单级高功率因数电源的制作方法
【专利摘要】单级高功率因数电源电路中有两变压器既一正激式变压器，一主变压器。正激式变压器用作PFC功率因数校正，主变压器用作将初级电能转换次级的电能。电感用作限制功率因数校正电流以及继流作用。
【专利说明】单级高功率因数电源
【技术领域】
[0001]本发明属于开关电源，特别是一种高功率因数直流电源。
【背景技术】
[0002]传统的开关电源是在整流硅桥后直接接一个滤波电容，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的电力利用率较低。为了减少非线性电流，并达到国际标准ENG1000-3-2，人们提出各种各样的方法来提高功率因数，其中有无源功率因数校正电路，其功率因数在80% -90%之间；还有一种是有源功率因数校正线路，此种线路功率因数可达99%。有源线路最成功的是二阶功率校正线路，其原理是先将整流后的波动直流电的电压提高到特定的电压，并形成稳定的直流电压后，再将此直流电变换成我为输出直流电。此线路也存在着一些缺点，一、它开始工作时有较大的冲击电流；二、它将现有的电压提升，从而增加了对后续功率转换元件的要求(即开关管的要求)，目前高功率因数电源的损坏多属于这个原因；三、由于增加了一阶线路也增加了电源的自身损耗。此外人们还提出许多单阶高功率因数电源，这些线路多数以牺牲线路可靠性为代价，是不可取的。本人提出一种稳定可靠、高效节能并成本低的高功率因数直流电源。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种稳定、高效并成本低的高功率因数(PFC)直流电源。
[0004]本发明的基本原理是利用正激式变压器的初级线圈与主变压器初级线圈串联。将串联电路一部分电能用来校正电流输入波形并将串联电路大部分电能转换成次级电能。本发明不局限于具体的线路，根据本发明原理可以设计出多种不同的线路都应属于本发明后附的权利要求的保护范围
【专利附图】
【附图说明】
[0005]图1、是本发明单级正激式或反激式单管高功率因数直流电源(单管高功率因数电路)。
[0006]图2、是本发明半桥或全桥及LLC高功率因数电路。
[0007]图2a、半桥或全桥及LLC高功率因数电路的三种连接方式。
[0008]图3、是本发明IlOV半桥或全桥及LLC高功率因数电路。
[0009]图4、是单管高功率因数初级电路。
[0010]图5、是半桥闻功率因数初级电路。
图6、是输入电流波形图。
[0011]单管高功率因数直流电源(图1)
[0012]具体连接方式是
[0013]参考图1、
[0014]整流桥BDlO输入两端接工频交流电源；[0015]第一电容ClO并接在两端。
[0016]电感LlO的第一接线端接整流桥BDlO输出的正极；
[0017]第一二极管DlO的阳极接电感LlO的第二接线端；
[0018]第二二极管Dll的阳极接电感LlO的第二接线端；
[0019]正激式变压器TlO有二个线圈，正激式变压器的初级线圈和正激式变压器的校正线圈，校正线圈的第一接线端接第一二极管DlO的阴极，其第二接线端接第二二极管Dll的阴极，第二电容Cll的正极端接正激式变压器的校正线圈第二接线端及第二二极管Dll的阴极，第二电容Cll的负极端接整流桥BDlO输出负极端；
[0020]正激式变压器的初级线圈第二接线端接第二电容Cll的正极端，正激式变压器的初级线圈第一接线端串接主变压器的初级线圈。
[0021]其工作原理如下:
[0022]当开关电源的开关管导通时，电容Cll的放电电流通过正激式变压器TlO的初级线圈，主变压器Tll初级及开关管，同时输入电流通过电感L10，正激式变压器的校正线圈及第一二极管DlO给第二电容Cll充电。开关电源的开关管断开时，输入电流通过电感LlO及第二二极管Dll继续给第二电容Cll.[0023]电感L10，正激式变压器的校正线圈和第一二极管DlO组成的电路及第二电容Cl I的串联电路可以有不同的连接顺序。
[0024]正激式变压器的校正线圈与正激式变压器的初级线圈的匝数比为2-3: I。
[0025]电感LlO的取值较小，电感LlO —般选在使得继流二管Dll在开关管导通时已经关断以避勉继流二管Dll产生大的反向电流通过继流二管D11。同时有足够储能。
