单元相对应的一个电源适配器的两个输入端连接，该电源适配器的两个输出端分别与位于其后面相邻的子单元中的每个被老化电源的两个输入端连接。本实用新型通过级联方式将交流或直流电源的电能逐级充分利用，一个电老化系统一次检测大量电源老化情况，提高了工效，又省去了大量辅助设施，节省了投资。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电源电老化系统，具体地说，是涉及一种具有节能、提高工效、减少热负载等优点的电源电老化系统。
背景技术
电源是一个多品类、少则数十个电磁元器件的功率电子学集成产品，是一种电功率变换(传递)产品。除了电应力之外，电源还要承受较大的热应力。由于元器件的温度升高到热平衡程度是需要一个较长时间的，因此，热应力很有可能是使电源损坏的重要因素。可见，电源的热应力分析与设计是很重要的，而电老化是检验热应力设计的一个重要手段。并且，根据电子元器件寿命的“盆底”规律，经过一定时间的通电老化，损坏的电子产品便能被筛选出，从而保证经过电老化的电子产品有较长的使用寿命。由此可见，电源产品是必须经过电老化程序的，电源的动态过渡过程、瞬间电磁应力(电压、电流及磁路饱和)、输出震荡引起的系统崩溃等都可在电老化时被很好地检验。
目前，电源行业采用的公知电源老化系统如图1和图2所示，被进行电老化的电源(图中示出了n个电源A1～An)的两个输入端连接在直流或交流电源母线上，该电源的两个输出端连接与自身标称功率相应的电阻负载。该电阻负载(例如，图1中示出的并联连接的R1-1～R1-m)可以是大功率水泥电阻，也可以是大功率电热丝。不管采用何种类型的电阻负载，电能都势必经该电阻负荷转换为热能而白白消耗掉。也就是说，在电老化时，电源除本身消耗掉一定的输入功率外，其它输入功率全部被转化为热能白白消耗掉，而水泥电阻和电热丝的热能又是很难利用的。而且，每块被老化的电源就需要至少一个水泥电阻(或电热丝)、四个鳄鱼夹子(或紫铜接线片)、两根导线，且根据电源输出功率的大小，还要计算匹配水泥电阻(或电热丝)的功率和阻值，既费工费时，又需要较大量的辅助设施。
由此，在追求节能减排的当前时代，研究出一种节能、提高工效的电源电老化方案是目前亟需解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种节能型电源电老化系统，该电源电老化系统采用级联方式充分利用被老化电源输出的电能，一个电老化系统同时电老化多个电源，且省去了大量的夹子和导线，实现了节能目标，提高了功效。
为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
一种节能型电源电老化系统，其特征在于：它包括多个级联连接的子单元，每个子单元均包括标称输出电流相同的多个被老化电源，第一个子单元中的每个被老化电源的两个输入端均与电源母线连接，最末一个子单元中的所有被老化电源的两个输出端串联后与一个负载连接，除最末一个子单元外的其余每个子单元中的所有被老化电源的两个输出端串联后与各自子单元相对应的一个电源适配器的两个输入端连接，该电源适配器的两个输出端分别与位于其后面相邻的子单元中的每个被老化电源的两个输入端连接，每个子单元中的被老化电源的类型和输入输出电压值与其前后连接的器件相适配，每个电源适配器的类型和输入输出电压值与其前后连接的器件相适配。当前一级所述子单元中的所有被老化电源的两个输出端串联后得到的输出电压与相邻后一级所述子单元中的每个被老化电源的输入电压相近，且前一级所述子单元的输出功率大于等于相邻后一级所述子单元的输入功率时，前一级所述子单元与相邻后一级所述子单元之间连接的所述电源适配器被省去。
所述电源母线为交流或直流电源母线。各所述子单元中的被老化电源的数量和种类不同。对于一个所述子单元，其包括的所有被老化电源为AC/DC型电源或DC/DC型电源。所述电源适配器为DC/AC型或DC/DC型电源适配器。所述负载为由功率MOS管制作的电子负载。
