專利名稱：使用電弧設(shè)備的直流電源設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種DC電源設(shè)備，該電源設(shè)備可以與電孤設(shè)備一起使用，如一種電弧焊機(jī)、一種弧形切割器或者一種放電燈點火器，更具體而言，本發(fā)明涉及使用多種AC電壓中的任何一種操作的DC電源設(shè)備。
這樣一種DC電源設(shè)備的實例公開于2000年4月25日授予HaruoMoriguchi等的名稱為“使用電孤設(shè)備的DC電源設(shè)備”的美國專利US6,054,674中，該專利對應(yīng)于1999年7月30日公開的日本專利申請公開號HEI11-206123。公開于該美國專利的電源設(shè)備的電路圖表示在

圖1中。該DC電源設(shè)備具有電源輸入端1a，1b，1c。
假定把商業(yè)AC低壓組中的一個電壓提供給該電源輸入端1a-1c。該AC電壓通過開關(guān)2a，2b，2c與輸入側(cè)整流器3連接，并在其中得到整流。開關(guān)控制單元30判斷正在給輸入端1a-1c提供該AC低壓。由開關(guān)控制單元30作出的判斷提供給降壓轉(zhuǎn)換器控制單元9，據(jù)此，控制單元9給可控硅元件控制單元11發(fā)出指令，以接通可控硅元件10。同時，開關(guān)控制單元30使常閉開關(guān)12a打開，使常開開關(guān)12b和12c閉合，這使平滑電容器8a和8b彼此并聯(lián)連接。接著，從商業(yè)AC低壓整流獲得的電壓經(jīng)過并聯(lián)連接的電容器8a和8b平滑，平滑后的電壓分別提供給與電容器8a和8b并聯(lián)連接的變換器14a和14b，并在其中被轉(zhuǎn)換成高頻電壓。來自變換器14a和14b的高頻電壓分別由電壓變壓器18a和18b變壓，變壓后的電壓由輸出側(cè)整流器20a和20b整流，并由平滑電抗器26a和26b平滑。整流和平滑后出現(xiàn)在輸出端28P和28N之間的電壓提供給負(fù)載(未示出)。
當(dāng)給電源輸入端1a-1c提供一個并非最高電壓575V的商業(yè)AC高壓組中的電壓時，該電壓在輸入側(cè)整流器3中得到整流。開關(guān)控制單元30判斷提供一個并非575V的商業(yè)AC高壓，使可控硅元件10導(dǎo)通。這使常閉開關(guān)12a閉合，常開開關(guān)12b和12b打開。接著使電容器8a和8b彼此串聯(lián)連接。由商業(yè)AC高壓整流后得到的高壓施加于電容器8a和8b的串聯(lián)組合上。按照與上述相同的方式，根據(jù)提供給電源輸入端1a-1c的商業(yè)AC低壓，在輸出端28P和28N之間產(chǎn)生一個提供給負(fù)載的相應(yīng)DC電壓。
當(dāng)給電源輸入端1a-1c提供本實例中討論的商業(yè)AC高壓組中的最高電壓575V的商業(yè)AC電源時，該電壓在輸入側(cè)整流器3中得到整流。開關(guān)控制單元30檢測正在使用的575V的商業(yè)AC電源，可控硅元件10斷開。常閉開關(guān)12a閉合，常開開關(guān)12b和12c打開，這使電容器8a和8b彼此串聯(lián)連接。除了IGBT5之外，還具有一個續(xù)流二極管6和一個平滑電抗器7的降壓轉(zhuǎn)換器4的IGBT5也是由降壓轉(zhuǎn)換器控制單元9控制，以便連接到串聯(lián)組合的電容器8a和8b上的一個降低和經(jīng)過整流的電壓。加在串聯(lián)組合電容器上的整流后的電壓大小，與提供給電源輸入端1a-1c的AC高壓組中第二高的電壓時提供的電壓相等，即現(xiàn)在所述實例中的460V。按照與上述相同的方式，根據(jù)給電源輸入端1a-1c提供的低壓，在輸出端28P和28N之間產(chǎn)生一個提供給該負(fù)載的DC電壓。
當(dāng)?shù)蛪航M中的一個電壓，即200V，208V，230V或240V提供給電源輸入端1a-1c時，加在并聯(lián)組合的電容器8a和8b上的電壓的大小等于輸入AC電源電壓乘以 例如，在提供200V電壓的商業(yè)AC電源連接到輸入端1a-1c時，加在并聯(lián)組合平滑電容器8a和8b上的電壓約為280V。當(dāng)輸入商業(yè)AC電源電壓為240V時，加在電容器并聯(lián)組合上的電壓約為340V。
除575V外，當(dāng)給電源輸入端1a-1c提供高壓組電壓之中的一個電壓，即380V，400V，410V，或者460V時，加在每一個串聯(lián)連接的電容器8a和8b上的電壓的幅值等于輸入AC電源電壓乘以 例如，當(dāng)提供380V電壓的商業(yè)AC電源連接到輸入端1a-1c時，加在每一個串聯(lián)連接的平滑電容器8a和8b上的電壓約為270V。當(dāng)輸入的商業(yè)AC電源電壓是460V時，加在每一個電容器上的電壓的幅值約為325V。
