电功率转换系统

摘要

一种用于将来自HV电源的高电压(HV)转换为低电压的电功率转换系统，其中所述电功率转换系统包括：至少一个功率转换器103和至少一个RC网络105，其包括电串联连接的多个电阻部件和多个电容部件，其中所述至少一个RC网络105与所述至少一个功率转换器103串联连接，并且所述至少一个RC网络105和至少一个功率转换器103被布置为跨接在所述HV电源的线电势上。

权利要求

1.一种用于将来自HV电源的高电压(HV)转换为低电压的电功率转换系统，其中所述电功率转换系统包括：至少一个功率转换器，以及

至少一个RC网络，包括电串联连接的多个电阻部件和多个电容部件，其中所述至少一个RC网络与所述至少一个功率转换器串联连接，其中，所述功率转换器具有用于对由所述RC网络提供的电流进行整流的整流器，并且所述至少一个RC网络和所述至少一个功率转换器被布置成跨接在HV电源的线电势上，其中，功率转换器具有切换DC-DC功率转换器模块，用于根据连接到功率转换器的负载电子设备的需求提供合适的电压供应，其中，所述电功率转换系统还包括电压感测模块，所述电压感测模块适配为测量流经所述RC网络的电流并将所述电流转换为传感器电压值，其中，所述电功率转换系统还包括电压损失校正模块，所述电压损失校正模块适配为基于由所述功率转换器引起的电压损失来校正所述传感器电压值。

2.根据权利要求1所述的电功率转换系统，其中所述功率转换器包括开关模式电源。

3.根据权利要求1所述的电功率转换系统，其中：

电阻部件是表面安装的电阻部件，电容部件是表面安装的电容部件，以及表面安装的电阻部件和表面安装的电容部件安装在一个或多个电子电路板上形成一个或多个电子电路板上的RC网络。

4.根据权利要求3所述的电功率转换系统，其中：

表面安装的电阻部件和表面安装的电容部件安装在形成多个RC网络的多个电子电路板上，在每个电子电路板上具有一个RC网络，以及所述多个电子电路板堆叠并电互连形成堆叠RC网络。

5.根据权利要求4所述的电功率转换系统，其中所述功率转换器安装在另一电子电路板上，并且所述另一电子电路板形成堆叠的所述多个电子电路板的一部分。

6.根据权利要求3所述的电功率转换系统，还包括布置成支撑所述一个或多个电子电路板的一个或多个绝缘电路板插座。

7.根据权利要求6所述的电功率转换系统，包括多个所述绝缘电路板插座，每个被布置为支撑以堆叠配置的多个电互连的电子电路板中的一个。

8.根据权利要求1所述的电功率转换系统，其中所述至少一个RC网络和至少一个功率转换器布置成连接在所述HV电源的线路连接和所述HV电源的接地连接之间。

9.根据权利要求1所述的电功率转换系统，其中所述至少一个RC网络和至少一个功率转换器布置成连接在所述HV电源的第一线路连接和所述HV电源的第二线路连接之间。

说明书

电功率转换系统

技术领域

[0001] 本公开一般涉及电功率转换系统。

背景技术

[0002] 在各种电网中，使用负载电子系统来提供用于那些电网的改进的保护，自动化和通信产品的机会不断增加。因此，有必要提供由负载电子系统使用的合适的电源。

[0003] 在低电压(LV)电源不可用的位置中，或在电子系统优选地在高电压(HV)线电势浮置的应用中，在提供电源时可能存在禁止的成本或空间障碍，该电源从HV线路本身获取其功率。随着负载电子系统的应用的扩展，为负载电子系统提供功率的问题变得更加尖锐。

[0004] 随着负载电子系统的功率需求每年随着新的半导体和通信技术的引入而减少，提供了以低成本从HV电源的线电压提供有限功率的机会。

[0005] 使用HV电网的电压电源必须克服若干问题。

[0006] 一个这样的问题是HV电网需要承受由于施加的高的系统电压导致的高的电应力。因此，这需要适当的绝缘系统，并适当考虑表面跟踪、材料击穿、局部放电等。存在可用于监测电应力的标准生产测试，例如，工频(PF)测试和局部放电测试。

