CN105529940B - 受控的整流电路 - Google Patents

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Abstract

一种整流电路，包括：第一二极管，被耦合在被配置为接收交流电压的施加的第一端子与被配置为递送经整流的电压的第一端子之间；以及阳极‑栅极晶闸管，被耦合在被配置为接收所述交流电压的施加的第二端子与被配置为递送经整流的电压的第二端子之间，其中所述阳极‑栅极晶闸管的阳极连接至被配置为递送经整流的电压的所述第二端子。

Description

受控的整流电路
优先权要求
本申请要求于2014年10月17日提交的第1459993号法国专利申请的优先权权益，其内容在法律可允许的最大程度上通过整体引用并入本文。
技术领域
本公开总体涉及电子电路，并且更具体而言，涉及基于二极管和晶闸管的整流桥的实现。
背景技术
基于晶闸管的使用的可控整流桥的许多解决方案是已知的。
例如，美国专利号6,493,245(通过引用并入)描述了具有设置在桥的上部部分中的两个阴极-栅极晶闸管的整流桥，也就是说，具有连接至经整流的电压的正电势的阴极。
发明内容
一个实施例克服了具有晶闸管的常规整流桥的所有或部分缺点。
另一实施例提供了可控整流桥，其能够以简化的方式被控制。
另一实施例提供了由微控制器直接可控的整流桥。
因此，一个实施例提供了一种整流电路，包括：第一二极管，在交流电压的第一施加端子与经整流的电压的第一递送端子之间；以及第一阳极-栅极晶闸管，在交流电压的第二施加端子与经整流的电压的第二递送端子之间，第一晶闸管的阳极连接至第二经整流的电压的递送端子。
根据一个实施例，电路还包括：第二二极管，在交流电压的第二施加端子与经整流的电压的第一递送端子之间。
根据一个实施例，电路还包括：第二阳极-栅极晶闸管，在交流电压的第一施加端子与经整流的电压的第二递送端子之间，第二晶闸管的阳极连接至第二经整流的电压的递送端子。
根据一个实施例，电路还包括在第一晶闸管的阴极与交流电压的每个施加端子之间的二极管。
根据一个实施例，电路还包括用于控制晶闸管或者晶闸管之一的至少一个级，包括：二极管，将晶闸管栅极连接至经整流的电压的第二递送端子；以及电容元件，与电阻元件串联，电阻元件将晶闸管栅极连接至控制脉冲生成电路。
根据一个实施例，每个晶闸管与控制级相关联。
根据一个实施例，控制电路以比交流电压的频率大10至100倍的量级的频率生成脉冲链。
根据一个实施例，控制电路利用由电源电路递送的电压进行供电，电源电路连接至第一经整流的电压的递送端子，电容器将电源电路连接至第二经整流的电压的递送端子。
根据一个实施例，由控制电路控制的开关介于第二经整流的电压的递送端子与一个晶闸管的阳极或者多个晶闸管的阳极的互连的节点、控制级的二极管的阴极或者多个控制级的二极管的阴极的互连的节点、控制电路的参考端子的互连的节点和电容器的互连的节点之间。
根据一个实施例，电路还包括在经整流的电压的两个递送端子之间的电容元件。
根据一个实施例，由控制电路控制的开关介于第二经整流的电压的递送端子与形成所述电容元件的两个电容器的互连的节点之间，二极管将所述节点连接至用于供应控制电路的端子。
根据一个实施例，与电阻元件串联的至少一个二极管将第二经整流的电压的递送端子连接至交流电压的施加端子之一。
附图说明
将结合附图在具体实施例的以下非限制性描述中详细讨论前述和其它特征和优点。
图1是具有晶闸管的常规整流桥的示例的电气图；
图2是具有晶闸管的整流桥的一个实施例的电气图；
图3是可控整流桥的备选实施例的电气图；以及
图4是具有晶闸管的整流桥的另一实施例的电气图。
