CN1297604A - 用于修正功率系数的电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一个用于修正功率系数的电路,具有一个整流器(14,14’),其可以在输入端与一个交流电压源(10)相连接,并且在输出端与至少一个由一个电容(CS1;CS2)和一个二极管(DS1;DS2)所构成的串联电路相连接,其中该二极管(DS1;DS2)如此设置,即该电容(CS1;CS2)由整流器(14;14’)的输出信号能够没有通过二极管(DS1;DS2)充电,在串联电路中作为一个半或者全桥的一部分的一个第一和一个第二电子开关(T1,T2),其各自具有一个与每一个开关(T1,T2)并联的空行二极管(DF1,DF2),其中,由在第一和第二开关(T1,T2)之间的连接点构成的半或者全桥的一个输出端一方面通过一个电感(L)与一个点相连接,该点处于由电容(CS1;CS2)和二极管(DS1;DS2)构成的每一个串联电路的电容(CS1;CS2)和二极管(DS1;DS2)的连接上,另外一方面构成用于负载(LD)的一个端子,并且在此端子上的信号在运行时具有大大高于交流电压源(10)的输出信号的频率,一个存储电容(CS),其与两个开关(T1,T2)并联连接,和至少一个另外的二极管(DP1;DP2),其如此设置在存储电容(CS)和整流器(14,14’)之间,即存储电容(CS)的放电是通过整流器(14,14’)避免的。

Description

用于修正功率系数的电路
本发明涉及一个用于修正功率系数的电路。这种电路也作为称呼“充电泵”或者“泵电路”已知。例如在其中使用的按照标准IEC1000-3-2，在该标准中供电企业定义了允许的电网电流的振荡。据此，从供电网中取出高频的能量是不希望的。从网络中取出的网络电流在优选的情况下与网络电压成比例。在网络电流和网络电压之间的比例性使每预先给定的导线尺寸的最大能量传输成为可能。在网络电压和网络电流不成比例时所出现的无功电流激起了导线消耗，该消耗对导线另外进行了加载并且对另外的用电器产生干扰。
在另外的情况下使用了在驱动气体放电灯中的前联装置的用于修正功率系数的电路。
上述发明出自于现有技术，例如公知在W.Chen、F.Lee和T.yamauchi的论文，题目为“具有低THD和低幅值系数的改进的充电泵电子镇流器”，公开在关于功率电子的IEEE学报上，12卷，第5期，1997年9月，867到875页。这片论文通过那里的图8提出了问题，其是相对于那里的图1是如此修改的，即在点A上的电压，也就是说Va(见对图7的描述)，含有恒定的Hf幅值。以此可以达到，从网络上吸收的能量与网络电压成比例。为了保证这个，使用了二极管Da1和Da2，以此点A被连接在电容器CB上。以此从负载的反作用被断开并且得到一个恒定的Va的相关的Hf幅值，见在那里的图9的描述。
此公开件的图8的电路的缺点是泵电压也通过二极管Da2受到限制。在泵电路和要驱动的灯之间的传输器的中间电路能够没有产生需要的启动电压。在接地装置，例如用于灯的前联装置上，对于传输器的附加费用是不希望的。
因此本发明的任务在于，给出用于修正功率系数的电路，也就是说一个泵电路，其没有传输器也是可以运行的。
此任务是通过一个电路解决的，该电路具有一个整流器，该整流器的输入端可以与交流电压源相连接并且在输出端与至少一个由一个电容器和一个二极管构成的串联电路相连接，其中该二极管是如此设置的，该电容器从整流器的输出信号不是通过该二极管充电。该电路还含有一个第一和一个第二电子开关，其在串联电路中作为半或者全桥的一部分，具有一个与每一个开关并联连接的空行二极管，其中在第一和第二开关之间的连接点构成的半或者全桥的输出端一方面通过一个电感与每一个由电容和二极管构成的串联电路的电容和二极管的连接点相连接，另一方面，构成用于负载的端子，其中含有作为交流电压源的输出信号的主要运行在高频的在此端子上的信号。该电路还另外含有一个存储电容，其与两个开关并联连接，以及至少一个另外的二极管，其如此设置在存储电容和整流器之间，即存储电容的放电是通过整流器避免的。
本发明在泵和负载电路的元件的尺寸方面通过在两个电路之间的尽可能的反作用自由提供了另外的自由度的优点。如此通过电容CS1或者电容CS1、CS2的相应的尺寸能够简单地调整灯功率，即电容的电压至少达到供给的整流的交流电压的瞬间值的一倍，其中能够达到，在观察充电周期时交流电压是恒定的。因此在负载中被泵压的能量只是与电容CS1的电容值或者电容CS1和CS2的电容值有关。螺线管L的电感必需或者能够是小的，其必需只是如此定尺寸，电子开关按照电流没有超出负载并且在电压为0(ZVS)时自己进行接通。