[0007] 此外，这些电网需要承受可能在电网中发生的高过电压脉冲。这些通常由闪电或连接的开关装置引起，并且在电网上可以是100kV或更多。存在可用于监测这种状况的标准设计测试，例如闪电冲击测试等。

[0008] 此外，绝缘失效的后果通常是灾难性的，并且由于涉及的高电压和高能量可能导致爆炸。这可以导致显著的设计努力，用于限制故障的后果。此外，这可能导致过度设计，这可能进一步导致增加的产品成本。

[0009] 克服这些问题因此会导致对于公用设施具有高安装成本的大的、重的和昂贵的解决方案。

[0010] 已知从HV网络上的线路连接导出功率以操作远程设备，例如重合器，其中通过绕组电压互感器(VT)获得功率。这被认为对于以地电势操作的控制器(大约20-50W)的高功率需求是必要的。

[0011] 然而，绕组VT的设计和构造是复杂且昂贵的。此外，降低对绕组VT的功率要求不会成比例地降低成本。例如，200mW VT不是200W VT的成本的千分之一。

[0012] 绕组VT是具有高的安装和购买安装成本的公认的解决方案。此外，对于某些产品，例如由西门子提供的Fusesaver产品，或者实际上以线电势运行的其它设备，要求是，多个VT或具有多个隔离次级绕组的特殊目的设计，以便为处于每相的线电势上的电子设备供电。这因此进一步增加成本。

[0013] 虽然绕组VT可能是需要几瓦特功率的应用的良好解决方案，但是它不被认为是用于需要小于一瓦特功率的应用的良好解决方案。这些可以包括例如诸如在线电势下操作的电容器组开关和重合器的应用，以及故障指示器和线路质量监视器等。

[0014] 先前已经将高压陶瓷电容器用于低功率控制器。根据该方法，HV线通过电容器馈送到具有远低于线电压的初级电压的接地电源变压器(VT)。理论上，低压变压器的成本远低于高压变压器的成本。

[0015] 为此目的，还开发了用于高压电气系统的专用电容器。虽然它们比绕组VT便宜，但它们仍需要工程化的绝缘系统。此外，这些专用电容器可能遭受显著的问题。例如，这些专用电容器可能不能承受所需大小的雷电冲击电压。此外，在脉冲时，它们可以向波前提供低阻抗，并且因此对变压器施加高或非常高的电压浪涌，这意味着变压器设计是复杂的和/或必须并入额外的保护部件。

[0016] 这些基本问题使得这些专用电容器与变压器的结合使用非常有问题，因此不被认为是该问题的可行解决方案。

[0017] 还可以使用与变压器串联的电感器来限制在线电压下的电流。这具有在脉冲期间限制施加到变压器的电压的优点，因为冲击电压在电感器上经受住。然而，电感器的设计和构造几乎与VT的设计一样复杂，其中它们必须解决在绕组电感器上承受全脉冲电压的问题。

[0018] 因此，串联电感器不被认为是该问题的可行解决方案。

[0019] 另一种可能的解决方案是使用与变压器串联的电阻器，因为从耐受高脉冲电压的角度来看更易于设计。然而，在正常线电压下，电阻器功耗通常较高。例如，对于具有1mA电阻器电流的22kV线路，需要13W的耗散，这可导致显著的加热。

[0020] 当执行PF测试时，功率耗散可以进一步增加。例如，在50kV PF测试期间，13W功耗可能变为200W，这可能无法管理。此外，如果需要较高的初级电流(例如2mA)，则这些功率耗散可能再次翻倍。

[0021] 因此，串联电阻器与变压器相结合不被认为是该问题的可行解决方案。

发明内容

[0022] 公开了寻求通过限制在电源频率处汲取的电流以限制在脉冲条件下吸收的电流并承受脉冲电压来解决上述问题的装置。本文所述的装置提供了一种低成本、紧凑的解决方案，其可以内置于设备中，结果是对公用设施的安装成本很少或没有安装成本。

