專利名稱：基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備、系統(tǒng)和方法
基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備、系統(tǒng)
和方法相關(guān)申請的交叉引用本申請要求以下美國臨時(shí)申請的權(quán)益2007年8月13日提交的60/964，587 ； 2007年8月24日提交的60/966，124 ；2008年1月3日提交的61/009，844 ；2008年1月3 日提交的61/009，846 ；2008年1月3日提交的61/009，845 ；以及2008年1月3日提交的 61/009，806。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及節(jié)能設(shè)備、系統(tǒng)和方法，更具體地涉及基于絕緣柵雙極晶體管/場效 應(yīng)晶體管(IGBT/FET)的節(jié)能設(shè)備、系統(tǒng)和方法，用于節(jié)約額定線電壓以下和/或額定電器 電壓以下的預(yù)定量的電壓，從而節(jié)約了能量。自從工業(yè)革命以來，世界的能量消耗以穩(wěn)定速率增長。大部分生成的功率和消耗 的能量來自于正在快速耗盡的礦物燃料(一種不可更新的自然資源)的燃燒。隨著地球 的自然資源繼續(xù)耗盡，對于國內(nèi)和國外的政府來說功率生成和節(jié)能已變成越來越重要的議 題。另外，不僅政府關(guān)心功率生成和節(jié)能，而且隨著針對這些資源的成本在快速增加，商業(yè) 和消費(fèi)者也關(guān)心。不僅存在關(guān)于功率生成和節(jié)能的世界范圍的關(guān)注，而且還存在關(guān)于功率分配、特 別是在新興經(jīng)濟(jì)體中的功率分配的關(guān)注。盡管功率消耗和節(jié)能非常重要，但功率分配的 問題也很重要，因?yàn)槠渖婕暗默F(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施通常不能適當(dāng)?shù)胤峙涔β是也荒苋菀椎剡m于改 進(jìn)。這種有問題的情況表現(xiàn)為“燈火變暗”，其中在電網(wǎng)/發(fā)電過載的情況下不能保持額定 的交流(AC)電壓。當(dāng)前，政府實(shí)體和電力公司試圖通過在電網(wǎng)上的合適地點(diǎn)提升AC電壓或添加切 斷發(fā)電來補(bǔ)償燈火變暗的發(fā)生。該方法通常導(dǎo)致對于家庭和/或商業(yè)中的消費(fèi)者可用的非 常不同的電壓。電壓上升可從百分之十到百分之十五(10%-15%)，且由于通過電壓2/負(fù) 載來計(jì)算功率，政府實(shí)體和電力公司“補(bǔ)償”的結(jié)果可以導(dǎo)致對于消費(fèi)者的收費(fèi)增加多達(dá)百 分之二十五(25%)。因此，不是節(jié)約能量，政府實(shí)體和電力公司在消耗能量。而且，盡管商業(yè)和家庭中使用的大部分電器和設(shè)備能夠在低于額定電壓百分之十 (10%)的情況下完全符合規(guī)格地運(yùn)行，但是大部分節(jié)能設(shè)備不采用該特征。因此，針對節(jié) 能的進(jìn)一步潛力往往被忽視。因此，需要一種基于IGBT/FET的節(jié)能設(shè)備、系統(tǒng)和方法，其中節(jié)省了額定線電壓 以下和/或額定電器電壓以下的預(yù)定量的電壓，從而節(jié)約了能量。相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)包括以下參考文獻(xiàn)專利/序列號發(fā)明人授權(quán)/公布日期(美國，除非另有說明)6，664，771Scoggins et al.12-16-20036,486,641Scoggins et al.11-26-2002
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種基于IGBT/FET的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，其中節(jié)省了額 定線電壓以下的預(yù)定量的電壓，從而節(jié)約了能量。本發(fā)明的另一目的是提供一種基于IGBT/FET的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，其中節(jié)省了額 定電器電壓以下的預(yù)定量的電壓，從而節(jié)約了能量。本發(fā)明的又一目的是提供一種基于IGBT/FET的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，其可用于各種 應(yīng)用，包括但不限于整個(gè)家庭節(jié)能設(shè)備、馬達(dá)控制器、小型電器穩(wěn)壓器以及需要測量AC電 流的任何應(yīng)用。本發(fā)明的另一目的是提供一種基于IGBT/FET的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，其可用于以 下冰箱、制冷器、空氣調(diào)節(jié)器、AC電動(dòng)機(jī)和AC電壓的控制器；單、雙和多相整個(gè)家庭節(jié)能設(shè) 備；商業(yè)和工業(yè)節(jié)能設(shè)備；以及AC電壓調(diào)節(jié)器。本發(fā)明的又一目的是提供一種基于IGBT/FET的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，其可實(shí)際上消 除由電網(wǎng)上能量過載導(dǎo)致的燈火變暗。本發(fā)明的又一目的是提供一種基于IGBT/FET的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，其減小電網(wǎng)上 的負(fù)載。本發(fā)明的另一目的是提供一種基于IGBT/FET的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，其可用來減小 在峰值負(fù)載時(shí)間期間施加在電網(wǎng)上的負(fù)載。本發(fā)明的又一目的是提供一種基于IGBT/FET的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，其允許政府實(shí) 體和/或電力公司與生產(chǎn)和/或傳送觀點(diǎn)相對地從需求的觀點(diǎn)管理功率。本發(fā)明的另一目的是提供一種基于IGBT/FET的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，其成本在系統(tǒng) 中利用的裝備的初始成本被攤銷之后是較低的。本發(fā)明的另一目的是提供一種基于IGBT/FET的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，其提供準(zhǔn)確的功率控制和調(diào)節(jié)。本發(fā)明的另一目的是提供一種基于IGBT/FET的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，其中設(shè)備可被 用戶編程以便在特定時(shí)間和/或日期時(shí)段起作用。本發(fā)明的又一目的是提供一種基于IGBT/FET的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，其中用戶可編 程單個(gè)和/或多個(gè)節(jié)能百分比減小。本發(fā)明的又一目的是提供一種基于IGBT/FET的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，其可適用于多 個(gè)功率和/或頻率。本發(fā)明的又一目的是提供尺寸上可以較小的基于IGBT/FET的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種優(yōu)選地終端用戶負(fù)擔(dān)得起的基于IGBT/FET的設(shè) 備、系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的又一目的是提供一種基于IGBT/FET的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，其允許用戶在 消耗點(diǎn)而不是發(fā)電點(diǎn)管理峰值需求。本發(fā)明的另一目的是提供一種基于IGBT/FET的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，其提供中央處 理單元(如果使用了的話)與AC電源的電流隔離。本發(fā)明的又一目的是提供一種基于IGBT/FET的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，其可包括同步 或隨機(jī)脈沖寬度調(diào)制。本發(fā)明的另一目的是提供一種基于IGBT/FET的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，其減小由當(dāng)前 利用的節(jié)能設(shè)備導(dǎo)致的諧波。本發(fā)明通過提供一種基于IGBT/FET的設(shè)備、系統(tǒng)和方法來實(shí)現(xiàn)上述和其他目的， 其中節(jié)省了額定線電壓以下和/或額定電器電壓以下的預(yù)定量的電壓，從而節(jié)約了能量。 提供相輸入連接以將模擬信號輸入到該設(shè)備和系統(tǒng)。磁通集中器感測輸入模擬信號并且過 零伏點(diǎn)檢測器確定信號的過零伏點(diǎn)。信號的正半周和負(fù)半周被識(shí)別出并且被發(fā)送到用于處 理信號的數(shù)字信號處理器。信號被驅(qū)動(dòng)器控制通過脈沖寬度調(diào)制減小，并且輸出了減小的 能量，從而對終端用戶產(chǎn)生節(jié)能。本領(lǐng)域技術(shù)人員在結(jié)合附圖閱讀了以下詳細(xì)描述之后應(yīng)該更清楚本發(fā)明的以上 和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中示出并描述了本發(fā)明的示例實(shí)施例。


在以下詳細(xì)描述中，將參考附圖，在附圖中圖1是用在三相電系統(tǒng)中的本發(fā)明的基于IGBT/FET的設(shè)備和系統(tǒng)的框圖；圖2是本發(fā)明的感測裝置的透視平面圖；圖3是本發(fā)明的感測裝置的電路圖；圖4是本發(fā)明的信號調(diào)節(jié)裝置的電路圖；圖5是本發(fā)明的過零伏點(diǎn)確定裝置的波形圖；圖6是本發(fā)明的過零伏點(diǎn)確定裝置的電路圖；圖7是本發(fā)明的缺失檢測裝置以及相位旋轉(zhuǎn)確定和旋轉(zhuǎn)裝置的電路圖；圖8示出了本發(fā)明的半周識(shí)別裝置的電路圖；圖9示出了本發(fā)明的半周識(shí)別裝置的波形圖；圖10示出了本發(fā)明的半周識(shí)別裝置的波形15
