CN109617389A - I型专变高功率因数电源电路、供电方法及其计量仪表 - Google Patents

I型专变高功率因数电源电路、供电方法及其计量仪表 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种I型专变高功率因数电源电路，包括EMC滤波电路、整流滤波电路、DC/DC功率变换电路和功率因数提高电路；功率因数提高电路提高电源电路的功率因数；EMC滤波电路对输入的电能进行EMC保护和滤波；整流滤波电路将输入的交流电能转换为直流电能并进行滤波；DC/DC功率变换电路将直流电能转换为稳定的直流电能并对外供电。本发明还公开了所述I型专变高功率因数电源电路的供电方法，以及包括所述I型专变高功率因数电源电路和供电方法的计量仪表。本发明保证了电源电路在工作时的功率因数较高，电源电路的效率较高，适用于I型专变，而且可靠性高、效果显著且成本低廉。

Description

I型专变高功率因数电源电路、供电方法及其计量仪表
技术领域
本发明具体涉及一种I型专变高功率因数电源电路、供电方法及其计量仪表。
背景技术
随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。随着电子设备的极大普及，电网上的挂网设备也越来越多。电子设备挂网后，由于其设备的好坏、技术的高低等因素，各个电子设备的电源电路的功率因数都不相同。而低功率因数的电源电路，其会给电网注入大量的谐波，从而影响电网供电的质量。因此，电网对于各类型挂网设备，都提出了一定的功率因数的要求，从而保证电网的电能质量。
目前，常用的电源电路的功能模块图如图1～图3：
图1中，通过增加输入限流电阻的方式：加大输入阻抗最常见的方式为增加输入电阻阻值，这种方式可以有效的提高功率因数，但是当电源模块满载输出的时候，效率将非常低；
图2中，通过将原有的整流滤波电路中的滤波部分替换为填谷式滤波电路的方式：填谷式电路可以较大的提高功率因数，但是填谷式电路是串联充电，并联放电型，所以的输入电压范围受到限制；
图3中，通过在整流滤波电路后端增加有源功率因数校正电路的方式：有源功率因数校正电路能够较好的的提高功率因数，但是在I型专变中，因为体积和成本限制的问题，有源功率因数校正电路几乎无法使用。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种可靠性高、效果显著、成本低廉且适用于I型专变的I型专变高功率因数电源电路。
本发明的目的之二在于提供一种所述I型专变高功率因数电源电路的供电方法。
本发明的目的之三在于提供一种计量仪表，该计量仪表包括了所述的I型专变高功率因数电源电路和供电方法。
本发明提供的这种I型专变高功率因数电源电路，包括EMC滤波电路、整流滤波电路和DC/DC功率变换电路，还包括功率因数提高电路；功率因数提高电路、EMC滤波电路、整流滤波电路和DC/DC功率变换电路依次串联；功率因数提高电路用于提高电源电路的功率因数；EMC滤波电路用于对输入的电能进行EMC保护和滤波；整流滤波电路用于将外部输入的交流电能转换为直流电能并进行滤波；DC/DC功率变换电路用于将整流滤波后的直流电能转换为稳定的直流电能并对外供电。
所述的功率因数提高电路包括NTC热敏电阻和电阻；NTC热敏电阻和电阻并联；NTC热敏电阻为具有负温度系数的热敏电阻。
所述的电阻为大阻值绕线电阻；所述大阻值的定义为：100Ω～300Ω。
本发明还公开了所述I型专变高功率因数电源电路的供电方法，包括如下步骤：
S1.外部输入的交流电源通过功率因数提高电路后，输入EMC滤波电路；
S2.EMC滤波电路对输入电源进行EMC保护和滤波后，输入到整流滤波电路；
S3.整流滤波电路将输入的交流电源转换为直流电源，并进行滤波后输入到DC/DC功率变换电路；
S4.DC/DC功率变换电路将整流后的电能转换为稳定的直流电能并对外供电。
本发明还公开了一种计量仪表，所述计量仪表包括了所述的I型专变高功率因数电源电路和供电方法。
本发明提供的这种I型专变高功率因数电源电路、供电方法及其计量仪表，通过并联的NTC热敏电阻和电阻，保证了电源电路在工作时的功率因数较高，从而使得电源电路的效率较高；因此，本发明适用于I型专变，而且可靠性高、效果显著且成本低廉。
附图说明
图1为现有的第一电源电路的功能模块图。
图2为现有的第二电源电路的功能模块图。
图3为现有的第三电源电路的功能模块图。
图4为本发明的I型专变高功率因数电源电路的功能模块图。
图5为本发明的I型专变高功率因数电源电路的功率因数提高电路的电路原理示意图。
图6为本发明的I型专变高功率因数电源电路的功率因数提高电路的EMC滤波电路的电路原理示意图。
图7为本发明的I型专变高功率因数电源电路的功率因数提高电路的整流滤波电路的电路原理示意图。
图8为本发明的供电方法的方法流程图。
具体实施方式