[0023] 根据本公开的第一方面，提供了一种用于将来自HV电源的高电压(HV)转换为低电压的电功率转换系统，其中所述电功率转换系统包括：至少一个功率转换器和至少一个RC网络，所述至少一个RC网络包括电连接成串联的多个电阻部件和多个电容部件，其中所述至少一个RC网络与所述至少一个功率转换器串联连接，并且至少一个RC网络和至少一个功率转换器被布置成跨接在HV电源的线电势上。

[0024] 还公开了本公开的其他方面。

附图说明

[0025] 图1是根据本公开的电功率转换系统的示意图；

[0026] 图2A示出了根据本公开的电子电路板的部件侧视图；

[0027] 图2B示出了根据本公开的电子电路板的底侧视图；

[0028] 图2C示出了根据本公开的电阻器和电容器对的表面安装视图；

[0029] 图3A是根据本公开的电互连电子电路板的堆叠；

[0030] 图3B是根据本公开的壳体中的RC网络堆叠的横截面图；

[0031] 图4是根据本公开的、连接到Fusesaver装置的图2中装置的视图；

[0032] 图5示出了根据本公开的在绝缘杯内的电互连的电子电路板的堆叠；

[0033] 图6示出了根据本公开的功率转换器的示意图；

[0034] 图7示出了根据本公开的电压传感器的示意图。

具体实施方式

[0035] 在任何一个或多个附图中对具有相同附图标记的步骤和/或特征进行引用时，为了本说明书的目的，这些步骤和/或特征具有相同的功能或操作，除非出现相反的意图。

[0036] 应当注意，“背景技术”部分中以及上面涉及现有技术布置的讨论涉及通过其各自的出版物和/或使用形成公共知识的文档或设备的讨论。这些不应被解释为发明人或专利申请人的表示，这样的文献或设备以任何方式形成本领域的公知常识的一部分。

[0037] 将理解，本文所描述的功率转换系统可适用于多种不同类型的应用和产品，例如在低电压下需要低的电功率的任何情况，其中没有预先存在的低电压电源但是有预先存在的HV电源。功率变换系统可以与电容器组开关、故障指示器、智能断路器、重合器等一起使用。它还可以用于诸如HV开关装置的功率开关系统中，其特别适合于从功率变换系统接收功率，如本文所述。合适系统的其它示例包括适合上述情况的远程监控或控制或保护设备。

[0038] 图1是用于将来自于高电压(HV)电源的高电压转换为低电压的电功率转换系统101的示意图。

[0039] 应当理解，术语低电压涉及用于应用的适当电压的电源，因此应用不必解决绝缘和功率转换问题。通常，应用在格外低的电压(通常为3-30VDC)下操作电子系统。然而，其他应用可能需要例如230VAC，这将需要功率转换器的不同设计。功率转换系统的其他元件不需改变，包括如本文所述的RC网络。

[0040] 将理解，术语HV涉及1kV和38kV之间的AC电压。作为替代，HV可以涉及在5kV和38kV之间的AC电压。作为另一替代方案，HV可以涉及在5kV和35kV之间的AC电压。作为另一替代方案，HV可以涉及1kV和35kV之间的AC电压。作为又一替代，将理解，术语HV可以涉及高于35kV的AC电压。作为又一替代方案，HV可以涉及高于38kV的AC电压。

[0041] 这里描述的电功率转换系统具有用于转换来自HV系统的高电压以提供低压电功率供应的功率转换器103，以及与功率转换器串联连接的至少一个RC网络105，以提供电流源。

[0042] RC网络105具有多个(即两个或更多个)电阻部件和多个(即两个或更多个)电容部件，其中电阻部件和电容部件电串联连接。

[0043] 根据图1所示的示例，存在三个电阻部件(电阻器)R1，R2和R3以及三个电容部件(电容器)C1，C2和C3，其中电阻器和电容器以串联且交替地连接。也就是说，没有两个电阻器直接连接在一起，并且没有两个电容器直接连接在一起。这种布置沿着链的长度分布电场，因此使得能够更容易地管理绝缘系统。

