電容器式分壓整流穩(wěn)壓電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電容器式分壓整流穩(wěn)壓電路，在交流電整流過程中，利用一只自關(guān)斷器件可控特性和二極管單向?qū)щ娞匦?，將兩只電容器串?lián)充電后，由自關(guān)斷器件控制第一只電容器對(duì)第二只電容器進(jìn)行放電，第二只電容器的端電壓作為輸出電壓；當(dāng)輸出電壓高于預(yù)定電壓時(shí)，由另一只自關(guān)斷器件控制第三只容量較小的電容器經(jīng)限流電感與第二只電容器并聯(lián)，以達(dá)到對(duì)直流電輸出值的調(diào)整。本發(fā)明簡(jiǎn)化了從交流電到直流電的穩(wěn)壓變換過程，突破性地利用并聯(lián)電容器達(dá)到分壓整流穩(wěn)壓的目的。用本發(fā)明設(shè)計(jì)的電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】電容器式分壓整流穩(wěn)壓電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種電容器式分壓整流穩(wěn)壓電路，特別涉及到利用電力電子技術(shù)控制電容器對(duì)交流電進(jìn)行分壓整流的穩(wěn)壓電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品不斷普及，作為電子產(chǎn)品必不可少的供電電源的直流穩(wěn)壓電源，應(yīng)用越來越廣泛?，F(xiàn)有的交流電轉(zhuǎn)換到直流電的方式大體分為兩種，一種是交流電先經(jīng)變壓器變壓至所需的電壓，進(jìn)而經(jīng)整流濾波后，再進(jìn)行穩(wěn)壓；另一種是交流電整流后，進(jìn)行開關(guān)變換成較高頻率的交流電，再依次經(jīng)變換頻率較高的變壓器或電感器變換、二次整流濾波、穩(wěn)壓后，輸出所需的直流電。第一種轉(zhuǎn)換方式雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但變壓器體積大、效率和功率因數(shù)低，給使用帶來不便；第二種轉(zhuǎn)換方式雖然采用了變換頻率高的變壓器和電感器，減小了電路體積，但存在高頻變換產(chǎn)生電磁諧波和污染，且該方式采用了二次整流，降低了轉(zhuǎn)換效率。因此，尋找一種無變壓器且體積小、效率和功率因數(shù)高的整流穩(wěn)壓電路，以滿足電子市場(chǎng)快速增長(zhǎng)的需求，是研究人員多年來一直努力解決的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有交流電轉(zhuǎn)換直流電的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種電容器式分壓整流穩(wěn)壓電路。本發(fā)明發(fā)揮了電解電容器體積小和容量大的優(yōu)勢(shì)，其工作原理是:在交流電整流過程中，利用自關(guān)斷器件可控特性和二極管單向?qū)щ娞匦?，?jīng)一只充電二極管對(duì)兩只串聯(lián)電容器充電后，由一只自關(guān)斷器件控制第一只電容器經(jīng)一只放電二極管對(duì)第二只電容器進(jìn)行放電控制；第二只電容器的兩端直流電壓作為輸出電壓，當(dāng)輸出電壓高于預(yù)定電壓時(shí)，由穩(wěn)壓電路控制另一只自關(guān)斷器件控制第三只容量較小的電容器經(jīng)限流電感與第二只電容器并聯(lián)，以達(dá)到對(duì)直流電輸出值的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)直流電的穩(wěn)壓輸出。本發(fā)明簡(jiǎn)化了從交流電到直流電的穩(wěn)壓變換過程，達(dá)到了利用電容器穩(wěn)壓的目的。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，一種電容器式分壓整流穩(wěn)壓電路由輸入端L和N、整流電路、驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路、調(diào)壓電路，穩(wěn)壓控制電路、輸出端E-、E+和負(fù)載Rfz構(gòu)成。