CN214014104U - 电子电路 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例总体上涉及电子电路。一种电路,包括两个反串联耦合的晶闸管。AC电容器具有分别耦合到两个晶闸管的两个不同电极的第一电极和第二电极。第一电极和第二电极被耦合以接收AC电压。控制电路检测对AC电容器施加的AC电压的中断,并且响应于检测到所述中断而同时对两个晶闸管施加相同的栅极电流。通过两个晶闸管的电流路径(一个在正向模式中通过电流,并且另一个在反向模式中通过电流)释放储存在AC电容器上的残余电压。本实用新型的实施例提供了对于AC电容器放电的更加简单和便宜的解决方案。

Description

电子电路
技术领域
本公开总体上涉及电子电路,并且更具体地涉及被配置为耦合到诸如电力分配电源的AC电压源的电路。更具体地,本公开应用于包括AC电容器的电路。
背景技术
在许多应用中,由连接到电力分配网络的设备从该电力分配网络接收的电力由电压转换和/或功率因子校正电路上游的AC电容器滤波。电容器总体上被直接连接到AC电源的线路和中性导体(或在两相之间)。
当设备与网络断连时,电容器的存在需要对其进行放电。事实上,出于电安全原因,当设备断连时,它所含的电荷应该被放电或耗散。由于功率较高,因此这种需要将更大。
虽然存在针对该问题的许多解决方案,但是这些解决方案通常复杂和/或昂贵。
在本领域中存在针对简单并且不昂贵的AC电容器放电电路的需要。
实用新型内容
鉴于上述问题,一种实施例克服了AC电容器放电电路的所有或部分缺点。
本实用新型的实施例提供了对于AC电容器放电的更加简单和便宜的解决方案。
根据本实用新型的一个方面,提供了一种电子电路,该电子电路包括整流电路,用于整流AC电压;两个晶闸管,被反串联耦合到所述整流电路;AC电容器,具有第一电极和第二电极,所述第一电极和所述第二电极分别耦合到所述两个晶闸管的两个不同电极,以及所述第一电极和所述第二电极分别耦合到所述整流电路的两个不同电极,并且所述AC电容器还被配置为接收所述AC电压;以及控制电路,被配置为检测在所述AC电容器的所述第一电极和所述第二电极处的所述AC电压的接收的中断,并且响应于检测到所述中断而同时对所述两个晶闸管施加相同的栅极电流,以提供用于将在所述AC电容器上的电压放电的电路路径。
在一些实施例中,所述两个晶闸管中的第一晶闸管响应于所述栅极电流的同时施加而在反向方向上导通。
在一些实施例中,如果所述AC电压的被中断接收持续长于第一阈值的时间段,则所述控制电路检测到所述AC电压的接收的中断,其中所述第一阈值是所述AC电压的至少一个半周期。
在一些实施例中,如果在大于第三阈值的时间段,输入电压变为小于第二阈值,则所述控制电路还停止所述栅极电流的施加,其中所述第三阈值长于所述第一阈值。
在一些实施例中,所述控制电路在比所述AC电压的半个周期更长的时间段施加所述栅极电流。
在一些实施例中,所述时间段在数十微秒到数百微秒的范围中。
在一些实施例中,所述栅极电流被持续地施加。
在一些实施例中,所述栅极电流以脉冲施加。
在一些实施例中,所述整流电路包括第一整流二极管和第二整流二极管,所述第一整流二极管和所述第二整流二极管具有的端子连接到所述两个晶闸管的端子。
在一些实施例中,所述第一整流二极管和所述第二整流二极管形成了用于整流所述AC电压的桥的部分。
在一些实施例中,被连接到所述两个晶闸管的所述第一整流二极管和所述第二整流二极管形成了用于整流所述AC电压的桥。
在一些实施例中,在存在所述AC电压的情况下,还利用脉冲控制所述两个晶闸管以整流所述AC电压。
在一些实施例中,用以整流的所述脉冲包括与所述AC电压的半波相对应的、被施加到所述晶闸管的脉冲。
在一些实施例中,每个晶闸管在所述AC电压的两个半波中的仅一个半波中接收所述脉冲。
在一些实施例中,所述整流电路的输出给开关模式电源供电,并且其中所述控制电路还操作以控制所述开关模式电源。
在一些实施例中,所述两个晶闸管是阴极栅极晶体管。
在一些实施例中,所述两个晶闸管是阳极栅极晶闸管。
根据本实用新型的另一方面,提出了一种电子电路,该电子电路包括:电涌电流限制电阻器;整流桥电路,包括耦合在第一输入节点与所述电涌电流限制电阻器的第一端子之间的第一二极管、耦合在第二输入节点与所述电涌电流限制电阻器的所述第一端子之间的第二二极管、耦合在所述第一输入节点与输出节点之间的第三二极管,以及耦合在所述第二输入节点与所述输出节点之间的第四二极管,其中所述第一输入节点和所述第二输入节点被耦合以接收AC电压;第一晶闸管,耦合在所述第一输入节点与所述电涌电流限制电阻器的第二端子之间;第二晶闸管,耦合在所述第二输入节点与所述电涌电流限制电阻器的所述第二端子之间;AC电容器,具有分别耦合到所述第一输入节点和所述第二输入节点的第一电极和第二电极;以及控制电路,被配置为检测在所述AC电容器的所述第一电极和所述第二电极处的所述AC电压的接收的中断,并且响应于检测到所述中断而同时对所述第一晶体管和所述第二晶体管施加相同的栅极电流,以提供用于将在所述AC电容器上的电压放电的电路路径。
