CN102938608B - 一种功率因数校正电路的无源元件集成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率因数校正电路的无源元件集成装置。无源元件集成装置由第一、二、三和四绕组绕制在一对磁芯上构成，这四个绕组是柔性多层带材或集成电感与分立电容组成的四端网络；第一绕组与第二绕组绕在磁芯边柱上，绕向相同，第一绕组一端与电源相连，另一端与第二绕组相连，第二绕组的另一端与整流桥输入相连；第一、二绕组形成的集总等效电路为共模电感与差模电容构成的四端网络；第三绕组与第四绕组绕在磁芯中柱上，绕向相反；第三、四绕组形成的集总等效电路为新合成电感与共模电容构成的四端网络。本发明既缩减了电路中无源元件的数量，又减小了无源元件的体积，还削弱了分布参数对电路性能的影响。

Description

一种功率因数校正电路的无源元件集成装置
技术领域
本发明涉及一种开关电源装置，尤其涉及一种功率因数校正电路的无源元件集成装置。
背景技术
为了减少电子设备对交流电网的谐波污染，保证电网的供电质量，很多国家提出了限制输入电流谐波的标准对用电设备的输入电流谐波含量加以限制，其中最有影响力的是IEC61000-3-2，我国也颁布了相应的国家标准。因此，高功率因数和较低的总谐波失真系数成为接入电网电子设备的一个基本要求。解决这种问题的一种主要方法是使用功率因数校正电路。
功率因数校正电路通常由电源、电磁干扰滤波器、整流桥、Boost电感、开关及整流输出构成，它是用来改善电子或电力设备和产品的功率因数值的裝置。功率因数值越高代表电力的使用效率越高，功率因数校正电路不但可以提高配电设备及其配线的利用率，而且可以降低设备的装置容量。国家规定电子和电气产品的功率因数值必須达到某一标准以上，才能在市场上销售，特别是消费性电子产品和家用电器。
带电磁干扰滤波器的功率因数校正电路通常包含以下无源元件：Boost电感、共模电感、差模电感、共模电容和差模电容。如果均采用分立元件实现，则元件数量多，且各元件大小不一、形状各异、对空间的利用率不高。在中小功率开关电源中，这些无源元件的体积占电路总体积的30%~40%，低的空间利用率同时也降低电力电子设备的功率密度。而且分立元件的寄生参数，如电感的等效并联电容、电容器的引脚电感和布线布局，会对功率因数校正电路的性能产生不利影响。
发明内容
针对分立元件的功率因数校正电路中存在的问题，本发明提供一种功率因数校电路的无源元件集成装置。
本发明的技术方案如下：
一种功率因数校正电路的无源元件集成装置，由第一、二、三和四绕组绕制在一对磁芯上构成，所述的四个绕组是柔性多层带材，或集成电感与分立电容组成的四端网络，所述的第一绕组与第二绕组分别绕制在磁芯边柱上，绕向相同，第一绕组输入端与电源相连，输出端与第二绕组的输入端相连，第二绕组的输出端与整流桥输入端相连；所述的第一、二绕组形成的集总等效电路为共模电感与差模电容集成的四端网络；所述的第三绕组与第四绕组绕在磁芯中柱上，绕向相反，第三绕组输入端与整流桥输出正极相连，输出端与开关及整流输出的高压端相连，第四绕组输入端与整流桥输出负极相连，输出端与开关及整流输出的低压端相连；所述的第三、四绕组形成的集总等效电路为新合成电感与共模电容集成的四端网络。
所述的磁芯可以是EE型、EI型、Planar E型、EC型、EFD型、EQ型、ER型、Planar ER型、ETD型。
所述的电源的1端和2端分别与第一绕组的输入3端和4端相连，第一绕组的输出5端和6端分别与第二绕组的输入7端和8端相连，第二绕组的输出9端和10端分别与整流桥的输入11端和12端相连。
