专利名称：与电源相关联的设备以及含有该设备的变频器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于启动电源的设备，更具体地，涉及变频器中的、且从电压中间 电路得到供电的电源。
背景技术：
在电压中间电路变频器中，通常由开关模式供电装置从中间电路的直流电压生 成电子控制装置所必需的辅助电压，上述中间电路的直流电压是几百伏特，有时甚至高于 一千伏特。电源的一个或多个开关部件由控制器电路来控制，该控制器电路的工作电压比 中间电路电压低很多。为了让电源启动，控制器电路需要工作电压。控制器电路所需要的 启动能量通常经由高阻抗阻抗器单元被充电到电容器中。由于阻抗器电力损耗和额定电压 的限制，所使用的阻抗器单元通常包括若干串联耦合的阻抗器。图1示出了其中使用高阻 抗阻抗器链Rstakt来将启动能量充电到电容器C1中的启动电路。当电容器C1中的电压上升 到足够高时，控制器单元Npwm启动并开始控制开关部件。接着，控制器单元Npwm经由二极管 De从变压器绕组中取得其电力。在电压中间电路变频器中，中间电路直流电压上的信息也几乎始终是需要的。图2 示出了非常普遍的通过使用分压器测量中间电路的直流电压的过程，该分压器将中间电路 电压降低至适用于电子测量装置的电位。在由阻抗器单元I^divi和Rdiv2形成的分压器电路 中，由于阻抗器的电力损耗和额定电压的限制，阻抗器单元IW1通常是包括若干个阻抗器 的阻抗器链。在测量电路中，为了避免准确性降低，阻抗器的电力损耗要小。上述设备中的问题在于，由于电压较高，包括阻抗器链的阻抗器单元与相邻部件 间的爬电距离为几毫米，所以这些阻抗器单元在电路板上占据了很大表面积。
实用新型内容因而，本实用新型的一个目的在于，提供一种设备从而能够缓解上述问题。本实用 新型的该目的是通过以独立权利要求中所述的内容为特征的设备而实现的。在从属权利要 求中公开了本实用新型的优选实施例。本实用新型的基本构思在于，可以组合启动电路部分和用于电压测量的分压器电 路部分。因为仅在电源的启动之前需要启动电路，而仅在启动之后需要电压测量，而且因为 这两个电路都需要若干阻抗器的串联，因此，可以组合这两个功能使得只需要一个阻抗器 链。根据本实用新型的设备的一个优点在于，在尤其是小变频器中仅提供了很小的电 路板表面积的情况下，本实用新型节省了可观量的电路板表面积。根据本实用新型的实施例的设备可以是一种与电源相关联的设备，该设备包括 第一连接点(Vin)，其用于供应供电电压；电源(Aps)，其被构造成从供电电压生成一个或多 个到各输出端(V_到VOTn)的输出电压，并且其包括用于控制各输出电压的控制装置；启 动电路，其用于在启动情形中向电源(Aps)的控制装置的工作电压输入端(Vdd)供应电力，启动电路包括第一阻抗器单元0 DIV1)和启动整流装置(Dstakt)的串联，该串联在其阻抗器单元 末端与第一连接点(Vin)相连并在其启动整流装置(Dstakt)末端与电源(Aps)的控制装置的 工作电压输入端(Vdd)相连，并且在该串联中，连接启动整流装置(Dstakt)以使得允许电力仅 从第一连接点(Vin)向电源(Aps)的控制装置的工作电压输入端(Vdd)流动；供电电路，其用 于在启动情形后向电源(Aps)的控制装置供应工作电压，供电电路形成于电源(Aps)的控制 装置的工作电压输入端(Vdd)与电源(Aps)的输出端(Votti到VOTTn)之间，并且供电电路被构 造成仅在从电源(Aps)的该输出端(Vquti到VQUTn)到电源(Aps)的控制装置的工作电压输入 端(Vdd)的方向中传输电力；以及用于测量供电电压的装置。用于测量供电电压的装置包 括位于第一阻抗器单元(IU1)与启动整流装置(Dstakt)之间的第二连接点(Vdiv)；第二阻 抗器单元(Rdiv2)与开关装置(Qdiv)的串联，该串联被连接在第二连接点(Vdiv)与该设备的 接地平面之间，从而提供用于测量供电电压的分压器，开关装置(Qdiv)被构造成将设置在第 二连接点(Vdiv)与该设备的接地平面之间的、且经过测量电路的第二阻抗器单元(I DIV2)的 连接切换为导通或不导通的；用于响应电源(Aps)的输出电压而控制开关装置的装置(Aen)； 和用于测量来自第二连接点(Vdiv)的电压的装置(Ameas)。