CN111641256A - 具有零电压/电流切换的自动ac馈电控制（afc） - Google Patents

具有零电压/电流切换的自动ac馈电控制（afc） Download PDF

Info

Publication number
CN111641256A
CN111641256A CN202010090181.7A CN202010090181A CN111641256A CN 111641256 A CN111641256 A CN 111641256A CN 202010090181 A CN202010090181 A CN 202010090181A CN 111641256 A CN111641256 A CN 111641256A
Authority
CN
China
Prior art keywords
input
power source
power
circuit
relay
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010090181.7A
Other languages
English (en)
Inventor
W.陈
H.徐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Flex Ltd
Original Assignee
Flex Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Flex Ltd filed Critical Flex Ltd
Publication of CN111641256A publication Critical patent/CN111641256A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/263—Arrangements for using multiple switchable power supplies, e.g. battery and AC
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/30—Means for acting in the event of power-supply failure or interruption, e.g. power-supply fluctuations
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/061—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for DC powered loads
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/068—Electronic means for switching from one power supply to another power supply, e.g. to avoid parallel connection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4225—Arrangements for improving power factor of AC input using a non-isolated boost converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/10—The network having a local or delimited stationary reach
    • H02J2310/12—The local stationary network supplying a household or a building
    • H02J2310/16—The load or loads being an Information and Communication Technology [ICT] facility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02B90/10—Applications of fuel cells in buildings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

一种具有AFC(自动AC馈电控制)的电力转换器在从第一输入电源切换到第二输入电源时实施零电压切换。该具有AFC的电力转换器包括继电器切换电路以及用于选择性地向所连接的电力转换器提供电力的控制电路。该控制电路使用这两个输入电源的感测到的幅度值和相位值来确定何时失去该第一输入电源，并且根据精确的定时控制选择性地连接该第二输入电源，以便使部件应力最小化。

