TW201606471A - 電壓控制之裝置及方法 - Google Patents

Abstract

本發明的實施例提供一種用以控制提供給負載之電壓的裝置，其包含：一變壓器，該變壓器具有在介於一交流電源與一負載之間的電路中的初級繞組和次級繞組，其中該初級繞組和次級繞組具有一預定繞組比；及一開關裝置，該開關裝置安排來以第一和第二組態選擇性地將該變壓器之初級繞組連接於該交流電源，使得當在第一組態時，自該次級繞組輸出之電壓從該電源之電壓中抵減掉，而當在該第二組態時，自該次級繞組輸出之電壓則加到該電源之電壓。

Description

電壓控制之裝置及方法

本發明之實施例是有關於一種控制交流電源之電壓的裝置及方法。本發明實施例特別是關於一種選擇性地減少或增加交流電源之電壓的裝置及方法。

WO 2010/067104描述一種為了能源效率的電壓降低系統，且為了所有目的以參考的方式併入本文。如圖1所示，該系統包含一變壓器10，該變壓器10包括介於一電源21及一負載30之間的電路中的初級繞組11及次級繞組12。一功率轉換器20連接於該電源21以對該初級繞組11提供電壓調節。該初級繞組11與該次級繞組12是安排成使得次級繞組中產生的電壓與該電源電壓反相位，且因此從該電源電壓中減去。提供至該初級繞組11的電壓是由功率轉換器20來改變。電氣負載接收一電壓V_L，該電壓V_L等於該電源電壓V_IN減去跨該次級繞組12兩端產生的一第二電壓V_S的值。V _L =V _IN -V _S 。該第二電壓V_S是與由功率轉換器20所控制跨於該初級繞組11上的一第一電壓V_P成比例，其中該比例是由變壓器的匝數比所決定，例如10：1。因此，該系統用來可控制地減少施加至該負載30的電壓V_L。

WO 2010/067104的系統係為了節能的目的而提供，以 減少施加至負載30的電壓，諸如在家庭或小型商業應用，因其可理解地，負載所汲用的功率也降低了。

然而，可想而知的，在一些情況下會想要增加提供至一負載的電壓。例如，在某些國家的電源電壓並不可靠，並且可能會週期性地下降。

本發明的實施例之一目的是至少減輕現有技術中的一個或多個問題。依據本發明之實施例，提供了一種用以控制提供予一負載的電壓的裝置，包含：一變壓器，及一開關組件；該變壓器具有在介於一交流電源與一負載之間的電路中的初級繞組和次級繞組，其中，該初級繞組和次級繞組具有一預定繞組比；該開關組件安排來將該變壓器之初級繞組以第一組態和第二組態選擇性地連接於該交流電源，使得當在第一組態時，該次級繞組輸出的電壓從該電源之電壓中抵減掉，而當在該第二組態時，該次級繞組輸出的電壓則加到該電源之電壓。

21‧‧‧電源

200‧‧‧裝置

10、210‧‧‧變壓器

11、211‧‧‧初級繞組

12、212‧‧‧次級繞組

20、220‧‧‧功率轉換器

221‧‧‧端子

30、230‧‧‧負載

240‧‧‧開關組件

241‧‧‧電流感測器

242‧‧‧溫度感測器

243‧‧‧旁路開關

250‧‧‧電子控制模組

260‧‧‧熱斷路器

262‧‧‧第二保險絲

263‧‧‧第一保險絲

300‧‧‧方法

310~350‧‧‧步驟

本發明的實施例現在將透過僅供示例用的方式參照附圖來描述，其中：圖1呈現一種電壓降低系統；圖2呈現根據本發明的一實施例的一裝置；及圖3呈現根據本發明的一實施例的一方法。

圖2例示說明根據本發明一實施例的一裝置200。該裝置200是安排來藉由選擇地減少或增加提供到一負載230的一電 壓來控制一負載電壓。例如該裝置200可用來響應於一電源供應電壓的下降，而增加提供予負載230的電壓。裝置200也可進一步減少提供予負載的電壓以提高能量效率。該裝置可用於家用或小型商業應用，以控制提供給負載230的電壓。

裝置200包含具有初級繞組211及次級繞組212的一變壓器210、一功率轉換器220及用於控制該變壓器來選擇地減少或增加一輸出電壓的一開關組件240。在一實施例中，該開關組件240是安排來控制變壓器210之初級繞組211的一連接定向，如下文將解釋者。

