專(zhuān)利名稱(chēng)：Ac感應(yīng)電機(jī)中的電壓控制和功率因子校正的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及電壓控制，更具體地，涉及用于交流(AC)感應(yīng)電機(jī)的功率因子控制。
背景技術(shù)：
交流(AC)感應(yīng)電機(jī)使用給定的工業(yè)化國(guó)家所發(fā)電力的很大一部分。估計(jì)美國(guó)總發(fā)電功率的大約70%用于電力發(fā)動(dòng)機(jī)。為了使功耗最優(yōu)化，通常希望針對(duì)給定應(yīng)用而選擇的電機(jī)能夠以最低可能線電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)最大可能負(fù)載?？梢砸怨β室蜃觼?lái)表示AC電機(jī)的相對(duì)效率，所述功率因子與施加到電機(jī)的AC電壓與電機(jī)所使用的AC電流之間的相位差有關(guān)。 功率因子有時(shí)被表示為AC電源電壓與AC電機(jī)電流之間的相對(duì)相位角的余弦。當(dāng)電源電壓與電機(jī)電流同相時(shí)，相位角差等于零，并且相位角的余弦等于1。在AC感應(yīng)電機(jī)中，只有在AC電機(jī)具有最大可能負(fù)載并且為電機(jī)供電的電源工作在最低可能線電壓的情況下，直接從電源饋送功率才是最優(yōu)的(例如，功率因子接近1)。一旦線電壓開(kāi)始高于最小可能電壓，或者機(jī)械負(fù)載低于最大可能負(fù)載，則電機(jī)的功率因子就不是最優(yōu)的。在美國(guó)使用的AC電機(jī)的平均功率因子是大約0.7。這意味著，由于AC感應(yīng)電機(jī)的功率因子不是最優(yōu)的，將損失電源產(chǎn)生的功率的高達(dá)30%。如果認(rèn)為美國(guó)產(chǎn)生的電力的大約70%來(lái)自于諸如煤、天然氣和石油之類(lèi)的礦物燃料，那么在目前這些礦物的供給有限的狀況下，迫切需要使所有AC感應(yīng)電機(jī)的操作最優(yōu)化。使功率因子最優(yōu)化的最佳方式是減小電機(jī)的電源電壓，使得該電源電壓與AC感應(yīng)電機(jī)的瞬時(shí)機(jī)械負(fù)載成比例。該問(wèn)題的最早的解決方案包括利用導(dǎo)前電流對(duì)驅(qū)動(dòng)AC感應(yīng)電機(jī)的電壓滯后相位移位電流加以補(bǔ)償。該方法可以從電源的觀點(diǎn)改進(jìn)功率因子，但是有時(shí)該方法導(dǎo)致在電機(jī)與用于補(bǔ)償?shù)碾娐分g存在較大的電流。由于該過(guò)程成本高、效率低并且維護(hù)費(fèi)用高，所以該方法從未被廣泛采用。另一種使AC感應(yīng)電機(jī)中的功率因子最優(yōu)化的解決方案是由Frank Nola開(kāi)發(fā)的， Frank Nola開(kāi)發(fā)了一種與AC感應(yīng)電機(jī)一起使用的功率因子控制系統(tǒng)。Nola的功率因子控制系統(tǒng)對(duì)線電壓和通過(guò)電機(jī)的電流進(jìn)行采樣，并與檢測(cè)到的電流與電壓之間的相移成比例地減小輸入至電機(jī)的功率(例如，參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利4，052，648,4, 433，276、和4，459，528，在本文中這些專(zhuān)利有時(shí)也稱(chēng)作Nola專(zhuān)利)。該方法在電機(jī)負(fù)載變小時(shí)減小發(fā)往電機(jī)的功率。盡管Nola的功率因子校正方法已有很大進(jìn)步，然而該方法也具有基本的問(wèn)題。根據(jù)Nola的專(zhuān)利，電機(jī)的功率由硅控制整流器來(lái)控制，所述硅控制整流器在輸入電壓的過(guò)零點(diǎn)之后的延遲后接通。電機(jī)的功率減小與輸入電壓的上一個(gè)過(guò)零點(diǎn)和硅控制開(kāi)關(guān)的接通時(shí)刻之間的相位差成比例。對(duì)于低功率因子誤差，系統(tǒng)工作很正常，但是一旦功率因子誤差變大，電機(jī)電流的波形就會(huì)嚴(yán)重失真。從而在輸入線頻率上出現(xiàn)諧波。三次諧波會(huì)使中性線“升高”， 這是不可接受的，因?yàn)檫@會(huì)引起危險(xiǎn)。授予Parker等人的美國(guó)專(zhuān)利6，194，881公開(kāi)了一種開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)，包括第一和第二 AC開(kāi)關(guān)，所述第一和第二 AC開(kāi)關(guān)相對(duì)于彼此以交替的間隔工作，以允許電流在AC電壓周期的間隔上在AC功率線源與負(fù)載之間流動(dòng)。該系統(tǒng)包括在輸出濾波器中的能量存儲(chǔ)元件(例如，電感器)，該能量存儲(chǔ)元件在AC電壓周期的間隔期間存儲(chǔ)能量，并在AC電壓周期的交替間隔期間釋放所存儲(chǔ)的能量。由于開(kāi)關(guān)交替地接通，所以開(kāi)關(guān)的時(shí)序很?chē)?yán)格以避免電流重疊或開(kāi)路。例如，如果兩個(gè)開(kāi)關(guān)都閉合(即，“接通”)，則會(huì)存在帶電線與中線之間的短路。如果第二開(kāi)關(guān)在第一開(kāi)關(guān)閉合之前斷開(kāi)，則來(lái)自電感器的電感性“反沖”電壓會(huì)將這兩個(gè)開(kāi)關(guān)都損壞。此外，由于在任何時(shí)刻電流路徑中都有四個(gè)二極管和兩個(gè)開(kāi)關(guān)元件，所以電路損耗相對(duì)較高。授予Sugawara的美國(guó)專(zhuān)利5，635，826描述了一種與Parker在美國(guó)專(zhuān)利 6，194，881中公開(kāi)的開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)相類(lèi)似的AC電源系統(tǒng)。在Sugawara的系統(tǒng)中，在輸入側(cè)與輸出側(cè)之間提供的第一 AC開(kāi)關(guān)以預(yù)定的周期來(lái)執(zhí)行接通-關(guān)斷操作。第二 AC開(kāi)關(guān)被設(shè)置在第一 AC開(kāi)關(guān)的輸出側(cè)的某位置處，以使輸出側(cè)短路，并且第二 AC開(kāi)關(guān)與第一 AC開(kāi)關(guān)相反地執(zhí)行接通-關(guān)斷操作。在第一和第二 AC開(kāi)關(guān)的操作之間提供預(yù)定的暫停時(shí)間。每個(gè) AC開(kāi)關(guān)具有兩個(gè)半導(dǎo)體元件以及二極管，每個(gè)二極管連接在每個(gè)半導(dǎo)體元件的控制端子之間，并且與該半導(dǎo)體元件的導(dǎo)電極性相反。兩個(gè)半導(dǎo)體元件的相同極性的控制端子彼此連接。向每個(gè)半導(dǎo)體元件的控制輸入端子提供相同的控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體元件的其他控制端子之間的接通-斷開(kāi)切換AC。如在美國(guó)專(zhuān)利6，194，881中描述的一樣，Sugawara電路采用交替切換。因此，切換的時(shí)序很?chē)?yán)格，以避免電流重疊或開(kāi)路。Sugawara設(shè)備使用緩沖器電路中的無(wú)源消耗組件來(lái)限制浪涌電流。然而，緩沖器電路中的無(wú)源耗散組件會(huì)限制電路的效率。在這方面，提出了本發(fā)明的實(shí)施例。


圖IA是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功率因子校正系統(tǒng)的示意性電路圖。圖1B-1H是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的輸入到電壓控制電路中的電壓波形的時(shí)序圖。圖2A是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有附加能量存儲(chǔ)器件的功率因子連接器的示意性電路圖。圖2B示意性地示出了在現(xiàn)有技術(shù)的功率因子校正整流器中使用的電壓調(diào)節(jié)器電路。圖2C示意性地示出了使用電感器和反沖二極管的能量存儲(chǔ)電路的一部分，所述能量存儲(chǔ)電路可以用在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功率因子校正器中。圖2D示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)用于改進(jìn)的功率因子整流器的的能量存儲(chǔ)電壓調(diào)節(jié)電路。
圖2E是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的能量存儲(chǔ)設(shè)備的一個(gè)示意圖。圖3A是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功率因子校正器的示意性電路圖，該功率因子校正器中添加了雙極鉗位電路。圖3B-3C是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可以用在功率因子校正器中的雙極鉗位電路的示例的示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于三相AC感應(yīng)電動(dòng)槍擊的功率因子校正器的框圖。圖5是示出了將根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電壓控制電路用作變壓器的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的目的是提供一種電子裝置，該電子裝置在被置于用于向AC感應(yīng)電機(jī)輸入功率的電路中時(shí)，將實(shí)現(xiàn)向運(yùn)行在非最優(yōu)功率因子下的AC感應(yīng)電機(jī)施加的功率的減小。 通過(guò)以下描述，其他目的和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。圖IA是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功率因子校正系統(tǒng)100的示意性電路圖。在圖1所示的示例中，AC電源101向系統(tǒng)100施加的AC電功率是單相的，并且經(jīng)由“帶電”線103離開(kāi)AC電源101并經(jīng)由中性線105返回AC電源。帶電AC電壓103被饋入輸入濾波器107， 輸入濾波器107可以被設(shè)計(jì)為低通濾波器。輸入濾波器107從輸入的AC電壓103中去除瞬態(tài)和高頻噪聲，并提供濾波后的AC電壓143，使得帶電線103上的AC電壓最優(yōu)地衰減。 將濾波后的AC電壓143從濾波器107饋入電流相位采樣器109，電流相位采樣器109對(duì)AC 電流的相位進(jìn)行采樣，并產(chǎn)生表示該相位信息的輸出信號(hào)。電耦合在電流相位采樣器109 的輸出與中性線105之間的電容器111起到電荷存儲(chǔ)器件的作用，以防止電壓控制電路145 干擾電流相位采樣器109的功能。將濾波后的AC電壓143從電流采樣器的輸出饋送至電壓控制電路145。信號(hào)調(diào)節(jié)電路117直接從AC電源101接收電壓相位信號(hào)115，以及從電流相位采樣器109接收電流相位信號(hào)113。該信號(hào)調(diào)節(jié)電路117產(chǎn)生與輸入電壓和輸入電流之間的相位移位成比例的電壓控制信號(hào)119，以及產(chǎn)生輸入電壓極性信號(hào)121。信號(hào)調(diào)節(jié)電路117 的輸出被饋送至開(kāi)關(guān)控制電路123。例如，信號(hào)調(diào)節(jié)電路117可以包括比較器，所述比較器將電壓相位信號(hào)115與電流相位信號(hào)113相比較，并產(chǎn)生與電壓相位信號(hào)115和電流相位信號(hào)113之差成比例的電壓控制信號(hào)119。開(kāi)關(guān)控制電路123接收電壓控制信號(hào)119和輸入電壓極性信號(hào)121。