CN103501120A

CN103501120A - 一种电容器式整流降压型稳压电路

Info

Publication number: CN103501120A
Application number: CN201310495516.3A
Authority: CN
Inventors: 李香龙; 张炜
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2014-01-08

Abstract

本发明公开了一种电容器式整流降压型稳压电路，在交流电整流过程中，利用自关断器件可控特性和二极管单向导电特性，第一只电容器经一只充电二极管和第二只电容器组成串联充电。当交流电压低于第二只电容器端电压时，阻断二极管两端产生自关断器件的驱动电压，驱动自关断器件导通，第一只电容器对第二只电容器进行并联式放电；当输出电压达到要求值时，稳压控制电路控制自关断器件关断，以获得稳定的直流电压输出，供用电负载使用。进而简化了从交流电到直流电稳压变换过程，达到了利用电容器整流降压型稳压的目的。本发明具有结构简单，成本低，效率和功率因数高等优点，突破了电感开关电源因开关频率高导致的使用寿命短的瓶颈。

Description

一种电容器式整流降压型稳压电路

技术领域

本发明涉及到一种电容器式整流降压型稳压电路，特别涉及到利用电力电子技术控制电容器对交流电进行整流降压型稳压电路。

背景技术

随着电子技术的发展，电子产品不断普及，作为电子产品必不可少的供电电源的直流稳压电源，应用越来越广泛。现有的交流电转换到直流电的方式大体分为两种，一种是交流电先经变压器变压至所需的电压，进而经整流滤波后，再进行稳压；另一种是交流电整流后，进行开关变换成较高频率的交流电，再依次经变换频率较高的变压器或电感器变换、二次整流滤波、稳压后，输出所需的直流电。第一种转换方式虽然结构简单，但变压器体积大、效率和功率因数低，给使用带来不便；第二种转换方式虽然采用了变换频率高的变压器和电感器，减小了电路体积，但存在高频变换产生电磁谐波和污染，且该方式采用了二次整流，降低了转换效率。因此，寻找一种无变压器且体积小、效率和功率因数高的整流稳压电路，以满足电子市场快速增长的需求，是研究人员多年来一直努力解决的难题。

发明内容

针对现有交流电转换直流电的不足，本发明要解决的技术问题是，提供一种电容器式整流降压型稳压电路。该稳压电路发挥了电解电容器体积小和容量大的优势，在交流电整流过程中，利用自关断器件可控特性和二极管单向导电特性，将交流电整流后得到的单向电流，经一只阻断二极管阻断反向电压，第一只电容器经一只充电二极管和第二只电容器组成串联充电。当输入的交流电压低于第二只电容器的端电压时，阻断二极管两端产生反向电压为自关断器件的驱动电压，驱动自关断器件导通，第一只电容器经放电二极管对第二只电容器进行放电；当输出电压达到要求值时，稳压控制电路控制自关断器件关断，以获得稳定的直流电压输出，供用电负载使用。进而简化了从交流电到直流电的稳压变换过程，达到了利用电容器整流、降压和稳压的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种电容器式整流降压型稳压电路由输入端L和N、整流电路、驱动电路、开关电路、稳压控制电路、输出端E-、E+和负载Rfz构成。该电路的工作步骤和物理过程是：交流电经共模电感和滤波电容滤波后，由整流桥整流成脉动直流电，经阻断二极管和充电二极管对两只电容器进行串联式充电；当输入交流电压低于输出直流电压且达到预定控制值时，阻断二极管产生驱动电压驱动自关断器件导通，经放电二极管和限流电感实现第一只电容器对第二只并联式放电；当输出电压达到要求值时，稳压控制电路内的电压比较器控制光电耦合器内的发光二极管工作，经光电耦合使驱动电路内的光电耦合器内的接收三极管导通，控制自关断器件关断，实现对第二只电容器端电压的控制，进而达到控制稳压输出的目的；当自关断器件关断时，存储在限流电感内的电磁能经回能二极管释放到第二只电容器中。

