[发明专利]自适应交流电交换机

说明书

背景技术

1.发明领域：一种电力转换，更具体地，一种交流电交换机，其可以适应于来自电网源的可变电压和频率特性，并且产生稳定的功率输出，所述稳定的功率输出可以用于对设计为在输出功率下工作的普通家用电器供电。

2.相关申请：本申请要求于2015年2月18日申请的编号为62/1 17,615的美国临时申请的优先权。本申请还要求于2015年5月27日申请的编号为14/723,108的美国实用申请的优先权。

3.一般背景和现有技术：许多电器，例如洗衣机、烘干机、洗碗机等需要一般稳定的电源，在美国，电源是120VAC、60Hz的电力。这至少部分是由于设备的定时机构取决于用于控制设备的电力的频率。例如，设备将检测电力的频率，并将该频率用作“时钟”信号，将针对其设置各种自动操作的排序和持续时间。因此，如果电力是50Hz等不同的频率，则在60Hz电力下工作的设备将不能正常工作。其他设备功能(例如，驱动电机)也需要60Hz输出。当源电力为60Hz时，制造为在50Hz下工作的设备也是如此。

编号为5,267,134的美国专利中，描述了220VAC、50Hz中的电力转换。但是，该专利没有考虑典型国际电源的可变频率和电压的现实，特别是从不可预测变化的电源接受电力的需要，例如，在220VAC标称特性附近。在这种情况下，电压可以从180VAC变为高达300VAC。因此，消费者应用中的适配器必须能够适应输入电力并产生以最小的正弦波失真和谐波调节电压，并受到浪涌保护的输出电力。

同样已发现，适用于消费者应用的转换器必须保持常规电力能力(大约15安培)，但同时又

要满足除常规方法外的几个经常冲突的要求。例如，适配器必须紧凑，以便能够在物理上适合消费者可用的有限空间。传统的转换器本质上大且笨重，不适合于消费者应用。此外，消费者环境受到水分(湿气)、灰尘、棉绒、衣物等的污染，可能严重降低适配器电子器件的性能，尤其是在紧凑环境中。因此，适配器电子器件必须密封，以防止这些污染物和阻塞物品。这种密封无法使用内部风扇进行冷却，而这是冷却转换器的常规方法。因此，必须设计出能力足够的被动传导冷却。适配器还必须为轻质，优选地，不超过十至十二磅。传统转换器包括沉重的电感器和变压器以及其他部件，导致转换器重量高达50-60磅或以上。在许多环境中，常规转换器必须在高环境温度条件下可靠地工作，从而需要有噪音、稳固的主动冷却系统。

这种方法与消费者适配器的要求不相容，尤其是其中，这种适配器位于封闭或密封环境中，其冷却受被动冷却依赖性的限制。因此，按照设想，新颖的电路和部件选择可将电路效率从约87％提高到93％或以上，从而将发热减少到被动散热方法在保持输出电力的同时足以散热的程度。

因此，需要一种紧凑、轻质且强大的自适应交流电交换机，其可用于消费者环境中，将接受可从电力公用电网获得的不可预测的可变交流电，并且将该电力调节为在稳定、可预测的水平下提供交流电，例如，美国普通家用电器使用的120VAC、60Hz。此外，需要提供一种提供15安培电力的转换器，这是全世界大多数家用电路的通用电流标准。在许多国家中的电力可变性可包括无电可用时的延长的时间段。恢复电源可能会导致电源浪涌，从而损坏任何连接的设备。因此，任何转换器都应该能够在断电后恢复供电时在短时间内接受大浪涌电流，而不会损坏转换器电路，同时还能保护连接的设备免受此电涌的影响。此外，因为电压可以在短时间内从低至180VAC变化到高达280VAC，或者甚至高达300VAC，所以任何转换器的电路应当能够用作电压调节器，以确保电压输出基本维持在约120VAC。

还需要一种合适的转换器，其能够通过密封包含转换器电子器件的壳体在不利的环境中可靠地运行，所述环境可包括灰尘或湿气。这也表示除去了包括内部冷却风扇的所有内部移动部件，并且在不使用主动冷却(例如，在封闭的转换器电路壳体中的风扇)的情况下散热。

在所描述的消费者环境和应用中使用常规电子器件，会出现导致低效率的其他问题。例如，空载功率损耗可导致显著的性能效率低下。具体来说，当交流输入电力为220V时，VDC约为400VDC。但是，用于120VAC输出的适用VDC仅为200VDC。提供400VDC将在电路电感器和电容器上产生高循环电流，这将产生开关损耗和传导损耗。高空载损耗对于家庭应用是严重的能量损耗，因为在大多数时候，负载水平可能非常低。降低能量损耗还将减少产生的热量，因此需要被动，而不是主动散热。