專利名稱：一種在交變直和直變交電源轉換系統中再生負載能量的系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種在交變直和直變交電源轉換系統中再生負載能量的系統，一般來說是與老化測試架上的能量回收，與電子負載和測試系統相關，特別是與控制和回收電子設備中的能量有關，比如說交流變直流的電源、老化測試架、自動測試設備(ATE)、電子負載、能量變換器、能量逆變器和其他電力設備。
背景技術：
在電力通信工業(yè)，電子消費品，計算機和其它類似領域擴張的大背景下，對于能夠提供高水平能量的能源需求迅速增長。同時，不斷增加的電能花銷以及減少環(huán)境污染的必要性要求，需要新的和有創(chuàng)新性的方法來節(jié)約能源。在對交變直電源變換器的測試和老化測試過程中，很大一部分能量被浪費在無源負載(例如電阻)中了。這些被浪費的能量增加·了生產過程中的成本并且惡化了環(huán)境。雖然現在已經有了對于直流變直流的有效的能量再生系統和方法，但是還沒有簡單的和便宜的從交流-直流和直流-交流能量轉換系統中回收能量的方法。一種傳統系統18被顯示在圖I中，這種傳統系統18包括一個交流-直流能量變換器12，在這里被稱為“變換器”，連接在無源負載20上。另一種傳統系統19被顯示在圖2中，這種傳統系統19包括一個直流-交流逆變器14，在這里被稱為“逆變器”，連接在被動負載20上。一般來說,傳統系統18和19的被動負載采用阻性負載。然而,任何可以吸收和釋放能量的負載都可以被用作被動負載。被動負載不會回收、返還、再生或恢復部分或全部被傳遞到它們的能量。如圖4所示，在傳統系統18中損失的全部能量為1100瓦。變換器12釋放100瓦，幾乎都以熱量的形式浪費掉了 ；負載20釋放1000瓦，幾乎都以熱量的形式浪費掉了，也就是說，所有進入變換器12的能量全部被損失掉了。如圖5所示，在傳統系統19中損失的全部能量也為1100瓦，逆變器14釋放100瓦，幾乎都以熱量的形式浪費掉了。負載20釋放了 1000瓦的能量，幾乎都以熱量的形式浪費掉了。也就是說，所有進入逆變器14的能量全部被損失掉了。在測試電源過程中消耗的能量可以非常多。為了回收能量，一些已知的能量回收和測試系統將額外的能量補充回電網，但是這些系統非常復雜和昂貴。
發(fā)明內容為了克服上述問題，本實用新型的最優(yōu)體現提供了一種在交變直和直變交電源轉換系統中再生負載能量的系統。根據本實用新型的最優(yōu)體現的一種在交變直和直變交電源轉換系統中再生負載能量的系統，包括一個交變直電源變換器，一個直變交電源逆變器和一個補充電源，所述變換器和逆變器的直流端和交流端相互電聯接在一起，組成一個電回路，從而能量再生系統中的能量得以再生，所述變換器，逆變器和補充電源被安排成一種方式，這種方式可以使得當電流在電回路中流動時，變換器是逆變器的負載，同時逆變器是變換器的負載，補充電源用來補充能量再生系統中的能量損失，包括電回路中變換器和逆變器中的能量損失。所述補充電源優(yōu)選輸出直流電，補充電源輸出端優(yōu)選地連接在變換器和逆變器的直流端，所述能量再生系統優(yōu)選地包括至少一個額外的變換器，所述額外變換器與逆變器、變換器和補充電源排列在一起，使得逆變器，變換器和至少一個額外的變換器的交流端連接在一起。所述能量再生系統優(yōu)選地包括至少一個額外的逆變器，所述額外逆變器與逆變器、變換器和補充電源排列在一起，使得逆變器，變換器和至少一個額外的逆變器的直流端連接在一起。所述逆變器優(yōu)選地輸出純正弦波、修正正弦波，類似正弦波，方波和/或它們的組所述變換器優(yōu)選地包括功率因數修正電路，所述變換器優(yōu)選地可以通過調整變換器的參數來控制電回路中的負載電流，所述補充電源優(yōu)選地可以通過調整補充電源的參數來控制電回路中的負載電流，所述補充電源優(yōu)選地可以通過調整補充電源的參數來控制電回路中負載電流的幅值，所述補充電源優(yōu)選地可以通過調整補充電源的參數來控制電回路中負載電流的方向。