双向开关模式电源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于电梯电力系统的开关模式电源的技术领域。
【背景技术】
[0002]开关模式电源(SMPS)设备在传统上用于在低压应用中，如计算机系统、消费电子等供电。SMPS的优势除了其他之外还有小尺寸和良好效率。因此，可以考虑在电梯电力系统中采用SMPS供电。
[0003]传统上，SMPS用于仅在一个方向上供电。然而，在电梯电力系统中，需要双向供电。当工作在驱动模式时，电梯曳引机从电梯电源(例如，市电或备用电源)获取电功率以沿着电梯井道驱动电梯轿厢。另一方面，当工作在发电机模式时，电梯曳引机对电梯轿厢的运行进行制动，并将电功率提供回电梯电源。
[0004]双向供电的一个解决方案是使用两个分开的反并联连接的SMPS在相反方向上供电。然而，这意味着需要更多的SMPS单元，这在某种程度上失去了小尺寸的优势，还增加了成本和系统复杂性。
[0005]一些双向SMPS也是已知的。然而，这些使用其中可以容忍滤波电路的较高阻抗的明显较低的开关频率。较低的开关频率具有往往要增大设备尺寸的缺点。
【发明内容】
[0006]考虑到上述，本发明的目的是引入一种用于电梯电力系统的高效、紧凑的双向开关模式电源(bdSMPS)。该目的使用根据权利要求1的双向开关模式电源，以及根据权利要求14的方法达到。
[0007]本发明进一步的目的是引入一种用于电梯电力系统的高效、紧凑的备用电源设备。该目的使用根据权利要求9的备用电源设备以及根据权利要求11的电梯电力系统达到。
[0008]从属权利要求描述了本发明的一些优选实施例。
[0009]本发明的一个方面是一种双向开关模式电源，包括:输入端，用于选择双向开关模式电源的供电方向；以及开关，具有与输入端耦接的控制极。该开关适配为基于选择的供电方向改变双向开关模式电源的主电路。这可能意味着通过基于供电方向添加组件或从主电路分离组件对主电路拓扑做出部分改变。在优选实施例中，主电路阻抗可以变化为对由高频开关引起的方向相关的干扰滤波。例如，可以根据工作情况只在主电路的选择的点降低阻抗，这意味着可以避免使用较大、复杂的滤波电路。另一方面，当需要时，也可以从主电路功率开关分离低阻抗电路。从功率开关分离低阻抗电路意味着在某些工作情况下，可以降低功率开关的浪涌电流(浪涌电流除了其他之外还导致额外的应力，并因此缩短功率开关的寿命；浪涌电流还可能导致电磁干扰)。
[0010]在本公开中，术语“双向开关模式电源”是指开关模式电源，它被配置为通过其在两个相反的方向上供电。因此，术语“双向开关模式电源的主电路”的意思是组成单个双向开关模式电源内部的功能元件(如，滤波器、逆变器级、变压器等)的组件和连接，电能经由其在两个相反的方向上流动。根据一个或多个实施例，双向开关模式电源具有两个连接接口，并被配置为在它们之间在两个相反的方向上供电。
[0011]在一个优选实施例中，开关被配置为只要选择的供电方向保持相同，就维持主电路不变。
[0012]在一个优选实施例中，双向开关模式电源是DC/DC转换器，包括具有第一线圈和第二线圈的变压器、与第一线圈耦接的第一逆变器级，以及与第二线圈耦接的第二逆变器级。第一和第二逆变器级被配置为通过变压器在两个方向上传输电能。第一电容器通过第一选择开关与第一逆变器级并联连接。第一选择开关被配置为在选择的供电方向是从第一线圈到第二线圈时导通，并且在选择的供电方向是从第二线圈到第一线圈时不导通。
[0013]在一个优选实施例中，DC/DC转换器包括通过第二选择开关与第二逆变器级并联连接的第二电容器。第二选择开关被配置为在选择的供电方向是从第二线圈到第一线圈时导通，并且在选择的供电方向是从第一线圈到第二线圈时不导通。
[0014]在一个优选实施例中，DC/DC转换器包括第一 DC端以及连接在第一电容器和第一DC端之间的电感器。
[0015]在一个优选实施例中，DC/DC转换器包括第二 DC端以及连接在第二电容器和第二DC端之间的电感器。
[0016]在一个优选实施例中，第一 DC端是低压端，第二 DC端是高压端。
[0017]本发明的另一方面是一种备用电源设备，包括电能存储单元和根据本公开的双向开关模式电源。该双向开关模式电源与该电能存储单元连接。该双向开关模式电源进一步具有用于连接到负载电路的端，并且该双向开关模式电源被配置为当输入端具有第一状态时从电能存储单元提供电能到负载电路，以及当输入端具有第二状态时从负载电路提供电能到电能存储单元。
