CN1901341A - 交替开关式电源隔离电路 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种电源隔离电路。其包括开关器件S1和S2构成的第一级开关组件(1)、中转电容器C1、开关器件S3和S4构成的第二级开关组件(2)、输出端电容器C2及开关控制电路(3)等组成。本发明由于采用了交替式开关隔离结构，使本发明具有结构简单、工作稳定、适应范围宽的特点，并且其电路容易集成，因而可做的非常小巧。
Description
本发明属电源技术领域，具体地说本发明是一种电源隔离电路。
传统的电源电路一般都是采用变压器来实现与市电或主电源的隔离作用。但由于采用了变压器，使得这种电源比较笨重。为了减小体积和重量，人们进一步采取不使用变压器的方法来达到隔离的目的。如申请号为90103703.6的我国发明专利申请说明书中介绍了一种开关电源设备及其隔离方法，它包括由来自直流电源的直流电压供电的高频开关电源电路。包括在高频开关电源电路中的开关元件，响应控制信号而交替导通，由此产生高频功率。该高频功率经由电容器形成的隔离层传输至频率变换电路，在该电路中，高频功率变换成直流电后提供给负载电路。这种电路不需要通常使用的变压器，在隔离电路中不产生铁损和铜损，因此允许设备制的更小型而轻巧。但该电路由于是通过电容来达到隔离的目的，因此需要较高的频率来满足通过隔离电容传递功率的需要。
本发明的目的是提供一种不采用变压器的，可工作于任何电源频率的交替开关式电源隔离电路，以适应更宽的使用范围。
附图1为本发明的电路示意图。下面结合附图来叙述本发明的方案。
本发明的目的可通过下述的方案来达到。一种交替开关式电源隔离电路，本发明的特征在于包括由两个独立的开关器件S1和S2构成的第一级开关组件(1)，第一级开关组件(1)的两输入端与电源的两输入端联接，第一级开关组件(1)的两输出端之间并联联接有中转电容器C1，第一级开关组件(1)的两输出端还与由两个独立的开关器件S3和S4构成的第二级开关组件(2)的两输入端联接，第二级开关组件(2)的两输出端之间并联联接有输出端电容器C2，第二级开关组件(2)的两输出端与电源输出端联接，第一级开关组件(1)和第二级开关组件(2)的控制端与开关控制电路(3)联接。这样，当所输入电源为直流电压时，控制电路(3)控制第一级开关组件(1)和第二级开关组件(2)交错闭合和断开，当第一级开关组件(1)的开关器件S1和S2闭合时，输入电压给中转电容器C1充电，此时第二级开关组件(2)的开关器件S3和S4处于断开状态，当充电完毕后，第一级开关组件(1)断开，第二级开关组件(2)闭合，中转电容器C1储存的电能再传递给输出端电容器C2储存，第一级开关组件(1)和第二级开关组件(2)连续不断的交替工作，就把电源的电能通过电容器C1转移给了输出端电容器C2，由输出端电容器C2输出传递过来的电能，在这种工作方式下，任何时刻，第一级开关组件(1)和第二级开关组件(2)至少有一组处于断开状态，从而实现了输入端与输出端的完全隔离。当所输入电源为交流电压时，控制电路(3)将根据交流电压的相位情况来控制第一级开关组件(1)和第二级开关组件(2)交错闭合和断开，当交流电压相位处于正半周时，第一级开关组件(1)闭合，输入电压给中转电容器C1充电，此时第二级开关组件(2)处于断开状态，当交流电压相位处于负半周时，第一级开关组件(1)断开，第二级开关组件(2)闭合，中转电容器C1储存的电能再传递给输出端电容器C2储存，第一级开关组件(1)和第二级开关组件(2)连续不断的交替工作，就把电源的电能通过电容器C1转移给了输出端电容器C2，由输出端电容器C2输出传递过来的直流电能。这样就在实现隔离的同时还完成了整流。控制电路3还可根据输入电压和负载的变化情况来控制第一级开关组件(1)的导通时间，使得输出电压在输入电压和负载变化的情况下能够保持在一个恒定的数值，从而实现了稳压。
本发明所采用的开关器件为具有开关功能的、可控制的、具有一定功率的元器件，其包括MOSFET、IGBT、GTO、功率三极管等功率开关元器件。
本发明所采用的控制电路包括用于控制开关元器件通断的主控制电路及辅助电源电路，也可包括监测取样电路和电路异常保护电路等。
为了充分将电能较完整的由输入端传递到输出端，本发明可将两套交替开关式电源隔离电路进行并联联接或桥式联接。
附图2为本发明的进一步改进采用桥式联接的示意图。
附图3为本发明的进一步改进采用并联联接的示意图。
下面结合附图来进一步说明本发明的改进。
