專利名稱：三相全橋整流電路和假四相全橋整流電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單相輸入－三相全橋整流電路和單相輸入－假四相全橋整流電路。
更確切地說，本發(fā)明涉及視頻信號，音頻信號，各種信息傳送設(shè)備，諸如計算機、類似于復(fù)印機類辦公自動化設(shè)備等電子設(shè)備，空調(diào)器，廚房設(shè)備，照明設(shè)備，工業(yè)電機調(diào)節(jié)器，或者類似于不間斷電源類交流輸出裝置用的開關(guān)電源設(shè)備等所用的單相輸入－三相全橋整流電路和單相輸入－假四相全橋整流電路。
迄今，開關(guān)電源一般用于視頻信號設(shè)備，音頻信號設(shè)備，各種信息傳送設(shè)備，諸如計算機、類似于復(fù)印機類辦公自動化設(shè)備等電子設(shè)備，空調(diào)器，廚房設(shè)備，照明設(shè)備，工業(yè)電機調(diào)節(jié)器，或類似于不間斷電源類交流輸出裝置。
隨著半導(dǎo)體或?qū)Ｓ每刂破鱈SI大規(guī)模集成電路開關(guān)的改進，以及磁性材料和電容器具有高頻特性，對開關(guān)電源的需求在迅速增長。
不過，最近已指出由于開關(guān)電源存在諧波電流，造成了對市電線路的電磁干擾。
伴隨這個問題一起，還要指出的是開關(guān)電源存在的低功率因數(shù)，造成自然界能源的浪費。這些問題作為共性問題正引起發(fā)達國家的注意。
如今，國際電工委員會(IEC)決定要調(diào)節(jié)開關(guān)電源存在的諧波電流及低功率因數(shù)，而且這種調(diào)節(jié)也是日本所需要的。
譬如，關(guān)于IEC調(diào)節(jié)No.IEC1000－3－2，將調(diào)節(jié)的對象分成4類，其中A類針對三相輸入裝置，B類針對電動工具，C類針對照明設(shè)備，而D類針對具有不超過600瓦特殊化/峰值電流波形的裝置。
在這些關(guān)于諧波電流調(diào)節(jié)中尤為重要的調(diào)節(jié)是關(guān)于單相電容輸入型整流電路的調(diào)節(jié)；它一般用于開關(guān)電源。
例如，

圖1表示關(guān)于歐洲市場電視機(230V，230W)所采用的一種單相電容輸入型整流電路，其從第3次諧波到第19次諧波所有奇次諧波的諧波電流值超過IEC標準(圖1中實線)。
帶這種開關(guān)電源的產(chǎn)品今后多半都不可能有銷路。
迄今已經(jīng)提出幾種電路，作為以有關(guān)諧波電流調(diào)節(jié)為背景的代表。這中間，一般采用扼流圈輸入電路、晶體管變頻器法(無電容器輸入法)以及有源濾波器法。
扼流圈輸入電路具有比如圖2(1)所示的電路結(jié)構(gòu)；扼流圈從交流輸入端接入。這種結(jié)構(gòu)有點滿足上述IEC標準。
例如，當(dāng)把一個扼流圈接入如圖3所示之歐洲市場電視機(230V，230W)所用的單相電容輸入型整流電路的輸入端時，從第3次諧波到第19次諧波所有奇次諧波的諧波電流值都低于IEC標準(圖中實線)。不過，扼流圈輸入電路的功率因數(shù)譬如圖4所示那樣，一般為0.75－0.8，這滿足IEC標準的最低值，但這是不夠的。仍有很多視在視率。
很清楚，扼流圈輸入電路中諧波電流的存在是由直接與全橋整流輸出相連的電容器充電電流引起的。因此，已經(jīng)試驗不考慮電容器的脈沖寬度調(diào)制(PWM)變換技術(shù)。
脈沖寬度調(diào)制所用電路的類型分成晶體管變頻器法的和有源濾波器法的。
晶體管變頻法的電路具有比如圖2(2)所示的結(jié)構(gòu)。雖然它有諸如費用、變換效率、功率因數(shù)或者線路諧波等方面的某些優(yōu)點，但還是有其弱點的，即當(dāng)交流輸入電壓的瞬時值在0左右時，它不能產(chǎn)生輸出功率。另外，晶體管變頻器法的電路有一個較大的弱點，即由于電源線一側(cè)沒有大電容器，所以在高速變換時，噪聲會泄漏到電源線一側(cè)。
