CN107210671B - 电转换 - Google Patents

电转换 Download PDF

Info

Publication number
CN107210671B
CN107210671B CN201580073230.3A CN201580073230A CN107210671B CN 107210671 B CN107210671 B CN 107210671B CN 201580073230 A CN201580073230 A CN 201580073230A CN 107210671 B CN107210671 B CN 107210671B
Authority
CN
China
Prior art keywords
capacitor
transistor
controlled
output
charging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201580073230.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107210671A (zh
Inventor
M·艾哈迈德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pushiv Co.,Ltd.
Original Assignee
Plymouth University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Plymouth University filed Critical Plymouth University
Publication of CN107210671A publication Critical patent/CN107210671A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107210671B publication Critical patent/CN107210671B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H02M1/15—Arrangements for reducing ripples from dc input or output using active elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4266—Arrangements for improving power factor of AC input using passive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4283—Arrangements for improving power factor of AC input by adding a controlled rectifier in parallel to a first rectifier feeding a smoothing capacitor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)

Abstract

描述了用于在电转换中使用的装置和方法。该装置包括具有输入侧(14)和输出侧(18)的桥式整流器(12)，以及连接在所述整流器(12)的输出侧(18)两端的开关电容器线(20)，其中该开关电容器线(20)包括电容器(22)、充电支路(24)以及开关放电支路(26)，且其中该充电支路(24)整合晶体管(30)，其被控制以在晶体管(30)导通时保持基本恒定的充电电流。

