具有電流波形信號(hào)的供電設(shè)備以及用于運(yùn)行供電設(shè)備的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出一種供電設(shè)備、尤其是帶有功率因數(shù)校正裝置（7）的電源件，該功率因數(shù)校正裝置使供應(yīng)電網(wǎng)的負(fù)載保持得小，其方式為，所述功率因數(shù)校正裝置產(chǎn)生包括預(yù)定的電流波形圖案半波的電流波形信號(hào)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有電流波形信號(hào)的供電設(shè)備以及用于運(yùn)行供電設(shè)備的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種供電設(shè)備，所述供電設(shè)備包括:用于將所述供電設(shè)備連接至電網(wǎng)供電系統(tǒng)的輸入端，所述電網(wǎng)供電系統(tǒng)提供交流電壓作為輸入電壓；用于將供電設(shè)備連接至消耗器的輸出端，其中，該輸出端提供直流電壓作為輸出電壓；整流器，該整流器將輸入電壓整流成經(jīng)整流的輸入電壓；PFC模塊，該P(yáng)FC模塊包括用于平滑經(jīng)整流的輸入電壓的平滑裝置和有效(aktiv)功率因數(shù)校正裝置，其中，所述功率因數(shù)校正裝置構(gòu)成為用于根據(jù)與時(shí)間相關(guān)的電流波形信號(hào)使用于平滑裝置的與時(shí)間相關(guān)的供應(yīng)電流這樣成形，使得進(jìn)入到PFC模塊中的與時(shí)間相關(guān)的輸入電流匹配于電流波形信號(hào)；以及控制模塊，該控制模塊產(chǎn)生用于PFC模塊、尤其是用于功率校正裝置的電流波形信號(hào)。本發(fā)明也涉及一種用于運(yùn)行所述供電設(shè)備的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了從供應(yīng)電網(wǎng)對(duì)電消耗器供電，以通常的方式使用電源件，所述電源件在許多實(shí)施形式中從來(lái)自供應(yīng)電網(wǎng)的作為電網(wǎng)電壓的交流電壓產(chǎn)生用于消耗器的直流電壓。
[0003]不過(guò)在供應(yīng)電網(wǎng)的正弦形的電網(wǎng)電壓和非線性的消耗器的情況下，出現(xiàn)相位移動(dòng)的和非正弦形的電網(wǎng)電流，所述電網(wǎng)電流可能在供應(yīng)電網(wǎng)中引起干擾。在這種情況中，在供應(yīng)電網(wǎng)中，電網(wǎng)電流的瞬時(shí)值不與電網(wǎng)電壓的瞬時(shí)值成比例。正弦形的電網(wǎng)電壓作為外加的參量保持正弦形，而供應(yīng)電網(wǎng)的電網(wǎng)電流可能在時(shí)間上移動(dòng)或在形狀方面改變。這點(diǎn)導(dǎo)致所謂的功率因數(shù)與其理想值I偏離，所述功率因數(shù)表示有效功率P的數(shù)值與視在功率S的數(shù)值的比例。
[0004]為了改善功率因數(shù)，以通常的方式使用功率因數(shù)校正模塊、即英語(yǔ)Power FactorCorrection或Power Factor Compensation、簡(jiǎn)稱(chēng)PFC。所述功率因數(shù)校正模塊具有如下任務(wù)，即，補(bǔ)償消耗器的非線性的電流消耗并且在有效功率因數(shù)校正的情況下同時(shí)達(dá)到對(duì)無(wú)功功率的補(bǔ)償，其方式為，將電網(wǎng)電流在相角值方面匹配于電網(wǎng)電壓的相角值。
[0005]構(gòu)成最接近的現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)DE102006044879A1描述一種帶有調(diào)節(jié)單元的電流供應(yīng)裝置，該調(diào)節(jié)單元設(shè)置用于將電流變化曲線匹配于電壓變化曲線。該匹配通過(guò)至少一個(gè)帶有至少一個(gè)可接入的單元的活動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種供電設(shè)備，該供電設(shè)備將供應(yīng)電網(wǎng)的負(fù)載保持得小。本發(fā)明的另一個(gè)主題在于，提出一種用于運(yùn)行所述供電設(shè)備的方法。
[0007]所述任務(wù)通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的供電設(shè)備以及通過(guò)具有權(quán)利要求14的特征的方法來(lái)解決。本發(fā)明的優(yōu)選的或有利的實(shí)施形式由從屬權(quán)利要求、以下說(shuō)明以及附圖得出。
