CN104682726A

CN104682726A - 新型整流滤波电路及其控制方法

Info

Publication number: CN104682726A
Application number: CN201410809905.3A
Authority: CN
Inventors: 励小峰
Original assignee: ZHEJIANG ELECTRIC Co LTD TIANAN ELECTRICAL GROUP
Current assignee: ZHEJIANG ELECTRIC Co LTD TIANAN ELECTRICAL GROUP
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2034-12-23
Also published as: CN104682726B

Abstract

本发明提供了一种新型整流滤波电路及其控制方法，所述新型整流滤波电路至少输入一路交流电压以及至少输出一路直流电压，单路输出的新型整流滤波电路包括整流电路、降压稳压电路和滤波电路，其中，所述整流电路与交流电压输入相连接；所述降压稳压电路与所述整流电路和滤波电路相连接，用于将所述整流电路输出电压降压并稳压至一定电压值后再经滤波电路输出直流电压。采用本发明的技术方案，通过将整流输出直接进行降压稳压处理后再进行滤波，能够显著提升纹波特性，加长变压器的输出时长，改善电源的输出特性。

Description

新型整流滤波电路及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于开关电源技术领域，具体涉及一种新型整流滤波电路及其控制方法。

背景技术

[0002] 整流滤波电路通常用于把交流电能转换为直流电能，大多数整流滤波电路由变压器、整流电路和滤波器等组成。参见图1，所示为现有技术中常常规整流滤波电路的原理框图，由市电经变压器降压为低压交流电，再经过全桥整流，成为直流纹波电压，而后依靠电容来滤波得到直流平波电压。

[0003] 这种常规整流滤波电路在整流电路之后直接连接滤波电容，由于滤波电容具有峰值保持的特性，其上的稳压值一般接近交流输入的峰值电压，因此只能在交流输入电压大于该稳压值时，才能对滤波电容充电；在后级加负载后的情况下，整流滤波电路上表现为接近交流输入电压波形的峰值附近有非常集中的高密度高能量电流通过，后级的全时区电流都只能在该短时间内得到补充。换句话说，后级的全时区电流被挤在该短时间内全额补充，后级电容只起到蓄能放电平滑的作用(不能提供有功电流)，表现为电流幅值的挤高和负载电流波形的频率的挤高。另外，在该短时电流区外，电源只能依靠电容的储能提供，表现为电压的下降，从而造成了纹波。同时由于大部分时间依靠电容的储能供电，电源的特性主要呈现为电容型特性，尤其是瞬时大电流脉冲特性非常差。

[0004] 在各种电源应用中，不管其后续电路采用了何种降压稳压措施，从电流的通路角度讲，整个电路的特性都将受到该整流滤波电路特性的瓶颈限制。

[0005] 故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研宄，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。

发明内容

[0006] 为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种新型整流滤波电路及其控制方法，将输入交流电压通过整流电路整流之后先经降压稳压电路处理，再经滤波电路输出直流电压，以解决上述问题。

[0007] 为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案为:

[0008] 一种新型整流滤波电路，所述新型整流滤波电路至少输入一路交流电压以及至少输出一路直流电压，单路输出的新型整流滤波电路包括整流电路、降压稳压电路和滤波电路，其中，

[0009] 所述整流电路与交流电压输入相连接；

[0010] 所述降压稳压电路与所述整流电路和滤波电路相连接，用于将所述整流电路输出电压降压并稳压至一定电压值后再经滤波电路输出直流电压。

[0011] 优选地，所输入的交流电压为三相交流电压时，单路输出的新型整流滤波电路包括整流电路、降压稳压电路和滤波电路，其中，所述整流电路为三相整流电路，每相整流输出都接一所述降压稳压电路，每相回路的降压稳压电路的输出端并接后与所述滤波电路相连接。

