CN1808868A - 一种高功率因素高频直流电源 - Google Patents

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Abstract

高功率因素高频直流电源，由整流硅桥和高频直流转换器组成。整流电路是整流硅桥输入端接交流电源，其输出将交流变为波动直流电压。高频直流转换器由初级线路和次级线路组成。次级线路一整流虑波线路，可以是单电压输出或多电压输出。初级线路由三部分组成。一是高频转换线路——由高频变压器初级线圈，主开关管。二是提速线路——由电容、快速二极管组成。三波形校正、电压钳位及继流电路——由电容C2、C3、C4，二级管D2、D3，D4，D5组成。其中电容C2起波形校正作用，二极管D5和电容C3和C4起电压钳位作用，电容C3和C4又与辅助开关管一起起继流作用。

Description

一种高功率因素高频直流电源
所属技术领域
本发明涉及一种高功率因素高频直流电源线路。
技术背景
传统的高功率直流电源是在整流硅侨后直接接电容。由于这种结构交流电源直接给电容充电，形成很大的非线性谐波电流，而这种非线性谐波对电力系统是有害的，为了减少谐波电流，符合EN61000-3-2国际标准，人们提出了很多的方法。其中无源的滤波高功率因素校正电路，此种电路功率因素一般在75％∽85％之间。有源的高功率因素校正电路，又分单级和双级。双极高功率因素电源(图1)是最成熟，是大家都知道的。它是用一个电感和一个开关管将电容上的电压提高，这样交流电源就不能对电容直接充电，从而避免了谐波电流。但是这种方法有以下不足之处：第一将电压提升，在后面的高频电压变换器中，开关管两端的电压在关断时就会增加，从而增加了开关管损坏的可能性。当然可以通过限压保护电路减少开关管损坏的可能性，但是这样增加了电路的损耗。我们知道开关管的价格与开关管承受所能的电压有关，即电压值越高，价格也越高；第二，由于增加一级开关管作为提升电压用，从而增加了电能的损耗。
发明简介
本发是在考虑各种因素的基础上设计形成的。
其目的之一是增加高频电源的可靠性。
其目的之二是实现高频电源的功率因素的校正。
其目的之三是降低高频电源的自身损耗，提高电容工作效率。
其目的之四是降低高频电源的制造成本(通过降低开关管元件的电压性能要求)。
本发明电路分为三大部分：一、加速电流流通电路。二、电压变换电路。三、电压钳位、继流和功率因素效正电路。
加速电流流通电路：由二级管D1和C1组成，C1接在整流硅桥的输出端，用以储存整流硅桥出来的瞬时电能。D1接在整流硅桥输出的正极端。D1是快速反应二极管，其为变换电路提供一快速通道，以避免由于整流二极管低速反应造成的损耗。
主开关电压变换电路：它由高频变压器T和主开关管Q2组成，高频变压器的初级接在二级管D1的的阴极后面，它的另一端与主开关管Q2相连。它通过变压器T和开关管将初级波动直流电压，变成次级稳定的直流电压。
电压钳位、继流和功率因素校正电路：由辅助开关管Q1，电容C2，二级管D2，D3，D4，D5和电容C3，C4构成。其中辅助开关管Q1，提供电容放电通路。电容C2起输入波形校正作用。二级管D2，D3，D4和电容C3，C4构成继流电路。
当输入电压低于C3或C4上的电压时，电源电压转换电能由C3和C4上的储能提供。同时，它们和二极管D5一起作用将主开关管关断时产生的电压钳制至VC3+VC4。
附图说明：
图一是二功率因素校正线路图。
图二是本发明高功率因素电源线路图。
图三是本发明的另一种实现线路。
本发明的具体说明：
在图二中交流电源与整流硅桥接R输出并接电容C1后正极端接二极管D1的阳极，二极管D1的阳极接高频变压器T的初级线圈一端，高频变压器T的初级线圈另一端与主开关管Q2的一端相连，主开关管Q2的另一端与整流硅侨R的输出负极相连。辅助开关管Q1一端接二极管D1与高频变压器T相连处，另一端与电容C2正极相连，电容C2的负的极接整流硅侨R的输出负极相连。电容C3正极接辅助开关管Q1与电容C2的连接处，负极与二极管D3的阴极、二极管的阳极D2相连。二极管D3的阳极与整流硅侨输出端负极相连。二极管D2的阴极与电容C4的正极、二极管D4的阳极相连，电容C4的负极接整流硅侨R的输出负极。二极管D4的阴极接辅助开关管Q1与电容C2的连接处。二极管D5的阳极与高频变压器T的初级线圈与主开关管的连接处，阴极接辅助开关管Q1与电容C2的连接处。高频变压器T的次级线路是一个整流滤波线路，可以是单电压，也可以是多电压的输出整流滤波线路。在图3中，在整流硅侨与高频变压器之间多接了一个电感在初极线圈电压感量不足时即可在线路增加一个电感。
下面是本发明电路的工作原理：当电路接交流电源时，电流通过整流硅桥R，二极管D1，高频变压器T的初级线圈及二极管D5给电容C2，C3和C4充电。当电容C3和C4充电到交流电压的峰值时。外电路就不能直接予电容C3和C4充电。脉冲过程可以分为三个阶段，第一阶段当脉冲到来时，辅助开关管Q1和主开关管Q2一起导通。这时电容C2上的电荷通过辅助开关Q1，高频变压器T和主开关Q2放电，在此阶段中变压器次级形成电压给次级电容充电。第二阶段当电容C2上的电压低于经整流后的输入电压时，电容C2就停止供电。此时，电流由电源输入直接供电或当电容C2上的电压低于电容C3或C4上的电压时由电容C3或C4提供电流。在此阶段次级电路也产生电压给次级电容充电。第三阶梯段当脉冲截止时，辅助开关和主开管同时关闭。电路上的电流，由于电路中高频变压器存在漏感，不能突变，电流通过输入端经过二极管D1变压器T初级线圈，二极管D5给电容C2充电。当电容C2上的电压超过电压Vc3+Vc4时电路给电容C3、C4充电。同时将主开关管两端电压限制在心Vc3+Vc4以下。以后每一脉冲过程重复上述过程。由此可知，每个脉冲过程都有电流从输入端输入。当输入电压越高，C2上的电能放电时间就越短。输入通过二极管D1的供电时间就越长。同时在脉冲截止，输入电压加上变压器上的漏感电压就越高，输入电路对电容C2、C3、C4充电就越大。当输入电压越低时，电容C2的放电时间就越长。电路中由输入电源供电的电流就越少，同时脉冲截止时，电路中产生的充电电压Vc3+Vc4就越低。此时输入电流就越小。当输入电压低于电容C3或C4上的电压时，电路中完全由C2或C3和C4供电。输入电流就只有在脉冲截止时，电路才产生对电容C2、C3和C4的充电电流。从分析可知输入电压越高、输入电流就越大，反之输入电压越低，输入电流就越小。因此通过电路参数的适当调整，此电路的功率因素接近于1。
具体实例1，电源150w，输出电压5v，10A，5A；3v，10A。主开关管采用IRF450，辅助开关管用IRF840，控制IC用KA3845。
具体实例1，电源120w，输出电压5v，10A，5A；3v，10A。主开关管采用IRF450，辅助开关管用IRF840，控制IC用UCC3581。

