用于電壓轉(zhuǎn)換器的控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于電壓轉(zhuǎn)換器(3)的控制模塊(1)?？刂颇K(1)具有一輸入，用于連接至具有一工作電壓范圍的一交流電源(5)。提供第一檢測(cè)器(19)，用于檢測(cè)交流電源(5)的工作電壓范圍并生成第一控制信號(hào)(S1)以識(shí)別檢得工作電壓范圍。還提供第二檢測(cè)器(21)，用于檢測(cè)交流電源(5)的工作電壓范圍并生成第二控制信號(hào)(S2)以識(shí)別檢得工作電壓范圍。控制模塊(1)具有一個(gè)或多個(gè)開關(guān)(39,59)，用于響應(yīng)所述第一和第二控制信號(hào)(S1,S2)而選擇性地使能和/或禁能一電壓倍增器(17)。本發(fā)明還涉及一種控制電壓轉(zhuǎn)換器(3)的方法。
【專利說明】用于電壓轉(zhuǎn)換器的控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于電壓轉(zhuǎn)換器的控制器。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于使能/禁能一電壓倍增器的控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)本發(fā)明的控制器具有用于控制一真空泵的一電源中的一電壓轉(zhuǎn)換器的特別應(yīng)用。然而，該控制器可在廣泛范圍的【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)得到應(yīng)用。
[0003]從交流市電電源向真空泵供電是眾所周知的。然而，交流市電電源情況在不同的地域是不同的，其可能被以下列情況供電:(i) 100-127Vac RMS, +/-10%，45-65HZ ;或(ii)200-240Vac RMS, +/-10%，45-65HZ。對(duì)于將在多種地域使用的系統(tǒng)和設(shè)備而言，不同的市電電源電壓可證實(shí)存在問題。如果供電電壓過高，系統(tǒng)和設(shè)備可能會(huì)被損壞。為了適應(yīng)不同的市電電源情況，已提出多種解決方案，包括:
1.獨(dú)立低壓和高壓變形泵或泵控制器。
[0004]2.手動(dòng)電壓選擇器，其要求用戶干預(yù)以設(shè)置正確的電壓。
[0005]3.過設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換器和逆變器功率鏈(Power — Train)子系統(tǒng),其設(shè)計(jì)以最高的可能電壓和電流工作。
[0006]4.主動(dòng)前端裝置，其被設(shè)計(jì)為持續(xù)監(jiān)控和輸出一設(shè)定電壓。
[0007]然而，這些制造以及設(shè)計(jì)方案實(shí)施時(shí)可能昂貴且存在EMC (電磁兼容性)和熱方面的問題。
[0008]提供一種電壓雙倍器拓?fù)湟彩且阎?，但其?biāo)準(zhǔn)的方法是固定該電壓雙倍器以使其永久使能?？蛇x地，可提供一電壓選擇器開關(guān)以允許用戶選擇該電壓雙倍器的狀態(tài)，例如，使能或禁能。如果選擇了不正確的狀態(tài)，作為增加的供電電壓的后果，可能對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生損害。
[0009]本發(fā)明尋求解決或改善與已知技術(shù)關(guān)聯(lián)的一部分缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]從第一方面審視，本發(fā)明涉及用于電壓轉(zhuǎn)換器的控制模塊，該控制模塊包括: 一輸入，用于連接至具有一工作電壓范圍的交流電源；
第一檢測(cè)器，用于檢測(cè)該交流電源的工作電壓范圍以及生成第一控制信號(hào)以識(shí)別所檢測(cè)到的工作電壓范圍；
第二檢測(cè)器，用于檢測(cè)該交流電源的工作電壓范圍以及生成第二控制信號(hào)以識(shí)別所檢測(cè)到的工作電壓范圍；以及，
一個(gè)或多個(gè)開關(guān)，用于可選地使能和/或禁能一電壓倍增器以響應(yīng)該第一和第二控制信號(hào)。
[0011]控制模塊可提供適合于一真空泵系統(tǒng)的一通用電壓?jiǎn)蜗嗫刂破鳌Ｖ辽僭谝粌?yōu)選布置中，該控制模塊可自動(dòng)地在一低壓?jiǎn)蜗噍斎腚娫春鸵桓邏簡(jiǎn)蜗嚯娫粗g切換。配置該控制模塊用于不同的交流輸入電源電壓不需人工干預(yù)。相反地，一個(gè)或多個(gè)開關(guān)根據(jù)交流輸入電源電壓使能或禁能電壓倍增器拓?fù)洹＿@樣，該控制模塊可不需重新配置而可操作。
[0012]第一檢測(cè)器可包括第一鎖存器，用于在所檢測(cè)到的工作電壓范圍一被識(shí)別出時(shí)就鎖存第一控制信號(hào)。第二檢測(cè)器可包括第二鎖存器，用于在所檢測(cè)到的工作電壓范圍一被識(shí)別出時(shí)就鎖存第二控制信號(hào)?？蛇x地，或另外地，鎖存器可與所述一個(gè)或多個(gè)開關(guān)關(guān)聯(lián)以將電壓倍增器鎖存于使能/禁能狀態(tài)。鎖存器例如在存在一直流鏈路過電壓跳閘和/或一系統(tǒng)掉電時(shí)可被無效。