[0008]因此，本發(fā)明涉及一種尤其是構(gòu)成為電源件的供電設(shè)備。所述電源件例如可以構(gòu)成為用于在飛機(jī)中運(yùn)行以用于為照明裝置、如例如機(jī)艙照明來(lái)供電。在該示例性的實(shí)施方案中，所述供電設(shè)備具有大于5瓦、優(yōu)選大于10瓦并且尤其是大于15瓦和/或小于500瓦、優(yōu)選小于300瓦并且尤其是小于200瓦的輸出功率。
[0009]所述供電設(shè)備具有用于將所述供電設(shè)備連接至電網(wǎng)供電系統(tǒng)的輸入端。在用于飛機(jī)的電源件中，所述電網(wǎng)供電系統(tǒng)例如可以具有115伏特的有效電壓和400赫茲至800赫茲的電網(wǎng)頻率。一般而言，所述電網(wǎng)供電系統(tǒng)提供交流電壓作為輸入電壓Uin。
[0010]所述供電設(shè)備具有用于將供電設(shè)備連接至消耗器的輸出端，其中，該輸出端提供直流電壓作為輸出電壓Uout。在作為用于飛機(jī)的電源件的示例中，消耗器可以構(gòu)成為一個(gè)或多個(gè)照明裝置、尤其是LED裝置。輸出電壓Uout例如處于200伏特至250伏特之間。
[0011]所述供電設(shè)備具有整流器，所述整流器將輸入電壓Uin整流成經(jīng)整流的輸入電壓Upfc。這種整流器充分已知，整流器尤其是可以是橋式整流器。
[0012]此外，設(shè)有優(yōu)選單相的PFC模塊，所述PFC模塊一方面包括用于平滑經(jīng)整流的輸入電壓Upfc的平滑裝置并且另一方面包括有效功率因數(shù)校正裝置。
[0013]所述平滑裝置例如可以構(gòu)成為存儲(chǔ)電容器，輸出電壓Uout可以在該存儲(chǔ)電容器上獲取。
[0014]所述功率因數(shù)校正裝置構(gòu)成為用于根據(jù)與時(shí)間相關(guān)的電流波形信號(hào)地使用于平滑裝置的與時(shí)間相關(guān)的供應(yīng)電流這樣成形，使得進(jìn)入到PFC模塊中的與時(shí)間相關(guān)的輸入電流Ipfc匹配于所述電流波形信號(hào)。用于平滑裝置的供應(yīng)電流經(jīng)常具有鋸齒形的、階梯形的或以其他方式地變形的變化曲線。而與時(shí)間相關(guān)的輸入電流Ipfc具有與電流波形信號(hào)的曲線變化相匹配的曲線變化。結(jié)果，通過(guò)所述功率因數(shù)校正裝置因此使與時(shí)間相關(guān)的輸入電流Ipfc匹配于與時(shí)間相關(guān)的輸入電壓Uin或經(jīng)整流的輸入電壓Upfc0
[0015]此外，所述供電設(shè)備包括控制模塊，所述控制模塊產(chǎn)生用于PFC模塊、尤其是用于功率因數(shù)校正裝置的電流波形信號(hào)。
[0016]在本發(fā)明的范圍中提出，在供電設(shè)備的運(yùn)行中，所述控制模塊與輸入電壓Uin或經(jīng)整流的輸入電壓Upfc無(wú)關(guān)地生成電流波形信號(hào)的曲線形狀，并且所述電流波形信號(hào)在時(shí)間上與輸入電壓Uin或該輸入電壓的導(dǎo)數(shù)同步，所述輸入電壓尤其是經(jīng)整流的輸入電壓Upfc。換句話說(shuō)，在供電設(shè)備的運(yùn)行中，人工地、更確切地說(shuō)是與實(shí)際的電壓變化曲線無(wú)關(guān)地產(chǎn)生電流波形信號(hào)的曲線形狀。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)人工地產(chǎn)生電流波形信號(hào)，該電流波形信號(hào)不是電壓變化曲線的瞬時(shí)值的瞬時(shí)反應(yīng)，而是人工地可以這樣設(shè)計(jì)使得可以改善電源件的運(yùn)行特性。因此例如已確定，在通常的帶有功率因數(shù)校正的電源件中，正是與時(shí)間相關(guān)的輸入電流的半波的后面的部分強(qiáng)烈變形。輸入電流的半波的下降邊沿的該變形強(qiáng)制性地導(dǎo)致整個(gè)曲線變化的變形并且由此另外導(dǎo)致功率因數(shù)的降低。
[0018]與此相對(duì)地，通過(guò)人工設(shè)計(jì)的曲線形狀來(lái)確保，電流波形信號(hào)可以這樣構(gòu)成，使得功率因數(shù)可以恒定高地實(shí)現(xiàn)并且輸入電流的曲線變化可以帶有少的諧波地實(shí)現(xiàn)。由此得出其他的優(yōu)點(diǎn)，即，在特殊運(yùn)行狀態(tài)中，曲線形狀同樣可以與電壓的實(shí)際存在的瞬時(shí)值無(wú)關(guān)地設(shè)計(jì)。
