CN1116741A - 高功率因数负荷的交流线路稳定化电路 - Google Patents

高功率因数负荷的交流线路稳定化电路 Download PDF

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Abstract

给高功率因数负荷装一交流线路稳定化电路，用以保护小体积交/直流变换器免受雷电或其它能量浪涌的影响，同时使交流线路电压下降时能维持一段时间运行。这种稳定化电路通过使一个电容器充电而使线路中因雷电或其它条件引起的能量浪涌改向，使其不致作用到变换器的输入端，同时还延长交流线路电压下降时继续工作一段时间。本发明的稳定化电路应用工作时与一个耦合到稳定化装置的简单检测装置使小体积交/直流变换器的输入电压稳定。

Description

高功率因数负荷的交流线路稳定化电路
本发明总的说来涉及高功率因数负荷的交流线路稳定化电路。更具体地说，本发明提供的交流线路稳定化电路用以保护小体积(bulkle-ss)的交/直流变换器使其不致因在线路上的雷电或其它能量浪涌而失灵，同时在线路电压下降时使线路能再保持一段时间运行。一般小体积的变换器没有装上大电解电容器以吸收加到电气线路上的雷电和其他能量浪涌。因此作用到交/直流变换器的输入电容器高峰值电压可能引起故障。此外，本技术领域现有小体积的变换器，其输出端通常需要大电容器使其在交流线路的电压下降时能充分维持一段时间。本发明的主要目的是提供一种能更有效地吸收雷电和能量浪涌、防止作用到变换器输入端的电容器电压其峰值上升到不能容许程度的小体积变换器的稳定化电路。本发明的另一个目的采用小于本技术领域迄今已知的电解电容器使所述稳定化电路还能在交流线路电压下降时维持一段时间。本技术领域的行家们是会理解本发明的其它目的和优点的。
应该指出，能使线路大幅度稳定化的交流线路稳定化电路通常是本技术领域所周知的。这类周知的电路通常包括例如(高功率因数负荷和低功率因数负荷的)浪涌电压保护电路、电压抑制电路和断路器，用来在加电情况下保护耦合到交流线路的电路，保护线路免受作用到线路上的雷电和其它能量浪涌的干扰；此外还包括一些可以在交流线路电源中断时继续维持一段时间使一定的负荷得到供电的电路。
上述能体现出现有技术现状的电路，具体实例如下：1978年5月23日颁发给铃木等人关于浪涌电流保护电路的美国专利4,091,434；1986年2月25日颁发给Bauman关于直流电源加电期间的浪涌电压保护系统的美国专利4,573,113；1989年6月6日颁发给Donze的美国专利4,837,672，该专利公开了一种电子切换电源，用以自动调节电源的工作过程，从而在不同大小的输入电压在不同的时间加到其上时产生固定的输出电压；1989年3月7日颁发给Harvest等人的美国专利4,811,189，该专利公开了一种带整流电压限定装置的交流整流电路；1985年6月18日颁发给Ikenoue等人关于具有半导体有源整流元件的交流整器的美国专利4,524,413；1983年10月25日颁发给Cambier等人关于采用极化输入隔离电容器的交/直流变换器的美国专利4,412,278；和1982年4月27日颁发给Clark，Jr.的美国专利4,327,405，该专利公开了直流/直流电压变换电路的电压抑制电路。
上述现有技术的参考文献没有一个公开或提出过本发明的这种交流线路稳定化电路。简单说来，Ikenoue等人的专利提供的是带过压保护电路的使电路断开的交流整流电路；Donze的专利公开了一种带输出电压控制的切换式电源，但没有提出功率因数校正；Clark，Jr.的专利公开的是根据变压器一次侧极性的对调的电压抑制电路，因而与这里所公开和要求保护的发明没有直接关系；Cambier等人的专利公开的是应用极化输入隔离电容器的交/直流变换器，这也和这里公开的发明没有直接关系；钤木等人的专利公开的是电流抑制电路，而不是本发明的电压抑制电路，而且还采用直流/直流变换器；Bauman的专利公开的是直流电源的浪涌电压保护电路，其中交流线路电压用具有旁路连接的滤波电容器的LC滤波器滤波，因而与这里公开的发明没有直接关系。
下面更详细地说明本发明的交流线路稳定化电路的上述目的和优点。
