CN104935181B - 具有双输入端的交流斩波器 - Google Patents

Abstract

具有双输入端的交流斩波器，具有第一双向开关、第二双向开关、续流开关，第一输入端经第一双向开关后与续流开关并联，所述第一双向开关与第一输入端串联，所述续流开关的与一电感和一电容串联，所述电容的两端为交流斩波器的输出端，第二输入端经第二双向开关后与续流开关并联，所述第二双向开关与第二输入端串联。本发明的拓扑结构具有两个输入端，可以在输出端提供不同电压等级或者不同电压极性的输出。

Description

具有双输入端的交流斩波器

技术领域

本发明是有关于一种交流斩波器，且特别是有关于一种具有双输入端的交流斩波器。

背景技术

如图1，为一种具有单一输入端口的交流斩波器，输入端为AB，输出端为CD，双向开关S1和续流开关X互补导通，占空比为D。这样的交流斩波器智能为输出端提供与输入电压同相位的电压，不能移相。

将交流斩波器应用在补偿式稳压器中时，存在这样的问题，交流斩波器需要同时调整补偿电压的幅值与相位，当发生电压跌落时，需使补偿电压与输入电压之间相位相同，输出电压等于输入电压与补偿电压之和；当发生电压突增时，需使补偿电压与输入电压之间相位相反，输出电压等于输入电压与补偿电压之差。由于如图1所示的交流斩波器自身无法改变输出电压的相位，已知技术中，在交流斩波器的输出端加入转换开关，如图2所示，通过开关K1和K2选择交流斩波器的输出电压正向或反向接入补偿变压器。由于机械开关的开关速度很慢，这种方法切换补偿电压方向的时间较长，稳压器的响应时间较长。

于是现有技术中存在这样一种需求，需要一种能够同时提供电压幅值和相位变换的交流斩波器拓扑。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供具有双输入端口的交流斩波器，利用这样两个输入端口，能够为斩波器的输出端提供幅值和相位均可变换的电压。

本发明的具有双输入端口的交流斩波器，包括第一输入端、第二输入端、输出端以及第一双向开关、第二双向开关和续流开关，所述第一输入端经第一双向开关与续流开关并联，所述第一双向开关与第一输入端串联；所述第二输入端经第二双向开关与续流开关并联，所述第二双向开关与第二输入端串联，所述输出端与所述续流开关并联且所述输出端和所述续流开关之间串联有一电感。

本发明一具体实施例中，所述的第一双向开关、第二双向开关以及续流开关是由两个单向开关反向串联组成。

基于本发明的具有双输入端的交流斩波器的稳压器，所述稳压器包括一主电压输入端、变压器、所述双输入端的交流斩波器，所述主电压输入端与变压器的原边并联，所述变压器的副边包含第一副边绕组和第二副边绕组，所述两个副边绕组的同名端相反，所述变压器的两个输出端分别与所述交流斩波器的两个输入端并联所述交流斩波器的输出端与所述主电压输入端串联，所述主电压输入端的电压与所述交流斩波器输出端的电压之和为所述稳压器的输出电压。

本发明一具体实施例中，所述变压器的第一副边绕组的输出电压与所述主电压输入端的电压相位相同，所述变压器的第二副边绕组的输出电压与所述主电压输入端的电压相位相反。

本发明一具体实施例中，当所述主电压输入端的电压发生跌落时，所述第一双向开关与所述续流开关互补导通进行斩波控制，所述第二双向开关关断；当所述主电压输入端的电压发生突增时，所述第二双向开关与所述续流开关互补导通进行斩波控制，所述第一双向开关关断。

本发明一具体实施例中，第一双向开关与第二双向开关之间发生切换时，仅当第一双向开关或第二双向开关处于关断状态时才可以开通第二双向开关或第一双向开关。

本发明的具有双输入端的交流斩波器能够同时控制输出端的电压和相位，且控制方案快速简单。基于本发明交流斩波器的稳压器，能够快速补偿主电压的跌落或者突增。

附图说明

图1为已知技术中交流斩波器电路示意图。

图2为已知技术中一种交流稳压器的电路示意图。

图3为本发明交流斩波器的一具体实施例的电路示意图。

图4为本发明交流斩波器的另一具体实施例的电路示意图。

图5为基于本发明的交流斩波器的稳压器的电路示意图。

具体实施例

本发明实施例提出一种具有双输入端的交流斩波器，这种具有双输入端的交流斩波器，通过在其输入端提供不同的输入电压就能够同时控制输出端电压的相位和电压幅值，将其应用于稳压器，稳压器具有快速补偿的特性。为了使本揭露之内容可以被更容易明了，以下特举实施例作为本揭露确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的组件/构件/步骤，系代表相同或类似部件。

