CN2781641Y - 开关电源 - Google Patents
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Abstract
一种开关电源，包括电源开关管、脉冲调宽电路、储能滤波电容及变压器，其中脉冲调宽电路的输出端与电源开关管的控制端连接，所述变压器的电压输出端与脉冲调宽电路的输入端连接，所述储能滤波电容与变压器初级线圈的第二端连接，还包括功率因数矫正单元，所述矫正单元的输入端与整流输入连接，其中一个输出端分别与变压器初级线圈的第二端及储能滤波电容连接，另一个输出端分别与电源开关管的源极和变压器初级线圈的第一端连接。本实用新型的开关电源，通过增加功率因数矫正单元，使得供电设备和用电设备更加安全可靠。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种开关电源，尤其是涉及一种适用于各种家用电器的开关电源。
背景技术
目前市场上销售的家用电器(如电视机)很多都使用开关式电源，以提高工作效率和适应电网输入电压不稳定的要求。图1是普通电视机开关电源简化后的工作原理图，图中V1是电源开关管，一般选用场效应管；U1是脉冲调宽电路，一般都用集成电路；C3是储能滤波电容，R1是启动电阻。刚开机的时候，输入电压通过R1对电容C5充电，待C5两端的电压达到8V以上时，U1开始工作，开关电源正常工作后，U1的工作电压转为由开关电源变压器输出供电。C5是U1工作电源的储能滤波电容；R2、C4、D3是反电动势吸收电路；U2是光耦隔离电路，对变压器的初、次级电路起隔离作用；U3是取样放大电路，对输出电压进行误差取样。
为了输出电压稳定，一般C3储能滤波电容器的容量都很大，其两端纹波大约只有5～10％，因此流过整流电路的浪涌电流很大，如图2所示。当开关电源工作的时候，V1受U1控制，不断地导通和截止，V1导通的时候，电流通过开关变压器储存能量，V1截止的时候，开关变压器向负载提供能量，因此这种开关电源也称反激式开关电源，或回扫式开关电源。
然而，随着家庭电器应用设备的增加，特别是整流设备的增加，电网的功率因数也急速下降，这是因为整流输出电路一般都接有一个大容量储能电容，导致整流二极管的导通角变得很小，使功率因数大大降低。
这种因整流二极管导通角变小使功率因数降低的情况对电网的危害，比一般功率因数同样很低的感性负载危害更大。因为导通角小就意味着浪涌电流很大，而要求电网在瞬间能提供的电流是有限的，因此很容易使电网产生电压波动和频率闪烁，或者干扰其它用电设备，严重时还会使电网过载进行保护。同时浪涌电流还会产生高次谐波，通过电网干扰其它用电设备，以及增加电网损耗，降低效率。
因此，随着家庭电器应用设备的增加，为了使供电设备和用电设备更安全可靠，电网对电器设备的功率因数要求条件也要相应提高，提高电视机开关电源功率因数就是一个最有普遍意义的方法。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种开关电源，以解决现有的开关电源因整流设备增加而使电网产生电压波动和频率闪烁，或者干扰其他设备的问题。
本实用新型的技术方案是，提供一种开关电源，包括电源开关管、脉冲调宽电路、储能滤波电容及变压器，其中脉冲调宽电路的输出端与电源开关管的控制端连接，所述变压器的电压输出端与脉冲调宽电路的输入端连接，所述储能滤波电容与变压器初级线圈的第二端连接，还包括功率因数矫正单元，所述矫正单元的输入端与整流输入连接，其中一个输出端分别与变压器初级线圈的第二端及储能滤波电容连接，另一个输出端分别与电源开关管的源极和变压器初级线圈的第一端连接。
上述的开关电源中，所述功率因数矫正单元包括电感、电容及整流二极管，其中电感的一端与整流输入连接、另一端分别连接电容和整流二极管基极，所述电容的另一端分别与电源开关管的源极和变压器初级线圈的第一端连接，所述整流二极管的发射极分别与储能滤波电容及变压器初级线圈的第二端连接。
上述的开关电源中，所述功率因数矫正单元还包括一个滤波电容，所述滤波电容的一端接地，另一端与整流输入连接。
上述的开关电源中，，还包括一端与脉冲调宽电路的输入端连接、另一端与变压器的电压输出端连接的光耦隔离电路。
上述的开关电源中，还包括反电动势吸收电路，该电路的两端分别连接变压器初级线圈的两端。
上述的开关电源中，所述脉冲调宽电路的输入端还连接有为脉冲调宽电路提供工作电源的第二储能滤波电容。
上述的开关电源中，所述电源开关管为场效应管，所述控制端为场效应管的栅极。
本实用新型的开关电源，通过提高功率因数，使得供电设备和用电设备更加安全可靠。
附图说明
图1是现有的反激式开关电源的电路示意图。
图2是现有的反激式开关电源的流经整流电路的电流的示意图。
图3是本实用新型的开关电源的电路示意图。
图4是图3的电路在电源开关管导通时的电路示意图。
图5是图3的电路在电源开关管截止时的电路示意图。
图6是本实用新型的开关电源的输入、输出电流的示意图。
具体实施方式
请参阅图3，本发明的开关电源与现有开关电源的不同之处主要是增加了一个功率因数矫正单元。在本实施例中，该功率因数矫正单元包括一个电感L1，和一个电容C2，及一个整流二极管D1。
C1是一个滤波电容，但它的容量很小，电容两端的波纹与输入电压的包络基本保持一致，即输入电压与电流的相位基本保持一致，因此它基本不影响整流电路的导通角。功率因数矫正单元还可通过类似的其他方式实现。
请一并参阅图4，当电源开关管V1导通时，整流输入电压加到L1和C2串联的回路上，电流iL通过L1对C2充电，同时电流iL会在电感线圈L1中建立磁场，把电能转化成磁能储存于L1之中。此时在L1中储存的能量W为：
