公开了一种交流‑直流转换方法，包括以下步骤：将交流电压整流为脉动直流电压；以及将交流电压整流为脉动直流电压；通过开关将脉动直流电压耦合到电容器；将电容器的输出电压耦合到负载；监视负载信号；确定负载信号与预定参考的电压偏差；在脉动直流电压的同步和每个周期中，在开关没有正向偏置的第一时间点打开开关，并在第二时间响应电压偏差关闭开关；从而控制负载信号。
AC-DC conversion
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交流-直流转换背景专利
本专利技术涉及用于无电感器的AC-DC(交流-直流)转换的方法和设备，特别是用于高效和高精度的转换的方法和设备。
技术介绍
的描述在电子学的研究中，众所周知，一个或多个二极管的整流是AC-DC转换的基本形式。整流电压是直流电压，以交流频率或交流频率的两倍脉动，具体取决于是半波整流还是全波整流，如图1和图2所示。交流电压源ACVS提供电压Vin，通常为正弦电压。通过图1所示的整流二极管D1或通过如图2所示的包括二极管D1，D2，D3和D4的整流桥将交流电压转换为整流电压Vo。在每种情况下，一个电容器C1，即一个电荷存储设备，被用作滤波器，以减小整流电压的纹波的大小，该大小取决于电容器C1和负载R1的值。通常，仅通过电容器来降低纹波是不太有效的。对于大多数应用中的直流电源，要求直流电压是平滑的，即基本上没有波纹，并且无论交流电源的波动和/或负载R1的变化如何都应保持恒定。换句话说，DC电压需要通过诸如单元REGU的调节器来调节，如图3的典型说明性电路所示。整流器Vp的输出通过REGU被调节为平滑且恒定的电压Vo。由电容器C2进一步滤波。Vo的大小由参考电压Vref设定。已经开发了用于直流电源的多种调节方法，大致可分为线性方法和开关方法。线性稳压器具有电路简单，响应速度快，无EMI(电磁干扰)等优点。但是，线性稳压器的效率非常低，尤其是在将高AC电压转换为低DC电压时(通常由交流电源为电子设备供电)。此外，线性稳压器不能将电压电平提高到高于输入的水平。开关稳压器通常称为SMPS(开关模式电源)，具有高效率的优点，尤其是在需要大幅降低或提高电压电平或需要反转输出极性时。不幸的是，这只能通过复杂得多的电路来实现，而且往往成本很高。高频开关引起的EMI也是一个固有问题。然而，在现有技术中存在一类开关AC-DC转换器，其不需要像SMPS那样在高频下开关，甚至不需要电感性组件。这些转换器具有电路简单，占地面积小和成本低廉的优点。这些转换器的基本工作原理可以通过图4A的框图进行说明。注意，该电路与图2的电路的区别仅在于附加的可控开关S1(以及还将讨论的泄放电阻器Rb)。换句话说，如果开关S1保持永久导通，则该电路将以与图2电路相同的方式充当全波整流器。由于整流电压Vp直接连接到输出Vo，并且电流直接从整流器流到输出，因此没有调节。然而，不难想象，通过在电流应该流动的部分时间段内(即当电压Vp高于电压Vo时)断开开关，可以降低平均输出电压。通过施加控制信号Sigc来控制打开时间，可以将电压降低0％至100％。注意，在整流器的输出端放置了一个泄放电阻器Rb。通常需要这样做，以释放与整流器二极管D1至D4，开关S1以及任何其他组件相关的静电耦合至整流器输出端子的寄生电容。当开关S1断开时，寄生电容的存在使脉动DC电压Vp的波形失真。这是不希望的，因为控制信号Sigc将需要与脉动DC电压Vp同步。Vp失真会导致同步失败。为了实现图4A所示的转换器，经常部署半导体开关，例如图4B所示的MOSFETQ1。通常被称为无电感器AC-DC转换器，已经公开了该类别下的许多不同设计，诸如例如美国专利号US4685046，US5307257，US6169391，US8451627和US9374018的那些设计。所有这些设计都具有如图4A和4B所示的通用结构，其中通过整流脉动DC电压对电容器充电是通过受控开关进行的。通过根据来自开关的输入或输出或两者的信号电压接通和断开开关来调节转换器的电压输出。图4C是示出了开关的控制方案之一的框图。负载PWLD的信号Sigl例如可以是负载两端的电压，或者是通过负载的电流，或者甚至是负载的功率，由比较器COMP与预定电压Vref进行比较。每当Sigl高于Vref时，COMP的输出Sigc将变为低电平并关闭开关S1，因此将停止从Vp向C1充电。相反，每当Sigl低于Vref时，Sigc就会变为高电平，从而使开关S1接通，并在Vp高于电容器C1的电压Vc1时立即对电容器C1充电。但是，事实上，由于线路噪声或组件漂移，开关时序可能无法逐周期精确地重复，从而导致电容器充电的电流脉冲不均匀或丢失。这反映为输出直流电压上的纹波增大。如图4D的波形图所示，信号曲线Vp是脉动DC电压，曲线Vc1是电容器C1两端的电压，这也是施加到负载和命名信号Sigl的电压，曲线Sigc是控制信号开关S1的信号。如果由于某种原因，C1在时间t4处被充电多了一点点，使得在随后的周期Sigl不足以产生Sigc脉冲以接通开关S1。因此，Vc1将下降两个周期，直到在t6再次充电。由于在一个周期内缺少C1充电，Vc1上的纹波上升到正常值的两倍，在波形图中分别由t4之后和2X和X表示。请注意，较大的C1电容值无法解决该问题，因为C1的较大电容实际上可能导致更多的“走火”周期。因此，即使使用大型电容器，这些转换器也无法提供精确的电压或电流调节。此外，出于相同的原因，通常建议通过附加的开关或线性调节器进一步调节这种转换器的输出电压。当然，这将导致设计在能量效率和制造成本上受到损害。本专利技术的目的是开发具有高效率，高精度，低EMI和低实施成本的无电感器AC-DC转换的新方法。
技术实现思路