本实用新型还涉及根据独立权利要求所述并包括根据本实用新型的设备的变频 器。这种器件能够以简单的方式实现由根据本实用新型的设备所提供的优点。根据本实用新型的实施例的变频器可以包括中间电路；与中间电路的一极相连 的第一连接点(Vin)；电源(Aps)，其被构造成从供电电压生成一个或多个到各输出端(Voti 到的输出电压，并且其包括用于控制各输出电压的控制装置；启动电路，其用于在启 动情形中向电源(Aps)的控制装置的工作电压输入端(Vdd)供应电力，启动电路包括第一阻 抗器单元0 DIV1)和启动整流装置(Dstakt)的串联，该串联在其阻抗器单元末端与第一连接 点(Vin)相连并在其启动整流装置(Dstakt)末端与电源(Aps)的控制装置的工作电压输入端 (Vdd)相连，并且在该串联中，连接启动整流装置(Dstam)以使得允许电力仅从第一连接点 (Vin)向电源(Aps)的控制装置的工作电压输入端(Vdd)流动；供电电路，其用于在启动情形 后向电源(Aps)的控制装置供应工作电压，供电电路形成于电源(Aps)的控制装置的工作电 压输入端(Vdd)与电源(Aps)的输出端(Vquti到VQUTn)之间，且供电电路被构造成仅在从电 源(Aps)的该输出端(V_到VQUTn)到电源(Aps)的控制装置的工作电压输入端(Vdd)的方 向中传输电力；以及用于测量中间电路的电压的装置。用于测量中间电路的电压的装置包 括位于第一阻抗器单元0 DIV1)与启动整流装置(Dstakt)之间的第二连接点(Vdiv)；第二阻 抗器单元(Rdiv2)与开关装置(Qdiv)的串联，该串联被连接在第二连接点(Vdiv)与该变频器 的接地平面之间，从而提供用于测量中间电路的电压的分压器，开关装置(Qdiv)被构造成将 设置在第二连接点(Vdiv)与该变频器的接地平面之间的、且经过测量电路的第二阻抗器单 元0 DIV2)的连接切换为导通或不导通的；用于响应电源(Aps)的输出电压而控制开关装置 的装置(Aen)；和用于测量来自第二连接点(Vdiv)的电压的装置(Ameas)。
现将结合优选实施例并参照附图更详细地描述本实用新型，其中图1示出了利用高阻抗阻抗器单元将启动能量充电到电容器C1中的启动电路；图2示出了非常普遍的通过使用分压器测量中间电路的直流电压的过程；[0014]图3是示出根据本实用新型的设备的简化框图；并且图4示出了本实用新型的一个实施例。
具体实施方式
图3是示出了根据本实用新型的设备的简化框图，该设备组合了从供电电压生成 用于电源的启动能量的阻抗器单元和用于测量供电电压的阻抗器单元。本文中，阻抗器单 元可以包括一个阻抗器或者耦合成一个阻抗器链的若干个阻抗器。仅在电源的启动之前需要从供电电压生成启动能量的电路，而通常仅在此后才需 要进行电压测量，这使得可以使用相同的阻抗器单元。图3的设备包括用于供应供电电压的第一连接点Vin以及被构造成从供电电压生 成一个或多个到各输出端Voti至Vtmn的输电电压、且包括用于控制各输出电压的控制装置 的电源APS。该设备还包括用于在启动情形中向电源Aps的控制装置的工作电压输入端Vdd 供应电力的启动电路、用于在启动情形后向电源Aps的控制装置供应工作电压的电路、以及 用于测量供电电压的装置。启动电路包括第一阻抗器单元Rdivi和启动整流装置Dstam的串联，该串联在其阻抗 器单元末端与第一连接点Vin相连，并在其启动整流装置Dstakt末端与电源Aps的控制装置的 工作电压输入端Vdd相连。在该串联中，连接启动整流装置Dstakt以使得电力仅从第一连接 点Vin向电源Aps的控制装置的工作电压输入端Vdd流动。通过使用启动电路，工作电压将上升到电源Aps的控制装置所必需的电位。在工作 电压输入端Vdd处的工作电压上升到足够高后，控制装置启动并且电源Aps的输出电压开始 上升。