因此，使用晶體管變頻器法電路的開關(guān)電源的應(yīng)用明顯地受到限制。
而另一方面，有源濾波器方法具有如圖2(3)所示的電路結(jié)構(gòu)。本法具有接近于1的功率因數(shù)，但除了DC－DC變換器的開關(guān)之外，要改善功率因數(shù)，尚需其它開關(guān)電路。這就會因百分之幾的高頻噪聲的增加而造成費用的增加，還造成變換效率降低。
此外，上述扼流圈輸入電路法有一弱點，即由于扼流圈又重又大，就使該裝置受到限制，不會是小而輕的。在將一個電路用于類似于一種計算機控制轉(zhuǎn)換開關(guān)型空調(diào)器之類的連續(xù)地且負荷可大大改變的機器時，希望該電路在直流負荷改變時能保持恒定電壓。
如上所述，伴隨諸如費用增加、變換效率降低或者尺寸及重量增加之類的負向因素，要引導(dǎo)對已有開關(guān)電源中電流諧波的限制和功率因數(shù)的限制。
情況既然如此，于是給出本發(fā)明，其目的在于給出一種單相輸入－三相全橋整流電路，它的費用增加很少，而且對于功率容量無限制。本發(fā)明還給出一種小而輕的單相輸入－假四相全橋整流電路，它通過克服各種技術(shù)問題并從根本上改善變換效率、功率因數(shù)以及市電線路諧波，在直流負荷變換情況下能保持恒定的電壓。
(I)單相輸入－三相全橋整流電路為解決上述問題，本發(fā)明提供具有如下特征的單相輸入－三相全橋整流電路1.將單相交流輸入端的輸入線端與電容器的一端相連，電容器另一端與扼流圈的一端相連。得到與電容器的另一端和扼流圈經(jīng)一端相連的第三線端。
將兩個單相交流輸入線端及該第三線端與三相全橋的各交流輸入端相連。
2.對應(yīng)于直流輸出端的直流負載電阻值確定上述電容器及扼流圈的值，于是構(gòu)成一個等效的三相整流電路，從而得到三相全橋整流波形。
(II)單相輸入－假四相全橋整流電路作為第二個發(fā)明，本發(fā)明給出具有如下特征的單相輸入－假四相全橋整流電路。
1.把單相交流輸入端的一個輸入線端稱為第一線端，另一端稱為第二線端。
連接直接與在第一線端和第二線端之間的雙向半導(dǎo)體開關(guān)元件、扼流圈及電容器相連的電路單元。
第三線端是該電路單元的電容器和扼流圈的連接點，第四線端是扼流圈與雙向半導(dǎo)體開關(guān)元件的連接點。
把這四個輸入線端與四相全橋整流電路的四個交流輸入接線端連在一起，并把直流負載與正、負直流輸出端相連。
2.根據(jù)直流輸出電壓值或直流輸出電流值改變上述雙向半導(dǎo)體開關(guān)元件的位相角或開關(guān)時間比，使直流輸出電壓或直流輸出電流受到調(diào)整。
圖1表示普通電容器輸入型電路之諧波電流值與次數(shù)之間的關(guān)系；圖2表示具有常用的諧波分析法的電路結(jié)構(gòu)；圖3表示普通扼流圈輸入型電路之諧波電流值與次數(shù)之間的關(guān)系。
圖4表示普通電路的功率消耗量與功率因數(shù)之間的關(guān)系；圖5是表示所發(fā)明的單相輸入－三相全橋整流電路的電路結(jié)構(gòu)圖；圖6表示單相交流電路的結(jié)構(gòu)；圖7表示單相全橋直流電路的結(jié)構(gòu)；圖8表示從單相至三相變換電路的結(jié)構(gòu)；圖9(A)、(B)是表示所發(fā)明的單相輸入－假四相全橋整流電路的電路結(jié)構(gòu)圖；圖10是表示所發(fā)明的單相輸入－假四相全橋整流電路的另一個電路結(jié)構(gòu)圖；圖11表示安裝可調(diào)電感扼流圈部分的電路結(jié)構(gòu)和波形；圖12是表示所發(fā)明的單相輸入－三相全橋整流電路的電路結(jié)構(gòu)圖；圖13表示所發(fā)明的單相輸入－三相全橋整流電路的電壓及電流波形；
圖14表示在所發(fā)明的單相輸入－三相全橋整流電路負載改變時的電壓波形；圖15表示常規(guī)電路與所發(fā)明的單相輸入－三相全橋整流電路的各測試值。