图3为本发明的具有双输入端的交流斩波器的电路示意图，图3中，交流斩波器具有两个输入端：第一输入端A1-B1和第二输入端A2-B2，第一输入端A1-B1经双向开关S1与续流开关X并联，双向开关S1串联在第一输入端A1-B1的任意端子上；第二输入端A2-B2经双向开关S2与续流开关X并联，双向开关S2串联在第二输入端A2-B2的任意端子上。续流开关X与一储能滤波电路并联，所述储能滤波电路为电感L和电容Cout，所述电感L和电容Cout串联，电容Cout两端C、D作为所述交流斩波器的输出端C-D。任意时刻第一输入端A1-B1和第二输入端A2-B2只能择一为交流斩波器提供电压输入。当第一输入端A1-B1为交流斩波器提供电压输入时，双向开关S2关断，双向开关S1与续流开关X进行交流斩波控制，他们互补导通和关断：双向开关S1导通续流开关X关断，第一输入端A1-B1为电感L充电并为输出端C-D提供电能；双向开关S1关断续流开关X导通，电感L通过续流开关X续流，并为输出端C-D提供电能。通过控制双向开关S1导通和关断的时间的比值也即占空比，就能控制输出端C-D的电压值。当第二输入端A2-B2为交流斩波器提供电压输入时，双向开关S1关断，双向开关S2与续流开关X进行交流斩波控制，他们互补导通和关断：双向开关S2导通续流开关X关断，第一输入端A2-B2为电感L充电并为输出端C-D提供电能；双向开关S2关断续流开关X导通，电感L通过续流开关X续流，并为输出端C-D提供电能。通过控制双向开关S2导通和关断的时间的比值也即占空比，就能控制输出端C-D的电压值。

第一输入端A1-B1的输入电压和第二输入端A2-B2的输入电压，可以为不同的输入电压，例如电压的相位不同的输入电压，相位相差180°的电压，这样输出端C-D的电压相位也相差180°

上述双向开关S1、双向开关S2和续流开关X均为使用单向开关反向串联构成的，双向开关S1是由单向开关Q1和单向开关Q2反向串联而成，双向开关S2是由单向开关Q5和Q6反向串联而成，续流开关X是由单向开关Q3和Q4反向串联而成，上述单向开关Q1-Q6为MOSFET。所述双向开关S1、双向开关S2和续流开关X中的单向开关，也不一定必须连接在一起，如图4所示，单向开关Q1串联在第一输入端A-B的端子A中，单向开关Q2串联在第一输入端A-B的端子B中，单向开关Q1与单向开关之间仍然是反向串联的关系，例如单向开关Q1的源极经过第一输入端后与单向开关Q2的漏极相连。同理，双向开关S2中的开关Q5和Q6也可以以这样的连接方式进行连接，在此不进行一一熬述。

图5为基于本发明的具有双输入端的交流斩波器的稳压器，图5中，主电压输入端M1-M2连接主电压V_AC，主电压输入端M1-M2并联变压器T的原边绕组Np，变压器T具有两个副边绕组，分别为Ns1和Ns2，副边绕组Ns1与交流斩波器51的第一输入端A1-B1并联，为交流斩波器51提供第一交流输入；副边绕组Ns2与交流斩波器51的第二输入端A2-B2并联，为交流斩波器51提供第二交流输入。交流斩波器51的第一输入端A1-B1并联一滤波电容C1，交流斩波器51的第二输入端A2-B2并联一滤波电容C2。交流斩波器51的电路元件连接方式与图3或图4中的元件连接方式相同，在此不再熬述。交流斩波器的输出端C-D与主电压输入端M1-M2串联，使得负载Load上的电压为主电压V_AC和交流斩波器51的输出电压Vcomp的和。

