[发明专利]AC－DC变换器

说明书

本发明涉及一种AC-DC变换器，它包括：

输入端子，连接到提供交流电压的电压源的电极，和输出端子，

整流装置，连接到输入端子上，用于将交流电压整流，

一个电感元件，连接到整流装置上，

一个缓冲电容器，连接到输出端子上，

一个单向元件，连接在电感元件与缓冲电容器之间，

一个开关元件，连接到电感元件上，用于控制通过电感元件的电流，

一个控制电路，连接到开关元件的一个控制电极上，用于产生周期性控制信号，促使开关元件以频率f交替导通和不导通，并且具有：

第一电路部分，用于产生第一信号，其中第一信号是电感元件中电流瞬时振幅的测量值，和

第二电路部分，用于产生第二信号，其中第二信号与交流电压振幅的瞬时值成正比，

一个比较器，它的第一输入端连接到第一电路部分的输出端上，它的第二输入端连接到第二电路部分的输出端上，并且它的输出端连接到开关元件的所述控制电极上。

这样的AC-DC变换器已在US4683529中公开。已知的AC-DC变换器的控制电路在第一时间间隔t-on中促使开关元件导通，在电压源提供的交流电压的每个半周期中，这基本上是恒定的。在第一时间间隔t-on中，电感元件中的电流基本上线性增加。t-on的值相符合于输出端子取出的功率。在交流电压的每个半周期中，当t-on的值基本上恒定时，电压源上获取的电流值是控制信号一个周期上的平均值，它基本上与交流电压的瞬时振幅成正比例。这样实现了已知AC-DC变换器的功率因数相对高。在第二时间间隔t-off，电感元件中的电流基本上线性减小。在已知的AC-DC变换器中，在电感元件中的电流基本上已经变得等于零之后，控制电路促使开关元件几乎立即再次导通。开关元件的这种控制被称为“变换模式”。当电感元件中的电流基本上为零时，它同样应用于通过单向元件的电流上。这样实现了当开关元件变为导通时，在单向元件中只发生相对小的功率耗散。控制信号的频率通常选择得相对高，因为这允许电感元件和EMI滤波器被选择得相对小，其中电感元件和EMI滤波器通常连接在输入端子与整流装置之间。结果，AC-DC变换器相对小而且便宜。然而，如果输出端子取出的功率减小，或者如果电压源提供的交流电压的振幅增加，那么t-on的值由控制电路减小。同样，在这样低的取出功率的值上，或者在相对高的交流电压振幅的值上，已知的AC-DC变换器以变换模式操作，其结果是控制信号的频率增加。已知的AC-DC变换器的缺点在于，在高的频率上，已知的控制电路的主要部分不能足够精确地控制时间间隔t-on，使AC-DC变换器在操作中发生不稳定。在相对高频的控制信号时，开关元件中耗散的功率的量也相对高。

本发明的目的是提供这样一种AC-DC变换器，它能够在大范围的取出功率上，和电压源提供的交流电压的大范围振幅上，以稳定的方式操作，并且它具有高的功率因数，低的THD和元件中低的功率耗散。

为了实现这个目标，在本文开始部分叙述的这种类型的AC-DC变换器的基础上，根据本发明的特点在于，控制电路还包括第三电路部分，用于产生偏置信号；和加法电路，用于将第一信号与偏置信号结合，它的输出端连接到比较器的第一输入端上。

已经发现，根据本发明的AC-DC变换器可以用在交流电压相对大范围的振幅中，并且用在输出端子上取出的相对大范围的功率中。在这两个范围内，AC-DC变换器的功率因数相对高，并且THD相对低。

使用根据本发明的AC-DC变换器，已经得到了好效果，其中偏置信号具有恒定的振幅。如果偏置信号具有恒定的振幅，那么在穿过零点的交流电压附近，AC-DC变换器不从电压源中取出功率。可以以相对简单的方式，即第三电路部分包括欧姆电阻，来实现偏置信号的恒定振幅。

通过根据本发明的AC-DC变换器的实施例，也实现了好效果，其中偏置信号是周期信号，它的频率等于整流的交流电压的频率。更特别地，如果当整流的交流电压的振幅最大时，偏置信号的振幅局部最小，特别当输出端子取出的功率相对小时，那么可以得到好效果。可以以相对简单并且非常可靠的方式，即电感元件包括辅助绕组，并且第三电路部分连接到所述辅助绕组上，来实现偏置信号这样的形式，并且提供有：

一个二极管与两个阻抗的串联连接支路，和

一个电容元件，连接到这两个阻抗元件的连接点上。

阻抗最好包括欧姆电阻。