CN101515726B - 高效高功率因素充电器电路 - Google Patents
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Abstract
一种高效高功率因素充电器电路，包括整流电路、变压器、整流滤波电路、电压电流误差信号取样电路、光电耦合器、脉宽调制电路以及一N沟道场效应晶体管；其特征在于：所述脉宽调制电路为脉宽调制及功率因数校正双效电路，由峰值电流型升压式功率因数校正芯片和芯片***电路构成。本发明采用市面上现有的峰值电流型升压式功率因数校正芯片，以其特别的接法，将其构成脉宽调制及功率因数校正双效电路，用其替代现有技术中的脉宽调制电路，从而在不增加成本、不降低效率的前提下，提高了整个充电器电路的功率因数(达≥0.95)。
Description
技术领域
本发明涉及蓄电池充电器，具体涉及一种高效高功率因素充电器的电路。
背景技术
在人们的生活中，各式电动工具、电动用品譬如电动自行车，均配有蓄电池，因此与这些设备配套使用的充电器使用量是巨大的。
现有具代表性的较先进、成熟的充电器的电路，如图1、图2所示，由第一整流滤波电路、变压器、第二整流滤波电路、电压电流误差信号取样电路、光电耦合器、脉宽调制电路以及一N沟道场效应晶体管构成，交流电源接第一整流滤波电路，该第一整流滤波电路的输出负极端接地，而其输出正极端接变压器的初级侧第一绕组N1的一端，而该初级侧第一绕组N1的另一端经N沟道场效应晶体管及一电阻接地；变压器的次级侧第二绕组N2接第二整流滤波电路，该第二整流滤波电路的输出端口作为充电输出口接蓄电池；并且，所述充电输出口上分出一路接电压电流误差信号取样电路由其取样得到误差信号，该误差信号经光电耦合器输入脉宽调制电路，脉宽调制电路输出脉冲信号至N沟道场效应晶体管的栅极，控制N沟道场效应晶体管的通断，构成电压及恒流反馈控制式电路结构。见图2所示，上述脉宽调制电路由脉宽调制(PWM)芯片IC1和由电阻、电容、二极管连接成的芯片***电路构成，在作用上是按输入信号的变化调整输出脉冲的脉宽。
上述充电器电路具有电气隔离、电压控制及恒流控制等特点，但是，它仍具有一明显缺陷：功率因素cosΦ严重偏低，大约在0.5～0.65之间。功率因素偏低导致的直接后果就是使交流市电输入端电流和电压波形发生畸变，整流器的导通角大大缩短，电流波形变成非正弦的窄脉冲，这种现象严重危害电网的正常工作使电网输送线路上的无功功率损耗剧增，浪费了大量的电能。因此，为顺应国家所倡导节约能源的发展方向，提高充电器电路的功率因数是非常有必要的。
但是，通常人们想到要提高充电器电路的功率因数，就是在原来低功率因素充电器前端增加一个功率因素校正电路，这种设计不仅成本增加，最主要的是会使效率大幅降低，顾此失彼，故现市面上的充电器均未作提高功率因素的设计。
发明内容
本发明提供一种高效高功率因素充电器电路，其目的是在不降低效率不增加成本的前提下解决现有充电器电路功率因素低的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高效高功率因素充电器电路，包括整流电路、变压器、整流滤波电路、电压电流误差信号取样电路、光电耦合器、脉宽调制电路以及一N沟道场效应晶体管；所述整流电路的输入端口接交流电源，其输出负极端接地，而其输出正极端接所述变压器的初级侧第一绕组的首端，而该初级侧第一绕组的尾端经所述N沟道场效应晶体管以及第一电阻接地；所述变压器的次级侧第二绕组接整流滤波电路，该整流滤波电路的输出端口作为充电输出口，该充电输出口上分出一路接电压电流误差信号取样电路，该电压电流误差信号取样电路的输出接光电耦合器的输入端口，而光电耦合器的输出端口接脉宽调制电路，脉宽调制电路输出脉冲信号至N沟道场效应晶体管的栅极，以此构成电压及恒流反馈控制式电路结构；
