CN111722662A - 一种电压调节电路及调压器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种电压调节电路及调压器，用以同时实现升压和降压的功能，简化电路结构、降低成本，且缩小调压器体积。所述电路包括：第一电压输入端、第二电压输入端、第一电压输出端、第二电压输出端、以及并联连接的第一开关管桥臂、电容支路和第二开关管桥臂，电容支路包括串联连接的第一电容和第二电容，第二电压输入端与第二电压输出端连接，第二电压输入端与第一电压输出端之间串联连接有第三电容和第四电容，第一电压输入端分别连接第一节点和第二节点，第二电压输入端和第三电容的连接点与第三节点之间连接有第一电感，第一电压输出端和第四电容的连接点与第四节点之间连接有第二电感。

Description

一种电压调节电路及调压器

技术领域

本发明涉及交流调压器领域，尤其涉及一种电压调节电路及调压器。

背景技术

调压器一般用于科研、实验、检测、加热保温、软启动等场合，用于给负载提供不同的电压，并使该电压可以在通电情况下线性调节。

现有技术中，常见的交流调压器的实现方法有三种：第一种是有触点变压器调压器结构，采用伺服电机带动电刷移动，来实现变压器匝数比的改变，达到调节交流输出电压的目的。但由于电刷的存在，易损耗导致接触不良或者调压易产生电火花等问题，进而导致电压调整响应慢，需经常维护。另外，由于变压器的存在，导致调压器整体重量重、体积大。第二种是无触点变压器调压器结构，采用可控硅作为电子开关来调节变压器输出电压。但因为调压是有级的，无法实现连续调压，因而有输出精度低的不足。另外，变压器仍然存在，调压器整体仍然重量重、体积大。第三种是无变压器结构，一部分采用开关管高频斩波方式实现交流电压调节，这种调压器大部分都是只能降压不能实现升压功能，或者只能实现升压不能实现降压功能。虽然也有一部分可以同时实现升压和降压，但是电路复杂，电感、电子管多，存在成本很高，体积较大的不足。

综上所述，现有技术中的交流调压器存在无法同时实现升压和降压、电路复杂、成本高、体积大等问题。

发明内容

本发明实施例提供一种电压调节电路及调压器，用以同时实现升压和降压的功能，简化电路结构、降低成本，且缩小调压器体积。

第一方面，本发明实施例提供一种电压调节电路，包括：第一电压输入端、第二电压输入端、第一电压输出端、第二电压输出端、以及并联连接的第一开关管桥臂、电容支路和第二开关管桥臂，电容支路包括串联连接的第一电容和第二电容，第二电压输入端与第二电压输出端连接，第二电压输入端与第一电压输出端之间串联连接有第三电容和第四电容，第一电压输入端分别连接第一节点和第二节点，第二电压输入端和第三电容的连接点与第三节点之间连接有第一电感，第一电压输出端和第四电容的连接点与第四节点之间连接有第二电感；

其中，第一节点为第一电容和第二电容的中间节点，第二节点为第三电容和第四电容的中间节点，第三节点为第一开关管桥臂中两个串联连接的开关管的中间节点，第四节点为第二开关管桥臂中两个串联连接的开关管的中间节点。

本发明实施例提供的电压调节电路包括：第一电压输入端、第二电压输入端、第一电压输出端、第二电压输出端、以及并联连接的第一开关管桥臂、电容支路和第二开关管桥臂，电容支路包括串联连接的第一电容和第二电容，第二电压输入端与第二电压输出端连接，第二电压输入端与第一电压输出端之间串联连接有第三电容和第四电容，第一电压输入端分别连接第一节点和第二节点，第二电压输入端和第三电容的连接点与第三节点之间连接有第一电感，第一电压输出端和第四电容的连接点与第四节点之间连接有第二电感。与现有技术相比，可以同时实现升压降压功能，电压调节范围很宽；且具有电压谐波补偿功能，可以提高交流电压的正弦度；同时该电路拓扑简单，器件少，成本低，可进一步缩小调压器的体积。

