單級式高功率因數電源的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種單級式高功率因數電源，本發明用一正激進變壓器的初級與主變壓器的初級串聯，此串聯電路作為開關管的負載電路，將負載電路的部分電能用于校正輸入電流波形，大部分電能轉換次級輸出版電能.一正激進變壓器的電能釋放線圈與一二極管理構成正激進變壓器電能釋放電路以降低開關管的電壓應力。
【專利說明】
單級式高功率因數電源
技術領域
[0001 ] 本發明屬于開關電源，特別是一種高功率因數直流電源。
【背景技術】
[0002]傳統的開關電源是在整流硅橋后直接接一個濾波電容，這種結構會產生大量的非線性電流并污染交流電網，同時它對電網所傳送的電力利用率較低。為了減少非線性電流，并達到國際標準EN01000-3-2，人們提出各種各樣的方法來提高功率因數，其中有無源功率因數校正電路，其功率因數在80% —90%之間；還有一種是有源功率因數校正線路，此種線路功率因數可達99%。有源線路最成功的是二階功率fe正線路，其原理是先將整流后的波動直流電的電壓提高到特定的電壓，并形成穩定的直流電壓后，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，一、它開始工作時有較大的沖擊電流；二、它將現有的電壓提升，從而增加了對后續功率轉換元件的要求(即開關管的要求)，目前高功率因數電源的損壞多屬于這個原因；三、由于增加了一階線路也增加了電源的自身損耗。此外人們還提出許多單階高功率因數電源，這些線路多數以犧牲線路可靠性為代價，是不可取的。本人提出一種穩定可靠、高效節能并成本低的高功率因數直流電源。

【發明內容】

[0003]本發明的目的是提供一種穩定、高效并成本低的高功率因數(PFC)直流電源。
[0004]本發明的基本原理是利用正激式變壓器的初級線圈與主變壓器的初級線圈串聯；將其作為開關管的負載線路并將負載電路一部分電能用來校正電流輸入波形，負載電路大部分電能轉換成次級電能。當開關管斷開時用一正激式變壓器一線圈釋放正激式變壓器的電能；本發明不局限于具體的線路，根據本發明原理可以設計出多種不同的線路都應屬于本發明后附的權利要求的保護范圍.
【附圖說明】
[0005]圖1、是本發明單極式高功率因數電源基本結構。
[0006]圖2、是本發明高功率因數電源的另一結構。
[0007]圖2A、單極式高功率因數加無損回路電源的一種結構。
[0008]圖2B、單極式高功率因數加無損回路電源的另一結構。
[0009]圖3、是本發明發明單極式高功率因數電源的另一種結構。
[0010]圖4、是本發明發明單極式高功率因數電源的又一種結構。
[0011]圖5，是本發明的輸入電流波形.
[0012]單級高功率因數電路(圖1)
[0013]具體連接方式是
[0014]參考圖1、
[0015]具體連接方式是:
[0016]整流橋BDlO輸入兩端接工頻交流電源。
[0017]第一電容ClO并接在整流橋BDlO輸出兩端。
[0018]電感LlO的第一接線端接整流橋BDlO輸出的正極。
[0019]正極式變壓器TlO有三個線圈，初級線圈，功率因數校正線圈，電能釋放線圈。正極式變壓器的初級線圈的第一接線端，正極式變壓器功率校正線圈第一接線端，正極式變壓器的電能釋放線圈的第一接線端為同名端。功率因數校正線圈TlOfcl的第一接線端接電感LlO的第二接線端。
[0020]第一二極管DlO的陽極接功率因數校正線圈TlOfcl的第二接線端，第一二極管DlO的陰極接正極式變壓器TlO的電能釋放線圈T10fc2的第一接線端。
[0021]第二二極管D12的陽極接電感LlO的第二接線端，第二二極管D12的陰極接第一極管DlO的陰極。
[0022]第二電容Cll的正極端接正極式變壓器TlO變壓器的初級線圈的第二接線端，第一二極管DlO的陰極以及第二二極管D12的陰極，第二電容Cll的負極端接整流橋BDlO輸出的負極端。
[0023]第三二極管D13的陰極與正極式變壓器TlO的電能釋放線圈T10fc2的第二接線端相連，第三二極管D13的陽極與整流橋BDlO輸出的負極相連。
[0024]主變壓器T12有初級線圈，次級線圈其中次級線圈接次級線路；主變壓器T12的初級線圈第一端與正極式變壓器TlO變壓器的初級線圈的第一接線端相連。
[0025]開關管QlO有漏極，源極及控制極，開關管QlO的漏極與主變壓器T12的初級線圈的第二端相連；開關管QlO的源極與整流橋BDlO輸出的負極端相連，開關管QlO控制極與PffM控制線路相連。.
