專利名稱：高效高功率因數(shù)充電器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及蓄電池充電器，具體涉及一種高效高功率因數(shù)充電器的電路。
背景技術(shù)：
在人們的生活中，各式電動工具、電動用品譬如電動自行車，均配有蓄電 池，因此與這些設(shè)備配套使用的充電器使用量是巨大的。
現(xiàn)有具代表性的較先進、成熟的充電器的電路，如圖1、圖2所示，由第 一整流濾波電路、變壓器、第二整流濾波電路、電壓電流誤差信號取樣電路、 光電耦合器、脈寬調(diào)制電路以及一 N溝道場效應(yīng)晶體管構(gòu)成，交流電源接第 一整流濾波電路，該第一整流濾波電路的輸出負極端接地，而其輸出正極端接 變壓器的初級側(cè)第一繞組N1的一端，而該初級側(cè)第一繞組N1的另一端經(jīng)N 溝道場效應(yīng)晶體管及一電阻接地；變壓器的次級側(cè)第二繞組N2接第二整流濾 波電路，該第二整流濾波電5各的輸出端口作為充電輸出口接蓄電池；并且，所 述充電輸出口上分出 一路接電壓電流誤差信號取樣電路由其取樣得到誤差信 號，該誤差信號經(jīng)光電耦合器輸入脈寬調(diào)制電路，脈寬調(diào)制電路輸出脈沖信號 至N溝道場效應(yīng)晶體管的柵極，控制N溝道場效應(yīng)晶體管的通斷，構(gòu)成電壓 及恒流反饋控制式電路結(jié)構(gòu)。見圖2所示，上述脈寬調(diào)制電路由脈寬調(diào)制 (PWM)芯片IC1和由電阻、電容、二4^管連^妻成的芯片外圍電^各構(gòu)成，在 作用上是按輸入信號的變化調(diào)整輸出脈沖的脈寬。
上述充電器電路具有電氣隔離、電壓控制及恒流控制等特點，但是，它仍 具有一明顯缺陷功率因數(shù)cos(D嚴(yán)重偏低，大約在0.5 ~ 0.65之間。功率因數(shù) 偏低導(dǎo)致的直接后果就是使交流市電輸入端電流和電壓波形發(fā)生畸變，整流器 的導(dǎo)通角大大縮短，電流波形變成非正弦的窄脈沖，這種現(xiàn)象嚴(yán)重危害電網(wǎng)的 正常工作使電網(wǎng)輸送線路上的無功功率損耗劇增，浪費了大量的電能。因此， 為順應(yīng)國家所倡導(dǎo)節(jié)約能源的發(fā)展方向，提高充電器電路的功率因數(shù)是非常有 必要的。
但是，通常人們想到要提高充電器電路的功率因數(shù)，就是在原來低功率因 數(shù)充電器前端增加一個功率因數(shù)校正電路，這種設(shè)計不僅成本增加，最主要的 是會使效率大幅降低，顧此失彼，故現(xiàn)市面上的充電器均未作提高功率因數(shù)的 設(shè)計。本實用新型提供一種高效高功率因數(shù)充電器電路，其目的是在不降低效率 不增加成本的前提下解決現(xiàn)有充電器電路功率因數(shù)低的技術(shù)問題。
為達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是 一種高效高功率因數(shù)充
電器電路，包括整流電路、變壓器、整流濾波電路、電壓電流誤差信號取樣電
路、光電耦合器、脈寬調(diào)制電路以及一 N溝道場效應(yīng)晶體管；所述整流電路 的輸入端口接交流電源，其輸出負極端接地，而其輸出正極端接所述變壓器的 初級側(cè)第一繞組的首端，而該初級側(cè)第一繞組的尾端經(jīng)所述N溝道場效應(yīng)晶 體管以及第一電阻接地；所述變壓器的次級側(cè)第二繞組接整流濾波電路，該整 流濾波電^各的輸出端口作為充電輸出口 ，該充電輸出口上分出一314妻電壓電流 誤差信號取樣電路，該電壓電流誤差信號取樣電路的輸出接光電耦合器的輸入 端口，而光電耦合器的輸出端口接脈寬調(diào)制電路，脈寬調(diào)制電路輸出脈沖信號 至N溝道場效應(yīng)晶體管的柵^L，以此構(gòu)成電壓及恒流反饋控制式電^各結(jié)構(gòu)；
