專利名稱：電絕緣的ac/dc轉(zhuǎn)換器的制作方法
電絕緣的AC/DC轉(zhuǎn)換器本發(fā)明涉及電隔離的交流/直流(AC/DC)轉(zhuǎn)換器，例如，適用于飛機(jī)的配電網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
在飛機(jī)中，由飛機(jī)引擎驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)供電。交流發(fā)電機(jī)傳送交流電壓，該交流 電壓被轉(zhuǎn)換成DC電壓以供飛機(jī)中的機(jī)載電氣設(shè)備使用。在其最簡單版本中，借助于具有連接至交流發(fā)電機(jī)的初級(jí)繞組和連接至與濾波電 容器相關(guān)聯(lián)的整流橋的次級(jí)繞組的變壓器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。來自整流橋的輸出電壓是全波整流的 正弦波，且電流消耗遭受高級(jí)別畸變，這引起了變壓器和交流發(fā)電機(jī)的效率下降、導(dǎo)體發(fā)熱 和引起干擾的高頻電磁輻射。補(bǔ)救該缺點(diǎn)的一種方式是提供與變壓器的初級(jí)電路串聯(lián)的濾波。然而，當(dāng)交流電 壓的頻率可變時(shí)該選擇是不適合的，正如對(duì)于由噴氣渦輪驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)所發(fā)生的那 樣，對(duì)于噴氣渦輪，頻率大約在360Hz (赫茲)至800Hz的范圍上變化。還已知利用功率因數(shù)校正器(PFC)電路通過強(qiáng)制電路消耗遵循與輸入電壓的波 形相同的波形——即全波整流正弦波——來減少畸變。存在各種不同結(jié)構(gòu)的PFC。在“升壓”類型結(jié)構(gòu)中，電路不具有電隔離，這使得需要將電路與提供該功能的DC/ AC轉(zhuǎn)換器相關(guān)聯(lián)。該組件提供相對(duì)低的總效率和高的體積和重量水平。在所謂的“反激(flyback) ”類型結(jié)構(gòu)中，電路包括初級(jí)和次級(jí)繞組沿相反方向繞 制的隔離變壓器。這種類型的PFC電路的操作周期性地導(dǎo)致大量能量存儲(chǔ)在變壓器的磁芯 中。因此需要將大變壓器用于高功率，由此增加電路的重量和體積。在所謂的“前向”類型的結(jié)構(gòu)中，電路也包括隔離變壓器，但初級(jí)和次級(jí)繞組沿相 同方向繞制。在這種類型的電路中，不可能在全部所得正弦波上使用電流，因此消耗波形與 輸入電壓相同的電流。發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提出一種具有改進(jìn)性能的轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明提供一種AC/DC轉(zhuǎn)換器，包括在其輸入端的整流器電路，該整流器電 路與隔離變壓器的初級(jí)繞組串聯(lián)連接并且與連接至脈寬調(diào)制控制電路的斷流開關(guān)連接，該 隔離變壓器具有沿與初級(jí)繞組相同方向繞制且經(jīng)由二極管和濾波器線圈連接至轉(zhuǎn)換器的 輸出線的第一次級(jí)繞組，該輸出線連接至輸出電容器，該隔離變壓器包括沿與初級(jí)繞組相 反方向繞制且經(jīng)由二極管直接連接至輸出線的第二次級(jí)繞組。因此，對(duì)于高電壓的介質(zhì)，能量經(jīng)由第一次級(jí)繞組、二極管和濾波器線圈傳送至輸 出端。這使得能夠傳遞高功率。相反，當(dāng)電壓低時(shí)，當(dāng)斷流開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，可將存儲(chǔ)在變壓器 的磁芯中的能量經(jīng)由第二次級(jí)繞組和相關(guān)聯(lián)的二極管傳送至輸出電容器。第二次級(jí)繞組因 此使得存儲(chǔ)在磁芯中的能量能傳送到輸出端因此避免浪費(fèi)能量。還有可能在電壓低時(shí)(正 弦波的低振幅部分)確保在輸出端使用的能量消耗。此外，當(dāng)斷流開關(guān)導(dǎo)通時(shí)芯中存在的 剩余磁通激發(fā)第二次級(jí)繞組，將相應(yīng)的能量傳送至輸出端，從而在斷流開關(guān)導(dǎo)通時(shí)使浪涌的出現(xiàn)最小化，這種浪涌具有損壞斷流開關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。