CN208805747U - 一种新型节能输入整流防浪涌电流电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种新型节能输入整流防浪涌电流电路，在本申请开机上电时，第一单向可控硅SCR1以及第二单向可控硅SCR2均不导通，AC电能通过整流桥及第一负温度系数热敏电阻NTC1向后级第一电容C1充电，得到较稳定的直流电压。后级驱动电路启动后，电源正常工作，同时给第一整流电路以及第二整流电路供电，第一单向可控硅SCR1以及第二单向可控硅SCR2正常工作将整流桥内部的两二极管及第一负温度系数热敏电阻NTC1旁路，减小整流桥及第一负温度系数热敏电阻NTC1的损耗。同时当输入电流流过第一负温度系数热敏电阻NTC1时根据欧姆定律可以得知其功耗，通过SCR将其短路，那么NTC内部将没有电流流过，那么它的损耗将不会存在。
Description
技术领域
本实用新型涉及整流防浪涌电流电路领域，尤指一种新型节能输入整流防浪涌电流电路。
背景技术
现技术中开关电源电路为了减小NTC的功率损耗从而提高开关电源的转换效率，一般采用以下方案：
方案一：
在电源输入端将AC能量转换成DC能量的整流桥DC输出回路中串入一个NTC（负温度系数的热敏电阻）或者是大功率电阻（方便描述以下统称NTC），然后用一个继电器的功率负载端与NTC并联。当上电时输入电压对回路中的大容量电容充电所产生的较高峰值电流会被NTC吸收，但是NTC是电阻会有一定的功率损耗。开关电源正常工作后自馈给继电器供电，当继电器吸合将NTC短路后就可以减小NTC的功率损耗从而提高开关电源的转换效率。（见图1）
方案一有以下缺点：1、因为继电器是机械式器件，它有开关次数的限制，所以工作寿命不长；2、继电器的断开和吸合的时间约为20mS，所以在工作期间会的20mS的延时，会加重防浪涌电路的电流负荷，如果反复开关机的话，会损坏电源设备；3、继电器的吸合与断开时触点容易打火和拉弧引起接触不良，打火会损坏触点，会加剧继电器的损坏。在拉弧的过程中，火焰的中心温度会达到上万摄氏度，极易将继电器的塑料外壳烧坏，从而引发火灾事故。
方案二：
在电源输入端将AC能量转换成DC能量的整流桥DC输出回路中串入一个NTC（负温度系数的热敏电阻），然后用一个SCR（单向可控硅）与NTC并联。当上电时输入电压对回路中的大容量电容充电所产生的较高峰值电流会被NTC吸收，但是NTC是电阻会有一定的功率损耗。开关电源正常工作后自馈给SCR供电，当SCR将NTC短路后就可以减小NTC的功率损耗。（见图2）
方案二有以下缺点：1、单个可控硅的损耗比较大，外加单个散热表面积小，所以可控硅上的热量很难在短时间内散发出去。半导体器件会由于热积累加速损坏。2、单个可控硅只能解决NTC单个器件上的损耗，没办法给整流桥分流，也解决不了整流桥的损耗问题，所以在解决输入整流电路的损耗上有很大的应用升级空间。
发明内容
为解决上述问题，本实用新型提供一种新型节能输入整流防浪涌电流电路，本专利技术采用了两个整流电路且在电路设计方面不但减小NTC上的损耗，还减小了整流桥的损耗，提高了电源的转换效率，使整流桥的工作损耗降低，也就意味着可以选择电流更小体积更小的整流桥，减少成本。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是提供一种新型节能输入整流防浪涌电流电路，包括整流桥电路、第一负温度系数热敏电阻NTC1、第一电容C1；第一负温度系数热敏电阻NTC1的一端与整流桥电路的DC+输出端连接，另一端与第一电容C1的一端连接，所述第一电容C1的另一端与整流桥电路的GND端连接；其特征在于：还包括连接于第一电容C1两端的驱动电路、第一整流电路、与第一整流电路数量对应的第二整流电路；