圖16(A)、(B)是表示所發(fā)明的開關(guān)調(diào)節(jié)器用單相輸入－三相全橋整流電路各實際舉例的電路結(jié)構(gòu)圖；圖17(A)、(B)、(C)是表示所發(fā)明的電視接收機用單相輸入－三相全橋整流電路各實際舉例的電路結(jié)構(gòu)圖；圖18是表示所發(fā)明的電視控制器用的單相輸入－三相全橋整流電路實例的電路結(jié)構(gòu)圖；圖19是表示所發(fā)明的不間斷電源用的單相輸入－三相全橋整流電路實例的電路結(jié)構(gòu)圖；圖20是表示所發(fā)明的逆變器型空調(diào)器用的單相輸入－三相全橋整流電路實例的電路結(jié)構(gòu)圖；圖21是表示所發(fā)明的感應(yīng)加熱型廚房設(shè)備用的單相輸入－三相全橋整流電路實例的電路結(jié)構(gòu)圖；圖22表示所發(fā)明的單相輸入－假四相全橋整流電路的各測試值；圖23(A)、(B)是表示所發(fā)明的單相輸入－假四相全橋整流電路各實例的電路結(jié)構(gòu)圖；圖24(A)、(B)、(C)是表示所發(fā)明的電視接收機用的單相輸入－假四相全橋整流電路各實例的電路結(jié)構(gòu)圖；圖25是表示所發(fā)明的電機控制器用的單相輸入－假四相全橋整流電路實例的電路結(jié)構(gòu)圖26是表示所發(fā)明的不間斷電源用的單相輸入－假四相全橋整流電路實例的電路結(jié)構(gòu)圖。
(I)單相輸入－三相全橋整流電路圖5表示一種單相輸入－三相全橋整流電路的情況。采用該電路可給出諸如高轉(zhuǎn)換效率或者高功率因數(shù)等極好的工作效果。
隨之，本人擬以實際計算為基礎(chǔ)，比較本發(fā)明之單相輸入－三相全橋整流電路與普通單相全橋整流電路的轉(zhuǎn)換效率。
為了與本發(fā)明的單相輸入－三相全橋整流電路比較，把一個單相交流電路(圖6)、一個單相全橋電路(圖7)和一個單相到三相變換電路(圖8)表示為例。
各電路的電壓、電流以及功率如下面這樣來確定在圖6的單相交流電路中e1是交流輸入電壓i1是交流輸入電流PAC是交流輸入功率若把如圖6之同樣的交流輸入電壓(e1)、交流輸入電流(i1)和交流輸入功率(PAC)用于一個單相全橋整流電路(圖7)，則直流輸出電壓(E1)、直流輸出電流(I1)以及直流輸出功率(PDC)被示如圖7者。
結(jié)果，理論上是清楚的，即直流輸出功率(PDC)不超過交流輸入功率(PAC)的81％。這意味著包含在單相全橋輸出波形中的諧波分量的能量為19％，它們不被用于直流輸出功率。
接下去是關(guān)于圖8所示的、把單相交流電路和單相全橋整流電路考慮在內(nèi)的從單相到三相的變換電路。
這種從單相到三相的變換電路是這樣一種電路，它在如圖8所示的兩個交流輸入端(1)和(2)之間接出一個電容器(C1)與扼流圈(L1)的串連電路，在C1和L1的接點處產(chǎn)生與交流輸入向量(e1)不同相位的電壓。
在這種從單相到三相的變換電路中，為了在對于圖6和圖7中所示的單相交流電路及單相全橋整流電路是相同的交流輸入電壓(e1)和交流輸入電流(i1)情況下，以單相交流電路的單相功率i1e1補償三相負載功率之和，當(dāng)圖8的i2、i3和i4是i1/3時，其方程如下 每相的負載電阻＝3e1/i1＝3R1。
首先，將該單相到三相變換電路的電容(C1)和扼流圈(L1)的值固定為產(chǎn)生三相交流電。
若交流電壓的向量三角形圖如圖8所示那樣，則L1和C1的電壓向量是eL和eC。這時，由交流理論，因為電阻性，則i3的電流向量與eC相，而因為電容性，則iC的電流向量比eC向量超前90°；若把絕對值確定為i3絕對值的 倍，即 即，則方程(2)為|i·e+i·3|=(3i3)2+i32=2i3=23i1··········(2)]]>以同樣的方法，若iL的絕對值如下確定i4絕對值(|i1/3|)的 倍，則方程(3)為|i·L+i·4|=(3i4)2+i42=2i4=23i1·········(3)]]>從該矢量圖清楚地看出，C1和3R1的平行合成電流(2i1/3)與L1和3R1的平行合成電流(2i1/3)具有與單相交流輸入電壓(e1)相同的位相，或者說功率因數(shù)為1。
于是可構(gòu)成等效的三相交流電路。
