CN106655821A - 适用于高压的单相光耦倍流型降压整流器 - Google Patents

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肖雅文
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胡正国
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Abstract

本发明公开了一种适用于高压的单相光耦倍流型降压整流器，包括主电路模块、同步降压模块和控制电路模块三大部分，所述的主电路模块包含两个交流输入端口、两个直流输出端口和一个主电路，所述的同步降压模块包含两个交流输入端口、两个降压的同步输出端口和一个同步降压电路，所述的控制电路模块包含两个同步输入端口和一个控制电路。本发明具有设计简单、结构合理、构建方便，成本低廉的特性，与传统倍流整流器相比，可直接应用于高压型整流电路，无需在输入端增加降压变压器进行降压，既适用于常规的方波，又适用于正弦波、三角波、锯齿波等交直流电源转换，又能够减少输出电压的纹波。

Description

适用于高压的单相光耦倍流型降压整流器
技术领域
本发明涉及倍流型整流器，更具体地说，是一种涉及适用于高压的单相光耦倍流型降压整流器。
背景技术
当前，传统倍流整流器多运用在高频整流领域中，与全波整流电路相比，倍流整流器的高频变压器的副边绕组仅需一个单一绕组，不用中心抽头；与全桥整流电路相比，倍流整流电路使用的二极管数量少一半。因此，倍流整流电路结合了全波整流电路和全桥整流电路两者的优点。当然，倍流整流电路要多使用一个输出滤波电感，结构略显复杂。但此电感的工作频率及输送电流均为全波整流电路所用电感的一半，因此可做得较小，也利于散热，还能够减少和改善输出电压的纹波。然而传统倍流整流器也存在者一些问题有待进一步解决：
（1）传统倍流整流器不能直接应用于高压型整流电路，若要实现降压整流输出，通常要在其输入端增加降压变压器与之进行匹配，由此会产生较高的成本；
（2）传统倍流整流器仅适合高频整流电路，其交流输入端需要提供对称的高频正、负方波电源，通常不适用于正弦波、三角波、锯齿波等其它形式的交流输入端电源。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供一种适用于高压的单相光耦倍流型降压整流器，能够克服传统倍流整流器存在的缺陷。
传统倍流整流器若要实现降压整流输出的功能，通常要在交流输入端增加降压变压器与之进行匹配，每半个工作周期的主要导通路径是从降压变压器的二次侧的一端出发，经电感、输出负载和其中的一个二极管，再回到降压变压器的二次侧的另一端，此时从简化的定量关系上来看，输出电压等于降压变压器的二次侧的交流输入电压减去电感上的压降与二极管的压降，然而二极管的线性区较窄，其主要工作在开关区，因二极管的压降很小，若忽略二极管的压降，可以认为每半个工作周期的主要输出电压等于降压变压器二次侧的交流输入电压减去电感上压降。如果把二极管替换成线性区范围较宽的光电耦合器，同时剔除降压变压器，则倍流整流器主要输出电压等于交流输入电压减去电感上的压降，再减去光电耦合器输出部分端口之间的压降，也可以实现倍流整流器的降压整流输出。
为了实现上述发明的目的，本发明具体提供适用于高压的单相光耦倍流型降压整流器技术方案是：包括主电路模块、同步降压模块和控制电路模块三大部分。
（1）所述的主电路模块包含两个交流输入端口、两个直流输出端口和一个主电路，其中两个交流输入端口分别为交流输入端口ACH-in1和交流输入端口ACH-in2，两个直流输出端口分别为直流输出端口DCOUT+和直流输出端口DCOUT-，进一步，主电路又由电感L1、电感L2、光电耦合器U1输出部分和光电耦合器U2输出部分组成，交流输入端口ACH-in1与光电耦合器U2输出部分的发射极、电感L2的一端相连，电感L2的另一端与直流输出端口DCOUT+、电感L1的一端相连，电感L1的另一端与光电耦合器U1输出部分的发射极、交流输入端口ACH-in2相连，光电耦合器U1输出部分的集电极与光电耦合器U2输出部分的集电极、直流输出端口的DCOUT-相连；