具体实施方式
相同元件在不同附图中被指定有相同的附图标记。为了清楚，仅对于理解所描述的实施例有用的那些步骤和元件已经被示出并且将被详述。具体而言，并未详述怎样利用经整流的电压，所描述的实施例与这样的经整流的电压的常规应用兼容。此外，也并未详述用于从微控制器生成控制信号的电路，所描述的实施例再次与常规控制信号生成电路兼容。
图1是具有在上述美国专利号6,493,245中描述的类型的晶闸管的可控整流桥的示例的电气图。该桥是全波桥并且包括在经整流的电压Vout的两个递送端子11和12之间的两个并联支路。每个支路包括分别连接至二极管D1、D2的晶闸管Th1、TH2，二极管阳极在端子12的限定经整流的电压Vout的最负电势(通常为接地或参考电势)的一侧上。晶闸管和二极管的相应的接合点限定将要整流的交流电压Vac的两个施加端子13和14。电容元件C总体上连接在端子11和12之间以平滑经整流的电压。可能地，电感元件(未示出)可以被插入在桥输入(例如，介于端子13与晶闸管Th1和二极管D1的接合点之间)处。这样的元件特别地被用于对从桥输入拉取的电流进行滤波。电感元件也可以被置于输出处，例如在端子11与晶闸管Th1和Th2的两个阳极的公共点之间。这一电感元件可以被置于电容器C的上游或下游。这一元件类型例如可以用于用来校正从网络拉取的电流的功率因数的开关电源电路中。
晶闸管Th1和Th2是旨在由信号CT控制的阴极-栅极晶闸管。
在这样的可控整流桥中，直接源自微控制器的控制电压不能被施加，更一般地，直接被参考至参考电势12的电压也不能被施加，由于晶闸管Th1和Th2的阴极的参考，其在经整流的电压的最正电势(端子11)的一侧上。这强加使用电流隔离变压器或光耦合器类型的转换元件15来转换控制信号的参考。
这样的实施例增加了可控整流桥的生产成本。
图2是可控整流电路的实施例的电气图。这一电路包括整流桥，该整流桥具有在经整流的电压Vout的两个递送端子21和22之间的两个并联支路。每个支路包括在端子21和22之间分别连接至晶闸管T1、T2的二极管D3、D4，晶闸管阳极连接至端子22并且二极管阴极连接至端子21。两个支路的相应的中点限定了将要被整流的交流电压Vac的施加端子23和24，端子23连接至二极管D3的阳极和晶闸管T1的阴极，端子24连接至二极管D4的阳极和晶闸管T2的阴极。滤波电容元件C优选地连接端子21和22。
晶闸管T1和T2是阳极-栅极晶闸管。晶闸管T1和T2的相应的栅极经由级25和26从数字控制电路或者微控制器(CTRL)类型的电路27接收控制信号。每个级由分别将晶闸管T1和T2的栅极连接至端子22的二极管D25和D26、以及电容元件C25、26分别与电阻元件R25、R26的串联组合形成，二极管D25和D26的阳极在晶闸管T1或者T2的栅极侧上，电容元件C25、26分别与电阻元件R25、R26的串联组合将晶闸管T1和T2的相应栅极连接至电路27。
控制电路27例如是由低电压(例如具有在从3.3伏至12伏的范围内的值)供电的微控制器或集成电路，该低电压由电源电路28(DC/DC)从电压Vout生成。电容元件Ca连接在电路28和端子22之间，这样的电压调节器类型的电路递送适合于电路27的电源电压。微控制器可以在另一方面从其他电路接收数据，未示出。
相对于图1的电路的区别在于不再必需使用光耦合器或者电流绝缘变压器类型的转换元件，来向晶闸管施加控制信号。这显著地简化了可控整流桥的形成，并且降低了其成本。
该桥操作如下。晶闸管T2在输入电压的正半波期间被接通，并且晶闸管T1在负半波期间被接通。
