专利名称：电源滤波电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及滤波电路，特别是指一种以主动式电力滤波电路和被动式电力滤波电路结合的滤波电源装置。
背景技术：
随着科技的进步，人们对于电能的依赖性也与日俱增，电力已经是现代生活中不可或缺的一项重要资源。以前大家对电力的要求是不缺电就好，但是随着生活水平的提升及科技产业升级，追求高品质的电力供需，一直是全球各国所想要达到的目标，高科技、高产值产业的发展，也代表着许多精密设备的己被广泛使用，因此导致人们对电力的要求也有所改变，电量供应的提升也开始兼顾电力品质的优劣与否，然而大量的兴建电厂，并非解决问题的唯一途径，必需提高电力供给的质量，另一方面则是提高电气产品的功率因素(Power factor)或效率，才能有效解决问题。目前人们使用的各项设备，绝大多数其内部都是直接或是间接以直流电源工作。可是电力生产部门因发电系统与电力传输等其所提供之电力为交流电，因此我们需要交流/直流转换器，将交流电转换成所需的直流工作电压，常见的交流/直流转换器为二极管桥式整流器，此电路只须四个二极管即可，因为架构简单且成本低廉，所以广泛被使用。如附图2所示，其电压/电流波形示意图，但是此电路的缺点就是输入电压和输入电流有相位差，以及输入电流含有谐波成份，所以会使功率因素下降造成输入电流的波形对输出电压波形有严重的失真，导致电力系统不稳定，严重时会使供电中断，再加上现今有很多的电气产品，因其内部阻抗的特性，使得其功率因素非常低，加上使用者对电力品质的要求日益严格，使得改善电源供应器之功率因素成为一项重要课题，其技术要点则是着重在电源供应装置的电力滤波电路上。
电力滤波电路的主要作用是让电压与电流的相位相同且使负载近似于电阻性，因此在电路设计上有很多种作法，主要可分为被动式电力滤波电路和主动式电力滤波电路两种，分别说明如下(一)被动式电力滤波电路，其电压/电流波形图如附图3所示被动式电力滤波电路系利用由电阻、电容及电感等被动组件所构成，用以将滞后或是超前的功率因素补偿回来，对于功率因素值的要求较不严谨，其作法是使用含有气隙硅钢片形式的电感串联在输入端上，或配合电容作LC型或π型低通滤波器，依其共振型态的不同，大略分为调谐滤波器(TunedFilter)及高通阻尼滤波器(High Pass Damped Filter)两类。常用的调谐滤波器有单调谐型和双调谐型，而常用的高通阻尼滤波器则有一次型、二次型、三次型及C型，然而愈是要对低频有作用的电感，其电感值必需愈大，举例来说，在个人计算机上的ATX电源供应器，若是被动式电力滤波电路时，其体积都相当大且笨重，功因值在最好的状况下也只能达到70％而已，在严格的功因要求规范下并不适用。它最大好处就是所需线路简单，生产成本较低，缺点是能源转换效率不高，容易产生工频震动和噪音等问题。
(二)主动式电力滤波电路，其电压/电流波形图如附图4所示主动式电力滤波电路是利用主动式开关组件的切换，搭配被动组件使系统从市电汲取的输入电流波形与电压波形一致，从而消除电流的相位畸变和波形畸变，获得近似为1的高功率因素，同时具有调节输出电压准位的功能，其控制芯片还能够提供辅助供电，驱动电源内部其它芯片，主动式电力滤波电路依其连接方式来分类，可分为并联式、串联式及串并联组合式，由于主动式电力滤波器具有体积小、功率因素高、重量轻等优点，因此已被广泛使用，但结构复杂，成本高，适用于90V～270V的全域电压(Fullrange/universal voltage)的场合中使用，目前采用主动式PFC的计算机电源一般采用升压转换器(Boost converter)式设计。
综合上述，现今的电源供应器不论是采用被动式电力滤波电路，或是主动式电力滤波电路，在应用上都分别存在有能源转换效率不高、或噪音、或电路结构复杂造成之成本过高等不适用的问题。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺失，本实用新型的主要目的在于改善电源供应装置的功率因素，以符合电气规范，并可节省制作成本。