在一些实施例中,所述第一晶闸管和所述第二晶闸管中的一个晶闸管响应于所述栅极电流的同时施加而在反向方向上导通。
在一些实施例中,所述栅极电流被持续地施加。
在一些实施例中,所述栅极电流以脉冲施加。
在一些实施例中,在存在所述AC电压的情况下,还利用脉冲控制所述第一晶闸管和所述第二晶闸管以整流所述AC电压。
在一些实施例中,所述第一晶闸管和所述第二晶闸管是阴极栅极晶闸管。
在一些实施例中,所述第一晶闸管和所述第二晶闸管是阳极栅极晶闸管。
在一些实施例中,如果所述AC电压的被中断接收持续长于第一阈值的时间段,则所述控制电路检测到所述AC电压的接收的中断,其中所述第一阈值是所述AC电压的至少一个半周期。
根据本实用新型的又一方面,提出了一种电子电路,该电子电路包括:整流桥电路,包括耦合在第一输入节点与第一输出节点之间的第一晶闸管、耦合在第二输入节点与所述第一输出节点之间的第二晶闸管、耦合在所述第一输入节点与第二输出节点之间的第一二极管,以及耦合在所述第二输入节点与所述第二输出节点之间的第二二极管,其中所述第一输入节点和所述第二输入节点被耦合以接收AC电压;AC电容器,具有相应地耦合到所述第一输入节点与所述第二输入节点的第一电极和第二电极;以及控制电路,被配置为检测在所述 AC电容器的所述第一电极和所述第二电极处的所述AC电压的接收的中断,并且响应于检测到所述中断而同时对所述第一晶闸管和所述第二晶闸管施加相同的栅极电流,以提供用于将在所述AC电容器上的电压放电的电路路径。
在一些实施例中,所述第一晶闸管和所述第二晶闸管中的一个晶闸管响应于所述栅极电流的同时施加而在反向方向上导通。
在一些实施例中,所述栅极电流被持续地施加。
在一些实施例中,所述栅极电流以脉冲施加。
在一些实施例中,在存在所述AC电压的情况下,还利用脉冲控制所述第一晶闸管和所述第二晶闸管以整流所述AC电压。
在一些实施例中,所述第一晶闸管和所述第二晶闸管是阴极栅极晶闸管。
在一些实施例中,所述第一晶闸管和所述第二晶闸管是阳极栅极晶闸管。
在一些实施例中,如果所述AC电压的被中断接收持续长于第一阈值的时间段,则所述控制电路检测到所述AC电压的接收的中断,其中所述第一阈值是所述AC电压的至少一个半周期。
通过根据本实用新型的实施例,可以至少解决前述问题的至少一部分,并实现相应的效果。
附图说明
在以下结合附图的具体实施例的非限制性描述中,将详细讨论前述和其他特征与优点,其中:
图1示出了功率转换系统的示例;
图2示意性地示出了装备有AC电容器放电功能的功率转换系统或电路的实施例;
图3A至图3B图示了晶闸管的反向导通的现象;
图4A至图4E图示了图2的系统响应于AC电源电压的消失的操作;
图5示意性地示出了装备有AC电容器放电功能的功率转换系统或电路的另一个实施例;
图6示意性地示出了装备有AC电容器放电功能的功率转换系统或电路的又一实施例;以及
图7示意性地示出了装备有AC电容器放电功能的功率系统或电路的又一实施例。
具体实施方式
在一种实施例中,电路包括两个反串联的晶闸管和AC电容器,该AC电容器具有两个电极,这两个电极分别耦合到晶闸管的两个不同电极。该电路包括控制电路,该控制电路被配置为当电路检测到在 AC电容器两端不存在AC电压时,同时施加相同的栅极电流到两个晶闸管以实现用于操作的处理。
根据一种实施例,晶闸管的一个晶闸管响应于所述栅极电流的施加在相反的方向上导通。
根据一种实施例,当所述AC电压被停止施加到电容器的电极长于第一阈值(AC电压的至少一个半周期)的时间段时,所述栅极电流被施加以放电AC电容器。
根据一种实施例,如果电路在大于第三阈值的时间段内未检测到输入电压变为小于第二阈值,则停止施加所述栅极电流,其中第三阈值大于第一阈值。
根据一种实施例,所述栅极电流被施加的时间段比被配置为被施加到电容器的两个电极的AC电压的半个周期长。
根据一种实施例,所述栅极电压被施加的时间段从数十毫秒至数百毫秒。
根据一种实施例,所述栅极电流持续地施加。
根据一种实施例,所述栅极电流以脉冲施加。
根据一种实施例,所述晶闸管由电路控制,该电路操作以检测在施加AC电压的端子之间不存在电压。
根据一种实施例,晶闸管形成用于整流AC电压的桥的一部分。
根据一种实施例,在存在AC电压的情况下,利用脉冲来控制晶闸管以整流AC电压。
根据一种实施例,晶闸管接收用于AC电压的每个半波的同时控制脉冲。
根据一种实施例,晶闸管各自接收AC电压的两个AC电压的一个半波的控制脉冲。
根据一种实施例,桥的输出对开关模式电源供电,所述栅极电流在用于控制开关模式电源的电路的控制下生成。
根据一种实施例,晶闸管是阴极栅极晶闸管。
根据一种实施例,晶闸管是阳极栅极晶闸管。
