專(zhuān)利名稱：改進(jìn)的被動(dòng)式電力濾波電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種改進(jìn)的被動(dòng)式電力濾波電路，特別涉及一種可以根據(jù)補(bǔ)償電路的需求，來(lái)設(shè)定補(bǔ)償電路工作所需的額定電壓的電源電路。
背景技術(shù)：
隨著科技的進(jìn)步，人們對(duì)于電能的依賴性也與日俱增，電力已經(jīng)是現(xiàn)代生活中不可或缺的一項(xiàng)重要資源。以往對(duì)電力的要求是電力充足，但是隨著生活水平的提高及科技產(chǎn)業(yè)的升級(jí)，追求高品質(zhì)的電力供需，一直是全球各國(guó)所要達(dá)到的目標(biāo)，我國(guó)工業(yè)已轉(zhuǎn)型為高科技、高產(chǎn)值產(chǎn)業(yè)，也代表著許多精密設(shè)備已被廣泛使用，因此導(dǎo)致人們對(duì)電力的要求也有所改變，除了電力上量的提高之外，也開(kāi)始兼顧電力品質(zhì)的優(yōu)劣與否，然而大量的興建電廠，并非解決問(wèn)題的唯一途徑，必需一方面提高電力供給的能量，另一方面則需提高電氣產(chǎn)品的功率因子(Power factor)或效率，才能有效解決問(wèn)題。目前人們使用的各項(xiàng)設(shè)備，絕大多數(shù)其內(nèi)部都是直接或是間接以直流電源工作。可是電力公司因發(fā)電系統(tǒng)與電力傳輸?shù)鹊目紤]，其所提供的電力為交流電，因此我們需要交流/直流轉(zhuǎn)換器，將交流電轉(zhuǎn)換成所需的直流工作電壓，常見(jiàn)的交流/直流轉(zhuǎn)換器為二極管橋式整流器，此電路只須四個(gè)二極管即可，因?yàn)榧軜?gòu)簡(jiǎn)單且成本低廉，所以廣泛被使用。如圖2所示，是其電壓/電流波形示意圖，但是此電路的缺點(diǎn)是輸入電壓和輸入電流有相位差使功率因子下降，以及輸入電流含有高諧波成份，所造成的輸入電流的波形嚴(yán)重失真，導(dǎo)致電力系統(tǒng)不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使供電中斷，再加上現(xiàn)今有很多的電氣產(chǎn)品因其內(nèi)部阻抗的特性，使得其功率因子非常低，加上使用者對(duì)電力品質(zhì)的要求日益嚴(yán)格，使得改善電源供應(yīng)器的功率因子成為一項(xiàng)重要課題，其技術(shù)要點(diǎn)則是著重在于電源供應(yīng)器的電力濾波電路上。
電力濾波電路的主要作用是讓電壓與電流的相位相同且使負(fù)載近似于電阻性以達(dá)到較低的輸入電流諧波值，因此在電路設(shè)計(jì)上有很多種作法，主要可分為被動(dòng)式電力濾波電路和主動(dòng)式電力濾波電路兩種，其中被動(dòng)式電力濾波電路因?yàn)樗杈€路簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本較低所以在成本的考慮下，業(yè)界多采用被動(dòng)式濾波電路，主要是由電容及電感等被動(dòng)元件所構(gòu)成，用以將落后或是領(lǐng)先的電流相位補(bǔ)償回來(lái)同時(shí)降低電流諧波值，對(duì)于功率因數(shù)值的要求較不嚴(yán)謹(jǐn)，其作法是使用含有氣隙硅鋼片形式的電感串聯(lián)在輸入端上，或配合電容作LC型或π型低通濾波器，然而愈是要對(duì)低頻有作用的電感，其電感值必需愈大，舉例來(lái)說(shuō)，在個(gè)人計(jì)算機(jī)上的ATX電源供應(yīng)器，若是被動(dòng)式電力濾波電路時(shí)，其體積都相當(dāng)大且笨重，功率因數(shù)值在最好的狀況下也只能達(dá)到70％而已，在嚴(yán)格的功率因數(shù)要求規(guī)范下并不適用。
為能改善被動(dòng)式濾波電路輸出功率因數(shù)不佳的問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)的解決方式是采用電路補(bǔ)償，主要是在原有的被動(dòng)式濾波電路加入一補(bǔ)償電路，如圖1所示，包括一過(guò)載保護(hù)電路11、一突波電流限制電路12、一第一濾波電路13、一功率因數(shù)校正電路14、一整流器15、一功率因數(shù)補(bǔ)償電路16、一第二濾波電路17、一電源推動(dòng)電路18、一主變壓器19、一輸出整流器20、一電源回授電路21、一待機(jī)電源電路22、以及輸出濾波電路23、24、25，其中該功率因數(shù)補(bǔ)償電路16是由兩串聯(lián)的二極管D4、D5，以及一電容C8所組成，由于該功率因數(shù)補(bǔ)償電路16須有一電壓源對(duì)該電容C8儲(chǔ)存一額定電壓，以便讓濾波電容C5、C6提前充電來(lái)達(dá)到補(bǔ)償?shù)男Ч?