CN208782734U - 交流转直流电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了交流转直流电源电路。包括：线性降压模块(11)；滤波模块(12)，与所述线性降压模块(11)连接；降压式电源转换模块(13)，与所述滤波模块(12)连接；其中所述滤波模块(12)包含：滤波电容(14)；所述滤波电容(14)的至少两条充电通道(15)；失效电路(17)，用于检测所述滤波电容(14)的电压，当所述电压大于或等于所述降压式电源转换模块(13)的启动电压时，失效所述至少两条充电通道(15)中的至少一条。本实用新型的交流转直流电源电路可以降低电源成本与电源尺寸，提高电源电路的抗上电瞬间冲击能力，并提升负载能力。

Description

交流转直流电源电路

技术领域

本实用新型涉及电子元器件技术领域，特别是涉及交流转直流电源电路。

背景技术

电源电路是指提供给用电设备电力供应的电源部分的电路设计。在交流转直流(AC-DC)电源电路设计中，为获取期望的直流电压，交流电整流处理后的滤波电容是必不可少的。然而，在上电瞬间，滤波电容的电压在短时间内从零上升到预设值，滤波电容的充电电流较大，可能对滤波电容的前端器件(比如，限流电阻和线性降压元件)造成损坏，这一点在电源设计中是广为人知的。

目前的解决方案主要包括两种。在第一种方案中，增加限流电阻的阻值与功率值。在第二种方案中，降低限流电阻的阻值且增加线性降压元件的降压级数。

然而，这两种解决方案都会导致成本增加，并且都会增加电源的尺寸。

实用新型内容

本实用新型公开了一种交流转直流电源电路，其能够降低成本与电源尺寸。

本实用新型实施方式的技术方案如下：

交流转直流电源电路，包括：

线性降压模块；

滤波模块，与所述线性降压模块连接；

降压式电源转换模块，与所述滤波模块连接；

其中所述滤波模块包含：

滤波电容；

所述滤波电容的至少两条充电通道；

失效电路，用于检测所述滤波电容的电压，当所述电压大于或等于所述降压式电源转换模块的启动电压时，失效所述至少两条充电通道中的至少一条。

可见，当失效电路检测到滤波电容的电压达到降压式电源转换模块的启动电压时，失效电路失效全部充电通道中的至少一条，因此滤波电容的充电电流将降低，充电时间得到延长，可以降低瞬间冲击。而且，由于降压式电源转换模块已经被启动，还保证了及时建立电源。

在一个实施方式中，所述滤波模块还包含：

充电电流限制电路，用于检测所述滤波电容的充电电流，并当所述充电电流大于预定值时降低所述线性降压模块的输出电流。

因此，本实用新型实施方式还实现了基于控制线性降压模块的输出电流，而限制滤波电容的充电电流。

在一个实施方式中，所述滤波模块还包含：

所述滤波电容的放电通道；

其中所述放电通道在所述线性降压模块的输出电压开始下降时导通。

因此，本实用新型的实施方式还提供了滤波电容的放电通道，在线性降压模块的输出电压开始下降时为线性降压模块提供电能。

在一个实施方式中，所述至少两条充电通道包括：第一充电通道和第二充电通道，其中所述第一充电通道的阻抗值小于所述第二充电通道的阻抗值；

所述失效电路，用于当所述电压大于或等于所述降压式电源转换模块的启动电压时，失效所述第一充电通道。

因此，本实用新型的实施方式实现了两步充电方式。在第一步充电中，充电电流较大，使得滤波电容可以快速充电到后端的降压式电源转换模块的启动电压，从而保证降压式电源转换模块快速启动以建立电源。在第二步充电中，滤波电容的充电电流较小，将滤波电容的电压缓慢提升到前端线性降压模块所限制的电压。基于这样的两步充电方式，既可以保证滤波电容的充电时间得到延长，还可以及时建立电源。

在一个实施方式中，所述第一充电通道包括：第一电阻，与所述滤波电容连接；第二电阻，与所述第一电阻连接；第一开关管，所述第一开关管的基极连接所述第二电阻，所述第一开关管的发射极接地，所述第一开关管的集电极分别连接所述第一电阻和所述第二电阻；

所述第二充电通道包括：第三电阻，所述第三电阻分别与所述滤波电容和所述第一电阻连接；

所述失效电路包括：第四电阻，与所述降压式电源转换模块连接；第五电阻，与所述第四电阻连接；第一金属氧化物半导体场效应管，所述第一金属氧化物半导体场效应管的栅极分别连接所述第四电阻和第五电阻，所述第一金属氧化物半导体场效应管的源极接地，所述第一金属氧化物半导体场效应管的漏极分别连接所述第一开关管的基极和所述第二电阻。