在不同的附图中,相同的元件已经用相同的附图标记来表示。尤其是,通用于不同实施例的结构和/或功能元件可以用相同的附图标记来表示,并且可以具有相同的结构、尺寸和材料特性。
为了清楚起见,仅示出并详细说明了那些有助于理解所描述的实施例的步骤和元件。尤其是,未详细说明由所描述的电路供电的 DC/AC或DC/DC功率转换器以及对这样的功率转换器的控制,所描述的实施例与通常转换器和这样的转换器的通常控制相兼容。
贯穿本公开,术语“连接”被用于表示在电路元件之间不具有除导体之外的中间元件的直接电连接,而术语“耦合”被用于表示在电路元件之间的电气连接可以是直接的、或者可以是经由一个或多个中间元件的。
在以下描述中,当提及诸如术语“前”、“后”、“顶”、“底”、“左”、“右”等的限定绝对位置的术语时,或提及诸如术语“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等的相对位置的术语时,或提及诸如术语“水平”、“竖直”等的限定方向的术语时,除非另有规定,否则参考附图的定向。
术语“约”、“基本上”、“大约”在本文中被用于表示所讨论的值的正负10%的公差(优选地正负5%)。
图1示出了功率转换系统1的示例。这样的转换系统1是基于 AC电源电压Vac的半波或全波整流之后由DC/DC或DC/AC转换以对载荷(Q)供电的。
示意性地,AC电压Vac被施加在耦合到整流桥3的AC输入端子21和23的两个输入端子11(L)和13(N)之间。电压Vac是例如230V/Hz或60Hz,或110V/Hz或60Hz电力分配网络的AC电压或电源电压。通常,端子11和13由到电气设施的插座的系统1的连接的插头的插脚形成。
整流桥的经整流输出端子25和27被耦合到DC/DC或DC/AC转换电路5的输入端子51和53。电路5的(根据实施例的DC或AC) 输出端子55和57将电源电压提供给载荷7(Q)。DC电容器Cdc耦合(优选地连接)端子25和27以平滑经整流电压,并且在电路5的输入处传递经整流电压。
在本公开所针对的应用中,AC电容器Xcap耦合(优选地连接) 到转换系统1的任何元件的上游(并且尤其是桥3的上游)的端子11 和13。电容器Xcap的功能是滤波AC电压Vac,尤其是移除可能的高频干扰(频率大于AC电压Vac的频率)。
出于安全原因,AC输入电容器Xcap的存在要求在系统从电气设施断连时将该电容器放电,以防在系统被断连时用户与端子11和13 的接触。由于系统功率较高,因此这种需要将更大。事实上,储存在电容器中的电力具有由触摸两个端子的用户的身体放电的风险。
已经提供了在AC输入电压消失时将AC电容器放电的许多解决方案。
第一类解决方案使用无源部件,其中电容器Xcap随后形成AC 滤波器的一部分,该AC滤波器具有与电容器并联连接的低值电阻器,并且在系统被断连时耗散在它所包含的功率。这样的解决方案的缺点是在应用中的永久功率耗散。
第二类解决方案使用有源部件来控制当电源电压Vac消失时AC 电容器的放电。这样的解决方案总体上需要额外的电路和部件,这增加了系统或应用的成本。
根据所描述的实施例,提供的是利用特定整流桥结构来装备功率转换系统,亦即,混合桥或可控制桥。
(例如,全波)整流桥由四个支路形成,该四个支路将每两个输入端子耦合到每个输出端子,在每个支路中存在一个整流元件(通常是二极管)。
可控制桥是整流桥,其中四个支路(混合桥)的两个支路或四个支路包括开关(通常是晶闸管或SCR)而不是二极管。
这样的桥总体上装备了功率转换系统作为非可控制桥的补充,使得一旦系统被启动就短路电涌电流限制电阻器,或者确保输出电容器的渐进充电(软启动)。这样的桥也可以在不具有电涌电流限制电阻器的情况下被使用,而是在系统的启动而使用桥的可控制元件以对下游电容器渐进充电时被使用。
根据所描述的实施例,所提供的是在系统从电力网络断连时,使用桥晶闸管来放电AC电容器。
然后从晶闸管的特定特点获得优势,亦即,当电路设备被反向偏压但被施加到栅极电流时,该电路设备具有显著的漏电流。
图2非常示意性地示出了装备有AC电容器放电功能的功率转换系统或电路的实施例。
它包括:应用AC电源电压Vac的输入端子11和13;耦合(优选地连接)到端子11和13的AC电容器Xcap;(例如全波)整流桥 3,具有分别耦合到端子11和13的AC输入端子21和23,以及分别耦合(优选地连接)到DC/DC或DC/AC转换器5的输入端子51和 53的整流输出端子25和27;以及耦合(优选地连接)到端子25和 27的一个或多个DC电容器Cdc。
在图2的示例中,假设在端子11与21之间、以及端子13与23 之间存在AC滤波器ACF(以虚线表示)。这样的可选滤波器总体上包括电感和电容元件,并且这样的可选滤波器用于移除在电力分配网络的线路上呈现的电噪声。例如,电感L1耦合(优选地连接)端子 11和21,并且电感L2耦合(优选地连接)端子13和23。电容器C1 将端子21耦合(优选地连接)到接地,并且电容器C2将端子23耦合(优选地连接)到接地。
