Bjt型单相桥式全控整流电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及整流（AC-DC)电路，应用于交流输入、直流输出的电能变换场合，如： 微能量收集系统、新能源发电系统、蓄电池充电系统等，尤其是一种单相桥式全控整流电 路。
【背景技术】
[0002] 整流（AC-DC)电路是一种能将交流电能转换成直流电能的电路，应用十分广泛。 按交流输入相数分类，整流电路可分为单相电路和多相电路；按电路结构分类，整流电路可 分为桥式电路和零式电路；按组成的器件分类，整流电路可分为不可控电路、半控电路和全 控电路。
[0003] 适用于中小功率应用场合的全控型器件主要有MOSFET和BJT。早期，Si材料的 BJT具有较大的驱动损耗、较高的开关损耗、较大的器件动态阻抗等缺点。因此，为了获得低 功耗，中小功率的单相桥式全控整流电路大多采用M0SFET。但是，MOSFET是电压型驱动器 件，与电流型驱动器件BJT相比，MOSFET的驱动电路要比BJT的驱动电路更复杂。尤其在 超低压或高压的工作环境中，MOSFET驱动电路的设计难度相当大。
【发明内容】
[0004] 为克服现有MOSFET型单相桥式全控整流电路中MOSFET驱动电路复杂、驱动效率 较低的不足，本发明提供一种简化驱动电路结构、驱动效率较高的BJT型单相桥式全控整 流电路。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006] -种BJT型单相桥式全控整流电路，包括输入电容Ci、PNP型BJT管Ql、PNP型 BJT 管 Q2、NPN 型 BJT 管 Q3、NPN 型 BJT 管 Q4、NPN 型 BJT 管 Q5、NPN 型 BJT 管 Q6、输出电容 Co、电阻RU电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和用于通过端口 a控制NPN型BJT 管Q5的基极电流从而实现对PNP型BJT管Ql工作状态的控制以及通过端口 b控制NPN型 BJT管Q6的基极电流从而实现对PNP型BJT管Q2工作状态的控制的受控电流源组Ml，输 入电容Ci的一端同时与单相交流电源vac的正端、PNP型BJT管Ql的发射极、NPN型BJT 管Q3的发射极、电阻R5的一端以及电阻R4的一端相连，PNP型BJT管Ql的集电极同时与 PNP型BJT管Q2的集电极、输出电容Co的一端、输出电压to的正端以及负载Zl的一端相 连，PNP型BJT管Ql的基极与电阻Rl的一端相连，电阻Rl的另一端与NPN型BJT管Q5的 集电极相连，NPN型BJT管Q5的基极同时与电阻R5的另一端以及受控电流源组Ml的端口 a相连，NPN型BJT管Q5的发射极同时与NPN型BJT管Q6的发射极、NPN型BJT管Q3的集 电极、NPN型BJT管Q4的集电极、输出电容Co的另一端、输出电压to的负端以及负载Zl的 另一端相连，PNP型BJT管Q2的基极与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与NPN型BJT 管Q6的集电极相连，NPN型BJT管Q6的基极同时与受控电流源组Ml的端口 b以及电阻R6 的一端相连，电阻R6的另一端同时与PNP型BJT管Q2的发射极、NPN型BJT管Q4的发射 极、电阻R3的一端、输入电容Ci的另一端以及单相交流电源vac的负端相连，NPN型BJT管 Q4的基极与电阻R4的另一端相连，NPN型BJT管Q3的基极与电阻R3的另一端相连。
[0007] 进一步，电阻Rl两端并联加速电容C1，电阻R2两端并联加速电容C2,电阻R3两 端并联加速电容C3,电阻R4两端并联加速电容C4,电阻R5两端并联加速电容C5,电阻R6 两端并联加速电容C6。该优选方案能加速所述BJT型单相桥式全控整流电路的动态特性。