，故該待機(jī)電源電路22除了作為供應(yīng)該控制IC 211及備用電源所需的電能之外，另外再?gòu)脑摯龣C(jī)電源電路22的二極管D6的陰極分流一回路做為該功率因數(shù)補(bǔ)償電路16的電壓源，以便對(duì)該電容C8充電，如此雖然達(dá)到了功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)哪康?，也改善了輸出功率因?shù)，但是因提供給該電源回授電路21的控制IC 211的電壓源一般均設(shè)定有一定的電能無(wú)法任意調(diào)整，若自該待機(jī)電源電路22把該電壓源分流給該功率因數(shù)補(bǔ)償電路16使用，除了輸出的額定電壓為固定值無(wú)法調(diào)整之外，更將使得該控制IC 211無(wú)法得到足夠的電能，如此就容易對(duì)該控制IC 211產(chǎn)生干擾，而令該電源回授電路21工作失常，進(jìn)而使電源的輸出不穩(wěn)定。
綜合上述，采用被動(dòng)式電力濾波電路，在應(yīng)用上存在有能源轉(zhuǎn)換效率不高，容易產(chǎn)生工頻震動(dòng)和噪音等問(wèn)題，而如果加裝現(xiàn)有技術(shù)披露的補(bǔ)償電路又易造成輸出電源的不穩(wěn)定，所以被動(dòng)式電力濾波器雖然廣泛被應(yīng)用在電力系統(tǒng)上，但是其電路結(jié)構(gòu)仍有待改善。
實(shí)用新型內(nèi)容鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型的主要目的在于不從該待機(jī)電源電路分流取得電壓源，而是另行設(shè)計(jì)一可隨著功率因數(shù)補(bǔ)償電路的電壓需求不同而設(shè)定的電壓源電路，以解決現(xiàn)有自待機(jī)電源電路作分流來(lái)取得額定電壓所造成的電源輸出不穩(wěn)定的問(wèn)題。
本實(shí)用新型的另一目的在于提供一多段功率因數(shù)補(bǔ)償電路，以改善電源供應(yīng)器的功率因子，并符合電氣規(guī)范，及節(jié)省制作成本。
因此，根據(jù)本實(shí)用新型的改進(jìn)的被動(dòng)式電力濾波電路，用以改善電源供應(yīng)設(shè)備的輸入功率因數(shù)及降低電源諧波值，提高電力系統(tǒng)效率，其包括一整流器；兩濾波電容，以串聯(lián)的方式電性連接于整流器的直流電輸出端上；一功率因數(shù)補(bǔ)償電路，電性連接于整流器的直流電輸出端與兩濾波電容之間，以提前整流器的直流電輸出端進(jìn)入兩濾波電容儲(chǔ)存電能的電流導(dǎo)通時(shí)間；以及一功率因數(shù)補(bǔ)償電壓源電路，具有一獨(dú)立的線圈繞組，其電性耦合于電源供應(yīng)設(shè)備的主變壓器中，用以產(chǎn)生功率因數(shù)補(bǔ)償電路工作所需的一額定補(bǔ)償電壓。
根據(jù)本實(shí)用新型的改進(jìn)的被動(dòng)式電力濾波電路另行設(shè)計(jì)一可隨著功率因數(shù)補(bǔ)償電路的電壓需求不同而設(shè)定的電壓源電路，從而解決了現(xiàn)有自待機(jī)電源電路作分流來(lái)取得額定電壓所造成的電源輸出不穩(wěn)定的問(wèn)題。


圖1為現(xiàn)有功率因數(shù)校正補(bǔ)償電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為被動(dòng)式濾波電路的電壓/電流波形示意圖。
圖3為本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本實(shí)用新型功率因數(shù)修正后的電壓/電流波形示意圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖3所示，為本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括過(guò)載保護(hù)電路11、該突波電流限制電路12、第一濾波電路13、功率因數(shù)校正電路14、整流器15、功率因數(shù)補(bǔ)償電路16、第二濾波電路17、電源推動(dòng)電路18、主變壓器19、輸出整流器20、電源回授電路21、待機(jī)電源電路22、一功率因數(shù)補(bǔ)償電壓源電路27、以及輸出濾波電路23、24、25，圖中該功率因數(shù)校正電路14為一線圈繞組，負(fù)責(zé)對(duì)應(yīng)該第二濾波電路17的兩濾波電容C5、C6產(chǎn)生諧振效應(yīng)以形成電流相位提前，圖中該功率因數(shù)補(bǔ)償電路16電性連接于整流器