單級(jí)高功率因數(shù)電源的制作方法
【專(zhuān)利摘要】單級(jí)高功率因數(shù)電源電路中有兩變壓器既一正激式變壓器，一主變壓器。正激式變壓器用作PFC功率因數(shù)校正，主變壓器用作將初級(jí)電能轉(zhuǎn)換次級(jí)的電能。電感用作限制功率因數(shù)校正電流以及繼流作用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】單級(jí)高功率因數(shù)電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于開(kāi)關(guān)電源，特別是一種高功率因數(shù)直流電源。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源是在整流硅橋后直接接一個(gè)濾波電容，這種結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生大量的非線性電流并污染交流電網(wǎng)，同時(shí)它對(duì)電網(wǎng)所傳送的電力利用率較低。為了減少非線性電流，并達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ENG1000-3-2，人們提出各種各樣的方法來(lái)提高功率因數(shù)，其中有無(wú)源功率因數(shù)校正電路，其功率因數(shù)在80% -90%之間；還有一種是有源功率因數(shù)校正線路，此種線路功率因數(shù)可達(dá)99%。有源線路最成功的是二階功率校正線路，其原理是先將整流后的波動(dòng)直流電的電壓提高到特定的電壓，并形成穩(wěn)定的直流電壓后，再將此直流電變換成我為輸出直流電。此線路也存在著一些缺點(diǎn)，一、它開(kāi)始工作時(shí)有較大的沖擊電流；二、它將現(xiàn)有的電壓提升，從而增加了對(duì)后續(xù)功率轉(zhuǎn)換元件的要求(即開(kāi)關(guān)管的要求)，目前高功率因數(shù)電源的損壞多屬于這個(gè)原因；三、由于增加了一階線路也增加了電源的自身?yè)p耗。此外人們還提出許多單階高功率因數(shù)電源，這些線路多數(shù)以犧牲線路可靠性為代價(jià)，是不可取的。本人提出一種穩(wěn)定可靠、高效節(jié)能并成本低的高功率因數(shù)直流電源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種穩(wěn)定、高效并成本低的高功率因數(shù)(PFC)直流電源。
[0004]本發(fā)明的基本原理是利用正激式變壓器的初級(jí)線圈與主變壓器初級(jí)線圈串聯(lián)。將串聯(lián)電路一部分電能用來(lái)校正電流輸入波形并將串聯(lián)電路大部分電能轉(zhuǎn)換成次級(jí)電能。本發(fā)明不局限于具體的線路，根據(jù)本發(fā)明原理可以設(shè)計(jì)出多種不同的線路都應(yīng)屬于本發(fā)明后附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0005]圖1、是本發(fā)明單級(jí)正激式或反激式單管高功率因數(shù)直流電源(單管高功率因數(shù)電路)。
[0006]圖2、是本發(fā)明半橋或全橋及LLC高功率因數(shù)電路。
[0007]圖2a、半橋或全橋及LLC高功率因數(shù)電路的三種連接方式。
[0008]圖3、是本發(fā)明IlOV半橋或全橋及LLC高功率因數(shù)電路。
[0009]圖4、是單管高功率因數(shù)初級(jí)電路。
[0010]圖5、是半橋聞功率因數(shù)初級(jí)電路。
圖6、是輸入電流波形圖。
[0011]單管高功率因數(shù)直流電源(圖1)
[0012]具體連接方式是
[0013]參考圖1、
[0014]整流橋BDlO輸入兩端接工頻交流電源；[0015]第一電容ClO并接在兩端。
[0016]電感LlO的第一接線端接整流橋BDlO輸出的正極；
[0017]第一二極管DlO的陽(yáng)極接電感LlO的第二接線端；
[0018]第二二極管Dll的陽(yáng)極接電感LlO的第二接線端；
[0019]正激式變壓器TlO有二個(gè)線圈，正激式變壓器的初級(jí)線圈和正激式變壓器的校正線圈，校正線圈的第一接線端接第一二極管DlO的陰極，其第二接線端接第二二極管Dll的陰極，第二電容Cll的正極端接正激式變壓器的校正線圈第二接線端及第二二極管Dll的陰極，第二電容Cll的負(fù)極端接整流橋BDlO輸出負(fù)極端；