优选地,转换器5是以比电压Vac的频率高得多的频率(以大约 1000至10000的比例)控制的开关模式电源。
根据所描述的实施例,整流桥3是与可控制的半桥相关联的全波桥,或是与二极管半桥相关联的混合桥(这是相同的)。
在图2的示例中,桥3包括:两个二极管D1和D2,分别将端子 21和23耦合(优选地连接)到电涌电流限制电阻器Ricl的第一端子,电涌电流限制电阻器Ricl另一端子被耦合(优选地连接)到端子25;两个二极管D3和D4分别将端子21和23耦合(优选地连接)到端子27;以及两个晶闸管T1和T2,此处具有阴极栅极,分别将端子 21和23耦合(优选地连接)到端子25。
在电路启动时,亦即,当用电压Vac供电时,晶闸管T1和T2不受控制,并且电压Vac的整流通过电阻器Ricl。一旦电路已经被启动并且在稳定状态中,根据电压Vac的半波交替控制晶闸管T1和T2,并且保证上部半桥的整流功能。在每个半波处,两个晶闸管(正向偏压的晶闸管)的单个晶闸管是导通的。利用脉冲控制晶闸管,亦即,晶闸管的栅极对于电压Vac的每半波接收电流脉冲。在这种背景下,术语“脉冲”意味着具有持续时间(优选为至少以10的比例)短于电压Vac的半波持续时间的信号。当系统在稳定状态中时,晶闸管的使用能够使电阻器Ricl短路。当电阻器以及二极管D1和D2不被使用时,晶闸管T1和T2可以被启动以实行相位角控制以提供(多个) 电容器Cdc的渐进充电。
系统在启动和稳定状态中的操作本身是平常的。应被注意的是,由于混合桥和被特定描述的控制,因此电路不包括与AC电容器Xcap 并联的电阻器。
在电路关断时,例如,当电路从电源电压Vac断连时,提供了对桥3的持续控制,但具有特定的控制,亦即,DC栅极电流被同时地施加到两个晶闸管上。相对于脉冲信号,持续控制信号的施加意味着维持持续至少等于(优选地大于)电压Vac的半波的时间段的状态。因此,响应于同时地应用的控制信号,晶闸管T1和T2的一个晶闸管在正向偏压时导通,而另一个晶闸管尽管被反向偏压,但仍具有不可忽略的漏电流。由于两个晶闸管被反串联(由其性质相同的电极互连,亦即它们具有共同的阳极或共同的阴极),因此可以认为AC电容器Xcap由晶闸管T1和T2短路。
如果电容器Xcap的偏压在端子11侧上为正(根据图中的惯例在正半波下关断),电容器Xcap的放电电流从其位于端子11侧的电极流向其位于端子13侧的电极:如果存在,则通过滤波器ACF的电感 L1;在正向方向上通过在接通状态中的晶闸管T1;在反向方向上通过晶闸管T2;以及如果存在,则通过滤波器ACF的电感L2。
如果电容器Xcap的偏压在端子13侧上为负(根据图中的惯例在负半波下关断),电容器Xcap的放电电流从其位于端子13侧的电极流向其位于端子11侧的电极:如果存在,则通过滤波器ACF的电感 L2;在正向方向上通过在接通状态中的晶闸管T2;在反向方向上通过晶闸管T1;以及如果存在,则通过滤波器ACF的电感L1。
因此,电容器Xcap被放电,其功率通过耗散被放电到晶闸管T1 和T2的串联电阻器中,以及可能地被放电到电感L1和L2的固有电阻器中。虽然电阻很小,但是该电阻足以放电电容器Xcap。在实践中,数毫安的电流足以使电容器Xcap足够迅速地(在从数毫秒到数十毫秒内)放电。
在电压Vac的断连时,通过电路9(DET)确保对晶闸管T1和 T2的控制,该电路9操作以检测电压Vac的消失,以及生成被共同施加到晶闸管T1和T2的栅极G1和G2的栅极电流。通常,在阴极栅极晶闸管的示例中,电流被注入到其栅极中。然而,所描述的示例与通过从其栅极电流的提取可控制的阴极栅极晶闸管兼容。电路9被耦合(优选地连接)到端子21和23(或到端子11和13)以检测例如电压Vac的过零。在不具有这样的过零的情况下,电路9可以检测电压Vac的消失。
利用低DC电压来对电路9和转换器5的控制电路(在图2中未示出)供电。针对提供DC电压的示例将随后结合图6和图7呈现。
图3A至图3B图示晶闸管的反向导通的现象。图3A图示了在没有栅极电流Ig被施加到晶闸管时,根据在该晶闸管两端的反向电压 Vr(阴极电势减去阳极电势)的反向电流Ir(或漏电流)的形状的示例。图3B图示了根据对于多个栅极电流Ig的值的反向电压Vr的反向电流Ir的形状的示例。
如在图3A中图示的,当不施加栅极电流(Ig=0mA)时,漏电流 Ir通常在数百微安的数量级。反向电流根据反向电压Vr略微增加。在使用这样的功率转换系统的大多数应用中,这样的漏电流等级是完全忽略不计的,这是由于用于实现应用的电流通常从数十毫安到数十安。
然而,这样的漏电流的结果是不足以使电容器Xcap足够快地放电。通常数秒是必须的,而这在用户的电安全方面是不能被接受的。