Description

具有零电压/电流切换的自动AC馈电控制(AFC)
相关申请的交叉引用
本专利申请根据35U.S.C.119(e)要求于2019年3月1日提交的名称为“AutomaticAC Feed Control(AFC)with Zero Voltage/Current Switching(具有零电压/电流切换的自动AC馈电控制(AFC))”的共同未决美国临时专利申请申请序列号62/812,564的优先权，该美国临时专利申请通过引用以其全文结合在此。
技术领域
本发明总体上涉及具有继电器开关的电力转换器。更具体地，本发明涉及在具有继电器开关的电力转换器中的具有零电压/电流切换的自动AC馈电控制(AFC，automaticac feed control)。
背景技术
在诸如具有多个服务器的数据中心等许多需求电力的应用中使用了多个电源。例如，第一电源主动地连接到负载，同时用作备用的第二电源与该负载断开连接。无论是连接还是断开连接，这两个电源都通电。在第一电源被中断的情况下，第一电源与负载断开连接，并且第二电源主动地连接到该负载。通常，继电器开关用于将负载从第一电源物理地切换到第二电源。
在从第一电源切换到第二电源时会出现问题。用于从第一电源切换到第二电源的继电器开关是使用从第一端子移动到第二端子的开关臂的机械开关。如果在切换时继电器开关处存在由第二电源提供的电流，则可能出现火花。这还会导致部件应力，而这两者都是不期望的。
发明内容
实施例涉及具有AFC(自动AC馈电控制)的电力转换器，该电力转换器用于在从第一输入电源切换到第二输入电源时实施零电压切换。该具有AFC的电力转换器包括继电器切换电路以及用于选择性地向所连接的电力转换器提供电力的控制电路***。该控制电路***使用这两个输入电源的感测到的幅度值和相位值来确定何时失去该第一输入电源，并且根据精确的定时控制选择性地连接该第二输入电源，以便使部件应力最小化。
在一方面，披露了一种电源和电力转换器***。该***包括第一输入AC电源、第二输入AC电源、继电器切换电路、电力转换电路、电压感测电路以及控制电路。该继电器切换电路耦合到该第一输入AC电源和该第二输入AC电源。在正常操作条件下，该继电器切换电路被配置用于启用与该第一输入AC电源的连接并且禁用与该第二输入AC电源的连接。该电力转换电路耦合到该继电器切换电路。该电压感测电路耦合到该第一输入AC电源和该第二输入AC电源。该控制电路耦合到该电压感测电路、该继电器切换电路和该电力转换电路。该控制电路被配置用于：接收该第一输入AC电源和该第二输入AC电源的感测到的电压水平，以判定该第一输入AC电源是否被中断以及是否需要切换到该第二输入AC电源；并且控制该继电器切换电路的切换，以在该第二输入AC电源的感测到的电压水平的零电压交叉点处禁用与该第一输入AC电源的连接并启用与该第二输入AC电源的连接。在一些实施例中，该电力转换电路包括主开关，并且该控制电路被配置用于向该主开关传送控制信号，使得该主开关在该零电压交叉点处是断开的。在一些实施例中，该电力转换电路包括功率因数校正(PFC)电力转换器。在一些实施例中，该电力转换电路进一步包括耦合到该PFC电力转换器的输出端的DC到DC转换器。在一些实施例中，该PFC电力转换器是升压转换器。在一些实施例中，该控制电路包括用于向该继电器切换电路提供控制信号的第一控制电路、以及用于向该PFC电力转换器提供控制信号的第二控制电路，其中，该***进一步包括在该第一控制电路与该第二控制电路之间的隔离屏障。在一些实施例中，该第一控制电路被配置用于穿过该隔离屏障向该第二控制电路提供控制信号。在一些实施例中，该控制电路被配置用于通过判定在预先确定的等待时间段内该第一输入AC电源的感测到的电压值是否为零来判定是否需要切换到该第二输入AC电源。在一些实施例中，该控制电路被配置用于通过计算该第二输入AC电源的紧接在该预先确定的等待时间段之后的下一个零电压交叉点时间、并且然后在等于所计算出的下一个零电压交叉点时间减去预先确定的切换延迟时间段的时间处向该继电器切换电路传送控制信号来控制该继电器切换电路的切换。在一些实施例中，该控制电路进一步被配置用于在该下一个零电压交叉点时间之前向该电力转换电路的主开关传送第二控制信号，其中，该第二控制信号使该主开关断开，使得该主开关在该继电器切换电路进行切换时是断开的。
在另一方面，披露了一种切换电力转换器的电源的方法。该方法包括将第一输入AC电源和第二输入AC电源耦合到继电器切换电路，其中，在正常操作条件下，该继电器切换电路被配置用于启用该第一输入AC电源到电力转换电路的连接并禁用该第二输入AC电源到该电力转换电路的连接。该方法进一步包括感测该第一输入AC电源和该第二输入AC电源的电压水平。该方法进一步包括判定该第一输入AC电源是否被中断以及是否需要切换到该第二输入AC电源。该方法进一步包括控制该继电器切换电路的切换以在该第二输入AC电源的感测到的电压水平的零电压交叉点处禁用与该第一输入AC电源的连接并启用与该第二输入AC电源的连接。在一些实施例中，该电力转换电路包括主开关，并且该方法进一步包括向该主开关传送控制信号，使得该主开关在该零电压交叉点处是断开的。在一些实施例中，判定是否需要切换到该第二输入AC电源包括判定在预先确定的等待时间段内该第一输入AC电源的感测到的电压值是否为零。在一些实施例中，控制该继电器切换电路的切换包括：计算该第二输入AC电源的紧接在该预先确定的等待时间段之后的下一个零电压交叉点时间，并且然后在等于所计算出的下一个零电压交叉点时间减去预先确定的切换延迟时间段的时间处向该继电器切换电路传送控制信号。在一些实施例中，该方法进一步包括在下一个零电压交叉点时间之前向该电力转换电路的主开关传送第二控制信号，其中，该第二控制信号使该主开关断开，使得该主开关在该继电器切换电路进行切换时是断开的。
