CN202424552U

CN202424552U - 一种降压型稳压整流电路

Info

Publication number: CN202424552U
Application number: CN2011205724798U
Authority: CN
Inventors: 张玉林; 胡伟
Original assignee: SHANGHAI CHINT POWER SYSTEMS CO Ltd
Current assignee: Shanghai CHINT Power Systems Co., Ltd.; Zhejiang Zhengtai Power System Co., Ltd
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2021-12-31

Abstract

本实用新型提供了一种降压型稳压整流电路，其特征在于：包括整流桥，整流桥的两个交流输入端分别连接交流源，整流桥的正极直流输出端连接输出滤波电容的正极，输出滤波电容的负极连接开关电路，负载并联在输出滤波电容上，开关电路连接整流桥的负极直流输出端，开关电路由控制电路根据整流桥输出的直流电压控制其断开或导通。本实用新型能够将整流输出电压稳定在小于最小交流输入电压幅值的一个设定值，适用于宽输入电压范围开关电源的前端整流，能够减小功率器件电压应力，从而实现开关电源体积、重量、转化效率、电性能的优化。同时所提出的电路结构简洁、体积小、重量轻、设计简便，功率器件工作于开关状态，转换效率高。

Description

一种降压型稳压整流电路

技术领域

本实用新型涉及一种单相高压交流电转化为稳定直流电压的开关电源前端降压整流电路，该电路实现了单相交流转化为直流的功能，并降低了后级直流变换器的开关晶体管的电压应力，同时实现了稳定整流输出电压和提高转换效率的目的。

背景技术

开关电源是各种用电设备的重要组成部分之一，将交流市电转换为所需的低压直流控制电，作为各种电子电路的电源使用。通常由将交流变换为直流的整流电路和将整流后不稳定的高压直流变换为所需的稳定低压直流的直流变换电路两部分组成。

小功率开关电源的整流电路，通常是由单相全桥二极管整流模块和大容量电解电容组成的不控全桥整流电路。其输出电压直接受输入交流电压幅值控制。在宽输入电压范围的应用场合，输出电压变化大，后级开关电源设计困难。且当电压幅值较高时，如使用线电压输入单相整流桥，需要选用高压功率元器件。但高压功率元器件导通电阻大，导致效率降低，成本也较高。

为解决上述问题，一般工业应用中使用了下列解决方案：

1）在体积和重量要求不高的场合，一般采用在整流桥前加工频变压器的方式将交流电压变换为开关电源需要的幅值范围。但此方式不能稳定输出电压，且在对体积重量敏感的应用场合中，不适合使用工频变压器。

2）意法半导体公司提出一种的前端电压调整电路方案。缺点是功率晶体管工作于放大区，所以效率低、发热量大，只能用于小功率场合。

3）部分开关电源采用手动或电路自动方式，在全桥整流与倍压整流两种电路结构间切换，实现两种输入电网电压如110V和220V的切换，但输出电压实际上仍受输入电压控制，且后级开关电源仍需按输入的最高电压设计。

4）PI公司提出的高压输入开关电源方案，采用两个低压开关器件串联，并利用钳位电路保证器件分压。其整流电容仍需采用高压电容元件或两个电容串联，且在输入电压范围很宽的情况下，开关电源设计中的很多参数，如变压器参数、电感参数、控制电路难以优化。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种适用于宽输入电压范围开关电源的前端整流，能够减小功率器件电压应力的电路。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种降压型稳压整流电路，其特征在于：包括整流桥，整流桥的两个交流输入端分别连接交流源，整流桥的正极直流输出端连接输出滤波电容的正极，输出滤波电容的负极连接开关电路，负载并联在输出滤波电容上，开关电路连接整流桥的负极直流输出端，开关电路由控制电路根据整流桥输出的直流电压控制其断开或导通。

优选地，所述整流桥为单相整流桥。

优选地，所述整流桥的正极直流输出端连接热敏电阻，热敏电阻连接所述输出滤波电容。

优选地，在所述整流桥的直流输出端上跨接有输入滤波电容。

优选地，所述开关电路为内部带反并二极管的开关晶体管，或包括独立的开关晶体管，在开关晶体管上反并有独立的二极管。

优选地，所述控制电路包括分压电阻，分压电阻一端连接所述整流桥的正极直流输出端或所述输出滤波电容的正极，另一端接控制开关晶体管的门极，分压电阻一端接参考地端口，另一端接控制开关晶体管的门极，驱动电阻一端连接所述整流桥的正极直流输出端或所述输出滤波电容的正极，另一端接控制开关晶体管的漏极，驱动电阻一端接所述开关电路，另一端接控制开关晶体管的漏极，控制开关晶体管的源极接参考地端口，稳压二极管的阳极接参考地端口，阴极接入驱动电阻与所述开关电路之间。

优选地，所述分压电阻的一端连接接电压反馈端口，电压反馈端口连接所述整流桥的正极直流输出端或所述输出滤波电容的正极，所述驱动电阻的一端连接驱动端口，驱动端口连接所述开关电路，所述驱动电阻的一端连接工作电源端口，工作电源端口连接所述整流桥的正极直流输出端或所述输出滤波电容的正极。

