本发明公开一种使用动态电阻的电容降压取电电路，该电路包括二极管D1、D2，以及串联堆叠的电容C、电流控制单元与二极管D；所述电流控制单元由分压电阻Rg和开关Q组成；其中，所述串联堆叠的电容C、电流控制单元与二极管D并联后接入脉冲电源V正极；所述电容C连接至二极管D1的阳极，D1的阴极连接至负载；所述二极管D2阴极连接至二极管D1阳极，电阻Rg连接至电容Ct，开关Q的S极连接至电阻Rs，电阻Rs连接至二极管D1阳极；电阻Rg与开关Q门极连接；本发明能够动态调节电容降压电路中电荷泄放电阻的大小，在长期没有脉动时能产生比较大的电流，维持负载工作；动态时，能切换到大阻值模式，电流基本由降压电容提供，降低功耗提高效率。
1.使用动态电阻的电容降压取电电路，其特征在于，该电路包括整流二极管D1、D2，以及串联堆叠的电容C、电流控制单元与二极管D；所述电流控制单元由门极分压电阻Rg和开关Q组成；
其中，所述串联堆叠的电容C、电流控制单元与二极管D并联后接入电源V正极；所述二极管D阳极连接至二极管D3阴极，电阻Rg连接至电容Ct，开关Q的S极连接至电阻Rs，电阻Rs连接至二极管D1阳极；门极分压电阻Rg与开关Q门极连接，开关Q门极与双极型晶体管T1集电极连接；
所述电容C连接至二极管D1阳极，二极管D1阴极连接负载，该负载的等效电阻为RL；电容Ct、双极型晶体管T1发射极、电阻Rs与电容C均连接至二极管D3、D1之间；二极管D1与负载RL之间节点连接控制器U1的输入检测端，控制器U1的输出连接至开关Q1门极，开关Q1的D极连接开关Q的门极，开关Q1的S极与二极管D2阳极、负载RL汇总后接入GND；
静态时，高压脉动直流电源输出稳定的高压直流，此高压直流在电阻Rg上形成直流电流，此直流电流给电容Ct充电；当电容Ct上的电压超过开关Q开通的阈值电压后，开关Q开通，开关Q的电流由晶体管T1和取样电阻Rs决定，供给负载RL使用；
动态时，高压脉动直流电源输出零电平，此时电容Ct上的电荷通过二极管D被反向释放掉；当高压脉动直流电源再输出高压时，流过电阻Rg上的电流短时间内不足以在电容Ct上积累足够的电压使开关Q开通，等效电阻为多个串联堆叠的大阻值电阻Rg，此时高压脉动直流电源基本是通过电容C向负载RL供电；
只要高压脉动直流电源的脉冲周期小于电容Ct的充电时间，就使流过开关Q的大电流一直被切断，实现很高的供电效率；如果长时间高压脉动直流电源不动作，电容Ct上积累足够的电压后，就自动切换到较大的静态电流；
当开关Q1被控制开通时，强制使开关Q关闭，并使电容Ct放电，切断开关Q的电流；通过电容C的脉动信号也会经过二极管D3和开关Q1到GND，停止对负载供电；开关Q1是被控制器U1控制，当检测到负载R1电压过高时，强制切换到节能模式，实现精确的电力供应。
2.根据权利要求1所述的使用动态电阻的电容降压取电电路，其特征在于，所述双极型晶体管T1和电阻Rs组成恒流控制回路，当开关Q上的电流增加时，串联的电阻Rs上的电压增加，会使双极型晶体管T1趋向导通，导致开关Q的门极电压降低，从而降低开关Q的电流，实现恒流控制。
3.根据权利要求1所述的使用动态电阻的电容降压取电电路，其特征在于，每个所述电流控制单元所使用的门极分压电阻Rg是相等的，于是每个电流控制单元所承受的电压是相等的。
4.根据权利要求1所述的使用动态电阻的电容降压取电电路，其特征在于，多个所述电容C串联堆叠在一起。
5.根据权利要求1所述的使用动态电阻的电容降压取电电路，其特征在于，多个所述电流控制单元串联堆叠在一起；所述开关Q为MOSFET、BJT或IGBT。
6.根据权利要求1所述的使用动态电阻的电容降压取电电路，其特征在于，多个所述二极管D串联堆叠在一起，用来提供电容Ct的反向放电通路，电容Ct控制开关Q的开启时间。
使用动态电阻的电容降压取电电路
技术领域
[0001] 本发明属于大功率电力电子领域，涉及一种使用动态电阻的电容降压取电电路。
背景技术
[0002] 从高压脉动直流电源中取电，给低压控制装置供电，通常使用DC/DC变换器，或者用隔离变压器供电。但在高压和超高压领域，隔离变压器或DC/DC转换器的成本、体积、重量急剧上升，甚至不能实现。