附图说明
参考附图描述了若干示例实施例，其中，使用相同的附图标记来提供相同的部件。示例实施例旨在说明而不是限制本发明。这些附图包括以下图：
图1展示了根据一些实施例的具有AFC的电力转换器的功能框图。
图2展示了根据一些实施例的具有AFC的电力转换器的示意性框图。
图3展示了根据一些实施例的用于实施切换的示例性控制定时图。
图4展示了根据一些实施例的用于确定继电器开关延迟时间段的示例性校准电路。
图5展示了电感器线圈电压与继电器切换时间T4之间的示例性关系。
具体实施方式
本申请的实施例涉及继电器切换控制。本领域普通技术人员将认识到对继电器切换控制的以下详细说明仅是说明性的，而不旨在以任何方式进行限制。对于从本披露受益的这些技术人员而言，他们将很容易想到继电器切换控制的其他实施例。
现将详细参考如在附图中所展示的继电器切换控制的实施方式。将在全部附图以及以下详细说明中使用相同的附图标记指示符来指代相同或相似的部分。为了清楚起见，并未示出和描述本文所描述的实施方式的所有常规特征。当然，应当认识到的是，在开发任何这种实际实施方式时，为了实现开发者的特定目标，必须做出许多特定于实施方式的决策，诸如，遵循与应用和商业相关的约束，并且这些特定目标将随着实施方式和开发者的不同而发生变化。此外，将认识到的是，这种开发努力可能是复杂且耗时的，但对于那些从本披露获益的本领域普通技术人员来说这将不过是工程的常规工作。
图1展示了根据一些实施例的具有AFC的电力转换器的功能框图。具有AFC的电力转换器2包括第一输入电力4和第二输入电力6。第一输入电力4和第二输入电力6可以是任何常规电源，诸如分别是主电网和备用发电机。第一输入电力4和第二输入电力6中的每一个都耦合到继电器切换电路12。继电器切换电路12被配置用于选择性地将第一输入电力4或第二输入电力6连接到电力转换器的其余部分。在正常操作中，第一输入电力4连接到电力转换器的其余部分。线路滤波器14耦合到继电器切换电路12。线路滤波器14可以是任何常规滤波电路，诸如用于对EMI(electromagnetic interference，电磁干扰)进行滤波的电路。线路滤波器14耦合到PFC(power factor correction，功率因数校正)电力转换器18，该电力转换器耦合到DC到DC转换器22。DC到DC转换器22的输出端提供具有AFC的电力转换器2的输出电压V输出。电压感测电路8耦合到第一输入电力4和第二输入电力6。电压感测电路8被配置用于感测第一输入电力4的电压水平和第二输入电力6的电压水平，并且将感测到的电压水平输出到AFC控制电路10。AFC控制电路10被配置用于控制继电器切换电路12以选择性地将第一输入电力4或第二输入电力6连接到电力转换器的其余部分。PFC控制电路20耦合到PFC电力转换器18。PFC控制电路20被配置用于控制PFC电力转换器18。AFC控制电路10和PFC控制电路20被耦合用于跨隔离屏障16提供控制信令。AFC控制电路10和PFC控制电路20被隔离屏障16分隔开，以使得电压感测电路8能够单独接地。隔离屏障16可以是变压器、电容器或其他类型的常规隔离屏障。在一些实施例中，使用光学耦合器来跨隔离屏障16传送控制信令。应当理解的是，可以使用能够跨隔离屏障传送控制信令的任何替代性常规信令装置。
参考图2的示例性实施方式更详细地描述了具有AFC的电力转换器2的操作。图2展示了根据一些实施例的具有AFC的电力转换器的示意性框图。图2示出的具有AFC的电力转换器在概念上与图1的具有AFC的电力转换器相同。图2示出的具有AFC的电力转换器示出了图1的具有AFC的电力转换器的示例性实施方式，该实施方式包括选择功能块的示意图。***包括两个输入电源，这两个输入电源提供与第一输入电力4相对应的输入电压V输入A以及与第二输入电力6相对应的输入电压V输入B。在示例性实施方式中，第一输入电力是在180VAC至264VAC的电压范围以及47Hz至63Hz的频率范围内操作的AC电压源。尽管所示出和描述的***涉及两个电源，但是应当理解的是，还可以包括附加的电源。输入电源通过继电器切换电路12(图2)连接到电力转换器。在一些实施例中，继电器切换电路12包括两个继电器开关——继电器开关32和继电器开关34。应当理解的是，可以使用附加的继电器开关，并且这些附加的继电器开关可以被配置用于调节替代性输入电源配置以及大于所示出和描述的两个的数量的输入电源。在一些实施例中，每个输入电源经由熔断器和平滑电容器连接到相应的继电器开关。在图2示出的示例性配置中，熔断器24和平滑电容器26耦合在第一输入电力4与继电器开关32之间，并且熔断器28和平滑电容器30耦合在第二输入电力6与继电器开关34之间。
每个继电器开关32、34都是包括第一端子和第二端子并且还包括开关臂的机械开关。在第一位置，开关臂连接到第一端子。在第二位置，开关臂连接到第二端子。第一位置被认为是静态状态或原位置。在一些实施例中，每个继电器开关32、34都是使用磁体将开关臂从第一位置移动到第二位置的磁继电器开关。磁继电器开关还包括电感器线圈。当通过电感器线圈提供电流时，会感应出磁场，该磁场使磁体移动，该磁体进而将开关臂从第一位置移动到第二位置。当将电流从电感器线圈去除时，磁场不再存在，因而该磁体返回到其稳定位置，并且开关臂诸如通过弹簧返回到第一位置。在这个实施例中，磁继电器开关由AFC控制电路10通过控制流过每个继电器开关的电感器线圈的电流来控制。当存在流过电感器线圈的电流时，继电器开关的开关臂连接到第二端子。当不存在电流时，开关臂连接到第一端子。应当理解的是，可以使用可由AFC控制电路10控制的其他类型的继电器开关。如图2所示，继电器开关32、34中的每一个处都于静态状态，其中，开关臂被定位成抵靠第一端子。在具有AFC的电力转换器的正常操作期间，继电器开关32、34各自处于静态状态，这会启用与第一输入电力4的连接。