所述的第三绕组的第一导体层输入15端与整流桥的输出正极14端相连，第一导体层输出17端与开关及整流输出的23端相连；第四绕组的第一导体层输入19端与整流桥的输出负极14端相连，第一导体层输出21端与开关及整流输出的24端相连；第三绕组的第二导体层输入16端与第四绕组的第二导体层输入20端共同接在大地或机壳上。
本发明的有益效果是：
将差模电感与Boost电感合成为一个新电感，减小了功率因数校正电路中无源元件的数量；利用柔性多层带材将新电感、共模电感、差模电容和共模电容集成在一个磁件中，提高了电感与电容元件的空间利用率，减小电感与电容元件的体积，削弱了元件分布参数的寄生振荡对电路性能的影响。
附图说明
图1为功率因数校正电路的无源元件集成装置示意图；
图2为本发明柔性多层带材结构示意图。其中，(a)为单层电解质柔性多层带材，(b)为交错并联柔性多层带材；
图3为本发明分布参数模型和集总参数模型结构示意图。其中，(a)为分布参数模型，(b)为集总参数模型；
图4为本发明采用集成电感与分立电容的电路连接示意图；
图5为本发明集总模型结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步说明本发明。
无源元件集成装置利用差模电感和Boost电感对差模噪音都起到一定的抑制作用，改变差模电感在电路中的位置，将其由整流器前端变为直接与Boost电感相连接，将两类电感合成为一个新合成电感。一种功率因数校正电路的无源元件集成装置，由第一、二、三和四绕组绕制在一对磁芯上构成，所述的四个绕组是柔性多层带材，或集成电感与分立电容组成的四端网络，所述的第一绕组与第二绕组分别绕制在磁芯边柱上，绕向相同，第一绕组输入端与电源相连，输出端与第二绕组的输入端相连，第二绕组的输出端与整流桥输入端相连；所述的第一、二绕组形成的集总等效电路为共模电感与差模电容集成的四端网络；所述的第三绕组与第四绕组绕在磁芯中柱上，绕向相反，第三绕组输入端与整流桥输出正极相连，输出端与开关及整流输出的高压端相连，第四绕组输入端与整流桥输出负极相连，输出端与开关及整流输出的低压端相连；所述的第三、四绕组形成的集总等效电路为新合成电感与共模电容集成的四端网络。
所述的磁芯可以是EE型、EI型、Planar E型、EC型、EFD型、EQ型、ER型、Planar ER型、ETD型。
所述的电源的1端和2端分别与第一绕组的输入3端和4端相连，第一绕组的输出5端和6端分别与第二绕组的输入7端和8端相连，第二绕组的输出9端和10端分别与整流桥的输入11端和12端相连。
所述的第三绕组的第一导体层输入15端与整流桥的输出正极14端相连，第一导体层输出17端与开关及整流输出的23端相连；第四绕组的第一导体层输入19端与整流桥的输出负极14端相连，第一导体层输出21端与开关及整流输出的24端相连；第三绕组的第二导体层输入16端与第四绕组的第二导体层输入20端共同接在大地或机壳上。
所述的柔性多层带材包括第一导体层、第二导体层、电介质薄膜和绝缘层；所述的第一、二绕组采用交错并联柔性多层带材，第一导体层和第二导体层由多个导体层并联，每个导体层中嵌入电介质薄膜；所述的第三、四绕组采用单层电解质柔性多层带材，第一导体层和第二导体层只有单层导体，导体层中间嵌入电介质薄膜。
实施例1
参照图1，采用柔性多层带材作为绕组的一种功率因数校电路的无源元件集成装置。所述的无源元件集成装置由第一、二、三和四绕组绕制在一对磁芯构成。结合图2，边柱上的第一、二绕组由交错并联柔性多层带材绕制而成，两者绕向相同，匝数相同。中柱上的第三、四绕组由单层电解质柔性多层带材绕制而成，两者绕向相反，匝数相同。