[0013]控制模塊可形成一前端功率鏈轉(zhuǎn)換器(交流到直流功率轉(zhuǎn)換器)的部分，該前端功率鏈轉(zhuǎn)換器能夠以一大的單相輸入電源范圍工作。
[0014]第一和第二檢測(cè)器的提供在控制模塊中提供了冗余，這種冗余可促進(jìn)安全并可靠的運(yùn)行。特別地，由于工作電壓由兩個(gè)檢測(cè)器檢測(cè)，可減少電壓倍增器被錯(cuò)誤地使能的可能性。而且，提供第一和第二檢測(cè)器可允許一種故障保護(hù)工作模式。
[0015]可提供一邏輯電路，用于控制所述一個(gè)或多個(gè)開關(guān)，以響應(yīng)所述第一和第二控制信號(hào)。僅當(dāng)?shù)谝缓偷诙刂菩盘?hào)都識(shí)別出同樣的檢得工作電壓范圍時(shí)，這個(gè)或這些開關(guān)可配置為使能和/或禁能電壓倍增器。例如，在第一和第二控制信號(hào)都分別識(shí)別出一低或高的電壓范圍時(shí)，電壓倍增器可被使能/禁能。
[0016]在第一控制信號(hào)和第二控制信號(hào)均識(shí)別出一個(gè)低的檢得工作電壓范圍時(shí)，該一個(gè)或多個(gè)開關(guān)可配置為使能該電壓倍增器。例如，如果第一和第二檢測(cè)器都檢測(cè)到一個(gè)近似為120Vac RMS的工作電壓，這將被認(rèn)為是一個(gè)低電壓范圍，且該一個(gè)或多個(gè)開關(guān)將使能該電壓倍增器。
[0017]相反地，在第一控制信號(hào)和第二控制信號(hào)都識(shí)別處一個(gè)高的檢得工作電壓范圍時(shí)，該一個(gè)或多個(gè)開關(guān)可配置為禁能該電壓倍增器。例如，如果第一和第二檢測(cè)器都檢測(cè)到一個(gè)近似為240Vac RMS的工作電壓，這將被認(rèn)為是一個(gè)高電壓范圍，且該一個(gè)或多個(gè)開關(guān)將禁能該電壓倍增器。
[0018]該第一檢測(cè)器和第二檢測(cè)器能夠相互獨(dú)立地工作。該第一檢測(cè)器和第二檢測(cè)器可并行地檢測(cè)工作電壓范圍。
[0019]該第一檢測(cè)器和/或第二檢測(cè)器可以硬件(即不采用固件)來實(shí)現(xiàn)。該第一檢測(cè)器和/或第二檢測(cè)器可以硬件和固件的組合來實(shí)現(xiàn)。
[0020]可選地，該第一檢測(cè)器可以硬件實(shí)現(xiàn)，且該第二檢測(cè)器可以硬件和固件的組合實(shí)現(xiàn)。電子硬件和固件的組合因而使能/禁能該電壓倍增器?？衫脙蓚€(gè)獨(dú)立的硬件電路來檢測(cè)交流市電輸入電源電壓。這種兩個(gè)電路的使用在設(shè)計(jì)中提供了冗余，從而提供了“單故障”情況下的安全性。
[0021]通過經(jīng)由兩個(gè)獨(dú)立的檢測(cè)電路來檢測(cè)交流市電電源，該控制模塊可選擇適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換器拓?fù)洹?br> [0022]該控制模塊還可包括至少一個(gè)時(shí)滯控制單元，用于控制第一控制信號(hào)和/或第二控制信號(hào)。這種時(shí)滯控制可防止第一控制信號(hào)和/或第二控制信號(hào)的錯(cuò)誤切換，例如由于信號(hào)噪聲。
[0023]該控制模塊還可包括一解除電路，用于在加電期間禁能該控制模塊。該解除電路可包括一計(jì)時(shí)器，用于在通電后立即禁能該控制模塊一段時(shí)間。例如，該解除電路可禁能該第一檢測(cè)器和/或第二檢測(cè)器。
[0024]用于使能/禁能電壓倍增器的第一開關(guān)可與第一檢測(cè)器關(guān)聯(lián)，以及用于使能/禁能電壓倍增器的第二開關(guān)可與第二檢測(cè)器關(guān)聯(lián)。
[0025]該電壓倍增器可以為一電壓雙倍器。
[0026]輸入可適于連接到一交流市電電源。該交流市電電源可提供90_140Vac RMS的電源(這里被稱為低電壓范圍)或180-264Vac RMS的電源(這里被稱為高電壓范圍)。
[0027]本發(fā)明還涉及一種電壓轉(zhuǎn)換器，其包括一如本文中描述的控制模塊和一電壓倍增器。該電壓轉(zhuǎn)換器可包括第一轉(zhuǎn)換器和第二轉(zhuǎn)換器。第一轉(zhuǎn)換器可包括一具有直流鏈路電容的單相4脈沖橋式整流器。第二轉(zhuǎn)換器可包括一具有一電壓雙倍器布置和一分裂直流鏈路電容的單相雙脈沖橋式整流器。
[0028]該控制模塊可在初始加電期間自動(dòng)檢測(cè)交流市電輸入電源。這種檢測(cè)可基于由所述第一和第二檢測(cè)器產(chǎn)生的第一和第二控制信號(hào)來提供一種組合決策。這種組合決策可決定選擇哪一種拓?fù)?，例如，禁能或使能電壓雙倍器布置。
[0029]本文中所描述的控制模塊或電壓轉(zhuǎn)換器可被合并入一泵單元中。該泵單元可包括一泵控制器，一電動(dòng)機(jī)控制器和一泵電動(dòng)機(jī)。倍增器拓?fù)涞氖褂檬沟迷摽刂颇K能夠被優(yōu)化用于一特定的泵浦應(yīng)用中。
[0030]從另一方面審視，本發(fā)明涉及一種控制一電壓轉(zhuǎn)換器的方法，該方法包括如下步驟:
(a)接收具有一工作電壓范圍的一交流電源；
(b)使用第一檢測(cè)器檢測(cè)該交流電源的工作電壓范圍以及生成第一控制信號(hào)以識(shí)別該檢得工作電壓范圍；
