专利名称：多层桥可控整流电路的制作方法
技术领域：
本发明属电力电子技术领域的可控整流电路。
多层桥可控整流电路是用多条整流支路、多层桥触发器和带有多个抽头的变压器与现有技术中的可控整流电路结合而设计成的新的可控整流电路。
现有技术中半控桥、全控桥、半波可控整流、桥式整流后串有可控整流器件等可控整流电路广泛使用在各种整流设备中，能输出仅一层可控整流波形;本发明将上述一层可利用的波形分成多层，输出逐层的半波或全波波形，并在此基础上迭加相邻高一层的可控整流波形。可取代现有技术中的可控整流电路，提高整流设备的性能。本发明的发明人于一九八九年四月一日以“多层桥可控整流装置”申请实用新型专利。
本发明的目的是使用多层桥触发器，按需要和一定的逻辑触发可控整流器件和本发明新增的多条整流支路上的可控整流器件，使整流输出在零到满幅度的可调范围内，尽可能以接近完整半波或全波整流的方式工作，以求大幅度地提高功率因数、减少谐波成份、提高整流效率、降低纹波系数、节约电能和充分加大设备在中段幅度(应该说是设备的常用幅段)的负载能力。本发明可广泛地应用于直流电机的供电、电瓶充电、直流电焊机、发电机励磁、电镀、电解、中频电源、不间断电源、电机调速、直流输电、电车和电气机车电源等一切需要可控整流的场合。
本发明的设计原理是在现有技术中的可控整流电路(包括半控桥、全控桥和桥式整流后串有可控整流器件及半波可控整流等电路)的基础上，在整流变压器次级整流线圈内设计多个抽头，以获得多种可利用的电压值;在这些多个实用的抽头上，均有至少一条整流支路(整流支路指的是整流器件、可控整流器件、或它们的串并联、或这些接法与电阻、电感、开关、保险等直流器件的串联所形成的支路)与现有技术中选用的可控整流电路的输出端相接;由于在整流线圈内增加了多个抽头，整流线圈的两个端头及这些新增的抽头任意两点都可通过选用的(现有技术中的)可控整流电路的整流器件和本发明新增的整流支路与输出两端构成正向通路，触发这些通路上的可控整流器件，就可以在输出端得到输出电压，也就产生了多种可以利用的不同电压值的整流波形，我们挑出一些需要实际使用的波形，从小到大排列，称之为层，并把形成该层输出电压的线圈及整流器件(包括新增的支路)称为该层通路上的器件。根据层数和输出需要的不同，配置相应的多层桥触发器;多层桥触发器除连接和触发可控整流电路上的可控整流器件外，还连接和触发每条整流支路上的可控整流器件;不同层数和不同输出需要的多层桥触发器发出触发的时序和逻辑不同，原则是在每个半波内发出触发信号，使比所需要的输出电压低而最临近一层的线圈通路上的可控整流器件始终导通，以形成一个完整的半波输出波形，并能选择一定的导通角触发临近高一层的线圈通路上的可控整流器件，以调节或达到从零至满幅内任何所需要的输出电压。我们把上述电路的综合称为多层桥可控整流电路。同时也阐述了多层桥触发器的含义，即在多层桥可控整流电路中，由于有多种可利用的电压线圈，它们通过连接着的可控整流器件、新增的整流支路与输出端构成通路;多层桥触发器在每个半波内至少发出两种触发信号，一个使比所需输出电压低而最临近的一层线圈通路上的可控整流器件始终导通，另一个信号能选择一定的导通角触发临近高一层的线圈通路上的可控整流器件，使输出在一个完整的半波波形上迭加临近高一层的可控导通角输出波形，以此调节或达到从零至满幅度内任何所需要的电压输出。这样的触发器称为多层桥触发器。多层桥触发器可以设计成开环调节、也可以与反馈电路构成闭环调节，闭环调节又分恒压型、恒流型、变化型和程控型。多层桥触发器可以集成在一块或多块集成电路内。
为进一步阐明原理以一个输出满度为90伏的可控整流电路为例;将变压器次级三等分设计2个抽头，按本发明附图(图3)连接。则有三层可利用的电压线圈分别为30伏、60伏、90伏。如果需要输出这三种电压之一，例如要输出30伏，只要多层挢触发器仅触发最低一层线圈上的可控整流器件，就可得到30伏层完整的全波输出波形，忽略变压器本身漏感，功率因数为1，显然比现有技术在90伏层控制导通角(以满足输出30伏同样效果电压)情形高得多，对电网反馈的谐波成份几乎为零。又如要输出50伏电压，只要多层桥触发器触发比50伏低的临近一层(30伏层)始终导通，形成30伏层的完整半波波形，不足部分在比这个电压高的最临近一层(60伏层)控制一定的导通角，就可以满足输出50伏电压。这时功率因数虽然小于1，谐波成份也有一点，但比现有技术在90伏层控制导通角(以满足输出50伏)的情形，功率因数要高得多，谐波成份要少得多，纹波系数小得多，整流效率要高得多。