第一输入电力4的顶部端子连接到继电器开关32的第一端子，并且第二输入电力6的顶部端子连接到继电器开关32的第二端子。第一输入电力4的底部端子连接到继电器开关34的第一端子，并且第二输入电力6的底部端子连接到继电器开关34的第二端子。为了将第一输入电力4连接到电力转换器，将继电器开关32连接到继电器开关32的第一端子处，并且将继电器开关34连接到继电器开关34的第一端子处，如图2所示。为了将第二输入电力6连接到电力转换器，将继电器开关32的开关臂连接到继电器开关32的第二端子处，并且将继电器开关34的开关臂连接到继电器开关34的端子2处。
示例性PFC电力转换器18被配置为升压转换器并且包括升压电感器36、主开关38、二极管40、辅助开关44、浪涌电阻器46、大容量电容器48、以及包括二极管42的旁路电路路径。PFC电力转换器18的输出电压是大容量电容器48两端的电压。为了使升压转换器正常工作，输出电压必须高于输入电压。然而，在通电期间存在零输出电压，因此在此时输出电压小于输入电压。每当输入电压大于输出电压时，都会自动启用旁路电路路径，因为在这种条件下，二极管42处于正向偏置。每当输出电压大于输入电压时，都会自动禁用旁路电路路径，因为在这种条件下，二极管42处于反向偏置。在启用主电路路径之前，使用旁路电路路径来为大容量电容器48充电(输出电压)。一旦大容量电容器48被充电至输出电压大于输入电压的点，旁路电路路径中的二极管42就变为反向偏置，并且电流停止流过旁路电路路径，并且通过闭合和断开主开关38来启用主电路路径。图2示出的PFC电力转换器18的电路图仅用于示例性目的。应当理解的是，可以使用其他电路配置。还应当理解的是，电力转换器通常可以是除了升压转换器之外的替代性类型。
尽管未在图2中示出，DC到DC转换器22包括隔离屏障，以在PFC电力转换器18与输出电压V输出之间提供电隔离。在一些实施例中，隔离屏障包括变压器，该变压器具有耦合到PFC电力转换器18耦合的初级绕组以及耦合到电路输出V输出的次级绕组。
存在通过具有AFC的电力转换器2的三条电流路径。第一电流路径包括流过继电器开关32、34和线路滤波器14的电流。第二电流路径在隔离屏障的次级侧，并且包括流过具有二极管42的旁路电路路径的电流。第三电流路径包括流过升压电感器36以及主开关38或二极管40(取决于主开关38是闭合还是断开)的电流。第三电流路径是通过PFC电力转换器18的主电流路径。在通电后，电流流过第三电流路径以对升压电感器36进行充电。电流根据PFC控制电路20对主开关38的控制而流过第三电流路径。当主开关38闭合(ON)时，电流流过升压电感器36和主开关38(这会对升压电感器36进行充电)，同时由已经储存在大容量电容器48中的电荷提供输出电压V输出。当主开关断开(OFF)时，电流流过升压电感器36和二极管40，并且被提供至大容量电容器48和DC到DC转换器22两者以提供输出电压V输出。
在操作期间，如果第一输入电力4被中断或失去，负载仍然连接到电力转换器的输出端。在这种情况下，负载从充好电的大容量电容器48汲取电流，这使大容量电容器48两端的电压(其也是从PFC电力转换器18输出的电压)下降。当电源切换到第二输入电力6时，取决于在继电器进行切换时第二输入电力6的瞬时AC电压水平，PFC电力转换器18的输入端处的电压可能大于大容量电容器48两端的被拉低的电压，在这种情况下，旁路二极管42正向偏置，从而自动启用旁路电路路径(第二电流路径)。
具有AFC的电力转换器的目的是建立经过电力转换器的零电流，并且在零电流条件期间执行继电器开关的切换，这可以通过将继电器开关切换精确定时在第二输入电力的零电压交叉点处来实现。确定并实施第二输入电力的零电压定时以及继电器开关的零电压切换的定时，以使继电器开关处的火花最小化(如果不能消除)。火花量越小，继电器开关上的应力越小。在常规配置中，继电器开关从第一输入电源切换到第二输入电源，而无需考虑经过电力转换器的电流的值或关于第二输入电力的零电压切换。
为了建立经过具有AFC的电力转换器2的零电流，在继电器切换期间经过这三个电流路径中的每一个的电流必须为零。关于第一电流路径，线路滤波器14中不存在有源控制，因为线路滤波器14仅包括诸如电感器和电容器等无源部件。为了控制第一电流路径中的电流，实施关于第二输入电力6的零电压切换。如果输入电压为零，则输入电流为零，这导致经过第一电流路径的电流为零。关于第二电流路径，在第二输入电力6的零电压交叉点处实施切换。如果切换发生在这种零电压交叉点处，则在此时降压电压(PFC电力转换器18的输出)高于输入到PFC电力转换器18的电压，这意味着二极管42反向偏置并且无电流流过第二电流路径。因此，经过第一电流路径和第二电流路径的零电流可以通过确保继电器切换发生在第二输入电力6的零电压交叉点处来实现。关于第三电流路径，这可通过由PFC控制电路20断开主开关38来控制。在AFC控制电路10启动继电器开关的切换之前，AFC控制电路10向PFC控制电路20发送信号以断开PFC电力转换器18中的主开关38。