可见，本实用新型的实施方式提出了充电通道和失效电路的具体电路结构，便于实现。

在一个实施方式中，所述滤波电容的放电通道包括第一二极管，所述第一二极管的阳极接地，所述第一二极管的阴极分别连接所述充电电流限制电路和所述滤波电容。

可见，本实用新型的实施方式提出了放电通道的具体电路结构，便于实现。

在一个实施方式中，所述充电电流限制电路包括：

第六电阻；

第二二极管，所述第二二极管的阳极分别连接第一二极管的阴极和所述滤波电容，所述第二二极管的阴极连接第六电阻；

第二金属氧化物半导体场效应管，所述第二金属氧化物半导体场效应管的栅极分别连接所述第二二极管的阴极和所述第六电阻，所述第二金属氧化物半导体场效应管的源极接地，所述第二金属氧化物半导体场效应管的漏极连接所述线性降压模块。

可见，本实用新型的实施方式提出了充电电流限制电路的具体电路结构，便于实现。

在一个实施方式中，所述线性降压模块为一级线性降压模块或多级线性降压模块。

在一个实施方式中，所述一级线性降压模块包括：

第七电阻；

第一瞬态二极管，所述第一瞬态二极管的阳极接地，所述第一瞬态二极管的阴极连接所述第七电阻；

第一绝缘栅双极型晶体管，第一绝缘栅双极型晶体管的栅极分别连接所述滤波模块和所述第一瞬态抑制二极管的阴极，第一绝缘栅双极型晶体管的发射极分别连接所述滤波电容和所述降压式电源转换模块，第一绝缘栅双极型晶体管的集电极分别连接脉动直流电和所述第七电阻。

在一个实施方式中，所述多级线性降压模块包括：

第二瞬态二极管；

第三瞬态二极管；

第四瞬态二极管；

第五瞬态二极管；

第六瞬态二极管；

第八电阻；

第九电阻，与所述第八电阻连接；

电容，与第八电阻和第九电阻分别连接；

第十电阻；

第二绝缘栅双极型晶体管；

第三绝缘栅双极型晶体管；

其中所述第二瞬态二极管、第三瞬态二极管、第四瞬态二极管和第五瞬态二极管相互串联，所述第二瞬态二极管的阴极与所述电容连接；所述第九电阻与第三瞬态二极管的阳极连接；

其中所述第二绝缘栅双极型晶体管的栅极分别与所述电容和所述第二瞬态二极管的阴极连接；所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极与第三绝缘栅双极型晶体管的集电极和第十电阻分别连接；所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极分别连接脉动直流电和所述第八电阻；所述第三绝缘栅双极型晶体管的栅极连接所述第六瞬态二极管的阴极和第十电阻，所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极分别连接所述滤波电容和所述降压式电源转换模块；所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极连接所述第十电阻。

因此，应用多级线性降压模块后，绝缘栅双极型晶体管的温升更低，这样电源带负载能力更强。而且，当考虑耗散同样的功率时，多级线性降压模块中绝缘栅双极型晶体管尺寸比现有方案的一个绝缘栅双极型晶体管尺寸要小，而且更加通用，对于功率型器件绝缘栅双极型晶体管，这往往会带来不小的价格降低。而且，由于多级线性降压模块中的绝缘栅双极型晶体管尺寸更小，对于布局更容易，还使得器件占用空间更小。

附图说明

图1为根据本实用新型实施方式交流转直流电源电路的示范性功能模块图。

图2为根据本实用新型实施方式具有两条充电通道的交流转直流电源电路的示范性结构图。

图3为根据本实用新型实施方式具有两条充电通道的交流转直流电源电路的示范性电路图。

图4为图3中充电过程与现有技术充电过程的对比示意图。

图5为根据本实用新型实施方式具有三条充电通道的滤波模块的示范性电路图。

图6为根据本实用新型实施方式多级线性降压模块的示范性结构图。

图7为根据本实用新型实施方式采用多级线性降压模块的交流转直流电源电路示范性电路图。

其中，附图标记如下：

具体实施方式

为了使本实用新型的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以阐述性说明本实用新型，并不用于限定本实用新型的保护范围。

为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本实用新型的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本实用新型的方案。但是很明显，本实用新型的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本实用新型的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。

申请人发现：在交流转直流(AC-DC)电源电路中，为了减小上电瞬间滤波电容对各器件的瞬间最大功率和冲击期间的能量，需要减小上电瞬间滤波电容的充电电流，延长滤波电容的充电时间，从而将瞬间的冲击能量平均到更长时间范围内以减小瞬间冲击。同时，申请人还发现：当滤波电容的充电时间变长时，虽然可以减小瞬间冲击，但是对系统启动时间有严格要求的产品则有不利影响。例如，在单相85伏特(V)供电时，漏电保护产品在检测到漏电后最快需要在40毫秒(ms)内断开线路，而电源建立时间必须更短，比如可能要求为10ms。因此，如何在滤波电容限流充电的情况下同时保证及时建立电源是一个尚待解决的技术难题。