圖11A是本發(fā)明的路由裝置的電路圖；圖11B是圖11A的電路圖的延續(xù)部分；圖11C是圖11A和11B的端口編程器的電路圖；圖11D是圖11A和11B的電阻器支持的電路圖；圖11E是圖11A和11B的連接器的電路圖；圖12A是本發(fā)明的降壓裝置的波形圖；圖12B是基于IGBT的本發(fā)明的降壓裝置的波形圖；圖12C是本發(fā)明的基于IGBT的降壓裝置的電路圖；圖12D是圖12C的基于IGBT的降壓裝置的驅(qū)動(dòng)電路的電路圖；圖12E是基于FET的本發(fā)明的降壓裝置的波形圖；圖12F是本發(fā)明的基于FET的降壓裝置的電路圖；圖12G是圖12F的基于FET的降壓裝置的驅(qū)動(dòng)電路的電路圖；圖13是本發(fā)明的組合復(fù)位裝置和指示器裝置的電路圖；圖14是本發(fā)明的供電裝置的電源單元的電路圖；圖15A是本發(fā)明的通信裝置的電路圖；圖15B是圖15A的通信裝置的USB接口的電路圖；圖15C是圖15A的通信裝置的隔離器塊的電路圖；圖15D是將圖15A的通信裝置連接到數(shù)字信號處理器的第一連接器的電路圖；圖15E是圖15A的通信裝置的第二連接器的電路圖；圖16是本發(fā)明的窗口接口的截屏；以及圖17是本發(fā)明的窗口接口的截屏。
具體實(shí)施例方式為了描述優(yōu)選的實(shí)施例，在附圖中關(guān)于編號的組件使用的術(shù)語如下1.總體上，基于IGBT/FET的節(jié)能設(shè)備和系統(tǒng)2.相輸入連接3.磁通集中器4.模擬信號調(diào)節(jié)設(shè)備5.過零伏點(diǎn)檢測器6.缺相檢測設(shè)備7.相位旋轉(zhuǎn)設(shè)備8.半周識(shí)別器9.邏輯設(shè)備10.數(shù)字信號處理器11.A/D 轉(zhuǎn)換器12.電源單元13.復(fù)位開關(guān)14.發(fā)光二極管15. IGBT/FET 驅(qū)動(dòng)控制
16
16.計(jì)算設(shè)備17.相輸出連接18.中性點(diǎn)19.輸入能量20.模擬信號21.過零伏點(diǎn)22.正半周23.負(fù)半周24.減小的能量25.USB 通信接口26.電路板27.外殼28.導(dǎo)體29.外殼頂半部30.外殼底半部31.鉸接32.第一濾波器33.第二濾波器34.比較器35.Schmidt 緩沖器36.絕對過零信號37.磁通集中器芯片38.孔徑39.輸入正弦波40.窗 口接口41.主監(jiān)控屏幕42.一般地，字段43.操作模式字段44.相位字段45.啟動(dòng)字段46.校準(zhǔn)字段47.設(shè)置點(diǎn)字段48.指示器49.實(shí)時(shí)時(shí)鐘50.數(shù)字量電計(jì)51.Schmidt觸發(fā)的反相緩沖器52.瞬態(tài)電壓抑制器件53.二極管54.正半周控制晶體管
55.FET56.電容器57.變壓器58.負(fù)半周控制晶體管59. IGBT第一分流控制晶體管60. IGBT第二分流控制晶體管61.分流器件62.集成電路63.電阻器64.分離軌生成器65.光隔離器66.光耦合驅(qū)動(dòng)器67. FET第一分流控制晶體管68. FET第二分流控制晶體管69.方波70.運(yùn)算放大器71.隔離器72.整流器73.晶體管74. USB 端口75.齊納二極管76.第一連接器77.第二連接器78.電感器79.電阻器支持80.邏輯設(shè)備連接器81.線性電壓穩(wěn)壓器82.應(yīng)用到正半周控制晶體管的正半周驅(qū)動(dòng)信號83.應(yīng)用到負(fù)半周控制晶體管的負(fù)半周驅(qū)動(dòng)信號84.負(fù)半周期間應(yīng)用到正半周控制晶體管的驅(qū)動(dòng)信號85.正半周期間應(yīng)用到負(fù)半周控制晶體管的驅(qū)動(dòng)信號86.負(fù)半周期間應(yīng)用到IGBT第一分流控制晶體管的驅(qū)動(dòng)信號87.正半周期間應(yīng)用到IGBT第二分流控制晶體管的驅(qū)動(dòng)信號88.負(fù)半周期間應(yīng)用到FET第一分流控制晶體管的驅(qū)動(dòng)信號89.正半周期間應(yīng)用到FET第二分流控制晶體管的驅(qū)動(dòng)信號90.開關(guān)穩(wěn)壓器參考圖1，示出了用在三相電系統(tǒng)中的本發(fā)明的節(jié)能設(shè)備和系統(tǒng)1的框圖。節(jié)能設(shè) 備和系統(tǒng)1包括用于減少所輸入的能量的量的各種組件和裝置，其中減少的能量對電子操 作設(shè)備的性能產(chǎn)生了實(shí)際上不存在或最小的影響。
具有至少一個(gè)模擬信號20的預(yù)定量輸入能量19通過輸入裝置被輸入設(shè)備和系統(tǒng) 1中，該輸入裝置優(yōu)選地是至少一個(gè)相輸入連接2。在設(shè)備和系統(tǒng)1中還提供中性點(diǎn)18線。 如圖ι所示，系統(tǒng)和設(shè)備1用在具有A-B-C相外加中性點(diǎn)的三相電系統(tǒng)中，該中性點(diǎn)用作 參考點(diǎn)和當(dāng)滯后功率因數(shù)負(fù)載中的電流被中斷時(shí)產(chǎn)生的箝位反電動(dòng)勢(back-EMF)的接收 器。然而，本發(fā)明的節(jié)能系統(tǒng)1也可用在單相系統(tǒng)和/或雙相系統(tǒng)中，其中僅有的結(jié)構(gòu)差別 是相輸入連接2的數(shù)量(例如，在單相系統(tǒng)中，除了中性連接(A)之外，僅使用一個(gè)相輸入 連接2，在雙相系統(tǒng)中，除了中性連接之外使用兩個(gè)相輸入連接2 (A和B))。至少一個(gè)相輸入連接2連接到感測預(yù)定量的輸入能量19的至少一個(gè)感測裝置，該感測裝置優(yōu)選地是至少一個(gè)磁通集中器3。磁通集中器3電流地隔離輸入能量19的電流并 將任何過電流情況報(bào)告給路由裝置，路由裝置優(yōu)選地是至少一個(gè)邏輯設(shè)備9。如果存在任 何過電流情況，則同時(shí)將過電流情況報(bào)告給邏輯設(shè)備9和優(yōu)選地是數(shù)字信號處理器10的處 理裝置，在這種情況下數(shù)字信號處理器10立即關(guān)斷設(shè)備和系統(tǒng)1。該電子斷路器動(dòng)作是要 在短路或過載的情況下保護(hù)設(shè)備和系統(tǒng)1自身，以及與設(shè)備和系統(tǒng)1結(jié)合使用的終端裝備。 因此，由于邏輯設(shè)備9和數(shù)字信號處理器10的反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選地為5 μ s，所以邏輯設(shè)備9在 軟件/固件故障和/或電力線故障或浪涌的情況下實(shí)時(shí)地提供功率控制設(shè)備的整體保護(hù)。 邏輯設(shè)備9在施加到IGBT/FET半周控制晶體管54和58的驅(qū)動(dòng)信號和施加到IGBT/FET分 流控制晶體管59、60、67和68的信號之間進(jìn)行仲裁。因此，其避免了 IGBT/FET半周控制晶 體管54和58以及IGBT/FET分流控制晶體管59、60、67和68被同時(shí)驅(qū)動(dòng)到導(dǎo)通狀態(tài)，同時(shí) 驅(qū)動(dòng)到導(dǎo)通狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致功率控制和/或分流元件失效。數(shù)字信號處理器10優(yōu)選地包括至 少一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器11。在將來自相輸入連接2的相電流的模擬值報(bào)告給數(shù)字信號處理器10之前，磁通集 中器3首先使輸入能量19傳送經(jīng)過至少一個(gè)信號調(diào)節(jié)裝置，信號調(diào)節(jié)裝置優(yōu)選地是至少一 個(gè)模擬信號調(diào)節(jié)設(shè)備4。在信號被調(diào)節(jié)了之后，下面描述一種方法經(jīng)調(diào)節(jié)的信號然后被發(fā) 送到用于檢測AC電壓通過與中性點(diǎn)18相關(guān)的零伏的點(diǎn)(一般被稱作過零點(diǎn))的過零伏點(diǎn) 確定裝置，該裝置優(yōu)選地是至少一個(gè)過零伏點(diǎn)檢測器5。在檢測到過零點(diǎn)之后且如果使用三相電系統(tǒng)，經(jīng)調(diào)節(jié)的信號然后進(jìn)入至少一個(gè)缺 失檢測裝置(優(yōu)選地是至少一個(gè)缺相檢測裝置6)以及至少一個(gè)相旋轉(zhuǎn)確定和路由裝置 (優(yōu)選地是至少一個(gè)相位旋轉(zhuǎn)設(shè)備7)，以便準(zhǔn)備用于適當(dāng)?shù)剌斎氲街辽僖粋€(gè)半周識(shí)別裝置 (優(yōu)選地是至少一個(gè)半周識(shí)別器8)中的信號，且然后進(jìn)入邏輯設(shè)備9和數(shù)字信號處理器 10。下面討論半周識(shí)別器8的細(xì)節(jié)。通過與數(shù)字信號處理器10電連接以使能量減小預(yù)定量的至少一個(gè)降壓裝置(優(yōu) 選地包括至少一個(gè)IGBT/FET驅(qū)動(dòng)控制15)來執(zhí)行功率控制。然而，在經(jīng)處理的信號進(jìn)入減 小裝置之前，信號可再經(jīng)由至少一個(gè)模擬信號調(diào)節(jié)設(shè)備4被調(diào)節(jié)從而凈化信號以除去任何 偽信號或瞬態(tài)信號。用于實(shí)施對降壓裝置的IGBT/FET驅(qū)動(dòng)控制15的控制的命令信號是由 數(shù)字信號處理器10確定并通過邏輯設(shè)備9緩和的。減小的能量24然后進(jìn)入至少一個(gè)磁通集中器3，然后進(jìn)入至少一個(gè)輸出裝置(優(yōu) 選地是至少一個(gè)相輸出連接17)，以及被輸出到電操作設(shè)備用于消耗。通過供電裝置對系統(tǒng)和設(shè)備1供電，該供電設(shè)備優(yōu)選地是與數(shù)字信號處理器10電 連接的電源單元12。優(yōu)選地提供復(fù)位裝置(優(yōu)選地是復(fù)位開關(guān)13)以允許用戶根據(jù)需要復(fù)位裝置和系統(tǒng)1。另外，指示器裝置諸如發(fā)光二極管14等可與復(fù)位開關(guān)13電連接，從而如果設(shè)備和系統(tǒng)1需要被復(fù)位則警告用戶。設(shè)備和系統(tǒng)1可以可選地包括至少一個(gè)數(shù)字量電計(jì)50和能夠經(jīng)由有線或無線傳 輸與至少一個(gè)計(jì)算設(shè)備16相接的至少一個(gè)通信裝置，諸如USB通信接口 25等，計(jì)算設(shè)備16 具有至少一個(gè)USB端口 74和至少一個(gè)窗口接口 40。USB通信接口 25允許用戶經(jīng)由其計(jì)算 設(shè)備16監(jiān)控、顯示和/或配置設(shè)備和系統(tǒng)1。然而，在實(shí)施設(shè)備和系統(tǒng)1時(shí)，包括USB通信 接口 25不是必須的。另外，實(shí)時(shí)時(shí)鐘49可以可選地包括在節(jié)能設(shè)備和系統(tǒng)1的數(shù)字信號 處理器10內(nèi)或另外地連接到節(jié)能設(shè)備和系統(tǒng)1。用戶可確定使用本發(fā)明的節(jié)能設(shè)備和系統(tǒng)1的操作方式，例如用戶可以通過將期 望的均方根(RMS)值、期望的百分比電壓或期望的百分比節(jié)省減小量輸入到計(jì)算設(shè)備16來 選擇希望如何節(jié)省能量。例如，如果用戶選擇使輸入電壓減小固定百分比，則節(jié)能設(shè)備和系 統(tǒng)1允許這樣的電壓百分比減小且通過建立較低的電壓閾值來自動(dòng)地降低電壓以便與最 大允許諧波分量一致。較低的電壓閾值確保了在較低或燈火變暗的情況下，系統(tǒng)和設(shè)備1 不繼續(xù)嘗試使可用的電壓減小指定的百分比減小。圖2所示為本發(fā)明的感測裝置的透視平面圖。感測裝置(優(yōu)選地是至少一個(gè)磁通 集中器3)當(dāng)連接到本發(fā)明的設(shè)備和系統(tǒng)1的有源電路時(shí)電流地測量AC電流。優(yōu)選地由塑 料制成的外殼27包括外殼頂半部29和外殼底半部30以及連接兩個(gè)半部29和30的鉸接 31，外殼27載有電路板26，電路板26具有安裝在外殼頂半部29的底側(cè)上的磁通集中器芯 片37。每個(gè)半部29和30包括至少一個(gè)凹口部分，其中當(dāng)半部29和30連結(jié)在一起時(shí)，形成 至少一個(gè)孔徑38以允許導(dǎo)體28從其中延伸通過。利用所述外殼27準(zhǔn)確地限定了磁通集 中器芯片37和導(dǎo)體28的芯中心之間的距離。與磁通集中器芯片37相關(guān)聯(lián)的窗口檢測器 準(zhǔn)確地確定在負(fù)或正半周內(nèi)的電流何時(shí)超過正常范圍。另外，磁通集中器3使用集電極開 路施密特(Schmidt)緩沖器以允許多個(gè)集中器3連接到模擬信號調(diào)節(jié)設(shè)備4和邏輯設(shè)備9 二者。
