CN101527503A

CN101527503A - 一种高功率因数校正电路

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Publication number: CN101527503A
Application number: CN200810083553A
Authority: CN
Inventors: 林福泳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-03-08
Filing date: 2008-03-08
Publication date: 2009-09-09

Abstract

本发明涉及一种高功率因数校正电路，包括整流桥DB11，一个开关变压器，开关变压器有三组初级线圈：第一初级线圈L11、第二初级线圈L12、第三初级线圈L13和一组次级线圈，两个开关管Q12和Q11，三个电容：C11、C13、C12，五个二极管：D11、D12、D13、D14、D15。当交流电在峰值及附近，变压器转换的电能主要来自于整流后的交流电能。并将变压器漏感的贮存的电能和整流后的交流电能一起作为储能电容C13的充电电能。当交流电在波谷及附近时，用线路(电容C13)上存有的电能转换成变压器转换电能，并将存贮在变压器漏感中的电能与整流后的交流电能一起作为电容C13的充电电能。

Description

一种高功率因数校正电路

技术领域

本发明涉及电源技术，具体地说涉及一种单级功率因数校正电源电路

背景技术

在电网中，各种负载尤其是非线性负载对于电网供电存在重大的影响。例如许多电器的电源需要将电网的交流电转换为直流电。在整流过程中产生的脉动电流包含大量的电流谐波分量，这些谐波分量倒流入电网，会造成对电网的谐波“污染”，当电流流过线路阻抗时造成谐波压降，使正弦波电网发生畸变。

目前，我国对于家电强制执行“CCC认证”(CCC认证即“中国强制认证”，要达到这一标准的要求，各种家电必须进行功率校正。通过近年来的研究，已有多种提高功率因数的电路。

1.无源功率校正(PFC)电路：

无源PFC是通过电感，电容、二极管等元件补偿交流输入的基波电流与电压的相位差，强迫电流与电压的相位一致，可以降低电源对电网的谐波干扰与电网对电源的谐波干扰。这种功率因数校正电路可以将功率因数提高到0.7-0.8，电流谐波含量降到40％以下，这种线路在中小容量设备中得到广泛的应用。其特点主要是电路简单，成本低，可靠性高、维护方便、EM小等，缺点是线路体积大而笨重，且功率因数不高。

2.有源功率因数校正电路

这种方式可以称为主动是功率、因数校正方式，这种电路在整流器和负载之间接入一个DC/DC开关变换器，应用电流放馈技术，通过PFC专用逻辑芯片控制，使输入端电流波形在整个电周期内跟踪交流输入正弦电压波形，这种有源功率因数校正电路，可使输入电流接近正弦，从而使输入端总谐波畸变量(THD)小于5％，功率因数可以提高到0.99％甚至更高，这种电路的问题是这种功率因数校正电路由于增加了一级电路，增加了电路损耗，同时由于提高级提高了电压使得后级开关管器件电压参数提高，从而提高了成本。

发明内容

针对上述各种电路的缺陷，本发明解决的技术在于，提供一种成本低，电源效率高，可靠性好的简单级PFC电源电路。

本发明第一方案的具体PFC开关电源电路，包括一个整流桥，一个开关变压器，其中开关变压器有三组初级线圈，第一初级线圈L11，第二组初级线圈L12，第三组初级线圈L13和一组次级线圈，两个开关管，主开关管Q12和辅助开关管Q11，三个电容；滤波电容C11，储能电容C13，钳位电容C12。五个二极管，第一继流二极管D11，第二继流二极管D12，第一反向隔离二极管D13，第二反向隔离二极管D14，第三反向隔离二极管D15。其中所述整流桥的输入端接交流电，所述的滤波电容C11并接在整流桥的输出端，所述的第一继流二极管D11的阳极和第二继流二极管D12的阳极接整流桥输出的正极，所述第一初级线圈L11两端分别接第一继流二极管D11和第二继流二极D12的阴极。所述的第二组初级线圈L12的一端接第二继流二极D12的阴极和第一初级线圈L11一端，另一端接主开关管Q12一端和第一反向隔离二极管D13的阳极。第一继流二极管D11的阴极接第二反向隔离二极管D14的阴极，其中第一初级线圈L11接第一继流二极管D11阴极的一端与第二初级线圈L12接第二继流二极管D12的阴极的那一端为同名端。所述的主开关管Q12的另一端接整流桥的负极。所述第一反向隔离二极管D13的阴极接钳位电容C12一端和第三反向隔离二极管D15的阳极，所述钳位电容C12的另一端接整流桥的负极。第三反向隔离二极管D15的阴极接第三组初级线圈L13的一端。所述第三组初级线圈L13的另一端接辅助开关管Q11的一端和储能电容C13的正极，储能电容C13的负极接整流桥的负极。所述辅助开关管Q11的另一端接第二反向隔离二极管D14的阳极。第三组初级线圈L13接的辅助开关管Q11的那一端与第二初级线圈L12接第二继流二极管D12的阴极的那一端为同名端。