所述補充電源的輸出端和變換器的直流端被優(yōu)選地配置成可以控制電回路中的負載電流，所述能量再生系統還包括一個控制電路，用來控制電回路中的負載電流，所述能量再生系統優(yōu)選地包括一個控制電路，用來提供控制、監(jiān)測、測量或保護功能。本實用新型將逆變器作為電子負載并且能夠將直流電壓轉換為交流電壓，或者變換器作為電子負載并且能夠將交流電能轉換為直流電能。因此，變換器的負載和直流到交流的轉換，或者逆變器的負載以及交流到直流的轉換可以在一個設備里完成，從而提升了能量再生系統的效率。下述關于本實用新型的優(yōu)選實施例及其附圖的詳細內容將會使得本實用新型的其他特征、要素、特性和優(yōu)點變得更加顯而易見。

圖I是一種傳統變換器連接無源負載的方框圖。圖2是一種傳統逆變器連接無緣負載的方框圖。圖3是本實用新型的優(yōu)選實施例中的能量再生系統方框圖。圖4是圖I中傳統變換器和負載中能量分配的實例方框圖。圖5是圖2中傳統變換器和負載中能量分配的實例方框圖。圖6是圖3中能量再生系統中能量分配的實例方框圖。圖7是本實用新型另一種運用多個變換器和逆變器組合的優(yōu)選實施例的方框圖。圖8是本實用新型的一種顯示補充電源提供的輸入能量相對于能量回收環(huán)中回收的能量的優(yōu)選實施例的示意圖。
具體實施方式
對于本實用新型中各種優(yōu)選的實施方式中的能量再生系統10和21將會參照圖3，圖6和圖7來進行討論。如圖3所示，本實用新型中所述的一種在交變直和直變交電源轉換系統中再生負載能量的系統，包括一個交直流電源轉換器12，一個直交流電源逆變器14，和一個補充電源16。變換器12的交流端連接逆變器14的交流端。逆變器14的直流端連接變換器12的直流端。變換器12和逆變器14的組合建立了一個連續(xù)的能量回收環(huán)。所述能量再生系統(電源轉換系統)10優(yōu)選地也包括一個補充電源16。所述補充電源16補充由能量再生系統(電源轉換系統)10中的獨立元器件和設備的有限效率造成的能量再生系統中的能量損失。在這種安排下，變換器12、逆變器14、補充電源16或者是它們的組合可以成為一個單元或者被測單元。再有，變換器12作為逆變器14的負載，逆變器14作為變換器12的負載。由逆變器14和變換器12在能量回收環(huán)路中形成的電流可以是順時針或逆時針的，其方向由補充電源16和變換器12的輸出參數決定。 能量再生系統(電源轉換系統)10的啟動需要補充電源16向能量回收環(huán)路中提供一個短暫的突發(fā)能量。首先，啟動逆變器14，所述逆變器帶動變換器12。當能量回收環(huán)路的運轉被建立好后，能量回收環(huán)路中的電流就依賴補充電源16提供給能量回收環(huán)路中的能量了。關閉補充電源16、關閉變換器12或者關閉逆變器14都可以關閉整個系統。除了使用一個變換器12或一個逆變器14外，還可以使用多臺變換器12或多臺逆變器14。比如，多臺變換器12可以被安排成一個組合，使得逆變器14的交流端連在每一個變換器12的交流端，以及每個變換器12的直流端連在逆變器14的直流端或多臺逆變器14的直流端。同樣，也可以使用一系列變換器12的組合，使得變換器12的直流端連接在一個或更多的逆變器14的直流端。同樣，也可以使用多個變換器12和多個逆變器14，變換器12和逆變器14的數量可以相等也可以不同。還可以使用多臺補充電源16。圖7顯示了一個能量再生系統21，包括4個變換器12和兩個逆變器14的組合。其中兩個變換器12連接在一臺逆變器14上，另外兩個變換器12連接在另一臺逆變器14上。