因此單個(gè)轉(zhuǎn)換器級(jí)就能夠?qū)崿F(xiàn)電隔離， 并且由于相對(duì)高的效率，還以特別簡單、可靠和有效的方式提供PFC功能。根據(jù)特定的特性，該轉(zhuǎn)換器包括儲(chǔ)備的能量源，包括隔離變壓器的第三次級(jí)繞組， 該第三次級(jí)繞組沿與初級(jí)繞組相同方向繞制且首先連接至濾波器線圈和能量存儲(chǔ)電容器， 其次經(jīng)由功率開關(guān)連接至輸出線，由放電控制電路隨能量存儲(chǔ)電容器中的電荷水平的變化 來控制該功率開關(guān)。因此，儲(chǔ)備能量源結(jié)合在該轉(zhuǎn)換器電路中，而沒有過度地增加其重量和尺寸，且使 其效率的退化最小。在閱讀以下本發(fā)明的特定、非限制性實(shí)施例的描述時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的其它特征和 優(yōu)點(diǎn)。


僅對(duì)唯一的附圖進(jìn)行參考，該圖是根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的電路示意圖。發(fā)明的詳細(xì)描述參照附圖，根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器連接至AC配電網(wǎng)絡(luò)，且在其輸出側(cè)連接至至少一 件DC供電的電子設(shè)備。轉(zhuǎn)換器在其輸入端包括濾波器電路1，實(shí)質(zhì)上已知它連接至整流器電路2。同樣實(shí) 質(zhì)上已知整流器電路2，并且在該示例中由二極管電橋構(gòu)成，該二極管電橋具有連接至濾波 器電路1的輸入端子、連接至電流測(cè)量分流器3的第一輸出端子、以及首先連接至分壓器電 橋4其次連接至與斷流開關(guān)Tl串聯(lián)連接的隔離變壓器6的初級(jí)繞組5的第二輸出端子。斷 流開關(guān)Tl是諸如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)或絕緣柵雙極晶體管(IGBT) 之類的功率晶體管。如下所述，斷流開關(guān)Tl連接至控制電路，或者更精確地是連接至斷流 控制電路10。隔離變壓器6具有沿與初級(jí)繞組5相同方向繞制且經(jīng)由二極管D3和濾波器線圈 Ll (合稱為電感器)與轉(zhuǎn)換器的輸出線8串聯(lián)連接的第一次級(jí)繞組7。續(xù)流二極管D6以已 知方式使濾波器線圈Ll接地，以便在二極管D3不導(dǎo)電(由濾波器線圈Ll傳送的能量)時(shí) 提供電流連續(xù)性。隔離變壓器6具有沿與初級(jí)繞組5相反方向繞制且經(jīng)由二極管D2直接連接至輸 出線8 (即線圈Ll的下游)的第二次級(jí)繞組9。隔離變壓器6具有沿與初級(jí)繞組5相同方向繞制且經(jīng)由二極管D4連接至以下元 件的第三次級(jí)繞組11 輸出線8;·耦合至濾波器線圈Ll且與能量存儲(chǔ)電容器Cres串聯(lián)連接的濾波器線圈L2 ；以 及·由放電控制電路12隨能量存儲(chǔ)電容器Cres中的電荷水平變化而控制的放電開 關(guān)T2。能量存儲(chǔ)電容器Cres是電容值非常高約為幾百法拉數(shù)量級(jí)的超級(jí)電容器。隨發(fā) 生電源中斷事件中期望可使用的能量的量的變化來確定能量存儲(chǔ)電容器的電容值和數(shù)量。放電開關(guān)T2與斷流開關(guān)Tl的類型相同。
輸出線8還連接至輸出電容器Cout和分壓電橋13。斷流控制電路10是脈寬調(diào)制器控制電路，將其配置成隨作為轉(zhuǎn)換器輸入端上消 耗的電流的反映的電壓和其振幅取決于轉(zhuǎn)換器的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓之間的誤差電壓的 全波整流正弦波形式的信號(hào)之間的比較的變化來控制斷流開關(guān)Tl。斷流控制電路10包括比較器14，該比較器14具有的一個(gè)輸入端連接至與輸出線 8相連接的分壓器電橋13，另一個(gè)輸入端連接至基準(zhǔn)電壓源Vrefl。比較器14具有的輸出 端經(jīng)由隔離器構(gòu)件15(此處是光電耦合器)連接至乘法器16的第一輸入端，該乘法器16 具有的第二輸入端連接至分壓器電橋4。乘法器16具有的輸出端連接至遲滯比較器17的 第一輸入端，且該遲滯比較器17的第二輸入端經(jīng)由反相器18連接至測(cè)量分流器3，以便接 收作為所消耗電流的反映的電壓，該遲滯比較器17的輸出端經(jīng)由時(shí)延19連接至斷流開關(guān) Tl的控制輸入端(柵極)。