本发明第二方案具体PFC开关电源电路，包括一个整流桥DB21，一个电感，其中电感有二组线圈，第一线圈L21，第二组线圈L22，一个开关管Q21，二个电容；滤波电容C21，储能电容C22，四个二极管，第一二极管D21，第二二极管D22，第三二极管D23，第四二极管D24。其中所述整流桥的输入端接交流电，所述的滤波电容C21并接在整流桥的输出端，所述的第一二极管D21的阳极和第二二极管D22的阳极接整流桥输出的正极，所述第一线圈L21的一端接第一二极管D21的阴极，另一端接第二线圈L22的一端、第四二极管D24的阳极和负载电路的一端。第二线圈L22的另一端接第二二极管D22的阴极和第三二极管D23的阴极，第三二极管D23的阳极接开关管Q21的一端，开关管Q21的另一端接储能电容C22正极和第四二极管D24的阴极；储能电容C22的负极负与载电路的另一端一起接整流桥的负极。第二线圈L22接第二二极管D22阴极的那一端与第一线圈L21接第一二极管D21阴极的那一端为同名端，且两线圈为同一个磁芯。

附图说明

图1为本发明第一方案的具体实施电路图。

图2为本发明第二方案的具体实施电路图。

图3为第二方案的一种负载电路。

图4为第二方案的另一种负载电路。

1.具体实施方案

具体实施方案一，请参看图1

本发明第一方案的具体PFC开关电源电路，包括一个整流桥，一个开关变压器，其中开关变压器有三组初级线圈，第一初级线圈L11，第二组初级线圈L12，第三组初级线圈L13和一组次级线圈，两个场效应管，主场效应管Q12和辅助场效应管Q11，三个电容；滤波电容C11，储能电容C13，钳位电容C12。五个二极管，第一继流二极管D11，第二继流二极管D12，第一反向隔离二极管D13，第二反向隔离二极管D14，第三反向隔离二极管D15。其中所述整流桥的输入端接交流电，所述的滤波电容C11并接在整流桥的输出端，所述的第一继流二极管D11的阳极和第二继流二极管D12的阳极接整流桥输出的正极，所述第一初级线圈L11两端分别接第一继流二极管D11和第二继流二极D12的阴极。所述的第二组初级线圈L12的一端接第二继流二极D12的阴极和第一初级线圈L11一端，另一端接主场效应管Q12漏极和第一反向隔离二极管D13的阳极。第一继流二极管D11的阴极接第二反向隔离二极管D14的阴极，其中第一初级线圈L11接第一继流二极管D11阴极的一端与第二初级线圈L12接第二继流二极管D12的阴极的那一端为同名端。所述的主场效应管Q12的源极接整流桥的负极。所述第一反向隔离二极管D13的阴极接钳位电容C12一端和第三反向隔离二极管D15的阳极，所述钳位电容C12的另一端接整流桥的负极。第三反向隔离二极管D15的阴极接第三组初级线圈L13的一端。所述第三组初级线圈L13的另一端接辅助场效应管Q11的漏极和储能电容C13的正极，储能电容C13的负极接整流桥的负极。所述辅助场效应管Q11的源极接第二反向隔离二极管D14的阳极。第三组初级线圈L13接的辅助开关管Q11的那一端与第二初级线圈L12接第二继流二极管D12的阴极的那一端为同名端。

其工作原理如下：

当输入电压处于峰值及其附近时，当主场效应管和辅助场效应管导通时，整流后的电能通过第二继流二极管、第二初级线圈、主场效应管；同时在其他两个初级线圈也产生电压，第一初级线圈产生电压阻止电流通过第一初级线圈；第三初级线圈产生电压将钳位电容的电能转换为储能电容的电能。对于正激式开关电源，在主场效应管导通期间，在次级产生电压，通过次级电路形成直流电能；对于反激式开关电源，在主场效应管导通期间同过第二初级线圈的电能变成变压器的磁能。