(C)使用第二檢測(cè)器檢測(cè)該交流電源的工作電壓范圍以及生成第二控制信號(hào)以識(shí)別該檢得工作電壓范圍；以及，
(d)使能和/或禁能一電壓倍增器以響應(yīng)所述第一和第二控制信號(hào)。
[0031]僅在第一和第二控制信號(hào)都識(shí)別出同樣的檢得工作電壓范圍時(shí)，該電壓倍增器可被使能和/或禁能。例如，如果第一和第二檢測(cè)器都確定該交流電源具有低工作電壓范圍，則該電壓倍增器將被使能。相反地，如果第一和第二檢測(cè)器都確定該交流電源具有高工作電壓范圍，則該電壓倍增器將被禁能。
[0032]從另一方面審視，本發(fā)明涉及一種電壓倍增器控制電路，包括:
一電壓電平檢測(cè)器，用于檢測(cè)一交流電源的工作電壓范圍；
一信號(hào)發(fā)生器，用于生成一控制信號(hào)以識(shí)別該檢得工作電壓范圍；
一開關(guān)，用于使能和/或禁能一電壓倍增器以響應(yīng)所述控制信號(hào)。
[0033]該電壓倍增器控制電路可包括一時(shí)滯電路，用于控制該控制信號(hào)。
[0034]該電壓倍增器控制電路還可包括一解除電路，用于在加電期間禁能該控制模塊。該解除電路可包括一定時(shí)器。該解除電路可禁能該電壓電平檢測(cè)器一段時(shí)間。
[0035]該時(shí)滯電路可為一硬件電路。
[0036]該解除電路可為一硬件電路。
[0037]該電壓倍增器控制電路可以硬件實(shí)現(xiàn)。
[0038]該電壓倍增器控制電路可提供一適用于真空泵系統(tǒng)中的通用電壓?jiǎn)蜗嗫刂破?。至少在一?yōu)選配置中，該電壓倍增器控制電路可自動(dòng)地在一低壓?jiǎn)蜗噍斎腚娫春鸵桓邏簡(jiǎn)蜗嚯娫粗g切換。該一個(gè)或多個(gè)開關(guān)根據(jù)交流輸入電源電壓使能或禁能該電壓倍增器拓?fù)?。該電壓倍增器控制電路可不需用戶重新配置而可操作?br> [0039]該電壓倍增器控制電路可形成一前端功率鏈轉(zhuǎn)換器(交流到直流功率轉(zhuǎn)換器)的部分，該前端功率鏈轉(zhuǎn)換器能夠以一大的單相輸入電源范圍工作。
[0040]在第一控制信號(hào)識(shí)別出一高電壓范圍或一低電壓范圍時(shí)，該開關(guān)可配置為使能和/或禁能該電壓倍增器。例如，如果檢測(cè)器檢測(cè)到一個(gè)近似為120Vac RMS的工作電壓，這將被認(rèn)為是一個(gè)低電壓范圍，并且該開關(guān)將使能該電壓倍增器。
[0041]該電壓倍增器控制電路可包括一峰值檢測(cè)器，用于檢測(cè)交流電源的峰值電壓。該峰值檢測(cè)器可輸出一信號(hào)以識(shí)別檢出至該電壓電平檢測(cè)器的峰值電壓。該電壓雙倍器控制電路可包括一反饋緩沖器，用于保護(hù)自該峰值檢測(cè)器輸出的信號(hào)。
[0042]該交流電源可為一交流市電電源。
[0043]本發(fā)明還涉及一種控制模塊，其包括如本文中描述的多個(gè)電壓倍增器控制電路。這些電壓倍增器控制電路可并行操作以檢測(cè)交流電源的工作電壓范圍。
[0044]來自電壓倍增器控制電路的控制信號(hào)可被輸入至一邏輯控制電路。
[0045]從再一方面審視，本發(fā)明涉及一種控制一電壓倍增器的方法，該方法包括如下步驟:
(a)接收具有一工作電壓范圍的一交流電源；
(b)使用一檢測(cè)器檢測(cè)該交流電源的工作電壓范圍以及生成一控制信號(hào)以識(shí)別該檢得工作電壓范圍；以及，
(C)使能和/或禁能一電壓倍增器以響應(yīng)所述控制信號(hào)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]參考附圖，現(xiàn)在將僅通過實(shí)例描述本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，其中，
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一種包含一交流至直流功率鏈轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)的一模塊圖；
圖2示出該交流至直流功率鏈轉(zhuǎn)換器的一模塊圖；
圖3示出用于該交流至直流功率鏈轉(zhuǎn)換器的控制模塊的一模塊圖；
圖4示出第一和第二交流檢測(cè)電路的一電路圖；
圖5示出一硬件實(shí)現(xiàn)的電壓檢測(cè)器模塊的一示意圖；
圖6示出用于該交流至直流功率鏈轉(zhuǎn)換器的電壓雙倍器的一示意圖；以及，
圖7示出用于該交流至直流功率鏈轉(zhuǎn)換器的一改進(jìn)控制模塊的一模塊圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047]圖1示出按照本發(fā)明、包含一交流至直流功率鏈轉(zhuǎn)換器3的泵控制器I的示意性總覽。本發(fā)明將參考泵控制器I進(jìn)行描述，但應(yīng)理解，本發(fā)明可在其他應(yīng)用中實(shí)施。在本實(shí)施例中，泵控制器I配置為控制泵(未示出)，該泵包括具有一徑向空氣隙的一傳統(tǒng)三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
