CN101071985A - 单级高功率因数直流电源 - Google Patents

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CN101071985A CNA2006100816424A CN200610081642A CN101071985A CN 101071985 A CN101071985 A CN 101071985A CN A2006100816424 A CNA2006100816424 A CN A2006100816424A CN 200610081642 A CN200610081642 A CN 200610081642A CN 101071985 A CN101071985 A CN 101071985A
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Abstract

本发明公开了一种新的PFC高频直流电源，其采用一种有源与无源相结合的方式，在交流峰值及其附近值，直接将整流后波动直流直接转换成次级直流电压(并储存电能在初级电路中)。在交流波谷及附近用初级电路存有的电能，转化成次级直流电压，并存电能在初级电路中。它用正激式将初级的电能转化成次级的电能，用反激式将波动直流电压与开关关断后磁路存有的电能存在初级的电容上。从而具有稳定可靠、高效节能、成本较低的特点。

Description

单级高功率因数直流电源
技术领域
本发明属于高频直流电源，特别是一种高功率因素高频直流电源。
背景技术
传统的高频直流电源是在整流硅桥后直接接一个滤波电容，但是这种结构会产生大量的非线性电流并污染交流电网，同时它对电网所传送电力的利用效率较低。为了减少非线性电流达到国际标准ENG1000-3-2，人们提出很多方法来提高电源的功率因素，其中有无源高功率校正电路，其功率因素一般在80％--90％之间。还一种是有源电路，此种线路功率因素可以达到99％。有源功率校正电路以二阶功率校正最为成功。其原理是先将整流后的波动直流电压提高到一定电压形成稳定的直流电压再将此电压变换成的直流电压输出。这种线路存在一些缺点，一是它的开始冲击电流，二是它将现有的电压提高增加了对后继功率转换元件的要求(即开关管的要求)，目前高功率因素电源的损坏多属于这个原因。三是由于增加了一阶线路，增加了电源自身的损耗，此外人们还提出了许多单阶高功率因素校正线路，这些线路多以牺牲线路可靠性为代价，是不可取的。本人提出一种既
发明内容
本发明的目的是提供一种可稳定可靠、高效节能、成本较低的新的PFC高频直流电源。
本发明的技术方案是这样的：单级高功率因数直流电源，包括整流硅桥B1、二极管(D1、D2、D6)、开关管Q1、变压器的初级线圈(TP1、TP2)、继流电路(17)和电容C1；整流硅桥B1的输入端连接交流电源，电容(C1)并接在整流硅桥B1的输出端。初级线圈TP1的一端接整流硅桥B1的输出正极；二极管D1、D2的阳极接初级线圈TP1的另一端；二极管D1的阴极连接开关管Q1的漏极、变压器初级线圈TP2的一端；变压器的初级线圈TP2的另一端(此端与初级线圈TP1接整流硅桥B1的输出正极的那一端为同名端)和二极管D6的阴极相连；二极管D6的阳极接继流电路(17)、二极管D2的阴极。开关管Q1的源极接整流硅桥B1的输出负极。次级线圈接次级回路(一般是整流电路)。
继流电路(17)包括电容(C2、C 3、C4)、二极管(D5、D3、D4)。电容C2、C4的正极和二极管D4的阴极共同连接二极管D2的阴极、D6的阳极，电容C2的负极分别连接二极管D5的阴极、二极管D3的阳极。二极管D3的阴极分别连接二极管D4的阳极和电容C3正极，电容C3、C4的负极和二极管D5的阳极共同接整流硅桥B1的输出负极。
继流电路(17)也可以是由一个电容C2组成，电容C2的负极连接整流硅桥B1输出负极；电容C2的正极和连接二极管D2的阴极和二极管D6的阳极。