（2）所述的同步降压模块包含两个交流输入端口、两个降压的同步输出端口和一个同步降压电路，其中两个交流输入端口分别为交流输入端口ACL-in1和交流输入端口ACL-in2,两个降压的同步输出端口分别为同步输出端口SYOUT1和同步输出端口SYOUT2，同步降压电路由常规器件组成，其作用是保持主电路模块的两个交流输入端口与同步降压模块的两个同步输出端口之间信号同步，并且降低其输出电压的幅值，用以匹配所述控制电路模块的工作参数；
（3）所述的控制电路模块包含两个同步输入端口和一个控制电路，其中两个同步输入端口分别为同步输入端口SYin1和同步输入端口SYin2，进一步，控制电路又由电阻R1、电阻R2、光电耦合器U1输入部分和光电耦合器U2输入部分组成，同步输入端口SYin1与电阻R1的一端和电阻R2的一端相连，同步输入端口SYin2与光电耦合器U1输入部分的二极管阴极、光电耦合器U2输入部分的二极管阳极相连，电阻R1的另一端和光电耦合器U1输入部分的二极管阳极相连，电阻R2的另一端和光电耦合器U2输入部分的二极管阴极相连；
（4）主电路模块的交流输入端口ACH-in1、同步降压模块的交流输入端口ACL-in1与外接的交流输入总线Line1相连，主电路模块的交流输入端口ACH-in2、同步降压模块的交流输入端口ACL-in2与外接的交流输入总线Line2相连，同步降压模块的同步输出端口SYOUT1与控制电路模块的同步输入端口SYin1相连，同步降压模块的同步输出端口SYOUT2与控制电路模块的同步输入端口SYin2相连，主电路模块的直流输出端口DCOUT+与直流输出端口DCOUT-之间用于外接负载RL；
（5）把外接的交流输入总线Line1和外接的交流输入总线Line2之间工作电压的周期分为正半周期和负半周期两大部分：
当工作在正半周期时，所述的同步降压模块输入端只有一条导通路径，同步降压模块输出端与控制电路模块之间也只有一条导通路径，所述的主电路模块有两条导通路径，其中同步降压模块输入端的导通路径是经交流输入总线Line1直至同步降压模块的交流输入端口ACL-in1、同步降压模块的内部电路、同步降压模块的交流输入端口ACL-in2，再到交流输入总线Line2，同步降压模块输出端与控制电路模块之间的导通路径是同步输出端口SYOUT1、控制电路模块的同步输入端口SYin1、电阻R1、光电耦合器U1输入部分、同步输入端口SYin2、同步降压模块的同步输出端口SYOUT2、同步降压模块的内部电路，再回到同步输出端口SYOUT1；
而主电路模块的第一条导通路径是经外接的交流输入总线Line1直至主电路模块的交流输入端口ACH-in1、电感L2、直流输出端口DCOUT+、外接负载RL、直流输出端口DCOUT-、光电耦合器U1输出部分和交流输入端口ACH-in2，再到外接的交流输入总线Line2；主电路模块的第二条导通路径，主要是由电感L1经前一个负半周期储能后，在正半周期内形成的续流回路，即从电感L1出发，经过直流输出端口DCOUT+、外接负载RL、直流输出端口DCOUT-和光电耦合器U1输出部分，再回到电感L1；
当工作在负半周期时，所述的同步降压模块输入端也只有一条导通路径，同步降压模块输出端与控制电路模块之间也只有一条导通路径，所述的主电路模块也有两条导通路径，其中同步降压模块输入端的导通路径是经交流输入总线Line2直至同步降压模块的交流输入端口ACL-in2、同步降压模块的内部电路、同步降压模块的交流输入端口ACL-in1，再到交流输入总线Line1，同步降压模块输出端与控制电路模块之间的导通路径是同步输出端口SYOUT2、控制电路模块的同步输入端口SYin2、光电耦合器U2输入部分、电阻R2、同步输入端口SYin1、同步降压模块的同步输出端口SYOUT1、同步降压模块的内部电路，再回到同步输出端口SYOUT2；
而主电路模块的第一条导通路径是经外接的交流输入总线Line2直至主电路模块的交流输入端口ACH-in2、电感L1、直流输出端口DCOUT+、外接负载RL、直流输出端口DCOUT-、光电耦合器U2输出部分和交流输入端口ACH-in1，再到外接的交流输入总线Line1；主电路模块的第二条导通路径，主要是由电感L2在前一个正半周期储能后，在负半周期内形成的续流回路，即从电感L2出发，经过直流输出端口DCOUT+、外接负载RL、直流输出端口DCOUT-和光电耦合器U2输出部分，再回到电感L2；另外，无论是工作在正半周期还是负半周期，直流输出端口DCOUT+的电压高于直流输出端口DCOUT-的电压，期间又均受益于电感L1和电感L2储能与续流的作用，不仅实现了高压单相整流功能，还实现了倍流整流功能，并且还能够减少和改善输出电压的纹波。
