CN103840681A - 一种可控导通角的单相整流电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可控导通角的单相整流电路，包括：滤波电路，包括输入端与单相交流电的火线相连的电感和有第一连接端和第二连接端且所述第一连接端与所述电感的输出端相连的双向开关；整流电路，包括与所述滤波电路和单相交流电的零线分别相连的整流桥；所述整流桥为两臂二极管整流桥，所述两臂二极管整流桥的一个桥臂与电感的和双向开关的公共端相连，另一个桥臂与单相交流电的零线相连，所述两臂二极管整流桥形成一直流输出正极端和一直流输出负极端，所述双向开关的第二连接端与第一电解电容和第二电解电容的公共端、第一稳压电阻和第二稳压电阻的公共端相连。本发明可以有效达到抑制谐波电流和改善功率因数的目的，提高抑制功谐波电流效率。

Description

一种可控导通角的单相整流电路

技术领域

本发明涉及电力电子器件技术领域，特别是涉及一种可控导通角的单相整流电路。

背景技术

电力电子器件（Power Electronic Device）又称为功率半导体器件，主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面的大功率电子器件（通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上）。各种电力电子器件均具有导通和阻断两种工作特性。功率二极管是二端(阴极和阳极)器件，其器件电流由伏安特性决定，除了改变加在二端间的电压外，无法控制其阳极电流，故称不可控器件。普通晶闸管是三端器件，其门极信号能控制元件的导通，但不能控制其关断，称半控型器件。可关断晶闸管、功率晶体管等器件，其门极信号既能控制器件的导通，又能控制其关断，称全控型器件。后两类器件控制灵活，电路简单，开关速度快，广泛应用于整流、逆变、斩波电路中，是电动机调速、发电机励磁、感应加热、电镀、电解电源、直接输电等电力电子装置中的核心部件。这些器件构成装置不仅体积小、工作可靠，而且节能效果十分明显(一般可节电10%～40%)。

单个电力电子器件能承受的正、反向电压是一定的，能通过的电流大小也是一定的。因此，由单个电力电子器件组成的电力电子装置容量受到限制。所以，在实用中多用几个电力电子器件串联或并联形成组件，其耐压和通流的能力可以成倍地提高，从而可极大地增加电力电子装置的容量。器件串联时，希望各元件能承受同样的正、反向电压；并联时则希望各元件能分担同样的电流。但由于器件的个异性，串、并联时，各器件并不能完全均匀地分担电压和电流。所以，在电力电子器件串联时，要采取均压措施；在并联时，要采取均流措施。

对于交流供电的电力电子变换器，例如家用变频空调，前级为整流器，后级为逆变电路，逆变器后接压缩机，在整个系统的交流侧，会产生非常严重的谐波电流问题，其中包括低次谐波电流和高次谐波电流，污染周边和电网的电磁环境，严重时会造成很多危害，为此需要采用谐波电流抑制技术。

目前谐波电流抑制技术大都采用有源技术，通过主动的控制技术，可以实现较高甚至为1的网侧功率因数，而且电路简单，设计容易，成本低廉，抑制效果良好，得到了广泛的应用，但传统有源技术一般都是完全有源方案，虽然校正效果好，但是整流电路的效率较低。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可控导通角的单相整流电路，用于解决现有技术中抑制功谐波电流效率较低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种可控导通角的单相整流电路，包括：滤波电路，包括：电感，其输入端与单相交流电的火线相连；双向开关，具有第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与所述电感的输出端相连；整流电路，包括与所述滤波电路和单相交流电的零线分别相连的整流桥。

可选地，所述整流桥为两臂二极管整流桥，所述两臂二极管整流桥的一个桥臂与电感的和双向开关的公共端相连，另一个桥臂与单相交流电的零线相连。

可选地，所述两臂二极管整流桥形成一直流输出正极端和一直流输出负极端。

可选地，所述整流电路还包括第一电解电容和第二电解电容；所述第一电解电容的阳极与两臂二极管整流桥的直流输出正极端相连，阴极与第二电解电容的阳极相连；所述第二电解电容的阴极与两臂二极管整流桥的直流输出负极端相连；所述双向开关的第二连接端与第一电解电容和第二电解电容的公共端相连。

可选地，所述整流电路还包括第一稳压电阻和第二稳压电阻；所述第一稳压电阻的一端与两臂二极管整流桥的直流输出正极端相连，另一端与第二稳压电阻的一端相连；所述第二稳压电阻的另一端与两臂二极管整流桥的直流输出负极端相连；所述双向开关的第二连接端与第一稳压电阻和第二稳压电阻的公共端相连。

