專(zhuān)利名稱(chēng):電壓變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
電壓變換器
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種電壓變換器,尤其涉及從需要變換的交流電源變換出預(yù)定的
輸出電壓的直流電源的電壓變換器。背景技術(shù):
電子行業(yè)產(chǎn)品中,幾乎都要用到交流/直流電壓變換器,為系統(tǒng)內(nèi)部提供不同的 工作電壓。 通常的交流/直流電壓變換解決方案基本上都是基于Boost(助推式)和Buck(補(bǔ) 償式)兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。但是,無(wú)論上述何種結(jié)構(gòu),不管是正激還是反激的工作方式,其電路都 是非常復(fù)雜的,同時(shí)都必須先經(jīng)過(guò)整流、濾波電路將交流轉(zhuǎn)化為直流,就是說(shuō),還需要輔助的 電路,這樣增加了電路的復(fù)雜程度,同時(shí)故障率、體積和成本等也大大增加;第二,因?yàn)楦行云?件(比如用于能量?jī)?chǔ)存、傳輸?shù)淖儔浩?及容性器件的存在,同時(shí)又工作于高頻的開(kāi)關(guān)狀態(tài), 必然會(huì)產(chǎn)生2-3倍于輸入電壓的高頻反感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),同時(shí),高速的開(kāi)關(guān)必然造成豐富的噪音諧 波分量,所以相關(guān)元器件的耐壓等參數(shù)必然要求比較高并且需要增加復(fù)雜的吸收電路,與此 同時(shí),也因?yàn)楦行云骷约叭菪云骷拇嬖?,其電路的功率因素必然很低,為了提高效率,必?需要增加復(fù)雜的PFC(功率因素校正電路),進(jìn)一步的增加了電路的復(fù)雜性;第三,電源在工作 過(guò)程中,功率器件高速的開(kāi)關(guān)必然產(chǎn)生大量的開(kāi)關(guān)噪音,所以為了滿(mǎn)足EMC(Electro Magnetic Compatibility,電磁兼容性)等標(biāo)準(zhǔn),必然需要大量的濾波吸收等電路,這些也大大增加了電 路的復(fù)雜性。所以,傳統(tǒng)方式的電壓變換器,其成本、體積和成本不可能大幅度的降低。 因此,有需要提供一種新的電壓變換器,解決上述問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是,提供一種電壓變換器,其功率因素高,而且能滿(mǎn) 足較高的EMC特性要求。 為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本實(shí)用新型的電壓變換器采用如下技術(shù)方案 本實(shí)用新型提供一種電壓變換器,用于從需要變換的交流電源變換出預(yù)定的輸出 電壓的直流電源,其包括第一輸入極、第二輸入極、第一輸出極和第二輸出極,第一輸入極 和第二輸入極分別連接到需要變換的交流電源的兩個(gè)極,具有預(yù)定輸出電壓的直流電源從 第一輸出極和第二輸出極輸出,第二輸入極和第二輸出極均電性連接到地電位。所述電壓 變換器包括同步整流元件,包括電性連接到所述交流電源的第一輸入極的漏極、電性連接 到第一輸出極的源極及柵極;控制電路,包括電性連接到所述第一輸入極的信號(hào)端、電性連 接?xùn)艠O的控制端、電性連接到第一輸出極的輸出端及電性連接到第二輸出極的接地端;電 容,電性連接在第一輸出極和第二輸出極之間;當(dāng)交流電源輸出到第一輸入極的電位大于 預(yù)定的切割電壓時(shí),控制電路的控制端輸出"斷"的信號(hào),使同步整流元件漏極與源極斷開(kāi), 同時(shí)電容放電;當(dāng)交流電源輸出到第一輸入極的電位小于預(yù)定的切割電壓時(shí),控制電路的 控制端輸出"通"的信號(hào),使同步整流元件漏極與源極連通,同時(shí)電容被充電。