設(shè)置降壓轉(zhuǎn)換器4，使得在給電源輸入端1a-1c提供575V的商業(yè)AC電壓時，產(chǎn)生的輸出電壓為460V乘以 約為650V。因此，在每一個彼此串聯(lián)連接的電容器8a和8b上提供一個約325V的電壓。
采用上面的布置，可以采用能夠處理最大電壓340V、在市場上可以購買的多用途半導(dǎo)體器件，作為處理各種幅值的高壓和低壓變換器14a和14b的半導(dǎo)體開關(guān)器件。
在一些國家和地區(qū)，例如在美國和日本，采用100V和115V的較低商業(yè)AC電壓。當(dāng)在這些國家和地區(qū)使用上述類型的DC電源設(shè)備時，平滑電容器8a和8b相互并聯(lián)連接，因此，加在每一個平滑電容器8a和8b上的電壓是100V或者115V乘以 即約為140V或者約為160V。因此，在輸出端28P和28N之間不能夠獲得負(fù)載要求的電壓幅值。
換句話說，上述DC電源設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠處理所有大約100V數(shù)量級的商業(yè)AC低壓，大約200V數(shù)量級的商業(yè)AC低壓，約為200V數(shù)量級的兩倍或以上的商業(yè)AC高壓。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種使用電弧設(shè)備，能夠與提供包括約100V數(shù)量級商業(yè)AC低壓的各種商業(yè)AC電源一起使用的DC電源設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
一種根據(jù)本發(fā)明的使用電弧設(shè)備的DC電源設(shè)備具有適合接收第一AC電壓，電壓大小約兩倍于第一AC電壓的第二AC電壓，和電壓大小約為第二AC電壓的兩倍或者兩倍以上的第三AC電壓中的一個的電源輸入端。該第一AC電壓可以是由第一組商業(yè)AC電源提供的多個商業(yè)AC電壓之一。該第二AC電壓可以是由第二組商業(yè)AC電源提供的多個商業(yè)AC電壓之一，該第三AC電壓可以是由第三組商業(yè)AC電源提供的多個商業(yè)AC電壓之一。
整流單元的兩個輸入端與電源輸入端連接，用于接收和全波整流提供給電源輸入端的AC電壓。整流單元產(chǎn)生的輸出電壓提供給降壓轉(zhuǎn)換器，在其輸出端之間產(chǎn)生一個預(yù)定降低的電壓。一個旁路開關(guān)在降壓轉(zhuǎn)換器輸入和輸出端之間提供一個旁路。
第一和第二電容器串聯(lián)連接在降壓轉(zhuǎn)換器的輸出端之間。一個開關(guān)電路連接在第一和第二電容器的節(jié)點以及該整流單元輸入端之一之間。一個DC至高壓轉(zhuǎn)換器將加在第一和第二電容器的串聯(lián)組合上的DC電壓轉(zhuǎn)換為高頻電壓，該電壓接著由一個變壓器進(jìn)行變壓。一個高頻至DC轉(zhuǎn)換器將來自變壓器的高頻電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓。
當(dāng)該第一AC電壓提供給電源輸入端時，控制器工作，以接通旁路開關(guān)，或使旁路開關(guān)閉合，從而斷開降壓轉(zhuǎn)換器，并接通開關(guān)電路。接著，整流單元的二極管部分，開關(guān)電路和第一及第二電容器形成一個全波型倍壓整流電路。
如果提供給電源輸入端的電壓是第二AC電壓，那么控制器工作，以接通旁路開關(guān)，斷開降壓轉(zhuǎn)換器，并斷開開關(guān)電路。當(dāng)給電源輸入端提供第三AC電壓時，控制器使旁路開關(guān)斷開，使降壓轉(zhuǎn)換器接通，并使開關(guān)電路斷開。
當(dāng)?shù)谝籄C電壓提供給本發(fā)明DC電源設(shè)備的電源輸入端時，開關(guān)電路和旁路開關(guān)接通，因此整流單元作為一個全波倍壓整流電路工作。因此，在第一和第二電容器的串聯(lián)組合上施加一個等于第一AC電壓乘以 的電壓。
當(dāng)提供第二AC電壓時，開關(guān)電路斷開和旁路開關(guān)接通。因此整流單元對該第二AC電壓進(jìn)行全波整流，在第一和第二電容器的串聯(lián)組合上施加一個等于第二AC電壓乘以 的電壓。由于第二AC電壓的大小約為第一AC電壓幅值的兩倍，因此在將第一AC電壓和第二AC電壓提供給電源輸入端時，加在第一和第二電容器的串聯(lián)組合上的各個電壓稍有不同。
當(dāng)給電源輸入端提供第三AC電壓時，旁路開關(guān)和開關(guān)電路都斷開，降壓轉(zhuǎn)換器接通。因此，將第三AC電壓經(jīng)過全波整流后得到的電壓提供給降壓轉(zhuǎn)換器，那么就產(chǎn)生一個低于提供給電源輸入端電壓的電壓。該低壓加到第一和第二電容器的串聯(lián)組合上。