当主开关管和辅助开关管截止时，对于正激式开关电源，此时储存在变压器中的漏感磁能，通过第二继流二极管、第二初级线圈，以及第一隔离二极管，向钳位电容充电，同时、在第三初级线圈中形成感应电压，阻止钳位电容的电能通过第三二隔离二极管向储能电容放电。这样钳位电容电压升到适当的电压，使开关变压器复位到零点。当第三线圈中没有电压时，钳位电容上的电能通过第三单向隔离二极管，第二初级线圈向储能电容充电，对于反激式开关电源来说，此时、储存在变压器上的磁能在次级线圈上产生电压，通过次级线路形成直流输出。钳位电容的作用以及第三初级线圈作用与正激式电源相同。

当输入电压在电压波谷及其附近时，当主场效应管和辅助场效应管导通时，储能电容上的电能通过辅助场效应管，第二隔离二极管、第一初级线圈，第二初级线圈及主场效应管，同时(正反激电源相同)由于第三初级线圈产生电压将钳位电容上的电能转换为储能电容的电能；对于正极式电源，在次级形成电压，通过次级线路输出电能；对于反极式电源，将电能变为磁能储存在变压器中。当辅助场效应管和主场效应管截止时，对于正激式开关电源，此时储存在变压器中的漏感磁能，通过第一继流二极管、第一初级线圈、第二初级线圈、第二隔离二极管向钳位电容充电，或通过第二继流二极管、第二初级线圈，第二隔离二极管，向钳位电容充电，同时、在第三初级线圈中形成感应电压，阻止钳位电容的电能通过第三隔离二极管向储能电容放电。这样钳位电容电压升到适当的电压，使开关变压器复位到零点。当变压器中没有电压时，钳位电容上的电能通过第三单向隔离二极管，第二初级线圈向储能电容充电，对于反激式开关电源来说，此时、储存在变压器上的磁能在次级线圈上产生电压，通过次级线路形成直流输出。钳位电容的作用以及第三初级线圈作用与正激式电源相同。第一初级线圈和第二初级线圈的比例决定输入电压的直接供电点，一般来说直接供电点越低越好。但考虑输出电压的波动限制，不能选择过低，对于220伏交流电压，一般选择直流220伏或以上。也就是说，第二初级线圈与第一初级线圈匝数比为1∶2或更小。对于钳位电容取值一般不要太大，要保证开关变压器磁芯能够很好地复位。

2.具体实施方案，请参看图2

本发明第二方案具体PFC开关电源电路，包括一个整流桥DB21，一个电感，其中电感有二组线圈，第一线圈L21，第二组线圈L22，一个场效应管Q21，二个电容；滤波电容C21，储能电容C22，四个二极管，第一二极管D21，第二二极管D22，第三二极管D23，第四二极管D23，一个场效应管。其中所述整流桥的输入端接交流电，所述的滤波电容C21并接在整流桥的输出端，所述的第一二极管D21的阳极和第二二极管D22的阳极接整流桥输出的正极，所述第一线圈L21的一端接第二二极管D21的阴极，另一端接第二线圈L22的一端第四二极管D24的阳极和负载电路的一端；第二线圈L22的另一端接第二二极管和第三二极管的阴极；第三二极管的阳极接场效应管的源极O21的一端，场效应管开的漏极接储能电容C22正极和第四二极管的阴极；储能电容C22的负极负与载电路的另一端一起接整流桥的负极。第二线圈L22接第二二极管D22阴极的那一端与第一线圈L21接第一二极管D21阴极的那一端为同名端，且两线圈为同一个磁芯。

其工作原理如下：

当输入电压处于峰值及其附近时，当负载电路的开关管和场效应管导通时，整流后的电能通过第一二极管、第一线圈、负载电路的开关管给负载供电，同时在第二线圈产生电压阻止电流通过第二线圈向负载电路供电。当负载电路的开关管和场效应管截止时，此时储存在电感中的漏感磁能，通过第一二极管、第一线圈、第四二极管给储能电容C22充电。

当输入电压在电压波谷及其附近时，当负载电路的开关管和场效应管导通时，储能电容C22电能通过第三二极管、第二线圈、负载电路的开关管给负载电路供电。当负载电路的开关管和场效应管截止时，此时储存在电感中的漏感磁能，通过第四二极管、第一线圈，储能电容C22充电。

