CN1473389A - 电源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的电源装置具备:交流电源(1);桥式整流电路(6),由全波整流来自交流电源(1)的交流的4个二极管(2-5)形成;电抗器(8),连接在交流电源(1)与桥式整流电路(6)的交流输入端(6a)之间;电容器(10),经双向开关(9)连接在交流输入端(6b)与直流输出端(6d)之间;平滑电容器(7);过零检测单元(12);双向开关驱动信号生成单元(13)和双向开关驱动单元(14)。
Description
技术领域
本发明涉及一种电源装置,使用利用桥式整流电路的整流方式,向装置、系统等供电。
背景技术
已知各种利用二极管的整流方式。
图21、图22中表示利用桥式整流电路的全波整流电路的一例。图21、图22所示全波整流电路具备由4个二极管2-5构成的桥式整流电路6,经平滑电容器7连接于负载11上。
图21表示在交流电源1的正半周期期间来自交流电源1的电流的流动。如箭头所示,电流沿二极管2、平滑电容器7、二极管5流过,在平滑电容器7中产生正电压Vo。
图22表示在交流电源1的负半周期期间来自交流电源1的电流的流动。如箭头所示,电流沿二极管4、平滑电容器7、二极管3流过,在平滑电容器7中发生正电压Vo。
即,全波整流来自交流电源1的交流输入,得到正的直流电压。
但是,在上述电源装置中,因为仅在交流电源1的电压比直流输出电压高的期间流过输入电流,所以存在输入效率低,电源高频波也变大的问题。
通常,作为改善方法,使用在交流电源1与桥式整流电路6之间连接电抗器的方法,但在该方法中,即使可抑制高频波,但输入效率也仅为70%左右,作为从中容量到大容量的电源,存在导致其中所用的元件大型化,进而装置大型化,同时,也对电源系统带来负担的问题。
发明内容
提供一种电源装置,具有:交流电源;桥式整流电路,全波整流来自交流电源的交流;和平滑电容器,连接在桥式整流电路的直流输出端,其中,具有:电抗器,连接在交流电源与桥式整流电路的交流输入端之间;电容器,经双向开关连接在桥式整流电路的交流输入端与直流输出端之间;过零检测单元,检测交流电源的电压零点;双向开关驱动信号生成单元,根据过零检测单元的输出,生成双向开关驱动信号;双向开关驱动单元,根据双向开关驱动信号生成单元的信号,驱动双向开关;直流输出电压检测单元,检测作为平滑电容器两端电压的直流输出电压;和过压保护第一单元,一旦直流输出电压超过过压保护电平OV1,则断开(0FF)双向开关,直到降到设定得比过压保护电平OV1低的过压保护解除电平。
附图说明
图1是本发明实施方式1的电源装置的结构图。
图2是本发明实施方式1的电源装置的结构图。
图3是本发明实施方式1的电源装置的结构图。
图4是本发明实施方式1的电源装置的结构图。
图5是本发明实施方式1的电源装置的动作说明图。
图6是本发明实施方式1的电源装置的动作说明图。
图7是本发明实施方式1的电源装置的动作说明图。
图8是本发明实施方式1的电源装置的动作说明图。
图9是本发明实施方式1的电源装置的波形图。
图10是本发明实施方式1的电源装置的波形图。
图11是表示与本发明实施方式1的电源装置的法规规定内标准比较的说明图。
图12是表示本发明实施方式1的电源装置的Δt与负载大小引起的输出电压Vo的关系的说明图。
图13是本发明实施方式2的电源装置的结构图。
图14是本发明实施方式3的电源装置的结构图。
图15是关于本发明实施方式3的电源装置的电流峰值的说明图。
图16是本发明实施方式3的电源装置的双向开关的驱动时间图。
图17是本发明实施方式4的电源装置的结构图。
图18是本发明实施方式4的电源装置的驱动信号与双向开关中流过的电流的时间图。
图19是本发明实施方式5的电源装置的结构图。
图20是本发明实施方式5的电源装置的时间图。
图21是现有电源装置的结构图。
图22是现有电源装置的结构图。
具体实施方式
下面,参照附图来说明本发明的实施方式。与现有例相同结构的部分标以相同序号来进行说明。
(实施方式1)
图1-图4表示实施方式1的电源装置。
各图所示电源装置具备由4个二极管2-5构成的桥式整流电路6和交流电源1。在交流电源1与桥式整流电路6的交流输入端之间连接电抗器8,在桥式整流电路的交流输入端与直流输出端之间连接电容器10。