在有利的改进中，在整流器的输入端之间设置一个滤波器，其在该电路与交流电压源相连接的情况下与交流电压源串联或者并联设置。附加的或者替换的，一个滤波器能够与整流器的输出端串联或者并联设置。
在第一个实施例中，该电路含有一个由二极管和电容构成的串联电路以及一个另外的二极管。在另外的实施例中，其使两个开关的每一个的单状态中的泵成为可能，也就是说该实施形式是对称的，该电路含有两个由二极管和电容构成的串联电路以及两个另外的二极管。
如已经描述的，该电路能够以半或者全桥的形式运行。在全桥的情况下，该电路含有两个另外的开关，其中两个另外的开关的连接点构成两个负载端子。在半桥的情况下，该电路含有两个耦合电容，其中在两个耦合电容之间的连接点构成两个负载端子，并且其中两个耦合电容的串联电路与存储电容并联设置。替换的，也能够只含有一个耦合电容，它的一个端子构成第二个负载端子，其中该第二个端子与存储装置的两个端子的一个相连接。
本发明的另外有利的改进从从属权利要求中定义。
下面参考附图详细解释本发明的实施例。
图1a具有半桥和两个耦合电容的按照本发明的电路的第一个实施形式，
图1b对于在图1a中描述的实施形式替换的实施形式，
图1c在使用了具有耦合电容的半桥的情况下，按照图1a的负载端子的替换形式，
图1d按照图1a和1c的具有全桥的实施形式的负载端子的替换形式，
图2按照图1a、1b、1c的具有与整流器并联设置的滤波器的实施形式的替换形式，
图3另外一个实施形式，其关于按照图1和2的实施形式是对称的。
图1a示出了一个具有交流电压源10的电路，该电流源与一个滤波器12串联连接。网络电压作为交流电压源10使用。该滤波器12是用于避免一方面从交流电压源吸收高频能量，另一方面，高频信号被输入到交流电压源。在此涉及一个低通滤波器，其例如能够作为螺线管实现。
交流电压源10和滤波器12与整流器14的输入端相连接，该整流器含有四个二极管DG1、DG2、DG3和DG4。替换地对于所示出的电路，滤波器12也能够与整流器的输入端并联连接，其中能够在较少的费用情况下作为电容实现。与整流器的输出端子K1、K2相并联，一个串联电路含有一个电容CS1和一个二极管DS1。电容CS1通过一个二极管DP1与两个开关T1和T2的串联电路相连接，这两个开关分别与空行二极管DF1和DF2并联连接。两个开关T1和T2的连接点一方面通过一个电感L与在电容CS1和二极管DS1之间的连接点相连接，并且另外一方面表示了用于负载LD的一个端子。
因为在按照图1a的实施形式中负载LD被连接到半桥的输出端子，第二个负载端子由两个耦合电容C可、C开的连接点构成，该电容与开关T1和T2并联设置。在按照图1a的电路中一个存储电容CS与耦合电容CK1和CK2并联设置。
在通过场效应晶体管实现电子开关T1或者T2时考虑了，空行二极管DF1和DF2已经被包含在场效应晶体管中。
对于图1a的电路的功能：对应状态运行的两个电子开关的运行频率相对于交流电压源的频率是高频的。例如50kHz相对于50Hz，也就是说，两个晶体管交替地接通10微秒。在开关T2接通的时间中，电流从整流器14通过端子K1由电容CS1并且通过电感L和电子开关T2到达整流器的端子K2。电容CS1和电感L如此定尺寸，电容CS1已经在开关T2关断之前被充电到交流电压源10的瞬间电压。
一旦CS1被充电到交流电压源的瞬间电压，在二极管DS1的两侧具有相同的电势，其使二极管DS1导通。另外当CS1已经达到最终的充电状态时，该电感L继续驱动该电流，该电流现在在由二极管DS1、电感L和开关T2构成的电路中流动。而在电路运行时在电感L中存储的能量与交流电压源的瞬间电压成比例。以此，用于开关T2的剩余接通时间的能量存储在此电路中。当例如在上述的实施例中，T2的整个的是10微秒，其在8微秒之后达到了CS1的最终充电状态，如此保持2微秒，期间能量被存储在此电路中。在关断开关T2之后，也就是说，该开关处于不导通的状态，在上述的电路中存储在能量通过空行二极管DF1流动到存储电容CS并且在那放电。从存储电容CS到整流器的输出端子K1的能量的反向流动通过泵二极管DP1避免。
在所描述的电路中，从一个网络所取出的能量一直与网络电压成比例，以此在开头所述的关于网络电流和网络电压成比例的要求被满足。另外这个电路能够运行负载LD，尤其是在下面的情况下进行点燃，即该负载表示为一个气体放电灯，而没有传输器的中间电路。
