一種非對稱電容儲能式ac-dc電源的製作方法
2023-04-26 17:30:26 2
專利名稱：一種非對稱電容儲能式ac-dc電源的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種AC-DC電源(即交流輸入直流輸出的電源)，具體涉及一種非對稱電容儲能式AC-DC電源。
背景技術：
目前市場上大部分電源都是採用的上下對稱的電路結構，其上下半周輸出的電壓電流完全一樣，而且是有級變壓輸出，如果為η級(其中η為大於等於I的正整數)，則輸出電壓為Vo=ViVn0如圖8所示採用的兩級的對稱電源，其輸出電壓為Vo= ,J2 Vi/2，若輸入的交流電壓為220V，則它的輸出電壓最大為Vo=及Vi/2=154V左右，如果要求輸出電壓Vo>·/^ Vi/2則無輸出，若要求輸出電壓Vo ( 42 Vi/2則有輸出。
現有技術存在如下缺陷第一、當負載變化時，輸出電壓Vo也在變化，負載加大， 輸出變低，同時它的效率也在降低，它的主電路在工作過程中會將大量能量轉化為熱能，將嚴重影響電路的安全。第二、因為是有級變壓，它的輸出電壓範圍大大受限，導致在使用過程中受限。第三、原則上要求其負載為線性，即純阻性負載。因此，現有技術有待改進。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種非對稱電容儲能式AC-DC電源，該電源採用非對稱電容儲能式電路結構，提高了工作效率，且安全性能高。
為了達到上述目的，本發明採用的技術方案是一種非對稱電容儲能式AC-DC電源，包括整流電路以及兩電子開關電路模塊K1、K2，整流電路連接於交流電壓輸入端Vin的連接端Α、B，用於為交流輸入電壓進行全波整流，所述的整流電路包括兩半波整流電路；所述電源還包括儲能電容CO與充放電電路，所述儲能電容CO串聯連接於交流電壓輸入端Vin 的連接端A與半波整流電路之間；所述的充放電電路包括第一充放電電路與第二充放電電路，所述的第一充放電電路、第二充放電電路分別與半波整流電路、半波整流電路連接，且第一充放電電路中用於充放電的電容的數量與第二充放電電路中用於充放電的電容的數量不相等，以實現第一充放電電路與第二充放電電路間的非對稱式電路結構；所述的兩電子開關電路模塊與充放電電路以及負載連接，用於控制充放電電路的放電並將其儲存的電能輸送至負載，為負載供電。
進一步地，所述半波整流電路由整流二極體Dl、D2組成，另一半波整流電路由整流二極體D3、D4組成；所述的電子開關電路模塊包括開關S1、開關S2，另一電子開關電路模塊包括開關S3、開關S4 ;整流二極體Dl的陽極、整流二極體D2的陰極分別與交流電壓輸入端Vin的兩連接端A、B連接，整流二極體Dl的陰極、整流二極體D2的陽極分別與電子開關電路1吳塊中的開關S1、開關S2的一端連接，負載的兩端串聯連接於開關S1、S2的另一端； 整流二極體D4的陰極、整流二極體D3的陽極分別與交流電壓輸入端Vin的兩連接端A、B連接，整流二極體D3的陰極、整流二極體D4的陽極分別與另一電子開關電路模塊中的開關 S3、開關S4的一端連接，負載的兩端串聯連接於開關S3、S4的另一端。
進一步地，所述的第一充放電電路包括電容C1、C2以及二極體D5、D6、D7 ;電容Cl 的一端與二極體D7的陰極連接並作為第一充放電電路的一端與整流二極體Dl的陰極連 接，電容C2的一端與二極體D5的陽極連接並作為第一充放電電路的另一端與整流二極體 D2的陽極連接，二級管D6的陽極與二極體D5的陰極連接，二級管D6的陰極與二極體D7的 陽極連接，電容Cl的另一端與二極體D5的陰極連接，電容C2的另一端與二極體D7的陽極 連接。
