CN110690827B - 隔离型可编程自动倍压整流电路 - Google Patents

隔离型可编程自动倍压整流电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种隔离型可编程自动倍压整流电路，包括交流电压的第一输入端、交流电压的第二输入端、功率整流模块、辅助电源模块、倍压控制模块和电压输出端，功率整流模块包括与交流电压的第一输入端连接的第一输入端、与交流电压的第二输入端连接的第二输入端、与倍压控制模块连接的输出端；功率整流模块用于对交流电压进行功率整流，辅助电源模块用于为倍压控制模块提供辅助电源，倍压控制模块用于实现对交流电压进行倍压控制；本发明能够实现无晶闸管的单相自动倍压整流。因无串联线性开关，能够减少倍压损耗，提高产品在倍压状态下和非倍压下的的效率。

Description

隔离型可编程自动倍压整流电路
技术领域
本发明涉及一种隔离型可编程自动倍压整流电路。
背景技术
倍压整流原理是利用二极管的整流和导引作用，将电压分别贮存到各自的电容上，然后把它们按极性相加的原理串接起来，输出高于输入电压的高压来。
目前，市面上产品的倍压整流方案都是利用（具有识别市电相位的）集成芯片，然后控制（串联市电的L线和整流后两个串联储能电容的交点之间的）晶闸管的导通角来完成的。例如集成芯片AVS1A电容CP08和A电容CS12电容CB。
利用集成芯片控制晶闸管的方法，虽然元件少、成本低，但是有以下几大弊端：1）因为在输入L线上串联了线性开关晶闸管，故提供给后级的功率将倍晶闸管的最大功率限制，例如上面提到的芯片则最大功率为500W；2）因为在输入L线上串联了线性开关晶闸管，产品的效率将降低，且负载越重损耗越大；3）因为集成控制芯片自身的限制，仅能在110VAC或220VAC输入时的±15%电压范围下工作。在市电输入在110VAV*1.2至220*0.8之间时，由整流后直流电压除以市电的数值构成的曲线将不是一个固定的，由110VAC线性提高至240VAC和240VAC线性下降至110VAC将出现不能倍压(直流电压小于250V)和过压（直流电压超过400V）。这将为产品带来风险。
上述问题是在倍压整流电路的设计过程中应当予以考虑并解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种隔离型可编程自动倍压整流电路解决如何减少倍压损耗，提高产品在倍压状态下和非倍压下的的效率问题。
本发明的技术解决方案是：
一种隔离型可编程自动倍压整流电路，包括交流电压的第一输入端、交流电压的第二输入端、功率整流模块、辅助电源模块、倍压控制模块和电压输出端，
功率整流模块包括与交流电压的第一输入端连接的第一输入端、与交流电压的第二输入端连接的第二输入端、与倍压控制模块连接的输出端；
辅助电源模块的包括与交流电压的第一输入端连接的第三输入端、与交流电压的第二输入端连接的第四输入端、与倍压控制模块连接的第一输出端和与第一接地端连接的第二输出端；
倍压控制模块包括与交流电压的第一输入端连接的第五输入端、与交流电压的第二输入端连接的第六输入端、与辅助电源模块的第一输出端连接的第七输入端、与功率整流模块的输出端连接的第八输入端、电压输出端和第二接地端；
功率整流模块用于对交流电压进行功率整流，辅助电源模块用于为倍压控制模块提供辅助电源，倍压控制模块用于实现对交流电压进行倍压控制。
可选地，倍压控制模块包括市电采样单元、电压比较单元和控制单元。
可选地，市电采样单元包括二极管D3、二极管D4、电阻R7、电容C3、电阻R12和电阻R17，二极管D3的正极作为倍压控制模块的第五输入端，二极管D4的正极作为倍压控制模块的第六输入端，电阻R7的一端连接倍压控制模块的第五输入端与倍压控制模块的第六输入端的交汇处，电阻R7的另一端通过电容C3连接第二接地端，电阻R7的另一端还通过电阻R12、电阻R17连接第二接地端。
