專利名稱：全波整流電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全波整流電路。
由于如

圖1a、圖1b和圖2所示的以上3種基本整流電路都存在不足，為解決這些問題，人們不得不設(shè)計(jì)隔離裝置，使直流電源的輸出與輸入隔離，避免在輸出端產(chǎn)生危險(xiǎn)電壓，隔離方法有兩種采用工頻變壓器隔離及采用高頻變壓器隔離。如圖3a和圖3b所示，為解決基本整流器所存在的問題，隔離整流電路的復(fù)雜性比基本整流電路大大增加。采用工頻變壓器隔離的方式存在工頻變壓器體積龐大的缺點(diǎn)，采用高頻變壓器隔離的方式需要增加DC/AC逆變環(huán)節(jié)，將市電整流后的直流變換為高頻交流，然后經(jīng)過高頻變壓器隔離輸出，再經(jīng)過一個(gè)高頻整流器整流后才能得到需要的電源，這個(gè)過程中需要用到大量的半導(dǎo)體器件。這兩種方式的共同缺點(diǎn)是增加了整流器的體積和重量，增加成本，功率轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的增多也使效率下降，發(fā)熱增加，要求有更嚴(yán)格的散熱措施。
在一些應(yīng)用場(chǎng)合，如蓄電池充電、電焊機(jī)、電鍍等，要求有一種較簡(jiǎn)單的整流電路，既能夠滿足輸出端不帶危險(xiǎn)電壓的要求，又需要比較簡(jiǎn)單，以提高效率降低成本。上述的裝置都不能滿足這個(gè)要求。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種全波整流電路，一種全波整流電路，包括同向連接的第一整流管(D3)、第二整流管(D5)，其特征是還包括輸入電感(L1)和直流變換器(1)，輸入電感(L1)一端連接在輸入交流電源火線上，另一端連接第一整流管(D3)的陽極和第二整流管(D5)的陰極；直流變換器(1)的兩個(gè)輸入端分別連接第一整流管(D3)的陰極和第二整流管(D5)的陽極，其輸出端為整個(gè)全波整流電路的輸出端，其中一個(gè)輸出端與輸入電源零線相連；該直流變換器(1)在輸入交流電源的正負(fù)半周中的一個(gè)半周內(nèi)，其輸出極性與輸入交流電源的極性相同，另一個(gè)半周內(nèi)，其輸出極性與輸入交流電源的極性相反。
本發(fā)明還提出一種全波整流方法，其特征是將整流后的一個(gè)輸出端與輸入交流電源的零線短接；在輸入交流電源的正負(fù)半周時(shí)，分別對(duì)輸入交流電進(jìn)行直流變換，其中在輸入交流電源的正負(fù)半周中的一個(gè)半周內(nèi)，直流變換后的輸出極性與輸入交流電源的極性相同，另一個(gè)半周內(nèi)，直流變換后的輸出極性與輸入交流電源的極性相反。
由于采用了以上的方案，整流橋的一個(gè)交流輸入端連接在輸入交流電源零線上，直流變換器一個(gè)輸出端與輸入電源零線相連，零線貫通，無電擊危險(xiǎn)；直流變換器在輸入交流電源的正負(fù)半周中的一個(gè)半周內(nèi)，其輸出極性與輸入交流電源的極性相同，另一個(gè)半周內(nèi)，其輸出極性與輸入交流電源的極性相反，兩個(gè)半周內(nèi)輸出電壓幅值相等，輸入正負(fù)半周都能工作，輸入電流可以對(duì)稱，可以只接一個(gè)負(fù)載，無負(fù)載平衡問題，利用直流變換器的變換特性，電路適配性能好；且由于不需要隔離電路，只需一個(gè)開關(guān)管及其它簡(jiǎn)單元件，電路簡(jiǎn)單；而根據(jù)直流變換器的開關(guān)特性，在增加專門的控制電路的情況下，可減少輸入無功功率。
本發(fā)明的全波整流電路包括同向連接的第一整流管(D3)、第二整流管(D5)，其特征是還包括輸入電感(L1)和直流變換器(1)，輸入電感(L1)一端連接在輸入交流電源火線上，另一端連接第一整流管(D3)的陽極和第二整流管(D5)的陰極；直流變換器(1)的兩個(gè)輸入端分別連接第一整流管(D3)的陰極和第二整流管(D5)的陽極，其輸出端為整個(gè)全波整流電路的輸出端，其中一個(gè)輸出端與輸入電源零線相連；該直流變換器(1)在輸入交流電源的正負(fù)半周中的一個(gè)半周內(nèi)，其輸出極性與輸入交流電源的極性相同，另一個(gè)半周內(nèi)，其輸出極性與輸入交流電源的極性相反，兩個(gè)半周內(nèi)輸出電壓幅值相等。
