CN204013233U - 基于平面变压器的高效pfc开关电源 - Google Patents

基于平面变压器的高效pfc开关电源 Download PDF

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马成有
步健
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Abstract

本实用新型公开了一种基于平面变压器的PFC开关电源，其结构包括由初级侧电路和次级侧电路串接而成，所述初级侧电路包括依次连接的三相整流电路、功率因数校正电路和滤波电路；所述次级侧电路包括输出电路，所述初级侧电路和次级侧电路之间采用的是平面变压器。本实用新型的优点：1)使用了功率因数校正电路，使电流具有高功率因数，减小无功损耗，提高了电能利用率；2）使用平面变压器提高了电源输入与输出之间的绝缘耐压。

Description

基于平面变压器的高效PFC开关电源
技术领域
本实用新型涉及一种基于平面变压器的高效PFC开关电源，属于用电信息采集设备领域。
背景技术
用电信息采集设备的一个重要功能就是对电能表的电量及功率不间断地进行计量，再将计量结果通过如载波、GPRS等通讯方式上传至供电部门控制室，供电部门再根据用电情况合理分配电力资源。这就需要用电信息采集设备不间断地工作。通常用电信息采集终端设备功率因数只有不到0.4，意味着发电厂发出10个单位的电能有6个单位的电能损失掉。而电信息采集终端需要长期不间断的运行，这势必造成宝贵的电能资源极大地浪费。
电网环境噪声通常会影响通常质量，如电力载波通讯方式是将信号耦合至电力线中，通过电力线将信号传递。采集终端一般由电源提供电能，普通电源整流滤波时会产生谐波干扰，这些干扰信号会叠加到正常的通讯信号上，影响终端通讯的成功率。
用电信息采集设备通常安装在电力变压器周围，对用电信息采集设备电源而言，本身输入电压较高，且经常受外界影响，如雷击，感性负载启动等，可瞬时产生高压浪涌或高压脉冲，如果电源输入与输出之间的绝缘耐压不够，高压浪涌或高压脉冲会击穿次级侧电路，造成终端设备损坏。为保证产品的安全可靠，要求电源输入与输出之间绝缘性要高。
发明内容
本实用新型提供了一种基于平面变压器的高效PFC开关电源，其目的在于用电信息采集提高终端的功率因数，减小谐波干扰，提高电网电能质量。提高电源输入与输出之间的绝缘性，增加了可靠性。
本实用新型的技术解决方案：基于平面变压器的PFC开关电源，其结我包括由初级侧电路和次级侧电路串接而成，所述初级侧电路包括依次连接的三相整流电路、功率因数校正电路和滤波电路；所述次级侧电路包括输出电路，所述初级侧电路和次级侧电路之间采用的是平面变压器。
本实用新型的优点：1) 使用了功率因数校正电路，使电流具有高功率因数，减小无功损耗，提高了电能利用率；2）使用平面变压器提高了电源输入与输出之间的绝缘耐压。
附图说明
图1是基于平面变压器的高效PFC开关电源的结构框图。
图2是图1的电原理图。
图3是功率因数校正控制器采用峰值电流模式电流波形跟随电压波形示意图。
图4-1是功率因数校正控制器U1内部结构图。
图4-2是图4-1的引脚图。
具体实施方式
如图1所示，基于平面变压器的PFC开关电源，其结构包括由初级侧电路和次级侧电路串接而成，所述初级侧电路包括依次连接的三相整流电路、功率因数校正电路和滤波电路；所述次级侧电路包括输出电路。
三相输入交流电压，通过三相整流电路后变为脉动直流电压，作为功率因数校正（PFC）电路的输入，功率因数校正（PFC）电路的输出经过滤波电路后变为稳定的直流电压，再将该直流电压通过DC-DC反激电路、隔离输出；输出电路包括主路输出和辅路输出，其中主路输出和辅路输出均通过变压器T1隔离输出，辅路输出通过反馈网络采样输出电压信号给反激控制器U2，控制主路输出。
如图2所示，三相整流电路由整流二极管构成三相桥式全波整流电路，功率因数校正（PFC）电路由功率因数校正控制器U1、PFC开关MOS管Q1，PFC升压电感L1构成，其中，PFC升压电感L1与三相整流电路相串联， PFC开关MOS管Q1与三相整流电路相并联， PFC开关MOS管Q1，PFC升压电感L1均接入功率因数校正控制器U1的引脚。功率因数校正控制器U1采用意法半导体公司的STL6562，采用峰值电流控制方案，功率因数校正控制器U1同步采样输入电压与输入电流信号。
滤波电路包括PFC整流二极管D1及滤波电容C1，其中PFC整流二极管D1与三相整流电路相串联，滤波电容C1与三相整流电路相并联。
反激电路包括准谐振控制器U2、开关MOS管Q2，变压器T1及反馈网络；辅路输出通过反馈网络采样输出电压信号给反激控制器U2，控制主路输出。
平面变压器采用三块8层印制板与一副变压器磁芯构成。三块印制板叠加焊接在一起，磁芯从印制板中间穿过。
在电源输入端采用两级功率因数校正技术，第一级为功率因数校正及整流滤波部分，第二级为脉宽调制反激输出部分。初级侧电路与次级侧电路之间采用平面变压器。
功率因数指的是有效功率与视在功率之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。即：
线性电路的功率因数（PF）习惯定义为，是正弦电压和正弦电流间的相角差。所以设法减小输入电压与输入电流之间的相位差就可以提高功率因数。
基于平面变压器的PFC开关电源输入整流之后增加主动功率因数校正（PFC）电路，输入电压波形频率只有50Hz，输入电压采样电路通过电阻分压方式检测输入电压波形的相位，作为基准，作为功率因数校正控制器U1中比较器的输入端。输入电流采样电路是利用磁环耦合方式采样PFC升压电感L1上的电流波形，实际使用中将该采样线圈与PFC升压电感L1紧密绕制在一起，将PFC升压电感L1的波形作为比较器的另一个输入端。利用比较器控制MOS管导通与关断，同时，在MOS管中串联电阻采样MOS开通时的电流波形，反馈给功率因数校正控制器U1的4脚，用作过流保护。如图3所示，图中黑线为输入整流后的电压波形，红线为输入电流波形，即PFC电感上的电流波形。在峰值电流模式下，由于存在PFC升压电感L1，该电感抑制电流，MOS管Q1开通情况下MOS管上电流线性上升，上升斜率由PFC升压电感L1决定。当电流波形上升至输出电压波形时，比较器动作关断MOS管，等下一个周期来临，如此反复。最终形成图3所示那样，电流波形跟随电压波形，从而减小输入电压与输入电流之间的相位角，提高功率因数。图3只是示意图，实际工作频率高达几十KHz，电流波形在一个半周内，开通次数非常多。
在普通整流滤波电路中，由于整流器件的非线性和电容的储能作用，即使输入电压为正弦，输入电流却发生了畸变，输入电流有效值为：
式中，是第次谐波的有效值。
衡量电流波形畸变采用总谐波畸变（THD），其定义为：
即功率因数越低，畸变越严重，谐波也越严重。
采用本实用新型的功率因数校正后，电流波形线性上升，输入电流波形跟随电压波形，从而降低了谐波畸变，提高了电网的电能质量。