可选地，所述第一稳压电阻和所述第二稳压电阻的阻值相等。

可选地，所述双向开关为接近开关。

如上所述，本发明的一种可控导通角的单相整流电路，具有以下有益效果：

1、本发明通过设计合理的电路结构和电路参数，可以有效达到抑制谐波电流和改善功率因数的目的，提高抑制功谐波电流效率，网侧功率因数高，直流电压平稳。

2、本发明采用模块式设计结构，便于应用，降低设计时间。

3、本发明还具有电路结构简单、控制简便、谐波电流抑制效果好的优势，可广泛地应用在几乎所有的前级电路为单相整流器的电力电子变换器中。

附图说明

图1显示为本发明的一种可控导通角的单相整流电路的结构示意图。

元件标号说明

1        滤波电路

2        整流电路

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

目前谐波电流抑制技术大都采用有源技术，通过主动的控制技术，可以实现较高甚至为1的网侧功率因数，而且电路简单，设计容易，成本低廉，抑制效果良好，得到了广泛的应用。传统有源技术一般都是完全有源的，虽然校正效果好，但是效率较低。

有鉴于此，本发明提供一种可控导通角的单相整流电路，用于解决现有技术中抑制功谐波电流效率低的问题。以下将详细阐述本发明的一种可控导通角的单相整流电路的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的一种可控导通角的单相整流电路。

请参阅图1，显示为本发明的一种可控导通角的单相整流电路的结构示意图。如图1所示，本发明提供一种可控导通角的单相整流电路，包括：滤波电路1和整流电路2。

滤波电路1与单相交流电源相连，对输入的交流电进行滤波。在本实施例中，单相交流电源的电压等级为265V以下，额定传输功率3.5kW。

具体地，滤波电路1包括：电感L1和双向开关BDS1。

电感L1的输入端与单相交流电的火线ACL相连，输出端与双向开关BDS1相连。具体地，在本实施例中，电感L1的大小为3.5mH，允许经过的最大电流为15A。

BDS1相连具有第一连接端P1和第二连接端P2。所述第一连接端P1与所述电感的输出端相连，并形成节点N1。所述第二连接端P2与整流电路2相连。

所述双向开关BDS1可采用任何双向开光形式。具体地，在本实施例中，所述双向开关BDS1为接近开关。接近开关也叫近接开关，又称无触点行程开关，它除可以完成行程控制和限位保护外，还是一种非接触型的检测装置，用作检测零件尺寸和测速等，也可用于变频计数器、变频脉冲发生器、液面控制和加工程序的自动衔接等。

接近开关的特点是工作可靠、寿命长、功耗低、复定位精度高、操作频率高以及适应恶劣的工作环境等。当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。通常把这个距离叫“检出距离”。但不同的接近开关检出距离也不同。有时被检测验物体是按一定的时间间隔，一个接一个地移向接近开关，又一个一个地离开，这样不断地重复。而不同的接近开关，对检测对象的响应能力是不同的，这种响应特性被称为“响应频率”。

进一步地，在本实施例中，所述双向开关BDS1的参数规格为：35A/100°C、600V；开关频率为20kHz。

整流电路2，包括整流桥B1、第一电解电容E1、第二电解电容E2、第一稳压电阻R1和第二稳压电阻R2。

整流桥B1与所述滤波电路1和单相交流电的零线ACN分别相连。电流经过整流桥B1后，可与电压源逆变器和空调压缩机相连。

具体地，在本实施例中，所述整流桥B1为两臂二极管整流桥，所述两臂二极管整流桥的一个桥臂与电感L1的和双向开关BDS1的公共端相连，另一个桥臂与单相交流电的零线ACN相连。

所述两臂二极管整流桥形成一直流输出正极端DCP和一直流输出负极端DCN。

具体地，所述两臂二极管整流桥包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4。一个臂为第一二极管D1和第三二极管D3串联而成，另一个臂为第二二极管D2和第四二极管D4串联而成。第一二极管D1的阳极和第三二极管D3的阴极相连，第二二极管D2的阳极和第四二极管D4的阴极相连。

第一二极管D1的阴极和第二二极管D2的阴极相连形成一直流输出正极端DCP；第三二极管D3的阳极和第四二极管D4的阳极相连形成一直流输出负极端DCN。

直流输出正极端DCP和直流输出负极端DCN可与电压源逆变器和空调压缩机相连。

同时，电感L1的和双向开关BDS1的公共端连入第一二极管D1和第三二极管D3之间的连接线上；单相交流电的零线ACN连入第二二极管D2和第四二极管D4之间的连接线上。