本实用新型的优点是：本实用新型通过级联被电老化电源的方式将交流或直流电源的电能进行了逐级充分利用，既在一个电老化系统中一次检测了大量电源的电老化情况，提高了工效，又省去了诸如水泥电阻或电热丝、鳄鱼夹子或紫铜接线片、导线等大量的辅助设施，节省了投资，而且，还省去了很多工时，例如不再需要根据电源输出功率大小来计算匹配水泥电阻或电热丝的功率和阻值。
附图说明
图1是公知电源电老化系统的一实例示意图；
图2是公知电源电老化系统的另一实例示意图；
图3是本实用新型的第一实施例示意图；
图4是本实用新型的第二实施例示意图；
图5是本实用新型的第三实施例示意图。
具体实施方式
本实用新型节能型电源电老化系统包括多个级联连接的子单元，每个子单元均包括标称输出电流相同的多个被老化电源，第一个子单元中的每个被老化电源的两个输入端均与电源母线连接，最末一个子单元中的所有被老化电源的两个输出端串联后与一个负载连接，除最末一个子单元外的其余每个子单元中的所有被老化电源的两个输出端串联后与各自子单元相对应的一个电源适配器的两个输入端连接，该电源适配器的两个输出端分别与位于其后面相邻的子单元中的每个被老化电源的两个输入端连接，每个子单元中的被老化电源的类型和输入输出电压值与其前后连接的器件相适配，每个电源适配器的类型和输入输出电压值与其前后连接的器件相适配。
当前一级子单元中的所有被老化电源的两个输出端串联后得到的输出电压与相邻后一级子单元中的每个被老化电源的输入电压相近，且前一级子单元的输出功率大于等于相邻后一级子单元的输入功率时，前一级子单元与相邻后一级子单元之间连接的电源适配器可被省去，也就是前一级子单元与相邻后一级子单元可直接连接。
在本实用新型中，由于被老化的电源(即稳压电源)的输出直流电压一般较低，大多为48伏、28伏、24伏、15伏、12伏、5伏、3.3伏等，而其输入电压却较高，如AC/DC型电源的交流输入电压为85伏、165伏、220伏、265伏等，DC/DC型电源的直流输入电压大多为12伏、18伏、24伏、36伏、48伏、72伏、144伏或更高，极少数为5伏。所以，当前一级子单元中的被老化电源的输出电压较低而相邻后一级子单元中的被老化电源的输入电压较高时，为保证前后级间连接的电源适配器的高效率，将前一级子单元中的所有被老化电源的输出电压进行串联连接，以使串联连接后得到的总输出电压满足后一级子单元的被老化电源的输入电压的需求，也就是说，将前一级子单元中的所有被老化电源的输出电压串联后得到的总输出电压引出两根端子来作为后一级子单元中的每个被老化电源的输入电压母线使用或作为后面连接的电源适配器的输入电压使用。需要注意的是，前一级子单元中的所有被老化电源的输出电流必须相等，但它们的输出电压不必相等。
在实际应用时，电源母线可为交流或直流电源母线。各子单元中的被老化电源的数量和种类可不相同。对于一个子单元而言，其包括的所有被老化电源可同时为AC/DC型电源或DC/DC型电源。本实用新型中使用的电源适配器可为DC/AC型(又称逆变器)或DC/DC型电源适配器。在最末一个子单元中，负载可为由功率MOS管制作的电子(热)负载，这种电子负载具有输入电压范围较宽、负载电流允许范围较大的手动调节等优点。
在本实用新型中，电源适配器可依据本批被老化电源的型号和各自的功率总数来进行合理选择。一般，老化间的一次电源(电源母线)有市电经变压器隔离的交流电源，也有市电经变压器隔离再整流的电压较低的直流电源。由于交流电源的效率比直流电源的效率高，故，在本实用新型中，电源母线优选交流电源，相应地，第一级子单元中的被老化电源选择为AC/DC型电源。考虑到被老化电源的输出电压等级繁多、被老化电源的数量多以及被老化电源的连接方便程度等因素，本实用新型中选用的电源适配器的输入电压范围优选控制在36-144伏，不必太宽。对于逆变器式的DC/AC型电源适配器，其频率和波形要求不需太苛求，其输出电压可分档，如：85伏、110伏、165伏、220伏、265伏等。对于电压匹配的DC/DC型电源适配器，其优选采用变压器强制快速去磁的拓扑结构(如有源嵌位)，这种拓扑结构的输入电压范围或输出电压范围可以做得很宽(可达到1∶6)，其输出电压也可分档，如：12伏、24伏、48伏、72伏、110伏、144伏等，其输出功率优选做到300瓦以上。
