电源变换电路的制作方法

专利名称：电源变换电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电源变换电路，更具体地说，涉及用于消除包括在工业用交流电源中的、诸如电噪声分量和浪涌分量一类的异常电压分量而无需变压器，并用于将工业用交流电源变换为供给负载的弱直流和/或低电平交流电的电源变换电路。
通常，110V到240V范围的工业用交流电源用作电设备或工业设施的驱动电源。提供给电设备或工业设备的工业用交流电源用电源变换设备转换为直流和/或恒定电平的交流。由电源变换设备提供的直流应用于控制装置，而被变换为恒定电平的交流应用于负载驱动电源。


图1是变压器型电源变换电路的电路图，用于按照变压器中绕组的匝数比变换电源电平，以产生经过变换的电源电平。参见图1，下面将描述将工业用交流电变换为具有恒定电平的直流电的电源变换电路的操作。
如图1所示，用于提供工业用交流电的电源10连接到变压器20的初级绕组线圈21，负载部分30连接到变压器20的次级绕组线圈22。具有初级绕组线圈21和次级绕组线圈22的变压器20将电源10通过感应与负载部分30结合。因此，流入变压器20的初级绕组线圈21的工业用交流电按照变压器20的匝数比变换为恒定电平的交流电，然后，经变换的交流电施加于连接到变压器20次级绕组线圈22的负载部分30。整流和平滑部分40连接在变压器20和负载部分30之间，以对经电平变换的交流电整流，并对经电平变换的交流电作平滑处理。具有桥式二极管的整流器41连接到需要直流的负载部分的前部，所以整流器41将交流电变换为直流电。
上述含有变压器的常规电源变换电路按照变压器的匝数比将工业用交流电源变换为恒定电平的直流或恒定电平的交流。按照变压器的匝数比将施加到变压器初级线圈的工业用交流变换为恒定电平的交流，然后从变压器的次级绕组线圈产生经过变换的交流。从变压器次级绕组线圈产生的交流施加于整流和平滑部分，因此变压器的磁滞特性减小了工业用交流中的电噪声分量或脉冲浪涌分量，随后将该交流电施加于负载部分，或者通过桥式二极管将其转换为有待施加于负载部分的直流电。如上所述，在按照变压器的匝数比变换交流电平以后为负载提供交流的电源变换电路的实例已在美国专利第4,906,901号中公开(授予David T.Carroll)。在具有上述结构的常规电源变换电路中，电源变换电路的尺寸因对变压器中初级和次级绕组线圈之比的精确控制而不可能减小，且电源变换电路的成本增加。此外，由于围绕变压器中所装铁芯的磁性振动，电源变换电路产生噪声，而且负载部分还需要额外的变压器。
图2是表示用于将工业用交流电变换为直流电而无需变压器的电源变换电路的电路图。如图2所示，缓冲电路60连接到电源50的输出侧。电容器61和第一电阻器62并联连接于缓冲电路60，第二电阻器63串联连接到电容器61上，以形成电容器61的放电路径。缓冲电路60限定从电源50提供的工业用交流电的电平。整流器70连接于缓冲电路60的输出侧。平滑部分80连接于整流器60的输出侧。平滑部分80含有分别连接到整流器70输出端的齐纳二级管81和电容器82。平滑部分80调整已变换为直流电平的电源额定电压，并平滑电源的额定电压，以将该额定电压施加到负载部分90。
在上述不带变压器的电源变换电路中，当工业用交流电流施加于电容器和电阻器时，该工业用交流电流下降，则工业用交流电的功率也降低，因此工业用交流电的电平被变换。亦即，工业用交流电源的电流定义为I＝V/2π×f×C＋R，和电功率P定义为P＝V×I。因此，如果该交流电源的电流电平用电容器61和第一电阻器62来调节，则电功率电平改变。由电容器61和第一电阻器62改变交流电流的电平，并在整流器70中整流后变为直流电平电流。用齐纳二极管81的额定电压将直流电平电流的功率调整为具有固定电压，然后经电容器82平滑后提供给负载90。
