專利名稱：應(yīng)用電弧的裝置的電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用電弧的裝置比如直流電弧焊機、直流電弧切割機和放電管點火器件的電源裝置，更具體地說，涉及能夠由許多不同值的交流電壓源中的一種運行的裝置。
背景技術(shù)：
應(yīng)用電弧的裝置的電源裝置有時需要應(yīng)用輸送例如大約400伏特的電壓的高壓商用交流電源或提供例如大約200伏特的電壓的低壓商用交流電源。
已有提供例如200伏特、208伏特、230伏特和240伏特的輸出電壓的許多低壓商用交流電源。此外，還有提供例如380伏特、400伏特、415伏特、440伏特和460伏特的輸出電壓的許多高壓商用交流電源。在使用高壓商用交流電源的地方和低壓商用交流電源的地方在有些地區(qū)混合使用。在這個地區(qū)中，使用者必須非常仔細(xì)地確定合適的電源裝置。
電源裝置制造商也必需制造高壓電源裝置和低壓電源裝置這兩種電源裝置并儲備它們。分銷處也必需儲備這兩種電源裝置。從制造成本和儲備空間考慮這對于制造商和分銷處都是負(fù)擔(dān)。
因此人們一致渴望一種能夠由高壓和低壓電源之任一運行的電源裝置。這種電源裝置的一種實例公開在日本專利申請HEI 11-77302(A)(1999年3月23日公開審查)中。在附

圖1中示出了與這種已有技術(shù)類似的電路。通過開關(guān)裝置2將施加到輸入端子1a、1b和1c的商用交流電源耦合到輸入側(cè)整流器4進(jìn)行整流。從輸入側(cè)整流器4中輸出的經(jīng)整流的電壓在升壓轉(zhuǎn)換器8中升壓，該升壓轉(zhuǎn)換器8包括電抗器10、IGBT12、電流檢測器14和反向電流阻塞二極管16。在升壓轉(zhuǎn)換器8的輸出端P和N之間得到經(jīng)升壓的電壓。
開關(guān)單元18連接在輸出端P和N之間，該開關(guān)單元18可以包括常開開關(guān)20a、常閉開關(guān)20b和常開開關(guān)20c。通過適當(dāng)?shù)卮蜷_和關(guān)閉這些開關(guān)20a-20c，將濾波電容器22和24串聯(lián)或并聯(lián)在輸出端P和N之間。
變換器30和40分別連接在濾波電容器22和24上。變換器30是由IGBT32a和32b、電容器34a和34b和續(xù)流二極管36a和36b形成的半橋型變換器。類似地，變換器40是由IGBT42a和42b、電容器44a和44b和續(xù)流二極管46a和46b形成的半橋型變換器。變換器30和40產(chǎn)生高頻電壓作為它們的輸出電壓，將這些輸出電壓分別施加到變壓器50和52中。
將經(jīng)變壓的電壓分別施加到輸出側(cè)整流器54和56，在整流器中進(jìn)行整流，該輸出側(cè)整流器54和56分別由二極管54a和54b和二極管56a和56b形成。經(jīng)整流的電壓相結(jié)合并在輸出到在電源裝置的輸出端60P和60N之間之前在濾波電抗器58中進(jìn)行濾波。將在輸出端60P和60N之間所形成的電壓施加到負(fù)載。
通過電流檢測器(CD)62檢測流經(jīng)負(fù)載的電流，根據(jù)表示所檢測的負(fù)載電流的電流表示信號控制器64控制IGBT32a，32b，42a和42b的導(dǎo)通周期，由此保持負(fù)載電流恒定。
開關(guān)控制單元66控制開關(guān)單元18。當(dāng)它檢測到高壓商用交流電源連接到該裝置的輸入時，開關(guān)控制單元66檢測在輸入端1a和1b之間的電壓，并打開常開開關(guān)20a和20c，同時關(guān)閉常閉開關(guān)20b。這使電容器22和24串聯(lián)在端子P和N之間。如果連接在該裝置的輸入上的電源是低壓商用交流電源，則開關(guān)控制單元66關(guān)閉常開開關(guān)20a和20c，并打開常閉開關(guān)20b，這就使電容器22和24并聯(lián)連接在端子P和N之間。
通過轉(zhuǎn)換器控制單元68控制電壓升壓轉(zhuǎn)換器8。與更高的商用交流電源相關(guān)的參考信號源70a通過常閉開關(guān)20e連接到轉(zhuǎn)換器控制單元68，與更低的商用交流電源相關(guān)的參考信號源70b通過常開開關(guān)20d連接到轉(zhuǎn)換器控制單元68。開關(guān)控制單元66也控制開關(guān)20e和20d。
通過電壓檢測器26檢測在輸出端P和N之間的電壓，電壓檢測器26產(chǎn)生代表所檢測的電壓的電壓表示信號。將電壓表示信號施加到轉(zhuǎn)換器控制單元68。
