專利名稱：用于供給負載的電功率的正弦調(diào)節(jié)的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于供給負載的電功率的正弦調(diào)節(jié)的電路。
背景技術(shù)：
如所熟知，具有幾種類型的用于調(diào)節(jié)和控制由交流電壓對電阻或電感負載提供的功率的電路。
例如，用于照明的系統(tǒng)和用于電動機的系統(tǒng)，按照第一種技術(shù)，通過合適的整流器，電力電流的半波被節(jié)流，借以選擇允許到達負載的總功率的一部分。
換句話說，通過控制整流器的導(dǎo)通角，可以只讓電源正弦波的一部分通過，借以獲得所需的功率。
不過，上面簡單地說明的系統(tǒng)具有嚴(yán)重的缺點，即產(chǎn)生諧波，尤其是三次諧波，其造成相當(dāng)大的干擾。
因此，提出了另一種技術(shù)，例如用于電動機，該技術(shù)規(guī)定對供電電壓應(yīng)用高頻(例如20kHz)開關(guān)信號；調(diào)節(jié)所獲得的半波部分的占空比，即調(diào)節(jié)開關(guān)脈沖的寬度，負載中的電流因而電動機的速度被相應(yīng)地控制。
雖然這第二種類型的控制比上述的產(chǎn)生較小的諧波干擾，但是仍然具有操作的缺點。其需要至少一個濾波器以消除開關(guān)頻率，更一般地，需要防干擾濾波器，以確保這樣獲得的調(diào)節(jié)裝置符合當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)。
此外，開關(guān)系統(tǒng)以不希望的振動為特征，其尤其引起討厭的噪聲和諧振。這些振動是由于所謂的“轉(zhuǎn)矩脈動”產(chǎn)生的，而轉(zhuǎn)矩脈動是由供給負載的電流的突然變化引起的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于使得到一種不會由于正弦功率的調(diào)節(jié)而引起任何傳導(dǎo)的或輻照的電磁發(fā)射的電路。
本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種能夠正確操作而不會由于供給負載的電流的突然變化而產(chǎn)生機械振動的電路。
本發(fā)明的另一個目的在于，得到一種使焦耳效應(yīng)產(chǎn)生的熱耗散最小的電路。
這些和其它的目的實質(zhì)上由在附圖中表示的用于正弦調(diào)節(jié)供給負載的電功率的電路實現(xiàn)了。


本發(fā)明的其它的特征和優(yōu)點從按照本發(fā)明的電路的優(yōu)選的非限制性的實施例的詳細說明將被更容易地看出。
所述說明參照附圖進行，完全是示例性的，因而不用于限制，其中圖1表示按照本發(fā)明的電路的第一實施例的示意圖；圖2表示按照本發(fā)明的電路的第二實施例的示意圖；圖3表示圖1或圖2的電路的驅(qū)動電路的示意圖；以及圖4表示對圖1或圖2的電路以及相關(guān)的驅(qū)動電路提供操作參數(shù)的表。
具體實施例方式
參見附圖，標(biāo)號1總體地表示按照本發(fā)明的用于離散地調(diào)節(jié)供給負載的電功率的電路。
電路1(圖1和圖2)首先包括輸入接口5，用于連接單元或電網(wǎng)交流電源6，還包括輸出接口11，用于連接負載4。
電源單元6可以由電源網(wǎng)或任何能夠供應(yīng)或產(chǎn)生電能的設(shè)備構(gòu)成，使得得到預(yù)定的電壓，例如，這里考慮具有交流電壓的電網(wǎng)(例如220V)，其通過中性(N)和相(F)端子和電路1相連。
實際上，接口5可以由在電路1和前述的電源單元6之間的任何連接裝置構(gòu)成。
