CN1736017A

CN1736017A - 在两个电源线上具有电感器和电容器的cuk变换器

Info

Publication number: CN1736017A
Application number: CNA03825882XA
Authority: CN
Inventors: 王国华
Original assignee: Nitta Corp
Current assignee: Nitta Corp
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2006-02-15
Also published as: WO2004068685A1; EP1588474A1; US20060120003A1

Abstract

在用于引导从交流电源1通过整流电路2提供的直流或直接从直流电源提供的直流的线路的正极和负极端，分别串联插入电感器L1、L2，开关元件S并联连接到电感器L1、L2，在正极端电感器L1和负载之间以及负极端电感器L2和负载之间分别串联插入电容器C1、C2。即使不使用变压器，也能不仅充分确保直流的绝缘，而且确保交流的绝缘。

Description

在两个电源线上具有电感器和电容器的CUK变换器

技术领域

本发明涉及电容器耦合的电源装置。

背景技术

为了获得具有所需值的电压，存在将变压器用在电源装置中的实例。这种变压器也用作将初级侧与次级侧隔离的构件。

另一方面，为了微型化和重量减轻，期望不需要变压器的电源装置。

与使用变压器的电源装置不同，通常在不使用变压器的电源装置中，难以保持电源侧和负载侧之间的绝缘。

为了保持这种绝缘，传统上建议在电源侧和负载侧之间串联连接电容器的类型的电源装置(日本公开申请No.H9-74741)。

事实上，上述类型的电源装置能提供直流的绝缘，但不能确保交流的足够绝缘。

鉴于以上，本发明的目的是提供一种电源装置，能够确保不仅直流而且交流的足够绝缘。

发明内容

根据本发明的电源装置排列成在用于引导从交流电源通过整流电路提供的直流或直接从直流电源提供的直流的线路的正极和负极端，分别串联插入电感器，开关元件并联连接到电感器的输出端，在正极端电感器的输出端和负载之间，以及负极端电感器的输出端和负载之间，分别串联插入电容器。

上述排列的特征在于，在用于引导直流的线路的正极和负极端分别串联插入电感器。

通过该特性，实现电源和负载之间的绝缘，不仅用于直流而且用于交流。

最好，正极端电感器与负极端电感器的电感之比为串联连接到正极端电感器的电容器与串联连接到负极端电感器的电容器的电容之比的倒数。

通过满足上述关系，能良好地实现电源和负载之间的绝缘。即使不满足该关系，也以实用水平实现电源和负载之间的绝缘。

正极端电感器和负极端电感器的电感彼此相同，以及串联连接到正极端电感器的电容器和串联连接到负极端电感器的电容器的电容彼此相同。

整流电路和平滑电路可以连接到电容器的输出端。根据上述排列，能形成用于提供直流电压的直流电源装置，从而进一步提高绝缘水平。

可以在整流电路的正极端和负极端线路中分别插入平滑电感器。这些平滑电感器与输入端电感器的组合提供较小脉动的平滑直流。

根据本发明的电容器耦合的电源装置，即使在电源侧和负载侧之间连接电阻，既没有直流也没有交流在该电阻中流过。因此，能确保输入侧和输出侧之间的绝缘，而不使用变压器。因此，能提供适合于计算机、各种通信设备等等的电源装置。

另外，根据本发明的电容器耦合的电源装置，给到输电或配电侧的谐波失真很小。可通过电感器和电容器而容易地满足谐振条件，允许吸收噪声。因此，能提供不生成噪声的电源装置。

附图说明

图1是根据本发明的电容器耦合的直流电源装置的示意电路图；

图2是传统的电容器耦合的电源装置的电路图，其中，转换后，仅在直流的正极端插入电感器；

图3是用于验证本发明的效果的电路图；

图4是示例说明在图3的电路中，接通直流电后，随时间的流逝，电阻Ri两端的电压Vi和负载电阻RL两端的负载电压VL的电压波形的图；

图5是用于验证本发明的效果的另一电路图；

图6是示例说明在图5的电路中，接通直流电后，随时间的流逝，电阻Ri两端的电压Vi和负载电阻RL两端的负载电压VL的电压波形的图；

图7是现有技术的直流电源装置的电路图；以及

图8是示例说明在图7的电路中，接通直流电后，随时间的流逝，电阻Ri两端的电压Vi和负载电阻RL两端的负载电压VL的电压波形的图。

具体实施方式

下文将参考附图，详细地论述本发明的实施例。

图1是根据本发明的电容器耦合的直流电源装置的示意电路图。

通过第一整流电路2，将商用交流电源1的交流电压转换成直流(脉动)电流。在转换后的直流的正负端分别插入电感器L1和L2，以及高频开关S并联连接到电感器L1、L2的输出端。

