本發(fā)明涉及在ac電源的轉(zhuǎn)換或整流中使用的方法和裝置以提供dc輸出。裝置可以形成例如用于電氣或電子設(shè)備的電源的部分。

背景技術(shù)：

用于整流ac信號(hào)以產(chǎn)生變化的dc輸出的橋式整流器的使用是公知的。與使用橋式整流器相關(guān)聯(lián)的一個(gè)缺點(diǎn)是dc輸出變化劇烈，基本在峰值輸入ac幅度與零之間變化。降低輸出信號(hào)變化的一種常用技術(shù)是提供連接在橋式整流器的輸出兩端的平流電容器，該電容器在使用中充電和放電以平滑輸出信號(hào)。雖然提供這樣的平流電容器在許多應(yīng)用中工作令人滿意，但是仍然存在明顯的輸出變化或波紋。此外，電容器一般在其電容和其尺寸方面必須相對(duì)較大。由此，在一些應(yīng)用中供應(yīng)這種電容器是有困難的。

因此之前概述的這種類型的結(jié)構(gòu)的功率因數(shù)一般相對(duì)低，例如在0.3至0.6的區(qū)間內(nèi)。此外，如果在中高電壓應(yīng)用中使用，尤其是在相關(guān)聯(lián)的負(fù)載必須被開關(guān)的應(yīng)用中，諧波的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致需要提供另外的電路來抑制這種諧波，這會(huì)給這種結(jié)構(gòu)帶來另外的復(fù)雜性和成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供用于在電轉(zhuǎn)換中使用的方法和裝置，其中與已知轉(zhuǎn)換方案相關(guān)聯(lián)的缺點(diǎn)的至少一些被克服或其影響降低。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于在電轉(zhuǎn)換中使用的裝置，包括具有輸入側(cè)和輸出側(cè)的橋式整流器，以及連接在所述整流器的輸出側(cè)兩端的開關(guān)電容器線，其中該開關(guān)電容器線包括電容器、充電支路以及開關(guān)放電支路，且其中該充電支路整合晶體管，該晶體管被控制以在晶體管導(dǎo)通時(shí)保持基本恒定的充電電流。

通過在電容器進(jìn)行充電的期間保持基本恒定的充電電路，可以避免在充電開始出現(xiàn)浪涌電流。

晶體管便利地被連接由此施加到晶體管基極的電壓至少部分地由齊納二極管來控制。但是這不需要一直是這種情況，且如果需要，可以利用使用合適選擇的組件的基于電阻器的分壓器。

在這種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)來自橋式整流器的輸出大于預(yù)定值且高于電容器的輸出時(shí)，則會(huì)發(fā)生以恒流對(duì)電容器進(jìn)行充電。一旦達(dá)到電容器電荷超過所述整流器輸出的點(diǎn)，則充電停止，電容器電荷被保持直到開關(guān)放電支路的開關(guān)被控制允許電容器放電的時(shí)候。

通過合適選擇在該裝置中使用的組件，發(fā)生充電的時(shí)間周期和電容器的峰值電荷可以被控制。

本發(fā)明還涉及電轉(zhuǎn)換方法，包括提供具有輸入側(cè)和輸出側(cè)的橋式整流器以及連接在所述整流器的輸出側(cè)兩端的開關(guān)電容器線，其中該開關(guān)電容器線包括電容器、充電支路以及開關(guān)放電支路，該充電支路整合晶體管；以及控制該晶體管以在晶體管導(dǎo)通時(shí)保持基本恒定的充電電流。

附圖說明

通過示例的方式參考附圖將進(jìn)一步描述本發(fā)明，在附圖中：

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的裝置的電路圖；

圖2和圖3是示出圖1的裝置的操作的圖。

具體實(shí)施方式

先參考圖1，示出了電轉(zhuǎn)換裝置10，該裝置包括具有連接到ac電源16的輸入側(cè)14和輸出側(cè)18的橋式整流器12。開關(guān)電容器線20連接在輸出側(cè)18的兩端。

開關(guān)電容器線20包括電容器22、充電支路24(由此可以發(fā)生電容器22的充電)以及開關(guān)放電支路26(由此電容器可以被放電以供應(yīng)負(fù)載28)。

充電支路24包括晶體管30，該晶體管30的集電極通過電阻器32連接到高輸出線或側(cè)18a且晶體管30的發(fā)射極通過二極管34連接到電容器22。晶體管30的基極被保持在由連接在高輸出線18a和地線18b之間的齊納二極管36和電阻器38控制的電平。