[0008] 再进一步，所述受控电流源组Ml包括二极管DaU二极管Da2、NPN型BJT管QaU NPN型BJT管Qa2、电阻RaU电阻Ra2、电阻Ra3和电容Cal，NPN型BJT管Qal的集电极为 受控电流源组Ml的端口 a，NPN型BJT管Qa2的集电极为受控电流源组Ml的端口 b，NPN型 BJT管Qal的发射极同时与NPN型BJT管Qa2的发射极、电阻Ra3的一端、电容Cal的一端 以及输出电压V0的负端相连，NPN型BJT管Qal的基极同时与NPN型BJT管Qa2的基极、 电阻Ra2的一端以及电阻Ra3的另一端相连，电阻Ra2的另一端同时与电阻Ral的一端以 及电容Cal的另一端相连，电阻Ral的另一端同时与二极管Dal的阴极以及二极管Da2的 阴极相连，二极管Dal的阳极与单相交流电源vac的正端相连，二极管Da2的阳极与单相交 流电源vac的负端相连。所述BJT型单相桥式全控整流电路具有输入电压过压保护功能。
[0009] 更进一步，所述受控电流源组Ml包括NPN型BJT管Qbl、NPN型BJT管Qb2、二极 管Dbl、电阻Rbl、电阻Rb2和电容Cbl，负载Zl的一端与输出电压vo的正端相连，负载Zl 的另一端同时与二极管Dbl的阳极以及电阻Rbl的一端相连，NPN型BJT管Qbl的集电极 为受控电流源Ml的端口 a，NPN型BJT管Qb2的集电极为受控电流源Ml的端口 b，NPN型 BJT管Qbl的发射极同时与NPN型BJT管Qb2的发射极、输出电压vo的负端、电阻Rb2的 一端、电容Cbl的一端以及电阻Rbl的另一端相连，NPN型BJT管Qbl的基极同时与NPN型 BJT管Qb2的基极、电阻Rb2的另一端、电容Cbl的另一端以及二极管Dbl的阴极相连。所 述BJT型单相桥式全控整流电路具有输出电流限流保护功能。
[0010] 本发明的技术构思为：随着新型半导体材料器件的发展，新材料（如SiC)的BJT 已表现出了较小的驱动损耗、很低的电阻系数、较快的开关速度、较小的温度依赖性、良好 的短路能力以及不存在二次击穿等诸多优点。在中小功率的单相桥式全控整流电路中采用 新材料的BJT，不但可以获得低功耗，而且还可以简单化全控型器件的驱动电路。
[0011] 单相桥式全控整流电路采用BJT，利用BJT工作性能的优点可同时实现电路简单 和高效率。
[0012] 本发明的有益效果主要表现在：BJT型单相桥式全控整流电路具有将交流电能转 换成直流电能的能力，电路简单、驱动效率高、适合于多种控制方法。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明基本的电路结构示意图。
[0014] 图2是本发明加速动态特性后的电路结构示意图。
[0015] 图3是本发明实施例1的电路图。
[0016] 图4是本发明实施例2的电路图。
[0017] 图5是本发明实施例1在输出电容Co容值较小时的仿真工作波形图。
[0018] 图6是本发明实施例2在输出电容Co容值较小时的仿真工作波形图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0020] 参照图1和图2, 一种BJT型单相桥式全控整流电路，包括输入电容Ci、PNP型BJT 管 QUPNP 型 BJT 管 Q2、NPN 型 BJT 管 Q3、NPN 型 BJT 管 Q4、NPN 型 BJT 管 Q5、NPN 型 BJT 管 Q6、输出电容Co、电阻RU电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和用于通过端口 a控制 NPN型BJT管Q5的基极电流从而实现对PNP型BJT管Ql工作状态的控制以及通过端口 b 控制NPN型BJT管Q6的基极电流从而实现对PNP型BJT管Q2工作状态的控制的受控电流 源组M1，输入电容Ci的一端同时与单相交流电源vac的正端、PNP型BJT管Ql的发射极、 NPN型BJT管Q3的发射极、电阻R5的一端以及电阻R4的一端相连，PNP型BJT管Ql的集 电极同时与PNP型BJT管Q2的集电极、输出电容Co的一端、输出电压to的正端以及负载 Zl的一端相连，PNP型BJT管Ql的基极与电阻Rl的一端相连，电阻Rl的另一端与NPN型 