CN202737757U

CN202737757U - 一种在交变直和直变交电源转换系统中再生负载能量的系统

Info

Publication number: CN202737757U
Application number: CN 201220352111
Authority: CN
Inventors: 马克·拉保
Original assignee: Murata Power Solutions Inc
Current assignee: Murata Power Solutions Inc
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2022-07-20

Abstract

本实用新型涉及一种在交变直和直变交电源转换系统中再生负载能量的系统，包括一个变换器，一个逆变器，和一个补充电源，所述变换器和逆变器用导线连接在一起形成电回路，变换器是逆变器的负载，逆变器也是变换器的负载。补充电源被用来补充能量再生系统中的能量损失，所述能量损失包括由变换器和逆变器造成的电回路中的损失。本实用新型将逆变器作为电子负载并且能够将直流电压转换为交流电压，或者变换器作为电子负载并且能够将交流电能转换为直流电能。变换器的负载和直流到交流的转换，或者逆变器的负载以及交流到直流的转换可以在一个设备里完成，从而实现能量再生以及提升了能量再生系统的效率。

Description

一种在交变直和直变交电源转换系统中再生负载能量的系统

技术领域

本实用新型涉及一种在交变直和直变交电源转换系统中再生负载能量的系统，一般来说是与老化测试架上的能量回收，与电子负载和测试系统相关，特别是与控制和回收电子设备中的能量有关，比如说交流变直流的电源、老化测试架、自动测试设备(ATE)、电子负载、能量变换器、能量逆变器和其他电力设备。

背景技术

在电力通信工业，电子消费品，计算机和其它类似领域扩张的大背景下，对于能够提供高水平能量的能源需求迅速增长。同时，不断增加的电能花销以及减少环境污染的必要性要求，需要新的和有创新性的方法来节约能源。在对交变直电源变换器的测试和老化测试过程中，很大一部分能量被浪费在无源负载（例如电阻）中了。这些被浪费的能量增加了生产过程中的成本并且恶化了环境。虽然现在已经有了对于直流变直流的有效的能量再生系统和方法，但是还没有简单的和便宜的从交流-直流和直流-交流能量转换系统中回收能量的方法。

一种传统系统18被显示在图1中，这种传统系统18包括一个交流-直流能量变换器12，在这里被称为“变换器”，连接在无源负载20上。另一种传统系统19被显示在图2中，这种传统系统19包括一个直流-交流逆变器14，在这里被称为“逆变器”，连接在被动负载20上。一般来说，传统系统18和19的被动负载采用阻性负载。然而，任何可以吸收和释放能量的负载都可以被用作被动负载。被动负载不会回收、返还、再生或恢复部分或全部被传递到它们的能量。

如图4所示，在传统系统18中损失的全部能量为1100瓦。变换器12释放100瓦，几乎都以热量的形式浪费掉了；负载20释放1000瓦，几乎都以热量的形式浪费掉了，也就是说，所有进入变换器12的能量全部被损失掉了。

如图5所示，在传统系统19中损失的全部能量也为1100瓦，逆变器14释放100瓦，几乎都以热量的形式浪费掉了。负载20释放了1000瓦的能量，几乎都以热量的形式浪费掉了。也就是说，所有进入逆变器14的能量全部被损失掉了。

在测试电源过程中消耗的能量可以非常多。为了回收能量，一些已知的能量回收和测试系统将额外的能量补充回电网，但是这些系统非常复杂和昂贵。

发明内容

为了克服上述问题，本实用新型的最优体现提供了一种在交变直和直变交电源转换系统中再生负载能量的系统。

根据本实用新型的最优体现的一种在交变直和直变交电源转换系统中再生负载能量的系统，包括一个交变直电源变换器，一个直变交电源逆变器和一个补充电源，所述变换器和逆变器的直流端和交流端相互电联接在一起，组成一个电回路，从而能量再生系统中的能量得以再生，所述变换器，逆变器和补充电源被安排成一种方式，这种方式可以使得当电流在电回路中流动时，变换器是逆变器的负载，同时逆变器是变换器的负载，补充电源用来补充能量再生系统中的能量损失，包括电回路中变换器和逆变器中的能量损失。