進一步地，所述的第二充放電電路包括電容C3，電容C3的一端與整流二極體D3的 陰極連接，另一端與整流二極體D4的陽極連接；或所述的第二充放電電路包括電容C3、C4、C5，以及二極體D8、D9 ;所述二極體D8的陽 極、陰極分別與電容C3的正端、負端連接；二極體D9的陽極與二極體D8的陰極連接，二極 管D9的陽極與電容C5的正端連接，電容C4、C5的負端相連且與整流二極體D4的陽極以 及電子開關電路模塊K2中的開關S4連接，二極體D8的陽極與整流二極體D3的陰極連接， 二極體D9的陰極與電子開關電路模塊K2中的開關S3連接。
較佳地，所述的儲能電容CO由一個電容組成或由兩個以上的電容通過串聯、並聯 或串並聯結合方式連接組成；所述的第一充放電電路和/或第二充放電電路還並聯連接有 I個或兩個以上的用於充放電的電容；所述的充放電電路中用於充放電的各電容的電性參 數相同；所述的直流電源還包括濾波電路，該濾波電路與負載並聯連接。
與現有技術相比，本發明的有益效果是本發明的充放電電路採用非對稱式電路 結構，同時在整流電路前增加了儲能電容，有效地提高了電源的工作效率和安全性能，同時 還可使電源輸出電壓工作於無級變壓狀態，擴大了其應用範圍。
圖1為本發明第一充放電電路21 (當nl=3時)的電路原理圖圖2為本發明第二充放電電路22 (n2=l/X，取X=2時)的電路原理圖圖3為本發明的儲能電容CO的內部串聯電路原理圖；圖4為本發明的儲能電容CO的內部並聯電路原理圖；圖5為本發明的儲能電容CO的內部串並聯結合電路原理圖；圖6為本發明實施例1的電路原理圖；圖7本發明實施例2的電路原理圖圖8為本發明的儲能電容CO的應用於對稱式的充放電電路的電源中的電路原理圖； 圖9為現有技術電源的電路原理圖。
具體實施方式
下面結合實施例並參照附圖進行詳細說明，以便對本發明的技術特徵及優點進行 更深入的詮釋。
實現本發明的技術方案為一種非對稱電容儲能式AC-DC電源，包括儲能電容CO、 整流電路、充放電電路、以及兩電子開關電路模塊K1、K2。整流電路連接於交流電壓輸入端Vin的連接端A、B，用於為交流輸入電壓進行全波整流，所述的整流電路包括兩半波整流電路11、12 ;所述儲能電容CO串聯連接於交流電壓輸入端Vin的連接端A與半波整流電路11 之間。所述的充放電電路包括第一充放電電路21與第二充放電電路22，第一充放電電路、 第二充放電電路分別與半波整流電路11、半波整流電路12連接，且所述的充放電電路中用於充放電的各電容的電性參數相同。所述的兩電子開關電路模塊Kl、K2與充放電電路以及負載連接，用於控制充放電電路的放電並將其儲存的電能輸送至負載，為負載供電。所述第一充放電電路21與第二充放電電路22的構成非對稱電容儲能式的電路結構，即第一充放電電路中用於充放電的電容的數量與第二充放電電路中用於充放電的電容的數量不相等。
所述的第一充放電電路與第一充放電電路由電容與二極體組成，其電路中的電容具有串聯充電、並聯放電的特點。假設第一充放電電路中的電容的數量為nl，第二充放電電路中的電容的數量為n2 (其中，nl、n2可取0、1、2、3…N的整數，且nl古n2)，如圖1所示為第一充放電電路的電路原理圖(圖1中，取nl=3)，則所述充放電電路對外呈現的級數η= (n l+n2)/2，所述電源的輸出電壓Vo與交流輸入電壓Vi的關係為Vo=農Vi/n，由此有Vo= -J2 Vi/ ((nl+n2)/2)。此形式的充放電電路可實現對電源輸出電壓的粗調。