[0003] 电容降压，是非常古老并被广泛应用的技术。它的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流，呈现恒流特性，对此电流进行整流滤波稳压后，给低压装置供电。
[0004] 图1是半波整流式电容降压的工作电路示意图：V是直流高压脉动电源，其中的交流分量通过电容C1降压后到二极管D1，D1完成半波整流，电容C2对整流后的脉动直流滤波蓄能，稳压二极管Z1稳压，输出稳定的直流电压给负载。电阻R1是掉电后电容C1的电荷泄放电阻。二极管D2是为了在交流的负半周给电容C1提供充放电通路。
[0005] 如果将C1后面的电路都看作负载的话，那么相当于C1和一个电阻串联在交流电源通路里。电容和电阻在交流下都是有阻抗的，串联分压，实现电容降压。由于是降压应用，一般电容的容抗远大于电阻的阻抗，电路的电流由电容C1决定，呈现恒流特性。
[0006] 如果直流高压脉动电源如果长期没有脉动，只有直流成分，那么C1将失效，电流通过电荷泄放电阻R1给负载供电和分压。为了维持静态时所需的供电电流，R1的阻值需要设计得比较小，流过的电流大，导致R1上功率消耗比较大。即使动态时C1工作后，R1上也会有较大的电流，导致效率降低。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种使用动态电阻的电容降压取电电路，以极低的成本和很高的效率从高压脉动直流中取电，变换成低压为控制装置提供电力。
[0008] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
[0009] 使用动态电阻的电容降压取电电路，该电路包括二极管D1、D2，以及串联堆叠的电容C、电流控制单元与二极管D；所述电流控制单元由门极分压电阻Rg和开关Q组成，开关Q本例中使用MOSFET，也可以使用IGBT或者BJT；
[0010] 其中，所述串联堆叠的电容C、电流控制单元与二极管D并联后接入脉冲电源V正极；所述二极管D阳极连接至二极管D3阴极，门极分压电阻Rg连接至电容Ct，开关Q的S极连接至电阻Rs，电阻Rs连接至二极管D1阳极；门极分压电阻Rg与开关Q门极连接，开关Q门极与双极型晶体管T1集电极连接；
[0011] 所述电容C连接至二极管D1阳极，二极管D1阴极连接负载，等效为电阻RL；电容Ct、双极型晶体管T1发射极、电阻Rs与电容C均连接至二极管D3、D1之间；二极管D1与负载RL之间节点连接到控制器U1的输入检测端，控制器U1的输出连接至开关Q1门极，开关Q1的D极连接至开关Q的门极，开关Q1的S极与二极管D2阳极、负载RL汇总后接入GND。
[0012] 所述双极型晶体管T1和电阻Rs组成恒流控制回路，当开关Q上电流增加时，串联的电阻Rs上的电压增加，会使双极型晶体管T1趋向导通，导致开关Q的门极电压降低，降低开关Q的电流，实现恒流控制。
[0013] 每个所述电流控制单元所承受的电压是相等的。
[0014] 多个所述电容C串联堆叠在一起。
[0015] 多个所述电流控制单元串联堆叠在一起；所述开关Q为MOSFET、BJT或IGBT。
[0016] 多个所述二极管D串联堆叠在一起，提供电容Ct的反向放电通路，电容Ct控制开关Q的开启时间。
[0017] 本发明的有益效果：本发明能够动态调节电荷泄放电阻的大小，需要时能产生比较大的电流，在长期没有脉动时能维持负载工作；动态时，能切换到大阻值模式，电流基本由降压电容提供，降低功耗提高效率。
附图说明
[0018] 为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0019] 图1是半波整流式电容降压的工作电路图；
[0020] 图2是本发明电路图。
具体实施方式
[0021] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0022] 使用动态电阻的电容降压取电电路，参见图2，该电路中包括二极管D1、D2，以及串联堆叠的降压电容C、电流控制单元与二极管D；