图5中变压器T的副边绕组Ns1与Ns2的同名端相反，交流斩波器51的第一交流输入电压VS1与主电压VAC相位相同，第二交流输入电压VS2与主电压VAC相位互差180°，极性相反。这使得交流斩波器51选选择第一交流输入电压VS1时，交流斩波器的输出电压Vcomp与主电压VAC相位相同，选择第二交流输入电压VS2时，交流斩波器的输出电压Vcomp与主电压VAC相位相反。于是，当主电压VAC发生跌落时，也即主电压VAC的电压值低于稳压器输出参考电压值时，斩波器51需要输出与VAC相位相同的电压Vcomp进行正补偿，此时，第二双向开关S2关闭，交流斩波器51选择第一输入端A1-B1的交流输入，第一双向开关S1与续流开关X构成一个斩波控制电路，Vcomp与VAC相位相同，电压极性相同，负载Load两端的电压Vout为主电压VAC与交流斩波器51的输出电压Vcomp之和；当主电压VAC发生突增时，也即主电压VAC的电压值高于稳压器输出参考电压值时，斩波器51需要输出与VAC极性相反的电压Vcomp进行正补偿，此时，第一双向开关S1关闭，交流斩波器51选择第二输入端A2-B2的交流输入，第二双向开关S2与续流开关X构成一个斩波控制电路，Vcomp与Vac相位互差180°，电压极性相反，负载Load两端的电压Vout为主电压VAC与交流斩波器51的输出电压Vcomp之差。此稳压器不需要额外的开关去改变交流斩波器接入稳压器的电压的极性，具有快速控制补偿的特点。

在此，需要特别指出的是，交流斩波器51在第一输入端A1-B1和二输入端A2-B2之间切换时，必须是在第一双向开关S1与第二双向开关S2都处于关断状态时。这样做的有益效果是，减小开关的损耗。

综上所述，本发明实施例提供一种具有双输入端的交流斩波器，将其应用在交流稳压器中，可以同时控制补偿电压的相位和电压值，减免了使用开关选择补偿电压极性的烦恼，简化了电路设计，且控制简单易行。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (6)

1.具有双输入端的交流斩波器，其特征在于，包括第一输入端、第二输入端、输出端以及第一双向开关、第二双向开关和续流开关，所述第一输入端经第一双向开关与续流开关并联，所述第一双向开关与第一输入端串联；所述第二输入端经第二双向开关与续流开关并联，所述第二双向开关与第二输入端串联，所述输出端与所述续流开关并联且所述输出端和所述续流开关之间串联有一电感，通过控制所述第一双向开关和第二双向开关的导通和关断的时间的比值也即占空比，控制所述输出端的电压值。

2.如权利要求1所述的具有双输入端的交流斩波器，其特征在于，所述第一双向开关、第二双向开关以及续流开关是由两个单向开关反向串联组成。

3.基于权利要求1所述的具有双输入端的交流斩波器的稳压器，其特征在于所述稳压器包括一主电压输入端、变压器、所述具有双输入端的交流斩波器，所述主电压输入端与变压器的原边并联，所述变压器的副边包含第一副边绕组和第二副边绕组，所述第一副边绕组和第二副边绕组的同名端相反，且分别与所述具有双输入端的交流斩波器的两个输入端并联所述具有双输入端的交流斩波器的输出端与所述主电压输入端串联，所述主电 压输入端的电压与所述交流斩波器输出端的电压之和为所述稳压器的输出电压。

4.如权利要求3所述的稳压器，其特征在于，所述变压器的第一副边绕组的输出电压与所述主电压输入端的电压极性相同，所述变压器的第二副边绕组的输出电压与所述主电压输入端的电压极性相反。

5.如权利要求3所述的稳压器，其特征在于，当所述主电压输入端的电压发生跌落时，所述第一双向开关与所述续流开关互补导通进行斩波控制，所述第二双向开关关断；当所述主电压输入端的电压发生突增时，所述第二双向开关与所述续流开关互补导通进行斩波控制，所述第一双向开关关断。

6.如权利要求1所述的具有双输入端的交流斩波器，其特征在于，第一双向开关与第二双向开关之间发生切换时，仅当第一双向开关和第二双向开关处于关断状态时才可以开通第二双向开关或第一双向开关。