本发明涉及一种用电器装置以及一种用于运行该用电器装置的运行方法。
背景技术
由于越来越严格的法律规定，越来越多的电子设备具有如下装置：所述装置在所接收的电网电流的所包括的谐波方面对所接收的电网电流进行优化。用于用电器的传统结构型式的开关电源组通常具有整流器和平滑电容器。仅当正弦形的电网电压的瞬时值增大到超过该平滑电容器的直流电位时，该平滑电容器才在通过用电器负载的情况下被充电。其结果是，仅有短暂的电流脉冲给电容器重新充电。因此，该电流变化过程具有大量谐波。取决于适用的标准，由此可能会使许可或认证变得困难或不可能。
pfc(英语：powerfactorcorrection，功率因数校正)的目标在于，如此对谐波(通过功率因数评估其频谱)进行优化，使得除了基波(50hz情况下的电流)以外，仅包括少量谐波。因此，功率因数描述所接收的有效功率与视在功率的比例。为了优化该比例，在pfc中首先调节所接收的电网电流。
由de102010063126a1已知，为了例如通过公共电网给混合动力或电动车辆的车辆高压电池充电而需要充电设备。已知的用于车辆高压电池的充电设备大多由具有电源组滤波器的整流器、功率因数校正电路(pfc：power-factor-correction)以及电位隔离设备构成。
技术实现要素：
在本发明的范畴内，公开一种用电器装置。本发明的以及其他发明类别的优选或有利的实施方式由接下来的说明书以及附图中得出。
该用电器装置包括电源组。该电源组包括电网输入端。该电网输入端能够连接到电网上，其中，该电网传导交流电压。该用电器装置包括用电器。该用电器连接到电源组(netzteil)上并且(在运行中)由电源组供给输出功率。该电源组包括pfc模块。该pfc模块连接到电网输入端上。该pfc模块包括中间回路。中间回路(在运行中)从电网输入端馈电。中间回路(在运行中)提供输出功率。pfc模块包括调节器。该调节器用于(在运行中)从电网输入端给中间回路馈送输出功率。换句话说，该调节器在所输送的能量或功率量方面调节所述馈送。在该用电器装置中，(在运行中)一个特征值正反馈(mitkoppeln)到调节器上。该特征值与由用电器所需的输出功率相关。可以以充分已知的方式来实现所述相关性：例如通过成比例、每个唯一明确的映射规则、标准化等。该特征值例如是所需的输出功率以瓦特为单位的数值。
在真正意义上，“中间回路”在此尤其存在于两级的pfc-smps方案中(英语：switched-modepowersupply，开关电源组)。第一级是具有直流中间回路的pfc，第二级是具有电隔离的主smps。然而，所述实现也可以是单级方案。在该单级方案中，两个电源组级合并成一个。传统的直流中间回路消失并且移动到电源组的输出电容中。在所述意义上，“中间回路”的当前名称也可以代表性地理解为上述“输出回路”。相同地适用于“中间回路电容”，该中间回路电容也可以是“输出电容”。
在常规或正常运行中，电源组连接到电网上，其中，该电网传导交流电压。给用电器供给输出功率。该pfc模块从电网输入端馈电并且提供输出功率。调节器从电网输入端获取(beziehen)输出功率并且将该输出功率馈送到中间回路中，将特征值正反馈到调节器上，在此要么直接由pfc模块要么由电源组的另一级提供该输出功率。例如在电源组中，在pfc模块向用电器的方向上连接有主电源组。在当前情况下，为简化起见假设不存在功率损耗，因此从电网获取全部输出功率，该输出功率依次通过pfc模块和电源组的可能其他部件，并且由用电器接收。