[0048]該交流至直流功率鏈轉(zhuǎn)換器3是耦合于一單相交流市電電壓源5的前端功率轉(zhuǎn)換器，該單相交流市電電壓源5具有如下電源情況中的任一種:(a) 100-127Vac RMS,+/-10%，45-65HZ ;或(b) 200-240Vac RMS, +/-10%，45-65HZ。該交流至直流功率鏈轉(zhuǎn)換器3檢測(cè)該交流市電電壓源5的電源電壓，以及，基于電源電壓的檢得范圍，自動(dòng)控制交流至直流轉(zhuǎn)換以提供一在254Vdc至396Vdc范圍之內(nèi)的直流鏈路電壓。直流鏈路電壓源7提供該直流鏈路電壓，其為泵控制器I中的、用于提供泵系統(tǒng)和(泵)電動(dòng)機(jī)控制功能性的主電壓源。鏈路電壓源7連接至一客戶界面子系統(tǒng)9和一電動(dòng)機(jī)控制子系統(tǒng)11?？蛻艚缑孀酉到y(tǒng)9包括一直流至直流回掃轉(zhuǎn)換器以在泵控制器I中提供實(shí)時(shí)的和PELV (保護(hù)性超低壓)的控制電壓。
[0049]交流至直流功率鏈轉(zhuǎn)換器3包括一控制模塊13，其用于自動(dòng)檢測(cè)交流市電電源以及基于交流市電電源的檢得范圍使能一適當(dāng)?shù)慕涣髦林绷鬓D(zhuǎn)換器15，17。在本實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)了一組合的電壓雙倍器和雙脈沖橋式整流器，其有效地在各自的拓?fù)渲g切換。如果檢得交流電源電壓在180-264Vac RMS范圍之內(nèi)(在這里被稱為高電壓范圍)，則控制模塊13選擇性地接入第一交流至直流轉(zhuǎn)換器15，其中電壓雙倍器被禁能；或者，如果檢得交流電源電壓在90-140Vac RMS范圍之內(nèi)(在這里被稱為低電壓范圍)，則控制模塊13選擇性地接入第二交流至直流轉(zhuǎn)換器17，其中電壓雙倍器被使能。第一交流至直流轉(zhuǎn)換器15包括一具有直流鏈路電容的單相雙脈沖橋式整流器；而第二交流至直流轉(zhuǎn)換器17包括一具有一電壓雙倍器布置和分裂直流鏈路電容的單相雙脈沖橋式整流器。這種設(shè)計(jì)產(chǎn)生了范圍在250Vdc-395Vdc的一直流鏈路電壓，該電壓范圍適用于具有180V交流RMS，650W，60HZ以及在3.0A RMS—4.2A峰值區(qū)提供一工作電流的三相電機(jī)。
[0050]根據(jù)本實(shí)施例的交流至直流功率鏈轉(zhuǎn)換器3提供了下述功能性:
?自動(dòng)控制/拓?fù)淝袚Q一減少或避免用戶干預(yù)的必要。
[0051].安全一如果是單故障模式的情況，泵控制器I應(yīng)將直流鏈路電壓維持至一處于產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格中的安全電平。
[0052].安全及受控啟動(dòng)一當(dāng)交流輸入電源被首先施加到泵系統(tǒng)，電壓雙倍器拓?fù)鋺?yīng)被禁能。這種拓?fù)鋺?yīng)僅在低交流輸入電源(90V-150V RMS 50/60HZ)的情況下在一受控時(shí)延后被激活。雙脈沖橋式整流器可以是默認(rèn)拓?fù)洹?br> [0053].可靠的操作一一旦泵控制器決定了激活電壓雙倍器或雙脈沖橋，則控制決定應(yīng)保持鎖存。該鎖存狀態(tài)僅在移除電源或過電壓故障發(fā)生時(shí)被無效。
[0054]在本申請(qǐng)中，電動(dòng)機(jī)控制子系統(tǒng)11包括一用于運(yùn)行三相交流感應(yīng)泵的直流至交流功率逆變器12 (如圖5所示)?？刹捎靡华?dú)立逆變器，但根據(jù)本實(shí)施例的泵控制器I在單個(gè)控制模塊中提供了泵控制和逆變器功能性。逆變器12提供如下功能:
?穩(wěn)定的電動(dòng)機(jī)速度控制一基本的逆變器輸出頻率獨(dú)立于交流輸入電源頻率并能在50和60HZ交流輸入電源下提供穩(wěn)定的泵浦性能。
[0055].受控啟動(dòng)電流一逆變器可將電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流限定在安全和可控的電平，因此減少過設(shè)計(jì)輸入熔斷以應(yīng)付過大啟動(dòng)電流(例如，最高至額定電流的8倍)的必要性。
[0056 ].智能控制一將逆變器技術(shù)嵌入至泵控制器I中可提供靈活的速度控制，例如，用于節(jié)能應(yīng)用中的減速。
[0057]如圖2所示，控制模塊13包括第一交流市電檢測(cè)電路19，第二交流市電檢測(cè)電路21，一微控制器23和用于選擇性地接入第一和第二交流至直流轉(zhuǎn)換器15、17的一開關(guān)控制模塊25。具體地，微控制器23為一首要功能為電動(dòng)機(jī)控制的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。電壓雙倍器的主動(dòng)控制是DSP中的一外圍功能。圖3中示出第一和第二交流檢測(cè)電路19、21的示意圖，并且電路圖在圖4中示出?，F(xiàn)在將更詳細(xì)描述第一和第二交流檢測(cè)電路19、21。