在圖7中，變換器12優(yōu)選地作為被測單元，逆變器14優(yōu)選地作為負載。兩個補充電源16補充由能量再生系統21中的每個元件和設備運行的有限效率造成的能量再生系統21中的能量損失，補充電源16的電源輸入是其他電源(Mains)例如市電。如圖7所示，能量再生系統21可以包括一個控制板22，控制板通過與變換器、逆變器和補充電源的通訊連接，以及在負載回路中的電流感應信號來控制能量回收環(huán)路中的負載電流。除了控制負載電流，控制板22同時能夠提供保護、測量、監(jiān)測和控制等功能。雖然圖3和圖6沒有顯示，但是能量再生系統(電源轉換系統)10可以包括一個控制板，來提供與控制板22相似的功能。圖7中所示的控制板22的布置方式只是許多可以使用的布置方式中的一種。能量回收環(huán)路中負載電流的大小，逆變器14對變換器12的負載影響，以及變換器12對逆變器14的負載影響可以由改變補充電源16的參數來控制，包括被輸送到能量回收環(huán)路中的輸出能量。比如，能量回收環(huán)路中負載電流的大小和方向可以由改變補充電源16輸出端和變換器12輸出端之間的電勢差，以及/或者改變補充電源16輸出端和變換器12輸出端(或者逆變器14輸入端)之間電壓的極性來控制。能量回收環(huán)路中的負載電流，或者說能量回收環(huán)路中分配的能量，直接是補充電源16和變換器12輸出端電勢差的一個比例。當電勢差接近零(或者就是零，最小值，或者在能量回收環(huán)路中沒有負載電流流動)的時候，由補充電源16提供的能夠保持能量回收環(huán)路正常工作的能量到達最小值。作為本實用新型優(yōu)選實施方式，圖8表示補充電源提供的輸入能量相對于能量回收環(huán)路的回收能量。在圖8中，Delta V是補充電源16的輸出端和變換器12的輸出端的電勢差，此電勢差在Ov到Iv之間，圖中的虛線表示的是輸入功率曲線(Power in),實線表示的是功率回收曲線(Power recycled)。在補充電源提供的輸入能量與能量回收環(huán)路中的回收的能量交叉的地方，能量回收環(huán)路中的電流為O安培。在本實用新型的這個優(yōu)選實施例中，交叉點是補充電源需要提供給能量回收環(huán)路以保證其正常運行的最小能量。能量回收環(huán)路中的負載電流也可以通過調節(jié)變換器的參數來控制。用來控制能量回收環(huán)路中負載電流的大小和方向、逆變器14對變換器12的負載效應、以及變換器12對逆變器14的負載效應的其它適用方法也可以被使用。由被測單元變換器12或逆變器14輸出的被回收的負載能量Pr，是補充電源16提供的能量的k倍，即Ps，如下式所示Pr=k*Ps其中，k是系數，且與整個系統的效率成比例。因此，能量再生系統(電源轉換系統)10，也就是本實用新型的優(yōu)選實施方式21，擁有至少一項下列的與傳統系統的不同I.補充電源16連接在變換器12和逆變器14的直流端，并且不與變換器12和逆變器14的交流端連接；2.補充電源16可以是一個直流電源，從而使能量回收環(huán)路中的能量交換為直流到直流，而不是交流到交流；3.能量回收環(huán)路中的負載電流，逆變器對變換器的負載效應，以及變換器對逆變器的負載效應能夠以與補充電源16的參數(優(yōu)選地為輸出能量)形成的方程關系而改變，從而使得變換器或者逆變器14作為電負載；4.能量再生系統10，21可以在沒有配備重型導線的設備或環(huán)境中運行，因為運行能量再生系統10，21只需要總能量的一小部分，而不是所有變換器12和逆變器14的總能量。只有能量再生系統(電源轉換系統)10,21的損失需要被補充；并且5.建立能量再生系統10的花費比建立傳統系統的要少的多，而且同時可以減少電力花銷。