該電路的工作步驟和物理過程是:交流電經(jīng)共模電感和濾波電容濾波后，由整流橋整流成脈動(dòng)直流電，經(jīng)隔離二極管和充電二極管對(duì)兩只串聯(lián)電容器進(jìn)行充電；當(dāng)輸入交流電壓低于第二只電容器的輸出電壓，隔離二極管的負(fù)極電壓為正時(shí)，第一只自關(guān)斷器件導(dǎo)通，控制第一只電容器經(jīng)放電二極管和第一只限流電感對(duì)第二只電容器進(jìn)行放電；當(dāng)隔離二極管的反向電壓降到低于第一只自關(guān)斷器件關(guān)斷電壓時(shí)，第一只自關(guān)斷器件關(guān)斷，第二只電容器的兩端電壓作為輸出電壓；當(dāng)輸出電壓因輸入交流電壓波動(dòng)大于正常值時(shí)，調(diào)壓電路內(nèi)陰陽極反向并聯(lián)有續(xù)流二極管的第二只自關(guān)斷器件控制第三只電容器經(jīng)第二只限流電感與第二只電容器并聯(lián)，第三只電容器放電由續(xù)流二極管實(shí)現(xiàn)，達(dá)到降低第二只電容器端電壓的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了電容器分壓整流的穩(wěn)壓輸出；存儲(chǔ)在第一只電感的電磁能經(jīng)第一只回能二極管釋放到第二只電容器中，第二只限流電感內(nèi)的電磁能經(jīng)第二只回能二極管釋放回第三只電容器。
[0005]所述的整流電路由共模電感L1、濾波電容器CL和整流橋DQ構(gòu)成；所述的驅(qū)動(dòng)電路由驅(qū)動(dòng)電阻R1、釋放電阻R2、穩(wěn)壓二極管dwl、隔離二極管Dl構(gòu)成；所述的開關(guān)電路由第一只電容器Cl和第二只電容器C2、放電二極管D2和充電二極管D3、限流電感L2、第一只回能二極管D4和自關(guān)斷器件Vl構(gòu)成；所述的調(diào)壓電路由第二只回能二極管D5、反向并聯(lián)有續(xù)流二極管D6的第二只自關(guān)斷器件V2、第三只電容器C3和限流電感L3構(gòu)成；所述的穩(wěn)壓控制電路由電壓比較器B、電阻R3、R4、R5和R6、穩(wěn)壓二極管dw2和dw3構(gòu)成。所述的自關(guān)斷器件可以采用功率三極管，功率場(chǎng)效應(yīng)管，IGBT和GTO等具有可控制關(guān)斷屬性的半導(dǎo)體功率器件。
[0006]一種電容器式分壓整流穩(wěn)壓電路的各電路連接關(guān)系如下，輸入端L連接至所述的整流電路內(nèi)共模電感LI的一個(gè)繞組，該繞組的另一端與所述的整流電路內(nèi)的整流橋DQ的交流輸入的一端相連，輸入端N與共模電感LI的另一個(gè)繞組的一端相連，該繞組的另一端與整流橋DQ的交流輸入的另一端相連；所述的整流電路內(nèi)的整流橋DQ的輸出正電位與輸出端的E+相連，整流橋DQ的輸出負(fù)電位與所述的驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)的隔離二極管Dl的負(fù)極相連；所述的驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電阻Rl的一端與輸出端E+相連，驅(qū)動(dòng)電阻Rl的另一端與驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)的穩(wěn)壓二極管dwl的負(fù)極和釋放電阻R2的一端以及所述的開關(guān)電路內(nèi)的自關(guān)斷器件Vl的驅(qū)動(dòng)極相連；釋放電阻R2的另一端與穩(wěn)壓二極管dwl的正極和隔離二極管Dl的正極相連接；所述的開關(guān)電路內(nèi)的第一只電容器Cl的負(fù)極與自關(guān)斷器件Vl的陰極和所述的驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)的隔離二極管Dl的正極相連，第一只電容器Cl的正極與放電二極管D2的正極和充電二極管D3的負(fù)極相連接，放電二極管D2的負(fù)極與輸出端的E+相連，充電二極管D3的正極與第二只電容器C2的負(fù)極和輸出端的E-相連，自關(guān)斷器件Vl的陽極與限流電感LI的一端和回能二極管D4的正極相連，限流電感LI的另一端與第二只電容器C2的負(fù)極相連，回能二極管D4的負(fù)極與輸出端E+相連接；所述的穩(wěn)壓控制電路內(nèi)的電壓比較器B的輸出端連接到所述的調(diào)壓電路內(nèi)的自關(guān)斷器件V2的驅(qū)動(dòng)極；輸出端E+和E-分別連接負(fù)載Rfz的正負(fù)極。`