本发明的有益效果是，提供一种适用于高压的单相光耦倍流型降压整流器，具有设计简单、结构合理、构建方便，成本低廉的特性，与传统倍流整流器相比，可直接应用于高压型整流电路，无需在输入端增加降压变压器进行降压，既适用于常规的方波，又适用于正弦波、三角波、锯齿波等交直流电源转换，又能够减少输出电压的纹波。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或技术方案，下面将对实施例或技术方案描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的较典型实施例结构组成或电路图的说明，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是传统倍流整流器一种典型示意图。
图2是适用于高压的单相光耦倍流型降压整流器一种典型示意图。
图3是适用于高压的单相光耦倍流型降压整流器工作在正半周期导通路径示意图。
图4是适用于高压的单相光耦倍流型降压整流器工作在负半周期导通路径示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明技术组成、技术方案和实施例进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如附图1所示，是传统倍流整流器一种典型示意图。传统倍流整流器若要实现降压整流输出的功能，通常要在交流输入端增加降压变压器与之进行匹配，每半个工作周期的主要导通路径是从降压变压器的二次侧的一端出发，经电感、输出负载、其中的一个二极管，再回到降压变压器的二次侧的另一端，此时从简化的定量关系上来看，输出电压等于降压变压器的二次侧的交流输入电压减去电感上的压降与二极管的压降，然而二极管的线性区较窄，其主要工作在开关区，因二极管的压降很小，若忽略二极管的压降，可以认为每半个工作周期的主要输出电压等于降压变压器二次侧的交流输入电压减去电感上压降。另外每半个工作周期均还有一个续流回路，还能够减少和改善输出电压的纹波。
如附图2所示，是适用于高压的单相光耦倍流型降压整流器一种典型示意图，包括主电路模块、同步降压模块和控制电路模块三大部分；
（1）所述的主电路模块包含两个交流输入端口、两个直流输出端口和一个主电路，其中两个交流输入端口分别为交流输入端口ACH-in1和交流输入端口ACH-in2，两个直流输出端口分别为直流输出端口DCOUT+和直流输出端口DCOUT-，进一步，主电路又由电感L1、电感L2、光电耦合器U1输出部分和光电耦合器U2输出部分组成，交流输入端口ACH-in1与光电耦合器U2输出部分的发射极、电感L2的一端相连，电感L2的另一端与直流输出端口DCOUT+、电感L1的一端相连，电感L1的另一端与光电耦合器U1输出部分的发射极、交流输入端口ACH-in2相连，光电耦合器U1输出部分的集电极与光电耦合器U2输出部分的集电极、直流输出端口的DCOUT-相连；
（2）所述的同步降压模块包含两个交流输入端口、两个降压的同步输出端口和一个同步降压电路，其中两个交流输入端口分别为交流输入端口ACL-in1和交流输入端口ACL-in2,两个降压的同步输出端口分别为同步输出端口SYOUT1和同步输出端口SYOUT2，同步降压电路由常规器件组成，其作用是保持主电路模块的两个交流输入端口与同步降压模块的两个同步输出端口之间信号同步，并且降低其输出电压的幅值，用以匹配所述控制电路模块的工作参数；
（3）所述的控制电路模块包含两个同步输入端口和一个控制电路，其中两个同步输入端口分别为同步输入端口SYin1和同步输入端口SYin2，进一步，控制电路又由电阻R1、电阻R2、光电耦合器U1输入部分和光电耦合器U2输入部分组成，同步输入端口SYin1与电阻R1的一端和电阻R2的一端相连，同步输入端口SYin2与光电耦合器U1输入部分的二极管阴极、光电耦合器U2输入部分的二极管阳极相连，电阻R1的另一端和光电耦合器U1输入部分的二极管阳极相连，电阻R2的另一端和光电耦合器U2输入部分的二极管阴极相连；