[0058]第一交流檢測(cè)電路19完全以硬件實(shí)現(xiàn)并包括一交流市電電壓硬件反饋模塊27和一硬件電壓雙倍器控制模塊29。硬件反饋模塊27包括第一差分放大器31,—峰值檢測(cè)電路33和一反饋緩沖器35。如圖4所示，提供一基準(zhǔn)電壓模塊36以生成交流基準(zhǔn)信號(hào)(AC_MAINS_REF)。第一差分放大器31執(zhí)行縮放，以將輸入交流市電電壓表現(xiàn)為一范圍為OV到+15V的信號(hào)。峰值檢測(cè)電路33輸出一直流電壓,其等于來自第一差分放大器31的交流電壓信號(hào)的峰值。反饋緩沖器35保持來自峰值檢測(cè)電路33的輸出信號(hào)以用于由硬件電壓雙倍器控制模塊29執(zhí)行的后續(xù)檢測(cè)。
[0059]硬件電壓雙倍器控制模塊29從第一差分放大器31提取模擬輸出信號(hào)并對(duì)衰減信號(hào)執(zhí)行“峰值檢測(cè)”。這提供了一表示交流輸入電壓峰值的離散值。峰值檢測(cè)電路被強(qiáng)濾波以處理電源干擾和電壓浪涌。在峰值檢測(cè)階段之后，衰減離散值還被反饋緩沖器35所緩存。反饋緩沖器35為位于下游的電路提供一低阻抗輸出源(MAINS_PEAK_FBK)。因此，輸出信號(hào)(MAINS_PEAK_FBK)不會(huì)被下游電路負(fù)載影響。
[0060]硬件電壓雙倍器控制模塊29包括一電壓電平檢測(cè)及時(shí)滯模塊37，一硬件使能/禁能開關(guān)39和一解除模塊41。現(xiàn)在將參考圖5示出的電路圖描述硬件電壓雙倍器控制模塊29。
[0061]電壓電平檢測(cè)及時(shí)滯模塊37包括一電平檢測(cè)電路43和一時(shí)滯電路45。電平檢測(cè)電路43將來自硬件反饋模塊27中反饋緩沖器35的信號(hào)與一預(yù)定參考作比較以確定交流市電電源是處于一高范圍內(nèi)(例如180-264Vac RMS)還是處于一低范圍內(nèi)(例如90_140VacRMS)。電平檢測(cè)電路利用一 TL431電壓基準(zhǔn)43a。時(shí)滯電路45加強(qiáng)電平檢測(cè)電路43的輸出以阻止因交流市電電源電壓上的小波動(dòng)而產(chǎn)生的切換。硬件使能/禁能開關(guān)39包括一電平檢測(cè)開關(guān)電路47以及輸出第一控制信號(hào)SI以識(shí)別第一檢測(cè)器19已檢出一高范圍還是一低范圍的市電電壓源。第一控制信號(hào)SI可由達(dá)林頓開關(guān)49放大以激勵(lì)一控制繼電器51。
[0062]解除模塊41包括一被動(dòng)計(jì)時(shí)器電路53，該被動(dòng)計(jì)時(shí)器電路53阻止硬件電壓雙倍器控制模塊29工作，直到在初始加電后一段時(shí)間過去。具體地，僅在計(jì)時(shí)器電路53中的電容已被充電時(shí)，硬件電壓雙倍器控制模塊29才可工作。計(jì)時(shí)器電路53充當(dāng)一被動(dòng)計(jì)時(shí)器以阻止第一控制信號(hào)SI在初始通電后被立即從硬件電壓雙倍器控制模塊29輸出。這種強(qiáng)制延時(shí)允許市電電源電壓在第一控制信號(hào)SI輸出前穩(wěn)定。
[0063]時(shí)滯電路45有助于阻止第一控制信號(hào)SI中錯(cuò)誤的變化，例如因市電電源電壓的擾動(dòng)而引起。具體地，時(shí)滯電路45減少改變第一控制信號(hào)SI所必需的閾值信號(hào)變化。如果電平檢測(cè)電路47確定市電電源處于高范圍，時(shí)滯電路45將確保第一控制信號(hào)SI沒有隨后變化，除非檢得的峰值電壓中的變化超出減少的閾值水平(例如100V )。時(shí)滯電路45因此保護(hù)第一控制信號(hào)SI，防止其因市電電源電壓的波動(dòng)而變化。
[0064]第二交流市電檢測(cè)電路21使用硬件和固件的組合實(shí)現(xiàn)。更具體地，將硬件反饋模塊27和硬件電壓雙倍器控制模塊29的功能組合并實(shí)現(xiàn)于被提供在一數(shù)字信號(hào)處理器(未示出)上的固件中。
[0065]如圖3所示，第二交流市電檢測(cè)電路21包括第二差分放大器55 ;以固件實(shí)現(xiàn)的一組合的交流市電電壓反饋及電壓雙倍器控制模塊57;以及一固件實(shí)現(xiàn)的使能/禁能開關(guān)59。
[0066]組合的反饋及電壓雙倍器控制模塊57包括一模數(shù)(ADC)外圍設(shè)備61，一固件實(shí)現(xiàn)的峰值檢測(cè)器63和一固件實(shí)現(xiàn)的電壓電平檢測(cè)器及鎖存模塊65。
[0067]第二差分放大器55執(zhí)行與第一差分放大器31同樣的功能,并且模擬輸出(MAINS_ADC)被ADC外圍設(shè)備61轉(zhuǎn)換成一數(shù)字信號(hào)。固件實(shí)現(xiàn)的峰值檢測(cè)器63確定所轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)的峰值。固件電壓電平檢測(cè)器確定該峰值是表示一具有高電壓范圍(即180-264VacRMS)的交流市電電源，還是表示一具有低電壓范圍(即90-140Vac RMS)的交流市電電源。此外，固件采用數(shù)字濾波對(duì)ADC值(MAINS_ADC)執(zhí)行峰值檢測(cè)。量得的峰值隨后與一電壓范圍作比較以確定應(yīng)執(zhí)行哪個(gè)AC至DC轉(zhuǎn)換器。第二控制信號(hào)S2從固件使能/禁能開關(guān)59輸出以識(shí)別第二檢測(cè)器21已檢出市電電壓源的一高范圍還是一低范圍。