[0026]其下作原理如下(參考圖1):
[0027]當電源的開關管QlO導通時，電流通過正極式變壓器TlO初級線圈和主變壓器T12的初級線圈，此時正激式變壓器TlO的校正線圈TlOfcl有感應電壓，輸入電壓與正激式變壓器的校正線圈的感應電壓通過電感L10，第一二極管DlO及正激式變壓器TlO的校正線圈對電容Cll充電。當第一開關管斷開時，輸入電壓與電感LlO上的感應電壓，通過第二二極管D12對電容Cll充電，同時正激式變壓器TlO的電能釋放線圈TlOfc2通過第三二極管D13對電容Cll充電。
[0028]單級高功率因數第二種電路(圖2)
[0029]具體連接方式是(參考圖2)
[0030]整流橋BD20輸入兩端接工頻交流電源。
[0031]第一電容C20并接在兩端。
[0032]正極式變壓器T20有三個線圈，初級線圈，功率因數校正線圈T20fc2，電能釋放線圈T1fcl。正極式變壓器的功率因數校正線圈的第一接線端接整流橋BD20輸出正極端，電能釋放線圈TlOfcl的第二接線端接整流橋BD20輸出正極端。
[0033]第一二極管D20的陽極接電能釋放線閹TlOfcl的第一接線端。
[0034]第二二極管D21的陽極接正極式變壓器功率因數校正線圈的第二接線端；
[0035]第三二極管D22的陽極接接整流橋BDlO輸出的正極，第三二極管D22的陰極接第二二極管D21的陰極。
[0036]電感L20的第一接線端接第二二極管D21的陰極，第三二極管D22的陰極，電感L20的第二接線端接正極式變壓器T20變壓器的初級線圈的第二接線端。
[0037]第二電容C21的正極端接正極式變壓器T20變壓器的初級線圈的第二接線端，電感L20的第二接線端以及第一二極管D20的陰極，第二電容C21的負極端接整流橋BDlO輸出的負極端。
[0038]主變壓器T12有兩線圈:初級線圈，次級線圈其中次級線圈接次級線路，初級線圈的第一端與正極式變壓器T20變壓器的初級線圈的第一接線端相連。
[0039]開關管Q20有漏極，源極，控制極，開關管Q20的源極與整流橋BD20輸出的負極端相連，開關管Q20的漏極與主變壓器T21的初級線圈的第二端相連，開關管Q20的控制極接PffM控制線路。
[0040]其工作原理如下(參考圖2)
[0041 ] 當電源的開關管Q20導通時，電流通過正極式變壓器T20初級線圈和主變壓器T21的初級線圈，此時正激式變壓器T20的校正線圈T20fc2有感應電壓，輸入電壓與正激關式變壓器的校正線圈的感應電壓通過電感L20，第二二極管D21及正激式變壓器T20的校正線圈對電容通過C21允電。當第一開關管斷開時，正激式變壓器T20的電能釋放線圈T20fcl的感應電壓及輸入電壓通過第一二極管D20對電容C21允電，同時輸入電壓圈，電感L20的感應電壓通過第三二極管D22對第二電容C21充電。
[0042]本電路增加一電容，一個二極管實現開關無損吸收；具體連接如下(圖2A):
[0043]第四電容C23的第一接線端接開關管的漏極，第四電容C23的第二接線端接第一二極管D20的陰極；
[0044]第四二極管D24的陽極接第四電容C23的第二接線端，第四極管D24的陰極接儲能電容的正極。
[0045]其工作原理如下:當開關管Q20關斷主變壓器初級線圈的漏感電能通過第四二極管D24儲存在第四電容C23，同時正激式變壓器T20的電能釋放線圈T20fcl通過二極管D20，D24將正激式變壓器T20儲能釋放到第二電容C21上。
[0046]當開關管Q20開通時，第四電容C23電能通過二極管D20，D24釋放到正激式變壓器T20中。或第四電容C23的第一接線端接開關管的漏極，第四電容C23的第二接線端接第一二極管D20的陰極；
[0047]第四二極管D24的陽極接第四電容C23的第二接線端，第四極管D24的陰極接儲能電容的正極。正激式變壓器T20的電能釋放線圈T20fcl的第一接線端接整流橋負極，正激式變壓器T20的電能釋放線圈T20fcl的第二接線端接第一二極管D20的陽極。
[0048]其工作原理如下(圖2B):當開關管Q20關斷主變壓器初級線圈的漏感電能通過第四二極管D24儲存在第四電容C23，同時正激式變壓器T20的電能釋放線圈T20fcl通過二極管D20，D24將正激式變壓器T20儲能釋放到第二電容C21上。
