CN104040858A

CN104040858A - 单级高功率因数开关电源

Info

Publication number: CN104040858A
Application number: CN201280027451.3A
Authority: CN
Inventors: 林福泳; 林福祥
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2014-09-10
Also published as: AU2012202371A1

Abstract

一种单级高功率因数电源，包括电感(L20)、正激式变压器(T20)和主变压器(T21)。正激式变压器的初级线圈与主变压器的初级线圈串联。正激式变压器用作功率因数校正，主变压器用作将初级电能转换为次级电能。电感用作限制功率因数校正电流和续流作用。

Description

单级髙功率因数开关电源

技术领域

本发明属于开关电源，特别是一种高功率因数直流电源。

背景技术

传统的开关电源是在整流硅桥后直接接一个滤波电容，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的电力利用率较低。为了减少非线性电流，并达到国际标准 ENG1000-3- 2，人们提出各种各样的方法来提高功率因数，其中有无源功率因数校正电路，其功率因数在 80%-- 90%之间；还有一种是有源功率因数校正线路，此种线路功率因数可达 99%。有源线路最成功的是二阶功率校正线路，其原理是先将整流后的波动直流电的电压提高到特定的电压，并形成稳定的直流电压后，再将此直流电变换成我为输出直流电。此线路也存在着一些缺点，一、它开始工作时有较大的冲击电流；二、它将现有的电压提升，从而增加了对后续功率转换元件的要求（即开关管的要求），目前高功率因数电源的损坏多属于这个原因;三、由于增加了一阶线路也增加了电源的自身损耗。此外人们还提出许多单阶高功率因数电源，这些线路多数以牺牲线路可靠性为代价，是不可取的。本人提出一种稳定可靠、高效节能并成本低的高功率因数直流电源。

发明内容

本发明的目的是提供一种稳定、高效并成本低的高功率因数（PFC) 直流电源。

本发明的基本原理是利用正激式变压器的初级线圈与主变压器初级线圈串联。将串联电路一部分电能用来校正电流输入波形并将串联电路大部分电能转换成次级电能。本发明不局限于具体的线路,根据本发明原理可以设计出多种不同的线路都应属于本发明后附的权利要求的保护范围附图说明

图 1、是本发明单级正激式或反激式单管高功率因数直流电源。

图 2、是本发明半桥或全桥及 LLC高功率因数电路。

图 2a、半桥或全桥及 LLC高功率因数电路不同连接方式。

图 3、是本发明 110V半桥或全桥及 LLC高功率因数电路。

图 4、是单管髙功率因数初级电路。

图 5、是半桥高功率因数初级电路。

图 6、是输入电流波形图。

单管髙功率因数直流电源（图 1 )

具体连接方式是

参考图 1、

整流桥 BD10输入两端接工频交流电源；

第一电容 C10并接在两端。

电感 L10的第一接线端接整流桥 BD10输出的正极；

第一二极管 D10的阳极接电感 L10的第二接线端；

第二二极管 D11的阳极接电感 L10的第二接线端；

正激式变压器 T10 有二个线圈，正激式变压器的初级线圈和正激式变压器的校正线圈,校正线圈的第一接线端接第一二极管 D10的阴极，其第二接线端接第二二极管 D11的阴极, 第二电容 C11的正极端接正激式变压器的校正线圈第二接线端及第二二极管 D11的阴极, 第二电容 C11的负极端接整流桥 BD10输出负极端；正激式变压器的初级线圈第二接线端接第二电容 C11的正极端，正激式变压器的初级线圈第一接线端串接主变压器的初级线圏。

其工作原理如下- 当开关电源的开关管导通时，电容 C11的放电电流通过正激式变压器 T10的初级线圈，主变压器 T11初级及开关管，同时输入电流通过电感 L10, 正激式变压器的校正线圈及第一二极管 D10给第二电容 C11充电。开关电源的开关管断开时，输入电流通过电感 L10及第二二极管 D11继续给第二电容 C11.