单级高功率因数直流电源，包括整流硅桥(B2)、二极管D11、D12、开关管Q11、变压器的初级线圈TP11、TP12、和电容C11。整流硅桥B2的输入端连接交流电源，电容C11并接在整流硅桥B1的输出端。初级线圈TP11的一端接整流硅桥B1的输出正极，二极管D12的阳极接初级线圈TP11的另一端。二极管D11的阳极接B2的输出正极，二极管D11的阴极连接初级线圈TP12的一端(此端与初级线圈TP11接整流硅桥B2的输出正极的那一端为同名端)、继流电路(27)和二极管D12的阴极。初级线圈TP12的另一端连接开关管Q2的漏极；开关管Q2的源极接整流硅桥B1的输出负极。
继流电路(27)包括电容(C12、C13、C14)、二极管(D15、D13、D14)，电容C12、C13的正极和二极管D13的阴极共同连接二极管D12、D11的阴极和初级线圈TP12的一端。电容C13的负极分别连接二极管D14的阳极、二极管D15的阴极。二极管D14的阴极分别连接二极管D13的阳极和电容C14正极。电容C14、C12的负极和二极管D15的阳极共同同接整流硅桥B2的输出负极。
继流电路(27)也可以是由一个电容C12组成，电容C12的负极连接整流硅桥B2输出负极；电容C12的正极和连接二极管D12、D11的阴极和初级线圈TP12的一端。
一种新的PFC高频直流电源，包括整流硅桥B2、二极管D11、D12、D17、T18开关管Q11、变压器的初级线圈TP11、TP12、和电容C11；整流硅桥B2的输入端连接交流电源，电容C11并接在整流硅桥B1的输出端。二极管D17、D18的阳极分别接整流硅桥输入端；二极管D17、D18的阴极共同接初级线圈TP11的一端。二极管D12的阳极接初级线圈TP11的另一端；二极管D11的阳极接B2的输出正极，二极管D11的阴极连接初级线圈TP12的一端(此端与初级线圈TP11接整流硅桥B2的输出正极的那一端为同名端)、继流电路(27)和二极管D12的阴极；初级线圈TP12的另一端连接开关管Q2的漏极；开关管Q2的源极接整流硅桥B1的输出负极。
继流电路(27)包括电容(C12、C13、C14)、二极管(D15、D13、D14)，电容C12、C13的正极和二极管D13的阴极共同连接二极管D12、D11的阴极和初级线圈TP12的一端。电容C13的负极分别连接二极管D14的阳极、二极管D15的阴极。二极管D14的阴极分别连接二极管D13的阳极和电容C14正极。电容C14、C12的负极和二极管D15的阳极共同同接整流硅桥B2的输出负极。
继流电路(27)也可以是由一个电容C12组成，电容C12的负极连接整流硅桥B2输出负极；电容C12的正极和连接二极管D12、D11的阴极和初级线圈TP12的一端。
采用上述方案后，本发明克服二阶有源PFC电路的缺点，用一种有源与无源相结合的方式，在交流峰值及其附近值，直接将整流后波动直流直接转换成次级直流电压(并储存电能在初级电路中)。在交流波谷及附近用初级电路存有的电能，转化成次级直流电压，并存电能在初级电路中。它用正激式将初级的电能转化成次级的电能，用反激式将波动直流电压与开关关断后磁路存有的电能存在初级的电容上。从而具有稳定可靠、高效节能、成本较低的特点。
附图说明
图1是本发明实施例一的电路原理图。
图2是本发明实施例二的电路原理图。
图3是本发明另一种单管PFC直流电源电路初级电路的电路原理图。
具体实施方式
如图1的所示，本发明单管直流电源的实施例一为直流电源初级电路，包括整流硅桥B1、二极管(D1、D2、D6)、开关管Q1、变压器的初级线圈(TP1、TP2)、继流电路(17)和电容C1；整流硅桥B1的输入端连接交流电源，电容(C1)并接在整流硅桥B1的输出端。初级线圈TP1的一端接整流硅桥B1的输出正极；二极管D1、D2的阳极接初级线圈TP1的另一端；二极管D1的阴极连接开关管Q1的漏极、变压器初级线圈TP2的一端；变压器的初级线圈TP2的另一端(此端与初级线圈TP1接整流硅桥B1的输出正极的那一端为同名端)和二极管D6的阴极相连；二极管D6的阳极接继流电路(17)、二极管D2的阴极。开关管Q1的源极接整流硅桥B1的输出负极。次级线圈接次级回路(一般是整流电路)。
继流电路(17)包括电容(C2、C3、C4)、二极管(D5、D3、D4)。电容C2、C4的正极和二极管D4的阴极共同连接二极管D2的阴极、D6的阳极，电容C2的负极分别连接二极管D5的阴极、二极管D3的阳极。二极管D3的阴极分别连接二极管D4的阳极和电容C3正极，电容C3、C4的负极和二极管D5的阳极共同接整流硅桥B1的输出负极。