[0020]正激式變壓器的初級(jí)線圈第二接線端接第二電容Cll的正極端，正激式變壓器的初級(jí)線圈第一接線端串接主變壓器的初級(jí)線圈。
[0021]其工作原理如下:
[0022]當(dāng)開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電容Cll的放電電流通過(guò)正激式變壓器TlO的初級(jí)線圈，主變壓器Tll初級(jí)及開(kāi)關(guān)管，同時(shí)輸入電流通過(guò)電感L10，正激式變壓器的校正線圈及第一二極管DlO給第二電容Cll充電。開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，輸入電流通過(guò)電感LlO及第二二極管Dll繼續(xù)給第二電容Cll.[0023]電感L10，正激式變壓器的校正線圈和第一二極管DlO組成的電路及第二電容Cl I的串聯(lián)電路可以有不同的連接順序。
[0024]正激式變壓器的校正線圈與正激式變壓器的初級(jí)線圈的匝數(shù)比為2-3: I。
[0025]電感LlO的取值較小，電感LlO —般選在使得繼流二管Dll在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)已經(jīng)關(guān)斷以避勉繼流二管Dll產(chǎn)生大的反向電流通過(guò)繼流二管D11。同時(shí)有足夠儲(chǔ)能。
[0026]半橋或全橋及LLC高功率因數(shù)電路(圖2)
[0027]具體連接方式是
[0028]參考圖2、
[0029]具體連接方式是:
[0030]第一電容C20并接在兩端；
[0031]電感L20的第一接線端接整流橋BD20輸出的正極；
[0032]第一二極管D20的陽(yáng)極接電感L20的第二接線端；
[0033]第二二極管D21的陽(yáng)極接電感L20的第二接線端；
[0034]正激式變壓器T20有三個(gè)線圈，正激式變壓器的初級(jí)線圈，正激式變壓器的第一校正線圈T20cl和正激式變壓器的第二校正線圈T20c2，第一校正線圈的第一接線端接第一二極管D20的陰極，第二校正線圈的第二接線端接接第二二極管D21的陰極；正激式變壓器T20的初級(jí)線圈串接主變壓器T22的初級(jí)線圈；正激式變壓器的第一校正線圈T20cl的第一接線端與正激式變壓器的第二校正線圈T20c2的第一接線端互為同名端；
[0035]第二電容C22的正極端接正激式變壓器的第一校正線圈T20cl的第二接線端和正激式變壓器的第二校正線圈T20c2的第一接線端，第二電容C22的負(fù)極端接整流橋BD20輸出的負(fù)極端；
[0036]電感L20，第一二極管D20、第二二極管D21，正激式變壓器的第一校正線圈，正激式變壓器的第二校正線圈和電容C22組成串聯(lián)電路，串聯(lián)電路中電感L20、第一二極管D20、二二極管D21，正激式變壓器的第一校正線圈、正激式變壓器的第二校正線或不同元件順序。電感L20，第一二極管D20、第二二極管D21，正激式變壓器的第一校正線圈，正激式變壓器的第二校正線圈的串聯(lián)電路或接在整流橋BD20輸入負(fù)極與第二電容C22負(fù)極之間。
[0037]其工作原理如下(以半橋式電源為例):
[0038]當(dāng)半橋開(kāi)關(guān)電源的第一開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電流通過(guò)正激式變壓器T20的初級(jí)線圈和主變壓器T22的初級(jí)線圈，此時(shí)正激式變壓器的第一校正線圈T20cl與正激式變壓器的第二校正線圈T20c2有感應(yīng)電壓，輸入電壓與正激式變壓器的第一校正線圈T20cl的感應(yīng)電壓通過(guò)電感L20，第一二極管D20及正激式變壓器的第一校正線圈T20cl對(duì)電容C22充電，當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，電感L20感應(yīng)電壓和輸入電壓通過(guò)電感L20，第二二極管D21和正激式變壓器的第二校正線圈T20c2對(duì)電容C22充電。