整流电路

摘要

本发明涉及整流电路，整流电路包括电感L1、L2、第一开关元件Q1、第二开关元件Q2、第三开关元件Q3、二极管D3、D4、D5及电容DC1、C2；其中，电感L1的一端与火线相连，其另一端通过第一开关元件Q1同时与二极管D3的阴极、电容DC1的一端、及第三开关元件Q3的一端相连，电感L1的另一端还通过第二开关元件Q2同时与二极管D4的阳极、电容DC1的另一端、二极管D5的阳极相连，二极管D3的阳极与二极管D4的阴极同时与零线相连，二极管D5的阴极与第三开关元件Q3的另一端相连，且电感L2与电容C2串联后与二极管D5并联。本发明提供的整流电路可以大大减少谐波电流、提高电路功率因素，且使输出电压相比输入电压既可以降压输出，也可以升压输出。

权利要求

1.一种整流电路，用于给第一电池和第二电池充电，其特征在于，该整流电路包括电感L1、L2、L3、场效应管Q1、Q2、Q3、Q4、二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8及电容DC1、C2、C3；

其中，电感L1的一端与火线相连，其另一端连接场效应管Q1的源极和场效应管Q2的漏极，场效应管Q1的漏极同时与二极管D1的阴极、二极管D3的阴极、电容DC1的第一端、及场效应管Q3的漏极相连，场效应管Q2的源极同时与二极管D2的阳极、二极管D4的阳极、电容DC1的第二端、场效应管Q4的源极相连，二极管D1的阳极连接场效应管Q1的源极，二极管D2的阴极连接场效应管Q2的漏极，二极管D3的阳极与二极管D4的阴极同时与零线相连，二极管D5的阴极与场效应管Q3的源极相连，二极管D6的阳极连接场效应管Q4的漏极，二极管D6的阴极与所述二极管D5的阳极同时与零线相连，电感L2的第一端连接场效应管Q3的源极，电感L2的第二端通过电容C2连接二极管D5的阳极，电感L3的第一端连接场效应管Q4的漏极，电感L3的第二端通过电容C3连接二极管D6的阴极，电感L2与电容C2的连接点接二极管D7的阳极，二极管D7的阴极与第一电池的正极相连，第一电池的负极接零线，电感L3与电容C3的连接点接二极管D8的阴极，二极管D8的阳极与第二电池的负极相连，第二电池的正极接零线。

说明书

整流电路

技术领域

[0001] 本发明涉及整流技术，更具体地说，涉及一种整流电路。

背景技术

[0002] 电子产品布满人类生活的各个领域，而且人们日常生活中应用电子产品时通常需要用到直流电，而电源中大部分是交流电，所以，很多地方需要将交流电变为直流电，即对交流电进行整流。目前，常用的整流电路是采用四个二极管构成的整流桥堆，或者采用晶闸管整流调压。参见图1，其为现有技术中采用晶闸管整流调压的电路，它利用移相调压的原理。但这些整流电路通常存在以下主要缺点：1、谐波成分多，谐波电流大，会污染电网，功率因数较低；2、只能实现降压输出，在输入电压较低时就不能保证输出电压的稳定，应用范围较窄。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述整流电路谐波电流大、功率因素小及仅能降压输出的缺陷，提供一种既可以降压输出又可以升压输出，且谐波电流小的整流电路。

[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种整流电路，包括电感L1、L2、第一开关元件Q1、第二开关元件Q2、第三开关元件Q3、二极管D3、D4、D5及电容DC1、C2；

[0005] 其中，电感L1的一端与火线相连，其另一端通过第一开关元件Q1同时与二极管D3的阴极、电容DC1的一端、及第三开关元件Q3的一端相连，电感L1的另一端还通过第二开关元件Q2同时与二极管D4的阳极、电容DC1的另一端、二极管D5的阳极相连，二极管D3的阳极与二极管D4的阴极同时与零线相连，二极管D5的阴极与第三开关元件Q3的另一端相连，且电感L2与电容C2串联后与二极管D5并联。

[0006] 在本发明所述的整流电路中，还包括隔离保护电路，隔离保护电路跨接于电感L2与电容C2的连接点与整流电路的输出端之间。

[0007] 在本发明所述的整流电路中，所述隔离保护电路为二极管D7，其阳极与电感L2与电容C2的连接点相连，其阴极与所述整流电路的正极输出端相连。

[0008] 在本发明所述的整流电路中，还包括第四开关元件、二极管D6、电感L3、电容C3及二极管D8；

[0009] 其中，二极管D6的阴极与所述二极管D5的阳极相连，二极管D6的阳极通过第四开关元件与所述二极管D4的阳极相连，电感L3与电容C3串联后与二极管D6并联，电感L3与电容C3的连接点接二极管D8的阴极，二极管D8的阳极与所述整流电路的负极输出端相连。

