CN102723883A - 电容储能型可控硅开关电源 - Google Patents
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Abstract
电容储能型可控硅开关电源，是为了解决现有技术中存在的结构复杂，稳定性差，效率低，体积大，不易模块化等技术问题而设计的。它主要由电容充电及可控硅触发电路，功率脉冲发生电路，整流滤波稳压电路构成。利用市电的上半周对储能电容充电，利用市电的下半周产生可控硅触发信号，使储能电容通过脉冲变压器的初级线圈及可控硅构成的回路迅速放电，在脉冲变压器的次级线圈中产生脉冲电压，经整流滤波稳压电路形成需要的平稳直流电源。本产品由于功率脉冲电路中采用了可控硅及储能电容作为核心部件与利用晶体三级管等其它部件相比，元件自身功率损耗小，脉冲上升、下降速度快，能量转换效率高。具有节能、成本低、便于模块化及超薄化的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流稳压电源，尤其是涉及一种电容储能型可控硅开关电源，主要应用于电子、仪器及仪表等技术领域。
背景技术
目前开关直流稳压电源中所用功率器件多是三极晶体管或双极型晶体管或场效应晶体管。其存在功率器件本身功率损耗大、一般情况下还需要比较复杂的控制电路、同功率的情况下价格高、单个器件功率比较小，为提高脉冲变压器的功率转换效率和减小脉冲变压器的体积，需要工作于较高频率状态，这又导致了整流滤波电路功率损失加大等缺点。现有可控硅开关电源也存在电路结构相对复杂等缺点。
发明内容
本发明以解决上述问题为目的，提供一种节能、小型超薄化，以可控硅为功率器件，工作在工频状态的直流稳压电源，即：电容储能型可控硅开关电源。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：电容储能型可控硅开关电源，它包括电容充电及可控硅触发电路，功率脉冲发生电路，整流滤波稳压电路。上述电容充电及可控硅触发电路将市电的一个周期分解为上半周和下半周，上半周用于对储能电容充电，下半周用于触发可控硅，或者相反下半周用于对电容充电，上半周用于触发可控硅。所述功率脉冲发生电路，它接收来自电容充电及可控硅触发电路的可控硅触发信号，在下半周当可控硅的控制极接收到触发信号时，可控硅由截止状态转为导通状态，储能电容通过可控硅及脉冲变压器的初级线圈回到储能电容构成的回路迅速放电，在脉冲变压器的次级产生脉冲输出。所述稳压电路将脉冲变压器次级输出的脉冲电压进行整流、滤波和稳压。
上述脉冲变压器设两个初级线圈，每个线圈各配有独立的电容充电及可控硅触发电路和功率脉冲发生电路，但两个独立电路的充电半周和触发半周互换。
上述电容充电及可控硅触发电路是由二极管整流桥将输出正极的两支分开，一支用于对储能电容充电，另一支用于触发可控硅。
上述功率脉冲发生电路中的可控硅跨接在充电电路的正负极之间，正极与正极连接，负极与负极连接。
上述功率脉冲发生电路储能电容与脉冲变压器初级线圈串联后再与可控硅并联，可控硅正极接电容端，可控硅负极接线圈端。
上述电容充电及可控硅触发电路正极分开的整流桥中用于触发可控硅的一端通过电阻与电容连接，而电容的另一端与桥的负极连接，可控硅的控制极通过双向触发二极管连接在电阻与电容之间的连线上。
本发明的有益效果及特点：
1、节能。在相同输出功率的情况下，可控硅作为功率器件与三极晶体管或双极型晶体管或场效应晶体管作为功率器件相比自身功率损耗小。由于功率脉冲电路工作在工频状态，这使整流滤波电路能量损耗大大减小。由于储能电容放电回路阻抗小，放电速度快，致使脉冲变压器能量转换保持高效率。