開(kāi)關(guān)控制電路123產(chǎn)生兩個(gè)極性控制信號(hào)125A、125B以及兩個(gè)脈寬調(diào)制極性控制開(kāi)關(guān)控制信號(hào)127A、 127B，這些信號(hào)有時(shí)稱(chēng)作斬波信號(hào)。圖1B-1G中示出了這些信號(hào)的波形，其中每個(gè)波形的附圖標(biāo)記與圖IA中的附圖標(biāo)記相同。這4個(gè)信號(hào)被發(fā)送至電壓控制電路145。輸入濾波器 107防止開(kāi)關(guān)控制信號(hào)127A、127B到達(dá)AC電源101和影響AC電源系統(tǒng)。電壓控制電路145的四個(gè)開(kāi)關(guān)元件129A、U9B、133A和13 以協(xié)調(diào)的切換次序來(lái)工作，從而產(chǎn)生斬波后的正弦波。續(xù)流二極管131A、131B分別耦合至開(kāi)關(guān)129A、U9B，二極管135A、135B分別耦合至開(kāi)關(guān)133A、133B。濾波后的AC電壓143被耦合到開(kāi)關(guān)133A的輸出和開(kāi)關(guān)13 的輸入。開(kāi)關(guān)129A、U9B、133A和13 中的每一個(gè)一般均包括輸入端子、輸出端子和控制端子。施加到控制端子的電壓值決定了電流是否可以在輸入端子和輸出端子之間流動(dòng)。例如而非限制性地，開(kāi)關(guān)129AU29BU33A ^P 13 可以是η溝道MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，如所示的，每一個(gè)開(kāi)關(guān)129A、U9B、133A和13 都具有源極 S、漏極D和柵極G。在這種情況下，可以分別向開(kāi)關(guān)U9A、129B, 133A和13 的柵極G施加開(kāi)關(guān)控制信號(hào)125A、125B、127A、127B。當(dāng)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)具有合適的值時(shí)，電流可以從相應(yīng)開(kāi)關(guān)的漏極D向源極S流動(dòng)。通常，開(kāi)關(guān)元件129A、U9B、133A和13 可以是任何類(lèi)型的固態(tài)開(kāi)關(guān)器件，與極性信號(hào)125A、125B和斬波信號(hào)127A、127B以及在“接通”狀態(tài)下的開(kāi)關(guān)上的低電壓降的持續(xù)時(shí)間相比，該固態(tài)開(kāi)關(guān)器件能夠足夠快速地接通和關(guān)斷。例如而非限制性地，開(kāi)關(guān)元件U9A、 129B, 133A和13 可以是MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，如，具有源極(S)、柵極(G)和漏極(N)的η溝道M0SFET。備選地，開(kāi)關(guān)元件129Α、U9B、133Α和13!3Β可以是絕緣柵雙極場(chǎng)效應(yīng)晶體管(IGBFET)。應(yīng)注意，在圖IA所示的電路中，可以利用電控制信號(hào)來(lái)接通和關(guān)斷開(kāi)關(guān)器件129A、U9B、133A和13!3B。相比之下，在Nola專(zhuān)利中描述的器件中使用的硅控制開(kāi)關(guān)可以用電控制信號(hào)來(lái)接通，但是不能用電控制信號(hào)來(lái)關(guān)斷。應(yīng)注意，根據(jù)用于開(kāi)關(guān)元件133A、133B的器件類(lèi)型，二極管135A、135B是可選的。 具體地，特定的開(kāi)關(guān)器件(例如，具有“體二極管”的η溝道M0SFET)需要二極管135Α、135Β。 具體地，二極管135Α、135Β用在具有體二極管的η溝道MOSFET的情況下，與源漏路徑并聯(lián)并且與源漏路徑的極性相反，也就是說(shuō)，在η溝道器件的源極為正而漏極相對(duì)于源極為負(fù)的情況下，二極管135Α、135Β導(dǎo)通。在開(kāi)關(guān)元件133Α和13 是不包含與MOSFET體二極管類(lèi)似的元件的其他類(lèi)型開(kāi)關(guān)元件時(shí)，不需要二極管135A和135B。開(kāi)關(guān)129A的輸入端子耦合至續(xù)流二極管131A的陰極C，開(kāi)關(guān)129B的輸出端子耦合至續(xù)流二極管131B的陽(yáng)極A。開(kāi)關(guān)133A的輸入端子耦合至二極管135A的陰極C，開(kāi)關(guān) 133B的輸出端子耦合至二極管135B的陽(yáng)極A。扼流電感器137的一個(gè)端子電耦合至電壓控制電路145的輸出147，電壓控制電路145的輸出147位于節(jié)點(diǎn)N(或電等效點(diǎn))處，節(jié)點(diǎn) N電耦合至二極管131A、135A的陽(yáng)極A和二極管131B、135B的陰極C。在電機(jī)141的“帶電”端子處，電感器137的第二端子電耦合至電機(jī)141的繞組。在“帶電”端子和中性端子之間，電容器139電耦合在電機(jī)141兩端。可以如下說(shuō)明開(kāi)關(guān)元件129A、U9B、133A和13!3B的操作。從圖1A-1F可以看出， 在線電壓103(圖1B)的正半周期期間，開(kāi)關(guān)129B在整個(gè)半周期內(nèi)被切換信號(hào)125B (圖1C) 激活，從而為續(xù)流二極管131B提供了接地路徑。在該半周期期間，開(kāi)關(guān)13 響應(yīng)于斬波信號(hào)127B(圖1E)而起到斬波器的作用，從而將輸入電壓信號(hào)修改為斬波后的正半周期正弦信號(hào)。同時(shí)，二極管135A防止開(kāi)關(guān)133A的反向極化。此外，在線電壓103的正半周期期間，開(kāi)關(guān)129A被切換信號(hào)125A(圖1D)去激活。在線電壓103的負(fù)半周期期間，開(kāi)關(guān)129A 類(lèi)似地在整個(gè)負(fù)半周期內(nèi)被激活，從而為續(xù)流二極管131A提供了接地路徑。開(kāi)關(guān)133A響應(yīng)于斬波信號(hào)127A(圖1F)而起到斬波器的作用，從而將輸入電壓信號(hào)修改為斬波后的負(fù)半周期正弦信號(hào)。同時(shí)，二極管135B防止開(kāi)關(guān)13 的反向極化。此外，在線電壓103的負(fù)半周期期間，開(kāi)關(guān)129B被切換信號(hào)125B去激活。斬波信號(hào)127A、127B的“接通”時(shí)間可以相對(duì)于總周期而改變，以提供脈寬調(diào)制。圖IG中示出了具有低占空比的脈寬調(diào)制斬波信號(hào) 127A’的示例。圖IH示出了具有低占空比的脈寬調(diào)制斬波信號(hào)127A”的示例。從圖IB和圖1C-1D可以看出，施加到開(kāi)關(guān)元件U9A、129B的控制端子的極性信號(hào) 125AU25B的頻率基本上與帶電線103上的AC線頻率fAe相同。分別施加到開(kāi)關(guān)元件133A和13 的斬波信號(hào)127A和127B的斬波頻率f。是帶電線103上的AC電壓頻率的極高倍數(shù)。優(yōu)選地，斬波的頻率f。盡可能高，以減小輸入圖IA中的濾波器107和電容器111的尺寸，例如，是AC電壓103的線頻率的至少30倍，使得系統(tǒng)100和輸入濾波器107的磁組件可以非常小并且低成本。例如，采用60Hz線頻率和60kHz的斬波頻率。典型地，60kHz濾波器是60Hz濾波器的大小的1/1000。在輸出處60kHz斬波的殘余可以小于線電壓的1%。斬波頻率f。的上限由開(kāi)關(guān)元件133A、133B的切換時(shí)間來(lái)設(shè)定。開(kāi)關(guān)元件133A、 133B的切換時(shí)間優(yōu)選地不大于切換頻率f。的周期的1/20。斬波頻率f。的實(shí)際值可以在 1. 5kHz到200kHz的范圍內(nèi)。產(chǎn)生的斬波后正弦輸出147經(jīng)由扼流電感器147電耦合至電機(jī)141的繞組。扼流電感器137和電容器139起到低通濾波器的作用，所述低通濾波器從施加到電機(jī)141的輸出電壓147中去除由電壓控制電路145的輸出施加的斬波頻率。當(dāng)電機(jī)141上的負(fù)載變化時(shí)，相位比較器117檢測(cè)電機(jī)電流與線電壓之間的相位變化，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)電壓控制信號(hào)119。開(kāi)關(guān)控制電路123通過(guò)以減小電壓103與電機(jī)電流之間的相位移位為目的來(lái)調(diào)節(jié)斬波信號(hào)127A、127B，來(lái)對(duì)電壓控制信號(hào)119的變化作出響應(yīng)。在負(fù)載 141 (例如，單相AC感應(yīng)電機(jī)或三相AC感應(yīng)電機(jī)的一相繞組)兩端產(chǎn)生的電壓是正弦波，正弦波的幅度與脈寬調(diào)制斬波信號(hào)127A、127B的占空比和電機(jī)141的機(jī)械負(fù)載成比例。電感器137用作電機(jī)141的輸出負(fù)載阻抗的電流源。例如，當(dāng)開(kāi)關(guān)133接通時(shí)，流向電感器137的電流增大，從而在電感器137兩端產(chǎn)生正電壓降，并且使得提供給電機(jī)141 的輸出電源電壓相對(duì)于線電壓103而言較低。當(dāng)開(kāi)關(guān)13 關(guān)斷時(shí)，電感器電流通過(guò)二極管 131A和開(kāi)關(guān)129A來(lái)放電，從而在電感器137兩端產(chǎn)生負(fù)電壓降。由于電感器137的一個(gè)端口接地，所以另一端口將具有更高的電壓電平，該電壓電平是目標(biāo)輸出電源電壓。電容器 139起到低通濾波器的作用，從而減小了由于通過(guò)電感器137的波動(dòng)電流而引起的電壓波動(dòng)。由于控制電路145的配制(可以被描述為“降壓”拓?fù)?，該電路對(duì)開(kāi)關(guān)脈沖時(shí)序不靈敏。從圖IB和圖1C-1D可以看出，當(dāng)線電壓經(jīng)過(guò)過(guò)零點(diǎn)時(shí)(例如，從正半周期到負(fù)半周期，或反之)，極性信號(hào)125A、125B從低變?yōu)楦?，或反之。然而，如果瞬時(shí)線電壓處于高電平，則在恢復(fù)時(shí)間期間，當(dāng)續(xù)流二極管131A或131B仍傳導(dǎo)電流時(shí)，非常大的反向電流可以流過(guò)該二極管及其相應(yīng)的開(kāi)關(guān)器件129A或129B。該電流脈沖(有時(shí)稱(chēng)作瞬態(tài)開(kāi)路效應(yīng)) 是電壓控制電路145的“降壓”拓?fù)涞慕Y(jié)果。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以通過(guò)在如圖2A所示在電壓控制電路145中在二極管 135A、135B與電感器137之間使用能量存儲(chǔ)電路200A、200B來(lái)避免瞬態(tài)開(kāi)路效應(yīng)。盡管圖 2A中示出了兩個(gè)能量存儲(chǔ)電路，然而本發(fā)明的實(shí)施例包括僅單個(gè)能量存儲(chǔ)電路耦合在二極管135A、135B之一與電感器137之間的實(shí)現(xiàn)方式。能量存儲(chǔ)電路200A、200B可以分別都包括能量存儲(chǔ)電路元件。為了說(shuō)明使用能量存儲(chǔ)電路的優(yōu)點(diǎn)，考慮圖2B所示的傳統(tǒng)功率因子校正整流。功率因子校正和功率因子校正整流的共同特點(diǎn)是使用具有能量存儲(chǔ)電感器的撬棒電流防止電路。在傳統(tǒng)的功率因子校正整流中，將來(lái)自AC電源的AC電壓饋送至電感器L1,電感器L1連接至具有開(kāi)關(guān)S的電路，開(kāi)關(guān)S連接在電感器L1的輸出與接地之間。二極管D連接在電感器L1的輸出與電容器C的一側(cè)之間。電容器C的另一側(cè)耦合至接地。傳統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)器電路通過(guò)選擇性地?cái)嚅_(kāi)和閉合開(kāi)關(guān)S來(lái)調(diào)節(jié)輸出0處的電壓，以對(duì)來(lái)自電源的AC電壓進(jìn)行脈寬調(diào)制。