一种带有源功率因数校正的开关电源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及开关电源领域，特别涉及带有源功率因数校正的高可靠性的交流或直流变换为直流的开关电源。
【背景技术】
[0002]目前，开关电源应用很广，对于输入功率在75W以下，对功率因数(PF，PowerFactor，也称功率因素)不作要求的场合，反激式(Fly-back)开关电源应用很广。对于输入功率大于75W的电源，甚至是很多照明用的开关电源式驱动器，尽管功率在75W以下，国家标准对其功率因数有要求。
[0003]目前已有采用功率因数校正电路解决这一问题，功率因数校正电路简称为PFC电路，是Power Factor Correct1n的缩写。一种低成本的方式是:在整流桥和滤波电容之间串联一只电感，由于都是无源器件，仍称为无源功率因数校正。有源功率因数校正是“Active Power Factor Correct1n”的中文名称，简称APFC，通常的定义为:在整流器和负载之间接入一个DC-DC开关变换器，应用电流反馈技术，使输入端电流^波形跟踪交流输入正弦电压波形，可以使^接近正弦波。从而使输入端电流的总谐波失真THD小于5%。而功率因数可以提高到0.99或更高。由于这个方案中使用了有源器件，故称为有源功率因数校正，一般PF值做到0.9以上，就可以满足很多国家的标准，若负载为开关电源，那么，系统就是带有源功率因数校正的开关电源，又叫两级变换，作为第一级PFC负载的第二级开关电源，通常称为主功率级变换器，简称主功率级。
[0004]整流桥中串入功率因数校正电感，仍属无源功率因数校正，不是有源功率因数校正。我们把整流后直接滤波的开关电源，以及整流桥串入功率因数校正电感，再滤波的开关电源，因为只有一级功率变换电路，都定义为:直接滤波式开关电源。
[0005]图1示出了一种主流的Boost APFC电路，一般都写为Boost PFC电路，这是因为，带有Boοst电路的，一定是有源功率因数校正电路，在图1的电路的输出端Vo，再接上其它的功率级DC-DC变换器，即主功率级，就是标准的带有源功率因数校正的开关电源。反激变换器、半桥变换器、LLC变换器，不对称半桥，单管正激电路都可以成为主功率级。
[0006]整流桥ZlOl—般由四个整流二极管组成，申请号201210056555.9的授权发明说明书中的图4-1、图4-2、图4-3给出了整流桥的几种公知画法。电解电容单位体积的电容量非常大，所以在带有源功率因数校正的开关电源中，也使用了电解电容，图1中的ClOl是PFC的滤波电容，一般为电解电容。
[0007]传统的BOOST功率因数校正电路，其工作原理可以参见电子工业出版社的《开关电源的原理与设计》第190页、191页，该书ISBN号7-121-00211-6。
[0008]BOOST功率因数校正电路需要使用耐压高达输入交流电峰值以上的电解电容，对于我国的220VAC市电，考虑偶尔电压会升至264VAC，峰值为373V，需使用耐压400V以上的电解电容作为BOOST功率因数校正电路的输出滤波电容;为了获得良好功率因数，BOOST功率因数校正电路的输出电压一般定在400V左右，使用的电解电容一般为450V耐压，有的厂商配合地推出420V耐压的电解电容。由于BOOST功率因数校正电路的输出电压已经为400V之高，给后续的第二级的主功率级拓扑选择带来麻烦，如计算机输出电压为12V、5V以及3.3V，从400V降到这么低的电压，需要用高耐压、大电流、低内阻的MOS管作为开关管。正因为如此，全球对降压式功率因数校正电路研究日益加强。
[0009]如美国专利公开号US 2010123448的《C0NTR0LIED ON-TIME BUCK PFC》美国专利公开说明书示出了一种降压式PFC电路，按其公开的技术方案，使用了BUCK电路，PffM方式控制BUCK电路中的开关，且在输入脉动直流电电压峰值时，占空比达到相对最大，
[0010]再如中国已授权的申请号为201210271808.4的《一种降压式PFC电路》也是一种降压式功率因数校正电路，同样使用电解电容作为PFC的滤波电容。
[0011 ]随着工业领域中智能化系统的推广，使用电解电容作为PFC的滤波电容的不足之处也随之体现出来，因为使用了电解电容ClOl，而该电解电容的特性也因此限制了开关电源的用途，电解电容在高温和低温下的寿命一直是业界难题，众所周知，电容ClOl经常为400V至450V耐压的电解电容，而耐压大于250V的电解电容，其低温一般只能工作到-25°C。即在-40°C的环境下，如东北三省、新彊、以及高玮度的国家与地区，开关电源的使用变得棘手，当然，可以使用如CBB薄膜电容来滤波，但体积过大，且成本过高。