而輸出接口11限定用于在電路1和負載4之間進行連接的裝置，如通過后面所述將更容易理解，通過輸出接口11，對負載提供按照負載4的要求與特性被合適地調(diào)節(jié)的電功率。
電路1還包括多個相互并聯(lián)連接的主分支13，更具體地說，每個主分支13具有和電源單元6相連的第一端13a以及和負載4相連的第二端13b。
一個或多個主分支13包括容性元件2和與其相關(guān)聯(lián)的各個整流器3。整流器3可以在第一操作狀態(tài)和第二操作狀態(tài)之間被驅(qū)動，在第一操作狀態(tài)，其閉合在電源單元6、容性元件2和負載4之間的連接，在第二操作狀態(tài)，其不閉合上述的連接。
實際上，按照其所處的操作狀態(tài)，每個整流器3可以在電源單元6和負載4之間插入容性元件2；通過在第一和第二操作狀態(tài)之間驅(qū)動不同的整流器3，使得能夠插入不同的容性元件2，它們在電源單元6和負載4之間相互并聯(lián)連接。
結(jié)果，在電源單元6和負載4之間的插入的阻抗的容性電抗可被改變，借以確定要到達負載4的功率的部分。
更具體地說，處于第一操作狀態(tài)的整流器3的數(shù)量增加得越多，在電網(wǎng)6和負載4之間插入的容性元件2的數(shù)量也增加得越多。每個容性元件2限定一個在電源和負載4之間的導(dǎo)電通路，因此能夠增加傳遞到負載4的功率。
有利地，容性元件2作為具有預(yù)定容量的常規(guī)的電容器來實現(xiàn)，以便按照上述精確調(diào)節(jié)供給負載4的功率的數(shù)量。
更深入地研究，假定具有2個可利用的容性元件2，分別為1微法和2微法，當(dāng)只插入第一個時(因而，和其相關(guān)的整流器處于第一操作狀態(tài)，而和第二容性元件相關(guān)的整流器處于第二操作狀態(tài))，實際上獲得1微法的總?cè)萘?，相?yīng)的功率將到達負載4。
當(dāng)只插入第二個容性元件時(即，使第一整流器處于第二操作狀態(tài)，第二整流器處于第一操作狀態(tài))，顯然獲得2微法的總?cè)萘?，因而更大的功率將提供給負載4。
最后，當(dāng)插入兩個上述的容性元件2時(即第一和第二整流器3都處于第一操作狀態(tài)，因此兩個電容器2相互并聯(lián))，則獲得3微法的總?cè)萘?，進一步增加供給負載4的功率部分。
由上述可見，容易看出，不必以相互排斥的方式插入不同的容性元件2，它們可被同時連接，以便獲得預(yù)定值的總的容性電抗。
顯然，按照所需的容性電抗值的數(shù)量，可以具有任何數(shù)量的主分支13。
每個主分支13的容性元件2還和各自的放電裝置10相連，其用途是放掉在相應(yīng)的容性元件2中積累的能量。將由后面的說明容易地看出，當(dāng)容性元件2不被連接在負載4和電源單元6之間時進行所述放電。
有利地，放電裝置10可以由電阻器構(gòu)成，例如，可以選擇具有220千歐的電阻的1瓦的電阻器。
每個主分支13還可以包括第一電流調(diào)節(jié)裝置8，其和容性元件2相連。所述第一電流調(diào)節(jié)裝置8用于調(diào)節(jié)電容器的電荷，并用于消除其所在的主支路13內(nèi)的電流峰值。
電流調(diào)節(jié)裝置8有利地作為NTC型的(負溫度系數(shù))的熱敏電阻構(gòu)成，在和相關(guān)的主支路13的容性元件2相連的整流器3的瞬變期間，其電阻較大(例如60歐姆)，而在穩(wěn)態(tài)下其電阻幾乎可被忽略(小于1歐姆)。
主分支13還可以具有保護裝置9，其和每個分支13中的整流器3相關(guān)聯(lián)。在由于開關(guān)瞬變而發(fā)生過電壓和過電流的情況下，保護裝置9短路和其相關(guān)聯(lián)的整流器3。