當(dāng)一種高壓商用交流電源連接到輸入端1a-1c，開關(guān)控制單元66分別使常閉開關(guān)20e和常開開關(guān)20d保持常閉和常開。然后，根據(jù)來自電壓檢測器26的電壓表示信號和由參考信號源70a所提供的參考信號轉(zhuǎn)換器控制單元68控制電壓升壓轉(zhuǎn)換器8，以在輸出端P和N之間產(chǎn)生大約640伏特(等于 伏特)的電壓。460伏特的電壓是高壓電源電壓中最高的一種。由于在將高壓施加到該裝置時，常開開關(guān)20a和20c打開，而常閉開關(guān)20b關(guān)閉，電容器22和24串聯(lián)，因此施加到每個變換器30和40的電壓大約是320伏特。
轉(zhuǎn)換器控制單元68也根據(jù)來自電流檢測器14的電流表示信號控制升壓轉(zhuǎn)換器8，以提高功率因素。
當(dāng)一種低壓商用交流電源連接到輸入端1a-1c，開關(guān)控制單元66打開常閉開關(guān)20e并關(guān)閉常開開關(guān)20d。然后，根據(jù)來自電壓檢測器26的電壓表示信號和由參考信號源70b所提供的參考信號轉(zhuǎn)換器控制單元68控制電壓升壓轉(zhuǎn)換器8，以在輸出端P和N之間產(chǎn)生大約320伏特的電壓。由于常開開關(guān)20a和20c關(guān)閉，而常閉開關(guān)20b打開，電容器22和24彼此并聯(lián)，因此施加到每個變換器30和40的電壓大約是320伏特。在這種情況下，也通過升壓轉(zhuǎn)換器8提高功率因素。
如上文所述，不管是將高壓商用交流電源還是低壓商用交流電源連接到輸入端1a-1c，施加到每個變換器30和40的電壓都是大約320伏特。因此，作為變換器30和40的IGBT32a、32b、42a和42b，可以使用能夠抗集電極-發(fā)射極電壓例如為600伏特的通用IGBT。
然而，由于升壓轉(zhuǎn)換器8的IGBT12可以接收高達(dá)640伏特的電壓，因此必須使用能夠耐1200伏特或更高的電壓的集電極-發(fā)射極的IGBT。此外，應(yīng)用單個升壓轉(zhuǎn)換器8來給兩個變換器30和40提供電流，當(dāng)它接通和切斷時較大的電流流經(jīng)IGBT12。因此，IGBT12必需是更大容量的IGBT。因此，如在變換器30和40中所使用的通用IGBT不能用作IGBT12。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種具有升壓轉(zhuǎn)換器的電源裝置，該升壓轉(zhuǎn)換器使用通用的半導(dǎo)體開關(guān)器件。
根據(jù)本發(fā)明，和應(yīng)用電弧的裝置一起使用的電源裝置具有適合于連接到在第一和第二組中的的商用交流電源中的一種電源的輸入端。第一和第二組商用交流電源中的每種商用交流電源都包括提供不同幅值的輸出電壓的許多電源。第一組商用交流電源的輸出電壓的幅值大約是第二組商用交流電源的輸出電壓的兩倍。
整流器對施加到輸入端的商用交流電壓進(jìn)行整流并在兩個整流器輸出端之間產(chǎn)生經(jīng)整流的電壓。開關(guān)單元彼此串聯(lián)或并聯(lián)地連接在兩個整流輸出端之間的兩個升壓轉(zhuǎn)換器。一種直流到高頻轉(zhuǎn)換器連接在每個升壓轉(zhuǎn)換器的輸出中，以將施加到其中的電壓轉(zhuǎn)換為高頻電壓。
將來自每個直流高頻轉(zhuǎn)換器的高頻電壓施加到變壓器的初級側(cè)。在高頻到直流轉(zhuǎn)換器中在變壓器的次級側(cè)中所感應(yīng)的高頻電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，并在兩負(fù)載輸出端之間形成所得的直流電壓。
當(dāng)連接到輸入端的商用交流電源是第一組中的一種電源時，開關(guān)控制單元控制開關(guān)單元以將升壓轉(zhuǎn)換器串聯(lián)在整流器輸出端之間。如果連接到輸入端的商用交流電源屬于第二組，開關(guān)控制單元控制開關(guān)單元以將升壓轉(zhuǎn)換器并聯(lián)在整流器輸出端之間。
應(yīng)用上述結(jié)構(gòu)，不管升壓轉(zhuǎn)換器串聯(lián)還是并聯(lián)連接，施加到每個升壓轉(zhuǎn)換器的最高電壓都大約是由第一組的商用交流電源所提供的電壓中的最高的一種電壓的一半。因此，每個升壓轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體開關(guān)器件都要求經(jīng)受比已有的裝置更低的電壓。