可选地，电压比较单元包括电阻R4、电阻R8、电阻R9、比较器U2、放大器U3、电阻R13、电容C4、电阻R14、电阻R15、电阻R5、电阻R10、电阻R16、电阻R18、电阻R19和电阻R6，电阻R4的一端连接倍压控制模块的第七输入端，电阻R4的另一端通过电阻R8连接第二接地端，电阻R4的另一端还通过电阻R9连接比较器U2的参考电压端，比较器U2的输入电压端通过电阻R14、电阻R13连接在电阻R12与电阻R17的交汇处，电容C4的一端连接电阻R13与电阻R14的交汇处，电容C4的另一端连接第二接地端，比较器U2的输入电压端还通过电阻R15、电阻R5连接倍压控制模块的第七输入端，电阻R10的一端连接反相器的反相输入端，电阻R10的另一端连接比较器U2的输出端，电阻R10的另一端还连接电阻R15与电阻R5的交汇处，电阻R18的一端连接第二接地端，电阻R18的另一端通过电阻R16连接反相器的正相输入端，电阻R 19的一端连接倍压控制模块的第七输入端，电阻R 19的另一端连接电阻R18与电阻R16的交汇处，反相器的输出端通过电阻R6连接倍压控制模块的第七输入端。
可选地，控制单元包括二极管D1、二极管D2、电阻R3、继电器K1、二极管D5、二极管D6、MOS管Q1、电阻R11、电容C5，二极管D1的正极连接倍压控制模块的第五输入端，二极管D2的正极连接倍压控制模块的第六输入端，二极管D1的负极、二极管D2的负极分别通过电阻R3连接继电器K1的线圈端子一，继电器K1的线圈端子二连接二极管D6的正极，二极管D6的负极连接二极管D5的正极，二极管D5的负极连接继电器K1的线圈端子一，继电器K1的线圈端子二连接MOS管的漏极，MOS管的源极通过电容C5连接MOS管的栅极，MOS管的源极连接第二接地端，MOS管的栅极通过电阻R11连接电阻R6与反相器U3的交汇处，继电器K1的触电端子一连接倍压控制模块的第八输入端，继电器K1的触电端子二连接负载。
可选地，功率整流模块包括全桥整流BD1、储能电容C1、电容C2、均匀电阻R1、均匀电阻R2，全桥整流BD1的第一输入端作为功率整流模块的第一输入端，全桥整流BD1的第二输入端作为功率整流模块的第二输入端全桥整流BD1的第一输出端连接储能电容C1与均匀电阻R1的交汇处，功率整流模块的输出端分别连接储能电容C1与电容C2的交汇处、均匀电阻R1与均匀电阻R2的交汇处，全桥整流BD1的第二输出端连接储能电容C2与均匀电阻R2的交汇处并接地。
可选地，辅助电源模块包括全桥整流BD2和调整器U1，全桥整流BD2的第一输入端作为辅助电源模块的第三输入端，全桥整流BD2的第二输入端作为辅助电源模块的第四输入端，全桥整流BD2的第一输出端连接调整器U1的第一输入端，调整器U1的第一输出端作为辅助电源模块的第一输出端，全桥整流BD2的第二输出端连接调整器U1的第二输入端，调整器U1的第二输出端作为辅助电源模块的第二输出端。
可选地，交流电压经过整流、滤波和电阻分压后，与比较器U2的参考电压端电压进行迟滞比较，然后经由反相器U3后，最后控制继电器K1的工作与否。
可选地，该隔离型可编程自动倍压整流电路的工作过程为：交流电压经过整流、滤波和分压后的电压作为比较器U2的输入电压端电压，在比较器U2的输入电压端电压大于比较器U2的参考电压端电压时，则比较器U2的输出端输出为高电平，经反相器U3后输出低电平，MOS管Q1工作截止状态，继电器K1处于常开状态，电路处于非倍压工作状态；
当比较器U2的输入电压端电压小于比较器U2的参考电压端电压时，则比较器U2输出低电平，经反相器U3后输出高电平，MOS管Q1工作导通状态，继电器K1处于常闭状态，电路处于倍压工作状态。
本发明的有益效果是：
一、该种隔离型可编程自动倍压整流电路，能够实现无晶闸管的单相自动倍压整流。本发明因无串联线性开关(例晶闸管)，能够减少倍压损耗，提高产品在倍压状态下和非倍压下的的效率。
二、该种隔离型可编程自动倍压整流电路，工作电压范围宽。本发明能在100VAC至240VAC电压范围内工作，能够解决现有的采用专用集成倍压芯片仅能在110VAC或220VAC输入时的±15%电压范围内工作的问题。
三、该种隔离型可编程自动倍压整流电路，市电由110VAC线性增加至240VAC和240VAC线性减少至110VAC，输出直流电压VDC曲线几乎重合，增加了产品的稳定性。