另外，i2的電流向是只由電阻分量形成，它有與單相交流輸入電壓(e1)相同的位相。通過將C1和3R1的合成電流算術(shù)地加到電流分量i2上或者將L1和3R1的合成電流算術(shù)地加到電流分量i2上，可將單相交流輸入電流表示為下述方程(4)i1=i2+(i3+ic)=i2+(i4+iL)=i13+2i13]]>…………………(4)若交流輸入功率為e1·i1，而交流輸出功率是3相·e1·i1/3＝e1i1，則可由一個三相電路實現(xiàn)與單相交流電路的PAC＝e1·i1同樣的功率消耗。
以下確定本發(fā)明單相輸入－三相全橋整流電路各部分的電壓和電流。
若條件與上述圖7之單相全橋整流電路的相同，則直流輸出電壓(E3)、直流輸出電流(I3)、等效輸出負載電阻(R3)、通過二極管的一條支路的交流電流(i5)、三相橋的交流輸入電流(i6)交流輸電流(i7)、扼流圈電流(i8)、電容器電流(i9)、交流輸出功率(PAC)以及直流輸出功率(PDC)由下述方程(5)所示 I3=E1I1E3=23I1=(23)(22πi1)=423πi1=0.6i1]]>R3=E3I3=(32)E1/(23)I1=(32)2E1I1=2.25R1]]> PAC＝e1·i7＝e1·0.85i1＝0.85e1i1PDC=E3I3=(32πe1)(423πi1)=8e1i1π2]]>＝0.81e1i1………………………(5)
這就是說，當(dāng)現(xiàn)有的單相全橋整流電路需要交流輸入功率e1·i1，才能得到0.81e1i1的直流輸出功率時，本發(fā)明的單相輸入－三相全橋整流電路可得與交流輸入功率0.85e1i1等效的直流輸出。
這意味著，從現(xiàn)有的單相全橋整流電路功率消耗降低了15％，同時維持幾近100％的功率因數(shù)。而且還有一點優(yōu)點，即泄漏到交流輸入線路一側(cè)的諧波分量大大地減少。
這些優(yōu)點的基本原因在于通過使用三相全橋整流電路，伴隨較小的諧波分量實現(xiàn)對三相交流電路的直流變換，以及這種變換的等效變換效率的緣故。
這意味著，當(dāng)把本發(fā)明的單相輸入－三相全橋整流電路用于諸如目前的電視接收機、個人計算機或者磁帶錄像機等具有穩(wěn)定負荷的單相電氣設(shè)備的電源時，在對電源線路沒有諧波干擾的綜合基數(shù)上可有近15％的單相交流電能資源壓縮。
另外，在上述圖8工作原理指導(dǎo)下，三相設(shè)備能夠以和采用單相電路一樣高的等效轉(zhuǎn)換效率工作。
本發(fā)明的單相輸入－三相全橋整流電路需要一個附加的交流電容器、一個扼流圈和兩個整流二極管元件。作為主要的高耗費元件的扼流圈(L2)的存儲能量如方程式(5)中所示的0.49e1i1(VA)，而在下述方程式(7)中，它等效于變壓器等效儲能的1/2＝0.25e1i1，或等效于由變壓器隔開的單相全橋儲能的1/4。
本發(fā)明的交流電容器(C2)為15μF，100WV，當(dāng)直流輸出功率是大約80W時，它的耗費就像兩個二極管元件那樣，不會高的。
雖然上面圖2中所示的扼流圈和普通類型的精加工的電解電容器與本發(fā)明的電路的L2和C2耗費相同，但本發(fā)明對接入電路的扼流圈附加兩個整流二極管元件，其耗費在上面圖2所示的晶體管變頻器型電路與扼流圈輸入型電路之間。
(II)單相輸入－假四相全橋整流電路由圖9的雙向半導(dǎo)體開關(guān)元件和扼流圈形成的總阻抗等效于圖5的單相輸入－三相全橋整流電路中扼流圈的阻抗。當(dāng)扼流圈中的總阻抗因采用雙向半導(dǎo)體開關(guān)元件可能發(fā)生變化時，隨著負荷的改變，本電路能夠保持恒定的電壓控制。圖10的電路具有與圖9電路同樣的工作原理和能力。
圖9(A)、(B)表示本發(fā)明單相輸入－假四相全橋整流電路的例5電路結(jié)構(gòu)。圖9(A)表示原理性電路，圖9(B)還表示實際應(yīng)用。
這里給小扼流圈接上電容器C，擔(dān)當(dāng)圖13中所表示的優(yōu)良的電容器電流。所以，使交流輸入電流的諧波分量大大地減少。
圖10表示單相輸入－假四相全橋整流是路的舉例電路結(jié)構(gòu)，其中使圖9(A)、(B)電路的雙向半導(dǎo)體開關(guān)元件、扼流圈以及電容器之間的連接次序被交換。