如图4所示为本发明的I型专变高功率因数电源电路的功能模块图：本发明提供的这种I型专变高功率因数电源电路，包括EMC滤波电路、整流滤波电路、DC/DC功率变换电路和功率因数提高电路；功率因数提高电路、EMC滤波电路、整流滤波电路和DC/DC功率变换电路依次串联；外部输入的交流电能通过功率因数提高电路提高电源电路的功率因数后输入到EMC滤波电路；EMC滤波电路对输入的电能进行EMC保护和滤波后输入到整流滤波电路；整流滤波电路用于将输入的交流电能转换为直流电能并进行滤波；DC/DC功率变换电路用于将整流滤波后的直流电能转换为稳定的直流电能并对外供电。
如图5所示为本发明的I型专变高功率因数电源电路的功率因数提高电路的电路原理示意图：功率因数提高电路包括NTC热敏电阻RT和电阻R；NTC热敏电阻和电阻并联；NTC热敏电阻为具有负温度系数的热敏电阻；在实施时，电阻优选为大阻值绕线电阻；所述大阻值的定义为：100Ω～300Ω。
在具体实施时，功率因数提高电路串接在输入的电源线中的一路上即可。
以下说明本发明提供的这种功率因数提高电路的工作过程和效果：
用NTC热敏电阻替换现有技术中的限流电阻。因此，当电源电路为低功率输出时，输出功率较低，热敏电阻的发热不严重，此时热敏阻值大，功率因数很高，可以满足设备的静态视在功耗要求。而当设备满功率输出时，NTC热敏电阻的发热严重，阻值下降很快，所以不会影响设备的满载效率。
同时，NTC热敏电阻的两端并联大阻值线绕电阻，可以实现设备全温度范围类的启动与工作：因为NTC热敏电阻受温度影响大，电源电路要求在-45℃下能工作，在此温度下NTC热敏电阻的阻值变化超过15倍，如果不能降低该阻值，会导致在低温时启动困难，所以并入一个较大阻值的电阻。在常温或高温下该电阻对NTC热敏电阻的阻值影响较小，即常温或高温时，NTC热敏电阻阻值相对较小，所以大阻值绕线电阻与NTC热敏电阻并联后，两者并联后的电阻值会略低于NTC热敏电阻的电阻值，因此在常温或高温下该大阻值绕线电阻对NTC热敏电阻的阻值影响较小；而在低温下，该电阻可以限制NTC热敏电阻与线绕电阻并联后的阻值，即低温下，NTC热敏电阻的阻值极大，所以NTC热敏电阻与并联大阻值绕线电阻并联后，两者并联后的电阻会略低于大阻值绕线电阻，因此大阻值绕线电阻可以限制NTC热敏电阻与线绕电阻并联后的阻值。
此外增加NTC热敏电阻与大阻值绕线电阻，对设备的抗浪涌能力大大增加，有效的保护了桥堆与后端功率变换电路，增强电路运行的可靠性。
实际使用时设备静态功率为6.2W，实际测试条件与测试结果如下：
轻载运行情况如下：
未连接NTC热敏电阻与大阻值绕线电阻时，220VAC输入，6.2W，功率因数值0.369，输出功率3.81W，效率为61.4％，视在功率为16.6VA。增加NTC热敏电阻与大阻值绕线电阻时，输入功率为6.2W，功率因数值0.518，输出3.81W，效率61.4％，视在功率12.2VA。
满载运行情况如下：
未连接NTC热敏电阻与大阻值绕线电阻时，220V输入，54.4W功率因数值是0.486，输出功率43.4W，效率是79.8％，视在功率111.6VA。增加NTC热敏电阻与大阻值绕线电阻时，输入55.2W，输出43.4W，功率因数值0.577，效率是78.6％，视在功率为95VA.
由上述试验数据可以表明，在电源轻载与重载的时候，电路的功率因数值与视在功率改善效果非常明显。
在具体实施时，EMC滤波电路可以采用如图6所示EMC滤波电路；图中，电容CY3和CY4为Y电容，连接在输入的两根电源线与地之间，用于滤除共模干扰；电容CX1～CX3为X电容，并接在输入的电源线之间，用于EMC保护并滤波差模干扰；电感LM2和LM1串接在电源线中，用于EMC保护和滤波。
整流滤波电路可以采用如图7所示的电路：其中经过EMC滤波电路滤波后的电源信号连接整流桥的2脚和3脚，经过整流桥BD5整流后转换为直流电能，然后通过滤波电路CE1和CE5进行滤波后输入到后级的DC/DC功率变换电路；其中电阻R71～R74为续流电阻。
DC/DC功率变换电路可以采用市面上常用的反激式DC/DC变换电路，比如申请号为201720980632.8的单端反激式开关电源电路；在该电路中，整流桥D1～D4的作用即为本申请中的整流电路，电容C1和C2即为本申请中的整流滤波电路中的滤波电路；而电容C1和C2后端的所有电路均为适用于本申请给你的DC/DC功率变换电路。
如图8所示为本发明的供电方法的方法流程图：本发明还公开了所述I型专变高功率因数电源电路的供电方法，包括如下步骤：
S1.外部输入的交流电源通过功率因数提高电路后，输入EMC滤波电路；
S2.EMC滤波电路对输入电源进行EMC保护和滤波后，输入到整流滤波电路；
S3.整流滤波电路将输入的交流电源转换为直流电源，并进行滤波后输入到DC/DC功率变换电路；
S4.DC/DC功率变换电路将整流后的电能转换为稳定的直流电能并对外供电。
本申请提供的这种I型专变高功率因数电源电路及其供电方法，可用于其他任何需要进行I型专变高功率因数供电的电子设备，包括各类型的计量仪表(比如电能表、水表、燃气表、热量表等)、电能管理终端、配电终端、电能质量监控设备、电网自动化终端、采集终端、集中器、数据采集器、计量仪表、手抄器、故障指示器等。

