電容式共地ac/dc開關(guān)穩(wěn)壓電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電工技術(shù)領(lǐng)域的變流器，具體的講是一種電容式共地AC/DC開關(guān)穩(wěn)壓電源。特別涉及到利用電力電子技術(shù)控制電容器對交流電進(jìn)行共地整流穩(wěn)壓電源。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子設(shè)備的普及，直流電由于較交流電易于控制和精度高，越來越被廣泛采用。由于用電負(fù)載供電電源大都是交流供電，要實(shí)現(xiàn)直流供電就必須將交流電進(jìn)行整流穩(wěn)壓?，F(xiàn)有的交流整流穩(wěn)壓電源可分為開關(guān)穩(wěn)壓電源和線性穩(wěn)壓電源，相比于線性穩(wěn)壓電源，開關(guān)穩(wěn)壓電源具有體積小，效率高等優(yōu)點(diǎn)。然而由于采用電磁耦合的變壓器進(jìn)行變壓調(diào)壓，還需多次電磁轉(zhuǎn)換，降低了轉(zhuǎn)換的效率，且在電磁轉(zhuǎn)換時(shí)存在電磁輻射，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)和設(shè)備用電質(zhì)量。專利申請(200810210209.5)的斬波電路只適合DC/DC直流電壓間變換，且變換電路至少由兩只開關(guān)器件構(gòu)成一個(gè)支路，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、損耗大、效率低。專利申請(200710156313.6)雖然實(shí)現(xiàn)了電容AC/DC轉(zhuǎn)換，但存在使用開關(guān)器件多和輸入交流電與輸出直流電不能共地的缺點(diǎn)。專利申請(201310495516.3)采用電容分壓整流，較現(xiàn)有的開關(guān)電源電路有許多優(yōu)點(diǎn)，但由于整流橋的制約，致使輸出電路與輸入交流電路也不能夠共地，而接地是防止電磁脈沖和雷擊干擾的基本措施，降低了電路抗干擾和抗雷擊能力，存在一定的安全隱患，滿足不了一些電氣設(shè)備的要求。再者在整流橋內(nèi)部，正負(fù)半周整流均需要電流流經(jīng)兩只整流二極管才能完成，電流流經(jīng)二極管時(shí)產(chǎn)生的管壓降，將產(chǎn)生1.4V-2V的損耗，約占整體電路損耗的1% _10%，致使電能白白浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有交流電轉(zhuǎn)換直流電的不足，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是:提供一種電容式共地AC/DC開關(guān)穩(wěn)壓電源。該電源利用電容器充放電進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，在變換過程中，將交流電正負(fù)半周期分為兩個(gè)支路，其中正半周期支路對一只充放電電容器充電后正向轉(zhuǎn)換，負(fù)半周期支路對另一只充放電電容器充電后反向轉(zhuǎn)換，兩個(gè)支路分別利用兩只公路二極管將輸出電流隔離后，對同一只電容器進(jìn)行放電，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了利用電容式充放電控制共地輸出式AC/DC開關(guān)穩(wěn)壓電源,解決輸入交流電與輸出直流電共地的難題。
[0004]該電源的工作原理和物理過程是:利用兩只整流二極管分別將交流電壓的正負(fù)半周期分為兩個(gè)支路；正半周期支路，在交流電壓的正半周期內(nèi)，電流經(jīng)第一只限流電感和第一只整流二極管對第一只充放電容器進(jìn)行充電，在交流電壓的負(fù)半周期內(nèi)，第一只開關(guān)器件控制第一只充放電電容器的電流經(jīng)第二只限流電感和第一只放電隔離二極管對一只放電電容器采用脈寬調(diào)制式或調(diào)頻式放電；負(fù)半周期支路，在交流電壓的負(fù)半周期內(nèi)，電流經(jīng)第一只限流電感、第二只整流二極管和一只充電二極管對第二只充放電電容器進(jìn)行充電，在交流電壓的正半周期內(nèi)，第二只開關(guān)器件控制第二只充放電電容器的電流經(jīng)第二只限流電感和第二只放電隔離二極管對同一只放電電容器采用脈寬調(diào)制式和調(diào)頻式放電；通過分別控制第一只和第二只開關(guān)器件采用脈寬調(diào)制式或調(diào)頻式放電，調(diào)整放電電容器兩端的電壓為直流穩(wěn)定輸出電壓。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，一種電容式共地AC/DC開關(guān)穩(wěn)壓電源由輸入端L和公共端N、第一只限流電感L1、濾波電容器CL、正半周期支路、負(fù)半周期支路，直流輸出電路構(gòu)成。所述的正半周期支路由第一只整流二極管Dl和第一只放電隔離二極管D2，第一只充放電電容器Cl和第一只開關(guān)器件Tl構(gòu)成；所述的負(fù)半周期支路由第二只整流二極管D3、第二只放電隔離二極管D4和充電二極管D5、第二只充放電電容器C2和第二只開關(guān)器件T2構(gòu)成；所述的直流輸出電路由續(xù)流二極管D6、第二只限流電感L2、放電電容器CS和負(fù)載輸出端E+和-構(gòu)成。
[0006]在上述方案中，所述的直流輸出電路內(nèi)，設(shè)有續(xù)流二極管D6，該二極管是將開關(guān)器件Tl和T2關(guān)斷時(shí)存儲(chǔ)在限流電感L2的電能釋放到放電電容器CS內(nèi)，進(jìn)而降低了開關(guān)器件Tl和T2的使用電壓。當(dāng)電路用于高抗擾和低電磁輻射時(shí)，限流電感LI和L2采用屏蔽罩。