（4）主电路模块的交流输入端口ACH-in1、同步降压模块的交流输入端口ACL-in1与外接的交流输入总线Line1相连，主电路模块的交流输入端口ACH-in2、同步降压模块的交流输入端口ACL-in2与外接的交流输入总线Line2相连，同步降压模块的同步输出端口SYOUT1与控制电路模块的同步输入端口SYin1相连，同步降压模块的同步输出端口SYOUT2与控制电路模块的同步输入端口SYin2相连，主电路模块的直流输出端口DCOUT+与直流输出端口DCOUT-之间用于外接负载RL。
把外接的交流输入总线Line1和外接的交流输入总线Line2之间工作电压的周期分为正半周期和负半周期两大部分。
如附图3所示，是适用于高压的单相光耦倍流型降压整流器工作在正半周期导通路径示意图，当工作在正半周期时，所述的同步降压模块输入端只有一条导通路径，同步降压模块输出端与控制电路模块之间也只有一条导通路径，所述的主电路模块有两条导通路径，其中同步降压模块输入端的导通路径是经交流输入总线Line1直至同步降压模块的交流输入端口ACL-in1、同步降压模块的内部电路、同步降压模块的交流输入端口ACL-in2，再到交流输入总线Line2，同步降压模块输出端与控制电路模块之间的导通路径是同步输出端口SYOUT1、控制电路模块的同步输入端口SYin1、电阻R1、光电耦合器U1输入部分、同步输入端口SYin2、同步降压模块的同步输出端口SYOUT2、同步降压模块的内部电路，再回到同步输出端口SYOUT1；
而主电路模块的第一条导通路径是经外接的交流输入总线Line1直至主电路模块的交流输入端口ACH-in1、电感L2、直流输出端口DCOUT+、外接负载RL、直流输出端口DCOUT-、光电耦合器U1输出部分和交流输入端口ACH-in2，再到外接的交流输入总线Line2；主电路模块的第二条导通路径，主要是由电感L1经前一个负半周期储能后，在正半周期内形成的续流回路，即从电感L1出发，经过直流输出端口DCOUT+、外接负载RL、直流输出端口DCOUT-和光电耦合器U1输出部分，再回到电感L1。
如附图4所示，是适用于高压的单相光耦倍流型降压整流器工作在负周期导通路径示意图，当工作在负半周期时，所述的同步降压模块输入端也只有一条导通路径，同步降压模块输出端与控制电路模块之间也只有一条导通路径，所述的主电路模块也有两条导通路径，其中同步降压模块输入端的导通路径是经交流输入总线Line2直至同步降压模块的交流输入端口ACL-in2、同步降压模块的内部电路、同步降压模块的交流输入端口ACL-in1，再到交流输入总线Line1，同步降压模块输出端与控制电路模块之间的导通路径是同步输出端口SYOUT2、控制电路模块的同步输入端口SYin2、光电耦合器U2输入部分、电阻R2、同步输入端口SYin1、同步降压模块的同步输出端口SYOUT1、同步降压模块的内部电路，再回到同步输出端口SYOUT2；
而主电路模块的第一条导通路径是经外接的交流输入总线Line2直至主电路模块的交流输入端口ACH-in2、电感L1、直流输出端口DCOUT+、外接负载RL、直流输出端口DCOUT-、光电耦合器U2输出部分和交流输入端口ACH-in1，再到外接的交流输入总线Line1；主电路模块的第二条导通路径，主要是由电感L2在前一个正半周期储能后，在负半周期内形成的续流回路，即从电感L2出发，经过直流输出端口DCOUT+、外接负载RL、直流输出端口DCOUT-和光电耦合器U2输出部分，再回到电感L2；另外，无论是工作在正半周期还是负半周期，直流输出端口DCOUT+的电压高于直流输出端口DCOUT-的电压，期间又均受益于电感L1和电感L2储能与续流的作用，不仅实现了高压单相整流功能，还实现了倍流整流功能，并且还能够减少和改善输出电压的纹波。当工作在负半周期时，所述的同步降压模块输入端也只有一条导通路径，同步降压模块输出端与控制电路模块之间也只有一条导通路径，所述的主电路模块也有两条导通路径，其中同步降压模块输入端的导通路径是经交流输入总线Line2直至同步降压模块的交流输入端口ACL-in2、同步降压模块的内部电路、同步降压模块的交流输入端口ACL-in1，再到交流输入总线Line1，同步降压模块输出端与控制电路模块之间的导通路径是同步输出端口SYOUT2、控制电路模块的同步输入端口SYin2、光电耦合器U2输入部分、电阻R2、同步输入端口SYin1、同步降压模块的同步输出端口SYOUT1、同步降压模块的内部电路，再回到同步输出端口SYOUT2；