其中所述第一整流电路包括第一单向可控硅SCR1、第一电阻R1、第三电阻R3，其中所述第一单向可控硅SCR1与第一负温度系数热敏电阻NTC1相互并联，且第一单向可控硅SCR1的A极与整流桥电路的L端连接，所述第一单向可控硅SCR1的K极与整流桥电路的DC+输出端连接，所述第一单向可控硅SCR1的G极通过第三电阻R3与第一单向可控硅SCR1的K极连接，所述第一单向可控硅SCR1的G极通过第一电阻R1构成驱动信号输入端；
第二整流电路包括第二单向可控硅SCR2、第二电阻R2、第六电阻R6，其中所述第二单向可控硅SCR2与第一负温度系数热敏电阻NTC1相互并联，且第二单向可控硅SCR2的A极与整流桥的N端连接，所述第二单向可控硅SCR2的K极与整流桥的DC+输出端连接，所述第二单向可控硅SCR2的G极通过第六电阻R6与第二单向可控硅SCR2的K极连接，所述第二单向可控硅SCR2的G极通过第二电阻R2构成驱动信号输入端，且驱动电路的输出端分别与第一整流电路以及第二整流电路的驱动信号输入端连接。
进一步，所述驱动电路为PFC电路，其中所述PFC电路包括辅助耦合线圈L1、第一二极管D1，第二电容C2，其中所述辅助耦合线圈L1的一端与第一二极管D1的正极连接，所述第一二极管D1的负极分别与第一整流电路以及第二整流电路的驱动信号输入端连接，且所述所述第一二极管D1的正极通过第二电容C2与辅助耦合线圈L1的另一端连接，所述所述辅助耦合线圈L1的另一端分别与第一单向可控硅SCR1的K极、第二单向可控硅SCR2的K极连接。
同时所述驱动电路还可以为主路PWM电路，所述主路PWM电路包括变压器T1、第二二极管D2、第三电容C3，其中变压器T1的辅助绕组的一端与第二二极管D2的正极连接，所述第二二极管D2的负极分别与第一整流电路以及第二整流电路的驱动信号输入端连接，且所述第二二极管D2的正极通过第三电容C3与变压器T1辅助绕组的另一端连接，所述变压器T1辅助绕组的另一端分别与第一单向可控硅SCR1的K极、第二单向可控硅SCR2的K极连接。
同时所述驱动电路还可以包括PFC电路、主路PWM电路，其中所述PFC电路的输入端分别与第一电容C1的两端连接，PFC电路的输出端与主路PWM电路的输入端连接；其中所述PFC电路包括辅助耦合线圈L1、第一二极管D1，第二电容C2，其中所述辅助耦合线圈L1的一端与第一二极管D1的正极连接，所述第一二极管D1的负极分别与第一整流电路以及第二整流电路的驱动信号输入端连接，且所述第一二极管D1的正极通过第二电容C2与辅助耦合线圈L1的另一端连接，所述所述辅助耦合线圈L1的另一端分别与第一单向可控硅SCR1的K极、第二单向可控硅SCR2的K极连接；所述主路PWM电路包括变压器T1、第二二极管D2，其中变压器T1的辅助绕组的一端与第二二极管D2的正极连接，所述第二二极管D2的负极分别与第一整流电路以及第二整流电路的驱动信号输入端连接，所述变压器T1辅助绕组的另一端分别与第一单向可控硅SCR1的K极、第二单向可控硅SCR2的K极连接。
本实用新型的有益效果在于：在本申请开机上电时，第一单向可控硅SCR1以及第二单向可控硅SCR2均不导通，AC电能通过整流桥及第一负温度系数热敏电阻NTC1向后级第一电容C1充电，得到较稳定的直流电压。后级驱动电路启动后，电源正常工作，同时给第一整流电路以及第二整流电路供电，第一单向可控硅SCR1以及第二单向可控硅SCR2正常工作将整流桥内部的两二极管及第一负温度系数热敏电阻NTC1旁路，减小整流桥及第一负温度系数热敏电阻NTC1的损耗。同时当输入电流流过第一负温度系数热敏电阻NTC1时根据欧姆定律可以得知其功耗，通过SCR将其短路，那么NTC内部将没有电流流过，那么它的损耗将不会存在。
附图说明
图1 是现技术第一种方案的电路结构示意图。
图2 是现技术第二种方案的电路结构示意图。
图3 是本具体实施例的电路框图。
图4 是本具体实施例的其中一种具体电路结构示意图。
图5 是本具体实施例的另外一种具体电路结构示意图。
图6 是本具体实施例的另外一种具体电路结构示意图。
附图标号说明：1.PFC电路；2.主路PWM电路。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明书附图对本实用新型予以详细说明。