[0019]然而為了能夠建立輸入電流Ipfc與輸入電壓Uin或經(jīng)整流的輸入電壓Upfc的匹配，所述電流波形信號(hào)與所述電壓之一同步并且必要時(shí)在時(shí)間長(zhǎng)度方面適配。按照這種方式可能的是，在輸入電壓Uin的頻率變化時(shí)，相應(yīng)地拉伸或壓縮電流波形信號(hào)并且由此達(dá)到同步。作為同步時(shí)間點(diǎn)優(yōu)選使用電壓變化曲線的交零點(diǎn)，然而在改變的實(shí)施形式中也可以使用其他的同步點(diǎn)。
[0020]在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施形式中，所述電流波形信號(hào)劃分成半波，其中，每個(gè)半波的電流波形信號(hào)通過(guò)電流波形圖案半波和拉伸因數(shù)形成。電流波形圖案半波通過(guò)同步在時(shí)間方向上被拉伸或壓縮，而拉伸因數(shù)用于對(duì)電流波形信號(hào)的幅值進(jìn)行適配。因此在本發(fā)明的一種非常簡(jiǎn)單的實(shí)施形式中規(guī)定，每個(gè)半波的電流波形信號(hào)通過(guò)將拉伸因數(shù)與電流波形圖案半波相乘而形成。在改變的實(shí)施形式中，代替一個(gè)半波也可以使用全波或多倍半波作為電流波形圖案。在這種實(shí)施方案中，可以非常簡(jiǎn)單地計(jì)算電流波形信號(hào)。
[0021 ] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施形式中，在供電設(shè)備的運(yùn)行中，所述電流波形圖案半波對(duì)于每個(gè)半波相同地或至少對(duì)于多于70%、優(yōu)選多于80%的時(shí)間變化曲線而構(gòu)成為相同的。尤其是并且如之后還要闡述的，在電流波形圖案半波的起始區(qū)域和結(jié)束區(qū)域中可以設(shè)有變化。在一種非常普遍的實(shí)施形式中，電流波形圖案半波是恒定的，而在改變的實(shí)施形式中電流波形圖案半波僅幾乎是恒定的，亦即，所述電流波形圖案半波可以在運(yùn)行中基于變化的運(yùn)行參數(shù)等而改變。所述電流波形圖案半波例如對(duì)于電流波形信號(hào)的至少50個(gè)相繼的、優(yōu)選100個(gè)相繼的半波是相同的。也可能的是，提供多個(gè)如下的電流波形圖案半波，所述多個(gè)電流波形圖案半波交替地或根據(jù)要求而被使用。
[0022]所述電流波形圖案半波的曲線形狀優(yōu)選被計(jì)算或被存儲(chǔ)。所述電流波形圖案半波尤其是可以存儲(chǔ)在查找表中或作為數(shù)據(jù)記錄來(lái)存儲(chǔ)。備選地，例如可以通過(guò)簡(jiǎn)單的函數(shù)來(lái)計(jì)算電流波形模型波。
[0023]在本發(fā)明的一種進(jìn)一步擴(kuò)展方案中規(guī)定，所述控制模塊具有控制裝置，所述控制裝置根據(jù)輸出電壓Uout和可預(yù)定的參考電壓Uref的差來(lái)提供差參數(shù)。該參考電壓是輸出電壓的額定電壓。如果例如將多個(gè)消耗器同時(shí)連接至所述供電設(shè)備，則輸出電壓Uout可能下降并且可能與額定輸出電壓偏離。在輸出電壓Uout和參考電壓Uref之間的該差作為差參數(shù)被提供，并且所述拉伸因數(shù)根據(jù)該差參數(shù)形成。實(shí)際上看來(lái)，在接入多個(gè)消耗器時(shí)，輸出電壓Uout降低，從而必須提高供應(yīng)電流。這點(diǎn)通過(guò)提高用于電流波形信號(hào)的拉伸因數(shù)來(lái)進(jìn)行。在本發(fā)明的最普遍的實(shí)施形式中，輸出電壓對(duì)額定輸出電壓的這種跟蹤可以通過(guò)任意的調(diào)節(jié)器、例如PI或PID調(diào)節(jié)器來(lái)進(jìn)行。