當(dāng)半橋開(kāi)關(guān)電源的第二開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電流主變壓器T22的初級(jí)線圈和正激式變壓器T20的初級(jí)線圈，此時(shí)正激式變壓器的第一校正線圈T20cl與正激式變壓器的第二校正線圈T20c2有感應(yīng)電壓，輸入電壓與正激式變壓器二校正線圈T20c2的感應(yīng)電壓通過(guò)電感L20，第二二極管D20及正激式變壓器的第二校正線圈T20c2對(duì)電容C22充電。當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，電感L20感應(yīng)電壓和輸入電壓通過(guò)電感L20，第一二極管D20和正激式變壓器的第一校正線圈T20cl對(duì)電容C22充電。
[0039]IlOV半橋或全橋及LLC高功率因數(shù)電路
[0040]具體連接方式是(參考圖3)
[0041]正激式變壓器T30有三個(gè)線圈，正激式變壓器的初級(jí)線圈T30s，正激式變壓器的第一校正線圈T30cl和正激式變壓器的第二校正線圈T30c2。輸入火線接正激式變壓器的第一校正線圈T30cl的第一接線端和正激式變壓器的第二校正線圈T30c2的第二接線端；
[0042]第一二極管D31的陰極接正激式變壓器的第一校正線圈T30cl的第二接線端；
[0043]第二二極管D30的陽(yáng)極接正激式變壓器的第一校正線圈T30cl的第二接線端；
[0044]第三二極管D32的陽(yáng)極接正激式變壓器的第二校正線圈T30c2的第一接線端；
[0045]第四二極管D33的陰極接正激式變壓器的第二校正線圈T30c2的第一接線端；
[0046]第一二極管D31的陽(yáng)極接第四二極管D33的陽(yáng)極；
[0047]第二二極管D30的陰極接第三二極管D32的陰極；
[0048]第一電容C30的正極接第二二極管D30的陰極和第三二極管D32的陰極；
[0049]第二電容C31的正極接第一電容C30的負(fù)極，第二電容C31的陰極接第一二極管D31的陽(yáng)極和第四二極管D33的陽(yáng)極；
[0050]電感L30的第一接線端接零線，電感L30的第二接線端接第二電容C31的正極和第一電容C30的負(fù)極；
[0051]正激式變壓器的初級(jí)線圈T30s與主變壓器的初級(jí)線圈串聯(lián)。
[0052]其工作原理如下(以半橋式電源為例)
[0053]當(dāng)火線電壓高于中線電壓，當(dāng)半橋開(kāi)關(guān)電源的第一開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電流通過(guò)正激式變壓器T30的初級(jí)線圈和主變壓器T32的初級(jí)線圈，此時(shí)正激式變壓器的第一校正線圈T30cl與正激式變壓器的第二校正線圈T20c2有感應(yīng)電壓，輸入電壓與正激式變壓器的第一校正線圈T30cl的感應(yīng)電壓通過(guò)第二二極管D30及正激式變壓器的第一校正線圈T30cl及電感L30對(duì)電容C30充電。當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，電感L30感應(yīng)電壓和輸入電壓通過(guò)第三二極管D32及正激式變壓器的第二校正線圈T30c2及電感L30對(duì)電容C30充電。當(dāng)半橋開(kāi)關(guān)電源的第二開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，此時(shí)正激式變壓器的第一校正線圈T30cl與正激式變壓器的第二校正線圈T20c2有感應(yīng)電壓，輸入電壓與正激式變壓器的第二校正線圈T30c2的感應(yīng)電壓通過(guò)第三二極管D32及正激式變壓器的第二校正線圈T30c2及電感L30對(duì)電容C30充電。當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，電感L30感應(yīng)電壓和輸入電壓通過(guò)第二二極管D30及正激式變壓器的第一校正線圈T30cl及電感L30對(duì)電容C30充電。
