CN101860242A - 基于电感储能且无电解电容的直流电源电路 - Google Patents

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Abstract

基于电感储能且无电解电容的直流电源电路，包括电连接的开关信号源、开关电路、电感储能装置、滤波电路、工频电源输入端、直流电源输出端和系统工作电源，开关电路包括多级直接耦合三极管推挽开关电路和绝缘栅场效应管，滤波电路的电容为非电解电容，单只电容的容量不大于10微法。多级直接耦合三极管推挽开关电路设有正反馈电路，正反馈电路中串接有加速电容，开关信号波形的矩形系数高，前沿陡，前角尖锐，功率管工作效率高。使用本发明的基于电感储能且无电解电容的直流电源电路，效率高，能耗低，维护工作量小，无故障工作时间长，能够满足重要工程技术领域的使用要求。

Description

基于电感储能且无电解电容的直流电源电路
技术领域
本发明涉及一种电源电路，特别涉及一种基于电感储能且无电解电容的直流电源电路。
背景技术
直流电源是利用现代电子技术，将交流电转变为直流电的电源装置。由于目前技术上的需要，直流电源中使用了较多的电解电容担负储能和滤波功能，但是电解电容的寿命较短，从而缩短了直流电源的无故障工作时间，限制了直流电源在重要工程技术领域中的应用。
发明内容
为了解决现有直流电源中使用的电解电容寿命较短，限制了直流电源在重要工程技术领域中的应用的问题，本发明提出一种基于电感储能且无电解电容的直流电源电路，所采用的技术方案是：
基于电感储能且无电解电容的直流电源电路，包括工频电源输入端、直流电源输出端、系统工作电源、电感储能装置、开关电路、滤波电路，工频电源输入端连接系统工作电源，系统工作电源连接电感储能装置的一端，电感储能装置的另一端连接开关电路的输出端和滤波电路，滤波电路连接直流电源输出端，滤波电路中包括电容，电容采用非电解电容，且单只电容的容量不大于10微法。
滤波电路中包括电容若干个，若干个电容组成并联电容组。
滤波电路采用电感电容滤波电路或电阻电容滤波电路。
开关电路设有三极管推挽开关电路和绝缘栅场效应管，电感储能装置连接绝缘栅场效应管的漏极，绝缘栅场效应管的源极接地，绝缘栅场效应管的栅极连接三极管推挽开关电路的输出端。
三极管推挽开关电路采用多级直接耦合三极管推挽开关电路。
多级直接耦合三极管推挽开关电路中设有正反馈电路，正反馈电路中串接有加速电容和与加速电容并联的正反馈电阻。
三极管推挽开关电路设置一系统工作电源，绝缘栅场效应管和电感储能装置设置另一系统工作电源。
电感储能装置和系统工作电源之间还连接一个开关电路，此开关电路与电感储能装置另一端的开关电路同步工作。
开关电路的输入端连接开关信号源。
本发明的基于电感储能且无电解电容的直流电源电路采用上述技术方案所能取得的技术效果是：
系统工作电源连接电感储能装置的一端，电感储能装置的另一端连接开关电路的输出端和滤波电路，可以在开关电路导通时使电流流过电感储能装置，使电感储能装置储存能量，在开关电路截止时，利用电感储能装置中的电流减小时所产生的感生电动势释放能量，对外部负载和滤波电路放电，以代替大容量电解电容完成储能和释放能量的工作，并协助完成基于电感储能且无电解电容的直流电源电路的工作过程，同时还可以利用这一过程提高直流电源电路的输出电压。滤波电路中的电容为非电解电容，彻底解决了电解电容寿命短所导致的直流电源无故障工作时间短，无法满足重要工程技术领域需求的问题。电容的单只容量不大于10微法，为使用非电解电容作为滤波电容提供了可能性和现实性。由于本发明的基于电感储能且无电解电容的直流电源电路所设置的电感储能装置承担了通常由电解电容承担的大部分储能工作，这也为本发明的基于电感储能且无电解电容的直流电源电路不使用大容量的电解电容创造了有利条件。