當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，電流流過(guò)電感器L1和二極管D， 并對(duì)電容器充電。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，假定通過(guò)二極管D的動(dòng)作來(lái)防止電容器C放電。然而，如上所述，在實(shí)際二極管中，在施加反向偏置之后存在有限的恢復(fù)時(shí)間，在該恢復(fù)時(shí)間內(nèi)二極管D仍然導(dǎo)通，二極管中的電荷載流子的存在突然使PN結(jié)反向。在該恢復(fù)時(shí)間期間，電容器C可以通過(guò)二極管D來(lái)放電，從而產(chǎn)生瞬態(tài)開(kāi)路電流，從而引起低效率和EMI。在現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于瞬態(tài)開(kāi)路電流問(wèn)題的傳統(tǒng)解決方案是使用越來(lái)越快速的二極管。越快的二極管需要越窄的PN結(jié)。然而，高電壓操作(對(duì)于功率因子校正來(lái)說(shuō)是常見(jiàn)的情況)需要較寬的PN結(jié)。因此，傳統(tǒng)的瞬態(tài)開(kāi)路電流方案的二極管需求與功率因子校正的二極管需求完全相反。為了克服根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的該問(wèn)題，可以將圖2B所示的電壓調(diào)節(jié)器電路修改為包括圖2C所示的能量存儲(chǔ)器件200C。在該示例中，能量存儲(chǔ)器件200C包括耦合在開(kāi)關(guān) S與電容器C之間的電感器L2。盡管電感器L2被示為連接在開(kāi)關(guān)S與二極管D之間，然而備選地，在電感器L2與二極管D串聯(lián)的情況下，電感器L2可以連接在二極管D與電容器C 之間。在不失一般性的前提下，舉例來(lái)說(shuō)，電感器L2包括纏繞可飽和的可透磁磁芯PC的繞組W(例如，銅線圈)。磁芯PC優(yōu)選地具有磁導(dǎo)率，所述磁導(dǎo)率取決于由線圈產(chǎn)生的場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。電感器L2用于在開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)阻止瞬態(tài)開(kāi)路電流。為了評(píng)價(jià)該動(dòng)作，考慮開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的情況。電流可以通過(guò)電感器LpL2和二極管D從AC電源流向輸出0。由于可飽和的磁芯，在電感器L2兩端存在電壓降。當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，阻斷流向能量存儲(chǔ)電感器L2的電流。 隨著電感器L2中的存儲(chǔ)電流通過(guò)開(kāi)關(guān)S耗散到接地，在電感器L2兩端產(chǎn)生對(duì)抗瞬態(tài)開(kāi)路電流的反向偏置電壓。反向偏置電壓隨時(shí)間而耗散。然而，如果二極管D的反向恢復(fù)時(shí)間比 WL2的時(shí)間電壓積分得到的耗散時(shí)間短，則瞬態(tài)開(kāi)路電流不會(huì)產(chǎn)生?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)電感器L2來(lái)影響和控制電感器L2的電壓時(shí)間積分，這樣如果已知二極管D的恢復(fù)時(shí)間，則可以以足夠大的電壓時(shí)間積分來(lái)設(shè)計(jì)電感器L2,以阻止二極管D的反向恢復(fù)時(shí)間期間的瞬態(tài)開(kāi)路電流?！白銐虼蟮碾妷簳r(shí)間積分”是指反向偏置電壓在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持足夠大，以至于可以阻止在二極管D的反向恢復(fù)時(shí)間期間的瞬態(tài)開(kāi)路電流。最初，只要電感器L2的繞組上的電流在對(duì)電感器磁芯PC充電，電感器L2表現(xiàn)為 “開(kāi)路”。一旦磁芯PC飽和，通過(guò)磁芯的磁通量就停止改變，并且電感器L2表現(xiàn)為“短路”。 因此，當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，電感器L2兩端的電壓最初等于電源電壓。隨著磁芯充電并飽和(非線性過(guò)程)，磁芯的繞組兩端的電壓將下降。繞組W兩端的電壓的根據(jù)時(shí)間的積分稱(chēng)作“電壓時(shí)間積分”，所述“電壓時(shí)間積分％電感器L2的參數(shù)來(lái)確定，并且不受例如與電感器串聯(lián)的電阻器之類(lèi)的任何組件的影響。如圖2C所示，能量存儲(chǔ)元件可以將一個(gè)或多個(gè)電感器與二極管組合在并聯(lián)或串聯(lián)電路中。在不失一般性的前提下舉例來(lái)說(shuō)，能量存儲(chǔ)電路200C可以包括與負(fù)載R串聯(lián)并且與能量存儲(chǔ)電感器L2并聯(lián)的“反沖”二極管DK。反沖二極管 在開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)防止電流流經(jīng)負(fù)載R，但是在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)允許電感器L2中存儲(chǔ)的能量耗散在負(fù)載中。在優(yōu)選實(shí)施例中，如圖2D所示，能量存儲(chǔ)電壓調(diào)節(jié)電路可以包括能量存儲(chǔ)電路 200D,能量存儲(chǔ)電路200D具有第一和第二繞組W1和W2,第一和第二繞組W1和W2分別都具有圍繞公共可透磁磁芯PC的線圈。繞組W1耦合至開(kāi)關(guān)S和第一二極管Dp第二繞組^通過(guò)可透磁磁芯PC電感性耦合至第一繞組W1。第二二極管D2和耗能負(fù)載R與第二繞組W2串聯(lián)耦合。在優(yōu)選實(shí)施例中，可以通過(guò)用同軸線纜或雙絞線纏繞公共的可透磁磁芯，來(lái)形成兩個(gè)繞組W1、W2。這樣，通過(guò)這兩個(gè)繞組的磁通量始終相同，并且漏電感減小。盡管能量存儲(chǔ)電路200D可以看似變壓器，然而該電路與典型的變壓器電路的處理方式不同。一般來(lái)說(shuō)，在變壓器電路中，通常在任何給定時(shí)刻兩個(gè)線圈中都存在電流。而與之不同，在能量存儲(chǔ)電路200D中，能量由于第一繞組W1線圈中的電流而被存儲(chǔ)在磁芯PC 中，并且經(jīng)由第二繞組W2而耗散。只要電流流經(jīng)第一繞組W1,就存儲(chǔ)能量。一旦電流中斷， 就會(huì)在兩個(gè)繞組A、W2的繞組上出現(xiàn)感應(yīng)電壓。第一繞組兩端的電壓的極性與瞬態(tài)開(kāi)路電流的極性相反，而第二繞組兩端的電壓的極性得到通過(guò)第二二極管A和負(fù)載R的電流。應(yīng)注意，負(fù)載R可以捕獲可透磁磁芯PC中的能量存儲(chǔ)并使用該能量存儲(chǔ)。因此，可以恢復(fù)原本會(huì)被浪費(fèi)的能量。在圖2D的能量存儲(chǔ)電路中，第一繞組W1對(duì)磁芯PC充電，而第二繞組W2釋放磁芯 PC中存儲(chǔ)的能量。這樣，可以將輸入與輸出隔離。磁芯PC始終經(jīng)由傳導(dǎo)電流的繞組來(lái)充電或放電。如果兩個(gè)繞組都不傳導(dǎo)電流，則在繞組的末端會(huì)出現(xiàn)高電壓，這會(huì)損壞與繞組相連的電路組件。使用以上關(guān)于圖2D而討論的原理，例如而非限制性地，功率因子校正可以使用如圖2E所示而配置的兩個(gè)能量存儲(chǔ)電路200A，，200B，。在該示例中，使用如圖2D所示類(lèi)型的兩個(gè)分離的能量存儲(chǔ)電路，一個(gè)能量存儲(chǔ)電路針對(duì)電壓控制電路145的一條切換路徑。每個(gè)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)可以包括初級(jí)繞組201A、201B ；次級(jí)繞組202A、202B ；二極管203A、203B ； 以及負(fù)載205A、205B。每個(gè)初級(jí)繞組201A、201B經(jīng)由可飽和的可透磁磁芯PCA，PCb磁耦合至相應(yīng)的次級(jí)繞組202A、202B。磁芯PCa、PCb由第一繞組201A、201B來(lái)充電，第一繞組201A、 201B分別與二極管135A、135B串聯(lián)。磁芯PCA，PCb由第二繞組202A、202B來(lái)放電，第二繞組202A、202B分別與二極管203A、20;3B和負(fù)載205A、205B串聯(lián)。初級(jí)繞組201A、201B分別處于開(kāi)關(guān)器件133A、133B的路徑中。二極管203A、203B 和電阻器205A、205B分別與電感器202A、202B的次級(jí)繞組串聯(lián)。每個(gè)初級(jí)繞組201A、201B 及其磁芯的特征在于，電壓時(shí)間積分等于或大于相應(yīng)續(xù)流二極管131A、131B的反向恢復(fù)時(shí)間。由于這種特性，在電壓控制電路145的開(kāi)發(fā)中，續(xù)流二極管131A、131B的恢復(fù)時(shí)間不再是嚴(yán)格的設(shè)計(jì)參數(shù)。電壓控制電路145以如下方式與圖2E的能量存儲(chǔ)設(shè)備200A’、200B’ 一起工作。 當(dāng)通過(guò)開(kāi)關(guān)器件U9A、129B之一以及通過(guò)續(xù)流二極管131A、131B之一將電流從中性線105 饋送到電壓控制電路145的輸出時(shí)，以及當(dāng)開(kāi)關(guān)器件133A、133B之一接通時(shí)，相應(yīng)的電感器 201A、201B將通過(guò)產(chǎn)生用于對(duì)抗瞬態(tài)開(kāi)路電流的感應(yīng)電壓來(lái)防止在續(xù)流二極管131A、131B 的恢復(fù)時(shí)間期間產(chǎn)生瞬態(tài)開(kāi)路電流。一旦電流路徑變成斷電的，電感器中存儲(chǔ)的能量就可以耗散在單極負(fù)載(例如，與電阻器205串聯(lián)的二極管203A或與電阻器205B串聯(lián)的二極管2(X3B)中。存儲(chǔ)在電感器201A、201B中的能量不需要通過(guò)電阻器來(lái)耗散。備選地，電感器所存儲(chǔ)的能量可以用于對(duì)輔助電路供電，以提高系統(tǒng)的總體效率。唯一需要考慮的電感是輸出濾波器電感器137的電感，這是因?yàn)檎_選擇電容器 139的值會(huì)隔離電機(jī)的電感對(duì)電壓控制電路145的影響。在由于線電壓的改變而出現(xiàn)負(fù)載阻抗的快速相位瞬變的情況下，在輸出濾波器的電感器137上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)“反沖”電壓。這會(huì)在電壓控制電路中產(chǎn)生大的電壓泄漏，大的電壓泄漏會(huì)損壞開(kāi)關(guān)器件。為了防止產(chǎn)生大電壓，可以如圖3A所示在電壓控制電路145的輸出147處應(yīng)用雙極鉗位電路300。雙極鉗位電路300用于抑制在電壓控制電路145中產(chǎn)生大電壓，并防止開(kāi)關(guān)133AU33BU29A和129B燒毀。圖IBB示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雙極鉗位電路的示例。例如而非限制性地，可以通過(guò)使用兩個(gè)鉗位二極管301A、30IB和兩個(gè)偏置源303A、30;3B來(lái)實(shí)現(xiàn)雙極鉗位電路300。 如偏置源303A、30;3B —樣，二極管301A極性相反。鉗位二極管301A、301B僅用在快速瞬變信號(hào)經(jīng)過(guò)電壓控制電路145的情況下(例如，在系統(tǒng)啟動(dòng)期間，或在有非?？焖偾曳浅４蟮木€電壓變化時(shí))。偏置源303A、30;3B被配置為使得偏置源303A、303B的峰值電壓輸出比線電壓103的最大峰值大。偏置源303A、30 不提供電流，但能夠在不影響電壓控制電路145 其余部分的功能的情況下吸收大量的電荷。