CN208401746U - 镜象型桥式整流器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种镜象型桥式整流器，具有接通电源时不处于交流电压的峰值点，而是对称分布在交流电压的峰值点的两侧，有二个两个开通点，形成“镜象”关系的优点；又具有接通电源瞬间，两个开通点从交流电源零电位附近开通，逐渐向高电位上移，所接储能电容器上电压逐渐增高的优点；还具输出直流电压稳定不变的优点。
Description
技术领域
镜象型桥式整流器技术，属于《2017年国家重点支持的高新技术领域》中：“电子信息-新型电子元器件-专用特种器件”范畴。
背景技术
桥式整流器属于电子元器件，常见有单相半波整流桥、单相全波整流桥、三相半波整流桥、三相全波整流桥等结构形式。整流桥的功能是将交流电转化成直流电，广泛地用于发电、输电、电解、电镀、汽车、永磁电机、仪器设备等领域，国内年产销量数十亿只，是电子元器件中的重要产品。其中，尤以单相全波桥式整流器使用范围最广，产销量最大。
目前，工作于市电的单相全波桥式整流器，其输出端多带有直流储能用的电容器，使整流器导通角仅限于电压峰值点附近(说明书附图1)。这样就产生了三个背景技术问题：
一、单相全波桥式整流器对功率负载的馈电仅发生在交流电压的峰值点附近，桥式整流器的开通角很小，导通时工作电流很大，对电网的冲击很大，引起了电网波形的严重畸变。
二、单相全波桥式整流器首次接通电源瞬间，由于所带电容器上电压为零，而电容二端电压不能突变，相当于瞬间将交流电源短路，其间可产生数十甚至数百安培电流。这对电网、桥式整流器和储能电容都是非常有害的，有发生烧伤、烧毁上述三者的可能。
三、.单相全波桥式整流器的输出直流电压完全由输入电压的峰值决定，直流输出电压随着交流输入电压的波动而波动。要相得到稳定的直流输出电压，必须在储能电容之后再增设稳压电路来加以解决。
能否改进现有桥式整流器的电路结构，使之具有：
一、整流器接通电源的时刻不处于交流电压的峰值点，而是对称分布在交流电压的峰值点的两侧，两个对称开通点形成“镜象”关系，以保护交流电网和交流电源的质量。
二、桥式整流器接通电源瞬间，两个开通点从交流电源零电位附近开通，逐渐向高电位上移，储能电容上电压逐步上升，避免瞬间大电流对电网、桥式整流器和储能电容的损伤。
三、当输出直流电压达到设定值后，无论交流电压如何变化、频率如何变化，输出的直流电压基本不变，使整流器本身具有稳压功能，减少整流稳压电路的体积和成本。
发明人在上述背景下，开展了“镜象型桥式整流器”的研发工作。
发明内容
本发明提供一种镜象型桥式整流器的技术方案，具有接通电源时不处于交流电压的峰值点，而是对称分布在交流电压的峰值点的两侧，有二个两个开通点，形成“镜象”关系的优点；又具有接通电源瞬间，两个开通点从交流电源零电位附近开通，逐渐向高电位上移，所接储能电容器上电压逐渐增高的优点；还具输出直流电压稳定不变的优点。
本发明的器件由D1、D2、D3、D4、D5、D7、D8二极管芯片7只，D6稳压二极管芯片1只，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10电阻10只，C1、C2、C3、C4、C5电容5只，J1、J2运放集成块2只，M1MOS管芯片1只，计26只元件和2只交流输入端子、2只直流输出端子组成。
D1、D2、D3、D4组成桥式整流电路，其二个交流输入端与器件二个交流输入端子连接，直流负输出端与器件内部参考地连接，直流正输出端与D5、D7的正极、R6的一端连接，D5的负极与R1、C1串联后接到参考地，R1与C1串接点同时与C2的一端、R3、R4、R5的一端相接，R5的另一端与J1的正输入端、R7的一端、C4的一端、D8的正极相连，R7的另一端、C4的另一端共同接到参考地，R4的另一端与R2串联后接到参考地，R4与R2串联的中点与D8的负极、J2的C端、R端相接，J2的A端接参考地，C2与R3的另一端、D6的负极、C3的一端、J1的正电源输入输入端相连，D6的正极、C3的另一端接到参考地，R6、R8串联组成取样电路，R8的另一端接到参考地，R6、R8串联中点接J1的负输入端，J1输出端与R10的一端、M1的G端相连，R10的另一端接到参考地，M1的S端接参考地，M1的D端与C5、R9的一端、器件的负直流输出端子相连，D7的负极与C5、R9的另一端、器件的正直流输出端子相连。全部元件连接如说明书附图2所示。