[0007]當(dāng)輸入端N和L接入220V50HZ交流電時(shí)，經(jīng)由共模電感LI和濾波電容器CL組成的濾波電路濾波后，由整流橋DQ整流成脈動(dòng)直流電，經(jīng)隔離二極管Dl和充電電容器D3對(duì)電容器Cl和C2進(jìn)行串聯(lián)式充電，同時(shí)對(duì)負(fù)載Rfz供電。當(dāng)交流電電壓低于輸出直流電壓時(shí)，直流電流經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電阻R1，在穩(wěn)壓二極管dwl兩端有電壓產(chǎn)生，驅(qū)動(dòng)自關(guān)斷器件Vl導(dǎo)通，將存儲(chǔ)在電容器Cl內(nèi)的電荷經(jīng)放電二極管D2釋放到電容器C2 ;當(dāng)輸入交流電壓高于輸出直流電壓時(shí)，穩(wěn)壓二極管dwl兩端無電壓，自關(guān)斷器件Vl的驅(qū)動(dòng)極因釋放電阻R2放電而關(guān)斷。輸出電壓即電容器C2的端電壓的高低由電容器Cl和C2的容量比值決
定的；當(dāng)El為輸入電壓，E2為輸出電壓時(shí)，五2 = (1- c iC+2cy)^ I，當(dāng)因負(fù)載的變
換或輸入電壓的波動(dòng)造成電壓升高時(shí)，穩(wěn)壓控制電路內(nèi)的電阻R6和R4將輸出電壓變化量分壓給電壓比較器B的一個(gè)比較端，與電壓比較器B另一端的由穩(wěn)壓二極管dw3和電阻R3設(shè)定的電壓值進(jìn)行比較，控制自關(guān)斷器件V2導(dǎo)通，第三只電容器C3經(jīng)限流電感L3投入與電容器C2成并聯(lián)，將輸出電壓降低；當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，電壓比較器B控制自關(guān)斷器件V2關(guān)斷，存儲(chǔ)在限流電感L3的電荷經(jīng)續(xù)流二極管D6釋放到第三只電容器C3，第三只電容器C3存儲(chǔ)的電荷經(jīng)回能二極管D5釋放到負(fù)載Rfz和電容器C3中，達(dá)到自動(dòng)穩(wěn)壓輸出的目的。
[0008]本發(fā)明有益效果在于，由于采用了分壓整流，簡(jiǎn)化現(xiàn)有的整流電路，提高了效率，縮小了電源的體積。利用電容器與輸出電容器并聯(lián)，調(diào)整輸出電壓，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出，提高了輸出直流電的質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1電容器式分壓整流穩(wěn)壓電路原理圖
[0010]圖中標(biāo)號(hào):
[0011]I整流電路2驅(qū)動(dòng)電路
[0012]3開關(guān)電路4調(diào)壓電路
[0013]5穩(wěn)壓控制電路
[0014]圖2利用電容器式分壓整流穩(wěn)壓電路原理圖制作的排煙罩無刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源
[0015]圖中標(biāo)號(hào):
[0016]I整流電路2驅(qū)動(dòng)電路
[0017]3開關(guān)電路4調(diào)壓電路
[0018]5穩(wěn)壓控制電路
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0020]本發(fā)明是一種電容器式分壓整流穩(wěn)壓電路，圖1為電容器式分壓整流穩(wěn)壓電路原理圖。該電路由輸入端L和N、整流電路1、驅(qū)動(dòng)電路2、開關(guān)電路3、調(diào)壓電路4，穩(wěn)壓控制電路5、輸出端E-、E+和負(fù)載Rfz構(gòu)成。所述的整流電路I由共模電感L1、濾波電容器CL和整流橋DQ構(gòu)成；所述的驅(qū)動(dòng)電路2由驅(qū)動(dòng)電阻R1、釋放電阻R2、穩(wěn)壓二極管dwl、隔離二極管Dl構(gòu)成；所述的開關(guān)電路3由第一只電容器Cl和第二只電容器C2、放電二極管D2和充電二極管D3、限流電感L2、第一只回能二極管D4和自關(guān)斷器件Vl構(gòu)成；所述的調(diào)壓電路4由第二只回能二極管D5、反向并聯(lián)有續(xù)流二極管D6的第二只自關(guān)斷器件V2、第三只電容器C3和限流電感L3構(gòu)成；所述的穩(wěn)壓控制電路5由電壓比較器B、電阻R3、R4、R5和R6、穩(wěn)壓二極管dw2和dw3構(gòu)成。