按照本发明有第一最佳实施便例，本发明的交流电压线路稳定化电路是为高功率因数负荷而设的，更具体地说，用以保护小体积的交/直流变换器，使其免受雷电和其它能量浪涌的影响，同时在交流线路电压下降时使线路能继续维持一段时间运行。该电路采用一个双向晶体管开关，该开关由第一和第二比较器的输出根据控制变换器输入端两端电解电容器放电的预定条件使其启动，防止线路中的电压浪涌到达变换器的输入端，并在交流线路电压下降场合期间使线路延长继续运行一段时间。第一比较器的输入端耦合到全波整流器的输出端，同时第二比较器的输入对平均交流线电压取样。交流线路接通时，双向开关断开，于是电容器通过电耦合到其上的充电电阻器充电，以限定交流线路接通时从交接线路提取的电流。当交流线电压消失半个周期时，在一个比较器的输出端检测出的电压(此电压工作时与双向开关有关)使双向开关接通。双向开关接通时，电容器在线路电压下降过程中通过双向开关往变换器输入端两端加电压，在线路电压下降情况下，保持电压可以由此迄今高功率因数负荷的交流线路稳定化电路所使用的小的电容器供应。当能量浪涌(例如能量因雷电而增加)出现在线路上时，另一个比较器启动，使双向开关接通，从而使电压浪涌储存在电容器中而不加到变换器的输入端。
在本发明的另一个实施例中，在简化的交流线路稳定化电路中装上了一个隔离二极管、一个大容量电容器和一个复位网络。这种简化电路保护交/直流变换器免受耦合到该变换器输入端的交流线路中的雷电和其它能量浪涌的影响，但在交流线路电压下降期间没有象本发明第一实施例那样提供一段持续运行的时间。
附图的图1示出了本发明的第一最佳实施例，用以保护小体积交/直流变换器免受线路中能量浪涌的影响，同时在交流线路电压下降时持续运行一段时间。
图2示出了本发明另一个最佳实施例的交流线路稳定化电路，这种电路只提供能量浪涌保护，在交流线路电压下降时不持续运行一段时间。
附图的图1和图2示出了本发明的交流线路稳定化电路的最佳实施例。图1示出了本发明保护小体积交/直流变换器免受雷电或其它能量浪涌的影响同时在交流线路电压下降期间持续运行一段时间的第一实施例。该电路包括：检测装置，用以检测交流线路电压在超过第一预定时间阈值的时间(例如至少半个周期，以避免在检测脉动全波整流输入信号时错检测交流线路损失)内的损失；确定装置，用以确定交流线路电压何时超过预定电压何时超过预定电压阈值(例如，预置的参考电压)；和电压箝位电路，耦合到检测和确定装置，并由该两装置控制，用以驱动晶体管开关装置使稳定化装置(例如电容器)转换成根据电路中的现行条件(例如，保护电路免受雷电或线路中其它能量浪涌的影响，线路电压变化，交流线路电压下降时额外持续运行时间)使全波整流线中电压稳定并给交/直流变换器负荷提供能量浪涌保护的电路。
附图的图2示出了本发明的另一个实施例，该实施例提出的简化电路用以保护变流器免受作用到线路上的雷电和其它能量浪涌的影响，但在交流线路电压下降期间不持续运行一段时间。附图的图2所示的简化电路的最佳实施例包括隔离装置(例如隔离二极管)、蓄电装置(例如大容量电容器)、和电路复位装置，例如泄流或复位网路，用以使电路在电容器充了电之后使电路复位到正常线路情况，使线路电压中的浪涌改向，不致加到变换器的输入端。
现在参看附图的图1，本发明第一最佳实施例的雷电浪涌箝位和保持电路电耦合到小体积交/直流变换器2。交流线路电压加到一般由四个整流器组成的全波整流电桥M1两端的输入端4和6上。两并联的二极管CR1和CR2电耦合到全波整流器M1(及其输入端)，以在至少半个周期内检测交流线路的电压损失。电阻器R1和R2在电路中形成分压器，以在长于预定时间的时间内检测交流线路的电压损失。电容器C2用以对交流线路电压值取样。电容器C2耦合到比较器M2的负输入端，供电电压8所形成的预定基准电压则耦合到比较器M2的正输入端上。电阻器R5和二极管CR3组合件电耦合在比较器M2的正输入端与输出端之间，以产生一定程度的滞后，从而防止比较器M2因线路中原本会引起误动作的干扰或其它情况的误动作。在正常情况下，电容器C2两端的电压，因而加到比较器M2的负输入端的电压，大于加到比较器M2正端的基准电压。因此在正常情况下，比较器172的输出低。比较器M2的低输出电耦合到由晶体管Q1和Q2构成的双向晶体管开关的输入端，以保持开关处于“断开”状态。电容器C2两端的电压下降到基准电压值8以下时，比较器M2的输出变高，于是耦合到比较器M2的输出端的双向晶体管开关转入“接通”状态。因此，对交流线路电压平均值取样的电容器C2，其两端的电压确定了由晶体管Q1和Q2构成的双向晶体管开并的状态。
第二比较器M3的正输入端通过由电阻器R3和R4构成的分压器耦合到全波整流器M1的输出端。滞后程度由电耦合在比较器M3的正输入端与输出端之间的电阻器R6和二极管CR4组合件确定。第二比较器的负输入端耦合到电压源10，提供预定的电压基准阈值。比较器M3输出端电耦合到由晶体管Q1和Q2构成的双向开关的输入端。在正常工作情况下，基准电压值10超过从全波整流器的输出端加到比较器M3的正输入端的整流电压，因而比较器M3的输出低。这个低输出电耦合到双向开关Q1和Q2，使开关转入“断开”状态。加到比较器M3输入端的经整流的线路电压超过基准电压10时，比较器3的输出变高，从而使双向开关Q1和Q2转入“接通”状态。来自全波整流器M1的输出端经整流的线路电压在耦合到比较器M3正输入端的电容器C1的两端检测。电容器C1是非极化电容器，用来给负荷产生的开关电流提供高频通路，将负荷与交流线路分隔开来。