如上所述，提供給DC至高頻轉(zhuǎn)換器的DC電壓大體相同，因此，不管給電源輸入端提供第一、第二還是第三AC電壓，都能夠給負(fù)載提供需求的DC電壓。
控制器可以包括一個電壓檢測器。該電壓檢測器檢測提供給電源輸入端的第一、第二或者第三AC電壓，并產(chǎn)生一個電壓指示信號，即第一AC電壓指示信號，第二AC電壓指示信號，或第三AC電壓指示信號。在這種情況下，還使用了一個選擇信號發(fā)生器和一個重合判斷裝置。該選擇信號發(fā)生器具有一個用戶可以用來選擇對應(yīng)于第一到第三AC電壓之一的選擇信號的選擇器或者操作裝置。該選擇信號提供給重合判斷裝置，電壓指示信號也與該裝置連接。在電壓指示信號和選擇信號不一致時，該重合判斷裝置使旁路開關(guān)和降壓轉(zhuǎn)換器斷開。
采用上述布置，在想要的電壓不同于實際連接到電源輸入端的電壓時，該DC電源設(shè)備不工作。
該控制器可以設(shè)置成在表示電壓的信號與選擇信號不一致時，使重合判斷裝置斷開旁路開關(guān)和降壓轉(zhuǎn)換器，還可以在來自電壓檢測器的電壓指示信號和來自選擇信號發(fā)生器的選擇信號都表示第一AC電壓時，使旁路開關(guān)和開關(guān)電路接通，并使降壓轉(zhuǎn)換器斷開。
采用這種布置，如果連接到該設(shè)備的電源輸入端的AC電壓不是用戶想要操縱該設(shè)備的電壓，那么該DC電源設(shè)備就不工作。因此，避免了誤操作。此外，如果用戶打算利用第一AC電壓操作該電源設(shè)備，以及連接到輸入端的AC電壓實際上是第一AC電壓，該設(shè)備可以正常工作。
控制器可以這樣設(shè)置，在來自電壓檢測器的電壓指示信號表示的AC電壓與來自選擇信號發(fā)生器的選擇信號表示的AC電壓不一致時，使重合判斷裝置斷開旁路開關(guān)和降壓轉(zhuǎn)換器，并在電壓指示信號對應(yīng)于選擇信號時使重合判斷裝置接通旁路開關(guān)并斷開開關(guān)電路和降壓轉(zhuǎn)換器。
采用這種布置，當(dāng)用戶打算利用第一到第三AC電壓之一操作該DC電源設(shè)備時，以及如果實際上連接到輸入端的電壓是不同的電壓時，防止該DC電源設(shè)備工作。當(dāng)該第二AC電壓連接到電源輸入端時，如果想要操作該設(shè)備的電壓是該第二AC電壓，那么該DC電源設(shè)備可以正常工作。
該控制器可以這樣設(shè)置，在來自電壓檢測器的電壓指示信號所表示的AC電壓與來自選擇信號發(fā)生器的選擇信號所表示的AC電壓不同時，使重合判斷裝置斷開旁路開關(guān)和降壓轉(zhuǎn)換器，并在該電壓指示信號和該選擇信號對應(yīng)于第三AC電壓時，使該重合判斷裝置斷開該旁路開關(guān)和開關(guān)電路，并接通降壓轉(zhuǎn)換器。
因此，如果實際上提供給DC電源設(shè)備電源輸入端的電壓不是用戶打算操作該DC電源設(shè)備的電壓，那么防止該設(shè)備工作，并且當(dāng)用戶要用第三AC電源電壓操作該電源設(shè)備時，如果該AC電壓提供給電源輸入端，那么該DC電壓可以正常工作。
該控制器可以包括一個重合判斷裝置以及上述的電壓檢測器和選擇信號發(fā)生器。該重合判斷裝置接收來自電壓檢測器的電壓指示信號和來自選擇信號發(fā)生器的選擇信號。在電壓指示信號和選擇信號都對應(yīng)于第一AC電壓時，該重合判斷裝置使旁路開關(guān)和開關(guān)電路接通，使降壓轉(zhuǎn)換器斷開。在電壓指示信號和選擇信號表示的電壓是第二電壓時，該重合判斷裝置使旁路開關(guān)接通，使開關(guān)電路和降壓轉(zhuǎn)換器斷開。如果來自電壓檢測器的電壓指示信號和來自選擇信號發(fā)生器的選擇信號都表示第三AC電壓，那么該重合判斷裝置使旁路開關(guān)和開關(guān)電路斷開，并使降壓轉(zhuǎn)換器接通。如果電壓指示信號表示的電壓不同于選擇信號表示的電壓，那么該重合判斷裝置控制選擇信號發(fā)生器，使該選擇信號對應(yīng)于來自電壓檢測器的電壓指示信號。
采用這種布置，如果打算使用的電壓不同于提供給電源輸入端的電壓，那么該選擇信號將變化成對應(yīng)于電源輸入端的電壓，以便DC電源設(shè)備可以正常工作。因此，即使用戶不能夠確定實際連接到該設(shè)備電源輸入端的電壓，該DC電源設(shè)備也能夠正常工作。
200V量級的電壓大小大約是100V量級電壓幅值的兩倍，或者最大到2.4倍。400V量級電壓和575V電壓的大小大約是200V量級電壓的兩倍或兩倍以上。
電源輸入端101a和101b分別通過開關(guān)102a和102b與整流單元103的兩個整流器輸入端103N1和103N2的對應(yīng)一個相連。整流單元103可以例如是一個包括連接在一個橋式結(jié)構(gòu)內(nèi)的整流二極管103a，103b，103c和103d的全波整流電路。整流得到的整流電壓在整流器兩個輸出端103P和103N之間產(chǎn)生。