Claims (5)

1.基于平面变压器的PFC开关电源，其特征是包括由初级侧电路和次级侧电路串接而成，所述初级侧电路包括依次连接的三相整流电路、功率因数校正电路和滤波电路；所述次级侧电路包括输出电路，所述初级侧电路和次级侧电路之间是平面变压器。
2.根据权利要求1所述的基于平面变压器的PFC开关电源，其特征是所述三相输入交流电压是通过三相整流电路后变为的脉动直流电压的输出端与功率因数校正（PFC）电路的输入端相接；功率因数校正（PFC）电路的输出端通过滤波电路后变为的稳定直流电压的输出端连接DC-DC反激电路、隔离电路，所述的输出电路包括主路输出和辅路输出，其中主路输出和辅路输出的信号输出端与变压器（T1）相接，辅路输出端通过反馈网络采样输出端连接反激控制器（U2）。
3.根据权利要求2所述的基于平面变压器的PFC开关电源，其特征是所述三相整流电路由整流二极管构成三相桥式全波整流电路，功率因数校正（PFC）电路由功率因数校正控制器（U1）、PFC开关MOS管（Q1），PFC升压电感（L1）构成，其中，PFC升压电感（L1）与三相整流电路相串联， PFC开关MOS管（Q1）与三相整流电路相并联， PFC开关MOS管（Q1），PFC升压电感（L1）均连接功率因数校正控制器（U1）。
4.根据权利要求2所述的基于平面变压器的PFC开关电源，其特征是所述反激电路包括准谐振控制器（U2）、开关MOS管（Q2），变压器（T1）及反馈网络；辅路输出端通过反馈网络采样的电压信号输出连接反激控制器（U2）。
5.根据权利要求4所述的基于平面变压器的PFC开关电源，其特征是所述平面变压器采用三块8层印制板与一副变压器磁芯构成。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105301351A (zh) * 2015-12-04 2016-02-03 中国电力科学研究院 一种用电信息采集***模组化终端的电源交采模块

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