專利名稱：單級(jí)隔離型功率因數(shù)校正變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種單級(jí)隔離型功率因數(shù)校正變換器。
背景技術(shù)：
公知的單級(jí)隔離型功率因數(shù)校正變換器(見《中外電源》雜志2002年8月刊登的“單級(jí)功率因數(shù)校正(PFC)變換器”一文)。優(yōu)點(diǎn)是在實(shí)現(xiàn)了高功率因數(shù)使輸入輸出電壓相隔離的同時(shí)，解決了降壓輸出的問題。其缺點(diǎn)是開關(guān)管電壓應(yīng)力要高于市電峰值電壓的兩倍，開關(guān)管功耗大，成本高，僅能做到小功率輸出。這滿足不了某些場合降低成本和提高效率的需要，如在家電電源、辦公自動(dòng)化設(shè)備電源、電子鎮(zhèn)流器、通信電源、逆變焊機(jī)等產(chǎn)品中。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是要提供一種單級(jí)隔離型功率因數(shù)校正變換器，該器能使開關(guān)管電壓應(yīng)力下降到市電電壓峰值，效率高，成本低，且能實(shí)現(xiàn)大功率輸出。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的該器包括市電橋式整流電路和整流濾波輸出電路，市電橋式整流電路負(fù)極接地，市電橋式整流電路正極連接電感L1前端，電感L1后端、開關(guān)管V1上端、電容器C2正極及上串聯(lián)電路上端匯接，上串聯(lián)電路下端、二極管D6負(fù)極及電容器C1正極匯接，電容器C1負(fù)極接地，電容器C2負(fù)極、二極管D6正極及下串聯(lián)電路上端匯接，下串聯(lián)電路下端接地，開關(guān)變壓器的初級(jí)繞組Np2串聯(lián)在上串聯(lián)電路中，開關(guān)變壓器的初級(jí)繞組Np1串聯(lián)在下串聯(lián)電路中，開關(guān)變壓器的次級(jí)繞組接有整流濾波輸出電路。
所述的上串聯(lián)電路為上串聯(lián)電路的上端由開關(guān)變壓器的初級(jí)繞組Np2的上端形成，上串聯(lián)電路的中點(diǎn)由開關(guān)變壓器初級(jí)繞組Np2的下端連接二極管D5的負(fù)極形成，上串聯(lián)電路的下端由二極管D5的正極形成。
所述的上串聯(lián)電路還可為上串聯(lián)電路的上端由二極管D5的負(fù)極形成，上串聯(lián)電路的中點(diǎn)由二極管D5的正極與開關(guān)變壓器的初級(jí)繞組Np2的上端連接形成，上串聯(lián)電路的下端由開關(guān)變壓器的初級(jí)繞組Np2的下端形成。
所述的下串聯(lián)電路為下串聯(lián)電路的上端由二極管D7的負(fù)極形成，下串聯(lián)電路的中點(diǎn)由二極管D7的正極與開關(guān)變壓器的初級(jí)繞組Np1的上端連接形成，下串聯(lián)電路的下端由開關(guān)變壓器的初級(jí)繞組Np1的下端形成。
所述的下串聯(lián)電路還可為下串聯(lián)電路的上端由開關(guān)變壓器的初級(jí)繞組Np1的上端形成，下串聯(lián)電路的中點(diǎn)由開關(guān)變壓器初級(jí)繞組Np1的下端連接二極管D7的負(fù)極形成，下串聯(lián)電路的下端由二極管D7的正極形成。
所述的上串聯(lián)電路中的二極管D5并聯(lián)有一個(gè)開關(guān)管V2，開關(guān)管V2的上端與二極管D5的負(fù)極匯接，開關(guān)管V2的下端與二極管D5的正極匯接；下串聯(lián)電路中的二極管D7并聯(lián)有一個(gè)開關(guān)管V3，開關(guān)管V3的上端與二極管D7的負(fù)極匯接，開關(guān)管V3的下端與二極管D7的正極匯接。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是使用單級(jí)電路實(shí)現(xiàn)了功率因數(shù)校正和功率變換，使輸入輸出電壓隔離且能實(shí)現(xiàn)降壓或升壓輸出。而開關(guān)管承受耐壓為市電電壓的峰值，且可實(shí)現(xiàn)開關(guān)管準(zhǔn)過零電壓關(guān)斷，而且能做到中大功率輸出，成本低，功耗小，可廣泛使用在家電電源、辦公自動(dòng)化設(shè)備電源、電子鎮(zhèn)流器、通信電源、逆變焊機(jī)等產(chǎn)品中。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1是本實(shí)用新型的第一個(gè)實(shí)施例的電路圖。
圖2是本實(shí)用新型的第二個(gè)實(shí)施例的電路圖。
圖3是本實(shí)用新型的第三個(gè)實(shí)施例的電路圖。
圖4是本實(shí)用新型的第四個(gè)實(shí)施例的電路圖。