所述脈寬調(diào)制電路為脈寬調(diào)制及功率因數(shù)校正雙效電路，由峰值電流型升 壓式功率因數(shù)校正芯片和芯片外圍電路構(gòu)成；所述芯片外圍電路如下
所述峰值電流型升壓式功率因數(shù)校正芯片的工作電源腳上接入三路，其中 第一路是由所述整流電路的輸出正極端經(jīng)第二電阻接入，第二路是由所述變壓 器的初級側(cè)第三繞組經(jīng)第一二極管接入，第一二極管的正極朝向初級側(cè)第三繞 組，第三路是由地經(jīng)第一電容接入；
所述峰值電流型升壓式功率因數(shù)校正芯片的零電流檢測輸入腳上經(jīng)第三 電阻接至所述第一二極管的正極；
所述峰值電流型升壓式功率因數(shù)校正芯片的電壓反饋輸入腳上分出兩路， 一路經(jīng)第四電阻并至工作電源腳上，另一路經(jīng)第五電阻接地；
所述峰值電流型升壓式功率因數(shù)校正芯片的倍增器輸入腳上分出兩路，一 路經(jīng)第六電阻接所述整流電路的輸出正極端，另 一路上經(jīng)相并聯(lián)的第七電阻和 第二電容接地；
所述峰值電流型升壓式功率因數(shù)校正芯片的補償腳通過第三電容接地，并 且，在第三電容兩端跨接所述光電耦合器的輸出端口；
所述峰值電流型升壓式功率因數(shù)校正芯片的接地腳接地；
所述峰值電流型升壓式功率因數(shù)校正芯片的電流取樣輸入腳連接所述N 溝道場效應(yīng)晶體管的源極；
所述峰值電流型升壓式功率因數(shù)校正芯片的驅(qū)動輸出腳連接所述N溝道
5場效應(yīng)晶體管的柵極。
上述兩個技術(shù)方案中的有關(guān)內(nèi)容解釋如下
1、 上述方案中，所述峰值電流型升壓式功率因數(shù)校正芯片是指一類芯片， 具體型號舉例MC34261、 MC34262、 L6565、 ML4831等。推薦采用型號為 MC34261及型號為MC34262的芯片，能使電路的脈寬調(diào)制及功率因數(shù)校正達 到最佳效果。
2、 上述方案中，所述整流電路的輸出正極端輸出的為脈動直流(或稱全 橋整流波形)的電壓信號，從該電壓信號上取樣直接供入峰值電流型升壓式功 率因數(shù)校正芯片。
本實用新型的設(shè)計構(gòu)思為本實用新型采用峰值電流型升壓式功率因數(shù)校 正芯片，以其特別的接法，將其構(gòu)成脈寬調(diào)制及功率因數(shù)校正雙效電路，用其 替代現(xiàn)有技術(shù)中的脈寬調(diào)制電路，從而在不增加成本、不降低效率的前提下， 提高了整個充電器電路的功率因數(shù)(達>0.95 )。
由于上述技術(shù)方案的應(yīng)用，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點
1、 現(xiàn)有技術(shù)功率因數(shù)在0.5 ~ 0.65之間，而本實用新型功率因數(shù)提高至> 0.95,大幅提高了功率因數(shù)，使之不會增加電網(wǎng)上的無功損耗，達到了節(jié)能的 目的，因人們生活中充電器使用量巨大，本實用新型的推廣能節(jié)約大量電能， 很有現(xiàn)實意義；
2、 現(xiàn)有4支術(shù)效率大致在85%左右，而本實用新型效率達86%左右，效率 沒有下降甚至有所4是高；
3 、本實用新型采用峰值電流型升壓式功率因數(shù)校正芯片構(gòu)成脈寬調(diào)制電 路，在電路結(jié)構(gòu)上并未增加級數(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度相當(dāng)，采用的零件 數(shù)量也基本相當(dāng)，成本上未增加；
4、本實用新型能達到與現(xiàn)有技術(shù)一樣的電壓控制及恒流控制效果，充電 效果及安全性也未下降。