根據(jù)瞬變信號(hào)的極性，二極管301A、301B將允許兩個(gè)偏置源303A、30;3B之一吸收電荷。例如，如圖3C所示，雙極鉗位電路300可以包括偏置源303A、303B，偏置源303A、 30 包含第一電容器302A、302B ；第二電容器304A、304B ；電阻器305A、305B ；以及閾值二極管306A、306B。如這里所使用的，“閾值二極管”是指起到二極管作用的電路元件或電路元件的組合，當(dāng)該閾值二極管兩端的電壓在預(yù)定的閾值電壓以上時(shí)，該閾值二極管導(dǎo)通。閾值二極管的一個(gè)示例是齊納二極管。二極管301A的陰極和二極管301B的陽(yáng)極與電壓控制電路145的輸出147相連。電容器302A的一個(gè)端子和電阻器305A連接至二極管301A的陽(yáng)極，電容器302B的一個(gè)端子和電阻器305B連接至二極管301B的陰極。電容器304A的一個(gè)端子連接至電阻器305A的第二端子，電容器304B的一個(gè)端子連接至電阻器305B的第二端子。四個(gè)電容器302A，302B，304A，304B都具有與公共的中性線105連接的第二端子。 閾值二極管306A、306B分別與電容器304A、304B并聯(lián)。盡管為了示例而示出了閾值二極管 306A、306B，然而備選地可以使用能夠起到閾值二極管作用的任何其他電路。通過(guò)考慮以下示例，可以理解雙極鉗位電路300的操作。在偏置源3(X3B中，可以將二極管301B和電容器302B看作是沒(méi)有負(fù)載的峰值整流器。在正常情況下，例如，在輸出 147處的正弦電壓的情況下，二極管30IB將把電容器302B和304B充電至正弦電壓的峰值。 只要該峰值恒定，二極管301B就實(shí)際上不導(dǎo)通。閾值二極管306B被選擇為具有比絕對(duì)最大峰值線電壓略大的閾值電壓。因此，在正常情況下，閾值二極管306B不會(huì)導(dǎo)通。一旦在輸出147上出現(xiàn)大的正峰值瞬變(例如，具有比電容器302B上存儲(chǔ)的峰值電壓大的電壓)， 電容器302B就開(kāi)始導(dǎo)通并為瞬變提供到公共中線105的低阻抗路徑。由于電容器302B和二極管301B處于低阻抗路徑中，在電容器302B的值足夠大以至于可以捕獲幾個(gè)快速脈沖的情況下，只要電容器302B上的電壓大于電容器304上的電壓，電阻器305B和電容器304B 就可以為電容器302B提供放電路徑。如果瞬變持續(xù)時(shí)間比瞬變電容器302B、304B可以處理的范圍更長(zhǎng)，則閾值二極管306B將開(kāi)始導(dǎo)通。在一些實(shí)施例中，可以使用與閾值二極管串聯(lián)的可選電阻器來(lái)為控制電路提供一個(gè)警報(bào)信號(hào)。對(duì)于負(fù)瞬變脈沖，二極管301B和偏置源30 使用電容器302A、304A、電阻器305A和閾值二極管306A來(lái)實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的過(guò)程。本發(fā)明的實(shí)施例不限于與單相AC感應(yīng)電機(jī)一起使用，可以擴(kuò)展到與多相感應(yīng)電機(jī)一起操作，如圖4所示的三相AC感應(yīng)電機(jī)，圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例將三相功率因子校正器系統(tǒng)400用于三相感應(yīng)電機(jī)421中的功率因子校正。對(duì)于三相AC感應(yīng)電機(jī)，可以將單相功率因子校正器使用三次，但是并不推薦這么做，因?yàn)闆](méi)有負(fù)載的三相AC感應(yīng)電機(jī)可以單相運(yùn)行。因此，一個(gè)非對(duì)稱(chēng)三相電源線與非對(duì)稱(chēng)電機(jī)之間的平衡會(huì)使得功率因子校正器的系統(tǒng)控制非常復(fù)雜。然而，有一種更好的方案可以控制三相電機(jī)的功率因子，該方案包括控制一相中的功率因子，測(cè)量該相中的電流，并針對(duì)其余的兩相使用電流跟蹤系統(tǒng)。在AC電機(jī)文獻(xiàn)的相關(guān)部分中并沒(méi)有記載以下發(fā)現(xiàn)的內(nèi)容三相無(wú)負(fù)載電機(jī)可以在三相之間任意改變驅(qū)動(dòng)電流的來(lái)源。在過(guò)去，三相之間的平衡并不是主要問(wèn)題。該現(xiàn)象是在尤為關(guān)注三相平衡之后才被觀察到的。實(shí)際的功率因子校正發(fā)生在相電壓之一中，例如，電壓相位401中。相電壓401A 中的功率因子校正使用電流相位采樣器405和電壓相位采樣器407對(duì)來(lái)自供電線輸入電壓 40IA的相位信息進(jìn)行采樣，并將該信息進(jìn)一步饋送至相位比較器409。相位比較器409接收該電壓相位信號(hào)和電流相位信號(hào)，并產(chǎn)生與輸入電壓和輸入電流之間的相位移位成比例的相位信號(hào)。相位比較器409還可以采用與以上關(guān)于圖IA所描述的方式相類(lèi)似的方式來(lái)產(chǎn)生輸入電壓極性信號(hào)。將這些信號(hào)饋送至開(kāi)關(guān)控制電路411A，開(kāi)關(guān)控制電路41IA對(duì)這些信息進(jìn)行處理并產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)脈寬調(diào)制極性控制開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，如關(guān)于開(kāi)關(guān)控制電路 123所描述的。然后將這些信號(hào)饋送至電壓控制電路413A，電壓控制電路413A進(jìn)一步將該信息轉(zhuǎn)換成正弦輸出電壓，所述正弦輸出電壓的幅度與脈寬調(diào)制斬波信號(hào)的占空比以及電機(jī)421的相電壓401A的機(jī)械負(fù)載成比例。采用與以上關(guān)于電壓控制電路而描述的方式相類(lèi)似的方式，電壓控制電路413A的該正弦輸出電壓提供電機(jī)421的第一相輸入電壓431A， 以將該相的功率因子保持在最佳水平。如上所述，電壓控制器413A可以包括能量存儲(chǔ)設(shè)備和雙極鉗位電路。通過(guò)使用電流幅度采樣器40;3B、403C，其余兩個(gè)輸入相電壓431B和431C可以跟蹤第一輸入相電壓40IA的電流。三個(gè)相輸入電壓401A、40IB和40IC分別由電流幅度采樣器 403A.403B和403C來(lái)接收。電流幅度采樣器403A、403B、403C分別接收針對(duì)輸入到三相AC 感應(yīng)電機(jī)421的AC電源的第一、第二和第三相電壓401A、40IB和40IC的AC電壓，并且分別產(chǎn)生第一、第二和第三電流幅度信號(hào)，所述第一、第二和第三電流幅度信號(hào)分別與第一、 第二和第三相電壓401A、40IB和40IC成比例。所有三個(gè)電流幅度采樣器403A、403B、403C的輸出都輸入至電流采樣加法器417。 電流采樣加法器417將所有三個(gè)電流幅度采樣器403A、403B、403C的輸出加在一起，并將該信息饋送至電流基準(zhǔn)器件419。電流基準(zhǔn)器件419將該信號(hào)除以3，并輸出得到的信號(hào)作為電流比較器415B、415C的基準(zhǔn)信號(hào)。電流比較器415B、415C分別都被配置為接收電流基準(zhǔn)器件419的輸出(即，求和后的電流幅度信號(hào)除以3的商)。第一電流比較器415B還接收來(lái)自第二電流采樣40 的第二電流幅度信號(hào)，并輸出與第二電流幅度信號(hào)和電流基準(zhǔn)器件419的輸出之間的差值成比例的幅度差信號(hào)。第二電流比較器415C接收來(lái)自第三電流采樣器403C的電流幅度信號(hào)，并輸出與第三電流幅度信號(hào)和電流基準(zhǔn)器件419的輸出之間的差值成比例的第二幅度差信號(hào)。將這些信號(hào)饋送至相應(yīng)的開(kāi)關(guān)控制電路411B、411C，每個(gè)開(kāi)關(guān)控制電路411B、 411C對(duì)該信息進(jìn)行處理并針對(duì)每一相產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)脈寬調(diào)制極性控制開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。將這些信號(hào)饋送至相應(yīng)的電壓控制電路4i;3B、413C，電壓控制電路413B、413C進(jìn)一步將該信息轉(zhuǎn)換成正弦電壓，所述正弦電壓的幅度與脈寬調(diào)制斬波信號(hào)的占空比以及電機(jī)的每個(gè)相應(yīng)相的機(jī)械負(fù)載成比例。這些正弦電壓提供電機(jī)421的第二和第三相輸入電壓431B、431C， 以將每一相的功率因子保持在最優(yōu)水平?？梢匀缫陨详P(guān)于圖1至圖3B所描述的來(lái)配置和操作電壓控制電路413A、4i;3B、413C。圖4所示的配置具有的優(yōu)點(diǎn)在于，電機(jī)421的所有三個(gè)分支都具有相等的電流，而與電源系統(tǒng)的電壓非對(duì)稱(chēng)性無(wú)關(guān)。因此，功率因子校正器系統(tǒng)400將相等的負(fù)載分傳遞至所有三個(gè)相，而同時(shí)將功率因子保持在最優(yōu)水平。由于功率因子校正回路和電流平衡回路是分開(kāi)的，所以系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不那么復(fù)雜。從以上可以看出，本發(fā)明的實(shí)施例允許AC感應(yīng)電機(jī)中的功率因子校正而同時(shí)避免與現(xiàn)有的功率因子校正系統(tǒng)有關(guān)的缺點(diǎn)。然而，本發(fā)明的實(shí)施例不限于功率因子校正。 本發(fā)明的實(shí)施例可以用于實(shí)現(xiàn)在任何類(lèi)型的AC電壓源和任何類(lèi)型負(fù)載的情況下的電壓控制。在具體實(shí)施例中，可以使用與圖2A所示的電壓控制電路相類(lèi)似的電壓控制電路，例如作為穩(wěn)壓器或降壓變壓器。例如而非限制性地，如圖5所示，電壓控制系統(tǒng)500可以包括輸入濾波器107，輸入濾波器107耦合至信號(hào)調(diào)節(jié)電路117’和開(kāi)關(guān)控制器123，信號(hào)調(diào)節(jié)電路117’和開(kāi)關(guān)控制器123是電壓控制電路145’的一部分。電壓控制電路145’可以包括可以如以上關(guān)于圖2A 所述來(lái)配置的開(kāi)關(guān)器件129AU29BU33AU33B以及二極管131A、131B、135A、135B?？刂齐娐愤€包括可以如上所述來(lái)配置的能量存儲(chǔ)電路200A、200B。從節(jié)點(diǎn)N處的電壓得到的輸出電壓147可以耦合至負(fù)載141’，負(fù)載141’可以是任何類(lèi)型的負(fù)載。可選的扼流電感器137 可以耦合在節(jié)點(diǎn)N與負(fù)載141’之間，可選的電容器139可以與負(fù)載141’并聯(lián)耦合?？梢匀缟纤鰜?lái)配置的可選的雙極鉗位電路300可以與電感器139并聯(lián)耦合。如上所述，開(kāi)關(guān)控制電路123響應(yīng)于電壓控制信號(hào)119和極性信號(hào)121來(lái)產(chǎn)生極性控制信號(hào)125A、125B和開(kāi)關(guān)控制信號(hào)127A、127B。電壓控制信號(hào)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)127A、 127B的占空比。如上所述，改變開(kāi)關(guān)控制信號(hào)127A、127B的占空比使得改變了輸出電壓147 相對(duì)于輸入AC電壓103的大小。信號(hào)調(diào)節(jié)電路117’對(duì)來(lái)自AC電源101的輸入AC電壓103和輸出電壓進(jìn)行采樣。 信號(hào)調(diào)節(jié)電路117’還接收來(lái)自源502的電壓比信號(hào)503。例如而非限制性地，電壓比源502 被示為基于電壓源和電位計(jì)。信號(hào)調(diào)節(jié)電路117’產(chǎn)生電壓控制信號(hào)119和極性信號(hào)121。 在圖5所示的實(shí)施例中，信號(hào)調(diào)節(jié)電路117’將電壓比輸入503與輸出電壓147跟AC電壓 103之比相比較，并響應(yīng)于電壓比輸入來(lái)調(diào)節(jié)電壓控制信號(hào)119的值，以調(diào)節(jié)斬波信號(hào)的占空比，從而改變AC輸出電壓的大小，以最小化電壓比輸入503與AC輸出電壓147跟AC輸入電壓103之比之間的差值。這樣，輸出電壓147與輸入電壓103之比可以跟蹤由電壓比輸入503來(lái)確定的期望比值。例如而非限制性地，信號(hào)調(diào)節(jié)電路117’可以包括比較器504，比較器504將電壓比輸入503與輸出/輸入電壓比相比較，并產(chǎn)生合適的電壓控制信號(hào)119。例如，比較器504可以將輸入和輸出電壓的RMS電壓比與來(lái)自電源502的DC電壓形式的電壓比輸入503相比較。在這種情況下，電壓控制電路145’可以用作降壓變壓器。 可以簡(jiǎn)單地通過(guò)調(diào)節(jié)電壓比輸入503來(lái)調(diào)節(jié)這種變壓器的變壓比。發(fā)明人構(gòu)建并測(cè)試了圖 5所示類(lèi)型的300瓦特變壓器。該變壓器被示為表現(xiàn)出降壓變壓器的期望特性，即，降低的輸出電壓和提高的輸出電壓。此外，變壓器的尺寸和重量是相同功率比的傳統(tǒng)變壓器的尺寸和重量的百分之一。
