CN216851779U - 电压转换器 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及电压转换器。电压转换器在第一与第二节点之间传递输出电压。电压转换器包括在第一与第二节点之间与电阻器串联耦合的电容器。电阻器与双向开关并联耦合，双向开关在其控制端子处接收以第二节点为参考的正偏置电压。双向开关包括：第一双向可控硅，具有耦合到第一节点的第一阳极和耦合到第二节点的第二阳极；以及第二双向可控硅，耦合在第一双向可控硅的栅极与第二节点之间，第二双向可控硅由正偏置电压控制。

Description

电压转换器

技术领域

本公开总体上涉及电子装置，并且更具体地涉及AC/DC转换器、即电压转换器。本公开一般适用于使用整流桥作为AC/DC转换器的任何电路。

背景技术

基于可控整流元件、例如晶闸管(或SCR，即可控硅整流器)或非可控整流元件、例如组装为整流桥的二极管的许多AC/DC转换器架构由AC供电电压和输送直流电压是已知的。

通常希望限制涌入电流，即只要整流桥输出处的电容器两端的电压未达到足够的水平，在交流电压的每个半波上出现的电流峰值，特别是在启动阶段。

本领域需要克服已知电压转换器的全部或部分缺点。

实用新型内容

本文的实施例克服了已知光电装置的全部或部分缺点，有助于实现以下优点：衰减可能导致对组件损坏的峰值而不衰减峰值之外的电流。

一个实施例提供了一种电压转换器，在第一节点与第二节点之间传递输出电压，该电压转换器是或包括与电阻器串联耦合在第一节点与第二节点之间的电容器，该电阻器并联耦合到双向开关，双向开关在其控制端子处接收以第二节点为参考的正偏置电压。所述双向开关包括：第一双向可控硅，具有耦合到所述第一节点的第一阳极和耦合到所述第二节点的第二阳极；以及第二双向可控硅，耦合在所述第一双向可控硅的栅极与所述第二节点之间，所述第二双向可控硅由所述正偏置电压控制。

根据一个实施例，转换器可以包括电压整流桥。电压整流桥耦合在所述第一节点与所述第二节点之间。

根据一个实施例，控制电流被注入到控制端子中，并且对于控制电流的第一值，开关阻止正电流从第一节点流到第二节点。对于控制电流的第二值，开关允许正电流从第一节点流到第二节点。

根据一个实施例，控制电流被注入所述双向开关的控制端子，并且如果所述控制电流具有第一值，则所述双向开关阻止正电流从所述第一节点到所述第二节点的流动，并且如果所述控制电流具有不同于所述第一值的第二值，则所述双向开关允许所述正电流从所述第一节点到所述第二节点的流动。

根据一个实施例，从第二节点流动到第一节点的负电流与控制电流无关。

根据一个实施例，开关可以是或包括二极管，其阴极耦合到第一节点并且其阳极耦合到第二节点。

根据一个实施例，开关可以是或包括晶闸管，其阴极耦合到第二节点并且其阳极耦合到第一节点，晶闸管在其栅极上接收偏置电压，控制电流被注入到该栅极。

根据一个实施例，开关可以是或包括耦合在晶闸管的阳极和晶闸管的栅极之间的瞬态电压抑制器电路。

根据一个实施例，开关可以是或包括第一双向可控硅，第一双向可控硅的第一阳极耦合到第一节点并且第一双向可控硅的第二阳极耦合到第二节点。

根据一个实施例，开关可以是或包括耦合在第一双向可控硅的栅极和第二节点之间的第二双向可控硅，第二双向可控硅由控制电流控制。

根据一个实施例，第二双向可控硅的第一阳极耦合到第二节点并且第二双向可控硅的第二阳极耦合到第一双向可控硅的栅极。

根据一个实施例，开关可以是或包括耦合在第一双向可控硅的栅极与第二节点之间的瞬态电压抑制器电路。

根据一个实施例，瞬态电压抑制器电路可以是瞬变电压抑制 (transil)二极管。

本文还公开了一种电压转换器，包括：整流桥，具有直接电连接到第一节点和第二节点的第一输出和第二输出，其中在整流桥的第一输入与第二输入之间接收输入电压；电容，直接电连接于第一节点与第三节点之间；电阻，直接电连接于第三节点与第二节点之间；和双向开关，直接电连接于第三节点与第二节点之间，双向开关具有控制端子，其中控制端子接收控制信号。