四、本发明倍压阈值可编程，通过设置R7、R12、R17电阻的值来调整倍压的阈值电压，可根据产品需要灵活调节，可适用多领域的功率变换。
附图说明
图1是本发明实施例隔离型可编程自动倍压整流电路的说明示意图。
图2是实施例中倍压控制模块的电路示意图。
图3是实施例中功率整流模块的电路示意图。
图4是实施例中辅助电源模块的电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例
一种隔离型可编程自动倍压整流电路，如图1，包括交流电压的第一输入端、交流电压的第二输入端、功率整流模块、辅助电源模块、倍压控制模块和电压输出端，
功率整流模块包括与交流电压的第一输入端连接的第一输入端、与交流电压的第二输入端连接的第二输入端、与倍压控制模块连接的输出端；
辅助电源模块的包括与交流电压的第一输入端连接的第三输入端、与交流电压的第二输入端连接的第四输入端、与倍压控制模块连接的第一输出端和与第一接地端GND连接的第二输出端；
倍压控制模块包括与交流电压的第一输入端连接的第五输入端、与交流电压的第二输入端连接的第六输入端、与辅助电源模块的第一输出端连接的第七输入端、与功率整流模块的输出端连接的第八输入端、电压输出端和第二接地端GND_DV；
功率整流模块用于对交流电压进行功率整流，辅助电源模块用于为倍压控制模块提供辅助电源，倍压控制模块用于实现对交流电压进行倍压控制。
该种隔离型可编程自动倍压整流电路，倍压控制模块包括市电采样单元、电压比较单元和控制单元。
如图2，市电采样单元包括二极管D3、二极管D4、电阻R7、电容C3、电阻R12和电阻R17，二极管D3的正极作为倍压控制模块的第五输入端，二极管D4的正极作为倍压控制模块的第六输入端，电阻R7的一端连接倍压控制模块的第五输入端与倍压控制模块的第六输入端的交汇处，电阻R7的另一端通过电容C3连接第二接地端GND_DV，电阻R7的另一端还通过电阻R12、电阻R17连接第二接地端GND_DV。
如图2，电压比较单元包括电阻R4、电阻R8、电阻R9、比较器U2、放大器U3、电阻R13、电容C4、电阻R14、电阻R15、电阻R5、电阻R10、电阻R16、电阻R18、电阻R19和电阻R6，电阻R4的一端连接倍压控制模块的第七输入端，电阻R4的另一端通过电阻R8连接第二接地端GND_DV，电阻R4的另一端还通过电阻R9连接比较器U2的参考电压端，比较器U2的输入电压端通过电阻R14、电阻R13连接在电阻R12与电阻R17的交汇处，电容C4的一端连接电阻R13与电阻R14的交汇处，电容C4的另一端连接第二接地端GND_DV，比较器U2的输入电压端还通过电阻R15、电阻R5连接倍压控制模块的第七输入端，电阻R10的一端连接反相器的反相输入端，电阻R10的另一端连接比较器U2的输出端，电阻R10的另一端还连接电阻R15与电阻R5的交汇处，电阻R18的一端连接第二接地端GND_DV，电阻R18的另一端通过电阻R16连接反相器的正相输入端，电阻R 19的一端连接倍压控制模块的第七输入端，电阻R 19的另一端连接电阻R18与电阻R 16的交汇处，反相器的输出端通过电阻R6连接倍压控制模块的第七输入端。
如图2，控制单元包括二极管D1、二极管D2、电阻R3、继电器K1、二极管D5、二极管D6、MOS管Q1、电阻R11、电容C5，二极管D1的正极连接倍压控制模块的第五输入端，二极管D2的正极连接倍压控制模块的第六输入端，二极管D1的负极、二极管D2的负极分别通过电阻R3连接继电器K1的线圈端子一，继电器K1的线圈端子二连接二极管D6的正极，二极管D6的负极连接二极管D5的正极，二极管D5的负极连接继电器K1的线圈端子一，继电器K1的线圈端子二连接MOS管的漏极，MOS管的源极通过电容C5连接MOS管的栅极，MOS管的源极连接第二接地端GND_DV，MOS管的栅极通过电阻R11连接电阻R6与反相器U3的交汇处，继电器K1的触电端子一连接倍压控制模块的第八输入端，继电器K1的触电端子二连接负载。