控制電路145’的應(yīng)用不限于變壓器。例如，信號(hào)調(diào)節(jié)電路可以被配置為將時(shí)變電壓比輸入503與輸入電壓103和輸出電壓147的瞬時(shí)值之比相比較，而不是將DC電壓與輸入和輸出電壓的RMS值之比相比較。例如，電壓比輸入503可以是AC基準(zhǔn)電壓。在這種情況下，信號(hào)調(diào)節(jié)電路117’可以將AC基準(zhǔn)電壓與輸入和輸出電壓的瞬時(shí)比值相比較，并產(chǎn)生電壓控制信號(hào)119，電壓控制信號(hào)119用于相對(duì)于基準(zhǔn)AC電壓使輸出電壓147的波形穩(wěn)定。 在這種應(yīng)用中，期望斬波信號(hào)127A、127B的頻率f。與AC電壓103的頻率相比足夠大，例如大約因子30或更大。從上文可以看出，本發(fā)明的實(shí)施例在電力應(yīng)用中具有許多應(yīng)用。針對(duì)AC感應(yīng)電機(jī)中的功率因子校正的實(shí)施例可以提供提高的效率和降低的能量使用。針對(duì)電壓控制的其他實(shí)施例使得可以實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)組件更輕且更緊湊的組件，如，電壓控制器、穩(wěn)壓器和變壓器。 在電氣和電子設(shè)備中，空間和重量的節(jié)省具有很多種用途。盡管以上是對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的完整描述，然而也可以使用各種替換、修改和等同方案。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)由以上描述來(lái)確定，而是應(yīng)當(dāng)由所附權(quán)利要求及其等價(jià)物的整個(gè)范圍來(lái)確定。本文描述的任何特征(不論優(yōu)選與否)，都可以與本文描述的其他特征(不論優(yōu)選與否)相組合。在所附權(quán)利要求中，除非明確說(shuō)明，否則不定冠詞“一種” Ml^l表示該不定冠詞后面的項(xiàng)目是一個(gè)或多個(gè)。除非在給定的權(quán)利要求中使用短語(yǔ)“用于....的裝置”明確闡述了這種限制，否則所附權(quán)利要求不應(yīng)被解釋為包括裝置加功能限制。
權(quán)利要求
1.一種電壓控制電路，包括a)第一固態(tài)開(kāi)關(guān)器件和第二固態(tài)開(kāi)關(guān)器件，第一固態(tài)開(kāi)關(guān)器件和第二固態(tài)開(kāi)關(guān)器件中的每一個(gè)包括i)輸入端子； )輸出端子；iii)控制端子，適于接收斬波信號(hào)，其中斬波信號(hào)的值確定了電流是否能夠在輸入端子與輸出端子之間流動(dòng)；b)具有陽(yáng)極和陰極的第一二極管以及具有陽(yáng)極和陰極的第二二極管，其中第一開(kāi)關(guān)的輸出端子和第二開(kāi)關(guān)的輸入端子適于接收AC電壓，第一固態(tài)開(kāi)關(guān)器件的輸入端子連接至第一二極管的陰極，第二固態(tài)開(kāi)關(guān)器件的輸出端子耦合至第二二極管的陽(yáng)極，第一二極管的陽(yáng)極和第二二極管的陰極電耦合至節(jié)點(diǎn)；c)第三固態(tài)開(kāi)關(guān)器件和第四固態(tài)開(kāi)關(guān)器件，其中第三固態(tài)開(kāi)關(guān)器件和第四固態(tài)開(kāi)關(guān)器件中的每一個(gè)具有i)輸入端子； )輸出端子；iii)控制端子，適于接收極性信號(hào)，其中極性信號(hào)的值確定了電流是否能夠在輸入端子與輸出端子之間流動(dòng)；以及d)具有陽(yáng)極和陰極的第三二極管以及具有陽(yáng)極和陰極的第四二極管，其中第三固態(tài)開(kāi)關(guān)器件的輸入端子耦合至第三二極管的陰極，第四固態(tài)開(kāi)關(guān)器件的輸出端子耦合至第四二極管的陽(yáng)極，第三二極管的陽(yáng)極和第四二極管的陰極電耦合至所述節(jié)點(diǎn)，第三開(kāi)關(guān)的輸出端子和第四開(kāi)關(guān)的輸入端子適于耦合至AC電源的中性線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓控制電路，還包括e)電感器，具有第一端子和第二端子，其中第一端子耦合至所述節(jié)點(diǎn)；以及f)輸出電容器，耦合至電感器的第二端子，其中輸出電容器被配置為耦合在電感器的第二端子與中性線之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓控制電路，還包括雙極鉗位電路，耦合在電感器的第一端子與中性線之間，其中所述雙極鉗位電路包括彼此并聯(lián)耦合的第一鉗位組件和第二鉗位組件，其中a)第一鉗位組件包括耦合在第一鉗位二極管的陰極與中性線之間的第一偏置源，其中第一鉗位二極管的陽(yáng)極耦合至電感器的第一端子；以及b)第二鉗位組件包括耦合在第二鉗位二極管的陽(yáng)極與中性線之間的第二偏置源，其中第二鉗位二極管的陰極耦合至電感器的第一端子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電壓控制電路，其中，第一偏置源和第二偏置源分別都包括一個(gè)或多個(gè)電容器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電壓控制電路，其中，第一偏置源和第二偏置源包括第一閾值二極管和第二閾值二極管，其中每個(gè)閾值二極管由比AC電壓的峰值大的閾值電壓來(lái)表征。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓控制電路，還包括能量存儲(chǔ)電路，耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第一二極管的陽(yáng)極之間，或耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第二二極管的陰極之間，其中能量存儲(chǔ)電路被配置為在極性控制信號(hào)的極性改變之后，減小第三二極管或第四二極管在反向恢復(fù)時(shí)間期間的瞬態(tài)開(kāi)路電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電壓控制電路，其中，能量存儲(chǔ)電路包括存儲(chǔ)電感器，所述存儲(chǔ)電感器具有耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第一二極管的陽(yáng)極之間或耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第二二極管的陰極之間的初級(jí)繞組，以及電感性地耦合至初級(jí)繞組的可透磁磁芯，其中初級(jí)繞組和磁芯被選擇為使得存儲(chǔ)電感器的電壓時(shí)間積分由比與初級(jí)繞組耦合的第一二極管或第二二極管的反向恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)的、反向偏置的耗散時(shí)間來(lái)表征。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電壓控制電路，還包括與存儲(chǔ)電感器的初級(jí)繞組并聯(lián)耦合的反沖二極管。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電壓控制電路，還包括與磁芯電感性地耦合的次級(jí)繞組以及與次級(jí)繞組串聯(lián)耦合的第五二極管和負(fù)載，其中，第五二極管被配置為在初級(jí)繞組中有電流時(shí)，防止磁芯中存儲(chǔ)的磁能通過(guò)次級(jí)繞組而被釋放，在沒(méi)有電流通過(guò)初級(jí)繞組時(shí)，對(duì)磁芯中存儲(chǔ)的磁能進(jìn)行釋放。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電壓控制電路，還包括開(kāi)關(guān)控制器，開(kāi)關(guān)控制器被配置為 接收電壓控制信號(hào)和電壓極性信號(hào)，所述電壓極性信號(hào)取決于AC電壓的極性；產(chǎn)生第一極性控制信號(hào)和第二極性控制信號(hào)，第一極性控制信號(hào)和第二極性控制信號(hào)耦合至第一固態(tài)開(kāi)關(guān)器件和第二固態(tài)開(kāi)關(guān)器件的控制端子；產(chǎn)生第一脈寬調(diào)制極性控制斬波控制信號(hào)和第二脈寬調(diào)制極性控制斬波控制信號(hào)，第一脈寬調(diào)制極性控制斬波控制信號(hào)和第二脈寬調(diào)制極性控制斬波控制信號(hào)耦合至第三固態(tài)開(kāi)關(guān)器件和第四固態(tài)開(kāi)關(guān)器件的控制端子，其中， 斬波控制信號(hào)的占空比取決于電壓控制信號(hào)的值，從而從所述節(jié)點(diǎn)處的電壓得到的AC輸出電壓取決于電壓控制信號(hào)的值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電壓控制電路，還包括耦合至開(kāi)關(guān)控制電路的信號(hào)調(diào)節(jié)電路，其中信號(hào)調(diào)節(jié)電路被配置為接收AC電壓、AC輸出電壓和電壓比輸入并產(chǎn)生電壓控制信號(hào)和電壓極性信號(hào)，其中，信號(hào)調(diào)節(jié)電路被配置為將電壓比輸入與輸出電壓和AC電壓之比相比較，并響應(yīng)于電壓比輸入來(lái)調(diào)節(jié)電壓控制信號(hào)的值，以調(diào)節(jié)斬波信號(hào)的占空比，從而改變AC輸出電壓的幅度，以最小化電壓比輸入與AC輸出電壓和AC電壓之比之間的差異。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電壓控制電路，還包括e)電感器，具有第一端子和第二端子，其中第一端子耦合至所述節(jié)點(diǎn)；以及f)輸出電容器，耦合至電感器的第二端子，其中，輸出電容器被配置為耦合在電感器的第二端子與中性線之間，輸出電壓是在電感器與輸出電容器之間的結(jié)合處的電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓控制電路，還包括第一能量存儲(chǔ)電路，耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第一二極管的陽(yáng)極之間；以及第二能量存儲(chǔ)電路，耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第二二極管的陰極之間，其中第一能量存儲(chǔ)電路和第二能量存儲(chǔ)電路被配置為減小第三二極管和第四二極管在反向恢復(fù)時(shí)間期間的瞬態(tài)開(kāi)路電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電壓控制電路，其中，第一能量存儲(chǔ)電路包括第一存儲(chǔ)電感器，第一存儲(chǔ)電感器具有耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第一二極管的陽(yáng)極之間的第一初級(jí)繞組、以及電感性地耦合至第一初級(jí)繞組的可透磁的第一磁芯，其中第一初級(jí)繞組和第一磁芯被選擇為使得第一存儲(chǔ)電感器的電壓時(shí)間積分由比第一二極管的反向恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)的反向偏置的耗散時(shí)間來(lái)表征。