所述补充电源优选输出直流电，补充电源输出端优选地连接在变换器和逆变器的直流端，所述能量再生系统优选地包括至少一个额外的变换器，所述额外变换器与逆变器、变换器和补充电源排列在一起，使得逆变器，变换器和至少一个额外的变换器的交流端连接在一起。所述能量再生系统优选地包括至少一个额外的逆变器，所述额外逆变器与逆变器、变换器和补充电源排列在一起，使得逆变器，变换器和至少一个额外的逆变器的直流端连接在一起。

所述逆变器优选地输出纯正弦波、修正正弦波，类似正弦波，方波和/或它们的组合。

所述变换器优选地包括功率因数修正电路，所述变换器优选地可以通过调整变换器的参数来控制电回路中的负载电流，所述补充电源优选地可以通过调整补充电源的参数来控制电回路中的负载电流，所述补充电源优选地可以通过调整补充电源的参数来控制电回路中负载电流的幅值，所述补充电源优选地可以通过调整补充电源的参数来控制电回路中负载电流的方向。

所述补充电源的输出端和变换器的直流端被优选地配置成可以控制电回路中的负载电流，所述能量再生系统还包括一个控制电路，用来控制电回路中的负载电流，所述能量再生系统优选地包括一个控制电路，用来提供控制、监测、测量或保护功能。

本实用新型将逆变器作为电子负载并且能够将直流电压转换为交流电压，或者变换器作为电子负载并且能够将交流电能转换为直流电能。因此，变换器的负载和直流到交流的转换，或者逆变器的负载以及交流到直流的转换可以在一个设备里完成，从而提升了能量再生系统的效率。

下述关于本实用新型的优选实施例及其附图的详细内容将会使得本实用新型的其他特征、要素、特性和优点变得更加显而易见。

附图说明

图1是一种传统变换器连接无源负载的方框图。

图2是一种传统逆变器连接无缘负载的方框图。

图3是本实用新型的优选实施例中的能量再生系统方框图。

图4是图1中传统变换器和负载中能量分配的实例方框图。

图5是图2中传统变换器和负载中能量分配的实例方框图。

图6是图3中能量再生系统中能量分配的实例方框图。

图7是本实用新型另一种运用多个变换器和逆变器组合的优选实施例的方框图。

图8是本实用新型的一种显示补充电源提供的输入能量相对于能量回收环中回收的能量的优选实施例的示意图。

具体实施方式

对于本实用新型中各种优选的实施方式中的能量再生系统10和21将会参照图3，图6和图7来进行讨论。

如图3所示，本实用新型中所述的一种在交变直和直变交电源转换系统中再生负载能量的系统，包括一个交直流电源转换器12，一个直交流电源逆变器14，和一个补充电源 16。变换器12的交流端连接逆变器14的交流端。逆变器14的直流端连接变换器12的直流端。变换器12和逆变器14的组合建立了一个连续的能量回收环。所述能量再生系统（电源转换系统）10优选地也包括一个补充电源16。所述补充电源16补充由能量再生系统（电源转换系统）10中的独立元器件和设备的有限效率造成的能量再生系统中的能量损失。

在这种安排下，变换器12、逆变器14、补充电源16或者是它们的组合可以成为一个单元或者被测单元。再有，变换器12作为逆变器14的负载,逆变器14作为变换器12的负载。