电感 L10, 正激式变压器的校正线圈和第一二极管 D10组成的电路及第二电容 C11的串联电路可以有不同的连接顺序。

正激式变压器的校正线圈与正激式变压器的初级线圈的匝数比为 2-3 : 1。

电感 L10的取值较小，电感 L10—般选在使得继流二管 D11在开关管导通时已经关断以避勉继流二管 D11产生大的反向电流通过继流二管 Dl l。同时有足够储能。半桥或全桥及 LLC髙功率因数电路（图 2 )

具体连接方式是

参考图 2、

具体连接方式是：

第一电容 C20并接在两端；

电感 L20的第一接线端接整流桥 BD20输出的正极；

第一二极管 D20的阳极接电感 L20的第二接线端；

第二二极管 D21的阳极接电感 L20的第二接线端；

正激式变压器 T20有三个线圈,正激式变压器的初级线圈，正激式变压器的第一校正线圈 T20cl和正激式变压器的第二校正线圈 T20C2 , 第一校正线圈的第一接线端接第一二极管 D20的阴极，第二校正线圈的第二接线端接接第二二极管 D21的阴极；正激式变压器 T20 的初级线圈串接主变压器 T22的初级线圈；正激式变压器的第一校正线圏 T20c l的第一接线端与正激式变压器的第二校正线圈 T20c2的第一接线端互为同名端；

第二电容 C22的正极端接正激式变压器的第一校正线圈 T20cl的第二接线端和正激式变压器的第二校正线圈 T20c2的第一接线端，第二电容 C22的负极端接整流桥 BD20输出的负极端；

电感 L20,第一二极管 D20、第二二极管 D21 , 正激式变压器的第一校正线圈，正激式变压器的第二校正线圈和电容 C22组成串联电路，串联电路中电感 L20、第一二极管 D20、二二极管 D21 ,正激式变压器的第一校正线圏、正激式变压器的第二校正线或不同元件顺序。电感 L20,第一二极管 D20、第二二极管 D21 , 正激式变压器的第一校正线圈，正激式变压器的第二校正线圈的串联电路或接在整流桥 BD20输入负极与第二电容 022负极之间。

其工作原理如下（以半桥式电源为例）：

当半桥开关电源的第一开关管导通时，电流通过正激式变压器 T20的初级线圈和主变压器 T22的初级线圈，此时正激式变压器的第一校正线圈 T20cl与正激式变压器的第二校正线圈 T20c2有感应电压,输入电压与正激式变压器的第一校正线圈 T20c l的感应电压通过电感 L20,第一二极管 D20及正激式变压器的第一校正线圈 T20cl对电容 C22充电，当第一开关管断开时，电感 L20感应电压和输入电压通过电感 L20, 第二二极管 D21和正激式变压器的第二校正线圈 T20c2对电容 C22充电。当半桥开关电源的第二开关管导通时，电流主变压器 T22的初级线圈和正激式变压器 T20的初级线圈，此时正激式变压器的第一校正线圈 T20cl与正激式变压器的第二校正线圈 T20c2有感应电压,输入电压与正激式变压器的第二校正线圈 T20c2的感应电压通过电感 L20,第二二极管 D20及正激式变压器的第二校正线圈 T20c2对电容 C22充电。当第二开关管断开时，电感 L20感应电压和输入电压通过电感 L20, 第一二极管 D20和正激式变压器的第一校正线圈 T20cl对电容 C22充电。

110V半桥或全桥及 LLC高功率因数电路

具体连接方式是（参考图 3 )

正激式变压器 T30有三个线圈，正激式变压器的初级线圈 T30s, 正激式变压器的第一校正线圏 T30cl和正激式变压器的第二校正线圈 T30c2。输入火线接正激式变压器的第一校正线圈 T30cl的第一接线端和正激式变压器的第二校正线圈 T30c2的第二接线端：第一二极管 D31的阴极接正激式变压器的第一校正线圈 T30cl的第二接线端；第二二极管 D30的阳极接正激式变压器的第一校正线圈 T30cl的第二接线端；第三二极管 D32的阳极接正激式变压器的第二校正线圈 T30c2的第一接线端；第四二极管 D33的阴极接正激式变压器的第二校正线圈 T30c2的第一接线端；第一二极管 D31的阳极接第四二极管 D33的阳极；

