CN1234142A - Ac/dc转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及到一种可以切换到不同主电压的倍压整流电路。该电路包括两对分别串联连接的二极管(D1,D3)和(D2,D4),从而构成一个全波整流器。一个线圈(L1)的第一端被连接到全波整流器的正端,线圈的第二端被连接到第五二极管(D5)的阳极。第六二极管(D6)的阳极通过两个串联连接的电容器(C1,C2)连接到第五二极管(D5)的阴极,第六二极管(D6)的阴极被连接到另一个线圈(L2)。一个开关装置(T1)的第一端被连接在第五二极管(D5)的阳极和线圈(L1)的第二端之间。开关装置(T1)的第二端被连接到线圈(L2),再将线圈(2)连接到全波整流器的负端(11)。一个开关(S)被连接在全波整流器的二极管对之一的二极管连接线和电容器(C1和C2)的连接线之间。

Description

AC/DC转换器
本发明涉及到一种具有高功率因数的AC/DC升压转换器，它可以连接到不同的网络或是主电压上。
在传统的整流电路中，首先将能量储存在一个电容器中，然后用一个桥式整流器将电容充电到峰值电压。这种电路功率因素较低。这些电路通常会产生明显畸变的正弦电流，这样就可能在连接的公共交换网中造成干扰。目前已经有人提出了解决这一问题的各种方法。
US-A5383109提出了一种具有高功率因数的整流电路。该电路是由一个用于高压主电压的全波桥式整流器构成的，也可以作为低压主电压的倍压器。输出电压控制和功率因数校正是借助于一个高频升压电路来完成的，该电路包括并联连接成低压主电压以及串联连接成高压主电压的两个线圈。该电路还包括作为脉冲波形调制器的两个串联连接的晶体管。
上述电路的一个缺点在于它包括了双重的晶体管和双重的开关，给电路带来了不必要的复杂性。
本发明在一方面解决了无论交流主电压采取两种值当中的哪一个值，也就是220V的值或是110V的值，如何能使连接到整流电路上的负载功率和效率保持不变的问题，另一方面还解决了如何能保证输入电流具有一种预定的电流曲线的问题。
另一个问题是，在主电压具有例如上述的典型值时，为了维持恒定的负载功率值，某些电路部件的尺寸必须能够满足很高的能量，这样就会变得不必要地庞大和昂贵。
本发明利用一种改进的整流电路解决了上述的问题，该电路包括多个二极管，至少一个线圈，至少两个电容器，至少一个选择器开关，以及至少一个高频开关。
在一个实施例中，将两对串联连接的二极管布置成一个全波整流器。从位于一个二极管对的二极管之间的连接线中的一个连接点上向全波整流器提供DC电压，而另一个连接点位于另一个二极管对的二极管之间。两个线圈以及高频开关与全波整流器并联连接。第一线圈的一个端子被连接到全波整流器上具有最高电位的一个DC侧，也就是所谓的正端。另一个线圈的一个端子被连接到全波整流器上具有最低电位的另一个DC侧，也就是所谓的负端。高频开关被连接在两个线圈之间，让高频开关的第一端子连接到第一线圈的第二端子，而高频开关的第二端子被连接到第二线圈的另一个端子。
第五和第六二极管和两个电容器与高频开关并联连接。第五二极管的阳极被连接到第一线圈，让上述第一线圈位于全波整流器的正端和上述第五二极管之间。第六二极管的阴极被连接到第二线圈，让第二线圈位于全波整流器的负端和第六二极管阴极之间。
两个串联连接的电容器被设在第一和第二二极管之间。将一个开关的一端连接到全波整流器中的一个二极管对之间的的连接线上。开关的另一端被设在两个电容器之间的连接线上。
在例如是220V的比较高的AC电压下，开关被打开，让电路在一种所谓的低增压模式下工作。在例如是110V的比较低的AC电压下，开关被闭合，让电路在一种所谓的高增压模式或是倍压模式下工作。这种开关优选能够根据电路所连接的电压而自动地改变其模式或是状态。