輸入電感L1起到平波的作用。
在全波整流橋BR1的兩輸出端接開關(guān)管Q1，開關(guān)管Q1可以是晶體管，也可以是其他可控開關(guān)，全波整流橋BR1整流輸出的正半周和負(fù)半周都經(jīng)過開關(guān)管和輸入電感L1，一個(gè)開關(guān)管Q1可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)拓?fù)涔δ?，故可只用一套控制電路控制開關(guān)管Q1。
實(shí)施例一本發(fā)明提出的全波整流電路，直流變換器(1)在一個(gè)半周內(nèi)工作于BOOST升壓電路模式，另一個(gè)半周內(nèi)工作于CUK電路模式。如圖4所示，本例中，由第一至四整流二極管(D3、D4、D5、D6)構(gòu)成一個(gè)整流橋；所述直流變換器(1)包括開關(guān)管(Q1)、第一二輸出二極管(D1、D2)、儲(chǔ)能電容(C1)、輸出濾波電容(C2)和輸出濾波電感(L2)；所述的第一輸出二極管D1的陽極連接在全波整流橋BR1的陰極，第一輸出二極管D1的陰極連接在濾波電容C2的正極上；儲(chǔ)能電容C1連接于全波整流橋BR1的陽極輸出端和第二輸出二極管D2的陰極之間；第二輸出二極管D2的陽極連接在濾波電容C2的負(fù)極上，分別在交流電源正半周和負(fù)半周向輸出提供能量；輸出濾波電感L2的一端與第二輸出二極管D2的陰極相連，另一端與濾波電容C2的正極相連，輸出濾波電感L2在交流電源的負(fù)半周時(shí)起到續(xù)流電感的作用；濾波電容C2并聯(lián)在輸出的正極和負(fù)極之間，起到平滑濾波作用，濾除輸出電壓中的工頻紋波和高頻紋波。第一輸出二極管(D1)和第二輸出二極管(D2)分別只在一個(gè)半周導(dǎo)通；第一輸出二極管(D1)導(dǎo)通時(shí)，如圖5a所示的等效電路，此時(shí)波整流橋BR1的左上角和右下角的二極管導(dǎo)通，開關(guān)管(Q1)、第一輸出二極管(D1)、一個(gè)輸出濾波電容(C2)和輸入電感(L1)構(gòu)成一個(gè)BOOST升壓電路；第二輸出二極管(D2)導(dǎo)通時(shí)，如圖6a所示的等效電路，此時(shí)全波整流橋BR1的右上角和左下角導(dǎo)通，開關(guān)管(Q1)、第二輸出二極管(D2)、儲(chǔ)能電容(C1)、輸出濾波電容(C2)、輸出濾波電感L2和輸入電感(L1)構(gòu)成CUK電路。輸入交流電源既可以是市電，也可以是其他交流電源。
如圖4所示的電路的工作原理如下在輸入交流電源正半周工作周期內(nèi)，全波整流橋BR1的左上角和右下角的二極管導(dǎo)通，此時(shí)等效電路如圖5a所示，輸入交流電源、輸入電感L1、全波整流橋BR1、開關(guān)管Q1、第一輸出二極管D1和輸出濾波電容C2，構(gòu)成一個(gè)BOOST升壓變換器，利用電感電流不能突變的特性，以及二極管導(dǎo)通特性，控制電路發(fā)出驅(qū)動(dòng)脈沖使開關(guān)Q1按照一定的規(guī)律導(dǎo)通和關(guān)斷，驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率遠(yuǎn)高于交流電源的頻率。當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)，電流經(jīng)過電感L1和開關(guān)管Q1，在電感中儲(chǔ)存能量；當(dāng)Q1關(guān)斷時(shí)，電感中儲(chǔ)存的能量通過D1釋放，供給負(fù)載消耗。正半周工作過程如圖5b所示。
