CN101388601A - 一种高功率因数校正电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高功率因数校正电路，主要包括分压电感L，变压器主线圈TP1，变压器辅助线圈TS1(或电感辅助线圈LS1)，二极管D1、D2、D3，电容C1、C2、C3，开关管，输出线圈TS2。它用电感L进行分压，当在交流电在峰值及附近，变压器转换的电能主要来自于整流后的交流电能。并用反激方式将变压器漏感的贮存的电能通过辅助线圈和整流后的交流电能一起作为电容C2的充电电能。当交流在波谷及附近时，用线路上存有的电能转换成变压器转换电能，并将存贮在变压器漏感中的电能与整流后的交流电能一起作为电容C2的充电电能。在电感L分压作用下，使加在变压器初级线圈上的电压在22％－15％之间波动，从而使得从交流转换到直流的转换电源有稳定的电压输出。

Description

一种高功率因数校正电路
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ENG 1000-3-2，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。
发明内容：
本发明克服了上述技术的缺点，应用以下的思想，在交流电峰值及附近高频变压器转换的电能大部分直接由交流电源提供，小部分由电容C通过电感L提供；当在交流电波谷及附近高频变压器转换的电能大部分直接由贮能电容C通过电感L提供。当开关管关断时，交流电压加上电感L的电压给电容C充电，由此来达在功率校正。
本发明的技术解决方案有两种：
(1)整流桥DB11的输入端接交流工频电源，输出端并接电容C11。整流桥DB11的输出端正极接电感L11的次级线圈LS11一端、二极管D12的阳极、二极管D13的阳极并与电容C3的一端连接。电感L11的次级线圈LS11的另一端接二极管D11的阳极；二极管D11的阴极接电容C12的正极，电容C12的负极接整流桥输出的负极。二极管D13的阴极接电感L11的初级线圈LP11一端、电容C12的正极、二极管D11的阴极；电感L11的初级线圈LP11的另一端(此端与电感次级线圈LS11接二极管D11阳极的那一端为同名端)接电容C13一端、二极管D12的阴极和变压器T11的初级线圈TP11的一端；电容C13的另一端接整流桥DB11的正极端。变压器T11的初级线圈TP11的另一端接开关管Q11的漏极，开关管Q11的源极接整流桥输出的负极。变压器T11的次级接次级输出线路。
(2)整流桥DB21的输入端连接交流电源，电容C21并接在整流桥DB21的输出端。整流桥DB21的输出正极接二极管D21、D23的阳极、电容C23的一端以及高频变压器T21第一组初级线圈TP21的一端；高频变压器第一组初级线圈TP21的另一端接二极管D21的阳极；二极管D21的阴极接二极管D23的阴极、电感L21的一端以及电容C22的正极；电容C22的负极接整流桥输出的负极；电感L21的另一端接电容C23一端、高频变压器第二组初级线圈TP22和二极管D22的阴极；高频变压器第二组初级线圈TP22的另一端(此端与高频变压器的第一初级线圈TP21接整流桥输出正极那一端为同名端)接开关管Q21的漏极。开关管Q21的源极接整流桥DB21的输出负极。次级线圈接次级回路(一般是整流电路)。
附图说明
图1是本发明的第一种实现方式。
图2是本发明的第二种实现方式。
具体实施方式
图1的具体接法如下：
整流桥DB11的输入端接交流工频电源，输出端并接电容C11。整流桥DB11的输出端正极接电感L11的次级线圈LS11一端、二极管D12的阳极、二极管D13的阳极并与电容C13的一端连接。电感L11的次级线圈LS11的另一端接二极管D11的阳极；二极管D11的阴极接电容C12的正极，电容C12的负极接整流桥输出的负极。二极管D13的阴极接电感L11的初级线圈LP11一端、电容C12的正极、二极管D11的阴极；电感L11的初级线圈LP11的另一端(此端与电感次级线圈LS11接二极管D11阳极的那一端为同名端)接电容C13一端、二极管D12的阴极和变压器T11的初级线圈TP11的一端；电容C13的另一端接整流桥DB11的正极端。变压器T11的初级线圈TP11的另一端接开关管Q11的漏极，开关管Q11的源极接整流桥输出的负极。变压器T11的次级接次级输出线路。
其工作原理如下：
交流电通过整流桥DB11后产生波动直流电压，此波动直流电压通过二极管D12加开关变压器T11初级线圈TP11上；电容C13上的电压加上整流桥DB11后产生波动直流电压也加在开关变压器T11初级线圈TP11上；同时电容C12上的电压通过电感L11的初级LP11同样也在加开关变压器T11的初级线圈TP11上。