圖中開關(guān)管V1、V2、V3為IRF840，電感L1為1mH；電容器C1＝電容器C2為470μF/250V電解電容器；開關(guān)變器T用EC42磁芯，它有兩個(gè)初級(jí)繞組Np1、Np2，一個(gè)次級(jí)繞組Ns，其兩個(gè)初級(jí)繞組Np1、Np2匝數(shù)相同；圖3和圖4中的次級(jí)繞組Ns具有中點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
在圖1中，二極管D1的正極接地，市電電源Vi的一端、二極管D1的負(fù)極及二極管D3的正極匯接；二極管D2的正極接地，市電電源Vi的另一端、二極管D2的負(fù)極及二極管D4的正極匯接；二極管D3的負(fù)極、二極管D4的負(fù)極及電感L1的前端匯接構(gòu)成市電橋式整流電路。
電感L1的后端、開關(guān)管V1的上端、電容器C2的正極及開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組Np2的上端匯接。開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組Np2的下端與二極管D5的負(fù)極匯接構(gòu)成上串聯(lián)電路。二極管D5的正極、二極管D6的負(fù)極及電容器C1的正極匯接，電容器C1負(fù)極接地。電容器C2的負(fù)極、二極管D6的正極及二極管D7的負(fù)極匯接，二極管D7的正極與開關(guān)變壓器T初級(jí)繞組Np1的上端匯接構(gòu)成下串聯(lián)電路，開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組Np1的下端接地。開關(guān)變壓器T的次級(jí)繞組Ns接有整流濾波輸出電路。
整流濾波輸出電路是開關(guān)變壓器T的次級(jí)繞組Ns的上端與二極管D8的正極匯接，二極管D8的負(fù)極、二極管D9的負(fù)極及電感L2的前端匯接，電感L2的后端、電容器C0的正極及輸出端V0的上端匯接，開關(guān)變壓器T的次級(jí)繞組Ns的下端、二極管D9的正極、電容器C0的負(fù)極及輸出端V0的下端匯接。
如在二極管D6兩端并聯(lián)由電容器C、二極管D、電感L組成的緩沖網(wǎng)絡(luò)，可使開關(guān)管V1實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)零電壓關(guān)斷，則電路的效率會(huì)更高。
該實(shí)施例中的開關(guān)變壓器T工作在正激(或反激)狀態(tài)，電路簡單。
在圖2中，該實(shí)施例是由圖1所示的實(shí)施例變化而來的，其不同之處有二其一為上串聯(lián)電路中的開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組Np2與二極管D5互換了位置，即電感L1的后端、開關(guān)管V1的上端、電容器C2的正極及二極管D5的負(fù)極匯接，二極管D5的正極與開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組Np2的上端匯接構(gòu)成上串聯(lián)電路，開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組Np2的下端、二極管D6的負(fù)極及電容器C1的正極匯接；其二為下串聯(lián)電路中的開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組Np1與二極管D7互換了位置，即電容器C2的負(fù)極、二極管D6的正極及開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組Np1的上端匯接，開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組Np1的下端與二極管D7的負(fù)極匯接構(gòu)成下串聯(lián)電路，二極管D7的正極接地。其余部分同圖1所示的實(shí)施例。
在圖1和圖2所示的實(shí)施例中，由開關(guān)管V1、電感L1、二極管D1～D4、二極管D6、電容器C1、電容器C2組成升壓型功率因數(shù)校正電路。由開關(guān)管V1、二極管D5、二極管D7、電容器C1、電容器C2、開關(guān)變壓器T、二極管D8、二極管D9、電感L2及電容器C0組成正激(或反激)型功率變換電路。電路簡單，工作過程相同。
在圖3中，該實(shí)施例是由圖1所示的實(shí)施例變化而來，其不同之處有三其一為上串聯(lián)電路中的二極管D5上并聯(lián)有開關(guān)管V2，開關(guān)管V2的上端與二極管D5的負(fù)極匯接，開關(guān)管V2的下端與二極管D5的正極匯接；其二為下串聯(lián)電路中的二極管D7上并聯(lián)有開關(guān)管V3，開關(guān)管V3的上端與二極管D7的負(fù)極匯接，開關(guān)管V3的下端與二極管D7的正極匯接；其三為開關(guān)變壓器T的次級(jí)繞組Ns連接的整流濾波輸出電路為開關(guān)變壓器T的次級(jí)繞組Ns上端與二極管D8正極匯接，開關(guān)變壓器T的次級(jí)繞組Ns的下端與二極管D9的正極匯接，二極管D8的負(fù)極、二極管D9的負(fù)極及電感L2的前端匯接，電感L2的后端、電容器C0的正極及輸出端V0的上端匯接，開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組Ns的中點(diǎn)、電容器C0的負(fù)極及輸出端V0的下端匯接。