如图3，功率整流模块包括全桥整流BD1、储能电容C1、电容C2、均匀电阻R1、均匀电阻R2，全桥整流BD1的第一输入端作为功率整流模块的第一输入端，全桥整流BD1的第二输入端作为功率整流模块的第二输入端全桥整流BD1的第一输出端连接储能电容C1与均匀电阻R1的交汇处，功率整流模块的输出端分别连接储能电容C1与电容C2的交汇处、均匀电阻R1与均匀电阻R2的交汇处，全桥整流BD1的第二输出端连接储能电容C2与均匀电阻R2的交汇处并接地。
如图4，辅助电源模块包括全桥整流BD2和调整器U1，全桥整流BD2的第一输入端作为辅助电源模块的第三输入端，全桥整流BD2的第二输入端作为辅助电源模块的第四输入端，全桥整流BD2的第一输出端连接调整器U1的第一输入端，调整器U1的第一输出端作为辅助电源模块的第一输出端，全桥整流BD2的第二输出端连接调整器U1的第二输入端，调整器U1的第二输出端作为辅助电源模块的第二输出端。辅助电源模块中，优选采用小功率全桥整流BD2和宽输入的调整器U1（输出12VDC）。
该种隔离型可编程自动倍压整流电路中，交流电压经过整流、滤波和电阻分压后，与比较器U2的参考电压端电压（电阻R4和R8分压）进行迟滞比较，然后经由反相器U3后，最后控制（串联市电的L线和整流后两个串联储能电容C1、C2的交点之间的）继电器K1的工作与否。
可选地，该隔离型可编程自动倍压整流电路的工作过程为：交流电压经过整流、滤波和分压后的电压作为比较器U2的输入电压端电压，在比较器U2的输入电压端电压大于比较器U2的参考电压端电压时，则比较器U2的输出端输出为高电平，经反相器U3后输出低电平，MOS管Q1工作截止状态，继电器K1处于常开状态，电路处于非倍压工作状态；
当比较器U2的输入电压端电压小于比较器U2的参考电压端电压时，则比较器U2输出低电平，经反相器U3后输出高电平，MOS管Q1工作导通状态，继电器K1处于常闭状态，电路处于倍压工作状态。
该种隔离型可编程自动倍压整流电路中，通过将第一接地端与第二接地端分开单独设置，实现隔离保护的目的。
该种隔离型可编程自动倍压整流电路，因无串联线性开关(例晶闸管)，减少倍压损耗，提高产品在倍压状态下和非倍压下的的效率。
该种隔离型可编程自动倍压整流电路，工作电压范围宽。本发明能在100VAC至240VAC电压范围内工作，与现有的采用专用集成倍压芯片仅能在110VAC或220VAC输入时的±15%电压范围内工作相比较，本发明的工作电压范围更宽。
该种隔离型可编程自动倍压整流电路，市电由110VAC线性增加至240VAC和240VAC线性减少至110VAC，输出直流电压VDC曲线几乎重合，增加了产品的稳定性。
该种隔离型可编程自动倍压整流电路，倍压阈值可编程，通过设置R7、R12、R17电阻的值来调整倍压的阈值电压，可根据产品需要灵活调节，可适用多领域的功率变换。

Claims (3)

1.一种隔离型可编程自动倍压整流电路，其特征在于：包括交流电压的第一输入端、交流电压的第二输入端、功率整流模块、辅助电源模块、倍压控制模块和电压输出端，
功率整流模块包括与交流电压的第一输入端连接的第一输入端、与交流电压的第二输入端连接的第二输入端、与倍压控制模块连接的输出端；
辅助电源模块包括与交流电压的第一输入端连接的第三输入端、与交流电压的第二输入端连接的第四输入端、与倍压控制模块连接的第一输出端和与第一接地端连接的第二输出端；辅助电源模块包括全桥整流BD2和调整器U1，全桥整流BD2的第一输入端作为辅助电源模块的第三输入端，全桥整流BD2的第二输入端作为辅助电源模块的第四输入端，全桥整流BD2的第一输出端连接调整器U1的第一输入端，调整器U1的第一输出端作为辅助电源模块的第一输出端，全桥整流BD2的第二输出端连接调整器U1的第二输入端，调整器U1的第二输出端作为辅助电源模块的第二输出端；
倍压控制模块包括与交流电压的第一输入端连接的第五输入端、与交流电压的第二输入端连接的第六输入端、与辅助电源模块的第一输出端连接的第七输入端、与功率整流模块的输出端连接的第八输入端、电压输出端和第二接地端；