在输出电压上升到足够高后，电源Aps自身开始供应其控制装置所需要的能量。 在电源Aps的控制装置的工作电压输入端Vdd与电源Aps的输出端Votti至Vtmn之间 形成用于在启动情形后向电源Aps的控制装置供应工作电压的供电电路。供电电路被构造 成仅在从电源Aps的输出端Voti至Vtmn到电源Aps的控制装置的工作电压输入端Vdd的方向 中传输电力。在图3中，供电电路包括连接在电源Aps的控制装置的工作电压输入端Vdd与 电源Aps的输出端Voti至Vtmn中的一个输出端之间的整流装置DK，连接整流装置Dk以防止 电力从电源Aps的控制装置的工作电压输入端Vdd向电源Aps的该输出端流动。用于测量供电电压的装置包括设置在第一阻抗器单元Rdivi与启动整流装置Dstakt 之间的第二连接点Vdiv、第二阻抗器单元Rdct2与开关装置的串联、用于响应电源Aps的输 出电压来控制开关装置的装置Aen、以及用于测量来自第二连接点Vdiv的电压的装置Ameas。第二阻抗器单元Rdiv2与开关装置的串联被连接在第二连接点Vdiv与该设备的 接地平面之间，从而提供用于测量供电电压的分压器。开关装置被构造成将设置在第二连接点Vdiv与该设备的接地平面之间的、并 且经过测量电路的阻抗器单元Rdiv2的连接切换为导通或不导通的。当电源Aps的输出电压 起先为零电势时，开关装置断开，在该情况下仅有非常小的泄漏电流通过阻抗器Rdiv2， 该泄漏电流比通过阻抗器链Rdivi的启动电流小得非常多。可以响应电源的输出或得自该输出的电压而控制开关装置的通断。当电源Aps 的该电压达到设定的极限时，开关装置进入导通状态。在图3中，借助响应于电源Aps 的输出电压的电压输出Ven，使用控制装置Aen进行控制。当导通时，可通过下式计算第二连接点Vdiv处的电压Vdiv vDir = -~7 --ViN，⑴
iiDin十 們其中，Rdiv2是阻抗器单元Rdiv2的阻抗，Rdivi是阻抗器单元Rdivi的阻抗，而Vin是第 一连接点Vin处的电压。第二连接点Vdiv处的电压Vdiv随后被供应到测量装置。用于测量来自第二连接点Vdiv的电压的装置Ameas可包括例如放大器Namp和输入阻 抗器IV放大器Namp从电源Aps的输出端Votti至V_得到其工作电压，放大器Namp经由输入 阻抗器Rin与第二连接点Vmv相连以放大连接点Vdiv处的电压。如果放大器从电源Aps得到其电力，则放大器Namp在启动情形中没有工作电压。在 大多数放大器中，在输入电压要变得比工作电压高的情况下，电流具有从放大器的输入电 压到放大器的工作电压的路径。当工作电压位于零电势时，放大器的输入因而很稳定地保 持在零电势。在没有高欧姆输入阻抗器Rin的情况下，第二连接点Vdiv的电压将几乎处于零 电势，并且电源Aps控制装置的工作电压输入端Vdd处的电压将不能上升。因而，输入阻抗器 Rin被构造成将从第二连接点Vdiv经由放大器Namp流向接地平面的电流限制得比流过阻抗器 单元Rdivi的电流小得多，以使得电源Aps的控制装置的工作电压输入端Vdd的电压可以在启 动情形中上升。图4描述了本实用新型的一个实施例。电源Aps包括用于控制电源的控制装置和 用于从供电电压生成输出电压的电力部AP。在图4中，PWM电路充当控制控制装置。电源 具有3个电压输出端正电压输出端V。。、负电压输出端Vee和在启动情形后向控制电路的工 作电压输入端Vdd供应电压的电压输出端V。m。电力方向被二极管Dk限制成从电源的输出 端Vcm流向电源的控制装置的工作电压输入端Vdd。 启动电路由阻抗器单元Rdivi和充当启动整流装置的二极管Dstakt构成。连接点Vdiv 设置在阻抗器单元Rdivi与二极管Dstakt之间。由于额定电压和/或电力损耗的限制，阻抗器 单元可以是串联耦合的阻抗器链。连接二极管以使得电力仅从连接点Vdiv流向工作电压输 入端VDD。在一些实施例中，整流装置也可以是开关装置，诸如晶体管或继电器，而非二极管 Dstam。