雙向開關模式電源的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于電梯電力系統的開關模式電源的技術領域。
【背景技術】
[0002]開關模式電源(SMPS)設備在傳統上用于在低壓應用中，如計算機系統、消費電子等供電。SMPS的優勢除了其他之外還有小尺寸和良好效率。因此，可以考慮在電梯電力系統中采用SMPS供電。
[0003]傳統上，SMPS用于僅在一個方向上供電。然而，在電梯電力系統中，需要雙向供電。當工作在驅動模式時，電梯曳引機從電梯電源(例如，市電或備用電源)獲取電功率以沿著電梯井道驅動電梯轎廂。另一方面，當工作在發電機模式時，電梯曳引機對電梯轎廂的運行進行制動，并將電功率提供回電梯電源。
[0004]雙向供電的一個解決方案是使用兩個分開的反并聯連接的SMPS在相反方向上供電。然而，這意味著需要更多的SMPS單元，這在某種程度上失去了小尺寸的優勢，還增加了成本和系統復雜性。
[0005]一些雙向SMPS也是已知的。然而，這些使用其中可以容忍濾波電路的較高阻抗的明顯較低的開關頻率。較低的開關頻率具有往往要增大設備尺寸的缺點。

【發明內容】

[0006]考慮到上述，本發明的目的是引入一種用于電梯電力系統的高效、緊湊的雙向開關模式電源(bdSMPS)。該目的使用根據權利要求1的雙向開關模式電源，以及根據權利要求14的方法達到。
[0007]本發明進一步的目的是引入一種用于電梯電力系統的高效、緊湊的備用電源設備。該目的使用根據權利要求9的備用電源設備以及根據權利要求11的電梯電力系統達到。
[0008]從屬權利要求描述了本發明的一些優選實施例。
[0009]本發明的一個方面是一種雙向開關模式電源，包括:輸入端，用于選擇雙向開關模式電源的供電方向；以及開關，具有與輸入端耦接的控制極。該開關適配為基于選擇的供電方向改變雙向開關模式電源的主電路。這可能意味著通過基于供電方向添加組件或從主電路分離組件對主電路拓撲做出部分改變。在優選實施例中，主電路阻抗可以變化為對由高頻開關引起的方向相關的干擾濾波。例如，可以根據工作情況只在主電路的選擇的點降低阻抗，這意味著可以避免使用較大、復雜的濾波電路。另一方面，當需要時，也可以從主電路功率開關分離低阻抗電路。從功率開關分離低阻抗電路意味著在某些工作情況下，可以降低功率開關的浪涌電流(浪涌電流除了其他之外還導致額外的應力，并因此縮短功率開關的壽命；浪涌電流還可能導致電磁干擾)。
[0010]在本公開中，術語“雙向開關模式電源”是指開關模式電源，它被配置為通過其在兩個相反的方向上供電。因此，術語“雙向開關模式電源的主電路”的意思是組成單個雙向開關模式電源內部的功能元件(如，濾波器、逆變器級、變壓器等)的組件和連接，電能經由其在兩個相反的方向上流動。根據一個或多個實施例，雙向開關模式電源具有兩個連接接口，并被配置為在它們之間在兩個相反的方向上供電。
[0011]在一個優選實施例中，開關被配置為只要選擇的供電方向保持相同，就維持主電路不變。
[0012]在一個優選實施例中，雙向開關模式電源是DC/DC轉換器，包括具有第一線圈和第二線圈的變壓器、與第一線圈耦接的第一逆變器級，以及與第二線圈耦接的第二逆變器級。第一和第二逆變器級被配置為通過變壓器在兩個方向上傳輸電能。第一電容器通過第一選擇開關與第一逆變器級并聯連接。第一選擇開關被配置為在選擇的供電方向是從第一線圈到第二線圈時導通，并且在選擇的供電方向是從第二線圈到第一線圈時不導通。
[0013]在一個優選實施例中，DC/DC轉換器包括通過第二選擇開關與第二逆變器級并聯連接的第二電容器。第二選擇開關被配置為在選擇的供電方向是從第二線圈到第一線圈時導通，并且在選擇的供電方向是從第一線圈到第二線圈時不導通。
[0014]在一個優選實施例中，DC/DC轉換器包括第一 DC端以及連接在第一電容器和第一DC端之間的電感器。
[0015]在一個優選實施例中，DC/DC轉換器包括第二 DC端以及連接在第二電容器和第二DC端之間的電感器。
[0016]在一個優選實施例中，第一 DC端是低壓端，第二 DC端是高壓端。
[0017]本發明的另一方面是一種備用電源設備，包括電能存儲單元和根據本公開的雙向開關模式電源。該雙向開關模式電源與該電能存儲單元連接。該雙向開關模式電源進一步具有用于連接到負載電路的端，并且該雙向開關模式電源被配置為當輸入端具有第一狀態時從電能存儲單元提供電能到負載電路，以及當輸入端具有第二狀態時從負載電路提供電能到電能存儲單元。
