专利名称：一种高功率因数电源的制作方法
技术领域：
本发明属于高频直流电源，特别是一种高功率因素高频直流电源。
背景技术：
传统的高频直流电源是在整流桥后直接接一个滤波电容，但是这 种结构会产生大量的非线性电流并污染交流电网，同时它对电网所传 送电力的利用效率较低。为了减少非线性电流达到国际标准
ENG1000-3-2,人们提出很多方法来提高电源的功率因素，其中有无 源高功率校正电路，其功率因素一般在80%--90%之间。还一种是有 源电路，此种线路功率因素可以达到99%。有源功率校正电路以二阶 功率校正最为成功。其原理是先将整流后的波动直流电压提高到一定 电压形成稳定的直流电压再将此电压变换成的直流电压输出。这种线 路存在一些缺点， 一是它的开始沖击电流，二是它将现有的电压提高 增加了对后继功率转换元件的要求(即开关管的要求)，目前高功率 因素电源的损坏多属于这个原因。三是由于增加了一阶线路，增加了 电源自身的损耗，此外人们还提出了许多单阶高功率因素校正线路， 这些线路多以牺牲线路可靠性为代价，是不可取的。
发明内容
本发明主要目的是提供一种高功率因数的电源的设计方法。 本发明的另一个目的是降低高功率因数电源的成本。 本发明的主要思想是直接校正交流电源对储能电容的充电过程 当开关管导通时，交流电源先对一个小电容充电，当开关管截止时， 小电容的电能和变压器上的电能一起向储能电容充电。本发明的其它 特性将结合电源线路在以后做具体说明。
图l是本发明的一种高功率因数电源双管实现的线路。
图2是本发明单管实现的一种形式的线路。
图3是本发明双管实现的另一种线路。
图4是本发明单管实现的另一种形式的线路。
本发明还可以有其他构型，其目的是改善电容充电过程的功率因数。
发明的具体描迷
图1的具体线路如下
整流桥DB21的输入端接交流工频电源，输出端并接第一电容 C21;整流桥DB21的输出端正极接电感L21的一端，L21的另一端接 第一二极管D22的阳极与第二电容C22的一端；第二电容C22的另一 端接整流桥DB21的负极；第一二极管D22的阴极接第开关管Q21的 源极和变压器T21初级线圏的一端；第一开关管Q21的漏极接第三电 容C23的正极和第二二极管D23的阴极，第三电容C23的负极接整流 桥的负极；变压器T21初级线圈另一端接第二二极管D23的阳极和第 二开关管Q22的源极，第二开关管Q22的源极接整流桥的负极；变压 器T21次级线圏接次级线路。
困1的工作原理
对于正极式电源其工作原理如下，开始时，电流通过二极管D22、 D23,电感L21、变压器初级线團给第三电容(储能电容)C23充电； 当开关管Q21、 Q22导通时，电流首先由储能电容C23通过变压器初
8级线圏，开关管Q21、 Q22放电，电能通过变压器次级线圏向次级线路 供电，同时、整流后的输入电流向第二电容C22充电；当开关管截止 时，电容C22上的电能通过第一二极管D22、变压器初级线圏、第二 二极管D23向储能电容C23充电；由于第二电容C22的容量较小，第 二电容上的电能很快用完，因为电感L21的存在，外电路不能立即给 电容C23充电，这时，变压器本身储存的电能继续给电容C23充电。 电容C22的大小可以按照直流电源功率大小合理地选择。
对于反极式变压器(电源电路)其工作原理如下开始时，电流 通过二极管D22， D23，电感L21、变压器初级线圏、给第三电容(储 能电容)C23充电；当开关管Q21、 Q22导通时，电流首先由储能电 容C23通过变压器初级线圈，开关管Q21、 Q22放电，同时、整流后的 输入电流向第二电容C22充电；当开关管截止时，电能通过变压器次 级线圏向次级线路供电，同时、电容C22上的电能通过第一二极管、 变压器初级线圏、第二二极管向储能电容C23充电；由于第二电容 C22的容量较小，第二电容上的电能很快用完，因为电感L21的存在， 外电路不能立即给电容C23充电，这时，变压器的存有的电能继续给 电容C23充电。电容C22的大小可以按照直流电源功率大小合理地选 择。
图2的具体线路接法如下，