图3至图5示出了本实用新型的三个优选实施例。下面分别详述。
如图3，图3所示的节能型电源电老化系统包括级联连接的3个子单元。第一级子单元包括标称输出电流相同的i个AC/DC型的被老化电源Al-1至Ai-1，第二级子单元包括标称输出电流相同的j个DC/DC型的被老化电源Al-2至Aj-2，第三级子单元包括标称输出电流相同的k个AC/DC型的被老化电源Al-3至Ak-3。第一级子单元中的每个被老化电源Al-1至Ai-1的两个输入端均与交流电源母线(Vac)连接，第三级子单元中的所有被老化电源Al-3至Ak-3的两个输出端串联后与一个电子负载310连接。第一级子单元中的所有被老化电源Al-1至Ai-1的两个输出端串联后得到的输出电压与第二级子单元中的每个被老化电源Al-2至Aj-2的输入电压相近，且第一级子单元的输出功率大于等于第二级子单元的输入功率，故第一级子单元与第二级子单元直接连接，两者之间无电源适配器，而第二级子单元中的所有被老化电源Al-2至Aj-2的两个输出端串联后与一个DC/AC型电源适配器210的两个输入端连接，该DC/AC型电源适配器210的两个输出端分别与第三级子单元中的每个被老化电源Al-3至Ak-3的两个输入端连接。在图3中，每个子单元中的被老化电源的类型和输入输出电压值与其前后连接的器件相适配，每个电源适配器的类型和输入输出电压值与其前后连接的器件相适配。例如，DC/AC型电源适配器210的输入电压等于第二级子单元中的所有被老化电源Al-2至Aj-2的两个输出端串联后得到的总输出电压，该DC/AC型电源适配器210的输出电压等于第三级子单元中的每个被老化电源Al-3至Ak-3的输入电压，而且电源适配器210的类型DC/AC型也与前后级被老化电源的类型相配。
类似地，如图4，图4所示的节能型电源电老化系统包括级联连接的5个子单元。第一级至第五级子单元分别包括标称输出电流相同的i个AC/DC型的被老化电源Al-1至Ai-1、标称输出电流相同的j个AC/DC型的被老化电源Al-2至Aj-2、标称输出电流相同的k个AC/DC型的被老化电源Al-3至Ak-3、标称输出电流相同的p个DC/DC型的被老化电源Al-4至Ap-4、标称输出电流相同的q个DC/DC型的被老化电源Al-5至Aq-5。第一级子单元中的每个被老化电源Al-1至Ai-1均与交流电源母线(Vac)连接，第一级子单元与第二级子单元之间使用了DC/AC型电源适配器220，第二级子单元与第三级子单元之间使用了DC/AC型电源适配器230，第三级子单元与第四级子单元直接连接，第四级子单元与第五级子单元之间使用了DC/DC型电源适配器240，第五级子单元中的所有被老化电源Al-5至Aq-5的两个输出端串联后与一个电子负载320连接。在图4中，每个子单元中的被老化电源的类型和输入输出电压值与其前后连接的器件相适配，每个电源适配器的类型和输入输出电压值与其前后连接的器件相适配。
类似地，如图5，图5所示的节能型电源电老化系统包括级联连接的4个子单元。第一级至第四级子单元分别包括标称输出电流相同的i个DC/DC型的被老化电源Al-1至Ai-1、标称输出电流相同的j个AC/DC型的被老化电源Al-2至Aj-2、标称输出电流相同的k个DC/DC型的被老化电源Al-3至Ak-3、标称输出电流相同的p个AC/DC型的被老化电源Al-4至Ap-4。第一级子单元中的每个被老化电源Al-1至Ai-1均与直流电源母线(Vdc)连接，第一级子单元与第二级子单元之间使用了DC/AC型电源适配器250，第二级子单元与第三级子单元直接连接，第三级子单元与第四级子单元之间使用了DC/AC型电源适配器260，第四级子单元中的所有被老化电源Al-4至Ap-4的两个输出端串联后与一个电子负载330连接。在图5中，每个子单元中的被老化电源的类型和输入输出电压值与其前后连接的器件相适配，每个电源适配器的类型和输入输出电压值与其前后连接的器件相适配。
本实用新型的设计原理是：