因為能量交換是從直流到直流，而不是交流到交流，所以不需要復雜且昂貴的交流到交流設備，或者交流到主電網的能量融合和相位同步設備。另外，在能量再生系統(電源轉換系統)10，21中可以使用簡單的能夠提供修正正弦波、近似正弦波、方波、和/或其他能夠接受的交流波形的逆變器。使用簡單逆變器可以避免使用只有在交流到主電網的融合方法被應用時才必要的更加昂貴的純正弦波變換器。本實用新型優(yōu)選的實施方式中的能量再生系統(電源轉換系統)10，21能夠實現對于各種變換器和逆變器的經濟的全功率測試，所述測試可以節(jié)省大量的電能。因此，能量再生系統(電源轉換系統)10，21有著非常廣泛的應用，特別是在老化架，壽命測試，ORT (連續(xù)進行地可靠性試驗)，RDT (可靠性展示測驗)，ATE(自動測試設備)，變換器測試，逆變器測試，以及任何被改為用來反饋未用能量的電力設備。圖3，圖6和圖7中所示的能量再生系統(電源轉換系統)10和21包括一個變換器
12。變換器12優(yōu)選地是一個輸入為交流電壓輸出為直流電壓的交流變直流變換器。能量再生系統(電源轉換系統)10和21還包括一個逆變器14。逆變器14優(yōu)選地是一個輸入直流電壓輸出交流電壓的直流變交流的變換器。變換器12可以包括功率因數修正電路。逆變器14輸出的交流電壓可以是純正弦波、修正正弦波，近似正弦波，方波或適合作為變換器12輸入端波形的任何上述波形的組合或衍生。本實用新型優(yōu)選的實施方式中的能量再生系統(電源轉換系統)10，21同時包括一個補充電源16。補充電源16可以是一個交流到直流的變換器，直流到直流的變換器，一個電池，一個太陽能板，一個風氣輪機，任何其他合適的電源，或者是能夠輸出直流電能并將此電能輸入能量回收環(huán)路的這些設備的組合。圖6所示一個優(yōu)選實施例。在圖6中，逆變器14優(yōu)選地作為變換器12的負載。這·個負載的特性優(yōu)選地與輸入到逆變器14的能量形成函數關系。通過比較圖4和圖6，我們可以理解使用連接在變換器12上的無緣負載20的傳統系統18和使用連接在變換器12上的逆變器14的能量再生系統(電源轉換系統)10的能量消耗的不同。如圖4及以上的描述，在傳統系統18中，1100瓦被損失掉，其中包括變換器12消耗的100瓦和無緣負載電阻20消耗的1000瓦。相對地，如圖6所示，根據本實用新型的優(yōu)選實施例，只有200瓦被損失掉，其中包括變換器12消耗的100瓦和逆變器14消耗的100瓦。因此，在此實施例中，節(jié)約了 900瓦的能量。補充電源16、導線和控制設備等的能量損失在此實施例中可以被忽略，因為他們只代表回收能量的一小部分。在本實用新型的優(yōu)選實施例中，逆變器14作為電子負載并且能夠將直流電壓轉換為交流電壓，或者變換器作為電子負載并且能夠將交流電能轉換為直流電能。因此，變換器12的負載和直流到交流的轉換，或者逆變器的負載以及交流到直流的轉換可以在一個設備里完成，從而提升了能量再生系統10，21的效率。能量再生系統(電源轉換系統)10，21優(yōu)選地在一個能量回收環(huán)路中運轉，根據要求，此能量回收環(huán)路可以被控制和調節(jié)從而保持變換器12或/和逆變器14的電流負載的精確性。附加電路可能會被需要用來實現這個控制和調節(jié)或者提供保護功能。本實用新型的優(yōu)選實施例還可以用變換器12或逆變器14而非工業(yè)標準電子或電阻負載在測試、認證、試驗臺測試和各種其他應用中來實現。應該指出，以上描述只是對本實用新型的解釋。各種改動和變換形式都可以被具有相關技術背景的技術人員在不脫離本實用新型的情況下想到。據此，本實用新型包括所有這些改動、變換形式以及其他涉及所述權利要求書范圍的變化。