優(yōu)選的，保護裝置9由常規(guī)的可變電阻實現(xiàn)，和整流器3并聯(lián)。
電路1還包括附加的分支17，除去沒有容性元件2之外，其具有和上述的主分支13完全類似的結(jié)構(gòu)。
附加分支17具有整流器18，其可在第一操作狀態(tài)和第二操作狀態(tài)之間被驅(qū)動，在第一操作狀態(tài)，其閉合電源單元6和負載4之間的連接，在第二操作狀態(tài)，其不閉合所述連接。
附加分支17還包括電流調(diào)節(jié)裝置19，用于消除附加分支17中的電流峰值，以及保護裝置20，優(yōu)選地和整流器18并聯(lián)連接，用于保護整流器18免遭由于開關(guān)瞬變引起的過電流和過電壓。
類似于上面針對主分支13的說明，附加分支17的電流調(diào)節(jié)裝置19可以借助于NTC熱敏電阻實現(xiàn)，而附加分支17的保護裝置20可以利用可變電阻或等效的電路元件來獲得。
主分支13的整流器3和附加分支17的整流器18可以是機械類型的(例如簡單的開關(guān)、按鈕、滑動或轉(zhuǎn)動開關(guān))、機電類型的(如繼電器)或電子類型的(如三端雙向可控硅開關(guān))。
還提供有輔助分支14，其和負載4并聯(lián)，用于控制由負載4引起的任何電路諧振。輔助分支14包括容性元件7，放電裝置15，優(yōu)選地和容性元件7并聯(lián)連接，以及電流調(diào)節(jié)裝置16，用于消除當(dāng)任何整流器3導(dǎo)通時由電容器7呈現(xiàn)的短路產(chǎn)生的電流峰值。
在優(yōu)選實施例中，電流調(diào)節(jié)裝置16和電容器7以及放電裝置15串聯(lián)連接，并由NTC熱敏電阻構(gòu)成。放電裝置15有利地是電阻器。
為了在第一和第二操作狀態(tài)之間驅(qū)動整流器3和18，電路1包括控制塊12，其和所述整流器3，18的每一個相連。應(yīng)當(dāng)注意，如果附加分支17的整流器18處于第一操作狀態(tài)，則所有的整流器13被驅(qū)動為第二操作狀態(tài)，因為通過附加分支17負載直接和電源相連并接收全部可利用的功率。
反之亦然，如果必須使功率減少一個預(yù)定系數(shù)，則附加分支18的整流器18被驅(qū)動到第二操作狀態(tài)，而使主分支13的一個或多個整流器3處于第一操作狀態(tài)。
控制塊12可以利用多種方式實現(xiàn)，例如，其可以由旋轉(zhuǎn)整流器21(圖3)構(gòu)成，其使得在A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，H每個角位置，在電源6和負載4之間插入一個或多個容性元件2。
更具體地說，在位置A，借助于二極管D1只插入電容器C1；在位置B，借助于二極管D2只插入電容器C2。
在角位置C，電容器C1和C2通過二極管D3和D3A和負載4相連(并且相互并聯(lián))；在位置D，二極管D4使得只插入電容器C3。
在位置E，二極管D5和D5A使得插入電容器C1和C3；在位置F，二極管D6和D6A使得插入電容器C2和C3。
位置G，二極管D7，D7A和D7B插入所有的3個電容器C1，C2和C3；最后在位置H，只使用附加分支17，用于在電源6和負載4之間進行直接連接。
如果使旋轉(zhuǎn)整流器和微處理器組合，使得提供的每個二進制輸出組合相應(yīng)于整流器21的一個角位置，用這種方式，可以使每個二進制信號和插入在負載4與電源單元6之間的容性電抗的特定值相關(guān)聯(lián)。
優(yōu)選地，如圖3所示，控制塊12通過變壓器30、二極管橋31和電容器32和電源干線相連。