在操作中，具有AFC的电力转换器2被配置用于确定何时需要将第一输入电力4的中断切换到第二输入电力6，并且确定并实施对切换的精确定时和控制。图3展示了根据一些实施例的用于实施切换的示例性控制定时图。电压曲线56示出了来自第一输入电力4的感测到的电压水平，并且电压曲线58示出了来自第二输入电力6的感测到的电压水平。在正常操作条件下，继电器开关32、34连接到第一输入电力4。电压感测电路8和AFC控制电路10被配置用于感测并检测第一输入电力4和第二输入电力6两者的幅度和相位。当失去感测到的第一输入电力4的电压水平(例如，在某一时间段内感测到的电压电平为零)时，则确定已经发生第一输入电力的中断。时间t0指示何时失去如被电压感测电路8和AFC控制电路10感测和检测到的第一输入电力4。时间段Tac_失去(T2)是等待时间段，用于判定第一输入电力4是真正地失去，还是仅仅诸如由于噪声或其他原因而暂时地中断。时间段T2被称为触发延迟。如果经过了时间段T2而未恢复第一输入电力，则确定要执行切换。时间段T2是预先确定的已知值。AFC控制电路10实施零电压切换算法来确定到底何时将控制信令发送到继电器开关以进行切换。
时间段T1是第二输入电力6的零电压交叉点之间的时间段。时间段T1是由AFC控制电路10计算的，并且是根据先前已经感测到的第二输入电力6来确定的。时间段Tzvs_等待(T3)是等待第二输入电力6的正确相位(即，等待第二输入电力6的下一个零电压交叉点)的时间。由于第二输入电力6正在被感测和检测，因此第二输入电力6的最近的零电压交叉点是已知的，并且随后的零电压交叉点可以由AFC控制电路10根据T1来计算。
时间段T继电器(T4)是继电器开关32、34的机械延迟，即，在从AFC控制电路10接收到切换控制信号后开关臂物理地切换端子的时间延迟。由于继电器开关32、34是机械的，因此在发送信号通知继电器开关进行切换与开关臂从一个端子到另一个端子的实际机械切换之间存在延迟。当开关臂从一个端子改变到另一个端子时，开关臂在稳定与该另一个端子保持接触之前会抵靠该另一个端子物理地摆动或振动。时间段T4考虑在开关臂稳定到端子上之前该开关臂振动的时间段。时间段T4是预先确定的已知值。
以这种方式，通过确定第二输入电力6的下一个零电压交叉点在何时、并且然后在时间t2(该时间是第二输入电力6在时间t3处的下一个零电压交叉点的预期定时之前的时间段T4)传送控制信号来建立由AFC控制电路10向继电器开关32、34传送控制信号的定时。在时间t3之前，AFC控制电路10向PFC控制电路20传送指示要断开PFC电力转换器18中的主开关38的控制信号。进而，PFC控制电路20向主开关38传送控制信号以进行断开，使得在时间t3(切换时间)第三电流路径中的电流为零。应当理解的是，图3示出的电压波形、绝对时间段以及时间段的相对持续时间仅用于示例性目的，并且特定值是应用特定的。
如先前所描述的，时间段T4(T继电器)是预先确定的值。在磁继电器开关的情况下，每个继电器开关取决于经过电感器线圈的电流。电流越大，所感应的磁场越大，并且开关臂从第一端子到第二端子的切换越快。如此，时间段T继电器的值是施加到继电器开关的电压水平的函数。图4示出的校准电路50可以用于预先确定给定施加电压的时间段T继电器的值，该给定施加电压将在操作中用于控制继电器开关32、34(图2)。通常，时间段T继电器是针对施加到继电器开关上用于切换的给定电压而预先确定的。时间段T继电器可以在校准步骤期间(诸如在生产期间)使用校准电路50来确定。
以下提供了典型的定时示例。AC失去检测时间(T2)可以在小于4ms内实现。下一个零电压交叉点的零电压切换等待时间(T3)取决于相对于从失去第一输入电力4时第二输入电力6的最近先前零电压交叉点何时失去第一输入电力4。最差的情况是零电压切换等待时间T3等于作为第二输入电力6的零电压交叉点之间的时间段的时间段T1。在施加高电压时，继电器切换时间(T4)可以在小于4ms内实现。例如，使用35V的电感器线圈电压可以实现3.3ms的继电器切换时间T4。图5中示出了电感器线圈电压与继电器切换时间T4之间的示例性关系。应当理解的是，不同的继电器开关可能表现不同并且具有不同的电感器线圈电压对于继电器切换时间T4的关系。
典型的电力转换器具有20ms维持时间，这意味着如果失去输入电力20ms或更少的时间，输出电压V输出将不会受到不利地影响(由于储存在大容量电容器48中的电荷)并且操作将不受影响。在这种情况下，在电力转换器的操作受到影响之前，零电压切换等待时间T3至多为12ms。如果示例第二输入电力具有180VAC至264VAC的范围和47Hz至63Hz的频率，则第二输入电力整个周期的最差情况是21ms，并且由于时间段T1是整个周期的一半，因此时间段T1的最差情况是10.5ms。因此，在T3的最差情况情境中，实施AFC控制定时以进行切换的总时间(T2+T3+T4)为4ms+10.5ms+4ms＝18.5ms，这小于在失去第一输入电力4的情况下维持电力转换器的操作的最大延迟20ms。
已经就结合细节的特定实施例描述了本申请，以便促进对继电器切换控制的构造和操作的原理的理解。可以互换在各个附图中示出和描述的部件中的许多部件以实现必要的结果，并且本说明书也应该被理解为涵盖这样的交换。如此，本文对具体实施例及其细节的参考并非旨在限制所附权利要求的范围。本领域技术人员将清楚的是，在不背离本申请的精神和范围的情况下，可以对被选择用于说明的实施例做出修改。