根据本发明，在pfc模块的调节器中，进行对关于由用电器消耗的、必须由pfc模块提供的功率的信息正反馈。调节器尤其将中间回路中的电压调节到期望值、在此，从电网输入端获取能量或功率并且将所述能量或功率提供给中间回路。根据本发明，最晚在用电器需要该功率的时刻、或甚至更早(参见下文)考虑由用电器所需的功率，使得该调节器可以特别快速或提前对中间回路处的功率需求的变化做出反应。这不是当中间回路处的电压已经下降(einbrechen)时才可能的。当中间回路电压由于用电器中的负载变化而已经发生变化时，常见的调节器才能够作出反应。因此，与常见的调节器相比(常见的调节器包括中间回路电压到调节器上的反馈(rückkopplung))，所述调节器对用电器的功率需求变化的反应时间改善。
在总体上，这导致在运行中通过电源组或pfc模块的一种改善的功率提供。
在一种优选实施方式中，所述特征值与用电器对输出功率的如下需求相关：所述需求将来在经过预测时间之后才能够被预期到。在将特征值提供给调节器或在调节器中考虑该特征值的(当前)时刻中，考虑用电器的如下功率消耗：该功率消耗将会以预测时间延迟地处于未来中。因此得出预测性的、即预先的调节，所述调节提前就已经可以对期望的功率波动作出反应。预测方法由不同技术领域充分周知，使得在此可以选择合适的预测方法。以下阐述用于实现这种预测的具体示例。因此，该电源组可以特别高效地对用电器的功率需求的波动作出反应。
在一种优选实施方式中，预测时间处于两位数微秒直至两位数毫秒的范围内。该预测时间是调节器中的特征值的当前使用时间与对输出功率的期望需求时刻之间的时间。尤其可以是三位数微秒与一位数毫秒之间的较小范围。特别在以下提及的实施方式中，能够特别简单地实现这种预测时间。
在一种优选实施方式中，用电器具有输入信号或其能够被输送输入信号。该用电器的需求与输入信号(其内容)相关。随后根据输入信号求取特征值。
在这种情况下，通过分析或分析处理输送给用电器的输入信号就已经可以推测出用电器对输出功率的当前的或之后的需求，因为该需求与所述信号相关。则特征值中的信息与在用电器中处理的、例如增大的输入信号的功率需求相关，其中，所述信息至少部分地例如以其时间变化过程的形式存在于输入信号中。实际需求仅仅取决于当前的增益。相应的实施方式也能够应用于在提供给用电器之前未知的输入信号。
当在输入信号已经可供用于分析之后才产生用电器的需求时，则通过由(当前的)输入信号求取特征值可以实现时间上的优势或实现预测。尤其在输入信号到达用电器之后经过一个传播时间后，才产生用电器中的需求。随后至少在该传播时间完全耗尽之前根据输入信号求取所述特征值。因此在实际产生输出功率之前，就已经得出预测、即已经得出关于所期望的输出功率的信息。因此，该预测能够特别简单地执行。在这种情况下，预测时间是由预先已知的输入信号求取特征值与用电器中对输出功率(与时间上“延迟”的输入信号相关)的实际需求的时刻之间的时间。
在该实施方式的一种优选变型方案中，输入信号是至少区段式提前的、即在输送给用电器之前预先已知的输入信号。然后，所述特征值由预先已知的输入信号提前求取。因此，用电器中对功率的需求是预测性预先已知的。例如如果该输入信号是待放大的、由数据载体呈现的音频信号，并且该音频信号因此已经在数据载体上、即在真正的呈现之前(很久)就已经完全已知，则尤其可以完全提前地求取相应的需求。因此，可以分析该音频信号并且预测性地预先计算出相应的需求，并且因此可以以适当的提前时间提供给调节器。
在该实施方式的一种优选变型方案中，输入信号是从外部输送给用电器装置的信号。“在外部”表示，该信号不来自用电器装置内部、尤其不由电源组产生或不与电源组相关，即仅在用电器内部加工该输入信号。该用电器例如是放大器装置，以便放大输入信号并且必要时在时间上延迟地重新将其作为输出信号输出。由于本发明，这种装置也能够被有利地运行。
