[發明專利]交流-直流轉換

在審

• 申請號: 201880040385.0
• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN110754032A
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 侯經權
• 申請（專利權）人: 侯經權
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217
• 代理公司: 44224 廣州華進聯合專利商標代理有限公司
• 代理人: 易皎鶴

公開了一種交流?直流轉換方法，包括以下步驟：將交流電壓整流為脈動直流電壓；以及將交流電壓整流為脈動直流電壓；通過開關將脈動直流電壓耦合到電容器；將電容器的輸出電壓耦合到負載；監視負載信號；確定負載信號與預定參考的電壓偏差；在脈動直流電壓的同步和每個周期中，在開關沒有正向偏置的第一時間點打開開關，并在第二時間響應電壓偏差關閉開關；從而控制負載信號。

背景

發明領域

本發明涉及用于無電感器的AC-DC(交流-直流)轉換的方法和設備，特別是用于高效和高精度的轉換的方法和設備。

背景技術的描述

在電子學的研究中，眾所周知，一個或多個二極管的整流是AC-DC轉換的基本形式。整流電壓是直流電壓，以交流頻率或交流頻率的兩倍脈動，具體取決于是半波整流還是全波整流，如圖1和圖2所示。交流電壓源ACVS提供電壓Vin，通常為正弦電壓。通過圖1所示的整流二極管D1或通過如圖2所示的包括二極管D1，D2，D3和D4的整流橋將交流電壓轉換為整流電壓Vo。在每種情況下，一個電容器C1，即一個電荷存儲設備，被用作濾波器，以減小整流電壓的紋波的大小，該大小取決于電容器C1和負載R1的值。通常，僅通過電容器來降低紋波是不太有效的。對于大多數應用中的直流電源，要求直流電壓是平滑的，即基本上沒有波紋，并且無論交流電源的波動和/或負載R1的變化如何都應保持恒定。換句話說，DC電壓需要通過諸如單元REGU的調節器來調節，如圖3的典型說明性電路所示。整流器Vp的輸出通過REGU被調節為平滑且恒定的電壓Vo。由電容器C2進一步濾波。Vo的大小由參考電壓Vref設定。

已經開發了用于直流電源的多種調節方法，大致可分為線性方法和開關方法。線性穩壓器具有電路簡單，響應速度快，無EMI(電磁干擾)等優點。但是，線性穩壓器的效率非常低，尤其是在將高AC電壓轉換為低DC電壓時(通常由交流電源為電子設備供電)。此外，線性穩壓器不能將電壓電平提高到高于輸入的水平。

開關穩壓器通常稱為SMPS(開關模式電源)，具有高效率的優點，尤其是在需要大幅降低或提高電壓電平或需要反轉輸出極性時。不幸的是，這只能通過復雜得多的電路來實現，而且往往成本很高。高頻開關引起的EMI也是一個固有問題。

然而，在現有技術中存在一類開關AC-DC轉換器，其不需要像SMPS那樣在高頻下開關，甚至不需要電感性組件。這些轉換器具有電路簡單，占地面積小和成本低廉的優點。這些轉換器的基本工作原理可以通過圖4A的框圖進行說明。注意，該電路與圖2的電路的區別僅在于附加的可控開關S1(以及還將討論的泄放電阻器Rb)。換句話說，如果開關S1保持永久導通，則該電路將以與圖2電路相同的方式充當全波整流器。由于整流電壓Vp直接連接到輸出Vo，并且電流直接從整流器流到輸出，因此沒有調節。然而，不難想象，通過在電流應該流動的部分時間段內(即當電壓Vp高于電壓Vo時)斷開開關，可以降低平均輸出電壓。通過施加控制信號Sigc來控制打開時間，可以將電壓降低0％至100％。

注意，在整流器的輸出端放置了一個泄放電阻器Rb。通常需要這樣做，以釋放與整流器二極管D1至D4，開關S1以及任何其他組件相關的靜電耦合至整流器輸出端子的寄生電容。當開關S1斷開時，寄生電容的存在使脈動DC電壓Vp的波形失真。這是不希望的，因為控制信號Sigc將需要與脈動DC電壓Vp同步。Vp失真會導致同步失敗。

為了實現圖4A所示的轉換器，經常部署半導體開關，例如圖4B所示的MOSFET Q1。