优选地，所述控制电路还包括关断延迟电容，关断延迟电容一端接所述参考地端口，另一端接所述控制开关晶体管的门极。

本实用新型针对宽输入电压范围的单相整流电路，提出一个新的交流变换为直流的整流电路，能够将整流输出电压稳定在小于最小交流输入电压幅值的一个设定值，适用于宽输入电压范围开关电源的前端整流，能够减小功率器件电压应力，有利于优化后级直流变换电路的开关频率、变压器匝比等参数设计，从而实现开关电源体积、重量、转化效率、电性能的优化。同时所提出的电路结构简洁、体积小、重量轻、设计简便，功率器件工作于开关状态，转换效率高。

附图说明

图1为实施例所提供的一种降压型稳压整流电路的电路框图；

图2为实施例中输入交流电压瞬时值的绝对值小于输出电压的电路工作示意图；

图3为实施例中输入交流电压瞬时值的绝对值大于输出电压，且小于设定输出电压的电路工作示意图；

图4为实施例中输入交流电压瞬时值的绝对值大于设定输出电压的电路工作示意图。

具体实施方式

为使本实用新型更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图1所示，本实施例所公开的一种交流转化直流的电路，包含功率回路101和控制单元102两部分。其中，功率回路101包含交流源AC、单相整流桥D2、输入滤波电容C1、热敏电阻R5、输出滤波电容C2、功率开关晶体管Q1及其反并二极管D1、负载Load；控制单元102包含分压电阻R1、分压电阻R2、控制开关晶体管Q2、驱动电阻R3、驱动电阻R4、稳压二极管ZD1、关断延时电容C3。

为便于描述，以MOSFET作为开关晶体管来描述本实用新型，并忽略了延时电容C3对反馈响应速度的影响。实际应用中，延时电容C3会造成响应速度变慢，导致输出电压误差偏大，所以要取满足需要的最小值。

通过单相整流桥D2将交流电整流为滤波电容C1两端脉动的直流电压VC1，再通过功率开关晶体管Q1的开关和输出滤波电容C2滤波将脉动的直流电转化为输出滤波电容C2两端较稳定的直流电压Vo输出到负载Load两端。同时滤波电容C1两端的直流电压VC1通过电路104为控制单元102的工作电源端口Vc提供电源。控制单元102通过电路103采样功率回路101整流后的脉动直流电压VC1，并输入到控制单元102的电压反馈端口Vf，并根据电压反馈电压Vf’与控制开关晶体管Q2的开通电压VGS2（TH）比较，通过驱动端口Drv为功率开关晶体管Q1的开关提供驱动信号Drv’。控制单元102的驱动信号Drv’通过电路105接入功率开关晶体管Q1的门极，控制功率开关晶体管Q1的开关。控制单元102的参考地端口Gnd通过电路106与功率开关晶体管Q1的源极连接，作为电压反馈端口Vf的参考地、工作电源端口Vc的返回地和驱动端口Drv的返回地。

功率回路101中：二极管D1反并在功率开关晶体管Q1的两端；交流源AC的两端分别接单相整流桥D2的两个交流输入端。单相整流桥D2的两个输出端分别接输入滤波电容C1的两端；热敏电阻R5一端接单相整流桥D2的正极输出端，另一端接输出滤波电容C2的正极；功率开关晶体管Q1的漏极接输出滤波电容C2的负极，功率开关晶体管Q1的源极接单相整流桥D2的负极输出端；输出滤波电容C2的正极接负载Load的正极，输出滤波电容C2的负极接负载Load的负极。

控制单元102中：分压电阻R1一端接电压反馈端口Vf，另一端接控制开关晶体管Q2的门极；分压电阻R2一端接参考地端口Gnd，另一端接控制开关晶体管Q2的门极；关断延迟电容C3一端接参考地端口Gnd，另一端接控制开关晶体管Q2的门极；驱动电阻R3一端接工作电源端口Vc，另一端接控制开关晶体管Q2的漏极；驱动电阻R4一端接驱动端口Drv，另一端接控制开关晶体管Q2的漏极；控制开关晶体管Q2的源极接参考地端口Gnd；稳压二极管ZD1的阳极接参考地端口Gnd，阴极接驱动端口Drv。

本实用新型提供的电路每个正弦半周的工作模式相同。正常运行过程中，电路有三种工作状态。

1）输入交流电压瞬时值的绝对值Vin小于输出电压Vo。

此阶段，控制单元102中：反馈电压Vf’< Vo_ref = VGS2（TH）×（R1+R2）/R2，控制开关晶体管Q2关断，工作电源Vc’通过驱动电阻R3、驱动电阻R4在稳压二极管ZD1上形成驱动电压VDrv，驱动功率开关晶体管Q1导通。功率回路中：功率开关晶体管Q1导通，单相整流桥D2输出电压被输出滤波电容C2箝位在输出电压Vo，此时反馈电压Vf’=输出电压Vo，单相整流桥D2中的二极管截止；负载Load和控制单元102由输出滤波电容C2供电，如图2所示。