所述的整流电路由共模电感L1、滤波电容器CL和整流桥DQ构成；所述的驱动电路由驱动电阻R1、释放电阻R2、稳压二极管DW1、阻断二极管D1、光电耦合器内的接收管DG构成；所述的开关电路由第一只充电电容器C1和第二只充电电容器C2、放电二极管D2和充电二极管D3、限流电感L2、回能二极管D4和自关断器件V构成；所述的稳压控制电路由光电耦合器的发光管FG和电压比较器B构成。所述的自关断器件可以采用功率三极管，功率场效应管，IGBT和GTO等具有可控制关断属性的半导体功率器件。

一种电容器式整流降压型稳压电路各电路内部和之间的连接关系是，交流电的输入端N与所述的整流电路内共模电感L1的一绕组的一端相连，该绕组的另一端连接到滤波电容器CL的一端和整流桥DQ的交流输入的一端；交流电的输入端L与所述的整流电路的共模电感L1另一绕组的一端相连，该绕组的另一端连接到滤波电容器CL的另一端和整流桥DQ的交流输入的另一端；整流桥DQ输出的正电位与所述的驱动电路内的驱动电阻R1的一端、所述的开关电路内的放电二极管D2的负极和直流输出端的E+相连接；所述的整流电路内的整流桥DQ输出的负电位与所述的驱动电路内的阻断二极管D1的负极相连接；所述的开关电路内的第一只充电电容器C1的负极和自关断器件V的阴极与所述的驱动电路内的阻断二极管D1的正极相连接；所述的稳压控制电路内光电耦合器的发光管FG光电耦合到所述的驱动电路内的光电耦合器接收管DG；所述的开关电路内的驱动电阻R1的一端连接到脉动直流电的正电位，驱动电阻R1的另一端连接到脉动直流电的负电位，并与所述的驱动电路内的稳压二极管DW1的负极、释放电阻R2的一端连接，阻断二极管D1的正极与稳压二极管DW1的正极、释放电阻R2的另一端、光电耦合器接收管DG的发射极、所述的开关电路内的自关断器件V的阴极和第一只充电电容器C1的负极相连接；所述的开关电路内的第一只充电电容器C1的正极与放电二极管D2的正极和充电二极管D3的负极相连接，放电二极管D2的负极与输出端E+相连接，充电二极管D3的正极与第二只充电电容器C2的负极和输出端E-相连接；第二只充电电容器C2的正极和回能二极管D4的负极与输出端E+相连接；所述的开关电路内的自关断器件V的驱动极与所述的驱动电路内的光电耦合器接收管DG的集电极相连接；所述的开关电路内的自关断器件V的阳极与限流电感L2的一端和回能二极管D4的正极相连接，限流电感L2的另一端与第二只充电电容器C2的负极和输出端E-相连接。所述的稳压控制电路的V+与输出端E+相接，稳压控制电路的V-与输出端E-相接。所述的稳压控制电路内的的电压比较器B的输出端控制光电耦合器的发光管FG经光电耦合到所述的驱动电路内的光电耦合器内的接收管DG。

本发明有益效果在于，由于采用50周控制电容器充放电电压进行整流稳压，减少了变换环节，增大了交流整流导通角度，提高了电路的功率因数和转换效率，降低了电容器的开关损耗，延迟了电容器的使用寿命，进而提高电路的使用寿命；由于没有使用变压器或开关变换用的电感，因此缩小了电路体积，进而降低了制作成本；设置了回能二极管，降低了自关断器件的耐压值，同时回收了限流电感内的能量，提高了转换效率。