在一种可能的实施方式中，第一开关管桥臂包括串联连接的第一开关管和第二开关管。

在一种可能的实施方式中，第一开关管的源极和漏极之间反向并联连接有二极管，第二开关管的源极和漏极之间反向并联连接有二极管。

在一种可能的实施方式中，第二开关管桥臂包括串联连接的第三开关管和第四开关管。

在一种可能的实施方式中，第三开关管的源极和漏极之间反向并联连接有二极管，第四开关管的源极和漏极之间反向并联连接有二极管。

在一种可能的实施方式中，电路还包括：第三开关管桥臂，第三开关管桥臂的一端与第四节点连接，第三开关管桥臂的另一端与第一节点和第二节点的连接线相连。

在一种可能的实施方式中，第三开关管桥臂包括串联连接的第五开关管和第六开关管，第五开关管的漏极与第一节点和第二节点的连接线相连，第五开关管的源极与第六开关管的源极连接，第六开关管的漏极与第四节点连接。

在一种可能的实施方式中，第五开关管的源极和漏极之间反向并联连接有二极管，第六开关管的源极和漏极之间反向并联连接有二极管。

在一种可能的实施方式中，第二电压输入端连接交流电的零线。

第二方面，本发明实施例还提供一种调压器，包括如本发明实施例第一方面提供的电压调节电路。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

图1为本发明实施例提供的一种能量吸收电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种能量吸收电路的拓扑结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种能量吸收电路的原理示意图；

图4为本发明实施例提供的另一能量吸收电路的原理示意图；

图5为本发明实施例提供的又一能量吸收电路的原理示意图；

图6为本发明实施例提供的再一能量吸收电路的原理示意图；

图7为本发明实施例提供的再一能量吸收电路的原理示意图；

图8为本发明实施例提供的再一能量吸收电路的原理示意图；

图9为本发明实施例提供的再一能量吸收电路的原理示意图；

图10为本发明实施例提供的再一能量吸收电路的原理示意图；

图11为本发明实施例提供的另一能量吸收电路的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的另一能量吸收电路的拓扑结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

鉴于现有技术中的交流调压器普遍存在体积大、成本高、电路复杂等问题，本发明实施例提供一种电压调节电路，用以同时实现升压和降压的功能，简化电路结构、降低成本，且缩小调压器体积。

下面结合附图对本发明实施例提供的电路进行详细说明。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供一种电压调节电路，包括：第一电压输入端Lin1、第二电压输入端Lin2、第一电压输出端Lout1、第二电压输出端Lout2、以及并联连接的第一开关管桥臂、电容支路和第二开关管桥臂，电容支路包括串联连接的第一电容C1和第二电容C2，第二电压输入端Lin2与第二电压输出端Lout2连接，第二电压输入端Lin2与第一电压输出端Lout1之间串联连接有第三电容C3和第四电容C4，第一电压输入端Lin1分别连接第一节点A1和第二节点A2，第二电压输入端Lin2和第三电容C3的连接点与第三节点A3之间连接有第一电感L1，第一电压输出端Lin1和第四电容C4的连接点与第四节A4点之间连接有第二电感L2；

其中，第一节点A1为第一电容C1和第二电容C2的中间节点，第二节点A2为第三电容C3和第四电容C4的中间节点，第三节点A3为第一开关管桥臂中两个串联连接的开关管的中间节点，第四节点A4为第二开关管桥臂中两个串联连接的开关管的中间节点。

在一种可能的实施方式中，第一开关管桥臂包括串联连接的第一开关管Q1和第二开关管Q2。

在一种可能的实施方式中，第一开关管Q1的源极和漏极之间反向并联连接有二极管，第二开关管Q2的源极和漏极之间反向并联连接有二极管。

在一种可能的实施方式中，第二开关管桥臂包括串联连接的第三开关管Q3和第四开关管Q4。

在一种可能的实施方式中，第三开关管Q3的源极和漏极之间反向并联连接有二极管，第四开关管Q4的源极和漏极之间反向并联连接有二极管。

在一种可能的实施方式中，第二电压输入端Lin2连接交流电的零线。

具体实施时，本发明实施例提供的电压调节电路，按功能可以划分为以下两部分：一部分是PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)电路，用于给第一电容C1、第二电容C2储存能量，由第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一电感L1、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3构成；一部分是INV(Inverter，调压器)部分，用于使第四电容C4根据需要输出各种波形，由第三开关管Q3、第四开关管Q4、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2和第四电容C4构成。其中，第一电容C1和第二电容C2为母线电容，C1为正母线储能电容，C2为负母线储能电容，PFC电路和INV电路共用这两个电容。

本发明实施例提供的电压调节电路的新颖之处在于，第一电压输入端Lin1连接到母线电容C1、C2中点，第二电压输入端连接交流电的零线，则电压调节电路的第一电压输出就等于第三电容C3的电压，加第四电容C4的电压，等效电路图如图2所示。第四电容C4的电压受INV电路部分控制，可输出任意波形，且可以是正电压也可以是负电压，使电压调节电路完成交流电压补偿，输出稳定且正弦度合适的电压，同时可以实现升降压的调压功能。