控制裝置控制兩個升壓轉(zhuǎn)換器以將基本相等的直流電壓提供給相關(guān)的直流到高頻轉(zhuǎn)換器，而不管連接到該裝置的輸入端的商用交流電源是第一組中的電源還是第二組中的電源。
因此，如果直流到高頻轉(zhuǎn)換器包括半導(dǎo)體開關(guān)器件，它足夠用于半導(dǎo)體開關(guān)器件經(jīng)受從相關(guān)的升壓轉(zhuǎn)換器輸送的直流電壓。
該控制裝置控制相應(yīng)的升壓轉(zhuǎn)換器以使它們給相關(guān)的直流到高頻轉(zhuǎn)換器輸送對由第一組的商用交流電源所輸送的電壓的最高的一種電壓進(jìn)行整流所得的電壓的一半。
應(yīng)用上述這種結(jié)構(gòu)，升壓轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體開關(guān)器件僅需要耐由第一組商用交流電源所輸送的商用交流電壓的最高電壓的一半電壓。因此，不需要應(yīng)用特別設(shè)計的耐高壓的半導(dǎo)體開關(guān)器件，而是可以應(yīng)用通用的半導(dǎo)體開關(guān)器件。
附圖概述附圖1所示為適合于與應(yīng)用電弧的裝置一起使用的已有的電源裝置的電路圖；附圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例適合于與應(yīng)用電弧的裝置一起使用的電源裝置的電路圖；以及附圖3所示為在附圖2中所示的電源裝置的開關(guān)控制單元的電路圖。
優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電源裝置例如可以用于電弧焊機。如附圖2所示，電源裝置具有電源輸入端101a，101b和101c，這些電源輸入端適合于連接到第一和第二組的商用交流電源中的一種電源。第一組商用交流電源由例如分別輸送380伏特、400伏特、415伏特、440伏特和460伏特的許多三相交流電源組成。第二組商用交流電源由例如分別輸送200伏特、208伏特、230伏特和240伏特的許多三相交流電源組成。通常，由第一組交流電源所提供的輸出電壓的幅值大約為由第二組交流電源所提供的輸出電壓的幅值的兩倍。
通過輸入開關(guān)裝置102將施加到輸入端101a-101c的商用交流電源耦合到輸入側(cè)整流器104并進(jìn)行整流。整流器104例如包括以橋式結(jié)構(gòu)連接的6個整流二極管104a，104b，104c，104d，104e和104f。從整流器104中所輸出的電壓形成在兩個整流器輸出端104P和104N之間。
開關(guān)單元118連接在整流器輸出端104P和104N之間。開關(guān)單元118帶有常開開關(guān)120a、常閉開關(guān)120b和常開開關(guān)120c的串聯(lián)組合，常開開關(guān)120a連接到整流器輸出端104P，而常開開關(guān)120c連接到整流器輸出端104N。
升壓轉(zhuǎn)換器108a連接在常閉開關(guān)120b和常開開關(guān)120c的節(jié)點和整流器輸出端104P之間。類似地，升壓轉(zhuǎn)換器108b連接在常閉開關(guān)120b和常開開關(guān)120a的節(jié)點和整流器輸出端104N之間。在如附圖2所示的狀態(tài)下，其中常開開關(guān)120a和120c都打開而常閉開關(guān)120b關(guān)閉，升壓轉(zhuǎn)換器108a和108b串聯(lián)在整流器輸出端104P和104N之間。當(dāng)常開開關(guān)120a和120c都關(guān)閉，同時常閉開關(guān)120b打開時，升壓轉(zhuǎn)換器108a和108b并聯(lián)在整流器輸出端104P和104N之間。開關(guān)120a，120b和120c的打開和關(guān)閉都通過開關(guān)控制單元166實現(xiàn)。
升壓轉(zhuǎn)換器108a具有帶有第一和第二端的電抗器110a，它的第一端連接到整流器輸出端104P。半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通路徑(例如IGBT112a的發(fā)射極-集電極導(dǎo)通路徑)連接在電抗器110a的第二端和常閉開關(guān)120b和常開開關(guān)120c的節(jié)點之間。也連接到電抗器110a的第二端的是反向電流阻塞二極管116a的陽極，該二極管116a的陰極連接到濾波電容器122的一端。濾波電容器122的另一端連接到常閉開關(guān)120b和常開開關(guān)120c的節(jié)點上。