当在交流电压峰值及附近时，当开关管Q11导通时，由于加在电感L11初级LP11上电压较小(VLP11＝V2C-VC1)和电感LP11的存在，电流主要由整流桥产生的波动直流直接提供，电流经过高频变压器T11的初级线圈TP11、开关管Q11，回到整流桥的输出负极和电容C12的负极。此时电感初级线圈TP11上电流较小，变压器T11上的转换电能主要由交流电源直接提供。在此期间，变压器向次级线路供电((1)对于正激式电源，此时、当开关管Q11导通在变压器T11的次级产生感生电压给次级线路充电(即初级的电能转换成次级电能)；(2)对于反激式电源，此时、将电流的电能转换变压器T11的磁能，当开关管Q11关断时，将变压器T11磁能转化成次极电能。)。当开关管Q11断开时，电感L11上贮存的电能初级LP11向电容C13充电，电感L11的次级LS11上电能及整流后的波动直流一起通过二极管D11给电容C12充电。
在交流电压波容及附近时，当开关管Q11导通时，由于电感两端的电压差比较大(VLP11＝VC2-VC1)，变压器中T11转化的电能主要由贮存的C12上的电能提供。此时电流通过电感L11的初级LP11，变压器T11的初级线圈TP11，开关管Q11，回到整流桥的负极和电容C12的负极。在此期间，变压器T11向次级线路供电((1)对于正激式电源，此时、当开关管Q11导通在变压器T11的次级产生感生电压给次级线路充电(即初级的电能转换成次级电能)；(2)对于反激式电源，此时、将电流的电能转换变压器T11的磁能，当开关管Q11关断时，将变压器T11磁能转化成次极电能。)。当开关管Q11断开时，电感L11上贮存的电能初级线圈LP11向电容C13充电，次级线圈LS11上电压加上整流后的波动直流一起通过二极管D11给电容C12充电。
根据电路的需要可以选择适当的C13电容值，电感L11初级线圈的电感值以及它的初级线圈与次级线圈的匝数比，使得加在高频变压器T11初级线圈上的电压在20％-25％范围波动，以实现功率因数校正。
图2的具体接法如下：
整流桥DB21的输入端连接交流电源，电容C21并接在整流桥DB21的输出端。整流桥DB21的输出正极接二极管D21、D23的阳极、电容C23的一端以及高频变压器T21第一组初级线圈TP21的一端；高频变压器第一组初级线圈TP21的另一端接二极管D21的阳极；二极管D21的阴极接二极管D23的阴极、电感L21的一端以及电容C22的正极；电容C22的负极接整流桥输出的负极；电感L1的另一端接电容C13一端、高频变压器第二组初级线圈TP22和二极管D22的阴极；高频变压器第二组初级线圈TP22的另一端(此端与高频变压器的第一初级线圈TP21接整流桥输出正极那一端为同名端)接开关管Q21的漏极。开关管Q21的源极接整流桥DB21的输出负极。次级线圈接次级回路(一般是整流电路)。
其工作原理如下：
交流电通过整流桥DB21后产生波动直流电压，此波动直流通过二极管D22直接加在高频开关变压器第二组初级线圈TP22上，电容C23上的电压加上整流桥DB21后产生波动直流电压也加在高频开关变压器第二组初级线圈TP22上，同时电容C22上的电压通过电感L21同样也加高频变压器第二的初级线圈TP22上。
在交流电压峰值及附近时，由于加在电感L21上电压较小(VLP1＝VC2-VC1)和电感L21的存在，此时电感初级线圈上电流较小，此时高频变压器上的转换电能主要由交流电源直接提供，在此期间，高频变压器向次级线路供电((1)对于正激式电源，此时、当开关管Q21导通在变压器T21的次级产生感生电压给次级线路充电(即初级的电能转换成次级电能)；(2)对于反激式电源，此时、将电流的电能转换变压器T21的磁能，当开关管Q21关断时，将变压器T21磁能转化成次极电能。)。当开关管Q21断开时，电感L21上贮存的电能向电容C23充电，高频变压器T21上电能及整流后的波动直流通过高频变压器第一组线圈TP21、二极管D21给电容C22充电。
在交流电压波容及附近时，由于电感两端的电压差比较大(VLP1＝VC2-VC1)，高频变压器中T21的电能主要由贮存的C22上的电能提供。当开头管Q21导通时，此时电流通过电感L21，高频变压器T21第二组的初级线圈TP22，开关管Q21，硅整流的负极形成电流。在此期间，高频变压器T21次级线路供电((1)对于正激式电源，此时、当开关管Q21导通在变压器T21的次级产生感生电压给次级线路充电(即初级的电能转换成次级电能)；(2)对于反激式电源，此时、将电流的电能转换变压器T21的磁能，当开关管Q21关断时，将变压器T21磁能转化成次极电能。)。当开关管Q21断开时，电感L21上贮存的电能向电容C23充电，高频变压器T21上电能及整流后的波动直流通过高频变压器第一组线圈TP1、二极管D21给电容C22充电。
根据电路的需要可以选择适当的C23电容值，高频变压器的初级线圈的电感值以及高频变压器2组初级线圈的匝数比，使得加在高频变压器T21初级第二组线圈TP22上的电压在20％-25％范围波动，以实现功率因数校正。

Claims (7)

1.一直流电源包括电源整流电路、直接供电电路，电容补充供电电路、功率因数补尝电路与电能转换电路；