在该实施方式的一种优选变型方案中，所述用电器装置是放大器装置、尤其音频放大器装置，并且输入信号是由放大器装置待放大的信号、尤其音频信号。因此，将(音频)信号输送给(音频)放大器并且进行放大，(必要时在时间上延迟地)由放大器重新输出。
在该实施方式的一种优选变型方案中，该特征值是与所期望的输出信号相关的、并且因此与在用电器中经处理的输入信号的输出功率相关的特征值。因为通常已知用电器中的处理方式，所以可以由输入信号推测出所期望的输出信号，并且因此推测出输出功率。在此例如还从放大器装置的输出功率出发，并且考虑对于放大的有用信号或输入信号的功率需求。所期望的功率消耗是所期望的输出功率的函数。这种关系能够特别容易地求取。
在该实施方式的一种优选变型方案中，该用电器包括数字信号处理器(dsp)。该信号处理器处于输入信号在用电器内部的信号路径中。该信号处理具有内部传播时间。也就是说，馈送到信号处理器中的信号在所述传播时间之后离开该信号处理器。然后由至少尚未以全部传播时间延迟的输入信号求取对输出功率的未来需求。然后，在如下处理时间之后求取所述消耗：该输入信号从馈送直至在dsp中求取而消耗所述处理时间。作为传播时间的剩余部分(从传播时间扣除处理时间)剩下预测时间。在预测时间之后，输入信号离开dsp并且被放大，即随后立即产生输出功率。
用电器尤其又是放大器装置，该放大器装置包括放大器以及dsp。在此，该dsp关于输入信号布置在放大器的上游。换句话说，将信号在dsp中的处理时间的至少一部分用作预测时间，以便提前就已经将关于放大器的功率需求的信息正反馈在pfc控制装置中。尤其从未延迟的输入信号中，即在dsp的最上面的时间层中提取用于特征值的信息。然后，dsp中总的延迟时间可以作为预测时间用于pfc。
在一种优选实施方式中，调节器具有期望输入端和实际输入端。与中间回路中的当前实际电压相关的实际值引导到实际输入端上。与中间回路中的期望电压相关的期望值引导到期望输入端上。该期望值根据所述特征值求取。该特征值或相应包括的信息的正反馈作用于期望值上，并且因此正反馈地流动到调节器中。因此，本发明能够特别简单地并且成本有利地实现。尤其在最简单的情况下，所述期望值是期望电压的期望值，并且所述实际值是实际电压的实际值。然而在此作为相关性还可以重新实施任意的映射规则、缩放、标准化等等。
在本发明的范畴内，还公开一种用于运行用电器装置的方法。作为用电器装置，运行一种根据本发明的用电器装置，该用电器装置具有：具有电网输入端的电源组，该电网输入端连接到传导交流电压的电网上；连接到电源组上的用电器，该用电器由电源组供给输出功率，其中，该电源组包括连接到电网输入端上的具有中间回路的pfc模块，该中间回路从电网输入端馈电并且提供输出功率，其中，该pfc模块包括用于从电网输入端给中间回路馈送输出功率的调节器，其中，将与由用电器所需的输出功率相关的特征值正反馈到调节器上。
已经根据意义地结合根据本发明的用电器装置阐述所述方法、所述方法的实施方式的至少一部分以及相应的优点。
在一种优选实施方式中，借助根据本发明的用电器装置或所述用电器装置的实施方式中的一个执行所述方法。
本发明基于以下认识、观察或思考并且还具有以下实施方式。在此，所述实施方式部分简化地也称为“所述发明”。在此，所述实施方式也可以包括或相应于上述实施方式的部分或组合，和/或必要时还包括目前未提及的实施方式。
本发明基于以下认识：在传统pfc中，输出电压仅起很小的作用，并且出于调节技术上的原因而只能以较低动态进行调节。因此原则上决定地，具有pfc功能的电源组通常具有相对较缓慢的瞬态响应、仅能相应地缓慢调节输出端处的负载跳变并且相应缓慢地对剧烈的电压下降和电压过冲作出反应。如果pfc级的瞬态特性对于应用来说是不可接受的，则因此必须在许多情况下将具有较大调节动态的第二电源组级连接到pfc与用电器之间。
