本發(fā)明涉及一種大功率交流-直流變換電路，該電路包括將交流電變換為直流電的整流單元和對整流后的高壓直流電進行降壓的降壓單元。

背景技術：

現(xiàn)有的大功率的交流-直流變換電路，如直流電焊機中的焊接電源電路，一般包括整流器和電容濾波器，電容濾波器的作用是使整流后的波形平直無脈動，由于整流二極管的非線性和濾波電容的儲能作用，使得輸入電流為一個時間很短、峰值很高的周期性尖峰電流，對這種畸形的輸入電流進行傅里葉分析可知，它除了含有基波外，還含有豐富的高次諧波分量，特別是其中的三次諧波尤為突出，這不僅給公共電網帶來很多危害，而且也會增大輸入電流在傳輸上損耗；為此有關部門作出了相應規(guī)定，必須對此類的大功率的交流-直流變換電路進行功率因數(shù)校正，抑制高次諧波分量，限制輸入電流的失真程度?，F(xiàn)有的功率因數(shù)校正的方法主要有無源功率因數(shù)校正和有源功率因數(shù)校正兩大類。這兩類功率因數(shù)校正的方法都會增加交流-直流變換電路的制造成本。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是，提供一種大功率交流-直流變換電路，該電路取消了濾波電容，不需要增加功率因數(shù)校正電路，但仍能抑制高次諧波分量并使輸出的直流電壓波形平直。

本發(fā)明解決的技術問題的技術方案是，一種大功率交流-直流變換電路，其包括：對市電進行整流的高壓整流器QL、將高壓整流器輸出的高壓直流電變換成低壓直流電的降壓單元，其特征是，所述的降壓單元包括開關管Q1、 Q2 、Q3、Q4，高頻變壓器T1，開關管Q1的集電極接高壓直流電的正極，開關管Q1的發(fā)射極接高頻變壓器T1初級線圈的一端，開關管Q2的集電極接開關管Q1的發(fā)射極，開關管Q2的發(fā)射極接高壓直流電的負極，開關管Q3的集電極接高壓直流電的正極，開關管Q3的發(fā)射極接高頻變壓器T1初級線圈的另一端，開關管Q4的集電極接開關管Q3的發(fā)射極，開關管Q4的發(fā)射極接高壓直流電的負極，高頻變壓器T1次級線圈與低壓整流器的輸入端連接，低壓整流器的輸出端輸出一低壓直流電壓uo，開關管Q1和開關管Q4的柵極施加有第一高頻方波信號，開關管Q2和開關管Q3的柵極施加有第二高頻方波信號，當開關管Q1和開關管Q4導通時開關管Q2和開關管Q3截止，當開關管Q1和開關管Q4截止時開關管Q2和開關管Q3導通，所述的第一高頻方波信號和第二高頻方波信號由一壓控振蕩器輸出，壓控振蕩器受控于一電壓比較器，電壓比較器將低壓整流器輸出的低壓直流電壓uo與一設定電壓ug進行比較，當?shù)蛪褐绷麟妷簎o大于設定電壓ug時，電壓比較器輸出的控制電壓uk使壓控振蕩器輸出信號的頻率降低，使低壓直流電壓uo降低，反之亦然。

本發(fā)明的特點是，所述的開關管Q1、Q2 、Q3、Q4和高頻變壓器T1的初級線圈構成為一H橋開關電路，第一高頻方波信號的相位與第二高頻方波信號的相位互為相反，當開關管Q1、Q4導通時開關管Q2、Q3截止，當開關管Q1、Q4截止時開關管Q2、Q3導通，從而對高壓整流器QL的輸出電壓進行逆變，通過改變高頻方波信號的頻率，可改變高頻變壓器的次級電壓，使高頻變壓器的次級電壓穩(wěn)定。本發(fā)明的電路結構可取消并聯(lián)在高壓整流器QL的輸出端的濾波電容，在逆變降壓過程中電網始終有電流流向高頻變壓器，電網的輸入電流無周期性尖峰出現(xiàn)，輸入電流比較平滑，有效地抑制了高次諧波分量，另外對高頻變壓器的次級電壓具有穩(wěn)壓功能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的電路原理圖。