滤波电路中包括电容若干个，若干个电容组成并联电容组，可以通过多个不大于10微法的电容的并联，组成较大容量的并联电容组，实现较好的滤波效果。
滤波电路采用电感电容滤波电路或电阻电容滤波电路，可以利用串联电路中的电感或电阻的滤波作用，与并联电路中的电容的滤波作用协同滤波，从而取得更好的滤波效果。
开关电路设有三极管推挽开关电路和绝缘栅场效应管，利用三极管推挽开关电路对开关信号进行放大和整形，可以保证开关电路输出的开关信号具有理想、对称的正负波形，提高开关信号波形的矩形系数。绝缘栅场效应管的输入阻抗高，所需要的驱动电流极小，并且工作频率高，开关速度快，使用绝缘栅场效应管作为功率开关管，可以减小驱动电路的输出功率，提高开关速度，提高电源转换效率。当三极管推挽开关电路担负开关信号负半周放大整形的三极管导通时，可以使应该截止的绝缘栅场效应管的栅极对地短路，使栅极输入电容中储存的电荷迅速释放，加快绝缘栅场效应管的关闭速度，提高本发明的基于电感储能且无电解电容的直流电源电路的工作效率。
多级直接耦合三极管推挽开关电路具有很高的电流放大倍数和良好的频率响应，采用多级直接耦合三极管推挽开关电路可以保证开关电路输出的开关信号具有理想、对称的正负波形，提高开关信号波形的矩形系数，缩短由于绝缘栅场效应管的栅极输入电容充电产生的绝缘栅场效应管的导通过程，有利于改善绝缘栅场效应管的开关效果。
多级直接耦合三极管推挽开关电路中设有正反馈电路，可以提高开关电路输出的开关信号幅值，改善开关信号的波形，改善绝缘栅场效应管的开关特性。正反馈电路中串接有加速电容，可以提高开关信号的转换速率，改善开关信号的矩形系数，增加开关信号矩形波形峰顶前缘的尖锐度，提高绝缘栅场效应管的导通速度，经过良好设计的设有加速电容的正反馈电路，配合较高的工作电源电压，可以将绝缘栅场效应管的导通时间降低到10纳秒以内，进一步提高直流电路的特性，减小输出电压的波动。
三极管推挽开关电路设置一系统工作电源，绝缘栅场效应管和电感储能装置设置另一系统工作电源，可以避免绝缘栅场效应管和电感储能装置间歇导通引起的电源波动影响三极管推挽开关电路工作的稳定性，并可以根据输出电压和输出电流，选择绝缘栅场效应管和电感储能装置的电源，而不影响三极管推挽开关电路的工作状态。
电感储能装置的两端分别设置开关电路，可以消除电感储能装置在断续通电过程中，感生电动势对电路中其他部分的干扰，使感生电动势产生的电能全部注入滤波电路中，提高本发明的基于电感储能且无电解电容的直流电源电路的效率。
开关电路的输入端连接开关信号源，可以为开关电路提供开关信号源，使开关电路能够输出开关驱动信号，使本发明的基于电感储能且无电解电容的直流电源电路具有完全的工作能力。
使用本发明的基于电感储能且无电解电容的直流电源电路，效率高，能耗低，维护工作量小，无故障工作时间长，能够满足重要工程技术领域的使用要求。
附图说明
附图1是本发明的基于电感储能且无电解电容的直流电源电路的原理框图。
附图2是本发明的基于电感储能且无电解电容的直流电源电路的电路结构示意图。
附图中的标示含义如下：
1-开关信号源，2-开关电路，21-2级直接耦合三极管推挽开关电路组件，22-绝缘栅场效应管，23-正反馈电路，231-正反馈电阻，232-加速电容，3-电感储能装置，31-滤波电路，32-续流二极管，4-工频电源输入端，5-直流电源输出端，6-系统工作电源，61-开关信号工作电源，62-功率输出工作电源。
具体实施方式