變壓器210於初級繞組211和次級繞組212之間具有一預定繞組比。該繞組比可以例如為10：1，但應知此僅為示例。因此，供應予初級繞組211的250伏特電壓於次級繞組212上產生25伏特的輸出電壓。功率轉換器220是安排來改變提供至初級繞組211的電壓，例如從0調整至施加予電氣輸入端子221的一供應電壓，後者可能是例如250伏特。如WO 2010/067104案中有益地討論到的，這使功率轉換器220及變壓器210的功率額定值可依據該變壓器的比值降低，亦即減少到10%。功率轉換器220可於該功率轉換器的一操作電壓範圍內連續地調整提供予初級繞組的電壓。功率轉換器220可根據一輸入信號，運作來輸出一理想的輸出電壓。

次級繞組212是被安排以相對於初級繞組211來說反相位的方式捲繞。由於該反相位的繞組，提供至初級繞組211的正電壓導致在次級繞組212中感應出一負電壓，該負電壓與提供予初級繞組211的正電壓成比例。同樣地，提供予初級繞組211的負 電壓導致於次級繞組212中感應出一正電壓，該正電壓與所施加負電壓成比例。

開關組件240是安排來選擇性地以一第一及第二方向施加從功率轉換器220輸出的電壓至初級繞組211。在一實施例中，開關組件240是一雙極雙投(DPDT)繼電器，但可了解，也可使用其他種類的開關裝置，諸如：包含固態開關裝置，例如一基於金氧半導體場效電晶體之開關裝置。

開關組件240是安排來以該第一方向將該功率轉換器輸出的電壓施加至初級繞組211，使得一負電壓從次級繞組212輸出，且其會從施加至端子221的電壓中扣除，亦即如同WO 2010/067104中說明的。

在該第二方向上，功率轉換器220輸出的電壓以一相反組態施加於初級繞組211之該等端子，使得一正電壓從次級繞組212輸出，其會被加到提供予端子221的電壓上。因此，在此組態下，本裝置是安排來可響應於電源電壓的下降而提高提供至負載的電源之電壓。

因此，在開關組件240的第一組態中，裝置200是安排來降低施加至負載230的電壓，而在第二組態中，該裝置則增加提供予負載230的電壓。其可理解，該等“降低(減少)及增加”的用語是相對於端子221上的電壓決定。因此，若250伏特的電壓提供予端子221，且功率轉換器220組配來提供該250伏特的電壓給初級繞組211，則開關組件240在該第一組態時，-25伏特的電壓即由次級繞組212輸出，使得225伏特的電壓被提供予負載；而當在第二組態時，該次級繞組則輸出+25伏特的電壓，使得275伏特 的電壓被提供予負載230。因此，提供予負載230的電壓可相對於端子221的電壓而選擇性地增加或減少(降低)。

本發明實施例的功效相對於會波動，特別是會間歇性地下降的電源電壓，特別地顯著。當電源電壓下降時，裝置200可選擇地以該第二方向將功率轉換器220輸出的電壓施加至該初級繞組，使得提供予負載230的電壓相對於該電源電壓而增加。裝置200因此可選擇地補償供應電壓的下降。功率轉換器220輸出的電壓可被控制來維持提供予負載230的電壓在一預期的電源電壓，例如調節到220伏特之一電壓。當電源電壓保持相對固定時，裝置200可用於選擇性地減少提供予負載230的電壓，如WO 2010/067104所述，以求能量效率。本發明實施例以此方式可以在補償可變的電源電壓的同時，提供效率增益。

裝置200之示例性實施例之進一步細節此刻將提供。

該裝置進一步包括一旁路開關243。一溫度感測器242安排來持續性或間歇性地測量變壓器210的溫度。一信號從感測器242被饋送至一電子控制模組250，當到達某一溫度時，電子控制模組250輸出一信號以使開關243閉合，因此透過一第一保險絲263將負載230直接連接至電源221。這使得功率轉換器220及變壓器210可被額定到裝置200獲期望的平均負載。當該旁路開關243被操作時，變壓器210即獲允許冷卻。

一熱斷路器(TCO)260設於次級繞組212的輸出上以保護變壓器210。熱斷路器260是安排來在開關243因某種原因而故障的情況下運作。如果開關243故障，該變壓器將在熱斷路器260運作前，在一較高溫度下運作一段期間。該熱斷路器具有一 最大可承受電流額定，超過此額定時，一第二保險絲262即作動來保護變壓器210。第二保險絲262是設定來在熱斷路器260的一最大電流額定以下作動，以預防保險絲262在變壓器210達到其熱跳脫位準前發生損害運作。一電流感測器241安排來測量該電源的電流，且連接來對控制模組250提供指出該電流的一信號。控制模組250運作來在低於保險絲262的額定之一電流位準下，使開關243閉合。