Claims (15)

1.一种电源和电力转换器***，该***包括：
a.第一输入AC电源；
b.第二输入AC电源；
c.继电器切换电路，该继电器切换电路耦合到该第一输入AC电源和该第二输入AC电源，其中，在正常操作条件下，该继电器切换电路被配置用于启用与该第一输入AC电源的连接并且禁用与该第二输入AC电源的连接；
d.电力转换电路，该电力转换电路耦合到该继电器切换电路；
e.电压感测电路，该电压感测电路耦合到该第一输入AC电源和该第二输入AC电源；以及
f.控制电路，该控制电路耦合到该电压感测电路、该继电器切换电路和该电力转换电路，其中，该控制电路被配置用于：接收该第一输入AC电源和该第二输入AC电源的感测到的电压水平，以判定该第一输入AC电源是否被中断以及是否需要切换到该第二输入AC电源；并且控制该继电器切换电路的切换，以在该第二输入AC电源的感测到的电压水平的零电压交叉点处禁用与该第一输入AC电源的连接并启用与该第二输入AC电源的连接。
2.如权利要求1所述的***，其中，该电力转换电路包括主开关，并且该控制电路被配置用于向该主开关传送控制信号，使得该主开关在该零电压交叉点处是断开的。
3.如权利要求1所述的***，其中，该电力转换电路包括功率因数校正(PFC)电力转换器。
4.如权利要求3所述的***，其中，该电力转换电路进一步包括耦合到该PFC电力转换器的输出端的DC到DC转换器。
5.如权利要求3所述的***，其中，该PFC电力转换器是升压转换器。
6.如权利要求3所述的***，其中，该控制电路包括用于向该继电器切换电路提供控制信号的第一控制电路、以及用于向该PFC电力转换器提供控制信号的第二控制电路，其中，该***进一步包括在该第一控制电路与该第二控制电路之间的隔离屏障。
7.如权利要求6所述的***，其中，该第一控制电路被配置用于穿过该隔离屏障向该第二控制电路提供控制信号。
8.如权利要求1所述的***，其中，该控制电路被配置用于通过判定在预先确定的等待时间段内该第一输入AC电源的感测到的电压值是否为零来判定是否需要切换到该第二输入AC电源。
9.如权利要求8所述的***，其中，该控制电路被配置用于通过计算该第二输入AC电源的紧接在该预先确定的等待时间段之后的下一个零电压交叉点时间、并且然后在等于所计算出的下一个零电压交叉点时间减去预先确定的切换延迟时间段的时间处向该继电器切换电路传送控制信号来控制该继电器切换电路的切换。
10.如权利要求9所述的***，其中，该控制电路进一步被配置用于在该下一个零电压交叉点时间之前向该电力转换电路的主开关传送第二控制信号，其中，该第二控制信号使该主开关断开，使得该主开关在该继电器切换电路进行切换时是断开的。
11.一种切换电力转换器的电源的方法，该方法包括：
a.将第一输入AC电源和第二输入AC电源耦合到继电器切换电路，其中，在正常操作条件下，该继电器切换电路被配置用于启用该第一输入AC电源到电力转换电路的连接并禁用该第二输入AC电源到该电力转换电路的连接；
b.感测该第一输入AC电源和该第二输入AC电源的电压水平；
c.判定该第一输入AC电源是否被中断以及是否需要切换到该第二输入AC电源；以及
d.控制该继电器切换电路的切换以在该第二输入AC电源的感测到的电压水平的零电压交叉点处禁用与该第一输入AC电源的连接并启用与该第二输入AC电源的连接。
12.如权利要求11所述的方法，其中，该电力转换电路包括主开关，并且该方法进一步包括向该主开关传送控制信号，使得该主开关在该零电压交叉点处是断开的。
13.如权利要求11所述的方法，其中，判定是否需要切换到该第二输入AC电源包括判定在预先确定的等待时间段内该第一输入AC电源的感测到的电压值是否为零。
14.如权利要求13所述的方法，其中，控制该继电器切换电路的切换包括：计算该第二输入AC电源的紧接在该预先确定的等待时间段之后的下一个零电压交叉点时间，并且然后在等于所计算出的下一个零电压交叉点时间减去预先确定的切换延迟时间段的时间处向该继电器切换电路传送控制信号。
15.如权利要求14所述的方法，其中，该方法进一步包括在该下一个零电压交叉点时间之前向该电力转换电路的主开关传送第二控制信号，其中，该第二控制信号使该主开关断开，使得该主开关在该继电器切换电路进行切换时是断开的。
CN202010090181.7A 2019-03-01 2020-02-13 具有零电压/电流切换的自动ac馈电控制（afc） Pending CN111641256A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962812564P 2019-03-01 2019-03-01
US62/812,564 2019-03-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111641256A true CN111641256A (zh) 2020-09-08