[0012]对于使用降压式功率因数校正电路的开关电源，由于降压式PFC输出电压低，其滤波用的PFC电解电容要承受的纹波电流更大，其使用寿命也不容忽视。
[0013]当然，还有一种功率因数校正电路，使用BUCK-B00ST作为功率因数校正电路的主拓扑，可以降压，也可以升压，但控制复杂，目前并没有普及。
[0014]为了方便，带有源功率因数校正的开关电源，我们简单地分为三个部分:功率因数校正电路，滤波电路，主功率级。如图1中，整流桥ZlOl、L101、二极管DlOl和开关管QlOl以及PffM控制电路组成了功率因数校正电路;本申请为了描述方便，把本来属于功率因数校正电路的滤波用的电解电容ClOl独立出来，看作是滤波电路，滤波电路可以是一只电解电容，也可以是电解电容和高压贴片电容的并联，也可以是电解电容和CBB类的薄膜电容并联，也可以是型滤波电路，也可是低压电解电容串联后再和其它高压电容并联;在图1的电路的输出端Vo，连接的其它的功率级DC-DC变换器，就是所述的主功率级。
[0015]设计一台开关电源时，经常面临电解电容ClOl的寿命问题，在实际使用中，很多开关电源达不到使用寿命，其主因就是滤波用的电解电容提前失效。很多要求较高的场合，采用了冗余设计，使用两个开关电源互为备份，坏了一个，还可以正常工作。成本较高，且仍然不知道其中开关电源是什么时间失效，也不方便准备备品。
[0016]常见的非冗余设计场合，一旦开关电源失效，将会引起很多连带失效，从而使得损失被扩大，据统计，合格设计的开关电源发生失效，97%以上是由滤波的电解电容先行失效引起的。
[0017]现有的使用电解电容的开关电源，尚不能对电解电容的失效进行有效的预先告知。
【发明内容】
[0018]有鉴于此，本发明要解决现有的带有源功率因数校正的开关电源存在的不足，提供一种带有源功率因数校正的开关电源，在滤波电解电容完全失效前，提供指示，实现在开关电源完全失效前的预先告知。
[0019]本发明的目的是这样实现的，一种带有源功率因数校正的开关电源，包括功率因数校正电路，滤波电路，主功率级，还包括第一电容，一个具有两个端子的指示电路，交流输入经功率因数校正电路连接第一电容，再经过指示电路连接滤波电路，滤波电路和主功率级并联，其特征是:滤波电路至少包括一只为电解电容的第二电容;指示电路由具有单向导电性能的发光单元和第一电感并联组成，且确保所述的功率因数校正电路通过所述的第一电感向主功率级供电的电流方向与所述的发光单元的导通方向相反。
[0020]优选地，一种带有源功率因数校正的开关电源，其特征是:所述的发光单元为发光二极管；
[0021]优选地，一种带有源功率因数校正的开关电源，其特征是:所述的发光单元为一个发光二极管和一个第一二极管同向串联；
[0022]优选地，一种带有源功率因数校正的开关电源，其特征是:所述的发光单元为一个发光二极管、第一二极管、和第一电阻同向串联；
[0023]优选地，一种带有源功率因数校正的开关电源，其特征是:所述的发光单元包括一个发光二极管、第一二极管、第一电阻，还包括第三电容，其连接关系为:发光二极管和电阻串联后与第三电容并联，并联后形成的第三网络再与二极管同向串联，并形成发光单元；
[0024]优选地，一种带有源功率因数校正的开关电源，其特征是:上述非隔离方案与下文的隔离方案中，还包括第二电阻，所述的发光二极管两端并联第二电阻；
[0025]优选地，一种带有源功率因数校正的开关电源，其特征是:上述非隔离方案与下文的隔离方案中，所述的发光二极管为光耦中的发光器，即光耦中的发光二极管。
[0026]本发明还提供一种有源功率因数校正的开关电源，指示电路实现了隔离功能，包括功率因数校正电路，滤波电路，主功率级，还包括第一电容，一个具有两个端子的指示电路，交流输入经功率因数校正电路连接第一电容，再经过指示电路连接滤波电路，滤波电路和主功率级并联，其特征是:滤波电路至少包括一只为电解电容的第二电容;所述的指示电路包括第一端子、第二端子、第一变压器和第一发光二极管，第一变压器至少包括一个原边绕组和一个副边绕组，第一发光二极管和第一变压器的副边绕组并联，且与第一发光二极管的阴极相连的副边绕组端子作为同名端，原边绕组对应的同名端作为第一端子，原边绕组的另一端子作为第二端子，且确保所述的直流输入的电流通过所述的第一端子流入，经过原边绕组后从第二端子流出。
[0027]优选地，本发明提供的一种有源功率因数校正的开关电源，还包括第一二极管，其连接关系为:第一二极管和第一发光二极管同向串联并形成第一网络，第一网络和第一变压器的副边绕组并联，且与第一网络的阴极相连的副边绕组端子作为同名端，原边绕组对应的同名端作为第一端子，原边绕组的另一端子作为第二端子。