[0010] 在本发明所述的整流电路中，所述第一开关元件Q1为第一场效应管，第二开关元件Q2为第二场效应管，第三开关元件Q3为第三场效应管；

[0011] 其中，第一场效应管的栅极与第一控制信号输出端S1相连，其源极与二极管D3的阴极相连，其漏极同时与电感L1的一端及第二场效应管的源极相连；第二场效应管的漏极与二极管D4的阳极相连，其栅极与第二控制信号输出端S2相连；第三场效应管的源极与二极管D3的阴极相连，其漏极与二极管D5的阴极相连，其栅极与第三控制信号输出端S3相连。

[0012] 在本发明所述的整流电路中，所述第一开关元件Q1为第一绝缘栅双极晶体管，第二开关元件Q2为第二绝缘栅双极晶体管，第三开关元件Q3为第三绝缘栅双极晶体管；

[0013] 其中，第一绝缘栅双极晶体管的基极与第一控制信号输出端S1相连，其集电极与二极管D3的阴极相连，其发射极同时与电感L1的一端及第二绝缘栅双极晶体管的集电极相连；第二绝缘栅双极晶体管的发射极与二极管D4的阳极相连，其基极与第二控制信号输出端S2相连；第三绝缘栅双极晶体管的集电极与二极管D3的阴极相连，其发射极与二极管D5的阴极相连，其基极与第三控制信号输出端S3相连。

[0014] 在本发明所述的整流电路中，所述第一开关元件Q1还包括二极管D1，所述第二开关元件Q2还包括二极管D2，二极管D1的阳极与第一场效应管的漏极相连，其阴极与第一场效应管的源极相连；二极管D2的阳极与第二场效应管的漏极相连，其阴极与第二场效应管的源极相连。

[0015] 在本发明所述的整流电路中，所述第一开关元件Q1还包括二极管D1，所述第二开关元件Q2还包括二极管D2，二极管D1的阳极与第一绝缘栅双极晶体管的发射极相连，其阴极与第一绝缘栅双极晶体管的集电极相连；二极管D2的阳极与第二绝缘栅双极晶体管的发射极相连，其阴极与第二绝缘栅双极晶体管的集电极相连。

[0016] 在本发明所述的整流电路中，所述电容DC1为极性电解电容，其正极与二极管D3的阴极相连，其负极与二极管D4的阳极相连。

[0017] 为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种三相输入整流电路，其包括三个分别连接于三相交流火线与零线之间的整流电路，包括三个分别连接于三相交流火线与零线之间的整流电路，每个整流电路包括电感L1、L2、第一开关元件Q1、第二开关元件Q2、第三开关元件Q3、二极管D3、D4、D5及电容DC1、C2；其中，电感L1的一端与火线相连，其另一端通过第一开关元件Q1同时与二极管D3的阴极、电容DC1的一端、及第三开关元件Q3的一端相连，电感L1的另一端还通过第二开关元件Q2同时与二极管D4的阳极、电容DC1的另一端、二极管D5的阳极相连，二极管D3的阳极与二极管D4的阴极同时与零线相连，二极管D5的阴极与第三开关元件Q3的另一端相连，且电感L2与电容C2串联后与二极管D5并联。

[0018] 实施本发明的整流电路，具有以下有益效果：其通过电感L1、第一开关元件Q1自身内带的二极管、第二开关元件Q2、二极管D4及电容DC1构成升压型功率因素校正电路，用于对交流电的负半周进行整流处理，电感L1、第一开关元件Q1、第二开关元件Q2自身内带的二极管、二极管D3及电容DC1构成又一升压型功率因素校正电路，用于对交流电的正半周进行整流处理，从而实现对整个交流电进行整流，实现了PFC作用，减小了谐波电流、减少了谐波成分，在电容DC1上输出直流电，且通过第三开关元件、二极管D5、电感L2、电容C2构成降压电路，从而使输出电压可调，输出电压既可以升高也可以降低，使其应用范围更广。