第二保險絲262是安排成與該電源串聯到變壓器210。第二保險絲262可具有一比第一保險絲263低的電流額定。該第二保險絲可被選定為具有等同於該變壓器210連續額定值的一跳脫額定值，且與次級繞組212串聯配置以中斷經由變壓器210流至負載230的電流。

在另一實施例中，雖然未顯示，但變壓器210可包括一熱操作開關，其中，該開關的一輸出連接於一閂鎖繼電器。該閂鎖繼電器用於斷開該次級繞組212。如此一來，當變壓器210超過一預定溫度時，次級繞組212即會被該閂鎖繼電器斷開。

圖3說明一依據本發明一實施例的方法300。該方法300可由圖2所示的裝置執行。特別是，該方法300可由控制模組250執行。

該方法包含判斷一電源電壓是否低於一預定臨界值的一步驟310，該電源電壓即圖2中提供給端子221的電壓。例如當輸入電壓預計是250伏特時，該臨界值可以是220伏特，但可理解這僅是示例。該預定臨界值可相對於預計輸入電壓來界定，例 如界定為預計電壓的一預定百分比。

在步驟320中，若步驟310中該電壓小於臨界值，則該負載電壓即相對於該輸入電壓增加。如先前所述，藉由操作性地以該第二方向連接初級繞組211之開關組件240，使得次級繞組212的輸出加入該輸入電源電壓，負載電壓在圖2的裝置中即增加。

在步驟330中，若該電源電壓不小於該臨界值，則供至負載230的電壓可以為了能量效率而被降低。如先前所述地，藉由操作性地以該第一方向連接初級繞組211之開關組件240，使得次級繞組212的輸出對該輸入的電源電壓來說是減除的，負載電壓在圖2的裝置中即減少。

在步驟340，變壓器210的一溫度是否高於一預定臨界值被判定。若該變壓器高於該臨界值，則操作移至步驟350，其中變壓器210諸如藉由開關243而旁路略過。該變壓器即被允許冷卻，於是該開關243可被重新連接以允許該變壓器210恢復操作，且該方法回到步驟310。

其可理解，保險絲262、263可操作來在電流超過其中任一保險絲的額定時，中斷電流。

本發明的實施例提供用以選擇性地增加或減少提供至一負載的電壓之一方法及一裝置。提供至該負載的電壓可選擇性地為了能量功率而減少，及若一電源電壓下降時可選擇性地增加。

應理解，本發明實施例可以以硬體、軟體、或硬體與軟體的組合之形式來實現。任何這樣的軟體可以用依電性或非 依電性儲存的形式來儲存，諸如例如像是ROM的一儲存組件，不管是可抹除或可重寫與否；或者用記憶體的形式儲存，諸如例如RAM、記憶體晶片、裝置或積體電路；或是儲存在光學或磁性可讀媒體上，諸如例如CD、DVD、磁碟或磁帶。將可以理解的，儲存組件及儲存媒體為適用於儲存當執行時實現本發明實施例的程式之機器可讀儲存體的實施例。因此，實施例提供了包含用以實行如任何請求項請求之一系統或方法的程式碼的一程式，以及提供儲存該程式的一機器可讀儲存體。更進一步地，本發明實施例可以電子式地通過任何媒體來傳達，諸如通過一有線或無線連接承載之一通訊信號，且實施例適當地涵蓋此等態樣。

本說明書(包含任何所附申請專利範圍、摘要及圖式)中揭露的所有特徵，及/或所揭露任何方法或程序的所有步驟可以以任何結合態樣組合，除了至少一些特徵及/或步驟互斥的組合態樣之外。

本說明書(包含任何所附申請專利範圍、摘要及圖式)揭露的每一特徵可被符合相同、等效或相似之目的之可替換特徵取代，除非另有說明。因此，除非明確說明，否則所揭露的每個特徵僅是廣義系列的等效或類似特徵的一個實例。

本發明不限制於任何前述實施例的細節。本發明延伸及於本說明書(包含任何所附申請專利範圍、摘要及圖式)中所揭露特徵的任何新穎者或任何新穎組合，或者及於所揭露之任何方法或程序中的步驟的任何新穎者或任何新穎組合。申請專利範圍不應該被解釋為僅涵蓋前述的實施例，而是應解釋為涵蓋 落入申請專利範圍範疇內的任何實施例。

