TWI362173B - Power supply apparatus - Google Patents
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Description
1362173 . --一 年月日修正替換頁 100· 10 i 4__ 第94133902號專利申請案 補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種電源裝置’具備變流器(Inverter) : 可將電源所供應之直流變換為規定頻率之交流者,尤其 是有關具備調節器(Regulator)可調整輸入至變流器之直 流者。 【先前技術】 • 已知之變流器式發電裝置等之電源裝置,係使用引 擎驅動式發電機或小型燃料電池作為發電電力源。此等 發電電力源其輸出容量一般均不大β因此,由於負載之 增減而發電電壓亦隨其大為變動,為抑制此變動已知有 變流器之輸入端裝設調節器調整輸入電壓之裝置(日本 特公平7-101994號公報)。 【發明内容】 使用調節器以穩定變流器之輸入電壓得以穩定維持 變流器之輸出電壓,但是當負載電流急激增大超過發電 能力時,輸出隨其降低,而此輸出之降低再引起輸出更 降低之惡性循環,其結果可能使發電停止。例如連接水 • 銀燈或發電機等,在啓動時瞬間會流大電流之負載時, : 發生一時的超載狀態而超過發電能力時,輪出將停止。 . 本發明之目的在於提供一種電源裝置,町避免對負 載提供超過發電電力源之發電能力之電力。 為解決上述問題,本發明之電源裝置具備:調節器, 可將發電電力調整成規定直流電壓;及變流器,可將調 5 1362173 日好替賴
第94133902號專利中請案 補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份 節器調整之直流電壓變換為敎頻率之交流而輸出。龙 I哭Hi輸入電壓降低至規定値以下時能抑制ϊ 流器之輸出為第1特徵。 雙 又’本發明具備變流器之電源裝置,可將發 變換為規㈣率之交流而輸出,其中,具 電力 2換器(con_r),可將第2電力源所供給之直流電壓 供應至上述變流器,當上述變換器之輸入電壓降低: 定電壓値以下時能抑制變流器之輸出為立第2特徵 又,本發明之電源裝置係具備整流電路,可^ = 流電路之輸出輪入至上心 器或上述變流器為其第3特徵。 又,本發明之上述變流H之輸出限制,係由 變流器之輸出目標電壓而進行’當輸出目標電輕 定限制電壓Va高電壓之限制開始電壓Vlim以下 壓振幅値為1GG% ’限制電壓Va時為使電壓振幅値 %,能依上述輸入電壓VI由下式算出為第4特徵: 電壓振幅値(%)=(Vl-Vlim)/(Va-Vlim)xlOO (式 1) 依據具第1〜第6特徵之本發明,當調節器或變流器 之輪入電壓降低至規定値以下時,可抑制調節器或變^ 器之輸出,因此可避免上述輸入電壓降低至超載時之= 壓値,而判斷為超載。如是,可在電池或發電機等之電 力源之容量範圍内確保最大限度之輸出而繼續運轉。 依據第2特徵,可使變流器之輸入電壓穩定,輸出 6 1362173 第94133902號專利申請案 補充、修正後無劃線之說明^修正頁一式三份 電壓維持穩定。 依據第3、第5特徵,在第2雷力源〜 可補助另一方之電力減至最大。 ’、令量範圍内, ^ ’依據第4特徵’例如欲使用弓i擎發 電力時,在進行低㈣運轉時,遇大 機之發電 參 低時,首先在綠保輸出電流之下縮小電=電壓降 :昇=器之超載’隨後由調整機-¾ 【實施方式】 參照圖式詳細說明本發明。圖2 方式有關電源裝置之栅冬方掄固 +發月之一實施 ίΐίΐ為,例如為無圖示之_驅動轉子之3 動作之電動機兼用=機亦可作為引擎啓動型 之轸具備電橋連接之整流元件,將發電機1 J王/正/7IL。整流元件並聯連接有FET等開關元 關元件在啓動發電機用引擎時,控制二 „驅動。由整流電路2之開關元件之接通·關 才 電力源之電池5經雙向DC-DC變換器4外加 直流電璧變換為3相AC電塵供應至發電機i。即,整 机電,2係機能作為電動機之發電機1之驅動用變換器。 ,向變換部3具備DC調節器(開關·變換器與 峨器3-2’將整流電路2之輸出變換為規定頻率之交流 7 1362173 . ___ — Ί 年月Θ修正#锋1)'|