整流桥DB11的输入端接交流工频电源，输出端并接第一电容 Cll;整流桥DBli的输出正极端接二极管Dll的阳极、电感Lll的一 端，电感Lll的另一端接第二电容C12的一端、变压器第二组初级线團Tpl2—端；第二电容C12的另一端接整流桥输出的负极；变压器 第二组初级线團Tpl2的另一端接第二二极管D12的阳极，第二二极 管D12的阴极接第三电容C13正极端、变压器第一组初级线圏Tpll; 第三电容C13的负极端接整流桥DBll的负极；变压器初级线圏Tpll 的另一端接开关管Qll的漏极，开关管Qll的源极接整流桥输出的负 极；变压器次级线圏Tsll接次级线路。变压器的第二组初级线圈Tpl2 接电感那的一端、与变压器第一组初级线圏Tpll接二极管D12阴极 的那一端为同名端。
图2的工作原理如下
对于正极式变压器(电源)，首先电流通过二极管Dll、 D12、电 感Lll、变压器初级线圏Tpl2给出能电容C13充电；当开关管Qll 导通时，储存在电容C13上的电能通过变压器第一组初级线圏，开关 管Q11放电，同时、外电路通过第一二极管、电感L11给第二电容充 电，这时变压器的次级线圈Tsll给次级线路供电；当开关管Qll截 止时，第二电容C12上的电能通过第二次初级线團Tp12、 二极管D12 给第三电容C13充电，由于电感Lll的存在，第二电容上的电能很快 就放完了，这时，变压器上储存的电能继续给第三电容C13充电。不 断重复上述过程就实现了功率因数的校正，在每一个循环(开关管的 导通、截止)，电流不断地给储能电容C13充电，因此改善功率因数 与输入电流波形。
对于反极式电源(变压器)，首先开始时电流通过二极管Dll、 D12、电感Lll、变压器初级线圏Tp12给出能电容C13充电；当开关
10管Qll导通时，储存在电容C13上的电能通过变压器第一组初级线圏， 开关管Q11放电，同时、外电路通过第一二极管、电感L11给第二电 容充电；当开关管Q11截止时，这时变压器的次级线團Tsll给次级 线路供电，同时，第二电容上的电能通过第二次初级线圈Tpl2、 二 极管D12给第三电容C13充电，由于电感L11的存在，第二电容上的 电能4艮快就放完了，这时，变压器上储存的电能继续给第三电容C13 充电。不断重复上述过程就实现了功率因数的校正，在每一个循环(开 关管的导通、截止)，电流不断地g能电容C13充电，因此改善功 率因数与输入电流波形。 图3的线漆接法如下
整流桥DB31的输入端接交流工频电源，输出端并接第一电容 C31;整流桥DB31的输出正极端接电感L31,电感L31的另一端第一 二极管D31阳极、第二二极管D32的阳极、第二电容C32的一端第 二二极管D32的阴极接变压器第二组初级线圏Tp32的一端、变压器 第一组初级线圏Tp31的一端；第一二极管D31的阴极接变压器第二 组初级线圈Tp32的另一端、第一开关管Q31的源极；第二电容C32 的另一端接整流桥DB31输出的负极；第一开关管Q31的漏极接第四 二极管D34的阴极，第四二极管D34的阳极接第三二极管D33的阴极、 第三电容C33的正极；第三二极管D33的阳极接变压器第一组线團 Tp31的另一端和第二开关管Q32的漏极；第三电容C33的负极接整 流桥输出的负极；第二开关管Q32的源极接整流桥地输出的负极。变 压器次级线圏接次级线路。图3的工作原理如下
对于正极式电源其工作原理如下，开始时，电流通过电感L31、 第二二极管D32,第三二极管D33变压器第一组初级线圏给第三电容 C33充电；当交流电经过整流桥的电压在峰值及其附近时，当开关管 Q32、 Q31导通时，外电路电流直接通过第二二极管D32、变压器第一 组初级线圏Tp31、第二开关管Q32;这时变压器的次级线圈给次级线 路供电；当开关管Q32、 Q31截止时，电容C32上的电能通过第二二 极管D32、变压器第一组初级线圏Tp31、第三二极管D33给电容C33 充电，由于电感的存在第二电容上的电能很快放完了，这是电能由变 压器本身的磁能给第三电容C33充电；当交流电经过整流桥的电压在 波谷及其附近时，当开关管Q31、 Q32导通时，第三电容C33的电能 通过第四二极管D34、第一开关管Q31、变压器第二初级线團Tp32、 变压器第一初级线圈Tp31、第二开关管Q32放电，这时电能通过变 压器;欠级线圏Ds31向次级线路供电，同时，整流后的输入电流通过 电感L31向第二电容C32充电；当开关管Q21、 Q22截止时，电容C32 上的电能通过第二二极管D32、第一初级线圈Tp31、第三二极管D33 向第三电容C33充电，由于电感L31的存在第二电容C32上的电能很 快放完了，这是电能由变压器本身的磁能给第三电容C33充电。