当镜象型桥式整流器接通交流电源以后，电阻R6与R8组成的取样电路立即将经全波整流后的波形按取样比例加在运放J1的负输入端，其波形如说明书附图3的A曲线所示；由D5、R1、C1组成的工作电压电路，立即将C1上充到近似交流峰值的电压，该电压通过R5对C4充电，其充电常数为0.5～2秒左右，所以C4上电压缓慢上升，该电压加在J1的正输入端，其波形如说明书附图3的B曲线所示。
由C2、R3、D6、C3组成的稳压电路对J1提供了约20V的工作电压，J1可立即开始工作，将A、B二点的波形进行对比并放大，在其输出端输出脉宽逐渐变宽的方波，其波形如说明书附图3的C曲线所示。方波以交流电零相位为中点，向二侧等距扩宽，形成了对称的“镜象”关系。该方波加在MOS管M1的G与S极间，导致在有方波时间内MOS管导通，使电源对储能电容C5充电。但该充电过程是由交流电零相位附近开始，逐渐充到设定值的，所以对电网、桥式整流器和储能电容都没有冲击，缓慢充电时间完全由R5和C4的时间常数决定，根据需要，可人为选定，一般可取0.5～2秒时间。
J1上B点电位升到某值后便不再上升，这是因为D8与J2的嵌位作用，D8的导通压降约为0.5V，J2的稳压电压为2.5V，所以B点电位升到3V后便不再上升，此时启动阶段结束，进入稳压阶段。调节取样电阻R8的值，便可决定A点正弦波峰值与B点电位的关系比例。当R8取值较小时，A点正弦波峰值与B点电位较接近，镜象型桥式整流器输出的直流电压值接近正弦波峰值，输出直流电压较高；当R8取值较大时，A点正弦波峰值与B点电位较远离，镜象型桥式整流器输出的直流电压值远离正弦波峰值，输出直流电压较低。根据需要，可人为任意选定镜象型桥式整流器从零到正弦波峰值的直流输出电压。
一旦正弦波取样电阻R6、R8的阻值确定，镜象型桥式整流器输出的直流电压值也就确定了，无论电源输入交流电压幅度如何变化，镜象型桥式整流器输出的直流电压值不会变化。设电源输入交流电压幅度增加，运放输入端方波脉冲自动变窄，方波宽度变化如说明书附图4所示；设电源输入交流电压幅度降低，运放输入端方波脉冲自动变宽，方波宽度变化如说明书附图5所示。这就是镜象型桥式整流器的稳压原理。
取样电阻R6、R8的阻值确定后，电源输入交流电压的频率变化，镜象型桥式整流器输出的直流电压值也不会变化。设电源输入交流电压频率增加，运放输入端方波脉冲自动变窄，方波宽度变化如说明书附图6所示；设电源输入交流电压频率降低，运放输入端方波脉冲自动变宽，方波宽度变化如说明书附图7所示。镜象型桥式整流器这一稳压特性，使其能使用于频率随转速不停变化的永磁交流发电机上。
R1的作用是避免开机接通电源瞬间，大电流对C1的冲击。R4的作用是对J2提供工作电流。R3的作用是断开交流电源后，给C4提供放电回路，以备在下次接通交流电源时，C4上电压能从零开始充电。R7的作用是释放C4上残余电荷。C2的作用是加速在C3上建立工作电压。R10是J1的负载。R9是镜象型桥式整流器的负载，兼C5放电用。
附图说明
图1，传统桥式整流器导通点波形图。其中，A为交流全波整流后电压波形，B为储能电容器上电压波形，C为导通点波形。
图2，镜象型桥式整流器电原理结构图。
图3，运放J1的三个电极波形图。其中，A为加在J1负输入端经取样后交流全波整流电压波形，B为接通交流电源后，加在J1正输入端逐渐上升的电压波形，C为J1输出方波脉冲波形。