负载电路可以是电子整流器的负载电路或是开关电源电路如图三图四。

Claims

1，一种高功率因数校正电路包括一个整流桥DB11，一个开关变压器，其中开关变压器有三组初级线圈：第一初级线圈L11、第二初级线圈L12、第三初级线圈L13和一组次级线圈，两个开关管：主开关管Q12和辅助开关管Q11，三个电容：滤波电容C11、储能电容C13、钳位电容C12，五个二极管：第一继流二极管D11、第二继流二极管D12、第一反向隔离二极管D13、第二反向隔离二极管D14、第三反向隔离二极管D15；其中所述整流桥的输入端接交流电源，所述的滤波电容C11并接在整流桥的输出端，所述的第一继流二极管D11的阳极和第二继流二极管D12的阳极接整流桥输出的正极，所述第一初级线圈L11两端分别接第一继流二极管D11和第二继流二极D12的阴极；所述的第二组初级线圈L12的一端接第二继流二极的阴极D12和第一初级线圈L11一端，另一端接主开关管Q12一端和第一反向隔离二极管D13的阳极；第一继流二极管D11的阴极接第二反向隔离二极管D14的阴极与第一初级线圈L11的一端，其中第一初级线圈L11接第一继流二极管D11阴极的那一端与第二初级线圈L12接第二继流二极管D12的阴极的那一端为同名端；所述的主开关管Q12的另一端接整流桥的负极；所述第一反向隔离二极管D13的阴极接钳位电容C12一端和第三反向隔离二极管D15的阳极，所述钳位电容C12的另一端接整流桥的负极；第三反向隔离二极管D15的阴极接第三组初级线圈L13的一端；所述第三组初级线圈L13的另一端接辅助开关管Q11的一端和储能电容C13的正极，储能电容C13的负极接整流桥的负极；所述辅助开关管Q11的另一端接第二反向隔离二极管D14的阳极；第三组初级线圈L13接的辅助开关管Q11的那一端与第二初级线圈L12接第二继流二极管D12的阴极的那一端为同名端；第一初级线圈L11，第二初级线圈L12，第三初级线圈L13为同一个磁芯。

2，根据权利要求1所述的高功率因数校正电路，其特征是第二初级线圈L12、第三初级线圈L13、钳位电容C12、第二继流二极管D12、第一反向隔离二极管D13、第三反向隔离二极管D15组成了钳位复位电路，在主开关管关断瞬时，在第三初级线圈上形成电压阻止钳位电容C12的电能流向储能电容C13，这样电流通过第二继流二极管D12、第二组初级线圈L12、第一反向隔离二极管D13给钳位电容C12充电，钳位电容C12电压很快升到所要求的电压，使开关变压器复位到零点。

3，根据权利要求1所述的高功率因数校正电路，其特征是第一初级线圈L11、第二初级线圈L12组成电流阻断电路，其作用是当输入电压处于峰值及其附近时，当主开关管和辅助开关管导通时，电流通过第二初级线圈，使得第一初级线圈形成电压阻止储能电容C13上的电能给电路供电。

4，根据权利要求1所述的高功率因数校正电路，其特征是第二初级线圈L12、第三初级线圈L13、钳位电容C12、第三反向隔离二极管D15组成充电电路，当主开关管导通时，由于电流通过第二初级线圈，使得在第三初级线圈产生电压，让钳位电容C12给储能电容C13充电。

5，一种高功率因数校正电路包括一个整流桥DB21，一个电感，其中电感有二组线圈：第一线圈L21，第二线圈L22，一个开关管Q21，二个电容：滤波电容C21，储能电容C22，四个二极管：第一二极管D21，第二二极管D22，第三二极管D23，第四二极管D24，一个负载电路；其中所述整流桥的输入端接交流电，所述的滤波电容C21并接在整流桥的输出端，所述的第一二极管D21的阳极和第二二极管D22的阳极接整流桥输出的正极，所述第一线圈L21的一端接第二二极管D21的阴极，另一端接第二线圈L22的一端第四二极管D24的阳极和负载电路的一端；第二线圈L22的另一端接第二二极管D22和第三二极管D23的阴极；第三二极管D23的阳极接开关管O21的一端，开关管O21开的另一端接储能电容C22正极和第四二极管D24的阴极；储能电容C22的负极与负载电路的另一端一起接整流桥的负极；第二线圈L22接第二二极管D22阴极的那一端与第一线圈L21接第一二极管D21阴极的那一端为同名端，且两组线圈为同一个磁芯。

6，根据权利要求5所述的高功率因数校正电路，其特征是电感第一线圈L21、第二电感线圈L22，组成了电流阻断电路，其作用是当输入电压处于峰值及其附近时，当负载开关管和开关管Q21导通时，电流通过电感第一线圈，使得电感第二线圈形成电压阻止储能电容C22上的电压给负载供电。

7，根据权利要求5所述的高功率因数校正电路，其特征是第一二极管、第二二极管、电感第一组线圈L21、电感第二组线圈L22、第四二极管、储能电容C22组成充电电路，其作用是当负载开关管截止时，电流通过第一二极管D21、电感第一线圈L21、第四二极管D24给储能C22充电，或电流通过第二二极管D22、电感第二线圈L22、第四二极管给储能C22充电。