Description

电转换
技术领域
本发明涉及在AC电源的转换或整流中使用的方法和装置以提供DC输出。装置可以形成例如用于电气或电子设备的电源的部分。
背景技术
用于整流AC信号以产生变化的DC输出的桥式整流器的使用是公知的。与使用桥式整流器相关联的一个缺点是DC输出变化剧烈，基本在峰值输入AC幅度与零之间变化。降低输出信号变化的一种常用技术是提供连接在桥式整流器的输出两端的平流电容器，该电容器在使用中充电和放电以平滑输出信号。虽然提供这样的平流电容器在许多应用中工作令人满意，但是仍然存在明显的输出变化或波纹。此外，电容器一般在其电容和其尺寸方面必须相对较大。由此，在一些应用中供应这种电容器是有困难的。
因此之前概述的这种类型的结构的功率因数一般相对低，例如在0.3至0.6的区间内。此外，如果在中高电压应用中使用，尤其是在相关联的负载必须被开关的应用中，谐波的产生会导致需要提供另外的电路来抑制这种谐波，这会给这种结构带来另外的复杂性和成本。
发明内容
本发明的目的是提供用于在电转换中使用的方法和装置，其中与已知转换方案相关联的缺点的至少一些被克服或其影响降低。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于在电转换中使用的装置，包括具有输入侧和输出侧的桥式整流器，以及连接在所述整流器的输出侧两端的开关电容器线，其中该开关电容器线包括电容器、充电支路以及开关放电支路，且其中该充电支路整合晶体管，该晶体管被控制以在晶体管导通时保持基本恒定的充电电流。
通过在电容器进行充电的期间保持基本恒定的充电电路，可以避免在充电开始出现浪涌电流。
晶体管便利地被连接由此施加到晶体管基极的电压至少部分地由齐纳二极管来控制。但是这不需要一直是这种情况，且如果需要，可以利用使用合适选择的组件的基于电阻器的分压器。
在这种结构中，当来自桥式整流器的输出大于预定值且高于电容器的输出时，则会发生以恒流对电容器进行充电。一旦达到电容器电荷超过所述整流器输出的点，则充电停止，电容器电荷被保持直到开关放电支路的开关被控制允许电容器放电的时候。
通过合适选择在该装置中使用的组件，发生充电的时间周期和电容器的峰值电荷可以被控制。
本发明还涉及电转换方法，包括提供具有输入侧和输出侧的桥式整流器以及连接在所述整流器的输出侧两端的开关电容器线，其中该开关电容器线包括电容器、充电支路以及开关放电支路，该充电支路整合晶体管；以及控制该晶体管以在晶体管导通时保持基本恒定的充电电流。
附图说明
通过示例的方式参考附图将进一步描述本发明，在附图中：
图1是示出根据本发明的实施方式的装置的电路图；
图2和图3是示出图1的装置的操作的图。
具体实施方式
先参考图1，示出了电转换装置10，该装置包括具有连接到AC电源16的输入侧14和输出侧18的桥式整流器12。开关电容器线20连接在输出侧18的两端。
开关电容器线20包括电容器22、充电支路24(由此可以发生电容器22的充电)以及开关放电支路26(由此电容器可以被放电以供应负载28)。
充电支路24包括晶体管30，该晶体管30的集电极通过电阻器32连接到高输出线或侧18a且晶体管30的发射极通过二极管34连接到电容器22。晶体管30的基极被保持在由连接在高输出线18a和地线18b之间的齐纳二极管36和电阻器38控制的电平。
开关放电支路26包括合适的开关40和二极管42。开关40可以包括例如被合适控制的MOSFET或IGBT。
电阻器38被选择以确保在高输出线18a上的电压超过预定水平时，足够的电流流过齐纳二极管36以确保该齐纳二极管保持高输出线18a和晶体管30的基极之间的电势差恒定或基本恒定。由此，基本恒定的电流流过电阻器32、晶体管30以及二极管34，给电容器22充电。
如图2所示，且被确定为第一模式或周期44，在该操作期间电容器22的充电以恒定或基本恒定的速率继续直到达到电容器的电荷超过从桥式整流器12的输出侧18给电容器所提供的点。在该模式44期间，从桥式整流器12的输出供应负载28。一旦达到该点，不会对电容器22进一步充电。继续从桥式整流器12的输出供应负载28。如在图2中所示在第二模式或周期46，二极管34以及打开的开关40阻止电容器22放电。因此在该模式46中，电容器22保持被充电。
在之后的点，开关40闭合，由此电容器22可以开始放电，在第三模式或周期48从电容器22放的电用于供应负载28。
模式44、46、48的持续时间和电容器22的最大电荷可以通过合适选择电路的组件和合适控制开关40的工作来控制。例如，通过改变电阻器32提供的电阻值，可以改变充电电流。通过降低充电电流，可以延长第一模式44的持续时间，如图3中所示。以这种方式延长第一模式44的持续时间可以使得充电电流关于来自桥式整流器的输出电压的峰值近似对称。该增强的对称性可以产生增强的功率因数。
虽然在之前的描述中齐纳二极管36用于控制施加到晶体管30的基极的电压以在晶体管30导通时保持基本恒定的电流流过晶体管30到达电容器22，但是这不需要一直是这种情况。例如，如果电阻器32的电阻值比电阻器38的电阻值小得多，则齐纳二极管36可以被电阻器替代而仍然实现基本恒定的充电电流到电容器22。
可以理解以上概述的电转换方案的优点在于它们使用相对少的组件。电容器22可以是小尺寸，因此与已知电路结构相关联的封装问题被克服。如上所述，由于电容器充电电流基本恒定，在充电开始或结束时没有明显的浪涌。这种结构仅需要控制单个开关的工作，且因此相对简单操作。
装置可以便利地集成到用于电子或电气设备的电源，例如用于与消费电子设备使用，该消费电子设备例如是计算机设备、电视或音频设备。但是，可以理解其可以与广范围的其他设备使用或集成到这些设备。
以上的描述涉及本发明的特定示例实施方式。但是可以理解就这一点而言，本发明不被限制且可以在不背离权利要求书限定的本发明的范围的情况下修改本发明。

Claims (7)