对于流动经过晶闸管T1和T2之一的电流，其阳极电势应当大于其阴极电势，并且应当通过拉取在其栅极上的电流来激活。为了简化，在以下阐释中，在二极管和晶闸管中将忽略正向电压降。
根据一个实施例，为了接通晶闸管之一，电路27以比电压Vac的频率更大的频率(例如，大近似从10至100倍)生成脉冲链。
在正半波期间，针对由电路27生成的每个(正)脉冲，电流流动经过电阻器R26、经过电容C26和经过二极管D26，其引起电容C26的充电。当电路27的输出信号被降低至低电平(总体上，参考端子22的电平)时，反向电流通过电容C26的放电而流动经过电阻器R26、电路27(实际上，其输出级的低晶体管，未示出)和晶闸管T2的栅极。一旦晶闸管T2的阴极电势变得低于其阳极电势，也就是说，电压Vac的经整流的幅度变得大于跨电容C的电压，晶闸管T2在由电路27生成的下一控制脉冲的下降沿接通。这相当于将电流拉取至这一栅极中并且接通晶体管T2，晶体管T2保持导通直至其电流变为零。
应当注意，由电路27生成的脉冲的频率越高，晶闸管T2的阳极-阴极电压变为正的时刻与晶闸管T2的导通的时刻之间的延迟越短。
在负半波期间对于晶闸管T1和级25发生相似的操作。
根据电路27需要监控相应的电压电平Vac和Vout的备选实施例，当符合其它操作条件时电压Vac的每个半波生成单个控制脉冲。
在电路启动时，也就是当电容器C初始被放电时，如果电路27未连接至另一电源，则电路27不被供电。
为了允许启动，电感元件随后可以设置在端子23和24之一与该端子连接至其的桥的输入之间。电感的影响是当晶闸管T1和T2接通而电容器C未被充电或者仅非常轻微地充电时减缓从端子23和24拉取的电流的增长。
根据在下文中将结合图3讨论的变化，电容器C的初始充电(在启动时)由一个或者多个附加的二极管以及在端子23和24之一与桥的端子22之间的电阻元件来确保。
图3示出了备选实施例的电气图。
与图2的实施例相比，使用率单个阳极-栅极晶闸管T。这一晶闸管T的阴极连接至二极管D5和D6的相应阳极，二极管D5和D6与二极管D3和D4分别连接在相同的桥臂中，二极管D3和D5以及二极管D4和D6的接合点分别连接至端子23和24。这样的实施例在整流桥中添加了电压降，但是使得能够使用单个阳极-栅极晶闸管来控制两个半波。晶闸管T的控制级29以与图2中的级25和26相同的方式由二极管D29、电容器C29和电阻器R29形成。
图3图示了旨在使得能够初始对电容器C进行充电的另一变化。为了实现这一点，二极管D7经由电阻器R将输入端子之一(例如端子24)连接至接地22。另一二极管D8可以将另一输入端子(例如23)连接至电阻器R，以在全波模式中启动。这一电阻的影响(其通常具有温度变化系数)是使得电容器C能够在上电时充电，而电路27尚未被供电并且因此不能控制晶闸管T1和T2，晶闸管T1和T2因此处于关断状态(另外防止C的任何充电)。这样的变化使得能够对电路27供电，而避免在桥输入处的电感元件。
使得能够初始地对电容器C充电的这一变化可以与图2的实施例结合。
根据图3中所示的另一变化，开关T3(例如，MOS晶体管)介于端子22和标注22a的节点之间，表示晶闸管T的阳极、二极管D29的阴极、电路27的参考端子以及电容器Ca的公共连接。开关T3由电路27控制并且在启动时处于关断。其使得当受控的整流桥(由元件D3、D4、D5、D6和T形成，或者由元件D3、D4、T1和T2形成)未被激活时，对于经过电阻器R为电路28供电的充电电流而言不能对电容器C进行充电，而仅对电容器Ca进行充电。这一实施例使得能够通过整个电路和连接在端子21和22之间的电路在备用模式中减小消耗的损耗。在这一实施例中，通过在市电电压(电压Vac)的半波结束时接通晶闸管T1和T2，以及通过渐进地增加晶闸管T1和T2的导通时间直至电容器C被完全充电至接近于交流电压的峰值的值，在开关T3被接通而启动时，电感元件对于渐进地对电容器C进行充电可能是有用的。这一变化可以在此再次与图2的实施例结合。