继流电路(17)也可以是由一个电容C2组成，电容C2的负极连接整流硅桥B1输出负极；电容C2的正极和连接二极管D2的阴极和二极管D6的阳极。
本发明实施例一的工作原理如下：
开始时，整流后的波动直流直接、变压器的初级线圈TP1和二极管D2、继流电路(17)充电。
当继流电路(17)的电压在交流电峰值以上时，整流后的波动直流继流电路(17)。只有在变压器的初级线圈上存有感应电压才能对继流电路(17)充电。当整流后的波动直流处于峰及附近时，场效应管Q1，整流后波动直流电能通过变压器的初级线圈TP1、二极管D1、场效应管Q1。此时在次级线路产生感应电压给次级供电。当场效应管Q1关断，变压器的初级线圈TP1产生的反向电压加上波动直流电压通过变压器的初级线圈TP1、二极管D2给继流电路(17)充电。当波动直流电压低于继流电路(17)的电压，场效应管Q1开通时，继流电路(17)的电能通过二极管D6、变压器的初级线圈TP2，场效应管Q1放电，此时在次级线路产生感压电压给次级供电。当场效应管Q1关断在变压器的初级线圈TP1产生的反向电压加上波动直流电压通过二极管D2、给继流电路(17)充电。在整个交流周期中，整流后的波动直流电压高时，整流后的波动直流电一方面直接提供次级电能，另一方面提供较大的充电电流给继流电路(17)充电，同时继流电路(17)放电电流小。整流后的波动直流电压低时，整流后的波动直流直接提供次级电能少，同时整流后的波动直流也提供较小的充电电流给继流电路充电，而继流电路(17)放电电流大，供给次级电能多。上述电路中在场效应管Q1开通时用正激式将初级的电能转换成次级的电能。在场效应管Q1关断时，用反激式将变压器中的漏感磁能转换为充电电能。电容C1的作用是校正输入电流波形，此电容越大，由此电容供给次级的电能就越大。根据不同功率电源，选择适当的电容值，一般在0.015～0.047WF之间。电路也可通过调节变压器中的磁路气隙来改变电路中的充电电流。
如图2所示，本发明一种新的PFC高频直流电源的实施例二包括整流硅桥(B2)、二极管D11、D12、开关管Q11、变压器的初级线圈TP11、TP12、和电容C11；整流硅桥B2的输入端连接交流电源，电容C11并接在整流硅桥B1的输出端，初级线圈TP11的一端接整流硅桥B1的输出正极，二极管D12的阳极接初级线圈TP11的另一端；二极管D11的阳极接B2的输出正极，二极管D11的阴极连接初级线圈TP12的一端(此端与初级线圈TP11接整流硅桥B2的输出正极的那一端为同名端)、继流电路(27)和二极管D12的阴极；初级线圈TP12的另一端连接开关管Q2的漏极；开关管Q2的源极接整流硅桥B1的输出负极。
继流电路(27)包括电容(C12、C13、C14)、二极管(D15、D13、D14)，电容C12、C13的正极和二极管D13的阴极共同连接二极管D12、D11的阴极和初级线圈TP12的一端。电容C13的负极分别连接二极管D14的阳极、二极管D15的阴极。二极管D14的阴极分别连接二极管D1 3的阳极和电容C14正极。电容C14、C12的负极和二极管D15的阳极共同同接整流硅桥B2的输出负极。
继流电路(27)也可以是由一个电容C12组成，电容C12的负极连接整流硅桥B2输出负极；电容C12的正极和连接二极管D12、D11的阴极和初级线圈TP12的一端。
本实施例还增加两个二极管(D17、D18)，D17、D18的阳极分别接整流硅桥的输入端，阴极共同接初级线圈TP11的一端，去掉与整流输出负极的连接。
本发明实施例二的工作原理如下：
开始时，整流后的波动直流直接通过二极管D11给继流电路(27)充电。