[0008] 在一種優(yōu)選的實(shí)施例中,控制電路包括串接于信號(hào)端與內(nèi)部電路之間的預(yù)先選定 的第一穩(wěn)壓二極管,該第一穩(wěn)壓二極管在信號(hào)端的電位大于預(yù)定的切割電壓時(shí)被擊穿而導(dǎo) 通,從而發(fā)出"切割"信號(hào),該第一穩(wěn)壓二極管在信號(hào)端的電位小于預(yù)定的切割電壓時(shí)截止, 從而發(fā)出"不切割"信號(hào)。 在另一種優(yōu)選的實(shí)施例中,控制電路包括控制元件,控制元件包括電性連接到前 述第一穩(wěn)壓二極管的基極、電性連接到前述輸出端的發(fā)射極及電性連接到前述控制端集電 極,當(dāng)基極接收到"切割"信號(hào)時(shí),控制元件將發(fā)射極與集電極切換到導(dǎo)通狀態(tài),當(dāng)基極接收 到"不切割"信號(hào)時(shí),控制元件將發(fā)射極與集電極切換到截止?fàn)顟B(tài)。 在又一種優(yōu)選的實(shí)施例中,其包括電性連接同步整流元件源極及柵極的第二穩(wěn)壓
二極管。 在又一種優(yōu)選的實(shí)施例中,控制電路包括驅(qū)動(dòng)控制電路的輔助直流電源,該輔助
直流電源一極電性連接到地電位,另一極串連第一電阻之后連接到所述控制端。 在又一種優(yōu)選的實(shí)施例中,其包括預(yù)整流電路,該預(yù)整流電路可將輸入的交流電
的一半反相后輸出,需要變換的交流電源是經(jīng)過(guò)該預(yù)整流電路之后再輸出到前述第一輸入
極和第二輸入極。 在又一種優(yōu)選的實(shí)施例中,所述電容的容量大于等于IO微法,優(yōu)選地,電容的容 量大于等于100微法,最好為100微法。 在一種優(yōu)選的實(shí)施例中,所述控制元件的基極與集電極之間電性連接有容量為 0.01到O. l微法的反饋電容。 在又一種優(yōu)選的實(shí)施例中,所述控制電路包括電性連接在控制端與接地端之間的
第三穩(wěn)壓二極管。 根據(jù)本實(shí)用新型的電壓變換器,直接實(shí)現(xiàn)交流/直流的變換,不需要整流和濾波 電路,在實(shí)現(xiàn)交流/直流的同時(shí),完成電壓的大幅度變換和穩(wěn)定。通過(guò)"切割"的方式有選 擇的對(duì)局部能量進(jìn)行傳輸實(shí)現(xiàn)了電壓的變換和穩(wěn)定。由于"切割"的方式只是有選擇的對(duì) 局部能量進(jìn)行傳輸,其保持了電路的高效率,可以完成電壓的大幅度變換,而不浪費(fèi)電能。 同時(shí)根據(jù)本實(shí)用新型的電壓變換器利用交流源自身作為觸發(fā)信號(hào)源實(shí)現(xiàn)同步整 流,并且工作頻率嚴(yán)格與電源同步,確保了輸出特性在不同使用環(huán)境下的穩(wěn)定。由于交流源 自身頻率一般比較低,例如50赫茲,這樣的同步整流,工作頻率非常低,所以EMC性能大大 提高。在同樣條件下,CE(傳導(dǎo)),RE(輻射)噪音遠(yuǎn)小于通常使用的交流/直流變換器,進(jìn) 而可以大大簡(jiǎn)化甚至省略EMC設(shè)計(jì)。 根據(jù)本實(shí)用新型的電壓變換器的電路簡(jiǎn)單,通過(guò)調(diào)整部分元件,即可實(shí)現(xiàn)不同電 壓的大幅度變換和穩(wěn)定。例如通過(guò)選擇合適規(guī)格的控制電路信號(hào)端相關(guān)的元件元件,即可 根據(jù)需要確定預(yù)定的切割電壓,從而從需要變換的交流電源變換出預(yù)定的輸出電壓的直流 電源。而且其采用常用的電子元件,提供了廉價(jià)解決方案。 下面的說(shuō)明中以說(shuō)明和舉例的方式披露了本實(shí)用新型的實(shí)施方案,從下面結(jié)合附 圖的說(shuō)明本實(shí)用新型的其他目標(biāo)和優(yōu)勢(shì)將變得更加明顯。