圖2為圖1中比較器與壓控振蕩器的電路原理圖。

具體實施方式

現(xiàn)結合附圖說明本發(fā)明的具體實施方式。

一種大功率交流-直流變換電路，其包括：對市電進行整流的高壓整流器QL、將高壓整流器輸出的高壓直流電變換成低壓直流電的降壓單元，其特征是，所述的降壓單元包括開關管Q1、Q2、 Q3、Q4，高頻變壓器T1，開關管Q1的集電極接高壓直流電的正極，開關管Q1的發(fā)射極接高頻變壓器T1初級線圈的一端，開關管Q2的集電極接開關管Q1的發(fā)射極，開關管Q2的發(fā)射極接高壓直流電的負極，開關管Q3的集電極接高壓直流電的正極，開關管Q3的發(fā)射極接高頻變壓器T1初級線圈的另一端，開關管Q4的集電極接開關管Q3的發(fā)射極，開關管Q3的發(fā)射極接高壓直流電的負極；高頻變壓器T1次級線圈與低壓整流器的輸入端連接，低壓整流器的輸出端輸出一低壓直流電壓uo，開關管Q1和開關管Q4的柵極施加有第一高頻方波信號，開關管Q2和開關管Q3的柵極施加有第二高頻方波信號，當開關管Q1和開關管Q4導通時開關管Q2和開關管Q3截止，當開關管Q1和開關管Q4截止時開關管Q2和開關管Q3導通，所述的開關管Q1、Q2、Q3、Q4為絕緣柵雙極晶體管（IGBT）。

高頻變壓器T1次級線圈有一中心抽頭，高頻變壓器T1次級線圈一端接二極管D5的陽極，高頻變壓器T1次級線圈另一端接二極管D6的陽極，二極管D5的陰極與二極管D6的陰極相聯(lián)，二極管D5的陰極為低壓整流器輸出端的正極，高頻變壓器T1次級線圈的中心抽頭為低壓整流器輸出端的負極，高頻變壓器T1次級線圈的中心抽頭接地。

所述的第一高頻方波信號和第二高頻方波信號由一壓控振蕩器輸出，壓控振蕩器的電路結構如圖2所示，壓控振蕩器包括時基集成電路IC1、三極管T1、三極管T2、三極管T3，三極管T1和三極管T2的發(fā)射極接工作電源V+，三極管T1和三極管T2的基極相連接，三極管T1的基極接三極管T1的集電極，三極管T1的集電極通過電阻R9接控制電壓uk，三極管T1的集電極接時基集成電路IC1的引腳7，三極管T1的集電極通過電阻R10接時基集成電路IC1的引腳6和引腳2，時基集成電路IC1的引腳2通過電容C1接地，時基集成電路IC1的引腳4和引腳8接工作電源V+，時基集成電路IC1的引腳1接地，時基集成電路IC1的引腳3通過電阻R11接三極管T3的基極，三極管T3的集電極通過電阻R12接工作電源V+，三極管T3的發(fā)射極接地。時基集成電路的型號為NE555。

壓控振蕩器的工作原理是：時基集成電路IC1、電阻R10、電容C1構成一方波振蕩器，三極管T1、三極管T2、電阻R9構成一電壓/電流變換電路，三極管T2的集電極電流與控制電壓uk相關，當控制電壓uk升高時三極管T2的集電極電流下降，方波振蕩器的振蕩頻率下降；當控制電壓uk下降時三極管T2的集電極電流上升，方波振蕩器的振蕩頻率上升；時基集成電路IC1的引腳3輸出第一高頻方波信號J1，三極管T3、電阻R11和電阻R12構成一反相器，三極管T3的集電極輸出第二高頻方波信號J2，第一高頻方波信號和第二高頻方波信號的相位相反；壓控振蕩器的輸出信號頻率范圍為10KHZ-150KHZ。

上述的壓控振蕩器功能也可以用LM331系列的電壓/頻率轉換器加一反相器來實現(xiàn)，電壓/頻率轉換器的輸入端接控制電壓uk，電壓/頻率轉換器的輸出端接反相器的輸入端，電壓/頻率轉換器的輸出端輸出第一高頻方波信號，反相器的輸出端輸出第二高頻方波信號。

由于開關管上有高電壓，第一高頻方波信號J1和第二高頻方波信號J2對開關管的控制通過耦合的方式實現(xiàn)；耦合的方式可采用脈沖變壓器耦合，也可采用光電耦合。

光電耦合的線路結構為，第一高頻方波信號J1接光耦GE1的發(fā)光二極管的陽極，光耦GE1的發(fā)光二極管的陰極接光耦GE4的發(fā)光二極管的陽極，光耦GE4的發(fā)光二極管的陰極通過電阻R15接地，光耦GE1的光電三極管的發(fā)射極接開關管Q1的柵極，光耦GE4的光電三極管的發(fā)射極接開關管Q4的柵極；第二高頻方波信號J2接光耦GE2的發(fā)光二極管的陽極，光耦GE2的發(fā)光二極管的陰極接光耦GE3的發(fā)光二極管的陽極，光耦GE3的發(fā)光二極管的陰極通過電阻R16接地，光耦GE2的光電三極管的發(fā)射極接開關管Q2的柵極，光耦GE3的光電三極管的發(fā)射極接開關管Q3的柵極。