15的直流電輸出端與兩濾波電容C5、C6之間，以提前該整流器15的直流電輸出端進(jìn)入兩濾波電容C5、C6儲(chǔ)存電能的電流導(dǎo)通時(shí)間，該功率因數(shù)補(bǔ)償電路16包括與濾波電容C5、C6電性串聯(lián)的二極管D4、D5以及一電性連接于該二極管D4、D5之間的電容C8，該功率因數(shù)補(bǔ)償電壓源電路27由一電性耦合于該主變壓器19的一次側(cè)中的線圈繞組N2，及與該線圈繞組N2電性串聯(lián)連接的二極管D3、D5、及并聯(lián)連接該線圈繞組N2的電容C7所組成，用以提供該功率因數(shù)補(bǔ)償電路16工作所需的一額定補(bǔ)償電壓，其中該線圈繞組N2的線圈匝數(shù)，可以根據(jù)該功率因數(shù)補(bǔ)償電路16對(duì)額定電壓的需求來(lái)調(diào)整，以便讓該功率因數(shù)補(bǔ)償電壓源電路27的輸出電壓可以符合該功率因數(shù)補(bǔ)償電路16的所需，同時(shí)因?yàn)樵摴β室驍?shù)補(bǔ)償電壓源電路27是獨(dú)立回路，而不是自該待機(jī)電源電路22作分流取得，所以沒(méi)有現(xiàn)有技術(shù)因分流造成的控制IC211電能不足產(chǎn)生干擾，而導(dǎo)致該電源回授電路21失控而使電源輸出不穩(wěn)定的問(wèn)題。
請(qǐng)參閱圖4，為本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括過(guò)載保護(hù)電路11、突波電流限制電路12、第一濾波電路13、功率因數(shù)校正電路14、整流器15、一多段功率因數(shù)補(bǔ)償電路26、第二濾波電路17、電源推動(dòng)電路18、主變壓器19、輸出整流器20、電源回授電路21、待機(jī)電源電路22、功率因數(shù)補(bǔ)償電壓源電路27、以及輸出濾波電路23、24、25，圖中該多段功率因數(shù)補(bǔ)償電路26工作所需的一額定補(bǔ)償電壓是由該功率因數(shù)補(bǔ)償電壓源電路27所提供，而該多段功率因數(shù)補(bǔ)償電路26則電性連接于一具備有交流電輸入端及直流電輸出端的該整流器15，由數(shù)組相互并聯(lián)的子補(bǔ)償回路所組成，用以讓該濾波電容C5、C6在不同的時(shí)段進(jìn)行提前充電，而該子補(bǔ)償回路是由電性連接的二極管D4、D6、D7、D8、電容C8、C9、C10、C11、及齊納二極管Z01、Z02、Z03所組成。
請(qǐng)參閱圖4，首先由功率因數(shù)補(bǔ)償電壓源電路27所提供的電源VCC在上一半波順序經(jīng)二極管D5對(duì)電容C8、C9、C10、C11進(jìn)行充電，其中電容C8被充至VCC的全額電位，而電容C9因串有齊納二極管Z01故只被充有VCC的3/4電位，電容C10串有齊納二極管Z02故充有VCC的2/4電位，而電容C11串有齊納二極管Z03故充有VCC的1/4電位(其中功率因數(shù)補(bǔ)償電壓源電路27、電容C8、C9、C10、C11及齊納二極管Z01、Z02、Z03可視補(bǔ)償值多少來(lái)進(jìn)行調(diào)整)；請(qǐng)參閱圖5所示，其為本實(shí)用新型的電壓波形A，上升到加上電容C8先前被充電所儲(chǔ)存的電位，高于濾波電容C5、C6時(shí)，原儲(chǔ)存于電容C8的電能即經(jīng)二極管D4對(duì)濾波電容C5、C6進(jìn)行提前充電如圖5的延長(zhǎng)導(dǎo)通時(shí)間電流波形33(因電容C8被充有全部的VCC電壓故會(huì)最先被啟動(dòng))；當(dāng)電壓波形A再上升到加上電容C9先前被充電所儲(chǔ)存3/4VCC的電位，并高于濾波電容C5、C6時(shí)，原儲(chǔ)存于電容C9的電能即經(jīng)二極管D6對(duì)濾波電容C5、C6進(jìn)行提前充電如圖5的提前導(dǎo)通時(shí)間電流波形32；當(dāng)電壓波形A再上升就如上兩步驟般讓電容C10對(duì)濾波電容C5、C6進(jìn)行提前充電如圖5的延長(zhǎng)導(dǎo)通時(shí)間電流波形31(若有必要可再增加級(jí)數(shù))，最后當(dāng)電壓波形A上升到濾波電容C5、C6端電壓時(shí)即會(huì)形成一主回路電流30經(jīng)該功率因數(shù)校正電路14整流器15對(duì)濾波電容C5、C6開(kāi)始充電。因此，根據(jù)本實(shí)用新型所披露的技術(shù)，可達(dá)到順序補(bǔ)償被動(dòng)式電力濾波電路的效果，并且符合電氣規(guī)范的需求，且制作成本低。