平滑電容器134連接在整流器輸出端103P和103N之間，用于平滑整流后的電壓。沖擊吸收電路與該平滑電容器134并聯(lián)連接，并包括一個二極管135和一個電容器136的串聯(lián)組合，以及一個與該二極管135并聯(lián)連接的電阻器137。如果和當(dāng)在沖擊電壓出現(xiàn)在整流單元103輸出側(cè)時，該沖擊吸收電路工作，通過該二極管135將沖擊電壓連接到該電容器136，以便該電容器136能夠吸收該沖擊電壓。
降壓轉(zhuǎn)換器104的輸入連接在整流器輸出端103P和103N之間。具體而言，一個半導(dǎo)體開關(guān)器件如一個IGBT105的集電極連接到該整流器輸出端103P。IGBT105的發(fā)射極連接到一個續(xù)流二極管106的陰極，該續(xù)流二極管106的陽極連接到整流器輸出端103N。IGBT105的發(fā)射極也連接到一個平滑電抗器107的一端。電抗器107的另一端和整流器輸出端103N提供降壓變換器104的輸出端104P和104N。電容器108a和108b的串聯(lián)組合連接在轉(zhuǎn)換器輸出端104P和104N之間。
出現(xiàn)在電容器108a和108b的串聯(lián)組合上的電壓由電壓檢測器132檢測。IGBT105的導(dǎo)通周期由電壓檢測器132和降壓轉(zhuǎn)換器控制單元(以下稱為轉(zhuǎn)換器控制單元)109反饋控制，以便使檢測的電壓具有預(yù)定值。
一個旁路開關(guān)例如一個可控硅元件110連接在該整流器輸出端103P和IGBT105的發(fā)射極之間。該可控硅元件110的陽極連接整流器輸出端103P，陰極連接IGBT105的發(fā)射極。當(dāng)來自旁路開關(guān)控制電路111的選通信號提供給其柵極時，可控硅元件110導(dǎo)通，從而使來自整流器輸出103P的電流通過可控硅元件110和電抗器107旁通到降壓轉(zhuǎn)換器104的轉(zhuǎn)換器輸出端104P。
開關(guān)電路154連接在電容器108a和108b的節(jié)點CON以及整流單元103的輸入端103IN2之間。當(dāng)開關(guān)電路154斷開時，整流單元103用作一個全波整流器電路。當(dāng)開關(guān)電路154閉合，可控硅元件110導(dǎo)通時，整流單元103的二極管103a和103d，可控硅元件110，平滑電抗器107，電容器108a和108b以及開關(guān)電路154形成一個全波倍壓整流器電路。
一個DC到高頻轉(zhuǎn)換器如一個變換器114連接在降壓轉(zhuǎn)換器輸出端104P和104N之間。該變換器114可以是一個由多個半導(dǎo)體開關(guān)器件如IGBT形成的全橋或半橋型變換器。
變換器114的輸出連接到變壓器118的初級繞組118P上。在變壓器118的次級繞組118S中感應(yīng)一個經(jīng)過變壓的高頻電壓。在高頻到DC轉(zhuǎn)換器120內(nèi)，該感應(yīng)的高頻電壓轉(zhuǎn)換成DC電壓，該高頻到DC轉(zhuǎn)換器包括整流二極管122和124，這些二極管的陽極連接次級繞組118S的相應(yīng)各端。二極管122和124的陰極一起連接到DC電源設(shè)備的輸出端128P。次級繞組118S的中間抽頭118T通過一個平滑電抗器126連接到DC電源設(shè)備的另一個輸出端128N。這些輸出端128P和128N適合與一個負(fù)載，如一個包括工件和電極的焊接設(shè)備負(fù)載相連接。
電流檢測器133連接在輸出端128P和二極管122和124的陰極連接點之間，用于檢測通過該負(fù)載的負(fù)載電流。電流檢測器133和變換器控制單元116反饋控制變換器114的IGBT的導(dǎo)通周期，以便使該負(fù)載電流具有預(yù)定的值。換句話說，該電源設(shè)備是恒流控制的。
控制器100根據(jù)提供給電源輸入端101a和101b的電壓控制該DC電源設(shè)備的工作。控制器100包括一個電壓檢測單元140，該電壓檢測單元具有一個連接在整流器輸出端103P和103N之間的分壓器。該分壓器由串聯(lián)連接在整流器輸出端103P和103N之間的電阻器141和142形成。電阻器142上的電壓提供給比較裝置，例如電壓檢測單元140的比較器143，144和145。比較器143接收來自第一參考電壓電源146的第一參考電壓，比較器144接收來自第二參考電壓電源147的第二參考電壓，比較器145接收來自第三參考電壓電源148的第三參考電壓。