200‧‧‧裝置

210‧‧‧變壓器

211‧‧‧初級繞組

212‧‧‧次級繞組

220‧‧‧功率轉換器

221‧‧‧端子

230‧‧‧負載

240‧‧‧開關組件

241‧‧‧電流感測器

242‧‧‧溫度感測器

243‧‧‧旁路開關

250‧‧‧電子控制模組

260‧‧‧熱斷路器

262‧‧‧第二保險絲

263‧‧‧第一保險絲

Claims (17)

1. 一種用以控制提供予負載之電壓的裝置，包含：一變壓器，具有在介於一交流電源與一負載之間的電路中的初級繞組和次級繞組，其中，該初級繞組和次級繞組具有一預定繞組比；一開關組件，安排來將該變壓器之該初級繞組以第一組態和第二組態選擇性地連接於該交流電源，使得在該第一組態時，該次級繞組輸出的電壓從該電源之電壓中抵減掉，而在該第二組態時，該次級繞組輸出的電壓則加到該電源之電壓。
2. 如請求項1所述的裝置，其中，從該次級繞組輸出的電壓是該電源之電壓依據繞組比的一預定部分。
3. 如請求項1或2所述的裝置，其中，該次級繞組以對該初級繞組來說反相位的方式配置。
4. 如請求項1、2或3所述的裝置，其中，該開關組件包含安排來以該第一及第二組態連接該初級繞組的繼電器。
5. 如前述請求項中任一項所述的裝置，更包含：一功率轉換器，安排來調節提供予該初級繞組的電壓，其中，該開關組件配置於該功率轉換器之一輸出與該初級繞組之間。
6. 如請求項5所述的裝置，其中，該功率轉換器安排來控制該次級繞組輸出的電壓。
7. 如請求項5或6所述的裝置，其中，該功率轉換器安排來連續地控制提供予該初級繞組的電壓。
8. 如請求項1至7中任一項所述的裝置，更包含一控制單元，該控制單元安排來監測該電源之一電壓及控制該開關組件。
9. 如請求項8所述的裝置，當依附於請求項5或7中任一項時，其中，該控制單元安排來響應於該電源之電壓來控制該功率轉換器，以維持提供予該負載的電壓於一預定範圍內。
10. 如請求項1至9中任一項所述的裝置，其中，該電源提供到該次級繞組的一輸出。
11. 如請求項1至10中任一項所述的裝置，更包含：旁路構件，用以使該變壓器斷離開電路，並在該變壓器的一預定過載之情況下，使該電源直接連接於該負載，其中，該旁路構件包含：i)一旁路開關，用以直接將供電改道轉移給該負載，ii)用以判斷該變壓器之溫度的構件，iii)用以測量通過該負載之電流的構件，iv)控制構件，用以從該溫度判斷構件及從該電流測量構件接收信號，並於該溫度與電流兩者任一的一最大預定位準時操作該旁路開關；及其中其系統還包含：故障保護構件，用以在該旁路開關無法於任一該預定最大位準操作時，中斷通過該變壓器之次級繞組的電流，其中，該故障保護構件包含：i)一熱跳脫裝置，連接於該變壓器之次級繞組，並適於在該變壓器之一預定升高溫度到一預定週期之後，中斷該變壓器之次級繞組至該電源的連接；及ii)一保險絲，和該電源與該熱跳脫裝置串接，且適於 在低於該熱跳脫裝置之一最大電流額定的一預定升高電流位準時，中斷該變壓器之該次級繞組至該電源的連接。
12. 如請求項1至10中任一項所述的裝置，更包含：一溫度感測器，安排來監測該變壓器的一溫度，以及輸入一指示該溫度的信號；安排來接收該信號以及響應於該信號而斷開與該次級繞組的連接之一開關組件。
13. 一種控制提供予負載之電壓的方法，包含：判斷一電源之電壓是否小於一預定電壓，並將一變壓器之一初級繞組選擇性地以第一組態及第二組態兩者其中之一連接於一交流電源及一負載間；其中，在第一組態中，該變壓器之一次級繞組輸出的電壓從該電源提供予該負載的電壓中抵減掉，而在第二組態中，該變壓器之該次級繞組輸出的電壓則加到該電源提供予該負載的電壓。
14. 如請求項13所述的方法，其中，從該次級繞組輸出的電壓是該電源之電壓依據繞組比的一預定部分。
15. 如請求項13或14所述的方法，其中，該次級繞組是以對該初級繞組來說反相位的方式配置。
16. 如請求項13至15中任一項所述的方法，更包含調節提供予該初級繞組的電壓以控制從該次級繞組輸出的電壓。
17. 如請求項16所述的方法，其中，提供予該初級繞組之電壓於一預定電壓範圍內連續地被調節。