图4示出了又一实施例，根据该又一实施例，与图2的实施例相比，电容元件C由两个电容器C1和C2形成，电容器C1和C2的接合点通过二极管D(连接至电容器C1和C2的接合点的二极管的阳极)连接至电路27的电源端子，也就是说，连接至电容器Ca的正电极。开关T3’将二极管D的阳极连接至端子22。图4的实施例也图示出二极管D7和D8以及电阻器R的存在、以及在端子23与二极管D3的阳极(晶闸管T1的阴极)之间的电感L的存在。在启动时，开关T3’处于关断，并且电容器C1、C2和Ca通过电阻器R和二极管D7和D8被充电。电容器C2和Ca的值低于电容器C1的值。因此，跨电容器C2和Ca的电压比跨电容器C1的电压更快速地增加。一旦跨电容器Ca的电压充足，控制电路27就开始操作，并且接通开关T3’。因此，在稳态下，电容器C1的充电电流偏离电容器C2，电容器C2未被确定尺寸以耐受强电流。这一变化也适用于图3的具有单个晶闸管T的情况。
已经描述了各种实施例。各种替代、修改和改进对于本领域技术人员而言将会发生。具体而言，虽然上述实施例已经关于全波整流桥的示例进行描述，但是半波桥也可以通过使用二极管D3和D4中的单个二极管以及晶闸管T1和T2中的单个晶闸管(二极管D3和晶闸管T2，或者二极管D4以及晶闸管T1)来提供。也可以提供具有和存在的相位一样多的晶闸管-二极管臂(例如，对于三相网络而言，三个晶闸管和三个二极管)的多相网络。此外，能够控制整流桥的控制信号的生成取决于应用，并且根据本申请在本领域技术人员的能力之内。此外，基于在上文中已经描述的功能指示，已经描述的实施例的实际实施在本领域技术人员的能力之内。
这样的替代、修改和改进旨在是本公开的一部分，并且旨在处于本发明的精神和范围之内。因此，前述描述仅借由示例，而并不旨在进行限制。本发明仅由所附权利要求及其等效物所限定的那样进行限制。

Claims (25)

1.一种整流电路，包括：
第一二极管，被耦合在被配置为接收交流电压的施加的第一端子与被配置为递送经整流的电压的第一端子之间；
第一阳极-栅极晶闸管，被耦合在被配置为接收所述交流电压的施加的第二端子与被配置为递送经整流的电压的第二端子之间，其中所述第一阳极-栅极晶闸管的阳极连接至被配置为递送经整流的电压的所述第二端子；以及
用于控制所述阳极-栅极晶闸管的至少一个级，包括：
第二二极管，将所述阳极-栅极晶闸管的栅极耦合至被配置为递送经整流的电压的所述第二端子；以及
电容元件，与电阻元件串联耦合以将所述阳极-栅极晶闸管的栅极连接至控制脉冲生成电路。
2.根据权利要求1所述的电路，还包括第三二极管，所述第三二极管被耦合在被配置为接收所述交流电压的施加的所述第二端子与被配置为递送经整流的电压的所述第一端子之间。
3.根据权利要求2所述的电路，还包括第二阳极-栅极晶闸管，所述第二阳极-栅极晶闸管被耦合在被配置为接收所述交流电压的施加的所述第一端子与被配置为递送经整流的电压的所述第二端子之间，其中所述第二阳极-栅极晶闸管的阳极连接至被配置为递送经整流的电压的所述第二端子。
4.根据权利要求2所述的电路，还包括被耦合在所述第一阳极-栅极晶闸管的阴极与被配置为接收所述交流电压的施加的所述第一端子和所述第二端子中的每个端子之间的二极管。
5.根据权利要求3所述的电路，还包括控制级，所述控制级包括：
第四二极管，将所述第二阳极-栅极晶闸管的栅极耦合至被配置为递送经整流的电压的所述第二端子；以及