所述脉宽调制电路为脉宽调制及功率因数校正双效电路，由峰值电流型升压式功率因数校正芯片和芯片***电路构成；所述芯片***电路如下：
所述峰值电流型升压式功率因数校正芯片的工作电源脚上接入三路，其中第一路是由所述整流电路的输出正极端经第二电阻接入，第二路是由所述变压器的初级侧第三绕组经第一二极管接入，第一二极管的正极朝向初级侧第三绕组，第三路是由地经第一电容接入；
所述峰值电流型升压式功率因数校正芯片的零电流检测输入脚上经第三电阻接至所述第一二极管的正极；
所述峰值电流型升压式功率因数校正芯片的电压反馈输入脚上分出两路，一路经第四电阻并至工作电源脚上，另一路经第五电阻接地；
所述峰值电流型升压式功率因数校正芯片的倍增器输入脚上分出两路，一路经第六电阻接所述整流电路的输出正极端，另一路上经相并联的第七电阻和第二电容接地；
所述峰值电流型升压式功率因数校正芯片的补偿脚通过第三电容接地，并且，在第三电容两端跨接所述光电耦合器的输出端口；
所述峰值电流型升压式功率因数校正芯片的接地脚接地；
所述峰值电流型升压式功率因数校正芯片的电流取样输入脚连接所述N沟道场效应晶体管的源极；
所述峰值电流型升压式功率因数校正芯片的驱动输出脚连接所述N沟道场效应晶体管的栅极。
上述两个技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述峰值电流型升压式功率因数校正芯片是指一类芯片，具体型号举例：MC34261、MC34262、L6565、ML4831等。推荐采用型号为MC34261及型号为MC34262的芯片，能使电路的脉宽调制及功率因数校正达到最佳效果。
2、上述方案中，所述整流电路的输出正极端输出的为脉动直流(或称全桥整流波形)的电压信号，从该电压信号上取样直接供入峰值电流型升压式功率因数校正芯片。
本发明的设计构思为：本发明采用峰值电流型升压式功率因数校正芯片，以其特别的接法，将其构成脉宽调制及功率因数校正双效电路，用其替代现有技术中的脉宽调制电路，从而在不增加成本、不降低效率的前提下，提高了整个充电器电路的功率因数(达≥0.95)。
由于上述技术方案的应用，本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、现有技术功率因数在0.5～0.65之间，而本发明功率因数提高至≥0.95，大幅提高了功率因数，使之不会增加电网上的无功损耗，达到了节能的目的，因人们生活中充电器使用量巨大，本发明的推广能节约大量电能，很有现实意义；
2、现有技术效率大致在85％左右，而本发明效率达86％左右，效率没有下降甚至有所提高；
3、本发明采用峰值电流型升压式功率因数校正芯片构成脉宽调制电路，在电路结构上并未增加级数，与现有技术结构复杂程度相当，采用的零件数量也基本相当，成本上未增加；
4、本发明能达到与现有技术一样的电压控制及恒流控制效果，充电效果及安全性也未下降。
附图说明
附图1为现有技术电路示意框图；
附图2为现有技术电路原理图；
附图3为本发明电路示意框图；
附图4为本发明实施例电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见附图3、附图4所示，一种高效高功率因素充电器电路，包括整流电路、变压器TR1、整流滤波电路、电压电流误差信号取样电路、光电耦合器、脉宽调制及功率因数校正双效电路以及一N沟道场效应晶体管Q1。
所述变压器TR1采用高频变压器，初级侧有一个绕组为第一绕组N1，次级侧具有三个绕组：第二绕组N2、第三绕组NF和第四绕组N3。N沟道场效应晶体管Q1采用N沟道场效应晶体管。