Family

ID=72330518

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010090181.7A Pending CN111641256A (zh) 2019-03-01 2020-02-13 具有零电压/电流切换的自动ac馈电控制（afc）

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11228203B2 (zh)
CN (1) CN111641256A (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11183927B1 (en) 2020-12-04 2021-11-23 Astec International Limited Voltage sense circuit
CN112886694B (zh) 2021-01-20 2023-05-16 华为数字能源技术有限公司 一种配电***及服务器***

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1419728A (zh) * 2000-01-28 2003-05-21 纽瓦茨国际有限公司 交流发电***
CN1599189A (zh) * 2003-09-18 2005-03-23 帕尔威电力器具公司 具有两个继电器旁路电路的在线式不间断电源及其操作方法
US20060274468A1 (en) * 2005-06-03 2006-12-07 Phadke Vijay G Active inrush current control using a relay for AC to DC converters
CN101596074A (zh) * 2008-05-28 2009-12-09 松下电器产业株式会社 继电器控制装置和烹调机器
US20110203779A1 (en) * 2008-02-15 2011-08-25 Warwick Graham Andrew Dawes Uninterruptible cooling system and apparatus
CN102239628A (zh) * 2008-12-03 2011-11-09 艾沃特有限公司 用于减少来自环振荡的emi的切换功率转换器及其控制方法
US20120069607A1 (en) * 2010-09-17 2012-03-22 Sampat Shekhawat Inverter and driving method thereof
CN102687361A (zh) * 2009-12-21 2012-09-19 国际商业机器公司 为开关供电设备选择单个交流电源
CN103166484A (zh) * 2011-12-12 2013-06-19 佳能株式会社 包括过零检测电路的电源以及图像形成设备
CN103843227A (zh) * 2011-08-03 2014-06-04 施耐德电气It公司 Ups机械转换继电器电弧缓解
US20140183956A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-03 Acbel Polytech Inc. Ac backup power system
CN106662904A (zh) * 2014-03-25 2017-05-10 佐尼特结构解决方案有限责任公司 用于功率母线槽的自动转换开关
JP2017143618A (ja) * 2016-02-09 2017-08-17 株式会社東芝 電力変換装置の制御システムおよび制御方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5434768A (en) 1993-02-12 1995-07-18 Rompower Fixed frequency converter switching at zero voltage
US5594629A (en) 1994-06-20 1997-01-14 General Electric Company High-frequency switching circuits operable in a natural zero-voltage switching mode
US5745358A (en) 1996-05-01 1998-04-28 Compaq Computer Corporation Variable-frequency converter with constant programmed delay
US5973939A (en) 1996-08-29 1999-10-26 Trw Inc. Double forward converter with soft-PWM switching
AU6115398A (en) 1997-02-25 1998-09-18 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. High frequency heating equipment
JP2001224170A (ja) 2000-02-09 2001-08-17 Sony Corp スイッチング電源回路
CA2441899C (en) 2000-11-11 2006-01-24 Minebea Co. Ltd. Power converter
US7450402B2 (en) 2002-04-12 2008-11-11 Det International Holding Limited Soft switching high efficiency flyback converter
US6788555B2 (en) 2002-09-26 2004-09-07 Koninklijke Philips Electronics N.V. Regulation of bi-directional flyback converter
JP4483749B2 (ja) 2005-09-12 2010-06-16 株式会社デンソー 電力変換回路の制御装置
EP1987582A4 (en) 2006-02-14 2018-01-24 Flextronics Ap, Llc Two terminals quasi resonant tank circuit
US8054655B2 (en) 2008-11-03 2011-11-08 Monolithie Power Systems, Inc. Tail current control of isolated converter and apparatus thereof
US20100284203A1 (en) 2009-05-11 2010-11-11 Intersil Americas Inc. Control mode for zvs converter at resonant operating frequencies
US9759880B2 (en) 2013-09-17 2017-09-12 Commscope Technologies Llc Capacitive-loaded jumper cables, shunt capacitance units and related methods for enhanced power delivery to remote radio heads
US10830803B2 (en) 2014-02-17 2020-11-10 Commscope Technologies Llc Methods and equipment for reducing power loss in cellular systems