[0024]如已經(jīng)在開(kāi)頭闡述的，然而供應(yīng)電流的高動(dòng)態(tài)的跟蹤可能在一個(gè)半波內(nèi)導(dǎo)致輸入電流Ipfc的曲線形狀的變形并且因此導(dǎo)致功率因數(shù)的變差。盡管該效果已經(jīng)通過(guò)使用電流波形圖案半波來(lái)減弱，優(yōu)選的是，所述拉伸因數(shù)在一個(gè)半波上保持恒定。利用該措施確保，電流波形波的曲線形狀與電流波形圖案半波的必要時(shí)拉伸的或壓縮的曲線形狀相符合并且由此適配于輸入電壓Uin或經(jīng)整流的輸入電壓Upfc的曲線形狀，從而可以實(shí)現(xiàn)接近I的高的功率因數(shù)。將拉伸因數(shù)在一個(gè)半波上保持恒定這在技術(shù)上可以例如通過(guò)所謂的采樣和保持電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0025]在本發(fā)明的一種可能的進(jìn)一步擴(kuò)展方案中，所述控制模塊具有移相裝置，所述移相裝置能實(shí)現(xiàn)電流波形信號(hào)的相位移和因此輸入電流Ipfc相對(duì)于輸入電壓Uin或經(jīng)整流的輸入電壓Upfc的相位移。通過(guò)控制在輸入電流Ipfc與輸入電壓Uin或經(jīng)整流的輸入電壓Upfc之間的相角值，開(kāi)啟了供電設(shè)備進(jìn)行適配的其他可能性。[0026]因此例如可能的是，所述相位移這樣調(diào)整，使得在所述供電設(shè)備中通過(guò)無(wú)功電流發(fā)生器引起的無(wú)功電流被校正或補(bǔ)償。無(wú)功電流尤其是通過(guò)電容性或電感性的負(fù)載引起并且導(dǎo)致功率因數(shù)的變差。尤其是通過(guò)這些措施達(dá)到大于0.98、特別是大于0.99的功率因數(shù)。
[0027]在本發(fā)明的一種可能的實(shí)施方案中，所述供電設(shè)備具有帶有電容作用的HF (高頻)濾波器，該電容作用導(dǎo)致輸入電流相對(duì)于輸入電壓的電容性移動(dòng)。這種HF濾波器經(jīng)常具有電容，以便衰減較高的頻率。為了校正或補(bǔ)償通過(guò)該電容引起的無(wú)功電流的作用，輸入電流Ipfc通過(guò)所述移相裝置在時(shí)間上觀察沿反方向移動(dòng)。通過(guò)該措施甚至可以成功地補(bǔ)償通過(guò)前置的HF濾波器產(chǎn)生的影響。
[0028]在本發(fā)明的一種可能的實(shí)施形式中，所述相位移在運(yùn)行中構(gòu)成為恒定的或幾乎恒定的參數(shù)。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)和構(gòu)思供電設(shè)備時(shí)，在供電設(shè)備中的部件是已知的，所以無(wú)功電流發(fā)生器、尤其是前置的HF濾波器的無(wú)功電流可以預(yù)先估算、計(jì)算或測(cè)量，并且由此造成的必需的或有意義的用于輸入電流的相位移作為恒定的或幾乎恒定的參數(shù)被設(shè)置。該實(shí)施形式的特征在于高的魯棒性和簡(jiǎn)單的配置。
[0029]在本發(fā)明的另一種實(shí)施形式中，所述相位移構(gòu)造為變化的、尤其是與負(fù)載相關(guān)的參數(shù)。在該實(shí)施方案中考慮，無(wú)功電流的影響根據(jù)存在的消耗器的負(fù)載有不同的強(qiáng)度，并且因此與負(fù)載相關(guān)地而不同的相位移對(duì)于優(yōu)化的補(bǔ)償或校正是必需的。因此例如在滿載時(shí)無(wú)功電流較不重要，從而補(bǔ)償?shù)南辔灰瓶梢韵鄬?duì)小。而無(wú)功電流在部分負(fù)載的情況下明顯較強(qiáng)地起作用，從而用于補(bǔ)償無(wú)功電流的相位移也必須較強(qiáng)。
[0030]在本發(fā)明的一種有利的進(jìn)一步擴(kuò)展方案中，所述電流波形圖案半波在至少一個(gè)邊緣區(qū)域中至少在相位移相對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間上設(shè)置成零。該進(jìn)一步擴(kuò)展方案基于如下考慮，SP，由于在用于PFC模塊的輸入電流與輸入電壓或經(jīng)整流的輸入電壓之間的相位移,在輸入電壓交零時(shí)可能發(fā)生在電網(wǎng)電流中的不希望的電流峰值。
[0031]在本發(fā)明的一種可能的實(shí)施形式中，其中，經(jīng)整流的輸入電壓半波和輸入電流的半波彼此偏移了相位移，電流波形圖案半波在邊緣區(qū)域中設(shè)置成零，從而輸入電流Ipfc在經(jīng)整流的輸入電壓半波的交零處與未修正的電流波形信號(hào)的交零處之間的時(shí)間范圍內(nèi)設(shè)置成零。通過(guò)該措施，電網(wǎng)電流中的電流峰值在時(shí)間上與電流波形圖案半波的、電流波形信號(hào)的或輸入電流的設(shè)置成零的范圍相對(duì)應(yīng)地在很大程度上被抑制。
[0032]盡管這種電流峰值僅輕微地影響或不影響功率因數(shù)，然而抑制該電流峰值是有意義的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)該措施明顯改善電網(wǎng)電流的曲線形狀，這同樣是對(duì)于供電設(shè)備的品質(zhì)因素。
