CN103595272B - 晶闸管相控直流电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电力电子技术领域的晶闸管相控直流电路，包括直流或交流电源、至少四只依次串接的整流单元和一只续流单元，整个电路输入为三路直流或交流电压，其中两路为正、一路为负，输出一路直流电压。本发明具有直流电压升压作用，级数越多输出直流电压等级越高，具有升压能力强、结构简单、成本低廉等优点。

Description

晶闸管相控直流电路

技术领域

本发明涉及的是一种电力电子技术领域的AC-DC变换器，具体是一种晶闸管相控直流电路，即能够获得较高直流电压输出升压电路。

背景技术

随着电力电子变换技术的发展，出现了许多需要高压直流电压的直流电源场合，如激光电源、臭氧发生器、等离子切割机引弧器等。

截至目前，支持较大功率输出的升压电路的构成方式大致包括以下两类：(1)利用电感器件和变压器升压的有源或无源方案；(2)直流变换器输出端并联的有源或无源方案。前者升压能力有限，后者需要考虑变换器输出均压问题，各有利弊，但是它们的共同之处是电路结构复杂，而且控制难度较高。

随着实践应用的扩大，设计一种结构简单、具有较强升压能力的晶闸管相控直流电路已经成为本领域技术人员的当务考虑之一。

经过对现有技术的检索发现，公开号为201063536的实用新型专利《一种具有有源功率因数校正的电源转换器》中公开了一种传统两级倍压整流电路，升压能力较低。公开号为101783599A的发明专利《一种倍压整流电路》中公开了一种整流电路即AC-DC电路，电路结构较为负载，13.56MHz信号输入，支持功率等级较低，升压能力较高。同时由公开了一种DC-DC电路，具有较高的升压能力，需要三路电源：直流电压源、两路相位错开的脉冲信号，支持功率等级较低。

基于以上分析，对于高压直流电源的应用场合，需要推出一种简单易行、安全可靠、成本低廉和升压能力强的晶闸管相控直流电路。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提出了一种晶闸管相控直流电路，使其实现高压直流电压输出，具有结构简单、控制容易、成本低廉和升压比例高的优点。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括直流或交流电源、至少四只依次串接的整流单元和一只续流单元，整个电路输入为三路直流或交流电压，其中两路为正、一路为负，输出一路直流电压；其中：

所述的直流或交流电源包括：第一正电压源、第一负电压源、第二正电压源，三者共地；

所述整流单元包括第一～第四整流单元，其中：

第一整流单元包括第一二极管、第一电解电容和第一晶闸管、第二晶闸管，其中第一二极管的阴极与第一电解电容的正极相连后与第二整流单元的第二二极管的阳极相连，第一二极管的阳极与第一正电压源相连，第一电解电容的负极与第一晶闸管阳极和第二晶闸管阴极相连，第一晶闸管阴极与第一负电压源相连，第二晶闸管阳极与第二正电压源相连；

第二整流单元包括第二二极管、第二电解电容和第三晶闸管、第四晶闸管，其中第二二极管的阴极与第二电解电容的正极相连后与第三整流单元的第三二极管的阳极相连，第二电解电容的负极与第三晶闸管阳极和第四晶闸管阴极相连，第三晶闸管阴极与第一负电压源相连，第四晶闸管阳极与第二正电压源相连；

第三整流单元包括第三二极管、第三电解电容和第五晶闸管、第六晶闸管，其中第三二极管的阴极与第三电解电容的正极相连后与第四整流单元的第四二极管的阳极相连，第二电解电容的负极与第五晶闸管阳极和第六晶闸管阴极相连，第五晶闸管阴极与第一负电压源相连，第六晶闸管阳极与第二正电压源相连；

第四整流单元包括第四二极管、第四电解电容和第七晶闸管、第八晶闸管，其中第四二极管的阴极与第四电解电容的正极相连后与续流单元中第五二极管的阴极相连，形成输出正极，第四电解电容的负极、第七晶闸管阳极、第八晶闸管阴极和第五二极管的阳极相连，形成输出负极，第七晶闸管阴极与第一负电压源相连，第八晶闸管阳极与第二正电压源相连；

所述的续流单元包括第五二极管，其中第五二极管的阴极形成输出正极，其阳极形成输出负极。

所述交流电源为两相具有相位差的正弦或方波交流电压源。

本发明的晶闸管相控直流电路：(1)触发第一整流单元的第一晶闸管导通，则第一正电压源到第一负电压源线路导通，通过第一二极管为第一电解电容充电，直到第一电解电容充满为止；(2)触发第一整流单元的第二晶闸管和第二整流单元的第三晶闸管导通，第二正电源到第一负电压源线路导通，电源与第一电解电容通过第二二极管为第二电解电容充电，直到第二电解电容充满为止；(3)触发第二整流单元的第四晶闸管和第三整流单元的第五晶闸管导通，第二正电源到第一负电压源线路导通，电源与第二电解电容通过第三二极管为第三电解电容充电，直到第三电解电容充满为止；(4)触发第三整流单元的第六晶闸管和第四整流单元的第七晶闸管导通，第二正电源到第一负电压源线路导通，电源与第三电解电容通过第四二极管为第四电解电容充电，直到第四电解电容充满为止。