升壓轉(zhuǎn)換器108b具有電抗器110b，電抗器110b的第一端連接到常開開關(guān)120a和常閉開關(guān)120b的節(jié)點上。半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通路徑(例如IGBT112b的發(fā)射極-集電極導(dǎo)通路徑)連接在電抗器110b的第二端和整流器輸出端104N之間。也連接到電抗器110b的第二端的是反向電流阻塞二極管116b的陽極，該二極管116b的陰極連接到濾波電容器124的一端。濾波電容器124的另一端連接到整流器輸出端104N。
電壓檢測器(VD)126a連接在升壓轉(zhuǎn)換器108a的電容器122上以檢測在電容器122兩端的電壓。電壓檢測器126a產(chǎn)生表示在電容器122兩端的電壓的電壓表示信號。類似地，電壓檢測器(VD)126b連接在升壓轉(zhuǎn)換器108b的電容器124兩端以檢測在電容器124上的電壓。電壓檢測器126b產(chǎn)生表示在電容器124上的電壓的電壓表示信號。來自電壓檢測器126a和126b的電壓表示信號耦合到升壓轉(zhuǎn)換器控制單元168中。
電流檢測器(CD)114a連接在常閉開關(guān)120b和常開開關(guān)120c的節(jié)點和IGBT112a的發(fā)射極之間。電流檢測器114a檢測流經(jīng)升壓轉(zhuǎn)換器108a的電流并產(chǎn)生表示所檢測的電流的電流表示信號。類似地，電流檢測器(CD)114b連接在整流器輸出端104N和IGBT112b的發(fā)射極之間。電流檢測器114b檢測流經(jīng)升壓轉(zhuǎn)換器108b的電流并產(chǎn)生表示所檢測的電流的電流表示信號。來自電流檢測器114a和114b的電流表示信號也耦合到升壓轉(zhuǎn)換器控制單元168中。
升壓轉(zhuǎn)換器控制單元168根據(jù)電壓表示信號和由參考信號源172所提供的參考信號給控制電極比如IGBT112a和112b的柵極輸送控制信號以控制IGBT112a和112b的導(dǎo)通周期，以使在電容器122和124上的電壓等于參考信號所表示的電壓例如大約320伏特。
基于電流表示信號和電壓表示信號通過升壓轉(zhuǎn)換器控制單元168還可以控制IGBT112a和112b的導(dǎo)通周期以降低在流經(jīng)升壓轉(zhuǎn)換器108a的電流和在電容器122上的電壓之間的相位差并降低流經(jīng)升壓轉(zhuǎn)換器108b的電流和在電容器124上的電壓之間的相位差。
將在電容器122上的電壓施加到直流高頻轉(zhuǎn)換器例如變換器130。變換器130可以是半橋型變換器并包括串聯(lián)連接的電容器134a和134b。電容器134a和134b的串聯(lián)組合與電容器122并聯(lián)連接。變換器130也包括半導(dǎo)體開關(guān)器件例如IGBT132a和132b，這些半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通路徑例如發(fā)射極-集電極導(dǎo)通路徑彼此串聯(lián)連接。IGBT132a和132b的發(fā)射極-集電極導(dǎo)通路徑的串聯(lián)組合與電容器134a和134b的串聯(lián)組合并聯(lián)連接。續(xù)流二極管136a和136b分別與IGBT132a和132b的發(fā)射極-集電極導(dǎo)通路徑成反并聯(lián)結(jié)構(gòu)連接。提供變換器130的輸出端的IGBT132a的發(fā)射極和IGBT132b的集電極的節(jié)點和電容器134a和134b的節(jié)點連接到變壓器150的初級繞組150P的相對端。
變換器140是一種半橋型變換器，也包括電容器144a和144b的串聯(lián)組合，該串聯(lián)組合與電容器124并聯(lián)。變換器140也包括半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通路徑的串聯(lián)組合例如IGBT142a和142b的發(fā)射極-集電極導(dǎo)通路徑的串聯(lián)組合。發(fā)射極-集電極路徑的串聯(lián)組合與電容器144a和144b的串聯(lián)組合并聯(lián)。二極管146a和146b分別與IGBT142a和142b的發(fā)射極-集電極導(dǎo)通路徑以反并聯(lián)結(jié)構(gòu)連接。提供變換器140的輸出端的IGBT142a的發(fā)射極和IGBT142b的集電極的節(jié)點和電容器144a和144b的節(jié)點連接到變壓器152的初級繞組152P的相對端。