[0044] 应当理解，作为替代，两个或更多个电容器可以直接连接在一起，并且两个或更多个电阻器可以直接连接在一起。例如，所有电阻器可以在RC网络的一端处串联连接在一起，并且所有电容器可以在RC网络的另一端处串联连接。

[0045] 此外，根据该示例，R1连接在接地连接和C1之间，C1连接在R1和R2之间，R2连接在C1和C2之间，C2连接在R2和R3之间，R3连接在C2和C3，并且C3连接在R3和功率转换器103之间。功率转换器103连接在HV网络的线路连接和RC网络105之间。

[0046] 根据该示例，还提供电压感测模块107，并且该电压感测模块107连接在HV网络的线路连接和功率转换器103之间。电压感测模块107在下面参考图7更详细地讨论。

[0047] 因此，RC网络105被布置用于在HV电源和功率转换器103之间的连接。该布置可以限制从HV电源汲取的电流，以便生成低压电源，用于将功率提供到功率切换系统。

[0048] RC网络105中的电容器限制电源频率(PF)处的电流并且确保电阻器中的功率耗散为低，并且电阻器不被超过它们的功率和电压额定值地负荷。电阻器在脉冲条件期间限制电流，并且承受脉冲电压，使得电容器和功率转换器不被超过其额定值地负荷。

[0049] RC网络的值被布置为提供功率转换器所需的电流和电压。在该示例中，从电源线汲取的电流在标称电压处被限制为大约1.5mA。尽管可以获得比这大得多的电流，但是相关的部件成本可能增加。

[0050] 功率转换器103具有用于整流电流的整流器109。该整流的电流用于将电容器C1充电到大约300V的电压，该电压由齐纳二极管Z1限制。这种布置提供450mW的可用功率(300V×1.5mA)，并且用于供应切换DC-DC功率转换器模块111，其将300V向下转换为负载电子设备所需的电源。负载电子设备的典型电压供应将为大约6V。

[0051] 或者，如果需要这样做，则可以提供DC-AC切换功率转换器。此外，作为另一替代，可以省略整流器109，并且提供AC-DC或AC-AC功率转换器。应当理解，根据连接到功率转换器103的负载电子设备的要求，可以由功率转换器模块111提供任何其他合适的电压源。

[0052] 从成本和可靠性的观点来看，考虑电功率转换系统的各种部件的物理实现是重要的。

[0053] 例如，在链中形成RC网络的多个电阻器和多个电容器的布置扩展了电应力并且允许设计可预测和受控的电应力绝缘系统。

[0054] 根据该实施例，电阻器和电容器是机械组装在称为晶片的小型印刷电路板(PCB)上的表面安装技术(SMT)部件。以这种方式使用SMT部件降低了成本并且使得预定数量的多个晶片能够相对于彼此布置以便控制电应力。

[0055] 在已经制造晶片以在其上创建SMT电阻器和电容器的布置之后，将晶片组装成堆叠。然后晶片以Z字形方式互连以形成RC网络链。也就是说，第一晶片的左手侧连接到第二晶片的右手侧，其中第一和第二晶片在堆叠中处于不同的水平。堆叠晶片的布置有助于控制电应力并且还有助于降低组装成本。晶片上的RC链的其它布置是可能的，并且用于晶片互连的其它布置也是可能的。

[0056] 根据一种替代方案，SMT电阻和电容部件可以以Z字形布置安装在柔性印刷电路板上，并且印刷电路板可以卷绕成管。这提供了可能更适合于一些应用的不同形状因子。

[0057] 可以调节堆叠中的晶片的数量以适应HV网络的不同的线电压。例如，可以使用单个晶片，或者可以使用包括两个或更多个晶片的晶片的堆叠。因此，标准晶片部件可以用于适应不同HV网络的各种电压和功率要求。