[0033]另一個(gè)主題涉及一種用于運(yùn)行如該之前描述的或按照在先權(quán)利要求之一所述的供電設(shè)備的方法。優(yōu)選地，所述方法包括對(duì)供電設(shè)備的重新配置，其中，電流波形圖案半波、拉伸參數(shù)和/或參考電壓通過(guò)軟件技術(shù)來(lái)改變。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]本發(fā)明其他的特征、優(yōu)點(diǎn)和作用由對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的以下的說(shuō)明以及附圖得出。圖中:
[0035]圖1示出作為本發(fā)明的實(shí)施例的電源件的示意的方框圖；
[0036]圖2a至e示出曲線形狀的不同的圖形；[0037]圖3示出圖1中的電源件的電流信號(hào)和電壓信號(hào)；
[0038]圖4示出與圖3中相同的電流信號(hào)和電壓信號(hào)，然而有相位移；
[0039]圖5示出與圖4相同的示圖，然而具有零點(diǎn)置零。
【具體實(shí)施方式】
[0040]圖1以示意的方框圖示出例如用于飛機(jī)照明的電源件I作為本發(fā)明的實(shí)施例，該電源件形成供電設(shè)備。電源件I具有在20瓦至200瓦之間的功率并且在飛機(jī)中用于為未示出的照明裝置、尤其是LED照明裝置供電，以用于飛機(jī)內(nèi)部空間照明。
[0041]電源件I具有輸入端2，電源件I利用該輸入端可以連接至飛機(jī)的供應(yīng)電網(wǎng)。供應(yīng)電網(wǎng)提供輸入電壓以及電網(wǎng)電流。輸入電壓構(gòu)成為正弦形的交流電壓并且具有400赫茲至800赫茲之間的頻率和115V的有效輸入電壓。
[0042]電源件I具有與消耗器、尤其是飛機(jī)中的照明裝置連接或可連接的輸出端3。輸出電壓是例如在200伏特至250伏特之間的直流電壓。
[0043]從輸入端2出發(fā)接著設(shè)置有構(gòu)成為用于高頻濾波的HF濾波器4。在具體的實(shí)施方案中，HF濾波器4可以具有至少一個(gè)電容器。HF濾波器4尤其是構(gòu)成為電網(wǎng)濾波器。
[0044]在HF濾波器4之后設(shè)置有將輸入電壓轉(zhuǎn)變成經(jīng)整流的輸入電壓的整流器5。整流器5例如構(gòu)成為橋式整流器或全波整流器。經(jīng)整流的輸入電壓是脈動(dòng)的直流電壓，其中，(在圖形中觀察)在負(fù)的電壓區(qū)域中延伸的輸入電壓的部分關(guān)于X軸鏡像反轉(zhuǎn)。所述脈動(dòng)的、經(jīng)整流的輸入電壓因此具有輸入電壓的雙倍頻率。在該區(qū)域中流過(guò)的電流稱(chēng)為輸入電流。
[0045]經(jīng)整流的輸入電壓接著被導(dǎo)入到具有功率因數(shù)校正裝置7和平滑裝置8的PFC模塊6。
[0046]平滑裝置8用于將脈動(dòng)的經(jīng)整流的輸入電壓轉(zhuǎn)變成具有恒定的電壓值的輸出電壓。平滑裝置8在等效電路圖的范圍中可以作為電容器表示。
[0047]功率因數(shù)校正裝置7用于將進(jìn)入到PFC模塊6中的輸入電流匹配于經(jīng)整流的輸入電壓。在此進(jìn)行匹配，以便改善在電網(wǎng)供電系統(tǒng)的區(qū)域中的、亦即在輸入端2的區(qū)域中的功率因數(shù)。功率因數(shù)校正裝置7能通過(guò)如下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，即，輸送給平滑裝置8的供應(yīng)電流這樣調(diào)制，使得進(jìn)入到PFC模塊6中的輸入電流匹配于預(yù)定的電流波形信號(hào)9。電流波形信號(hào)9在控制模塊10中如以下說(shuō)明地那樣產(chǎn)生。
[0048]圖2a分別示出進(jìn)入到電源件I中的電網(wǎng)電流Iin和輸入電壓Uin的全波。兩條曲線是正弦形的并且彼此間具有為O度的相角值，亦即，它們是等相位的。該狀態(tài)在功率因數(shù)方面是最佳值，從而這里功率因數(shù)為I。
[0049]為了達(dá)到該理想狀態(tài)，在整流器5之后并且PFC模塊6之前的區(qū)域中，進(jìn)入到PFC模塊6中的、經(jīng)整流的輸入電壓Upfc和輸入電流Ipf c必須同樣彼此間具有固定的相角值。在圖2b中示出經(jīng)整流的輸入電壓Upfc以及輸入電流Ipfc，然而在這里示出了 O度的相角值、亦即等相位的特性。
[0050]為了獲得如示例性在圖2b中所示的輸入電流Ipfc，電流波形信號(hào)9因此必須同樣由多個(gè)正弦半波組成。示例性的電流波形信號(hào)9的曲線變化在圖2c中示出。