如在图3B中图示的,当大约数毫安栅极电流Ig被施加时,反向电流Ir按大约10到20的因子增长。例如,反向电流Ir是:针对大约为6mA的栅极电流,大约为2mA;针对大约为8mA的栅极电流,大约为4mA;针对大约为12mA的栅极电流,大约为6mA;以及针对大约为16mA的栅极电流,大约为10mA。
反向电流Ir随反向电压Vr的增加而略微增加,但在电源电压的主要目标范围的100-400V之间按大约10%到20%的比例增加。因此,电容器Xcap的放电可以被更快地执行,并且额外地,在放电范围的最长部分(高达数十伏)期间具有足够的电流。
应当注意的是,与可以用脉冲来执行(每半波电压Vac数微秒的脉冲对于接通晶闸管是足够的)的正向偏压的晶闸管的启动控制不同,栅极电流应被持续施加以利用反向导通。
图4A至图4E图示了图2的系统的操作。图4A示出了在电容器 Xcap两端的电压VXcap的形状示例。图4B示出了晶闸管T1的栅极电流Ig1的形状示例。图4C示出了晶闸管T2的栅极电流Ig2的形状的示例。图4D图示了在晶闸管T1中的电流IA1的形状的示例。图 4E图示了在晶闸管T2中电流IA2的形状的示例。
按照惯例,假设的是:电压VXcap是在端子11侧上的电极与在端子13侧上的电极之间的电势差;并且当电流被注入相关晶闸管的栅极时,栅极电流Ig1或Ig2为正;当电流IA1或IA2通过相关晶闸管的阳极进入时,晶闸管中的电流IA1或IA2为正。
在稳定状态中,针对AC电压Vac的每个正半波,亦即,当电压 VXcap为正时,晶闸管T1被接通;并且针对电压Vac的每个负半波,亦即,当电压VXcap为负时,晶闸管T2被接通。图4A至图4E的示例假设晶闸管在电压为零时启动,亦即,在每个半波的开始处施加正栅极电流脉冲以便启动相关晶闸管。在图4A至图4E的示例中,为了简化,既不考虑滤波器ACF,也不考虑在电压与电流之间可能的其他相移源。还假设转换器5吸收与电源电压同相的电流,这是当转换器5还确保完整电路的功率因数的校正的功能时的情况。在这种情况下,电流IA1和IA2具有正半波和负半波。当在晶闸管两端的电压被反转时,在流过晶闸管的电流变为零时,晶闸管的导通被停止。
由控制电路提供晶闸管T1和T2在稳定状态中的控制(优选地在电压Vac上同步)。这样的电路(在图2中未示出)可以是专用电路、微控制器或可以被包括在电路9中。
在稳定状态中,电压VXcap针对每个半波(其随着电压Vac)反转,并且因此在每电压Vac的周期两次变为零。
假设的是在时间t0处,电压Vac消失(图4A中的虚线)。这样的消失使得电压VXcap由于持续吸收由电容器Xcap提供的电流的转换器5的操作而突然降低(比电压Vac的降低更快)。然后,当在转换器5两端的电压降到给定阈值下方时,转换器5突然停止操作,并且电容器Xcap的放电相应地停止。
然而,电容器Xcap通常在与100至200伏之间的值相对应的电平上被保持充电。在电压Vac断连而转换器5被轻微充电的情况下,电压可以保持为等于在断连时的电源电压(亦即,针对230伏特的rms 电压,在0到320伏之间)。
电路9监测电压Vac以检测其消失。例如,电路9使用过零检测电路来检测在电容器Xcap两端、或在端子11与13之间、或在端子 21与23之间的电压在超过电压Vac的至少一个半周期(优选地,从一个周期到数个周期)的时间段内不变为等于零。
在图4A至图4E的示例中,在电压Vac消失时间段T之后(亦即,在电压VXcap不取零的时间段之后)的时间t1处,电路9触发在两个晶闸管中的栅极电流的生成。在图4A至图4E的示例中,晶闸管T1被正向偏压,并且因此被接通。晶闸管T2被反向偏压,但导通负漏电流IA2。栅极电流的幅度制约了漏电流的幅度,并且因此制约了电容器Xcap放电的速度和持续时间。当电容器被放电时(时间 t2),在晶闸管T1中的电流消失使得其被关断。电路9检测到在电容器Xcap两端的电压VXcap变为零,并停止晶闸管栅极信号的生成。
图5非常示意性地示出了装备有AC电容器放电功能的功率转换系统或电路的另一个实施例。
该实施例使用与可控制半桥相关联的整流二极管桥的原理。与图 2的实施例共同的元件将不被再次描述。
与图2的实施例不同的是,在二极管D3和D4的共同的阳极与端子27之间插入了电涌电流限制电阻器Ricl。另一个不同是可控制半桥是由两个阳极栅极晶闸管T1'和T2'形成的下部半桥。晶闸管T1' 和T2'的共同的阳极被耦合(优选地连接)到端子27。晶闸管T1'的阴极被耦合(优选地连接)到端子23。晶闸管T2'的阴极被耦合(优选地连接)到端子21。与阴极栅极晶闸管相比,阳极栅极晶闸管总体上通过从其栅极G1或G2提取电流而被接通。因此,检测电压Vac 消失的电路9能够拉动在栅极G1和G2上的电流。作为一种变型,使用通过将电流注入其栅极而可控制的阳极栅极晶闸管。
图5的电路的操作可以从结合先前附图所描述的操作而推论出。