多层桥可控整流电路不限于单相，在三相中仍可使用，只要三套这种电路并联输出。有时为了解决可控整流器件等的耐压、或扩大功率等问题，还可以多套多层桥可控整流电路串联、并联使用。
与现有可控整流技术相比，提高了整流电路的功率因数，极大减少了谐波污染、降低了纹波系数、提高了整流效率、有极好的节能效果。此外，由于多层次的多种组合，使电流在次级线圈内流动途径、在整流器件上的分配均有多种变化，这就使整流设备在输出幅度的中、低段范围内，有很强的负载能力，应该说，满幅的40%～70%的中段幅度范围是用户常用区段，本发明在这些区段内输出电流几乎都可以翻倍增长，输出功率增长四倍，克服了现有可控整流设备最大输出电流随输出电压减小而减小的缺点。
如下图1是本发明的基本电原理图。这里多条整流支路全都是单向可控硅，它们都有一头都接在半控桥的直流输出端的正极，另一头接在变压器次级的相应抽头上。图1中(S)是基准电压，(W)是可调的设定电压、(Zo1)和(Zo2)是现有技术中的半控桥触发单元，Z1～Zn是多层桥触发器中每条整流支路上可控整流器件的触发单元。所有这些触发单元构成了多层桥触发器。
图2是本发明中变压器有2个抽头的一种多层(三层)桥电路，这里多条整流支路指的是一个整流二极管(Zp)和二个单向可控硅(KP5)和(KP6)，它们的一头接在变压器相应两个抽头上，另一头分别接在全控桥的输出正端和负端。多层(三层)桥触发器未画出。此图不是最好的接法，只是作为一个可以实现的例子画出来。
图3中画出了几种可以选用的现有技术中的可控整流电路，(除一种全控桥外，另二种是桥式整流后串有可控硅的可控整流电路)还有一种半控桥已在图1中画出。另外，半波可控整流电路虽可选用，但不常用，也未画出。
图4是现有技术中的可控整流波形(A)与本发明输出波形(B)到(D)的对比。此图画了三层桥可控整流的波形。(B)是零伏起调的最低一层可控输出波形;(C)是最低一层全导通迭加第二层可控导通角的波形;(D)是第一、二层全导通迭加第三层的可控导通角的波形。图中有斜线的阴影部分为输出有效的部分。
图1是实现本发明的具体方案，其优点是触发信号都有一个公共的极，即输出的正端为触发信号的公共极。
图2还说明，对应变压器次级的一个抽头，可以有两条整流支路与之连接。
本文中所指的整流器件可以是二极管、充气二极管、真空二极管和可控整流器件。本发明所述可控整流器件可以是单向可控硅、双向可控硅、真空闸流管等。
本发明所述的可控整流电路的直流输出端，可以是正端，也可以是负端，并包括这些输出端上可能串有的电阻、电感、开关、保险、直流表计等直流器件上的任意一点。
权利要求
1.多层桥可控整流电路其特征是变压器整流线圈两端所连接的可控整流电路直流输出端上，有多条整流支路与整流线圈的相应多个抽头相连接；有一个多层桥触发器分别连接和触发每条整流支路上的可控整流器件，以及连接和触发可控整流电路上的可控整流器件。
2.根据权利要求书1所述的变压器整流线圈其特征在于有多个任意圈数的抽头，每个实用的抽头至少有一条整流支路与直流输出端相连接。
3.根据权利要求书1所述的可控整流电路可以是半控桥、全控桥、桥式整流后串有可控整流器件和半波可控整流电路中的一种。
4.根据权利要求书1、2所述的整流支路其特征是包括有整流器件或可控整流器件，或是它们的串、并联;或这些接法与电阻、电感、开关、表计、保险等直流器件的串联所形成的支路。
5.根据权利要求书1所述的多层桥触发器其特征是每半波至少能发出两个触发信号，一个连接和触发逐层通路上的可控整流器件全导通，另一个可选择一定的导通角连接和触发相邻高一层通路上的可控整流器件。
6.根据权利书1、5所述的多层桥触发器可以集成在一块或多块集成电路内。
7.根据权利要求书1、2、3所述的可控整流电路的直流输出端可以是输出端的正极、也可以是负极;包括直流输出端串有电阻、电感、开关、保险、表计等直流器件上的任意一点。
全文摘要
多层桥可控整流电路是在可控整流电路基础上，将变压器多抽头，每个实用的抽头通过整流器件与直流输出端相连接。这就把最高输出幅度分成多个可以利用的层次，选择适当的控制，使整流设备从零至满度范围内的任意点，以尽可能接近全波整流的方式工作，不足部分在相邻高一层内控制一定的导通角补之，取得大幅度提高功率因数和整流效率、降低纹波系数及谐波污染节约电能，同时还能提高设备在常用的中段输出幅度的电流输出能力。
文档编号H02M7/162GK1051471SQ8910830
公开日1991年5月15日 申请日期1989年10月31日 优先权日1989年10月31日
发明者罗赣如, 罗临如 申请人:罗赣如, 罗临如