附圖1為現(xiàn)有技術(shù)電路示意框附圖2為現(xiàn)有技術(shù)電路原理附圖3為本實用新型電路示意框附圖4為本實用新型實施例電路原理圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述實施例參見附圖3、附圖4所示， 一種高效高功率因數(shù)充電器電路，包 括整流電路、變壓器TR1、整流濾波電路、電壓電流誤差信號取樣電路、光電 耦合器、脈寬調(diào)制及功率因數(shù)校正雙效電路以及一N溝道場效應(yīng)晶體管Ql。
所述變壓器TR1采用高頻變壓器，初級側(cè)有一個繞組為第一繞組Nl,次 級側(cè)具有三個繞組第二繞組N2、第三繞組NF和第四繞組N3。 N溝道場效 應(yīng)晶體管Ql釆用N溝道場效應(yīng)晶體管。
所述整流電路為全橋整流電路，其前部經(jīng)一些電感和電容構(gòu)成的電磁干擾 EMI濾波環(huán)節(jié)接交流工頻電源，其輸出負極端B接地，而其輸出正極端A處 輸出波形為全波整流波形(或稱脈動直流)，雖圖3中有畫出一電容C4，可電 容C4的電容值很微小對波形沒有達到濾波效果，故全橋整流電路的輸出正極 端A輸出的波形仍是全波整流波形(或稱脈動直流)。輸出正極端A接至變壓 器TR1的初級側(cè)第一繞組N1的首端，而該初級側(cè)第一繞組N1的尾端接N溝 道場效應(yīng)晶體管Ql的漏極，N溝道場效應(yīng)晶體管Ql的即源極經(jīng)第一電阻R9 接地；所述變壓器TR1的次級側(cè)第二繞組N2接整流濾波電路，該整流濾波電 路由二極管D5和電容C8、 C7、 Cll、 R10構(gòu)成。整流濾波電路的輸出端口作 為充電輸出口 DC OUT接蓄電池，該充電輸出口 DC OUT上分出一路接電壓 電流誤差信號取樣電路。所述電壓電流誤差信號取樣電路由電壓取樣比較器和 電流取樣比較器構(gòu)成，電壓取樣比較器和電流取樣比較器的輸出均并接光電耦 合器的輸入端口 PC1-1。
脈寬調(diào)制及功率因數(shù)校正雙效電路由型號為MC34261芯片IC1和芯片外 圍電路構(gòu)成；所述芯片外圍電路如下
型號為MC34261芯片IC1的工作電源腳8上接入三路，其中第一路是由 所述整流電路的輸出正極端A經(jīng)第二電阻R6接入，第二路是由所述變壓器的 初級側(cè)第三繞組NF經(jīng)第一二極管Dl接入，第一二極管Dl的正極朝向初級 側(cè)第三繞組NF,第三路是由接地線經(jīng)第一電容C5接入；上述三路為芯片接 通^t是供源源不斷的工作電壓；
型號為MC34261芯片IC1的零電流檢測輸入腳5上經(jīng)第三電阻R7接至 所述第一二極管Dl的正極；
型號為MC34261芯片IC1的電壓反饋輸入腳1上分兩路，一^各經(jīng)第四電 阻R4并至工作電源腳8上，另 一路經(jīng)第五電阻R5接地，這里的第四電阻R4 和第五電阻R5以其阻值大小向MC34261芯片IC1提供一設(shè)定電壓值，以便 芯片IC1對輸出電壓進行限壓；型號為MC34261芯片IC1的倍增器輸入腳3上分兩路， 一路經(jīng)第六電阻 R2接所述整流電路的輸出正極端A,另一路上經(jīng)相并聯(lián)的第七電阻R3和第二 電容C6接地，這里的第六電阻R2、并聯(lián)的第七電阻R3和第二電容C6構(gòu)成 電壓取樣電路，對整流電路的輸出正極端A輸出的全波整流波形進行電壓取 樣輸入型號為MC34261芯片IC1;
型號為MC34261芯片IC1的補償腳2上通過第三電容C7接地，并且， 在第三電容C7兩端跨接所述光電耦合器的輸出端口 PC1-2,在此第三電容C7 接入起補償作用，并且通過輸出端口 PCl-2控制芯片IC1的補償腳2的電壓來 實現(xiàn)電壓及恒流控制；
型號為MC34261芯片IC1的接地腳6接地；
型號為MC34261芯片IC1的電流^^樣輸入腳4連接N溝道場效應(yīng)晶體管 Ql的源才及；