[0021]一種電容器式分壓整流穩(wěn)壓電路的各電路連接關(guān)系如下，所述的整流電路內(nèi)I的整流橋DQ的輸出負(fù)電位與所述的驅(qū)動(dòng)電路2內(nèi)的隔離二極管Dl的負(fù)極相連；所述的驅(qū)動(dòng)電路2內(nèi)的穩(wěn)壓二極管dwl的負(fù)極和釋放電阻R2的一端以及所述的開關(guān)電路3內(nèi)的自關(guān)斷器件Vl的驅(qū)動(dòng)極相連接；所述的開關(guān)電路3內(nèi)的第一只電容器Cl的負(fù)極與自關(guān)斷器件Vl的陰極和所述的驅(qū)動(dòng)電路2內(nèi)的隔離二極管Dl的正極相連，所述的穩(wěn)壓控制電路5內(nèi)的電壓比較器B的輸出端連接到所述的調(diào)壓電路4內(nèi)的自關(guān)斷器件V2的驅(qū)動(dòng)極。
[0022]工作時(shí)，輸入端L和N接入市電交流電，交流電經(jīng)共模電感LI和濾波電容器CL濾波后，由整流橋DQ整流成脈動(dòng)直流電，經(jīng)隔離二極管Dl和充電電容器D3對(duì)電容器Cl和C2進(jìn)行串聯(lián)式充電，同時(shí)對(duì)負(fù)載Rfz供電。當(dāng)交流電電壓低于輸出直流電壓時(shí)，直流電流經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路2內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電阻Rl，穩(wěn)壓二極管dwl兩端有電壓產(chǎn)生，驅(qū)動(dòng)自關(guān)斷器件Vl導(dǎo)通，將存儲(chǔ)在電容器Cl內(nèi)的電荷經(jīng)放電二極管D2釋放到電容器C2 ;當(dāng)輸入交流電壓高于輸出直流電壓時(shí)，穩(wěn)壓二極管dwl兩端無電壓，自關(guān)斷器件Vl的驅(qū)動(dòng)極因釋放電阻R2放電而關(guān)斷。當(dāng)因負(fù)載的變換或輸入電壓的波動(dòng)造成電壓升高時(shí)，穩(wěn)壓控制電路5內(nèi)的電阻R6和R4將輸出電壓變化量分壓給電壓比較器B的一個(gè)比較端，與電壓比較器B的另一端的由穩(wěn)壓二極管dw3和電阻R3設(shè)定的電壓值進(jìn)行比較，控制自關(guān)斷器件V2導(dǎo)通，電容器C3經(jīng)限流電感L3投入與輸出電容器C2成并聯(lián)，將輸出直流電壓自動(dòng)穩(wěn)定在一定范圍。
[0023]圖2是利用電容器式分壓整流穩(wěn)壓電路原理圖制作的排煙罩無刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，該驅(qū)動(dòng)電壓與圖1的不同點(diǎn)是將穩(wěn)壓控制電路內(nèi)的電阻R4改為可調(diào)電阻，以實(shí)現(xiàn)無刷電機(jī)的調(diào)速，滿足無刷電機(jī)的要求。在相同條件下，無刷直流電機(jī)較現(xiàn)有的排煙罩交流電機(jī)轉(zhuǎn)速高，普通交流電阻轉(zhuǎn)速只能達(dá)到2800轉(zhuǎn)/分，無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)12000轉(zhuǎn)/分，進(jìn)而提高了排風(fēng)吸力。用本發(fā)明制成的排煙罩無刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源具有體積小、效率和功率因數(shù)高、可調(diào)速且可制作各種接口、便于控制等優(yōu)點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種電容器式分壓整流穩(wěn)壓電路，其特征在于:在交流電整流過程中，利用自關(guān)斷器件可控特性和二極管單向?qū)щ娞匦裕?jīng)一只充電二極管對(duì)兩只串聯(lián)電容器充電后，由一只自關(guān)斷器件控制第一只電容器經(jīng)一只放電二極管對(duì)第二只電容器進(jìn)行放電控制；第二只電容器的兩端直流電壓作為輸出電壓，當(dāng)輸出電壓高于預(yù)定電壓時(shí)，由穩(wěn)壓電路控制另一只自關(guān)斷器件控制第三只容量較小的電容器經(jīng)限流電感