图4，输入交流电压幅度增加时，运放J1的三个电极波形图。其中，A为加在J1负输入端经取样后交流全波整流电压幅度增加波形，B为加在J1正输入端稳定的电压波形，C为J1输出方波脉冲波形。
图5，输入交流电压幅度降低时，运放J1的三个电极波形图。其中，A为加在J1负输入端经取样后交流全波整流电压幅度降低波形，B为加在J1正输入端稳定的电压波形，C为J1输出方波脉冲波形。
图6，输入交流电压频率增加时，运放J1的三个电极波形图。其中，A为加在J1负输入端经取样后交流全波整流电压频率增加波形，B为加在J1正输入端稳定的电压波形，C为J1输出方波脉冲波形。
图7，输入交流电压频率降低时，运放J1的三个电极波形图。其中，A为加在J1负输入端经取样后交流全波整流电压频率降低波形，B为加在J1正输入端稳定的电压波形，C为J1输出方波脉冲波形。
具体实施方式
本发明的实施主要工作，是将计26只元件和二只交流输入端子和二只直流输出端子，有效地进行组装成器件。R1～R10采用贴片电阻，C1～C5采用贴片电容，大功率输出时在直流输出端子外另接储能电容，D1～D8采用GPP贴片芯片，J1～J2、M1采用贴片芯片。所有元件用贴片工艺贴装在铝基覆铜箔板上，起支撑和散热作用，二只交流输入端子和二只直流输出端子根据客户配接方便原则焊接在铝基覆铜箔板上。测试合格后，装入绝缘模盒，充填入绝缘封料，外露二只交流输入端子和二只直流输出端子。
根据本说明书中的发明原理和结构线路图，已生产出了符合设计要求的单相全波镜象型桥式整流器件，收到了很好的效果。利用本发明原理，参考本发明的结构线路图，设计生产的单相半波桥式整流器、三相半波桥式整流器，仍属于本发明范围。
Claims (2)
1.一种镜象型桥式整流器，其特征在于：由D1、D2、D3、D4、D5、D7、D8二极管芯片7只，D6稳压二极管芯片1只，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10电阻10只，C1、C2、C3、C4、C5电容5只，J1、J2运放集成块2只，M1MOS管芯片1只，计26只元件和2只交流输入端子、2只直流输出端子组成；D1、D2、D3、D4组成桥式整流电路，其二个交流输入端与器件二个交流输入端子连接，直流负输出端与器件内部参考地连接，直流正输出端与D5、D7的正极、R6的一端连接，D5的负极与R1、C1串联后接到参考地，R1与C1串接点同时与C2的一端、R3、R4、R5的一端相接，R5的另一端与J1的正输入端、R7的一端、C4的一端、D8的正极相连，R7的另一端、C4的另一端共同接到参考地，R4的另一端与R2串联后接到参考地，R4与R2串联的中点与D8的负极、J2的C端、R端相接，J2的A端接参考地，C2与R3的另一端、D6的负极、C3的一端、J1的正电源输入输入端相连，D6的正极、C3的另一端接到参考地，R6、R8串联组成取样电路，R8的另一端接到参考地，R6、R8串联中点接J1的负输入端，J1输出端与R10的一端、M1的G端相连，R10的另一端接到参考地，M1的S端接参考地，M1的D端与C5、R9的一端、器件的负直流输出端子相连，D7的负极与C5、R9的另一端、器件的正直流输出端子相连；接通电源时不处于交流电压的峰值点，而是对称分布在交流电压的峰值点的两侧，有二个两个开通点，形成“镜象”关系；接通电源瞬间，两个开通点从交流电源零电位附近开通，逐渐向高电位上移，所接储能电容器上电压逐渐增高；输出直流电压稳定不变。
2.根据权利1所述的镜象型桥式整流器，其组装结构特征在于：R1～R10采用贴片电阻，C1～C5采用贴片电容，D1～D8采用GPP贴片芯片，J1～J2、M1采用贴片芯片；所有元件用贴片工艺贴装在铝基覆铜箔板上，交流输入端子和直流输出端子焊接在铝基覆铜箔板上，全部元件处于绝缘模盒中，被绝缘封料所包裹，外露出二只交流输入端子和二只直流输出端子。
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