[发明专利]交流-直流转换

说明书

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。

背景

发明领域

本发明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。

背景技术的描述

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MOSFET Q1。