與第二只電容器并聯(lián)，以達(dá)到對(duì)直流電輸出值的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)直流電的穩(wěn)壓輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電容器式分壓整流穩(wěn)壓電路，其特征在于:該電路由輸入端L和N、整流電路(I)、驅(qū)動(dòng)電路(2)、開關(guān)電路(3)、調(diào)壓電路(4)，穩(wěn)壓控制電路(5)、輸出端E-、E+和負(fù)載Rfz構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種電容器式分壓整流穩(wěn)壓電路，其特征在于:所述的整流電路(I)由共模電感L1、濾波電容器CL和整流橋DQ構(gòu)成；所述的驅(qū)動(dòng)電路(2)由驅(qū)動(dòng)電阻R1、釋放電阻R2、穩(wěn)壓二極管dwl、隔離二極管Dl構(gòu)成；所述的開關(guān)電路(3)由第一只電容器Cl和第二只電容器C2、放電二極管D2和充電二極管D3、限流電感L2、第一只回能二極管D4和自關(guān)斷器件Vl構(gòu)成；所述的調(diào)壓電路(4)由第二只回能二極管D5、反向并聯(lián)有續(xù)流二極管D6的第二只自關(guān)斷器件V2、第三只電容器C3和限流電感L3構(gòu)成；所述的穩(wěn)壓控制電路(5)由電壓比較器B、電阻R3、R4、R5和R6、穩(wěn)壓二極管dw2和dw3構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3所述的一種電容器式分壓整流穩(wěn)壓電路，其特征在于:輸入端L連接至所述的整流電路(I)內(nèi)共模電感LI的一個(gè)繞組，該繞組的另一端與所述的整流電路(I)內(nèi)的整流橋DQ的交流輸入的一端相連，輸入端N與共模電感LI的另一個(gè)繞組的一端相連，該繞組的另一端與整流橋DQ的交流輸入的另一端相連；所述的整流電路(I)內(nèi)的整流橋DQ的輸出正電位與輸出端的E+相連，整流橋DQ的輸出負(fù)電位與所述的驅(qū)動(dòng)電路(2)內(nèi)的隔離二極管Dl的負(fù)極相連；所述的驅(qū)動(dòng)電路⑵內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電阻Rl的一端與輸出端E+相連，驅(qū)動(dòng)電阻Rl的另一端與所述的驅(qū)動(dòng)電路(2)內(nèi)的穩(wěn)壓二極管dwl的負(fù)極和釋放電阻R2的一端以及所述的開關(guān)電路(3)內(nèi)的自關(guān)斷器件Vl的驅(qū)動(dòng)極相連；釋放電阻R2的另一端與穩(wěn)壓二極管dwl的正極和隔離二極管Dl的正極相連接；所述的開關(guān)電路(3)內(nèi)的第一只電容器Cl的負(fù)極與自關(guān)斷器件Vl的陰極和所述的驅(qū)動(dòng)電路(2)內(nèi)的隔離二極管Dl的正極相連，第一只電容器Cl的正極與放電二極管D2的正極和充電二極管D3的負(fù)極相連接，放電二極管D2的負(fù)極與輸出端的E+相連，充電二極管D3的正極與第二只電容器C2的負(fù)極和輸出端的E-相連，自關(guān)斷器件Vl的陽極與限流電感LI的一端和回能二極管D4的正極相連，限流電感LI的另一端與第二只電容器C2的負(fù)極相連，回能二極管D4的負(fù)極與輸出端E+相連；所述的穩(wěn)壓控制電路(5)內(nèi)的電壓比較器B的輸出端連接到所述的調(diào)壓電路⑷內(nèi)的自關(guān)斷器件V2的驅(qū)動(dòng)極；輸出端E+和E-分別連接負(fù)載Rfz的正負(fù)極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、3和4中所述的一種電容器式分壓整流穩(wěn)壓電路，其特征在于:所述的自關(guān)斷器件可以采用功率三極管，功率場(chǎng)效應(yīng)管，IGBT和GTO等具有可控制關(guān)斷屬性的半導(dǎo)體功率器件。
【文檔編號(hào)】H02M3/156GK103501121SQ201310495460
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】張煒, 李香龍 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)