根据以上所述之目的，本实用新型提供一结合被动式电力滤波电路及主动式电力滤波电路的电源供应装置，藉由电路的改进设计，可结合被动式电力滤波电路及主动式电力滤波电路的优点，及排除其各自的缺点，以主动式电力滤波电路补偿被动式电力滤波电路无法解决的电流相位超前或滞后部份，其电性连接于一具备有交流输入端及直流输出端的整流器，于该整流器的直流输出端上接设有两滤波电容，且于该整流器的交流输入端或直流输出端设有一用以延长该直流输出端进入两滤波电容储存电能的电流导通时间的电源滤波电路，其中该电源滤波电路包含有一对应滤波电容产生谐振效应以具备第一延长电流导通时间的第一功率因素校正电路，以及一升压强制滤波电容储存电能并具备补偿该第一延长电流导通时间的第二延长电流导通时间的第二功率因素校正电路。
图1为本实用新型的电源滤波电路结构示意图；图2为本实用新型的修正前电压/电流波形示意图；图3为本实用新型的加电感修正后的电压/电流波形示意图；图4为本实用新型的升压补偿电路输出电压/电流波形示意图；图5为本实用新型功率因素修正后的电压/电流波形示意图。
具体实施方式
附图1为本实用新型所提供技术的电源电路结构示意图，主要包括过载保护电路11、突波电流限制电路12、第一滤波电路13、第一功率因素校正电路14、整流器15、第二功率因素校正电路16、第二滤波电路17、电源推动电路18、变压器19、输出整流器20、电源回授电路21、VCC电源电路22、以及输出滤波电路23、24、25，附图中第一功率因素校正电路14为绕组负责对应该第二滤波电路17的两滤波电容C5、C6而产生谐振效应所造成的电流峰值下降及相位展延现象(如附图2、3所示)，附图2为系统未加入该第一功率因素校正电路14前的电压/电流波形图，如图所示，在電电压a的全相周期中，其電电流b的峰值相对较高及周期较小；当加入该第一功率因素校正电路14，其电压/电流波形图将如附图3所示，该電电流b’的导通时间己明显被延长及峰值的下降而具备出一第一延长电流导通时间，而前述该第二功率因素校正电路16包含前置升压回路162，其具备升压绕组L2、功率晶体管Q3及二极管D1，用以将该整流器15整流后的电压提升至对应两滤波电容C5、C6可储存电能的额定值，以补偿该第一功率因素校正电路14无法解决的电流相位超前或滞后部份使整个电压周期中均有电流产生，由此前置升压回路162将产生位于该第一延长电流导通时间的超前及滞后的第二延长电流导通时间；限流保护回路163用以限制该第二功率因素校正电路16之输出功率数；过压保护回路164，用以限制该第二功率因素校正电路16的输出电压；误差放大回路165，用以检测该电容C5、C6的端电压；线电流检测回路166，用以检测对该电容C5、C6充电的充电电流；以及PWM控制器167，用以调整该前置升压回路162的输出。
该第二功率因素校正电路16的处理动作为，当交流输入源自电源端10送入，经该过载保护电路11、该突波电流限制电路12、该第一滤波电路13后、该第一功率因素校正电路14，先进入经该整流器15整流(亦可另设有一整流器连接于电源端10与前置升压回路162之间)，再经由该前置升压回路162中的一功率晶体管Q3将整流后的电压由升压绕组L2提升至该额定值，其中，该PWM控制器167主要是将该限流保护回路163、该过压保护回路164、该误差放大回路165、及该线电流检测回路166传送回来的各检测参数值，经由比较计算后产生可以控制该功率晶体管Q3的工作频宽，以让该第二功率因素校正电路16的输出功率维持在该额定值内；有关各参数值详细说明如后1.当该第二功率因素校正电路16输出的功率数高于电路设计之初的输出额定值(最佳实施例为40瓦以下)时，该限流保护回路163会从该前置升压回路162中的电阻R1取得此状态参数值；2.当该第二功率因素校正电路16输出的电压过高，藉由与二极管D1阴极连接的过压保护回路164，可测得此时的电压值；
3.该误差放大回路165的作用在于检测该电容C5、C6的一端电压；以及4.当线端电压达到该电容C5、C6的端电压后，会产生大量的充电电流，可由该线电流检测回路166自电阻R2检测此一线电流值。