[0049]當開關管Q20開通時，第四電容C23電能通過二極管D20，D24釋放到正激式變壓器T20中。單級高功率因數第三種電路(圖3)
[0050]具體連接方式是:
[0051 ] 整流橋BD30輸入兩端接工頻交流電源。
[0052]第一電容C30并接在整流橋BD30輸出兩端。
[0053]電感L30的第一接線端接整流橋BD30輸出的正極。
[0054]正極式變壓器T30有三個線圈，初級線圈T30，功率因數校正線圈T30fcl，電能釋放線圈T30fc2，正極式變壓器的初級線圈T30的第一接線端，正極式變壓器功率校正線圈T30fcl第一接線端，正極式變壓器的電能釋放線圈T30fc2的第一接線端為同名端。功率因數校正線圈T30fcl的第一接線端接電感L30的第二接線端。
[0055]第一二極管D30的陽極接功率因數校正線圈T30fcl的第二接線端。
[0056]第二二極管D31的陽極接電感LlO的第二接線端，第二二極管D31的陰極接第一二極管D31的陰極。
[0057]第二電容C31的正極端接正極式變壓器的電能釋放線圈T30fc2的第一接線端，第一二極管D30的陰極以及第二二極管D31的陰極，第二電容Cll的負極端接整流橋BD30輸出的負極端。
[0058]第三二極管D32的陰極與正極式變壓器的電能釋放線圈T30fc2的第二接線端相連，第三二極管D32的陽極與整流橋BD30輸出的負極相連。
[0059]主變壓器T31有初極線圈，次級線圈其中次級線圈接次級線路，初級線圈第一接線端與第二電容C31正極相連，初級線圈第二接線端與正極式變壓器初級線圈的第二接線端相連。
[0060]第三電容C32的一端接主變壓器T31初級線圈第二接線端，第三電容C32的另一端接整流橋BD30輸出的負極端。
[0061 ] 開關管Q30有漏極，源極及控制極；開關管Q30漏極與正極式變壓器初級線圈的第一端相連，開關管Q30的源極與整流橋BD30輸出的負極端相連，開關管Q30的控制極接PffM控制線路。
[0062]其工作原理如下(參考圖3):
[0063]當電源的開關管Q30導通時，電流通過正極式變壓器T30初級線圈和主變壓器T31的初級線圈，此時正激式變壓器T30的校正線圈T30fcl有感應電壓，輸入電壓與正激式變壓器的第一校正線圈的感應電壓通過電感L30，第一二極管D30及正激式變壓器T30的校正線圈對電容C31允電，同時，第三電容C32的電能通過正極式變壓器初級線圈T30，開關管Q30放電。當第一開關管斷開時，輸入電壓與電感L30的感應電壓，通過第二二極管D31對電容C31充電，同時正激式變壓器T30的電能釋放線圈T30fc2的感應電壓通過第三二極管對電容C32充電以降低開關管的電壓應力。
[0064]單級高功率因數第四種電路(圖4)
[0065]具體連接方式是
[0066]參考圖4、
[0067]具體連接方式是:
[0068]整流橋BD40輸入端接工頻交流電源；
[0069]第一電容C40并接于整流橋輸出兩端；
[0070]電感L40第一接線端接整流橋輸出的正極；
[0071]第一二極管D40的陽極接電感L40的第二接線端；
[0072]第二二極管D41的陽極接電感L40的第二接線端；
[0073]正極式變壓器T40有三個線圈，正極式變壓器的初級線圈T401和正極式變壓器的功率因數校正線圈T402，正激變壓器電能釋放線圈T403 ;功率因數校正線圈T402的第一端接第一二極管的陰極，功率因數校正線圈T402的第二端接第二二極管的陰極；正極變壓器的初級第一端，正極式變壓器的功率因數校正線圈第一端，正激變壓器電能釋放線圈第一端互為同名端；
[0074]正激變壓器電能釋放線圈T403第一端接主變壓器T41次級的負極端；
[0075]第三二極管D42陽極接正激變壓器電能釋放線圈T403的第二端，第三二極管D42陰極接次級線路的主電容C42的正極端；
[0076]第二電容C41的正極端接正極式變壓器的功率因數校正線圈T402的第一端，正極式變壓器初級T401的第一端和第一二極管的陰極；第二電容的C41負極接整流橋輸BD40出的負極端；
