專利名稱：一種高功率因素高頻直流電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高功率因素高頻直流電源線路。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的高功率直流電源是在整流硅僑后直接接電容。由于這種結(jié)構(gòu)交流電源直接給電容充電，形成很大的非線性諧波電流，而這種非線性諧波對(duì)電力系統(tǒng)是有害的，為了減少諧波電流，符合EN61000-3-2國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，人們提出了很多的方法。其中無(wú)源的濾波高功率因素校正電路，此種電路功率因素一般在75％∽85％之間。有源的高功率因素校正電路，又分單級(jí)和雙級(jí)。雙極高功率因素電源(圖1)是最成熟，是大家都知道的。它是用一個(gè)電感和一個(gè)開關(guān)管將電容上的電壓提高，這樣交流電源就不能對(duì)電容直接充電，從而避免了諧波電流。但是這種方法有以下不足之處第一將電壓提升，在后面的高頻電壓變換器中，開關(guān)管兩端的電壓在關(guān)斷時(shí)就會(huì)增加，從而增加了開關(guān)管損壞的可能性。當(dāng)然可以通過(guò)限壓保護(hù)電路減少開關(guān)管損壞的可能性，但是這樣增加了電路的損耗。我們知道開關(guān)管的價(jià)格與開關(guān)管承受所能的電壓有關(guān)，即電壓值越高，價(jià)格也越高；第二，由于增加一級(jí)開關(guān)管作為提升電壓用，從而增加了電能的損耗。
發(fā)明簡(jiǎn)介本發(fā)是在考慮各種因素的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)形成的。
其目的之一是增加高頻電源的可靠性。
其目的之二是實(shí)現(xiàn)高頻電源的功率因素的校正。
其目的之三是降低高頻電源的自身?yè)p耗，提高電容工作效率。
其目的之四是降低高頻電源的制造成本(通過(guò)降低開關(guān)管元件的電壓性能要求)。
本發(fā)明電路分為三大部分一、加速電流流通電路。二、電壓變換電路。三、電壓鉗位、繼流和功率因素效正電路。
加速電流流通電路由二級(jí)管D1和C1組成，C1接在整流硅橋的輸出端，用以儲(chǔ)存整流硅橋出來(lái)的瞬時(shí)電能。D1接在整流硅橋輸出的正極端。D1是快速反應(yīng)二極管，其為變換電路提供一快速通道，以避免由于整流二極管低速反應(yīng)造成的損耗。
主開關(guān)電壓變換電路它由高頻變壓器T和主開關(guān)管Q2組成，高頻變壓器的初級(jí)接在二級(jí)管D1的的陰極后面，它的另一端與主開關(guān)管Q2相連。它通過(guò)變壓器T和開關(guān)管將初級(jí)波動(dòng)直流電壓，變成次級(jí)穩(wěn)定的直流電壓。
電壓鉗位、繼流和功率因素校正電路由輔助開關(guān)管Q1，電容C2，二級(jí)管D2，D3，D4，D5和電容C3，C4構(gòu)成。其中輔助開關(guān)管Q1，提供電容放電通路。電容C2起輸入波形校正作用。二級(jí)管D2，D3，D4和電容C3，C4構(gòu)成繼流電路。
當(dāng)輸入電壓低于C3或C4上的電壓時(shí)，電源電壓轉(zhuǎn)換電能由C3和C4上的儲(chǔ)能提供。同時(shí)，它們和二極管D5一起作用將主開關(guān)管關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的電壓鉗制至VC3+VC4。


圖一是二功率因素校正線路圖。
圖二是本發(fā)明高功率因素電源線路圖。
圖三是本發(fā)明的另一種實(shí)現(xiàn)線路。
本發(fā)明的具體說(shuō)明在圖二中交流電源與整流硅橋接R輸出并接電容C1后正極端接二極管D1的陽(yáng)極，二極管D1的陽(yáng)極接高頻變壓器T的初級(jí)線圈一端，高頻變壓器T的初級(jí)線圈另一端與主開關(guān)管Q2的一端相連，主開關(guān)管Q2的另一端與整流硅僑R的輸出負(fù)極相連。輔助開關(guān)管Q1一端接二極管D1與高頻變壓器T相連處，另一端與電容C2正極相連，電容C2的負(fù)的極接整流硅僑R的輸出負(fù)極相連。電容C3正極接輔助開關(guān)管Q1與電容C2的連接處，負(fù)極與二極管D3的陰極、二極管的陽(yáng)極D2相連。二極管D3的陽(yáng)極與整流硅僑輸出端負(fù)極相連。二極管D2的陰極與電容C4的正極、二極管D4的陽(yáng)極相連，電容C4的負(fù)極接整流硅僑R的輸出負(fù)極。二極管D4的陰極接輔助開關(guān)管Q1與電容C2的連接處。二極管D5的陽(yáng)極與高頻變壓器T的初級(jí)線圈與主開關(guān)管的連接處，陰極接輔助開關(guān)管Q1與電容C2的連接處。高頻變壓器T的次級(jí)線路是一個(gè)整流濾波線路，可以是單電壓，也可以是多電壓的輸出整流濾波線路。在圖3中，在整流硅僑與高頻變壓器之間多接了一個(gè)電感在初極線圈電壓感量不足時(shí)即可在線路增加一個(gè)電感。