由以上可以看出，第四电解电容的满压远远高于任意直流电压源，输出电压得到倍增。当后级整流电源中电解电容未充满时，相应的晶闸管导通。当后级整流电源中电解电容充满后，相应的晶闸管自动关断。晶闸管本身具有双向阻断和单向导电作用，无需辅助电路。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明具有直流电压升压作用，级数越多输出直流电压等级越高，具有结构简单、无需复杂控制，成本低廉等优点，由于采用电力电子电路，因此传输功率能力得到增强。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例1的电路原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明一实施例提供的晶闸管相控直流电路，包括直流电源、至少四只依次串接的整流单元和一只续流单元，整个电路输入为三路直流电压，其中两路为正、一路为负，输出一路直流电压；其中：

所述的直流电源包括：第一正电压源V1+、第一负电压源V1-、第二正电压源V2+，三者共地；

所述整流单元包括第一～第四整流单元，其中：

第一整流单元1包括第一二极管D1、第一电解电容E1和第一晶闸管V11、第一晶闸管V12，其中第一二极管D1的阴极与第一电解电容E1的正极相连后与第二整流单元的第二二极管D2的阳极相连，第一二极管D1的阳极与第一正电压源相连，第一电解电容E1的负极与第一晶闸管V11阳极和第一晶闸管V12阴极相连，第一晶闸管V11阴极与第一负电压源相连，第一晶闸管V12阳极与第二正电压源相连；

第二整流单元2包括第二二极管D2、第二电解电容E2和第三晶闸管V21、第四晶闸管V22，其中第二二极管D2的阴极与第二电解电容E2的正极相连后与第三整流单元的第三二极管D3的阳极相连，第二电解电容E2的负极与第三晶闸管V21阳极和第四晶闸管V22阴极相连，第三晶闸管V21阴极与第一负电压源相连，第四晶闸管V22阳极与第二正电压源相连；

第三整流单元3包括第三二极管D3、第三电解电容E3和第五晶闸管V31、第六晶闸管V32，其中第三二极管D3的阴极与第三电解电容E3的正极相连后与第四整流单元的第四二极管D4的阳极相连，第二电解电容E2的负极与第五晶闸管V31阳极和第六晶闸管V32阴极相连，第五晶闸管V31阴极与第一负电压源相连，第六晶闸管V32阳极与第二正电压源相连；

第四整流单元4包括第四二极管D4、第四电解电容E4和第七晶闸管V41、第八晶闸管V42，其中第四二极管D4的阴极与第四电解电容E4的正极相连后与续流单元中第五二极管D5的阴极相连，形成输出正极，第四电解电容E4的负极与第七晶闸管V41阳极、第八晶闸管V42阴极和第五二极管D5的阳极相连，形成输出负极，第七晶闸管V41阴极与第一负电压源相连，第八晶闸管V42阳极与第二正电压源相连；

所述的续流单元5包括第五二极管D5，其中第五二极管D5的阴极形成输出正极，其阳极形成输出负极。

具体地，在本实施例中，晶闸管相控直流电路所采用的各个器件的参数如下：

第一正直流电源V1+：24V；

第一负直流电源V1-：-24V；

第二正直流电源V2+：48V；

二极管D1、D2：35A/100℃，耐压600V；

二极管D3、D4、D5：35A/100℃，两只串联，单只耐压600V；

电解电容E1、E2：680μF，耐压450V；

电解电容E3、E4：680μF，两只串联，单只耐压450V；

晶闸管V11、V12、V21、V22、V31、V32、V41、V42、：25A/100℃，1200V；

本实施例通过以下步骤进行工作：

(1)所有晶闸管中，只有第一晶闸管V11导通，为电解电容E1充电，满压为V1+与V1-之差，满压后第一晶闸管V11自然关断；(2)所有晶闸管中，只有第一晶闸管V12与第三晶闸管V21导通，为电解电容E2充电，满压为V1+、V1-之差与V2+、V1-之差的和；(3)所有晶闸管中，只有第四晶闸管V22与第五晶闸管V31导通，为电解电容E3充电，满压增加了V2+、V1-之差，满压后第四晶闸管V22与第五晶闸管V31自然关断；(4)所有晶闸管中，只有第六晶闸管V32与第七晶闸管V41导通，为电解电容E4充电，满压又增加了V2+、V1-之差，满压后第六晶闸管V32与第七晶闸管V41自然关断；

