CN109600060A - 一种改进型反激式电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种该改进型反激开关电源电路，增加了一个拨动开关，使其在高压段工作时，可以工作在高压模式；其在低压段工作时，可以工作在低压模式。方案不仅可以使反激式开关电源电路在高压下可以工作在填谷状态，提高电源电路的功率因数和优化输入电流THD参数，而且可以保证在反激式开关电源输入电压较低时工作在类似倍压状态，提高反激式输入电压大小，使得反激式开关电源在总体设计时的输入范围更加靠近输入电压上限值，减小电源无源器件参数选型指标，提高电源电路的功率密度。

Description

一种改进型反激式电源电路

技术领域

本发明涉及整流滤波领域，特别是涉及反激式开关电源电路。

背景技术

工业、民用领域中都经常需要将各种电网的交流电整流为直流电，在全球电网领域中存在110VAC和220VAC两个电压等级标准，为了让开关电源满足全球电网标准就需要将开关电源的输入电压设计为满足宽范围输入电压要求。这样不仅给电源设计带来了难度而且增加了电路中无源器件的选型规格，增加了电路的体积和重量，同时也带来了较大的成本压力。目前倍压电路可以解决这一问题，通过将低压输入状态下的电压抬升一倍，以减小输入电压范围较宽引起的输出电压宽范围波动。

但是倍压电路的功能只是简单的将低压输入的电压升压至其两倍，除此之外并无其他作用，也不会对功率因数的改善有任何影响。

随着开关电源的应用领域越来越广，功率等级越来越大，开关电源给电网带来的负面影响也越来越受到重视。目前国家对用电电器的功率因数有了进一步的要求，以此达到优化电网电能质量，减小电网在网的无功损耗的目的。随着开关电源的应用领域越来越多，电源功率越来越大，功率因数的要求必然也越来越严格。现在国家标准对消耗75W以上的开关电源都有功率因数的要求。

在低成本、高可靠性的功率因数校正电路应用方案中，无源填谷电路是目前应用最为广泛的一种解决方案。

但是填谷电路因为其具有串联充电，并联放电的工作特点，即在输入电压为高压时给输入大电容充电，在输入电压为低压时，大电容才能够并联放电给直流负载端，因此填谷电路的缺点也非常明显，即，填谷电路的输出电压起伏较大。特别是在电网规格为110VAC的区域内使用填谷电路的方案就会使得其固有缺陷暴露的更加明显。

因此设计一种兼具倍压整流电路和填谷电路性能的反激式开关电源电路，不仅可以降低反激式开关电源的输入电压范围，减小原边感性及容性器件参数规格和大小，提高功率密度；而且可以提高开关电源的功率因数，优化反激式开关电源输入电流THD(总谐波失真)指数。

发明内容

为了减小反激式开关电源的输入电压范围，提升反激式开关电源的输入电压，减小反激式开关电源的感性器件及容性器件的选型参数，提高反激式开关电源的功率密度及工作效率；本发明提出了一种改进型反激开关电源电路，该改进型方案不仅可以使反激式开关电源电路在高压下可以工作在填谷状态，提高电源电路的功率因数和优化输入电流THD参数，而且可以保证在反激式开关电源输入电压较低时工作在类似倍压状态，提高反激式输入电压大小，使得反激式开关电源在总体设计时的输入范围更加靠近输入电压上限值，减小电源无源器件参数选型指标，提高电源电路的功率密度。

本发明专利电路应用简单，整体方案经济可靠，具有很高的推广性。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种改进型反激式电源电路，包括交流电源输入端L、交流电源输入端N、整流电路、填谷电路以及反激电路；所述的填谷电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电容和第一电容，所述的反激电路包括变压器、MOS管、输出滤波电容和第四二极管；

交流电源输入端L连接整流电路的交流2端，交流电源输入端N连接整流电路的交流3端；第二二极管阴极和第一电容的正极连接整流电路的正极、变压器原边绕组的异名端；

第一二极管的阳极和第二电容的负极相连，再接到整流电路的负极；

第一电容的负极分别与第一二极管的阴极、第三二极管的阳极连接；第三二极管的阴极分别连接第二二极管的阳极和第二电容的正极；

MOS管的漏极连接变压器原边绕组的同名端，MOS管的源极接地，MOS管的栅极连接外部控制信号，第四二极管的阳极连接变压器副边绕组的同名端，第四二极管的阴极连接输出滤波电容的一端并作为反激式开关电源电路的输出正；变压器副边绕组的异名端连接输出滤波电容的另一端并作为反激式开关电源电路的输出负；