[0019] 而且，其电压调节的实现过程简单，其较易实现高频化、且可降低成本、提高开关频率，提高两级变换的效率。

附图说明

[0020] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

[0021] 图1是现有技术中采用晶闸管的整流电路的电路图；

[0022] 图2是本发明整流电路一优选实施例应用于给电池充电的电路图；

[0023] 图3是本发明实现正负组输出的整流电路的一实施例应用于给电池充电的电路图；

[0024] 图4是本发明三相输入整流电路的一实施例应用于给电池充电的电路图；

[0025] 图5是本发明实现正负组输出的三相输入整流电路的一实施例应用于给电池充电的电路图。

具体实施方式

[0026] 本发明通过将两个升压型功率因素校正电路与降压电路级联，可以实现将交流电进行整流，使输出的电压范围可以调节，且大大减少谐波成分。

[0027] 本发明提供的整流电路包括电感L1、L2、第一开关元件Q1、第二开关元件Q2、第三开关元件Q3、二极管D3、D4、D5及电容DC1、C2；其中，电感L1的一端与火线相连，其另一端通过第一开关元件Q1同时与二极管D3的阴极、电容DC1的一端、及第三开关元件Q3的一端相连，电感L1的另一端还通过第二开关元件Q2同时与二极管D4的阳极、电容DC1的另一端、二极管D5的阳极相连，二极管D3的阳极与二极管D4的阴极同时与零线相连，二极管D5的阴极与第三开关元件Q3的另一端相连，且电感L2与电容C2串联后与二极管D5并联。

[0028] 其中，电感L1、第一开关元件Q1、第二开关元件Q2、二极管D4及电容DC1构成第一升压型功率因素校正电路，用于对交流电的负半周进行整流处理，当电源处于交流电负半周时，其将负半周交流电变为直流电，其同时实现了升压及功率因素校正(PFC)的作用；电感L1、第一开关元件Q1、第二开关元件Q2、二极管D3及电容DC1构成第二升压型功率因素校正电路，用于对交流电的正半周进行整流处理，从而在电容DC1上输出直流电。第三开关元件Q3、电感L2、电容C2、及二极管D5构成一降压电路，其将上述整流后的直流电进行降压。其中，所有开关元件均可以为场效应管或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。

[0029] 参见图2，其为本发明整流电路一优选实施例结合给电池充电的电路图，其中开关元件均为场效应管。

[0030] 在图2中，电感L1的一端与火线相连，其另一端同时与第一场效应管Q1的漏极及第二场效应管Q2的源极相连，第一场效应管Q1的栅极与第一控制信号输出端S1相连，其源极与二极管D3的阴极相连，其源极同时通过电容DC1与第二场效应管Q2的漏极及二极管D4的阳极相连。二极管D3的阳极同时与二极管D4的阴极及零线相连，第二场效应管Q2的栅极与第二控制信号输出端S2相连。其中，第一升压型功率因素校正电路包括电感L1、第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、二极管D4及电容DC1，第二升压型功率因素校正电路包括电感L1、第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、二极管D3及电容DC1，可见，第一升压型功率因素校正电路与第二升压型功率因素校正电路构成桥式连接。

[0031] 降压电路包括第三场效应管Q3、电感L2、电容C2及二极管D5。其中，第三场效应管Q3的栅极与第三控制信号输出端S3相连，其源极与直流输出端的正极输出端相连，即与电容DC1的与二极管D3的阴极相连的一端相连，其漏极同时与二极管D5的阴极及电感L2的一端相连，电感L2的另一端通过电容C2与二极管D5的阳极相连，二极管D5的阳极同时与直流输出端的负极输出端相连，即与电容DC1的与二极管D4的阳极相连的一端相连。

[0032] 本发明的整流电路的工作原理结合图2进行详细说明如下：本发明的所有控制信号输出端控制与其连接的开关元件的开启与关闭，且每个控制信号输出端各自独立工作，相互不受影响。在交流电输入的正半周，第一功率因素校正电路工作，当第一控制信号输出端S1使Q2导通时，交流电由火线A流经由电感L1、Q2、D4、及零线N形成的回路，从而电路给电感L1储能，当Q2断开时，L1中储存的能量通过由场效应管Q1自身内部反并联的二极管、电容DC1、二极管D4，零线N形成的回路释放能量。则第一功率因素校正电路使交流电的正半周电既进行了功率因素校正，又进行了升压，具体的升高的电压值则由第一控制信号输出端S1控制的Q1的占空比决定。从而实现在电容DC1的两端输出直流电。