[0018]在一个优选实施例中，双向开关模式电源的低压DC端与电能存储单元親接，双向开关模式电源的高压DC端被配置为与负载电路耦接。
[0019]本发明的又一方面是一种具有用于在电梯装置中提供电能的供电电路的电梯装置。电梯电力系统包括根据本公开实现的备用电源设备，其中负载电路是电梯电力系统的供电电路，双向开关模式电源与电梯电力系统的供电电路连接。
[0020]在一个优选实施例中，电梯电力系统包括用于驱动电梯轿厢的曳引机，以及用于控制曳引机的变频器。双向开关模式电源的高压端与变频器的DC中间电路耦接。
[0021]在一个优选实施例中，基于曳引机的驱动状态选择双向开关模式电源的供电方向。
[0022]本发明的又一方面是一种使用双向开关模式电源供电的方法。该方法包括选择双向开关模式电源的供电方向，并基于该选择的供电方向改变双向开关模式电源的主电路。
[0023]在一个优选实施例中，该方法包括只要选择的供电方向保持相同，就维持主电路不变。
[0024]如果没有另外说明，那么可以以任何相互组合的方式使用本文前面描述的实施例。至少两个实施例中的若干实施例可以组合在一起形成又一实施例。本发明的任何方面可以包括本文前面描述的至少一个实施例。
[0025]在下面对某些实施例的描述的帮助下，可以更好地理解前述
【发明内容】
，以及下面提出的本发明的更多特征和更多优势，所述描述不限制本发明的申请范围。
【附图说明】
[0026]图1示出了根据本发明的实施例的备用电源设备的电路图；
[0027]图2示出了具有图1的备用电源设备的电梯电力系统的框图。
【具体实施方式】
[0028]为了便于理解，在图1和图2中只示出被认为对理解本发明必须的那些特征。因此，例如，没有示出在对应的技术领域中广泛已知存在的某些组件/功能。
[0029]在本说明书中，相同的标号总是用于相同的项目。
[0030]图1示出了备用电源设备，它可以与电梯电力系统连接。该备用电源设备包括电能存储单元12，以及双向开关模式电源(后文中称为bdSMPS) I。电能存储单元21可以是例如一组蓄电池、一组超级电容器或两者的组合。在此实施例中，使用一组铅酸电池。该组电池与bdSMPS I的DC端8A连接。至少几个电池串联连接以达到大约50伏的电压。50伏的端8A被称为低压端。bdSMPS的其他DC端8B可以与高压DC电路13，如变频器的DC中间电路连接。DC电路13的电压可以大约是550伏-650伏，DC端8B被称为高压端。
[0031]bdSMPS I是具有正激拓扑的DC/DC转换器，它被配置为在电能存储单元12和DC电路13之间在两个(相反的)方向上提供电能。bdSMPS包括输入端2，经由该输入端2接收用于选择供电方向的串行通信信号(例如，功率是从能量存储单元12供应到DC电路13，还是反过来)。
[0032]bdSMPS I包括具有低压线圈5A和高压线圈5B的变压器5。变压器5提供电能存储单元12和DC电路13之间的电流隔离。固态开关20A形式的第一逆变器级6A与低压线圈5A连接。通过操作第一逆变器级6A的固态开关20A，电能从低压端8A传输到高压端SB。在该实施例中，第一逆变器级6A的固态开关20A是金属-氧化物半导体场效应(MOSFET)晶体管，然而也可以使用其他合适的组件，如碳化硅MOSFET晶体管、IGBT晶体管、双极晶体管等。
[0033]固态开关20B形式的第二逆变器级6B与变压器5的高压线圈5B连接。通过操作第二逆变器级6B的固态开关20B，电能从高压端8B传输到低压端8A。在该实施例中，第二逆变器级6B的固态开关20B是金属-氧化物半导体场效应(MOSFET)晶体管，然而也可以使用其他合适的(高压)组件，如碳化硅MOSFET晶体管、IGBT晶体管、双极晶体管等。
[0034]MOSFET晶体管20A和20B通过在控制器21中生成门控脉冲进行操作。在一个实施例中，MOSFET晶体管20A的开关频率是49kHz，MOSFET晶体管20B的开关频率是25kHz ；然而，在其他的实施例中，可以使用其他的开关频率。
[0035]由于bdSMPS I传输双向电能，因此第一 6A和第二 6B逆转器级被配置为通过变压器5在两个方向上传输电能。第一逆变器级6A被设置具有与MOSFET晶体管20A并联连接的整流器二极管19A，第二逆变器级6B被设置具有与MOSFET晶体管20B并联连接的整流器二极管19B。整流器19A、19B的目的是对变压器5的输出功率整流。
[0036]DC端8A和8B两者都与低通LC滤波器耦接以对输出功率滤波。低压端8A侧输出滤波器包括电感器9A和电容器10A，高压端8B侧输出滤波器包括电感器9B和电容器10B。电感器