其特征在于：还包括电压拨动开关，所述拨动开关的一端连接第一电容的负极，所述电压拨动开关的另一端连接电源输入端N和整流电路的交流3端。

优选的，所述的拨动开关在低压时导通，高压时断开。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)本发明提供了一种改进型反激式电源电路，其在高压段工作时，即在配网市电规格为220VAC的区域内，可以工作在高压模式。此时本电路相较于常规倍压电路而言仅仅只增加了三个二极管就可以实现无源PFC填谷工作模式，极大的提高了电路工作时的功率因数，优化了输入电流THD(总谐波失真)性能，减小了输入电流高次谐波值，具有简单高效的电路特点。

2)本发明提供了一种改进型反激式电源电路，其在低压段工作时，即在配网市电规格为110VAC的区域内，可以工作在低压模式。此时本电路相较于现有的反激开关电源电路而言仅仅增加了一个开关就实现了低压状态下输出电压的提高。使得输出电压不会下降到输入电压的二分之一处，另外在整流的半波周期内，输出电压等于输入电压加上第一电容的电压使得填谷输出电压有了明显的提高。因此对于应用于低压反激式开关电源而言，其输入电压得到了明显的提高，这样就可以减小反激式开关电源无源器件的参数设计及选型，使得开关电源产品的体积和成本有了明显的优化。态下工作性能的提高使其可以应用在全球电压范围，扩大了填谷电路的应用领域。

附图说明

图1为常规填谷电路原理图；

图2为倍压电路原理图；

图3是本发明改进型反激式开关电源电路原理图。

具体实施方式

本发明提出的改进型反激式电源电路系统如图3所示，其电路包括交流电源输入端L、交流电源输入端N、一个整流电路DB1、一个填谷电路、一个电压拨动开关S1和反激电路，其中，反激电路包括变压器T1、MOS管TR1、输出滤波电容C3和二极管D4，填谷电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电容C1和第二电容C2。

连接方式为：交流电源输入端L连接整流电路DB1的交流2端，电源输入端N连接整流电路DB1的交流3端，第二二极管D2阴极和第一电容C1的正极接整流电路DB1的正极、变压器T1原边绕组的异名端；

第一二极管D1的阳极和第二电容C2的负极相连，再接到整流电路DB1的负极；

第一电容C1的负极分别与第一二极管D1的阴极、第三二极管D3的阳极、电压拨动开关S1的一端连接；二极管D3的阴极分别连接二极管D2的阳极和电容C2的正极；电压拨动开关S1的另一端连接电源输入端N和整流电路DB1的交流3端。

为了叙述方便，以下第一电容C1简称为电容C1，其他相同，如第二二极管D2简称为二极管D2。

TR1的漏极连接T1原边绕组的同名端，TR1的源极接地，TR1的栅极连接外部控制信号，由外部控制信号驱动TR1的开通和关断。D4的阳极连接T1副边绕组的同名端，D4的阴极连接C3的一端并作为反激式开关电源电路的输出正；T1副边绕组的异名端连接C3的另一端并作为反激式开关电源电路的输出负。

本发明所提出的改进型反激式电源电路的工作原理为：

工作方式1：当交流输入电源LN为高压输入时，例如交流输入为220VAC，电压拨动开关S1断开，此时电路工作在高压填谷模式。

当交流输入端LN的电压低于电容C1、电容C2的电压时，即当交流输入端LN的电压下降到峰值电压的一半以下时，进行放电过程：

此时整流电路DB1关断，二极管D1、二极管D2被触发导通，二极管D3处于截止状态，电容C1、电容C2分别通过二极管D2、二极管D3给直流母线DC充能，即电容C1、电容C2并联放电；

当交流输入LN两端的交流输入电压高于电容C1、电容C2的电压，但小于电容C1加上电容C2之和时，整流电路DB1导通，此时二极管D1、D2、D3均处于关断状态，电容C1、电容C2处于隔离状态，输入电流从交流输入端LN流过整流电路DB1给直流母线DC端充电；当交流输入LN两端电压高于电容C1、C2电压之和时，二极管D3被触发导通，二极管D1、二极管D2处于截止状态，此时交流输入LN两端通过整流电路DB1流经电容C1，再经过二极管D3，流经电容C2，实现了电容C1、电容C2串联充电的目的，另外交流输入LN两端同时也给直流母线DC端供电。

