專利名稱：全波整流電路的制作方法
技術領域：
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，人們不得不設計隔離裝置，使直流電源的輸出與輸入隔離，避免在輸出端產生危險電壓，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，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，然后經過高頻變壓器隔離輸出，再經過一個高頻整流器整流后才能得到需要的電源，這個過程中需要用到大量的半導體器件。這兩種方式的共同缺點是增加了整流器的體積和重量，增加成本，功率轉換環(huán)節(jié)的增多也使效率下降，發(fā)熱增加，要求有更嚴格的散熱措施。
在一些應用場合，如蓄電池充電、電焊機、電鍍等，要求有一種較簡單的整流電路，既能夠滿足輸出端不帶危險電壓的要求，又需要比較簡單，以提高效率降低成本。上述的裝置都不能滿足這個要求。
為實現上述目的，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，其輸出端為整個全波整流電路的輸出端，其中一個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半周中的一個半周內，其輸出極性與輸入交流電源的極性相同，另一個半周內，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半周時，分別對輸入交流電進行直流變換，其中在輸入交流電源的正負半周中的一個半周內，直流變換后的輸出極性與輸入交流電源的極性相同，另一個半周內，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，整流橋的一個交流輸入端連接在輸入交流電源零線上，直流變換器一個輸出端與輸入電源零線相連，零線貫通，無電擊危險；直流變換器在輸入交流電源的正負半周中的一個半周內，其輸出極性與輸入交流電源的極性相同，另一個半周內，其輸出極性與輸入交流電源的極性相反，兩個半周內輸出電壓幅值相等，輸入正負半周都能工作，輸入電流可以對稱，可以只接一個負載，無負載平衡問題，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，只需一個開關管及其它簡單元件，電路簡單；而根據直流變換器的開關特性，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，其輸出端為整個全波整流電路的輸出端，其中一個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半周中的一個半周內，其輸出極性與輸入交流電源的極性相同，另一個半周內，其輸出極性與輸入交流電源的極性相反，兩個半周內輸出電壓幅值相等。
輸入電感L1起到平波的作用。
在全波整流橋BR1的兩輸出端接開關管Q1，開關管Q1可以是晶體管，也可以是其他可控開關，全波整流橋BR1整流輸出的正半周和負半周都經過開關管和輸入電感L1，一個開關管Q1可以實現兩個拓撲功能，故可只用一套控制電路控制開關管Q1。
實施例一本發(fā)明提出的全波整流電路，直流變換器(1)在一個半周內工作于BOOST升壓電路模式，另一個半周內工作于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)構成一個整流橋；所述直流變換器(1)包括開關管(Q1)、第一二輸出二極管(D1、D2)、儲能電容(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的負極上，分別在交流電源正半周和負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在交流電源的負半周時起到續(xù)流電感的作用；濾波電容C2并聯在輸出的正極和負極之間，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)分別只在一個半周導通；第一輸出二極管(D1)導通時，如圖5a所示的等效電路，此時波整流橋BR1的左上角和右下角的二極管導通，開關管(Q1)、第一輸出二極管(D1)、一個輸出濾波電容(C2)和輸入電感(L1)構成一個BOOST升壓電路；第二輸出二極管(D2)導通時，如圖6a所示的等效電路，此時全波整流橋BR1的右上角和左下角導通，開關管(Q1)、第二輸出二極管(D2)、儲能電容(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，全波整流橋BR1的左上角和右下角的二極管導通，此時等效電路如圖5a所示，輸入交流電源、輸入電感L1、全波整流橋BR1、開關管Q1、第一輸出二極管D1和輸出濾波電容C2，構成一個BOOST升壓變換器，利用電感電流不能突變的特性，以及二極管導通特性，控制電路發(fā)出驅動脈沖使開關Q1按照一定的規(guī)律導通和關斷，驅動脈沖的頻率遠高于交流電源的頻率。當Q1導通時，電流經過電感L1和開關管Q1，在電感中儲存能量；當Q1關斷時，電感中儲存的能量通過D1釋放，供給負載消耗。正半周工作過程如圖5b所示。