Lman_lA_J 第94133902號專利中請案 補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份 電力而輸出。此開關.變換器具有使發電機1或電池5 之輸出變動不致影響變流器3-2之輸入電壓之機能。變 流器3-2連接於瞬時會流大電流之包含水銀燈或電動機 等各種負載。 電池5為,對於電力依賴發電機ί之直流電源,視 需要可供應補助電力之外部直流電源。即,此電源裝置 為可利用發電機1與電池5之電力之混合式型(Hybrid)。 ^ 作為昇壓電池5之電壓供應至逆向變換部3之裝置,於 整流電路2之輸出端,即逆向變換部3之輸入端’連接 昇壓型雙向DC-DC變換器4。雙向DC-DC變換器4之 機能為,當整流電路2之輸出,即發電機輸出足够,但 電池5殘量少時,可由整流電路2之輸出用以充電電池。 在以下稱雙向DC-DC變換器4之電池5端為初級端,整 流電路2稱為次級端。電池5為,例如引擎啓動電動機 用電源,為一般使用之12V電池,或小型燃料電池。 φ 其次說明上述電源裝置之動作。雙向DC-DC變換器 4之初級端與次級端為完全同步而由同一驅動訊號驅 動。由此驅動形態,雙向DC-DC變換器4將如下之說明 ’ 自動作雙方向之電力變換。
在引擎啓動時,依據雙向DC-DC變換器4之變壓器 • 線圈比之初級端與次級端之相對電壓差,電池5之DC 電壓由雙向DC-DC變換器4昇壓,所昇壓之DC電壓加 於驅動用變流器(整流電路)2 »驅動用變流器2受無圖示 之控制部之啓動指令而開關驅動,將此DC電壓變換為3 8 1362173 第94133902號專利申請案 補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份 加於發電機卜將發電機1作利擎起動用電 =擎啓動後,發電機1由引擎驅動,驅動 之開關動作停止。發電機丨之㈣ 2 被整流,在逆向變換部3之在二電變=用 ::壓,再在變流器3-2變換為規定頻率之交流電力 1
Φ 載狀態時’由整流電路對負載量有足够之輸 出’僅由發電機對負載供應電力即可。此時,電池J 經過雙向DC-DC變換器4供應電力。 因雙向DC-DC變換器4連接於整流電路2之輸出 端在非超載狀態而是電池5殘量少時,經過雙向dc_dc 變換器4由整流電路2之輸出自動充電電池5。即電池5 之變換輸出低於整流電路2之輸出電壓時,依據雙向 DC DC變換器4之變壓器線圈比之初級端與次級端之相
對電壓差’進行電力變換由整流電路2之輸出充電電池 5 ° 另一方’負載量增加而發電機1之輸出無法應付負 載20時,整流電路2之輸出降低。隨此降低,雙向DC-DC 變換器4自動進行初級端至次級端之電力變換,自電池5 亦供應電力。因此,在超載狀態,發電機丨之變換輸出 加上電池5之變換輸出,發電機丨在受助於電池5之狀 態對負載供應電力。又,發電機1因故停止時,電池5 可單獨經雙向DC-DC變換器4、逆向變換器3而自動對 9 1362173 . & α I 年月日修正替換劑 施川1 4 | 第94133902號專利中請案 補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份 負載供應電力。 圖3為本發明㈣發電裝置之—實施方式 =,其中與圖2相同或同等部分附上相同號碼。3相| 電機1連結於引擎㈣4發電機丨之輸出端連接於驅 動用變流器2。驅動㈣流器2係由例如等6個開 關7L件(以下稱FET)2-1〜2-6連接成電橋狀態。 FET2-卜FET2-6分別並聯連接二極體等整流元件 D1〜D6構成整流電路2。此等整流元件D1〜D6如 MOS-FET時,因MOS-FET構造上産生之寄生二極體‘, 或另連接之二極體亦可。
