专利名称：电压变换器的制作方法
技术领域：
电压变换器
技术领域：
本实用新型涉及一种电压变换器，尤其涉及从需要变换的交流电源变换出预定的
输出电压的直流电源的电压变换器。背景技术：
电子行业产品中，几乎都要用到交流/直流电压变换器，为系统内部提供不同的 工作电压。 通常的交流/直流电压变换解决方案基本上都是基于Boost(助推式)和Buck(补 偿式)两种拓扑结构。但是，无论上述何种结构，不管是正激还是反激的工作方式，其电路都 是非常复杂的，同时都必须先经过整流、滤波电路将交流转化为直流，就是说，还需要辅助的 电路，这样增加了电路的复杂程度，同时故障率、体积和成本等也大大增加；第二，因为感性器 件(比如用于能量储存、传输的变压器)及容性器件的存在，同时又工作于高频的开关状态， 必然会产生2-3倍于输入电压的高频反感应电动势，同时，高速的开关必然造成丰富的噪音谐 波分量，所以相关元器件的耐压等参数必然要求比较高并且需要增加复杂的吸收电路，与此 同时，也因为感性器件以及容性器件的存在，其电路的功率因素必然很低，为了提高效率，必然 需要增加复杂的PFC(功率因素校正电路)，进一步的增加了电路的复杂性；第三，电源在工作 过程中，功率器件高速的开关必然产生大量的开关噪音，所以为了满足EMC(Electro Magnetic Compatibility,电磁兼容性)等标准，必然需要大量的滤波吸收等电路，这些也大大增加了电 路的复杂性。所以，传统方式的电压变换器，其成本、体积和成本不可能大幅度的降低。 因此，有需要提供一种新的电压变换器，解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，提供一种电压变换器，其功率因素高，而且能满 足较高的EMC特性要求。 为解决上述技术问题，本实用新型的电压变换器采用如下技术方案 本实用新型提供一种电压变换器，用于从需要变换的交流电源变换出预定的输出 电压的直流电源，其包括第一输入极、第二输入极、第一输出极和第二输出极，第一输入极 和第二输入极分别连接到需要变换的交流电源的两个极，具有预定输出电压的直流电源从 第一输出极和第二输出极输出，第二输入极和第二输出极均电性连接到地电位。所述电压 变换器包括同步整流元件，包括电性连接到所述交流电源的第一输入极的漏极、电性连接 到第一输出极的源极及栅极；控制电路，包括电性连接到所述第一输入极的信号端、电性连 接栅极的控制端、电性连接到第一输出极的输出端及电性连接到第二输出极的接地端；电 容，电性连接在第一输出极和第二输出极之间；当交流电源输出到第一输入极的电位大于 预定的切割电压时，控制电路的控制端输出"断"的信号，使同步整流元件漏极与源极断开， 同时电容放电；当交流电源输出到第一输入极的电位小于预定的切割电压时，控制电路的 控制端输出"通"的信号，使同步整流元件漏极与源极连通，同时电容被充电。[0008] 在一种优选的实施例中，控制电路包括串接于信号端与内部电路之间的预先选定 的第一稳压二极管，该第一稳压二极管在信号端的电位大于预定的切割电压时被击穿而导 通，从而发出"切割"信号，该第一稳压二极管在信号端的电位小于预定的切割电压时截止， 从而发出"不切割"信号。 在另一种优选的实施例中，控制电路包括控制元件，控制元件包括电性连接到前 述第一稳压二极管的基极、电性连接到前述输出端的发射极及电性连接到前述控制端集电 极，当基极接收到"切割"信号时，控制元件将发射极与集电极切换到导通状态，当基极接收 到"不切割"信号时，控制元件将发射极与集电极切换到截止状态。 在又一种优选的实施例中，其包括电性连接同步整流元件源极及栅极的第二稳压
二极管。 在又一种优选的实施例中，控制电路包括驱动控制电路的辅助直流电源，该辅助
直流电源一极电性连接到地电位，另一极串连第一电阻之后连接到所述控制端。 在又一种优选的实施例中，其包括预整流电路，该预整流电路可将输入的交流电
的一半反相后输出，需要变换的交流电源是经过该预整流电路之后再输出到前述第一输入
极和第二输入极。 在又一种优选的实施例中，所述电容的容量大于等于IO微法，优选地，电容的容 量大于等于100微法，最好为100微法。 在一种优选的实施例中，所述控制元件的基极与集电极之间电性连接有容量为 0.01到O. l微法的反馈电容。 在又一种优选的实施例中，所述控制电路包括电性连接在控制端与接地端之间的