对于反极式电源其工作原理如下，开始时，电流通过电感L31、 第二二极管D32，第三二极管D33变压器第一组初级线圏给第三电容 C33充电；当交流电经过整流桥的电压在峰值及其附近时，当开关管 Q32、 Q31导通时，外路电流直接通过第二二极管D32、变压器第一组
12初级线圏Tp31、第二开关管Q32;当开关管Q32、 Q31截止时，电容 C32上的电能通过第二二极管D32、变压器第一组初级线圏Tp31、第 三二极管D33给电容C33充电，由于电感的存在第二电容上的电能很 快放完了，这是电能由变压器本身的磁能给第三电容C33充电，与此 同时、变压器的次级线圈给次级线路供电。当交流电经过整流桥的电 压在波谷及其附近时，当开关管Q3i、 Q"导通时，第三电容C"的 电能通过第四二极管D34、第一开关管Q31、变压器第二初级线團 Dp32、变压器第一初级线圈Dp31、第二开关管Q32放电，同时，整.' 流后的输入电流通过电感L31向第二电容C32充电；当开关管Q21、 Q22截止时，电容C32上的电能通过第二二极管D32、第一初级线團 Dp31、第三二极管D33向第三电容C33充电，由于电感L31的存在第 二电容C32上的电能很快放完了 ，这是电能由变压器本身的磁能给第 三电容C33充电，与此同时、变压器的次级线團给次级线路供电。 图4的线路換法如下
整流桥DB41的输入端接交流工频电源，输出端并接第一电容 C41;整流桥DB31的输出正极端接电感L41的一端、第一二极管D41 的阳极，电感L41的另一端第二二极管D42阳极..第二电容(M2的一 端；第二二极管D42的阴极接变压器第二组初级线图Tp"的一端、 变压器第二组初级线圏Tp42的另一端接第三电容(M3正极、第三二 极管D43的阳极；第二电容C42的另一端接整流桥的负极；第三电容 C43的负极接整流桥的负极；第三二极管D"的阴极接变压器第三组 初级线圏Tp"的一端，变压器第三组初级线圏Tp43的另一端接第一
13二极管D41的阴极、变压器第一ia初级线圏Tp41的一端；第一纽—初 级线圏Tp41接开关管Q41的漏极，开关管Q41的源极接整流桥的负 极变压器；次级线團接次级线路。 困4的工作原理如下
对于正极式电源其工作原理如下，开始时，电流通过电感L41、 第二二极管D42,变压器第二组初级线圏Tp42给第三电容C43充电； 当交流电经过整流桥的电压在峰值及其附近时，当开关管Q41导通 时，外路电流直接通过第一二极管D41、变压器第一组初级线圈Tp41、 开关管Q41，同时、由第三组变压器初级线圏Tp43阻止第三电容C43 放电，这时变压器的次级线團给次级线路供电；当开关管Q41截止时， 电容C42上的电能通过第二二极管D42、变压器第二组初级线圈Tp42 给电容C43充电，由于电感的存在第二电容上的电能很快放完了，这 是电能由变压器本身的磁能给第三电容C43充电；当交流电经过整流 桥的电压在波谷及其附近时，当开关管Q41导通时，第三电容C43的 电能通过第三二极管D43、变压器变压器的第三初级线圏Tp43.变压 器第一初级线圈他Tp41、第一开关管Q41放电；这时电能通过变压 器次级线圈Ds41向次级线i吝供电，同时，整流后的输入电流通过电 感L41向第二电容C42充电；当开关管Q41截止时，电容(M2上的电 能通过第二二极管D42、第二初级线圈Tp42向第三电容C43充电，由 于电感L41的存在第二电容C42上的电能很快放完了 ，这是电能由变 压器本身的磁能给第三电容C43充电。
对于反极式电源其工作原理如下，开始时，电流通过电感L41、