申请人发现，可以将滤波电容充电方式优化成多步充电，从而在滤波电容限流充电的情况下，依然可以及时建立电源。比如，可以将滤波电容充电方式优化为两步充电。在第一步充电中，充电电流较大，以使得滤波电容可以快速充电到后端的降压式电源转换(BUCK)模块的启动电压，从而保证降压式电源转换模块快速启动以建立电源。在第二步充电中，滤波电容的充电电流较小，将滤波电容的电压缓慢提升到前端线性降压模块所限制的电压。基于这样的两步充电方式，既可以保证滤波电容的充电时间得到延长，还可以及时建立电源。实际上，本实用新型实施方式还可以采用三步充电、四步充电、五步充电等任意数目的多步充电方式。

下面结合具体附图对本实用新型实施方式进行示范性说明。

图1为根据本实用新型实施方式交流转直流电源电路的示范性功能模块图。

如图1所示，该交流转直流电源电路10包括：

线性降压模块11；

滤波模块12，与线性降压模块11连接；

降压式电源转换(BUCK)模块13，与滤波模块12连接；

其中滤波模块12包含：

滤波电容14；

滤波电容14的至少两条充电通道15；

失效电路17，用于检测滤波电容14的电压，当电压大于或等于降压式电源转换模块13的启动电压时，失效至少两条充电通道15中的至少一条。

在一个实施方式中，交流转直流电源电路10还包括位于线性降压模块11前端的浪涌保护模块19和整流模块50。其中：

浪涌保护模块19用于为交流转直流电源电路10提供安全防护。当交流转直流电源电路10上因外界干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护模块19在极短时间内导通分流，从而避免浪涌对交流转直流电源电路10中的其他设备造成损害。其中，浪涌保护模块19可以具体实施为仅提供一级浪涌保护的一级浪涌保护电路，还可以实施为提供多级浪涌保护的多级浪涌保护电路。优选的，浪涌保护模块19包含相互连接的第一级浪涌保护电路和第二级浪涌保护电路，其中第一级浪涌保护电路用于提供第一级浪涌保护，第二级浪涌保护电路用于提供第二级浪涌保护。

整流模块50用于将输入的交流电整流为直流电(比如，脉动直流电)；线性降压模块11，用于对整流模块50输出的直流电执行线性降压处理；降压式电源转换模块13，用于基于降压式电源转换方式对线性降压模块11输出的直流电执行降压处理；滤波模块12既用于对线性降压处理后的直流电执行滤波处理，还充当交流转直流电源电路10中的储能设备，以在需要时向降压式电源转换模块13放电。

基于图1所示结构，在交流转直流电源电路10刚上电时，线性降压模块11经由全部的充电通道15同时对滤波电容14充电，因此滤波电容14可以快速充电到降压式电源转换模块13的启动电压(即工作所需要的最小电压)。当失效电路17检测到滤波电容14的电压达到降压式电源转换模块13的启动电压时，失效电路17失效全部充电通道15中的至少一条，因此滤波电容14的充电电流将降低，充电时间得到延长，从而可以降低瞬间冲击。而且，由于降压式电源转换模块13已经被启动，还保证了可以及时建立电源。

在一个实施方式中，滤波模块12还包含：

充电电流限制电路18，用于检测滤波电容14的充电电流，并当充电电流大于预定值时降低线性降压模块11的输出电流。

因此，当滤波电容14的充电电流过大时，充电电流限制电路18可以降低线性降压模块11的输出电流，并由此降低滤波电容14的充电电流。

当滤波电容14的电压充到降压式电源转换模块13的启动电压时，滤波电容14进入间歇性充电，间歇性放电的模式。其中，当线性降压模块11的输出电压开始下降时，滤波电容14需要给降压式电源转换模块13放电。本实用新型实施方式通过失效部分的充电通道，可以延长充电时间。本实用新型实施方式还可以保证滤波电容14的放电不受影响，优选通过建立滤波电容14的快速放电通道来保证系统稳定工作。

在一个实施方式中，滤波模块12还包含：滤波电容14的放电通道16；其中放电通道16在线性降压模块11的输出电压开始下降时导通。可见，当线性降压模块11的输出电压开始下降时，滤波电容14通过放电通道16向降压式电源转换模块13放电。

在一个实施方式中，至少两条充电通道15包括：第一充电通道和第二充电通道，其中第一充电通道的阻抗值小于第二充电通道的阻抗值；失效电路17，用于当滤波电容14的电压大于或等于降压式电源转换模块13的启动电压时，失效第一充电通道。

可见，第一充电通道阻抗值小于第二充电通道的阻抗值，因此第一充电通道相比第二充电通道的具有更大的充电电流。当滤波电容14的电压大于或等于降压式电源转换模块13的启动电压时，失效电路17失效第一充电通道，从而限制滤波电容14的充电电流，并由此显著降低瞬间冲击。而且，由于具有较小充电电流的第二充电通道没有被失效，因此还可以经由第二充电通道继续给滤波电容14继续缓慢充电。