[0051]為了產(chǎn)生電流波形信號(hào)9，控制模塊10具有信號(hào)發(fā)生器12，該信號(hào)發(fā)生器基于所存儲(chǔ)的或計(jì)算的電流波形圖案半波13產(chǎn)生電流波形信號(hào)9。在圖2c中相繼地示出電流波形圖案半波13的四次重復(fù)。
[0052]以如下目的，S卩，達(dá)到輸入電壓Uin或經(jīng)整流的輸入電壓Upfc與電流波形信號(hào)9和因此輸入電流Ipfc之間的相角值，控制模塊10具有同步輸入端14(圖1)，輸入電壓Uin或經(jīng)整流的輸入電壓Upfc的同步信號(hào)導(dǎo)入到該同步輸入端中。因?yàn)樵诠?yīng)電網(wǎng)也完全可能發(fā)生在頻率方面的波動(dòng)，所述控制模塊10這樣設(shè)計(jì)，使得該控制模塊可以沿時(shí)間方向拉伸或壓縮電流圖案半波13。這種情況示意性在圖2d中示出，其中，第一半波對(duì)應(yīng)于未變化的電流圖案半波13，然而后續(xù)的兩個(gè)半波沿時(shí)間方向被壓縮。
[0053]此外，控制模塊10具有控制裝置15 (圖1)，該控制裝置將輸出電壓Uout與參考電壓Uref比較，以便可以調(diào)節(jié)進(jìn)入到平滑裝置8中的電流。如果例如多個(gè)消耗器連接到輸出端3上或被激活，則輸出電壓Uout將會(huì)下降并且必須通過(guò)提高進(jìn)入到平滑裝置8中的供應(yīng)電流來(lái)補(bǔ)償。控制裝置15將輸出電壓Uout與參考電壓Uref比較并且形成差參數(shù)。拉伸因數(shù)由該差參數(shù)導(dǎo)出并且與電流圖案半波13相乘。拉伸因數(shù)可以根據(jù)歸一化例如處于O和I之間。
[0054]拉伸因數(shù)的作用在圖2e中示出，其中，第一半波具有拉伸因數(shù)1，第二半波具有拉伸因數(shù)0.7，第三半波具有拉伸因數(shù)0.3，并且第四半波具有拉伸因數(shù)I。
[0055]在運(yùn)行中，電流波形信號(hào)9不僅通過(guò)電流波形圖案半波13通過(guò)在時(shí)間上的同步的適配而且通過(guò)拉伸因數(shù)來(lái)成形。
[0056]要強(qiáng)調(diào)的是，電流波形信號(hào)9的曲線形狀與輸入電壓Uin或經(jīng)整流的輸入電壓Upfc的當(dāng)前的曲線形狀無(wú)關(guān)。因此完全可能的是，輸入電壓Uin或經(jīng)整流的輸入電壓Upfc變形，然而這點(diǎn)對(duì)電流波形信號(hào)9的曲線形狀沒(méi)有影響，因?yàn)樵撉€形狀通過(guò)電流波形圖案半波13形成。
[0057]在常規(guī)的功率因數(shù)校正中，輸出電壓的跟蹤的動(dòng)態(tài)范圍(Dynamik)總是存在問(wèn)題。如果該動(dòng)態(tài)范圍非常高地選擇，則功率因數(shù)校正可能非?？焖賹?duì)消耗器的負(fù)載跳躍作出反應(yīng)。然而所述高的動(dòng)態(tài)范圍具有如下缺點(diǎn)，即，在輸入電流Ipfc的下降邊沿處，輸出電壓Uout同樣稍微下降，從而快速的調(diào)節(jié)器由系統(tǒng)決定地嘗試在半波的下一個(gè)上升的邊沿的時(shí)間范圍中提高供應(yīng)電流和以此提高輸入電流Ipfc。然而在常規(guī)的系統(tǒng)中這必然導(dǎo)致，輸入電流Ipfc的曲線形狀和因此電網(wǎng)電流Iin的曲線形狀與正弦形偏離和失真或變形。
[0058]與此相對(duì)地，在電源件I中，拉伸因數(shù)在一個(gè)半波的持續(xù)時(shí)間上保持恒定。基于差參數(shù)的變化因此在新的半波開(kāi)始時(shí)才被考慮。這種方式具有如下優(yōu)點(diǎn)，即，電源件I的動(dòng)態(tài)范圍非常高，因?yàn)槔靺?shù)可以從一個(gè)半波至下一個(gè)半波跳躍式地改變，然而曲線形狀不通過(guò)該高的動(dòng)態(tài)范圍而被負(fù)面地影響，因?yàn)橥ㄟ^(guò)恒定的拉伸因數(shù)不使電流圖案半波13失真。
[0059]控制模塊10此外具有移相裝置16，該移相裝置能夠?qū)崿F(xiàn)電流波形信號(hào)9相對(duì)于輸入電壓Uin的相位移。因此通過(guò)移相裝置16能夠改變或調(diào)整在一方面經(jīng)整流的輸入電壓Upfc或輸入電壓Uin與輸入電流Ipfc之間的相角值，并且因此也能夠改變或調(diào)整在輸入電壓Uin與電網(wǎng)電流Uin之間的相角值。