[0077]主變壓器T41初級的第一端接正極式變壓器初級T401的第二端；
[0078]開關管Q40的漏極接主變壓器T41初級的第二端，開關管的源極接整流橋輸出負極。
[0079]其工作原理如下(參考圖4):
[0080]當電源的開關管Q40導通時，電流通過正極式變壓器T40初級線圈和主變壓器T41的初級線圈，此時正激式變壓器T40的校正線圈T402有感應電壓，輸入電壓與正激式變壓器的校正線圈的感應電壓通過電感L40，第二二極管D41及正激式變壓器T40的校正線圈對電容C41充電。當第一開關管斷開時，輸入電壓與電感L40上的感應電壓，通過第一二極管D41對電容C41充電；同時，正激式變壓器T40的電能釋放線圈T403通過第三二極管D43對次級主電容C42充電以降低開關管的電壓應力。
【主權項】
1.一單級式高功率因數電源、包括整流橋BD10、二極管(D10，D12，D13)、電感L10、電容(C1, Cll)、正激式變壓器T10、主變壓器T12，三極管Q10，次級線路； 整流橋BDlO輸入兩端接工頻交流電源； 第一電容ClO并接在整流橋BDlO輸出兩端； 電感LlO的第一接線端接整流橋BDlO輸出的正極； 正極式變壓器TlO有三個線圈，初級線圈，功率因數校正線圈，正激變壓器電能釋放線圈；正極式變壓器的初級線圈的第一接線端，正極式變壓器功率校正線圈第一接線端，正激變壓器電能釋放線圈的第一接線端互為同名端。功率因數校正線圈TlOfcl的第一接線端接電感LlO的第二接線端； 第一二極管DlO的陽極接功率因數校正線圈TlOfcl的第二接線端，第一二極管DlO的陰極接正激變壓器電能釋放線圈T10fc2的第一接線端； 第二二極管D12的陽極接電感LlO的第二接線端，第二二極管D12的陰極接第一二極管DlO的陰極； 第二電容Cll的正極端接第一二極管DlO的陰極，第二二極管D12的陰極以及正極式變壓器TlO初級第二接線端，第二電容Cll的負極端接整流接橋BDlO輸出的負極端； 第三二極管D13的陰極與正激變壓器電能釋放線圈的第二接線端相連，第三二極管D13的陽極與整流橋BDlO輸出的負極相連； 主變壓器T12變壓器有兩線圈:初級線圈和次級線圈其中次級線圈接次級線路；主變壓器T12的初級線圈第一端與正極式變壓器TlO變壓器的初級線圈的第一接線端相連。 開關管QlO有漏極，源極及控制極其中開關管QlO的漏極與主變壓器T12的初級線圈的第二端相連；開關管QlO源極與整流橋BDlO輸出的負極端相連；開關管QlO的控制極接PffM控制信號電路相連。2.根據權利要求1，一單級式高功率因數電源其特征在于正激式變壓器TlO的初級線圈與主變壓器的初級線圈串聯，此串聯線路接在儲能電容Cll與開關管QlO的漏極之間，當開關管導通時，流經過正極式初級線圈的電能，轉換成正極式變壓器功率校正線圈的感應電能，流經過主變壓初級線圈的電能，轉換成主變壓次級線圈的電能。3.根據權利要求1，一單級式高功率因數電源其特征在于正激式變壓器功率校正線圈TlOfcl與第一二極管DlO相連形成串聯電路，并與第二二極管D12并聯后，再串接電感LlO構成一功率因數校正電路，此功率因數校正電路接在整流輸出與儲能電容之間；用于校正輸入電流波形，這一校正電路可有不同的器件連接順序且具有相同的功能。4.根據權利要求1，一單級式高功率因數電源其特征在于正激式變壓器電能釋放線圈T10fc2與第三二極管D13串聯構成一正激式變壓器路電能釋放電路，以降底開關管的電壓應力，這電路可有兩種接法即接在電容Cll兩端或接在整流輸出正極端和電容Cll正極端之間。5.根據權利要求4，一單級式高功率因數電源其特征在于正激式變壓器電能釋放線圈，兩二極管和一個電容構成的一三端無損吸收回路電路，其接法是正激式變壓器電能釋放線圈第二接線端接第一二極管的陽極，第一二極管的陰極接第三二極管的陽極和第三電容的第一接線端，三個端口中正激式變壓器電能釋放線圈第一接線端接接于整流橋輸入正極端或負極端，第三二極管的陰極接儲存電容的正極端，第三電容的第二接線端接開關管的漏極；三端無損吸收回路電路可以有不同接法。6.