同圖9(A)、(B)的雙向半導(dǎo)體開關(guān)元件及扼流圈形成的總阻抗等效于圖5單相輸入－三相全橋整流電路之扼流圈的阻抗。
當(dāng)扼流圈中的總阻抗因采用雙向半導(dǎo)體開關(guān)元件而可能發(fā)生變化時，隨著負荷的改變，本電路能夠保持恒定的電壓控制。圖10的電路具有與圖9電路同樣的工作原理和能力。
圖11表示扼流圈部分的電路結(jié)構(gòu)舉例。圖11(1)表示帶固定電感扼流圈的現(xiàn)有電路結(jié)構(gòu)。圖11(2)表示具有可調(diào)電感的舉例電路結(jié)構(gòu)。該電路中，一些電感固定，另一些電感可變。
通過對這種可變電感采用雙向半導(dǎo)體開關(guān)元件，使恒壓或恒流得到自動控制。
有下列帶可變電感的電路1)具有飽和鐵芯扼流圈作為可變電感控制裝置的電路。
2)具有控制位相的可控硅和二極管橋的電路。
3)具有晶體管和二極管橋的電路。
4)具有三端雙向可控硅開關(guān)元件的電路。
圖11(3)表示一種具有飽和鐵芯扼流圈電路的舉例結(jié)構(gòu)。雖然這個電路能夠很好地控制恒壓，但因為其尺寸及重量大，而且生產(chǎn)費用高，所以目前并不實用圖11(5)表示一種具有控制位相的可控硅和二極管橋電路的舉例結(jié)構(gòu)。該電路具有等效于上述帶飽和鐵芯扼流圈電路的控制效果，但仍有一些弱點，比如由于當(dāng)開關(guān)接通時，半導(dǎo)體中的壓降相當(dāng)于2.5－3V(控制相位的可控硅上1V，二極管橋上1.5－2V)而致高發(fā)熱和效率下降。
圖11(6)表示一種具有晶體管和二極管橋電路的舉例結(jié)構(gòu)。該電路為一高速脈沖寬度控制電路，它可隨著負載電阻的增加或負荷電流的減小使脈沖變窄，而更加優(yōu)良地控制恒壓。不過，它具有作為晶體管變頻器類型電路或有源濾波器類型電路的弱點，比如由于高速變換所致的高頻電磁波影響。
圖11(4)表示一種具有三端雙向可控硅開關(guān)元件電路的舉例結(jié)構(gòu)。這種電路具有等效于帶飽和磁芯扼流圈電路的控制效果，但它沒有類似于上述各電路那樣的弱點。當(dāng)三端雙向可控硅開關(guān)元件的全相角接近180°時，流過該電路的電流非常小。不但它的等效電感大，而且它是脈沖式的電流，這種流的位相關(guān)于輸入電壓位相的平均值落后90°。
這種電路的固定電感的額定功率可以降至圖11(1)所示電路的原來電感額定功率的1/3－1/5，也即現(xiàn)有電路所用扼流圈中電感的額定功率。所以，這點是很清楚的，即具有三端雙向可控硅開關(guān)元件的電路是最適宜的控制可變電感的雙向半導(dǎo)體開關(guān)元件。
因此，本發(fā)明的單相輸入－假四相全橋整流電路使用可變電感，它由控制雙向半導(dǎo)體位相的元件和額定功率小而且重量輕的固定扼流圈部分組成。另外，通過采用三端雙向可控硅開關(guān)元件作為控制雙向半導(dǎo)體位相的元件，可以給出尤為優(yōu)良的自動恒壓控制。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)和特點，本發(fā)明的單相輸入－三相全橋整流電路和單相輸入－假四相全橋整流電路可以構(gòu)成一個單相輸入三相全橋整流電路或一個四相全橋整流電路，它們通過連接其值偏離依賴于輸出端負荷的最好值的扼流圈、電容器和三相全橋整流元件或四相全橋整流元件，而得以實現(xiàn)使具有劣質(zhì)波形的未予平衡的三相交流全橋整流器成為正常的三相交流輸出的全橋整流波形的特性。
它們還可以構(gòu)成一個單相輸入三相全橋整流電路，或一個單相輸入四相全橋整流電路，這些電路有一種結(jié)構(gòu)，當(dāng)作為直流主負載的電子設(shè)備處于空載條件下，該結(jié)構(gòu)相應(yīng)于被關(guān)斷的沒有局部功能的主負載電路分隔上述發(fā)明的電容器電路或扼流圈電路。
利用下面所示的工作實例，進一步詳細說明本發(fā)明。例1為了說明本發(fā)明的單相輸入－三相全橋整流電路的運行，利用計算機模擬和實驗，使圖12所示的本發(fā)明單相輸入－三相全橋整流電路被確認。