第一參考電壓可以是對應(yīng)于由整流器103對提供給電源輸入端101a和101b的100V量級電壓中最低電壓即100V進(jìn)行整流，由電容器134平滑經(jīng)過整流的電壓，并由電阻器141和142對經(jīng)過整流和平滑后的電壓進(jìn)行分壓之后所得到的電壓。在電阻器142上的電壓等于或大于第一參考電壓時，該比較器143產(chǎn)生一個輸出信號。
第二參考電壓可以是對應(yīng)于由整流器103對提供給電源輸入端101a和101b的200V量級電壓中最低電壓即200V進(jìn)行整流，由電容器134平滑經(jīng)過整流的電壓，并由電阻器141和142對經(jīng)過整流和平滑后的電壓進(jìn)行分壓之后所得到的電壓。在電阻器142上的電壓等于或大于第二參考電壓時，該比較器144產(chǎn)生一個輸出信號。
第三參考電壓可以是對應(yīng)于由整流器103對提供給電源輸入端101a和101b的400V量級和575V電壓中最低電壓即380V進(jìn)行整流，由電容器134平滑經(jīng)過整流的電壓，并由電阻器141和142對經(jīng)過整流和平滑后的電壓進(jìn)行分壓之后所得到的電壓。在電阻器142上的電壓等于或大于第三參考電壓時，該比較器145產(chǎn)生一個輸出信號。
采用上述布置，當(dāng)100V量級的商業(yè)AC電源之一連接在電源輸入端101a和101b之間時，只有比較器143產(chǎn)生一個輸出信號，該信號作為第一AC電壓指示信號提供給一個重合電路149。
當(dāng)一個200V量級的商業(yè)AC電源之一提供于電源輸入端101a和101b之間時，比較器143和144都產(chǎn)生輸出信號，這些信號作為第二AC電壓指示信號提供給重合電路149。
當(dāng)提供一個400V量級電壓的商業(yè)AC電源之一或者提供575V電壓的商業(yè)AC電源連接在電源輸入端101a和101b之間時，比較器143，144和145的輸出信號都作為第三AC電壓指示信號輸送給重合電路149。
重合電路149也接收來自選擇信號發(fā)生器150的選擇信號。選擇信號發(fā)生器150由一個選擇器150a和一個電信號轉(zhuǎn)換器151形成。該選擇器150a具有一個接觸臂A和觸點B，C和D。操作員可以操縱臂A以便使該臂接觸任何一個觸點B，C和D。當(dāng)臂A擺動到并接觸觸點B時，電信號轉(zhuǎn)換器151給重合電路149提供一個第一選擇信號，表示DC電源設(shè)備應(yīng)該使用一個100V量級的低壓商業(yè)AC電源進(jìn)行工作。
當(dāng)臂A接觸觸點C時，電信號轉(zhuǎn)換器151給重合電路149提供一個第二選擇信號，表示DC電源設(shè)備應(yīng)該使用一個200V量級的低壓商業(yè)AC電源進(jìn)行工作。
當(dāng)臂A接觸觸點D時，電信號轉(zhuǎn)換器151給重合電路149提供一個第三選擇信號，表示電源設(shè)備應(yīng)該使用商業(yè)AC電源提供的400V量級電壓之一或者商業(yè)AC電源提供的575V電壓進(jìn)行工作。
當(dāng)只有比較器143給重合電路149提供輸出信號，同時重合電路149正在接收來自選擇信號發(fā)生器150的第一選擇信號時，重合電路149產(chǎn)生一個100V量級的激勵信號。當(dāng)比較器143和144都給重合電路149提供輸出信號，而重合電路149正在接收來自選擇信號發(fā)生器150的第二選擇信號時，重合電路149產(chǎn)生一個200V量級的激勵信號。當(dāng)所有比較器143，144和145都給重合電路149提供輸出信號，而重合電路149正在接收來自選擇信號發(fā)生器150的第三選擇信號時，重合電路149產(chǎn)生一個高壓激勵信號。
即使給重合電路149提供第一選擇信號，如果不是只有比較器143給重合電路149提供輸出信號，那么也不會產(chǎn)生一個對應(yīng)的激勵信號。此外，即使給重合電路149提供第二選擇信號，如果不是只有比較器143和144都給重合電路149提供輸出信號，那么也不會產(chǎn)生一個對應(yīng)的激勵信號。此外，即使給重合電路149提供第三選擇信號，如果不是所有比較器143，144和145都同時給重合電路149提供輸出信號，那么也不會產(chǎn)生一個對應(yīng)的激勵信號。
激勵信號提供給降壓轉(zhuǎn)換器指令單元152和開關(guān)電路指令單元153。在給該單元152提供100V量級或200V量級的激勵信號時，降壓轉(zhuǎn)換器指令單元152使降壓轉(zhuǎn)換器控制單元109工作。接著，降壓轉(zhuǎn)換器控制單元109使旁路開關(guān)控制單元111工作，從而使可控硅元件110導(dǎo)通。
當(dāng)給降壓轉(zhuǎn)換器指令單元152提供高壓激勵信號時，使降壓轉(zhuǎn)換器控制單元109控制降壓轉(zhuǎn)換器104的IGBT105。