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1419728A (zh) * 2000-01-28 2003-05-21 纽瓦茨国际有限公司 交流发电***
US20030107349A1 (en) * 2000-01-28 2003-06-12 Lawrence Haydock Ac power generating system
CN1599189A (zh) * 2003-09-18 2005-03-23 帕尔威电力器具公司 具有两个继电器旁路电路的在线式不间断电源及其操作方法
US20060274468A1 (en) * 2005-06-03 2006-12-07 Phadke Vijay G Active inrush current control using a relay for AC to DC converters
CN101268597A (zh) * 2005-06-03 2008-09-17 雅达电子国际有限公司 用继电器为交流到直流转换器实现主动涌流控制
US20110203779A1 (en) * 2008-02-15 2011-08-25 Warwick Graham Andrew Dawes Uninterruptible cooling system and apparatus
CN101596074A (zh) * 2008-05-28 2009-12-09 松下电器产业株式会社 继电器控制装置和烹调机器
CN102239628A (zh) * 2008-12-03 2011-11-09 艾沃特有限公司 用于减少来自环振荡的emi的切换功率转换器及其控制方法
CN102687361A (zh) * 2009-12-21 2012-09-19 国际商业机器公司 为开关供电设备选择单个交流电源
US20120069607A1 (en) * 2010-09-17 2012-03-22 Sampat Shekhawat Inverter and driving method thereof
CN103843227A (zh) * 2011-08-03 2014-06-04 施耐德电气It公司 Ups机械转换继电器电弧缓解
CN103166484A (zh) * 2011-12-12 2013-06-19 佳能株式会社 包括过零检测电路的电源以及图像形成设备
US20140183956A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-03 Acbel Polytech Inc. Ac backup power system
CN106662904A (zh) * 2014-03-25 2017-05-10 佐尼特结构解决方案有限责任公司 用于功率母线槽的自动转换开关
JP2017143618A (ja) * 2016-02-09 2017-08-17 株式会社東芝 電力変換装置の制御システムおよび制御方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JOHN BETTEN;BRIAN KING;: "负输入电压的"平行宇宙(Parallel Universe)"", 电子与电脑, no. 10, 15 October 2009 (2009-10-15), pages 39 - 42 *
韩海伦;窦亚力;乔海强;罗治军;李龙光;: "一种UPS交流监控切换***的设计与实现", 测控技术, no. 10, 18 October 2017 (2017-10-18), pages 89 - 93 *

Also Published As

Publication number Publication date
US11228203B2 (en) 2022-01-18
US20200280208A1 (en) 2020-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11159056B2 (en) Wireless power receiver circuit and method
EP1605576A1 (en) Device and method for extending the input voltage range of a DC/DC converter
CN111641256A (zh) 具有零电压/电流切换的自动ac馈电控制（afc）
CN102957322B (zh) 开关模式电源用的电路及其方法
CN105978309B (zh) 对开关模式电源的输入电容器进行放电
KR102116705B1 (ko) 컨버터 및 그 구동 방법
KR20070053104A (ko) 스위칭 전원공급장치에서 전류 및 전압을 제어하기 위한제어회로
CN103715898B (zh) 反馈电压采样电路、反馈电压消隐电路及方法
CN102047542A (zh) 用于为功率变换器提供初始偏置和启用信号的方法和设备
GB2298326A (en) Uninterruptible power supply with switch mode converter
WO2006039478A2 (en) Method and circuitry for charging a capacitor to provide a high pulsed power discharge
KR20140090669A (ko) 컨버터 제어 방법
US20160233775A1 (en) System and Method for Secondary-Side Power Regulation
US20140192574A1 (en) Technique for reducing power consumed by electric equipment
CN101183828B (zh) 具有内部调整的导通时间的集成开关
JPWO2018216734A1 (ja) 双方向ワイヤレス電力伝送システム
CN111555628A (zh) 电路拓扑识别电路及识别方法
CN109308977A (zh) 可控电流开关设备和包括该开关设备的电气组件
JP2017138213A (ja) 自己給電型の電流センサ
JP2017063526A (ja) 非接触送電装置
CN112821766B (zh) 驱动方法及其驱动装置
CN109952691B (zh) 磁感应供电装置
US7864547B2 (en) Power supply module adapted to power a control circuit of a switching mode power supply
JP7334508B2 (ja) Ｄｃ／ｄｃ変換機
EP1050953B1 (en) Zero voltage switching power supply

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination