专利名称：一种高功率因数开关电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高功率因数开关电源，属通信用开关电源技术领域。
背景技术：
国家对大功率开关电源的辐射干扰都有相关规定要求，对于军用通信设备所用电源的电磁兼容性则要求更高。传统的大功率开关电源一般都采用二极管桥式整流，然后通过DC/DC模块变换输出所需电压，经整流产生的较大脉动成分必须采用大容量铝电解电容滤波，这种电源存在两个缺陷首先，其产生的奇次谐波干扰会通过电源线反馈到电网干扰其他设备；其次是电能的利用率低，现有大功率开关电源的功率因数一般仅为0. 50 0. 8，造成电能的极大浪费。
发明内容本实用新型的目的在于，提供一种对外辐射干扰小、大功率、高效率、电路简单、体积小巧，解决现有技术电磁兼容性差，对外干扰大，电能利用效率低问题，工作稳定可靠的高功率因数开关电源。本实用新型是通过如下的技术方案来实现上述目的的该高功率因数开关电源由PFC功率因数校正电路、全波整流电路、输入滤波电容Cl、输出滤波电容C9构成，其特征在于PFC功率因数校正电路的输入端通过输入滤波电容Cl与全波整流电路连接，全波整流电路的输入端与电源输入端Ui连接，PFC功率因数校正电路的输出端通过输出滤波电容C9与电源输出端Uo连接；PFC功率因数校正电路由NCP1653控制芯片、电感L、反馈电路、二极管VD1、场效应管VD2、电阻Rl R10、电容C2 C8组成；反馈电路由电阻R3、R4、R8串联连接组成；电容C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、电阻R6、R7、RlO及场效应管的源极均与地连接；电感L的一端分别与电阻R1、输入滤波电容Cl、全波整流电路的输出端连接，另一端并联连接二极管VDl正极端、场效应管VD2的漏极；场效应管VD2的栅极并联连接电阻R9、电阻RlO ;二极管VDl的负极端分别连接反馈电路、输出滤波电容C9、电源输出端Uo ；NCP1653控制芯片各脚与其他元件的连接关系如下I脚并联连接反馈电路、电容C4 ；2脚连接电容C5;3脚并联连接电阻R2、电容C3 ;电容C2与电阻R1、电阻R2并联连接；4脚连接电阻R5 ;电容C2并联连接电阻R1、电阻R2 ；5脚并联连接电阻R7、电容C6 ;6脚接地；7脚连接电阻R9;8脚并联连接电容C7、电容C8。本实用新型与现有技术相比的有益效果在于[0016]该高功率因数开关电源采用NCP1653控制芯片与电感、电容、二极管、场效应管等元件组成有源PFC功率因数校正电路，将滤波电容单次充电改为多次、小电流充电，极大地减小了充电电流的谐波分量，有效避免了谐波电流造成的干扰和损耗，实现功率因数0. 97，大大提升了输出功率，且输出直流电压的纹波系数很小，无需采用大容量的滤波电容。解决了现有技术电磁兼容性差，对外干扰大，电能利用效率低的问题。该高功率因数开关电源节能高效，电路结构简单、调试方便、功率因数改善效果明显，完全达到国家标准和军用通讯设备电源标准，性价 比高，适用范围广。
附图为一种高功率因数开关电源的电路原理示意图。图中1、PFC功率因数校正电路，2、全波整流电路，3、NCP1653控制芯片，4、反馈电路。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施方式进行详细描述该高功率因数开关电源由PFC功率因数校正电路I、全波整流电路2、输入滤波电容Cl、输出滤波电容C9构成，其特征在于PFC功率因数校正电路I的输入端通过输入滤波电容Cl与全波整流电路2连接，全波整流电路2的输入端与电源输入端Ui连接，PFC功率因数校正电路I的输出端通过输出滤波电容C9与电源输出端Uo连接；PFC功率因数校正电路I由NCP1653控制芯片3、反馈电路4、电感L、二极管VD1、场效应管VD2、电阻Rl R10、电容C2 C8组成；反馈电路4由电阻R3、R4、R8串联连接组成；电容C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、电阻R6、R7、RlO及场效应管VD2的漏极均与地连接；电感L的一端分别与电阻Rl、输入滤波电容Cl、全波整流电路2的输出端连接，另一端并联连接二极管VDI正极端、场效应管VD2的源极；场效应管VD2的栅极并联连接电阻R9、电阻RlO ;二极管VDl的负极端分别连接反馈电路4、输出滤波电容C9、电源输出端Uo ；NCP1653控制芯片3各脚与其他元件的连接关系如下I脚并联连接反馈电路4、电容C4 ；2脚连接电容C5;3脚并联连接电阻R2、电容C3 ;电容C2与电阻R1、电阻R2并联连接；4脚连接电阻R5 ;电容C2并联连接电阻R1、电阻R2 ；5脚并联连接电阻R7、电容C6 ；6脚接地；7脚连接电阻R9;8脚并联连接电容C7、电容C8。该高功率因数开关电源的工作原理是电源输入端Ui输入的220V±20%交流电通过全波整流电路2整流后，经输入滤波电容Cl滤波后的脉动直流电压通过电感L，再经二极管VDl升压并稳定，同时，通过由NCP1653控制芯片3、反馈电路4、电感L、二极管VD1、场效应管VD2、电阻Rl R10、电容C2 C8组成的PFC功率因数校正电路，将整流后原本集中在正弦电压半周峰值附近的输入电压，由输入滤波电容Cl的单次充电，变换为多次、每次均为小电流充电，并且使这些充电电流分散在正弦电压半周各处，这就极大地减小了充电电流的谐波分量，使输入电流成为与输入电压同相的正弦波。PFC功率因数校正电路是核心控件，其NCP1653控制芯片3采用固定开关频率IOOkHz的连续电流导通模式。MOSFET场效应管VD2的导通、关断受控于NCP1653控制芯片
3。当MOSFET场效应管VD2导通时，电感L的电流线性上升，此时二极管VDl截止，输出滤波电容C9通过负载放电。当取样电流与参考电流相等时，NCP1653控制芯片3使MOSFET场效应管VD2关断，电感L产生的自感电势使二极管VDl导通，电感L储存的电能通过二极 管VDl对输出滤波电容C9放电，电感L电流线性下降。随后第2个开关周期开始。由于输出电压不随输入电压波动变化，因此可获得高度稳定的输出电压。该高功率因数开关电源的直流输出电压为400V，最大输出功率为300W。下面是部分器件的参数设计升压电感L :根据电感L输入最大电流、效率及输出功率，电感L取600 U H。输出滤波电容C9 :设最大输出电压纹波值为输出电压的5%，根据公式C9 ^ Po/(6 UPK) max*w*Uo上式中Po 取 300W, Uo 取 400V, ( 8 UPK) max=5%Uo, w=100 Ji，得到的 C9=81. 2 U F,实际工作时，输出滤波电容C9采用100 u F，且滤波效果更好。反馈电路4 :电阻R3、R4、R8是连接在电源输出端Uo与NCP1653控制芯片3的引脚I之间的总反馈，其值为R总=Uo-Upinl/Iref式中Upinl为NCP1653控制芯片3的引脚I的电压，Upinl ^ 2Viref,Iref=200 u A,计算可得 R 总 2M Q，设计中取 R3=R4=560k Q，R8=820k Q。输入电压检测元件输入电阻的计算公式为Rin=(2*1. 414/p)_Upin3/Ipin3,式中Upin3为控制芯片3的引脚4的输入电压，Upin3=4VIpin3为引脚3的输入电流，Ipin3=15iiA 计算可得 Rin 5. 13M Q。由 Rin =Rl + R2, Rl ^ 10R2 可得，Rl=4. 7MQ , R2=470kQ。由 C2=50ms/Rl 可计算得出C2 =106nF，设计选择 C2=100nF/63V，C3=lnF。电流检测元件R6 ^ 0. 5%(h*Uinmin)2/Pomax,可计算得出R6 ^ IlOmQ ,设计中取 R6=0. I Q /31根据设定的最大电感L电流确定计算可得R5=R6*IL max/200uA=2. 8kQ。1 7用于调节PFC功率因数校正电路的最大输出功率。计算可得R7= 571^0，设计中取1 7=561^0。C6=50uS/R7,计算可得 C6=893pF，设计中取 C6=lnF。晶体管的选择MOSFET 场效应管 VD2 SPP20N60S ；升压二极管VDl C3D04060 ；全波整流电路2 :KBL808。实验表明，该高功率因数开关电源在输入电压ui=220V±20%范围内，能获得稳定的直流输出电压Uo=400V，输入电压和输出电流相位明显改善，谐波成分也大幅度降低，再通过后级DC/DC模块变换，输出固定12V直流电压，使其在Pomax=300W满负载情况下，效率达到96%，总谐波失真系数THD ^ 4%。在输出100W 300W的功率时功率因数达0. 95以上。以上所述只是该实用新型的具体实施方式
，上述举例说明不对本实用新型的实质 内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后可以对上述的具体实施方式
做修改或变形，而不背离本实用新型的实质和范围。
权利要求1.一种高功率因数开关电源，它由PFC功率因数校正电路(I)、全波整流电路(2)、输入滤波电容Cl、输出滤波电容C9构成，其特征在于PFC功率因数校正电路(I)的输入端通过输入滤波电容Cl与全波整流电路(2)连接，全波整流电路(2)的输入端与电源输入端Ui连接，PFC功率因数校正电路(I)的输出端通过输出滤波电容C9与电源输出端Uo连接；PFC功率因数校正电路(I)由NCP1653控制芯片(3)、电感L、反馈电路(4)、二极管VD1、场效应管VD2、电阻Rl R10、电容C2 C8组成；反馈电路(4)由电阻R3、R4、R8串联连接组成；电容C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、电阻R6、R7、RlO及场效应管VD2的漏极均与地连接；电感L的一端分别与电阻R1、输入滤波电容Cl、全波整流电路(2)的输出端连接，另一端并联连接二极管VDl正极端、场效应管VD2的源极；场效应管VD2的栅极并联连接电阻R9、电阻RlO ；二极管VDl的负极端分别连接反馈电路(4)、输出滤波电容C9、电源输出端Uo ； NCP1653控制芯片(3)各脚与其他元件的连接关系如下 I脚并联连接反馈电路(4)、电容C4 ； 2脚连接电容C5 ； 3脚并联连接电阻R2、电容C3 ;电容C2与电阻R1、电阻R2并联连接； 4脚连接电阻R5 ;电容C2并联连接电阻R1、电阻R2 ； 5脚并联连接电阻R7、电容C6 ； 6脚接地； 7脚连接电阻R9 ； 8脚并联连接电容C7、电容C8。
专利摘要本实用新型涉及一种高功率因数开关电源，属通信用开关电源技术领域。它由PFC功率因数校正电路、全波整流电路、输入滤波电容C1、输出滤波电容C9构成，其特点是PFC功率因数校正电路由NCP1653控制芯片、电感L、反馈电路、二极管VD1、场效应管VD2、电阻R1～R10、电容C2～C8组成。NCP1653控制芯片的1脚与电源输出端U0间跨接有反馈电路；其7脚通过电阻R9与场效应管VD2的栅极连接；场效应管VD2的导通、截止受控于NCP1653控制芯片3。极大地减小了谐波分量，总谐波失真系数THD≧4%，效率达到96%，输出电压高度稳定，实现高效节能。电路结构简单、调试方便、功率因数改善效果明显，完全达到国家标准和军用通讯设备电源标准，性价比高，适用范围广。
文档编号H02M1/12GK202455263SQ20122007119
公开日2012年9月26日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者陈万军, 龚文清 申请人:湖北广兴通信科技有限公司