根据另一个实施例,电涌电流限制电阻器被提供在电路的上部分和下部分中,这相当于组合图2和图5的实施例,并且除了提供四个二极管的完整桥之外还提供四个晶闸管的完整可控制桥。
根据其他实施例,当晶闸管被接通时,晶闸管控制被控制用于无电流峰值的启动。这需要在启动时对晶闸管进行自适应控制(通过逐步减小的延迟的相位角),但这避免了电阻器Ricl。
图6非常示意性地示出了装备有AC电容器放电功能的功率转换系统或电路的又一实施例。
根据本实施例,整流桥3仅由混合桥形成,混合桥包括具有阴极栅极晶闸管T1和T2的上部半桥和具有二极管D3和D4的下部半桥。系统启动涌流限制电阻器的缺失通过晶闸管T1和T2的特定控制补偿,以确保电容器Cdc的渐进充电。然后微控制器8(MCU)的存在被有利地使用,以控制(Control)开关模式转换器5(DC/DC或AC) 来使用微控制器,以生成栅极G1和G2的控制的信号。
图6的实施例图示了涉及适配于控制信号的低DC电压(低电压意味着小于20伏的电压,优选地数伏的电压)的生成和电压参考的另一个变型。尤其是,到晶闸管T1和T2的阴极栅极中的注入电流要求晶闸管阴极的电势(GND1)小于其栅极G1和G2的电势(VDD1)。此外,微控制器8由低电压VDD2(参考端子27的电势(GND2)) 供电。因此,栅极控制信号G1和G2的生成需要电压参考改变。针对该目的,传递数字状态信号(采取电势VDD2和0的一个电势,在接通状态中的输出晶体管中的电压压降的范围内)的微控制器8的输出I/O可能经由电阻器RD被施加到光耦合器82的光电二极管PD82 (阳极d’)。光耦合器82的(例如双极性)光电晶体管PT82具有其集电极耦合(优选地连接)到电势VDD1的电源端子。光电晶体管 PT82的发射极可能经由电阻器RG1和RG2耦合到晶闸管T1和T2 的栅极G1和G2。
在图6的示例中,电压VDD1和VDD2由具有第一绕组或初级 61的变压器6获得,变压器6的第一端子被耦合(优选地连接)到两个整流二极管D5和D6的阴极,整流二极管D5和D6阳极分别被耦合(优选地连接)到端子11和13。第一绕组61的另一端在一方面通过二极管D7(在第二端侧的二极管D7的阳极)耦合到其第一端,以及在另一方面,通过MOS晶体管M耦合到端子27(电势GND2)。晶体管M由通过系统接通/关断框63提供的信号控制。电容器C62 可以将二极管D7的阴极耦合到端子27。
变压器6的(第一)次级绕组65提供以电势GND2为参考的电压VDD2。绕组65的第一端经由二极管D8(在绕组65的第一端侧的阳极)耦合到电容器C64的第一端子,该电容器C64提供电势 VDD2,并且其另一个端子被耦合(优选地连接)到绕组65的第二端和端子27(GND2)。
变压器6的(第二)次级绕组67递送以电势GND1为参考的电压VDD1。绕组67的第一端经由二极管D9(在绕组67第一端侧的阳极)耦合到电容器C66的第一端子,该电容器C66提供电势VDD1,并且其另一个端子被耦合(优选地连接)到绕组67的第二端和端子 25(GND1)。
微控制器8在数字输入/输出端子I/O上接收指示是否存在电压 Vac的信息ZV。在系统输入处零电压(因此没有电压Vac)的二进制信息ZV指示使得微控制器8能够在电压Vac的过零点(当存在时) 以脉冲的方式触发晶闸管T1和T2两者,并且当信号ZV在相当于电压Vac的至少一个半周期(优选地为数个半波)的时间段内不再越过表示电压Vac的零电平的阈值时,通过强制晶闸管中的一个晶闸管正向导通和另一个晶闸管的反向导通来控制电容器Xcap的放电。在图 6的示例中,提供了包括以脉冲模式的晶闸管T1和T2的同时控制,该控制不受干扰,这是由于脉冲足够短以避免生成反向偏压晶闸管的延长的反向导通。
信号ZV是例如基于光耦合器42借助于电路4而获得的。光耦合器42的发射光电二极管PD42的阳极通过一个或多个电阻器R4耦合到端子11与13中的一个端子(例如端子11)。二极管PD42的阴极通过二极管D42被耦合(优选地连接)到在端子11与13中的另一个端子以及其自身的阳极。电阻器R4降低驱动光电二极管PD42的电压。光耦合器42的光电晶体管PT42通过其发射极被耦合(优选地连接)到端子27(接地GND2),并且通过其集电极被耦合到电阻器R6,电阻器R6的另一端子被耦合(优选地连接)到在电势VDD2处的端子。信号ZV从电阻器R6的接合点和光电晶体管PT42的接合点采样。只要在端子11与13之间的电压不为零,光电二极管PD42就激励光电晶体管PT42,从而将信号ZV的状态拉到低状态(通常小于2伏)。当电压Vac为零(或在每个过零点处)时,晶体管PT42关断,并且信号ZV的电平经由电阻器R6(上拉电阻器)被拉至高状态(VDD2)。当电平ZV在所选择的时间段T(图4A)期间不展现在高状态与低状态之间的进一步过渡时,微控制器8引起栅极电流的持续生成。
图7非常示意性地示出了装备有AC电容器放电功能的功率转换系统或电路的又一实施例。