双向开关可以包括：第一双向可控硅，具有直接电连接到第三节点的第一阳极和直接电连接到第二节点的第二阳极，第一双向可控硅还具有直接电连接到第四节点的栅极；和第二双向可控硅，具有直接电连接到第一双向可控硅的栅极的第一阳极和直接电连接到第二节点的第二阳极，第二双向可控硅具有接收控制信号的栅极。

根据一个实施例，电压转换器还包括直接电连接在所述第四节点与所述第二节点之间的瞬态电压抑制器电路。

瞬态电压抑制器电路可以直接电连接在第四节点与第二节点之间。

根据一个实施例，瞬态电压抑制器电路可以是transil二极管。

根据一个实施例，双向开关可以包括：二极管，具有直接电连接到第三节点的阴极和直接电连接到第二节点的阳极；和晶闸管，具有直接电连接到第三节点的阳极、直接电连接到第二节点的阴极、以及直接电连接到第四节点的栅极，其中栅极接收控制信号。

根据一个实施例，电压转换器还包括直接电连接在所述第三节点与所述第四节点之间的瞬态电压抑制器电路。瞬态电压抑制器电路可以直接电连接在第三节点与第四节点之间。

根据一个实施例，瞬态电压抑制器电路包括瞬变电压抑制二极管。瞬态电压抑制器电路可以是transil二极管。

附图说明

上述特征和优点以及其他特征和优点将在以下通过举例而非限制的方式给出的具体实施例的描述中参照附图进行详细描述，其中：

图1示意性地示出了本文公开的电压转换器的实施例；

图2更详细地示出了本文公开的电压转换器的实施例；以及

图3更详细地示出了本文公开的电压转换器的另一个实施例。

具体实施方式

在各图中，相同的特征由相同的参考标记表示。具体而言，各实施例中常见的结构和/或功能特征可以具有相同的参考，并且可以设置相同的结构、尺寸和材料属性。

为清晰起见，已详细说明和描述了有助于理解本文所述实施例的步骤和元素。具体而言，电压转换器的实施例的各种可能应用并未详述。

除非另有说明，当提及连接在一起的两个元件时，这表示除了导体之外没有任何中间元件的直接连接，而当提及连接在一起的两个元件时，这表示这两个元件可以连接或可以通过一个或多个其他元件连接。

在以下公开中，除非另有说明，当提及绝对位置限定词时，例如术语“前”、“后”、“顶”、“底”、“左”、“右”等，或相对位置限定词，例如术语“上方”、“下方”、“较高”、“较低”等，或方向限定词，例如“水平”、“垂直”等，参考图中所示的方向。

除非另有说明，表述“大约”、“大约”、“基本上”和“以……的顺序”表示在10％以内，优选在5％以内。

图1示意性地示出了电压转换器10的实施例。

电压转换器10接收电压Vin作为输入。换言之，转换器10包括两个输入节点12和14，电压Vin在节点12与14之间传递。例如，输入节点12和14耦合在交流电压源(未示出)的两端，交流电压源可以例如是配电系统。

转换器10输出输出电压Vout。电压Vout例如是直流电压。在两个节点16与18之间传递电压Vout。节点18对应于参考电位，例如地。电压Vout以节点18上的参考电位为参考。

转换器10包括接收电压Vin和传递电压Vout的电路20。电路20 耦合、优选地连接到输入节点12和14以及输出节点16和18。电路 20包括整流桥，其细节未在图1中示出。

转换器10包括串联耦合在输出节点16与18之间的电容器22和电阻器(R)24。更具体地，电容器22的端子之一耦合、优选地连接到节点16。电容器耦合、优选地连接到节点26。电阻器24的一端子耦合、优选地连接到节点26。电阻器24的另一端子耦合、优选地连接到节点18。

转换器10还包括电路28。电路28的一个端子耦合、优选地连接到节点26。电路28的另一个端子耦合、优选地连接到节点18。电路 28包括控制输入或端子。控制输入接收控制信号Comm，更具体地，以节点18上的电压为参考的正偏置电压，换言之，以与输出电压相同的电压为参考(即，例如以地为参考)，控制输入还接收控制电流。

电路28对应于双向开关。换言之，电流可以沿一个方向或沿相反方向流过电路28。换句话说，正电流可以从节点26流向节点18，而负电流可以从节点18流向节点26。至少一个方向，即从节点26 到节点18的方向对应于正电流，可由控制信号Comm控制。因此，优选地，对于控制电流的一个或多个第一值，电路28将正电流从节点26传导至节点18，并且对于控制电流的一个或多个第二值阻止 (即，防止流动)负电流。