[0068]第一和第二控制信號(hào)S1、S2被提供給開關(guān)控制模塊25。開關(guān)控制模塊25包括一控制電路67和一電壓雙倍器控制繼電器69，該電壓雙倍器控制繼電器69用于選擇第一 AC至DC轉(zhuǎn)換器15或是第二 AC至DC轉(zhuǎn)換器17。第一和第二控制信號(hào)S1、S2可為一模擬或數(shù)字信號(hào)。在優(yōu)選實(shí)施例中，S1、S2為數(shù)字信號(hào)。[0069]控制電路67包括一邏輯與電路，該與電路使能電壓雙倍器繼電器69以僅在第一和第二控制信號(hào)S1、S2都指示交流市電電源以一低范圍(例如90-140Vac RMS)工作時(shí)選擇第二 AC至DC轉(zhuǎn)換器17。這樣，僅在第一和第二交流市電檢測(cè)電路19，21都確定了交流市電電源以一低范圍工作時(shí)，電壓雙倍器電路73才被使能。如果第一和第二交流市電檢測(cè)電路19，21都沒有(或僅它們中的任何一個(gè))確定交流市電電源以低范圍工作，則電壓雙倍器電路73不被使能。
[0070]作為一種失效保護(hù)，電壓雙倍器控制繼電器69的默認(rèn)位置用于選擇第一 AC至DC轉(zhuǎn)換器15，該轉(zhuǎn)換器繞開電壓雙倍器電路73(即，電壓雙倍器電路73被禁能)，如圖5所示。在第一交流市電檢測(cè)電路19或第二交流市電檢測(cè)電路21失效的情況下，電壓雙倍器電路73將不會(huì)被使能。
[0071]與第二差分放大器55關(guān)聯(lián)的固件在進(jìn)行任何控制動(dòng)作之前執(zhí)行時(shí)延。兩種已實(shí)現(xiàn)的時(shí)延如下:
?通電重啟時(shí)延:在處理器復(fù)位成功完成后，其在讀ADC外圍設(shè)備前還等待I秒。這給了 ADC和基準(zhǔn)電壓足夠的時(shí)間來穩(wěn)定。
[0072].電壓-雙倍延時(shí):固件對(duì)一另外預(yù)定義的時(shí)間段內(nèi)(例如I秒)的(MAINS_ADC)信號(hào)進(jìn)行采樣，以確定輸入電源的峰值。以8KHZ的頻率對(duì)該信號(hào)進(jìn)行采樣，這相當(dāng)于對(duì)市電的一個(gè)周期在50HZ下進(jìn)行160次采樣；以及對(duì)市電的一個(gè)周期在60HZ下進(jìn)行133次采樣。在整個(gè)預(yù)定義時(shí)間段內(nèi)對(duì)峰值進(jìn)行濾波。
[0073]一旦固件確定了交流市電電源的狀態(tài)，該決定將被鎖存。微控制器隨后使能或繼續(xù)禁能電壓雙倍器控制開關(guān)的一半。固件控制程序僅在固件內(nèi)的啟動(dòng)程序期間被啟動(dòng)。在過電壓跳閘的情況下，固件關(guān)掉其電壓雙倍器控制開關(guān)中的一半；該動(dòng)作禁能電壓雙倍器拓?fù)?。這種故障情況僅通過向該泵系統(tǒng)循環(huán)功率或執(zhí)行一處理器復(fù)位而被復(fù)位。
[0074]以硬件實(shí)現(xiàn)的第一交流檢測(cè)電路19僅提供類似功能性，如同上面就第二交流檢測(cè)電路21所描述的那樣。[0075]盡管第一和第二 AC至DC轉(zhuǎn)換器15，17已被描述為離散部件，但一單相二極管橋式整流器71是第一和第二 AC至DC轉(zhuǎn)換器15，17所共用的，如圖6所示。
[0076]現(xiàn)在將描述按照本發(fā)明的泵控制器I的運(yùn)行。
[0077]緊隨泵控制器I初始通電之后，第一交流市電檢測(cè)電路19被解除模塊41禁能一段時(shí)間，通常500ms，以允許電源電壓穩(wěn)定下來。該時(shí)間延時(shí)阻止第一交流檢測(cè)電路19錯(cuò)誤地確定交流市電電源在加電情況下在一低電壓范圍內(nèi)工作(例如120Vac RMS)。因控制電路67包括一邏輯與電路，電壓雙倍器控制繼電器69在這一初始周期期間不能接收所需的第一和第二控制信號(hào)SI，S2，因此電壓雙倍器電路73不能被使能。
[0078]在經(jīng)過這一初始周期后，第一和第二交流市電檢測(cè)電路19，21都可工作。第一和第二交流市電檢測(cè)電路19，21在相同時(shí)間獨(dú)立地工作，以確定交流市電電源的電壓范圍。第一和第二交流市電檢測(cè)電路19，21各自確定交流市電電源電壓是在一高范圍(SP180-264Vac RMS)內(nèi)還是在一低范圍(即90_140Vac RMS)內(nèi)，并輸出各自的第一和第二控制信號(hào)SI，S2。
[0079]—旦第一控制信號(hào)SI已被確定，時(shí)滯電路45阻止因峰值市電電源電壓的小波動(dòng)，例如因信號(hào)噪聲，而引起的錯(cuò)誤觸發(fā)。時(shí)滯電路45減少改變第一控制信號(hào)SI所必需的閾值信號(hào)變化。僅在作出一個(gè)禁能電壓雙倍器的決定之后，減少該閾值。例如，如果電平檢測(cè)電路47確定交流市電電源處于一高范圍內(nèi)，則需要檢得交流市電電源電壓的大幅降低(例如100V)來撤消第一控制信號(hào)SI。相反地，如果電平檢測(cè)電路47確定交流市電電源處于一低范圍內(nèi)，則需要檢得交流市電電源電壓的大幅升高(例如100V)來撤消第一控制信號(hào)SI。時(shí)滯電路45因此阻止第一控制信號(hào)SI響應(yīng)檢得交流市電電源信號(hào)中的小變化而在狀態(tài)之間進(jìn)行切換。