在这样的情况中，例如可以响应于电源的工作电压输出而将整流装置控制为导通和 不导通的。通过阻抗器单元I D 2和开关装置的串联构成用于测量供电电压的分压器。开 关装置能使分压器接通或断开。开关装置由控制装置Aen进行控制，控制装置Aen具 有响应于电源Aps的输出Vottx的电压而用于控制开关装置GIdiv的电压输出端VEN。供电电压通过装置Ameas根据分压器的连接点Vdiv来测量。装置Ameas包括放大器 Namp和输入阻抗器Rin。放大器Namp从电源Aps的电压^和Vee得到其工作电压，所以在启动 情形中其工作电压是接地电势。在一些放大器中，这意味着在放大器Namp的输入端与放大 器的接地电势之间提供了低阻抗连接。因而，输入阻抗器Rin被构造成将从第二连接点Vdiv 经由放大器Namp流到接地平面的电流限制得比流过阻抗器单元Rdivi的电流小很多，以使得 电源Aps的工作电压输入端Vdd的电压能够在启动情形中上升。为了让电压测量尽可能地准确和线性工作，开关部件的通道阻抗要比Rdivi小 很多，以使得其在分压器中不形成任何明显误差。如果二极管用作启动整流装置Dstakt，则 在电源已启动后，点Vdd处的电压应比在点Vdiv处高。如果不是这样的话，则使点Vdiv处的
7电压变得在点Vdd的电压值处饱和。启动整流装置Ds■反向的泄漏电流要比通过阻抗器单 元Rdivi和Rdiv2的电流小很多。另外，放大器Namp输入端的偏流要比通过阻抗器单元Rdivi和 Rdiv2的电流小很多，从而让阻抗器Rin中的偏流导致的电压损耗不会导致明显误差。所有上 述条件都可通过若干可商业获取的部件来实施。例如，本实用新型的设备可在用于测量与从中间电路得到供电的电源相关联的中 间电路电压的变频器中使用。本实用新型也可在其他应用中使用，其中，电源的输入是几百 伏特并且该电压也要被测量。本领域技术人员应了解，本实用新型的基本构思可用许多不同方式实施。因而，本 实用新型及其实施例并不限于上述实例，而是还可在权利要求范围内做出变化。
权利要求1.一种与电源相关联的设备，所述设备包括 第一连接点(Vin)，其用于供应供电电压；电源(Aps)，其被构造成从供电电压生成一个或多个到各输出端(Voti到乂·》的输出电 压，并且其包括用于控制各输出电压的控制装置；启动电路，其用于在启动情形中向电源(Aps)的控制装置的工作电压输入端(Vdd)供应 电力，启动电路包括第一阻抗器单元(Rdivi)和启动整流装置(Dstakt)的串联，所述串联在其 阻抗器单元末端与第一连接点(Vin)相连并在其启动整流装置(Dstakt)末端与电源(Aps)的 控制装置的工作电压输入端(Vdd)相连，并且在所述串联中，连接启动整流装置(Dstakt)以使 得允许电力仅从第一连接点(Vin)向电源(Aps)的控制装置的工作电压输入端(Vdd)流动； 供电电路，其用于在启动情形后向电源(Aps)的控制装置供应工作电压，供电电路形成 于电源(Aps)的控制装置的工作电压输入端(Vdd)与电源(Aps)的输出端(Vquti到VQUTn)之 间，并且供电电路被构造成仅在从电源(Aps)的所述输出端(Vquti到VQUTn)到电源(Aps)的控 制装置的工作电压输入端(Vdd)的方向中传输电力；以及用于测量供电电压的装置，其特征在于，用于测量供电电压的装置包括 位于第一阻抗器单元(I^divi)与启动整流装置(Dstakt)之间的第二连接点(Vdiv)； 第二阻抗器单元(Rdiv2)与开关装置(Qdiv)的串联，所述串联被连接在第二连接点(Vdiv) 与所述设备的接地平面之间，从而提供用于测量供电电压的分压器，开关装置(Qdiv)被构造 成将设置在第二连接点(Vdiv)与所述设备的接地平面之间的、且经过测量电路的第二阻抗 器单元(Riot2)的连接切换为导通或不导通的；用于响应电源(Aps)的输出电压而控制开关装置的装置(Aen)；和 用于测量来自第二连接点(Vdiv)的电压的装置(Ameas)15