開關(guān)放電支路26包括合適的開關(guān)40和二極管42。開關(guān)40可以包括例如被合適控制的mosfet或igbt。

電阻器38被選擇以確保在高輸出線18a上的電壓超過預(yù)定水平時(shí)，足夠的電流流過齊納二極管36以確保該齊納二極管保持高輸出線18a和晶體管30的基極之間的電勢(shì)差恒定或基本恒定。由此，基本恒定的電流流過電阻器32、晶體管30以及二極管34，給電容器22充電。

如圖2所示，且被確定為第一模式或周期44，在該操作期間電容器22的充電以恒定或基本恒定的速率繼續(xù)直到達(dá)到電容器的電荷超過從橋式整流器12的輸出側(cè)18給電容器所提供的點(diǎn)。在該模式44期間，從橋式整流器12的輸出供應(yīng)負(fù)載28。一旦達(dá)到該點(diǎn)，不會(huì)對(duì)電容器22進(jìn)一步充電。繼續(xù)從橋式整流器12的輸出供應(yīng)負(fù)載28。如在圖2中所示在第二模式或周期46，二極管34以及打開的開關(guān)40阻止電容器22放電。因此在該模式46中，電容器22保持被充電。

在之后的點(diǎn)，開關(guān)40閉合，由此電容器22可以開始放電，在第三模式或周期48從電容器22放的電用于供應(yīng)負(fù)載28。

模式44、46、48的持續(xù)時(shí)間和電容器22的最大電荷可以通過合適選擇電路的組件和合適控制開關(guān)40的工作來控制。例如，通過改變電阻器32提供的電阻值，可以改變充電電流。通過降低充電電流，可以延長(zhǎng)第一模式44的持續(xù)時(shí)間，如圖3中所示。以這種方式延長(zhǎng)第一模式44的持續(xù)時(shí)間可以使得充電電流關(guān)于來自橋式整流器的輸出電壓的峰值近似對(duì)稱。該增強(qiáng)的對(duì)稱性可以產(chǎn)生增強(qiáng)的功率因數(shù)。

雖然在之前的描述中齊納二極管36用于控制施加到晶體管30的基極的電壓以在晶體管30導(dǎo)通時(shí)保持基本恒定的電流流過晶體管30到達(dá)電容器22，但是這不需要一直是這種情況。例如，如果電阻器32的電阻值比電阻器38的電阻值小得多，則齊納二極管36可以被電阻器替代而仍然實(shí)現(xiàn)基本恒定的充電電流到電容器22。

可以理解以上概述的電轉(zhuǎn)換方案的優(yōu)點(diǎn)在于它們使用相對(duì)少的組件。電容器22可以是小尺寸，因此與已知電路結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的封裝問題被克服。如上所述，由于電容器充電電流基本恒定，在充電開始或結(jié)束時(shí)沒有明顯的浪涌。這種結(jié)構(gòu)僅需要控制單個(gè)開關(guān)的工作，且因此相對(duì)簡(jiǎn)單操作。

裝置可以便利地集成到用于電子或電氣設(shè)備的電源，例如用于與消費(fèi)電子設(shè)備使用，該消費(fèi)電子設(shè)備例如是計(jì)算機(jī)設(shè)備、電視或音頻設(shè)備。但是，可以理解其可以與廣范圍的其他設(shè)備使用或集成到這些設(shè)備。

以上的描述涉及本發(fā)明的特定示例實(shí)施方式。但是可以理解就這一點(diǎn)而言，本發(fā)明不被限制且可以在不背離權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍的情況下修改本發(fā)明。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
描述了用于在電轉(zhuǎn)換中使用的裝置和方法。該裝置包括具有輸入側(cè)(14)和輸出側(cè)(18)的橋式整流器(12)，以及連接在所述整流器(12)的輸出側(cè)(18)兩端的開關(guān)電容器線(20)，其中該開關(guān)電容器線(20)包括電容器(22)、充電支路(24)以及開關(guān)放電支路(26)，且其中該充電支路(24)整合晶體管(30)，其被控制以在晶體管(30)導(dǎo)通時(shí)保持基本恒定的充電電流。

技術(shù)研發(fā)人員：M·艾哈邁德
受保護(hù)的技術(shù)使用者：普利茅斯大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2015.12.17
技術(shù)公布日：2017.09.26