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電壓控制電路，還包括與第一磁芯電感性地耦合的第一次級(jí)繞組以及與第三繞組串聯(lián)耦合的第五二極管和第一負(fù)載，其中第五二極管被配置為 當(dāng)?shù)谝怀跫?jí)繞組中有電流時(shí)，防止第一磁芯中存儲(chǔ)的磁能通過(guò)第一次級(jí)繞組而被釋放，當(dāng)沒(méi)有電流通過(guò)第一初級(jí)繞組時(shí)，對(duì)第一磁芯中存儲(chǔ)的磁能進(jìn)行釋放。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電壓控制電路，其中，第二能量存儲(chǔ)電路包括第二存儲(chǔ)電感器，所述第二存儲(chǔ)電感器具有耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第二二極管的陰極之間的第二初級(jí)繞組、以及電感性地耦合至第二初級(jí)繞組的可透磁的第二磁芯，其中第二初級(jí)繞組和第二磁芯被選擇為使得第二存儲(chǔ)電感器的電壓時(shí)間積分由比第二二極管的反向恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)的反向偏置的耗散時(shí)間來(lái)表征。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電壓控制電路，還包括與第二磁芯電感性地耦合的第二次級(jí)繞組、以及與第二次級(jí)繞組串聯(lián)耦合的第六二極管和第二負(fù)載，其中，第六二極管被配置為當(dāng)?shù)诙跫?jí)繞組中有電流時(shí)，防止第二磁芯中存儲(chǔ)的磁能通過(guò)第二次級(jí)繞組而被釋放， 當(dāng)沒(méi)有電流流過(guò)第二初級(jí)繞組時(shí)，對(duì)第二磁芯中存儲(chǔ)的磁能進(jìn)行釋放。
18.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電壓控制電路，其中，能量存儲(chǔ)電路包括具有第一繞組的第一電感器、具有第二繞組的第二電感器、以及將第一繞組和第二繞組磁耦合的可透磁磁芯， 其中第一繞組耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第一二極管的陽(yáng)極之間或者耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第二二極管的陰極之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電壓控制電路，其中，第一繞組、第二繞組和磁芯被配制為使得通過(guò)第一繞組和第二繞組的磁通量始終相同。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電壓控制電路，其中，第一繞組和第二繞組包括圍繞磁芯而纏繞的一段同軸線纜或雙絞線。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓控制電路，還包括開(kāi)關(guān)控制器，所述開(kāi)關(guān)控制器具有 與第一開(kāi)關(guān)器件和第二開(kāi)關(guān)器件的控制端子耦合的一個(gè)或多個(gè)斬波信號(hào)輸出，以及與第三開(kāi)關(guān)器件和第四開(kāi)關(guān)器件的控制端子耦合的一個(gè)或多個(gè)極性信號(hào)輸出，其中開(kāi)關(guān)控制器被配制為接收相位信號(hào)，所述相位信號(hào)的大小與A電壓和相關(guān)AC電流之間的相位移位成比例，并且開(kāi)關(guān)控制器被配制為響應(yīng)于相位信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)斬波信號(hào)的占空比，從而改變所述節(jié)點(diǎn)處AC輸出電壓的幅度，以減小AC電壓與AC電流之間的相位移位。
22.一種用于AC感應(yīng)電機(jī)的功率因子校正器，包括a)輸入濾波器，被配制為從AC電壓源接收AC電壓，并使AC電壓衰減，以產(chǎn)生濾波后的AC電壓；b)電流相位采樣器，被配制為從輸入濾波器接收濾波后的AC電壓，并輸出與AC電壓所關(guān)聯(lián)的AC電流的相位有關(guān)的電流相位信號(hào)；c)信號(hào)調(diào)節(jié)電路，被配制為從AC電壓得到電壓相位信息，從電流相位采樣器接收電流相位信號(hào)，以及產(chǎn)生大小與AC電壓與AC電壓所關(guān)聯(lián)的電流之間的相位移位成比例的相位信號(hào)，和取決于AC電壓的極性的電壓極性信號(hào)；d)第一開(kāi)關(guān)控制器，被配制為從信號(hào)調(diào)節(jié)電路接收相位信號(hào)和電壓極性信號(hào)，并產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)極性控制信號(hào)、第一脈寬調(diào)制極性控制斬波控制信號(hào)和第二脈寬調(diào)制極性控制斬波控制信號(hào)；e)第一電壓控制電路，被配制為接收濾波后的AC電壓，從控制放大器接收第一極性控制信號(hào)和第二極性控制信號(hào)、第一斬波信號(hào)和第二斬波信號(hào)，以及輸出幅度與脈動(dòng)的第一斬波信號(hào)或第二斬波信號(hào)的占空比成比例的AC輸出電壓，其中開(kāi)關(guān)控制器被配制為響應(yīng)于相位信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)斬波信號(hào)的占空比，從而改變AC輸出電壓的幅度，以減小AC電壓與AC 電流之間的相位移位；以及f)電容器，被配制為防止電壓控制電路對(duì)電流相位采樣器造成干擾。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的功率因子校正器，其中，e)包括第一固態(tài)開(kāi)關(guān)器件和第二固態(tài)開(kāi)關(guān)器件，第一固態(tài)開(kāi)關(guān)器件和第二固態(tài)開(kāi)關(guān)器件中的每一個(gè)包括i)輸入端子，適于接收AC電壓； )輸出端子；iii)控制端子，適于接收第一斬波信號(hào)或第二斬波信號(hào)，其中斬波信號(hào)的值確定了電流是否能夠在輸入端子與輸出端子之間流動(dòng)；具有陽(yáng)極和陰極的第一二極管以及具有陽(yáng)極和陰極的第二二極管，其中第一開(kāi)關(guān)的輸出端子和第二開(kāi)關(guān)的輸入端子適于從電流相位采樣器接收濾波后的AC電壓，第一固態(tài)開(kāi)關(guān)器件的輸入端子連接至第一二極管的陰極，第二固態(tài)開(kāi)關(guān)器件的輸出端子耦合至第二二極管的陽(yáng)極，第一二極管的陽(yáng)極和第二二極管的陰極電耦合至節(jié)點(diǎn)；第三固態(tài)開(kāi)關(guān)器件和第四固態(tài)開(kāi)關(guān)器件，其中第三固態(tài)開(kāi)關(guān)器件和第四固態(tài)開(kāi)關(guān)器件中的每一個(gè)具有i)輸入端子，適于接收AC電壓； )輸出端子；iii)控制端子，適于接收極性信號(hào)，其中極性信號(hào)的值確定了電流是否能夠在輸入端子與輸出端子之間流動(dòng)；以及具有陽(yáng)極和陰極的第三二極管以及具有陽(yáng)極和陰極的第四二極管，其中第三固態(tài)開(kāi)關(guān)器件的輸入端子耦合至第三二極管的陰極，第四固態(tài)開(kāi)關(guān)器件的輸出端子耦合至第四二極管的陽(yáng)極，第三二極管的陽(yáng)極和第四二極管的陰極電耦合至所述節(jié)點(diǎn)，第三開(kāi)關(guān)的輸出端子和第四開(kāi)關(guān)的輸入端子適于耦合至AC電源的中性線。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的功率因子校正器，其中，電壓控制電路包括 電感器，具有第一端子和第二端子，其中第一端子耦合至所述節(jié)點(diǎn)；以及輸出電容器，耦合至電感器的第二端子，其中輸出電容器被配置為耦合在AC感應(yīng)電機(jī)的帶電端子與中性端子之間。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的功率因子校正器，還包括雙極鉗位電路，耦合在電感器的第一端子與中性線之間，其中所述雙極鉗位電路包括彼此并聯(lián)耦合的第一鉗位組件和第二鉗位組件，其中第一鉗位組件包括耦合在第一鉗位二極管的陰極與中性線之間的第一偏置源，其中第一鉗位二極管的陽(yáng)極耦合至電感器的第一端子；以及第二鉗位組件包括耦合在第二鉗位二極管的陽(yáng)極與中性線之間的第二偏置源，其中第二鉗位二極管的陰極耦合至電感器的第一端子。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的功率因子校正器，其中，第一偏置源和第二偏置源分別都包括一個(gè)或多個(gè)電容器。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的功率因子校正器，其中，第一偏置源和第二偏置源包括第一閾值二極管和第二閾值二極管，其中每個(gè)閾值二極管由比AC電壓的峰值大的閾值電壓來(lái)表征。
28.根據(jù)權(quán)利要求M所述的功率因子校正器，還包括能量存儲(chǔ)電路，耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第一二極管的陽(yáng)極之間，或耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第二二極管的陰極之間，其中能量存儲(chǔ)系統(tǒng)被配置為在AC電壓的極性改變之后，減小第三二極管或第四二極管在反向恢復(fù)時(shí)間期間的瞬態(tài)開(kāi)路電流。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的功率因子校正器，其中，能量存儲(chǔ)電路包括存儲(chǔ)電感器，所述存儲(chǔ)電感器具有耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第一二極管的陽(yáng)極之間或耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第二二極管的陰極之間的初級(jí)繞組，以及電感性地耦合至繞組的可透磁磁芯，其中初級(jí)繞組和磁芯被選擇為使得存儲(chǔ)電感器的電壓時(shí)間積分由比與繞組耦合的第一二極管或第二二極管的反向恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)的、反向偏置的耗散時(shí)間來(lái)表征。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的功率因子校正器，還包括與存儲(chǔ)電感器的初級(jí)繞組并聯(lián)耦合的反沖二極管。
31.根據(jù)權(quán)利要求四所述的功率因子校正器，還包括與磁芯電感性地耦合的次級(jí)繞組以及與次級(jí)繞組串聯(lián)耦合的第五二極管和負(fù)載，其中，第五二極管被配置為在初級(jí)繞組中有電流時(shí)，防止磁芯中存儲(chǔ)的磁能通過(guò)次級(jí)繞組而被釋放，在沒(méi)有電流通過(guò)初級(jí)繞組時(shí)，對(duì)磁芯中存儲(chǔ)的磁能進(jìn)行釋放。