在附图2中，由开关器件S1、S2、中转电容器C1、开关器件S3、S4构成第一隔离电路，由开关器件S5、S6、中转电容器C3、开关器件S7、S8构成的与开关器件S1、S2、中转电容器C1、开关器件S3、S4结构相同的第二隔离电路，第一隔离电路与第二隔离电路采取桥式联接，C2为输出端电容器。本发明所称的桥式联接为，开关器件的联接方式相同于整流电路中的四个二极管构成的全波整流桥联接结构。因此这种结构在输入电源为交流电压的情况下，可在隔离的同时对交流电压进行全波整流。
在附图3中，由开关器件S1、S2、中转电容器C1、开关器件S3、S4构成第一隔离电路，由开关器件S5、S6、中转电容器C3、开关器件S7、S8构成的与开关器件S1、S2、中转电容器C1、开关器件S3、S4结构相同的第二隔离电路，第一隔离电路与第二隔离电路采取并联联接，C2为输出端电容器。因此这种结构在输入电源为直流电压的情况下，可在隔离的同时，把直流电压较完整的传递到输出端。
本发明由于采用了交替式开关隔离结构，使本发明具有结构简单、工作稳定、适应范围宽的特点，并且其电路容易集成，因而可做的非常小巧，同时克服了因高频而带来的电磁兼容和开关损耗等问题，因此达到了本发明的目的。
附图4为本发明的一个实施例的示意图，这是一个AC-DC变换电源。
下面结合附图4来说明本发明的这个实施例。在图4中，由MOSFET开关器件S1和S2构成的第一级开关组件，由MOSFET开关器件S3和S4构成的第二级开关组件，C1为中转电容器，C2为输出端电容器，二极管D1、D2、D3、D4为保护电路，电阻R1、R2构成电压取样电路，(4)为光耦隔离50HZ正弦波取样电路，(5)为50HZ同步脉冲形成电路，(6)为脉宽调制电路，(7)和(8)为开关驱动电路，(9)为辅助电源电路，(10)、(11)、(12)为光耦隔离电路，用来使控制电路与主通路隔离。输入交流电压经光耦隔离正弦波取样电路(4)光耦隔离后对输入的50HZ正弦波取样，然后送入50HZ同步脉冲形成电路(5)，形成与输入交流电同步的开关脉冲，一路经光耦隔离电路(12)直接送往开关器件S3、S4的开关驱动电路(8)，使其在负半周导通，一路送入脉宽调制电路(6)，经脉宽调制为与50HZ交流电同步，然后经光耦隔离电路(11)送入开关器件S1、S2的开关驱动电路(7)，使其在正半周导通，由电阻R1和R2分压后得到的取样电压，经光耦隔离电路(10)送入脉宽调制电路(6)，以控制脉宽调制波的脉冲宽度，从而控制了开关器件S1、S2在正半周的导通时长，最终使中转电容器C1上的电压保持恒定。这样整个电路就在实现隔离的基础上同时实现了降压稳压和整流。辅助电源电路(9)是给相关电路提供工作的电压，这是不隔离的，是直接由输入电压整流稳压而得到的。
本发明可应用于各种交流、直流电源中，特别是小型和微型电源器件中，具有广阔的应用前景。
Claims (3)
1、一种交替开关式电源隔离电路，本发明的特征在于包括由两个独立的开关器件S1和S2构成的第一级开关组件(1)，第一级开关组件(1)的两输入端与电源的两输入端联接，第一级开关组件(1)的两输出端之间并联联接有中转电容器C1，第一级开关组件(1)的两输出端还与由两个独立的开关器件S3和S4构成第二级开关组件(2)的两输入端联接，第二级开关组件(2)的两输出端之间并联联接有输出端电容器C2，第二级开关组件(2)的两输出端与电源输出端联接，第一级开关组件(1)和第二级开关组件(2)的控制端与开关控制电路(3)联接。
2、按照权利要求1所述的交替开关式电源隔离电路，其特征在于由开关器件S1、S2、中转电容器C1、开关器件S3、S4构成第一隔离电路，由开关器件S5、S6、中转电容器C3、开关器件S7、S8构成的与开关器件S1、S2、中转电容器C1、开关器件S3、S4结构相同的第二隔离电路，第一隔离电路与第二隔离电路采取桥式联接。
3、按照权利要求1所述的交替开关式电源隔离电路，其特征在于由开关器件S 1、S2、中转电容器C1、开关器件S3、S4构成第一隔离电路，由开关器件S5、S6、中转电容器C3、开关器件S7、S8构成的与开关器件S1、S2、中转电容器C1、开关器件S3、S4结构相同的第二隔离电路，第一隔离电路与第二隔离电路采取并联联接。
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2005
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