第三稳压二极管。 根据本实用新型的电压变换器，直接实现交流/直流的变换，不需要整流和滤波 电路，在实现交流/直流的同时，完成电压的大幅度变换和稳定。通过"切割"的方式有选 择的对局部能量进行传输实现了电压的变换和稳定。由于"切割"的方式只是有选择的对 局部能量进行传输，其保持了电路的高效率，可以完成电压的大幅度变换，而不浪费电能。 同时根据本实用新型的电压变换器利用交流源自身作为触发信号源实现同步整 流，并且工作频率严格与电源同步，确保了输出特性在不同使用环境下的稳定。由于交流源 自身频率一般比较低，例如50赫兹，这样的同步整流，工作频率非常低，所以EMC性能大大 提高。在同样条件下，CE(传导)，RE(辐射)噪音远小于通常使用的交流/直流变换器，进 而可以大大简化甚至省略EMC设计。 根据本实用新型的电压变换器的电路简单，通过调整部分元件，即可实现不同电 压的大幅度变换和稳定。例如通过选择合适规格的控制电路信号端相关的元件元件，即可 根据需要确定预定的切割电压，从而从需要变换的交流电源变换出预定的输出电压的直流 电源。而且其采用常用的电子元件，提供了廉价解决方案。 下面的说明中以说明和举例的方式披露了本实用新型的实施方案，从下面结合附 图的说明本实用新型的其他目标和优势将变得更加明显。
以下参考附图更充分地描述本实用新型的实施方案，其中[0021] 图1是根据本实用新型一种电压变换器的实施方案的电路图； 图2是当工作时，图1所示根据本实用新型一种电压变换器的实施方案的电路图 中有关位置的波形图。
具体实施方式
现在参考附图描述本实用新型优选的实施方案，其中相同的标号始终用来指引相 同的元素。为解释的目的，在下面的说明中提供了许多具体细节，以便对本实用新型提供深 入了解。然而，这可能是显而易见的，没有这些具体细节，该实用新型仍可以实施。 图1显示了根据本实用新型一种电压变换器的实施方案的电路图，电压变换器 100，用于从需要变换的交流电源(图中未显示)变换出预定的输出电压的直流电源。电压 变换器100包括第一输入极10、第二输入极12、第一输出极20和第二输出极22。第一输入 极10和第二输入极12分别连接到需要变换的交流电源的两个极，具有预定输出电压的直 流电源从第一输出极20和第二输出极22输出。第二输入极12和第二输出极22均电性连 接到地电位。 电压变换器100包括同步整流元件3、控制电路4及电容5。 同步整流元件3在该实施方案中是一只MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体 管)，也可使用BJT (双极性结型晶体管)等其他可控元件，其包括漏极32、源极34及栅极 36。漏极32连接到所述交流电源的第一输入极10，源极34电性连接到第一输出极20。在 同步整流元件3源极34及栅极36之间电性连接第二稳压二极管6。 电容5电性连接在第一输出极20和第二输出极22之间，而且正极连接到第一输 出极。电容5的容量大于等于IO微法，优选地，大于等于IOO微法，最好等于100微法。 控制电路4包括电性连接到所述第一输入极10的信号端40、电性连接栅极36的 控制端42、电性连接到第一输出极20的输出端44及电性连接到第二输出极22的接地端 46。 控制电路4包括控制元件400，控制元件400在该实施方案中是一只晶体三极管， 其包括电性连接到前述第一稳压二极管的基极402、电性连接到前述输出端44的发射极 404及电性连接到前述控制端42集电极406。有一个辅助直流电源43 —极电性连接到地 电位，另一极串连第一电阻45之后连接到所述控制端42，控制端42串连第二电阻47之后 连接到控制元件400的集电极406。辅助直流电源43正极连接到标号43所指位置，负极接 地，对控制电路4提供驱动电力，其可以使用普通的干电池或者其他常用的直流电源。在控 制端42与接地端46之间电性连接有第三稳压二极管7。制元件400的基极402与集电极 406之间电性连接有容量为0. 01到0. 1微法的反馈电容408。制元件400的基极402与发 射极404之间电性连接有第三电阻407。 控制电路4包括串接于信号端40与内部电路之间的预先选定的第一稳压二极管 41。而且，优选地，在信号端40与第一稳压二极管41之间串连有第三电阻410，在信号端 40的电位大于预定的切割电压时该第一稳压二极管41被击穿而导通，从而发出"切割"信 号，该第一稳压二极管41在信号端40的电位小于预定的切割电压时截止，从而发出"不切 割"信号。 当基极402接收到"切割"信号时，控制元件400将发射极404与集电极406切换到导通状态，导致在输出端44与控制端42之间电势差变低，从而向同步整流元件3输出 "断"的信号，使同步整流元件3漏极32与源极34断开，同时控制电路4的输出端44输出 具有预定输出电压高度的电位。