在一个实施方式中，第一充电通道包括：第一电阻，与滤波电容14连接；第二电阻，与第一电阻连接；第一开关管，第一开关管的基极连接第二电阻，第一开关管的发射极接地，第一开关管的集电极分别连接第一电阻和第二电阻；第二充电通道包括：第三电阻，第三电阻分别与滤波电容和第一电阻连接；失效电路17包括：第四电阻，与降压式电源转换模块13连接；第五电阻，与第四电阻连接；第一金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)，第一金属氧化物半导体场效应管的栅极分别连接第四电阻和第五电阻，第一金属氧化物半导体场效应管的源极接地，第一金属氧化物半导体场效应管的漏极分别连接第一开关管的基极和第二电阻。

在一个实施方式中，滤波电容14的放电通道包括第一二极管，第一二极管的阳极接地，第一二极管的阴极分别连接充电电流限制电路18和滤波电容14。

在一个实施方式中，充电电流限制电路18包括：第六电阻；第二二极管，所第二二极管的阳极分别连接第一二极管的阴极和滤波电容，第二二极管的阴极连接第六电阻；第二金属氧化物半导体场效应管，第二金属氧化物半导体场效应管的栅极分别连接第二二极管的阴极和所述第六电阻，第二金属氧化物半导体场效应管的源极接地，第二金属氧化物半导体场效应管的漏极连接线性降压模块11。

在一个实施方式中，线性降压模块11为一级线性降压模块或多级线性降压模块。

优选的，一级线性降压模块包括：第七电阻；第一瞬态二极管，第一瞬态二极管的阳极接地，第一瞬态二极管的阴极连接第七电阻；第一绝缘栅双极型晶体管(Insulate-Gate Bipolar Transistor，IGBT)，第一绝缘栅双极型晶体管的栅极分别连接滤波模块12和第一瞬态抑制二极管的阴极，第一绝缘栅双极型晶体管的发射极分别连接滤波电容14和降压式电源转换模块13，第一绝缘栅双极型晶体管的集电极分别连接脉动直流电和第七电阻。其中，脉动直流电由线性降压模块11输出。

优选的，多级线性降压模块包括：第二瞬态二极管；第三瞬态二极管；第四瞬态二极管；第五瞬态二极管；第六瞬态二极管；第八电阻；第九电阻，与第八电阻连接；电容，与第八电阻和第九电阻分别连接；第十电阻；第二绝缘栅双极型晶体管；第三绝缘栅双极型晶体管；其中第二瞬态二极管、第三瞬态二极管、第四瞬态二极管和第五瞬态二极管相互串联，第二瞬态二极管的阴极与电容连接；第九电阻与第三瞬态二极管的阳极连接；其中第二绝缘栅双极型晶体管的栅极分别与电容和第二瞬态二极管的阴极连接；第二绝缘栅双极型晶体管的发射极与第三绝缘栅双极型晶体管的集电极和第十电阻分别连接；第二绝缘栅双极型晶体管的集电极分别连接脉动直流电和第八电阻；第三绝缘栅双极型晶体管的栅极连接第六瞬态二极管的阴极和第十电阻，第三绝缘栅双极型晶体管的发射极分别连接滤波电容和降压式电源转换模块；第三绝缘栅双极型晶体管的集电极连接第十电阻，其中，脉动直流电由线性降压模块11输出。

以上示范性描述了交流转直流电源电路10中各个功能模块的具体实施方式，本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于限定本实用新型实施方式的保护范围。

下面结合具体电路结构，对本实用新型实施方式进行说明。

图2为根据本实用新型实施方式具有两条充电通道的交流转直流电源电路的示范性结构图。

在图2中，交流电的三相输入端L1、L2、L3和零线端N分别与限流电阻R1、限流电阻R2、限流电阻R3和限流电阻R4连接。三相输入端L1、L2、L3输入的交流电经过整流模块50后，被转换为脉动直流电。整流模块50包含由整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管D4、整流二极管D5、整流二极管D6、整流二极管D7和整流二极管D8构成的整流桥。整流模块50输出的脉动直流电依次经过第一级浪涌保护单元191和第二级浪涌保护单元192，被线性降压模块11执行线性降压处理。线性降压模块11中绝缘栅双极型晶体管Q1输出的脉动直流电提供到滤波模块12。具体的，第一级浪涌保护单元191包含压敏电阻RV1；第二级浪涌保护单元192包含电阻R5和瞬态二极管TVS1。

滤波模块12既用于对线性降压模块11提供的脉动直流电执行滤波处理，还在需要时向降压式电源转换模块13放电。降压式电源转换模块13包含金属氧化物半导体场效应管Q2、电感L1、二极管D9和电容C2。降压式电源转换模块13属于输出电压小于输进电压的单管不隔离直流变换器。

具体的，滤波模块12包含：滤波电容14；滤波电容14的第一充电通道20和第二充电通道21，其中第一充电通道20的阻抗值小于第二充电通道21的阻抗值；失效电路17；充电电流限制电路18；放电通道16。