电的负载性质基本上可分为感性、容性、阻性三种负载。感性和容性负载只是进行电磁能量的转换和储存(当然，纯感性、纯容性的负载是不存在的)，而阻性负载便是将电能转换为热能。若将被老化电源输出端所接的负载由阻性改为感性和容性组成的混合负载，那么，通过混合负载将电能进行进一步地转换和传递，原来阻性负载浪费的电能便可被再次利用了。在本实用新型中，被老化处理的稳压电源(如开关电源、线性电源、变频器等)便是利用电、磁元器件将电能进行转换和传递的器件。而电源适配器便是将被老化电源的输出电能进行“再生”、将电的形态或电平进行变换的装置，即将原来转化为热能的电能经过电源适配器，其又以电能的形式作为了后级被老化电源的输入电源，如此延展级联，就可实现电能的重复利用，从而达到一电源电老化系统检测多组电源的电老化情况的目的，极大节约了能源。
例如，在图3所示的电源电老化系统中，交流电源母线输出的电能经过了三级子单元的传输，最终剩余的电能由电子负载消耗。图3所示的该一个电源电老化系统一次电老化了三组电源(i+j+k个电源)，而公知的电源电老化系统只能一次电老化一组电源(n个)，可以说，图3所示系统比公知系统的电老化效率提高了近3倍。而且，省去了诸如水泥电阻(或电热丝)、鳄鱼夹子(或紫铜接线片)、导线等大量的辅助设施，且节省了很多工时，例如不再需要根据电源输出功率大小来计算匹配水泥电阻(或电热丝)的功率和阻值。
在本实用新型中，电能的利用主要与被老化电源的效率及级联子单元的个数有关。随着级联子单元个数的增加，电能的利用随之增加，同时，最末一级的负载也随之减小。例如，若采用四级级联子单元的结构，则当老化同等功率电源时，该结构的耗电量仅是公知电源电老化系统的大约三分之一，其充分利用了被老化电源的电能，电源利用提高了将近3倍。在本实用新型中，只有最末一级子单元中的被老化电源的负载使用了电子负载，而前几级子单元都不用电子(热)负载，故本实用新型可较多地减少热负载的容量。
本实用新型的优点是：本实用新型通过级联被电老化电源的方式将电源的电能进行了逐级充分利用，既在一个电老化系统中一次检测了大量电源的电老化情况，提高了工效，又省去了诸如水泥电阻或电热丝、鳄鱼夹子或紫铜接线片、导线等大量的辅助设施，节省了投资，而且，还省去了很多工时，例如不再需要根据电源输出功率大小来计算匹配水泥电阻或电热丝的功率和阻值。
以上所述是本实用新型的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本实用新型保护范围之内。
Claims (7)
1、一种节能型电源电老化系统，其特征在于：它包括多个级联连接的子单元，每个子单元均包括标称输出电流相同的多个被老化电源，第一个子单元中的每个被老化电源的两个输入端均与电源母线连接，最末一个子单元中的所有被老化电源的两个输出端串联后与一个负载连接，除最末一个子单元外的其余每个子单元中的所有被老化电源的两个输出端串联后与各自子单元相对应的一个电源适配器的两个输入端连接，该电源适配器的两个输出端分别与位于其后面相邻的子单元中的每个被老化电源的两个输入端连接，每个子单元中的被老化电源的类型和输入输出电压值与其前后连接的器件相适配，每个电源适配器的类型和输入输出电压值与其前后连接的器件相适配。
2、如权利要求1所述的电源电老化系统，其特征在于：
所述电源母线为交流或直流电源母线。
3、如权利要求1所述的电源电老化系统，其特征在于：
各所述子单元中的被老化电源的数量和种类不同。
4、如权利要求1所述的电源电老化系统，其特征在于：
对于一个所述子单元，其包括的所有被老化电源为AC/DC型电源或DC/DC型电源。
5、如权利要求1所述的电源电老化系统，其特征在于：
所述电源适配器为DC/AC型或DC/DC型电源适配器。
6、如权利要求1所述的电源电老化系统，其特征在于：
所述负载为由功率MOS管制作的电子负载。
7、如权利要求1所述的电源电老化系统，其特征在于：
当前一级所述子单元中的所有被老化电源的两个输出端串联后得到的输出电压与相邻后一级所述子单元中的每个被老化电源的输入电压相近，且前一级所述子单元的输出功率大于等于相邻后一级所述子单元的输入功率时，前一级所述子单元与相邻后一级所述子单元之间连接的所述电源适配器被省去。
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