1.一种用于在电转换中使用的装置，包括具有输入侧和输出侧的桥式整流器，以及连接在所述整流器的输出侧两端的开关电容器线，其中该开关电容器线包括电容器、充电支路以及开关放电支路，且其中该充电支路整合晶体管，该晶体管被控制以在所述晶体管导通时保持基本恒定的充电电流；其中当所述桥式整流器的输出大于预定值并且高于所述电容器的输出时，则所述晶体管被控制使得所述电容器以恒流充电；一旦达到所述电容器电荷超过所述整流器到所述电容器的输出的点，则所述开关放电支路被控制使得电容器充电被维持，并且随后控制所述开关放电支路以允许所述电容器放电。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述晶体管被连接由此施加到所述晶体管基极的电压至少部分地由齐纳二极管来控制。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述晶体管被连接由此施加到所述晶体管基极的电压至少部分地使用基于电阻器的分压器来控制。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其中发生充电的时间周期关于来自所述桥式整流器的峰值输出电压基本对称。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，该装置形成用于电气或电子设备的电源的部分。
6.一种电转换方法，包括提供具有输入侧和输出侧的桥式整流器以及连接在所述整流器的输出侧两端的开关电容器线，其中该开关电容器线包括电容器、充电支路以及开关放电支路，该充电支路整合晶体管；以及控制该晶体管以在所述晶体管导通时保持基本恒定的充电电流；其中当所述桥式整流器的输出大于预定值并且高于所述电容器的输出时，则所述晶体管被控制使得所述电容器以恒流充电；一旦达到所述电容器电荷超过所述整流器到所述电容器的输出的点，则所述开关放电支路被控制使得电容器充电被维持，并且随后控制所述开关放电支路以允许所述电容器放电。
7.根据权利要求6所述的方法，其中发生充电的时间周期关于来自所述桥式整流器的峰值输出电压基本对称。
CN201580073230.3A 2015-01-14 2015-12-17 电转换 Active CN107210671B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1500567.1 2015-01-14
GB1500567.1A GB2534158A (en) 2015-01-14 2015-01-14 Electrical conversion
PCT/GB2015/054047 WO2016113526A1 (en) 2015-01-14 2015-12-17 Electrical conversion

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107210671A CN107210671A (zh) 2017-09-26
CN107210671B true CN107210671B (zh) 2019-10-08

Family

ID=52597575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580073230.3A Active CN107210671B (zh) 2015-01-14 2015-12-17 电转换

Country Status (11)

Country Link
US (1) US10069405B2 (zh)
EP (1) EP3245721B1 (zh)
JP (1) JP6703545B2 (zh)
CN (1) CN107210671B (zh)
AU (1) AU2015377818B2 (zh)
CA (1) CA2973521C (zh)
ES (1) ES2705738T3 (zh)
GB (1) GB2534158A (zh)
PT (1) PT3245721T (zh)
TR (1) TR201901679T4 (zh)
WO (1) WO2016113526A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6465099B2 (ja) * 2016-12-07 2019-02-06 サンケン電気株式会社 直流電源装置
CA3034422C (en) * 2018-02-20 2024-05-14 Yang Chen Line power extension for capacitor size reproduction in ac-dc converters

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06209574A (ja) * 1993-01-06 1994-07-26 Sony Corp 電源回路
US5844792A (en) * 1996-01-19 1998-12-01 Sgs-Thomson Microelectronics S.A. Power supply circuit with a storage capacitor
CN101026316A (zh) * 2006-02-17 2007-08-29 新电源系统株式会社 电容器蓄电电源用充电装置和电容器蓄电电源用放电装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63107457A (ja) * 1986-10-22 1988-05-12 Iwatsu Electric Co Ltd コンデンサインプツト型整流平滑回路
JPH04109870A (ja) * 1990-08-28 1992-04-10 Matsushita Electric Works Ltd 整流平滑装置
JPH05300743A (ja) * 1992-04-23 1993-11-12 Matsushita Electric Works Ltd 電源装置
FR2746978B1 (fr) * 1996-03-29 1998-06-19 Sgs Thomson Microelectronics Circuit d'amelioration du facteur de puissance a double decharge
JPH1141930A (ja) * 1997-07-16 1999-02-12 Murata Mfg Co Ltd 平滑回路
JP2011223840A (ja) * 2010-04-14 2011-11-04 Nitta Ind Corp 電解コンデンサレス・スイッチング電源回路及び電源装置
TWM406148U (en) * 2010-11-12 2011-06-21 Trend Lighting Corp Constant-current LED lamp
US9673310B2 (en) * 2013-06-28 2017-06-06 David Schie Direct drive LED driver and offline charge pump and method therefor
DE202013102618U1 (de) * 2013-06-18 2014-09-19 Weidmüller Interface GmbH & Co. KG Netzteil, insbesondere Weitbereichsnetzteil
GB201312626D0 (en) * 2013-07-15 2013-08-28 Univ Plymouth Electrical conversion
SG11201502947UA (en) * 2013-10-28 2015-06-29 Advanced Charging Technologies Llc Electrical circuit for powering consumer electronic devices
US9312750B2 (en) * 2014-01-22 2016-04-12 The University Of Hong Kong Electronic apparatus and control method for high frequency AC to DC conversion