應(yīng)當(dāng)注意，有利地，控制塊12對主分支13和附加分支17(具體地說整流器3和18)在操作上是有效的，雖然其與它們在電上是分開的。整流器3和18中個每一個可以由在由控制塊12控制的發(fā)射器22和與相應(yīng)的整流器3，18相關(guān)的光檢測器之間的光耦合控制。
附加地或者選擇地，電路1可以包括能夠接收作為輸入的由操作者輸入的設(shè)置信號的微處理器，并作為輸出產(chǎn)生一個合適的調(diào)節(jié)信號，以便控制各個整流器3，18的正確的驅(qū)動。
在這方面，圖4示出一個表，其中使作為輸出由微處理器產(chǎn)生的每個二進制值和在負載4的上游連接的電容器的對應(yīng)的組合相關(guān)聯(lián)。可以注意到，電容器C1，C2，C3可被逐漸地引入，用這種方式，按照規(guī)定的容性電抗的值向負載4供應(yīng)不同的功率值。
最大功率級對應(yīng)于二進制組合“0001”(旋轉(zhuǎn)整流器21的位置H)，其中通過附加分支17把所有可利用的功率從電源6傳遞給負載4。反之亦然，最小的功率級對應(yīng)于二進制組合“1000”(旋轉(zhuǎn)整流器12的位置A)，其中只插入具有最小電容的電容器。
在圖4的特定的例子中，選擇的電容器的值如下C1＝3微法
C2＝6微法C3＝12微法用這種方式，合適地組合這3個電容器，可以獲得3微法、6微法、9微法、12微法、15微法、18微法和21微法的總電容。由附加分支7提供第八種可能性，其允許不引入任何容性元件使負載4與電源6相連。
一般地說，為了最好地使用可利用的電容的范圍-即以盡可能均勻的方式使用-可以用這樣的方式選擇所用的容性元件2的電容值，使得電容以連續(xù)增加的方式排序，并且每一個是其緊鄰的較小電容的兩倍。
此外，顯然，可能的組合的總數(shù)是2N，其中N是可以連接的電容器的數(shù)量(在圖4的例子中，N等于3)。每個組合對應(yīng)于可以提供給負載4的各個功率級。
因而，用這種方式，提供給負載4的功率被離散地調(diào)節(jié)。
圖1和圖2表示按照本發(fā)明的電路的兩個不同的實施例。
具體地說，圖1表示放電裝置10和15和各自的容性元件2、7并聯(lián)連接。在這種情況下，整流器3(優(yōu)選地還有附加分支17的整流器18)是通/斷開關(guān)，其在第一操作狀態(tài)閉合，在第二操作狀態(tài)斷開。
在圖2中，整流器3在其第一操作狀態(tài)在電源6和負載4之間插入各自的容性元件2，而在第二操作狀態(tài)使容性元件2和對應(yīng)的放電裝置10相連。
更詳細地說，每個容性元件2具有第一和第二端2a，2b，每個放電裝置10同樣具有第一和第二端10a，10b。
每個容性元件2的第一端2a和各自的放電裝置10的第一端10a相連，并且兩者都和負載4相連。
當(dāng)相應(yīng)的整流器3處于第一操作狀態(tài)時，其連接容性元件2的第二端2a和電源單元6，斷開放電裝置10所在的分支。在第二操作狀態(tài)，整流器3連接容性元件2的第二端2b和放電裝置10的第二端10b，借以從電源6和負載4之間的連接中排除容性元件2，并允許容性元件2放電。
相對于圖1的實施例，附加分支17的整流器18的操作基本上保持不變在第一操作狀態(tài)，整流器18限定電源單元6和負載4之間的連接，而在第二操作狀態(tài)其使附加分支17斷開，使得一個或多個容性元件2可被插在電源6和負載4之間。
注意還可以獲得“混和”電路結(jié)構(gòu)，其中一個或多個整流器3是參照圖1說明的類型的，一個或多個整流器3是參照圖2說明的類型的。
不管所考慮的特定實施例，由上述可見，顯然，容性元件2具有和簡單的降壓電阻類似的性能，然而具有不會由于焦耳效應(yīng)而產(chǎn)生嚴(yán)重?zé)岷纳⒌膬?yōu)點。
因而，引入具有預(yù)定容量的電容器，能夠控制從電源6流入負載4的電流，相應(yīng)地調(diào)節(jié)提供給負載4的功率。