[0054] 當(dāng)火線電壓低于中線電壓，當(dāng)半橋開(kāi)關(guān)電源的第一開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電流通過(guò)正激式變壓器T30的初級(jí)線圈和主變壓器T32的初級(jí)線圈，此時(shí)正激式變壓器的第一校正線圈T30cl與正激式變壓器的第二校正線圈T20c2有感應(yīng)電壓，輸入電壓與正激式變壓器的第二校正線圈T30c2的感應(yīng)電壓通過(guò)第四二極管D33及正激式變壓器的第二校正線圈T30c2及電感L30對(duì)電容C32充電。當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，電感L30感應(yīng)電壓和輸入電壓通過(guò)第一二極管D31及正激式變壓器的第一校正線圈T30cI及電感L30對(duì)電容C32充電。當(dāng)半橋開(kāi)關(guān)電源的第二開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電流通過(guò)正激式變壓器T30的初級(jí)線圈和主變壓器T32的初級(jí)線圈，此時(shí)正激式變壓器的第一校正線圈T30cl與正激式變壓器的第二校正線圈T20c2有感應(yīng)電壓，輸入電壓與正激式變壓器的第一校正線圈T30cl的感應(yīng)電壓通過(guò)第一二極管D31及正激式變壓器的第一校正線圈T30cl及電感L30對(duì)電容C32充電。當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，電感L30感應(yīng)電壓和輸入電壓通過(guò)第四二極管D33及正激式變壓器的第二校正線圈T30c2及電感L30對(duì)電容C32充電。
【權(quán)利要求】
1.一高功率因數(shù)電源、包括整流橋BD10、二極管(D10，D11)、電感L10、電容(C10、C11)、正激式變壓器T10、主變壓器Tll ； 整流橋BDlO輸入兩端接工頻交流電源； 第一電容ClO并接在兩端。 電感LlO的第一接線端接整流橋BDlO輸出的正極； 第一二極管DlO的陽(yáng)極接電感LlO的第二接線端； 第二二極管Dll的陽(yáng)極接電感LlO的第二接線端； 正激式變壓器TlO有二個(gè)線圈，正激式變壓器的初級(jí)線圈和正激式變壓器的校正線圈，校正線圈的第一接線端接第一二極管DlO的陰極，其第二接線端接第二二極管Dll的陰極，第二電容Cll的正極端接正激式變壓器的校正線圈第二接線端及第二二極管Dll的陰極，第二電容Cll的負(fù)極端接整流橋BDlO輸出負(fù)極端； 正激式變壓器的初級(jí)線圈第二接線端接第二電容Cll的正極端，正激式變壓器的初級(jí)線圈第一接線端串接主變壓器的初級(jí)線圈；
2.根據(jù)權(quán)利要求1一高功率因數(shù)電源其特征在于，正激式變壓器TlO的初級(jí)線圈與主變壓器Tll的初級(jí)線圈串接，將串聯(lián)電路小部分電能轉(zhuǎn)換成功率因數(shù)校正的電能，串聯(lián)電路大部分電能轉(zhuǎn)換成次級(jí)的電能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1，一高功率因數(shù)電源其特征在于電感L10，第一二極管DlO及正激式變壓器TlO的校正線圈組成串聯(lián)電路，用于給第二電容Cll充電；此串聯(lián)電路或不同的元件順序但原理相同；此串聯(lián)電路或接在整流橋BDlO輸出的負(fù)極與第二電容Cll負(fù)極之間，作用效果一樣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，一高功率因數(shù)電源其特征在于第二二極管Dll并接在第一二極管DlO及正激式變壓器TlO的校正線圈組成串聯(lián)電路的兩端，用于將電感LlO的電能釋放到第二電容C11。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，一高功率因數(shù)電源其特征在于主變壓器是正激式變壓器或是反激式變壓器。