14第二二极管D42，变压器第二组初级线團Tp42给第三电容C43充电； 当交流电经过整流桥的电压在峰值及其附近时，当开关管Q41导通 时，外路电流直接通过第一二极管D41、变压器第一组初级线圏Tp41、 开关管Q41，同时、由第三组变压器初级线圈Tp43阻止第三电容C43 放电；当开关管Q41截止时，电容C42上的电能通过第二二极管D42、 变压器第二组初级线圈Tp42给电容C43充电，由于电感的存在第二 电容C42上的电能很快放完了 ，这是电能由变压器本身的磁能给第主 电容C43充电，与此同时、变压器的次级线圏给次级线路供电；当交 流电经过整流桥的电压在波谷及其附近时，当开关管Q41导通时，第 三电容C43的电能通过第三二极管D43、变压器第三初级线圈Tp43、 变压器第二初级线圈Tp41、第一开关管Q41放电，同时、整流后的 输入电流通过电感L41向第二电容C42充电；当开关管Q41截止时， 电容C42上的电能通过第二二极管D42、第二初级线圈Tp42向第三 电容C43充电，由于电感L41的存在第二电容C42上的电能很快放完 了，这是电能由变压器本身的磁能给第三电容C43充电，与此同时这 时变压器的次级线圏给次级线路供电。
1权利要求
1.一高功率因数直流电源包括电源整流滤波电路、电容充电校正电路，电能转换电路；整流滤波电路包括整流桥BD1、第一电容C1、电感L1；电容充电校正电路包括电感L1、第一二极管D1、第二电容C2、第三电容C3、变压器初级线圈Tp1，第二二极管D2；电能转换电路包括第一开关管Q1，第二开关管Q2、第三电容C3、变压器次级线圈Ts1，变压器初级线圈Tp1；具体的接法如下整流桥DB1的输入端接交流工频电源，输出端并接第一电容C1；整流桥DB1的输出端正极接电感L1的一端，L1的另一端接第一二极管D1的阳极与第二电容C2的一端；第二电容C2的另一端接整流桥DB1的负极；第一二极管D1的阴极接第一开关管Q1的源极和变压器T1初级线圈的一端；第一开关管的漏极接第三电容C3的正极和第二二极管D2的阴极，第三电容C3的负极接整流桥的负极；变压器T1初级线圈另一端接第二二极管D2的阳极和第二开关管Q2的漏极，第二开关管Q2的源极接整流桥的负极；变压器次级线圈Ts1接次级线路。
2. 根据权利要求1， 一高功率因数直流电源其特征是电感接第一 二极管的阳极、第二电容的一端；第一二极管的阴极接变压器初 级线圈的一端，变压器初级线圈的另一端第二二极管的阳极，第 二二极管的阴极接第三电容；第三电容的负极接整流桥的负极； 第二电容的另 一端接整流桥的负极；电感的作用 一方面是输入滤 波；另一方面是在开关管截止时，限制外路电流，使变压器的能 量得到释放；变压器初级线圈的作用是在开关管截止时，使第二电容给第三电容充电。
3. —高功率因数直流电源包括电源整流滤波电路、电容充电校正电路，电能转换电路；整流滤波电路包括整流桥、第一电容、第一 二极管、电感；电容充电校正电路由电感、第二电容、变压器第 二俎初级线圈、第二二极管，第三电容组成；电能转换电路由变 压器第一组初级线圈、变压器次级线圈、开关管、次级线路组成； 具体的接法如下整流桥的输入端接交流工频电源，输出端并接 第一电容；整流桥的输出正极端接第一二极管的阳极、第一二极 管的阴极接电感的一端，电感的另一端接第二电容的一端、变压 器第二组初级线圈一端；第二电容的另 一端接整流桥输出的负 极；变压器第二组初级线圈的另一端接第二二极管的阳极，第二 二极管的阴极接第三电容正极端、变压器第 一组初级线圈 一端； 第三电容的负极端接整流桥的负极；变压器第一组初级线圈的另 一端接开关管的漏极，开关管的源极接整流桥输出的负极；变压 器次级线圈接次级线路；变压器的第二组初级线圈接电感那的一 端、与变压器第 一组初级线圈接第二二极管阴极的那 一端为同名 端。
4. 根据权利要求3， 一高功率因数直流电源其特征是电感接变压 器第二组初级线圈的一端、第二电容的一端；第二组初级线圈的 一端接第二二极管的阳极；第二二极管的阴极接变压器第 一组初 级线圈的一端，第三电容正极；第三电容的负才及接整流桥的负极； 第二电容的另 一端接整流桥的负极；电感的作用 一方面是输入滤波；另一方面是在开关管截止时，限制外路电流，使变压器的能 量得到释放；变压器第二组初级线圈的作用是在开关管截止时， 使第二电容给第三电容充电，改善第三电容的充电过程。