二极管CR5配置在比较器M2的输出端与开并Q1、Q2之间，二极管CR6则配置在比较器M3的输出端与开关21、22之间。输出二极管CR5和CR6的作用是将比较器M2的输出端与比较器M3的输出端分隔开。
晶体管Q1、Q2是MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。连接在晶体管Q1和Q2的栅极与源极之间的电阻器R7是为防止误转换而设的。晶体管Q1和Q2构成使电容器C3得以根据电路的状况进行充放电并防止电容器C3在电路正常工作期间放电的双向开关。电阻器R8电耦合到容器C3，用以使电容器在双向开关Q1和Q2处于“断开”状态时充电。
下面说明图1电路的工作情况。交流线路电压加到全波整流器M1的输入端4，6两端。全波整流器M1输出端处经整流的交流线路电压加到电容器C1两端，还通过由电阻器R3和R4形成的分压器加到比较器M3的正输入端。比较器M3负端的输入由预选的阈值基准电压10确定。在正常电路条件下，加到比较器M3的基准电压10大于从全波整流器M1的输出端加到比较器M3正输入端的电压。在这些条件下，比较器M3通过二极管CR6电耦合到双向晶体管开关Q1和Q2的输出维持双向开关处于“断开”状态。但当交流线路上出现(因例如雷电引起的)浪涌或其它能量峰值时，该能量浪涌就会在全波整流器M1的输出端检测出来并加到电容器C1两端。浪涌使经整流的线路电压上升得超过加到比较器M3负输入端的基准电压10。随着加到比较器M3正输入端的基准电压10，比较器M3输出端的电压升高。比较器的高输出电压电耦合到双向开关的输入端，于是双向开关接通。双向开关接通时，电路中因能量浪涌而升高的电压通过双向开关使电容器C3充电，以防止浪涌引起的升高电压加到交/直流变换器上。这样，加到比较器M3负输入端的基准电压10设定到可以防止超过最高电平的电压(例如能量浪涌引起的电压)加到交/直流变换器的输入端。
仍然参看附图的图1所示的电路。当交流线路接通时，双向开关Q1和Q2通常处于“断开”状态，且电容器C3通过电阻器R8充电。这样，交流线路接通时从该线路提取的电流受到限制。交流线路电压经取样通过二极管CR1和CR2和由电阻器R1和R2构成的分压器加到比较器M2的负(倒相)输入端。在正常工作条件下，加到比较器M2负输入端的平均交流线路电压小于加到比较器M2正输入端的预定基准电压8，这使比较器的输出端保持不高。比较器转M2转低时，其电耦合到双向开关Q1和Q2的输出端使双向开关保持“断开”。但当有半个周期检测不出交流线路电压时，加到比较器M2负(倒相)输入端的电压下降到加到比较器M2正输入端的基准电压以下。比较器M2的输出升高(且保持高态)，这取决于耦合在比较器M2的正输入与输出端之间的电阻器R5与二极管CR3组合件所设定的滞后程度。比较器M2的高输出端通过二极管CR5电耦合到双向开关Q1和Q2上，从而使开关接通。开关接通时，电容器C3在交流线路电压下降期间通过开关Q1和Q2往交/直流变换器的输入端加电压，供电给变换器。与能量储存在交/直换变换器输出端的低压电平能相比电容器C3中储存的能量是处在高电压的，因而电容器C3可取体积比变换器输出端的电容器小的电容器。
总之，在线路正常条件下，图1电路的双向开关Q1和Q2断开，电容器C3充电，将峰值或最大电压储存起来。当交流线路上加有能量浪涌时，开关Q1和Q2因比较器M3而接通，因而使升高了的线路电压通过电容器C3通过双向开关的充电而加到电容器C3上，从而使电压浪涌不加到交/直流变换器的输入端上。当出现交流线路电压下降的情况时，比较M2使双向开关Q1和Q2接通，使电容器C3可以通过双向开关Q1和Q2接通，并在交流线路电压下降时将电压加到交/直流变换器的输入端两端，给变换器供电。
参看附图的图2，图中示出了只提供浪涌保护但不能使交流线路在电压下降时继续运行一段时间的简化电路。图2的电路由下列各部分组成：隔离二极管CR7，通过电阻器R8充电的大容量电容器C3，和泄流或复位网路路12，供在电容器3由于交流线路因例如雷电引起的电压浪涌而冲电之后有选择地使电容器放电。图2的电路耦合到交/直换变流器上，从而使超过预定电压值的能量浪涌能有效地通过电容器C3的充电为网络所吸收，避免过量的电压加到交/直流变换器的输入端上。电容器C3因能量浪涌而充电之后，复位网络12动作，使电容器放电，使网路在下一次有能量浪涌出现时可以给电容器再充电。
附图1和图2的电路示出了本发明的最佳实施例。显然，在不脱离本发明范围的前提下，本技术领域的行家们是可以对上述实施例进行其它修改和更改的。因此，本说明书所论述的实施例仅仅是举例而已，而不是对本发明范围的限制，本发明的范围则由下面的权利要求书及其所有等效内容所确定。