如在開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組NP2的下端與開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組NP1的上端之間接入由電容器C、二極管D、電感L組成的緩沖網(wǎng)絡(luò)可使開關(guān)管V2、開關(guān)管V3實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)零電壓關(guān)斷，則電路的效率會(huì)更高。
其余部分同圖1所示的實(shí)施例。
在圖4中，該實(shí)施例是由圖3所示的實(shí)施例變化而來，其不同之處有三其一為上串聯(lián)電路中的開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組Np2與并聯(lián)有開關(guān)管V2的二極管D5互換了位置，即由電感L1、開關(guān)管V1的上端、并聯(lián)有開關(guān)管V2的二極管D5的負(fù)極及電容器C2的正極匯接，并聯(lián)有開關(guān)管V2的二極D5的正極與開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組Np2的上端匯接構(gòu)成上串聯(lián)電路，開關(guān)管V2的上端與二極管D5的負(fù)極匯接，開關(guān)管V2的下端與二極管D5的正極匯接，開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組Np2的下端、電容器C1的正極及二極管D6的負(fù)極匯接；其二為下串聯(lián)電路中的開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組Np1與并聯(lián)有開關(guān)管V3的二極管D7互換了位置，即電容器C2的負(fù)極、二極管D6的正極及開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組Np1的上端匯接，開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組Np1的下端與并聯(lián)有開關(guān)管V3的二極管D7的負(fù)極匯接構(gòu)成下串聯(lián)電路，開關(guān)管V3的上端與二極管D7的負(fù)極匯接，開關(guān)管V3的下端與二極管D7的正極匯接，二極管D7的正極接地；其三為可在開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組NP2的上端與開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組NP1的下端之間接入由電容器C、二極管D、電感L組成的緩沖網(wǎng)絡(luò)，以使電路的效率更高。
其余部分同圖3所示的實(shí)施例。
在圖3和圖4所示的實(shí)施例中，由開關(guān)管V1、電感L1、二極管D1～D4、二極管D6、電容器C1、電容器C2組成升壓型功率因數(shù)校正電路，由開關(guān)管V1、開關(guān)管V2及開關(guān)管V3、二極管D5、二極管D7、電容器C1、電容器C2、開關(guān)變壓器T、二極管D8、二極管D9、電感L2及電容器C0組成功率變換電路。
具體工作過程以圖3和圖4所示的實(shí)施例進(jìn)行說明。
設(shè)輸出電壓V0＝110伏，電容器C1、電容器C2上的電壓為VC1＝VC2＝200伏，開關(guān)管V1、開關(guān)管V2(開關(guān)管V3與開關(guān)管V2同時(shí)導(dǎo)通或截止)交替工作，且使開關(guān)管V1、開關(guān)管V2導(dǎo)通或截止的寬度相等，以防開關(guān)變壓器T直流偏磁。
當(dāng)開關(guān)管V1在開關(guān)信號(hào)作用下導(dǎo)通(開關(guān)管V2、開關(guān)管V3截止)時(shí)完成二個(gè)功能一是把市電電源Vi輸入的能量存貯在電感L1中，二是通過開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組Np1、初級(jí)繞組Np2、二極管D5、二極管D7、電容器C1、電容器C2形成回路把電容器C1、電容器C2中存貯的能量通過開關(guān)變壓器T耦合到輸出端，建立輸出電壓V0；當(dāng)開關(guān)管V1在開關(guān)信號(hào)的作用下截止后，開關(guān)管V2、開關(guān)管V3同時(shí)導(dǎo)通，電感L1中存貯的能量通過三條路徑釋放，一條是通過電感L1、電容器C2、二極管D6、電容器C1、二極管D2(或二極管D1)、市電電源Vi、二極管D3(