在交流電源負(fù)半周工作時(shí)，全波整流橋BR1的右上角和左下角導(dǎo)通，此時(shí)的等效電路如圖6a所示，輸入交流電壓Vin、輸入電感L1、全波整流橋BR1、開關(guān)管Q1、儲(chǔ)能電容C1、第二輸出二極管D2、輸出濾波電感L2和輸出濾波電容C2，構(gòu)成一個(gè)CUK電路，利用CUK變換器的反極性特性，當(dāng)開關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí)，輸入電流經(jīng)過開關(guān)管Q1和輸入電感L1返回電源，利用電容電壓不能突變的特性，儲(chǔ)能電容C1兩端的電流反向經(jīng)輸出濾波電感L2、輸出濾波電容C2流向開關(guān)管Q1，輸入電感L1儲(chǔ)存輸入能量，輸出濾波電感L2則儲(chǔ)存儲(chǔ)能電容C1轉(zhuǎn)移的能量；當(dāng)開關(guān)管Q1在控制電路的控制下關(guān)斷時(shí)，利用電感電流的方向不能突變的特性，輸入電感L1中的電流仍維持由右至左的方向，輸出濾波電感L2維持由左至右的方向，第二輸出二極管D2導(dǎo)通，輸入電感L1的能量轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)能電容C1，輸出濾波電感L2流向負(fù)載，使輸入的電壓極性反向，變成了正電壓。如果改變開關(guān)的通/斷時(shí)間之比，則可以調(diào)整輸出電壓。負(fù)半周工作過程如圖6b所示。
實(shí)施例二如圖7所示，基本工作原理與前面描述相似，與實(shí)施例一不同之處在于在正半周，第二輸出二極管(D2)導(dǎo)通，此時(shí)全波整流橋BR1的左上角和右下角的二極管導(dǎo)通，工作于CUK模式，負(fù)半周，第一輸出二極管(D1)導(dǎo)通，此時(shí)全波整流橋BR1的右上角和左下角導(dǎo)通，工作于BOOST模式。由于CUK輸出與輸入反極性，BOOST輸出是同極性，故可得到負(fù)極性的輸出電壓。
實(shí)施例三如圖8所示，與實(shí)施例一不同之處在于它是用兩個(gè)開關(guān)管而不是一個(gè)，而整流二極管則減為兩個(gè)。
所述的全波整流電路能夠有效的克服前面電路的各種缺點(diǎn)。即輸入輸出零線貫通，輸出端對(duì)大地不懸浮無電擊危險(xiǎn)；輸入正負(fù)半周都能工作，輸入電流能夠?qū)ΨQ；輸出電壓可以為一組電壓，無需考慮負(fù)載平衡問題；由于輸出是安全電壓，可以不需要隔離電路；電路簡(jiǎn)單，只需要一個(gè)開關(guān)管。也可以根據(jù)需要在該整流電路后面加各種其他變換器得到希望的電源。如果增加專門的控制電路，則可實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正(PFC)功能，使輸入功率因數(shù)接近1，減少輸入無功功率。電路的輸出直流電壓高于輸入交流電壓的峰值。
權(quán)利要求
1.一種全波整流電路，包括同向連接的第一整流管(D3)、第二整流管(D5)，其特征是還包括輸入電感(L1)和直流變換器(1)，輸入電感(L1)一端連接在輸入交流電源火線上，另一端連接第一整流管(D3)的陽極和第二整流管(D5)的陰極；直流變換器(1)的兩個(gè)輸入端分別連接第一整流管(D3)的陰極和第二整流管(D5)的陽極，其輸出端為整個(gè)全波整流電路的輸出端，其中一個(gè)輸出端與輸入電源零線相連；該直流變換器(1)在輸入交流電源的正負(fù)半周中的一個(gè)半周內(nèi)，其輸出極性與輸入交流電源的極性相同，另一個(gè)半周內(nèi)，其輸出極性與輸入交流電源的極性相反。
2.如權(quán)利要求1所述的一種全波整流電路，其特征是所述直流變換器(1)在一個(gè)半周內(nèi)工作于BOOST升壓電路模式，另一個(gè)半周內(nèi)工作于CUK電路模式。