第一充电通道20的阻抗值小于第二充电通道21的阻抗值，因此第一充电通道20相比第二充电通道21具有较大的充电电流，可被视为快充通道，而第二充电通道21被视为慢充通道。

刚上电时，快充通道(第一充电通道20)和慢充通道(第二充电通道21)同时对滤波电容14(图2中还被标识为C1)充电，滤波电容14快速充电到后端的降压式电源转换模块13所需要的最小电压。其中，可以通过充电电流限制电路18调整快充通道的充电时间和充电电流。

当失效电路17检测到滤波电容14的电压达到降压式电源转换模块13所需要的最小电压时，将快充通道失效，此时只剩下慢充通道继续给滤波电容14充电。其中，根据前端器件所能耐受的功率，可以通过充电电流限制电路18设置慢充通道的限流。

当滤波电容14的电压充到降压式电源转换模块13的启动电压时，滤波电容14进入间歇性充电，间歇性放电的模式。其中，当线性降压模块11的输出电压开始下降时，滤波电容14通过放电通道16给降压式电源转换模块13放电。

充电电流限制电路18检测滤波电容14的电流，并基于滤波电容14的电流控制线性降压模块11的绝缘栅双极型晶体管Q1，以实现限流操作。当滤波电容14的电流过大时，充电电流限制电路18减小绝缘栅双极型晶体管Q1的栅极电压从而减小绝缘栅双极型晶体管Q1的导通电流，并由此减小滤波电容14的电流。

基于图2所示结构，图3为根据本实用新型实施方式具有两条充电通道的交流转直流电源电路的示范性电路图。

在图3中，交流电的三相输入端L1、L2、L3和零线端N分别与限流电阻R1、限流电阻R2、限流电阻R3和限流电阻R4连接。三相输入端L1、L2、L3输入的交流电经过整流模块50后，被转换为脉动直流电。整流模块50包含由整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管D4、整流二极管D5、整流二极管D6、整流二极管D7和整流二极管D8构成的整流桥。整流模块50输出的脉动直流电依次经过第一级浪涌保护单元191和第二级浪涌保护单元192，被线性降压模块11执行线性降压处理。线性降压模块11中绝缘栅双极型晶体管Q1输出的脉动直流电提供到滤波模块12。

滤波模块12既用于对线性降压模块11提供的脉动直流电执行滤波处理，还在需要时向降压式电源转换模块13放电。降压式电源转换模块13包含金属氧化物半导体场效应管Q2、电感L1、二极管D9和电容C2。降压式电源转换模块13属于输出电压小于输进电压的单管不隔离直流变换器。

具体的，滤波模块12包含：滤波电容14；滤波电容14的第一充电通道20和第二充电通道21，其中第一充电通道20的阻抗值小于第二充电通道21的阻抗值；失效电路17；充电电流限制电路18；放电通道16。

第一充电通道20的阻抗值小于第二充电通道21的阻抗值，因此第一充电通道20相比第二充电通道21具有较大的充电电流，可被视为快充通道，而第二充电通道21被视为慢充通道。

其中，第一充电通道20具体包括电阻R9、电阻R10和开关管Q4；第二充电通道21具体包括：电阻R8；失效电路17具体包括：电阻R11、电阻R12和金属氧化物半导体场效应管Q5；放电通道具体包括二极管D11；充电电流限制电路18具体包括：二极管D10、电阻R7和金属氧化物半导体场效应管Q3。

示范性的，上述元器件分别具有如下参数：R9的电阻值为5欧姆(Ω)或10Ω；R10的电阻值为1千欧姆(kΩ)；Q4的型号为2N3904；R8的电阻值为1kΩ；R11的电阻值为1.2兆欧姆(MegΩ)；R12的电阻值为10kΩ；D10的型号为1N4148；R7的电阻值为10kΩ；Q3的型号为NMOS，其中源漏极电压(Vds)大于400V(伏特)。而且，应用本实用新型实施方式后，电阻R1～电阻R5的瞬间冲击功率都显著降低，而且绝缘栅双极型晶体管Q1的峰值功率降低。

以上示范性描述了元器件的具体参数，本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于限定本实用新型实施方式的保护范围。

图4为图3中充电过程与现有技术充电过程的对比示意图。

在图4中，滤波电容的电压-时间函数线30展示了现有技术的一次充电过程。由线30可见，滤波电容的电压在时间T2内，从零快速上升到线性降压模块的最大输出值U2，此时瞬间冲击较大。

在图4中，滤波电容的电压-时间函数线31和滤波电容的电压-时间函数线32共同展示了本实用新型实施方式的二次充电过程。滤波电容的电压-时间函数线31对应于快充通道和慢充通道同时对滤波电容的充电过程。由线31见，在时间T1内，滤波电容的电压从零快速上升到降压式电源转换模块的启动电压U1。滤波电容的电压-时间函数线32对应于快充通道被失效后，仅有慢充通道对滤波电容的充电过程。可见，由线31和线32见，在时间T3内，滤波电容的电压才从零完全上升到线性降压模块的最大输出值U2。由于T3远大于T2，因此本实用新型实施方式的二次充电过程可以显著降低滤波电容上电的瞬间冲击。而且，由于在很短的时间T1时，降压式电源转换模块即可以被启动，从而本实用新型实施方式还可以快速建立电源。