[0058] 图2A示出了电子电路板(晶片)201的部件侧视图。图2B示出了电子电路板的底侧视图。图2C示出了电阻器和电容器对的表面安装视图。

[0059] 根据该实施例，晶片的直径为大约40mm。应当理解，可以使用其它合适直径的晶片作为替代。

[0060] 围绕晶片201的外围形成第一孔203。第一孔从晶片的第一侧穿过到晶片的第二对置侧。晶片的第一侧具有上表面，SMT部件安装在上表面上。

[0061] 直径上相对的第二孔205也形成在晶片201的外围周围。第一导电焊盘207位于晶片201的围绕第二孔205的第一侧上。导电焊盘207用于提供与晶片堆叠中的相邻晶片的适当电连接，如参考图3更详细地解释。

[0062] 第二导电焊盘209位于晶片201的围绕第一孔203的第二侧上，以提供与堆叠中的其它晶片的电连接。

[0063] 根据该实施例，第一和第二孔中的每一个的直径为4.1mm。应当理解，作为替代，可以穿过晶片形成其它合适直径的孔。

[0064] 表面安装的电阻器和电容器的RC网络布置在晶片201的表面上，如由焊盘209和焊盘207之间的线211所指示的。根据该示例，每个晶片上的RC网络链约为132mm长，并且具有多个单独的直线部分(213A，213B，213C和213D)，其连接在一起并从一侧到另一侧地横跨晶片的上表面，以形成具有合适长度的RC网络，并且在每次横跨之间具有受控的电压应力。也就是说，每个部分(213A，213B，213C和213D)由通过电焊盘219连接在一起的多对SMT电阻器215和SMT电容器217组成，如图2C所示。电阻器和电容器彼此分开大约1mm的距离。

[0065] 在RC网络链的末端，镀通孔(PTH)将RC网络电连接到位于晶片背面上的第二导电焊盘209。

[0066] 应当理解，RC网络的不同配置可以布置在晶片的表面上。例如，RC网络可从一侧到另一侧地横跨晶片的上表面，以产生长度大于上表面直径的2,3,4或5倍的RC网络。这将取决于RC网络的每个单独的横向直线部分之间的角度。

[0067] RC网络的每个直线部分之间的选定链角度定义了施加在晶片上的电应力。根据该示例，链角被选择为20度。应当理解，作为替代，链角可以在15度和25度之间。作为另一个替代方案，链角可以在10度和30度之间。作为另外的选择，链角可以大于20度，大于25度，大于30度，大于35度，大于40度或大于45度。

[0068] 因此，如本文所述的电功率转换系统具有电阻部件(其是表面安装的电阻部件)和电容部件(其是表面安装的电容部件)。表面安装的电阻部件和表面安装的电容部件安装在形成RC网络的一个或多个电子电路板(晶片)的单侧上。替选地，电阻元件和电容元件可以安装在晶片的两侧。

[0069] 图3A示出了电互连的电子电路板或晶片(201A，201B，201C，201D)的堆叠301。每个晶片(201A，201B，201C，201D)如上面参照图2A，2B和图2C所述。提供另外的晶片303，其具有位于其上的功率转换器和电压感测模块(如果需要)。

[0070] 单晶片互连器(305A，305B，305C，305D)设置在每个晶片之间以提供晶片之间的电连接。在附加晶片303上，另一晶片互连器305E将附加晶片连接到HV网络的线路连接。因此，附加晶片的PTH将HV网络的线路连接连接到电压感测模块(如果需要)和功率转换系统。功率转换系统(经由功率转换器)到负载电子设备的输出通过另一电连接307提供。电压感测模块到负载电子设备的输出通过第二另外的电连接309提供。

[0071] 晶片堆叠的上晶片201D连接到HV网络的接地连接。

[0072] 因此，如本文所述的电功率转换系统具有安装在形成多个RC网络的多个电子电路板上的表面安装电阻部件和表面安装电容部件。每个电子电路板上有一个RC网络。电子电路板堆叠并电互连形成堆叠RC网络。此外，功率转换器可以安装在另一电子电路板上，其中另一电子电路板形成堆叠的多个电子电路板的一部分。

[0073] 晶片堆叠可以组装成在相对端具有电端子的电绝缘管。电绝缘管具有用于期望的电应用的合适的绝缘特性。电绝缘管的一个这样的示例可以是用于容纳室外避雷器的管的类型。