所述整流电路为全桥整流电路，其前部经一些电感和电容构成的电磁干扰EMI滤波环节接交流工频电源，其输出负极端B接地，而其输出正极端A处输出波形为全波整流波形(或称脉动直流)，虽图3中有画出一电容C4，可电容C4的电容值很微小对波形没有达到滤波效果，故全桥整流电路的输出正极端A输出的波形仍是全波整流波形(或称脉动直流)。输出正极端A接至变压器TR1的初级侧第一绕组N1的首端，而该初级侧第一绕组N1的尾端接N沟道场效应晶体管Q1的漏极，N沟道场效应晶体管Q1的即源极经第一电阻R9接地；所述变压器TR1的次级侧第二绕组N2接整流滤波电路，该整流滤波电路由二极管D5和电容C8、C7、C11、R10构成。整流滤波电路的输出端口作为充电输出口DC OUT接蓄电池，该充电输出口DCOUT上分出一路接电压电流误差信号取样电路。所述电压电流误差信号取样电路由电压取样比较器和电流取样比较器构成，电压取样比较器和电流取样比较器的输出均并接光电耦合器的输入端口PC1-1。
脉宽调制及功率因数校正双效电路由型号为MC34261芯片IC1和芯片***电路构成；所述芯片***电路如下：
型号为MC34261芯片IC1的工作电源脚8上接入三路，其中第一路是由所述整流电路的输出正极端A经第二电阻R6接入，第二路是由所述变压器的初级侧第三绕组NF经第一二极管D1接入，第一二极管D1的正极朝向初级侧第三绕组NF，第三路是由接地线经第一电容C5接入；上述三路为芯片接通提供源源不断的工作电压；
型号为MC34261芯片IC1的零电流检测输入脚5上经第三电阻R7接至所述第一二极管D1的正极；
型号为MC34261芯片IC1的电压反馈输入脚1上分两路，一路经第四电阻R4并至工作电源脚8上，另一路经第五电阻R5接地，这里的第四电阻R4和第五电阻R5以其阻值大小向MC34261芯片IC1提供一设定电压值，以便芯片IC1对输出电压进行限压；
型号为MC34261芯片IC1的倍增器输入脚3上分两路，一路经第六电阻R2接所述整流电路的输出正极端A，另一路上经相并联的第七电阻R3和第二电容C6接地，这里的第六电阻R2、并联的第七电阻R3和第二电容C6构成电压取样电路，对整流电路的输出正极端A输出的全波整流波形进行电压取样输入型号为MC34261芯片IC1；
型号为MC34261芯片IC1的补偿脚2上通过第三电容C7接地，并且，在第三电容C7两端跨接所述光电耦合器的输出端口PC1-2，在此第三电容C7接入起补偿作用，并且通过输出端口PC1-2控制芯片IC1的补偿脚2的电压来实现电压及恒流控制；
型号为MC34261芯片IC1的接地脚6接地；
型号为MC34261芯片IC1的电流取样输入脚4连接N沟道场效应晶体管Q1的源极；
型号为MC34261芯片IC1的驱动输出脚7经一第八电阻R8接N沟道场效应晶体管Q1的栅极，从而芯片IC1的驱动输出脚7输出脉冲信号至N沟道场效应晶体管Q1的栅极，控制N沟道场效应晶体管Q1时通时断。
如图4所示，本发明电路工作原理大体如下：
220V市电经熔断器F1进入L1、L2、C1、C2和电容C3组成的电磁干扰EMI滤波环节，再通过全桥整流成全波整流波形(或称脉动直流)，该全波整流波形(或称脉动直流)经第二电阻R6向第一电容C5充电，当第一电容C5两端电压达到型号为MC34261芯片IC1启动电压时，MC34261芯片IC1的驱动输出脚7输出脉冲驱动N沟道场效应晶体管Q1，由于本电路为反激式工作方式，当N沟道场效应晶体管Q1导通时全桥整流电路TR1中贮存的能量为EL＝1/2LI2，当驱动脉冲消失时N沟道场效应晶体管Q1由导通状态转变为关闭状态。变压器TR1初级侧第一绕组N1电压极性反转，该部分能量通过次级侧第二绕组N2馈送整流滤波后输出，同时变压器TR1的初级侧第三绕组NF通过第一二极管D1向第一电容C5充电使IC1有源源不断的工作电压供应，变压器TR1的次级侧第四绕组N3绕组通过二极管D3向电容C12供电，提供比较器U2工作电源，R2、R3、C6完成对全波整流波形(或称脉动直流)的电压取样。这是实现功率因素校正的关键。R4、R5完成对输出电压的限压作用。U2单元通过R12来提取输出的取样电流，通过控制流经PC1-1的电流再经PC1-2控制IC1的补偿脚2的电压来实现恒流控制(恒流精度可达1％)。U1单元同相端通过R19、R20分压取出输出电压信号，同样通过控制流经PC1-1的电流再经PC1-2控制输出电压恒定。而当比较器U2进入恒流状态时，比较器U1自动退出恒压状态。