在图1、图2所示结构图中,电容器10经双向开关9连接于桥式整流电路6的交流输入端6a或6b与负的直流输出端6c之间。
在图3、图4所示结构图中,电容器10连接于桥式整流电路6的交流输入端6a或6b与正的直流输出端6d之间。
另外,在桥式整流电路6的正的直流输出端6c与负的直流输出端6d之间连接平滑电容器7。通过该平滑电容器7,可将由桥式整流电路6得到的变化大的直流变为平滑的直流。
实施方式1的电源装置还具有:过零检测单元12,检测交流电源1的电压过零点;双向开关驱动信号生成单元13,根据过零检测单元12的输出,生成双向开关9的驱动信号;双向开关驱动单元14,根据双向开关驱动信号生成单元13的信号,驱动双向开关9;直流输出电压检测单元15,检测平滑电容器7两端的直流输出电压;和过压保护第一单元17,一旦直流输出电压超过防输出电压过升电平OV1,则断开(OFF)双向开关9,直到降到设定得比OV1低的防输出电压过升解除电平。
在图2-图4中,省略记载过零检测单元12、双向开关驱动信号生成单元13、双向开关驱动单元14、直流输出电压检测单元15、过压保护第一单元17。
下面,用图5-图8来说明图1所示电源装置的动作。图5、图6表示交流输入电压Vi为正的半周期期间,图7、图8表示负的半周期期间。
另外,图9、图10表示图1所示电源装置中设Vi为200V、L为10mH、C为300μF、Co为1800μF时的各波形。
图9表示交流输入电压Vi、流过电抗器8的电流(交流输入电流)IL、直流输出电压Vo和双向开关9的驱动信号Vg的各波形,图10表示交流输入电压Vi、流过电容器10的电流Ic和电容器10两端间电压Vc的各波形。
在上述结构中,在交流输入电压Vi的正交流半周期的过零之后,断开双向开关9,直流输出电压Vo比交流输入电压Vi高,逆偏压二极管2、5,所以不流过输入电流。
此时,电容器10在前周期充电的结果,在图示的极性下具有电压Vc1。自交流输入电压Vi从负到正的过零点开始经过时间Δd后,双向开关驱动信号生成单元13生成双向开关9的接通信号,一旦通过双向开关驱动单元14接通双向开关9,则如图5的箭头所示,流过电流。
即,从交流电源1向电抗器8、二极管2、平滑电容器7、电容器10顺序流过电流,电容器10放电,其电压低于Vc1。
选择Δd,以便在双向开关9接通的时刻,使交流输入电压Vi与电容器10的电压Vc1之和变得比平滑电容器7的电压Vo大。
另外,从双向开关9接通时刻开始经过时间Δt后,双向开关驱动信号生成单元13生成双向开关9的断开信号,一旦通过双向开关驱动单元14断开双向开关9,则电容器10保持该时刻的电压Vc2,同时,如图6所示,从交流电源1向电抗器8、二极管2、平滑电容器7、二极管5顺序流过电流,通过交流输入电压Vi的降低,不久变为零。
因为双向开关9在交流输入电压Vi的负交流半周期的过零之后断开,直流输出电压Vo比交流输入电压Vi高,反偏压二极管3、4,所以不流过输入电流。
从交流输入电压Vi从正到负的过零点开始经过Δd后,双向开关驱动信号生成单元13生成双向开关9的接通信号,一旦通过双向开关驱动单元14接通双向开关9,则如图7的箭头所示,流过电流。
即,从交流电源1顺序向电容器10、二极管3、电抗器8流过电流,电容器10充电。另外,从双向开关9接通时刻开始经过时间Δt后,双向开关驱动信号生成单元13生成双向开关9的断开信号,一旦通过双向开关驱动单元14断开双向开关9,则电容器10在充电到电压Vc1的状态下保持该电压,并如图8所示,从交流电源1向二极管4、平滑电容器7、二极管3、电抗器8顺序流过电流,通过交流输入电压Vi的降低,不久变为零。
如上所述,通过使电容器10充放电,从比现有例更接近输入电压过零点的地方流过输入电流,所以可实现高效率化。
另外,通过增加Δt,使对电抗器8的磁能储存量和对电容器10的充电量增加,可增加直流输出电压Vo。
同样,通过减少Δt,可减少输出电压Vo,通过增减Δt,可变化直流输出电压Vo。Δt的可变范围限制为生成最大负载时必需的直流输出电压的双向开关的导通幅度Δto以下。
如图7所示,本发明的电源装置具有所谓升压作用,即在交流输入电压Vi的负半周期中双向开关9的导通期间Δt中,在电抗器8、电容器10中存储能量,在交流输入电压Vi的正半周期中,向平滑电容器7放出这些能量。该Δt与直流输出电压Vo的关系如图12所示,Δt越大,则直流输出电压Vo增加,其值取决于负载的大小,负载越小,则相对相同Δt的直流输出电压Vo越高。