下面结合附图以具体实施方式说明本发明实施例提供的电压调节电路的工作过程。

实施方式一

当第一电压输入端Lin1的输入信号为正弦正电压时，PFC电路部分在第一开关管Q1导通时，给第一电感L1储能；Q1关断时，经过第二开关管Q2的二极管给第二电容C2储能。

如图3所示，当第一开关管Q1导通时，输入信号从第一电压输入端Lin1依次经过第一电容C1、第一开关管Q1、第一电感L1、第三电容C3，最终回到第一电压输入端，其中，第一电感L1和第三电容C3还连接第二电压输入端，第二电压输入端连接零线。

如图4所示，当第一开关管Q1截断时，输入信号从第一电压输入端Lin1依次经过第二电容C2、第二开关管Q2的并联二极管、第一电感L1、第三电容C3，最终回到第一电压输入端，其中，第一电感L1和第三电容C3还连接第二电压输入端，第二电压输入端连接零线。

实施方式二

当第一电压输入端Lin1的输入信号为正弦负电压时，PFC电路部分在第一开关管Q2导通时，给第一电感L1储能；Q2关断时，经过第一开关管Q1的二极管给第一电容C1储能。

如图5所示，当第二开关管Q2导通时，输入信号从第一电压输入端Lin1依次经过第三电容C3、第一电感L1、第二开关管Q2、第二电容C2，最终回到第一电压输入端，其中，第一电感L1和第三电容C3还连接第二电压输入端，第二电压输入端连接零线。

如图6所示，当第一开关管Q2截断时，输入信号从第一电压输入端Lin1依次经过第三电容C3、第一电感L1、第一开关管Q1的并联二极管、第一电容C1，最终回到第一电压输入端，其中，第一电感L1和第三电容C3还连接第二电压输入端，第二电压输入端连接零线。

实施方式三

具体实施时，INV电路部分可以根据电路需求使第四电容C4输出任意波形的正电压或负电压，从而补偿第一电压输入端的电压信号，完成升压或降压功能。下面以正弦波为例，说明INV电路部分输出正电压的工作过程。

如图7所示，当第三开关管Q3导通时，输入信号从第一电容C1的正极依次经过第三开关管Q3、第二电感L2、第四电容C4、第二节点A2、第一节点A1，最后回到第一电容C1的负极，完成第二电感L2的储能过程。

如图8所示，当第三开关管Q3截断时，输入信号从第二电感L2依次经过第四电容C4、第二节点A2、第一节点A1、第二电容C2、第四开关管Q4的并联二极管，最终回到第二电感L2，完成第二电感L2的续流过程。

需要说明的是，当INV电路部分输出正电压时，如果此时第一电压输入端Lin1的输入信号是正电压，则第一电压输出端的输出信号表现为升压；如果此时第一电压输入端Lin1的输入信号是负电压，则第一电压输出端Lout1的输出信号表现为降压。

实施方式四

具体实施时，INV电路部分可以根据电路需求使第四电容C4输出任意波形的正电压或负电压，从而补偿第一电压输入端的电压信号，完成升压或降压功能。下面以正弦波为例，说明INV电路部分输出负电压的工作过程。

如图9所示，当第四开关管Q4导通时，输入信号从第二电容C2的正极依次经过第一节点A1、第二节点A2、第四电容C4、第二电感L2、第四开关管Q4，最后回到第二电容C2的负极，完成第二电感L2的储能过程。

如图10所示，当第四开关管Q4截断时，输入信号从第二电感L2依次经过第三开关管Q3的并联二极管、第一电容C1、第一节点A1、第二节点A2、第四电容C4，最终回到第二电感L2，完成第二电感L2的续流过程。

需要说明的是，当INV电路部分输出负电压时，如果此时第一电压输入端Lin1的输入信号是正电压，则第一电压输出端的输出信号表现为降压；如果此时第一电压输入端Lin1的输入信号是负电压，则第一电压输出端Lout1的输出信号表现为升压。