请参阅图3所示，本实用新型关于为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是提供一种新型节能输入整流防浪涌电流电路，包括整流桥电路、第一负温度系数热敏电阻NTC1、第一电容C1；第一负温度系数热敏电阻NTC1的一端与整流桥电路的DC+输出端连接，另一端与第一电容C1的一端连接，所述第一电容C1的另一端与整流桥电路的GND端连接；其特征在于：还包括连接于第一电容C1两端的驱动电路、若干个第一整流电路、与第一整流电路数量对应的第二整流电路；
其中所述第一整流电路包括第一单向可控硅SCR1、第一电阻R1、第三电阻R3，其中所述第一单向可控硅SCR1与第一负温度系数热敏电阻NTC1相互并联，且第一单向可控硅SCR1的A极与整流桥电路的L端连接，所述第一单向可控硅SCR1的K极与整流桥电路的DC+输出端连接，所述第一单向可控硅SCR1的G极通过第三电阻R3与第一单向可控硅SCR1的K极连接，所述第一单向可控硅SCR1的G极通过第一电阻R1构成驱动信号输入端；
第二整流电路包括第二单向可控硅SCR2、第二电阻R2、第六电阻R6，其中所述第二单向可控硅SCR2与第一负温度系数热敏电阻NTC1相互并联，且第二单向可控硅SCR2的A极与整流桥的N端连接，所述第二单向可控硅SCR2的K极与整流桥的DC+输出端连接，所述第二单向可控硅SCR2的G极通过第六电阻R6与第二单向可控硅SCR2的K极连接，所述第二单向可控硅SCR2的G极通过第二电阻R2构成驱动信号输入端，且驱动电路的输出端分别与第一整流电路以及第二整流电路的驱动信号输入端连接。
在本申请开机上电时，第一单向可控硅SCR1以及第二单向可控硅SCR2均不导通，AC电能通过整流桥及第一负温度系数热敏电阻NTC1向后级第一电容C1充电，得到较稳定的直流电压。后级驱动电路启动后，电源正常工作，同时给第一整流电路以及第二整流电路供电，第一单向可控硅SCR1以及第二单向可控硅SCR2正常工作将整流桥内部的两二极管及第一负温度系数热敏电阻NTC1 过第一负温度系数热敏电阻NTC1时根据欧姆定律可以得知其功耗，通过SCR将其短路，那么NTC内部将没有电流流过，那么它的损耗将不会存在。
请参阅图1-3所示，其中在本具体实施例中只采用一个第一整流电路以及一个第二整流电路；并通过下列实例计算可以体现出本专利比现有技术更加节能，产品的可靠性更高。
例如：输入电压100Vac，电源输入功率为1000W.PF值为0.98.NTC为3Ω
Vin:输入电压Vdc:整流后的电压
P：输入功率R：NTC阻值
Cos:PF值
采用现有技术方案一的设计：
输入电流为：（1.1式）
代入1.1式：
整流桥的损耗为：（1.2式）
代入1.2式：
NTC的损耗为：（1.3式）
代入1.3式：
整流电路的总损耗为
(继电器正常工作)
（继电器未工作）
当电源工作正常后，继电器工作后将NTC短路，NTC损耗为0W，电源的损耗为整流桥的损耗为24.48W，由于继电器导能时有20mS左右的吸合时间，所以当电源工作但继电器还没有正常吸合，所以这20mS时间内，电源整流电路损耗是45.68W.如果反复开关机容易将浪涌电路烧毁。
采用现有技术方案二的设计：
可控硅的损耗（1.4式）
代入1.4式：
整流电路的总损耗为 （1.5式）
（代入1.5式） （
当电源工作正常后，SCR工作后将NTC旁路，NTC损耗为0W，但是SCR会有损耗，所以电源的损耗为整流桥的损耗加上可控硅的损耗为29.38W.
采用本专利技术方案的设计:
整流桥的损耗为：（1.2式）
代入1.2式：
可控硅总的损耗（1.4式）
代入1.2式：
一个可控硅的损耗为：Ps= /2（1.6式）
代入1.6式：=7.14÷2
=3.57W
整流电路的总损耗为 （1.7式）
代入1.7式:
当电源工作正常后，电源的损耗为整流桥的损耗加上可控硅的损耗为19.38W.