Claims (20)

1.一种电路，用以在有能量浪涌期间稳定交流线路电压，并用以使交流线路在线路电压下降时维持一段时间运行，所述电路包括：
第一电路装置，用以检测所述交流线路电压何时降低到预定值以下，历时预定的时间；
第二电路装置，用以检测所述交流线路电压何时超过预定值，历时预定的时间；
开关装置，根据所述第一和第二检测装置启动；以及
稳定化装置，根据所述开关装置的启动而启动。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路是为高功率因数负荷而设的。
3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，它包括将所述稳定化装置电耦合到一个交/直流变换器的输入端的装置。
4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一检测装置有一个第一比较器，比较器的一个输入端耦合到来自所述交流线路电压的取样电压，比较器的输出端耦合到所述开关装置上。
5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二检测装置有第二比较器，比较器的一个输入端耦合到所述开关装置上。
6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述第二比较器的所述输入端耦合到所述电路的所述输入端处的一个全波整流电桥上。
7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，由所述开关装置驱动的所述稳定化装置有一个电容器可根据所述开关装置的状态有选择地充电和放电。
8.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关装置由一个双向晶体管开关组成。
9.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第一比较器有一个第一二极管配置在所述第一比较器的输出端与所述开关装置之间。
10.如权利要求5所述的电路装置，其特征在于，所述第二比较器有一个第二二极管配置在所述第二比较器的输出端与所述开关装置之间。
11.使交流线路电压在能量浪涌期间稳定且在交流线路电压下降时继续维持运行一段时间的一种方法，所述方法包括下列步骤：
设置第一电路装置，用以检测交流线路电压何时下降到预定值以下历时预定时间以上。
设置第二电路装置，用以检测交流线路电压何时超过预定值历时预定时间；
根据所述第一和第二检测装置使开关装置启动；
设置稳定装置，供根据开关装置的启动使加到电路上的电压稳定下来。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电路是供高功率因数负荷用的。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，它还包括将所述稳定化装置电耦合到一个交/直流变换器的输入端的步骤。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，它还包括下列步骤：设置第一比较器，作为第一检测装置，将所述线路电压的取样结果电耦合到所述第一比较器的一个输入端，并将所述第一比较器的输出端耦合到所述开关装置上。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，它还包括下列步骤：设置第二比较器作为所述第二检测装置，将所述第二比较器的一个输入端电耦合到所述电路的输入端，并将所述第二比较器的输出端电耦合到所述开关装置上。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，将所述第二比较器的输入端耦合到所述电路的所述输入端的步骤包括将所述第二比较器的输入端耦合到所述电路的输入端处的一个全波整流电桥上的步骤。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，它还包括设置一个电容器作为所述稳定化装置，并根据所述开关装置的状态有选择地使所述电容器充放电的步骤。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于，它还包括设置一个双向晶体管开关作为所述开关装置的步骤。
19.一种交流线路电压稳定化电路，包括第一电容器，与第一二极管在同一个线路上，供储存从交流线路施加的电压浪涌之用，还包括一个复位网络，供有选择地使所述电容器在其因线路中的电压浪涌而充电之后放电之用。
20.如权利要求19所述的电路，其特征在于，它包括一个电阻器，与所述电容器在同一个线路上，用以给所述线路电压中的浪涌超过预定的电平时充电。
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