非变压器型电源变换电路具有如下优点，因为非变压器型电源变换电路不包含变压器，总工作区减小，但是非变压器型电源变换电路不能去除工业用交流电中所包含的电噪声分量和/或浪涌分量。因此，在非变压器型电源变换电路中，由于工业用交流电中包括的异常电压分量被施加到负载上，负载可作为电脉冲接收。
因此，本发明的目的是提供一种电源变换电路，用于消除工业用交流电中诸如电噪声分量和浪涌分量一类的异常电压分量而无需变压器，并用于将工业用交流电变换为弱直流和/或具有低电压的交流电，以将弱直流和/或具有低电压的交流电施加于负载。
为达到本发明的上述目的，该电源变换电路含有一用于对工业用交流电进行滤波的滤波器。该滤波器连接到工业用交流电源的主电源传输供电线。此外，该电源变换电路还含有接收经滤波器滤波后的交流的电源电平调节装置，用以变换所接收交流的电源电平；接收电源电平调节装置中经过变换的交流的缓冲电路，用于消除经电源电平变换后交流中的异常电压分量；以及接收在缓冲电路中消除了异常电压分量的交流以将其变换为直流和/或具有不同电平的交流的变换装置。
在连接到供电线的电源电平调节装置中，电容器和电阻器具有并联关系，且该电源电平调节装置具有串联连接到电容器和电阻器的放电电阻器。在连接在供电线之间的缓冲电路中，电容器和电阻器串联连接在供电线之间。
按照本发明的一个实施例，例如，变换装置含有一整流装置，用于接收缓冲电路输出的工业用交流电，以将所接收工业用交流电变换为直流电平电流；以及一平滑装置，用于调整并平滑从整流装置输出的直流额定电压。具有用于调整预定额定电压的齐纳二极管和在供电线之间具有并联关系的平滑电容器的平滑装置连接在整流装置的后侧。
按照本发明的另一个实施例，变换装置还包括一交流电源变换部分，用于接收从缓冲电路输出的交流，以形成涉及电源周期正方向和负方向的路径，从而将输入的交流变换为恒定电平的交流。
交流电源变换部分含有，例如，第一和第二齐纳二极管，它们在从缓冲电路连接到分离的供电线的一对分压电阻器后端相互以相反方向并联连接在供电线之间；以及串联连接在后续供电线之间的第一和第二限流电阻器，以便在第一和第二限流电阻器的接点输出基准电压。在这种情况下，基准电压是从第一限流电阻器和第二限流电阻器的接点产生的。此外，交流电源变换部分还包括从缓冲电路连接到分离的供电线的一对分压电阻器，第一和第二齐纳二极管构成的第一对齐纳二极管，及第三和第四齐纳二极管组成的第二对齐纳二极管。在分压电阻器的后端第一对齐纳二极管和第二对齐二极管相互以相反方向并联连接在供电线之间，第一和第二齐纳二极管的第一接点与第三和第四齐纳二极管的第二接点相互公共连接，以产生基准电压。
变换装置最好含有一整流装置，用于接收从电源电平调节装置输出的工业用交流电，并将所接收工业用交流电变换为直流，以施加直流到缓冲电路；以及一平滑装置，用于调整和平滑从缓冲电路输出的直流额定电压。此处，平滑装置包括用于调整和平滑直流额定电压的一齐纳二极管和平滑电容器，该齐纳二极管和平滑电容器在缓冲电路的后端相互并联连接在供电线之间。
变换装置最好是用于接收从缓冲电路输出的交流并形成交流的正和负方向路径的交流电源变换部分，以将接收的交流变换为恒定电平的交流。此时，交流电源变换部分包括第一和第二齐纳二极管组成的第一对齐纳二极管，和第三和第四齐纳二极管组成的第二对齐纳二极管，第一对齐纳二极管和第二对齐纳二极管在缓冲电路的后端相互以相反方向并联连接，第一和第二齐纳二极管的第一接点与第三和第四齐纳二极管的第二接点作公共连接，以产生基准电压。
最好用一轭流圈来构成滤波器。
滤除工业用交流电源中电噪声分量的滤波器连接到电源。限定已滤波交流的电流电平的电源电平调节部分连接到滤波器。去除交流电源中诸如电噪声分量和浪涌分量的异常电压分量的缓冲电路连接到电源电平调节部分的后部。电源转换部分连接到缓冲电路的输出侧。电源转换部分按需要输出直流和/或不同电平的交流。输出交流的电源转换部分连接到电源电平调节部分的输出侧，并切换经电平调节的交流的正和负周期的路径。输出直流的电源转换部分具有以固定电平输出直流的整流器和平滑直流的平滑部分。
