恒压恒流交流-直流转换器制造技术

本发明专利技术申请公开了一种交流-直流转换器，包括：整流器，将交流电压转换为周期性直流电压；输出电容，向负载提供电流和电压；高压开关，工作在截止状态或导通状态，与输出电容串联耦合至整流器；控制电路，耦合至整流器、高压开关和输出电容，包括电压检测、电流检测和高压开关驱动电路；所述控制电路检测高压开关端口电压和输出电容电压，决定高压开关的工作状态；所述控制电路还检测流过高压开关的电流，当一个直流电压周期内通过高压开关的电荷总量达到预设值后，禁止高压开关在该周期继续处于导通状态。所述交流-直流转换器输出恒定的电压和电流，结构简单，成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及交流-直流转换器技术，特别地，本专利技术涉及一种输出恒定的电压和电流的电源技术。
技术介绍
电源是电子设备与电器的动力来源。电子设备与电器经常需要直流电源供电，因此，将交流电转换为直流电是最为常见的用电需求。不同的用电设备对于直流电源的要求有所不同。家用电器(例如电磁炉)控制电路常常需要5V直流供电电压(恒压运用)。成都芯源系统有限公司的专利技术申请“一种电源转换器及其方法”(申请号CN201210327376)阐述了一种输出恒定电压的交流直流转换器，该专利技术申请没有考虑恒压运用中负载过重时如何限制输出电流。而LED照明电源则需要恒定的直流电流(例如60mA)驱动负载(恒流运用)。上海芯熠微电子有限公司的专利技术申请“交流-直流转换器及其方法”(申请号201510078564.1)阐述了一种输出恒定电流的交流直流转换器。该专利技术申请仅仅给出了恒流运用中负载过轻时如何粗略限制输出电压的方法。对于恒压运用，当输出过载(例如负载短路)时，如果输出平均电流等于一个预设的电流，则可以有效避免出现因输出电流过大导致负载发热而损坏甚至烧毁的故障。同样，对于恒流运用，当输出轻载(例如负载开路)时，如果输出平均电压等于一个预设的电压，则可以有效降低输出端相关器件过压击穿的风险。因此，一个既具有恒压、又具有恒流特性的结构简单、成本低廉的交流直流转换器能够满足更加广泛的应用需求，而这正是本专利技术的目标。图1是本专利技术的交流直流转换器的负载特性曲线。在全负载范围内，该交流直流转换器输出恒定的电压或电流。当负载较轻时，转换器输出恒定的电压；而负载较重时，转换器输出恒定的电流；在负载特性曲线的拐点，转换器输出最大功率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种具有恒定输出电压或电流的交流-直流转换器。根据本专利技术的实施例，提出了一种交流-直流转换器，包括：整流器，将交流电压转换为周期性直流电压；输出电容，向负载提供电流和电压；高压开关，工作在截止状态或导通状态，与输出电容串联耦合至整流器；控制电路，耦合至整流器、高压开关和输出电容，包括电压检测电路、电流检测电路和高压开关驱动电路；在一个直流电压周期内，所述控制电路根据高压开关端口电压与输出电容电压决定高压开关的工作状态；控制电路还检测流过高压开关的电流，当一个直流电压周期内通过高压开关的电荷总量达到预设值后，禁止高压开关在本周期内继续处于导通状态。所述交流-直流转换器输出恒定的电压或电流，结构简单，成本低廉。附图说明图1本专利技术的交流直流转换器的负载特性曲线；图2为基于本专利技术的交流-直流转换器的一个实施例示意图；图3为图2实施例的交流-直流转换器控制器28的功能示意图；图4为基于本专利技术图2至图3所示的交流-直流转换器主要节点的波形图；图5为基于本专利技术的交流-直流转换器的另一个实施例示意图；图6为图5实施例的交流-直流转换器控制器38的功能示意图；图7为基于本专利技术图5至图6所示的交流-直流转换器主要节点的波形图；具体实施方式以下详细描述本专利技术的具体实施例。实施例的示例在附图中给出。应当注意，这里描述的实例只是用来举例说明，并不用于限制本专利技术。为了便于透彻理解本专利技术，阐述了实施的细节。然而，对于本领域一般技术人员显而易见的是，不必采用这些细节也可以实施本专利技术。在实施例的描述中，为了避免混淆本专利技术，对本领域众所周知的电路，例如单脉冲发生器与电流积分器未作具体描述。在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着，结合该实施例或者示例描述的特定特征、结构或者特性被包含在本专利技术至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一个实施例或者示例。此外，可以以任何适当的组合和(或)子组合将特定的特征、结构或者特性组合在一个或者多个实施例或者示例中。因此，本领域的一般技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明目的，并且附图不一定是按照比例绘制的。应当指出，当称元件“耦合到”另一元件时，它可以直接耦合到另一元件，也可以存在中间元件。相反，当称元件“直接耦合到”另一元件时，不存在中间元件。相同或类似的附图标记表示相同或类似的元件或具有相同或类似操作的元件。图2为根据本专利技术一实施例的交流-直流转换器20的拓扑结构示意图。如图2所示，交流-直流转换器20包括：整流器21，耦合至交流电，将交流电压Vac转换为周期性的直流电压Vdc；输出电容22，耦合至负载29，向负载提供电流IL和电压VL；高压MOS晶体管23，具有控制端口(栅极G)和功率端口(漏极D与源极S)，与输出电容22串联耦合至直流电压Vdc；高压MOS晶体管23具有两种工作状态：截止状态和导通状态。