以下參考附圖更充分地描述本實(shí)用新型的實(shí)施方案,其中[0021] 圖1是根據(jù)本實(shí)用新型一種電壓變換器的實(shí)施方案的電路圖; 圖2是當(dāng)工作時(shí),圖1所示根據(jù)本實(shí)用新型一種電壓變換器的實(shí)施方案的電路圖 中有關(guān)位置的波形圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在參考附圖描述本實(shí)用新型優(yōu)選的實(shí)施方案,其中相同的標(biāo)號(hào)始終用來(lái)指引相 同的元素。為解釋的目的,在下面的說(shuō)明中提供了許多具體細(xì)節(jié),以便對(duì)本實(shí)用新型提供深 入了解。然而,這可能是顯而易見(jiàn)的,沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié),該實(shí)用新型仍可以實(shí)施。 圖1顯示了根據(jù)本實(shí)用新型一種電壓變換器的實(shí)施方案的電路圖,電壓變換器 100,用于從需要變換的交流電源(圖中未顯示)變換出預(yù)定的輸出電壓的直流電源。電壓 變換器100包括第一輸入極10、第二輸入極12、第一輸出極20和第二輸出極22。第一輸入 極10和第二輸入極12分別連接到需要變換的交流電源的兩個(gè)極,具有預(yù)定輸出電壓的直 流電源從第一輸出極20和第二輸出極22輸出。第二輸入極12和第二輸出極22均電性連 接到地電位。 電壓變換器100包括同步整流元件3、控制電路4及電容5。 同步整流元件3在該實(shí)施方案中是一只MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體 管),也可使用BJT (雙極性結(jié)型晶體管)等其他可控元件,其包括漏極32、源極34及柵極 36。漏極32連接到所述交流電源的第一輸入極10,源極34電性連接到第一輸出極20。在 同步整流元件3源極34及柵極36之間電性連接第二穩(wěn)壓二極管6。 電容5電性連接在第一輸出極20和第二輸出極22之間,而且正極連接到第一輸 出極。電容5的容量大于等于IO微法,優(yōu)選地,大于等于IOO微法,最好等于100微法。 控制電路4包括電性連接到所述第一輸入極10的信號(hào)端40、電性連接?xùn)艠O36的 控制端42、電性連接到第一輸出極20的輸出端44及電性連接到第二輸出極22的接地端 46。 控制電路4包括控制元件400,控制元件400在該實(shí)施方案中是一只晶體三極管, 其包括電性連接到前述第一穩(wěn)壓二極管的基極402、電性連接到前述輸出端44的發(fā)射極 404及電性連接到前述控制端42集電極406。有一個(gè)輔助直流電源43 —極電性連接到地 電位,另一極串連第一電阻45之后連接到所述控制端42,控制端42串連第二電阻47之后 連接到控制元件400的集電極406。輔助直流電源43正極連接到標(biāo)號(hào)43所指位置,負(fù)極接 地,對(duì)控制電路4提供驅(qū)動(dòng)電力,其可以使用普通的干電池或者其他常用的直流電源。在控 制端42與接地端46之間電性連接有第三穩(wěn)壓二極管7。制元件400的基極402與集電極 406之間電性連接有容量為0. 01到0. 1微法的反饋電容408。制元件400的基極402與發(fā) 射極404之間電性連接有第三電阻407。 控制電路4包括串接于信號(hào)端40與內(nèi)部電路之間的預(yù)先選定的第一穩(wěn)壓二極管 41。而且,優(yōu)選地,在信號(hào)端40與第一穩(wěn)壓二極管41之間串連有第三電阻410,在信號(hào)端 40的電位大于預(yù)定的切割電壓時(shí)該第一穩(wěn)壓二極管41被擊穿而導(dǎo)通,從而發(fā)出"切割"信 號(hào),該第一穩(wěn)壓二極管41在信號(hào)端40的電位小于預(yù)定的切割電壓時(shí)截止,從而發(fā)出"不切 割"信號(hào)。 當(dāng)基極402接收到"切割"信號(hào)時(shí),控制元件400將發(fā)射極404與集電極406切換到導(dǎo)通狀態(tài),導(dǎo)致在輸出端44與控制端42之間電勢(shì)差變低,從而向同步整流元件3輸出 "斷"的信號(hào),使同步整流元件3漏極32與源極34斷開(kāi),同時(shí)控制電路4的輸出端44輸出 具有預(yù)定輸出電壓高度的電位。