高壓整流器QL輸出端的正極接二極管D7的陽極，二極管D7的陰極通過電容C2接高壓整流器QL輸出端的負極，光耦GE1的光電三極管的集電極通過電阻R21接二極管D7的陰極，光耦GE2的光電三極管的集電極通過電阻R22接二極管D7的陰極，光耦GE3的光電三極管的集電極通過電阻R23接二極管D7的陰極，光耦GE4的光電三極管的集電極通過電阻R24接二極管D7的陰極；二極管D7、電容C2回路對高壓整流器QL輸出脈動電壓進行濾波，為開關管Q1、Q2、Q3、 Q4提供柵極電流，由于柵極電流很小，因此二極管D5、電容C2回路中的脈動電流也很小，與高壓整流器QL中的電流相比可以忽略。

脈沖變壓器耦合的電路結構為：脈沖變壓器為四個，第一脈沖變壓器和第四脈沖變壓器的初極線圈輸入第一高頻方波信號，第一脈沖變壓器和第四脈沖變壓器的次極線圈分別連接到開關管Q1、Q4的柵極和發(fā)射極，第二脈沖變壓器和第三脈沖變壓器的初極線圈輸入第二高頻方波信號，第二脈沖變壓器和第三脈沖變壓器的次極線圈分別連接到開關管Q2、 Q3的柵極和發(fā)射極。

所述的控制電壓uk由一電壓比較器產生，電壓比較器的線路如圖2所示，電壓比較器包括運算放大器A1、運算放大器A2，運算放大器A1的反相輸入端與輸出端之間接有電阻R5，運算放大器A1的反相輸入端接電阻R4的一端，電阻R4的另一端通過電阻R2接地，電阻R4的另一端通過電阻R1接低壓整流器輸出端的正極，運算放大器A1的同相輸入端接電位器W1的滑臂，電位器W1的一端通過電阻R3接工作電源V+，電位器W1的另一端接地；運算放大器A2的反相輸入端通過電阻R6接運算放大器A1的輸出端，運算放大器A2的反相輸入端與輸出端之間接有電阻R7，運算放大器A2的同相輸入端通過電阻R8接地，運算放大器A2的輸出端輸出控制電壓uk。

電壓比較器的工作原理是：電阻R1、R2對低壓整流器的低壓直流輸出電壓uo進行分壓，電阻R3、電位器W1提供一設定電壓ug，運算放大器A1、電阻R4、電阻R5構成一差動運算電路，當輸出電壓uo的分壓值大于設定電壓ug時，運算放大器A1的輸出電壓降低，輸出電壓uo的分壓值小于設定電壓ug時，運算放大器A1的輸出電壓升高；運算放大器A2和電阻R6、R7構成一反相放大電路，對運算放大器A1的輸出電壓進行反相放大。

工作電源V+和工作電源V-為運算放大器的工作電源，工作電源V+為時基集成電路IC1的工作電源。工作電源V+和工作電源V-通過對市電降壓、整流濾波、穩(wěn)壓而獲得，其輸出的電流很小，與高壓整流器QL輸出的電流相比可以忽略。

另外為降低低壓直流輸出電壓的紋波，在低壓整流器輸出回路中設有電感器GL和電容C，電感器GL的一端接低壓整流器的輸出電壓uo的正極，電感器GL的另一端通過電容C接地，電感器GL的一端輸出電壓uo’。

本發(fā)明的工作原理是：高頻變壓器的感應電壓與頻率成正比關系，改變第一高頻方波信號和第二高頻方波信號的頻率可改變高頻變壓器的感應電壓；當?shù)蛪赫髌鞯妮敵鲭妷簎o下降時，電壓比較器輸出的控制電壓uk下降，第一高頻方波信號和第二高頻方波信號的頻率升高，使低壓整流器輸出電壓升高；當?shù)蛪赫髌鞯妮敵鲭妷簎o上升時，電壓比較器輸出的控制電壓uk上升，第一高頻方波信號和第二高頻方波信號的頻率下降，使低壓整流器的輸出電壓降低；從而使低壓整流器輸出電壓穩(wěn)定在一設定值上。由于第一高頻方波信號和第二高頻方波信號的相位相反，在逆變降壓過程中高壓整流器QL始終有電流向高頻變壓器流進，使得由電網的輸入電流無周期性尖峰出現(xiàn)，輸入電流比較平滑，有效地抑制了高次諧波分量。