5. —高功率因数直流电源包括电源整流滤波电路、电容充电校正电 路，直接供电电路、补充供电电路、电能转换电路；整流滤波电 路包括整流桥、第一电容、电感；电容充电校正电路由电感、第 一二极管、第二电容、变压器第二组初级线圈、第二二极管，变 压器第一组初级线圏、第三二极管、第三电容组成；直接供电电 由电感、第二二极管、变压器第一组初级线圈组成；补充供电电 路由第三电容、第四二极管、第一开关管、变压器第二组初级线 圈、变压器第一组初级线圏组成；电能转换电路由变压器第一组 初级线圈、第二开关管、变压器次级线圈组成；具体接法如下 整流桥的输入端接交流工频电源，输出端并接第一电容；整流桥 的输出正极端接电感一端，电感的另一端第一二极管阳极、第二 二极管的阳极、第二电容的一端；第二二极管的阴极接变压器第 二组初级线圏的一端、变压器第一组初级线圈的一端；第一二极 管的阴极接变压器第二组初级线圈的另 一端、第 一开关管的源 极；第二电容的另一端接整流桥输出的负极；第一开关管的漏极 接第四二极管的阴极，第四二极管的阳极(或第一开关管的漏极 直接)接第三二极管的阴极、第三电容的正极；第三二极管的阳 极接变压器第一组线圈的另 一端和第二开关管的漏极；第三电容 的负极接整流桥输出的负极；第二开关管的源极接整流桥地输出的负极。变压器次级线圈接次级线路。
6. 根据权利要求5， 一高功率因数直流电源其特征是电感接第二 电容的一端，第一二极管的阳极、第二二极管的阳极；第一二极 管的阴极接第二组初级线圈的 一端；第二二极管的阴极接变压器 第一组初级线圈的一端、第二组初级线圈的另一端；第一组初级 线圈的另 一端接第三二极管的阳极，第三二极管的阴极第三电容 正极；第三电容的负极接整流桥的负极；第二电容的另一端接整 流桥的负极；电感的作用时，当开关管截止时，限制外路电流使 变压器的能量得到释放，另一个作用是滤波；变压器第一组初级 线圈、变压器第二组初级线圈的作用是改善电容充电过程；第二 二极管的作用是，当外线路电压高时，外线路直接给次级供电。
7. —高功率因数直流电源包括电源整流滤波电路、电容充电校正电 路，直接供电电路、补充供电电路、电能转换电路；整流滤波电 路包括整流桥、第一电容、电感；电容充电校正电路由电感、第 二电容、变压器第二组初级线圈、第二二极管，第三电容组成； 直接供电电路由电感、第一二极管，变压器第三组初级线圈、第 三二极管，开关管，变压器第一组初级线圈组成；补充供电电路 由第三电容、第三二极管、开关管、变压器第三组初级线圈、变 压器第一组初级线圏组成；电能转换电路由变压器第一组初级线 圈、开关管、变压^次级线圈组成；具体接法如下整流桥DB41 的输入端接交流工频电源，输出端并接第一电容C41;整流桥 DB41的输出正极端接电感L41的一端、第一二极管D41的阳极，电感L41的另一端第二二极管D42阳极、第二电容C42的一端；第二二极管D42的阴极接变压器第二组初级线圈Tp42的一端、变压器第二组初级线圈Tp42的另一端接第三电容C43正极、第三二极管D43的阳极；第二电容C42的另一端接整流桥的负极；第三电容C43的负极接整流桥的负极；第三二极管D43的阴极接变压器第三组初级线圈Tp43的一端，变压器第三组初级线圏Tp43的另一端接第一二极管D41的阴极、变压器第一组初级线圈Tp41的一端；变压器第一组初级线圈Tp41接开关管Q41的漏极，开关管Q41的源极接整流桥的负极变压器；次级线圈接次级线路。
8. 根据权利要求7， 一高功率因^t直流电源其特征是整流桥正极输出接电感的一端、第一二极管的阳极；电感的另一端接第二电容的一端，第二二极管的阳极；第二二极管的阴极接第二组初级线圈的一端；第二组初级线圈的另一端接第三二极管的阳极、第三电容正极；第三电容的负极接整流桥的负极，第二电容的负极接整流桥的负极；第三二极管的阴极接变压器第三组初级线圈的一端，变压器第三组初级线圈的另一端接第一二极管的阴极、变压器第一组初级线圈的一端；电感的作用时，当开关管截止时，限制外路电流使变压器的能量得到释放，另一个作用是滤波；变压器第二组初级线圈、变压器第三组初级线圈的作用是当开关管截止时，使得第二电容向第三电容充电；第一二极管的作用是，当外线路电压高时，外线路直接供电。
全文摘要
一高功率因数直流电源由二极管，电容，变压器组成，主要通过直接校交流电源对储能电容的充电过程达到校正功率因数的目的即当开关管导通时，交流电源对一个小电容充电，当开关管截止时，小电容的电能向储能电容充电。
文档编号H02M1/42GK101651409SQ200810210488
公开日2010年2月17日 申请日期2008年8月16日 优先权日2008年8月16日
发明者林福泳 申请人:林福泳;林福祥