高頻到直流轉(zhuǎn)換器例如輸出側(cè)整流器154和156分別連接在變壓器150和152的次級繞組150S和152S的兩端。輸出側(cè)整流器154包括整流二極管154a和154b，它們的陽極連接到次級繞組150S的相應(yīng)的端部，輸出側(cè)整流器156包括整流二極管156a和156b，它們的陽極連接到次級繞組152S的相應(yīng)的端部。二極管154a，154b，156a和156b的陰極通過濾波電抗器158一起連接到負(fù)載輸出端160P。電源裝置的負(fù)載輸出端160N連接到形成在變壓器150和152的次級繞組150S和152S上的中間抽頭150T和152T上。負(fù)載輸出端160P和160N適合于連接到負(fù)載，例如電弧焊機(未示)。
負(fù)載電流檢測器162連接在中間抽頭150T和152T的節(jié)點和負(fù)載輸出端160N之間。負(fù)載電流檢測器(LCD)162檢測流經(jīng)負(fù)載的電流并產(chǎn)生表示檢測器負(fù)載電流的幅值的負(fù)載電流表示信號。將負(fù)載電流表示信號施加到變換器控制單元164。變換器控制單元164響應(yīng)負(fù)載電流表示信號以將控制信號施加到控制電極例如IGBT132a，132b，142a和142b的柵極，由此控制IGBT132a，132b，142a和142b的導(dǎo)通周期以使流經(jīng)負(fù)載的電流具有預(yù)定的值。
如附圖3所示，開關(guān)控制單元166具有輸入端200a和200b，該輸入端200a和200b通過輸入開關(guān)裝置102分別連接到電源端101a和101b(附圖2)。開關(guān)單元202連接在輸入端200a和200b之間。開關(guān)單元202包括常開開關(guān)202a、常閉開關(guān)202b和常開開關(guān)202c以指定的順序串聯(lián)的組合，同時開關(guān)202a連接到輸入端200a。
輸入端200a連接到變壓器204的初級繞組204P1的一端，變壓器還具有另一初級繞組204P2。初級繞組204P1的另一端連接到常閉開關(guān)202b和常開開關(guān)202c的節(jié)點上。另一初級繞組204P2的一端連接到常閉開關(guān)202b和常開開關(guān)202a的節(jié)點上，而另一端連接到輸入端200b。
當(dāng)常開開關(guān)202a和202c都打開，同時常閉開關(guān)202b關(guān)閉時，初級繞組204P1和204P2串聯(lián)連接。在另一方面，如果常開開關(guān)202a和202c關(guān)閉，同時常閉開關(guān)202b打開，則初級繞組204P1和204P2彼此并聯(lián)連接。
變壓器204具有在其上連接有直流轉(zhuǎn)換器206的次級繞組204S。直流轉(zhuǎn)換器206具有以橋式結(jié)構(gòu)連接的4個整流二極管206a，206b，206c和206d，對在次級繞組204S上所感應(yīng)的單相交流電壓進(jìn)行整流。經(jīng)整流的電壓產(chǎn)生在輸出端206P和206N之間。濾波電容器208a和208b的串聯(lián)組合連接在輸出端206P和206N之間以對經(jīng)整流的電壓進(jìn)行濾波。
齊納二極管250和電阻210的串聯(lián)組合連接在輸出端206P和206N之間，同時齊納二極管250的陰極連接到輸出端206P，其陽極連接到電阻210。這樣選擇齊納二極管250和電阻210的值當(dāng)?shù)谝唤M商用交流電源中的一種較高的輸出電壓施加在輸入端200a和200b之間時使齊納二極管250導(dǎo)通。
齊納二極管250和電阻210的節(jié)點連接到半導(dǎo)體開關(guān)器件的控制電極比如FET212的柵極，該半導(dǎo)體的漏極通過電阻214和216的串聯(lián)組合連接到輸出端206P。FET212的源極連接到輸出端206N。電阻218連接在電阻214和216的節(jié)點和輸出端206N之間，電阻216和218的節(jié)點連接到半導(dǎo)體開關(guān)器件的控制電極比如FET220的柵極。電容器222和齊納二極管224與電阻218并聯(lián)。導(dǎo)通路徑例如FET220的漏極-源極導(dǎo)通路徑與在輸出端206P和206N之間的繼電器驅(qū)動線圈226串聯(lián)。