而主电路模块的第一条导通路径是经外接的交流输入总线Line2直至主电路模块的交流输入端口ACH-in2、电感L1、直流输出端口DCOUT+、外接负载RL、直流输出端口DCOUT-、光电耦合器U2输出部分和交流输入端口ACH-in1，再到外接的交流输入总线Line1；主电路模块的第二条导通路径，主要是由电感L2在前一个正半周期储能后，在负半周期内形成的续流回路，即从电感L2出发，经过直流输出端口DCOUT+、外接负载RL、直流输出端口DCOUT-和光电耦合器U2输出部分，再回到电感L2；另外，无论是工作在正半周期还是负半周期，直流输出端口DCOUT+的电压高于直流输出端口DCOUT-的电压，期间又均受益于电感L1和电感L2储能与续流的作用，不仅实现了高压单相整流功能，还实现了倍流整流功能，并且还能够减少和改善输出电压的纹波。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。倘若对本发明实施方式进行各种变形和修改，但尚在本发明的精神和原则之内，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (1)

1.适用于高压的单相光耦倍流型降压整流器，包括主电路模块、同步降压模块和控制电路模块三大部分，其特征是：
（1）所述的主电路模块包含两个交流输入端口、两个直流输出端口和一个主电路，其中两个交流输入端口分别为交流输入端口ACH-in1和交流输入端口ACH-in2，两个直流输出端口分别为直流输出端口DCOUT+和直流输出端口DCOUT-，进一步，主电路又由电感L1、电感L2、光电耦合器U1输出部分和光电耦合器U2输出部分组成，交流输入端口ACH-in1与光电耦合器U2输出部分的发射极、电感L2的一端相连，电感L2的另一端与直流输出端口DCOUT+、电感L1的一端相连，电感L1的另一端与光电耦合器U1输出部分的发射极、交流输入端口ACH-in2相连，光电耦合器U1输出部分的集电极与光电耦合器U2输出部分的集电极、直流输出端口的DCOUT-相连；
（2）所述的同步降压模块包含两个交流输入端口、两个降压的同步输出端口和一个同步降压电路，其中两个交流输入端口分别为交流输入端口ACL-in1和交流输入端口ACL-in2,两个降压的同步输出端口分别为同步输出端口SYOUT1和同步输出端口SYOUT2，同步降压电路由常规器件组成，其作用是保持主电路模块的两个交流输入端口与同步降压模块的两个同步输出端口之间信号同步，并且降低其输出电压的幅值，用以匹配所述控制电路模块的工作参数；
（3）所述的控制电路模块包含两个同步输入端口和一个控制电路，其中两个同步输入端口分别为同步输入端口SYin1和同步输入端口SYin2，进一步，控制电路又由电阻R1、电阻R2、光电耦合器U1输入部分和光电耦合器U2输入部分组成，同步输入端口SYin1与电阻R1的一端和电阻R2的一端相连，同步输入端口SYin2与光电耦合器U1输入部分的二极管阴极、光电耦合器U2输入部分的二极管阳极相连，电阻R1的另一端和光电耦合器U1输入部分的二极管阳极相连，电阻R2的另一端和光电耦合器U2输入部分的二极管阴极相连；
（4）主电路模块的交流输入端口ACH-in1、同步降压模块的交流输入端口ACL-in1与外接的交流输入总线Line1相连，主电路模块的交流输入端口ACH-in2、同步降压模块的交流输入端口ACL-in2与外接的交流输入总线Line2相连，同步降压模块的同步输出端口SYOUT1与控制电路模块的同步输入端口SYin1相连，同步降压模块的同步输出端口SYOUT2与控制电路模块的同步输入端口SYin2相连，主电路模块的直流输出端口DCOUT+与直流输出端口DCOUT-之间用于外接负载RL。
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