本发明的基于电感储能且无电解电容的直流电源电路的原理框图如附图1所示，其中包括系统工作电源、工频电源输入端、直流电源输出端、开关信号源、开关电路、电感储能装置、滤波电路和电压电流检测保护装置，工频电源从工频电源输入端进入系统工作电源，向基于电感储能且无电解电容的直流电源电路提供能量，开关信号源产生基于电感储能且无电解电容的直流电源电路正常工作的开关信号，开关电路将开关信号源产生的开关信号进行放大、整形，使开关电路产生与开关信号同步的通、断状态，电感储能装置将开关电路利用反复通、断将电源能量转换成的脉动的电能送进滤波电路，存储转变为稳定的适合于设定要求的直流电源。电压电流检测保护装置，在基于电感储能且无电解电容的直流电源电路的输出电压高于或低于设定的电压时，会对开关电路的工作状态进行调整，以使输出电压符合设定的电压，当输出电压无法恢复到设定的电压，以及输出电流超过设定的最大输出电流时，开关电路会停止工作并报警。
本发明的基于电感储能且无电解电容的直流电源电路的电路结构示意图如附图2所示，包括电连接的开关信号源1、开关电路2、电感储能装置3、滤波电路31、工频电源输入端4、直流电源输出端5和系统工作电源6，开关电路2包括多级直接耦合三极管推挽开关电路和功率开关管，多级直接耦合三极管推挽开关电路可以设置为2级直接耦合三极管推挽开关电路组件21，在实际的开关电路中，可以使用1组2级直接耦合三极管推挽开关电路组件21，也可以多组2级直接耦合三极管推挽开关电路组件21串联电连接后使用，附图2中是3组2级直接耦合三极管推挽开关电路组件21串联电连接使用的情况。功率开关管选用绝缘栅场效应管22。开关信号源1的输出端与3组2级直接耦合三极管推挽开关电路组件21串联电连接后的输入端电连接，3组2级直接耦合三极管推挽开关电路组件21串联电连接后的输出端与绝缘栅场效应管22的栅极电连接。电感储能装置3的一端与功率输出工作电源62电连接，电感储能装置3的另一端与绝缘栅场效应管22的漏极电连接，滤波电路31经过续流二极管32与电感储能装置3的另一端和极绝缘栅场效应管22的漏极电连接，其中续流二极管32的正极与绝缘栅场效应管22的漏极电连接。设置续流二极管32是为了在绝缘栅场效应管22导通时防止滤波电路31对地放电。为了适应基于电感储能且无电解电容的直流电源电路较高的开关频率，续流二极管32应选用快恢复二极管。
2级直接耦合三极管推挽开关电路组件21与绝缘栅场效应管22和电感储能装置3可以共用电源。为了避免绝缘栅场效应管22和电感储能装置3间歇导通引起的电源波动影响2级直接耦合三极管推挽开关电路组件21工作的稳定性，并可以根据输出电压和输出电流，调整绝缘栅场效应管22和电感储能装置3的电源，而不影响2级直接耦合三极管推挽开关电路21的工作状态，也可以2级直接耦合三极管推挽开关电路21设置一开关信号工作电源61，绝缘栅场效应管22和电感储能装置3设置一功率输出工作电源62，附图2中就是串联电连接的3组2级直接耦合三极管推挽开关电路组件21设置开关信号工作电源61，绝缘栅场效应管22和储能装置3设置功率输出工作电源62。
滤波电路31使用的电容为非电解电容，推荐选用陶瓷电容。电容的单只容量不大于10微法，必要时可以使用2只或多只电容并联使用，附图2中就采用了3只电容32并联使用。为了进一步提高滤波效果，滤波电路31可以采用电感电容滤波电路或电阻电容滤波电路。
电感储能装置3的电感量可以根据输出电压和输出电流的大小，以及基于电感储能且无电解电容的直流电源电路工作频率的高低选取和调整。