[0074] 图3B示出壳体403中的RC网络堆叠401的横截面图。图3B示出了如何将堆叠组装在“浪涌避雷器”壳体内。在壳体的底部是用于将低压电源和电压测量信号连接到来自西门子的称为Fusesaver的产品的连接405。

[0075] Fusesaver是一种新型的智能、紧凑和低成本单相断路器，其通过保护侧线(支线或T-off)熔断器免于由于瞬态故障而烧断，从而使损失的客户分钟最小化。借助板载微处理器控制和无线连接，Fusesaver具有可配置的保护、多阶段操作功能、板载事件历史记录，并可集成到SCADA系统中用于远程控制。

[0076] 西门子Fusesaver产品可以通过从HV网络获得的线电流来供电。然而，如果Fusesaver由线电压供电将是有利的。将理解，尽管本文描述的原理涉及Fusesaver产品，但是这些原理可以一般地适用于其他类型的产品和应用。

[0077] 具有经由互连器305互连的晶片的晶片堆叠401位于圆柱形绝缘壳体管407内。硅树脂包覆成型件409被制造和定位成使得其位于壳体管407的外表面周围。

[0078] 第一导电端帽411定位在外壳管407的第一端，并将晶片堆叠的上晶片413连接到HV网络的接地线。也就是说，第一导电端帽411提供位于上晶片413上的RC网络的一端与接地线之间的电连接。

[0079] 第二导电端帽415定位在外壳管407的第二端，并将晶片堆叠的下晶片417连接到Fusesaver主体。也就是说，第二导电端帽415提供位于下晶片417上的功率转换器(具有或不具有电压感测模块)与Fusesaver主体之间的电连接，其中Fusesaver主体与HV网络的线路连接直接连接(参见图4)。

[0080] 图4示出了连接到Fusesaver装置主体的、参考图3B描述的装置。图4示出了以绝缘管中的堆叠RC网络的形式如上构造的电功率转换系统409可以如何安装到西门子Fusesaver产品421上，该产品安装在具有保险丝425的电支线423上。功率转换系统的上端部(即，RC网络)连接到HV网络的地427。电功率转换系统(即功率转换器)的下端连接到Fusesaver主体429，其在连接到HV网络的主线源421时处于线电势。来自开关模式DC-DC电源转换器的电源输出和来自电压感测模块的电压测量信号不可见，因为它们在Fusesaver产品内部连接。

[0081] 应当理解，除了图4所示的之外，许多其他合适的配置是可能的。

[0082] 将理解的是，功率转换系统可以包括一个或多个RC网络和一个或多个功率转换器，其中功率转换器和RC网络跨越HV电源的线电势串联连接。

[0083] 根据第一示例，功率转换系统可以具有串联连接的单个RC网络和单个功率转换器，其中RC网络连接到单相HV网络的接地连接，并且功率转换器被连接到单相HV网络的线路连接。替选地，HV网络可以是多相网络。替选地，HV网络可以是多相网络，其中RC网络连接到接地连接，并且相位转换器连接到线路连接之一。

[0084] 根据第二示例，功率转换系统可以具有串联连接的单个RC网络和单个功率转换器，其中RC网络连接到单相HV网络的线路连接，并且功率转换器连接到单相HV网络的接地连接。替选地，HV网络可以是多相网络，其中RC网络连接到线路连接中的一个，相位转换器连接到接地连接。

[0085] 根据第三示例，功率转换系统可以具有串联连接的单个RC网络和单个功率转换器，其中RC网络连接到多相HV网络的第一线路连接，并且功率转换器连接到多相HV网络的第二线路连接。也就是说，RC网络和相位转换器连接在HV网络的两个不同相之间。

[0086] 根据第四示例，功率转换系统可以具有单个RC网络以及串联连接在RC网络的任一侧的第一和第二功率转换器，其中第一功率转换器连接到多相HV网络的第一线路连接，并且第二功率转换器连接到多相HV网络的第二线路连接。也就是说，RC网络和两个相转换器连接在HV网络的两个不同相之间。