直接供电电路包括第二二极管(D12)、变压器初级线圈(TP11)、开关管(Q11)，其特征是第二二极管(D12)阳极接整流电路输出正极，阴极接变压器初级线圈(TP11)一端，初级线圈(TP11)的另端接开关管(Q11)的一端，开关管(Q11)的另一端接整流电路输出的负极；
电容补充供电电路包括第二电容(C12)、电感初级线圈(LP11)、变压器初级线圈(TP11)、开关管(Q11)；其特征是电感初级线圈(LP11)的一端与第二电容(C12)的正极一起接第一二极管(D11)的阴极、第三二极管(D13)的阴极；电感初极线圈(LP11)的另一端接变压器初级线圈(TP11)的一端、第二二极管(D12)的阴极；第二电容(C12)的负极和整流电路输出的负极相连；变压器初级线圈(TP11)的另一端接第一开关管(Q11)的一端，开关管(Q11)另一端接整流电路输出的负极；
功率因数补尝电路包括第一二极管(D11)、第二二极管(D13)，第三电容(C13)、第二电容(C12)，电感(L11)的初级线圈(LP11)、电感(L11)的次级线圈(LS11)；其特征是电感(L11)的次级(LS11)一端接整流电路输出正极，其另一端接第一二极(D11)的阳极；第一二极管(D11)的阴极接第二电容(C12)的正极、第三二极管(D13)的阴极、电感(L11)的初级线圈(LP11)的一端；电感L11的初级线圈(LP11)的另一端接变压器的初极线圈(TP11)的一端、第三电容(C13)的一端、第二二极管(D12)的阴极；第三二极管(D13)的阳极接整流电路整流电路输出正极、第三电容(C13)的另一端；第二电容(C12)的负极接整流电路输出负极；
电能转换电路包括变压器(T11)的初级线圈(TP11)、变压器(T11)的次级线圈和次级线路；其特征是变压器的初级线圈(TP11)一端接电感初级线圈(LP11)的一端、第二二极管(D12)的阴极、第三电容(C13)的一端；变压器初级线圈(TP11)的另一端接第一开关管(Q11)的一端，第一开关管(Q11)的另一端接整流桥输出负极；变压器的次级接次级线路；
整流电路包括整流桥(DB11)和第一电容(C11)，其中整流桥(DB11)输入接交流电源，输出并接第一电容(C11)。
2.根据权利要求1所述一直流电源，功率补尝电路中适当调整电感(L11)的电感数值并初级线圈与次级线圈的匝数比，同样调整第三电容(C13)的容值，以达到最佳效果，。
3.根据权利要求1所述一直流电源，第一开关管(Q11)是MOS管、或是三极管，或是IGBT管。
4.一直流电源包括电源整流电路、直接供电电路，电容补充供电电路、功率因数补尝电路与电能转换电路。
直接供电电路包括第二二极管(D22)、变压器(T21)第二初级线圈(TP22)、开关管(Q21)；其特征是第二二极管(D22)阳极接整流桥输出正极，阴极接变压器(T21)第二组初级线圈(TP22)一端，第二组初级线圈(TP22)的另端接开关管(Q21)的一端，开关管(Q21)的另一端接整流桥输出的负极；
电容补充供电电路包括第二电容(C22)，电感(L21)、变压器(T21)的第二组初级线圈(TP22)、开关管(Q21)；其特征是电感(L21)的一端与第二电容(C22)的正极一起接第一二极管(D21)的阴极、第三二极管D23的阴极；电感(L21)的另一端接变压器第二组初级线圈(TP22)的一端、第二二极管(D22)的阴极，变压器第二组初级线圈(TP22)的另端接开关管(Q21)的一端，开关管(Q21)的另一端接第二电容(C22)的负极和整流电路输出的负极。
功率因数补尝电路包括第一二极管(D21)、第三二极管(D23)，第三电容(C23)、第二电容(C22)，电感(L21)、变压器(T21)的第一组初级线圈(LP21)；其特征是变压器(T21)的第一组初级线圈(LP21)一端接源整流电路整流电路输出正极，其另一端接第一二极管(D21)的阳极，第一二极管D21的阴极接第二电容(C22)的正极、第三二极管(D23)的阴极、电感(L21)一端；电感(L21)的另一端接变压器的第二组初极线圈(TP22)的一端、第三电容(C23)的一端、第二二极管(D22)的阴极；第三二极管(D23)的阳极接整流电路整流电路输出正极、第三电容(C23)的另一端；第二电容(C22)的负极接整流电路输出负极；
电能转换电路包括变压器(T21)的第二初级线圈(TP22)、次级线圈和次级线路；其特征是变压器的第二组初级线圈一端接电感(L21)的一端、第二二极管(D22)的阴极、第三电容(C23)，第二组初级线圈另一端接开关管一端，开关管另一端接整流输出负极；变压器(T21)的次级接次级线路。
5.根据权利要求4所述一直流电源，功率补尝电路中适当调整变压器(T21)的第一组初级线圈与第二组初级线圈的匝数比，同样调整第三电容(C23)的容值，以达到最佳效果。
6.根据权利要求4所述一直流电源，开关管(Q21)是MOS管、或是三极管、或是IGBT管。
7.根据权利要求4所述一直流电源，是电感(L21)是独立的，或是作为变压器的另一组线圈。
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