另外，电容器C1，C2分别连接到电感器L1，L2，以及形成第二整流电路的二极管D连接到电容器C1，C2的输出端。形成平滑电路3的电感器L3和电容器C3连接到二极管D的输出端。

电感器L1，L2的电感和电容器C1，C2的电容具有根据下述方程式(1)的关系：

L1/L2＝C2/C1 (1)

作为特殊的情形，该关系包括关系L1＝L2和C1＝C2。

图2是现有技术的电路图，其中，在转换后，仅在直流的正极端插入电感器L1，以及其中，不在负极端插入电感器。其他电路元件的排列与图1相同。

如图1所示，本发明排列成在直流的正极端放置电感器L1，在直流的负极端放置电感器L2，以及电感器L1，L2的电感和电容器C1，C2的电容满足上述方程式(1)，从而实现电源和平滑电路3的输出之间的直流绝缘和交流绝缘两者。

如例子中稍后所述，这能通过确保直流电或交流电均不在电源和平滑电路3的输出端之间连接的电阻中流动来证明。

在上文中，已经论述了本发明的实施例，但本发明不应当限于该实施例。例如，本发明也能应用于既不具有交流电源1也不具有第一整流电路2的直流输入型电源装置。另外，本发明还能应用于不具有第一整流电路2并且直接连接到交流电源1的交流输入型电源装置。另外，本发明还能应用于省略二极管D和平滑电路3的交流输出型电源装置。除此之外，还可以在本发明的范围内做出各种改进。

<例子1>

图3是用于验证本发明的效果的电路图。电路排列和电路常数被输入计算机中以及通过使用电路分析软件，估计各个部件的电压和电流波形。

图3中的电路是直流输入和直流输出型，以及省略图1中的交流电源1和第一整流电路2。将15μH的线圈用作对应于电感器L1，L2的构件，以及将0.01μF的电容器用作对应于电容器C1，C2的构件。因此，该电路满足关系L1＝L2以及C1＝C2。斩波频率为200kHz。

连接20Ω的电阻作为负载RL。电阻Ri连接到负载RL的一端以便用于研究绝缘。

图4是示例说明接通直流电后，随时间的流逝，电阻Ri两端的电压Vi和负载电阻RL两端的负载电压VL的电压波形的图。

在图4中，用伏特表示纵坐标轴上的电压VL、Vi，而横坐标轴上的时间用μsec表示。

如图4中的图所示，在接通电源后，负载电压VL快速地升高，但电压Vi基本上保持为零。因此，确保了输入和输出端之间的绝缘。

<实例2>

图5是用于验证本发明的效果的另一电路图。10μH和20μH的线圈分别用作对应于电感器L1和L2的构件，以及0.014μF和0.007μF的电容器分别用作对应于电容器C1和C2的构件。因此，该电路满足L1/L2＝C2/C1＝0.5的关系。

图6是示例说明接通直流电后，随时间的流逝，电阻Ri两端的端电压Vi和负载电阻RL两端的负载电压VL的电压波形的图。

如图6中的图所示，与图4相同，在已经接通电源后，负载电压VL快速升高，但电压Vi基本上保持为零。

<比较例子>

图7是现有技术的电路。在该图中，仅在直流电源的正极端插入30μH的线圈。如实例1，使用0.01μF的电容器。

图8是示例说明在图7的电路中，接通直流电之后，随时间的流逝，电阻Ri两端的电压Vi和负载电阻RL两端的负载电压VL的电压波形的图。从图8中的图理解到，频率200kHz的大的高频电压叠加在电阻Ri两端的电压Vi上。

因此，用于交流的绝缘不充分。如果电阻Ri是人体，则高频电流在人体中流动，导致其受到电击。

Claims

1.一种电容器耦合的电源装置，其特征在于，

在用于引导从交流电源通过整流电路提供的直流或直接从直流电源提供的直流的线路的正极和负极端，分别串联插入电感器；

在正极端电感器和负载之间以及负极端电感器和负载之间，分别串联插入电容器；以及

连接在正极端电感器和与其串联连接的电容器的耦合点以及负极端电感器和与其串联连接的电容器的耦合点之间的开关元件。

2.如权利要求1所述的电容器耦合的电源装置，其中，正极端电感器与负极端电感器的电感比为串联连接到正极端电感器的电容器与串联连接到负极端电感器的电容器的电容比的倒数。

3.如权利要求2所述的电容器耦合的电源装置，其中，正极端电感器和负极端电感器的电感彼此相同，以及串联连接到正极端电感器的电容器和串联连接到负极端电感器的电容器的电容彼此相同。

4.如权利要求1所述的电容器耦合的电源装置，其中，整流电路和平滑电路连接到电容器的输出端。

5.如权利要求4所述的电容器耦合的电源装置，其中，在整流电路的正极端和负极端线路中分别插入平滑电感器。