全波电容耦合输入交直流变换方法与流程

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种全波电容耦合输入交直流变换方法。

背景技术：

在市电输入系统中，如果输入交流电压经全波整流桥输出直流脉动电压波形，经一滤波电容输出一直流电压叠加两倍输入交流频率的纹波电压。该纹波电压的大小是由滤波电容值的大小决定的。

在一些市电输出的交流直流变换的应用中，经常会希望其输入有相当大的纹波，而其输出的纹波尽可能低。输入的纹波大是为了使由该变换器所构成的系统工作正常，而输出的纹波是为了使该变换器构成的系统效率尽可能高。

因此，需要对现有技术进行改进。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种能够使输入纹波电压足够大、而输出电压的纹波足够小的全波电容耦合输入交直流变换方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种全波电容耦合输入交直流变换方法：

通过全波电容耦合输入交直流变换电路将市电ac的交流电压倍压整流为直流电压的同时，通过输出电容c保留输入纹波电压，并降低输出电压的纹波；

所述全波电容耦合输入交直流变换电路包括全波倍压电路，输出电容c和负载支路，其中全波倍压电路与市电ac相连，输出电容c和负载支路分别与全波倍压电路相并联。

作为本发明的全波电容耦合输入交直流变换方法的改进：

由全波倍压电路、输出电容c和负载支路构成全波输入电容耦合整流电路(全波电容耦合输入交直流变换电路)，全波倍压电路用于将市电ac的交流电压倍压整流为带纹波电压的直流电压；输出电容c用于保留输入纹波电压，降低输出纹波电压。

作为本发明的全波电容耦合输入交直流变换方法的进一步改进：

所述全波倍压电路包括整流二极管d1、整流二极管d2、电容c1和电容c2，其中整流二极管d1的正极与整流二极管d2的负极均与市电ac的l端相连，整流二极管d1的负极通过电容c1与市电ac的n端相连，整流二极管d2的正极通过电容c2与与市电ac的n端相连；

所述整流二极管d1的负极分别通过输出电容c和负载支路与整流二极管d2的正极相连。

作为本发明的全波电容耦合输入交直流变换方法的进一步改进，包括以下步骤：

电容c1充电：市电ac输入交流电压对应正半周时，输入交流电压通过整流二极管d1对电容c1充电，直至电容c1上电压接近输入交流电压最大值；此时电容c2和输出电容c构成一回路，电容c2与输出电容c发生电荷分配，电容c2电压阶跃下跳，输出电容c电压上升；

电容c2充电：市电ac输入交流电压对应负半周时，输入交流电压通过整流二极管d2对电容c2充电，直至电容c2上电压接近输入交流电压最大值；此时电容c1和输出电容c构成一回路，电容c1与输出电容c发生电荷分配，电容c1电压阶跃下跳，输出电容c电压上升；

剩余时间(除了电容c1和电容c2充电时间以外的时间)电容c1，电容c2和输出电容c一起对输出负载io供电。

作为本发明的全波电容耦合输入交直流变换方法的进一步改进：

电容c1与电容c2在与输出电容c发生电荷分配时的电压阶跃下跳，实现了在下一周期市电重新对电容c1与电容c2进行充电时能够有足够的电压差(纹波)；电容c1和电容c2的阶跃下跳电压大小分别由电容c1和电容c2的电容值与输出电容c的电容值的大小决定，随着输出电容c电容值的增加，电容c1和电容c2的阶跃下跳电压增加，而输出电容c上的阶跃上跳电压减小(即，输出纹波减小)。

与现有技术相比，本发明具有如下技术优势：

本发明能够使输入纹波电压足够大，令所构成的系统能够可靠的工作；同时令输出电压的纹波足够小，提高所构成系统的效率。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为本发明的实现原理图(全波电容耦合输入交直流变换电路示意图)；

图2为图1的电路仿真波形图；图2中上图为整流二极管d1的电流波形图、中图为电容c1的电压波形图，下图为输出电容c的电压波形图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1、全波电容耦合输入交直流变换方法，如图1和图2所示，在全波倍压电路基础上加以输出电容c，从而实现输入纹波电压足够大而输出电压的纹波足够的小，既满足由本电路所构成的系统对输入纹波电压足够大，使其能正常工作的需求，又满足了所构成系统对输出电压纹波尽可能少，使其工作效率尽可能提高的需求。