[0033] 同理，在交流电输入的负半周，第二功率因素校正电路工作，当第二控制信号输出端S2使Q1接通时，交流电由零线N流经由D3、Q1、电感L1、火线A形成的回路给电感L1储能，当Q1断开时，L1中能量通过由二极管D3、电容DC1、Q2自身内部反并联二极管、火线A形成的回路释放能量。因此，桥式连接的第一升压型功率因素校正电路与第二升压型功率因素校正电路一起实现了升压及PFC校正后，在电容DC1上输出稳定的直流电。与电容DC1相连的降压电路(BUCK电路)通过第三控制信号输出端S3控制Q3的占空比，就可调节输出端电压。在降压电路的输出端，即电容C2的输出端输出的直流电电压可以在零到升压电路最高输出电压值(即电容DC1两端输出的最高电压)之间调节，这相对于整流前的电源，其既可以是升压输出，也可以是降压输出。其不需要改动任何硬件，通过设定各个控制信号输出端的参数，使其输出不同的控制信号就可以实现。

[0034] 本发明的整流电路还包括与降压电路的输出端相连的隔离保护电路，其用于多个整流电路并联时进行隔离保护，可以在负载出现故障时对电路进行隔离保护，例如，其可以实现多个并联的整流电路或整流器中单个出现故障时不影响系统的崩溃。参见图2，其隔离保护电路由二极管D7构成，二极管D7的阳极连接于电感L2与电容C2的连接点处，其阴极与整个整流电路的正极输出端相连，电容C2的没有与电感L2相连的一端为整流电路的负极输出端，在图2中，二极管D7的阴极与电池的正极相连，以给电池充电。当然，还可以采用其它的隔离保护电路。

[0035] 优选地，电容DC1为极性电解电容，其用于储能及滤波，其正极与二极管D3的阴极相连，其负极与二极管D4的阳极相连。优选地，本发明还可包括二极管D1及二极管D2，二极管D1的阳极与第一场效应管的漏极相连，其阴极与第一场效应管的源极相连；二极管D2的阳极与第二场效应管的漏极相连，其阴极与第二场效应管的源极相连。这样，可以使开关元件的响应速度更快，且可以使其上通过较大的电流，可以更好的去除谐波。

[0036] 本发明的整流电路还可以通过以下方式进行改进：在上述整流电路的降压电路上再添加一降压电路，以实现降压后的正负组的电压输出。参见图3，图3是本发明实现正负组输出的整流电路的一实施例应用于给电池充电的电路图。添加的降压电路包括第四场效应管Q4、二极管D6、电感L3、电容C3及二极管D8；其中，第四场效应管Q4的栅极接第四控制信号输出端，其漏极与直流输出端的负极输出端相连，其源极同时与二极管D6的阳极及电感L3的一端相连，电感L3的另一端通过电容C3与二极管D6的阴极相连，电感L3的另一端同时与二极管D8的阴极相连。则二极管D7的阴极为整流后直流电的正极输出端，例如，其与电池的正极相连，二极管D8的阳极为整流后直流电的负极输出端，例如，其与电池的负极相连，电容C2与C3的连接点为中性输出端。由于它对使交流电的正负半周均输出平衡的功率，不需要特别的平衡电路来处理正负半周的平衡，对电网没有正负不平衡的冲击，使其满足大功率UPS(不间断电源)需要的正负充电电压。

[0037] 本发明提供的整流电路中场效应管也可以由绝缘栅双极晶体管(IGBT)替代，电路连接时，场效应管的栅极对应的由IGBT的基极替代，其源极由IGBT的集电极替代，其漏极由IGBT的发射极替代。

[0038] 本发明提供的整流电路可以应用于大量的整流器中，其除了上述单相输入的交流电的整流外，还可以通过改进为三相输入整流电路，参见图4及图5，图4是本发明三相输入整流电路的一实施例应用于给电池充电的电路图，图5是本发明实现正负组输出的三相输入整流电路的一实施例应用于给电池充电的电路图。其均包括三个上述的整流电路，每个整流电路可以为单极性的输出的整流电路，也可以为双极性的正负组输出的整流电路。三相交流电的A相与零线之间、B相与零线之间、及C相与零线之间均分别连接上述的整流电路。由于相当于是三个整流电路直接并联，其在生产和销售中只有一种模块，实现了产品的归一化，可以方便生产，减少库存，降低整个供应链的成本。

[0039] 综上所述，本发明提供的整流电路通过桥式连接的两个升压型功率因素校正电路及降压电路使其实现了PFC作用，减小了谐波电流、减少了谐波成分、且使输出电压可调，输出电压既可以升高也可以降低，使其应用范围更广。这样可以避免只能降压输出时，在输入电压较低时，输出电压不稳定的缺陷。且电压调节的实现过程简单，整个整流电路只有单母线，使得后级的降压电路中器件电压应力低，较易实现高频化、且可降低低成本，且能提高开关频率，提高两级变换的效率。