由于同步整流元件3漏極32與源極34斷開(kāi),大部分能量 沒(méi)有通過(guò)同步整流元件3傳輸?shù)降谝惠敵鰳O20,這種對(duì)局部能量的"切割"提高了能量轉(zhuǎn)換 的效率,其保持了電路的高效率,可以完成電壓的大幅度變換,而不浪費(fèi)電能。電容5在前 一周期被充電而儲(chǔ)存電能的情況下,由于同步整流元件3漏極32與源極34斷開(kāi),第一輸入 極10的電能無(wú)法到達(dá)第一輸出極20,電容5向第一輸出極20釋放儲(chǔ)存的電能。 當(dāng)基極402接收到"不切割"信號(hào)時(shí),控制元件400將發(fā)射極404與集電極406切 換到截止?fàn)顟B(tài),導(dǎo)致在輸出端44與控制端42之間維持較高電勢(shì)差,該電勢(shì)差大于同步整流 元件3的臨界電壓而使之可以導(dǎo)通,從而向同步整流元件3輸出"通"的信號(hào),使同步整流 元件3漏極32與源極34接通,同時(shí)控制元件400將發(fā)射極404與集電極406切換到截止 狀態(tài)。由于同步整流元件3漏極32與源極34接通,第一輸入極10的電源到達(dá)第一輸出極 20,對(duì)連接在第一輸出極20的電容5充電儲(chǔ)存電能。整體上,第一輸出極20和第二輸出極 22之間輸出穩(wěn)定的直流電壓。 根據(jù)本實(shí)用新型的電壓變換器100,其電路簡(jiǎn)單,通過(guò)調(diào)整部分元件,即可實(shí)現(xiàn)不 同電壓的大幅度變換和穩(wěn)定。例如,采用不同穩(wěn)定電壓的第一穩(wěn)壓二極管41,切割電壓就不 同,從而輸出的直流電源的電壓也不同。通過(guò)選擇合適穩(wěn)定電壓的第一穩(wěn)壓二極管41 ,即可 從需要變換的交流電源變換出預(yù)定的輸出電壓的直流電源。而且其采用常用的電子元件, 提供了廉價(jià)解決方案。 優(yōu)選地,電壓變換器100可以包括預(yù)整流電路(圖中未顯示),該預(yù)整流電路可將 輸入的交流電的一半反相后輸出,需要變換的交流電源是經(jīng)過(guò)該預(yù)整流電路之后再輸出到 前述第一輸入極10和第二輸入極12。 如圖2所示,第一波形80是第一輸入極10處的波形,典型地,其就是民用市電 (220伏特,50赫茲)通過(guò)預(yù)整流電路處理后的波形,第二波形82是控制元件400基極402 處的波形,第三波形84是控制電路4的控制端42處的波形,第四波形86是控制電路4的 輸出端44處的波形。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解,第三波形84與同步整流元件3 的柵極36處的波形相同,第四波形86與根據(jù)本實(shí)用新型電壓變換器100的實(shí)施方案中第 一輸出極20的波形相同。在本實(shí)施方案中,第一波形80包括高于預(yù)定切割電壓88的高位 段81和低于切割電壓88的低位段83。對(duì)應(yīng)第一波形80的高位段81時(shí),第一穩(wěn)壓二極管 41兩端的電壓高于額定的自身穩(wěn)定電壓,第一穩(wěn)壓二極管41被擊穿而導(dǎo)通,控制元件400 基極402處于高電位狀態(tài),故第二波形82處于高電位水平,同時(shí)控制元件400由于基極402 的高電位而導(dǎo)通,控制元件400集電極406電位被拉低而處于低電位水平,第三波形84處 于低電位水平。對(duì)應(yīng)第一波形80的低位段83時(shí),電壓不足以擊穿第一穩(wěn)壓二極管41,第一 穩(wěn)壓二極管41處于截止?fàn)顟B(tài),控制元件400基極402處于低電位狀態(tài),故第二波形82處于 低電位水平,同時(shí)控制元件400由于基極402的低電位而截止,控制元件400集電極406處 于高電位狀態(tài),第三波形84處于高電位水平。由圖2可以看到,第四波形86維持在基本不 變的電位水平,具有較少的波動(dòng),因此根據(jù)本實(shí)用新型電壓變換器100的實(shí)施方案變換出 來(lái)的直流電源是比較平穩(wěn)的。 根據(jù)本實(shí)用新型的電壓變換器100,直接實(shí)現(xiàn)交流/直流的變換,不需要整流和濾