工作方式2：当交流输入电源LN为低压输入时，例如交流输入为110VAC，电压拨动开关S1导通，此时电路工作在低压填谷模式。

当交流输入L端的电压高于N端的电压时(即交流输入端工作在正半波周期时)为低压工作模态1：

当交流输入L端的电压低于电容C1的电压时，整流电路DB1关断，二极管D1、二极管D2导通，二极管D3处于截止状态，电容C1、电容C2分别通过二极管D2、D2给输入母线DC提供能量，放电时，电容C1和电容C2是等效并联放电；

当交流输入L端的电压高于C1的电压时，输入电流从交流输入L端流经整流电路DB1再流入直流母线DC+，给直流后级电路提供能量；

当输入端N端的电压高于L端的电压时，(即交流输入端工作在负半波周期时)为低压工作模态2：

当交流输入N端的电压加上电容C1的电压小于直流母线DC正端电压时，二极管D1、D2、D3处于截止状态，此时整流桥也处于截止状态；

当交流输入N端的电压加上电容C1电压之和高于高于直流母线DC正端电压时，二极管D1、D2、D3处于截止状态，交流端输入电流由交流输入N端口流经电压拨动开关S1到电容C1的负极，再从电容C1的正极流入到直流母线DC的正端给后级反激式电源供能；

当交流输入N端的电压高于电容C2的电压时，二极管D3处于导通状态，二极管D1、二极管D2处于关断截止状态，交流输入电源LN的能量一部分从交流输入端口N端流经电压拨动开关S1，再流经二极管D3到电容C2的正极给电容C2充电，另外一部分交流输入电源的能量由交流输入N端口，流经电压拨动开关S1，到电容C1的负极，再从电容C1的正极流入直流母线DC正极给后级反激式电源充电；

当交流输入N端电压机上电容C1的电压低于电容C2的电压时，二极管D2导通，二极管D1、二极管D3处于截止状态，此时交流输入电源的能量从交流输入端口N端，流经电压拨动开关S1，再流入电容C1负极，最后从电容正极流入到直流母线DC正端给后级反激式电源供能；同时电容C2通过二极管D2也给后级反激式电源供能。

后级反激式开关电源工作高频工作状态，其工作模态与前级整流电路相互独立，互补干扰。

在本发明所提改进型填谷电路中，电压拨动开关管S1在低压时处于导通状态，此时改进型填谷电路不仅具有输出直流母线倍压的作用，而且对于输入电源功率因数PF值的提高和输入电流总谐波失真(THD)的指数具有良好的改善作用。

本发明的实施方式不限于此，按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明技术构思的前提下，本发明中具体实施电路还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利要求保护范围之内。专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。

Claims (2)

1.一种改进型反激式电源电路，包括交流电源输入端L、交流电源输入端N、整流电路、填谷电路以及反激电路；所述的填谷电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电容和第一电容，所述的反激电路包括变压器、MOS管、输出滤波电容和第四二极管；

交流电源输入端L连接整流电路的交流2端，交流电源输入端N连接整流电路的交流3端；第二二极管阴极和第一电容的正极连接整流电路的正极、变压器原边绕组的异名端；

第一二极管的阳极和第二电容的负极相连，再接到整流电路的负极；

第一电容的负极分别与第一二极管的阴极、第三二极管的阳极连接；第三二极管的阴极分别连接第二二极管的阳极和第二电容的正极；

MOS管的漏极连接变压器原边绕组的同名端，MOS管的源极接地，MOS管的栅极连接外部控制信号，第四二极管的阳极连接变压器副边绕组的同名端，第四二极管的阴极连接输出滤波电容的一端并作为反激式开关电源电路的输出正；变压器副边绕组的异名端连接输出滤波电容的另一端并作为反激式开关电源电路的输出负；

其特征在于：还包括电压拨动开关，所述拨动开关的一端连接第一电容的负极，所述电压拨动开关的另一端连接电源输入端N和整流电路的交流3端。

2.根据权利要求1所述的一种改进型反激式电源电路，其特征在于：所述的拨动开关在低压时导通，高压时断开。