當(dāng)電流流經(jīng)它時，繼電器驅(qū)動線圈226使常開開關(guān)202a和202c關(guān)閉并使常閉開關(guān)202b打開。同時，繼電器驅(qū)動線圈226使常開開關(guān)120a和120c(附圖2)關(guān)閉并使常閉開關(guān)120b(附圖2)打開。
保護(hù)二極管228與繼電器驅(qū)動線圈226并聯(lián)連接。
提供包括PNP晶體管232的自保持電路230。連接到保護(hù)二極管228的陰極的繼電器驅(qū)動線圈226的那一端連接到PNP晶體管232的發(fā)射極。PNP晶體管232的發(fā)射極還通過電阻234連接到它本身的基極，通過電阻236該基極連接到繼電器驅(qū)動線圈226的保護(hù)二極管228的陽極的所連接的那一端。保護(hù)二極管228的陽極還連接到NPN晶體管238的集電極，NPN晶體管238的發(fā)射極通過二極管240連接到在變壓器204的次級繞組204S上的中間抽頭204T上。晶體管238的基極通過電阻242連接到PNP晶體管232的集電極，還通過電阻244連接到晶體管238的發(fā)射極。
參考附圖2和3，假設(shè)高壓電源例如輸送最高電壓460伏特的商用交流電源以上文所述的結(jié)構(gòu)連接到電源裝置的輸入電源端101a-101c。在該例中連接了電源，但沒有電流流經(jīng)繼電器驅(qū)動線圈226，因此常開開關(guān)202a和202c都打開，而常閉開關(guān)202b關(guān)閉。然后，初級繞組204P1和204P2彼此串聯(lián)，因此460伏特的電壓施加在初級繞組204P1和204P2的串聯(lián)組合上。在次級繞組204S中感應(yīng)交流電壓并在直流轉(zhuǎn)換器206中該交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓。直流電壓施加在齊納二極管250和電阻210的串聯(lián)組合，該電阻210使齊納二極管250成為導(dǎo)通。反過來，這又使FET212導(dǎo)通，因此，F(xiàn)ET220的柵極通過電阻214和FET212接地。因此，F(xiàn)ET220成為非導(dǎo)通。結(jié)果，沒有電流流經(jīng)繼電器驅(qū)動線圈226，這使常開開關(guān)202a和202c保持打開而常閉開關(guān)202b保持關(guān)閉。
同時，也受繼電器驅(qū)動線圈226控制的開關(guān)單元118的常開開關(guān)120a和120c保持打開，同時常閉開關(guān)120b保持關(guān)閉。結(jié)果，升壓轉(zhuǎn)換器108a和108b串聯(lián)連接在整流器輸出端104P和104N之間，等于 的電壓(等于大約640伏特)施加到串聯(lián)連接的升壓轉(zhuǎn)換器108a和108b。結(jié)果，分配給升壓轉(zhuǎn)換器108a和108b的每個晶體管112a和112b的電壓的幅值大約為320伏特。由于施加了這種電壓，升壓轉(zhuǎn)換器108a和108b并不對所施加的電壓進(jìn)行升壓，大約320伏特的電壓施加到每個變換器130和140。
第一組的高壓電源的任何其它的電源都連接到電源輸入端101a-101c，升壓轉(zhuǎn)換器108a和108b也串聯(lián)連接，將低于320伏特的電壓施加到變換器108a和108b。每個升壓轉(zhuǎn)換器108a和108b將施加到它的電壓升壓到大約320伏特并將經(jīng)升壓的大約320伏特的電壓施加到相關(guān)的變換器130或140。
在這種情況下，提高了流經(jīng)升壓轉(zhuǎn)換器的電流的功率因素。
如上文所述，大約320伏特的最大電壓施加到變換器130和140，而不管提供第一組的電源中的那一種較高的商用電壓連接到電源輸入端101a-101c。
變換器130和140將施加到它們的電壓轉(zhuǎn)換為高頻電壓并將所得的高頻電壓分別施加到變壓器150和152。高頻電壓在變壓器150和152中進(jìn)行變壓，并在輸出側(cè)整流器154和156中分別進(jìn)行整流。通過濾波電抗器158對經(jīng)整流的電壓進(jìn)行濾波，經(jīng)整流和濾波的電壓形成在輸出端160P和160N之間以施加到負(fù)載。
