一种工频输出的滤波电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种工频输出的滤波电路，包括电解电容、金属膜电容、变换电路和工频逆变电路，所述电解电容、金属膜电容和变换器并联连接，所述工频逆变电路与变换器串联连接，其特征在于，还包括铁粉芯电感器；所述铁粉芯电感器串联在所述电解电容与金属膜电容之间。解决在工频输出的电源电路中由于电解电容产生的高频纹波电流导致电解电容和金属膜电容的寿命减短问题，提供一种能有效抑制电解电容上的高频纹波电流，减少由高频纹波产生的损耗，降低温升，大大提高电源电路可靠性和使用寿命的工频输出的滤波电路。
【专利说明】一种工频输出的滤波电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电子电路领域，具体说的是一种工频输出的滤波电路。
【背景技术】
[0002]所有电子产品的运行都要依附在能源支持的基础上，可见电源的重要性，决定电源使用寿命长短的一个重要因素是电解电容的寿命，而电解电容过程中产生的纹波电流对电解电容的寿命又有着至关重要的影响。
[0003]在直流输入的开关电源中，电解电容起到储能和工频滤波的作用，电解电容的电容值较大，当需要提供较大的高频电流时，会在电解电容上产生较大有效值的高频纹波电流，现有的解决方法是在靠近电解电容的位置并联一些低阻抗高频金属膜电容来减小电解电容的高频纹波电流。金属膜电容具有滤除高频纹波和提供高频电流的作用，其电容值远小于电解电容，而在大功率的LLC串联谐振变换电路中，由于要求输入频率为变换器的开关频率的高频电流，当变换器的功率很大时，由于金属膜电容的电容值较小，无法提供足够的高频能量，因此在电解电容上产生的大量高频电流将导致电解电容上的纹波电流的有效值增加，温升升高，减短电解电容的寿命，对电解电容而言，温升每提高10°，其寿命约下降一倍。而同时流入金属膜电容的电流也会产生大量的高频成分，也同时导致了金属膜电容的电流有效值增加，温升升高，寿命减短，通过并联金属膜电容的方法并没有起到效果。因此，有必要提供一种能有效的抑制电解电容高频纹路的方法，以解决由于高频纹路导致电解电容和金属膜电容寿命减短的问题。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是:解决在工频频输出的电源电路中由于电解电容产生的高频纹波电流导致电解电容和金属膜电容的寿命减短问题，提供一种能有效抑制电解电容上的高频纹波电流，减少由高频纹波产生的损耗，降低温升，大大提高电源电路可靠性和使用寿命的工频输出的滤波电路。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为:
[0006]一种工频输出的滤波电路，包括电解电容、金属膜电容、变换电路和工频逆变电路，所述电解电容、金属膜电容和变换器并联连接，所述工频逆变电路与变换器串联连接，还包括铁粉芯电感器，所述铁粉芯电感器串联在所述电解电容与金属膜电容之间。
[0007]进一步的，所述铁粉芯电感器为使用铁粉芯磁环绕制一匝制成。
[0008]进一步的，所述工频逆变电路包括UPS不间断电源。
[0009]进一步的，所述滤波电路还包括整流电路，所述变换电路连接整流电路后与工频逆变电路连接。
[0010]进一步的，所述变换电路为LLC变换电路。
[0011]进一步的，所述LLC变换电路包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、电感、电容和变压器，第一场效应管与第二场效应管串联连接后与同样串联连接的第三场效应管和第四场效应管并联连接，电感的一端与第一场效应管的源极连接，另一端与变压器的一次绕组和电容串联后连接第三场效应管的漏极。
[0012]本实用新型的有益效果在于:区别与现有的工频输出的滤波电路由于电解电容上产生的大量高频电流会导致电解电容的使用寿命缩短，而大量高频成分流入金属膜电容后同样导致其电流有效值增加，温升升高，寿命减短的问题，本实用新型提供的一种工频输出的滤波电流，通过在电解电容与金属膜电容之间串联铁粉芯电感器，由于铁粉芯电感器具有自主消磁、饱和磁通密度较高，电感系数较低的特性，铁粉芯电感器产生的感抗对电解电容产生的高频电流具有抑制作用，能有效的减小电解电容上纹波电流，降低温升，大大提高电源电路可靠性和使用寿命的工频输出的滤波电路。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为现有技术一种工频输出的滤波电路的电路结构图；
[0014]图2为本实用新型实施例一种工频输出的滤波电路的电路图；
[0015]图3为现有技术的工频输出的滤波电路结构中的电解电容在示波器中输出的电流波形图:
[0016]图4为现有的工频输出的滤波电路结构中的包络频率为10Hz时在电解电容上的产生的高频电流分量的波形图；
[0017]图5为本实用新型实施例一种工频输出的滤波电路一具体实现实例中电解电容的充放电波形图；
[0018]图6为现有技术的滤波电路中电解电容的充放电波形图；
[0019]图7为本实用新型实施例一种工频输出的滤波电路一具体实现实例中电解电容上波纹电流的波形图。
[0020]图8为现有技术的滤波电路的电解电容上波纹电流的波形图。
[0021]标号说明:
[0022]电解电容El;金属膜电容Cl;铁粉芯电感器LI。
【具体实施方式】
[0023]为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
[0024]本实用新型最关键的构思在于:通过在电解电容与金属膜电容之间串联铁粉芯电感器，由于铁粉芯电感器能自主消磁的特性，铁粉芯电感器产生的感抗能对电解电容上产生的高频电流具有很好的预制作用，能有效抑制电解电容上的高频纹波电流，减少由高频纹波产生的损耗，降低温升，大大提高电源电路可靠性和使用寿命的工频输出的滤波电路。
[0025]请参阅图1，为现有技术一种工频输出的滤波电路的电路结构图。
[0026]现有的一种工频输出的滤波电路，包括电解电容E1、金属膜电容C1、LLC变换器和工频逆变器，所述电解电容E1、金属膜电容Cl和LLC变换器并联连接，所述工频逆变器与LLC变换器串联连接。
[0027]以输入电压为200V直流电压，输出为220V/50HZ，负载带8KW阻性负载逆变器为例，其中El为容值为11个220uF/350V的电解电容El并联组成，总容量为2200uF ;C1为10个2.2uF/400V的金膜电容并联，总容量为22uF ；由此在直流输入端的滤波器上，电解电容ElEl上体现的电流包络为10Hz的正弦半波波形，包络上包含着高频的纹波电流，高频纹波电流的频率为LLC变换器的当前工作频率。
[0028]请参阅图3，为现有的工频输出的滤波电路结构中的包络频率为10Hz时的电解电容El在示波器中输出的电流波形图。
[0029]请参阅图4，为现有的工频输出的滤波电路结构中的包络频率为10Hz时在电解电容El上的产生的高频电流分量的波形图。
[0030]请参阅图2，为本实用新型实施例一种工频输出的滤波电路的电路图。
[0031 ] 一种工频输出的滤波电路，包括电解电容E1、金属膜电容Cl、变换电路和工频逆变电路，所述电解电容E1、金属膜电容Cl和变换器并联连接，所述工频逆变电路与变换器串联连接，还包括铁粉芯电感器LI ;所述铁粉芯电感器LI串联在所述电解电容El与金属膜电容Cl之间。
[0032]从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于:通过在电解电容El与金属膜电容Cl之间串联铁粉芯电感器LI，由于铁粉芯电感器LI能自主消磁的特性，铁粉芯电感器LI产生的感抗对电解电容El产生的高频电流具有抑制作用，当变换电路的输入电流为高频电流的时候，能有效抑制电解电容EI上的高频纹波电流，减少由高频纹波产生的损耗，降低温升，大大提高可靠性和使用寿命，进一步的，本实用新型不用改变整个滤波电路的架构，不影响电路的各种特征，只需要增加一个铁粉芯电感器LI，电感器体积小，制作简单。
[0033]本方案中，在50Hz工频输出的滤波电路正常工作时，由于逆变电路的输出特性决定，变换电路的输入输出电流包络为10Hz的工频，包络上承载着其开关频率的高频成分的电流，此电流由滤波电路中的金属膜电容Cl和储能电解电容El提供，电解电容El的输出电流包络为100Hz，在电解电容El和金属膜电容Cl之间使用铁粉芯电感器LI串联耦合，铁粉芯上的感抗对高频电流由较强的抑制作用，阻止高频电流快速变化，因此能对电解电容El上产生的高频纹波电流起到较好的抑制效果。铁粉芯电感器LI采用铁粉芯磁环绕制，铁粉芯磁环不仅饱和磁通密度较高，能在有较大直流成分电流时不饱和，电感量基本能维持不变；而且铁粉芯磁环的电感系数较低，制作成电感器时其电感量很小，远远小于滤波电路中变换电路的谐振电感的电感量，因此由铁粉芯磁环绕制成的铁粉芯电感器LI不会对电路的正常工作特性产生影响。
[0034]进一步的，所述铁粉芯电感器LI为使用铁粉芯磁环绕制一匝制成。本方案中铁粉芯电感器LI匝数只需绕制一匝即可，在电解电容El的10Hz包络的波峰附近，对高频电流起到较好的抑制作用，在过零点附近，由于电流下降至0，电感能自主消磁，不需要额外增加消磁电路。
[0035]进一步的，所述工频逆变电路包括UPS不间断电源。本方案适用于UPS上，能利用逆变电路的输出特性(输出电流每100HZ的周期会过O)来实现自主消磁，避免饱和失效。而一般的直流输出的开关电源上，直流电流导致电感饱和而失效。
[0036]进一步的，所述滤波电路还包括整流电路，所述变换电路连接整流电路后与工频逆变电路连接。
[0037]进一步的，所述变换电路为LLC变换电路。
[0038]进一步的，所述LLC变换电路包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、电感、电容和变压器，第一场效应管与第二场效应管串联连接后与同样串联连接的第三场效应管和第四场效应管并联连接，电感的一端与第一场效应管的源极连接，另一端与变压器的一次绕组和电容串联后连接第三场效应管的漏极。
[0039]本实用新型的一个具体实现实例为:
[0040]包括电解电容E1、金属膜电容Cl、LLC变换器和工频逆变器，所述电解电容E1、金属膜电容Cl和LLC变换器并联连接，所述LLC变换器连接整流器后与工频逆变器连接。还包括铁粉芯电感器LI ;所述铁粉芯电感器LI串联在所述电解电容El与金属膜电容Cl之间。
[0041]200V的直流电压做输入源，直接接到输入电解电容ElEl上，其中El容值为11个220uF/350V的电解电容El并联，总容量为2200uF ；C1为10个2.2uF/400V的金膜电容并联，总容量为22uF ；L1为铁粉芯磁环绕制一匝制作而成的铁粉芯电感器LI。逆变器输出电压为220V/50HZ的工频交流电压，在波峰和波谷时刻输出功率最大，在过零点附近功率较小。由此在直流输入端的滤波器上，电解电容ElEl上体现的电流包络为10Hz的正弦半波波形，包络上包含着高频的纹波电流，高频纹波电流的频率为LLC变换器的当前工作频率。
[0042]当逆变器输出接上负载时，DC-DC的LLC变换器输入电流为高频交流电流，由于铁粉芯电感器LlLl对高频电流的抑制作用，电解电容ElEl流出的高频成分电流会变小，直流分量增加，保持总有效值不变。因为电解电容ElEl的容值较大，因此电解电容El的输入电流为10Hz的工频电流。输入电流不变，输出电流高频成分变小，直流分量增加，因此电解电容El的总充放电电流有效值会减小，电解电容El的阻性损耗Pe为:Pir = it,Resr
[0043]其中Imis为电解电容El充放电流的有效值，Resk为电解电容El的内阻。
[0044]因为逆变器的交流输出特性，流过铁粉芯电感LI的电流每个10Hz的周期会有过O时刻，因此电感LI能在此时自主消磁，不会饱和失效。
[0045]在200V直流输入，逆变器带8KW负载的情况下分别对现有技术的滤波电路与本实用新型的滤波电路进行测试。
[0046]测试结果请参阅图5与图6，图5为本实用新型实施例一种工频输出的滤波电路一具体实现实例中电解电容El的充放电波形图；图6为现有技术的滤波电路中电解电容El的充放电波形图。