整流電路2之輸出端連接於逆向變換部3之開關· 變換部3_卜於圖3之例’開關·變換部3-1為降壓型, 例如包含FET30、扼流圈31、電容器32、33、二極體34 等,變流器3-2例如為連接4個fethujw構成電 橋0 整流電路2與逆向變換部3之連接點,連接於雙向 DC-DC變換器4之次級端,而雙向DC-DC變換器4之 初級端連接於電池5。 雙向DC_DC變換器4係在電池5與整流電路2輸出 之間雙方向通融電力者,包含初級端之低壓端線圏4-1-1 與次級端之尚壓端線圏4-1 -2之變壓器4-1。此雙向 DC-DC變換器4之昇壓比經由低壓端線圈4·Μ與高壓 端線圈4-1-2之線圈比所決定。 低壓端開關部4-2,挿入於低壓端線圏4-1-1。高壓 10 1362173 第94133902號專利申請案 補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份 端開關部4-3挿入於高壓端線圈4-1-2。低壓端開關部 4-2,例如由4個FET4-2-1〜4-2-4電橋連接所構成,高壓 端開關部4-3亦同様由4個FET4-3-1〜4-3-4所構成。 低壓端開關部4-2及高壓端開關部4-3之各FET 4-2-1〜4-2-4、4-3-1~4-3-4並聯連接二極體等整流元件 D7〜D10、D11〜D14。此等整流元件D7〜D10、D11〜D14 可為FET之寄生二極體,或另外連接之二極體亦可。合 攀 併並聯連接之整流元件D7〜D10、D11〜D14,則低壓端開 關部4-2及高壓端開關部4-3,分別可視為開關·整流部。 變壓器4-1之高壓端線圈4-1_2端挿入LC諧振電路 4_4。LC諧振電路4-4係在低壓端開關部4-2及高壓端開 關部4-3之至少一方,使驅動時所流之電流成為正弦波, 降低開關損失,又有可避免FET受大電流破壞之機能。 此係正弦波狀之電流在零交差點可使FET接通·關閉之 故。再者,LC諧振電路4-4設在次級端或初級端亦可。 • ^ 低壓端開關部4-2之FET4-2-1〜4-2-4及高壓端開關 4 4-3之FET4-3-1〜4-3-4,係由CPU等所成之控制電路 ^圖不)控制開關。再者’連接於初級端及次級端之電容 為6、7為平滑用電容器。 其次,由圖3說明動作。如雙向DC_Dc變換器4自 2订雙方向電力變換’其低壓端開關部4-2與高壓端 邹4-3由同一訊號驅動使其完全同歩。此驅動係如 ’於低壓端開關部4_2之FET4-2-1與4-2-4成對, 4·2·2與4·2_3成對’互相接通關閉^及於高壓端 工 3621.73 賴 ,94133902號專利申請案 補充、修正後無劃線之說明:jr修正頁一式三份 開關部 4-3 之 FET4-3-1 與 4-3-4 之成鮮,fet4-3-2 與 4-3-3 成對’互相接通·關閉而進行。 在引擎啓動時,雙向DC-DC變換器4之初級端向次 級端作電力變換,由此經昇壓之電池5之DC電壓加於 驅動用變流器(整流電路)2。驅動用變流器2將此DC;電 壓變換為3相AC電壓外加於發電機丨,使其作為引擎起 動用電動機啓動。此啓動係將驅動用變流器之 FET2-1〜2-6以如衆知之PWM驅動而進行。此時,利用 •W發電機(電動機)1之動作産成逆向電壓使電流分配變化 而判別相位,可進行無傳感器控制之同歩驅動。 引擎啓動後’發電機1由引擎驅動而發生輸出。發 電機1之輸出,在整流電路(驅動用變流器)2整流。此時, 構成驅動用變流器之FET2-1〜2-6不被驅動,發電機1之 輸出在整流電路2之整流元件D1〜D6被全波整流。整流 電路2之輸出在逆向變換器3之開關·變換部3-1受平 滑·調整’再在變流器3-2變換為規定頻率之交流電力 而輸出。開關.變換部3-1之DC調節,係將FET30作 PWM調制而進行。 電池5之殘量少時,如圖2之說明,在雙向DC-DC 變換器4降壓之整流電路2之輸出用以充電電池5。又, 成為超載狀態而發電機1之輸出無法應付負載時,電池5 經雙向DC-DC變換器4供給電力至負載。 如此,雙向DC-DC變換器4係按變壓器4-1之線圈 比之初級端與次級端之相對電壓差,在初級端與次級端 12 1 11362173 第94133902號專利申請案 補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份 間自動交換電力,互相通融電力。 在本實施方式’為關·變換部3]保護機能 發電機丨或電池5之容量不匹配影響電力 輸出停止而裝設回避装置。 圖4為以發電機丨作為電力源之電源裝置之輸出特 f生圖於圖4,線A1為發電機丨之輸出特性,線b 開關·變換部3-1之初級端電壓特性(電源電壓特性)。輪