说明：

(1)在本发明另一实施例中，本发明中的第一负直流电源的电压可以为零伏，或直接接地；

(2)在本发明另一实施例中，三路直流电源可以为交流正弦电压或交流方波电压，只要确保V1+与V1-为正时为第一电解电容E1充电，同时确保V2+与V1-为正时为第二、三、四电解电容充电即可；

(3)当后级整流单元工作时，只要不影响前级整流单元，中间至少隔一级，前后级整流单元可以同时工作；

(3)在本发明另一实施例中，可以不必选用晶闸管V42。第八晶闸管V42只是在构成下一级升压时或进一步升压时，需要使用。

在本发明其他实施例中，所述整流单元还可以是5个以上，增加的整流单元结构与连接方式与上述第二整理单元、第三整流单元相同，此处不再赘述。

本发明晶闸管相控直流电路：仅仅采用二极管和电解电容既可以实现对具有不同幅值的直流电源的升压作用，整个电路非常简单，设计并不复杂，而且便于增减整流单元级数，已获得仿真分析和实验初步验证。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种晶闸管相控直流电路，其特征在于包括直流或交流电源、至少四只依次串接的整流单元和一只续流单元，整个电路输入为三路直流或交流电压，其中两路为正、一路为负，输出一路直流电压；其中：

所述的直流或交流电源包括：第一正电压源、第一负电压源、第二正电压源，三者共地；

所述整流单元包括第一～第四整流单元，其中：

第一整流单元包括第一二极管、第一电解电容和第一晶闸管、第二晶闸管，其中第一二极管的阴极与第一电解电容的正极相连后与第二整流单元的第二二极管的阳极相连，第一二极管的阳极与第一正电压源相连，第一电解电容的负极与第一晶闸管阳极和第二晶闸管阴极相连，第一晶闸管阴极与第一负电压源相连，第二晶闸管阳极与第二正电压源相连；

第二整流单元包括第二二极管、第二电解电容和第三晶闸管、第四晶闸管，其中第二二极管的阴极与第二电解电容的正极相连后与第三整流单元的第三二极管的阳极相连，第二电解电容的负极与第三晶闸管阳极和第四晶闸管阴极相连，第三晶闸管阴极与第一负电压源相连，第四晶闸管阳极与第二正电压源相连；

第三整流单元包括第三二极管、第三电解电容和第五晶闸管、第六晶闸管，其中第三二极管的阴极与第三电解电容的正极相连后与第四整流单元的第四二极管的阳极相连，第二电解电容的负极与第五晶闸管阳极和第六晶闸管阴极相连，第五晶闸管阴极与第一负电压源相连，第六晶闸管阳极与第二正电压源相连；

第四整流单元包括第四二极管、第四电解电容和第七晶闸管，其中第四二极管的阴极与第四电解电容的正极相连后与续流单元中第五二极管的阴极相连，形成输出正极，第四电解电容的负极与第七晶闸管阳极和第五二极管的阳极相连，形成输出负极，第七晶闸管阴极与第一负电压源相连；

所述的续流单元包括第五二极管，其中第五二极管的阴极形成输出正极，其阳极形成输出负极。

2.根据权利要求1所述的晶闸管相控直流电路，其特征在于所述交流电源为两相具有相位差的正弦或方波交流电压源，只要确保第一正电压源V1+和第一负电压源V1-为正时为第一电解电容E1充电，同时确保第一负电压源V1-和第二正电压源V2+为正时为第二、三、四电解电容充电。

3.根据权利要求1所述的晶闸管相控直流电路，其特征在于采用所述直流电源时，第一负电压源的电压可以为零伏，或直接接地。

4.根据权利要求1所述的晶闸管相控直流电路，其特征在于当后级整流单元工作时，只要不影响前级整流单元，中间至少隔一级，前后级整流单元可以同时工作。

5.根据权利要求1所述的晶闸管相控直流电路，其特征在于所述第四整流单元进一步包括第八晶闸管，第八晶闸管阴极和第五二极管的阳极相连，形成输出负极，第八晶闸管阳极与第二正电压源相连。

6.根据权利要求1-5任一项所述的晶闸管相控直流电路，其特征在于所述晶闸管相控直流电路中：(1)触发第一整流单元的第一晶闸管导通，则第一正电压源到第一负电压源线路导通，通过第一二极管为第一电解电容充电，直到第一电解电容充满为止；(2)触发第一整流单元的第二晶闸管和第二整流单元的第三晶闸管导通，第二正电源到第一负电压源线路导通，电源与第一电解电容通过第二二极管为第二电解电容充电，直到第二电解电容充满为止；(3)触发第二整流单元的第四晶闸管和第三整流单元的第五晶闸管导通，第二正电源到第一负电压源线路导通，电源与第二电解电容通过第三二极管为第三电解电容充电，直到第三电解电容充满为止；(4)触发第三整流单元的第六晶闸管和第四整流单元的第七晶闸管导通，第二正电源到第一负电压源线路导通，电源与第三电解电容通过第四二极管为第四电解电容充电，直到第四电解电容充满为止。