由于同步整流元件3漏极32与源极34断开，大部分能量 没有通过同步整流元件3传输到第一输出极20，这种对局部能量的"切割"提高了能量转换 的效率，其保持了电路的高效率，可以完成电压的大幅度变换，而不浪费电能。电容5在前 一周期被充电而储存电能的情况下，由于同步整流元件3漏极32与源极34断开，第一输入 极10的电能无法到达第一输出极20，电容5向第一输出极20释放储存的电能。 当基极402接收到"不切割"信号时，控制元件400将发射极404与集电极406切 换到截止状态，导致在输出端44与控制端42之间维持较高电势差，该电势差大于同步整流 元件3的临界电压而使之可以导通，从而向同步整流元件3输出"通"的信号，使同步整流 元件3漏极32与源极34接通，同时控制元件400将发射极404与集电极406切换到截止 状态。由于同步整流元件3漏极32与源极34接通，第一输入极10的电源到达第一输出极 20，对连接在第一输出极20的电容5充电储存电能。整体上，第一输出极20和第二输出极 22之间输出稳定的直流电压。 根据本实用新型的电压变换器100，其电路简单，通过调整部分元件，即可实现不 同电压的大幅度变换和稳定。例如，采用不同稳定电压的第一稳压二极管41，切割电压就不 同，从而输出的直流电源的电压也不同。通过选择合适稳定电压的第一稳压二极管41 ，即可 从需要变换的交流电源变换出预定的输出电压的直流电源。而且其采用常用的电子元件， 提供了廉价解决方案。 优选地，电压变换器100可以包括预整流电路(图中未显示)，该预整流电路可将 输入的交流电的一半反相后输出，需要变换的交流电源是经过该预整流电路之后再输出到 前述第一输入极10和第二输入极12。 如图2所示，第一波形80是第一输入极10处的波形，典型地，其就是民用市电 (220伏特，50赫兹)通过预整流电路处理后的波形，第二波形82是控制元件400基极402 处的波形，第三波形84是控制电路4的控制端42处的波形，第四波形86是控制电路4的 输出端44处的波形。所属技术领域的技术人员可以理解，第三波形84与同步整流元件3 的栅极36处的波形相同，第四波形86与根据本实用新型电压变换器100的实施方案中第 一输出极20的波形相同。在本实施方案中，第一波形80包括高于预定切割电压88的高位 段81和低于切割电压88的低位段83。对应第一波形80的高位段81时，第一稳压二极管 41两端的电压高于额定的自身稳定电压，第一稳压二极管41被击穿而导通，控制元件400 基极402处于高电位状态，故第二波形82处于高电位水平，同时控制元件400由于基极402 的高电位而导通，控制元件400集电极406电位被拉低而处于低电位水平，第三波形84处 于低电位水平。对应第一波形80的低位段83时，电压不足以击穿第一稳压二极管41，第一 稳压二极管41处于截止状态，控制元件400基极402处于低电位状态，故第二波形82处于 低电位水平，同时控制元件400由于基极402的低电位而截止，控制元件400集电极406处 于高电位状态，第三波形84处于高电位水平。由图2可以看到，第四波形86维持在基本不 变的电位水平，具有较少的波动，因此根据本实用新型电压变换器100的实施方案变换出 来的直流电源是比较平稳的。 根据本实用新型的电压变换器100，直接实现交流/直流的变换，不需要整流和滤
7波电路，在实现交流/直流的同时，完成电压的大幅度变换和稳定。通过"切割"的方式有选 择的对局部能量进行传输实现了电压的变换和稳定。同时利用交流源自身作为触发信号源 实现同步整流，并且工作频率严格与电源同步，确保了输出特性在不同使用环境下的稳定。 由于交流源自身频率一般比较低，例如50赫兹，由根据本实用新型的预整流电路处理之后 的频率也不超过100赫兹，因此这样的同步整流，工作频率非常低，所以EMC性能大大提高。 在同样条件下，CE (传导)，RE (辐射)噪音远小于通常使用的交流/直流变换器，进而可以 大大简化甚至省略EMC设计。 虽然本实用新型已经在此显示和描述，其中设想是最实际和优选的实施方案，可 以认识到，在本实用新型的范围内可以做出改变，并非只限于此处所述的细节，而是要符合 所附权利要求的全部范围，以包含任何和所有等同装置和设备。例如，虽然参考本实用新型 这种极性的晶体管的配置已经说明本实用新型实施方案，本实用新型技术方案同样可以适 用于相反极性晶体管的配置。而进一步，例如本实用新型中的控制元件400是由一个晶体 三极管实现，但是控制元件400也可以用相同功能的其他电路代替，实现与前述三极管相 似的功能。对于本领域技术人员，这些都是等同的。