式(1)中W为功或磁场能量，L为L1的电感量，I是流过L1的电流(即时值)。
当电源开关管V1截止关闭时，电感L1中储存的磁能量会转变为反电动势e，e的大小由下式决定：
e＝Ldi/dt (2)
或： e＝dΨ/dt (3)
式中e为电感L1产生的反电动势，L为L1的电感量，di/dt为电流变化率；dΨ/dt为电感线圈的磁通变化率。
因此，当电源开关管V1截止关闭时，电感L1产生的反电动势e正好极性与输入电压相同，两个串联通过整流二极管D1向储能滤波电容C3进行充电。同时，开关电源变压器T1初级线圈也会产生反电动势，反电动势的方向正好与C2电容两端积累电荷的方向相同，因此T1初级线圈产生的反电动势与C2电容两端的电压串联也通过整流二极管D1向储能滤波电容C3进行充电。随着C3充电时间的增长，C2两端的电压由开始时放电(即向C3提供能量)，待C2两端的电压过0后，C2反而变为被充电(即C2两端的电压极性与放电之前相反)，请一并参阅图5，图中流过C2的电流用ic来表示。
如上所述可知，整流二极管D1受电源开关管V1导通和关断来控制，其相位正好与V1的相位相反，即V1导通时，D1关断，V1关断时，D1导通。当D1导通时有两个电流iL和ic对储能滤波电容C3进行充电，提供能量。而流过电感L1的电流实际上就是开关电源的输入电流，即电网输入经整流后的输入电流。这个电流显然是一个高频脉冲电流，频率与开关电源的工作频率完全相同，其波形如图6中的VIN所示。
请一并参阅图6，τ1表示V1导通，此时输入电压对电感L1加电，L1处于充电储存能量状态，τ2表示V1关断，此时电感L1产生反电动势对C3充电，L1处于释放储存能量状态，即：当τn为奇数时，输入电压对电感L1充电储能，τn为偶数时，电感L1产生反电动势对C3充电。由于输入电压是正半周正弦波，而C3两端电压又受到调宽脉冲输出电路输入误差信号控制，即C3两端的电压与开关电源输出取样端的电压基本保持一致地变化，只要输出电压是稳定的，C3两端的电压也是稳定的，但条件是电容C2的容量要足够大。
根据调宽开关电源输出电压与调宽脉冲占空比(等于脉冲宽度τ与脉冲周期T之比)的关系，图6中，当输入电压较低时，V1的导通时间大于关闭时间，而当输入电压较高时，V1的导通时间小于关闭时间。严格来说，流过L1的电流是按指数函数(或正弦函数，但不是正弦波)变化的，但当电容C2的容量足够大时，可以把流过L1的电流看成是按线性规律变化的锯齿波。
图6中，IIN是输入电流的波形(数学期望值)，IL是流过电感L1的电流波形，VIN是输入电压波形，VOUT是电容C3两端的电压，大约为400V左右，调节电感L1和C3的参数，可以改变VOUT的输出电压。由图6看出，输入电流与输入电压的波形基本相同，因此，这种开关电源的功率因数很高，其数值很接近1。
可以理解，本实用新型开关电源电路，用于吸收开关电源变压器初级漏感产生反电动势的部分电路，如：图1、3、4、5中的R2、C4和D3等元器件可以省去，因为C2、D1、C3可以完全取代它们的作用。
Claims (7)
1、一种开关电源，包括电源开关管、脉冲调宽电路、储能滤波电容及变压器，其中脉冲调宽电路的输出端与电源开关管的控制端连接，所述变压器的电压输出端与脉冲调宽电路的输入端连接，所述储能滤波电容与变压器初级线圈的第二端连接，其特征在于，还包括功率因数矫正单元，所述矫正单元的输入端与整流输入连接，其中一个输出端分别与变压器初级线圈的第二端及储能滤波电容连接，另一个输出端分别与电源开关管的源极和变压器初级线圈的第一端连接。
2、根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述功率因数矫正单元包括电感、电容及整流二极管，其中电感的一端与整流输入连接、另一端分别连接电容和整流二极管基极，所述电容的另一端分别与电源开关管的源极和变压器初级线圈的第一端连接，所述整流二极管的发射极分别与储能滤波电容及变压器初级线圈的第二端连接。
3、根据权利要求2所述的开关电源，其特征在于，所述功率因数矫正单元还包括一个滤波电容，所述滤波电容的一端接地，另一端与整流输入连接。
4、根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，还包括一端与脉冲调宽电路的输入端连接、另一端与变压器的电压输出端连接的光耦隔离电路。
5、根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，还包括反电动势吸收电路，该电路的两端分别连接变压器初级线圈的两端。
6、根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述脉冲调宽电路的输入端还连接有为脉冲调宽电路提供工作电源的第二储能滤波电容。
7、根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述电源开关管为场效应管，所述控制端为场效应管的栅极。
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| CN110739755A (zh) * | 2018-07-02 | 2020-01-31 | 深圳市格威特光电科技有限公司 | 一种超级电容控制模组及控制方法 |
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