此外，n2還可為n2=l/X的形式，其中X為1、2、3…N的整數，當為n2=l/X的形式時，則n= (nl+l/X)/2，第二充放電電路的電路原理圖如圖2所示(圖中，取Χ=2)。此形式的充放電電路可實現對電源輸出電壓的微調。當然，可以根據負載電壓的需要，在圖1、圖2 的電路基礎上並聯更多的電容，以實現電源的無級變壓輸出。此外，第一充放電電路與第二充放電電路的設置位置可以互換。
所述的儲能電容CO可以由一個電容組成或由兩個以上的電容通過串聯、並聯或串並聯結合方式連接組成。儲能電容CO可以根據其容量、耐壓等具體需要由多個電容C01、C02、C03......COn串聯連接組成，如圖3所示；或由多個電容C01、C02、C03......COn並聯連接組成，如圖4所示;或多個電容0)1、0)2、0)3、0)4、0)5......COn-UCOn以串聯、並聯結合方式組成，如圖5所示。
實施例1如圖3所示，一種非對稱電容儲能式AC-DC電源，包括儲能電容CO、整流電路、充放電電路、以及兩電子開關電路模塊Κ1、Κ2以及濾波電路。整流電路包括兩半波整流電路11、12， 半波整流電路11由整流二極體D1、D2組成，另一半波整流電路12由整流二極體D3、D4組成。電子開關電路模塊Kl包括開關S1、開關S2，另一電子開關電路模塊K2包括開關S3、開關S4。充放電電路包括第一充放電路21與第二充放電電路22，其中，第一充放電路21中的電容數量為nl=2，第二充放電電路22中的電容數量為n2=l，且各電容的電性參數相同。
儲能電容CO可以為圖3、圖4或圖5中所示的任一方式組成的電容，該儲能電容CO 串聯連接在交流電壓輸入端Vin的連接端A與整流二極體Dl的陽極之間，整流二極體D2的陰極與交流電壓輸入端Vin的連接端B連接，整流二極體Dl的陰極、整流二極體D2的陽極分別與電子開關電路模塊Kl中的開關S1、開關S2的一端連接，負載的兩端串聯連接於開關 S1、S2的另一端；整流二極體D4的陰極、整流二極體D3的陽極分別與交流電壓輸入端Vin 的兩連接端A、B連接，整流二極體D3的陰極、整流二極體D4的陽極分別與另一電子開關電路豐吳塊K2中的開關S3、開關S4的一端連接，負載的兩端串聯連接於開關S3、S4的另一端。所述的非對稱電容儲能式AC-DC電源還包括一電容濾波電路，該電容濾波電路與負載並聯連接，用於對從電子開關電路模塊K1、K2輸出的電信號進行濾波，擴大電源的使用範圍。
第一充放電電路包括電容C1、C2以及二極體D5、D6、D7。電容Cl的一端與二極體 D7的陰極連接並作為第一充放電電路的一端與整流二極體Dl的陰極連接，電容C2的一端與二極體D5的陽極連接並作為第一充放電電路的另一端與整流二極體D2的陽極連接，二級管D6的陽極與二極體D5的陰極連接，二級管D6的陰極與二極體D7的陽極連接，電容Cl 的另一端與二極體D5的陰極連接，電容C2的另一端與二極體D7的陽極連接；所述的第二充放電電路22隻有一個電容C3，與第一充放電電路21構成非對稱式結構。電容C3的一端與整流二極體D3的陰極連接，另一端與整流二極體D4的陽極連接。
以下簡要說明本發明實施例1的工作原理當交流電處於正半周時，電流由交流電壓輸入端Vin的A端流經儲能電容CO、整流二極體Dl，電容Cl、二極體D6電容C2以及整流二極體D2，返回交流電壓輸入端Vin的B端，從而完成對電容C1、C2的充電過程；當交流電處於負半周時，電流由交流電壓輸入端Vin的B端流經整流二極體D3，電容C3、二極體 D4以及儲能電容C，再返回交流電壓輸入端Vin的A端，從而完成對電容C3的充電過程。