7波電路,在實(shí)現(xiàn)交流/直流的同時(shí),完成電壓的大幅度變換和穩(wěn)定。通過(guò)"切割"的方式有選 擇的對(duì)局部能量進(jìn)行傳輸實(shí)現(xiàn)了電壓的變換和穩(wěn)定。同時(shí)利用交流源自身作為觸發(fā)信號(hào)源 實(shí)現(xiàn)同步整流,并且工作頻率嚴(yán)格與電源同步,確保了輸出特性在不同使用環(huán)境下的穩(wěn)定。 由于交流源自身頻率一般比較低,例如50赫茲,由根據(jù)本實(shí)用新型的預(yù)整流電路處理之后 的頻率也不超過(guò)100赫茲,因此這樣的同步整流,工作頻率非常低,所以EMC性能大大提高。 在同樣條件下,CE (傳導(dǎo)),RE (輻射)噪音遠(yuǎn)小于通常使用的交流/直流變換器,進(jìn)而可以 大大簡(jiǎn)化甚至省略EMC設(shè)計(jì)。 雖然本實(shí)用新型已經(jīng)在此顯示和描述,其中設(shè)想是最實(shí)際和優(yōu)選的實(shí)施方案,可 以認(rèn)識(shí)到,在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)可以做出改變,并非只限于此處所述的細(xì)節(jié),而是要符合 所附權(quán)利要求的全部范圍,以包含任何和所有等同裝置和設(shè)備。例如,雖然參考本實(shí)用新型 這種極性的晶體管的配置已經(jīng)說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施方案,本實(shí)用新型技術(shù)方案同樣可以適 用于相反極性晶體管的配置。而進(jìn)一步,例如本實(shí)用新型中的控制元件400是由一個(gè)晶體 三極管實(shí)現(xiàn),但是控制元件400也可以用相同功能的其他電路代替,實(shí)現(xiàn)與前述三極管相 似的功能。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員,這些都是等同的。
權(quán)利要求一種電壓變換器(100),用于從需要變換的交流電源變換出預(yù)定的輸出電壓的直流電源,其包括第一輸入極(10)、第二輸入極(12)、第一輸出極(20)和第二輸出極(22),第一輸入極(10)和第二輸入極(12)分別連接到需要變換的交流電源的兩個(gè)極,具有預(yù)定輸出電壓的直流電源從第一輸出極(20)和第二輸出極(22)輸出,第二輸入極(12)和第二輸出極(22)均電性連接到地電位,其特征在于所述電壓變換器(100)包括同步整流元件(3),包括電性連接到所述交流電源的第一輸入極(10)的漏極(32)、電性連接到第一輸出極(20)的源極(34)及柵極(36);控制電路(4),包括電性連接到所述第一輸入極(10)的信號(hào)端(40)、電性連接?xùn)艠O(36)的控制端(42)、電性連接到第一輸出極(20)的輸出端(44)及電性連接到第二輸出極(22)的接地端(46);電容(5),電性連接在第一輸出極(20)和第二輸出極(22)之間;當(dāng)交流電源輸出到第一輸入極(10)的電位大于預(yù)定的切割電壓時(shí),控制電路(4)的控制端(42)輸出“斷”的信號(hào),使同步整流元件(3)漏極(32)與源極(34)斷開(kāi),同時(shí)電容放電;當(dāng)交流電源輸出到第一輸入極(10)的電位小于預(yù)定的切割電壓時(shí),控制電路(4)的控制端(42)輸出“通”的信號(hào),使同步整流元件(3)漏極(32)與源極(34)連通,電容被充電。