外殼27咬合在一起并抵靠在導(dǎo)體28 (優(yōu)選地是線纜)上以確保相對于外殼27牢 固地保持導(dǎo)體28?？梢砸愿鞣N尺寸形成外殼頂半部29以便適應(yīng)不同的線規(guī)。當(dāng)將半部29 和30咬合在一起時(shí)可形成各種尺寸的多個(gè)孔徑38從而容納各種寬度的導(dǎo)體28。磁通集中 器3提供對輸入能量19的電流隔離，進(jìn)行準(zhǔn)確的電流測量，適于通過位于外殼27內(nèi)的多線 纜通道的任何范圍的電流，提供高電壓電流隔離，具有零諧波失真和卓越的線性。另外，由 于通過機(jī)械裝置確定電流測量范圍，所以對于印刷電路板26不需要變化。以下等式確定近 似的靈敏度<formula>formula see original document page 20</formula>其中I =導(dǎo)體28中的電流，D =從磁通集中器芯片37的頂表面到導(dǎo)體28的中心 的距離(mm)。由于不與測量目標(biāo)進(jìn)行電連接，所以實(shí)現(xiàn)了充分的電流隔離。而且，存在零插入損 耗，且因此不散熱也不損失能量，這是因?yàn)闆]有進(jìn)行電連接也沒有使用分路器或變壓器。圖3是本發(fā)明的感測裝置的電路圖。磁通集中器3測量在導(dǎo)體28內(nèi)流過交流電 流時(shí)生成的磁通量。通過形成窗口比較器的比較器34實(shí)現(xiàn)過流。當(dāng)磁通集中器3的輸出 超過由電阻器63設(shè)置的閾值時(shí)(可產(chǎn)生“Currentjli”信號)，比較器34的集電極開路輸出變低且傳遞到邏輯設(shè)備9以及微處理器非可屏蔽輸入以關(guān)斷設(shè)備和系統(tǒng)1。為避免接地 回路問題，磁通集中器3優(yōu)選地包括將磁通集中器3的操作電壓調(diào)節(jié)到直流5V的集成電路 62。 參考圖4，示出了本發(fā)明的信號調(diào)節(jié)裝置的電路圖。信號調(diào)節(jié)裝置(優(yōu)選地是至少 一個(gè)模擬信號調(diào)節(jié)設(shè)備4)凈化或調(diào)節(jié)50/60HZ正弦波模擬信號，從而在將該正弦波模擬信 號發(fā)送到半周識(shí)別器8之前除去任何偽信號或瞬態(tài)信號。如果正弦波具有任何噪聲或足夠 幅度的失真，則在某些情況下這可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的過零檢測。因此，包括這樣的模擬信號調(diào)節(jié) 設(shè)備4是重要的。為了適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)正弦波信號，使用了運(yùn)算放大器70。運(yùn)算放大器70被配置為有源 二階低通濾波器以除去或減小可能有的諧波和任何瞬態(tài)或干擾信號。然而，當(dāng)利用該濾波 器時(shí)，發(fā)生群時(shí)延，其中群時(shí)延在時(shí)間上使經(jīng)濾波的信號的過零從輸入的AC正弦波的實(shí)際 過零點(diǎn)偏移。為了補(bǔ)償該時(shí)延，運(yùn)算放大器70被提供為允許根據(jù)需要及時(shí)準(zhǔn)確地校正過零 點(diǎn)所需的相變化。運(yùn)算放大器70的輸出是連接到數(shù)字信號處理器10 (見圖1)的A/D轉(zhuǎn)換 器11以進(jìn)行均方根(RMS)值測量的充分調(diào)節(jié)的50/60HZ正弦波信號。該信號恰是使得能 夠測量正負(fù)半個(gè)周期二者所需的供電軌的一半。A/D轉(zhuǎn)換器11進(jìn)行眾所周知的2補(bǔ)運(yùn)算 (2s compliment math)以使得能夠進(jìn)行同樣的操作并且要求AC信號相對于中心或分離軌 電壓正向和負(fù)向偏離。該信號還進(jìn)入半周識(shí)別器8。圖5和圖6分別示出了本發(fā)明的過零伏點(diǎn)確定裝置的波形圖和電路圖。過零伏點(diǎn) 確定裝置優(yōu)選地是準(zhǔn)確地確定過零點(diǎn)21的至少一個(gè)過零伏點(diǎn)檢測器5。運(yùn)算放大器70被 配置為比較器34，其基準(zhǔn)剛好在使用半個(gè)供電軌的一半供應(yīng)電壓處。比較器34以非常高的 增益工作，且因此在若干毫伏的分離軌電壓內(nèi)切換。通過Schmidt緩沖器35進(jìn)一步執(zhí)行過零信號的附加調(diào)節(jié)。在附加的信號處理之 后，產(chǎn)生了精確到正弦波的實(shí)際過零伏點(diǎn)21的若干毫伏的非常精確的方波69。圖7示出了本發(fā)明的缺失檢測裝置以及相位旋轉(zhuǎn)確定和旋轉(zhuǎn)裝置的電路圖。在使 用三相電系統(tǒng)時(shí)，缺失檢測裝置(優(yōu)選地是至少一個(gè)缺相檢測設(shè)備6)和相位旋轉(zhuǎn)確定和旋 轉(zhuǎn)裝置(優(yōu)選地是至少一個(gè)相位旋轉(zhuǎn)設(shè)備7) —起工作以便適當(dāng)?shù)販?zhǔn)備用于發(fā)送到邏輯設(shè) 備9和數(shù)字信號處理器10中的信號。缺相檢測設(shè)備6電路包括被配置為比較器34的運(yùn)算 放大器70，和逆向并行連接的兩個(gè)二極管53，每個(gè)比較器利用包括串聯(lián)連接的兩個(gè)0. 5兆 歐電阻器的高值(對于實(shí)現(xiàn)電阻器63的所需工作電壓而言是必須的)串聯(lián)電阻器。二極 管53以輸入正弦波39的過零伏點(diǎn)21為中心，處于二極管53的近似正向電壓降，其進(jìn)而被 施加到比較器34，比較器34進(jìn)一步調(diào)節(jié)適于傳送到邏輯設(shè)備9和數(shù)字信號處理器10的信 號，從而導(dǎo)致在沒有任何信號的情況下系統(tǒng)被關(guān)斷。在三相電系統(tǒng)中，相位旋轉(zhuǎn)可以是A-B-C或A-C-B。為了使數(shù)字信號處理器10能 夠正確地運(yùn)作，必須首先確定相位旋轉(zhuǎn)。使用比較器34來檢測過零伏點(diǎn)21且將點(diǎn)21報(bào)告 給數(shù)字信號處理器10。數(shù)字信號處理器10進(jìn)而通過定時(shí)邏輯進(jìn)行旋轉(zhuǎn)定時(shí)。每個(gè)運(yùn)算放 大器70充當(dāng)簡單比較器34，輸入信號在每個(gè)情況下是由與串聯(lián)電阻器63結(jié)合的反向并聯(lián) 的一對二極管53提供的。圖8、9和10分別示出了本發(fā)明的半周識(shí)別裝置的電路圖和波形圖。半周識(shí)別裝 置(優(yōu)選地是至少一個(gè)半周識(shí)別器8)通過識(shí)別模擬信號的半周是正或負(fù)將附加數(shù)據(jù)提供給邏輯設(shè)備9和數(shù)字信號處理器10。這對于避免如下情況至關(guān)重要如果IGBT/FET半周 控制晶體管54和58以及IGBT/FET分流控制晶體管59、60、67和68同時(shí)導(dǎo)通，將在輸入的 功率上出現(xiàn)短路。被配置為窗口比較器34的運(yùn)算放大器70具有由至少一個(gè)電阻器63確定的分離 的開關(guān)閾值。如圖9所示，存在三個(gè)信號，一個(gè)絕對過零信號36和兩個(gè)共同入射信號，其中 一個(gè)共同入射信號具有正半周22而一個(gè)共同入射信號具有輸入正弦波39的負(fù)半周23。該 設(shè)計(jì)允許對窗口進(jìn)行調(diào)整以在需要時(shí)提供“死區(qū)”。參考圖11A、11B、11C、11D和11E，示出了本發(fā)明的路由裝置的電路圖。路由裝置 (優(yōu)選地是至少一個(gè)邏輯設(shè)備9)在數(shù)字信號處理器10外部實(shí)時(shí)地工作，以在IGBT/FET半 周控制晶體管54和58以及IGBT/FET分流控制晶體管59、60、67和68的導(dǎo)通時(shí)間之間進(jìn) 行仲裁。邏輯設(shè)備9進(jìn)行路由功能以確保所有信號對于輸入正弦波39的瞬時(shí)需求和極性 是合適的，并且執(zhí)行脈沖寬度調(diào)制功能以便確保節(jié)能設(shè)備和系統(tǒng)1的安全操作，而不管數(shù) 字信號處理器10的狀態(tài)、噪聲、干擾或瞬變的存在。如圖IlC所示，隔離器71的電路允許 邏輯設(shè)備9的編程。如圖IlD所示，需要邏輯設(shè)備9的電阻器支持79的電路以操作邏輯設(shè) 備9。如圖IlE所示，邏輯設(shè)備連接器80的電路使得能夠激活以及禁止邏輯設(shè)備9的某些 方面。處理電阻性負(fù)載比處理電抗性負(fù)載，特別是感性電抗性負(fù)載要求低得多。當(dāng)前，脈 沖寬度調(diào)制(PWM)被限定為脈沖載波的調(diào)制，其中調(diào)制波的每個(gè)瞬時(shí)采樣的值通過改變脈 沖的上升沿、下降沿或上升沿和下降沿二者來產(chǎn)生成比例持續(xù)時(shí)間的脈沖，這也被稱為脈 沖持續(xù)時(shí)間調(diào)制。然而，為了本發(fā)明和應(yīng)用的目的，PWM被限定為脈沖載波的調(diào)制，其中從 調(diào)制波的曲線下的區(qū)域移除至少一個(gè)部分。當(dāng)PWM被直接施加到輸入功率時(shí)，當(dāng)移除功率 時(shí)感性元件做出反應(yīng)，試圖保持電流行進(jìn)，并且提升其自身生成的電壓直到電流找到放電 路徑。在沒有分流電路的情況下，該情況將毀壞半周控制晶體管。因此，邏輯設(shè)備9是“監(jiān)管器”，其中如果存在過電流情況或如果存在相位缺失，在 數(shù)字信號處理器10 “掛起”的情況下，則該邏輯設(shè)備9采取適當(dāng)?shù)膭?dòng)作。在任何這些情況 下，邏輯設(shè)備9實(shí)時(shí)地立即響應(yīng)，以保護(hù)半周控制晶體管和分流設(shè)備及其連接的裝備。另外，邏輯設(shè)備9緩解IGBT/FET半周控制晶體管54和58以及IGBT/FET分流控 制晶體管59、60、67和68的復(fù)雜驅(qū)動(dòng)需求，且在一定程度上解除數(shù)字信號處理器10對該任 務(wù)的負(fù)擔(dān)。