根据一个实施例，无论控制信号Comm的值是什么，负电流都会流动。

根据另一个实施例，对于具有(一个或多个)第一值中的一个值的信号Comm，负电流由电路28传导，并且对于具有(一个或多个) 第二值中的一个值的信号Comm，负电流被电路28阻断。换句话说， (一个或多个)第一值使电流能够在两个方向上流动，而(一个或多个)第二值阻止电流在两个方向上流动。

在转换器开始操作时，电流峰值通常出现在流经电容器22的电流中。这样的电流峰值可能导致对组件的损坏。为了限制这样的电流峰值，需要使电流通过电阻器24以衰减峰值而不衰减峰值之外的电流。因此，电路28阻止正电流从节点26通过包括电路28的支路流到节点18，并确保电流流过电阻器24。换言之，在可能包括电流峰值的时段期间，即，在转换器启动时，控制电流的值使得在电路28 的输入与输出之间阻断正电流，并且使得所述正电流流过电阻器。

当这样的电流峰值出现在转换器的启动时，电流从节点16流到节点18。因此，阻止流过电路28的负电流通常是没有用的。

图2更详细地示出了电压转换器50的实施例。转换器50是图1 的转换器10的实施例。因此，转换器50包括电容器22、电路28和电路20，耦合如关联图1所述。

电路20包括整流桥。在图2的示例中，整流桥是二极管整流桥。因此，整流桥包括四个二极管52、54、56和58。

二极管52和56串联耦合在节点16与节点18之间，即输出节点之间、即输出电压Vout施加的节点之间。更具体地，二极管52耦合在节点16与节点60之间，并且二极管56耦合在节点60与节点18 之间。换言之，二极管52的阴极耦合、优选地连接到节点16，并且二极管52的阳极耦合、优选地连接到节点60。此外，二极管56的阴极耦合、优选地连接到节点60，并且二极管56的阳极耦合、优选地连接到节点18。

二极管54和58串联耦合在节点16与节点18之间，即输出节点之间，即输出电压Vout施加的节点之间。更具体地，二极管54耦合在节点16与节点62之间，并且二极管58耦合在节点62与节点18 之间。换言之，二极管54的阴极耦合、优选地连接到节点16，并且二极管的阳极54耦合、优选地连接到节点62。此外，二极管58的阴极耦合、优选地连接到节点62，并且二极管58的阳极耦合、优选地连接到节点18。

因此，整流桥包括并联耦合的两个支路，每个支路包括两个串联耦合的二极管，二极管52和56或二极管54和58。同一支路的二极管串联耦合，使得这两个二极管中的一个二极管的阴极耦合、优选地连接到另一个二极管的阳极。

作为变体，二极管52、54、56和58中的至少一些可以用能够形成整流桥的另一电子部件代替。例如，二极管52、54、56和58中的至少一个，例如二极管52、54、56和58中的两个，可以用可控元件代替，例如晶闸管或晶体管。

例如，电路20包括电感64和66。电感64例如耦合在节点60与输入节点12之间。电感66例如耦合在节点62与输入节点14之间。更具体地，电感64的一个端子耦合、优选连接到节点60，电感64 的另一个端子耦合、优选连接到节点12。类似地，电感66的一个端子耦合、优选连接到节点62并且和电感66的另一个端子耦合、优选连接到节点14。

电路28包括二极管68。二极管68耦合在节点26与节点18之间。二极管68反向耦合。换言之，二极管68被耦合以允许负电流从节点 18流到节点26。换言之，二极管68的阴极耦合、优选地连接到节点 26。二极管68的阳极被耦合、优选地连接到节点18。二极管68因此与电阻器24并联。

电路28包括晶闸管70。晶闸管70耦合在节点26与节点18之间。晶闸管70耦合以允许正电流从节点26流到节点18。换言之，晶闸管 70的阴极耦合、优选地连接到节点18。晶闸管70的阳极耦合、优选地连接到节点26。晶闸管70因此与电阻器24并联耦合。晶闸管70 因此与二极管68并联耦合并头尾相连。

晶闸管70例如是阴极-栅极晶闸管。晶闸管在其栅极上接收以节点18为参考的电压。晶闸管栅极接收控制信号Comm的偏置电压。晶闸管的栅极因此被以节点18为参考的正电压偏置。控制电流被注入栅极以确定晶闸管的导通或关断状态。

在转换器启动时，正电流从节点26流到节点18。在启动时，控制电流具有能够导通晶闸管70的值。此外，二极管68不传导从节点 26流动到节点18的电流。电流因此流过电阻器24，这使得启动时出现的电流峰值衰减。