[0087] 根据第五示例，功率转换系统可以具有单个RC网络和串联连接在RC网络的任一侧的第一和第二功率转换器，其中第一功率转换器连接到单相HV网络的线路连接，并且所述第二功率转换器连接到多相HV网络的接地连接。

[0088] 图5示出了在绝缘杯(501A，501B，501C)内的电互连的电子电路板(晶片)的堆叠。绝缘杯支撑具有位于其上的RC链网络(211A，211B，211C)的晶片(201A，201B，201C)。导电连接弹簧(503A，503B)将晶片电连接在一起并提供一些柔性以便于轴向电压应力。也就是说，绝缘杯具有在其中形成的通道(505A，505B)，以容纳弹簧(503A，503B)，其中通道在第一晶片的下表面与第二晶片的上表面之间延伸。绝缘杯可以成形为控制与晶片堆叠相关联的轴向和横向电压应力。

[0089] 因此，如本文所述的电功率转换系统具有布置成支撑一个或多个电子电路板(晶片)的一个或多个绝缘电路板插座。每个绝缘电路板插座可以被布置为支撑以堆叠构造的多个电互连的电子电路板中的一个。

[0090] 图6示出了包括开关DC-DC功率转换器111(开关模式电源)的功率转换器的示意图。控制电路601提供开关晶体管Q1的高频开关控制，开关晶体管Q1向正向降压变压器T1的初级绕组馈电。T1的次级绕组的输出由二极管D1整流，并馈送至储存电容器C2。齐纳二极管Z2将输出电压限制为6V。由开关模式电源(SMPS)产生的输出功率被提供给负载电子系统。

[0091] 可以看出，SMPS在初级侧上在300V级别的高电压情况下操作，并且与如本文所述的RC链解决方案结合操作。SMPS从大约300V转换为负载电子设备所需的输出电压。

[0092] 图7示出了电压感测模块701的示意图。流过RC链网络的电流基本上与HV网络的相-地电压成比例。这可以通过图7中所示的线电压感测模块电子地转换为用于Fusesaver电子设备的适当的感测信号。因此，这提供了用于监视相-地电压的状态的系统。

[0093] 在该电路中，RC链电流通过与电容器C100串联的电阻器R100转换为电压。通过选择R100和C100的正确值，RC链网络引入的相移被校正，使得电压感测模块的电压输出与HV网络的线电压信号同相。

[0094] 将理解，存在许多其它可能的实施方式以校正由RC链网络引起的相移，包括例如信号处理以导出校正的信号。

[0095] 因此，电功率转换系统具有电压感测模块，其适于测量流经RC网络的电流并将该电流转换为传感器电压值以供感测电子设备使用。此外，电压感测模块被布置为校正由RC网络引起的相移

[0096] 为了克服由于功率转换器从驱动RC链中的电流的线电压减去300V，而由电压感测模块提供的、所描述的电压传感器测量方法的固有不准确性，可以将电压损失校正模块合并到正在处理来自电压感测模块的信号的下游电子设备，以基于由功率转换系统引起的电压损失来校正传感器电压值。

[0097] 如果没有电压损失校正模块，如果峰值线电压是300V以下，将没有电流在线电压感测电阻中流过。此外，在300V以上的峰值线电压处，从由电压感测模块测得的瞬时值中减去300V。

[0098] 为了校正功率转换系统造成的在高于300V阈值的电压处的不精确性，可以将300V由所述电压损失校正模块向每个样本中数字地加入。对于6.3kV信号的1ms采样，该方法将测量误差从4.5％降低到0.02％。应当理解，可以设想其它误差校正方法。

[0099] 电应力的控制对于绝缘产品的长期可靠性是关键的。在此所描述的系统使得能够预测和良好地控制电应力以及相对独立于制造变化。

[0100] 可在将经受的各种PF条件(如相/地电压，PF测试)下计算在电阻和电容性元件上的电应力，其中使用普通的电子设计实践。这些值可用于确定满足组件制造商等级、公差方面等所需的组件数量。