正如已经指出的那样，无电感器AC-DC转换器中的不同步开关可能导致不稳定的充电，从而导致输出中的高纹波。为了解决该问题，将需要开发用于开关控制的同步手段。在本专利技术的一个实施例中，公开了一种用于AC-DC转换的控制方法，包括以下步骤：将AC电源电压整流为脉动DC电压；通过开关将直流电压耦合到电容器；检测电源电压的过零；过零时打开开关；在可控的接通时间后关闭开关；可控导通时间与AC-DC转换的输出电流成反比，从而将输出电流调节到预定值。在本专利技术的另一个实施例中，公开了一种AC-DC转换器，其包括将AC电源电压整流为脉动DC电压的装置；至少一个将直流电压耦合到电容器的开关；检测装置，用于检测电压的过零；其中所述开关在过零时接通，然后在可控的接通时间后断开，并保持断开状态直到下一个过零。所述可控导通时间由来自压控脉冲发生器的定时脉冲设定，该定时脉冲包括：与所述零交叉同步的锯齿信号发生器；以及比较器；其中将锯齿信号与AC-DC转换器的输出电压与预定参考的偏差进行比较；从而产生与输出电压成反比的脉冲宽度，从而将输出电压调节到预定值。在本专利技术的另一个实施例中，公开了一种部署为AC-DC转换器的电荷泵，其包括：整流装置，用于将AC电源转换为脉动DC电压；开关，将整流电压耦合到电容器；检测装置，用于检测电压的过零；其中所述开关在过零时接通，然后在可控的接通时间后断开，并保持断开状态直到下一个过零，所述可控导通时间由来自压控脉冲发生器的定时脉冲设定，该定时脉冲包括：与所述零交叉同步的锯齿信号发生器；以及比较器；其中将锯齿信号与电荷泵的输出功率与预定参考的偏差进行比较；从而产生与输出功率成反比的脉冲宽度，从而将输出功率调节到预定值。在以上实施例中，切换与交流电源电压的过零同步。在这方面，需要特殊的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种交流-直流转换方法，包括以下步骤：将交流电压整流为脉动直流电压；通过一个开关将脉动直流电压耦合到一个电容器；将该电容器的输出电压耦合到一个负载；监视一个负载信号；确定该负载信号与一个预定参考的偏差；与脉动直流电压同步并在每个周期中，开关没有正向偏置的第一时刻打开开关，并响应偏差在第二时刻关闭开关，从而控制负载信号。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170618 US 62/521,4961.一种交流-直流转换方法，包括以下步骤：将交流电压整流为脉动直流电压；通过一个开关将脉动直流电压耦合到一个电容器；将该电容器的输出电压耦合到一个负载；监视一个负载信号；确定该负载信号与一个预定参考的偏差；与脉动直流电压同步并在每个周期中，开关没有正向偏置的第一时刻打开开关，并响应偏差在第二时刻关闭开关，从而控制负载信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述负载信号表示负载电压，或负载电流或负载功率。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括通过检测开关两端的电压过零来进行同步的步骤。
4.根据权利要求1所述的方法，其步骤还包括通过检测所述交流电压的零交叉来同步。
5.根据权利要求4所述的方法，其中过零检测包括以下步骤：监视所述交流电压的两个输入端子中的每个输入端子处的电压；将两个输入端子处的电压与接近零的阈值比较；确定何时两个电压同时低于阈值。
6.根据权利要求4所述的方法，其中过零检测包括以下步骤：确定所述交流电压的两个输入端子处的电压之和；将该电压和与接近零的阈值比较；确定该电压和何时低于阈值。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括确定所述开关的接通时间的步骤，其中所述接通时间与所述电压偏差成反比。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述确定接通时间的步骤还包括以下步骤：与所述交流电压同步地产生锯齿信号；将该锯齿波信号与所述负载信号的偏差比较；从而产生脉冲宽度等于接通时间的信号。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：将所述负载信号的偏差与脉动直流电压进行比较，其中当所述脉动直流电压高于所述偏差时，所述开关断开。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括通过调压器将电容器的输出电压转换为目标电压，其中将输出电压控制为不小于目标电压加上最佳阈值电压。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：确定所述电容器的电压的峰谷纹波幅度；确定一个阈值电压，该阈值电压是调节器的目标电压，调压器上预先分配的压降和峰谷纹波幅度之和；比较阈值电压和脉动直流电压；当脉动直流电压高于阈值电压时，关闭所述开关。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：确定所述电容器的电压的谷值；确定一个误差信号，该误差信号是所述目标电压和跨调节器电压的预定压降之和减去所述谷值；放大该误差信号；将放大后的误差信号与脉动直流电压比较；当脉动直流电压高于放大后的误差信号时，关闭开关。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述调节器是线性调节器。
14.一种交流...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯经权，
申请(专利权)人：侯经权，
类型：发明
国别省市：中国香港;81
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