以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包括在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種改進(jìn)的被動(dòng)式電力濾波電路，用以改善電源供應(yīng)設(shè)備的輸入功率因數(shù)及降低電源諧波值，提高電力系統(tǒng)效率，其特征在于包括一整流器(15)；兩濾波電容(C5、C6)，以串聯(lián)的方式電性連接于所述整流器(15)的直流電輸出端上；一功率因數(shù)補(bǔ)償電路(16)，電性連接于所述整流器(15)的直流電輸出端與所述兩濾波電容(C5、C6)之間，以提前所述整流器(15)的直流電輸出端進(jìn)入所述兩濾波電容(C5、C6)儲(chǔ)存電能的電流導(dǎo)通時(shí)間；以及一功率因數(shù)補(bǔ)償電壓源電路(27)，具有一獨(dú)立的線圈繞組(N2)，其電性耦合于所述電源供應(yīng)設(shè)備的主變壓器(19)中，用以產(chǎn)生所述功率因數(shù)補(bǔ)償電路(16)工作所需的一額定補(bǔ)償電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的被動(dòng)式電力濾波電路，其特征在于，所述線圈繞組(N2)電性耦合于所述主變壓器(19)的一次側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的被動(dòng)式電力濾波電路，其特征在于，所述功率因數(shù)補(bǔ)償電路(16)包括與濾波電容(C5、C6)電性串聯(lián)的二極管(D4、D5)以及一電性連接于所述二極管(D4、D5)之間的電容(C8)，所述功率因數(shù)補(bǔ)償電源電路(27)由電性耦合于所述主變壓器(19)一次側(cè)的所述線圈繞組(N2)、與所述線圈繞組(N2)電性串聯(lián)連接的二極管(D3)、與所述線圈繞組(N2)電性并聯(lián)連接的一電容(C7)所組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的被動(dòng)式電力濾波電路，其特征在于，所述功率因數(shù)補(bǔ)償電路(16)是一多段功率因數(shù)補(bǔ)償電路(26)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改進(jìn)的被動(dòng)式電力濾波電路，其特征在于，所述多段功率因數(shù)補(bǔ)償電路(26)設(shè)于所述整流器(15)的直流電輸出端與所述兩濾波電容(C5、C6)之間，藉由所述功率因數(shù)補(bǔ)償電壓源電路(27)取得所述多段功率因數(shù)補(bǔ)償電路(26)工作所需的所述額定補(bǔ)償電壓，用以多時(shí)段提前所述直流電輸出端進(jìn)入兩濾波電容(C5、C6)儲(chǔ)存電能的電流導(dǎo)通時(shí)間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改進(jìn)的被動(dòng)式電力濾波電路，其特征在于，所述多段功率因數(shù)補(bǔ)償電路(26)至少具有一子補(bǔ)償回路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的改進(jìn)的被動(dòng)式電力濾波電路，其特征在于，所述子補(bǔ)償回路包括一二極管(D6、D7、D8)、一電容(C9、C10、C11)、一齊納二極管(Z01、Z02、Z03)，其中，所述一二極管(D6、D7、D8)與所述兩濾波電容(C5、C6)電性串聯(lián)，所述一電容(C9、C10、C11)與所述一二極管(D6、D7、D8)電性串聯(lián)連接，所述一齊納二極管(Z01、Z02、Z03)與所述一電容(C9、C10、C11)電性串聯(lián)連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種改進(jìn)的被動(dòng)式電力濾波電路，用以提供功率因數(shù)補(bǔ)償電路所需的一額定補(bǔ)償電壓，以解決現(xiàn)有自待機(jī)電源電路作分流來(lái)取得額定電壓所造成的電源輸出不穩(wěn)定的問(wèn)題，此外還通過(guò)一種可以在不同的時(shí)間點(diǎn)讓整流器的直流電輸出端上接設(shè)的兩濾波電容提前充電的電路，用以補(bǔ)償被動(dòng)式電力濾波電路無(wú)法解決的電流相位超前或落后部分，以改善電源輸出功率因數(shù)。
文檔編號(hào)H02M1/14GK2834002SQ200520008440
公開(kāi)日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2005年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月22日
發(fā)明者盧文慶 申請(qǐng)人:日寶電子股份有限公司