[0012] 优选地，所述新型整流滤波电路输出多路直流电压时，由多个所述单路输出的新型整流滤波电路并接组成。

[0013] 优选地，所述降压稳压电路采用线性稳压电源芯片实现。

[0014] 优选地，所述降压稳压电路还包括与所述线性稳压电源芯片并接的扩流电路，所述扩流电路用于增加所述线性稳压电源芯片的输出电流。

[0015] 优选地，所述线性稳压电源芯片为LM317或LM337。

[0016] 优选地，电源芯片LM317、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一变阻器RW1、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一三极管Ql和第二三极管Q2，其中，交流输入的一端与所述第二二极管D2的正端相连接，所述第二二极管D2的负端与第四二极管D4的正端和第二三极管的集电极相连接，所述第四二极管D4的负端与第四电阻R4的一端和第一三极管Ql的发射极相连接，所述第四电阻R4的另一端和第五电阻R5的一端共同与所述电源芯片LM317的第三引脚相连接，所述第五电阻R5的另一端与所述第一三极管Ql的基极相连接，所述第一三极管Ql的集电极与第六电阻R6的一端相连接，所述第六电阻R6的另一端与所述第二三极管Q2的基极和第七电阻R7的一端相连接，所述第七电阻R7的另一端与所述第二三极管Q2的发射极、第三电容C3的正端、第三三极管D3的负端、第二电阻R2的一端和电源芯片LM317的第二引脚相连接作为直流输出端正极；所述第二电阻R2的另一端与电源芯片LM317的第一引脚、第三二极管D3的正端、第一电阻Rl的一端、第一电容Cl的正端和第二电容C2的一端相连接，所述第一电阻Rl的另一端与所述第一变阻器RWl的变阻端相连接，所述第一变阻器RWl的另一端、低一电容Cl的负端、第二电容C2的另一端、第三电容C3的负端、第三电阻R3的另一端以及交流输入的另一端共同与地相连接。

[0017] 本发明还公开了一种新型整流滤波电路的控制方法，所述新型整流滤波电路至少输入一路交流电压以及至少输出一路直流电压，其特征在于，将输入交流电压进行整流后直接进行降压处理并稳压至一定电压值，再进行滤波处理输出直流电压。

[0018] 优选地，所输入的交流电压为三相交流电压时，先进行三相整流后，对每相整流输出都进行降压处理并稳压至一定电压值，再将三相回路输出并接后进行滤波处理输出直流电压。

[0019] 优选地，输出多路直流电压时，通过多个新型整流滤波电路并接实现。

[0020] 与现有技术相比，采用本发明的上述方案，通过将整流输出直接进行降压稳压处理后再进行滤波，能够显著提升纹波特性，加长变压器的输出时长，改善电源的输出特性。

附图说明

[0021] 图1是现有技术中常规整流滤波电路的原理框图；

[0022] 图2是本发明新型整流滤波电路的原理框图；

[0023] 图3是本发明新型整流滤波电路的工作原理图；

[0024] 图4是本发明新型整流滤波电路实施方式一的电路原理图；

[0025] 图5是本发明新型整流滤波电路实施方式二的电路原理图；

[0026] 图6是本发明新型整流滤波电路实施方式三的原理框图；

[0027] 图7是本发明新型整流滤波电路实施方式四的电路原理图；

[0028] 图8是本发明新型整流滤波电路实施方式五的原理框图；

[0029] 图9是本发明新型整流滤波电路实施方式五的工作原理图；

[0030] 图10是本发明新型整流滤波电路实施方式六的电路原理图；

[0031] 图11是现有技术常规整流滤波电路输出直流电压波形图；

[0032] 图12是本发明新型整流滤波电路输出直流电压波形图。

具体实施方式

[0033] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0034] 相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

[0035] 为了解决现有技术整流滤波电路所存在的问题，本发明提出一种新型整流滤波电路，至少输入一路交流电压以及至少输出一路直流电压，其将所输入交流电压通过整流电路整流之后先经降压稳压电路处理，再经滤波电路输出直流电压。

[0036] 参见图2，所示为本发明新型整流滤波电路的原理框图，为单路输出的新型整流滤波电路，包括整流电路、降压稳压电路和滤波电路，整流电路与交流电压输入相连接，一般所输入交流电压为市电经变压器输出；整流电路为半波整流电路、全桥整流电路或三相整流电路等；滤波电路一般由电容原件构成。

[0037] 所述降压稳压电路与所述整流电路和滤波电路相连接，用于将所述整流电路输出电压降压并稳压至一定电压值后再经滤波电路输出直流电压。

[0038] 参见图3，所示为本发明新型整流滤波电路的工作原理图，其中，变压器交流输入峰值电压为67.8V,降压稳压电路的稳压值为45.6V。具体工作过程如下:

[0039] 刚开始上电时，滤波电容上都没有电，在变压器输出为上正下负的情况下，变压器输出电压从OV逐步增大，直到降压稳压值45.6V之前，输出电压跟随者输入电压逐步上升，电容被同步充电，如图中曲线段1-2 ；