因此,一旦轻负载时过度增大Δt,则直流输出电压Vo变得异常高,担心超过平滑电容器7的耐压。
为了避免上述现象,如上所述,将Δt的最大值限制为生成最大负载时必需的直流输出电压Vo的导通幅度Δto以下,由此,即使在轻负载时也将双向开关9的导通幅度限制为Δto以下,可防止直流输出电压Vo异常上升。
另外,在重负载时Δt大时,一旦负载11急剧减小,则直流输出电压Vo变得异常高。此时,一旦直流输出电压检测单元15的输出超过过压保护第一单元17的设定电平OV1,则向双向开关驱动单元14施加双向开关9的断开(OFF)信号,断开(OFF)双向开关9,直到降到设定得比上述OV1低的防输出电压过升解除电平,通过中止升压,可防止平滑电容器7的破坏。
并且,因为电流变为电抗器8与电容器10或平滑电容器7的串联谐振电流,所以可抑制由于升压电路中一般使用的电抗器的短路电路引起电流急增,可抑制电抗器8的嗡鸣。
并且,因为电流变为电抗器8与电容器10或平滑电容器7的串联谐振电流,不包含高频波的泄漏成分,所以通过适当选择电抗器8的电感L和电容器10的容量C、Δd、Δt,可适当抑制高频波。
图11中示出输入电流的高频波分量与高频波规定国内标准15比较的一例。在本图中,横轴表示高频波次数,纵轴表示电流值。
虽说明了图1所示电源装置的动作,但对图2-图4所示任一电源装置而言,动作都一样。
(实施方式2)
用图13来说明实施方式2的电源装置的动作。
在重负载时Δt大时,若负载11急剧变小,则直流输出电压变得异常高。此时,通过过压保护第一单元17(未图示)使双向开关9断开(OFF),一旦双向开关9因双向开关9的异常而不能断开(OFF),则直流输出电压进一步上升。此时,一旦直流输出电压检测单元15的输出超过过压保护第二单元的设定电平OV2(OV2>OV1),则断开(OFF)与双向开关9串联连接的继电器16的接点,通过中止升压,可防止平滑电容器7的破坏。
(实施方式3)
图14示出实施方式3的电源装置。另外,图15示出双向开关9的驱动信号的接通(ON)时间Δt与流过双向开关9的电流峰值的关系,图16示出接通(ON)信号幅度限制单元20的时间图。
如图15所示,一旦双向开关9的驱动信号的接通(ON)时间Δt增加,则流过双向开关9的电流峰值也增加,但必需设定双向开关9的驱动信号的接通(ON)时间最大值Δtmax,使流过双向开关9的电流峰值小于双向开关9的电流的最大额定值Ipmax。
如图16所示,在实施方式3中,一旦作为双向开关9的接通(ON)信号的双向开关驱动信号生成单元13的接通(ON)输出信号幅度由于干扰或差异而超过规定的Δtmax,则通过接通(ON)信号幅度限制单元20,向双向开关驱动单元14施加双向开关9的断开(OFF)信号,使双向开关9断开(OFF),并且,向双向开关驱动单元14连续施加双向开关9的断开(OFF)信号,直到双向开关驱动信号生成单元13输出断开(OFF)信号,在防止双向开关9破坏的同时,以适当的导通幅度控制双向开关9,可控制其输出电压值。
(实施方式4)
图17示出实施方式4的电源装置,图18示出过流检测单元的时间图。
如图18所示,在实施方式4中,在接通(ON)信号幅度限制单元20动作前,由于部件的差异或电源电压的变动,流过双向开关9的电流的峰值异常增加的情况下,由过流检测单元21检测双向开关9中流过的电流,断开(OFF)双向开关9,直到双向开关9中流过的电流达到双向开关9的电流最大额定Ipmax为止,并且连续断开(OFF),直到交流电压的下一过零点附近,在防止双向开关9破坏的同时,可在交流电源的下一半周期中再以适当相位和导通幅度控制双向开关9,可控制其输出电压值。
(实施方式5)
实施方式5避免了如下缺陷:双向开关9因瞬时停电等产生的错误过零信号而误触发,在双向开关9中流过过大电流,引起破坏等。
图19示出实施方式5,图20示出过零信号屏蔽单元22的时间图。
如图20所示,在实施方式5中,在输出在交流电源1的电压零点处输出的过零检测单元12的标准零点信号后,在开始交流电源1的下一半周期前的一定期间内,过零信号屏蔽单元22截断过零检测单元12的输出,即使在过零检测单元12由于瞬时停电等输出错误的零点信号的情况下,也不会传递到双向开关驱动信号生成单元13,防止双向开关9的误触发,并防止破坏。