通過負(fù)載電流檢測器(LCD)162檢測當(dāng)將輸出電壓施加到負(fù)載時的流經(jīng)負(fù)載的電流?？刂谱儞Q器130的IGBT132a和132b的導(dǎo)通周期和變換器140的IGBT142a和142b的導(dǎo)通周期以使流經(jīng)負(fù)載的電流具有預(yù)定的值。
當(dāng)將第二組的低壓商用交流電源中的一種電源耦合到電源輸入端101a-101c時，將低壓電壓施加在變壓器204的串聯(lián)連接的初級繞組204P1和204P2上(附圖3)，該變壓器204使變壓的交流電壓在次級繞組204S中產(chǎn)生感應(yīng)。通過直流轉(zhuǎn)換器206將所感應(yīng)的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓。將所得的直流電壓施加在齊納二極管250和電阻210的串聯(lián)組合上。在齊納二極管250上的電壓低于使齊納二極管250導(dǎo)通的預(yù)定電壓，因此，齊納二極管250并不導(dǎo)通。
在電阻218上產(chǎn)生電壓，F(xiàn)ET220導(dǎo)通，這使得電流流經(jīng)繼電器驅(qū)動線圈226。反過來這又使常開開關(guān)202a和202c關(guān)閉而常閉開關(guān)202b打開，這就形成變壓器204的初級繞組204P1和204P2的并聯(lián)連接。當(dāng)變壓器204的初級繞組204P1和204P2并聯(lián)連接時在變壓器204的次級繞組204S中感應(yīng)出增加的電壓。
流經(jīng)繼電器驅(qū)動線圈226的電流使晶體管232和238導(dǎo)通，并通過晶體管238流到在次級繞組204S上的中間抽頭204T上。因此，如果不管什么原因使FET220處于非導(dǎo)通，則電流仍然繼續(xù)流經(jīng)繼電器驅(qū)動線圈226以使繼電器驅(qū)動線圈226保持自鎖。
由于流經(jīng)繼電器驅(qū)動線圈226的電流，常開開關(guān)120a和120c(附圖2)關(guān)閉，而常閉開關(guān)120b打開。因此，升壓轉(zhuǎn)換器108a和08b彼此并聯(lián)連接在整流器輸出端104P和104N之間。并聯(lián)連接的每個升壓轉(zhuǎn)換器108a和108b將施加到它上面的電壓升壓到大約320伏特，并將經(jīng)升壓的電壓耦合到相關(guān)的變換器130和140。
因此，不管連接到電源裝置的電源是低壓輸送商用交流電源還是高壓輸送商用交流電源，施加到升壓轉(zhuǎn)換器108a和108b的IGBT112a和112b的電壓幅值僅為大約320伏特。因此，可以應(yīng)用具有經(jīng)受大約600伏特的電壓的發(fā)射極-集電極的多種可得的通用IGBT作為IGBT112a和112b。
變換器130和140所產(chǎn)生的高頻電壓分別在變壓器150和152中進(jìn)行變壓，并在輸出側(cè)整流器154和156中進(jìn)行整流。在濾波電抗器158中對經(jīng)整流的電壓進(jìn)行濾波，在負(fù)載輸出端160P和160N之間產(chǎn)生經(jīng)濾波的電壓以施加到負(fù)載。在這種情況下，還通過負(fù)載電流檢測器162檢測流經(jīng)負(fù)載的電流，控制變換器130和140的IGBT132a，132b，142a和142b的導(dǎo)通周期以使流經(jīng)負(fù)載的電流保持恒定。
如上文所述，根據(jù)本發(fā)明，依據(jù)連接到電源裝置的電源輸入端101a-101b的商用交流電源是一種高壓或低壓輸送電源，串聯(lián)或并聯(lián)升壓轉(zhuǎn)換器108a和108b。因此，施加到在升壓轉(zhuǎn)換器108a和108b中所使用的每個IGBT112a和112b的最高電壓僅為大約320伏特。因此，IGBT112a和112b可以是通用的IGBT。
已經(jīng)描述的電源裝置是連接到三相商用交流電源，但是它也可以設(shè)置成連接到單相交流電源。替代所示的并參考附圖3所描述的開關(guān)控制單元166，開關(guān)控制單元可以包括繼電器，當(dāng)將高于預(yù)定值的電壓施加到它時該繼電器運行。通過用于高壓和低壓輸送商用交流電源的單個的參考信號源172完成升壓轉(zhuǎn)換器108a和108b的輸出電壓的設(shè)定，因此施加到變換器130和140的電壓相等。然而，如果施加到變換器130和140的電壓稍稍不相同，則相應(yīng)的升壓轉(zhuǎn)換器108a和108b可以使用單獨的參考信號源。
此外，不使用IGBT，其它的半導(dǎo)體器件比如FET和雙極性晶體管也可以用作變換器130和140和升壓轉(zhuǎn)換器108a和108b的半導(dǎo)體開關(guān)器件。