由于邏輯設(shè)備9控制該功能，可實(shí)時(shí)地執(zhí)行該功能，且因此可將驅(qū)動(dòng)需求的定時(shí) 控制保持為比由數(shù)字信號處理器10實(shí)現(xiàn)的限制嚴(yán)格得多。實(shí)時(shí)響應(yīng)的能力對于本發(fā)明的 節(jié)能設(shè)備和系統(tǒng)1的安全可靠的操作是重要的。圖12A、12B、12C、12D、12E、12F和12G示出了本發(fā)明的降壓裝置的波形圖和電路 圖。降壓裝置(優(yōu)選地包括至少一個(gè)IGBT/FET驅(qū)動(dòng)控制15)通過脈沖寬度調(diào)制減小輸入正 弦波39的模擬信號(該模擬信號是輸入到節(jié)能設(shè)備和系統(tǒng)1的能量的量)，從而減小能量 并且沒有與該電壓控制先前關(guān)聯(lián)的伴隨諧波，其中在脈沖寬度調(diào)制中從調(diào)制正弦波39的 曲線下面的區(qū)域除去至少一個(gè)部分。如圖12A所示，該技術(shù)結(jié)合IGBT/FET設(shè)備的固有特性 工作，IGBT/FET設(shè)備允許控制導(dǎo)通和關(guān)斷觸發(fā)點(diǎn)。所有潛在的能量都包含在每個(gè)半周中并 且在整個(gè)半周的情況下具有曲線下面的最大面積。如果在90%的占空因數(shù)上調(diào)制每個(gè)半周，則曲線下面的面積減少10%且因此能量成比例地減少，如圖12A所示。輸入正弦波的初始形狀被保持，因?yàn)檎{(diào)制可以較高，可能幾十KHz，所以輸出的濾 波由于纏繞組件的更小尺寸變得可實(shí)現(xiàn)而成為可能。當(dāng)正確地測量了均方根值(RMS)并且 觀察到輸出電壓減小了與所采用的占空因數(shù)相似的百分比時(shí)實(shí)現(xiàn)了總體效果，其中所述均 方根值是一個(gè)量的平方的時(shí)間平均的平方根，或者對于周期性的量而言在一個(gè)完整周期上 取平均并且也被稱為有效值。減小的電壓導(dǎo)致減小的電流，從而導(dǎo)致終端用戶消耗較小的 功率。由于IGBT和FET設(shè)備本質(zhì)上是單極性的，所以在AC控制的情況下，必須提供至少 一個(gè)IGBT/FET驅(qū)動(dòng)控制15以控制每個(gè)半周。而且，為了避免反向偏置，使用控向二極管以 將每個(gè)半周發(fā)送到適當(dāng)?shù)脑O(shè)備。另外，許多IGBT和F ET設(shè)備具有寄生二極管分流主元件， 其中反向并行連接兩個(gè)IGBT或FET設(shè)備將導(dǎo)致具有反向并行的兩個(gè)寄生二極管，從而使得 布置不能作為控制元件起作用。二極管53跨正半周晶體管54和負(fù)半周控制晶體管58相連并且理想地工作為純 電阻性負(fù)載或電流引導(dǎo)電抗負(fù)載。然而，當(dāng)以電流滯后功率因數(shù)驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)，當(dāng)突然移除感 性電抗組件中的電流時(shí)，這是發(fā)生調(diào)制時(shí)的情況，衰減的磁場試圖保持電流行進(jìn)，與電飛輪 類似，并產(chǎn)生電壓上升的EMF，直到其發(fā)現(xiàn)使得能夠釋放能量的放電路徑。通過該布置，該 “反電動(dòng)勢”會(huì)導(dǎo)致半周控制元件的有源組件出故障。為了防止這種現(xiàn)象發(fā)生，在分流配置 中放置附加的IGBT/FET分流控制晶體管59、60、67和68。在正半周中，正半周控制晶體管54調(diào)制并且在整個(gè)正半周期間二極管53是起作 用的。IGBT第二分流控制晶體管60充分地導(dǎo)通并且二極管53是起作用的。因此，由負(fù)載 的反電動(dòng)勢導(dǎo)致的任何相反極性電壓被自動(dòng)地箝位。在負(fù)半周期間，以相似的方式激活串行網(wǎng)絡(luò)和分流網(wǎng)絡(luò)中包括的其他設(shè)備。在開關(guān)轉(zhuǎn)變中，可能存在持續(xù)非常短時(shí)段的尖峰信號。通過瞬態(tài)電壓抑制 (Transorb)器件52將該尖峰信號箝位，瞬態(tài)電壓抑制器件52能夠在極短時(shí)段內(nèi)吸收大量 能量，并使得響應(yīng)時(shí)間能夠非?？臁Ｋ矐B(tài)電壓抑制器件52還箝位由雷擊或其他源導(dǎo)致的任 何干線范圍瞬態(tài)信號，否則雷擊或其他源會(huì)毀壞半周晶體管或分流晶體管的有源組件。此 夕卜，在每個(gè)半周晶體管脈沖寬度調(diào)制時(shí)，其他半周晶體管在精確的半周持續(xù)時(shí)間中被充分 導(dǎo)通。這些半周晶體管的占空比在下一半周期間反轉(zhuǎn)。該過程針對上面討論的反電動(dòng)勢信 號提供完整的保護(hù)。該設(shè)置是必要的，特別是當(dāng)兩個(gè)分流元件在轉(zhuǎn)變時(shí)在過零時(shí)間附近。IGBT/FET半周控制晶體管54和58以及IGBT/FET分流控制晶體管59、60、67和 68中每一個(gè)都具有絕緣柵特性，該特性要求器件被增強(qiáng)以使其能夠?qū)?。該增?qiáng)電壓優(yōu)選 地值為12V且優(yōu)選地由浮動(dòng)電源提供，優(yōu)選地一個(gè)浮動(dòng)電源針對每一對。鑒于在IGBT的情 況下IGBT/FET設(shè)備以共發(fā)射極模式工作而在FET的情況下以共源極模式工作，這才是有可 能的；否則，針對每個(gè)相就需要四個(gè)隔離電源。每一對需要由隔離的光學(xué)耦合驅(qū)動(dòng)器66提 供的單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)信號。這些驅(qū)動(dòng)器66利用隔離的電源并且用于非常迅速地導(dǎo)通和關(guān)斷每 個(gè)功率器件。這些驅(qū)動(dòng)器66在兩個(gè)方向上起作用，這是必需的，因?yàn)楣β势骷妮斎腚娙?較高并且必須在關(guān)斷點(diǎn)主動(dòng)地快速放電而在導(dǎo)通點(diǎn)被快速地充電。直接脈沖寬度調(diào)制的問題是當(dāng)由于在IGBT調(diào)制關(guān)斷的情況下驅(qū)動(dòng)感性電抗負(fù)載 時(shí)，存在需要被箝位的反電動(dòng)勢。參考圖12B，示出了施加到正半周控制晶體管54和負(fù)半周控制晶體管58的輸入正弦波39。通常，這些半周控制晶體管54和58處于“關(guān)斷”狀態(tài)且 需要被驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通。在正半周期間，正半周控制晶體管54被調(diào)制并且結(jié)合二極管53 —起工 作以將經(jīng)調(diào)制的正半周傳遞到線輸出端子。IGBT第二分流控制晶體管60在半周的持續(xù)時(shí) 間期間導(dǎo)通并且結(jié)合二極管53 —起工作以便將反電動(dòng)勢箝位到地。在正半周期間，負(fù)半周 控制晶體管58充分導(dǎo)通并且其導(dǎo)通狀態(tài)由二極管53支持。這些二極管53進(jìn)行信號的適 當(dāng)控向。由于正半周的調(diào)制，出現(xiàn)反電動(dòng)勢信號。因?yàn)樵谠摃r(shí)間期間負(fù)半周控制晶體管58導(dǎo)通，所以負(fù)的反電動(dòng)勢通過二極管53傳遞以箝位在同步的AC正半周電壓處。盡管沒有對IGBT第一分流控制晶體管59和IGBT第二分流控制晶體管60施加調(diào) 制，但這些晶體管59和60以與上述相似的方式結(jié)合二極管53 —起工作。如圖12B所示，圖12B是基于IGBT的本發(fā)明的降壓裝置的波形圖，在正半周22期 間，對負(fù)半周控制晶體管85施加驅(qū)動(dòng)信號并且對IGBT第二分流控制晶體管87施加驅(qū)動(dòng)信 號。在負(fù)半周23期間，對正半周控制晶體管84施加驅(qū)動(dòng)信號并且對IGBT第一分流控制晶 體管86施加驅(qū)動(dòng)信號。還示出了施加到正半周控制晶體管54的正半周驅(qū)動(dòng)信號82和施 加到負(fù)半周控制晶體管58的負(fù)半周驅(qū)動(dòng)信號83。相似地，如圖12E所示，圖12E是基于FET的本發(fā)明的降壓裝置的波形圖，在正半 周22期間，對負(fù)半周控制晶體管85施加驅(qū)動(dòng)信號并且對FET第二分流控制晶體管89施加 驅(qū)動(dòng)信號。在負(fù)半周23期間，對正半周控制晶體管84施加驅(qū)動(dòng)信號并且對FET第一分流 控制晶體管88施加驅(qū)動(dòng)信號。還示出了施加到正半周控制晶體管54的正半周驅(qū)動(dòng)信號82 和施加到負(fù)半周控制晶體管58的負(fù)半周驅(qū)動(dòng)信號83?？傊?，使用兩個(gè)箝位策略，第一個(gè)用于正半周，第二個(gè)用于負(fù)半周。在正半周期間， 當(dāng)調(diào)制正半周控制晶體管54時(shí)，負(fù)半周控制晶體管58和第二分流控制晶體管60導(dǎo)通。在 負(fù)半周期間，當(dāng)調(diào)制負(fù)半周控制晶體管58時(shí)，正半周控制晶體管54和IGBT第一分流控制 晶體管59導(dǎo)通。本發(fā)明的基于IGBT和基于FET的節(jié)能設(shè)備和方法1利用的硬件相同，唯一的不同 是IGBT/FET半周控制晶體管54和58以及IGBT/FET分流控制晶體管59、60、67和68。為 了比較，示出了圖12C的基于IGBT的電路、圖12D的基于IGBT的驅(qū)動(dòng)器、圖12E的基于FET 的電路和圖12F的基于FET的驅(qū)動(dòng)器的電路圖。參考圖13，示出了本發(fā)明的被組合的復(fù)位裝置和指示器裝置的電路圖。復(fù)位裝置 (優(yōu)選地是至少一個(gè)復(fù)位開關(guān)13)和指示器裝置(優(yōu)選地是至少一個(gè)發(fā)光二極管14) 一起 工作從而指示何時(shí)基于IGBT/FET的節(jié)能設(shè)備和系統(tǒng)1沒有正確地工作并且允許用戶根據(jù) 需要對裝置和系統(tǒng)1進(jìn)行復(fù)位。優(yōu)選地，發(fā)光二極管14通過閃爍來指示設(shè)備和系統(tǒng)1在正 確地工作。當(dāng)處于故障狀態(tài)時(shí)，發(fā)光二極管14優(yōu)選地改變?yōu)榱⒓疵黠@的且可被識(shí)別為故障 狀態(tài)的不均勻模式。圖14是本發(fā)明的供電裝置的電源單元12的電路圖。供電裝置(優(yōu)選地是至少一 個(gè)電源單元12)接受各種輸入，包括但不限于單相80V S-265V S、雙相80VMS-600V S、三相 80Vrms-600Vrms 以及 48Hz-62Hz 操作。電源單元12在設(shè)計(jì)上是完全絕緣和雙穩(wěn)壓的。在輸入處，由二極管53組成的整 流器72接受單、雙和三相功率。該功率通過變壓器57被施加到開關(guān)穩(wěn)壓器90和集成電路62。鑒于跨DC端存在的較大電壓，開關(guān)穩(wěn)壓器90和集成電路62被StackFET(堆疊FET) 配置中采用的FET晶體管73補(bǔ)充以便提升其工作電壓。變壓器57的次級具有二極管53 和存儲(chǔ)電容器56。跨電容器56的DC電壓經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)電阻器63和齊納二極管75被傳遞到 光學(xué)隔離器65且最終傳遞到反饋端子。