进一步地，在本实施例中，两臂二极管整流桥的参数规格为：25A/100°C、600V。

第一电解电容E1和第二电解电容E2串联。第一电解电容E1的阴极和第二电解电容E2的阳极相连。

所述第一电解电容E1的阳极与两臂二极管整流桥的直流输出正极端DCP相连，阴极与第二电解电容E2的阳极相连；所述第二电解电容E2的阴极与两臂二极管整流桥的直流输出负极端DCN相连。

特别地，所述双向开关BDS1的第二连接端P2与第一电解电容E1和第二电解电容E2的公共端相连，并形成连接点N2。

具体地，在本实施例中，第一电解电容E1和第二电解电容E2的大小为4×680μF，允许的最大电压为400V。

第一稳压电阻R1和第二稳压电阻R2串联。

所述第一稳压电阻R1的一端与两臂二极管整流桥的直流输出正极端DCP相连，另一端与第二稳压电阻R2的一端相连；所述第二稳压电阻R2的另一端与两臂二极管整流桥的直流输出负极端DCN相连。

特别地，所述双向开关BDS1的第二连接端P2与第一稳压电阻R1和第二稳压电阻R2的公共端相连，并形成连接点N3。

两臂二极管整流桥的直流输出负极端DCN、第二电解电容E2的阴极端和第二稳压电阻R2与两臂二极管整流桥的直流输出负极端DCN相连的一端接地。

需要注意的是，所述第一稳压电阻R1和所述第二稳压电阻R2的阻值相等。具体地，在本实施例中，所述第一稳压电阻R1和所述第二稳压电阻R2的阻值都为68kΩ，可允许通过的最大功率为10W。

本发明根据单相整流桥的工作原理，特别是根据单相二极管整流系统的谐波电流分布规律，并考虑到谐波电流标准的要求，设计了在网压较低时，不论正半周或负半周，采用局部斩波强迫整流的技术，通过双向可控开关的通断，扩大和控制滤波电感的导通角，优化PWM脉冲规律，使之适应负载功率的变化，使得电感电流获得足够高的正弦度，抑制谐波电流和改善网侧功率因数，满足EMC中关于谐波电流标准，如IEC61000-3-2，同时鉴于采用局部斩波技术，可以有效地提高整个整流电路的工作效率。

综上所述，本发明的一种可控导通角的单相整流电路，具有以下有益效果：

1、本发明通过设计合理的电路结构和电路参数，可以有效达到抑制谐波电流和改善功率因数的目的，提高抑制功谐波电流效率，网侧功率因数高，直流电压平稳。

2、本发明采用模块式设计结构，便于应用，降低设计时间。

3、本发明还具有电路结构简单、控制简便、谐波电流抑制效果好的优势，可广泛地应用在几乎所有的前级电路为单相整流器的电力电子变换器中。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种可控导通角的单相整流电路，其特征在于，包括：

滤波电路，包括：

电感，其输入端与单相交流电的火线相连；

双向开关，具有第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与所述电感的输出端相连；

整流电路，包括与所述滤波电路和单相交流电的零线分别相连的整流桥。

2.根据权利要求1所述的一种可控导通角的单相整流电路，其特征在于，所述整流桥为两臂二极管整流桥，所述两臂二极管整流桥的一个桥臂与电感的和双向开关的公共端相连，另一个桥臂与单相交流电的零线相连。

3.根据权利要求2所述的一种可控导通角的单相整流电路，其特征在于，所述两臂二极管整流桥形成一直流输出正极端和一直流输出负极端。

4.根据权利要求3所述的一种可控导通角的单相整流电路，其特征在于，所述整流电路还包括第一电解电容和第二电解电容；所述第一电解电容的阳极与两臂二极管整流桥的直流输出正极端相连，阴极与第二电解电容的阳极相连；所述第二电解电容的阴极与两臂二极管整流桥的直流输出负极端相连；所述双向开关的第二连接端与第一电解电容和第二电解电容的公共端相连。

5.根据权利要求3所述的一种可控导通角的单相整流电路，其特征在于，所述整流电路还包括第一稳压电阻和第二稳压电阻；所述第一稳压电阻的一端与两臂二极管整流桥的直流输出正极端相连，另一端与第二稳压电阻的一端相连；所述第二稳压电阻的另一端与两臂二极管整流桥的直流输出负极端相连；所述双向开关的第二连接端与第一稳压电阻和第二稳压电阻的公共端相连。

6.根据权利要求5所述的一种可控导通角的单相整流电路，其特征在于，所述第一稳压电阻和所述第二稳压电阻的阻值相等。

7.根据权利要求1所述的一种可控导通角的单相整流电路，其特征在于，所述双向开关为接近开关。