[0101] RC网络链的元件之间的横向电应力由晶片PCB上的元件布局(即，RC网络的配置)控制。设计要求是为产品环境和PCB材料满足适当的表面电应力。确定适当的应力和构型导致如图2A所示的链角。

[0102] 晶片轴向应力取决于在每个晶片上产生的电压和晶片间隔。有限元分析可用于计算应力，应力可以通过使用保形涂层(以减少三点应力)和插入绝缘元件进一步控制。在该示例中，堆叠杯可以用于组装晶片堆叠并且如图5所示提供额外的绝缘。

[0103] 对于如下所述的某些特征提供了各种优点：

[0104] 使用RC网络从HV网络的功率线提供电源：这提供了在PF和脉冲条件下电流受限的优点，其具有在正常电压下的低功率耗散的优点。此外，可以向接地器件、在线电势浮置的器件或两者供电。

[0105] 使用SMPS以高频切换将电流转换为可用功率：这提供了使得PF变压器的成本和尺寸变小的优点。使用SMPS实现了来自RC网络的功率的高效率、低成本和小尺寸的转换。

[0106] 在电路板上使用多个SMT部件来制造RC网络：这提供了各种优点，包括例如最小化成本，控制电应力以及为部件故障提供适度的降级。

[0107] 使用堆叠晶片构造：这提供了各种优点，包括例如控制电应力并且允许使用多组相同的基本部件实现各种额定电压。

[0108] 使用堆叠杯：这提供了各种优点，包括例如控制电应力和最小化成本。

[0109] 增加电压感测网络以从由RC链提供的电流提供电压感测：这提供了各种优点，包括例如实现线电压测量。

[0110] 数字校正由于功率输出引起的电压感测的失真：这提供了各种优点，包括例如改进来自RC链的精度。

[0111] 虽然图1所示的示例示出了连接到HV网络的接地连接的RC网络以及(经由可选的电压感测模块)连接到HV网络的线路连接的功率转换器，如上所述，但是将理解，作为替代，RC网络可以连接到HV网络的线路连接，并且功率转换器103可以连接到HV网络的接地连接。作为另一替代方案，如上所述，RC网络可以连接到第一线路连接(即，三相HV网络的第一相)，并且功率转换器103可以连接到第二线路连接(即，三相HV网络的第二相)。

[0112] 将理解，根据另外的替代方案，功率转换系统的功率转换器可以位于i)HV网络的接地端，以提供接地的电子系统，ii)在HV网络的线路端部，以供应在线电势浮置的电子系统，或iii)在具有多个功率转换器的情况下在两端。

[0113] 将理解，根据另一替代方案，功率转换器模块可以是AC-DC功率转换器模块，并且功率转换器103不需要整流器109、电容器C1和齐纳二极管Z1。

[0114] 作为另一替代，将理解的是，功率转换器可以被放置在晶片上，以便创建自包含的电功率转换系统，其然后可以直接连接到HV网络。此外，电压感测模块可以位于功率转换器晶片上，以将在RC网络链中流动的电流调节为用于负载电子设备的信号以测量线-地电压，如本文更详细讨论的。

[0115] 根据上述示例，在串联RC链中存在相等数量的电阻器和电容器。然而，应当理解，作为替代，可以存在比电容器更多的电阻器，或者比电阻器更多的电容器。

[0116] 将理解，作为替代，可以存在多于一个串联RC网络。例如，多个串联RC网络可以串联或并联连接在HV电源和功率转换器之间(例如，以提供冗余水平)。

[0117] 将理解，作为替代，存在可用于执行SMPS的功能的许多集成电路。此外，应当理解，存在许多可能的电路拓扑，例如前向或回扫，隔离或非隔离等。

[0118] 工业适用性

[0119] 所描述的布置适用于电源工业。

[0120] 前述仅描述了本公开的一些实施例，并且在不脱离本公开的范围和精神的情况下可以对其进行修改和/或改变，这些实施例是说明性的而不是限制性的。

[0121] 在本说明书的上下文中，词语“包括”是指“主要地但不一定单独地”或“具有”或“包括”，而不是“仅由...组成”。词语“包括”的变化，例如“包括”和“包括”具有相应变化的含义。