附图说明

图1电容器式整流降压型稳压电路原理图

图中标号：

1 整流电路

2 驱动电路

3 开关电路

4 稳压控制电路

图2利用电容器式整流降压型稳压电路制作的LED恒流恒压驱动电源原理图

图中标号：

1 整流电路

2 驱动电路

3 开关电路

4 稳压控制电路

5 恒流控制电路

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本发明做进一步详细说明。

本发明是一种电容器式整流降压型稳压电路。图1是电容器式整流降压型稳压电路原理图。该电路由输入端L和N、整流电路1、驱动电路2、开关电路3、稳压控制电路4、输出端E-、E+和负载Rfz构成。所述的整流电路1由共模电感L1、滤波电容CL和整流桥DQ构成；所述的驱动电路2由驱动电阻R1、释放电阻R2、稳压二极管DW1、阻断二极管D1、光电耦合器接收管DG构成；所述的开关电路3由第一只充电电容器C1和第二只充电电容器C2、放电二极管D2、充电二极管D3、限流电感L2、回能二极管D4和自关断器件V构成；所述的稳压控制电路4由光电耦合器的发光管FG和电压比较器B构成。

一种电容器式整流降压型稳压电路各电路内部和之间的连接关系是，交流电的输入端N与所述的整流电路1内共模电感L1的一绕组的一端相连，该绕组的另一端连接到滤波电容器CL的一端和整流桥DQ的交流输入的一端；交流电的输入端L与所述的整流电路1的共模电感L1另一绕组的一端相连，该绕组的另一端连接到滤波电容器CL的另一端和整流桥DQ的交流输入的另一端；整流桥DQ输出的正电位与所述的驱动电路2内的驱动电阻R1的一端、所述的开关电路3内的放电二极管D2的负极和直流输出端的E+相连接；所述的整流电路1内的整流桥DQ输出的负电位与所述的驱动电路2内的阻断二极管D1的负极相连接；所述的开关电路3内的第一只充电电容器C1的负极和自关断器件V的阴极与所述的驱动电路2内的阻断二极管D1的正极相连接；所述的稳压控制电路4内光电耦合器的发光管FG光电耦合到所述的驱动电路2内的光电耦合器接收管DG。所述的驱动电路2内的驱动电阻R1的一端连接到脉动直流电的正电位，驱动电阻R1的另一端连接到脉动直流电的负电位，并与所述的驱动电路2内的稳压二极管DW1的负极、释放电阻R2的一端连接，阻断二极管D1的正极与稳压二极管DW1的正极、释放电阻R2的另一端、光电耦合器接收管DG的发射极、所述的开关电路3内的自关断器件V的阴极和第一只充电电容器C1的负极相连接；所述的开关电路3内的第一只充电电容器C1的正极与放电二极管D2的正极和充电二极管D3的负极相连接，放电二极管D2的负极与输出端E+相连接，充电二极管D3的正极与第二只充电电容器C2的负极和输出端E-相连接；第二只充电电容器C2的正极和回能二极管D4的负极与输出端E+相连接；所述的开关电路3内的自关断器件V的驱动极与所述的驱动电路2内的光电耦合器接收管DG的集电极相连接；所述的开关电路3内的自关断器件V的阳极与限流电感L2的一端和回能二极管D4的正极相连接，限流电感L2的另一端与第二只充电电容器C2的负极和输出端E-相连接。

工作时，输入端L和N接入市电交流电，交流电经整流电路1内的共模电感L1和滤波电容器CL滤波后，再经整流桥DQ整流成脉动直流电，作为开关电路3的工作电压，阻断二极管D1两端产生的反向电压为自关断器件的驱动电压，驱动自关断器件导通。当工作负载Rfz的输出端E+与E-的电压达到要求电压时，稳压控制电路4内的电压比较器B驱动光电耦合器的发光管FG工作，使驱动电路2中的光电耦合器内的接收管DG导通，进而控制自关断器件V关断，达到控制输出电压的目的。当自关断器件关断时，存储在限流电感内的电磁能由回能二极管D4经正极到负极释放到第二只充电电容器C2中。