第二二极管 D30的阴极接第三二极管 D32的阴极；

第一电容 C30的正极接第二二极管 D30的阴极和第三二极管 D32的阴极；

第二电容 C31的正极接第一电容 C30的负极,第二电容 C31的阴极接第一二极管 D31的阳极和第四二极管 D33的阳极：

电感 L30的第一接线端接零线，电感 L30的第二接线端接第二电容 C31的正极和第一电容 C30的负极；

正激式变压器的初级线圈 T30s与主变压器的初级线圈串联。

其工作原理如下（以半桥式电源为例）

当火线电压高于中线电压，当半桥开关电源的第一开关管导通时，电流通过正激式变压器 T30的初级线圈和主变压器 T32的初级线圈，此时正激式变压器的第一校正线圈 T30cl与正激式变压器的第二校正线圈 T20c2有感应电压,输入电压与正激式变压器的第一校正线圈 T30cl的感应电压通过第二二极管 D30及正激式变压器的第一校正线圈 T30cl及电感 L30对电容 C30充电。当第一开关管断开时，电感 L30感应电压和输入电压通过第三二极管 D32及正激式变压器的第二校正线圈 T30c2及电感 L30对电容 C30充电。当半桥开关电源的第二开关管导通时，此时正激式变压器的第一校正线圈 T30cl与正激式变压器的第二校正线圈 T20c2有感应电压，输入电压与正激式变压器的第二校正线圈 T30c2的感应电压通过第三二极管 D32及正激式变压器的第二校正线圈 T30c2及电感 L30对电容 C30充电。当第二开关管断开时，电感 L30感应电压和输入电压通过第二二极管 D30及正激式变压器的第一校正线圈 T30cl及电感 L30对电容 C30充电。

当火线电压低于中线电压，当半桥开关电源的第一开关管导通时，电流通过正激式变压器 T30的初级线圈和主变压器 T32的初级线圈，此时正激式变压器的第一校正线圈 T30cl与正激式变压器的第二校正线圈 T20c2有感应电压,输入电压与正激式变压器的第二校正线圈 T30c2的感应电压通过第四二极管 D33及正激式变压器的第二校正线圈 T30c2及电感 L30对电容 C31充电。当第二开关管断开时，电感 L30感应电压和输入电压通过第一二极管 D31及正激式变压器的第一校正线圈 T30cl及电感 L30对电容 C31充电。当半桥开关电源的第二开关管导通时，电流通过正激式变压器 T30的初级线圈和主变压器 T32的初级线圈，此时正激式变压器的第一校正线圈 T30cl与正激式变压器的第二校正线圈 T20c2有感应电压，输入电压与正激式变压器的第一校正线圈 T30cl的感应电压通过第一二极管 D31 及正激式变压器的第一校正线圈 T30cl及电感 L30对电容 C31充电。当第一开关管断开时，电感 L30感应电压和输入电压通过第四二极管 D33及正激式变压器的第二校正线圈 T30c2 及电感 L30对电容 C31充电。

Claims

权利要求

1. 一高功率因数电源、包括整流桥 BD10、二极管（D10， Dll)、电感 L10、电容（C10、 Cl l )、正激式变压器 T10、主变压器 Til;

整流桥 BD10输入两端接工频交流电源；

第一电容 C10并接在两端。

电感 L10的第一接线端接整流桥 BD10输出的正极；

第一二极管 D10的阳极接电感 L10的第二接线端；

第二二极管 D11的阳极接电感 L10的第二接线端；

正激式变压器 T10有两个线圈，正激式变压器的初级线圈和正激式变压器的校正线圈,校正线圈的第一接线端接第一二极管 D10的阴极，其第二接线端接第二二极管 D11的阴极。第二电容 C11的正极端接正激式变压器的校正线圈第二接线端以及第二二极管 D11的阴极，第二电容 C11的负极端接整流桥 BD10输出负极端；

电源线路输入接第二电容 C11 的两端，正激式变压器的初级线圈第一接线端接第二电容 C11的正极端，正激式变压器的初级线圏第二接线端串接主变压器 T11的初级线圈。
2. 根据权利要求 1一高功率因数电源其特征在于，正激式变压器 T10的初级线圏与主变压器 T11的初级线圈串接，将串联电路小部分电能转换成功率因数校正的电能，串联电路大部分电能转换成次级的电能。
3. 根据权利要求 1，一高功率因数电源其特征在于电感 L10,第一二极管 D10及正激式变压器 T10的校正线圈组成串联电路，用于给第二电容 C11充电；此串联电路或不同的元件顺序但原理相同；此串联电路或接在整流桥 BD10输出的负极与第二电容 C11负极之间，作用效果一样。
4. 根据权利要求 1，一高功率因数电源其特征在于第二二极管 D11 并接在第一二极管 D10 及正激式变压器 T10的校正线圈组成串联电路的两端，用于将电感 L10的电能释放到第二电容 Cll。
5. 根据权利要求 1,一高功率因数电源其特征在于主变压器是正激式变压器或是反激式变压器。
6. 一高功率因数电源、包括整流桥 BD20、二极管（D20， D21)、电感 L20、电容（C20、 C21、 C22)、正激式变压器 T20、主变压器 Τ22;