2）输入交流电压瞬时值的绝对值Vin大于输出电压Vo，且小于设定输出电压Vo_ref。

此阶段，控制单元102中：反馈电压Vf’< 设定输出电压Vo_ref，控制开关晶体管Q2关断，工作电源Vc’通过驱动电阻R3、驱动电阻R4在稳压二极管ZD1上形成驱动电压VDrv，继续驱动功率开关晶体管Q1导通。在功率回路中：功率开关晶体管Q1导通，单相整流桥D2中的二极管导通，此时反馈电压Vf’=Vin。交流源AC给输出滤波电容C2充电，同时给负载Load供电，如图3所示。

3）输入交流电压瞬时值的绝对值Vin大于设定输出电压Vo_ref。

此阶段，控制单元102中：反馈电压Vf’> Vo_ref，控制开关晶体管Q2开通，功率开关晶体管Q1通过驱动端口Drv和驱动电阻R4放电，功率开关晶体管Q1的门极电压被拉低。功率回路中：功率开关晶体管Q1关断，单相整流桥D2中的二极管继续导通，此时Vf’=Vin，交流源AC停止给输出滤波电容C2充电，输出滤波电容C2给负载Load 供电，多余的电压加在功率开关晶体管Q1上，如图4所示。

功率开关晶体管Q1关断后的电压应力VDS1= VC1-Vo。首次上电前，输出滤波电容C2上电压Vo为零。为减小功率开关晶体管Q1上的电压应力，在首次上电过程中，只能出现前两种工作状态，功率开关晶体管Q1始终导通，直到开通时间达到设定值。

在控制单元中：设置分压电阻R1、分压电阻R2、关断延迟电容C3、热敏电阻R5、输出滤波电容C2的值满足(R2//R1)×C3=R5×C2，则在开通过程中，控制开关晶体管Q2的门极电压首次达到开启阀值VGS2（TH）所需时间与输出电压Vo达到Vo_Ref所需时间基本相同。此时在功率回路中：输出滤波电容C2上电压Vo在上升到设定的输出电压Vo_ref附近时，功率开关晶体管Q1关断，且功率开关晶体管Q1关断后的电压应力VDS1≈ Vin-Vo_ref。

Claims

1.一种降压型稳压整流电路，其特征在于：包括整流桥，整流桥的两个交流输入端分别连接交流源，整流桥的正极直流输出端连接输出滤波电容（C2）的正极，输出滤波电容（C2）的负极连接开关电路，负载并联在输出滤波电容（C2）上，开关电路连接整流桥的负极直流输出端，开关电路由控制电路（102）根据整流桥输出的直流电压控制其断开或导通。

2.如权利要求1所述的一种降压型稳压整流电路，其特征在于：所述整流桥为单相整流桥（D2）。

3.如权利要求1所述的一种降压型稳压整流电路，其特征在于：所述整流桥的正极直流输出端连接热敏电阻（R5），热敏电阻（R5）连接所述输出滤波电容（C2）。

4.如权利要求1所述的一种降压型稳压整流电路，其特征在于：在所述整流桥的直流输出端上跨接有输入滤波电容（C1）。

5.如权利要求1所述的一种降压型稳压整流电路，其特征在于：所述开关电路为内部带反并二极管的开关晶体管，或包括独立的开关晶体管（Q1），在开关晶体管（Q1）上反并有独立的二极管（D1）。

6.如权利要求1所述的一种降压型稳压整流电路，其特征在于：所述控制电路（102）包括分压电阻（R1），分压电阻（R1）一端连接所述整流桥的正极直流输出端或所述输出滤波电容（C2）的正极，另一端接控制开关晶体管（Q2）的门极，分压电阻（R2）一端接参考地端口（Gnd），另一端接控制开关晶体管（Q2）的门极，驱动电阻（R3）一端连接所述整流桥的正极直流输出端或所述输出滤波电容（C2）的正极，另一端接控制开关晶体管（Q2）的漏极，驱动电阻（R4）一端接所述开关电路，另一端接控制开关晶体管（Q2）的漏极，控制开关晶体管（Q2）的源极接参考地端口（Gnd），稳压二极管（ZD1）的阳极接参考地端口（Gnd），阴极接入驱动电阻（R4）与所述开关电路之间。

7.如权利要求6所述的一种降压型稳压整流电路，其特征在于：所述分压电阻（R1）的一端连接接电压反馈端口（Vf），电压反馈端口（Vf）连接所述整流桥的正极直流输出端或所述输出滤波电容（C2）的正极，所述驱动电阻（R4）的一端连接驱动端口（Drv），驱动端口（Drv）连接所述开关电路，所述驱动电阻（R3）的一端连接工作电源端口（Vc），工作电源端口（Vc）连接所述整流桥的正极直流输出端或所述输出滤波电容（C2）的正极。

8.如权利要求6所述的一种降压型稳压整流电路，其特征在于：所述控制电路（102）还包括关断延迟电容（C3），关断延迟电容（C3）一端接所述参考地端口（Gnd），另一端接所述控制开关晶体管（Q2）的门极。