图2是利用电容器式整流降压型稳压电路制作的LED恒流恒压驱动电源原理图。该电源由输入端L和N、整流电路1、驱动电路2、开关电路3、稳压控制电路4和恒流控制电路5构成。所述的整流电路1由共模电感L1、滤波电容CL和整流桥DQ构成；所述的驱动电路2由驱动电阻R1、释放电阻R2、稳压二极管DW1、阻断二极管D1、光电耦合器接收管DG构成；所述的开关电路3由第一只充电电容器C1和第二只充电电容器C2、放电二极管D2、充电二极管D3、限流电感L2、回能二极管D4和自关断器件V构成；所述的稳压控制电路4由光电耦合器的发光管FG、可调电阻W1、电阻R3、R4、R5、R6和R7、阻断二极管D5和D6、电容器C3、稳压二极管DW2和DW3、电压比较器B1构成；所述的恒流控制电路5由电压比较器B2、可调电阻W2、电阻R8、R9、R10和RX、电容器C4构成。

上述电路之间的连接关系为：输入端N与整流电路1内的共模电感的一个绕组的一端相连，输入的L与整流电路1内的共模电感的另一个绕组的一端相连；整流电路1输出的正极与直流输出端的E+相连，整流电路1输出的负极与驱动电路内2的阻断二极管D1的负极相连接；驱动电路2内的驱动电阻R1的一端与直流输出E+端相接，驱动电路内的稳压二极管DW1的负极与开关电路3内的自关断器件V的驱动极相连，开关电路3内充电电容器C1的负极与驱动电路2的阻断二极管D1的正极相连，驱动电路2与稳压控制电路4是经过驱动电路2内的光电接收管DG与稳压控制电路4内的光电发射管FG光电耦合连接的；稳压控制电路4内的电阻R3的一端和可调电阻W1的一端与直流输出端E+相连；恒流控制电路5内的电压比较器B2的输出端与稳压控制电路4的阻断二极管的D6负极相连；恒流控制电路5内的电流检测电阻RX的一端与开关电路3内的充电电容器C2的负极相连接，电流检测电阻RX的另一端与输出端E-相连接，负载Rfz的两端分别连接到直流输出的E+和E-端。

工作时，输入端L和N接入市电交流电，交流电经整流电路1内的共模电感L1和滤波电容器CL滤波后，再经整流桥DQ整流成脉动直流电，作为开关电路3的工作电压。阻断二极管D1两端产生的反向电压为自关断器件的驱动电压，驱动自关断器件导通。当驱动LED工作的输出端E+与E-的电压达到要求电压时，输出端电压经电阻W1和R5与电阻R6分压给稳压控制电路4内的电压比较器B1，控制经阻断二极管D5驱动光电耦合器的发光管FG工作，使光电耦合器内的接收管DG导通，进而关断自关断器件V，达到控制输出电压的目的；电流检测电阻RX检测到输出电流达到要求电流时，输出端电压经电阻R9和R10分压给恒流控制电路5内的电压比较器B2，经阻断二极管D6驱动光电耦合器的发光管FG工作，使光电耦合器内的接收管DG导通，进而关断自关断器件V，达到控制输出电流的目的；图2中Rfz为多只LED串联组成。

本发明采用50周控制电容器充放电电压进行整流稳压，极大地减小了电容器充放电损耗，降低了电容器使用温度，提高了电容器使用寿命，突破了现有LED驱动电源使用寿命短的瓶颈。由于没有使用变压器或高频变换电感，缩小了电路体积。用该发明制作出的LED恒流恒压驱动电源，提高了可靠性，具有结构简单、体积小、重量轻、功率因数和效率高、使用寿命长等优点。