[0018]在一個優選實施例中，雙向開關模式電源的低壓DC端與電能存儲單元親接，雙向開關模式電源的高壓DC端被配置為與負載電路耦接。
[0019]本發明的又一方面是一種具有用于在電梯裝置中提供電能的供電電路的電梯裝置。電梯電力系統包括根據本公開實現的備用電源設備，其中負載電路是電梯電力系統的供電電路，雙向開關模式電源與電梯電力系統的供電電路連接。
[0020]在一個優選實施例中，電梯電力系統包括用于驅動電梯轎廂的曳引機，以及用于控制曳引機的變頻器。雙向開關模式電源的高壓端與變頻器的DC中間電路耦接。
[0021]在一個優選實施例中，基于曳引機的驅動狀態選擇雙向開關模式電源的供電方向。
[0022]本發明的又一方面是一種使用雙向開關模式電源供電的方法。該方法包括選擇雙向開關模式電源的供電方向，并基于該選擇的供電方向改變雙向開關模式電源的主電路。
[0023]在一個優選實施例中，該方法包括只要選擇的供電方向保持相同，就維持主電路不變。
[0024]如果沒有另外說明，那么可以以任何相互組合的方式使用本文前面描述的實施例。至少兩個實施例中的若干實施例可以組合在一起形成又一實施例。本發明的任何方面可以包括本文前面描述的至少一個實施例。
[0025]在下面對某些實施例的描述的幫助下，可以更好地理解前述
【發明內容】
，以及下面提出的本發明的更多特征和更多優勢，所述描述不限制本發明的申請范圍。
【附圖說明】
[0026]圖1示出了根據本發明的實施例的備用電源設備的電路圖；
[0027]圖2示出了具有圖1的備用電源設備的電梯電力系統的框圖。
【具體實施方式】
[0028]為了便于理解，在圖1和圖2中只示出被認為對理解本發明必須的那些特征。因此，例如，沒有示出在對應的技術領域中廣泛已知存在的某些組件/功能。
[0029]在本說明書中，相同的標號總是用于相同的項目。
[0030]圖1示出了備用電源設備，它可以與電梯電力系統連接。該備用電源設備包括電能存儲單元12，以及雙向開關模式電源(后文中稱為bdSMPS) I。電能存儲單元21可以是例如一組蓄電池、一組超級電容器或兩者的組合。在此實施例中，使用一組鉛酸電池。該組電池與bdSMPS I的DC端8A連接。至少幾個電池串聯連接以達到大約50伏的電壓。50伏的端8A被稱為低壓端。bdSMPS的其他DC端8B可以與高壓DC電路13，如變頻器的DC中間電路連接。DC電路13的電壓可以大約是550伏-650伏，DC端8B被稱為高壓端。
[0031]bdSMPS I是具有正激拓撲的DC/DC轉換器，它被配置為在電能存儲單元12和DC電路13之間在兩個(相反的)方向上提供電能。bdSMPS包括輸入端2，經由該輸入端2接收用于選擇供電方向的串行通信信號(例如，功率是從能量存儲單元12供應到DC電路13，還是反過來)。
[0032]bdSMPS I包括具有低壓線圈5A和高壓線圈5B的變壓器5。變壓器5提供電能存儲單元12和DC電路13之間的電流隔離。固態開關20A形式的第一逆變器級6A與低壓線圈5A連接。通過操作第一逆變器級6A的固態開關20A，電能從低壓端8A傳輸到高壓端SB。在該實施例中，第一逆變器級6A的固態開關20A是金屬-氧化物半導體場效應(MOSFET)晶體管，然而也可以使用其他合適的組件，如碳化硅MOSFET晶體管、IGBT晶體管、雙極晶體管等。
[0033]固態開關20B形式的第二逆變器級6B與變壓器5的高壓線圈5B連接。通過操作第二逆變器級6B的固態開關20B，電能從高壓端8B傳輸到低壓端8A。在該實施例中，第二逆變器級6B的固態開關20B是金屬-氧化物半導體場效應(MOSFET)晶體管，然而也可以使用其他合適的(高壓)組件，如碳化硅MOSFET晶體管、IGBT晶體管、雙極晶體管等。
[0034]MOSFET晶體管20A和20B通過在控制器21中生成門控脈沖進行操作。在一個實施例中，MOSFET晶體管20A的開關頻率是49kHz，MOSFET晶體管20B的開關頻率是25kHz ；然而，在其他的實施例中，可以使用其他的開關頻率。
[0035]由于bdSMPS I傳輸雙向電能，因此第一 6A和第二 6B逆轉器級被配置為通過變壓器5在兩個方向上傳輸電能。第一逆變器級6A被設置具有與MOSFET晶體管20A并聯連接的整流器二極管19A，第二逆變器級6B被設置具有與MOSFET晶體管20B并聯連接的整流器二極管19B。整流器19A、19B的目的是對變壓器5的輸出功率整流。
[0036]DC端8A和8B兩者都與低通LC濾波器耦接以對輸出功率濾波。低壓端8A側輸出濾波器包括電感器9A和電容器10A，高壓端8B側輸出濾波器包括電感器9B和電容器10B。電感器