[0026]半桥或全桥及LLC高功率因数电路(图2)
[0027]具体连接方式是
[0028]参考图2、
[0029]具体连接方式是:
[0030]第一电容C20并接在两端；
[0031]电感L20的第一接线端接整流桥BD20输出的正极；
[0032]第一二极管D20的阳极接电感L20的第二接线端；
[0033]第二二极管D21的阳极接电感L20的第二接线端；
[0034]正激式变压器T20有三个线圈，正激式变压器的初级线圈，正激式变压器的第一校正线圈T20cl和正激式变压器的第二校正线圈T20c2，第一校正线圈的第一接线端接第一二极管D20的阴极，第二校正线圈的第二接线端接接第二二极管D21的阴极；正激式变压器T20的初级线圈串接主变压器T22的初级线圈；正激式变压器的第一校正线圈T20cl的第一接线端与正激式变压器的第二校正线圈T20c2的第一接线端互为同名端；
[0035]第二电容C22的正极端接正激式变压器的第一校正线圈T20cl的第二接线端和正激式变压器的第二校正线圈T20c2的第一接线端，第二电容C22的负极端接整流桥BD20输出的负极端；
[0036]电感L20，第一二极管D20、第二二极管D21，正激式变压器的第一校正线圈，正激式变压器的第二校正线圈和电容C22组成串联电路，串联电路中电感L20、第一二极管D20、二二极管D21，正激式变压器的第一校正线圈、正激式变压器的第二校正线或不同元件顺序。电感L20，第一二极管D20、第二二极管D21，正激式变压器的第一校正线圈，正激式变压器的第二校正线圈的串联电路或接在整流桥BD20输入负极与第二电容C22负极之间。
[0037]其工作原理如下(以半桥式电源为例):
[0038]当半桥开关电源的第一开关管导通时，电流通过正激式变压器T20的初级线圈和主变压器T22的初级线圈，此时正激式变压器的第一校正线圈T20cl与正激式变压器的第二校正线圈T20c2有感应电压，输入电压与正激式变压器的第一校正线圈T20cl的感应电压通过电感L20，第一二极管D20及正激式变压器的第一校正线圈T20cl对电容C22充电，当第一开关管断开时，电感L20感应电压和输入电压通过电感L20，第二二极管D21和正激式变压器的第二校正线圈T20c2对电容C22充电。当半桥开关电源的第二开关管导通时，电流主变压器T22的初级线圈和正激式变压器T20的初级线圈，此时正激式变压器的第一校正线圈T20cl与正激式变压器的第二校正线圈T20c2有感应电压，输入电压与正激式变压器二校正线圈T20c2的感应电压通过电感L20，第二二极管D20及正激式变压器的第二校正线圈T20c2对电容C22充电。当第二开关管断开时，电感L20感应电压和输入电压通过电感L20，第一二极管D20和正激式变压器的第一校正线圈T20cl对电容C22充电。
[0039]IlOV半桥或全桥及LLC高功率因数电路
[0040]具体连接方式是(参考图3)
[0041]正激式变压器T30有三个线圈，正激式变压器的初级线圈T30s，正激式变压器的第一校正线圈T30cl和正激式变压器的第二校正线圈T30c2。输入火线接正激式变压器的第一校正线圈T30cl的第一接线端和正激式变压器的第二校正线圈T30c2的第二接线端；
[0042]第一二极管D31的阴极接正激式变压器的第一校正线圈T30cl的第二接线端；
[0043]第二二极管D30的阳极接正激式变压器的第一校正线圈T30cl的第二接线端；
[0044]第三二极管D32的阳极接正激式变压器的第二校正线圈T30c2的第一接线端；
[0045]第四二极管D33的阴极接正激式变压器的第二校正线圈T30c2的第一接线端；
[0046]第一二极管D31的阳极接第四二极管D33的阳极；
[0047]第二二极管D30的阴极接第三二极管D32的阴极；
[0048]第一电容C30的正极接第二二极管D30的阴极和第三二极管D32的阴极；
[0049]第二电容C31的正极接第一电容C30的负极，第二电容C31的阴极接第一二极管D31的阳极和第四二极管D33的阳极；
[0050]电感L30的第一接线端接零线，电感L30的第二接线端接第二电容C31的正极和第一电容C30的负极；