權利要求1.一種在交變直和直變交電源轉換系統中再生負載能量的系統，包括一個交變直電源變換器，一個直變交電源逆變器和一個補充電源，其特征在于，所述變換器和逆變器的直流端和交流端相互電聯接在一起組成一個電回路，所述變換器，逆變器和補充電源被安排成一種方式，這種方式可以使得當電流在電回路中流動時，變換器是逆變器的負載，同時逆變器是變換器的負載，補充電源用來補充能量再生系統中的能量損失，包括電回路中變換器和逆變器中的能量損失。
2.根據權利要求I中所述的一種在交變直和直變交電源轉換系統中再生負載能量的系統，其特征在于，補充電源輸出直流電。
3.根據權利要求I中所述的一種在交變直和直變交電源轉換系統中再生負載能量的系統，其特征在于，補充電源的輸出端連接在變換器和逆變器的直流端。
4.根據權利要求I中所述的一種在交變直和直變交電源轉換系統中再生負載能量的系統，其特征在于，系統還包括至少另一個變換器，這個變換器與已有變換器、逆變器和補充電源組合在一起，其中，逆變器、變換器和至少另一個變換器的交流端連在一起。
5.根據權利要求I中所述的一種在交變直和直變交電源轉換系統中再生負載能量的系統，其特征在于，系統還包括至少另一個逆變器，這個逆變器與已有變換器、逆變器和補充電源組合在一起，其中，逆變器、變換器和至少另一個逆變器的直流端連在一起。
6.根據權利要求I中所述的一種在交變直和直變交電源轉換系統中再生負載能量的系統，其特征在于，變換器包括功率因數修正電路。
7.根據權利要求I中所述的一種在交變直和直變交電源轉換系統中再生負載能量的系統，其特征在于，逆變器輸出純正弦波，修正正弦波，類似正弦波，方波，和/或組合波。
8.根據權利要求I中所述的一種在交變直和直變交電源轉換系統中再生負載能量的系統，其特征在于，變換器中通過調節(jié)其參數可以控制電回路中的負載電流。
9.根據權利要求I中所述的一種在交變直和直變交電源轉換系統中再生負載能量的系統，其特征在于，補充電源中通過調節(jié)其參數可以控制電回路中的負載電流。
10.根據權利要求I中所述的一種在交變直和直變交電源轉換系統中再生負載能量的系統，其特征在于，補充電源中通過調節(jié)其參數可以控制電回路中負載電流的幅值。
11.根據權利要求I中所述的一種在交變直和直變交電源轉換系統中再生負載能量的系統，其特征在于，補充電源中通過調節(jié)其參數可以控制電回路中負載電流的方向。
12.根據權利要求I中所述的一種在交變直和直變交電源轉換系統中再生負載能量的系統，其特征在于，補充電源的輸出和變換器直流輸出端被設定來控制電回路中的負載電流。
13.根據權利要求I中所述的一種在交變直和直變交電源轉換系統中再生負載能量的系統，其特征在于，系統又包括一個控制電路，用來控制電回路中的負載電流。
14.根據權利要求I中所述的一種在交變直和直變交電源轉換系統中再生負載能量的系統，其特征在于，系統又包括一個控制電路，用來提供控制，監(jiān)測，測量或保護功能。
專利摘要本實用新型涉及一種在交變直和直變交電源轉換系統中再生負載能量的系統，包括一個變換器，一個逆變器，和一個補充電源，所述變換器和逆變器用導線連接在一起形成電回路，變換器是逆變器的負載，逆變器也是變換器的負載。補充電源被用來補充能量再生系統中的能量損失，所述能量損失包括由變換器和逆變器造成的電回路中的損失。本實用新型將逆變器作為電子負載并且能夠將直流電壓轉換為交流電壓，或者變換器作為電子負載并且能夠將交流電能轉換為直流電能。變換器的負載和直流到交流的轉換，或者逆變器的負載以及交流到直流的轉換可以在一個設備里完成，從而實現能量再生以及提升了能量再生系統的效率。
文檔編號H02M7/42GK202737757SQ20122035211
公開日2013年2月13日 申請日期2012年7月20日 優(yōu)先權日2012年7月20日
發(fā)明者馬克·拉保 申請人:村田電源