[0007]在上述方案中，當(dāng)輸出功率在幾瓦到幾十瓦時(shí)，為了無電磁輻射，所述的限流電感LI和L2可采用電阻替代。
[0008]在上述方案中，當(dāng)充放電電容器Cl和C2的放電控制開關(guān)采用高頻PWM脈寬調(diào)制或調(diào)頻頻率較高時(shí)，為了降低開關(guān)損耗，二極管D2、D4、D5和D6應(yīng)選用快速恢復(fù)二極管或肖特基二極管。
[0009]在上述方案中，所述的開關(guān)器件可采用功率三極管、IGBT或場效應(yīng)管。
[0010]一種電容式共地AC/DC開關(guān)穩(wěn)壓電源各電路內(nèi)部之間的連接關(guān)系是，輸入端L連接到限流電感LI的一端，限流電感LI的另一端與所述的正半周期支路內(nèi)的整流二極管Dl的正極和負(fù)半周期支路內(nèi)的整流二極管D3的負(fù)極、濾波電容器CL的一端相接；正半周期支路內(nèi)的整流二極管Dl的負(fù)極與正半周期支路內(nèi)的開關(guān)器件Tl的陽極和電容器Cl的一端相連，開關(guān)器件Tl的陰極與放電隔離二極管D2的正極相連，放電隔離二極管D2的負(fù)極與直流輸出電路內(nèi)的續(xù)流二極管D6的負(fù)極、直流輸出電路內(nèi)的限流電感L2的一端和負(fù)半周期支路內(nèi)的放電隔離二極管D4的負(fù)極相連，充放電電容器Cl的另一端與公共地N相連；負(fù)半周期支路內(nèi)的整流二極管D3的正極與充放電電容器C2的一端和開關(guān)器件T2的陰極相連接，開關(guān)器件T2的陽極與公共地N相接，負(fù)半周期支路內(nèi)的充電二極管D5的負(fù)極與放電隔離二極管D4的正極、充放電電容器C2的另一端相連接，充電二極管D5的正極與公共地N相連接，直流輸出電路內(nèi)的限流電感L2的一端與續(xù)流二極管D6的負(fù)極相接，限流電感L2的的另一端與直流輸出電路內(nèi)的方夂電電容器CS的一端和輸出的直流電源的正極端E+相連接，放電電容器CS的另一端與公共地N和輸出的直流電源的負(fù)極端-相連接。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果在于，采用電容式變換電路，實(shí)現(xiàn)了從交流到直流的整流穩(wěn)壓，直接利用電場進(jìn)行轉(zhuǎn)換，減少了電磁轉(zhuǎn)換過程。雖然采用電感構(gòu)成的電抗器進(jìn)行限流，但較現(xiàn)有的開關(guān)電源的變壓器和儲(chǔ)能電感進(jìn)行電磁轉(zhuǎn)換的能量小，進(jìn)而具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、效率和功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)；實(shí)現(xiàn)了交流輸入與直流輸出共地，提高了電源的抗干擾和抗雷擊能力，采用無電磁轉(zhuǎn)換，不存在電磁輻射，提高了供電質(zhì)量。尤其適用于需要高抗干擾、低電磁輻射的軍用儀器設(shè)備上作為AC/DC穩(wěn)壓電路，可滿足設(shè)備采取接地防護(hù)電磁脈沖彈干擾基本措施；也可作為高速公路LED照明燈的驅(qū)動(dòng)電源，有效的避免雷擊的發(fā)生。
[0012]本實(shí)用新型所述的電容式共地AC/DC開關(guān)穩(wěn)壓電源，當(dāng)輸入交流電壓與輸出直流穩(wěn)壓電壓之比較大時(shí)，為了降低電容充放電電壓和減小限流電感損耗，可適當(dāng)選取分壓次數(shù)，二次分壓或多次分壓；分壓次數(shù)增加一次，正負(fù)半周期支路的充放電電容器、充電二極管和放電二極管分別增加一只。一次分壓時(shí)，交流輸入電壓為220V，可輸出直流電壓
0-300V ;二次分壓時(shí)，可輸出直流電壓0-150V ;三次分壓時(shí)，可輸出直流電壓O-1OOV ;二極管產(chǎn)生的壓降損耗隨分壓次數(shù)的增加而增大。
【附圖說明】
[0013]圖1電容式共地AC/DC開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理圖
[0014]圖中標(biāo)號(hào)
[0015]1.正半周期支路
[0016]2.負(fù)半周期支路
[0017]3.直流輸出電路
[0018]圖2 二分壓電容式共地AC/DC開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理圖
[0019]圖中標(biāo)號(hào)
[0020]1.正半周期支路
[0021]2.負(fù)半周期支路
[0022]3.直流輸出電路
[0023]圖3 二分壓電容式共地AC/DC開關(guān)穩(wěn)壓LED路燈驅(qū)動(dòng)電源原理圖
[0024]圖中標(biāo)號(hào)
[0025]1.正半周期支路
[0026]2.負(fù)半周期支路
[0027]3.直流輸出電路
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0029]本實(shí)用新型是一種電容式共地AC/DC開關(guān)穩(wěn)壓電源，圖1為電容式共地AC/DC開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理圖。該電路由輸入端L和公共端N、第一只限流電感L1、濾波電容CL、正半周期支路1、負(fù)半周期支路2，直流輸出電路3構(gòu)成。所述的正半周期支路I由第一只整流二極管Dl和第一只放電隔離二極管D2，第一