电源产生的工业用交流电通过传输供电线输入滤波器。滤波器滤除工业用交流电源中为脉动波的电噪声分量。通过滤波器滤除了噪声的电流提供给电源电平调节部分，从而根据负载调节工业用交流电的电源电平。从电源电平调节部分输出的已调整电源电平的电流提供给缓冲电路。缓冲电路把去除了诸如电噪声分量和浪涌分量的异常电压分量的电流施加到电源转换部分。电源转换部分按需要将交流转换为直流和/或不同电平的交流，以将其应用于负载。
由于消除了工业用交流电中诸如电噪声分量和浪涌分量的异常电压分量而无需利用变压器，按照本发明的电源变换电路增加了电源变换电路的可靠性，且可令电源变换电路的尺寸更小和可使其重量减小。
通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，本发明的上述目的和其它优点将变得更为显而易见，附图中图1是表示利用变压器的常规电源变换电路的电路图；图2是表示无变压器的常规电源变换电路的电路图；图3是表示按照本发明第一实施例的电源变换电路的电路图；图4是表示按照本发明第二实施例的电源变换电路的电路图；图5是表示按照本发明第三实施例的电源变换电路的电路图；图6是表示按照本发明第四实施例的电源变换电路的电路图；以及图7是表示按照本发明第五实施例的电源变换电路的电路图。
下面参照附图详细描述按照本发明实施例的电源变换电路的结构和操作。图3是表示按照本发明第一实施例的电源变换电路的电路图。如图3所示，在本实施例的电源变换电路中，包括一扼流圈L的扼流输入滤波器200连接到工业用交流电的主电源传输供电线L1。包括限流电容器310、限流电阻器320和放电电阻器330的电源电平调节电路300串联连接于滤波器200的输出侧。限流电容器310和限流电阻器320并联连接到滤波器200的输出侧。放电电阻器330串联连接到限流电容器310和限流电阻器320，以形成限流电容器310的放电路径。包括串联连接在供电线L1之间的缓冲电容器410和缓冲电阻器420的缓冲电路400连接到电源电平调节电路300的输出侧。整流器500连接在缓冲电路400输出侧的供电线L1之间。平滑部分600连接到整流器500的输出侧。平滑部分600含有不仅输出恒定额定电压而且平滑该恒定额定电压的齐纳二极管610，以及平滑电容器620。齐纳二极管610和平滑电容器620并联连接在供电线L1之间。由直流驱动的第一负载700连接到平滑部分600的输出侧。
在上述按照本实施例的电源变换电路中，电源100提供的工业用交流电施加于扼流输入滤波器200，因此电源噪声被滤除。已滤除噪声的工业用交流电施加到电源电平调节部分300。电源电平调节部分300通过限流电容器310和限流电阻器320的操作改变工业用交流电的电平。亦即，工业用交流电的电流I为I＝V/2π×f×C＋R，工业用交流电的电功率P为P＝V×I。当用限流电容器310和限流电阻器320调节交流电的电流电平时，交流电的电源电平发生改变。电平已改变的交流施加到缓冲电路400。缓冲电路400包括串联连接的电容器410和电阻器420，以消除工业用交流电中诸如电噪声分量和浪涌分量一类的异常电压分量。消除了异常电压分量的工业用交流电施加到整流器500。整流器500借助整流元件或整流二极管对经电平调节的交流进行整流，以变换为恒定电平的直流。在整流器500中变换的直流施加于具有齐纳二极管610和电容器620的平滑部分600。施加到平滑部分600的直流电压电平由齐纳二极管610的操作调节，然后由电容器620的操作平滑该直流，随后施加到第一负载700，比如需要直流的电设备的控制电路。