St達預定値I〇C時’開關·變換部3-1之初級端電墨 特性=低,隨錢—3·2之輸出電力亦急激降低。 ,5為電池5作為電力源之電源裳置之輸出特性 圖。於圖5,線Α2為變流器3-2之輸出電力特性, 換部3]之初級端電壓特性(電源電壓 Ϊ = 預定値I〇4,開關.變換部3·1之初級端電 、-,隨其變流器3-2之輸出電力亦急激降低。 激降低。^任一電源裝置’在超載時輸出電力均會急 =低於是,為與電源電壓因超載電流而降低之電流 ί 應之電壓(限制電壓㈧稍高之電壓VUm作為閾 =虽電源電壓V1降低至Vlim以下時開始限制對變流 器3-2之控制(參照圖6)。 圖1為發電機1因超載而輸出停止回避控制裝置之 ’與圖3同符號為表示同―或同等部分。於圖1 f檢測部15,檢測開關·變換部3-1之初級端電壓V1。 ==量決定部16,在電壓檢測部i5所檢測之初級端 為限制開始電壓Va以下時,視初級端電壓V1 13 1362173 第94133902號專利申請案 補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份
位於限制電壓viim及限制開始電壓Va間之何處,可由 比例計算算出變流器3_2之輸出電壓値。比例計算待後 述。所算出之輸出電壓値輸入於變流器驅動部17,而變 流器驅動部17依據此輸出電力値,即以此輸出電壓値為 目標値驅動變流器3-2之FET3-2-1〜3-2-4。由此初級端電 壓V1成為限制開始電壓Va以下時使變流器3-2之輸出 電壓降低,電力源即自發電機1或電池5所見到之輸出 降低’為此使電力源有寬裕而可避免輸出停止。 圖6為說明決定輸出電壓値之比例計算之電源裝置 之特性圖。於該圖中,電流增大時電源電壓VI降低,當 此電源電壓VI降低至限制開始電壓Va時,開始限制輪 出控制°即’初級端電壓VI降低至限制開始電壓Va時, 視電源電壓在開始限制電壓Va至限制電壓Vlim間之何 處而由下式計算輸出電壓値(電壓振幅値(%)): 電壓振幅値(%)=(Vl-Vlim)/(Va-Vlim)x丨00 (式 j) 電力源如為具引擎旋轉自動調速機構之發電機1 時了在引擎每一目標旋轉數設定限制電壓viim。 由上述控制,例如衝入電流大之電動機在負载h 時,可防止衝入時成為超載而避免電力源停止輸出。 入過後輪出電流減少,電壓振幅即可回復100%進行正常 運轉。 又’電力源如為具引擎旋轉自動調速機構之發電機^ 時’可在引擎每一目標旋轉數設定限制開始電壓Va。於 14 13621.73 年月日修正替換頁| inn in 1 4-1 第94133902號專利申請案 補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份
具引擎旋轉自動調速機構之發電機丨,在低旋轉數時,初 級端電壓VI降低至與其旋轉數對應之限制開始電壓Va 以下時,開始限制輸出。於是在限制中引擎是為額定内 之輸出即為負載。如此,一旦使負載電力成為一定可避 免發電機1停止輸出後,使引擎旋轉數上昇應付大負載, 提升發電機1之輸出之同時將電壓振幅値回復為100 %。如是,在低旋轉時遇大負載時,可限制輸出成為能 配合各旋轉數之電力,而在其限制中增大輸出以對付負 載變動。 於上述實施方式係說明含變流器3-2之電源裝置。 但是’本發明亦可適用於不設變流器,直接將開關·變 換部3-1作為電源裝置之輸出者。不設變流器時,需在 初級端電壓VI到達限制開始電壓Va時,開始開關•變 換部3-1之輸出限制。具体的是改變開關·變換部3-1之 FET30之功能比降低輸出電力。 又’本發明不限於具發電機1與電池5之混合塑電 源裝置。亦可構成為僅以引擎驅動式發電機1或電池5 之任一方作為電力源,由此等電力源供給之直流電壓經 過開關·變換部,即經調節器調整而直接輸出,或由變 流器變換為交流而輸出。 例如有以電池5為主電源,發電機1為補助電源之 方式。即有僅以電池5供應輸出至負載而啓動發電機1 之情形。此時,電池5對負載供應輸出之同時,為啓動 發電機而供應電流。即,電池5在發電機1啓動時’除 15 1362173 年月日修正替換頁 第94133902號專利申請案 補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份 負載20還需加上發電機1之啓動能量之負載。對如此一 時的負載增大,本發明可檢測調節器之初級端電壓,裝 設調節器或變流器時可限制變流器之輸出。 