与图6的实施例相比,晶闸管T1'和T2'是在桥3'下部分中替换二极管D3和D4的阳极栅极晶闸管。晶闸管T1和T2被替换为在桥3' 上部分中的二极管D1和D2。这减少了待生成到单一电压VDD的DC 低电压的数量,这是由于栅极信号G1和G2可以用与微控制器8相同的参考电势GND作为参考。因此,变压器6'可以被简化为两个绕组61和65,绕组65提供低电压VDD以供电微控制器8和光耦合器 4。此外,不需要光耦合器82(图6),并且栅极控制信号电源输出I/O 可以被直接耦合(优选地连接)到电阻器RG1和RG2。图7的剩余电路与图6的电路相似。
图6和图7的实施例组合了AC电容器经由晶闸管放电的优点和使用混合桥以避免电涌电流限制电阻器Ricl。此外,它们能够使用与由开关模式转换器5所使用的和能够在软启动阶段期间用于晶闸管控制的微控制器相同的微控制器。
所描述的实施例的优点是其实现方式只需要混合桥的晶闸管的特定控制的生成。
所描述的实施例的优点是,AC电容器Xcap的放电尤其简单并且使用低复杂度的电路。
已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解的是,这些不同实施例和变型的某些特征可以被组合,并且其他变化将被本领域技术人员想到。尤其是,所讨论的在晶闸管中通过反向导通关断时将电容器Xcap放电的解决方案与任何通常的系统兼容,所提供的整流桥包括两个上部晶闸管和/或两个下部晶闸管,因此,它们与耦合到桥的经整流输出端的共同的电极(共同的阳极或共同的阴极)反串联。
此外,虽然已经参考了晶闸管T1和T2的同时的持续控制,以确保电容器Xcap的放电,但也可以通过同时脉冲进行控制,前提是用于脉冲的持续时间和/或脉冲的频率比AC电压Vac的频率和/或持续时间高得多(比率至少为10),以充分地保证反向偏压晶闸管在足以将电容器Xcap放电的时间段内反向导通。
此外,可以被提供的是,如果假设为AC电压的输入电压(在端子11与13之间)在大于(第三)阈值的时间段内(例如,从数百毫秒到数秒)不变为低于(第二)阈值,则晶闸管的同时控制被停止。这样的变型使得能够从DC输入电压的存在区分AC电压的缺失,并且能够在存在电源或DC电源连接故障的情况下断连电路。这相当于在时间窗期间提供晶闸管T1和T2的同时控制,时间窗的范围在从例如数十毫秒或数百毫秒的第一阈值到例如比第一阈值大数百毫秒或数秒的第三阈值。第二个阈值是电压阈值,并且例如对应于数伏。
最后,基于上文给出的功能指示,所描述的实施例和变型的实际实践方式在本领域技术人员的能力范围内。尤其是,在电容器Xcap 放电之前,电压Vac消失的时间段的选择可以变化,前提是它与电容器Xcap放电所需的最大时间段(通常由标准设定)兼容。从数十毫秒到数百毫秒的时间段是优选的选择(更优选地从40ms到300ms数量级)。

Claims (33)

1.一种电子电路,其特征在于,包括:
整流电路,用于整流AC电压;
两个晶闸管,被反串联耦合到所述整流电路;
AC电容器,具有第一电极和第二电极,所述第一电极和所述第二电极分别耦合到所述两个晶闸管的两个不同电极,以及所述第一电极和所述第二电极分别耦合到所述整流电路的两个不同电极,并且所述AC电容器还被配置为接收所述AC电压;以及
控制电路,被配置为检测在所述AC电容器的所述第一电极和所述第二电极处的所述AC电压的接收的中断,并且响应于检测到所述中断而同时对所述两个晶闸管施加相同的栅极电流,以提供用于将在所述AC电容器上的电压放电的电路路径。
2.根据权利要求1所述的电子电路,其特征在于,所述两个晶闸管中的第一晶闸管响应于所述栅极电流的同时施加而在反向方向上导通。
3.根据权利要求1所述的电子电路,其特征在于,如果所述AC电压的被中断接收持续长于第一阈值的时间段,则所述控制电路检测到所述AC电压的接收的中断,其中所述第一阈值是所述AC电压的至少一个半周期。
4.根据权利要求3所述的电子电路,其特征在于,如果在大于第三阈值的时间段,输入电压变为小于第二阈值,则所述控制电路还停止所述栅极电流的施加,其中所述第三阈值长于所述第一阈值。
5.根据权利要求1所述的电子电路,其特征在于,所述控制电路在比所述AC电压的半个周期更长的时间段施加所述栅极电流。
6.根据权利要求5所述的电子电路,其特征在于,所述时间段在数十微秒到数百微秒的范围中。
7.根据权利要求5所述的电子电路,其特征在于,所述栅极电流被持续地施加。
8.根据权利要求5所述的电子电路,其特征在于,所述栅极电流以脉冲施加。
9.根据权利要求1所述的电子电路,其特征在于,所述整流电路包括第一整流二极管和第二整流二极管,所述第一整流二极管和所述第二整流二极管具有的端子连接到所述两个晶闸管的端子。
10.根据权利要求9所述的电子电路,其特征在于,所述第一整流二极管和所述第二整流二极管形成了用于整流所述AC电压的桥的部分。