首先，根據(jù)上述方程式(5)的i8和i9，確定L2、C2和3R3的值。為了比較，如下式(6)那樣假設(shè)單相全橋整流電路的電壓、電流和功率 為了得到在交流輸入電源的頻率為50HZ時的等效直流輸出功率，上述圖12的L2和C2，以及方程式(5)的i6、i9和e1如下述ωL2i8＝e1所以，L2=e12πfi6=(100100π)(10.49×1A)]]>649mHωC2e1＝i8所從，C2=0.49i12πfe1=0.49×1A×106100π×100(μf)]]>＝15.6μF……………………(7)R3=(32)2R=2.25×100Ω=225Ω]]>和E3＝1.5E1＝1.35e1＝135VI3=23I1=23×0.9A=0.6A]]>PDC＝E3I3＝0.81e1I1＝81WPAC＝e1·0.85i1＝85W………………………(8)
若上述方程式(7)的常數(shù)做為基礎(chǔ)，則利用快速富利葉變換，單相輸入－三相全橋整注電路的電壓波形和電流波形如圖13所示。
圖13的(1)表示當(dāng)單相交流電源電壓(e1)(有效值100V)，從正弦波的零位相增加時的波形；圖13的(2)表示扼流圈(L2)的電壓(eL)；圖13的(3)表示電容器(C2)的電壓(eC)；圖13的(4)表示直流輸出電壓(E3)。
這些圖表示eL超前e160°，eC落后e160°，這表明等效的三相電壓的存在。
圖13的(5)－(8)表示各部分的相應(yīng)電流波形。(5)表示交流輸入電流(i7)，(6)表示扼流圈(L2)的交流電流(i8)，(7)表示是電容器(C2)的交流電流(i9)，(8)表示直流輸出電流(I3)。
按照圖13(4)，直流脈動電壓稍大于常規(guī)的三相全橋的波形。這被認為是由于圖13(7)的流過電容器(C2)的交流電流不是正弦波，并且在三相二極管的電流變換時間，它又大大地變化，所以它包含大量的第5次諧波的緣故。
而且，由于圖13(5)的電流波形接近于一般三相全橋整流電路的交流電流波形，所以還可認為本發(fā)明單相輸入－三相全橋整流電路的輸入功率因數(shù)大約為1。
當(dāng)通過改變電容器(C2)的值，使直流輸出電壓中所含的脈動電壓降低時，扼流圈(L2)的電感具有由假設(shè)是正弦波工作時的理論值所計算得到的值，電容器(C2)具有它的在理論值90％處的最好值(紋波電壓最小值)。
例如，當(dāng)把為脈沖寬度控制用的高頻直流－直流變換器或直流－交流變換器接于本電路之后，可將某種程度的紋波認為是輸入電壓的變動，并且通過穩(wěn)壓控制是能夠達到足夠好的。這還可以通過接入簡單的濾波器而予解決。
圖14(9)－(11)表示當(dāng)負載電阻值關(guān)于假定該負載關(guān)于輸入電壓的變化控制恒壓或恒流而變化±10％時的三相全橋輸出波形的變化范圍。圖14(9)表示這種情況下的直流輸出電壓(E3)，它具有稍大于完善的三相全橋輸出，但充分地小于單相全橋和三相半橋輸出的脈動電壓。這對于實際使用是件小事。
此外，圖14(10)和(11)表示輸出電壓的脈動值和平均值均與圖14(9)的最好值不同，這對于實際使用也是件小事。
等效的三相全橋整流電路的工作是通過采用計算機模擬和實際實驗來證實的，而且模擬的正確性也被確認。
此外，圖15表示用以說明本發(fā)明單相輸入－三相全橋整流電路的試驗結(jié)果。盡管仍有測量手段的導(dǎo)入誤差，這個結(jié)果說明了理論值與測量值的一致性。例2圖16(A)、(B)表示用于普通DC－DC變換器的本發(fā)明單相輸入－三相全橋整流電路的舉例結(jié)構(gòu)。通過以三相全橋替代普通的單相全橋，有效交流輸入功率可壓縮15％，功率因數(shù)保持在接近95％－99％，電源線路的諧波能量被大大降低。例3圖17(A)、(B)、(C)表示用于許多種大大小小電視接收機的本發(fā)明單相輸入－三相全橋整流電路的例子。連接方法有如例2者一樣，并利用本發(fā)明的類型替代普通電視接收機的單相全橋部分。
結(jié)果，交流輸入功率、功率因數(shù)以及電源線路的諧波能量都有如例2那樣得到改善。例4圖18、圖19、圖20和圖21表示當(dāng)把本發(fā)明單相輸入－三相全橋整流電路的實際例子引入產(chǎn)生三相或單相輸出的DC－AC逆變器的整流器部分時的舉例結(jié)構(gòu)。