[0060]在輸入電流Ipfc與經(jīng)整流的輸入電壓Upfc之間的相位移可以例如用于校正或補(bǔ)償通過(guò)在HF濾波器4中的電容所引起的、在輸入電壓Uin和電網(wǎng)電流I in之間的電容性相位移。通過(guò)在HF濾波器4中以通常的方式存在的電容而產(chǎn)生所謂的無(wú)功電流，該無(wú)功電流在相角值方面相對(duì)于電網(wǎng)電流Iin的有效電流移動(dòng)90度。該無(wú)功電流導(dǎo)致功率因數(shù)的降低。通過(guò)移相裝置16現(xiàn)在可能的是，在相角值方面這樣移動(dòng)輸入電流lin，使得無(wú)功電流對(duì)功率因數(shù)的影響盡可能小。除了通過(guò)HF濾波器4中的電容引起的無(wú)功電流以外，以相同的方式可以補(bǔ)償或校正通過(guò)電容或電感在電源件中弓I起的任何其他的無(wú)功電流。
[0061]在電源件I的一種簡(jiǎn)單的實(shí)施形式中，移相裝置16可以實(shí)現(xiàn)恒定的相位移，因?yàn)樵谄饎?dòng)電源件I時(shí)，在HF濾波器4或其他的無(wú)功電流發(fā)生器中的電容大小已經(jīng)已知，并且對(duì)于電源件I的確定的負(fù)載狀態(tài)可以找到用于對(duì)相位移進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化的值。另一種改善潛力可以被開(kāi)發(fā)，即，相位移與負(fù)載相關(guān)地實(shí)施，因?yàn)樵谳^低的負(fù)載情況下，在總電網(wǎng)電流Iin中的無(wú)功電流按份額大于在滿載的情況下。與此對(duì)應(yīng)地，相比于在滿載的情況下，在部分負(fù)載的情況下必須實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)烈的相位移以用于補(bǔ)償或校正。
[0062]圖3示出輸入電壓Uin、電網(wǎng)電流Iin和輸入電流Ipfc的曲線變化的示意圖。在該圖中，輸入電壓Uin和輸入電流Ipfc處于相同的相位，亦即，相位移等于O。然而基于HF濾波器4的電容性作用，電網(wǎng)電流Iin的相角值容易地向負(fù)的時(shí)間方向移動(dòng)。因?yàn)楣β室驍?shù)在考慮輸入電壓Uin和電網(wǎng)電流Iin的情況下被計(jì)算，圖3示出電源件I的未優(yōu)化的特性。
[0063]而在圖4中，在輸入電壓Uin與輸入電流Ipfc之間的相位移Λ通過(guò)移相裝置16引入，從而現(xiàn)在電網(wǎng)電流Iin和輸入電壓Uin等相位延伸并且實(shí)現(xiàn)高的功率因數(shù)。
[0064]不過(guò)由于整流器5在電網(wǎng)電流Iin的曲線變化中產(chǎn)生鋸齒17。因?yàn)殇忼X17在數(shù)值上相對(duì)小，所以這些鋸齒幾乎不減少功率因數(shù)。然而電網(wǎng)電流Iin的曲線形狀被干擾，這同樣是不希望的。出于這個(gè)原因，控制模塊10實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)置零，如在圖5中示出的那樣。
[0065]電流波形信號(hào)9對(duì)于相位移Λ的持續(xù)時(shí)間分別在輸入電壓信號(hào)交零之后對(duì)于相位移Λ的時(shí)間設(shè)置成零，從而輸入電流Ipfc也設(shè)置成零。該零點(diǎn)置零的作用又在電網(wǎng)電流Iin中可看出。代替鋸齒17現(xiàn)在可看出明顯較小的平臺(tái)18，所述平臺(tái)較少地限制曲線變化的質(zhì)量。
[0066]附圖標(biāo)記列表
[0067]I 電源件
[0068]2 輸入端
[0069]3 輸出端
[0070]4 HF濾波器
[0071]5 整流器
[0072]6 PFC 模塊
[0073]7 功率因數(shù)校正裝置
[0074]8 平滑裝置
[0075]9 電流波形信號(hào)
[0076]10控制模塊
[0077]11 空
[0078]12信號(hào)發(fā)生器
[0079]13電流波形圖案半波
[0080]14同步輸入端[0081]15控制裝置
[0082]16移相裝置
[0083]17鋸齒
[0084]18平臺(tái)
【權(quán)利要求】