6.一高功率因數(shù)電源、包括整流橋BD20、二極管(D20，D21)、電感L20、電容(C20、C21、C22)、正激式變壓器T20、主變壓器T22 ； 整流橋BD20輸入兩端接工頻交流電源。 第一電容C20并接在兩端； 電感L20的第一接線端接整流橋BD20輸出的正極； 第一二極管D20的陽(yáng)極接電感L20的第二接線端； 第二二極管D21的陽(yáng)極接電感L20的第二接線端； 正激式變壓器T20有三個(gè)線圈，正激式變壓器的初級(jí)線圈，正激式變壓器的第一校正線圈T20cl和正激式變壓器的第二校正線圈T20c2，第一校正線圈的第一接線端接第一二極管D20的陰極，第二校正線圈的第二接線端接接第二二極管D21的陰極；正激式變壓器T20的初級(jí)線圈串接主變壓器T22的初級(jí)線圈；正激式變壓器的第一校正線圈T20cl的第一接線端與正激式變壓器的第二校正線圈T20c2的第一接線端互為同名端； 第二電容C22的正極端接正激式變壓器的第一校正線圈T20cl的第二接線端和正激式變壓器的第二校正線圈T20c2的第一接線端，第二電容C22的負(fù)極端接整流橋BD20輸出的負(fù)極端； 電感L20，第一二極管D20、第二二極管D21，正激式變壓器的第一校正線圈，正激式變壓器的第二校正線圈和電容C22組成串聯(lián)電路，串聯(lián)電路中電感L20、第一二極管D20、二二極管D21，正激式變壓器的第一校正線圈、正激式變壓器的第二校正線或不同元件順序。電感L20，第一二極管D20、第二二極管D21，正激式變壓器的第一校正線圈，正激式變壓器的第二校正線圈的串聯(lián)電路或接在整流橋BD20輸入負(fù)極與第二電容C22負(fù)極之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6，一高功率因數(shù)電源其特征在于正激式變壓器T20的初級(jí)線圈串接主變壓器T21的初級(jí)線圈，將串聯(lián)電路小部分電能轉(zhuǎn)換成功率因數(shù)校正的電能，串聯(lián)電路大部分電能轉(zhuǎn)換成次級(jí)的電能。
8.根據(jù)權(quán)利要求6，一高功率因數(shù)電源其特征在于，正激式變壓器T20的第一校正線圈與第二校正線圈的異名端相連，其另兩異名端分別接第一二極管D20，，第二二極管D22的相同極性端，第一二極管D20、第二二極管，D21的另兩相同極性端相接，正激式變壓器T20校正線圈與二極管組成的電路再與電感L20和電容C21組成串聯(lián)電路，用于給第二電容C22充電；串聯(lián)電路中的正激式變壓器校正線圈與二極管組成的電路和電感L20及電容C22的連接順序可以互換。
9.一 IlOV高功率因數(shù)電源包括二極管(D30，D31，D32，D33)、電感L30、電容(C30、C31)、正激式變壓器T30、主變壓器T31 ； 正激式變壓器T30有三個(gè)線圈，正激式變壓器的初級(jí)線圈T30s，正激式變壓器的第一校正線圈T30cl和正激式變壓器的第二校正線圈T30c2。輸入火線接正激式變壓器的第一校正線圈T30cl的第一接線端和正激式變壓器的第二校正線圈T30c2的第二接線端； 第一二極管D31的陰極接正激式變壓器的第一校正線圈T30cl的第二接線端； 第二二極管D30的陽(yáng)極接正激式變壓器的第一校正線圈T30cl的第二接線端； 第三二極管D32的陽(yáng)極接正激式變壓器的第二校正線圈T30c2的第一接線端； 第四二極管D33的陰極接正激式變壓器的第二校正線圈T30c2的第一接線端； 第一二極管D31的陽(yáng)極接第四二極管D33的陽(yáng)極； 第二二極管D30的陰極接第三二極管D32的陰極； 第一電容C30的正極接第二二極管D30的陰極和第三二極管D32的陰極； 第二電容C31的正極接第一電容C30的負(fù)極，第二電容C31的陰極接第一二極管D31的陽(yáng)極和第四二極管D33的陽(yáng)極； 電感L30的第一接線端接零線，電感L30的第二接線端接第二電容C31的正極和第一電容C30的負(fù)極； 正激式變壓器的初級(jí)線圈T30s與主變壓器的初級(jí)線圈串聯(lián)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9，一IlOv高功率因數(shù)電源其特征在于正激式變壓器T30的初級(jí)線圈串接主變壓器T31的初級(jí)線圈，將串聯(lián)電路小部分電能轉(zhuǎn)換成功率因數(shù)校正的電能，串聯(lián)電路大部分電能轉(zhuǎn)換成次級(jí)的電能。
【文檔編號(hào)】H02M3/28GK103490644SQ201210203450
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2012年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月9日
【發(fā)明者】林福泳 申請(qǐng)人:林福泳, 林福祥