当高频开关被导通并且电路在高增压模式下工作时，从主电压源获得电流，并且储存在两个线圈中。当高频开关被关断时，线圈中的磁能被放电，并且对电容器充电。高频开关的脉冲宽度是可以改变的，以便使输入电流具有预定形状的曲线，例如是一种正弦曲线。
当高频开关被导通并且电路在低增压模式下工作时，电路的功能与其高增压模式时相同。当高频开关被关断时，第一线圈的磁能在前半个循环周期中释放，并且对第一电容器充电。另一个线圈的磁能在后半个循环周期中释放，并且对第二电容器充电。
如果高增压模式下的主电压是低增压模式下的二倍，上述的连接方式可以做到在高增压模式下和低增压模式下转换出的能量相同。
如果在220V的低增压模式和110V的高增压模式下转换出的能量是相同的，低增压模式下的电流就必须达到高增压模式下的二倍。这是通过在低增压模式下将高频开关的导通时间增加到适当的值而实现的。
本发明的作用是减少了交流电压整流电路中所需要的部件的数量和部件的尺寸，并且至少能够在例如110V和220V的两种不同主电压之间操作，另外，无论是使用上述的哪一个主电压，都可以维持恒定的电路效率。
本发明的优点之一是在电路中仅仅包括一个晶体管。
本发明的另一个优点是功率因数高。
以下要参照附图根据最佳的实施例来详细解释本发明。
图1是本发明电路的第一实施例的示意图。
图2是本发明电路的第二实施例的示意图。
图3表示图1所示电路中的一个电压曲线。
在图1中表示了一个倍压整流电路的第一实施例，它可以在不同的主电压之间切换。该电路包括两对各自串联连接的二极管D1,D3和D2,D4,用这些二极管组成一个全波整流器。全波整流器具有一个负端11和一个正端12，并且被连接到电网交流电压U上，将上述主电压U的一个接触点21接在第一二极管对的二极管之间的连接线上，并且将主交流电压U的第二接触点22接在第二二极管对的二极管之间的连接线上。
两个线圈L1,L2和高频开关T1与全波整流器的二极管对并联连接。第一线圈L1的第一端子被连接到全波整流器的正端12，上述线圈的第二端子被连接到高频开关T1，图中的高频开关是由一个晶体管构成的。也可以使用与晶体管具有相似性能的器件构成这种高频开关T1。第一线圈的第二端子被连接到晶体管的漏极。晶体管的栅极和源极被连接到图中没有表示的一个控制装置上。第二线圈L2的第一端子被连接到全波整流器的负端11，而上述线圈L2的第二端子被连接到晶体管的源极。这些线圈可以是彼此独立的，或者是安装在同一个铁心上。
两个二极管D5,D6和两个电容器C1,C2与高频开关T1并联连接。第五二极管D5的阳极被连接到线圈L1的第二端子。第六二极管D6的阴极被连接到线圈L2的第二端子。两个串联连接的电容器C1和C2被设置在二极管D5的阴极和二极管D6的阳极之间。
一个开关S的一侧被连接在二极管对D1,D3或是D2,D4之一的二极管之间的连接线上。开关的另一侧被连接在电容器C1和C2之间的连接线上。本实施例中的开关S可以在两种不同状态之间切换，开关的状态取决于电路所连接的主电压或是电网交流电压，并且应该能够按照本领域中公知的方法在其两种不同的状态之间自动地切换。
当电路被连接到比较高的主电压例如220V时，选择开关S就打开，让电路工作在所谓的低增压模式。二极管D1,D2,D3和D4相互连接成一个普通的全波整流器。在这种低增压模式或是220V模式下，本发明的电路实际上起到一个所谓泵的作用。在T1导通时，通过D1/D4或是D2/D3从电网或是主交流电压U获得的电流被以磁场能量的形式储存在L1和L2中。当T1被关断时，L1中的磁能通过D5对C1释放，同时，L1中的磁能还通过D6对C1释放。在每个点上调节T1上的脉冲宽度，让输入电流的形状符合整个一个周期上的理想曲线。假设输入电流是正弦波，在正弦曲线的顶部，从L1/L2输送给C1/C2的能量应该很小，但是电流却达到最大。在正弦曲线的过零点处，电流和能量都很小。在这些点之间传送的功率最高。