于是，当该前置升压回路162将经其二极管D1送出波形如第4图的電电压a、电流b”所示的额定值后，随即会再经由二极管D2送入该第二滤波电路17，以便对该第二滤波电路17中的电容C5、C6作全相位的充电，如此就可将原本无法由该第一功率因素校正电路14修正的电流相位作一完善的补偿，其补偿后的电流波形如附图5中所示的电流c。
最后再把经第二滤波电路17滤波后所得的工作电源，透过该电源推动电路18送入该变压器19，以转换成不同电压值的工作电源，并分别交由与该变压器19二次侧连接的该输出整流器20处理，并经由各自的输出滤波电路23、24滤波后送出，此外该工作电源亦会分流至该电源回授电路21，以便让该电源回授电路21中的控制IC211依据回授计算后的差值，调整功率晶体管Q1、Q2控制极的工作频宽，以控制该功率晶体管Q1、Q2输出至该变压器19的功率，其中该控制IC211工作所需的电源系由该VCC电源电路22所提供，另外该VCC电源电路22则是由输出一5伏特的STB工作电源提供。
因此，根据本实用新型所提供的技术，结合被动式电力滤波电路，及主动式电力滤波电路两者之优点所设计电源电路，可符合电气规范的需求，并达到体积小，制作成本低的目的。
上述仅为本实用新型的较佳实施例。任何熟悉此技术人员，在不脱离本实用新型的权利要求范围内所作的更动与润饰，仍应属本实用新型的保护范畴。
权利要求1.一种电源滤波电路，为电性连接于具备有交流输入端及直流输出端的整流器(15)，于该整流器(15)直流输出端上接设有两滤波电容C5、C6，且于该整流器(15)的交流输入端或直流输出端设有用以延长该直流输出端进入两滤波电容C5、C6储存电能的电流导通时间的电源滤波电路，其特征在于该电源滤波电路包含有一对应滤波电容C5、C6产生谐振效应以具备第一延长电流导通时间的第一功率因数校正电路(14)，以及升压强制滤波电容C5、C6储存电能并具备补偿第一延长电流导通时间的第二延长电流导通时间的第二功率因数校正电路(16)。
2.如权利要求1所述的电源滤波电路，其特征在于第一功率因数校正电路(14)为一绕组。
3.如权利要求1所述的电源滤波电路，其特征在于第二功率因数校正电路(16)包含一前置升压回路(162)，其包含有电性连接于整流器(15)及两滤波电容C5、C6之间的升压绕组L2、一电性连接升压绕组L2的功率晶体管Q3、及至少一电性连接升压绕组L2的二极管D1，用以将整流器(15)整流后的电压提升至对应两滤波电容C5、C6可储存电能的额定值；一PMW控制器(167)，用以控制该前置升压回路(162)输出。
4.如权利要求3所述的电源滤波电路，其特征在于第二功率因数校正电路(16)更具备限流保护回路(163)，从该前置升压回路(162)中的电阻R1测得该前置升压回路(162)的输出功率因数并传输至PMW控制器(167)。
5.如权利要求3所述的电源滤波电路，其特征在于第二功率因数校正电路(16)更具备过电压保护回路(164)，用以检测前置升压回路(162)的输出电压PMW控制器(167)。
6.如权利要求3所述的电源滤波电路，其特征在于第二功率因数校正电路(16)更具备误差放大回路(165)，用以检测该两滤波电容C5、C6的端电压并传输至PMW控制器(167)。
7.如权利要求3所述的电源滤波电路，其特征在于第二功率因数校正电路(16)更具备线电流检测回路(166)，当线端电压达到该两滤波电容C5、C6的端电压，自电阻R2检测该两滤波电容C5、C6充电的大量充电电流并传输至PMW控制器(167)。
专利摘要本实用新型的一种电源滤波电路，提供一结合被动式电力滤波电路及主动式电力滤波电路的电源装置，基于电路的改进设计，可结合被动式电力滤波电路及主动式电力滤波电路的优点，及排除其各自的缺点，以主动式电力滤波电路补偿被动式电力滤波电路无法解决的电流相位超前或落后部份，藉以提供一种制作低成本，但具备优质输出功率因素的电源滤波电路。
文档编号H02J3/01GK2829211SQ200520039409
公开日2006年10月18日 申请日期2005年2月1日 优先权日2005年2月1日
发明者卢文庆 申请人:李木土