如图1所示，该电路为全波倍压电路、输出电容c和负载支路构成的全波输入电容耦合整流电路，即，全波电容耦合输入交直流变换电路，其中全波倍压电路用于将市电ac的交流电压倍压整流为带纹波电压的直流电压；输出电容c用于保留输入纹波电压，降低输出纹波电压。

全波倍压电路包括整流二极管d1、整流二极管d2、电容c1和电容c2，其中整流二极管d1的正极与整流二极管d2的负极均与市电ac的l端相连，整流二极管d1的负极通过电容c1与市电ac的n端相连，整流二极管d2的正极通过电容c2与与市电ac的n端相连；整流二极管d1的负极分别通过输出电容c和负载支路与整流二极管d2的正极相连；电路工作原理如下；

电容c1充电：市电ac输入交流电压对应正半周时，当市电ac输入瞬时电压绝对值大于电容c1电压时，整流二极管d1导通，整流二极管d2截止，输入电压经整流二极管d1对电容c1进行充电，直至电容c1上电压接近输入交流电压最大值；此时电容c2和输出电容c构成回路，电容c2与输出电容c发生电荷分配，电容c2电压阶跃下跳，输出电容c电压上升。

电容c2充电：市电ac输入交流电压对应负半周时，当市电ac输入瞬时电压绝对值大于电容c2电压时，整流二极管d1截止，整流二极管d2导通，输入电压经整流二极管d2对电容c2充电，直至电容c2上电压接近输入交流电压最大值；此时电容c1和输出电容c构成回路，电容c1与输出电容c发生电荷分配，电容c1电压阶跃下跳，输出电容c电压上升。

上述电容c1与电容c2在与输出电容c发生电荷分配时的电压阶跃下跳，实现了在下一周期市电重新对电容c1与电容c2进行充电时能够有足够的电压差(纹波)；电容c1和电容c2的阶跃下跳电压大小分别由电容c1和电容c2的电容值与输出电容c的电容值的大小决定，随着输出电容c电容值的增加，电容c1和电容c2的阶跃下跳电压增加，而输出电容c上的阶跃上跳电压减小，即，输出纹波减小。

剩余时间(除了电容c1和电容c2充电时间以外的时间)，电容c1、电容c2和输出电容c一起对负载支路供电。

由于电容c1或电容c2与输出电容c发生电荷分配操作，并且随着输出电容c电容值相对输入电容c1和电容c2的电容值的比值增加，使全波电容耦合整流电路输入纹波电压足够大而输出电压纹波足够小，而通常的全波倍压电路中输入纹波电压接近于输出纹波电压，本发明增加输出电容c的设计实现了减小输出电压的纹波，增加输入纹波，使系统正常工作，并提高所构成系统的效率。

上述全波电容耦合整流电路中，输出直流电压的电压值接近两倍输入交流电压最大值，其中具体输入功率由输入电容c1和电容c2的电容值决定。从输入交流端看，即，市电ac的l端与n端，由于电容c1和电容c2的作用，使得呈现的输入端电压有相当大的纹波，这有利于所构成系统的可靠工作。而输出端由于电容c1、电容c2和输出电容c组合对输出负载io供电，使纹波比较低。

由于电容c1和电容c2在本发明中工作过程相同，因此仅对电容c1上电压进行详细阐述，全波电容耦合整流电路仿真波形的如图2所示，图中i(d1)表示通过整流二极管d1的电流值，单位为a，vc1表示电容c1的电压值，vout表示输出电容c的电压值；

整流二极管d1中有电流通过时，输入电压经整流二极管d1对电容c1充电，此时电容c1电压从200v增加到310v(交流电压最大值约为311v)，同时由于输出电容c与电容c2形成回路并进行电荷分配，输出电容c的电压从500v上升到518v左右。

电容c1充电完成后，电容c1与电容c2和输出电容c一起对输出负载电流源io供电，电容c1电压线性减小到300v，而输出电容c的电压从518v下降到500v左右。

当输入电压经二极管d2对电容c2充电时，电容c1与输出电容c进行电荷分配操作。电容c1上电压阶跃自300v下跳到210v左右，而输出电容c的电压从500v上升到518v左右。随后电容c1与电容c2和输出电容c一起对输出负载电流io供电，电容c1电压线性自210v减小到200v，而输出电容c的电压从518v下降到500v左右。这样周而复始使得电容c1上电压纹波是310v-200v＝110v，而输出电容c上电压纹波是518v-500v＝18v。可见输入对应的纹波电压是输出纹波电压的5倍之多。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。