截止状态用于阻止整流器21向输出电容22和负载29传输电荷，导通状态用于允许整流器21向输出电容22和负载29传输电荷；交流-直流转换器20还包括：第一分压电阻25，耦合至高压MOS晶体管23的功率端口(漏极和源极)，用于检测高压MOS晶体管23的功率端口电压VDS。由于整流后的直流电压Vdc是一个周期性变化的电压信号，当需要MOS管23导通时，选择VDS电压较低的时刻使其从截止状态变为导通状态可以减小高压MOS管23的导通损耗；交流-直流转换器20还包括：第二分压电阻26，耦合至整流器，用于检测整流器的输出电压Vdc，进而得到输出电压VL。当输入交流电压Vac＞VL时，输出电压VL＝Vdc-VDS，当输入交流电压Vac＜VL时，输出电压VL＝Vdc，因而通过第一分压电阻25和第二分压电阻26及其相应检测电路可以检测输出电压VL；交流-直流转换器20还包括：第一电流检测电阻27，耦合至高压MOS晶体管23的源极(S)和参考地之间，用于检测流过高压MOS晶体管23的电流，将该电流对时间积分可以得到通过高压MOS晶体管23的电荷量；图2所示的交流-直流转换器20还包括：控制器28，具有电压检测端VS和VD、电流检测端CS和输出端OUT，OUT耦合至高压MOS晶体管23的控制端栅极(G)，电压检测端VS和VD分别耦合至第一分压电阻25和第二分压电阻26。控制器28可以是一个单片集成电路，也可以与第一、第二分压电阻、电流检测电阻或高压开关组合构成一个集成度更高的单片集成电路。控制器28在一个直流电压周期内通过VS和VD端分别检测高压MOS晶体管28的功率端口电压VDS和整流器输出电压Vdc，决定高压MOS晶体管23是否导通以及从截止状态切换为导通状态的时刻；控制器28通过CS端检测第一电流检测电阻27上的电压，得出流过高压MOS晶体管23的电流Ics，将Ics对时间积分得到通过高压MOS晶体管23的电荷量；当一个直流周期内通过高压MOS晶体管23的电荷总量达到第一预设值Q时，控制器28使高压MOS晶体管23从导通状态切换为截止状态，并维持到下一个直流电压周期。图3为图2实施例中控制器28的功能示意图。图4为基于本专利技术图2至图3所示的交流-直流转换器主要节点的波形图，图中一个直流电压周期从直流电压的波峰处开始计算。以下结合图2至图4对本专利技术的一个实施例进行详细说明。本专利技术实施例实现恒定输出电压的方法为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流‑直流转换器，其特征在于，所述交流‑直流转换器包括：整流器，将交流电压转换为周期性直流电压；输出电容，向负载提供电压和电流；高压开关，与输出电容串联耦合至整流器，所述高压开关具有两种工作状态，当高压开关处于第一状态时，所述高压开关阻止整流器向输出电容和负载传输电荷；当高压开关处于第二状态时，所述高压开关允许整流器向输出电容和负载传输电荷；控制电路，根据输出电容电压、高压开关端口电压和通过高压开关的电荷量控制高压开关的工作状态。

【技术特征摘要】
1.一种交流-直流转换器，其特征在于，所述交流-直流转换器包括：整流器，将交流电压转换为周期性直流电压；输出电容，向负载提供电压和电流；高压开关，与输出电容串联耦合至整流器，所述高压开关具有两种工作状态，当高压开关处于第一状态时，所述高压开关阻止整流器向输出电容和负载传输电荷；当高压开关处于第二状态时，所述高压开关允许整流器向输出电容和负载传输电荷；控制电路，根据输出电容电压、高压开关端口电压和通过高压开关的电荷量控制高压开关的工作状态。2.如权利要求1所述的交流-直流转换器，其特征在于，所述控制电路包括第一电压检测电路，耦合至高压开关；所述控制电路还包括第二电压检测电路，耦合至整流器；所述控制电路在一个直流电压周期的某一时刻检测整流器电压和高压开关端口电压，计算输出电容电压；当输出电容电压大于第一预设电压时，禁止高压开关在当前或之后的直流电压周期内处于第二状态；当输出电容电压小于第一预设电压时，允许高压开关在其端口电压低于第二预设电压时进入第二状态。3.如权利要求1所述的交流-直流转换器，其特征在于，所述控制电路包括电流检测电路，耦合至高压开关；所述电流检测电路包括电流积分器，所述电流积分器对一个直流电压周期内流过高压开关的电流进行积分，得到通过高压开关的电荷量；当所述电荷量达到第一预设电荷量时，禁止所述高压开关在当前直流电压周期内继续处于第二状态。4.如权利要求3所述的交流-直流转换器，其特征在于，所述电流检测电路包括第一电流检测电阻，耦合至高压开关和公共地。5.如权利要求2所述的交流-直流转换器，其特征在于，所述第一电压检测电路包括第一电压比较器和第一分压电阻，所述第一分压电阻耦合至高压开关和第一电压比较器；当所述第一分压电阻的抽头电压低于第一参考电压时，第一电压比较器输出翻转，同时第二电压检测电路检测整流桥电压，由此计算输出电容电压。6.如权利要求4和权利要求5所述的交流-直流转换器，其特征在于，所述第一分压电阻通过第一电流检测电阻耦合至公共地。7.如权利要求5所述的交流-直流转换器，其特征在于，所述第二电压检测电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱亚江，
申请(专利权)人：上海芯熠微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31