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06209574A (ja) * 1993-01-06 1994-07-26 Sony Corp 電源回路
US5844792A (en) * 1996-01-19 1998-12-01 Sgs-Thomson Microelectronics S.A. Power supply circuit with a storage capacitor
CN101026316A (zh) * 2006-02-17 2007-08-29 新电源系统株式会社 电容器蓄电电源用充电装置和电容器蓄电电源用放电装置

Also Published As

Publication number Publication date
US10069405B2 (en) 2018-09-04
GB201500567D0 (en) 2015-02-25
AU2015377818B2 (en) 2018-04-19
ES2705738T3 (es) 2019-03-26
CA2973521A1 (en) 2016-07-21
EP3245721B1 (en) 2018-11-21
GB2534158A (en) 2016-07-20
CN107210671A (zh) 2017-09-26
AU2015377818A1 (en) 2017-08-17
EP3245721A1 (en) 2017-11-22
CA2973521C (en) 2023-04-04
JP6703545B2 (ja) 2020-06-03
US20170373588A1 (en) 2017-12-28
TR201901679T4 (tr) 2019-02-21
PT3245721T (pt) 2019-01-29
WO2016113526A1 (en) 2016-07-21
JP2018501769A (ja) 2018-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102332835B (zh) 电源供应电路的放电回路及其有源控制电路
TWI501533B (zh) 一種離線電壓調節器、離線調節器積體電路及其電壓轉換方法
US9438131B2 (en) AC-DC converter
CN205544976U (zh) Ac/dc转换器
CN104396133B (zh) 用于谐振dc‑dc变换器的控制模式
CN105529940B (zh) 受控的整流电路
CN104167768B (zh) 一种充电装置及充电方法
CN107210671B (zh) 电转换
US10615637B2 (en) Uninterruptable power supply apparatus with shared electronic components
US8717790B2 (en) Electrical supply apparatus
US20160049892A1 (en) Systems and Methods for Variable Speed Drives
US9712072B2 (en) Inverter device
CN108123591A (zh) 电源转换电路和电源转换器
US9467062B2 (en) Capacitor input type smoothing circuit
JP6554104B2 (ja) 制御された放電電流を有するダイオードブリッジ整流器のバッファリングコンデンサ
Schafmeister et al. Resistorless precharging of boost PFCs by phase angle control of thyristors
EP4373218A1 (en) Flicker elimination led driving circuit and driving control method therefor
CN106664013A (zh) 开关模式电源
CN106300920B (zh) 可控制负载开关的调整电路
CN105048804A (zh) 用于具有高电流需求的小型耗电器的电容器电源部分
KR101468038B1 (ko) Pwm 컨버터와 이를 이용한 승압방법
CN110299820A (zh) 一种具有固定导通时间的buck电路
CN105490560A (zh) 一种阻抗压降电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Britain Camb

Patentee after: Pushiv Co.,Ltd.

Address before: Britain Camb

Patentee before: Pushiv solar energy Co.,Ltd.

CP01 Change in the name or title of a patent holder
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220719

Address after: Britain Camb

Patentee after: Pushiv solar energy Co.,Ltd.

Address before: Devon

Patentee before: University of Plymouth

TR01 Transfer of patent right