特別是通過采用單相輸入給出對三相交流電的等效變換效率。也即實現(xiàn)節(jié)約能量、高功率因數(shù)和以小的電源線路諧波能量工作。例5用以說明本發(fā)明單相輸入－假四相全橋整流電路的測試結(jié)果如圖22所示。盡管仍有因測量手段所致的微小不同，該結(jié)果表示出理論值與測量值的一致性。
圖23(A)、(B)表示這種測試所用的本發(fā)明單相輸入－假四相全橋整流電路的舉例結(jié)構(gòu)。
圖23(A)表示對于直流負載變化的恒壓控制電路的舉例結(jié)構(gòu)。
圖23(B)表示一個用以改善功率因數(shù)的電路舉例結(jié)構(gòu)，未包含穩(wěn)壓控制電路。例6圖26(A)、(B)和(C)表示本發(fā)明的單相輸入－假四相全橋整流電路用于普通DC－DC變換器的舉例結(jié)構(gòu)。
通過用等效的四相全橋替代普通單相全橋，使有效交流輸入功率被壓縮約10％，可保持接近95％－99％的功率因數(shù)，并大大降低電源線路的諧波能量。例7圖25和圖26表示當(dāng)把本發(fā)明單相輸入－假四相全橋整流電路的實例引入產(chǎn)生三相或單相交流輸出的DC－AC逆變器的整流器部分時的舉例結(jié)構(gòu)。
特別是通過采用單相輸入給出好于單相全橋整流器的轉(zhuǎn)換效率。也即能夠節(jié)約能量，有較高的功率因數(shù)，并以小的電源線路諧波能量工作。
當(dāng)然，本發(fā)明可以用于許多情況，而不僅用在上述舉例中。盡管這里并未表示具體的例子，比如為了經(jīng)濟，它可以構(gòu)成一個單相輸入三相全橋整流電路，或者一個單相輸入四相全橋整流電路，它們通過連接其值偏離依賴于輸出端負荷的最好值的扼流圈、電容器和三相全橋整流元件或四相全橋整流元件，而得以實現(xiàn)使具有劣質(zhì)波形的未予平衡的三相交流全橋整流器成為正常三相交流輸出的全橋整流波形的特性。
它還可以構(gòu)成一個單相輸入三相全橋整流電路，或一個單相輸入四相全橋整流電路，這些電路有一種結(jié)構(gòu)，當(dāng)主負載為空載條件下，該結(jié)構(gòu)相應(yīng)于被關(guān)斷的沒有局部功能的主負載電路分離上述發(fā)明的電容器電路或扼流圈電路。
恰如上面所明確說明的，本發(fā)明的單相輸入－三相全橋整流電路通過采用三相全橋整流電路而使得能以小的諧波分量進行DC轉(zhuǎn)換。
而且，它還能得到等效于三相交流電路的轉(zhuǎn)換效率，與普通電路相比，可壓縮10％的功率消耗，并保持95％－99％的功率因數(shù)。此外，可大大降低對交流輸入電源線路一側(cè)的諧波分量。
本發(fā)明的單相輸入－假四相全橋整流電路，由于采用四相全橋整流電路，就能夠以較小的諧波分量進行DC轉(zhuǎn)換，而且它還能得到等效于三相交流電路的轉(zhuǎn)換效率。與普通電路相比，可壓縮10％的功率消耗，并保持90－98％的功率因數(shù)。此外，還大大降低對交流輸入電源一側(cè)的諧波分量。
通過使用雙向半導(dǎo)體位相控制元件，比如可變電感加固定的扼流圈結(jié)構(gòu)，可使扼流圈小而輕。而且，通過采用三端雙向可控硅開關(guān)元件作為雙向半導(dǎo)體位相控制元件，可給出恒壓控制。
另外，可以給出一個單相輸入三相全橋整流電路和一個單相輸入假四相全橋整流電路，它們有小的成本增加，并且對于功率容量無限制。
采用本發(fā)明，可以由單相交流輸入電路給出三相交流功率或三相全橋整流功率，并能控制它們。
權(quán)利要求
1.一種三相全橋整流電路，包括一個提供輸入電壓的單相交流輸入電壓的裝置，一個與所述交流輸入電壓裝置耦接的輸出直流電壓的裝置，用以從所述交流輸入電壓給出輸出直流電壓，所述直流輸出電壓裝置包括一個從單相到三相的位相變換裝置，此裝置有一個電感器、一個電容器和一個三相全橋整流器；所述單相交流輸入電壓裝置的一個輸入線端與電容器的一端相連，所述單相交流輸入電壓裝置之另一線端與一扼流圈的一端相連，電容器的另一端與所述扼流圈的另一端相連，從而形成第三線端；單相交流輸入電壓裝置的兩個線端以及所述第三線端與所述三相全橋整流器的各輸入端相連，其特征在于通過相應(yīng)于三相全橋整流器直流輸出端的直流負載電阻分別選擇電容器及扼流圈的值，形成三相全橋整流器的波形。