参照图1和图3，电源的1端和2端分别与第一绕组的输入3端和4端相连，第一绕组的输出5端和6端分别与第二绕组的输入7端和8端相连，第二绕组的输出9端和10端分别与整流桥的输入11端和12端相连；所述的第一、二绕组形成的集总等效电路为共模电感与差模电容集成的四端网络。
参照图1和图3，第三绕组的第一导体层输入15端与整流桥的输出正极14端相连，第一导体层输出17端与开关及整流输出的23端相连；第四绕组的第一导体层输入19端与整流桥的输出负极14端相连，第一导体层输出21端与开关及整流输出的24端相连；第三绕组的第二导体层输入16端与第四绕组的第二导体层输入20端共同接在大地或机壳上；所述的第三、四绕组形成的集总等效电路为新合成电感与共模电容集成的四端网络。
连接后，无源元件集成方式的分布参数模型和集总参数模型分别如图3(a)和(b)所示。
实施例2
参照图4，采用集成电感与分立电容的一种功率因数校正电路的无源元件集成装置。所述的无源元件集成装置由第一、二、三和四绕组绕制在一对磁芯构成。边柱上的第一、二绕组由双绞线绕制而成，两者绕向相同，匝数相同。中柱上的第三、四绕组由单线绕制而成，两者绕向相反，匝数相同。
参照图4和图5，电源的1端和2端分别与第一绕组的输入3端和4端相连，3端和4端之间接有差模电容C X ；第一绕组的输出5端和6端分别与第二绕组的输入7端和8端相连；第二绕组的输出9端和10端分别与整流桥的输入11端和12端相连，9端和10端之间接有差模电容C X ；所述的第一、二绕组与两个电容C X 形成的集总等效电路为共模电感与差模电容集成的四端网络。
参照图4和图5，第三绕组与第四绕组采用单导线绕在磁芯中柱上，绕向相反；第三绕组的输入15端与整流桥的输出正极13端相连，其输出17端与开关管S的23端相连；第四绕组的输入19端与整流桥的输出负极14端相连，其输出21端与开关管S的24端相连；15端与21端串联两个共模电容C Y ，两个电容的中点接向大地或机壳；所述的第三、四绕组与两个共模电容C Y 形成的集总等效电路为新合成电感与共模电容集成的四端网络。
连接后，无源元件集成方式的集总模型分别如图5所示。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种功率因数校正电路的无源元件集成装置，其特征在于，它由第一、二、三和四绕组绕制在一对磁芯上构成，所述的四个绕组是柔性多层带材，或集成电感与分立电容组成的四端网络，所述的第一绕组与第二绕组分别绕制在磁芯边柱上，绕向相同，第一绕组输入端与电源相连，输出端与第二绕组的输入端相连，第二绕组的输出端与整流桥输入端相连；所述的第一、二绕组形成的集总等效电路为共模电感与差模电容集成的四端网络；所述的第三绕组与第四绕组绕在磁芯中柱上，绕向相反，第三绕组输入端与整流桥输出正极相连，输出端与开关及整流输出的高压端相连，第四绕组输入端与整流桥输出负极相连，输出端与开关及整流输出的低压端相连；所述的第三、四绕组形成的集总等效电路为新合成电感与共模电容集成的四端网络。
2.根据权利要求1所述一种功率因数校正电路的无源元件集成装置，其特征在于，所述的磁芯是EE型、EI型、Planar E型、EC型、EFD型、EQ型、ER型、Planar ER型、ETD型。
3.根据权利要求1所述一种功率因数校正电路的无源元件集成装置，其特征在于，所述的柔性多层带材包括第一导体层、第二导体层、电介质薄膜和绝缘层；所述的第一、二绕组采用交错并联柔性多层带材，第一导体层和第二导体层由多个导体层并联，每个导体层中嵌入电介质薄膜；所述的第三、四绕组采用单层电解质柔性多层带材，第一导体层和第二导体层只有单层导体，导体层中间嵌入电介质薄膜。
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