BJT管Q5的集电极相连，NPN型BJT管Q5的基极同时与电阻R5的另一端以及受控电流源 组Ml的端口 a相连，NPN型BJT管Q5的发射极同时与NPN型BJT管Q6的发射极、NPN型 BJT管Q3的集电极、NPN型BJT管Q4的集电极、输出电容Co的另一端、输出电压to的负端 以及负载Zl的另一端相连，PNP型BJT管Q2的基极与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一 端与NPN型BJT管Q6的集电极相连，NPN型BJT管Q6的基极同时与受控电流源组Ml的端 口 b以及电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端同时与PNP型BJT管Q2的发射极、NPN型 BJT管Q4的发射极、电阻R3的一端、输入电容Ci的另一端以及单相交流电源vac的负端相 连，NPN型BJT管Q4的基极与电阻R4的另一端相连，NPN型BJT管Q3的基极与电阻R3的 另一端相连。
[0021] 进一步，电阻Rl两端并联加速电容C1，电阻R2两端并联加速电容C2,电阻R3两 端并联加速电容C3,电阻R4两端并联加速电容C4,电阻R5两端并联加速电容C5,电阻R6 两端并联加速电容C6。该优选方案能加速所述BJT型单相桥式全控整流电路的动态特性。
[0022] 实施例1 :参照图1、图3和图5,本发明实施例1具有输入电压过压保护功能，它 由输入电容 Ci、PNP 型 BJT 管 Ql、PNP 型 BJT 管 Q2、NPN 型 BJT 管 Q3、NPN 型 BJT 管 Q4、NPN 型BJT管Q5、NPN型BJT管Q6、输出电容Co、电阻RU电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电 阻R6、受控电流源组Ml组成。其中，受控电流源组Ml又由二极管Dal、二极管Da2、NPN型 BJT管Qal、NPN型BJT管Qa2、电阻RaU电阻Ra2、电阻Ra3、电容Cal组成。
[0023] 如图3所示，输入电容Ci的一端同时与单相交流电源vac的正端、PNP型BJT管 Ql的发射极、NPN型BJT管Q3的发射极、电阻R5的一端以及电阻R4的一端相连，PNP型 BJT管Ql的集电极同时与PNP型BJT管Q2的集电极、输出电容Co的一端、输出电压to的 正端以及负载Zl的一端相连，PNP型BJT管Ql的基极与电阻Rl的一端相连，电阻Rl的另 一端与NPN型BJT管Q5的集电极相连，NPN型BJT管Q5的基极同时与电阻R5的另一端以 及受控电流源组Ml的端口 a相连，NPN型BJT管Q5的发射极同时与NPN型BJT管Q6的发 射极、NPN型BJT管Q3的集电极、NPN型BJT管Q4的集电极、输出电容Co的另一端、输出电 压V0的负端以及负载Zl的另一端相连，PNP型BJT管Q2的基极与电阻R2的一端相连，电 阻R2的另一端与NPN型BJT管Q6的集电极相连，NPN型BJT管Q6的基极同时与受控电流 源组Ml的端口 b以及电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端同时与PNP型BJT管Q2的发 射极、NPN型BJT管Q4的发射极、电阻R3的一端、输入电容Ci的另一端以及单相交流电源 vac的负端相连，NPN型BJT管Q4的基极与电阻R4的另一端相连，NPN型BJT管Q3的基极 与电阻R3的另一端相连；NPN型BJT管Qal的集电极为受控电流源组Ml的端口 a，NPN型 BJT管Qa2的集电极为受控电流源组Ml的端口 b，NPN型BJT管Qal的发射极同时与NPN型 BJT管Qa2的发射极、电阻Ra3的一端、电容Cal的一端以及输出电压to的负端相连，NPN 型BJT管Qal的基极同时与NPN型BJT管Qa2的基极、电阻Ra2的一端以及电阻Ra3的另 一端相连，电阻Ra2的另一端同时与电阻Ral的一端以及电容Cal的另一端相连，电阻Ral 的另一端同时与二极管Dal的阴极以及二极管Da2的阴极相连，二极管Dal的阳极与单相 交流电源vac的正端相连，二极管Da2的阳