2级直接耦合三极管推挽开关电路组件21可以设有正反馈电路23，正反馈电路23设置在2级直接耦合三极管推挽开关电路组件的输出端与输入端之间。正反馈电路23设有正反馈电阻231以控制正反馈量，可以设置与正反馈电阻231并联的加速电容232，调整正反馈电阻231的阻值和加速电容232的容量，可以改变2级直接耦合三极管推挽开关电路组件21输出的开关驱动信号的波形。附图2中共设置了3组2级直接耦合三极管推挽开关电路组件21串联电连接，可以根据需要对1组、2组或3组2级直接耦合三极管推挽开关电路组件21设置正反馈电路23，一般首先从最后面的2级直接耦合三极管推挽开关电路组件21开始设置，以利于改善开关信号的波形，改善绝缘栅场效应管22的开关特性，附图2中后2组2级直接耦合三极管推挽开关电路组件21设置了正反馈电路23。
在2级直接耦合三极管推挽开关电路21的输入端对电源和地分别设置的电阻241可以保持2级直接耦合三极管推挽开关电路21的输入端的稳定的直流电位，稳定2级直接耦合三极管推挽开关电路21的工作状态。在2级直接耦合三极管推挽开关电路21的输入端对电源和地分别设置的电容242，可以吸收干扰信号尖锐的尖峰，减少对2级直接耦合三极管推挽开关电路21的干扰。
电感储能装置和系统工作电源之间还可以连接一个开关电路，这个开关电路也包括多级直接耦合三极管推挽开关电路和功率开关管，此开关电路与电感储能装置另一端的开关电路同步工作。两个开关电路的电路设置和电源设置应能保证两个开关电路能够分别正常、同步工作。
本发明的基于电感储能且无电解电容的直流电源电路，不受上述实施例的限制，凡是利用本发明的原理和方式，经过变换和代换所形成的技术方案，都在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.基于电感储能且无电解电容的直流电源电路，其特征在于，包括工频电源输入端、直流电源输出端、系统工作电源、电感储能装置、开关电路、滤波电路，所述工频电源输入端连接所述系统工作电源，所述系统工作电源连接所述电感储能装置的一端，所述电感储能装置的另一端连接所述开关电路的输出端和所述滤波电路，所述滤波电路连接所述直流电源输出端，所述滤波电路中包括电容，所述电容采用非电解电容，且单只电容的容量不大于10微法。
2.根据权利要求1所述的基于电感储能且无电解电容的直流电源电路，其特征在于：所述滤波电路中包括电容若干个，若干个电容组成并联电容组。
3.根据权利要求1所述的基于电感储能且无电解电容的直流电源电路，其特征在于：所述滤波电路采用电感电容滤波电路或电阻电容滤波电路。
4.根据权利要求1所述的基于电感储能且无电解电容的直流电源电路，其特征在于：所述开关电路设有三极管推挽开关电路和绝缘栅场效应管，所述电感储能装置连接所述绝缘栅场效应管的漏极，所述绝缘栅场效应管的源极接地，所述绝缘栅场效应管的栅极连接所述三极管推挽开关电路的输出端。
5.根据权利要求4所述的基于电感储能且无电解电容的直流电源电路，其特征在于：所述三极管推挽开关电路采用多级直接耦合三极管推挽开关电路。
6.根据权利要求5所述的基于电感储能且无电解电容的直流电源电路，其特征在于：所述多级直接耦合三极管推挽开关电路中设有正反馈电路，所述正反馈电路中串接有加速电容和与所述加速电容并联的正反馈电阻。
7.根据权利要求4所述的基于电感储能且无电解电容的直流电源电路，其特征在于：所述三极管推挽开关电路设置一系统工作电源，所述绝缘栅场效应管和所述储能装置设置另一系统工作电源。
8.根据权利要求1所述的基于电感储能且无电解电容的直流电源电路，其特征在于：所述电感储能装置和所述系统工作电源之间还连接一个开关电路，所述开关电路与所述电感储能装置另一端的开关电路同步工作。
9.根据权利要求1所述的基于电感储能且无电解电容的直流电源电路，其特征在于：所述开关电路的输入端连接开关信号源。
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