电容元件，与所述电阻元件串联耦合，以将所述第二阳极-栅极晶闸管的栅极连接至所述控制脉冲生成电路。
6.根据权利要求1所述的电路，其中所述控制脉冲生成电路被配置为以比所述交流电压的频率大10至100倍的量级的频率生成脉冲链。
7.根据权利要求6所述的电路，其中所述控制脉冲生成电路利用由电源电路递送的电压进行供电，所述电源电路连接至被配置为递送经整流的电压的所述第一端子，电容器将所述电源电路连接至被配置为递送经整流的电压的所述第二端子。
8.根据权利要求7所述的电路，还包括开关，所述开关由所述控制脉冲生成电路控制并且介于被配置为递送经整流的电压的所述第二端子与所述阳极-栅极晶闸管的所述阳极的互连的节点之间。
9.根据权利要求7所述的电路，还包括开关，所述开关由所述控制脉冲生成电路控制并且介于被配置为递送经整流的电压的所述第二端子与所述第二二极管的阴极的互连的节点之间。
10.根据权利要求7所述的电路，还包括开关，所述开关由所述控制脉冲生成电路控制并且介于被配置为递送经整流的电压的所述第二端子与所述控制脉冲生成电路的参考端子的互连的节点之间。
11.根据权利要求7所述的电路，还包括开关，所述开关由所述控制脉冲生成电路控制并且介于被配置为递送经整流的电压的所述第二端子与电容器的互连的节点之间。
12.根据权利要求1所述的电路，还包括：电容元件，被耦合在被配置为递送经整流的电压的所述第一端子和所述第二端子之间。
13.根据权利要求12所述的电路，还包括：开关，所述开关由所述控制脉冲生成电路控制并且介于被配置为递送经整流的电压的所述第二端子与形成所述电容元件的两个电容器的互连的节点之间；以及二极管，将所述互连的节点连接至用于供应所述控制脉冲生成电路的端子。
14.根据权利要求1所述的电路，还包括至少一个二极管，所述至少一个二极管与电阻元件串联耦合，以将被配置为递送经整流的电压的所述第二端子连接至被配置为接收所述交流电压的施加的所述第一端子和所述第二端子中的一个端子。
15.一种整流电路，包括：
被配置为接收交流电压的施加的第一端子和第二端子；
被配置为递送经整流的电压的第一端子和第二端子；
第一二极管，被耦合在被配置为接收所述交流电压的施加的所述第一端子与被配置为递送经整流的电压的所述第一端子之间；
第二二极管，被耦合在被配置为接收所述交流电压的施加的所述第二端子与被配置为递送经整流的电压的所述第一端子之间；
第一阳极-栅极晶闸管，被耦合在被配置为接收所述交流电压的施加的所述第一端子与被配置为递送经整流的电压的所述第二端子之间；
第二阳极-栅极晶闸管，被耦合在被配置为接收所述交流电压的施加的所述第二端子与被配置为递送经整流的电压的所述第二端子之间；
电源电路，被耦合在被配置为递送经整流的电压的所述第一端子和所述第二端子之间；
控制脉冲生成电路，从所述电源电路接收功率，并且具有被耦合至所述第一阳极-栅极晶闸管的控制栅极的第一输出以及具有被耦合至所述第二阳极-栅极晶闸管的控制栅极的第二输出；
第一控制级电路，包括：
第一电容器和第一电阻器，串联耦合在所述控制脉冲生成电路的所述第一输出与所述第一阳极-栅极晶闸管的所述控制栅极之间；和
第三二极管，被耦合在所述第一阳极-栅极晶闸管的所述控制栅极与被配置为递送经整流的电压的所述第二端子之间；以及
第二控制级电路，包括：
第二电容器和第二电阻器，串联耦合在所述控制脉冲生成电路的所述第二输出与所述第二阳极-栅极晶闸管的所述控制栅极之间；和
第四二极管，被耦合在所述第二阳极-栅极晶闸管的所述控制栅极与被配置为递送经整流的电压的所述第二端子之间。