放電控制電路12具有·經(jīng)由反相器20連接至比較器21的輸出端的輸入端，該比較器21具有第一輸入 端和第二輸入端，該第一輸入端連接至分壓器電橋4以接收表示來自整流器電路2的輸出 電壓的電壓，該第二輸入端連接至基準(zhǔn)電壓源Vref2，以向放電控制電路12提供在整流器 電路12的輸出端存在的電壓和基準(zhǔn)電壓Vref2之間的誤差電壓(目的是檢測(cè)電源網(wǎng)絡(luò)的 失效)；·連接至濾波器線圈L2和能量存儲(chǔ)電容器Cres的輸入端(用于測(cè)量儲(chǔ)備的電 壓)；·連接至分壓器電橋13的輸入端(用于測(cè)量輸出電壓)； 經(jīng)由反相器和隔離器構(gòu)件22 (與光電耦合器相關(guān)聯(lián)的反相器)連接至?xí)r延19的 輸出(在斷流開關(guān)Tl導(dǎo)電時(shí)防止放電開關(guān)T2工作)的輸入端；以及·連接至放電開關(guān)T2的控制輸入端(柵極)的輸出端。以下描述根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的操作。在所描述的示例中，隔離變壓器6具有1. 5的變壓比。轉(zhuǎn)換器的原理包括向斷流開關(guān)Tl施加脈寬調(diào)制控制以便強(qiáng)制電流消耗遵循與電 壓的波形相同的波形，即全波整流的正弦波。為此目的，來自分壓器電橋4的信號(hào)——表示整流器電路2的輸出端的電壓(全 波整流正弦波)——在乘法器16中與表示從比較器14得到的誤差電壓的信號(hào)相乘，該比較 器14將來自分壓器電橋13的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓Vrefl進(jìn)行比較。這些信號(hào)的乘積是具 有振幅取決于輸出電壓中的誤差的全波整流正弦波形的信號(hào)。通過遲滯比較器17將該信號(hào)以一定遲滯與作為由測(cè)量分流器3感測(cè)的電流消耗 的反映的電壓進(jìn)行比較。在一時(shí)延之后，將由遲滯比較器17輸出的信號(hào)施加到斷流開關(guān)Tl 的柵極。因此，當(dāng)電流小于誤差電壓時(shí)，斷流開關(guān)Tl導(dǎo)電(導(dǎo)通)，而當(dāng)電流大于誤差電壓 時(shí)，斷流開關(guān)Tl不導(dǎo)電(斷開)。當(dāng)斷流開關(guān)Tl導(dǎo)通同時(shí)電壓為低時(shí)(輸出電壓低于閾值，該閾值等于輸入電壓乘 以變壓比1. 5的乘積)，則存儲(chǔ)在隔離變壓器6的磁芯中的能量激發(fā)第二次級(jí)繞組9并經(jīng)由 二極管D2發(fā)送至輸出線8。轉(zhuǎn)換器的操作于是類似于反激型轉(zhuǎn)換器的操作，從而使得能夠在整流正弦波電壓中的低振幅相位期間發(fā)生通過輸出的能量消耗。當(dāng)輸出電壓增加到與輸入電壓乘以變壓比的乘積相等的門限值時(shí)，二極管D3導(dǎo) 電，且磁芯的能量經(jīng)由第一繞組7、二極管D3和濾波器線圈Ll傳送到輸出線。轉(zhuǎn)換器的操 作于是類似于前向類型的轉(zhuǎn)換器的操作。轉(zhuǎn)換器于是還具有反激型少數(shù)操作模式，這有助 于使隔離變壓器的磁芯完全放電。這由此構(gòu)成在本身是全波整流正弦波形式的誤差電壓的振幅上進(jìn)行伺服控制的 自振蕩系統(tǒng)，由此有可能獲得精確的輸出電壓和正弦曲線形式的電流消耗。能量存儲(chǔ)電容器Cres經(jīng)由第三次級(jí)繞組11和二極管D4充電(當(dāng)轉(zhuǎn)換器在前向 型操作模式下操作時(shí))。耦合在一起的濾波器線圈Ll和L2用于限制充電電流峰值并提供 充電電壓的近似調(diào)整。由放電控制電路12檢測(cè)電源電壓的故障，該放電控制電路通過施加脈寬調(diào)制控 制放電開關(guān)T2。包括濾波器線圈L2和能量存儲(chǔ)電容器Cres的組件于是用作升壓器，具有 伺服控制為正常的操作設(shè)定值的所得值。將放電控制電路12配置成將其控制信號(hào)的占空 比調(diào)節(jié)至能量存儲(chǔ)電容器Cres中的電荷水平。自然，本發(fā)明不限于所述實(shí)施例，且覆蓋不背離權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍 內(nèi)的任何變形。特別地，儲(chǔ)備能量源是可選的。
權(quán)利要求