1.供電設(shè)備(1)，包括: 用于將所述供電設(shè)備連接至電網(wǎng)供電系統(tǒng)的輸入端(2)，所述電網(wǎng)供電系統(tǒng)提供交流電壓作為輸入電壓(Uin); 用于將供電設(shè)備(I)連接至消耗器的輸出端(3)，其中，該輸出端提供直流電壓(Uout)作為輸出電壓； 整流器(5)，該整流器將輸入電壓(Uin)整流成經(jīng)整流的輸入電壓(Upfc)； PFC模塊(6 )，該P(yáng)FC模塊包括用于平滑經(jīng)整流的輸入電壓(Upf c )的平滑裝置(8 )和有效功率因數(shù)校正裝置(7)，其中，所述功率因數(shù)校正裝置(7)構(gòu)成為用于根據(jù)與時(shí)間相關(guān)的電流波形信號(hào)(9)使用于平滑裝置(8)的與時(shí)間相關(guān)的供應(yīng)電流這樣成形，使得進(jìn)入到PFC模塊(6)中的與時(shí)間相關(guān)的輸入電流(Ipfc)匹配于電流波形信號(hào)(9)； 控制模塊(10 )，該控制模塊產(chǎn)生用于PFC模塊(6 )、尤其是用于功率校正裝置(7 )的電流波形信號(hào)(9)， 其特征在于，所述控制模塊(10 )在供電設(shè)備(I)的運(yùn)行中與輸入電壓(Uin )無(wú)關(guān)地生成電流波形信號(hào)(9)的曲線形狀，并且使所述電流波形信號(hào)(9)在時(shí)間上與輸入電壓(Uin)或該輸入電壓的導(dǎo)數(shù)同步，所述輸入電壓尤其是經(jīng)整流的輸入電壓(Upfc)。
2.按照權(quán)利要求1所述的供電設(shè)備(1)，其特征在于，所述電流波形信號(hào)(9)劃分成半波，其中，每個(gè)半波的電流波形信號(hào)(9)通過(guò)電流波形圖案半波(13)和拉伸因數(shù)形成。
3.按照權(quán)利要求2所述的供電設(shè)備(1)，其特征在于，所述電流波形圖案半波(13)對(duì)于每個(gè)半波相同地或至少對(duì)于多于70%、優(yōu)選多于80%的時(shí)間變化曲線而構(gòu)成為相同的。
4.按照權(quán)利要求2或3所述的供電設(shè)備(1)，其特征在于，所述電流波形圖案半波(13)在控制模塊(10)中作為數(shù)據(jù)記錄被存儲(chǔ)或作為函數(shù)存在。`
5.按照權(quán)利要求2至4之一所述的供電設(shè)備(I)，其特征在于，所述控制模塊(10)具有控制裝置(15)，所述控制裝置根據(jù)輸出電壓(Uout)和參考電壓(Uref )的差來(lái)提供差參數(shù)，其中，所述拉伸因數(shù)根據(jù)該差參數(shù)形成。
6.按照權(quán)利要求5所述的供電設(shè)備(I)，其特征在于，所述拉伸因數(shù)在一個(gè)半波上保持恒定。
7.按照上述權(quán)利要求之一所述的供電設(shè)備(1)，其特征在于，存在移相裝置(16)，所述移相裝置能實(shí)現(xiàn)電流波形信號(hào)(9)的相位移。
8.按照上述權(quán)利要求之一所述的供電設(shè)備(I)，其特征在于，所述相位移這樣調(diào)整，使得在所述供電設(shè)備(I)中通過(guò)無(wú)功電流發(fā)生器引起的無(wú)功電流校被正或補(bǔ)償。
9.按照權(quán)利要求8所述的供電設(shè)備(1)，其特征在于，來(lái)自前置的、具有電容作用的HF濾波器(4)的無(wú)功電流被校正或補(bǔ)償。
10.按照權(quán)利要求7至9之一所述的供電設(shè)備(I)，其特征在于，所述相位移在運(yùn)行中構(gòu)造為恒定的或幾乎恒定的參數(shù)。
11.按照權(quán)利要求7至9之一所述的供電設(shè)備(I)，其特征在于，所述相位移構(gòu)造為變化的、尤其是與負(fù)載相關(guān)的參數(shù)。
12.按照上述權(quán)利要求2至11之一所述的供電設(shè)備(1)，其特征在于，所述電流波形圖案半波(13)在至少一個(gè)邊緣區(qū)域中對(duì)于至少與相位移相對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間而設(shè)置成O。
13.按照權(quán)利要求12所述的供電設(shè)備(1)，其特征在于，在相位移的情況下、尤其是在電感性的相位移的情況下，電流波形圖案半波(13)在所述邊緣區(qū)域中設(shè)置成O，從而對(duì)于輸入電壓(Uin)交零處與未變化的電流波形信號(hào)(9)交零處之間的時(shí)間段，所述輸入電流(Ipfc)設(shè)置成零。
14.用于運(yùn)行按照上述權(quán)利要求之一所述的供電設(shè)備(I)的方法。
15.按照權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述供電設(shè)備(I)通過(guò)改變電流圖案半波(13)重新配置?！?br> 【文檔編號(hào)】H02M1/42GK103718442SQ201280038060
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月3日
【發(fā)明者】U·尼貝萊茵, J·約爾丹, G·科寧格 申請(qǐng)人:迪爾航空航天有限公司