因此，本实用新型通过控制滤波电容的充电电流，将短时间的冲击分配到了长时间范围内，滤波电容的前端器件(比如，电阻R1～R5和绝缘栅双极型晶体管Q1)的上电冲击会更小，更安全。而且，本实用新型实施方式不需要大功率的电阻R1～R5或者多级线性降压，因此还显著降低了成本。还有，由于减小了电阻R1～R5的功率，本实用新型实施方式可以选用小尺寸电阻，如贴片电阻，不仅非常利于集成电路布置，而且可以消除生产过程中波峰焊流程，减少加工成本。

在图2-图4中，详细描述了具有两条充电通道的两步充电方式。实际上，本实用新型还可以使用更多步数的充电方式。

图5为根据本实用新型实施方式具有三条充电通道的滤波模块的示范性电路图。

在图5中，滤波模块12包含：

滤波电容14；

滤波电容14的第一快速充电通道20a和第二快速充电通道20b；

滤波电容14的慢速充电通道21；慢速充电通道21的阻抗值大于第一快速充电通道20a和第二快速充电通道20b的阻抗值；

充电电流限制电路18，用于检测滤波电容14的充电电流，并当充电电流大于预定值时降低线性降压模块11的输出电流；

滤波电容14的放电通道16；其中放电通道16在线性降压模块11的输出电压开始下降时导通；

第一失效电路17a，用于检测滤波电容14的电压，当电压大于或等于降压式电源转换模块13的启动电压时，失效第一快速充电通道20a；

第二失效电路17b，用于检测滤波电容14的电压，当电压大于或等于降压式电源转换模块13的启动电压时，失效第二快速充电通道20b。

上述以三条充电通道的滤波模块为实例，详细描述了多条充电通道的滤波模块的典型实施。本领域技术人员可以意识到，滤波模块的充电通道还可以更多，比如为4条、5条、6条，等等，本实用新型实施方式对此并无限定。

在图2-图3中，通过电阻R1～R4和压敏电阻RV1～RV2将5000V的浪涌电压降到2600V左右。而且，在图2-图3中，线性降压模块11具体实施为一级线性降压模块，即只包含一个绝缘栅双极型晶体管Q1。然而，2600V的绝缘栅双极型晶体管Q1一般都比较贵且尺寸较大，不适合印制电路板(PCB)贴片安装，所以可以再通过电阻R5和一或多个瞬态二极管作为第二级降压将2600V的残压降到绝缘栅双极型晶体管Q1更容易承受的电压，这样绝缘栅双极型晶体管Q1的选型就比较容易。比如，可以利用4个瞬态二极管将残压限制在1400V，这样绝缘栅双极型晶体管Q1可选择1000～1400V的规格。

本实用新型实施方式还提出了线性降压模块11具体实施多级线性降压模块的技术方案，优选为二级线性降压，此时线性降压模块11中包含两个绝缘栅双极型晶体管。

图6为根据本实用新型实施方式多级线性降压模块的示范性结构图。可以将图6所示的多级线性降压模块41应用到图2-图3中的线性降压模块11中。

在图6中，多级线性降压模块41具体包括：

四个瞬态二极管TVS11～TVS14；瞬态二极管TVS15；电阻R16；电阻R17，与电阻R16连接；电容C3，与电阻R16和电阻R17分别连接；电阻R18；绝缘栅双极型晶体管Q11；绝缘栅双极型晶体管Q12；

其中四个瞬态二极管TVS11～TVS14相互串联，瞬态二极管TVS11的阴极与电容C3连接；电阻R17与TVS12的阳极连接；其中绝缘栅双极型晶体管Q11的栅极分别与电容C3和第二瞬态二极管TVS11的阴极连接；绝缘栅双极型晶体管Q11的发射极与绝缘栅双极型晶体管Q12的集电极和电阻R18分别连接；绝缘栅双极型晶体管Q11的集电极分别连接脉动直流电和电阻R16，其中脉动直流电由前端的线性降压模块11输出；绝缘栅双极型晶体管Q12的栅极连接TVS15的阴极和电阻R18，绝缘栅双极型晶体管Q12的发射极分别连接后端的滤波电容14和降压式电源转换模块13；绝缘栅双极型晶体管Q12的集电极连接电阻R18。