實際上，由于上述的電路結(jié)構(gòu)，本發(fā)明被模擬成連接在負載4的上游的一種可變正弦發(fā)生器，其能夠輸出完全正弦的理想電壓。
本發(fā)明獲得了重大優(yōu)點。
首先，通過本發(fā)明的電路進行的調(diào)節(jié)的特點在于沒有諧波，特別是沒有三次諧波，并且沒有因調(diào)節(jié)本身產(chǎn)生的傳導(dǎo)的或輻照的電磁放射。
此外，按照現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)節(jié)裝置中由于電源電流的突然振動而引起的機械振動也被完全消除了。
另一個優(yōu)點在于，按照本發(fā)明的電路不需要復(fù)雜而昂貴的電網(wǎng)濾波器。
除上述之外，因為按照上述進行“分步”調(diào)節(jié)，能夠精確而可靠地限定提供給負載的功率。
使用容性元件具有的另一個優(yōu)點是，不會因焦耳效應(yīng)引起熱形式的能量耗散。
另一個優(yōu)點在于在驅(qū)動電路和電力電路之間的電絕緣，其使得在這兩個電路部分之間獲得實質(zhì)性的解耦。
此外，按照本發(fā)明的具有簡單的結(jié)構(gòu)和少量的元件的電路是經(jīng)濟而極其可靠的。
權(quán)利要求
1.一種用于對供應(yīng)給負載的電功率進行正弦調(diào)節(jié)的電路，其特征在于包括-輸入接口(5)，用于接收由電源單元(6)提供的電功率；-輸出接口(11)，用于對負載(4)供應(yīng)預(yù)定的電功率；-多個容性元件(2)；-多個用于調(diào)節(jié)所述容性元件(2)中的電流(8，16，19)的元件；-多個整流器(3)，每個和各自的容性元件(2)相連，每個整流器(3)能夠在第一操作狀態(tài)和第二操作狀態(tài)之間被驅(qū)動，在第一操作狀態(tài)，其閉合在所述負載(4)、所述各個容性元件(2)和所述電源單元(6)之間的連接，而在第二操作狀態(tài)，其不閉合所述連接；-控制塊(12)，用于在所述整流器(3)的第一和第二操作狀態(tài)之間驅(qū)動所述整流器(3)，并調(diào)節(jié)供應(yīng)給所述負載(4)的功率，限定在所述電源單元(6)和所述負載(4)之間插入的容性電抗；-輔助分支(14)，用于控制在所述負載(4)處的諧振。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，其還包括多個相互并聯(lián)連接的主分支(13)，每個主分支(13)裝配有一個所述容性元件(2)、各自的電流調(diào)節(jié)器(8)和各自的整流器(3)。
3.如權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，所述主分支(13)中的每一個具有和所述電源單元(5)相連的第一端(13a)，以及和所述負載(4)相連的第二端(13b)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的電路，其特征在于，所述主分支(13)中的一個或多個還包括和所述主分支(13)的容性元件(2)相連的電流調(diào)節(jié)裝置(8)，所述電流調(diào)節(jié)裝置(8)適于控制在所述主分支(13)中的電流。
5.如權(quán)利要求2到4任何一個所述的電路，其特征在于，所述主分支(13)中的一個或多個還包括和所述主分支(13)的整流器(3)相連的第二保護裝置(9)，用于保護所述整流器(3)免受過電壓和/或過電流，特別是當(dāng)在第一和第二操作狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時。