实施例二

如图11所示，本发明实施例提供一种电压调节电路，包括：第一电压输入端Lin1、第二电压输入端Lin2、第一电压输出端Lout1、第二电压输出端Lout2、以及并联连接的第一开关管桥臂、电容支路和第二开关管桥臂，电容支路包括串联连接的第一电容C1和第二电容C2，第二电压输入端Lin2与第二电压输出端Lout2连接，第二电压输入端Lin2与第一电压输出端Lout1之间串联连接有第三电容C3和第四电容C4，第一电压输入端Lin1分别连接第一节点A1和第二节点A2，第二电压输入端Lin2和第三电容C3的连接点与第三节点A3之间连接有第一电感L1，第一电压输出端Lin1和第四电容C4的连接点与第四节A4点之间连接有第二电感L2；

其中，第一节点A1为第一电容C1和第二电容C2的中间节点，第二节点A2为第三电容C3和第四电容C4的中间节点，第三节点A3为第一开关管桥臂中两个串联连接的开关管的中间节点，第四节点A4为第二开关管桥臂中两个串联连接的开关管的中间节点。

在一种可能的实施方式中，第一开关管桥臂包括串联连接的第一开关管Q1和第二开关管Q2。

在一种可能的实施方式中，第一开关管Q1的源极和漏极之间反向并联连接有二极管，第二开关管Q2的源极和漏极之间反向并联连接有二极管。

在一种可能的实施方式中，第二开关管桥臂包括串联连接的第三开关管Q3和第四开关管Q4。

在一种可能的实施方式中，第三开关管Q3的源极和漏极之间反向并联连接有二极管，第四开关管Q4的源极和漏极之间反向并联连接有二极管。

在一种可能的实施方式中，电路还包括：第三开关管桥臂，第三开关管桥臂的一端与第四节点A4连接，第三开关管桥臂的另一端与第一节点A1和第二节点A2的连接线相连。

在一种可能的实施方式中，第三开关管桥臂包括串联连接的第五开关管Q5和第六开关管Q6，第五开关管Q5的漏极与第一节点A1和第二节点A2的连接线相连，第五开关管Q5的源极与第六开关管Q6的源极连接，第六开关管Q6的漏极与第四节点A4连接。

在一种可能的实施方式中，第五开关管Q5的源极和漏极之间反向并联连接有二极管，第六开关管Q6的源极和漏极之间反向并联连接有二极管。

在一种可能的实施方式中，第二电压输入端Lin2连接交流电的零线。

实施例三

在一种可能的实施方式中，本发明实施例中提供的电压调节电路中INV电路部分，也可以如图12所示，并联于第四电容C4两端。

基于上述本发明实施例相同构思，本发明实施例还提供一种调压器，包括如本发明实施例提供的电压调节电路。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电压调节电路，其特征在于，包括：第一电压输入端、第二电压输入端、第一电压输出端、第二电压输出端、以及并联连接的第一开关管桥臂、电容支路和第二开关管桥臂，所述电容支路包括串联连接的第一电容和第二电容，所述第二电压输入端与所述第二电压输出端连接，所述第二电压输入端与所述第一电压输出端之间串联连接有第三电容和第四电容，所述第一电压输入端分别连接第一节点和第二节点，所述第二电压输入端和所述第三电容的连接点与第三节点之间连接有第一电感，所述第一电压输出端和所述第四电容的连接点与第四节点之间连接有第二电感；

其中，所述第一节点为所述第一电容和所述第二电容的中间节点，所述第二节点为所述第三电容和所述第四电容的中间节点，所述第三节点为所述第一开关管桥臂中两个串联连接的开关管的中间节点，所述第四节点为所述第二开关管桥臂中两个串联连接的开关管的中间节点。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一开关管桥臂包括串联连接的第一开关管和第二开关管。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第一开关管的源极和漏极之间反向并联连接有二极管，所述第二开关管的源极和漏极之间反向并联连接有二极管。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二开关管桥臂包括串联连接的第三开关管和第四开关管。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第三开关管的源极和漏极之间反向并联连接有二极管，所述第四开关管的源极和漏极之间反向并联连接有二极管。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：第三开关管桥臂，所述第三开关管桥臂的一端与所述第四节点连接，所述第三开关管桥臂的另一端与所述第一节点和所述第二节点的连接线相连。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述第三开关管桥臂包括串联连接的第五开关管和第六开关管，所述第五开关管的漏极与所述第一节点和所述第二节点的连接线相连，所述第五开关管的源极与所述第六开关管的源极连接，所述第六开关管的漏极与所述第四节点连接。

8.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述第五开关管的源极和漏极之间反向并联连接有二极管，所述第六开关管的源极和漏极之间反向并联连接有二极管。

9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二电压输入端连接交流电的零线。

10.一种调压器，其特征在于，所述调压器包括如权利要求1-9中任一项所述的电压调节电路。

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