由逆变器14和变换器12在能量回收环路中形成的电流可以是顺时针或逆时针的，其方向由补充电源16和变换器12的输出参数决定。

能量再生系统（电源转换系统）10的启动需要补充电源16向能量回收环路中提供一个短暂的突发能量。首先，启动逆变器14，所述逆变器带动变换器12。当能量回收环路的运转被建立好后，能量回收环路中的电流就依赖补充电源16提供给能量回收环路中的能量了。关闭补充电源16、关闭变换器12或者关闭逆变器14都可以关闭整个系统。

除了使用一个变换器12或一个逆变器14外，还可以使用多台变换器12或多台逆变器14。比如，多台变换器12可以被安排成一个组合，使得逆变器14的交流端连在每一个变换器12的交流端，以及每个变换器12的直流端连在逆变器14的直流端或多台逆变器14的直流端。同样，也可以使用一系列变换器12的组合，使得变换器12的直流端连接在一个或更多的逆变器14的直流端。同样，也可以使用多个变换器12和多个逆变器14，变换器12和逆变器14的数量可以相等也可以不同。还可以使用多台补充电源16。

图7显示了一个能量再生系统21，包括4个变换器12和两个逆变器14的组合。其中两个变换器12连接在一台逆变器14上，另外两个变换器12连接在另一台逆变器14上。在图7中，变换器12优选地作为被测单元，逆变器14优选地作为负载。两个补充电源16补充由能量再生系统21中的每个元件和设备运行的有限效率造成的能量再生系统21中的能量损失，补充电源16的电源输入是其他电源（Mains）例如市电。

如图7所示，能量再生系统21可以包括一个控制板22，控制板通过与变换器、逆变器和补充电源的通讯连接，以及在负载回路中的电流感应信号来控制能量回收环路中的负载电流。除了控制负载电流，控制板22同时能够提供保护、测量、监测和控制等功能。虽然图3和图6没有显示，但是能量再生系统（电源转换系统）10可以包括一个控制板，来提供与控制板22相似的功能。图7中所示的控制板22的布置方式只是许多可以使用的布置方式中的一种。

能量回收环路中负载电流的大小，逆变器14对变换器12的负载影响，以及变换器12对逆变器14的负载影响可以由改变补充电源16的参数来控制，包括被输送到能量回收环路中的输出能量。比如，能量回收环路中负载电流的大小和方向可以由改变补充电源16输出端和变换器12输出端之间的电势差，以及/或者改变补充电源16输出端和变换器12输出端（或者逆变器14输入端）之间电压的极性来控制。

能量回收环路中的负载电流，或者说能量回收环路中分配的能量，直接是补充电源16和变换器12输出端电势差的一个比例。当电势差接近零（或者就是零，最小值，或者在能量回收环路中没有负载电流流动）的时候，由补充电源16提供的能够保持能量回收环路正常工作的能量到达最小值。

作为本实用新型优选实施方式，图8表示补充电源提供的输入能量相对于能量回收环路的回收能量。在图8中，Delta V是补充电源16的输出端和变换器12的输出端的电势差，此电势差在0v到1v之间，图中的虚线表示的是输入功率曲线（Power in），实线表示的是功率回收曲线（Power recycled）。在补充电源提供的输入能量与能量回收环路中的回收的能量交叉的地方，能量回收环路中的电流为0安培。在本实用新型的这个优选实施例中，交叉点是补充电源需要提供给能量回收环路以保证其正常运行的最小能量。

能量回收环路中的负载电流也可以通过调节变换器的参数来控制。用来控制能量回收环路中负载电流的大小和方向、逆变器14对变换器12的负载效应、以及变换器12对逆变器14的负载效应的其它适用方法也可以被使用。

由被测单元变换器12或逆变器14输出的被回收的负载能量Pr，是补充电源16提供的能量的k倍，即Ps，如下式所示：

Pr=k*Ps

其中，k是系数，且与整个系统的效率成比例。

因此，能量再生系统（电源转换系统）10，也就是本实用新型的优选实施方式21，拥有至少一项下列的与传统系统的不同：

1.补充电源16连接在变换器12和逆变器14的直流端，并且不与变换器12和逆变器14的交流端连接；

2.补充电源16可以是一个直流电源，从而使能量回收环路中的能量交换为直流到直流，而不是交流到交流；

3.能量回收环路中的负载电流，逆变器对变换器的负载效应，以及变换器对逆变器的负载效应能够以与补充电源16的参数（优选地为输出能量）形成的方程关系而改变，从而使得变换器或者逆变器14作为电负载；