或二極管D4)形成回路，把電感L1中的能量存貯在電容器C1、電容器C2中；二是通過電感L1、開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組Np2、開關(guān)管V2、電容器C1、二極管D2(二極管D1)、市電電源Vi、二極管D3(或二極管D4)通過開關(guān)變壓器T的耦合把電感L1中的能量直接傳到輸出端；三是通過電感L1、電容器C2、開關(guān)管V3、開關(guān)變壓器T的初級(jí)繞組Np1、二極管D2(或二極管D1)、市電電源Vi、二極管D3(或二極管D4)開成回路，通過開變壓器T的耦合把L1的能量直接傳到輸出端，提高了能量傳輸效率，減小了開關(guān)管V1的電流應(yīng)力；當(dāng)開關(guān)管V2、開關(guān)管V3在開關(guān)信號(hào)作用截止后，該電路到此完成了一個(gè)工作周期。
在了解了圖3和圖4所示的實(shí)施例的工作過程后，圖1和圖2所示的實(shí)施例的工作過程很容易理解，不再敘述。
權(quán)利要求1.一種單級(jí)隔離型功率因數(shù)校正變換器，該器包括市電橋式整流電路和整流濾波輸出電路，市電橋式整流電路負(fù)極接地，市電橋式整流電路正極連接電感L1前端，其特征是電感L1后端、開關(guān)管V1上端、電容器C2正極及上串聯(lián)電路上端匯接，上串聯(lián)電路下端、二極管D6負(fù)極及電容器C1正極匯接，電容器C1負(fù)極接地，電容器C2負(fù)極、二極管D6正極及下串聯(lián)電路上端匯接，下串聯(lián)電路下端接地，開關(guān)變壓器的初級(jí)繞組Np2串聯(lián)在上串聯(lián)電路中，開關(guān)變壓器的初級(jí)繞組Np1串聯(lián)在下串聯(lián)電路中，開關(guān)變壓器的次級(jí)繞組接有整流濾波輸出電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單級(jí)隔離型功率因數(shù)校正變換器，其特征是上串聯(lián)電路為上串聯(lián)電路的上端由開關(guān)變壓器的初級(jí)繞組Np2的上端形成，上串聯(lián)電路的中點(diǎn)由開關(guān)變壓器初級(jí)繞組Np2的下端連接二極管D5的負(fù)極形成，上串聯(lián)電路的下端由二極管D5的正極形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單級(jí)隔離型功率因數(shù)校正變換器，其特征是上串聯(lián)電路還可為上串聯(lián)電路的上端由二極管D5的負(fù)極形成，上串聯(lián)電路的中點(diǎn)由二極管D5的正極與開關(guān)變壓器的初級(jí)繞組Np2的上端連接形成，上串聯(lián)電路的下端由開關(guān)變壓器的初級(jí)繞組Np2的下端形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單級(jí)隔離型功率因數(shù)校正變換器，其特征是下串聯(lián)電路為下串聯(lián)電路的上端由二極管D7的負(fù)極形成，下串聯(lián)電路的中點(diǎn)由二極管D7的正極與開關(guān)變壓器的初級(jí)繞組Np1的上端連接形成，下串聯(lián)電路的下端由開關(guān)變壓器的初級(jí)繞組Np1的下端形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單級(jí)隔離型功率因數(shù)校正變換器，其特征是下串聯(lián)電路還可為下串聯(lián)電路的上端由開關(guān)變壓器的初級(jí)繞組Np1的上端形成，下串聯(lián)電路的中點(diǎn)由開關(guān)變壓器初級(jí)繞組Np1的下端連接二極管D7的負(fù)極形成，下串聯(lián)電路的下端由二極管D7的正極形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單級(jí)隔離型功率因數(shù)校正變換器，其特征是上串聯(lián)電路中的二極管D5并聯(lián)有一個(gè)開關(guān)管V2，開關(guān)管V2的上端與二極管D5的負(fù)極匯接，開關(guān)管V2的下端與二極管D5的正極匯接；下串聯(lián)電路中的二極管D7并聯(lián)有一個(gè)開關(guān)管V3，開關(guān)管V3的上端與二極管D7的負(fù)極匯接，開關(guān)管V3的下端與二極管D7的正極匯接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種單級(jí)隔離型功率因數(shù)校正變換器，該器的市電橋式整流電路接電感前端，電感后端、開關(guān)管V
文檔編號(hào)H02M1/14GK2595064SQ0229313
公開日2003年12月24日 申請(qǐng)日期2002年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月28日
發(fā)明者曹文領(lǐng) 申請(qǐng)人:曹文領(lǐng)