使用光學(xué)隔離器65確保了輸入和電源輸出(6.4V 直流)之間的電流隔離。最終，線性電壓穩(wěn)壓器81的輸出(3. 3VA直流)被傳遞到運(yùn)算放 大器70，運(yùn)算放大器70被配置為具有設(shè)置分離軌電壓的兩個(gè)電阻器63的均勻增益緩沖器。 主中性點(diǎn)連接到該分離軌點(diǎn)以及零歐姆電阻器。電感器78使供電軌數(shù)字(+3.3V)與模擬 (3. 3VA)隔離并減小噪聲。接著，圖15A、15B、15C、15D和15E示出了本發(fā)明的通信裝置的電路。該通信裝置 (優(yōu)選地是至少一個(gè)USB通信接口 25)允許用戶根據(jù)需要監(jiān)控并設(shè)置本發(fā)明的節(jié)能設(shè)備和 系統(tǒng)1的參數(shù)。圖15B中示出了 USB通信接口 25的電路，圖15C中示出了用于使USB通信接口 25 與數(shù)字信號處理器10隔離的隔離器塊71，圖15D和15E示出了用于將通信裝置連接到數(shù)字 信號處理器10的第一連接器76和第二連接器77。因?yàn)橹饔∷㈦娐钒宀慌c中性點(diǎn)隔離，所以必須電流隔離USB通信接口 25。禾Ij用數(shù) 字信號處理器10的內(nèi)置串行通信特征以便與通信設(shè)備46串行通信。在隔離障礙的用戶側(cè)， 信號被施加到集成電路62，集成電路62是這樣的設(shè)備其接收串行數(shù)據(jù)并將其翻譯成USB 數(shù)據(jù)以經(jīng)由主機(jī)USB端口 74直接連接到計(jì)算設(shè)備16。主機(jī)USB 5V功率被用于對通信裝置 46供電并且免除了從單元提供單獨(dú)功率的需要。優(yōu)選地，存在兩個(gè)活動(dòng)發(fā)光二極管14，其 指示TX(發(fā)送)和RX(接收)通道上的活動(dòng)。通信優(yōu)選地在9600波特操作，鑒于傳遞的較 小數(shù) 據(jù)量，該速度是足夠的。盡管在節(jié)能設(shè)備和系統(tǒng)1的運(yùn)行中不必須包括通信裝置，但這是允許設(shè)備和系統(tǒng) 1更易于使用的特征。最后，參考圖16和圖17，示出了本發(fā)明的窗口接口 40的截屏。窗口接口 40顯示 在計(jì)算設(shè)備16上并允許用戶根據(jù)需要來監(jiān)控和配置節(jié)能設(shè)備和系統(tǒng)1。提供了具有多個(gè)字 段42的主監(jiān)控屏幕41，其中終端用戶可以調(diào)整節(jié)能設(shè)備和系統(tǒng)1。例如，字段42可包括操 作模式字段43、相位字段44、啟動(dòng)字段45、校準(zhǔn)字段46和設(shè)置點(diǎn)字段47。在操作字段43中，用戶可選擇其希望節(jié)約能量的方式。該方式包括降壓百分比 (其中以固定百分比調(diào)整輸出伏數(shù))、節(jié)省降低百分比(其中輸出伏數(shù)旨在實(shí)現(xiàn)節(jié)省百分 比)以及電壓調(diào)節(jié)(其中均方根伏數(shù)輸出是預(yù)設(shè)的值)。相位字段44允許用戶選擇連同節(jié)能設(shè)備和系統(tǒng)1 一起使用的相類型，即單相、雙 相或三相。啟動(dòng)字段45允許用戶配置系統(tǒng)和設(shè)備1以隨機(jī)地啟動(dòng)和/或具有延遲或“軟啟 動(dòng)”，其中用戶輸入系統(tǒng)和設(shè)備將會(huì)啟動(dòng)的以秒為單位的延遲時(shí)間。校準(zhǔn)字段46允許用戶輸入期望的精確校準(zhǔn)和/或旋轉(zhuǎn)相位。設(shè)置點(diǎn)字段47顯示用戶選擇的設(shè)置并且顯示通過利用節(jié)能設(shè)備和系統(tǒng)1作為電 壓調(diào)節(jié)、降壓百分比或功率節(jié)省降低百分比而節(jié)省的能量的量。對于百分比降壓，下限RMS 設(shè)置在通過其的輸入電壓以下，以允許在輸入電壓小于或等于下限電壓時(shí)輸入電壓被越 過。關(guān)于百分比節(jié)省降低，下限RMS設(shè)置在通過其的輸入電壓以下。
在窗口接口 40上提供的指示器48顯示工作電流、工作電壓、行頻率、計(jì)算出的功率節(jié)省和相位旋轉(zhuǎn)。在窗口接口 40中可包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘49以允許編程預(yù)定時(shí)間和預(yù)定操作時(shí)間的附加 降壓，例如對于預(yù)定操作時(shí)間，季節(jié)，一星期中的天、一天中的小時(shí)。另外，用戶可將節(jié)能設(shè) 備和系統(tǒng)1編程為在一天的各個(gè)時(shí)間期間操作。通過通信端口設(shè)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘49或固定實(shí) 時(shí)時(shí)鐘49以允許選擇通過經(jīng)驗(yàn)得知會(huì)呈現(xiàn)電網(wǎng)超載的規(guī)定季節(jié)日期和時(shí)間。在這些時(shí)間 期間，系統(tǒng)允許進(jìn)一步降低經(jīng)調(diào)節(jié)的AC電壓，從而降低電網(wǎng)上的負(fù)載。可限定多個(gè)時(shí)間，每 個(gè)時(shí)間都具有其自身的附加百分比降低或電壓降。數(shù)字量電計(jì)50提供了記錄關(guān)于功率使用、功率因數(shù)和浪涌的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的裝置。數(shù) 字量電計(jì)50還提供了包括用于功率因數(shù)校正的電容器的能力，在單相、雙相和三相系統(tǒng)上 操作以及在全世界范圍內(nèi)的電壓上操作。其可遠(yuǎn)程或本地使用以由供應(yīng)商任意地禁止或使 能用戶的電源。另外，數(shù)字量電計(jì)50可檢測節(jié)能設(shè)備和系統(tǒng)1何時(shí)被試圖避免支付能量消 耗的終端用戶橋接了，其中供應(yīng)商被警告過該亂用。最終，使用實(shí)時(shí)時(shí)鐘49允許用戶和/ 或供應(yīng)商在一天中選擇的時(shí)間或選擇的時(shí)間段減小功率消耗，從而緩解和/或消除燈火變 暗情況。應(yīng)當(dāng)理解雖然示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是本發(fā)明不限于此處描述和示出的 部分的特定形式或布置。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可進(jìn)行 各種改變，且不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明限于說明書和附圖中所描述和所示的內(nèi)容。
權(quán)利要求
一種基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，包括至少一個(gè)相輸入連接，用于將具有至少一個(gè)模擬信號的預(yù)定量的輸入能量輸入到所述節(jié)能設(shè)備；至少一個(gè)磁通集中器，連接到所述至少一個(gè)相輸入連接，用于感測輸入到所述節(jié)能設(shè)備的所述預(yù)定量的輸入能量；至少一個(gè)過零伏點(diǎn)檢測器，與所述至少一個(gè)相輸入連接電連接，用于確定所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)過零伏點(diǎn)；至少一個(gè)半周識(shí)別器，與所述至少一個(gè)相輸入連接電連接，用于識(shí)別所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)正半周和所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)負(fù)半周；至少一個(gè)邏輯設(shè)備，與所述至少一個(gè)過零伏點(diǎn)檢測器以及至少一個(gè)半周識(shí)別器電連接，用于將所述至少一個(gè)模擬信號的所述至少一個(gè)正半周和所述至少一個(gè)模擬信號的所述至少一個(gè)負(fù)半周發(fā)送到用于處理所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)數(shù)字信號處理器；至少一個(gè)數(shù)字信號處理器，與所述至少一個(gè)邏輯設(shè)備電連接，用于處理所述至少一個(gè)模擬信號；至少一個(gè)降壓裝置，具有至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)控制，其中所述至少一個(gè)降壓裝置與所述至少一個(gè)數(shù)字信號處理器電連接，用于通過向所述至少一個(gè)模擬信號提供脈沖寬度調(diào)制來減小所述預(yù)定量的輸入能量，以產(chǎn)生減小的能量；以及至少一個(gè)相輸出連接，與所述至少一個(gè)降壓裝置電連接，用于從所述節(jié)能設(shè)備輸出所述減小的能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，進(jìn)一步 包括至少一個(gè)模擬信號調(diào)節(jié)設(shè)備，用于調(diào)節(jié)離開所述至少一個(gè)磁通集中器的所述能量的所 述至少一個(gè)模擬信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，進(jìn)一步 包括至少一個(gè)電源單元，與所述節(jié)能設(shè)備電連接，用于為所述節(jié)能設(shè)備供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，進(jìn)一步 包括至少一個(gè)計(jì)算設(shè)備，與所述節(jié)能設(shè)備電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，進(jìn)一步 包括至少一個(gè)通用串行總線通信接口，電連接在所述至少一個(gè)數(shù)字信號處理器和所述至少 一個(gè)計(jì)算設(shè)備之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，其中 所述至少一個(gè)相輸入連接是單相電力系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，其中 所述至少一個(gè)相輸入連接是雙相電力系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，其中 所述至少一個(gè)相輸入連接是三相電力系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，其中 所述至少一個(gè)磁通集中器通過電流隔離來測量所述預(yù)定量的能量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，其中 所述磁通集中器位于至少一個(gè)印刷電路板上；所述至少一個(gè)印刷電路板位于至少一個(gè)外殼上；以及所述外殼能夠可移除地固定于將所述至少一個(gè)相輸入連接電連接到所述至少一個(gè)模 擬信號調(diào)節(jié)設(shè)備的導(dǎo)體。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，其中所述至少一個(gè)外殼包括彼此鉸接固定的頂半部和底半部。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，其中 所述至少一個(gè)模擬信號調(diào)節(jié)設(shè)備具有用于消除或減少離開所述至少一個(gè)磁通集中器的所述能量的諧波和瞬態(tài)或干擾信號的第一濾波器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，其中所述至少一個(gè)模擬信號調(diào)節(jié)設(shè)備具有用于在需要時(shí)允許至少一個(gè)相位變化的第二濾 波器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，其中 用于確定所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)過零伏點(diǎn)的所述至少一個(gè)過零伏點(diǎn)檢測器是至少一個(gè)比較器和至少一個(gè)施密特緩沖器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，其中所述至少一個(gè)比較器具有近似為電源電壓一半的參考點(diǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，進(jìn)一步 包括與所述至少一個(gè)模擬信號調(diào)節(jié)設(shè)備電連接的至少一個(gè)缺相檢測設(shè)備。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，進(jìn)一步 包括與所述至少一個(gè)模擬信號調(diào)節(jié)設(shè)備電連接的至少一個(gè)相位旋轉(zhuǎn)設(shè)備。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，進(jìn)一 步包括與所述至少一個(gè)模擬信號調(diào)節(jié)設(shè)備電連接的至少一個(gè)相位旋轉(zhuǎn)設(shè)備。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，其中 所述至少一個(gè)半周識(shí)別器識(shí)別絕對過零信號。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，其中 所述至少一個(gè)邏輯設(shè)備是可編程的。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，其中 所述至少一個(gè)邏輯設(shè)備實(shí)時(shí)操作。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，進(jìn)一步包括與所述至少一個(gè)降壓裝置電連接的至少一個(gè)浮動(dòng)電源。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，其中 所述至少一個(gè)相輸出連接是單相輸出系統(tǒng)。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，其中 所述至少一個(gè)相輸出連接是雙相輸出系統(tǒng)。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，其中 所述至少一個(gè)相輸出連接是三相輸出系統(tǒng)。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，進(jìn)一步 包括與所述至少一個(gè)數(shù)字信號處理器電連接的至少一個(gè)復(fù)位開關(guān)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，進(jìn)一 步包括與所述至少一個(gè)復(fù)位開關(guān)電連接的至少一個(gè)發(fā)光二極管。
28.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，其中 所述至少一個(gè)通用串行總線通信接口允許用戶監(jiān)控輸入到所述節(jié)能系統(tǒng)的所述預(yù)定量的能量和從所述節(jié)能系統(tǒng)輸出的所述減小的能量。
29.一種基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，包括 用于為所述節(jié)能設(shè)備供電的與所述節(jié)能設(shè)備電連接的至少一個(gè)電源單元；至少一個(gè)相輸入連接，用于將具有至少一個(gè)模擬信號的預(yù)定量的輸入能量輸入到所述 節(jié)能設(shè)備；至少一個(gè)磁通集中器，連接到所述至少一個(gè)相輸入連接，用于通過電流隔離來感測輸 入到所述節(jié)能設(shè)備的所述預(yù)定量的輸入能量；至少一個(gè)模擬信號調(diào)節(jié)設(shè)備，用于調(diào)節(jié)離開所述至少一個(gè)磁通集中器的所述能量的所 述至少一個(gè)模擬信號；至少一個(gè)過零伏點(diǎn)檢測器，與所述至少一個(gè)相輸入連接電連接，用于確定所述至少一 個(gè)模擬信號的至少一個(gè)過零伏點(diǎn)；至少一個(gè)半周識(shí)別器，與所述至少一個(gè)相輸入連接電連接，用于識(shí)別所述至少一個(gè)模 擬信號的至少一個(gè)正半周和所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)負(fù)半周；至少一個(gè)邏輯設(shè)備，與所述至少一個(gè)過零伏點(diǎn)檢測器和至少一個(gè)半周識(shí)別器電連接， 用于將所述至少一個(gè)模擬信號的所述至少一個(gè)正半周和所述至少一個(gè)模擬信號的所述至 少一個(gè)負(fù)半周發(fā)送到用于處理所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)數(shù)字信號處理器；至少一個(gè)數(shù)字信號處理器，與所述至少一個(gè)邏輯設(shè)備電連接，用于處理所述至少一個(gè) 模擬信號；至少一個(gè)降壓裝置，具有至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)控制，其中所述至少一個(gè)降壓裝置與所述至少 一個(gè)數(shù)字信號處理器電連接，用于通過向所述至少一個(gè)模擬信號提供脈沖寬度調(diào)制來減小 所述預(yù)定量的輸入能量以產(chǎn)生減小的能量；至少一個(gè)相輸出連接，與所述至少一個(gè)降壓裝置電連接，用于從所述節(jié)能設(shè)備輸出所 述減小的能量；至少一個(gè)復(fù)位開關(guān)，與所述至少一個(gè)數(shù)字信號處理器電連接； 至少一個(gè)通用串行總線通信接口，與所述至少一個(gè)數(shù)字信號處理器電連接；以及 至少計(jì)算設(shè)備，與所述節(jié)能設(shè)備電連接。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備，進(jìn)一 步包括至少一個(gè)相位旋轉(zhuǎn)設(shè)備，與所述至少一個(gè)模擬信號調(diào)節(jié)設(shè)備電連接。
31.一種基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能系統(tǒng)，包括 用于將預(yù)定量的輸入能量輸入到所述節(jié)能系統(tǒng)的裝置；用于感測輸入到所述節(jié)能系統(tǒng)的所述預(yù)定量的輸入能量的裝置；用于調(diào)節(jié)所述能量的至少一個(gè)模擬信號的裝置；用于確定經(jīng)調(diào)節(jié)的所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)過零伏點(diǎn)的裝置；用于識(shí)別經(jīng)調(diào)節(jié)的所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)正半周和至少一個(gè)負(fù)半周的裝置；用于將所述至少一個(gè)模擬信號的所述至少一個(gè)正半周和所述至少一個(gè)模擬信號的所 述至少一個(gè)負(fù)半周發(fā)送到用于處理所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)數(shù)字信號處理器的 裝置；用于處理經(jīng)調(diào)節(jié)的所述至少一個(gè)模擬信號的裝置；用于減小所述預(yù)定量的能量的經(jīng)調(diào)節(jié)的所述至少一個(gè)模擬信號以產(chǎn)生減小的能量的 裝置；以及用于從所述節(jié)能系統(tǒng)輸出所述減小的能量的裝置。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能系統(tǒng)，其中用于減小所述預(yù)定量的能量的所述裝置是通過脈沖寬度調(diào)制進(jìn)行的。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能系統(tǒng)，進(jìn)一 步包括用于與至少一個(gè)計(jì)算設(shè)備通信的裝置。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能系統(tǒng)，進(jìn)一 步包括用于復(fù)位所述節(jié)能系統(tǒng)的裝置。
35.根據(jù)權(quán)利要求32所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能系統(tǒng)，進(jìn)一 步包括用于與至少一個(gè)計(jì)算設(shè)備通信的裝置。
36.根據(jù)權(quán)利要求33所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能系統(tǒng)，進(jìn)一 步包括用于與至少一個(gè)計(jì)算設(shè)備通信的裝置。
37.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能系統(tǒng)，其中用于感測輸入到所述節(jié)能系統(tǒng)的所述預(yù)定量的能量的所述裝置是通過電流隔離來測 量電流的至少一個(gè)磁通集中器。
38.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能系統(tǒng)，其中用于調(diào)節(jié)所述能量的至少一個(gè)模擬信號的所述裝置是顯著減少所述至少一個(gè)模擬信 號中的諧波和任何瞬態(tài)或干擾信號的至少一個(gè)模擬信號調(diào)節(jié)設(shè)備。
39.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能系統(tǒng)，其中用于確定經(jīng)調(diào)節(jié)的所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)過零伏點(diǎn)的所述裝置是具有至 少一個(gè)比較器和至少一個(gè)施密特緩沖器的至少一個(gè)過零伏點(diǎn)檢測器。
40.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能系統(tǒng)，其中用于識(shí)別經(jīng)調(diào)節(jié)的所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)正半周和至少一個(gè)負(fù)半周的所 述裝置是至少一個(gè)半周識(shí)別器。
41.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能系統(tǒng)，其中用于將所述至少一個(gè)模擬信號的所述至少一個(gè)正半周和所述至少一個(gè)模擬信號的所 述至少一個(gè)負(fù)半周發(fā)送到用于處理所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)數(shù)字信號處理器的 所述裝置是至少一個(gè)邏輯設(shè)備。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)邏輯設(shè)備是可編程的。
43.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能系統(tǒng)，其中用于處理經(jīng)調(diào)節(jié)的所述至少一個(gè)模擬信號的所述裝置是執(zhí)行脈沖寬度調(diào)制功能的至 少一個(gè)數(shù)字信號處理器。
44.根據(jù)權(quán)利要求32所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能系統(tǒng)，其中所述脈沖寬度調(diào)制是通過至少一個(gè)絕緣柵雙極晶體管驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行的。
45.根據(jù)權(quán)利要求32所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能系統(tǒng)，其中所述脈沖寬度調(diào)制是通過至少一個(gè)場效應(yīng)晶體管驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行的。
46.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能系統(tǒng)，進(jìn)一 步包括用于為所述節(jié)能系統(tǒng)供電的裝置。
47.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能系統(tǒng)，進(jìn)一 步包括用于檢測將預(yù)定量的能量輸入到所述節(jié)能系統(tǒng)的所述裝置的缺失的裝置。
48.根據(jù)權(quán)利要求31所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能系統(tǒng)，進(jìn)一 步包括用于旋轉(zhuǎn)將預(yù)定量的能量輸入到所述節(jié)能系統(tǒng)的所述裝置的裝置。
49.根據(jù)權(quán)利要求47所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能系統(tǒng)，其中所述用于檢測將預(yù)定量的能量輸入到所述節(jié)能系統(tǒng)的所述裝置的缺失的裝置是與所 述用于調(diào)節(jié)所述能量的所述至少一個(gè)模擬信號的裝置電連接的至少一個(gè)缺相檢測設(shè)備。
50.根據(jù)權(quán)利要求48所述的基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能系統(tǒng)，其中所述用于旋轉(zhuǎn)將預(yù)定量的能量輸入到所述節(jié)能系統(tǒng)的所述裝置的裝置是與所述用于 調(diào)節(jié)所述能量的所述至少一個(gè)模擬信號的裝置電連接的至少一個(gè)相位旋轉(zhuǎn)設(shè)備。
51.一種使用基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備的方法，所述基于絕 緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備包括至少一個(gè)相輸入連接，用于將具有至少 一個(gè)模擬信號的預(yù)定量的輸入能量輸入到所述節(jié)能設(shè)備；至少一個(gè)磁通集中器，連接到所 述至少一個(gè)相輸入連接，用于感測輸入到所述節(jié)能設(shè)備的所述預(yù)定量的輸入能量；至少一 個(gè)過零伏點(diǎn)檢測器，與所述至少一個(gè)相輸入連接電連接，用于確定所述至少一個(gè)模擬信號 的至少一個(gè)過零伏點(diǎn)；至少一個(gè)半周識(shí)別器，與所述至少一個(gè)相輸入連接電連接，用于識(shí)別 所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)正半周和所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)負(fù)半周；至 少一個(gè)邏輯設(shè)備，與所述至少一個(gè)過零伏點(diǎn)檢測器以及至少一個(gè)半周識(shí)別器電連接，用于 將所述至少一個(gè)模擬信號的所述至少一個(gè)正半周和所述至少一個(gè)模擬信號的所述至少一 個(gè)負(fù)半周發(fā)送到用于處理所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)數(shù)字信號處理器；至少一個(gè)數(shù) 字信號處理器，與所述至少一個(gè)邏輯設(shè)備電連接，用于處理所述至少一個(gè)模擬信號；至少一 個(gè)降壓裝置，具有至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)控制，其中所述至少一個(gè)降壓裝置與所述至少一個(gè)數(shù)字信 號處理器電連接，用于通過向所述至少一個(gè)模擬信號提供脈沖寬度調(diào)制來減小所述預(yù)定量 的輸入能量，以產(chǎn)生減小的能量；以及至少一個(gè)相輸出連接，與所述至少一個(gè)降壓裝置電連 接，用于從所述節(jié)能設(shè)備輸出所述減小的能量，所述方法包括以下步驟a.將具有至少一個(gè)模擬信號的預(yù)定量的能量輸入到所述節(jié)能設(shè)備；b.感測輸入到所述節(jié)能設(shè)備的所述預(yù)定量的能量；c.確定所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)過零伏點(diǎn)；d.識(shí)別所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)正半周和所述至少一個(gè)模擬信號的至少一 個(gè)負(fù)半周；e.將所述至少一個(gè)模擬信號的所述至少一個(gè)正半周和所述至少一個(gè)模擬信號的所述 至少一個(gè)負(fù)半周發(fā)送到所述至少一個(gè)數(shù)字信號處理器；f.處理所述至少一個(gè)模擬信號；g.通過向所述至少一個(gè)模擬信號提供脈沖寬度調(diào)制來減小所述預(yù)定量的能量；以及h.從所述節(jié)能設(shè)備輸出所述減小的能量。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，在步驟c之后進(jìn)一步包括以下步驟 檢測所述至少一個(gè)相輸入連接的至少一個(gè)缺失。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，在檢測所述至少一個(gè)相輸入連接的至少一個(gè)缺失之 后進(jìn)一步包括以下步驟將所述至少一個(gè)缺失報(bào)告給所述至少一個(gè)邏輯設(shè)備。
54.根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，在檢測所述至少一個(gè)相輸入連接的至少一個(gè)缺失之后進(jìn)一步包括以下步驟 旋轉(zhuǎn)其余的相輸入連接。
55.根據(jù)權(quán)利要求53所述的方法，在將所述至少一個(gè)缺失報(bào)告給所述至少一個(gè)邏輯設(shè) 備之后進(jìn)一步包括以下步驟旋轉(zhuǎn)其余的相輸入連接。
56.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，在步驟f之后進(jìn)一步包括以下步驟 調(diào)節(jié)所述至少一個(gè)模擬信號。
57.根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，在處理所述至少一個(gè)模擬信號之后進(jìn)一步包括以下 步驟調(diào)節(jié)所述至少一個(gè)模擬信號。
58.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，在步驟a之前進(jìn)一步包括以下步驟 為所述節(jié)能設(shè)備供電。
59.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，在步驟a之前進(jìn)一步包括以下步驟 將節(jié)能的量編程到所述節(jié)能設(shè)備中。
60.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，在步驟h之后進(jìn)一步包括以下步驟 將節(jié)能的量編程到所述節(jié)能設(shè)備中。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的方法，在為所述節(jié)能設(shè)備供電之后進(jìn)一步包括以下步驟 將節(jié)能的量編程到所述節(jié)能設(shè)備中。
62.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，在步驟e之前 對所述至少一個(gè)模擬信號進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制。
63.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，在步驟f之前進(jìn)一步包括以下步驟 對所述至少一個(gè)模擬信號進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制。
64.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，在步驟g之后進(jìn)一步包括以下步驟 感測所述減小的能量。
65.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其中通過至少一個(gè)絕緣柵雙極晶體管完成所述脈沖寬度調(diào)制。
66.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其中通過至少一個(gè)場效應(yīng)晶體管完成所述脈沖寬度調(diào)制。