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，供电电路包括连接在电源(Aps)的控制装 置的工作电压输入端(Vdd)与电源(Aps)的一个输出端(Vquti到VQUTn)之间的整流装置(Dk)， 连接所述整流装置(Dk)以防止电力从电源(Aps)的控制装置的工作电压输入端(Vdd)向电 源(Aps)的所述输出端流动。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，用于测量来自第二连接点(Vdiv)的电 压的装置(Ameas)包括放大器(Namp)，其从电源(Aps)的输出端(V_到VOTTn)得到其工作电压；以及 输入阻抗器(Rin)，放大器(Namp)经由所述输入阻抗器(Rin)与第二连接点(Vdiv)相连， 从而放大第二连接点(Vdiv)处的电压，输入阻抗器(Rin)被构造成将从第二连接点(Vdiv)经 由放大器(Namp)流向接地平面的电流限制得比流过第一阻抗器单元(Rdivi)的电流小得多， 以使得电源(Aps)的控制装置的工作电压输入端(Vdd)的电压能够在启动情形中上升。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，启动整流装置(Dstakt)是能被控制为 导通或不导通的开关装置。
5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，启动整流装置(Dstakt)是能被控制为导通 或不导通的开关装置。
6.一种变频器，其包括 中间电路；与中间电路的一极相连的第一连接点(Vin)；电源(Aps)，其被构造成从供电电压生成一个或多个到各输出端(Voti到乂·》的输出电 压，并且其包括用于控制各输出电压的控制装置；启动电路，其用于在启动情形中向电源(Aps)的控制装置的工作电压输入端(Vdd)供应 电力，启动电路包括第一阻抗器单元(Rdivi)和启动整流装置(Dstakt)的串联，所述串联在其 阻抗器单元末端与第一连接点(Vin)相连并在其启动整流装置(Dstakt)末端与电源(Aps)的 控制装置的工作电压输入端(Vdd)相连，并且在所述串联中，连接启动整流装置(Dstakt)以使 得允许电力仅从第一连接点(Vin)向电源(Aps)的控制装置的工作电压输入端(Vdd)流动； 供电电路，其用于在启动情形后向电源(Aps)的控制装置供应工作电压，供电电路形成 于电源(Aps)的控制装置的工作电压输入端(Vdd)与电源(Aps)的输出端(Vquti到VQUTn)之 间，且供电电路被构造成仅在从电源(Aps)的所述输出端(Vquti到VQUTn)到电源(Aps)的控制 装置的工作电压输入端(Vdd)的方向中传输电力；以及用于测量中间电路的电压的装置，其特征在于，用于测量中间电路的电压的装置包括位于第一阻抗器单元(I^divi)与启动整流装置(Dstakt)之间的第二连接点(Vdiv)； 第二阻抗器单元(Rdiv2)与开关装置(Qdiv)的串联，所述串联被连接在第二连接点(Vdiv) 与所述变频器的接地平面之间，从而提供用于测量中间电路的电压的分压器，开关装置 (Qdiv)被构造成将设置在第二连接点(Vdiv)与所述变频器的接地平面之间的、且经过测量电 路的第二阻抗器单元(Rdct2)的连接切换为导通或不导通的；用于响应电源(Aps)的输出电压而控制开关装置的装置(Aen)；和 用于测量来自第二连接点(Vdiv)的电压的装置(Ameas)1专利摘要本实用新型提供一种与电源相关联的设备，该设备包括用于供应供电电压的第一连接点(VIN)、电源(APS)、用于在启动情形中向电源(APS)的控制装置的工作电压输入端(VDD)供应电力的启动电路、用于在启动情形后向电源(APS)的控制装置供应工作电压的供电电路、以及用于测量供电电压的装置。
文档编号H02M1/36GK201869092SQ20102022952
公开日2011年6月15日 申请日期2010年6月13日 优先权日2010年4月26日
发明者尤卡·佩卡·帕洛迈基 申请人:Abb公司