又,如圖3之實施方式具有作為第2電力源之電池5 之直流電壓加以昇壓之變換器4時,加檢測變換器4之 輸入電壓,而以此輸入電壓與限制開始電壓用以限制變 流器3-2之輸出亦可。 16 1362173 . _一 年月曰修正替換頁 100. 1ft. 4 4 - 第94133902號專利申請案 補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份 【圖式簡單說明】 圖1本發明之一實施方式有關之輸出限制用控制 裝置之方塊圖; 圖2 本發明之電源裝置之概念方塊圖; 圖3 本發明之電源裝置之一實施方式之具體電路 之電路圖; 圖4引擎發電機之輸出特性圖;
圖5電池之輸出特性圖; 圖6 為說明輸出限制所示引擎發電機之輸出特性 圖。 【主要元件符號說明】 發電機 2整流電路(驅動用變流器) 逆向變換部 3-1 DC調節器 3- 2 4- 1
15 17 變流器 4雙向DC-DC變換器 變壓器 5電池 平滑用電容器 電壓檢測部 16輸出限制量決定部 變流器驅動部20負載 30 FET 31扼流圈 17
Claims (1)
1362173 . _ I ""~ 年月日修正终換頁 100. 10,. tA·—— 第94133902號專利申請案 補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份 十、申請專利範圍: 1. 一種電源裝置,備有:用以將發電電力調整為規定 ' 之直流電壓之一調節器及用以將該經調節器調整電壓之 ; 直流變換為規定頻率之交流之一變流器,其特徵在於: . 另備有用以檢測上述調節器之輸入電壓,而當此輸 入電壓降低至預定値以下時,可抑制上述變流器之輸出 之一控制裝置。 2. 根據請求項1之電源裝置,其中該發電電力係由發 電機及可將此發電機之輸出整流之整流電路形成,且可 將此整流電路之輸出輸入至上述調節器為其特徵。 3. —種電源裝置,備有:可將發電電力變換為規定頻 率之交流而輸出之一變流器,其特徵在於: 另備有不同於上述發電電力之電力源之一第2電力 源; ® 用以將來自該第2電力源之直流電壓供應至上述變 流器之一變換器;及 • 用以檢測上述變換器之輸入電壓,而當此輸入電壓 ; 降低至預定値以下時,可抑制上述變流器之輸入之一控 . 制裝置。 4. 根據請求項3之電源裝置,其中該發電電力係由發 電機及可將此發電機之輸出整流之整流電路形成,且可 18 1362173 41〇日ft替換頁 第94133902號專利申請案 '~ 補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份 將此整流電路之輸出輸人至上述魏^為其特徵。 請》求項1〜4之任-項之電源裝置,其中’ 雷懕以推二器之輸出限制係藉降低此變流器之輸出目標 1 .而’订’其特徵係依上述之輸入電壓V卜使用下式 電壓振幅値(%)=(v l-Vlim)/(Va-Vlim)x 100 (式 1) 算出當輸出目標電壓低於較規定之限制電壓Vlim為 间電壓之限制開始電壓Va時’設電壓振幅值為1〇〇%而 限制電壓Vlim時,使電壓振幅値成為〇%。 19 1362173 . _ 年月曰修正替換頁 M 10, i 4 第94133902號專利申請案 補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份 七、指定代表圖: (一)本案指定代表圖為:第(1 )圖。 • (二)本代表圖之元件符號簡單說明: : 1 發電機 2 整流電路(驅動用變流器) • 3-1 DC調節器 3-2變流器 φ 4 雙向DC-DC變換器 5 電池 15 電壓檢測部 16 輸出限制量決定部 17 變流器驅動部 20負載 八、本案若有化學式時,請揭示最能顯示發明特徵的化學式:
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP2004287571A JP2006101668A (ja) | 2004-09-30 | 2004-09-30 | 電源装置 |
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