CN105991036A - 电感改变电路以及包括电感改变电路的供电设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电感改变电路以及包括电感改变电路的供电设备，所述供电设备可包括：变压器，输出根据初级侧和次级侧之间的电感比而变换的电压；电感改变单元，根据是否输入了外部输入电力来改变初级侧的电感；输出单元，对变换的电压进行稳压并输出稳压的电压。

Description

电感改变电路以及包括电感改变电路的供电设备

本申请要求于2014年8月18日在韩国知识产权局提交的第10-2014-0107099号韩国专利申请的优先权和权益，该韩国申请的公开通过引用全部包含于此。

技术领域

本公开的一些实施例可涉及一种电感改变电路以及包括所述电感改变电路的供电设备。

背景技术

供电设备可使用变压器来执行电压的转换，以提供负载所需的电压。为了保护负载等的目的，即使外部输入电压改变，供电设备也可能需要稳定地提供电压长达预定时间段或更长时间段。

为了即使在外部输入电力的供应停止的情况下，也稳定地提供电压长达预定时间段或更长时间段，可以使用诸如电容器等的电力存储元件。然而，在使用上述电力存储元件的情况下，为了稳定操作的目的，可增加电力存储元件的尺寸，从而可能增加供电设备的尺寸。

可参照日本第2006-020467号专利公开和日本第2000-114076号专利公开理解现有技术。

[现有技术文档]

(专利文档1)日本第2006-020467号专利公开

(专利文档2)日本第2000-114076号专利公开

发明内容

本公开的一方面可提供一种即使在外部输入电力的供应停止的情况下也能够在充足的时间段内稳定地输出电压的供电设备。

根据本公开的一方面，一种供电设备可包括：变压器，输出根据初级侧和次级侧之间的电感比而变换的电压；电感改变单元，根据是否输入了外部输入电力来改变初级侧的电感；输出单元，对变换的电压进行稳压并输出稳压的电压。

根据本公开的另一方面，一种供电设备可包括：变压器，输出根据初级侧和次级侧之间的电感比而变换的电压；输出单元，对变换的电压进行稳压并输出稳压的电压，其中，变压器包括设置在初级侧并提供可变电感的可变电感器。

根据本公开的另一方面，一种连接到供电设备的变压器的初级绕组的电感改变电路，所述电感改变电路包括：第一辅助绕组，并联连接到变压器的初级绕组；第二辅助绕组，串联连接到第一辅助绕组；开关，串联连接到第一辅助绕组，其中，所述开关根据施加到供电设备的外部输入电力的状态而进行开关。

在发明内容中，未提及本公开的全部特征。参照以下详细描述的特定示例性实施例将可更详细地理解用于解决本公开的对象的各种方法。

附图说明

从以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本公开的以上和其它方面、特征和其它优点，在附图中：

图1是示出根据本公开的示例性实施例的供电设备的构造图；

图2是示出增益特性根据开关频率改变的曲线图；

图3是示出根据本公开的另一示例性实施例的供电设备的构造图；

图4是示出根据本公开的另一示例性实施例的供电设备的构造图；

图5是示出可应用于电感改变电路的绕组和芯的示例的立体图；

图6是示出可应用于电感改变电路的绕组和芯的另一示例的立体图；

图7A和图7B是用于将现有技术的保持时长与本公开的实施例的保持时长进行比较的曲线图；

图8是示出全部的负载范围中的效率的曲线图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开中的实施例。

然而，可以以很多不同的形式实施本公开，并且本公开不应被解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是充分且完整的，并将本公开的范围充分地传达给本领域的技术人员。

在附图中，为了清楚，可夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终用于指定相同或相似的元件。

图1是示出根据本公开的示例性实施例的供电设备的构造图。

参照图1，根据本公开的示例性实施例的供电设备可包括母线(link)电容器13和电力转换电路14。根据示例性实施例，供电设备还可包括整流电路11和功率因素校正电路12。

整流电路11可对外部输入电力10进行整流，并将整流的电力传输到功率因素校正电路12。根据示例性实施例，整流电路11还可包括例如但限于用于对输入AC电力进行整流和平滑的平滑电路。

功率因素校正电路12可例如通过调整由整流电路11整流的电力的电压和电流之间的相位差来校正功率因素，但不限于此。功率因素校正电路12还可通过如下方式校正功率因素，即，调整整流的电力的电流波形来使其跟随电压波形。

母线电容器13可将预定电压存储或充电到其中。可在外部输入电力10的供应停止的情况下使用存储在母线电容器13中的电压。也就是说，即使在外部输入电力10的供应停止之后，供电设备也被要求稳定地提供电压长达预定时间段(保持时间)或更长时间段，并且如上所述，母线电容器13可在外部输入电力10的供应停止的情况下作为电源而被使用。

电力转换电路14可对从外部输入电力10或母线电容器13提供的电力的电压电平进行转换。在下文中，将描述供电设备的各种示例，而在对供电设备的各种示例的描述中，将主要描述电力转换电路14。因此，在下文中，一般仅为了说明目的，供电设备将被称为为电力转换电路。

如上所述，即使在外部输入电力10的供应停止时或在外部输入电力10的供应停止之后，供电设备也被要求在预定时间段(保持时间)或更长时间段内稳定地提供电力。所述预定时间段可被称为保持时间。

为了提供充足的保持时间，可增加母线电容器13的电容值。然而，这不能帮助产品小型化而使产品更密集。

因此，根据本公开的示例性实施例的供电设备可在正常状态下和在保持时间期间施加不同的电感，从而在充分满足或提供保持时间的同时即使在正常状态下也进行稳定操作。

也就是说，在本公开的示例性实施例中，可可变地设置一个或更多个电感，以可变地设置供电设备的输入范围(即，增益范围)。

[数学等式1]

$\mathrm{Gain}=\frac{n{V}_o}{V_{\mathrm{in}}}=\left(\left(\frac{1}{2\sqrt{{\{1+\frac{1}{K}[1-{\left(\frac{f_r}{f_s}\right)}^2\left]\right\}}^2+{\left[\frac{{\mathrm{\π}}^2}{8n^2}Q(\frac{f_s}{f_r}-\frac{f_r}{f_s})\right]}^2}}\right)\right)$

这里，f_r指示谐振频率，f_s指示开关频率，n指示变压器的匝数比，Vo指示输出电压。

数学公式1可以是用于计算增益曲线的方程，图2是示出增益特性根据开关频率改变的曲线图。

参照数学等式1和附图2，在正常提供外部输入电力的状态(即，正常状态)下，增益0.5可能是合适的，而为了在保持时间稳定地提供电力，由实线表示的增益0.675可能是合适的。

可通过改变数学等式1中的K值来实现对增益的改变。K值由供电设备的电感器的比表示。例如，具有小K值的供电设备可获得高增益。

然而，小K值可意味着磁化电感的值小，这可能要求增加初级侧传导电流。因此，虽然具有小K值的供电设备的实施例可充分地提供保持时间，但初级侧传导电流可能增加，从而可能降低转换效率。

因此，根据本公开的示例性实施例的供电设备可根据是否提供外部输入电压来不同地设置增益。也就是说，根据本公开的示例性实施例的供电设备可在正常状态下实现高效率并在保持时间内改变电感，以在宽输入范围下进行操作。

在下文中，将参照图3至图6描述根据本公开的示例性实施例的供电设备的各种示例。

图3是示出根据本公开的示例性实施例的供电设备的构造图。

参照图3，供电设备100可包括开关单元110和变压器单元120。根据示例性实施例，供电设备100还可包括输出单元130。

开关单元110可包括：至少两个开关，堆叠在输入了外部输入电力的输入电力端子和地之间。在图3中示出的示例中，开关单元110可包括一对开关Q1和Q2，并通过对第一开关Q1和第二开关的交替的开关操作来执行电力转换操作(例如，整流操作)。

变压器单元120可输出根据初级侧和次级侧之间电感比而转换的电压。

变压器单元120可包括设置在初级侧并提供可变电感的可变电感器。变压器单元120可包括谐振回路121和变压器122。谐振回路121可包括可变电感器LM。

在示例性实施例中，可变电感器LM可在外部输入电力正常的状态下具有第一电感值，而在外部输入电力的供应停止的状态下具有比第一电感值小的第二电感值。

谐振回路121可包括例如但不限于电感器-电容器(LC)谐振电路或电感器-电感器-电容器(LLC)谐振回路。在图3中示出的示例中，谐振回路121可包括电感器Lr、可变电感器LM、电容器Cr。这里，变压器122的磁化电感器可由可变电感器LM构造。

变压器122可根据次级绕组和初级绕组的比来对电压进行变换。

输出单元130可对由变压器单元120变换和输出的电压进行稳压，并输出稳压的电压。

图4是示出根据本公开的另一示例性实施例的供电设备的构造图。在根据图4中示出的本公开的另一示例性实施例的供电设备中，可使用电感改变电路140来代替在根据图3中示出的本公开的示例性实施例的供电设备中使用的可变电感器。

参照图4，供电设备100可包括开关单元110和具有电感改变单元140和变压器122的变压器120。根据示例性实施例，供电设备100还可包括输出单元130。

变压器122可输出根据初级侧和次级侧之间的电感比而变换的电压。

电感改变单元140可根据是否输入了外部输入电力来改变初级侧的电感。例如，电感改变单元140可被实施为单独的电路，但不限于此。在这种情况下，电感改变单元140可被称为电感改变电路。

在示例性实施例中，电感改变单元140可在外部输入电力正常的状态下将初级侧的电感值确定和/或改变为第一电感值，而在外部输入电力的供应停止的状态下，将初级侧的电感值确定为比第一电感值小的第二电感值。

在示例性实施例中，电感改变单元140可在外部输入电力正常的状态下将初级侧的增益值确定为第一增益值，而在外部输入电力的供应停止的状态下将初级侧的增益值确定为比第一增益值大的第二增益值。

电感改变单元140可包括辅助绕组和偏置电路。虽然已在图4中示出电感改变单元140包括辅助绕组L1和L2的情况作为示例，但可改变辅助绕组的数量。

在正常状态下，初级绕组Lm可以具有合适或预定的电感值。例如，在正常状态下，开关Qaux可处于断开状态，从而可降低供电设备100的初级侧磁化电流的大小，以提高效率。

同时，在保持时间内，开关Qaux可被接通，以改变电感。在图4中示出的示例中，可理解，改变的电感与值对应。也就是说，如上所述，供电设备100在保持时间内可具有小K值以获得高增益，从而在保持时间内提供稳定的输出。

在示例性实施例中，电感改变单元140可包括一个辅助绕组。电感改变单元140可包括：第一辅助绕组，与初级绕组并联连接；开关，串联连接到第一辅助绕组。所述开关可根据例如但不限于施加到供电设备的外部输入电力的状态而进行开关。

在另一示例性实施例中，电感改变单元140可包括两个辅助绕组。电感改变单元140可包括：第一辅助绕组，与初级绕组并联连接；第二辅助绕组，串联连接到第一辅助绕组；开关，串联连接到第一辅助绕组和第二辅助绕组。所述开关可根据例如但不限于施加到供电设备的外部输入电力的状态而进行开关。

输出单元130可对变换的电压进行稳压，并输出稳压的电压。

图5和图6示出可应用于电感改变单元140的绕组结构的各种示例。

图5是示出可应用于电感改变电路的绕组和铁心的示例的立体图。在图5中，示出了电感改变单元140包括一个辅助绕组的示例。

参照图5，辅助绕组521可缠绕在第一侧支柱520周围，第一侧支柱520形被成为与初级绕组511所缠绕的中心支柱510平行。

在图5中示出的芯(core)可包括中心支柱510和第一侧支柱520，并且两个绕组可以缠绕在单个芯周围，从而可实现小型化。

图6是示出可应用于电感改变电路的绕组和铁心的另一示例的立体图。在图6中，示出了包括一对辅助绕组的电感改变单元140的示例。

参照图6，第一辅助绕组621可缠绕在第一侧支柱620周围，第一侧支柱620被形成为与初级绕组611所缠绕的中心支柱610平行。

第二辅助绕组631可串联连接到第一辅助绕组621。第二辅助绕组631可缠绕在第二侧支柱630周围，第二侧支柱630被形成为与初级绕组611所缠绕的中心支柱610和/或第一侧支柱620平行。中心支柱610可以与第一侧支柱620和第二侧支柱630一起形成单个芯。