6.如權(quán)利要求2到5任何一個所述的電路，其特征在于，所述主分支(13)中的一個或多個還具有放電裝置(10)，其和所述主分支(13)的容性元件(2)相連，用于釋放在所述容性元件(2)內(nèi)積累的能量。
7.如前面權(quán)利要求中任何一個所述的電路，其特征在于，還包括輔助分支(14)，該輔助分支和所述負載(4)并聯(lián)連接，并具有-容性元件(7)；-電流調(diào)節(jié)元件(16)；-和所述容性元件(7)并聯(lián)連接的放電裝置(15)，用于釋放在所述容性元件(7)中積累的能量。
8.如前面權(quán)利要求中任何一個所述的電路，其特征在于，所述主分支(13)中的一個或多個的整流器(3)可在相應(yīng)于所述第一操作狀態(tài)的閉合狀態(tài)和相應(yīng)于所述第二操作狀態(tài)的打開狀態(tài)之間被驅(qū)動。
9.如權(quán)利要求8所述的電路，其特征在于，所述主分支(13)中的一個或多個的容性元件(2)和各個放電裝置(10)并聯(lián)連接。
10.如權(quán)利要求2到7任何一個所述的電路，其特征在于，所述主分支(13)中的一個或多個的放電裝置(10)具有和各個容性元件(2)的一端(2a)相連的第一端(10a)，以及第二端(10b)，所述一個或多個主分支(13)的整流器(3)在處于第二操作狀態(tài)時，閉合所述放電裝置(10)的第二端(10b)和所述各個容性元件(2)的第二端(2b)之間的連接。
11.如前面的權(quán)利要求中任何一個所述的電路，其特征在于，還包括附加分支(17)，其至少具有一個整流器(18)，能夠在第一操作狀態(tài)和第二操作狀態(tài)之間被驅(qū)動，在所述第一操作狀態(tài)，其閉合所述電源單元(6)和所述負載(4)之間的連接，而在所述第二操作狀態(tài)，其不閉合所述連接。
12.如權(quán)利要求11所述的電路，其特征在于，所述附加分支(17)還包括電流調(diào)節(jié)裝置(19)，適于逐漸調(diào)節(jié)電流并消除在所述附加分支(17)中的電流峰值。
13.如權(quán)利要求11或12所述的電路，其特征在于，所述附加分支(17)還包括和所述整流器(18)相連的保護裝置(20)，用于保護整流器免受過電壓和/或過電流，特別是當(dāng)在第一和第二操作狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時。
全文摘要
一種用于對供應(yīng)給負載的電功率進行正弦調(diào)節(jié)的電路，其包括輸入接口(5)，用于接收由電源單元(6)提供的電功率，以及輸出接口(11)，用于對負載(4)供應(yīng)預(yù)定的電功率；所述電路(1)還包括多個容性元件(2)；多個熱敏電阻調(diào)節(jié)元件以及多個整流器(3)，每個和各自的容性元件(2)相連。每個整流器(3)能夠被在第一操作狀態(tài)和第二操作狀態(tài)之間驅(qū)動，在第一操作狀態(tài)，其閉合在所述負載(4)、所述各個容性元件(2)和所述電源單元(6)之間的連接，在第二操作狀態(tài)，其不閉合所述連接；控制塊(12)在所述整流器(3)的第一和第二操作狀態(tài)之間驅(qū)動所述整流器(3)，因而調(diào)節(jié)供應(yīng)給所述負載(4)的功率，限定在所述電源單元(6)和所述負載(4)之間插入的容性電抗。
文檔編號G05F3/06GK101023573SQ200580031158
公開日2007年8月22日 申請日期2005年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月17日
發(fā)明者阿爾貝托·帕塔爾奇 申請人:阿爾貝托·帕塔爾奇的微那薩公司