在按照本实施例的电源变换电路中，消除了诸如电噪声分量和浪涌分量一类的异常电压分量的工业用交流电被施加到负载。因此，由于未使用变压器，可增加电源变换电路的可靠性，能令电源变换电路的尺寸更小并能减轻电源变换电路的重量。
图4是表示按照本发明第二实施例的电源变换电路的电路图。
在图4中，涉及图3中的相同元件用相同标号。除缓冲电路400连接到整流器500后部的以外，本实施例的电源变换电路与第一实施例的电源变换电路相同。
亦即，在第一实施例中，缓冲电路400连接于整流器500的前侧。因此，在第一实施例中工业用交流电直接施加到缓冲电路。缓冲电路400需要大容量的电容器来消除工业用交流电中诸如电噪声分量和浪涌分量一类的异常电压分量。然而，在如图4所示的本实施例中，缓冲电路400连接到整流器500的后部。将主要在整流器500中整流的直流而不是工业用交流电施加到缓冲电路400。在整流器500输出的已整流的直流中诸如电噪声分量和浪涌分量一类的异常电压分量比工业用交流电中的要小得多。
在本实施例中，因为部分地消除工业用交流电中诸如电噪声分量和浪涌分量一类的异常电压分量，整流器500可能接收电脉冲。然而，在缓冲电路400中可使用较小容量的电容器。因此，从经济的角度来说本实施例具有优越性。
图5是表示按照本发第三实施例的电源变换电路的电路图。在图5中，涉及图3中的相同元件使用相同标号。除交流电源转换部分800代替整流器500和平滑部分600连接到缓冲电路400的输出侧以外，按照本实施例的电源变换电路与第一实施例的电源变换电路相同。
在本实施例中，交流电源转换部分800连接到缓冲电路400的输出侧。交流电源转换部分800接收工业用交流电，以输出具有低电平电压的交流电。交流电源转换部分800包括串联连接在供电线L1之间的第一和第二齐纳二极管801和802，以及以与第一和第二齐纳二极管801和802相反的方向串联连接在供电线L1之间的第三和第四齐纳二极管803和804。第一和第二齐纳二极管801和802的接点与第三和第四齐纳二极管803和804的接点是公共连接的。负载操作所需的基准电压由齐纳二极管801、802、803和804的接点产生，被变换为恒定电平交流的交流电则通过供电线L2输出。例如，齐纳二极管801、802、803和804的接点输出的基准电压用于作为用作荧光显示管操作基础的栅极偏压源Vgb，，从供电线L2输出的交流用于荧光显示管中加热器的操作。
在上述本实施例的电源变换电路中，将电源100所产生的交流施加于缓冲电路400的操作与第一实施例的操作相同。在缓冲电路400中消除了异常分量的交流施加于交流电源转换电路800。第一和第二齐纳二极管801和802一起在交流正(+)周期形成交流路径，齐纳二极管803和804一起在交流负(-)周期成交流路径。这样，具有恒定电平的交流通过供电线L2的两端输出。而且，从第一齐纳二极管801、第二齐纳二极管802、第三齐纳二极管803和第四齐纳二极管804的公共接点产生具有恒定电平的基准电压Vgb。因此，交流转换电路800输出适合于操作用于显示电子设备工作状态的荧光显示管的负载的交流电。
本实施例的电源变换电路去除了工业用交流电中诸如电噪声分量和浪涌分量一类的异常分量而无需变压器，并按照负载改变交流的电平，从而将电平已改变的交流施加到负载上。
图6是表示按照本发明第四实施例的电源变换电路的电路图。
在图6中，涉及图3中的相同元件使用相同标号。按照本实施例的电源变换电路包括在第一实施例的电源变换电路中的缓冲电路400和整流器500之间与整流器500并联的交流电源转换部分800。