16.根据权利要求15所述的电路，还包括第五二极管，所述第五二极管与电阻器串联耦合，所述电阻器在被配置为在接收所述交流电压的施加的所述第一端子与被配置为递送经整流的电压的所述第二端子之间。
17.根据权利要求15所述的电路，还包括：
电容器，被耦合在被配置为递送经整流的电压的所述第一端子和所述第二端子之间；
晶体管，具有源极-漏极路径，所述源极-漏极路径被耦合在所述第一阳极-栅极晶闸管和所述第二阳极-栅极晶闸管与被配置为递送经整流的电压的所述第二端子之间，其中所述晶体管的栅极端子被耦合至所述控制脉冲生成电路的第三输出。
18.根据权利要求15所述的电路，还包括：
第一电容器，被耦合在被配置为递送经整流的电压的所述第一端子和中间节点之间；
第二电容器，被耦合在所述中间节点与被配置为递送经整流的电压的所述第二端子之间；
晶体管，具有源极-漏极路径，所述源极-漏极路径被耦合在所述中间节点与被配置为递送经整流的电压的所述第二端子之间，其中所述晶体管的栅极端子被耦合至所述控制脉冲生成电路的第三输出。
19.根据权利要求18所述的电路，还包括第三二极管，所述第三二极管被耦合在所述中间节点与所述电源电路的输出之间。
20.一种整流电路，包括：
被配置为接收交流电压的施加的第一端子和第二端子；
被配置为递送经整流的电压的第一端子和第二端子；
第一二极管，被耦合在被配置为接收所述交流电压的施加的所述第一端子与被配置为递送经整流的电压的所述第一端子之间；
第二二极管，被耦合在被配置为接收所述交流电压的施加的所述第二端子与被配置为递送经整流的电压的所述第一端子之间；
第三二极管，被耦合在被配置为接收所述交流电压的施加的所述第一端子与中间节点之间；
第四二极管，被耦合在被配置为接收所述交流电压的施加的所述第二端子与所述中间节点之间；
阳极-栅极晶闸管，被耦合在所述中间节点与被配置为递送经整流的电压的所述第二端子之间；
电源电路，被耦合在被配置为递送经整流的电压的所述第一端子和所述第二端子之间；
控制脉冲生成电路，从所述电源电路接收功率，并且具有被耦合至所述阳极-栅极晶闸管的控制栅极的第一输出。
21.根据权利要求20所述的电路，还包括：
电容器，被耦合在被配置为递送经整流的电压的所述第一端子和所述第二端子之间；
晶体管，具有源极-漏极路径，所述源极-漏极路径被耦合在所述阳极-栅极晶闸管与被配置为递送经整流的电压的所述第二端子之间，其中所述晶体管的栅极端子被耦合至所述控制脉冲生成电路的第二输出。
22.根据权利要求21所述的电路，还包括：
第一电容器，被耦合在被配置为递送经整流的电压的所述第一端子与中间节点之间；
第二电容器，被耦合在所述中间节点与被配置为递送经整流的电压的所述第二端子之间；
晶体管，具有源极-漏极路径，所述源极-漏极路径被耦合在所述中间节点与被配置为递送经整流的电压的所述第二端子之间，其中所述晶体管的栅极端子被耦合至所述控制脉冲生成电路的第二输出。
23.根据权利要求22所述的电路，还包括第五二极管，所述第五二极管被耦合在所述中间节点与所述电源电路的输出之间。
24.根据权利要求20所述的电路，还包括第五二极管，所述第五二极管与电阻器串联耦合，所述电阻器在被配置为接收所述交流电压的施加的所述第一端子与被配置为递送经整流的电压的所述第二端子之间。
25.根据权利要求20所述的电路，还包括控制级电路，所述控制及电路包括：
第一电容器和第一电阻器，串联耦合在所述控制脉冲生成电路的所述第一输出与所述阳极-栅极晶闸管的所述控制栅极之间；以及
第五二极管，被耦合在所述阳极-栅极晶闸管的所述控制栅极与被配置为递送经整流的电压的所述第二端子之间。
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