根據權利要求3，一單級式高功率因數電源其特征在于電感LllO用于儲存電能以及釋放電能，電感LlO和第二二極管D12構成電感電能釋放電路；正激式變壓器功率校正線圈TlOfcl，第一二極管DlO及電感LlO構成電感電能儲存電路。7.—高功率因數電源，包括整流橋BD40、二極管(D40、D41、D42)、電感L40、電容(C40，C41，C42)、正激式變壓器T40、主變壓器T41，開關管Q41 ; 整流橋BD40輸入端接工頻交流電源； 第一電容C4O并接于整流橋輸出兩端； 電感L40第一接線端接整流橋輸出的正極； 第一二極管D40的陽極接電感L40的第二接線端； 第二二極管D41的陽極接電感L40的第二接線端； 正極式變壓器T40有三個線圈，正極式變壓器的初級線圈T401和正極式變壓器的功率因數校正線圈T402，正激變壓器電能釋放線圈T403 ;正極變壓器的初級第一接線端，正極式變壓器的功率因數校正線圈第一接線端，正激變壓器電能釋放線圈第一接線端互為同名端；功率因數校正線圈T402的第一接線端接第一二極管D40的陰極，功率因數校正線圈T402的第二接線端接第二二極管D41的陰極； 正激變壓器電能釋放線圈T403第一接線端接主變壓器T41次級的負極端； 第三二極管D42陽極接正激變壓器電能釋放線圈T403的第二接線端，第三二極管D42陰極接次級線路的主電容C42的正極端； 第二電容C41的正極端接正極式變壓器的功率因數校正線圈T402的第一接線端，正極式變壓器初級T401的第一接線端和第一二極管D40的陰極；第二電容C41的負極接整流橋輸BD40出的負極端； 主變壓器T41初級的第一接線端接正極式變壓器初級T401的第二接線端； 開關管Q40的漏極接主變壓器T41初級的第二接線端，開關管的源極接整流橋輸出負極。8.一單級式高功率因數電源、包括整流橋BD30、二極管(D30，D31，D32)、電感L30、電容(C30、C3UC32)、正激式變壓器T30、主變壓器T31，三極管Q30，次級線路； 整流橋BD30輸入兩端接工頻交流電源； 第一電容C30并接在整流橋BD30輸出兩端； 電感L30的第一接線端接整流橋BD30輸出的正極； 正極式變壓器T30有三個線圈，初級線圈，功率因數校正線圈，正激變壓器電能釋放線圈；正極式變壓器的初級線圈的第一接線端，正極式變壓器校正線圈第一接線端，正激變壓器電能釋放線圈的第一接線端為同名端；功率因數校正線圈T30fcl的第一接線端接電感L30的第二接線端； 第一二極管D30的陽極接第一功率因數校正線圈T30fcl的第二接線端，第一二極管D30的陰極接正激變壓器電能釋放線圈T10fc2的第一接線端； 第二二極管D31的陽極接電感L30的第二接線端，第二二極管D31的陰極接第一二極管D30的陰極； 第二電容C31的正極端接第一二極管D30的陰極以及第二二極管D31的陰極，第二電容C31的負極端接整流橋BD30輸出的負極端； 第三二極管D32的陰極與正激變壓器電能釋放線圈TlOfc2的第二接線端相連，第三二極管D32的陽極與整流橋BD30輸出的負極相連； 主變壓器T31有兩線圈:初級線圈和次級線圈其中次級線圈接次級線路，初級線圈的第一端與第二電容C31正極相連；初級線圈的第二端與正極式變壓器初級線圈的第二接線端相連； 開關管Q30的漏極與正極式變壓器初級線圈的第一端，開關管Q30的源極與整流橋BD30輸出的負極端相連，開關管Q30的控制極接PffM控制信號電路。 第三電容C32的一端接主變壓器T31的初級線圈的第二端及正極式變壓器初級線圈的第二接線端，第三電容C32的另一端接整流橋BD30輸出的負極端。9.根據權利要求6，一單級式高功率因數電源其特征在于第三電容的一端接整流輸出的負極，第三電容的另一端接主變壓器T31的初級線圈的第二端及正極式變壓器初級線圈的第二接線端，用于吸收主變壓器T31的初級線圈的漏感電能并通過正極式變壓器初級線圈釋放其電能。
【文檔編號】H02M1/42GK105896956SQ201410693583
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年11月15日
【發明人】林福泳
【申請人】林福泳, 林福祥