[0023] 图2中，3个电容C串联堆叠在一起，不失一般性，根据高压脉动直流电压，可以灵活选择串联堆叠电容C的数目，串联堆叠电容C与左侧电路的连接也不是必须的，都属于本专利保护范围。
[0024] 图2中，门极分压电阻Rg和开关Q组成最基本的电流控制单元；图2中只画了3个串联堆叠在一起的电流控制单元。不失一般性，根据高压脉动直流电压，可以灵活选择串联堆叠的电流控制单元的数目，串联堆叠的电流控制单元与右侧电容C之间的连接也不是必须的，开关Q可以是本设计图中的MOSFET，也可以使用BJT，甚至IGBT，都属于本专利保护范围。
[0025] 图2中，3个串联堆叠在一起的二极管D提供电容Ct的反向放电通路，电容Ct控制开关Q的开启时间。不失一般性，根据高压脉动直流电压，可以灵活选择反向放电二极管串联堆叠的数目，串联堆叠的二极管D与右侧电流切换单元之间的连接也不是必须的，串联堆叠的二极管D甚至还可以与电容C连接，都属于本专利保护范围。
[0026] 其中，串联堆叠的电容C、电流控制单元与二极管D并联后接入脉冲电源V正极，脉冲电源V负极接入GND；
[0027] 二极管D阳极连接至二极管D3阴极，电阻Rg连接至电容Ct，开关Q的S极连接至电阻Rs，电阻Rs连接至二极管D1阳极；门极分压电阻Rg与开关Q的门极连接，开关Q的门极与双极型晶体管T1集电极连接；
[0028] 降压电容C连接至二极管D1阳极，二极管D1阴极连接负载，等效电阻RL；电容Ct、双极型晶体管T1发射极、电阻Rs与电容C均连接至二极管D3、D1之间；二极管D1与电阻RL之间节点连接控制器U1的输入检测端，控制器U1的输出连接至开关Q1门极，开关Q1的D极连接至开关Q的门极，开关Q1的S极与二极管D2阳极、负载RL汇总后接入GND；
[0029] 双极型晶体管T1和电阻Rs组成电流控制回路。当开关Q上的电流增加，串联电阻Rs上的电压增加，会使双极型晶体管T1趋向导通，导致开关Q的门极电压降低，降低开关Q的电流，从而达到恒流控制的目的。
[0030] 由于门极分压电阻Rg的分压，每个电流控制单元所承受的电压是相等的。控制堆叠在底部的开关Q通断，会使所有的串联堆叠在一起的Q通断，串联的每个开关Q都在安全的工作电压内。可以使用低成本的低压开关Q串联堆叠应用于高压环境，降低了系统成本。
[0031] 当负载RL不需要电流时，即控制器(Controller)U1检测负载RL两端的电压过高时，控制器(Controller)U1控制开关Q1导通。使电流控制开关Q的门极接GND，强制使流过开关Q的电流为0，实现供电关闭。不失一般性，其它可以强制开关Q关断的方法都属于本专利保护范围。
[0032] 为了简化，图2中简化掉了保护元件和电路。
[0033] 工作过程：
[0034] 静态时，高压脉动直流电源输出稳定的高压直流。此高压直流在阻值很大的电阻Rg上形成微小的直流电流，此微小的直流电流给电容Ct充电。当电容Ct上的电压超过开关Q开通的阈值电压后，开关Q开通，开关Q的电流由晶体管T1和取样电阻Rs决定，供给负载RL使用。
[0035] 动态时，高压脉动直流电源输出零电平，此时电容Ct上的电荷通过二极管D被反向释放掉。当高压脉动直流电源再输出高压时，流过电阻Rg上的微小电流短时间内不足以在电容Ct上积累足够的电压使开关Q开通，等效电阻为多个串联堆叠的大阻值电阻Rg。此时高压脉动直流电源基本是通过电容C向负载RL供电。
[0036] 只要高压脉动直流电源的脉冲周期小于电容Ct的充电时间，就可以使流过开关Q的大电流一直被切断，实现很高的供电效率。如果长时间高压脉动直流电源不动作，电容Ct上积累足够的电压后，就可以自动切换到较大的静态电流。
[0037] 当开关Q1被控制开通时，强制使开关Q关闭，并使电容Ct放电，切断开关Q的电流。通过电容C的脉动信号也会经过二极管D3和开关Q1到GND，停止对负载供电。开关Q1是被控制器(Controller)U1控制，当检测到负载Rl电压过高时，强制切换到节能模式，实现精确的电力供应。
[0038] 以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