当继流电路(27)的电压在交流电峰值以上时，整流后的波动直流只有在变压器的初级线圈上存有感应电压才能对继流电路(27)充电。当整流后的波动直流处于峰及附近时，场效应管Q2，整流后波动直流电能通过二极管D11、变压器的初级线圈TP12、场效应管Q1。此时在次级线路产生感应电压给次级供电。当场效应管Q1关断，变压器的初级线圈TP11产生的反向电压加上波动直流电压通过变压器的初级线圈TP11、二极管D12给继流电路(27)充电。当波动直流电压低于继流电路(27)的电压，场效应管Q1开通时，继流电路(27)的电能通过变压器的初级线圈TP12，场效应管Q1放电，此时在次级线路产生感压电压给次级供电。当场效应管Q1关断在变压器的初级线圈TP11产生的反向电压加上波动直流电压通过二极管D12、给继流电路(27)充电。在整个交流周期中，整流后的波动直流电压高时，整流后的波动直流电一方面直接提供次级电能，另一方面提供较大的充电电流给继流电路(27)充电，同时继流电路(27)放电电流小。整流后的波动直流电压低时，整流后的波动直流直接提供次级电能少，同时整流后的波动直流也提供较小的充电电流给继流电路充电，而继流电路(27)放电电流大，供给次级电能多。上述电路中在场效应管Q1开通时用正激式将初级的电能转换成次级的电能。在场效应管Q1关断时，用反激式将变压器中的漏感磁能转换为充电电能。电容C1的作用是校正输入电流波形，此电容越大，由此电容供给次级的电能就越大。根据不同功率电源，选择适当的电容值，一般在0.015～0.047WF之间。电路也可通过调节变压器中的磁路气隙来改变电路中的充电电流。
本发明实施例三的工作原理如下与实施例二的工作原理相同，所不同的是变压器初级线圈TP11一端直接用两个二极管与电源输入相连。
本发明一种新的PFC高频直流电源可以用PWM脉冲控制IC来控制场效应管的断开和导通，如：KA3842，用PFM脉冲控制IC来控制场效应管就更理想。负载越大工作频率就越高，负载越轻工作频率就越低。

Claims (7)

1、一种新的PFC高频直流电源，其特征在于：包括整流硅桥B1、二极管(D1、D2、D6)、开关管Q1、变压器的初级线圈(TP1、TP2)、继流电路(17)和电容C1；整流硅桥B1的输入端连接交流电源，电容C1并接在整流硅桥B1的输出端，初级线圈TP1的一端接整流硅桥B1的输出正极；二极管D1、D2的阳极接初级线圈TP1的另一端；二极管D1的阴极连接开关管Q1的漏极、变压器初级线圈TP2的一端；变压器的初级线圈TP2的另一端(此端与初级线圈TP1接整流硅桥B1的输出正极的那一端为同名端)和二极管D6的阴极相连；二极管D6的阳极接继流电路(17)、二极管D2的阴极。开关管Q1的源极接整流硅桥B1的输出负极。次级线圈接次级回路(一般是整流电路)。
2、根据权利要求1其特征是初级线圈TP1与二极管D1转换成次级直流电能的一通路。
3、根据权利要求1其特征是初级线圈TP1与D2一起提供输入波动直流电能和变压器的贮能给继流电路(17)充电的通路。
4、根据权利要求1继流电路(17)其特征包括电容(C2、C3、C4)、二极管(D5、D3、D4)。电容C2、C4的正极和二极管D4的阴极共同连接二极管D2的阴极、D6的阳极，电容C2的负极分别连接二极管D5的的阴极、二极管的D3阳极。二极管D3的阴极分别连接二极管D4的阳极和电容C3正极。电容C3、C4的负极和二极管D5的阳极共同接整流硅桥B1的输出负极。
5、根据权利要求1继流电路(17)其特征也可以是由一个电容C2组成，电容C2的负极连接整流硅桥B1输出负极；电容C2的正极和连接二极管D2的阴极和二极管D6的阳极。
6、一种新的PFC高频直流电源，其特征在于：包括整流硅桥B2、二极管D11、D12、D17、T18开关管Q11，变压器的初级线圈TP11、TP12、和电容C11；整流硅桥B2的输入端连接交流电源，电容C11并接在整流硅桥B1的输出端。二极管D17、D18的阳极分别接整流硅桥输入端；二极管D17、D18的阴极共同接初级线圈TP11的一端。二极管D12的阳极接初级线圈TP11的另一端；二极管D11的阳极接B2的输出正极，二极管D11的阴极连接初级线圈TP12的一端(此端与初级线圈TP11接整流硅桥B2的输出正极的那一端为同名端)、继流电路(27)和二极管D12的阴极；初级线圈TP12的另一端连接开关管Q2的漏极；开关管Q2的源极接整流硅桥B1的输出负极。
7、根据权利要求6，一种新的PFC高频直流电源，其特征在于：两个二极管，这两个二极的阳极分别接整流输入的两端，阴极共同接变压器初级线圈TP11的一端，去掉变压器初级线圈TP11这一端的原有连接。
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