下面是本發(fā)明電路的工作原理當(dāng)電路接交流電源時(shí)，電流通過(guò)整流硅橋R，二極管D1，高頻變壓器T的初級(jí)線圈及二極管D5給電容C2，C3和C4充電。當(dāng)電容C3和C4充電到交流電壓的峰值時(shí)。外電路就不能直接予電容C3和C4充電。脈沖過(guò)程可以分為三個(gè)階段，第一階段當(dāng)脈沖到來(lái)時(shí)，輔助開關(guān)管Q1和主開關(guān)管Q2一起導(dǎo)通。這時(shí)電容C2上的電荷通過(guò)輔助開關(guān)Q1，高頻變壓器T和主開關(guān)Q2放電，在此階段中變壓器次級(jí)形成電壓給次級(jí)電容充電。第二階段當(dāng)電容C2上的電壓低于經(jīng)整流后的輸入電壓時(shí)，電容C2就停止供電。此時(shí)，電流由電源輸入直接供電或當(dāng)電容C2上的電壓低于電容C3或C4上的電壓時(shí)由電容C3或C4提供電流。在此階段次級(jí)電路也產(chǎn)生電壓給次級(jí)電容充電。第三階梯段當(dāng)脈沖截止時(shí)，輔助開關(guān)和主開管同時(shí)關(guān)閉。電路上的電流，由于電路中高頻變壓器存在漏感，不能突變，電流通過(guò)輸入端經(jīng)過(guò)二極管D1變壓器T初級(jí)線圈，二極管D5給電容C2充電。當(dāng)電容C2上的電壓超過(guò)電壓Vc3+Vc4時(shí)電路給電容C3、C4充電。同時(shí)將主開關(guān)管兩端電壓限制在心Vc3+Vc4以下。以后每一脈沖過(guò)程重復(fù)上述過(guò)程。由此可知，每個(gè)脈沖過(guò)程都有電流從輸入端輸入。當(dāng)輸入電壓越高，C2上的電能放電時(shí)間就越短。輸入通過(guò)二極管D1的供電時(shí)間就越長(zhǎng)。同時(shí)在脈沖截止，輸入電壓加上變壓器上的漏感電壓就越高，輸入電路對(duì)電容C2、C3、C4充電就越大。當(dāng)輸入電壓越低時(shí)，電容C2的放電時(shí)間就越長(zhǎng)。電路中由輸入電源供電的電流就越少，同時(shí)脈沖截止時(shí)，電路中產(chǎn)生的充電電壓Vc3+Vc4就越低。此時(shí)輸入電流就越小。當(dāng)輸入電壓低于電容C3或C4上的電壓時(shí)，電路中完全由C2或C3和C4供電。輸入電流就只有在脈沖截止時(shí)，電路才產(chǎn)生對(duì)電容C2、C3和C4的充電電流。從分析可知輸入電壓越高、輸入電流就越大，反之輸入電壓越低，輸入電流就越小。因此通過(guò)電路參數(shù)的適當(dāng)調(diào)整，此電路的功率因素接近于1。
具體實(shí)例1，電源150w，輸出電壓5v，10A，5A；3v，10A。主開關(guān)管采用IRF450，輔助開關(guān)管用IRF840，控制IC用KA3845。
具體實(shí)例1，電源120w，輸出電壓5v，10A，5A；3v，10A。主開關(guān)管采用IRF450，輔助開關(guān)管用IRF840，控制IC用UCC3581。
權(quán)利要求
1.一高功率因素直流電源由下列組成(1)、整流硅橋其輸入端接交流電源，輸出波動(dòng)直流電壓。(2)、第一個(gè)電容C1并接在整流硅橋的輸出端。(3)、第一個(gè)二極管D1，它的陽(yáng)極接整流硅橋的輸出的正極端，陰極接高頻變壓器的初級(jí)線圈。(4)、高頻變壓器T，它的初級(jí)線圈一端接第一個(gè)二極管D1的陰極，初級(jí)線圈的另一端接第二個(gè)開關(guān)管(主開關(guān)管)Q2。(5)第二個(gè)開關(guān)管(主開關(guān)管)Q2，它的一端與高頻變壓器的初級(jí)線圈連接，另一端與整流硅橋的負(fù)極相連。(6)、第五個(gè)二極管D5，它的陽(yáng)極接在高頻變壓器初級(jí)線圈和第二開關(guān)管(主開關(guān)管)Q2的連接處。它的陰極與第一個(gè)開關(guān)管(輔助開關(guān)管)相連。(7)、第一開關(guān)管(輔助開關(guān)管)Q1，它的一端接在第一個(gè)二極管D1的陰極和高頻變壓器的初級(jí)連接處，它的另一端與第五個(gè)二極管D5的陰極相連。(8)第二個(gè)電容C2，它的一端接整流硅極的負(fù)極輸出端，另一端接第一開關(guān)管與第五個(gè)二極管D5的連接處。(9)第三個(gè)電容C3，、它的正極端接第五個(gè)二極管與第一個(gè)開關(guān)管的連接處，它的負(fù)極與第三個(gè)二極管D3、第二個(gè)二極管D2的陽(yáng)極相連。