[0080]第一和第二控制信號(hào)S1，S2被輸入至開關(guān)控制模塊25中的邏輯與電路67。如果第一和第二控制信號(hào)SI, S2都指不交流市電電源電壓位于一低范圍,則開關(guān)控制模塊25使能電壓雙倍器控制繼電器69以接入電壓雙倍器電路73。二極管橋式功率模塊71將交流市電電源轉(zhuǎn)換成直流電源，而電壓雙倍器電路73將在直流鏈路電壓源7處提供的電壓進(jìn)行加倍。一 120Vac RMS的交流市電電源電壓將被轉(zhuǎn)換為在直流鏈路電壓源7處的、一大約為340Vdc的直流電壓。
[0081]如果第一和第二控制信號(hào)SI，S2都沒有(或者第一和第二控制信號(hào)SI，S2中的僅一個(gè))指示交流市電電源電壓處于一低范圍內(nèi)，開關(guān)控制模塊25不使能電壓雙倍器控制繼電器69。相應(yīng)地，電壓雙倍器電路73不會(huì)被使能。二極管橋式功率模塊71將交流市電電源轉(zhuǎn)換為在直流鏈路電壓源7處提供的一直流電壓。一 240Vac RMS的交流市電電源電壓將被轉(zhuǎn)換為在直流鏈路電壓源7處的、一大約為340Vdc的直流電壓。
[0082]功率逆變器12將在直流鏈路電壓源7處提供的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流以向用于泵的感應(yīng)電機(jī)供電。無論其為一感應(yīng)電機(jī)，還是一永磁電機(jī)，或一無刷直流電機(jī)，均可使用同樣的信號(hào)。
[0083]因提供給直流鏈路電壓源7的電壓處于254Vdc至396Vdc的范圍內(nèi)，可選擇泵單元中的組件以在這一特定范圍下工作。
[0084]第一和第二交流市電檢測(cè)電路19，21的提供為泵控制器I提供一種失效保護(hù)。泵控制器I提供兩個(gè)獨(dú)立的檢測(cè)和控制電路以選擇適當(dāng)?shù)腁C至DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)洌贿@種復(fù)制，通過冗余，在發(fā)生單失效模式情況下采用控制電路中的一個(gè)來提供安全性。而且，獨(dú)立控制電路19，21均可被配置為使AC至DC功率轉(zhuǎn)換器3默認(rèn)為雙脈沖橋式整流器拓?fù)?，以確保泵控制器I的安全加電。一旦兩個(gè)獨(dú)立控制電路19，21檢測(cè)到并確定交流輸入電源的狀態(tài)，控制電路19，21均能配置為鎖存AC至DC功率轉(zhuǎn)換器3的狀態(tài)。這種鎖存的狀態(tài)僅在直流鏈路過電壓跳閘發(fā)生時(shí)或者在系統(tǒng)掉電發(fā)生時(shí)才被改變。
[0085]在交流市電檢測(cè)電路19，21中任一個(gè)失效時(shí)(即單失效模式)，泵控制器將不使能電壓雙倍器電路73。因此，將避免對(duì)客戶界面模塊9和電動(dòng)機(jī)控制模塊11的損傷。應(yīng)理解，在所述交流市電檢測(cè)電路19，21中的一個(gè)失效時(shí)，可向用戶提供警報(bào)。
[0086]控制模塊13的一種改進(jìn)版本在圖7中示出。為簡(jiǎn)便起見，類似的標(biāo)號(hào)數(shù)字將用于類似的組件。
[0087]在該改進(jìn)布置中，電壓雙倍器控制電路25被包含在第一和第二市電電壓檢測(cè)器19,21中。具體地，第一市電電壓檢測(cè)器19包括第一電壓雙倍器控制繼電器75，以及第二市電電壓檢測(cè)器21包括第二電壓雙倍器控制繼電器77。第一、第二電壓雙倍器控制繼電器75，77禁能/使能電壓雙倍器電路73?？刂颇K13的改進(jìn)版的工作并未改變。具體地，僅在第一和第二市電電壓檢測(cè)器19，21都確定交流市電電源電壓處于低范圍(例如120V)時(shí)，電壓雙倍器電路73才被使能。
[0088]應(yīng)理解，在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，可作出各種不同的變化和改進(jìn)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電壓轉(zhuǎn)換器的控制模塊，所述控制模塊包括: 一輸入，用于連接至具有一工作電壓范圍的一交流電源； 第一檢測(cè)器，用于檢測(cè)所述交流電源的工作電壓范圍并生成第一控制信號(hào)以識(shí)別檢得工作電壓范圍； 第二檢測(cè)器，用于檢測(cè)所述交流電源的工作電壓范圍并生成第二控制信號(hào)以識(shí)別檢得工作電壓范圍；以及， 一個(gè)或多個(gè)開關(guān)，用于響應(yīng)所述第一和第二控制信號(hào)而選擇性地使能和/或禁能一電壓倍增器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制模塊，其中所述一個(gè)或多個(gè)開關(guān)配置為僅在所述第一和第二控制信號(hào)都識(shí)別出同樣的檢得工作電壓范圍時(shí)使能和/或禁能所述電壓倍增器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制模塊，其中所述一個(gè)或多個(gè)開關(guān)配置為在所述第一控制信號(hào)和所述第二控制信號(hào)都識(shí)別出一低的檢得工作電壓范圍時(shí)使能所述電壓倍增器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3任一項(xiàng)所述的控制模塊，其中在所述第一控制信號(hào)和所述第二控制信號(hào)都指示所述交流電源電壓處于一高的范圍時(shí)，所述電壓倍增器被禁能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的控制模塊，其中所述第一檢測(cè)器和所述第二檢測(cè)器可彼此獨(dú)立地工作；并且所述第一檢測(cè)器和所述第二檢測(cè)器可選地可同時(shí)檢測(cè)所述工作電壓范圍。