由于本专利方案采用了半导体器件单向可控硅，它的导通时间最大是10uS左右，且没有开关次数的限制，所以当输入浪涌电流过后可以非常快的将输入整流电路的损耗降下来。可以看出本专利设计的方案比现有技术方案一可靠性更高，寿命更长。 虽然现有技术方案二也是采用了单个可控硅减小NTC上的损耗技术，但是通过上述的计算结果来看，本专利技术采用了两个可控硅且在电路设计方面不但减小NTC上的损耗，还减小了整流桥的损耗，提高了电源的转换效率。使整流桥的工作损耗降低，也就意味着可以选择电流更小体积更小的整流桥，减少成本。且本专利采用两个可控硅来均分整流电路的损耗，单个可控硅的发热量只有现有技术方案一个可控硅的一半，所以也提高了此电路的可靠性。
以下列举SCR的驱动方法：
驱动方法一：所述驱动电路为PFC电路1，其中所述PFC电路1包括辅助耦合线圈L1、第一二极管D1，第二电容C2，其中所述辅助耦合线圈L1的一端与第一二极管D1的正极连接，所述第一二极管D1的负极分别与第一整流电路以及第二整流电路的驱动信号输入端连接，且所述所述第一二极管D1的正极通过第二电容C2与辅助耦合线圈L1的另一端连接，所述所述辅助耦合线圈L1的另一端分别与第一单向可控硅SCR1的K极、第二单向可控硅SCR2的K极连接。其中使用PFC电路1上的辅助耦合线圈L1经过第一二极管D1整流，无极性第二电容C2滤波后高频脉冲驱动波形再通过第一电阻R1、第二电阻R2分别驱动第一单向可控硅SCR1以及第二单向可控硅SCR2，而第三电阻R3以及第六电阻R6是给单向可控硅SCR放电并加速其关断；（见图4）
驱动方法二：所述驱动电路为主路PWM电路2，所述主路PWM电路2包括变压器T1、第二二极管D2、第三电容C3，其中变压器T1的辅助绕组的一端与第二二极管D2的正极连接，所述第二二极管D2的负极分别与第一整流电路以及第二整流电路的驱动信号输入端连接，且所述第二二极管D2的正极通过第三电容C3与变压器T1辅助绕组的另一端连接，所述变压器T1辅助绕组的另一端分别与第一单向可控硅SCR1的K极、第二单向可控硅SCR2的K极连接。其原理是用主路PWM电路2中的变压器T1的辅助绕组经过第二二极管D2整流，再经过无极性第三电容C3滤波后高频脉冲驱动波形，再通过第一电阻R1、第二电阻R2分别驱动第一单向可控硅SCR1以及第二单向可控硅SCR2，而第三电阻R3以及第六电阻R6是给单向可控硅SCR放电并加速其关断。（见图5）
驱动方法三：所述驱动电路是包括PFC电路1、主路PWM电路2，其中所述PFC电路1的输入端分别与第一电容C1的两端连接，PFC电路1的输出端与主路PWM电路2的输入端连接；其中所述PFC电路1包括辅助耦合线圈L1、第一二极管D1，第二电容C2，其中所述辅助耦合线圈L1的一端与第一二极管D1的正极连接，所述第一二极管D1的负极分别与第一整流电路以及第二整流电路的驱动信号输入端连接，且所述第一二极管D1的正极通过第二电容C2与辅助耦合线圈L1的另一端连接，所述所述辅助耦合线圈L1的另一端分别与第一单向可控硅SCR1的K极、第二单向可控硅SCR2的K极连接；所述主路PWM电路2包括变压器T1、第二二极管D2，其中变压器T1的辅助绕组的一端与第二二极管D2的正极连接，所述第二二极管D2的负极分别与第一整流电路以及第二整流电路的驱动信号输入端连接，所述变压器T1辅助绕组的另一端分别与第一单向可控硅SCR1的K极、第二单向可控硅SCR2的K极连接。（见图6）
其原理是用PFC电感上的辅助耦合线圈L1经过第一二极管D1整流和主路PWM电路2中的变压器T1辅助绕组经过第二二极管D2整流，两组信号汇成一路驱动信号，经无极性第电容C2滤波后高频脉冲驱动波形再通过第一电阻R1、第二电阻R2分别驱动第一单向可控硅SCR1以及第二单向可控硅SCR2，而第三电阻R3以及第六电阻R6是给单向可控硅SCR放电并加速其关断。
以上实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种新型节能输入整流防浪涌电流电路，包括整流桥电路、第一负温度系数热敏电阻NTC1、第一电容C1；第一负温度系数热敏电阻NTC1的一端与整流桥电路的DC+输出端连接，另一端与第一电容C1的一端连接，所述第一电容C1的另一端与整流桥电路的GND端连接；其特征在于：还包括连接于第一电容C1两端的驱动电路、第一整流电路、与第一整流电路数量对应的第二整流电路；