67.一種使用基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能系統(tǒng)的方法，該基于絕緣 柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能系統(tǒng)包括用于將預(yù)定量的能量輸入到所述節(jié)能系統(tǒng) 的裝置；用于感測輸入到所述節(jié)能系統(tǒng)的所述預(yù)定量的能量的裝置；用于調(diào)節(jié)所述能量的 至少一個(gè)模擬信號的裝置；用于確定經(jīng)調(diào)節(jié)的所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)過零伏點(diǎn) 的裝置；用于識(shí)別經(jīng)調(diào)節(jié)的所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)正半周和至少一個(gè)負(fù)半周的 裝置；用于將所述至少一個(gè)模擬信號的所述至少一個(gè)正半周和所述至少一個(gè)模擬信號的所 述至少一個(gè)負(fù)半周發(fā)送到用于處理所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)數(shù)字信號處理器的 裝置；用于處理經(jīng)調(diào)節(jié)的所述至少一個(gè)模擬信號的裝置；用于減小所述預(yù)定量的能量的經(jīng) 調(diào)節(jié)的所述至少一個(gè)模擬信號的裝置；以及用于從所述節(jié)能系統(tǒng)輸出所述減小的能量的裝 置，所述方法包括以下步驟a.將具有至少一個(gè)模擬信號的預(yù)定量的輸入能量輸入到所述節(jié)能系統(tǒng)；b.感測輸入到所述節(jié)能系統(tǒng)的所述預(yù)定量的輸入能量；C.確定所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)過零伏點(diǎn)；d.識(shí)別所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)正半周和所述至少一個(gè)模擬信號的至少一 個(gè)負(fù)半周；e.將所述至少一個(gè)模擬信號的所述至少一個(gè)正半周和所述至少一個(gè)模擬信號的所述 至少一個(gè)負(fù)半周發(fā)送到所述至少一個(gè)數(shù)字信號處理器；f.處理所述至少一個(gè)模擬信號；g.通過向所述至少一個(gè)模擬信號提供脈沖寬度調(diào)制來減小所述預(yù)定量的能量以產(chǎn)生 減小的能量；以及h.從所述節(jié)能系統(tǒng)輸出所述減小的能量。
68.根據(jù)權(quán)利要求67所述的方法，其中通過至少一個(gè)絕緣柵雙極晶體管完成所述脈沖寬度調(diào)制。
69.根據(jù)權(quán)利要求68所述的方法，其中通過至少一個(gè)場效應(yīng)晶體管完成所述脈沖寬度調(diào)制。
70.一種使用基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備的方法，所述基于絕 緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備包括至少一個(gè)相輸入連接，用于將具有至少 一個(gè)模擬信號的預(yù)定量的輸入能量輸入到所述節(jié)能設(shè)備；至少一個(gè)磁通集中器，連接到所 述至少一個(gè)相輸入連接，用于感測輸入到所述節(jié)能設(shè)備的所述預(yù)定量的輸入能量；至少一 個(gè)過零伏點(diǎn)檢測器，與所述至少一個(gè)相輸入連接電連接，用于確定所述至少一個(gè)模擬信號 的至少一個(gè)過零伏點(diǎn)；至少一個(gè)半周識(shí)別器，與所述至少一個(gè)相輸入連接電連接，用于識(shí)別 所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)正半周和所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)負(fù)半周；至 少一個(gè)邏輯設(shè)備，與所述至少一個(gè)過零伏點(diǎn)檢測器以及至少一個(gè)半周識(shí)別器電連接，用于 將所述至少一個(gè)模擬信號的所述至少一個(gè)正半周和所述至少一個(gè)模擬信號的所述至少一 個(gè)負(fù)半周發(fā)送到用于處理所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)數(shù)字信號處理器；至少一個(gè)數(shù) 字信號處理器，與所述至少一個(gè)邏輯設(shè)備電連接，用于處理所述至少一個(gè)模擬信號；至少一 個(gè)降壓裝置，與所述至少一個(gè)數(shù)字信號處理器電連接，用于通過向所述至少一個(gè)模擬信號 提供脈沖寬度調(diào)制來減小所述預(yù)定量的輸入能量，以產(chǎn)生減小的能量；以及至少一個(gè)相輸 出連接，與所述至少一個(gè)降壓裝置電連接，用于從所述節(jié)能設(shè)備輸出所述減小的能量，所述 方法包括以下步驟a.將具有至少一個(gè)模擬信號的預(yù)定量的輸入能量輸入到所述節(jié)能設(shè)備；b.感測輸入到所述節(jié)能設(shè)備的所述預(yù)定量的輸入能量；c.確定所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)過零伏點(diǎn)；d.識(shí)別所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)正半周；e.將所述至少一個(gè)模擬信號的所述至少一個(gè)正半周發(fā)送到所述至少一個(gè)數(shù)字信號處理器；f.處理所述至少一個(gè)模擬信號；g.通過向所述至少一個(gè)模擬信號提供脈沖寬度調(diào)制來減小所述預(yù)定的能量以產(chǎn)生減 小的能量；以及h.從所述節(jié)能設(shè)備輸出所述減小的能量。
71.根據(jù)權(quán)利要求70所述的方法，在步驟d之后進(jìn)一步包括以下步驟識(shí)別所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)負(fù)半周。
72.根據(jù)權(quán)利要求71所述的方法，在識(shí)別所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)負(fù)半周之 后進(jìn)一步包括以下步驟將所述至少一個(gè)模擬信號的所述至少一個(gè)負(fù)半周發(fā)送到所述至少一個(gè)數(shù)字信號處理器。
73.一種使用基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備的方法，所述基于絕 緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備包括至少一個(gè)相輸入連接，用于將具有至少 一個(gè)模擬信號的預(yù)定量的輸入能量輸入到所述節(jié)能設(shè)備；至少一個(gè)磁通集中器，連接到所 述至少一個(gè)相輸入連接，用于感測輸入到所述節(jié)能設(shè)備的所述預(yù)定量的輸入能量；至少一 個(gè)過零伏點(diǎn)檢測器，與所述至少一個(gè)相輸入連接電連接，用于確定所述至少一個(gè)模擬信號 的至少一個(gè)過零伏點(diǎn)；至少一個(gè)半周識(shí)別器，與所述至少一個(gè)相輸入連接電連接，用于識(shí)別 所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)正半周和所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)負(fù)半周；至 少一個(gè)邏輯設(shè)備，與所述至少一個(gè)過零伏點(diǎn)檢測器以及至少一個(gè)半周識(shí)別器電連接，用于 將所述至少一個(gè)模擬信號的所述至少一個(gè)正半周和所述至少一個(gè)模擬信號的所述至少一 個(gè)負(fù)半周發(fā)送到用于處理所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)數(shù)字信號處理器；至少一個(gè)數(shù) 字信號處理器，與所述至少一個(gè)邏輯設(shè)備電連接，用于處理所述至少一個(gè)模擬信號；至少一 個(gè)降壓裝置，與所述至少一個(gè)數(shù)字信號處理器電連接，用于通過向所述至少一個(gè)模擬信號 提供脈沖寬度調(diào)制來減小所述預(yù)定量的能量；以及至少一個(gè)相輸出連接，與所述至少一個(gè) 降壓裝置電連接，用于從所述節(jié)能設(shè)備輸出所述減小的能量，所述方法包括以下步驟a.將具有至少一個(gè)模擬信號的預(yù)定量的輸入能量輸入到所述節(jié)能設(shè)備；b.感測輸入到所述節(jié)能設(shè)備的所述預(yù)定量的輸入能量；c.確定所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)過零伏點(diǎn)；d.識(shí)別所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)負(fù)半周；e.將所述至少一個(gè)模擬信號的所述至少一個(gè)負(fù)半周發(fā)送到所述至少一個(gè)數(shù)字信號處理器；f.處理所述至少一個(gè)模擬信號；g.通過向所述至少一個(gè)模擬信號提供脈沖寬度調(diào)制來減小所述預(yù)定量的輸入能量以 產(chǎn)生減小的能量；以及h.從所述節(jié)能設(shè)備輸出所述減小的能量。
74.根據(jù)權(quán)利要求73所述的方法，在步驟d之后進(jìn)一步包括以下步驟識(shí)別所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)正半周。
75.根據(jù)權(quán)利要求74所述的方法，在識(shí)別所述至少一個(gè)模擬信號的至少一個(gè)正半周之 后進(jìn)一步包括以下步驟將所述至少一個(gè)模擬信號的所述至少一個(gè)正半周發(fā)送到所述至少一個(gè)數(shù)字信號處理器。
76.根據(jù)權(quán)利要求69所述的方法，其中通過至少一個(gè)絕緣柵雙極晶體管完成所述脈沖寬度調(diào)制。
77.根據(jù)權(quán)利要求69所述的方法，其中通過至少一個(gè)場效應(yīng)晶體管完成所述脈沖寬度調(diào)制.
全文摘要
一種基于絕緣柵雙極晶體管/場效應(yīng)晶體管的節(jié)能設(shè)備、系統(tǒng)和方法(1)，其中節(jié)省了額定線電壓以下和/或額定電器電壓以下的預(yù)定量的電壓，從而節(jié)約了能量。提供相輸入連接(2)以將模擬信號輸入到該設(shè)備和系統(tǒng)(1)。磁通集中器(3)感測輸入的模擬信號(20)并且過零伏點(diǎn)檢測器(5)確定信號(20)的過零伏點(diǎn)(21)。識(shí)別信號(20)的正半周(22)和負(fù)半周(23)并將其發(fā)送到用于處理信號(20)的數(shù)字信號處理器(10)。通過脈沖寬度調(diào)制減小信號(20)并且輸出減小的能量，從而對終端用戶產(chǎn)生節(jié)能效果。
文檔編號H02P1/24GK101821935SQ200880111387
公開日2010年9月1日 申請日期2008年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月13日
發(fā)明者約翰·L·拉姆斯登 申請人:智能動(dòng)力股份有限公司