6.如上述任一在先權(quán)利要求所述的控制模塊，其中所述第一檢測(cè)器以硬件實(shí)現(xiàn)；而所述第二檢測(cè)器以硬件和固件的組合實(shí)現(xiàn)。
7.如上述任一在先權(quán)·利要求所述的控制模塊，還包括第一鎖存器，用于鎖存所述第一控制信號(hào)；和/或第二鎖存器，用于鎖存所述第二控制信號(hào)。
8.如上述任一在先權(quán)利要求所述的控制模塊，還包括一時(shí)滯控件，用于控制所述第一控制信號(hào)和/或所述第二控制信號(hào)。
9.如上述任一在先權(quán)利要求所述的控制模塊，還包括一解除電路，用于在加電期間禁能所述控制模塊。
10.如上述任一在先權(quán)利要求所述的控制模塊，其中第一開關(guān)與所述第一檢測(cè)器關(guān)聯(lián)并且第二開關(guān)與所述第二檢測(cè)器關(guān)聯(lián)。
11.如上述任一在先權(quán)利要求所述的控制模塊，其中所述電壓倍增器為電壓雙倍器。
12.如上述任一在先權(quán)利要求所述的控制模塊，其中所述輸入適于連接至一交流市電電源。
13.—種電壓轉(zhuǎn)換器，包括如上述任一在先權(quán)利要求所述的控制模塊以及一電壓倍增器。
14.一種控制電壓轉(zhuǎn)換器的方法，所述方法包括如下步驟: (a)接收具有一工作電壓范圍的一交流電源； (b)使用第一檢測(cè)器檢測(cè)所述交流電源的所述工作電壓范圍并生成第一控制信號(hào)以識(shí)別檢得工作電壓范圍； (C)使用第二檢測(cè)器檢測(cè)所述交流電源的所述工作電壓范圍并生成第二控制信號(hào)以識(shí)別檢得工作電壓范圍；以及， (d)響應(yīng)所述第一和第二控制信號(hào)而使能和/或禁能一電壓倍增器。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中僅在所述第一和第二控制信號(hào)都識(shí)別出同樣的檢得工作電壓范圍時(shí)，所述電壓倍增器被使能和/或禁能。
16.如權(quán)利要求14或15所述的方法，其中在所述第一控制信號(hào)和所述第二控制信號(hào)都指示所述交流電源電壓處于一低的范圍時(shí)，所述電壓倍增器被使能。
17.—種電壓倍增器控制電路，包括: 一電壓電平檢測(cè)器，用于檢測(cè)一交流電源的工作電壓范圍； 一信號(hào)發(fā)生器，用于生成一控制信號(hào)以識(shí)別檢得工作電壓范圍； 一開關(guān)，用于響應(yīng)所述控制信號(hào)而使能和/或禁能一電壓倍增器。
18.如權(quán)利要求17所述的電壓倍增器控制電路，還包括一時(shí)滯電路，用于控制所述控制信號(hào)。
19.如權(quán)利要求17或18所述的電壓倍增器控制電路，還包括一解除電路，用于在加電期間禁能所述控制模塊。
20.如權(quán)利要求17、18或19中任一項(xiàng)所述的電壓倍增器控制電路，其中所述時(shí)滯電路為一硬件電路；和/或所述解除電路為一硬件電路。
21.如權(quán)利要求17至20中任一項(xiàng)所述的電壓倍增器控制電路，其中所述電壓雙倍器控制電路以硬件實(shí)現(xiàn)。
22.如權(quán)利要求17至21中任一項(xiàng)所述的電壓倍增器控制電路，還包括一峰值檢測(cè)器，用于檢測(cè)所述交流電源的峰值電壓并向所述電壓電平檢測(cè)器輸出一信號(hào)。
23.如權(quán)利要求22所述的電壓倍增器控制電路，還包括一反饋緩沖器，用于保護(hù)自所述峰值檢測(cè)器輸出的所述信號(hào)。
24.如權(quán)利要求17至23中任一項(xiàng)所述的電壓倍增器控制電路，其中所述交流電源為一交流市電電源。
25.一種控制模塊，包括多個(gè)如權(quán)利要求17至24中任一項(xiàng)所述的電壓倍增器控制電路，該電壓倍增器控制電路可操作用于并行地檢測(cè)交流電源的工作電壓范圍。
26.如權(quán)利要求25所述的控制模塊，其中來自所述電壓倍增器控制電路的控制信號(hào)被輸入至一邏輯控制電路。
27.—種控制電壓倍增器的方法，所述方法包括如下步驟: (a)接收具有一工作電壓范圍的一交流電源； (b)使用一檢測(cè)器來檢測(cè) 所述交流電源的所述工作電壓范圍并生成一控制信號(hào)以識(shí)別檢得工作電壓范圍；以及， (c)響應(yīng)所述控制信號(hào)而使能和/或禁能一電壓倍增器。
【文檔編號(hào)】G01R19/165GK103718440SQ201280037367
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月5日
【發(fā)明者】R.L.哈爾金 申請(qǐng)人:愛德華茲有限公司