在图1b中的变型是相对于在图1a中表示的实施例的进一步修改，电容CS2在开关T1的接通期间被充电。相应的一个二极管DS2是与电容CS2串联连接的，它们相对于整流器14的输出端交换了它们的位置。以相应的方式，一个二极管DP2被连接在电容CS2和开关T2之间，以避免存储电容CS的放电。
图1c示出了使用一个耦合电容CK2的实施形式。替换的，在此能够用耦合电容CK1代替CK2在图1a或者图1b的电路中承担相同的功能，在此去除了整流部分。该耦合电容能够优选作为膜电容实现，存储电容优选能够作为电解电容实现。
而图1a到1c的实施形式已经示出了在半桥的输出端上的负载LD，在图1d中表示了在一个具有全桥的电路中实现本发明的思想。这还另外包括电子开关T3和T4。
图2示出了相对于图1a的在整流器14’的输出端K1和K2上的低通滤波器12’的替换的电路。而所示出的实施形式表示了滤波器12’的并联的布置，其也能够与输出端K1和K2串联连接。在尤其简单的结构中，在与输出端K1和K2并联布置的情况下，该滤波器12’能够通过一个电容器，在串联布置的情况下作为一个螺线管实现。
图3示出了一个特别有利的实施例，其中按照图1a和图1b的实施形式的解决方案既可以通过电路技术实现，也可以通过功能方式进行组合，也就是说，从交流电压源10的能量的吸收既可以由T2也可以由T1的接通实现。对于技术人员是公知的，即图3的电路也可以通过图1c、图1d和图2的变型实现。

Claims (9)

1．用于修正功率系数的电路，具有
-一个整流器(14,14’)，其可以在输入端与一个交流电压源(10)相连接，并且在输出端与至少一个由一个电容(CS1；CS2)和一个二极管(DS1；DS2)所构成的串联电路相连接，其中该二极管(DS1；DS2)如此设置，即该电容(CS1；CS2)由整流器(14；14’)的输出信号能够没有通过二极管(DS1；DS2)充电，
-在串联电路中作为一个半或者全桥的一部分的一个第一和一个第二电子开关(T1,T2)，其各自具有一个与每一个开关(T1,T2)并联的空行二极管(DF1,DF2)，其中，由在第一和第二开关(T1,T2)之间的连接点构成的半或者全桥的一个输出端一方面通过一个电感(L)与一个点相连接，该点处于由电容(CS1；CS2)和二极管(DS1；DS2)构成的每一个串联电路的电容(CS1；CS2)和二极管(DS1；DS2)的连接上，另外一方面构成用于负载(LD)的一个端子，并且在此端子上的信号在运行时具有大大高于交流电压源(10)的输出信号的频率，
-一个存储电容(CS)，其与两个开关(T1,T2)并联连接，和
-至少一个另外的二极管(DP1；DP2)，其如此设置在存储电容(CS)和整流器(14,14’)之间，即存储电容(CS)的放电是通过整流器(14,14’)避免的。
2．如权利要求1的电路，其特征在于，在整流器(14,14’)的输入端之间设置一个滤波器(12)，即其在该电路与一个交流电压源(10)相连接的情况下，与交流电压源(10)串联或者并联连接。
3．如权利要求1的电路，其特征在于，一个滤波器(12’)与整流器(14,14’)的输出端相串联或者并联连接。
4．如权利要求1的电路，其特征在于，该电路含有一个由二极管(DS1,DS2)和电容(CS1,CS2)构成的串联电路和一个另外的二极管(DP1,DP2)。
5．如权利要求1的电路，其特征在于，该电路含有两个由二极管(DS1,DS2)和电容(CS1,CS2)构成的串联电路和两个另外的二极管(DP1,DP2)。
6．如权利要求1的电路，该全桥含有两个另外的开关(T3,T4)，其中该两个另外的开关(T3,T4)的连接点构成第二个负载端子。
7．如权利要求1的电路，其特征在于，该半桥含有两个耦合电容(CK1,CK2)，其中在两个耦合电容(CK1,CK2)之间的连接点构成第二个负载端子，并且其中两个耦合电容(CK1,CK2)的串联电路与存储电容(CS)并联设置。
8．如权利要求1的电路，其特征在于，该存储电容由两个耦合电容(CK1,CK2)构成，其是半桥的一部分，其中在两个耦合电容(CK1,CK2)之间的连接点构成第二个负载端子。
9．如权利要求1的电路，其特征在于，含有只一个耦合电容(CK1,CK2)，它的一个端子构成第二个负载端子，其中它的另外一个端子与存储电容(CS)的两个端子的一个相连接。
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