(10)第三個(gè)二極管D3，它的陽(yáng)極與整流硅橋輸出負(fù)極相連。它的陰極與第三個(gè)電容的負(fù)極端相連。(11)第二個(gè)二極管D2，它的陽(yáng)極與第三個(gè)電容C3的負(fù)極相連。它的陰極與第四電容正極端、第四個(gè)二極管D4的陽(yáng)極相連。(11)第四個(gè)電容C4，它的正極端接第二個(gè)二極管D2的陰極相連，它的負(fù)極與整流硅僑輸出負(fù)極相連。(13)、)第四個(gè)二極管D4，它的陽(yáng)極與第四個(gè)電容C4的正極相連。它的陰極與接在第五個(gè)二極管的陰極與第一開關(guān)管的連接處。其線路連接如下整流硅橋接R輸出并接電容C1后正極端接二極管D1的陽(yáng)極，二極管D1的陽(yáng)極接高頻變壓器T的初級(jí)線圈一端，高頻變壓器T的初級(jí)線圈另一端與主開關(guān)管Q2的一端相連，主開關(guān)管Q2的另一端與整流硅僑R的輸出負(fù)極相連。輔助開關(guān)管Q1一端接二極管D1與高頻變壓器T相連處，另一端與電容C2正極相連，電容C2的負(fù)的極接整流硅僑R的輸出負(fù)極相連。電容C3正極接輔助開關(guān)管Q1與電容C2的連接處，負(fù)極與二極管D3的陰極、二極管的陽(yáng)極D2相連。二極管D3的陽(yáng)極與整流硅僑輸出端負(fù)極相連。二極管D2的陰極與電容C4的正極、二極管D4的陽(yáng)極相連，電容C4的負(fù)極接整流硅僑R的輸出負(fù)極。二極管D4的陰極接輔助開關(guān)管Q1與電容C2的連接處。二極管D5的陽(yáng)極與高頻變壓器T的初級(jí)線圈與主開關(guān)管的連接處，陰極接輔助開關(guān)管Q1與電容C2的連接處。高頻變壓器T的次級(jí)線路是一個(gè)整流濾波線路，可以是單電壓，也可以是多電壓的輸出整流濾波線路。主開關(guān)管、輔助開關(guān)管可以是場(chǎng)效應(yīng)管，三極管、IGBT等開關(guān)管，輔助開關(guān)管可以是場(chǎng)效應(yīng)管、三級(jí)管、IGBT等開關(guān)管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1，第一個(gè)電容C1與第一個(gè)二極管D1的作用上加速電流的流通，同時(shí)防止第一個(gè)開關(guān)管Q1流出的電流流向第一個(gè)電容C1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1，第二個(gè)電容C2作用起校正輸入波形作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，第三個(gè)電容C3、第四個(gè)電容C4、第二個(gè)二極管D2、第三個(gè)二極管D3和第四個(gè)二極管D4組成了一個(gè)繼流電路。即當(dāng)經(jīng)整流后輸入電壓低于第三個(gè)電容C3或第四個(gè)電容C4的兩端電壓時(shí)，由該電路提供電能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，第五個(gè)二極管D5和第三個(gè)電容C3、第四個(gè)電容C4、第三個(gè)二極管D3組成了一個(gè)鉗位電路，即將主開關(guān)管(第二個(gè)開關(guān)管)Q2關(guān)斷時(shí)的電壓限制第三個(gè)電容C3的電壓加上第四個(gè)電容C4的電壓。
6.據(jù)權(quán)利要求1，高功率因素電源，可以在上述電路中加上一個(gè)電感和一個(gè)二極管，其中二極管陽(yáng)極接在整流硅橋輸出端的正極，陰極與電感相連，電感的另一端接在的初級(jí)線圈與主開關(guān)管的連接處。
全文摘要
高功率因素高頻直流電源，由整流硅橋和高頻直流轉(zhuǎn)換器組成。整流電路是整流硅橋輸入端接交流電源，其輸出將交流變?yōu)椴▌?dòng)直流電壓。高頻直流轉(zhuǎn)換器由初級(jí)線路和次級(jí)線路組成。次級(jí)線路一整流慮波線路，可以是單電壓輸出或多電壓輸出。初級(jí)線路由三部分組成。一是高頻轉(zhuǎn)換線路——由高頻變壓器初級(jí)線圈，主開關(guān)管。二是提速線路——由電容、快速二極管組成。三波形校正、電壓鉗位及繼流電路——由電容C
文檔編號(hào)H02M3/28GK1808868SQ200510006520
公開日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2005年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月19日
發(fā)明者林福泳 申請(qǐng)人:林福泳, 林福祥