當經過N個周期後，對電容C1、C2、C3的充電達到平衡狀態。用Vi代表交流輸入電壓，丫0)、￥(1、￥02、￥03分別代表電容0)、(1、02、03上的電壓，則有·^ Vi= VCO+ VC3=-VCO+ VC1+VC2，可得，及 Vi+ VCO =2 VCO+ VC3=VC1+VC2。由於電容 C1、C2、C3 的電性參數一樣，其充電時間、充電電流也一樣，若其負載為電壓源，則有VC1=VC2=VC3，VCO=VCI/2,即電容C1、C2、C3的電壓相等，儲能電容CO上的最大電壓值為電容Cl的一半。
由前述可知，電源的輸出電壓Vo與交流輸入電壓Vi的關係為Vo=V^Vi/((nl+n2)/2)，本實施中，nl=2，n2=l，則有Vo=2農Vi/3 ;若交流輸入電壓為220V，則有 Vo=2 -J2 Vi/3 ^ 2*1. 414*220/3 ^ 207V。
當由於某種原因，負載的電流增大時，則電源的輸入電流也隨之增大，儲能電容CO 的壓降也增大，交流電給電容Cl、C2、C3的充電電壓與充電電流相對變少，最終導致負載電流的增加量不大。因此，儲能電容CO可起到限流的作用。由於儲能電容CO的存在，可始終在保持負載所需電流的較佳範圍內對電容Cl、C2、C3進行充電，儲存在儲能電容CO多出的能量在交流電壓為負半周時返回給輸入電網，從而大大提高了電源的工作效率，同時可為電網提供一定量的超前無功，使電源主電路的發熱大為減少，為電源工作的安全性可靠性創造了條件。
由於第一充電電路與第二充電電路採用了非對稱電容儲能式性結構，且增加了儲能電容CO，不僅大大提高了電源的工作效率，且可使電路工作在無級變壓狀態，也增加了電源的應用範圍；電源的負載可為反電動勢負載或非線性負載，如電壓源、電機等。
值得一提的是，本發明中的儲能電容CO及其以多個電容串聯、並聯或串並聯結合組成的儲能電容的方式還可應用於對稱式的充放電電路的電源中，如圖8所示。
實施例2如圖7所示，本實施例與實施例1的區別在於充放電電路的不同，其它電路均相同。本實施例中的第一充放電電路21與第二充放電電路22在實施例1的基礎上各增加了一級用於充放電的電容。本實施例中，第一充放電路21中的電容數量取nl=3，第二充放電電路22 中的電容數量取n2=2，各電容的電性參數相同。
如圖7所示，第一充放電電路21包括有三個用於充放電的電容C1、C2、C3，以及六個二極體D5、D6、D7、D8、D9、D10，第二充放電電路22包括有兩個用於充放電的電容C4、 C5，以及三個二極體D11、D12、D13。各電容與各二極體連接構成具有串聯充電、並聯放電的電路，其連接方式與實施例1中的第一充放電電路21類似，在此不再贅述。本實施例中，因 nl=3、n2=2，由
權利要求
1.一種非對稱電容儲能式AC-DC電源，包括整流電路以及兩電子開關電路模塊(K1、K2)，整流電路連接於交流電壓輸入端Vin的連接端A、B，用於為交流輸入電壓進行全波整流，所述的整流電路包括兩半波整流電路(11、12)，其特徵在於 所述電源還包括儲能電容CO與充放電電路，所述儲能電容CO串聯連接於交流電壓輸入端Vin的連接端A與半波整流電路(11)之間； 所述的充放電電路包括第一充放電電路(21)與第二充放電電路(22)，所述的第一充放電電路、第二充放電電路分別與半波整流電路(11 )、半波整流電路(12 )連接，且第一充放電電路中用於充放電的電容的數量與第二充放電電路中用於充放電的電容的數量不相等; 所述的兩電子開關電路模塊(Kl、K2)與充放電電路以及負載連接，用於控制充放電電路的放電並將其儲存的電能輸送至負載，為負載供電。