整流桥 BD20输入两端接工频交流电源。

第一电容 C20并接在两端；

电感 L20的第一接线端接整流桥 BD20输出的正极；

第一二极管 D20的阳极接电感 L20的第二接线端；

第二二极管 D21的阳极接电感 L20的第二接线端；

正激式变压器 Τ20有三个线圈，正激式变压器的初级线圈，正激式变压器的第一校正线圈 T20cl和正激式变压器的第二校正线圈 T20c2, 第一校正线圈的第一接线端接第一二极管 D20的阴极，第二校正线圈的第二接线端接接第二二极管 D21的阴极；正激式变压器 T20 的初级线圈串接主变压器 T22的初级线圈；正激式变压器的第一校正线圈 T20cl的第一接线端与正激式变压器的第二校正线圈 T20c2的第一接线端互为同名端；

第二电容 C22 (或由两个电容串接）的正极端接正激式变压器的第一校正线圏 T20cl的第二接线端和正激式变压器的第二校正线圈 T20c2的第一接线端，第二电容 C22的负极端接整流桥 BD20输出的负极端；

半桥，全桥级 LLC电源电路的输入两端接第二电容 C22的两极端，半桥，全桥级 LLC电路的初级电路中主变压器 T22的初级线圈与正激式变压器 T20的初级线圈串接；第一二极管 D20、第二二极管 D21 , 正激式变压器的第一校正线圈，正激式变压器的第二校正线圈组成的电路和电容 C22, 电感 L20组成串联电路，串联电路中电感 L20二极管 D20、第二二极管 D21 , 正激式变压器的第一校正线圈、正激式变压器的第二校正线圈组成的电路可以有不同顺序；电感 L20, 第一二极管 D20、二二极管 D21 , 正激式变压器的第一校正线圈，正激式变压器的第二校正线圈的串联电路也可接在整流桥 BD20输出负极与第二电容 C22负极之间。
7. 根据权利要求 6, —髙功率因数电源其特征在于正激式变压器 T20的初级线圈串接主变压器 T21 的初级线圈，将串联电路小部分电能转换成功率因数校正的电能，串联电路大部分电能转换成次级的电能。
8. 根据权利要求 6, —高功率因数电源其特征在于，正激式变压器 T20的第一校正线圈与第二校正线圈的异名端相连，其另两异名端分别接第一二极管 D20,, 第二二极管 D22的相同极性端，第一二极管 D20、第二二极管, D21的另两相同极性端相接，正激式变压器 T20校正线圈与二极管组成的电路再与电感 L20和电容 C21组成串联电路，用于给第二电容 C22充电；串联电路中的正激式变压器校正线圈与二极管组成的电路和电感 L20及电容 C22的连接顺序可以互换。
9. — 110V髙功率因数电源包括二极管（D30, D31 , D32， D33)、电感 L30、电容（C30、 C31 )、正激式变压器 T30、主变压器 T31;

正激式变压器 Τ30有三个线圈，正激式变压器的初级线圈 T30s, 正激式变压器的第一校正线圈 T30cl和正激式变压器的第二校正线圈 T30c2。输入火线接正激式变压器的第一校正线圈 T30cl的第一接线端和正激式变压器的第二校正线圈 T30c2的第二接线端；第一二极管 D31的阴极接正激式变压器的第一校正线圈 T30cl的第二接线端；第二二极管 D30的阳极接正激式变压器的第一校正线圈 T30cl的第二接线端；第三二极管 D32的阳极接正激式变压器的第二校正线圈 T30c2的第一接线端；第四二极管 D33的阴极接正激式变压器的第二校正线圏 T30c2的第一接线端；第一二极管 D31的阳极接第四二极管 D33的阳极；

第二二极管 D30的阴极接第三二极管 D32的阴极；

第一电容 C30的正极接第二二极管 D30的阴极和第三二极管 D32的阴极；

第二电容 C31的正极接第一电容 C30的负极，第二电容 C31的阴极接第一二极管 D31的阳极和第四二极管 D33的阳极；

电感 L30的第一接线端接零线，电感 L30的第二接线端接第二电容 C31的正极和第一电容 C30的负极；

正激式变压器的初级线圈 T30s与主变压器的初级线圈串联。
10.根据权利要求 9，一 l lOv高功率因数电源其特征在于正激式变压器 T30的初级线圈串接主变压器 T31 的初级线圈，将串联电路小部分电能转换成功率因数校正的电能，串联电路大部分电能转换成次级的电能。