在按照本实施例的电源变换电路中，整流器500和交流电源转换部分800连接到缓冲电路400的输出侧。交流电源转换部分800具有分别连接到从缓冲电路400输出侧分离的两条供电线L2的第一和第二分压电阻器810和820，在第一和第二分压电阻器810和820后部并联连接在供电线L2之间的第一和第二齐纳二极管830和840。第一和第二齐纳二极管830和840以相反方向连接在供电线L2之间。第一和第二限流电阻器811和812在第一和第二齐纳二极管830和840的后部串联连接在供电线L2之间，第一和第二限流阻811和812的接点是公共连接的。
在上述本实施例的电源变换电路中，将从电源100产生的交流施加到缓冲电路400的操作与第一实施例的操作相同。在缓冲电路400中消除了异常分量的交流施加于整流器500和交流电源转换部分800。由整流元件或整流二极管对施加于整流器500的交流整流，从而将其变为具有恒定电平的直流。从整流器500输出的直流施加到包括齐纳二极管610和电容器620的平滑部分600。施加于平滑部分600的直流电压电平由齐纳二极管610的操作加以调节，而该直流由电容器620的操作得到平滑，并施加到像电设备的控制电路一类的第一负载700。
此外，施加到通过供电线L2从缓冲电路400输出侧分出的交流电源转换部分800的交流被施加于分别连接到供电线L2的第一和第二分压电阻器810和820。第一和第二分压电阻器810和820稳定由整流器500转换为直流电平的电压的电位。因此，按照第四实施例的电源变换电路在交流电源转换部分800中将交流转换为恒定电平的交流，而不影响由整流器500转换为直流电平的电压的电位。连接在第一和第二分压电阻器810和820后部的第一齐纳二极管830和以与第一齐纳二极管相反方向连接的第二齐纳二极管一起形成交流电源路径。在第一齐纳二极管830和第二齐纳二极管840转换为恒定电平的交流通过供电线L2输出。从连接到第一和第二齐纳二极管830和840尾部的第一和第二限流电阻器811和812的接点输出具有恒定电平的基准电压Vgb。
按照本实施例的电源变换电路去除了工业用交流电中诸如电噪声分量和浪涌分量一类的异常电压分量而无需变压器，并按照负载将工业用交流电转换为电平已改变的交流和/或直流，由此将电平已改变的交流和/或直流施加于负载。
图7是表示按照本发明第五实施例的电源变换电路的电路图。在图7中，涉及图3中的相同元件使用相同标号。按照本实施例的电源变换电路除了交流电源转换部分800以外具有与第四实施例的电源变换电路相同的结构。本实施例的交流电源转换部分800具有如下结构，第一和第二分压电阻器810和820分别连接到从缓冲电路400输出侧分出的两条供电线L2，第一对齐纳二极管850在第一和第二分压电阻器810和820的后部串联连接在供电线L2之间。第二对齐纳二极管860以与第一对齐纳二极管850相反的方向连接在供电线L2之间。第一对齐纳二极管830与第二对齐纳二极管840的接点是公共连接的。按照本实施例的电源变换电路的操作与第四实施例的操作相同。
如上所述，按照本发明的电源变换电路去除了工业用交流电源中诸如电噪声分量向浪涌分量一类的异常电压分量而无需变压器，并将工业用交流电源变换为直流和/或恒定电平的交流，以将直流和/或恒定电平的交流提供给负载。因此，电源变换电路的可靠性增加，并且由于能够提供直流及电平已调整的交流，该电源变换电路可具有更小的尺寸和更轻的重量。
不言而喻，不偏离本发明的范围和精神各种其它改型对于本领域的技术人员是显而易见的，他们可容易地作出这些改型。因此，不是打算将所附权利要求书的范围限于前面所给出的描述，而是要使权利要求书包含所有属于本发明的可获取专利的新颖性的特征，包括本领域技术人员可作为其等价物对待的所有特征。
权利要求
1.一种用于变换电源的电路，它包含一用于对工业用交流电进行滤波的滤波器，所述滤波器连接到工业用交流电源的主电源传输供电线；用于从所述滤波器接收滤波后的交流的电源电平调节装置，用以变换所接收交流的电源电平；用于从所述电源电平调节装置接收经电源电平变换的交流的缓冲电路，以消除经电源电平变换后交流中的异常电压分量；以及用于接收在所述缓冲电路中消除了异常电压分量的交流的变换装置，以将所接收交流的电平变换为直流和/或具有不同电平的交流。