32.根據(jù)權(quán)利要求22所述的功率因子校正器，還包括第一能量存儲(chǔ)電路，耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第一二極管的陽(yáng)極之間；以及第二能量存儲(chǔ)電路，耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第二二極管的陰極之間，其中第一能量存儲(chǔ)電路和第二能量存儲(chǔ)電路被配置為減小第三二極管和第四二極管在反向恢復(fù)時(shí)間期間的瞬態(tài)開(kāi)路電流。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的功率因子校正器，其中，第一能量存儲(chǔ)電路包括第一存儲(chǔ)電感器，第一存儲(chǔ)電感器具有耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第一二極管的陽(yáng)極之間的第一初級(jí)繞組、 以及電感性地耦合至第一初級(jí)繞組的可透磁的第一磁芯，其中第一初級(jí)繞組和第一磁芯被選擇為使得第一存儲(chǔ)電感器的電壓時(shí)間積分由比第一二極管的反向恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)的反向偏置的耗散時(shí)間來(lái)表征。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的功率因子校正器，其中，第一能量存儲(chǔ)電路還包括與第一磁芯電感性地耦合的第一次級(jí)繞組以及與第三繞組串聯(lián)耦合的第五二極管和第一負(fù)載，其中第五二極管被配置為當(dāng)?shù)谝怀跫?jí)繞組中有電流時(shí)，防止第一磁芯中存儲(chǔ)的磁能通過(guò)第一次級(jí)繞組而被釋放，當(dāng)沒(méi)有電流通過(guò)第一初級(jí)繞組時(shí)，對(duì)第一磁芯中存儲(chǔ)的磁能進(jìn)行釋放。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的功率因子校正器，其中，第二能量存儲(chǔ)電路包括第二存儲(chǔ)電感器，所述第二存儲(chǔ)電感器具有耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第二二極管的陰極之間的第二初級(jí)繞組、以及電感性地耦合至第二初級(jí)繞組的可透磁的第二磁芯，其中第二初級(jí)繞組和第二磁芯被選擇為使得第二存儲(chǔ)電感器的電壓時(shí)間積分由比第二二極管的反向恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)的反向偏置的耗散時(shí)間來(lái)表征。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的功率因子校正器，其中，第二能量存儲(chǔ)電路還包括與第二磁芯電感性地耦合的第二次級(jí)繞組、以及與第二次級(jí)繞組串聯(lián)耦合的第六二極管和第二負(fù)載，其中，第六二極管被配置為當(dāng)?shù)诙跫?jí)繞組中有電流時(shí)，防止第二磁芯中存儲(chǔ)的磁能通過(guò)第二次級(jí)繞組而被釋放，當(dāng)沒(méi)有電流流過(guò)第二初級(jí)繞組時(shí)，對(duì)第二磁芯中存儲(chǔ)的磁能進(jìn)行釋放。
37.根據(jù)權(quán)利要求M所述的功率因子校正器，其中，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)還包括第一變壓器，具有耦合在第一二極管的陽(yáng)極與第一節(jié)點(diǎn)之間的初級(jí)繞組，所述第一變壓器具有與第五二極管和第一電阻器耦合在第一串聯(lián)電路中的次級(jí)繞組；以及第二變壓器，具有耦合在第二二極管的陰極與第一節(jié)點(diǎn)之間的初級(jí)繞組，所述第二變壓器具有與第六二極管和第二電阻器連接在第二串聯(lián)電路中的次級(jí)繞組。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的功率因子校正器，其中，第五二極管、第一電阻器和第一變壓器的次級(jí)繞組被選擇為使得第一串聯(lián)電路由比第三二極管的反向恢復(fù)時(shí)間短的時(shí)間常數(shù)來(lái)表征。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的功率因子校正器，其中，第六二極管、第二電阻器和第二變壓器的次級(jí)繞組被選擇為使得第二串聯(lián)電路由比第四二極管的反向恢復(fù)時(shí)間短的時(shí)間常數(shù)來(lái)表征。
40.根據(jù)權(quán)利要求22所述的功率因子校正器，還包括a)電流采樣求和器件，被配制為接收第一電流幅度信號(hào)、第二電流幅度信號(hào)和第三電流幅度信號(hào)，并輸出求和后的電流幅度信號(hào)，其中，所述第一電流幅度信號(hào)、第二電流幅度信號(hào)和第三電流幅度信號(hào)分別與輸入至三相AC感應(yīng)電機(jī)的AC電源的第一相、第二相和第三相的電流幅度成比例，第一相耦合至電流相位采樣器；b)第一電流幅度采樣器、第二電流幅度采樣器和第三電流幅度采樣器，耦合至電流采樣求和器件，其中第一電流幅度采樣器、第二電流幅度采樣器和第三電流幅度采樣器被配制為接收針對(duì)輸入至三相AC感應(yīng)電機(jī)的AC電源的第一相、第二相和第三相的AC電壓，并分別產(chǎn)生第一電流幅度信號(hào)、第二電流幅度信號(hào)和第三電流幅度信號(hào)；c)電流基準(zhǔn)器件，被配制為從電流采樣求和器件接收求和后的電流幅度信號(hào)，并輸出求和后的電流幅度信號(hào)除以3的商；d)第一電流比較器和第二電流比較器，分別都被配制為從電流基準(zhǔn)器件接收求和后的電流幅度信號(hào)除以3的商，其中，第一電流比較器接收第二電流幅度信號(hào)并輸出第一幅度差信號(hào)，第一幅度差信號(hào)與第二電流幅度信號(hào)與求和后的電流幅度信號(hào)除以3的商之間的差值成比例；第二電流比較器接收第三電流幅度信號(hào)并輸出第二幅度差信號(hào)，所述第二幅度差信號(hào)與第三電流幅度信號(hào)與求和后的電流幅度信號(hào)除以3的商之間的差值成比例；e)第二開(kāi)關(guān)控制器和第三開(kāi)關(guān)控制器，分別被配制為接收第一幅度差信號(hào)和第二幅度差信號(hào)，并產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)脈寬調(diào)制極性控制開(kāi)關(guān)控制信號(hào)；以及f)第二電壓控制電路和第三電壓控制電路，分別都被配制為從第二開(kāi)關(guān)控制器和第三開(kāi)關(guān)控制器接收所述一個(gè)或多個(gè)脈寬調(diào)制極性控制開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，并輸出與第二相和第三相相對(duì)應(yīng)的第二正弦電壓和第三正弦電壓，其中第二正弦電壓和第三正弦電壓由與來(lái)自第二和第三開(kāi)關(guān)控制器的脈寬調(diào)制極性控制開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的占空比以及AC感應(yīng)電機(jī)的機(jī)械負(fù)載成比例的幅度來(lái)表征，從而功率因子控制器能夠控制三相AC感應(yīng)電機(jī)的每一相的功率因子。
41.AC感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)，包括a)AC感應(yīng)電機(jī)；b)輸入濾波器，被配制為從AC電壓源接收AC電壓，并使AC電壓衰減以產(chǎn)生衰減后的AC電壓；c)電流相位采樣器，被配制為從輸入濾波器接收衰減后的AC電壓，并輸出與AC電壓所關(guān)聯(lián)的AC電流有關(guān)的電流相位信號(hào)；d)信號(hào)調(diào)節(jié)電路，被配制為從AC電壓得到電壓相位信息，從電流相位采樣器接收電流相位信號(hào)，以及產(chǎn)生大小與AC電壓與AC電壓所關(guān)聯(lián)的電流之間的相位移位成比例的相位信號(hào)，和取決于AC電壓的極性的電壓極性信號(hào)；e)開(kāi)關(guān)控制器，被配制為從信號(hào)調(diào)節(jié)電路接收相位信號(hào)和電壓極性信號(hào)，并產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)極性控制信號(hào)以及第一脈寬調(diào)制極性控制斬波控制信號(hào)和第二脈寬調(diào)制極性控制斬波控制信號(hào)；f)電壓控制電路，被配制為接收濾波后的AC電壓，從控制放大器接收第一極性控制信號(hào)和第二極性控制信號(hào)、第一斬波信號(hào)和第二斬波信號(hào)，以及輸出幅度與脈動(dòng)的第一斬波信號(hào)或第二斬波信號(hào)的占空比成比例的AC輸出電壓，其中開(kāi)關(guān)控制器被配制為響應(yīng)于相位信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)斬波信號(hào)的占空比，從而改變AC輸出電壓的幅度，以減小AC電壓與AC電流之間的相位移位；以及g)電容器，被配制為防止電壓控制電路對(duì)電流相位采樣器造成干擾。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中，電壓控制電路包括第一固態(tài)開(kāi)關(guān)器件和第二固態(tài)開(kāi)關(guān)器件，第一固態(tài)開(kāi)關(guān)器件和第二固態(tài)開(kāi)關(guān)器件中的每一個(gè)包括 i)輸入端子； )輸出端子；iii)控制端子，適于接收斬波信號(hào)，其中斬波信號(hào)的值確定了電流是否能夠在輸入端子與輸出端子之間流動(dòng)；具有陽(yáng)極和陰極的第一二極管以及具有陽(yáng)極和陰極的第二二極管，其中第一開(kāi)關(guān)的輸出端子和第二開(kāi)關(guān)的輸入端子適于從電流相位采樣器接收濾波后的AC電壓，第一固態(tài)開(kāi)關(guān)器件的輸入端子連接至第一二極管的陰極，第二固態(tài)開(kāi)關(guān)器件的輸出端子耦合至第二二極管的陽(yáng)極，第一二極管的陽(yáng)極和第二二極管的陰極電耦合至節(jié)點(diǎn)； 第三固態(tài)開(kāi)關(guān)器件和第四固態(tài)開(kāi)關(guān)器件，分別都具有 i)輸入端子，適于接收AC電壓； )輸出端子；iii)控制端子，適于接收極性信號(hào)，其中極性信號(hào)的值確定了電流是否能夠在輸入端子與輸出端子之間流動(dòng)；以及具有陽(yáng)極和陰極的第三二極管以及具有陽(yáng)極和陰極的第四二極管，其中第三固態(tài)開(kāi)關(guān)器件的輸入端子耦合至第三二極管的陰極，第四固態(tài)開(kāi)關(guān)器件的輸出端子耦合至第四二極管的陽(yáng)極，第三二極管的陽(yáng)極和第四二極管的陰極電耦合至所述節(jié)點(diǎn)，第三開(kāi)關(guān)的輸出端子和第四開(kāi)關(guān)的輸入端子適于耦合至AC電源的中性線。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，還包括雙極鉗位電路，耦合在電感器的第一端子與中性線之間，其中所述雙極鉗位電路包括彼此并聯(lián)耦合的第一鉗位組件和第二鉗位組件，其中a)第一鉗位組件包括耦合在第一鉗位二極管的陰極與中性線之間的第一偏置源，其中第一鉗位二極管的陽(yáng)極耦合至電感器的第一端子；以及b)第二鉗位組件包括耦合在第二鉗位二極管的陽(yáng)極與中性線之間的第二偏置源，其中第二鉗位二極管的陰極耦合至電感器的第一端子。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其中，第一偏置源和第二偏置源分別都包括一個(gè)或多個(gè)電容器。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的系統(tǒng)，其中，第一偏置源和第二偏置源包括第一閾值二極管和第二閾值二極管，其中每個(gè)閾值二極管由比AC電壓的峰值大的閾值電壓來(lái)表征。