4.能量再生系统10, 21可以在没有配备重型导线的设备或环境中运行，因为运行能量再生系统10，21只需要总能量的一小部分，而不是所有变换器12和逆变器14的总能量。只有能量再生系统（电源转换系统）10，21的损失需要被补充；并且

5.建立能量再生系统10的花费比建立传统系统的要少的多，而且同时可以减少电力花销。

因为能量交换是从直流到直流，而不是交流到交流，所以不需要复杂且昂贵的交流到交流设备，或者交流到主电网的能量融合和相位同步设备。另外，在能量再生系统（电源转换系统）10，21中可以使用简单的能够提供修正正弦波、近似正弦波、方波、和/或其他能够接受的交流波形的逆变器。使用简单逆变器可以避免使用只有在交流到主电网的融合方法被应用时才必要的更加昂贵的纯正弦波变换器。

本实用新型优选的实施方式中的能量再生系统（电源转换系统）10，21能够实现对于各种变换器和逆变器的经济的全功率测试，所述测试可以节省大量的电能。因此，能量再生系统（电源转换系统）10，21有着非常广泛的应用，特别是在老化架，寿命测试，ORT(连续进行地可靠性试验)，RDT(可靠性展示测验)，ATE(自动测试设备)，变换器测试，逆变器测试，以及任何被改为用来反馈未用能量的电力设备。

图3，图6和图7中所示的能量再生系统（电源转换系统）10和21包括一个变换器12。变换器12优选地是一个输入为交流电压输出为直流电压的交流变直流变换器。能量再生系统（电源转换系统）10和21还包括一个逆变器14。逆变器14优选地是一个输入直流电压输出交流电压的直流变交流的变换器。变换器12可以包括功率因数修正电路。逆变器14输出的交流电压可以是纯正弦波、修正正弦波，近似正弦波，方波或适合作为变换器12输入端波形的任何上述波形的组合或衍生。

本实用新型优选的实施方式中的能量再生系统（电源转换系统）10，21同时包括一个补充电源16。补充电源16可以是一个交流到直流的变换器，直流到直流的变换器，一个电池，一个太阳能板，一个风气轮机，任何其他合适的电源，或者是能够输出直流电能并将此电能输入能量回收环路的这些设备的组合。

图6所示一个优选实施例。在图6中，逆变器14优选地作为变换器12的负载。这个负载的特性优选地与输入到逆变器14的能量形成函数关系。通过比较图4和图6，我们可以理解使用连接在变换器12上的无缘负载20的传统系统18和使用连接在变换器12上的逆变器14的能量再生系统（电源转换系统）10的能量消耗的不同。

如图4及以上的描述，在传统系统18中，1100瓦被损失掉，其中包括变换器12消耗的100瓦和无缘负载电阻20消耗的1000瓦。相对地，如图6所示，根据本实用新型的优选实施例，只有200瓦被损失掉，其中包括变换器12消耗的100瓦和逆变器14消耗的100瓦。因此，在此实施例中，节约了900瓦的能量。补充电源16、导线和控制设备等的能量损失在此实施例中可以被忽略，因为他们只代表回收能量的一小部分。

在本实用新型的优选实施例中，逆变器14作为电子负载并且能够将直流电压转换为交流电压，或者变换器作为电子负载并且能够将交流电能转换为直流电能。因此，变换器12的负载和直流到交流的转换，或者逆变器的负载以及交流到直流的转换可以在一个设备里完成，从而提升了能量再生系统10，21的效率。能量再生系统（电源转换系统）10，21优选地在一个能量回收环路中运转，根据要求，此能量回收环路可以被控制和调节从而保持变换器12或/和逆变器14的电流负载的精确性。附加电路可能会被需要用来实现这个控制和调节或者提供保护功能。