2.如权利要求1所述的用于变换电源的电路，其中所述电源电平调节装置包含并联连接到供电线之一的限流电容器和调节电阻器，以及串联连接到该电容器和电阻器的放电电阻。
3.如权利要求1所述的用于变换电源的电路，其中所述缓冲电路包含相互串联连接在供电线之间的缓冲电容器和缓冲电阻器。
4.如权利要求1所述的用于变换电源的电路，其中所述变换装置包含用于接收从所述缓冲电路输出的工业用交流的整流装置，以将所接收的工业用交流电变换为直流；以及用于调整并平滑从所述整流装置输出的直流额定电压的平滑装置。
5.如权利要求4所述的用于变换电源的电路，其中所述平滑装置包含用于调整和平滑直流的额定电压的齐纳二极管和平滑电容器，它们在所述整流装置的后端相互并联连接在供电线之间。
6.如权利要求4所述的用于变换电源的电路，所述变换装置还包含用于接收从所述缓冲电路输出的交流的交流电源变换部分，以形成正方向和负方向的交流电源路径，从而所接收交流变换为恒定电平的交流。
7.如权利要求6所述的用于变换电源的电路，其中所述交流电源变换部分包含第一和第二齐纳二极管，它们在从所述缓冲电路连接到分离的供电线的一对分压电阻器的后端相互以相反方向并联连接在供电线之间；以及串联连接在后续供电线之间的第一和第二限流电阻器，以在第一和第二限流电阻器的接点输出基准电压。
8.如权利要求6所述的用于变换电源的电路，其中所述交流电源变换部分包含从所述缓冲电路连接到分离的供电线的一对分压电阻，第一和第二齐纳二极管组成的第一对齐纳二极管，及第三和第四齐纳二极管组成的第二对齐纳二极管，在分压电阻器的后端第一对齐纳二极管和第二对齐纳二极管相互以相反方向并联连接在供电线之间，第一和第二齐纳二极管的第一接点与第三和第四齐纳二极管的第二接点相互公共连接，以产生基准电压。
9.如权利要求1所述的用于变换电源的电路，其中所述变换装置包含一整流装置，用于接收从所述电源电平调节装置输出的工业用交流电，并将所接收工业用交流电变换为直流，以施加该直流到所述缓冲电路；以及一平滑装置，用于调整和平滑从所述缓冲电路输出的直流额定电压。
10.如权利要求9所述的用于变换电源的电路，其中所述平滑装置包含用于调整和平滑直流额定电压的齐纳二极管和平滑电容器，该齐纳二极管和平滑电容器在所述缓冲电路的后端相互并联连接在供电线之间。
11.如权利要求1所述的用于变换电源的电路，其中所述变换装置是用于接收从所述缓冲电路输出的交流并形成交流的正和负方向路径的交流电源变换部分，以将所接收交流变换为恒定电平的交流。
12.如权利要求11所述的用于变换电源的电路，其中所述交流电源变换部分包含第一和第二齐纳二极管组成的第一对齐纳二极管，和第三和第四齐纳二极管组成的第二对齐纳二极管，第一对齐纳二极管和第二对齐纳二极管在所述缓冲电路的后端相互以相反方向并联连接，第一和第二齐纳二极管的第一接点与第三和第四齐纳二极管的第二接点作公共连接，以产生基准电压。
13.如权利要求1所述的用于变换电源的电路，其中所述滤波器用一扼流圈来构成。
全文摘要
一种电源变换电路，用于消除工业用交流电中诸如电噪声分量和浪涌分量的异常电压分量而无需变压器，并将工业用交流电变换为弱直流和/或具有低电压的交流，以施加于负载。滤波器对工业用交流电进行滤波并连接到工业用交流电源的主电源传输供电线。电源电平调节部分接收滤波后的交流以变换电源电平；缓冲电路接收经电源电平变换的交流并消除其中的异常电压分量。一变换部分接收消除了异常电压分量的交流并变换为直流和/或具有不同电平的交流。
文档编号H02M7/12GK1143851SQ96108668
公开日1997年2月26日 申请日期1996年7月11日 优先权日1995年7月24日
发明者李建国 申请人:大宇电子株式会社