在启动之后，即在启动时产生的电流峰值之后，控制电流取导通晶闸管70的值。因此，在操作期间、即在转换器的稳态期间，根据电流的方向，电流至少部分地、优选地大部分地流过二极管68或晶闸管70。

优选地，电路28包括瞬态电压抑制器TSV电路72。当系统关闭时，即当电容器22放电并且晶闸管70被阻断(这意味着晶闸管70 没有接收对应于导通状态的控制信号)时，电路72能够避免瞬态电压或过电压可能对转换器造成的损坏。例如，在闪电引起的过电压期间，强电流流过电容器22和电阻器24。在该电流的作用下，电阻器 24端子两端的电压升高并达到电路72的阈值电压。一旦达到该阈值电压，通过触发晶闸管70并使得晶闸管变为导通状态，电流从节点 26通过电路72流到节点18。晶闸管70通过变为导通而使电阻器24 短路并停止电压达到转换器的临界值。例如，电路72是transil二极管，例如单向transil二极管。优选地，电路72耦合在节点26与晶闸管70的栅极之间。电路72的一个端子例如耦合、优选地连接到节点 26并且电路72的另一个端子例如耦合、优选地连接到节点18。

优选地，如果晶闸管70两端的电压例如大于50V，优选地大于 100V，优选地大于200V，则电路72被配置为在晶闸管70的栅极与节点26之间形成短路。因此，当晶闸管70两端的电压大于选定的阈值时，晶闸管在其栅极接收节点26处的电压并导通，从而允许晶闸管中的电流峰值耗散，同时对影响由电压Vout供电的电路的电压进行限制。

图3更详细地示出了电压转换器80的实施例。转换器80是图1 的转换器10的实施例。因此，转换器80包括电容器22、电路28和电路20，耦合如关联图1所述。在图3的示例中，电路20包括以相同方式耦合的与关联图2描述的电路20相同的元件。图3的电路20 因此与图2的电路20相同。

图3的转换器80与图2的转换器50的不同之处在于电路28的组成。图3的电路28包括耦合在节点26与节点18之间的双向可控硅82。换言之，双向可控硅82的一个端子，优选地是第一阳极、即栅极侧的阳极，耦合、优选地连接到节点26，并且双向可控硅82的另一个端子、例如第二阳极，耦合、优选地连接到节点18。

优选地，双向可控硅82能够在第一象限Q1和第三象限Q3中操作。第一象限Q1表示如下操作状态，其中电流从节点18流到节点 26的，节点18上的电压大于节点26上的电压，并且双向可控硅82 的栅极中的电流流向双向可控硅82。第三象限Q3表示如下操作状态，其中电流从节点26流到节点18，节点26上的电压大于节点18上的电压，双向可控硅82的栅极中的电流从双向可控硅82流出。

双向可控硅82优选能够承受高电流，例如，在230V电压下的功率范围为500W至10kW。

电路28还包括耦合在双向可控硅82的栅极与节点18之间的双向可控硅84。换言之，双向可控硅84的端子、优选地是第一阳极，耦合优选地连接到节点18，并且双向可控硅84的另一端子、例如第二阳极，耦合、优选地连接到双向可控硅82的栅极。双向可控硅84 在其栅极上接收控制电流Comm以控制双向可控硅84。此外，双向可控硅84的栅极被偏置电压偏置。因此，双向可控硅84的栅极被偏置到以节点18为参考的正电压。

优选地，双向可控硅84能够在第一象限Q1和第四象限Q4中操作。第四象限Q4表示如下操作状态，其中电流从节点26流到节点 18，节点26上的电压大于节点18上的电压，并且双向可控硅84的栅极中的电流流向双向可控硅84。

在转换器启动时，正电流从节点26流到节点18。控制电流在启动时具有一个值，例如零值，从而能够关断双向可控硅84。因此，双向可控硅82关断。电流因此流过电阻器24，这使得能够降低在启动时出现的电流峰值。

启动后，即在启动时产生的电流峰值后，控制电流取一个值导通双向可控硅84，从而导通双向可控硅82。因此，在操作期间，即在稳态期间在转换器中，电流至少部分流过、最好大部分流过双向可控硅82。

优选地，电路28包括瞬态电压抑制器TSV电路86。电路86能够避免在系统关闭时可能由过电流对转换器造成的损坏，例如，由闪电引起的过电流。例如，电路86是transil二极管。优选地，电路86 耦合在节点18与双向可控硅82的栅极之间。电路86的一个端子例如耦合、优选地连接到节点18并且电路86的另一个端子例如耦合、优选地连接到双向可控硅82。