[0047]对比图5与图6后可以看出，在相同输入电压和负载的条件下，两种滤波电路的电解电容El的充电电流波形基本相同；但是现有技术的滤波电路下放电电流的高频成分较大，而本实用新型的滤波电路下的高频电场成分较小。其中，黑色波形为充电电流波形，而灰色部分为放电电流波形。
[0048]电解电容El的纹波有效值电流计算方法如下:
[0049]
=l【(i充⑷-W))2也
J- rms 飞τ
[0050]其中T 为 1/lOOHz = 1mS ；
[0051]请参阅图7和图8，图7为本实用新型实施例一种工频输出的滤波电路一具体实现实例中电解电容El上波纹电流的波形图；图8为现有技术的滤波电路的电解电容El上波纹电流的波形图。从图中可明显看出深色部分的波纹电流有明显的区别，本实用新型的一种工频输出的滤波电路中的波纹电流明显小于现有技术额滤波电路中的波纹电流。
[0052]使用示波器提供的计算功能计算得到本实用新型的滤波电路下电解电容El的波纹电流有效值Iniis= 15.7A，而现有技术的滤波电路下的电解电容El的波纹电流有效值Iniis=25.3A。可见本实用新型所述的一种工频输出的滤波电路具有明显降低电解电容El上波纹电流有效值的作用。
[0053]而电解电容El的阻性损耗Pe为:
[0054]Pe = !1: Resr
[0055]因此现有技术的滤波电路下电解电容El的阻性损耗为本实用新型滤波电路下电解电容El的阻抗损耗的25.32/15.72 = 2.6倍。
[0056]对于电解电容El而言，温升每提高10°C，其寿命约下降一倍，因此，在降低2.6倍的损耗的情况下，对使用寿命的提高是相当明显的。
[0057]由于抑制了电解电容El输出电流的高频成分，因此对于金膜电容Cl而言，其上的纹波电流有效值也将减小，实际测量中电解电容El温升降低了 30°C，金膜电容温升降低25°C，对其使用寿命和可靠性起到了相当良好的效果。
[0058]综上所述，本实用新型提供的一种工频输出的滤波电路，不仅利用铁粉芯电感器LI能自主消磁、饱和磁通密度较高，电感系数较低的特性，能对铁粉芯电感器LI产生的感抗对电解电容EI产生的高频电流具有抑制作用，能有效的减小电解电容EI上纹波电流，降低温升，大大提高电源电路可靠性和使用寿命；而且能同时较小金属膜电容Cl上的纹波电流，增加金属膜电容Cl的寿命；进一步的，本实用新型的滤波电路中变换电路连接整流电路后与工频逆变电路连接，能有效提闻线路的滤波能力。
[0059]以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种工频输出的滤波电路，包括电解电容、金属膜电容、变换电路和工频逆变电路，所述电解电容、金属膜电容和变换器并联连接，所述工频逆变电路与变换器串联连接，其特征在于，还包括铁粉芯电感器，所述铁粉芯电感器串联在所述电解电容与金属膜电容之间。
2.根据权利要求1所述的一种工频输出的滤波电路，其特征在于，所述铁粉芯电感器为使用铁粉芯磁环绕制一匝制成。
3.根据权利要求1所述的一种工频输出的滤波电路，其特征在于，所述工频逆变电路包括UPS不间断电源。
4.根据权利要求1所述的一种工频输出的滤波电路，其特征在于，所述滤波电路还包括整流电路，所述变换电路连接整流电路后与工频逆变电路连接。
5.根据权利要求1所述的一种工频输出的滤波电路，其特征在于，所述变换电路为LLC变换电路。
6.根据权利要求5所述的一种工频输出的滤波电路，其特征在于，所述LLC变换电路包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、电感、电容和变压器，第一场效应管与第二场效应管串联连接后与同样串联连接的第三场效应管和第四场效应管并联连接，电感的一端与第一场效应管的源极连接，另一端与变压器的一次绕组和电容串联后连接第三场效应管的漏极。
【文档编号】H02M1/14GK203933370SQ201420282773
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】罗瑞杰, 何勇志 申请人:深圳市英可瑞科技开发有限公司