[0040] 当变压器输出电压从45.6V再逐步增大后，降压稳压环节起作用，输出被稳定在45.6V，此时的负载电流主要从变压器流过，降压稳压环节承担压差部分的功耗，输入电压如图3中曲线段2-3，输出电压如图中直线段2-3 ；

[0041] 当变压器输出电压从45.6V再逐步减小后，降压稳压环节无压差，输出被滤波电容稳定在45.6V，此时的负载电流主要从滤波电容流过，输出电压随着电容放电而逐步降低，输入电压如图中曲线段3-4，输出电压如图3中直线段3-5(图3中未显示电压下降细节);

[0042] 此后变压器反向输出，经过整流电路输入正电源，也即被整流成正电源，如图中曲线段4-8 ；

[0043] 当变压器输出电压从从OV逐步增大，直到降压稳压值45.6V之前，输出电压随着滤波电容放电而继续逐步降低，输入电压如图3中曲线段4-6，输出电压如图3中直线段

5-6(图3中未显示电压下降细节)；

[0044] 当变压器输出电压从45.6V再逐步增大后，降压稳压电路起作用，输出被稳定在45.6V，此时的负载电流主要从变压器流过，降压稳压电路承担压差部分的功耗，输入电压如图3中曲线段6-7，输出电压如图中直线段6-7 ;此后从点3开始周期循环变化。

[0045] 由上述工作原理分析可知，变压器在曲线段2-3、6_7段直接参与负载电流提供，其最大工作时长由稳压值与变压器输出正弦波的交点2、3间的时间差决定，也即与稳压值有直接关系，稳压值越低，变压器最大工作时长越长。

[0046] 采用该整流稳压滤波电路，整流之后的波形不经滤波电容的峰值保持，而直接由降压稳压电路进行降压处理并稳压至一定电压值，拓宽了变压器的输出时长，从而可克服上述提到的普通整流滤波电路的缺陷。

[0047] 参加图4，所示为本发明新型整流滤波电路实施方式一的电路原理图，其中，降压稳压电路由线性稳压电源芯片LM317及其外围电路实现。具体的，新型整流滤波电路包括电源芯片LM317、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一变阻器RWl、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3，其中，交流输入的一端与所述第二二极管D2的正端相连接，所述第二二极管D2的负端与第一二极管Dl的负端和电源芯片LM317的第三引脚相连接；电源芯片LM317的第二引脚与第一二极管Dl的负端、第三电容C3的正端、第三三极管D3的负端和第二电阻R2的一端相连接作为直流输出端正极，第二电阻R2的另一端与电源芯片LM317的第一引脚、第三二极管D3的正端、第一电阻Rl的一端、第一电容Cl的正端和第二电容C2的一端相连接，第一电阻Rl的另一端与所述第一变阻器RWl的变阻端相连接，所述第一变阻器RWl的另一端、低一电容Cl的负端、第二电容C2的另一端、第三电容C3的负端、第三电阻R3的另一端以及交流输入的另一端共同与地相连接。调节第一变阻器RWl的变阻端可调整输出端直流输出电压值。该电路工作原理如下:

[0048] 前级变压器输出交流电压经过第二二极管D1、电源芯片LM317以及负载第三电阻R3回到地端形成I个回路，输出端得到稳定的直流正电压。

[0049] LM317 输出电压公式为 Vout = Vref* (1+(R1+RW1)/R2)+Iadj* (R1+RW1)；

[0050] 其中:Vout为输出电压，Vref是LM317的固有参数；LM317的第三引脚IN端接输入交流电，其第二引脚OUT端相对于第一引脚ADJ端的恒定电压差，典型值为1.25V ；Iadj是非常小的电流值，通常小于100uA，可以忽略不计；适当调整RW1，使得输出电压稳定在45.6V左右；LM317通常只能允许稳压1.2V-37V，但是LM317允许输入与输出压差在40V内，所以这里也能正常使用；电路中第二电阻R2、第一电阻R1、第一变阻器RW1、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第三二极管D3为LM317的外围器件，实现LM317的降压稳压作用。

[0051] 参加图5，所示为本发明新型整流滤波电路实施方式二的电路原理图，在图4的基础上增加了扩流电路，扩流电路由R4、R5、R6、R7、Ql、Q2组成，用于实现LM317的扩流，即增加了 LM317的输出电流。