可见，本实用新型的多级线性降压模块41使用了2次线性降压(比如将1000V降到400V)。本实用新型相比较现有技术，将瞬态二极管TVS11～TVS14移到了绝缘栅双极型晶体管Q11的栅极，将绝缘栅双极型晶体管Q11栅极TVS限流方式从单一的电阻改成了R16、R17和C3的组合结构。当浪涌电压不发生时，电容C3对于三相整流后接近平滑的直流相当于是开路，1000Vdc经R16、R17被TVS13和TVS14限制到350V*2＝700V，这个电压经过TVS12和TVS11的正向导通压降到Q11的栅极，这样Q11这一级线性降压将1000Vdc降到了700V左右。当浪涌电压发生时，C3对于微妙级的浪涌电压相当于短路，RV1与RV2接近2600V的浪涌电压残压将通过R16、C3、TVS11～TVS14被限制在350V*4＝1400V。这样Q11承受2600V-14000V＝1200V，Q12承受1400V-400V＝1000V。

在上述描述中，降压顺序为1000Vdc到700Vdc，再从700Vdc到400Vdc，这种降压顺序仅为描述实例，实际应用中可以灵活调整，最终达到将高压降到降压式电源转换模块高效工作的输入电压。

在上述描述中，采用了2个绝缘栅双极型晶体管(Q1和Q2)，这种方式仅为描述实例，实际应用中可以灵活调整绝缘栅双极型晶体管的数目。比如，可以根据温升结果继续增加绝缘栅双极型晶体管的数量。

在上述描述中，瞬态二极管的数量是4个，这种方式仅为描述实例，实际应用中可以灵活搭配，最终达到需要的降压值即可。

可见，应用多级线性降压模块后，绝缘栅双极型晶体管的温升更低，这样电源带负载能力更强。而且，当考虑耗散同样的功率时，多级线性降压模块中绝缘栅双极型晶体管尺寸比现有方案的一个绝缘栅双极型晶体管尺寸要小，而且更加通用，对于功率型器件绝缘栅双极型晶体管，这往往会带来不小的价格降低。另一方面，TVS11～TVS14虽然表面看起来只是位置改变，但是因为R16、R17远大于R5，换了位置后的TVS11～TVS14所需要承受的功率显著降低，因此只需要用SMA封装的TVS，而不需要现有方案中SMC封装的TVS，这对成本有很大的降低。而且，由于多级线性降压模块中的绝缘栅双极型晶体管尺寸更小，对于PCB布局更容易，而对于TVS11～TVS14的尺寸减小，还使得器件占用空间更小。

图7为根据本实用新型实施方式采用多级线性降压模块的交流转直流电源电路示范性电路图。

在图7中，交流电的三相输入端L1、L2、L3和零线端N分别与限流电阻R1、限流电阻R2、限流电阻R3和限流电阻R4连接。三相输入端L1、L2、L3输入的交流电经过整流处理后，被转换为脉动直流电。整流处理由整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管D4、整流二极管D5、整流二极管D6、整流二极管D7和整流二极管D8构成的整流桥执行。整流处理后的脉动直流电依次经过由热敏电阻RVS1和RVS构成的浪涌保护模块，被如图6所示的多级线性降压模块41执行线性降压处理。多级线性降压模块41降压后的直流电被提供到降压式电源转换模块13。

需要说明的是，上述各结构图中不是所有的步骤和模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或模块。各模块的划分仅仅是为了便于描述采用的功能上的划分，实际实现时，一个模块可以分由多个模块实现，多个模块的功能也可以由同一个模块实现，这些模块可以位于同一个设备中，也可以位于不同的设备中。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.交流转直流电源电路(10)，其特征在于，包括：

线性降压模块(11)；

滤波模块(12)，与所述线性降压模块(11)连接；

降压式电源转换模块(13)，与所述滤波模块(12)连接；

其中所述滤波模块(12)包含：

滤波电容(14)；

所述滤波电容(14)的至少两条充电通道(15)；

失效电路(17)，用于检测所述滤波电容(14)的电压，当所述电压大于或等于所述降压式电源转换模块(13)的启动电压时，失效所述至少两条充电通道(15)中的至少一条。

2.根据权利要求1所述的交流转直流电源电路(10)，其特征在于，所述滤波模块(12)还包含：

充电电流限制电路(18)，用于检测所述滤波电容(14)的充电电流，并当所述充电电流大于预定值时降低所述线性降压模块(11)的输出电流。

3.根据权利要求2所述的交流转直流电源电路(10)，其特征在于，所述滤波模块(12)还包含：

所述滤波电容(14)的放电通道(16)；

其中所述放电通道(16)在所述线性降压模块(11)的输出电压开始下降时导通。

4.根据权利要求1所述的交流转直流电源电路(10)，其特征在于，所述至少两条充电通道(15)包括：第一充电通道(20)和第二充电通道(21)，其中所述第一充电通道(20)的阻抗值小于所述第二充电通道(21)的阻抗值；