图7A和图7B是用于将保持时长相互比较的曲线图；图8是示出全部的负载范围内的效率的曲线图。

图7A是根据现有技术的通常的供电设备的曲线图，图7B是根据本公开示例性实施例的供电设备的曲线图。

可从图7A和图7B理解，在现有技术中，最长保持时间仅为6.31ms，而在本公开的示例性实施例中，最长保持时间为17.33ms，该保持时间与现有技术相比是增加的。

此外，从图8可确定，在全部的负载范围中效率增加，尤其是在作为轻负载区域的最大负载的10％和20％的负载中，效率增加了4.2％和2.8％。

在根据本公开的一些示例性实施例的供电设备中，可通过附加的绕组和简单的控制来满足保持时间的要求，并保证正常状态下的高效率，而不增加成本和功率密度。

如上所阐述的，根据本公开的一些示例性实施例，即使在外部输入电力的供应停止的情况下，也可在充足的时间段内稳定地输出电压。

虽然以上已示出并描述了示例性实施例，但本领域的技术人员将理解，可在不脱离本发明的由权利要求限定的范围的情况下做出各种修改和改变。

Claims (14)

1.一种供电设备，包括：

变压器，输出根据初级侧和次级侧之间的电感比而变换的电压；

电感改变单元，根据外部输入电力而改变初级侧的电感；

输出单元，对变换的电压进行稳压并输出稳压的电压。

2.如权利要求1所述的供电设备，其中，电感改变单元在外部输入电力正常的状态下将初级侧的电感值确定为第一电感值，而在外部输入电力的供应停止的状态下将初级侧的电感值确定为比第一电感值小的第二电感值。

3.如权利要求1所述的供电设备，其中，电感改变单元在外部输入电力正常的状态下将初级侧的增益值确定为第一增益值，而在外部输入电力的供应停止的状态下将初级侧的增益值确定为比第一增益值大的第二增益值。

4.如权利要求1所述的供电设备，其中，电感改变单元包括：

第一辅助绕组，并联连接到初级绕组；

开关，串联连接到第一辅助绕组,并根据外部输入电力而进行开关。

5.如权利要求4所述的供电设备，其中，第一辅助绕组缠绕在第一侧支柱周围，第一侧支柱被形成为与初级绕组所缠绕的中心支柱平行。

6.如权利要求1所述的供电设备，其中，电感改变单元包括：

第一辅助绕组，并联连接到初级绕组；

第二辅助绕组，串联连接到第一辅助绕组；

开关，串联连接到第一辅助绕组和第二辅助绕组,并根据外部输入电力而进行开关。

7.如权利要求6所述的供电设备，其中，第一辅助绕组缠绕在第一侧支柱周围，第一侧支柱被形成为与初级绕组所缠绕的中心支柱平行；

第二辅助绕组缠绕在第二侧支柱周围，第二侧支柱被形成为与中心支柱和第一侧支柱平行。

8.如权利要求7所述的供电设备，其中，中心支柱与第一侧支柱和第二侧支柱一起形成单个芯。

9.一种供电设备，包括：

变压器，输出根据初级侧和次级侧之间的电感比而变换的电压；

输出单元，对变换的电压进行稳压并输出稳压的电压，

其中，变压器包括设置在初级侧并提供可变电感的可变电感器。

10.如权利要求9所述的供电设备，其中，可变电感器在外部输入电力正常的状态下具有第一电感值，而在外部输入电力的供应停止的状态下具有比第一电感值小的第二电感值。

11.一种连接到供电设备的变压器的初级绕组的电感改变电路，所述电感改变电路包括：

第一辅助绕组，并联连接到变压器的初级绕组；

开关，串联连接到第一辅助绕组，

其中，所述开关根据施加到供电设备的外部输入电力的状态而进行开关。

12.如权利要求11所述的电感改变电路，其中，第一辅助绕组缠绕在第一侧支柱周围，第一侧支柱被形成为与初级绕组所缠绕的中心支柱平行。

13.一种连接到供电设备的变压器的初级绕组的电感改变电路，所述电感改变电路包括：

第一辅助绕组，并联连接到变压器的初级绕组；

第二辅助绕组，串联连接到第一辅助绕组；

开关，串联连接到第一辅助绕组，

其中，所述开关根据施加到供电设备的外部输入电力的状态而进行开关。

14.如权利要求13所述的电感改变电路，其中，第一辅助绕组缠绕在第一侧支柱周围，第一侧支柱被形成为与初级绕组所缠绕的中心支柱平行，

第二辅助绕组缠绕在第二侧支柱周围，第二侧支柱被形成为与中心支柱和第一侧支柱平行。