权利要求一种电压变换器(100)，用于从需要变换的交流电源变换出预定的输出电压的直流电源，其包括第一输入极(10)、第二输入极(12)、第一输出极(20)和第二输出极(22)，第一输入极(10)和第二输入极(12)分别连接到需要变换的交流电源的两个极，具有预定输出电压的直流电源从第一输出极(20)和第二输出极(22)输出，第二输入极(12)和第二输出极(22)均电性连接到地电位，其特征在于所述电压变换器(100)包括同步整流元件(3)，包括电性连接到所述交流电源的第一输入极(10)的漏极(32)、电性连接到第一输出极(20)的源极(34)及栅极(36)；控制电路(4)，包括电性连接到所述第一输入极(10)的信号端(40)、电性连接栅极(36)的控制端(42)、电性连接到第一输出极(20)的输出端(44)及电性连接到第二输出极(22)的接地端(46)；电容(5)，电性连接在第一输出极(20)和第二输出极(22)之间；当交流电源输出到第一输入极(10)的电位大于预定的切割电压时，控制电路(4)的控制端(42)输出“断”的信号，使同步整流元件(3)漏极(32)与源极(34)断开，同时电容放电；当交流电源输出到第一输入极(10)的电位小于预定的切割电压时，控制电路(4)的控制端(42)输出“通”的信号，使同步整流元件(3)漏极(32)与源极(34)连通，电容被充电。
2. 如权利要求l所述的电压变换器(100)，其特征在于控制电路(4)包括串接于信号 端(40)与内部电路之间的预先选定的第一稳压二极管(41)，该第一稳压二极管(41)在信 号端(40)的电位大于预定的切割电压时被击穿而导通，从而发出"切割"信号，该第一稳压 二极管(41)在信号端(40)的电位小于预定的切割电压时截止，从而发出"不切割"信号。
3. 如权利要求2所述的电压变换器(100)，其特征在于控制电路(4)包括控制元件 (400)，控制元件(400)包括电性连接到前述第一稳压二极管的基极(402)、电性连接到前 述输出端(44)的发射极(404)及电性连接到前述控制端(42)集电极(406)，当基极(402) 接收到"切割"信号时，控制元件(400)将发射极(404)与集电极(406)切换到导通状态， 当基极(402)接收到"不切割"信号时，控制元件(400)将发射极(404)与集电极(406)切 换到截止状态。
4. 如权利要求l所述的电压变换器(100)，其特征在于其包括电性连接同步整流元件 (3)源极(34)及栅极(36)的第二稳压二极管(6)。
5. 如权利要求l所述的电压变换器(100)，其特征在于控制电路(4)包括驱动控制电 路(4)的辅助直流电源(43)，该辅助直流电源(43) —极电性连接到地电位，另一极串连第 一电阻(45)之后连接到所述控制端(42)。
6. 如权利要求5所述的电压变换器(100)，其特征在于其包括预整流电路，该预整流 电路可将输入的交流电的一半反相后输出，需要变换的交流电源是经过该预整流电路之后 再输出到前述第一输入极(10)和第二输入极(12)。
7. 如权利要求1到6中任一项所述的电压变换器(100)，其特征在于所述电容(5)的 容量大于等于100微法。
8. 如权利要求1到6中任一项所述的电压变换器(100)，其特征在于所述电容(5)的 容量大于等于io微法。
9. 如权利要求3所述的电压变换器(100)，其特征在于所述控制元件(400)的基极(402)与集电极(406)之间电性连接有容量为0. 01到0. 1微法的反馈电容(408)。
10.如权利要求1到6中任一项所述的电压变换器(100)，其特征在于所述控制电路 (4)包括电性连接在控制端(42)与接地端(46)之间的第三稳压二极管(7)。
专利摘要一种电压变换器，用于从交流电源变换出预定的输出电压的直流电源，包括包括漏极、源极及栅极的同步整流元件；控制电路，包括电性连接到所述第一输入极的信号端、电性连接栅极的控制端、电性连接到第一输出极的输出端及电性连接到第二输出极的接地端；电容，电性连接在第一输出极和第二输出极之间；当交流电源输出到第一输入极的电位大于预定的切割电压时，控制电路的控制端输出“断”的信号，使漏极与源极断开，同时电容放电；当交流电源输出到第一输入极的电位小于预定的切割电压时，控制端输出“通”的信号，使漏极与源极连通，电容被充电。
文档编号H02M7/217GK201550037SQ20092020906
公开日2010年8月11日 申请日期2009年9月2日 优先权日2009年9月2日
发明者尚巍 申请人:依必安派特风机(上海)有限公司