一種AC/DC轉(zhuǎn)換器，包括在其輸入端的整流器電路(2)，所述整流器電路(2)與隔離變壓器(6)的初級(jí)繞組(5)串聯(lián)連接并且與連接至脈寬調(diào)制控制電路(10)的斷流開關(guān)(T1)連接，所述隔離變壓器具有沿與所述初級(jí)繞組相同方向繞制且經(jīng)由二極管(D4)和濾波器線圈L1連接至所述轉(zhuǎn)換器的輸出線(8)的第一次級(jí)繞組(7)，所述輸出線連接至輸出電容器(Cout)，所述轉(zhuǎn)換器的特征在于所述隔離變壓器具有沿與所述初級(jí)繞組相反方向繞制且經(jīng)由二極管(D2)直接連接至輸出線的第二次級(jí)繞組(9)。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，將所述控制電路(10)配置成隨作為所述 轉(zhuǎn)換器輸入端上消耗的電流的反映的電壓和其振幅取決于所述轉(zhuǎn)換器的輸出電壓與基準(zhǔn) 電壓(Vrefl)之間的誤差電壓的全波整流正弦波形式的信號(hào)之間的比較的變化來控制功 率開關(guān)。
3.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述斷流開關(guān)(Tl)的控制電路(10)包括 比較器(14)，所述比較器(14)具有的輸入端連接至輸出線(8)和基準(zhǔn)電壓源(Vrefl)，所 述比較器(14)具有的輸出端連接至乘法器(16)的第一輸入端，所述乘法器(16)具有的第 二輸入端接收來自所述整流器電路(2)的輸出電壓，所述乘法器(16)具有的輸出端連接至 遲滯比較器(17)的第一輸入端，所述遲滯比較器(17)具有的第二輸入端接收作為所消耗 電流的反映的電壓，所述遲滯比較器(17)具有的輸出端經(jīng)由時(shí)延(19)連接至斷流開關(guān)的 控制輸入端。
4.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括儲(chǔ)備的能量源，包括所述隔離變壓器 (6)的第三次級(jí)繞組(11)，所述第三次級(jí)繞組(11)沿與所述初級(jí)繞組(5)相同方向繞制， 且首先連接至濾波器線圈(L2)和能量存儲(chǔ)電容器(Cres)，其次經(jīng)由功率開關(guān)(T2)連接至 輸出線(8)，由放電控制電路(12)隨所述能量存儲(chǔ)電容器中的電荷水平變化來控制所述功 率開關(guān)(T2)。
5.如從屬于權(quán)利要求3的權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括比較器(21)， 所述比較器(21)具有接收整流器電路(2)的輸出電壓的第一輸入端和連接至基準(zhǔn)電壓源 (Vref2)的第二輸入端以及連接至所述放電控制電路(12)的輸出端。
6.如權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述放電電路(12)還具有 連接至所述濾波器線圈(L2)和所述能量存儲(chǔ)電容器(Cres)的輸入端； 連接至所述輸出線(8)的輸入端； 經(jīng)由反相器和隔離構(gòu)件(22)連接至所述時(shí)延(19)的輸出端的輸入端；以及 連接至功率開關(guān)(T2)的控制輸入端的輸出端。
7.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括在所述整流器電路(2)的上游的濾波 器電路(1) ο全文摘要
本發(fā)明涉及一種AC/DC轉(zhuǎn)換器，包括在其輸入端的整流電路(2)，該整流器電路(2)與隔離變壓器(6)的初級(jí)繞組(5)串聯(lián)連接并且與連接至脈寬調(diào)制控制電路(10)的斷流開關(guān)(T1)連接，該隔離變壓器包括方向與初級(jí)繞組相同且經(jīng)由二極管(D4)連接至轉(zhuǎn)換器的輸出線(8)的第一次級(jí)繞組(7)，該輸出線連接至輸出電容器(Cout)，特征在于隔離變壓器包括方向與所述初級(jí)繞組相反且經(jīng)由二極管(D2)連接至輸出線的第二次級(jí)繞組(9)。
文檔編號(hào)H02M3/335GK101904082SQ200880122231
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2008年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者F·吉約, J·-M·庫爾泰耶 申請(qǐng)人:薩甘安全防護(hù)公司