2.一種如權(quán)利要求1所述的三相全橋整流電路，其特征在于提供一個DC－DC變換器做為直流負載電阻。
3.一種假四相全橋整流電路，包括一個提供輸入電壓的單相交流輸入電壓裝置，一個與所述交流輸入電壓裝置耦接的輸出直流電壓的裝置，用以從所述交流輸入電壓給出輸出直流電壓，所述直流輸出電壓裝置包括一個從單相到四相的位相變換裝置，此裝置有一個電容器、一個電感器、一個雙向半導(dǎo)體開關(guān)和一個四相全橋整流器；本電路還設(shè)有直流輸出電壓或電流檢測裝置，所述雙向半導(dǎo)體開關(guān)的相位角控制裝置，以及閉環(huán)控制裝置；所述單相交流輸入裝置的一個輸入線端與所述電容器的一端相連，另一個交流輸入線端與所述雙向半導(dǎo)體開關(guān)的一端相連；電容器的另一端和所述扼流圈的一端相連，形成第三線端；扼流圈的另一端與雙向半導(dǎo)體開關(guān)的另一端相連，形成第四線端；單相交流輸入電壓裝置的兩個線端、所述第三線端以及所述第四線端與所述四相全橋整流器的各輸入端相連；相應(yīng)于四相全橋整流器直流輸出端的直流負載電阻選擇電容器和扼流圈的值，根據(jù)交流輸入電壓或直流輸出負載電流的變化改變雙向半導(dǎo)體開關(guān)的相位角。
4.一種如權(quán)利要求3所述的假四相全橋整流電路，其特征在于用一個DC－DC變換器充當(dāng)直流負載電阻。
5.一種如權(quán)利要求3所述的假四相全橋整流電路，其特征在于提供一個DC－AC逆變器做為直流負載電阻。
6.一種如權(quán)利要求3所述的假四相全橋整流電路，其特征在于通過所述位相角控制裝置以及所述閉環(huán)控制裝置，將直流輸出電壓的最大值控制成等于交流輸入電壓的最大值。
7.一種如權(quán)利要求3所述的假四相全橋整流電路，其特征在于提供一個三端雙向可控硅開關(guān)元件做為所述雙向半導(dǎo)體開關(guān)裝置。
8.一種如權(quán)利要求1所述的三相全橋整流電路，其特征在于提供一種電子設(shè)備做為直流負載電阻。
9.一種如權(quán)利要求3所述的假四相全橋整流電路，其特征在于提供一種電子設(shè)備做為直流負載電阻。
10.一種如權(quán)利要求1所述的三相全橋整流電路，其特征在于提供一種交流輸出裝置做為直流負載電阻。
11.一種如權(quán)利要求3所述的假四相全橋整流電路，其特征在于提供一種交流輸出裝置做為直流負載電阻。
12.一種如權(quán)利要求1所述的三相全橋整流電路，其特征在于將扼流圈和電容器的值調(diào)整成使之偏離最佳電感及電容的值。
13.一種如權(quán)利要求3所述的假四相全橋整流電路，其特征在于將扼流圈和電容器的值調(diào)整成使之偏離最佳電感及電容的值。
14.一種如權(quán)利要求1所述的三相全橋整流電路，其特征在于提供一個截止裝置，用于在輸出負荷空載條件期間切斷電容器、扼流圈和閉環(huán)控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種三相全橋整流電路及假四相全橋整流電路，其提高了轉(zhuǎn)換效率、功率因數(shù)、降低了諧波，其特征在于，將單相交流輸入端的一個輸入端與電容器的一端相連，另一端與扼流圈的一端相連。連接電容器的另一端與扼流圈的另一端形成第三端單相交流輸入電壓裝置的兩個線端以及所述第三線端與所述三相全橋整流器的各輸入端相連，通過相應(yīng)于三相全橋整流器直流輸出端的直流負載電阻分別選擇電容器及扼流圈的值，形成三相全橋整流器的波形。
文檔編號H02M1/42GK1120758SQ9510964
公開日1996年4月17日 申請日期1995年7月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月29日
發(fā)明者鈴木康暢, 手島透 申請人:株式會社I-Hits研究所