型號為MC34261芯片IC1的驅(qū)動輸出腳7經(jīng)一第八電阻R8接N溝道場 效應(yīng)晶體管Ql的柵極，從而芯片IC1'的驅(qū)動輸出腳7輸出脈沖信號至N溝道 場效應(yīng)晶體管Ql的4冊才及，控制N溝道場效應(yīng)晶體管Ql時通時斷。
如圖4所示，本實用新型電路工作原理大體如下
220V市電經(jīng)熔斷器F1進入L1、 L2、 Cl、 C2和電容C3組成的電磁干擾 EMI濾波環(huán)節(jié)，再通過全橋整流成全波整流波形(或稱脈動直流)，該全波整 流波形(或稱脈動直流)經(jīng)第二電阻R6向第一電容C5充電，當(dāng)?shù)谝浑娙軨5 兩端電壓達到型號為MC34261芯片IC1啟動電壓時，MC34261芯片IC1的驅(qū) 動輸出腳7輸出脈沖驅(qū)動N溝道場效應(yīng)晶體管Ql，由于本電路為反激式工作 方式，當(dāng)N溝道場效應(yīng)晶體管Ql導(dǎo)通時全橋整流電路TR1中貯存的能量為 EL=1/2LI2，當(dāng)驅(qū)動脈沖消失時N溝道場效應(yīng)晶體管Ql由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān) 閉狀態(tài)。變壓器TR1初級側(cè)第一繞組N1電壓極性反轉(zhuǎn)，該部分能量通過次級 側(cè)第二繞組N2饋送整流濾波后輸出，同時變壓器TR1的初級側(cè)第三繞組NF 通過第一二極管D1向第一電容C5充電使IC1有源源不斷的工作電壓供應(yīng)， 變壓器TR1的次級側(cè)第四繞組N3繞組通過二極管D3向電容C12供電，提供 比4支器U2工作電源，R2、 R3、 C6完成對全波整流波形(或稱脈動直流)的 電壓取樣。這是實現(xiàn)功率因數(shù)校正的關(guān)鍵。R4、 R5完成對輸出電壓的限壓作 用。U2單元通過R12來提取輸出的取樣電流，通過控制流經(jīng)PC1-1的電流再 經(jīng)PC1-2控制IC1的補償腳2的電壓來實現(xiàn)恒流控制(恒流精度可達1%)。 Ul單元同相端通過R19、 R20分壓:f又出輸出電壓信號，同樣通過控制流經(jīng)PCI-1的電流再經(jīng)PC1-2控制輸出電壓恒定。而當(dāng)比較器U2進入恒流狀態(tài)時， 比4交器U1自動退出恒壓狀態(tài)。
本實施例，在不增加成本、不降低效率的前提下，提高了整個充電器電路 的功率因數(shù)(達>0.95)。
上述實施例中，整流電路、整流濾波電路、電壓電流誤差信號取樣電路均 可采用其他現(xiàn)有電路。型號為MC34261芯片IC1也可替換為型號MC34262、 L6565 、或ML4831的芯片。
上述實施例只為說明本實用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此 項技術(shù)的人士能夠了解本實用新型的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本實用 新型的保護范圍。凡根據(jù)本實用新型精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵 蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種高效高功率因數(shù)充電器電路，包括整流電路、變壓器(TR1)、整流濾波電路、電壓電流誤差信號取樣電路、光電耦合器、脈寬調(diào)制電路以及一N溝道場效應(yīng)晶體管(Q1)；所述整流電路的輸入端口接交流電源，其輸出負極端(B)接地，而其輸出正極端(A)接所述變壓器(TR1)的初級側(cè)第一繞組(N1)的首端，而該初級側(cè)第一繞組(N1)的尾端經(jīng)所述N溝道場效應(yīng)晶體管(Q1)以及第一電阻(R9)接地；所述變壓器(TR1)的次級側(cè)第二繞組(N2)接整流濾波電路，該整流濾波電路的輸出端口作為充電輸出口(DCOUT)，該充電輸出口(DC