在一种当代音频放大器中，电源组例如实施成两级的并且由pfc和主电源组构成，出于成本原因和效率原因，该主电源组经常实施成不受调节的。借助单级pfc的单级实现也是可能的。
如果现在在放大器处突然需要功率，则这导致在主电源组的输出电容器上产生电压下降(spannungseinbruch)。该主电源组虽然通过其自身的调节(如果存在的话)可能能够将电压下降保持得很低，然而无论如何会从中间回路电容跳跃式地牵拉(ziehen)高电流。由于pfc的原则上决定的较低电压调节动态，该pfc只能缓慢地对新的负载情况作出反应。这不可避免地会导致中间回路上的剧烈的电压下降。取决于主电源组拓扑，这也可能会引起主电源组出现问题，以至于输出电压下降。尤其在不受调节的主电源组拓扑中，后者会是一个问题。所述主电源组拓扑仅以固定的传输因数将中间回路电压传输到输出电压侧上，并且因此也传输中间回路电压的负载下降。
本发明基于以下构思：因为放大器中的dsp在任何时刻都(有时在输出功率产生之前就已经)了解所产生的输出功率，所以所述构思在于，通过从dsp到pfc的耦合路径来实现所述正反馈。
将所述信号输送给中间回路电压的调节装置(反馈)并且对其进行正反馈。在最佳设计的情况下，pfc在电压下降开始之前就会对改变的负载情况作出反应并且显著减小所述下降。
本发明的焦点在于阻止中间回路电容器上的电压下降。为了不过强地负面影响电路的功率因数，可以以一种方式限制正反馈的信号。这例如可以通过信号的过滤来实现。还可设想的是，从一个所确定的阈值起才激活该正反馈。
然而本发明能够被普遍使用：除了音频放大器以外，还可以在多个其他应用中采用输出功率的正反馈原理。如果由具有pfc功能的电源组所运行的用电器具有高动态，则可以始终通过本发明提高内部运行电压的稳定性。因为当前在大多数情况下，通过数字控制单元控制电子设备，所以在许多情况下，关于用电器(将来)产生的功率的适当的信号可供使用，所述信号以适当的方式正反馈到pfc级的调节装置中。
根据本发明，尤其通过放大器功率、输出功率的正反馈得出用电器中的、尤其音频放大器中的动态负载的pfc电路的改善的瞬态特性。
附图说明
本发明的其他特征、作用和有优点从以下对本发明的优选实施例的描述中以及附图中得出。在此，以示意性原理概图示出：
图1示出根据本发明的用电器装置；
图2示出在用电器装置中产生的参量的时序图。
具体实施方式
图1示出具有电源组4的用电器装置2。电源组4具有连接到电网8上的电网输入端6。电网8传导交流电压，该交流电压通过波浪线表明。此外，用电器装置2包括用电器10，该用电器在常规运行中由电源组4供给输出功率a(象征性表明)。电源组4包括pfc模块12，该pfc模块连接到电网输入端6上并且包括中间回路14。中间回路14从电网输入端6馈送功率或能量，并且提供输出功率a。pfc模块12还包括调节器16，该调节器从电网输入端6给中间回路14馈送输出功率a并且对所述馈送进行调节。与用电器10中所需的输出功率a相关的特征值k正反馈到调节器16上。
图2a示出时序图，其中，时间t作为时间线(zeitstrahl)示出。时刻t0被标记出。
对于最简单的情况，在图1中考虑(当前)由用电器10所消耗的输出功率a0，该输出功率在时刻t0由用电器10所需要。在这种情况下，由时刻t0处的当前输出功率a0求取特征值k，并且在同一时刻t0将该特征值(由于处理/信号线路等而造成的延迟时间在此被忽略)正反馈到调节器16上。