46.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，還包括能量存儲(chǔ)電路，耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第一二極管的陽(yáng)極之間，或耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第二二極管的陰極之間，其中能量存儲(chǔ)系統(tǒng)被配置為 在極性控制信號(hào)的極性改變之后，減小第三二極管或第四二極管在反向恢復(fù)時(shí)間期間的瞬態(tài)開(kāi)路電流。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的系統(tǒng)，其中，能量存儲(chǔ)電路包括存儲(chǔ)電感器，所述存儲(chǔ)電感器具有耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第一二極管的陽(yáng)極之間或耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第二二極管的陰極之間的初級(jí)繞組，以及電感性地耦合至初級(jí)繞組的可透磁磁芯，其中初級(jí)繞組和磁芯被選擇為使得存儲(chǔ)電感器的電壓時(shí)間積分由比與繞組耦合的第一二極管或第二二極管的反向恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)的、反向偏置的耗散時(shí)間來(lái)表征。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的系統(tǒng)，還包括與存儲(chǔ)電感器的初級(jí)繞組并聯(lián)耦合的反沖二極管。
49.根據(jù)權(quán)利要求47所述的系統(tǒng)，還包括與磁芯電感性地耦合的次級(jí)繞組以及與次級(jí)繞組串聯(lián)耦合的第五二極管和負(fù)載，其中，第五二極管被配置為在初級(jí)繞組中有電流時(shí)， 防止磁芯中存儲(chǔ)的磁能通過(guò)次級(jí)繞組而被釋放，在沒(méi)有電流通過(guò)初級(jí)繞組時(shí)，對(duì)磁芯中存儲(chǔ)的磁能進(jìn)行釋放。
50.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，還包括第一能量存儲(chǔ)電路，耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第一二極管的陽(yáng)極之間；以及第二能量存儲(chǔ)電路，耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第二二極管的陰極之間， 其中第一能量存儲(chǔ)電路和第二能量存儲(chǔ)電路被配置為減小第三二極管和第四二極管在反向恢復(fù)時(shí)間期間的瞬態(tài)開(kāi)路電流。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其中，第一能量存儲(chǔ)電路包括第一存儲(chǔ)電感器，第一存儲(chǔ)電感器具有耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第一二極管的陽(yáng)極之間的第一初級(jí)繞組、以及電感性地耦合至第一初級(jí)繞組的可透磁的第一磁芯，其中第一初級(jí)繞組和第一磁芯被選擇為使得第一存儲(chǔ)電感器的電壓時(shí)間積分由比第一二極管的反向恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)的反向偏置的耗散時(shí)間來(lái)表征。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的系統(tǒng)，其中，第一能量存儲(chǔ)電路還包括與第一磁芯電感性地耦合的第一次級(jí)繞組以及與第三繞組串聯(lián)耦合的第五二極管和第一負(fù)載，其中第五二極管被配置為當(dāng)?shù)谝怀跫?jí)繞組中有電流時(shí)，防止第一磁芯中存儲(chǔ)的磁能通過(guò)第一次級(jí)繞組而被釋放，當(dāng)沒(méi)有電流通過(guò)第一初級(jí)繞組時(shí)，對(duì)第一磁芯中存儲(chǔ)的磁能進(jìn)行釋放。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的系統(tǒng)，其中，第二能量存儲(chǔ)電路包括第二存儲(chǔ)電感器，所述第二存儲(chǔ)電感器具有耦合在所述節(jié)點(diǎn)與第二二極管的陰極之間的第二初級(jí)繞組、以及電感性地耦合至第二初級(jí)繞組的可透磁的第二磁芯，其中第二初級(jí)繞組和第二磁芯被選擇為使得第二存儲(chǔ)電感器的電壓時(shí)間積分由比第二二極管的反向恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)的反向偏置的耗散時(shí)間來(lái)表征。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的系統(tǒng)，其中，第二能量存儲(chǔ)電路還包括與第二磁芯電感性地耦合的第二次級(jí)繞組、以及與第二次級(jí)繞組串聯(lián)耦合的第六二極管和第二負(fù)載，其中，第六二極管被配置為當(dāng)?shù)诙跫?jí)繞組中有電流時(shí)，防止第二磁芯中存儲(chǔ)的磁能通過(guò)第二次級(jí)繞組而被釋放，當(dāng)沒(méi)有電流流過(guò)第二初級(jí)繞組時(shí)，對(duì)第二磁芯中存儲(chǔ)的磁能進(jìn)行釋放。
55.根據(jù)權(quán)利要求46所述的系統(tǒng)，其中，能量存儲(chǔ)電路還包括a)第一變壓器，具有耦合在第一二極管的陽(yáng)極與第一節(jié)點(diǎn)之間的初級(jí)繞組，所述第一變壓器具有與第五二極管和第一電阻器耦合在第一串聯(lián)電路中的次級(jí)繞組；以及b)第二變壓器，具有耦合在第二二極管的陰極與第一節(jié)點(diǎn)之間的初級(jí)繞組，所述第二變壓器具有與第六二極管和第二電阻器連接在第二串聯(lián)電路中的次級(jí)繞組。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的系統(tǒng)，其中，第五二極管、第一電阻器和第一變壓器的次級(jí)繞組被選擇為使得第一串聯(lián)電路由比第三二極管的反向恢復(fù)時(shí)間短的時(shí)間常數(shù)來(lái)表征。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的系統(tǒng)，其中，第六二極管、第二電阻器和第二變壓器的次級(jí)繞組被選擇為使得第二串聯(lián)電路由比第四二極管的反向恢復(fù)時(shí)間短的時(shí)間常數(shù)來(lái)表征。
58.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其中，AC電感電機(jī)是三相AC電感AC電機(jī)，所述系統(tǒng)還包括a)電流采樣求和器件，被配制為接收第一電流幅度信號(hào)、第二電流幅度信號(hào)和第三電流幅度信號(hào)，并輸出求和后的電流幅度信號(hào)，其中，所述第一電流幅度信號(hào)、第二電流幅度信號(hào)和第三電流幅度信號(hào)分別與輸入至三相AC感應(yīng)電機(jī)的AC電源的第一相、第二相和第三相的電流幅度成比例，第一相耦合至電流相位采樣器；b)第一電流幅度采樣器、第二電流幅度采樣器和第三電流幅度采樣器，耦合至電流采樣求和器件，其中第一電流幅度采樣器、第二電流幅度采樣器和第三電流幅度采樣器被配制為接收針對(duì)輸入至三相AC感應(yīng)電機(jī)的AC電源的第一相、第二相和第三相的AC電壓，并分別產(chǎn)生第一電流幅度信號(hào)、第二電流幅度信號(hào)和第三電流幅度信號(hào)；c)電流基準(zhǔn)器件，被配制為從電流采樣求和器件接收求和后的電流幅度信號(hào)，并輸出求和后的電流幅度信號(hào)除以3的商；d)第一電流比較器和第二電流比較器，分別都被配制為從電流基準(zhǔn)器件接收求和后的電流幅度信號(hào)除以3的商，其中，第一電流比較器接收第二電流幅度信號(hào)并輸出第一幅度差信號(hào)，第一幅度差信號(hào)與第二電流幅度信號(hào)與求和后的電流幅度信號(hào)除以3的商之間的差值成比例；第二電流比較器接收第三電流幅度信號(hào)并輸出第二幅度差信號(hào)，所述第二幅度差信號(hào)與第三電流幅度信號(hào)與求和后的電流幅度信號(hào)除以3的商之間的差值成比例；e)第二開(kāi)關(guān)控制器和第三開(kāi)關(guān)控制器，分別被配制為接收第一幅度差信號(hào)和第二幅度差信號(hào)，并產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)脈寬調(diào)制極性控制開(kāi)關(guān)控制信號(hào)；以及f)第二電壓控制電路和第三電壓控制電路，分別都被配制為從第二開(kāi)關(guān)控制器和第三開(kāi)關(guān)控制器接收所述一個(gè)或多個(gè)脈寬調(diào)制極性控制開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，并輸出與第二相和第三相相對(duì)應(yīng)的第二正弦電壓和第三正弦電壓，其中第二正弦電壓和第三正弦電壓由與來(lái)自第二和第三開(kāi)關(guān)控制器的脈寬調(diào)制極性控制開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的占空比以及AC感應(yīng)電機(jī)的機(jī)械負(fù)載成比例的幅度來(lái)表征，從而功率因子控制器能夠控制三相AC感應(yīng)電機(jī)的每一相的功率因子。
59.一種能量存儲(chǔ)電壓調(diào)節(jié)電路，包括固態(tài)開(kāi)關(guān)；電容器；以及能量存儲(chǔ)電路和第一二極管，串聯(lián)地電耦合在開(kāi)關(guān)與電容器之間，其中能量存儲(chǔ)電路包括第一繞組，串聯(lián)地電耦合在開(kāi)關(guān)與電容器之間；可透磁磁芯，與第一繞組電感性地耦合；第二繞組，與磁芯電感性地耦合，從而第一繞組和第二繞組通過(guò)磁芯而彼此電感性地耦合；第二二極管和負(fù)載，與第二繞組串聯(lián)地電耦合，其中，第一繞組和磁芯被選擇為使得第一繞組的電壓時(shí)間積分由比第一二極管的反向恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)的反向偏置的耗散時(shí)間來(lái)表征， 第二二極管被配制為當(dāng)?shù)谝焕@組中有電流時(shí)，防止磁芯中存儲(chǔ)的磁能通過(guò)第二繞組而被釋放，當(dāng)沒(méi)有電流流過(guò)第一繞組時(shí)，對(duì)磁芯中存儲(chǔ)的磁能進(jìn)行釋放。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的能量存儲(chǔ)電壓調(diào)節(jié)電路，其中，第一繞組、第二繞組和磁芯被配制為使得通過(guò)第一繞組和第二繞組的磁通量始終相同。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的能量存儲(chǔ)電壓調(diào)節(jié)電路，其中，第一繞組和第二繞組包括圍繞磁芯而纏繞的一段同軸線纜或雙絞線。
全文摘要
公開(kāi)了一種電壓控制電路。功率因子校正器可以使用控制電路來(lái)提供AC感應(yīng)電機(jī)的功率因子校正。AC感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)可以將功率因子校正與AC感應(yīng)電機(jī)相結(jié)合。
文檔編號(hào)H02P27/04GK102239632SQ200980143780
公開(kāi)日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2009年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月3日
發(fā)明者亞歷山大·C·帕瑪 申請(qǐng)人:克里斯托弗·鮑爾斯, 約翰·F·戴維斯, 艾莉森·A·阿爾加布賴(lài)特, 賴(lài)安·鮑爾斯