2.根據權利要求1所述的非對稱電容儲能式AC-DC電源，其特徵在於所述半波整流電路(11)由整流二極體D1、D2組成，另一半波整流電路(12)由整流二極體D3、D4組成；所述的電子開關電路模塊(Kl)包括開關S1、開關S2，另一電子開關電路模塊(K2)包括開關S3、開關S4 ； 所述整流二極體Dl的陽極、整流二極體D2的陰極分別與交流電壓輸入端Vin的兩連接端A、B連接，整流二極體Dl的陰極、整流二極體D2的陽極分別與電子開關電路模塊(Kl)中的開關S1、開關S2的一端連接，負載的兩端串聯連接於開關S1、S2的另一端； 整流二極體D4的陰極、整流二極體D3的陽極分別與交流電壓輸入端Vin的兩連接端A、B連接，整流二極體D3的陰極、整流二極體D4的陽極分別與另一電子開關電路模塊(K2)中的開關S3、開關S4的一端連接，負載的兩端串聯連接於開關S3、S4的另一端。
3.根據權利要求2所述的非對稱電容儲能式AC-DC電源，其特徵在於所述的第一充放電電路(21)包括電容Cl、C2以及二極體D5、D6、D7 ； 電容Cl的一端與二極體D7的陰極連接並作為第一充放電電路的一端與整流二極體Dl的陰極連接，電容C2的一端與二極體D5的陽極連接並作為第一充放電電路的另一端與整流二極體D2的陽極連接，二級管D6的陽極與二極體D5的陰極連接，二級管D6的陰極與二極體D7的陽極連接，電容Cl的另一端與二極體D5的陰極連接，電容C2的另一端與二極體D7的陽極連接。
4.根據權利要求3所述的非對稱電容儲能式AC-DC電源，其特徵在於 所述的第二充放電電路(22)包括電容C3，電容C3的一端與整流二極體D3的陰極連接，另一端與整流二極體D4的陽極連接；或 所述的第二充放電電路包括電容C3、C4、C5，以及二極體D8、D9 ;所述二極體D8的陽極、陰極分別與電容C3的正端、負端連接；二極體D9的陽極與二極體D8的陰極連接，二極體D9的陽極與電容C5的正端連接，電容C4、C5的負端相連且與整流二極體D4的陽極以及電子開關電路模塊K2中的開關S4連接，二極體D8的陽極與整流二極體D3的陰極連接，二極體D9的陰極與電子開關電路模塊K2中的開關S3連接。
5.根據權利要求4所述的非對稱電容儲能式AC-DC電源，其特徵在於所述的儲能電容CO由一個電容組成或由兩個以上的電容通過串聯、並聯或串並聯結合方式連接組成。
6.根據權利要求5所述的非對稱電容儲能式AC-DC電源，其特徵在於所述的第一充放電電路和/或第二充放電電路還並聯連接有I個或兩個以上的用於充放電的電容。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的非對稱電容儲能式AC-DC電源，其特徵在於所述的充放電電路中用於充放電的各電容的電性參數相同。
8.根據權利要求7所述的非對稱電容儲能式AC-DC電源，其特徵在於所述的直流電源還包括濾波電路，所述濾波電路與負載並聯連接。
全文摘要
本發明公開了一種非對稱電容儲能式AC-DC電源，包括儲能電容CO、整流電路、充放電電路、兩電子開關電路模塊K1、K2以及濾波電路。所述的整流電路包括兩半波整流電路，儲能電容CO串聯連接於交流電壓輸入端Vin的連接端A與一半波整流電路之間，所述的充放電電路包括分別與兩半波整流電路連接的第一充放電電路、第二充放電電路。第一充放電電路中用於充放電的電容的數量與第二充放電電路中用於充放電的電容的數量不相等，以構成非對稱式電路結構。本發明的充放電電路採用非對稱式電路結構，同時在整流電路前增加了儲能電容CO，有效地提高了電源的工作效率和安全性能，同時還可使電源工作於無級變壓狀態，擴大了其應用範圍。
文檔編號H02M1/32GK103023350SQ20121043261
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月2日 優先權日2012年11月2日
發明者王會民, 陳幗英, 李書燦 申請人:東莞市神牛電子科技有限公司