所述失效电路(17)，用于当所述电压大于或等于所述降压式电源转换模块(13)的启动电压时，失效所述第一充电通道(20)。

5.根据权利要求4所述的交流转直流电源电路(10)，其特征在于，

所述第一充电通道(20)包括：第一电阻(R9)，与所述滤波电容(14)连接；第二电阻(R10)，与所述第一电阻(R9)连接；第一开关管(Q4)，所述第一开关管(Q4)的基极连接所述第二电阻(R10)，所述第一开关管(Q4)的发射极接地，所述第一开关管(Q4)的集电极分别连接所述第一电阻(R9)和所述第二电阻(R10)；

所述第二充电通道(21)包括：第三电阻(R8)，所述第三电阻(R8)分别与所述滤波电容(14)和所述第一电阻(R9)连接；

所述失效电路(17)包括：第四电阻(R11)，与所述降压式电源转换模块(13)连接；第五电阻(R12)，与所述第四电阻(R11)连接；第一金属氧化物半导体场效应管(Q5)，所述第一金属氧化物半导体场效应管(Q5)的栅极分别连接所述第四电阻(R11)和第五电阻(R12)，所述第一金属氧化物半导体场效应管(Q5)的源极接地，所述第一金属氧化物半导体场效应管(Q5)的漏极分别连接所述第一开关管(Q4) 的基极和所述第二电阻(R10)。

6.根据权利要求3所述的交流转直流电源电路(10)，其特征在于，所述滤波电容(14)的放电通道(16)包括第一二极管(D11)，所述第一二极管(D11)的阳极接地，所述第一二极管(D11)的阴极分别连接所述充电电流限制电路(18)和所述滤波电容(14)。

7.根据权利要求6所述的交流转直流电源电路(10)，其特征在于，所述充电电流限制电路(18)包括：

第六电阻(R7)；

第二二极管(D10)，所述第二二极管(D10)的阳极分别连接第一二极管(D11)的阴极和所述滤波电容(14)，所述第二二极管(D10)的阴极连接第六电阻(R7)；

第二金属氧化物半导体场效应管(Q3)，所述第二金属氧化物半导体场效应管(Q3)的栅极分别连接所述第二二极管(D10)的阴极和所述第六电阻(R7)，所述第二金属氧化物半导体场效应管(Q3)的源极接地，所述第二金属氧化物半导体场效应管(Q3)的漏极连接所述线性降压模块(11)。

8.根据权利要求1所述的交流转直流电源电路(10)，其特征在于，所述线性降压模块(11)为一级线性降压模块或多级线性降压模块。

9.根据权利要求8所述的交流转直流电源电路(10)，其特征在于，

所述一级线性降压模块包括：

第七电阻(R6)；

第一瞬态二极管(TVS2)，所述第一瞬态二极管(TVS2)的阳极接地，所述第一瞬态二极管(TVS2)的阴极连接所述第七电阻(R6)；

第一绝缘栅双极型晶体管(Q1)，第一绝缘栅双极型晶体管(Q1)的栅极分别连接所述滤波模块(12)和所述第一瞬态抑制二极管(TVS2)的阴极，第一绝缘栅双极型晶体管(Q1)的发射极分别连接所述滤波电容(14)和所述降压式电源转换模块(13)，第一绝缘栅双极型晶体管(Q1)的集电极分别连接脉动直流电和所述第七电阻(R6)。

10.根据权利要求8所述的交流转直流电源电路(10)，其特征在于，所述多级线性降压模块包括：

第二瞬态二极管(TVS11)；

第三瞬态二极管(TVS12)；

第四瞬态二极管(TVS13)；

第五瞬态二极管(TVS14)；

第六瞬态二极管(TVS15)；

第八电阻(R16)；

第九电阻(R17)，与所述第八电阻(R16)连接；

电容(C3)，与第八电阻(R16)和第九电阻(R17)分别连接；

第十电阻(R18)；

第二绝缘栅双极型晶体管(Q11)；

第三绝缘栅双极型晶体管(Q12)；

其中所述第二瞬态二极管(TVS11)、第三瞬态二极管(TVS12)、第四瞬态二极管(TVS13)和第五瞬态二极管(TVS14)相互串联，所述第二瞬态二极管(TVS11)的阴极与所述电容(C3)连接；所述第九电阻(R17)与第三瞬态二极管(TVS12)的阳极连接；

其中所述第二绝缘栅双极型晶体管(Q11)的栅极分别与所述电容(C3)和所述第二瞬态二极管(TVS11)的阴极连接；所述第二绝缘栅双极型晶体管(Q1)的发射极与第三绝缘栅双极型晶体管(Q12)的集电极和第十电阻(R18)分别连接；所述第二绝缘栅双极型晶体管(Q11)的集电极分别连接脉动直流电和所述第八电阻(R16)；所述第三绝缘栅双极型晶体管(Q12)的栅极连接所述第六瞬态二极管(TVS15)的阴极和第十电阻(R18)，所述第三绝缘栅双极型晶体管(Q12)的发射极分别连接所述滤波电容(14)和所述降压式电源转换模块(13)；所述第三绝缘栅双极型晶体管(Q12)的集电极连接所述第十电阻(R18)。