OUT)上分出一路接電壓電流誤差信號取樣電路，該電壓電流誤差信號取樣電路的輸出接光電耦合器的輸入端口(PC1-1)，而光電耦合器的輸出端口(PC1-2)接脈寬調(diào)制電路，脈寬調(diào)制電路輸出脈沖信號至N溝道場效應(yīng)晶體管(Q1)的柵極，以此構(gòu)成電壓及恒流反饋控制式電路結(jié)構(gòu)；其特征在于所述脈寬調(diào)制電路為脈寬調(diào)制及功率因數(shù)校正雙效電路，由峰值電流型升壓式功率因數(shù)校正芯片(IC1)和芯片外圍電路構(gòu)成；所述芯片外圍電路如下所述峰值電流型升壓式功率因數(shù)校正芯片(IC1)的工作電源腳(8)上接入三路，其中第一路是由所述整流電路的輸出正極端(A)經(jīng)第二電阻(R6)接入，第二路是由所述變壓器的初級側(cè)第三繞組(NF)經(jīng)第一二極管(D1)接入，第一二極管(D1)的正極朝向初級側(cè)第三繞組(NF)，第三路是由地經(jīng)第一電容(C5)接入；所述峰值電流型升壓式功率因數(shù)校正芯片(IC1)的零電流檢測輸入腳(5)上經(jīng)第三電阻(R7)接至所述第一二極管(D1)的正極；所述峰值電流型升壓式功率因數(shù)校正芯片(IC1)的電壓反饋輸入腳(1)上分出兩路，一路經(jīng)第四電阻(R4)并至工作電源腳(8)上，另一路經(jīng)第五電阻(R5)接地；所述峰值電流型升壓式功率因數(shù)校正芯片(IC1)的倍增器輸入腳(3)上分出兩路，一路經(jīng)第六電阻(R2)接所述整流電路的輸出正極端(A)，另一路上經(jīng)相并聯(lián)的第七電阻(R3)和第二電容(C6)接地；所述峰值電流型升壓式功率因數(shù)校正芯片(IC1)的補償腳(2)通過第三電容(C7)接地，并且，在第三電容(C7)兩端跨接所述光電耦合器的輸出端口(PC1-2)；所述峰值電流型升壓式功率因數(shù)校正芯片(IC1)的接地腳(6)接地；所述峰值電流型升壓式功率因數(shù)校正芯片(IC1)的電流取樣輸入腳(4)連接所述N溝道場效應(yīng)晶體管(Q1)的源極；所述峰值電流型升壓式功率因數(shù)校正芯片(IC1)的驅(qū)動輸出腳(7)連接所述N溝道場效應(yīng)晶體管(Q1)的柵極。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效高功率因數(shù)充電器電路，其特征在于所 述峰值電流型升壓式功率因數(shù)校正芯片(ICl )型號為MC34261或MC34262。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效高功率因數(shù)充電器電路，其特征在于所 迷峰值電流型升壓式功率因泰3交正芯片(ICl)型號為L6565或ML4831。
專利摘要一種高效高功率因數(shù)充電器電路，包括整流電路、變壓器、整流濾波電路、電壓電流誤差信號取樣電路、光電耦合器、脈寬調(diào)制電路以及一N溝道場效應(yīng)晶體管；其特征在于所述脈寬調(diào)制電路為脈寬調(diào)制及功率因數(shù)校正雙效電路，由峰值電流型升壓式功率因數(shù)校正芯片和芯片外圍電路構(gòu)成。本實用新型采用市面上現(xiàn)有的峰值電流型升壓式功率因數(shù)校正芯片，以其特別的接法，將其構(gòu)成脈寬調(diào)制及功率因數(shù)校正雙效電路，用其替代現(xiàn)有技術(shù)中的脈寬調(diào)制電路，從而在不增加成本、不降低效率的前提下，提高了整個充電器電路的功率因數(shù)(達≥0.95)。
文檔編號H02J7/02GK201430462SQ20092006801
公開日2010年3月24日 申請日期2009年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月24日
發(fā)明者鄭方耀 申請人:蘇州工業(yè)園區(qū)華波電子科技有限公司