Claims

1.一种电容器式整流降压型稳压电路，其特征在于：交流电经共模电感和滤波电容滤波后，由整流桥整流成脉动直流电，经阻断二极管和充电二极管对两只电容器进行串联式充电；当输入交流电压低于输出直流电压且达到预定控制值时，阻断二极管产生驱动电压驱动自关断器件导通，经放电二极管和限流电感实现第一只电容器对第二只并联式放电；当输出电压达到要求值时，稳压控制电路内的电压比较器控制光电耦合器内的发光二极管工作，经光电耦合使驱动电路内的光电耦合器内的接收管导通，控制自关断器件关断，实现对第二只电容器端电压的控制，进而达到控制稳压输出的目的；当自关断器件关断时，存储在限流电感内的电磁能经回能二极管释放到第二只电容器中。

2.根据权利要求1所述的一种电容器式整流降压型稳压电路，其特征在于：一种电容器式整流降压型稳压电路由输入端L和N、整流电路(1)、驱动电路(2)、开关电路(3)、稳压控制电路(4)、输出端E-、E+和负载Rfz构成；所述的整流电路(1)由共模电感L1、滤波电容器CL和整流桥DQ构成；所述的驱动电路(2)由驱动电阻R1、释放电阻R2、稳压二极管DW1、阻断二极管D1、光电耦合器内的接收管DG构成；所述的开关电路(3)由第一只充电电容器C1和第二只充电电容器C2、放电二极管D2和充电二极管D3、限流电感L2、回能二极管D4和自关断器件V构成；所述的稳压控制电路(4)由光电耦合器的发光管FG和电压比较器B构成。

3.根据权利要求1和2所述的一种电容器式整流降压型稳压电路，其特征在于：所述的自关断器件可以采用功率三极管、功率场效应管、IGBT和GTO等具有可控制关断属性的半导体功率器件。

4.根据权利要求1、2和3所述的一种电容器式整流降压型稳压电路，其特征在于：交流电的输入端N与所述的整流电路(1)内共模电感L1的一绕组的一端相连，该绕组的另一端连接到滤波电容器CL的一端和整流桥DQ的交流输入的一端；交流电的输入端L与所述的整流电路(1)的共模电感L1另一绕组的一端相连，该绕组的另一端连接到滤波电容器CL的另一端和整流桥DQ的交流输入的另一端；整流桥DQ输出的正电位与所述的驱动电路(2)内的驱动电阻R1的一端、所述的开关电路(3)内的放电二极管D2的负极和直流输出端的E+相连接；所述的整流电路(1)内的整流桥DQ输出的负电位与所述的驱动电路(2)内的阻断二极管D1的负极相连接；所述的开关电路(3)内的第一只充电电容器C1的负极和自关断器件V的阴极与所述的驱动电路(2)内的阻断二极管D1的正极相连接；所述的稳压控制电路(4)内光电耦合器的发光管FG光电耦合到所述的驱动电路(2)内的光电耦合器接收管DG；所述的驱动电路(2)内的驱动电阻R1的一端连接到脉动直流电的正电位，驱动电阻R1的另一端连接到脉动直流电的负电位，并与所述的驱动电路(2)内的稳压二极管DW1的负极、释放电阻R2的一端连接，阻断二极管D1的正极与稳压二极管DW1的正极、释放电阻R2的另一端、光电耦合器接收管DG的发射极、所述的开关电路(3)内的自关断器件V的阴极和第一只充电电容器C1的负极相连接；所述的开关电路(3)内的第一只充电电容器C1的正极与放电二极管D2的正极和充电二极管D3的负极相连接，放电二极管D2的负极与输出端E+相连接，充电二极管D3的正极与第二只充电电容器C2的负极和输出端E-相连接；第二只充电电容器C2的正极和回能二极管D4的负极与输出端E+相连接；所述的开关电路(3)内的自关断器件V的阳极与限流电感L2的一端和回能二极管D4的正极相连接，限流电感L2的另一端与第二只充电电容器C2的负极和输出端E-相连；所述的稳压控制电路(4)的V+与输出端E+相接，稳压控制电路(4)的V-与输出端E-相连，所述的稳压控制电路(4)内的电压比较器B的输出端控制光电耦合器的发光管FG经光电耦合到所述的驱动电路(2)内的光电耦合器内的接收管DG。