如上所述,根据本发明的电源装置,一旦直流输出电压超过预定值,则使双向开关断开(OFF),可防止双向开关或平滑电容器破坏,同时,可以适当相位或导通幅度导通双向开关,从而可在抑制输入电流的高频波的同时,高效率化,并且,得到交流电源的电压峰值以上的直流输出电压,可控制该直流输出电压值。
另外,一旦直流输出电压超过预定的值,则通过断开(OFF)与双向开关串联连接在电容器上的继电器的接点,可防止双向开关或平滑电容器破坏,并通过以适当相位和导通幅度导通双向开关,可在抑制输入电流的高频波的同时,高效率化,并且,得到交流电源的电压峰值以上的直流输出电压,可控制该直流输出电压值。
另外,通过仅在双向开关的驱动信号接通(ON)时间超过预定值的期间使双向开关断开(OFF),可防止双向开关破坏,并通过以适当相位和导通幅度导通双向开关,可在抑制输入电流的高频波的同时,高效率化,并且,得到交流电源的电压峰值以上的直流输出电压,可控制该直流输出电压值。
另外,一旦流过双向开关的电流超过预定值,则使双向开关断开(OFF),可防止双向开关破坏,并通过以适当相位和导通幅度导通双向开关,可在抑制输入电流的高频波的同时,高效率化,并且,得到大于交流电源的电压峰值的直流输出电压,可控制直流输出电压值。
另外,即使存在瞬时停电等干扰,也可通过以适当相位使双向开关接通(ON),可防止双向开关破坏,并通过以适当导通幅度导通双向开关,可在抑制输入电流的高频波的同时,高效率化,并且,得到交流电源的电压峰值以上的直流输出电压,可控制该直流输出电压值。
产业上的可利用性
本发明的电源装置涉及使用利用桥式整流电路的整流方式而向装置、系统等供电的电源装置,可在高效率的同时抑制高频波,并且可进行过压或过流保护。
Claims (5)
1、一种电源装置,具有:
交流电源(1);
桥式整流电路(6),全波整流来自所述交流电源(1)的交流;和
平滑电容器(7),连接在所述桥式整流电路(6)的直流输出端,
其中,具有:
电抗器(8),连接在所述交流电源(1)与所述桥式整流电路(1)的交流输入端之间;
电容器(10),经双向开关(9)连接在所述桥式整流电路(1)的交流输入端与直流输出端之间;
过零检测单元(12),检测所述交流电源(1)的电压零点;
双向开关驱动信号生成单元(13),根据所述过零检测单元(12)的输出,生成所述双向开关(9)的驱动信号;
双向开关驱动单元(14),根据所述双向开关驱动信号生成单元(13)的信号,驱动所述双向开关(9);
直流输出电压检测单元(15),检测作为所述平滑电容器(7)的两端电压的直流输出电压;和
过压保护第一单元(17),一旦所述直流输出电压超过过压保护电平OV1,则断开(OFF)所述双向开关(9),直到将到设定得比所述过压保护电平OV1低的过压保护解除电平。
2、根据权利要求1所述的电源装置,其中:还具有:
继电器的接点(10),与所述双向开关(9)串联连接于所述电容器(10)上;和
过压保护第二单元(18),一旦直流输出电压超过过压保护电平OV2(OV2>OV1),则断开(OFF)所述继电器的接点(10)。
3、根据权利要求1所述的电源装置,其中:还具有:
接通(ON)信号幅度检测单元,检测从所述双向开关驱动信号生成单元(13)输出的驱动信号的接通(ON)时间;和
接通(ON)信号幅度限制单元(20),一旦所述驱动信号的接通(ON)时间超过规定时间Δtmax,则连续断开(OFF)所述双向开关(9),直到所述驱动信号变为断开(OFF)。
4、根据权利要求1所述的电源装置,其中:还具有:
过流保护单元(21),检测所述双向开关(9)中流过的电流,一旦所述双向开关(9)中流过的电流超过规定的电流值Ipmax,则连续断开(OFF)所述双向开关(9),直到开始所述交流电源(1)的下一半周期。
5、根据权利要求1所述的电源装置,其中:还具有:
过零信号屏蔽单元(22),在将所述过零检测单元(12)的输出传递到双向开关驱动信号生成单元(13)后,在到开始所述交流电源(1)的下一半周期之前的一定期间内,不向所述双向开关驱动信号生成单元(13)传递所述过零检测单元(12)的输出。
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