[0051]正激式变压器的初级线圈T30s与主变压器的初级线圈串联。
[0052]其工作原理如下(以半桥式电源为例)
[0053]当火线电压高于中线电压，当半桥开关电源的第一开关管导通时，电流通过正激式变压器T30的初级线圈和主变压器T32的初级线圈，此时正激式变压器的第一校正线圈T30cl与正激式变压器的第二校正线圈T20c2有感应电压，输入电压与正激式变压器的第一校正线圈T30cl的感应电压通过第二二极管D30及正激式变压器的第一校正线圈T30cl及电感L30对电容C30充电。当第一开关管断开时，电感L30感应电压和输入电压通过第三二极管D32及正激式变压器的第二校正线圈T30c2及电感L30对电容C30充电。当半桥开关电源的第二开关管导通时，此时正激式变压器的第一校正线圈T30cl与正激式变压器的第二校正线圈T20c2有感应电压，输入电压与正激式变压器的第二校正线圈T30c2的感应电压通过第三二极管D32及正激式变压器的第二校正线圈T30c2及电感L30对电容C30充电。当第二开关管断开时，电感L30感应电压和输入电压通过第二二极管D30及正激式变压器的第一校正线圈T30cl及电感L30对电容C30充电。
[0054] 当火线电压低于中线电压，当半桥开关电源的第一开关管导通时，电流通过正激式变压器T30的初级线圈和主变压器T32的初级线圈，此时正激式变压器的第一校正线圈T30cl与正激式变压器的第二校正线圈T20c2有感应电压，输入电压与正激式变压器的第二校正线圈T30c2的感应电压通过第四二极管D33及正激式变压器的第二校正线圈T30c2及电感L30对电容C32充电。当第二开关管断开时，电感L30感应电压和输入电压通过第一二极管D31及正激式变压器的第一校正线圈T30cI及电感L30对电容C32充电。当半桥开关电源的第二开关管导通时，电流通过正激式变压器T30的初级线圈和主变压器T32的初级线圈，此时正激式变压器的第一校正线圈T30cl与正激式变压器的第二校正线圈T20c2有感应电压，输入电压与正激式变压器的第一校正线圈T30cl的感应电压通过第一二极管D31及正激式变压器的第一校正线圈T30cl及电感L30对电容C32充电。当第一开关管断开时，电感L30感应电压和输入电压通过第四二极管D33及正激式变压器的第二校正线圈T30c2及电感L30对电容C32充电。
【权利要求】
1.一高功率因数电源、包括整流桥BD10、二极管(D10，D11)、电感L10、电容(C10、C11)、正激式变压器T10、主变压器Tll ； 整流桥BDlO输入两端接工频交流电源； 第一电容ClO并接在两端。 电感LlO的第一接线端接整流桥BDlO输出的正极； 第一二极管DlO的阳极接电感LlO的第二接线端； 第二二极管Dll的阳极接电感LlO的第二接线端； 正激式变压器TlO有二个线圈，正激式变压器的初级线圈和正激式变压器的校正线圈，校正线圈的第一接线端接第一二极管DlO的阴极，其第二接线端接第二二极管Dll的阴极，第二电容Cll的正极端接正激式变压器的校正线圈第二接线端及第二二极管Dll的阴极，第二电容Cll的负极端接整流桥BDlO输出负极端； 正激式变压器的初级线圈第二接线端接第二电容Cll的正极端，正激式变压器的初级线圈第一接线端串接主变压器的初级线圈；
2.根据权利要求1一高功率因数电源其特征在于，正激式变压器TlO的初级线圈与主变压器Tll的初级线圈串接，将串联电路小部分电能转换成功率因数校正的电能，串联电路大部分电能转换成次级的电能。
3.根据权利要求1，一高功率因数电源其特征在于电感L10，第一二极管DlO及正激式变压器TlO的校正线圈组成串联电路，用于给第二电容Cll充电；此串联电路或不同的元件顺序但原理相同；此串联电路或接在整流桥BDlO输出的负极与第二电容Cll负极之间，作用效果一样。
4.根据权利要求1，一高功率因数电源其特征在于第二二极管Dll并接在第一二极管DlO及正激式变压器TlO的校正线圈组成串联电路的两端，用于将电感LlO的电能释放到第二电容C11。
5.根据权利要求1，一高功率因数电源其特征在于主变压器是正激式变压器或是反激式变压器。