在交流電源負半周工作時，全波整流橋BR1的右上角和左下角導通，此時的等效電路如圖6a所示，輸入交流電壓Vin、輸入電感L1、全波整流橋BR1、開關管Q1、儲能電容C1、第二輸出二極管D2、輸出濾波電感L2和輸出濾波電容C2，構成一個CUK電路，利用CUK變換器的反極性特性，當開關管Q1導通時，輸入電流經過開關管Q1和輸入電感L1返回電源，利用電容電壓不能突變的特性，儲能電容C1兩端的電流反向經輸出濾波電感L2、輸出濾波電容C2流向開關管Q1，輸入電感L1儲存輸入能量，輸出濾波電感L2則儲存儲能電容C1轉移的能量；當開關管Q1在控制電路的控制下關斷時，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導通，輸入電感L1的能量轉移到儲能電容C1，輸出濾波電感L2流向負載，使輸入的電壓極性反向，變成了正電壓。如果改變開關的通/斷時間之比，則可以調整輸出電壓。負半周工作過程如圖6b所示。
實施例二如圖7所示，基本工作原理與前面描述相似，與實施例一不同之處在于在正半周，第二輸出二極管(D2)導通，此時全波整流橋BR1的左上角和右下角的二極管導通，工作于CUK模式，負半周，第一輸出二極管(D1)導通，此時全波整流橋BR1的右上角和左下角導通，工作于BOOST模式。由于CUK輸出與輸入反極性，BOOST輸出是同極性，故可得到負極性的輸出電壓。
實施例三如圖8所示，與實施例一不同之處在于它是用兩個開關管而不是一個，而整流二極管則減為兩個。
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。即輸入輸出零線貫通，輸出端對大地不懸浮無電擊危險；輸入正負半周都能工作，輸入電流能夠對稱；輸出電壓可以為一組電壓，無需考慮負載平衡問題；由于輸出是安全電壓，可以不需要隔離電路；電路簡單，只需要一個開關管。也可以根據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，則可實現功率因數校正(PFC)功能，使輸入功率因數接近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，其輸出端為整個全波整流電路的輸出端，其中一個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半周中的一個半周內，其輸出極性與輸入交流電源的極性相同，另一個半周內，其輸出極性與輸入交流電源的極性相反。
2.如權利要求1所述的一種全波整流電路，其特征是所述直流變換器(1)在一個半周內工作于BOOST升壓電路模式，另一個半周內工作于CUK電路模式。
3.如權利要求1所述的一種全波整流電路，其特征是所述直流變換器(1)在所述的兩個半周內輸出電壓幅值相等。
4.如權利要求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管(D4、D6)，與第一、二整流管(D3、D5)一起構成整流橋(BR1)，所述直流變換器(1)包括開關管(Q1)、第一二輸出二極管(D1、D2)、儲能電容(C1)、輸出濾波電容(C2)、輸出濾波電感(L2)；其連接關系是第一輸出二極管(D1)和第二輸出二極管(D2)分別只在一個半周導通；第一輸出二極管(D1)導通時，開關管(Q1)、第三整流二極管(D4)、第一輸出二極管(D1)、一個輸出濾波電容(C2)和輸入電感(L1)構成BOOST升壓電路；第二輸出二極管(D2)導通時，開關管(Q1)、第四整流二極管(D6)、第二輸出二極管(D2)、儲能電容(C1)、輸出濾波電容(C2)、輸出濾波電感(L2)和輸入電感(L1)構成CUK電路。
5. 如權利要求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)包括開關管(Q1)、第二開關管(Q2)、第一二輸出二極管(D1、D2)、儲能電容(C1)、輸出濾波電容(C2)、輸出濾波電感(L2)；其連接關系是第一輸出二極管(D1)和第二輸出二極管(D2)分別只在一個半周導通；第一輸出二極管(D1)導通時，開關管(Q1)、第一輸出二極管(D1)、一個輸出濾波電容(C2)和輸入電感(L1)構成BOOST升壓電路；第二輸出二極管(D2)導通時，第二開關管(Q2)、第二輸出二極管(D2)、儲能電容(C1)、輸出濾波電容(C2)、輸出濾波電感(L2)和輸入電感(L1)構成CUK電路。
6.一種全波整流方法，其特征是將整流后的一個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半周時，分別對輸入交流電進行直流變換，其中在輸入交流電源的正負半周中的一個半周內，直流變換后的輸出極性與輸入交流電源的極性相同，另一個半周內，直流變換后的輸出極性與輸入交流電源的極性相反。
7.如權利要求6所述的一種全波整流方法，其特征是在一個半周內對交流電源進行BOOST升壓變換，在另一個半周內對交流電源進行CUK變換。
8.如權利要求6或7所述的一種全波整流方法，其特征是所述的兩個半周內輸出電壓幅值相等。
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；直流變換器在輸入交流電源的正負半周內均能輸出恒定直流電壓，輸入電流對稱，無負載平衡問題，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H02M7/04GK1445917SQ0311383
公開日2003年10月1日 申請日期2003年2月25日 優(yōu)先權日2003年2月25日
發(fā)明者黃傳東 申請人:艾默生網絡能源有限公司