此外，為替代變換器，斷路器或前饋電路還可以用作直流到高頻轉(zhuǎn)換器。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用電弧的裝置的電源裝置，包括電源端，提供不同交流電壓的許多商用交流電源中的一種電源適合于連接到該電源端，所說的許多商用交流電源屬于第一或第二組，通過所說的第一組交流電源所提供的交流電壓的幅值大約為通過所說的第二組交流電源所提供的交流電壓的幅值的兩倍；整流器，該整流器對由連接到所說的電源端的商用交流電源所提供的交流電壓進(jìn)行整流并在兩個整流器輸出端之間產(chǎn)生經(jīng)整流的電壓；兩個升壓轉(zhuǎn)換器；開關(guān)單元，該開關(guān)單元在所說的兩個整流器輸出端之間可選擇地彼此串聯(lián)和并聯(lián)連接所說的兩個升壓轉(zhuǎn)換器；連接在所說的相應(yīng)的升壓轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)中的兩個直流到高頻轉(zhuǎn)換器，該直流到高頻轉(zhuǎn)換器將從所說的升壓轉(zhuǎn)換器中的相關(guān)的一個升壓轉(zhuǎn)換器中輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換為高頻電壓；具有初級側(cè)并從所說的直流到高頻轉(zhuǎn)換器中接收高頻電壓的變壓器；將在所說的變壓器的次級側(cè)中所感應(yīng)的高頻電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的高頻到直流轉(zhuǎn)換器，所說的直流電壓形成在兩個負(fù)載輸出端之間；以及開關(guān)控制單，該控制單元控制所說的開關(guān)單元以使當(dāng)連接到所說的電源端的商用交流電源屬于所說的第一組時所說的兩個升壓轉(zhuǎn)換器能夠串聯(lián)連接在所說的整流器輸出端之間，所說的控制單元控制所說的開關(guān)單元以使當(dāng)連接到所說的電源端的商用交流電源屬于所說的第二組時所說的兩個升壓轉(zhuǎn)換器能夠并聯(lián)連接在所說的整流器輸出端之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源裝置，通過控制裝置控制所說的兩個升壓轉(zhuǎn)換器以使不管連接到所說的電源端的商用交流電源屬于所說的第一組還是所說的第二組都給相關(guān)的直流到高頻轉(zhuǎn)換器提供基本相同的恒定的經(jīng)升壓的電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源裝置，通過控制裝置控制所說的升壓轉(zhuǎn)換器以給相關(guān)的直流到高頻轉(zhuǎn)換器提供從對所說的第一組商用交流電源中可得的最高的交流電壓進(jìn)行整流所得的電壓的大約一半的電壓而不管連接到所說的電源端的商用交流電源。
全文摘要
從一種商用交流電源中將一種商用交流電壓耦合到電源端中。交流電源屬于提供更高電壓的第一組或提供更低電壓的第二組。整流器對施加到電源端的交流電壓進(jìn)行整流并在兩個整流器輸出端之間產(chǎn)生經(jīng)整流的電壓。開關(guān)單元運行以在整流器輸出端之間有選擇性地并聯(lián)和串聯(lián)連接升壓轉(zhuǎn)換器。變換器連接在相應(yīng)的升壓轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)中以將從相關(guān)的升壓轉(zhuǎn)換器中輸出的直流電壓變換為高頻電壓。通過相關(guān)的變壓器對高頻電壓進(jìn)行變壓,并通過整流器電路和電抗器將經(jīng)變壓的高頻電壓變換為直流電壓。在該裝置的輸出端之間形成直流電壓?？刂茊卧刂扑f的開關(guān)單元以使當(dāng)?shù)谝唤M的商用交流電源連接到電源端時將升壓轉(zhuǎn)換器串聯(lián)連接在整流器輸出端之間,而當(dāng)?shù)诙M的商用交流電源連接到電源端時將升壓轉(zhuǎn)換器并聯(lián)連接在整流器輸出端之間。
文檔編號B23K9/10GK1353027SQ0113050
公開日2002年6月12日 申請日期2001年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月15日
發(fā)明者森口晴雄, 池田哲朗, 石井秀雄 申請人:株式會社三社電機制作所