其中所述第一整流电路包括第一单向可控硅SCR1、第一电阻R1、第三电阻R3，其中所述第一单向可控硅SCR1与第一负温度系数热敏电阻NTC1相互并联，且第一单向可控硅SCR1的A极与整流桥电路的L端连接，所述第一单向可控硅SCR1的K极与整流桥电路的DC+输出端连接，所述第一单向可控硅SCR1的G极通过第三电阻R3与第一单向可控硅SCR1的K极连接，所述第一单向可控硅SCR1的G极通过第一电阻R1构成驱动信号输入端；
第二整流电路包括第二单向可控硅SCR2、第二电阻R2、第六电阻R6，其中所述第二单向可控硅SCR2与第一负温度系数热敏电阻NTC1相互并联，且第二单向可控硅SCR2的A极与整流桥的N端连接，所述第二单向可控硅SCR2的K极与整流桥的DC+输出端连接，所述第二单向可控硅SCR2的G极通过第六电阻R6与第二单向可控硅SCR2的K极连接，所述第二单向可控硅SCR2的G极通过第二电阻R2构成驱动信号输入端，且驱动电路的输出端分别与第一整流电路以及第二整流电路的驱动信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型节能输入整流防浪涌电流电路，其特征在于：所述驱动电路为PFC电路，其中所述PFC电路包括辅助耦合线圈L1、第一二极管D1，第二电容C2，其中所述辅助耦合线圈L1的一端与第一二极管D1的正极连接，所述第一二极管D1的负极分别与第一整流电路以及第二整流电路的驱动信号输入端连接，且所述第一二极管D1的正极通过第二电容C2与辅助耦合线圈L1的另一端连接，所述辅助耦合线圈L1的另一端分别与第一单向可控硅SCR1的K极、第二单向可控硅SCR2的K极连接。
3.根据权利要求1所述的一种新型节能输入整流防浪涌电流电路，其特征在于：所述驱动电路为主路PWM电路，所述主路PWM电路包括变压器T1、第二二极管D2、第三电容C3，其中变压器T1的辅助绕组的一端与第二二极管D2的正极连接，所述第二二极管D2的负极分别与第一整流电路以及第二整流电路的驱动信号输入端连接，且所述第二二极管D2的正极通过第三电容C3与变压器T1辅助绕组的另一端连接，所述变压器T1辅助绕组的另一端分别与第一单向可控硅SCR1的K极、第二单向可控硅SCR2的K极连接。
4.根据权利要求1所述一种新型节能输入整流防浪涌电流电路，其特征在于：所述驱动电路包括PFC电路、主路PWM电路，其中所述PFC电路的输入端分别与第一电容C1的两端连接，PFC电路的输出端与主路PWM电路的输入端连接；其中所述PFC电路包括辅助耦合线圈L1、第一二极管D1，第二电容C2，其中所述辅助耦合线圈L1的一端与第一二极管D1的正极连接，所述第一二极管D1的负极分别与第一整流电路以及第二整流电路的驱动信号输入端连接，且所述第一二极管D1的正极通过第二电容C2与辅助耦合线圈L1的另一端连接，所述辅助耦合线圈L1的另一端分别与第一单向可控硅SCR1的K极、第二单向可控硅SCR2的K极连接；所述主路PWM电路包括变压器T1、第二二极管D2，其中变压器T1的辅助绕组的一端与第二二极管D2的正极连接，所述第二二极管D2的负极分别与第一整流电路以及第二整流电路的驱动信号输入端连接，所述变压器T1辅助绕组的另一端分别与第一单向可控硅SCR1的K极、第二单向可控硅SCR2的K极连接。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN110543225A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-12-06 | 苏州浪潮智能科技有限公司 | 一种电源热拔插模块 |
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2018
- 2018-10-22 CN CN201821709044.1U patent/CN208805747U/zh active Active
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