2、低成本。容量相同的情况下，可控硅与三级晶体管、双极型晶体管、场效应晶体管等相比价格低很多。由于不采用对市电进行整流滤波电路，不设专用脉冲驱动电路，因此整体电路所用元器件少，简化生产工艺，结构简单，制造所用工时少。
3、易小型化、超薄化及模块化。当所需功率不大时，由于所用元器件数量少，因此体积可以做得很小，模块化后可以做得很薄。
附图说明
图1是本发明的电路原理图，也是本发明的实施例1。
图2是本发明的实施例2。
图3是本发明的时序波形图。
具体实施方式
参照图1，电容储能型可控硅开关电源，包括电容充电及可控硅触发电路、功率脉冲发生电路及整流滤波稳压电路。它利用市电的上半周对储能电容充电，利用市电的下半周产生可控硅触发信号，使储能电容通过脉冲变压器的初级线圈及可控硅构成的回路迅速放电，在脉冲变压器的次级线圈中产生脉冲电压，经整流滤波稳压电路形成需要的平稳直流电源。
参照图2，脉冲变压器设两个初级线圈，每个线圈各配有独立的电容充电及可控硅触发电路和功率脉冲发生电路，但两个独立电路的充电半周和触发半周互换。
实施例1
参照图1，可控硅开关电源由电容充电及可控硅触发电路，功率脉冲发生电路，整流滤波稳压电路三部分构成。二极管VD1-VD4、电阻R1、电容C1和双向触发二极管VD5构成电容充电及可控硅触发电路。可控硅VT1、电容C2和脉冲变压器B1构成功率脉冲发生电路。二极管VD6、稳压二极管VD7和电容C3构成整流滤波稳压电路。可控硅开关电源是通过下述电路连接实现的，二极管VD1-VD4构成正极两支分开的整流桥，桥的两个交流输入端A、B接市电电源。由VD3、VD4构成的桥的半壁中的正极即VD4的负极、可控硅VT1的正极和储能电容C2的一端连接在一起。储能电容的另一端通过脉冲变压器B1的初级线圈T1与桥的负极即VD3的正极连接。可控硅的负极与VD3的正极连接。正极分开的整流桥的另一支由VD1、VD2构成。VD1的正极与VD3的正极连接，构成整流桥的负极。VD2的负极通过电阻R1与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与桥的负极连接，可控硅VT1的控制极通过双向触发二极管VD5连接在电阻R1和电容C1之间的连线上。
实施例2
参照图2，脉冲变压器B2有两个初级线圈，每个初级线圈都对应一个图1中的电容充电及可控硅触发电路和功率脉冲发生电路。两套电路结构都与实施例1中的电容充电与可控硅触发电路、功率脉冲发生电路完全相同，只是一套电路充电、触发所在的半周恰好是另一套电路触发、充电所在的半周。因此在脉冲变压器B2的次级输出的脉冲频率是图1中脉冲变压器B1次级输出脉冲频率的二倍。与实施例1相比具有以下优点：由于频率增加一倍使得相同磁芯的脉冲变压器输出功率增加一倍。由于在市电的一个周期的上、下半周消耗功率对称因此提高了功率因数。减小了直流输出的纹波系数。
电路工作原理
参照图1和图3，图3中1）为市电波形图，2)为储能电容电压波形图，3）为电容C1电压波形图，4）为脉冲变压器初级线圈两端电压波形图。接通市电电源后市电零电位时刻作为坐标原点，横轴作为时间坐标轴，纵轴作为电位坐标轴。市电上半周时整流桥的交流输入端VD3到VD4的连线上A点电位为正，VD1到VD2的连线上B点电位为零。此时市电电流经二极管VD4的正极到负极再经电容C2再经脉冲变压器初级线圈T1，再经二极管VD1的正极到负极回到市电零电位的B点。这个过程实施对储能电容C2的充电。当时间到了市电下半周时，B点电位为正，A点电位为零。由于二极管VD4的反向截止作用，可控硅VT1的控制极也未得到触发信号仍保持截止状态，所以储能电容C2目前没有放电回路，保持所储电荷。市电电流由点B经二极管VD2,经电阻R1，经电容C1,经二极管VD3正极到负极回到市电零电位点A。