本实用新型的优选实施例还可以用变换器12或逆变器14而非工业标准电子或电阻负载在测试、认证、试验台测试和各种其他应用中来实现。

应该指出，以上描述只是对本实用新型的解释。各种改动和变换形式都可以被具有相关技术背景的技术人员在不脱离本实用新型的情况下想到。据此，本实用新型包括所有这些改动、变换形式以及其他涉及所述权利要求书范围的变化。

Claims

1.一种在交变直和直变交电源转换系统中再生负载能量的系统，包括一个交变直电源变换器，一个直变交电源逆变器和一个补充电源，其特征在于，所述变换器和逆变器的直流端和交流端相互电联接在一起组成一个电回路，所述变换器，逆变器和补充电源被安排成一种方式，这种方式可以使得当电流在电回路中流动时，变换器是逆变器的负载，同时逆变器是变换器的负载，补充电源用来补充能量再生系统中的能量损失，包括电回路中变换器和逆变器中的能量损失。

2.根据权利要求1中所述的一种在交变直和直变交电源转换系统中再生负载能量的系统，其特征在于，补充电源输出直流电。

3.根据权利要求1中所述的一种在交变直和直变交电源转换系统中再生负载能量的系统，其特征在于，补充电源的输出端连接在变换器和逆变器的直流端。

4.根据权利要求1中所述的一种在交变直和直变交电源转换系统中再生负载能量的系统，其特征在于，系统还包括至少另一个变换器，这个变换器与已有变换器、逆变器和补充电源组合在一起，其中，逆变器、变换器和至少另一个变换器的交流端连在一起。

5.根据权利要求1中所述的一种在交变直和直变交电源转换系统中再生负载能量的系统，其特征在于，系统还包括至少另一个逆变器，这个逆变器与已有变换器、逆变器和补充电源组合在一起，其中，逆变器、变换器和至少另一个逆变器的直流端连在一起。

6.根据权利要求1中所述的一种在交变直和直变交电源转换系统中再生负载能量的系统，其特征在于，变换器包括功率因数修正电路。

7.根据权利要求1中所述的一种在交变直和直变交电源转换系统中再生负载能量的系统，其特征在于，逆变器输出纯正弦波，修正正弦波，类似正弦波，方波，和/或组合波。

8.根据权利要求1中所述的一种在交变直和直变交电源转换系统中再生负载能量的系统，其特征在于，变换器中通过调节其参数可以控制电回路中的负载电流。

9.根据权利要求1中所述的一种在交变直和直变交电源转换系统中再生负载能量的系统，其特征在于，补充电源中通过调节其参数可以控制电回路中的负载电流。

10.根据权利要求1中所述的一种在交变直和直变交电源转换系统中再生负载能量的系统，其特征在于，补充电源中通过调节其参数可以控制电回路中负载电流的幅值。

11.根据权利要求1中所述的一种在交变直和直变交电源转换系统中再生负载能量的系统，其特征在于，补充电源中通过调节其参数可以控制电回路中负载电流的方向。

12.根据权利要求1中所述的一种在交变直和直变交电源转换系统中再生负载能量的系统，其特征在于，补充电源的输出和变换器直流输出端被设定来控制电回路中的负载电流。

13.根据权利要求1中所述的一种在交变直和直变交电源转换系统中再生负载能量的系统，其特征在于，系统又包括一个控制电路，用来控制电回路中的负载电流。

14.根据权利要求1中所述的一种在交变直和直变交电源转换系统中再生负载能量的系统，其特征在于，系统又包括一个控制电路，用来提供控制，监测，测量或保护功能。