當(dāng)不給降壓轉(zhuǎn)換器指令單元152提供激勵信號時，使降壓轉(zhuǎn)換器控制單元109停止工作，使可控硅元件110不導(dǎo)通，使降壓轉(zhuǎn)換器104停止工作。
在接收100V量級的激勵信號后，開關(guān)電路指令單元153使開關(guān)電路154閉合。在另外兩個激勵信號之一或者沒有激勵信號提供給該開關(guān)電路指令單元153時，開關(guān)電路154斷開。
由電源單元155給比較器143，144和145，重合電路149，電信號轉(zhuǎn)換器151，降壓轉(zhuǎn)換器指令單元152和開關(guān)電路指令單元153的工作提供電力。通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)出現(xiàn)在整流器輸出端103P和103N之間的電壓，電源單元155為這些元件提供電力。
采用上述的布置，當(dāng)選擇器150a的接觸臂A接觸觸點B時，表示電源設(shè)備應(yīng)該使用100V量級的電源進(jìn)行工作，重合電路149不產(chǎn)生激勵信號，因此，除非只有比較器143提供一個輸出信號，否則DC電源設(shè)備不工作。
采用選擇100V量級低壓商業(yè)AC電壓的選擇器150a，在電源輸入端101a和101b之間采用一個100V量級的低壓商業(yè)AC電源，重合電路149產(chǎn)生100V量級的激勵信號。這導(dǎo)致可控硅元件110導(dǎo)通，開關(guān)電路154閉合。并接著使全波倍壓整流器電路工作，從而在降壓轉(zhuǎn)換器104的輸出端104P和104N之間產(chǎn)生一個 (約280V)或者115V× (約290V)的電壓。該電壓在變換器114內(nèi)被轉(zhuǎn)換成高頻電壓，接著，在變壓器118中變壓，在高頻到DC轉(zhuǎn)換器120中轉(zhuǎn)換成DC電壓，提供給負(fù)載。
采用表示應(yīng)該使用一個200V量級電壓的選擇器150a，并在電源輸入端101a和101b之間不連接200V量級的電源，重合電路149不產(chǎn)生激勵信號，因此，DC電源設(shè)備不工作。
采用表示應(yīng)該使用200V量級電壓的選擇器150a，并在電源輸入端101a和101b之間連接200V量級的電源中的一個，重合電路149產(chǎn)生200V量級的激勵信號，該信號提供給降壓轉(zhuǎn)換器指令單元152，使降壓轉(zhuǎn)換器控制單元109激活旁路開關(guān)控制單元111，以便可控硅元件110接通。同時，開關(guān)電路指令單元153接收來自重合電路149的200V量級的激勵信號，使開關(guān)電路154斷開。因此，整流單元103作為一個全波整流電路工作，在降壓轉(zhuǎn)換器104的輸出端104P和104N之間產(chǎn)生 (約280V)， (約290V)， (約320V)和 (約340V)的電壓中的一個，這取決于在電源輸入端101a和101b之間提供的200V量級的商業(yè)AC電壓。
在轉(zhuǎn)換器輸出端104P和104N之間產(chǎn)生的電壓在變換器114內(nèi)轉(zhuǎn)換成一個高頻電壓，在變壓器118內(nèi)進(jìn)行變壓，在高頻到DC轉(zhuǎn)換器120內(nèi)轉(zhuǎn)換成一個DC電壓，最后提供給負(fù)載。
在選擇器150a指示DC電源設(shè)備應(yīng)該使用400V量級之一或者575V的電壓工作時，如果在電源輸入端101a和101b之間連接一個并非400V量級和575V的商業(yè)AC電源電壓，那么該重合電路149不產(chǎn)生激勵信號，因此，DC電源設(shè)備不工作。
在選擇器150a指示電源設(shè)備應(yīng)該使用這種AC電壓工作時，如果在電源輸入端101a和101b之間提供400V量級商業(yè)AC電壓中的一個或575V的電壓，那么該重合電路149產(chǎn)生該高壓激勵信號，該信號被提供給降壓轉(zhuǎn)換器指令單元152。該降壓轉(zhuǎn)換器指令單元152指令降壓轉(zhuǎn)換器控制單元109開始控制IGBT105。高壓激勵信號也提供給開關(guān)電路指令單元153，以指令開關(guān)電路154斷開。這使得在整流器輸出端103P和103N之間產(chǎn)生一個電壓，該電壓是 (約530V)， (約560V)， (約570V)， (約610V)， (約640V)和 (約800V)中的一個，這取決于提供給電源輸入端101a和101b之間的電壓。降壓轉(zhuǎn)換器104降低整流器輸出端103P和103N之間產(chǎn)生的電壓，例如約280V。該280V的電壓接著在變換器114中轉(zhuǎn)換成高頻電壓，該高頻電壓在變壓器118中進(jìn)行變壓。該變壓后的高頻電壓接著在高頻到DC轉(zhuǎn)換器120中轉(zhuǎn)換成一個DC電壓，最后提供給負(fù)載。