这个过程实施对电容C1的充电，当对电容C1充电电压达到双向触发二极管VD5的导通电压时，电容C1经双向触发二极管到可控硅VT1的控制极到VT1的负极回到电容C1的回路放电。VT1得到触发信号由截止状态转为导通状态。由VT1的导通，电容C2经VT1再经脉冲变压器B1的初极线圈T1回到电容C2所构成的回路迅速放电，在脉冲变压器B1的次级输出一个脉冲。经二极管VD6整流，电容C3滤波和稳压二极管VD7的稳压得到稳定的直流电压输出。
参照图2。脉冲变压器B2设有T1和T2两个初级线圈，每个初级线圈都对应一个图1中的电容充电及可控硅触发电路和功率脉冲发生电路。两套电路结构完全相同，只是一套电路充电、触发所在的半周恰好是另一套电路触发、充电所在的半周。因此在脉冲变压器B2的次级输出的脉冲频率是图1中脉冲变压器B1次级输出脉冲频率的二倍。
Claims (7)
1.电容储能型可控硅开关电源，它包括电容充电及可控硅触发电路，功率脉冲发生电路，整流滤波稳压电路，其特征在于：所述电容充电及可控硅触发电路将市电的一个周期分解为上半周和下半周，上半周用于对储能电容充电，下半周用于触发可控硅，或者相反下半周用于对电容充电，上半周用于触发可控硅。所述功率脉冲发生电路，它接收来自电容充电及可控硅触发电路的可控硅触发信号，在下半周当可控硅的控制极接收到触发信号时，可控硅由截止状态转为导通状态，储能电容通过可控硅及脉冲变压器的初级线圈回到储能电容构成的回路迅速放电，在脉冲变压器的次级产生脉冲输出。所述稳压电路将脉冲变压器次级输出的脉冲电压进行整流、滤波和稳压。
2.根据权利要求1所述的电容储能型可控硅开关电源，其特征在于：电容充电及可控硅触发电路是由二极管整流桥将输出正极的两支分开，一支用于对储能电容充电，另一支用于触发可控硅。
3.根据权利要求1所述的电容储能型可控硅开关电源，其特征在于：所述功率脉冲发生电路中的可控硅跨接在充电电路的正负极之间，正极与正极连接，负极与负极连接。
4.根据权利要求1所述的电容储能型可控硅开关电源，其特征在于：所述功率脉冲发生电路储能电容与脉冲变压器初级线圈串联后再与可控硅并联，可控硅正极接电容端，可控硅负极与初级线圈连接。
5.根据权利要求2所述的电容储能型可控硅开关电源，其特征在于：电容充电及可控硅触发电路是由正极分开的整流桥中用于触发可控硅的一端通过电阻与电容连接，而电容的另一端与桥的负极连接，可控硅的控制极通过双向触发二极管连接在电阻与电容之间的连线上。
6.根据权利要求1所述的电容储能型可控硅开关电源，其特征在于：脉冲变压器设两个初级线圈，每个线圈各配有独立的电容充电及可控硅触发电路和功率脉冲发生电路，但两个独立电路的充电半周和触发半周互换。
7.根据权利要求1所述的电容储能型可控硅开关电源，其特征在于：可控硅开关电源是通过下述电路连接实现的，二极管VD1-VD4构成正极分为两支的整流桥，桥的两个交流输入端接市电电源，由VD3、VD4构成的桥的半壁中的正极即VD4的负极、可控硅VT1的正极和储能电容C2的一端连接在一起，储能电容的另一端通过脉冲变压器B1的初级线圈T1与桥的负极即VD3的正极连接，可控硅的负极也与VD3的正极连接，正极分开的整流桥的另一支由VD1、VD2构成，VD1的负极与VD2的正极连接，VD2的负极通过电阻R1与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与桥的负极连接，可控硅VT1的控制极通过双向触发二极管VD5连接在电阻R1和电容C1之间的连线上。
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