图2表示本发明的倍压整流电路的第二实施例，它可以根据主电压的变化而切换状态。该电路包括两对各自串联连接的二极管D1,D3和D2,D4，用这些二极管组成一个全波整流器。全波整流器具有一个负端11和一个正端12。全波整流器被连接到交流主电压U上，将主交流电压U上的一个接触点21接在第一二极管对的二极管之间的连接线上，并且将主交流电压U的另一个接触点接在第二二极管对的二极管之间的连接线上。
一个线圈L1和一个高频开关T1与全波整流器的二极管对并联连接。线圈L1的第一端被连接到全波整流器的正端12，而线圈的第二端连接到高频开关T1。在图示的实施例中，高频开关是由一个晶体管构成的，当然也可以改用具有相应特性的其他元件。在图示的情况下，线圈的第二端被连接到晶体管的漏极。晶体管被连接到全波整流器的负端11。晶体管的栅极和晶体管的源极连接到图中没有表示的一个控制装置。两个二极管D5,D6和两个电容器C1,C2与晶体管T1并联连接。第五二极管D5的阳极被连接到线圈L1的第二端。第六二极管D6的阴极被连接到全波整流器的负端和晶体管的源极。两个串联连接的电容器C1和C2被连接在二极管D5的阴极和二极管D6的阳极之间。
开关S的一侧被连接到全波整流器的二极管对D1,D3或是D2,D4之一的二极管之间的连接线上。开关的另一侧被连接到电容器C1和C2之间的连接线上。本实施例中的开关S可以按照电路所连接的电网交流电压在两种不同的状态之间切换，上述开关应该能够按照本领域中公知的方法在上述两种状态之间自动地切换。
即使在输入电压是110V时，此类泵通常仍可以将电容器(C1+C2)充电到等于220V电压。这种泵的缺陷在于需要转换大量的能量，并且泵的本身通常很大并且价格昂贵。这种泵的效率也是很低的。在正弦曲线的顶部转换的能量最高。
本发明的可以切换的泵在110V的情况下和220V情况下转换的能量是一样的。在220V的情况下，在正弦曲线的顶部仅仅转换少量的能量，但是，由于这一能量是通过D2/D3或是D1/D4从110V获得的，电流必须达到二倍，这是通过将T1的导通时间增加到适当值而实现的。
图1所示的电路在没有线圈L2时也可以工作，但是对电路性能有一定的损害。电路中还可以包括至少一个限流电阻。电阻的一个连接端可以连接在二极管D6的阴极和线圈L2的第二端之间。电阻的另一连接端可以连接到晶体管T1上。
图3中表示了这种泵的一例工作波形图(modus operandi)，用来表示图1的电路在低增压模式下的整流电压的形状。
本发明并非仅限于上述的实施例，在权利要求书的范围之内还可以进行修改。

Claims (5)

1．可以切换到不同主电压的一种倍压整流电路，其特征是该电路包括：
两对各自串联连接的二极管(D1,D3)和(D2,D4)，用它们构成具有一个负端(11)和一个正端(12)的全波整流器，从而获得整流的交流电压；
一个线圈(L1)，将其第一端连接到全波整流器的正端(12)，并且将其第二端连接到第五二极管(D5)的阳极；
一个第六二极管(D6)，其阴极被连接到全波整流器的负端(11)，并且将其阳极通过两个串联连接的电容器(C1,C2)连接到第五二极管(D5)的阴极；
开关装置(T1)，将其第一端连接在线圈(L1)的第二端和第五二极管(D5)的阳极之间的连接点上，并且将其第二端连接到第六二极管(D6)的阴极；以及
一个开关(S)，将其连接在全波整流器的一个二极管对中的二极管的连接线和电容器(C1,C2)的连接线之间。
2．按照权利要求1的电路，其特征是有一个连接在全波整流器的负端(11)和第六二极管(D6)的阴极之间的线圈(L2)。
3．按照权利要求2的电路，其特征是线圈(L1)和线圈(L2)被安装在同一个铁心上。
4．按照前述任何一项权利要求所述的电路，其特征是开关装置(T1)是一个晶体管或者同类的元件。
5．按照权利要求4的电路，其特征是有一个连接到上述晶体管(T1)的栅极和源极的控制装置。
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