Claims (6)

1、一高功率因素直流电源由下列组成：
(1)、整流硅桥其输入端接交流电源，输出波动直流电压。
(2)、第一个电容C1并接在整流硅桥的输出端。
(3)、第一个二极管D1，它的阳极接整流硅桥的输出的正极端，阴极接高频变压器的初级线圈。
(4)、高频变压器T，它的初级线圈一端接第一个二极管D1的阴极，初级线圈的另一端接第二个开关管(主开关管)Q2。
(5)第二个开关管(主开关管)Q2，它的一端与高频变压器的初级线圈连接，另一端与整流硅桥的负极相连。
(6)、第五个二极管D5，它的阳极接在高频变压器初级线圈和第二开关管(主开关管)Q2的连接处。它的阴极与第一个开关管(辅助开关管)相连。
(7)、第一开关管(辅助开关管)Q1，它的一端接在第一个二极管D1的阴极和高频变压器的初级连接处，它的另一端与第五个二极管D5的阴极相连。
(8)第二个电容C2，它的一端接整流硅极的负极输出端，另一端接第一开关管与第五个二极管D5的连接处。
(9)第三个电容C3，、它的正极端接第五个二极管与第一个开关管的连接处，它的负极与第三个二极管D3、第二个二极管D2的阳极相连。
(10)第三个二极管D3，它的阳极与整流硅桥输出负极相连。它的阴极与第三个电容的负极端相连。
(11)第二个二极管D2，它的阳极与第三个电容C3的负极相连。它的阴极与第四电容正极端、第四个二极管D4的阳极相连。
(11)第四个电容C4，它的正极端接第二个二极管D2的阴极相连，它的负极与整流硅侨输出负极相连。
(13)、)第四个二极管D4，它的阳极与第四个电容C4的正极相连。它的阴极与接在第五个二极管的阴极与第一开关管的连接处。
其线路连接如下：整流硅桥接R输出并接电容C1后正极端接二极管D1的阳极，二极管D1的阳极接高频变压器T的初级线圈一端，高频变压器T的初级线圈另一端与主开关管Q2的一端相连，主开关管Q2的另一端与整流硅侨R的输出负极相连。辅助开关管Q1一端接二极管D1与高频变压器T相连处，另一端与电容C2正极相连，电容C2的负的极接整流硅侨R的输出负极相连。电容C3正极接辅助开关管Q1与电容C2的连接处，负极与二极管D3的阴极、二极管的阳极D2相连。二极管D3的阳极与整流硅侨输出端负极相连。二极管D2的阴极与电容C4的正极、二极管D4的阳极相连，电容C4的负极接整流硅侨R的输出负极。二极管D4的阴极接辅助开关管Q1与电容C2的连接处。二极管D5的阳极与高频变压器T的初级线圈与主开关管的连接处，阴极接辅助开关管Q1与电容C2的连接处。高频变压器T的次级线路是一个整流滤波线路，可以是单电压，也可以是多电压的输出整流滤波线路。主开关管、辅助开关管可以是场效应管，三极管、IGBT等开关管，辅助开关管可以是场效应管、三级管、IGBT等开关管。
2、根据权利要求1，第一个电容C1与第一个二极管D1的作用上加速电流的流通，同时防止第一个开关管Q1流出的电流流向第一个电容C1。
3、根据权利要求1，第二个电容C2作用起校正输入波形作用。
4、根据权利要求1，第三个电容C3、第四个电容C4、第二个二极管D2、第三个二极管D3和第四个二极管D4组成了一个继流电路。即当经整流后输入电压低于第三个电容C3或第四个电容C4的两端电压时，由该电路提供电能。
5、根据权利要求1，第五个二极管D5和第三个电容C3、第四个电容C4、第三个二极管D3组成了一个钳位电路，即将主开关管(第二个开关管)Q2关断时的电压限制第三个电容C3的电压加上第四个电容C4的电压。
6、据权利要求1，高功率因素电源，可以在上述电路中加上一个电感和一个二极管，其中二极管阳极接在整流硅桥输出端的正极，阴极与电感相连，电感的另一端接在的初级线圈与主开关管的连接处。
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