3.如權(quán)利要求1所述的一種全波整流電路，其特征是所述直流變換器(1)在所述的兩個(gè)半周內(nèi)輸出電壓幅值相等。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種全波整流電路，其特征是還包括第三四整流二級(jí)管(D4、D6)，與第一、二整流管(D3、D5)一起構(gòu)成整流橋(BR1)，所述直流變換器(1)包括開關(guān)管(Q1)、第一二輸出二極管(D1、D2)、儲(chǔ)能電容(C1)、輸出濾波電容(C2)、輸出濾波電感(L2)；其連接關(guān)系是第一輸出二極管(D1)和第二輸出二極管(D2)分別只在一個(gè)半周導(dǎo)通；第一輸出二極管(D1)導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)管(Q1)、第三整流二極管(D4)、第一輸出二極管(D1)、一個(gè)輸出濾波電容(C2)和輸入電感(L1)構(gòu)成BOOST升壓電路；第二輸出二極管(D2)導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)管(Q1)、第四整流二極管(D6)、第二輸出二極管(D2)、儲(chǔ)能電容(C1)、輸出濾波電容(C2)、輸出濾波電感(L2)和輸入電感(L1)構(gòu)成CUK電路。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的一種全波整流電路，其特征是所述直流變換器(1)包括開關(guān)管(Q1)、第二開關(guān)管(Q2)、第一二輸出二極管(D1、D2)、儲(chǔ)能電容(C1)、輸出濾波電容(C2)、輸出濾波電感(L2)；其連接關(guān)系是第一輸出二極管(D1)和第二輸出二極管(D2)分別只在一個(gè)半周導(dǎo)通；第一輸出二極管(D1)導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)管(Q1)、第一輸出二極管(D1)、一個(gè)輸出濾波電容(C2)和輸入電感(L1)構(gòu)成BOOST升壓電路；第二輸出二極管(D2)導(dǎo)通時(shí)，第二開關(guān)管(Q2)、第二輸出二極管(D2)、儲(chǔ)能電容(C1)、輸出濾波電容(C2)、輸出濾波電感(L2)和輸入電感(L1)構(gòu)成CUK電路。
6.一種全波整流方法，其特征是將整流后的一個(gè)輸出端與輸入交流電源的零線短接；在輸入交流電源的正負(fù)半周時(shí)，分別對(duì)輸入交流電進(jìn)行直流變換，其中在輸入交流電源的正負(fù)半周中的一個(gè)半周內(nèi)，直流變換后的輸出極性與輸入交流電源的極性相同，另一個(gè)半周內(nèi)，直流變換后的輸出極性與輸入交流電源的極性相反。
7.如權(quán)利要求6所述的一種全波整流方法，其特征是在一個(gè)半周內(nèi)對(duì)交流電源進(jìn)行BOOST升壓變換，在另一個(gè)半周內(nèi)對(duì)交流電源進(jìn)行CUK變換。
8.如權(quán)利要求6或7所述的一種全波整流方法，其特征是所述的兩個(gè)半周內(nèi)輸出電壓幅值相等。
全文摘要
本發(fā)明公開一種全波整流方法及整流電路，將其一個(gè)輸出端與輸入交流電源的零線短接；在輸入交流電源的正負(fù)半周，分別用直流變換器將輸入交流電變換為直流，在輸入交流電源的正半周和負(fù)半周直流變換器輸出極性與輸入交流電源的極性分別相同和相反，兩半周內(nèi)輸出電壓幅值相等。由于輸入輸出零線相連，零線貫通，無電擊危險(xiǎn)；直流變換器在輸入交流電源的正負(fù)半周內(nèi)均能輸出恒定直流電壓，輸入電流對(duì)稱，無負(fù)載平衡問題，直流變換器的電路適配性能好；且由于不需要隔離電路，電路簡(jiǎn)單；直流變換器在增加專門的控制電路的情況下，可減少輸入無功功率。
文檔編號(hào)H02M7/04GK1445917SQ0311383
公開日2003年10月1日 申請(qǐng)日期2003年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月25日
發(fā)明者黃傳東 申請(qǐng)人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司