當(dāng)在電源輸入端101a和101b之間連接一個100V量級的電源時，開關(guān)電路154閉合，以致整流單元103和平滑電容器108a和108b作為一個全波整流器倍壓電路工作。因此，提供給負(fù)載的電壓基本上等于使用200V量級的電源時提供的電壓，并可能是負(fù)載需要的電壓。
在電源輸入端101a和101b上連接200V量級，400V量級的電源中的一個或者575V的電源時，如果開關(guān)電路154閉合，使整流單元103作為一個倍壓器工作，那么將有一個非常高的電壓施加在電容器108a和108b的串聯(lián)組合上，造成變換器114損壞。同樣，在電源輸入端101a和101b之間連接400V量級電源中的一個或者575V的電源時，如果降壓轉(zhuǎn)換器104不隨正導(dǎo)通的可控硅元件110工作，那么將會給變換器114施加一個高壓，使變換器損壞。
但是采用上述布置，如果通過選擇器150a選擇的電壓不同于施加在電源輸入端101a和101b之間的商業(yè)AC電源電壓，那么DC電源設(shè)備不工作。換句話說，不同于現(xiàn)有技術(shù)的DC電源設(shè)備；即使在這種情況下，本發(fā)明的DC電源設(shè)備也不會被損壞。
由于使用降壓轉(zhuǎn)換器104，即使使用400V量級電源中的一個或者575V的電源，也只有一個約280V的電壓施加在該變換器114上。當(dāng)在電源輸入端101a和101b之間施加一個100V或者200V的低商業(yè)AC電壓時，加在變換器114上的電壓也約為280V。因此，作為變換器114的IGBT，可以使用發(fā)射極-集電極耐壓為600V的通常可以購得的通用IGBT。即使在輸入端101a和101b之間施加一個大于200V的低壓，加在變換器114上的最大可能電壓僅是380V，變換器114的IGBT可以是上述那種通?？梢再彽玫耐ㄓ肐GBT。
除了根據(jù)降壓轉(zhuǎn)換器控制單元109發(fā)出的信號操作旁路開關(guān)控制單元111，也可以根據(jù)降壓轉(zhuǎn)換器指令單元152直接提供的信號操作旁路開關(guān)控制單元111。
在重合電路149指示選擇信號發(fā)生器150的選擇信號和比較器143，144和145的輸出不一致時，可以使用一個指示器如一個指示燈或者一個蜂鳴器。
在上述實施例中，在重合電路149指示選擇信號與比較器143，144和145的輸出信號不一致時，可以防止DC電源設(shè)備工作。但是，DC電源設(shè)備可以設(shè)有一個驅(qū)動選擇信號發(fā)生器150的選擇器150a的驅(qū)動單元，以便切換到提供一個對應(yīng)于比較器143，144和145的輸出的選擇信號的狀態(tài)。
此外，除了在整流器輸出端103P和IGBT105的發(fā)射極之間連接可控硅元件110外，也可以在整流器輸出端103P和降壓轉(zhuǎn)換器輸出端104P之間連接該可控硅元件110。
此外，可以使用另外一種裝置如前饋型旁路開關(guān)電源作為DC到高頻轉(zhuǎn)換器，來替代變換器114。
權(quán)利要求
1.一種使用電孤設(shè)備的直流電源設(shè)備，包括幾個電源輸入端，適合于接收第一交流電壓，幅值大約是所述第一交流電壓兩倍的第二交流電壓以及幅值為第二交流電壓的兩倍或者更大的第三交流電壓中的一個；一個整流單元，具有兩個連接所述電源輸入端中的一組的整流器輸入端，用于對提供到所述兩個整流輸入端之間的交流電壓進(jìn)行全波整流，并在兩個整流器輸出端之間產(chǎn)生一個整流后的輸出電壓；一個降壓轉(zhuǎn)換器，具有兩個其間施加所述整流后輸出電壓的轉(zhuǎn)換器輸出端，和兩個其間產(chǎn)生預(yù)定降低輸出電壓的轉(zhuǎn)換器輸出端；一個旁路開關(guān)，適合于在所述轉(zhuǎn)換器輸入端之一和所述降壓轉(zhuǎn)換器的所述轉(zhuǎn)換器輸出端之一之間提供一個旁路；串聯(lián)連接在所述降壓轉(zhuǎn)換器的所述兩個轉(zhuǎn)換器輸出端之間的第一和第二電容器；一個連接在所述第一和第二電容器的節(jié)點和所述兩個整流器輸入端之一之間的開關(guān)電路；一個直流到高頻轉(zhuǎn)換器，用于將所述第一和第二電容器的串聯(lián)組合上產(chǎn)生的直流電壓轉(zhuǎn)換為高頻電壓；一個變壓器，用于對來自所述直流到高頻轉(zhuǎn)換器的所述高頻電壓進(jìn)行變壓；一個高頻到直流轉(zhuǎn)換器，用于將經(jīng)過變壓后的高頻電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓；及一個控制器，在所述第一交流電壓提供給所述電源輸入端時使所述旁路開關(guān)接通，使所述降壓轉(zhuǎn)換器斷開，以及使所述開關(guān)電路接通，在所述第二交流電壓提供給所述電源輸入端時，所述控制器使所述旁路開關(guān)接通，使所述降壓轉(zhuǎn)換器斷開，以及使所述開關(guān)電路斷開，在所述第三交流電壓提供給所述電源輸入端時，所述控制器使所述旁路開關(guān)斷開，使所述降壓轉(zhuǎn)換器接通，使所述開關(guān)電路斷開。