6.一高功率因数电源、包括整流桥BD20、二极管(D20，D21)、电感L20、电容(C20、C21、C22)、正激式变压器T20、主变压器T22 ； 整流桥BD20输入两端接工频交流电源。 第一电容C20并接在两端； 电感L20的第一接线端接整流桥BD20输出的正极； 第一二极管D20的阳极接电感L20的第二接线端； 第二二极管D21的阳极接电感L20的第二接线端； 正激式变压器T20有三个线圈，正激式变压器的初级线圈，正激式变压器的第一校正线圈T20cl和正激式变压器的第二校正线圈T20c2，第一校正线圈的第一接线端接第一二极管D20的阴极，第二校正线圈的第二接线端接接第二二极管D21的阴极；正激式变压器T20的初级线圈串接主变压器T22的初级线圈；正激式变压器的第一校正线圈T20cl的第一接线端与正激式变压器的第二校正线圈T20c2的第一接线端互为同名端； 第二电容C22的正极端接正激式变压器的第一校正线圈T20cl的第二接线端和正激式变压器的第二校正线圈T20c2的第一接线端，第二电容C22的负极端接整流桥BD20输出的负极端； 电感L20，第一二极管D20、第二二极管D21，正激式变压器的第一校正线圈，正激式变压器的第二校正线圈和电容C22组成串联电路，串联电路中电感L20、第一二极管D20、二二极管D21，正激式变压器的第一校正线圈、正激式变压器的第二校正线或不同元件顺序。电感L20，第一二极管D20、第二二极管D21，正激式变压器的第一校正线圈，正激式变压器的第二校正线圈的串联电路或接在整流桥BD20输入负极与第二电容C22负极之间。
7.根据权利要求6，一高功率因数电源其特征在于正激式变压器T20的初级线圈串接主变压器T21的初级线圈，将串联电路小部分电能转换成功率因数校正的电能，串联电路大部分电能转换成次级的电能。
8.根据权利要求6，一高功率因数电源其特征在于，正激式变压器T20的第一校正线圈与第二校正线圈的异名端相连，其另两异名端分别接第一二极管D20，，第二二极管D22的相同极性端，第一二极管D20、第二二极管，D21的另两相同极性端相接，正激式变压器T20校正线圈与二极管组成的电路再与电感L20和电容C21组成串联电路，用于给第二电容C22充电；串联电路中的正激式变压器校正线圈与二极管组成的电路和电感L20及电容C22的连接顺序可以互换。
9.一 IlOV高功率因数电源包括二极管(D30，D31，D32，D33)、电感L30、电容(C30、C31)、正激式变压器T30、主变压器T31 ； 正激式变压器T30有三个线圈，正激式变压器的初级线圈T30s，正激式变压器的第一校正线圈T30cl和正激式变压器的第二校正线圈T30c2。输入火线接正激式变压器的第一校正线圈T30cl的第一接线端和正激式变压器的第二校正线圈T30c2的第二接线端； 第一二极管D31的阴极接正激式变压器的第一校正线圈T30cl的第二接线端； 第二二极管D30的阳极接正激式变压器的第一校正线圈T30cl的第二接线端； 第三二极管D32的阳极接正激式变压器的第二校正线圈T30c2的第一接线端； 第四二极管D33的阴极接正激式变压器的第二校正线圈T30c2的第一接线端； 第一二极管D31的阳极接第四二极管D33的阳极； 第二二极管D30的阴极接第三二极管D32的阴极； 第一电容C30的正极接第二二极管D30的阴极和第三二极管D32的阴极； 第二电容C31的正极接第一电容C30的负极，第二电容C31的阴极接第一二极管D31的阳极和第四二极管D33的阳极； 电感L30的第一接线端接零线，电感L30的第二接线端接第二电容C31的正极和第一电容C30的负极； 正激式变压器的初级线圈T30s与主变压器的初级线圈串联。
10.根据权利要求9，一IlOv高功率因数电源其特征在于正激式变压器T30的初级线圈串接主变压器T31的初级线圈，将串联电路小部分电能转换成功率因数校正的电能，串联电路大部分电能转换成次级的电能。
【文档编号】H02M3/28GK103490644SQ201210203450
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年6月9日 优先权日:2012年6月9日
【发明者】林福泳 申请人:林福泳, 林福祥