优选地，如果双向可控硅82两端的电压例如大于50V，优选地大于100V，优选地大于200V，则电路86被配置为在双向可控硅82 的栅极与节点18之间形成短路。因此，当双向可控硅82两端的电压大于选定阈值时，双向可控硅82在其栅极上接收节点18上的电压并导通，从而允许双向可控硅82中的电流峰值耗散。

所描述的实施例的优点在于，它们能够在转换器启动时衰减电容器22中的电流峰值。

所描述的实施例的优点在于，它们能够使用电路28的控制信号，该控制信号参考与电路中已经存在的其他电压相同的节点，例如，在与电压Vout相同的节点处。因此不必提供不同的辅助电源，并且可以使用装置中已经存在的电压。

已经描述了各种实施例和变体。本领域技术人员将理解，可以组合这些各种实施例和变体的某些特征，并且本领域技术人员将想到其他变体。

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施在本领域技术人员的能力范围内。

Claims (14)

1.一种电压转换器，在第一节点与第二节点之间传送输出电压，其特征在于，所述电压转换器包括：

电容器，与电阻器串联耦合在所述第一节点与所述第二节点之间；以及

双向开关，与所述电阻器并联耦合，其中所述双向开关被配置为在所述双向开关的控制端子处接收以所述第二节点为参考的正偏置电压；

其中所述双向开关包括：第一双向可控硅，具有耦合到所述第一节点的第一阳极和耦合到所述第二节点的第二阳极；以及第二双向可控硅，耦合在所述第一双向可控硅的栅极与所述第二节点之间，所述第二双向可控硅由所述正偏置电压控制。

2.根据权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，所述电压转换器还包括耦合在所述第一节点与所述第二节点之间的电压整流桥。

3.根据权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，控制电流被注入所述双向开关的控制端子，并且如果所述控制电流具有第一值，则所述双向开关阻止正电流从所述第一节点到所述第二节点的流动，并且如果所述控制电流具有不同于所述第一值的第二值，则所述双向开关允许所述正电流从所述第一节点到所述第二节点的流动。

4.根据权利要求3所述的电压转换器，其特征在于，从所述第二节点流动到所述第一节点的负电流与所述控制电流无关。

5.根据权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，所述第二双向可控硅的第一阳极耦合到所述第二节点，并且所述第二双向可控硅的第二阳极耦合到所述第一双向可控硅的所述栅极。

6.根据权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，所述双向开关包括耦合在所述第一双向可控硅的所述栅极与所述第二节点之间的瞬态电压抑制器电路。

7.根据权利要求6所述的电压转换器，其特征在于，所述瞬态电压抑制器电路包括瞬变电压抑制二极管。

8.一种电压转换器，其特征在于，所述电压转换器包括：

整流桥，具有直接电连接到第一节点和第二节点的第一输出和第二输出，其中在所述整流桥的第一输入与第二输入之间接收输入电压；

电容，直接电连接于所述第一节点与第三节点之间；

电阻，直接电连接于所述第三节点与所述第二节点之间；以及

双向开关，直接电连接于所述第三节点与所述第二节点之间，所述双向开关具有控制端子，其中所述控制端子接收控制信号。

9.根据权利要求8所述的电压转换器，其特征在于，所述双向开关包括：

第一双向可控硅，具有直接电连接到所述第三节点的第一阳极和直接电连接到所述第二节点的第二阳极，所述第一双向可控硅还具有直接电连接到第四节点的栅极；以及

第二双向可控硅，具有直接电连接到所述第一双向可控硅的栅极的第一阳极和直接电连接到所述第二节点的第二阳极，所述第二双向可控硅具有接收所述控制信号的栅极。

10.根据权利要求9所述的电压转换器，其特征在于，所述电压转换器还包括直接电连接在所述第四节点与所述第二节点之间的瞬态电压抑制器电路。

11.根据权利要求10所述的电压转换器，其特征在于，所述瞬态电压抑制器电路包括瞬变电压抑制二极管。

12.根据权利要求8所述的电压转换器，其特征在于，所述双向开关包括：

二极管，具有直接电连接到所述第三节点的阴极和直接电连接到所述第二节点的阳极；以及

晶闸管，具有直接电连接到所述第三节点的阳极、直接电连接到所述第二节点的阴极、以及直接电连接到第四节点的栅极，其中该栅极接收所述控制信号。

13.根据权利要求12所述的电压转换器，其特征在于，所述电压转换器还包括直接电连接在所述第三节点与所述第四节点之间的瞬态电压抑制器电路。

14.根据权利要求13所述的电压转换器，其特征在于，所述瞬态电压抑制器电路包括瞬变电压抑制二极管。

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