倍压控制模块包括市电采样单元、电压比较单元和控制单元；市电采样单元包括二极管D3、二极管D4、电阻R7、电容C3、电阻R12和电阻R17，二极管D3的正极作为倍压控制模块的第五输入端，二极管D4的正极作为倍压控制模块的第六输入端，电阻R7的一端连接倍压控制模块的第五输入端与倍压控制模块的第六输入端的交汇处，电阻R7的另一端通过电容C3连接第二接地端，电阻R7的另一端还通过电阻R12、电阻R17连接第二接地端；
电压比较单元包括电阻R4、电阻R8、电阻R9、比较器U2、反相 器U3、电阻R13、电容C4、电阻R14、电阻R15、电阻R5、电阻R10、电阻R16、电阻R18、电阻R19和电阻R6，电阻R4的一端连接倍压控制模块的第七输入端，电阻R4的另一端通过电阻R8连接第二接地端，电阻R4的另一端还通过电阻R9连接比较器U2的参考电压端，比较器U2的输入电压端通过电阻R14、电阻R13连接在电阻R12与电阻R17的交汇处，电容C4的一端连接电阻R13与电阻R14的交汇处，电容C4的另一端连接第二接地端，比较器U2的输入电压端还通过电阻R15、电阻R5连接倍压控制模块的第七输入端，电阻R10的一端连接反相器的反相输入端，电阻R10的另一端连接比较器U2的输出端，电阻R10的另一端还连接电阻R15与电阻R5的交汇处，电阻R18的一端连接第二接地端，电阻R18的另一端通过电阻R16连接反相器的正相输入端，电阻R 19的一端连接倍压控制模块的第七输入端，电阻R 19的另一端连接电阻R18与电阻R 16的交汇处，反相器的输出端通过电阻R6连接倍压控制模块的第七输入端；
控制单元包括二极管D1、二极管D2、电阻R3、继电器K1、二极管D5、二极管D6、MOS管Q1、电阻R11、电容C5，二极管D1的正极连接倍压控制模块的第五输入端，二极管D2的正极连接倍压控制模块的第六输入端，二极管D1的负极、二极管D2的负极分别通过电阻R3连接继电器K1的线圈端子一，继电器K1的线圈端子二连接二极管D6的正极，二极管D6的负极连接二极管D5的正极，二极管D5的负极连接继电器K1的线圈端子一，继电器K1的线圈端子二连接MOS管的漏极，MOS管的源极通过电容C5连接MOS管的栅极，MOS管的源极连接第二接地端，MOS管的栅极通过电阻R11连接电阻R6与反相器U3的交汇处，继电器K1的触点 端子一连接倍压控制模块的第八输入端，继电器K1的触点 端子二连接负载；
功率整流模块用于对交流电压进行功率整流，辅助电源模块用于为倍压控制模块提供辅助电源，倍压控制模块用于实现对交流电压进行倍压控制；该隔离型可编程自动倍压整流电路的工作过程为：交流电压经过整流、滤波和分压后的电压作为比较器U2的输入电压端电压，在比较器U2的输入电压端电压大于比较器U2的参考电压端电压时，则比较器U2的输出端输出为高电平，经反相器U3后输出低电平，MOS管Q1工作截止状态，继电器K1处于常开状态，电路处于非倍压工作状态；
当比较器U2的输入电压端电压小于比较器U2的参考电压端电压时，则比较器U2输出低电平，经反相器U3后输出高电平，MOS管Q1工作导通状态，继电器K1处于常闭状态，电路处于倍压工作状态。
2.如权利要求1所述的隔离型可编程自动倍压整流电路，其特征在于：功率整流模块包括全桥整流BD1、储能电容C1、电容C2、均匀电阻R1、均匀电阻R2，全桥整流BD1的第一输入端作为功率整流模块的第一输入端，全桥整流BD1的第二输入端作为功率整流模块的第二输入端全桥整流BD1的第一输出端连接储能电容C1与均匀电阻R1的交汇处，功率整流模块的输出端分别连接储能电容C1与电容C2的交汇处、均匀电阻R1与均匀电阻R2的交汇处，全桥整流BD1的第二输出端连接储能电容C2与均匀电阻R2的交汇处并接地。
3.如权利要求1所述的隔离型可编程自动倍压整流电路，其特征在于：交流电压经过整流、滤波和电阻分压后，与比较器U2的参考电压端电压进行迟滞比较，然后经由反相器U3后，最后控制继电器K1的工作与否。
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