11.根据权利要求9所述的电子电路,其特征在于,被连接到所述两个晶闸管的所述第一整流二极管和所述第二整流二极管形成了用于整流所述AC电压的桥。
12.根据权利要求1所述的电子电路,其特征在于,在存在所述AC电压的情况下,还利用脉冲控制所述两个晶闸管以整流所述AC电压。
13.根据权利要求12所述的电子电路,其特征在于,用以整流的所述脉冲包括:与所述AC电压的半波相对应的、被施加到所述晶闸管的脉冲。
14.根据权利要求12所述的电子电路,其特征在于,每个晶闸管在所述AC电压的两个半波中的仅一个半波中接收所述脉冲。
15.根据权利要求1所述的电子电路,其特征在于,所述整流电路的输出给开关模式电源供电,并且其中所述控制电路还操作以控制所述开关模式电源。
16.根据权利要求1所述的电子电路,其特征在于,所述两个晶闸管是阴极栅极晶体管。
17.根据权利要求1所述的电子电路,其特征在于,所述两个晶闸管是阳极栅极晶闸管。
18.一种电子电路,其特征在于,包括:
电涌电流限制电阻器;
整流桥电路,包括耦合在第一输入节点与所述电涌电流限制电阻器的第一端子之间的第一二极管、耦合在第二输入节点与所述电涌电流限制电阻器的所述第一端子之间的第二二极管、耦合在所述第一输入节点与输出节点之间的第三二极管、以及耦合在所述第二输入节点与所述输出节点之间的第四二极管,其中所述第一输入节点和所述第二输入节点被耦合以接收AC电压;
第一晶闸管,耦合在所述第一输入节点与所述电涌电流限制电阻器的第二端子之间;
第二晶闸管,耦合在所述第二输入节点与所述电涌电流限制电阻器的所述第二端子之间;
AC电容器,具有分别耦合到所述第一输入节点和所述第二输入节点的第一电极和第二电极;以及
控制电路,被配置为检测在所述AC电容器的所述第一电极和所述第二电极处的所述AC电压的接收的中断,并且响应于检测到所述中断而同时对所述第一晶闸管和所述第二晶闸管施加相同的栅极电流,以提供用于将在所述AC电容器上的电压放电的电路路径。
19.根据权利要求18所述的电子电路,其特征在于,所述第一晶闸管和所述第二晶闸管中的一个晶闸管响应于所述栅极电流的同时施加而在反向方向上导通。
20.根据权利要求18所述的电子电路,其特征在于,所述栅极电流被持续地施加。
21.根据权利要求18所述的电子电路,其特征在于,所述栅极电流以脉冲施加。
22.根据权利要求18所述的电子电路,其特征在于,在存在所述AC电压的情况下,还利用脉冲控制所述第一晶闸管和所述第二晶闸管以整流所述AC电压。
23.根据权利要求18所述的电子电路,其特征在于,所述第一晶闸管和所述第二晶闸管是阴极栅极晶闸管。
24.根据权利要求18所述的电子电路,其特征在于,所述第一晶闸管和所述第二晶闸管是阳极栅极晶闸管。
25.根据权利要求18所述的电子电路,其特征在于,如果所述AC电压的被中断接收持续长于第一阈值的时间段,则所述控制电路检测到所述AC电压的接收的中断,其中所述第一阈值是所述AC电压的至少一个半周期。
26.一种电子电路,其特征在于,包括:
整流桥电路,包括耦合在第一输入节点与第一输出节点之间的第一晶闸管、耦合在第二输入节点与所述第一输出节点之间的第二晶闸管、耦合在所述第一输入节点与第二输出节点之间的第一二极管、以及耦合在所述第二输入节点与所述第二输出节点之间的第二二极管,其中所述第一输入节点和所述第二输入节点被耦合以接收AC电压;
AC电容器,具有相应地耦合到所述第一输入节点与所述第二输入节点的第一电极和第二电极;以及
控制电路,被配置为检测在所述AC电容器的所述第一电极和所述第二电极处的所述AC电压的接收的中断,并且响应于检测到所述中断而同时对所述第一晶闸管和所述第二晶闸管施加相同的栅极电流,以提供用于将在所述AC电容器上的电压放电的电路路径。
27.根据权利要求26所述的电子电路,其特征在于,所述第一晶闸管和所述第二晶闸管中的一个晶闸管响应于所述栅极电流的同时施加而在反向方向上导通。
28.根据权利要求26所述的电子电路,其特征在于,所述栅极电流被持续地施加。
29.根据权利要求26所述的电子电路,其特征在于,所述栅极电流以脉冲施加。
30.根据权利要求26所述的电子电路,其特征在于,在存在所述AC电压的情况下,还利用脉冲控制所述第一晶闸管和所述第二晶闸管以整流所述AC电压。
31.根据权利要求26所述的电子电路,其特征在于,所述第一晶闸管和所述第二晶闸管是阴极栅极晶闸管。
32.根据权利要求26所述的电子电路,其特征在于,所述第一晶闸管和所述第二晶闸管是阳极栅极晶闸管。
33.根据权利要求26所述的电子电路,其特征在于,如果所述AC电压的被中断接收持续长于第一阈值的时间段,则所述控制电路检测到所述AC电压的接收的中断,其中所述第一阈值是所述AC电压的至少一个半周期。
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