2. 如權(quán)利要求l所述的電壓變換器(100),其特征在于控制電路(4)包括串接于信號(hào) 端(40)與內(nèi)部電路之間的預(yù)先選定的第一穩(wěn)壓二極管(41),該第一穩(wěn)壓二極管(41)在信 號(hào)端(40)的電位大于預(yù)定的切割電壓時(shí)被擊穿而導(dǎo)通,從而發(fā)出"切割"信號(hào),該第一穩(wěn)壓 二極管(41)在信號(hào)端(40)的電位小于預(yù)定的切割電壓時(shí)截止,從而發(fā)出"不切割"信號(hào)。
3. 如權(quán)利要求2所述的電壓變換器(100),其特征在于控制電路(4)包括控制元件 (400),控制元件(400)包括電性連接到前述第一穩(wěn)壓二極管的基極(402)、電性連接到前 述輸出端(44)的發(fā)射極(404)及電性連接到前述控制端(42)集電極(406),當(dāng)基極(402) 接收到"切割"信號(hào)時(shí),控制元件(400)將發(fā)射極(404)與集電極(406)切換到導(dǎo)通狀態(tài), 當(dāng)基極(402)接收到"不切割"信號(hào)時(shí),控制元件(400)將發(fā)射極(404)與集電極(406)切 換到截止?fàn)顟B(tài)。
4. 如權(quán)利要求l所述的電壓變換器(100),其特征在于其包括電性連接同步整流元件 (3)源極(34)及柵極(36)的第二穩(wěn)壓二極管(6)。
5. 如權(quán)利要求l所述的電壓變換器(100),其特征在于控制電路(4)包括驅(qū)動(dòng)控制電 路(4)的輔助直流電源(43),該輔助直流電源(43) —極電性連接到地電位,另一極串連第 一電阻(45)之后連接到所述控制端(42)。
6. 如權(quán)利要求5所述的電壓變換器(100),其特征在于其包括預(yù)整流電路,該預(yù)整流 電路可將輸入的交流電的一半反相后輸出,需要變換的交流電源是經(jīng)過(guò)該預(yù)整流電路之后 再輸出到前述第一輸入極(10)和第二輸入極(12)。
7. 如權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的電壓變換器(100),其特征在于所述電容(5)的 容量大于等于100微法。
8. 如權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的電壓變換器(100),其特征在于所述電容(5)的 容量大于等于io微法。
9. 如權(quán)利要求3所述的電壓變換器(100),其特征在于所述控制元件(400)的基極(402)與集電極(406)之間電性連接有容量為0. 01到0. 1微法的反饋電容(408)。
10.如權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的電壓變換器(100),其特征在于所述控制電路 (4)包括電性連接在控制端(42)與接地端(46)之間的第三穩(wěn)壓二極管(7)。
專(zhuān)利摘要一種電壓變換器,用于從交流電源變換出預(yù)定的輸出電壓的直流電源,包括包括漏極、源極及柵極的同步整流元件;控制電路,包括電性連接到所述第一輸入極的信號(hào)端、電性連接?xùn)艠O的控制端、電性連接到第一輸出極的輸出端及電性連接到第二輸出極的接地端;電容,電性連接在第一輸出極和第二輸出極之間;當(dāng)交流電源輸出到第一輸入極的電位大于預(yù)定的切割電壓時(shí),控制電路的控制端輸出“斷”的信號(hào),使漏極與源極斷開(kāi),同時(shí)電容放電;當(dāng)交流電源輸出到第一輸入極的電位小于預(yù)定的切割電壓時(shí),控制端輸出“通”的信號(hào),使漏極與源極連通,電容被充電。
文檔編號(hào)H02M7/217GK201550037SQ20092020906
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2009年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月2日
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