本实施例，在不增加成本、不降低效率的前提下，提高了整个充电器电路的功率因数(达≥0.95)。
上述实施例中，整流电路、整流滤波电路、电压电流误差信号取样电路均可采用其他现有电路。型号为MC34261芯片IC1也可替换为型号MC34262、L6565、或ML4831的芯片。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种高效高功率因素充电器电路，包括整流电路、变压器(TR1)、整流滤波电路、电压电流误差信号取样电路、光电耦合器、脉宽调制电路以及一N沟道场效应晶体管(Q1)；所述整流电路的输入端口接交流电源，其输出负极端(B)接地，而其输出正极端(A)接所述变压器(TR1)的初级侧第一绕组(N1)的首端，而该初级侧第一绕组(N1)的尾端经所述N沟道场效应晶体管(Q1)以及第一电阻(R9)接地；所述变压器(TR1)的次级侧第二绕组(N2)接整流滤波电路，该整流滤波电路的输出端口作为充电输出口(DCOUT)，该充电输出口(DC OUT)上分出一路接电压电流误差信号取样电路，该电压电流误差信号取样电路的输出接光电耦合器的输入端口(PC1-1)，而光电耦合器的输出端口(PC1-2)接脉宽调制电路，脉宽调制电路输出脉冲信号至N沟道场效应晶体管(Q1)的栅极，以此构成电压及恒流反馈控制式电路结构；其特征在于：
所述脉宽调制电路为脉宽调制及功率因数校正双效电路，由峰值电流型升压式功率因数校正芯片(IC1)和芯片***电路构成；所述芯片***电路如下：
所述峰值电流型升压式功率因数校正芯片(IC1)的工作电源脚(8)上接入三路，其中第一路是由所述整流电路的输出正极端(A)经第二电阻(R6)接入，第二路是由所述变压器的初级侧第三绕组(NF)经第一二极管(D1)接入，第一二极管(D1)的正极朝向初级侧第三绕组(NF)，第三路是由地经第一电容(C5)接入；
所述峰值电流型升压式功率因数校正芯片(IC1)的零电流检测输入脚(5)上经第三电阻(R7)接至所述第一二极管(D1)的正极；
所述峰值电流型升压式功率因数校正芯片(IC1)的电压反馈输入脚(1)上分出两路，一路经第四电阻(R4)并至工作电源脚(8)上，另一路经第五电阻(R5)接地；
所述峰值电流型升压式功率因数校正芯片(IC1)的倍增器输入脚(3)上分出两路，一路经第六电阻(R2)接所述整流电路的输出正极端(A)，另一路上经相并联的第七电阻(R3)和第二电容(C6)接地；
所述峰值电流型升压式功率因数校正芯片(IC1)的补偿脚(2)通过第三电容(C7)接地，并且，在第三电容(C7)两端跨接所述光电耦合器的输出端口(PC1-2)；
所述峰值电流型升压式功率因数校正芯片(IC1)的接地脚(6)接地；
所述峰值电流型升压式功率因数校正芯片(IC1)的电流取样输入脚(4)连接所述N沟道场效应晶体管(Q1)的源极；
所述峰值电流型升压式功率因数校正芯片(IC1)的驱动输出脚(7)连接所述N沟道场效应晶体管(Q1)的栅极。
2.根据权利要求1所述的高效高功率因素充电器电路，其特征在于：所述峰值电流型升压式功率因数校正芯片(IC1)型号为MC34261或MC34262。
3.根据权利要求1所述的高效高功率因素充电器电路，其特征在于：所述峰值电流型升压式功率因数校正芯片(IC1)型号为L6565或ML4831。
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