图1还示出一种替代情况：在此，在时刻t0就已经已知，该用电器在一个之后的时刻t1将会需要输出功率a1。因此，例如得出t0与t1之间的预测时间tp、例如100ms。在这种替代情况下，特征值k(在时刻t0)与期望的将来的输出功率a1相关，并且在时刻t0输送给调节器16。相应的时间特性在图2中替代地示出。调节器现在可以“提前”、即前瞻性地借助预测时间tp的提前修正或预设其调节特性，使得在时刻t1确保提供输出功率a1，然而在此pfc还继续最佳地工作。这是以如下为前提：分别在当前的时刻t0已知，用电器10在将来的时刻t1——在当前时刻t0经过预测时间tp之后——需要多少功率a1。在这种情况下，(在时刻t0所使用的)特征值k与用电器10的将来在(在时刻t1)经过预测时间tp之后对输出功率a1的期望需求相关。
在该示例中，通过如下方式实现输出功率a与特征值k的相关性：用电器10具有输入信号e，或将这种信号馈送给用电器。用电器10是放大器装置，在此是音频放大器装置。输入信号e是音频信号。输入信号e是在用电器10外部、即从用电器装置2外部提供的信号，并且例如来自cd播放器。用电器10对输出功率a的需求与输入信号e相关。因此，根据输入信号e求取特征值k。在该示例中，输入信号e是在时刻t0很久(在此指几个小时)之前就完全预先已知的输入信号e、即音频信号，该音频信号的记录已经完成并且在此以存储的方式存在于音频cd上。由音频信号和放大器的特性已知针对音频信号的所有播放时刻的功率需求a。因此，就此而言，分别在真正的时刻t0(在其中，用电器10中需要输出功率a)之前(很久、例如几个小时或几分钟之前)就已经求取到每个任意时刻t0的特征值k。
在用电器10中处理输入信号e，并且将其作为输出信号s重新输出，在此是为了操控或运行未示出的扬声器。因此，输出信号s是所处理的输入信号e。为了分别在时刻t0或t1立即产生输出信号s而需要输出功率a0或a1等。在这种情况下，特征值k与所处理的输入信号e的期望的输出功率a相关。
图1示出输入信号e在用电器10内的信号路径18，该信号路径通过箭头表示。在信号路径18中，用电器10包括数字信号处理器(dsp)20。该信号处理器具有内部传播时间l，输入信号e需要该传播时间，以便从其输入端到达其输入端。换句话说，在dsp20中，输入信号e以传播时间l延迟。与输入信号e相关的、对输出功率a的将来需求来自如下输入信号e：在已经在dsp20中经过处理时间v之后，然而还不到完整的传播事时间l时的输入信号。因此，预测时间tp作为传播事时间l扣除处理时间v还剩下的部分：因此，与时刻t1＝t0+tp的输出功率a1相关的特征值k在时刻t0已知。图2b在时间t的时间线上示出相应的时间特性。在第一时刻，进行输入信号e到dsp20中的馈送。在之后的时刻t0，进行或完成由输入信号e对特征值k的求取。在时刻t1，经处理的输入信号e离开dsp20，并且在时刻t1在用电器10中产生输出功率a1。
在一种替代实施方式中，调节器16具有(在图1中仅象征性表明)期望输入端22a以及实际输入端22b。与中间回路14中的当前实际电压ui相关的值引导到实际输入端22b上。与期望电压us相关的值引导到期望输入端22a上。在此，期望电压us的值根据特征值k求取。(在图1中通过箭头表明)。
在一种用于运行用电器装置2的方法中，进行如下过程：
将电网输入端6连接到电网8上。将用电器10连接到电源组4上，并且由电源组4供给输出功率a。中间回路14从电网输入端6馈电并且也提供输出功率a。求取与所需的输出功率a相关的特征值k。将特征值k正反馈到调节器16上。已经在上文中阐述输出功率a与特征值k的相关性的不同类型。