Claims (5)

1.一种I型专变高功率因数电源电路，包括EMC滤波电路、整流滤波电路和DC/DC功率变换电路，其特征在于还包括功率因数提高电路；功率因数提高电路、EMC滤波电路、整流滤波电路和DC/DC功率变换电路依次串联；功率因数提高电路用于提高电源电路的功率因数；EMC滤波电路用于对输入的电能进行EMC保护和滤波；整流滤波电路用于将外部输入的交流电能转换为直流电能并进行滤波；DC/DC功率变换电路用于将整流滤波后的直流电能转换为稳定的直流电能并对外供电。
2.根据权利要求1所述的I型专变高功率因数电源电路，其特征在于所述的功率因数提高电路包括NTC热敏电阻和电阻；NTC热敏电阻和电阻并联；NTC热敏电阻为具有负温度系数的热敏电阻。
3.根据权利要求2所述的I型专变高功率因数电源电路，其特征在于所述的电阻为大阻值绕线电阻；所述大阻值的定义为：100Ω～300Ω。
4.一种权利要求1～3之一所述的I型专变高功率因数电源电路的供电方法，其特征在于包括如下步骤：
S1.外部输入的交流电源通过功率因数提高电路后，输入EMC滤波电路；
S2.EMC滤波电路对输入电源进行EMC保护和滤波后，输入到整流滤波电路；
S3.整流滤波电路将输入的交流电源转换为直流电源，并进行滤波后输入到DC/DC功率变换电路；
S4.DC/DC功率变换电路将整流后的电能转换为稳定的直流电能并对外供电。
5.一种计量仪表，其特征在于包括了权利要求1～3之一所述的I型专变高功率因数电源电路和权利要求4所述的供电方法。
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