[0052] 另外，图5电路中的C3为滤波电容，主要起降压稳压后的滤波作用；二极管D4主要起保护LM317的作用在输入电压小于降压稳压值时起截止作用，防止反电压作用在LM317上，从而对LM317起保护作用；电阻R3作为假负载，稳定无负载时的工作状态。

[0053] 参见图6，所示为本发明新型整流滤波电路实施方式三的原理框图，将两路图2所示的单路输出的新型整流滤波电路并接实现两路直流电压输出，具体电路工作原理可参见如上描述，这里不再赘述。相应的，当输出多路直流电压时，新型整流滤波电路由多个所述单路输出的新型整流滤波电路并接组成。

[0054] 参见图7，所示为本发明新型整流滤波电路实施方式四的电路原理图，其由两路图4所示的电路并接组成，具体电路工作原理可参见如上描述，这里不再赘述。其中变压器中间抽头接地，从而可以实现正负双电源输出，负电源输出电路，采用线性稳压电源芯片LM337实现。

[0055] 当然，图6所示的新型整流滤波电路也可以由两路图5所示的电路并接组成，具体电路工作原理可参见如上描述，这里不再赘述。

[0056] 在上述新型整流滤波电路中，变压器工作时长由变压器输出的交流峰值电压和降压稳压电路的稳压值之间的差值决定，从图3可知，变压器在曲线段3-4、4-6中没有输出，依靠电容放电得到电源的电流，整体输出电压呈现下降现象，从而使电路纹波增大。为了解决上述技术问题，本发明提出了一种三相整流滤波电路电路。参加图8，所述为本发明新型整流滤波电路实施方式五的原理框图，包括整流电路、降压稳压电路和滤波电路，其中，所述整流电路为三相整流电路，每相整流输出都接一所述降压稳压电路，每相回路的降压稳压电路的输出端并接后与所述滤波电路相连接。

[0057] 参见图9，所示为本发明新型整流滤波电路实施方式五的工作原理图，采用三相输出变压器，接成Y形接法，降压稳压电路输出的稳压值选在三相6脉波的最低点电压之下，则能保证输出的直流电源任何时刻都由变压器绕组输出端直接提供电流经过整流到降压稳压电路，可保证全时区输出。根据图3的方式分析，图8中变压器最大工作时长为曲线段2-4、7-9、12-14，其输出时长重叠区有曲线段7-3-4、12-8-9。这样就完全避免了上文提到的电容性电源的缺点。

[0058] 参见图10，所示为本发明新型整流滤波电路实施方式六的电路原理图，其工作原理可参见上述分析，在此不再赘述。

[0059] 当然，本发明三相输入的新型整流滤波电路也可以在图8的基础上增加扩流电路，其工作原理可参见上述分析，在此不再赘述。

[0060] 本发明还公开了一种新型整流滤波电路的控制方法，所述新型整流滤波电路至少输入一路交流电压以及至少输出一路直流电压，包括以下步骤:将输入交流电压进行整流后直接进行降压处理并稳压至一定电压值，再进行滤波处理输出直流电压。

[0061] 在一种优选实施方式中，所输入的交流电压为三相交流电压时，先进行三相整流后，对每相整流输出都进行降压处理并稳压至一定电压值，再将三相回路输出并接后进行滤波处理输出直流电压。

[0062] 在一种优选实施方式中，输出多路直流电压时，通过多个新型整流滤波电路并接实现。

[0063] 为了验证上述技术方案在实际电源应用中的所带来的技术效果，以下对现有技术中常规整流滤波电路和本发明的新型整流滤波电路的输出直流电压波形进行对比分析。

[0064] 参见图11，所示为现有技术常规整流滤波电路输出直流电压波形图，其中，直流输出电压为45.6V，滤波电容为1000 μ F，在负载IkHz正弦波峰值2Α的情况下，测得的直流电压波形。

[0065] 参见图12，所示为本发明新型整流滤波电路输出直流电压波形图，其中，直流输出电压为45.6V，滤波电容为1000 μ F，在负载IkHz正弦波峰值2Α的情况下，测得的直流电压波形。

[0066] 图11和图12的输出直流电压波形是在相同的测试参数下测得，对两图进行数据分析:

[0067] (I)常规整流滤波电路Vpp ^ 400mV ;本发明新型整流滤波电路Vpp ^ 10mV,仅为常规电路的25% ；

[0068] (2)常规整流滤波电路，变压器工作时间约为4.8mS，占空比为4.8/10 = 48% ;本发明新型整流滤波电路，时间约为5.6mS，占空比为5.6/10 = 56%，，为现有技术的117% ;

[0069] (3)常规整流滤波电路的输出直流电压的压降约为45.6-38.6 = 7V ;本发明新型整流滤波电路的压降约为0V，大大提升了输出性能；也从侧面反映了新整流电源的输出内阻极小。

[0070] 由上分析可知，采用上述技术方案，能够显著提升纹波特性，加长变压器的输出时长，极大改善了电源的输出特性。

[0071] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种新型整流滤波电路，其特征在于:所述新型整流滤波电路至少输入一路交流电压以及至少输出一路直流电压，单路输出的新型整流滤波电路包括整流电路、降压稳压电路和滤波电路，其中，所述整流电路与交流电压输入相连接；所述降压稳压电路与所述整流电路和滤波电路相连接，用于将所述整流电路输出电压降压并稳压至一定电压值后再经滤波电路输出直流电压。

2.根据权利要求1所述的新型整流滤波电路，其特征在于，所输入的交流电压为三相交流电压时，单路输出的新型整流滤波电路包括整流电路、降压稳压电路和滤波电路，其中，所述整流电路为三相整流电路，每相整流输出都接一所述降压稳压电路，每相回路的降压稳压电路的输出端并接后与所述滤波电路相连接。

3.根据权利要求1或2所述的新型整流滤波电路，其特征在于，所述新型整流滤波电路输出多路直流电压时，由多个所述单路输出的新型整流滤波电路并接组成。

4.根据权利要求1或2所述的新型整流滤波电路，其特征在于，所述降压稳压电路采用线性稳压电源芯片实现。

5.根据权利要求4所述的新型整流滤波电路，其特征在于，所述降压稳压电路还包括与所述线性稳压电源芯片并接的扩流电路，所述扩流电路用于增加所述线性稳压电源芯片的输出电流。

6.根据权利要求4所述的新型整流滤波电路，其特征在于，所述线性稳压电源芯片为LM317 或 LM337。

7.根据权利要求1所述的新型整流滤波电路，其特征在于，电源芯片LM317、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一变阻器RW1、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一三极管Ql和第二三极管Q2，其中，交流输入的一端与所述第二二极管D2的正端相连接，所述第二二极管D2的负端与第四二极管D4的正端和第二三极管的集电极相连接，所述第四二极管D4的负端与第四电阻R4的一端和第一三极管Ql的发射极相连接，所述第四电阻R4的另一端和第五电阻R5的一端共同与所述电源芯片LM317的第三引脚相连接，所述第五电阻R5的另一端与所述第一三极管Ql的基极相连接，所述第一三极管Ql的集电极与第六电阻R6的一端相连接，所述第六电阻R6的另一端与所述第二三极管Q2的基极和第七电阻R7的一端相连接，所述第七电阻R7的另一端与所述第二三极管Q2的发射极、第三电容C3的正端、第三三极管D3的负端、第二电阻R2的一端和电源芯片LM317的第二引脚相连接作为直流输出端正极；所述第二电阻R2的另一端与电源芯片LM317的第一引脚、第三二极管D3的正端、第一电阻Rl的一端、第一电容Cl的正端和第二电容C2的一端相连接，所述第一电阻Rl的另一端与所述第一变阻器RWl的变阻端相连接，所述第一变阻器RWl的另一端、低一电容Cl的负端、第二电容C2的另一端、第三电容C3的负端、第三电阻R3的另一端以及交流输入的另一端共同与地相连接。

8.权利要求1至7任一项所述新型整流滤波电路的控制方法，所述新型整流滤波电路至少输入一路交流电压以及至少输出一路直流电压，其特征在于，将输入交流电压进行整流后直接进行降压处理并稳压至一定电压值，再进行滤波处理输出直流电压。

9.根据权利要求8所述的新型整流滤波电路的控制方法，其特征在于，所输入的交流电压为三相交流电压时，先进行三相整流后，对每相整流输出都进行降压处理并稳压至一定电压值，再将三相回路输出并接后进行滤波处理输出直流电压。

10.根据权利要求8所述的新型整流滤波电路的控制方法，其特征在于，输出多路直流电压时，通过多个新型整流滤波电路并接实现。