2.如權(quán)利要求1所述的直流電源設(shè)備，其中所述控制器包括一個電壓檢測器，用于在所述第一交流電壓提供給所述電源輸入端時產(chǎn)生一個第一交流電壓指示信號，在所述第二交流電壓提供給所述電源輸入端時產(chǎn)生一個第二交流電壓指示信號，在所述第三交流電壓提供給所述電源輸入端時產(chǎn)生一個第三交流電壓指示信號，作為電壓檢測器輸出信號；一個具有可以由所述直流電源設(shè)備用戶操作的操作裝置的選擇信號發(fā)生器，用于根據(jù)用戶通過所述操作裝置的操作選擇的所述第一、第二和第三交流電壓指示信號中的一個產(chǎn)生一個選擇信號；及一個接收所述電壓檢測器輸出信號和所述選擇信號的重合判斷裝置，用于在所述電壓檢測器輸出信號不對應(yīng)于所述選擇信號時，使所述旁路開關(guān)和所述降壓轉(zhuǎn)換器斷開。
3.如權(quán)利要求2所述的直流電源設(shè)備，其中當(dāng)所述檢測器輸出信號和所述選擇信號都表示所述第一交流電壓時，所述控制器使所述旁路開關(guān)和所述開關(guān)電路接通，并使所述降壓轉(zhuǎn)換器斷開。
4.如權(quán)利要求2所述的直流電源設(shè)備，其中當(dāng)所述檢測器輸出信號和所述選擇信號都表示所述第二交流電壓時，所述控制器使所述旁路開關(guān)接通，使所述開關(guān)電路斷開，并使所述降壓轉(zhuǎn)換器斷開。
5.如權(quán)利要求2所述的直流電源設(shè)備，其中當(dāng)所述檢測器輸出信號和所述選擇信號都表示所述第三交流電壓時，所述控制器使所述旁路開關(guān)和所述開關(guān)電路斷開，并使所述降壓轉(zhuǎn)換器接通。
6.如權(quán)利要求1所述的直流電源設(shè)備，其中所述控制器包括一個電壓檢測器，用于在所述第一交流電壓提供給所述電源輸入端時產(chǎn)生一個第一交流電壓指示信號，在所述第二交流電壓提供給所述電源輸入端時產(chǎn)生一個第二交流電壓指示信號，在所述第三交流電壓提供給所述電源輸入端時產(chǎn)生一個第三交流電壓指示信號，作為電壓檢測器輸出信號；一個具有可以由所述直流電源設(shè)備用戶操作的操作裝置的選擇信號發(fā)生器，用于根據(jù)用戶通過所述操作裝置的操作選擇的所述第一、第二和第三交流電壓指示信號中的一個產(chǎn)生一個選擇信號；及一個接收所述電壓檢測器輸出信號和所述選擇信號的重合判斷裝置，用于在所述電壓檢測器輸出信號和所述選擇信號都代表所述第一交流電壓時，使所述旁路開關(guān)和所述開關(guān)電路接通，使所述降壓轉(zhuǎn)換器斷開，在所述檢測器輸出信號和所述選擇信號都代表所述第二交流電壓時，使所述旁路開關(guān)接通，所述開關(guān)電路斷開，使所述降壓轉(zhuǎn)換器斷開，在所述檢測器輸出信號和所述選擇信號都代表所述第三交流電壓時，使所述旁路開關(guān)和所述開關(guān)點路斷開，使所述降壓轉(zhuǎn)換器接通；在所述選擇器輸出信號不對應(yīng)于所述選擇信號時，所述重合判斷裝置按照所述選擇信號能對應(yīng)于所述電壓檢測器輸出信號的方式控制所述選擇信號發(fā)生器。
全文摘要
一種具有兩個電源輸入端的直流電源設(shè)備,一個整流單元連接在這兩個電源輸入端之間,一個降壓轉(zhuǎn)換器連接至該整流單元。一個可控硅元件連接在該降壓轉(zhuǎn)換器的輸入和輸出之間。兩個電容器的串聯(lián)組合連接在降壓轉(zhuǎn)換器的兩個輸出端之間。一個開關(guān)電路連接在這兩個電容器的節(jié)點和整流單元的一個輸入端之間。一個變換器將出現(xiàn)在電容器的串聯(lián)組合上的直流電壓轉(zhuǎn)換成高頻電壓,該電壓接著由變壓器進(jìn)行變壓。變壓后的高頻電壓在一個高頻到直流轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換成提供給負(fù)載的直流電壓。根據(jù)在這兩個電源輸入端之間分別提供100V,200V和400V量級的交流電源電壓之一或者575V的交流電源電壓,可控硅元件,降壓轉(zhuǎn)換器,開關(guān)電路有不同的響應(yīng)。
文檔編號B23K11/24GK1356763SQ0113942
公開日2002年7月3日 申請日期2001年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月24日
發(fā)明者池田哲朗, 荒井亨, 石井秀雄 申請人:株式會社三社電機(jī)制作所