专利名称：无电解电容功率补偿器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种功率补偿器，尤其是一种功率补偿器的改 进，属于开关电源技术领域。
背景技术：
在开关电源的AC/DC变换过程等诸多场合，为了提高输入电源的 功率因数(用入或PF表示)，公知的有效措施是配备有源功率因数补 偿(APFC)或无源功率因数补偿(PPFC)器。而现有技术的各种功率 因数补偿器中均需用采用电解电容。虽然电解电容的单位体积电容量 大、价格低，但也存在着许多弱点，如寿命短、耐溫低、不能承受 反相电压、承受过压能力低、承受高峰值电流和有效值电流能力低、 有电解液化学污染、不可长时间保存等。这使得其在功率补偿线路的 应用中无法适用于"长寿命"、"高温"、"无污染"以及接有"高频含 量多的电源和负载"等具有特殊要求或高可靠性要求的场合。
检索发现，申请号为971 08900. 0的中国专利申请公开了一种无 源功率因数补偿装置，包括一变压器T，该变压器T由三相铁芯T 1 及分别绕在三相铁芯T 1的各相铁芯柱上的绕组W1 ， W 2 、 W 3 、 W4、 W5、 W6组成，每个铁芯柱上绕两个绕组，所有绕组的匝数 均相等。其中由W1 、 W4反串组成A相，由W 3 、 W 6反串组成B 相，由W5、 W2反串组成C相，W2、 W4、 W6的同名端连在一 起作为中点。据介绍，本发明的装置可将设备的功率因数提高到0. 96。 然而，分析可知，上述装置需要采用传统的电力电子器件，并借助绕 组，不仅电路结构较为复杂，而且不适用于直流电源，也不适用电源 频率变化(例如50Hz/60Hz )以及电压幅宽变化的场合，难以满足具有特殊要求或高可靠性要求场合的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对以上现有技术存在的缺点，提出一 种稳定可靠并且电路结构简单、寿命长的无电解电容功率补偿器，从 而适用于具有上述特殊要求或高可靠性要求的场合。
为了达到以上目的，本实用新型的无电解电容功率补偿器包括桥 式整流电路，所述桥式整流电路的输出端接有串联第一电容和笫二电 容构成的无源补偿电路(PPFC),所述第一和第二电容之间引出接至 负载一端的充电电容，同时经半桥开关电路输出，通过串联电容和电 感构成的高频恒流电路接负载的另一端，用以当负载峰值电平过高时 向第二电容充电，而当负载峰值电平过低时，第一和第二电容并联通 过半桥开关电路使负载功率变化比例小于电源电压变化比例。
以上无电解电容功率补偿器进 一 步完善是所述桥式整流电路的 两输入端分别接有限流电容，用于向负载提供电流。
以上无电解电容功率补偿器更进一步完善是所述桥式整流电路 的输出端还接有并联二极管和蓄能电容构成的电磁能量回收电路，用 于将电路中的电磁能量分别转化为直流和交流分量提供给负载。
由于本发明将"零库存"概念应用于高频开关电源，并借助高频 开关电源与定相位定幅值电荷，等效电解电容贮存电填补电压下陷几 何面积的作用，从而不用电解电容，仍能够实现电路的功率补偿性能。 测试表明，功率因数(入或PF )完全可以大于0. 90;电功效率n =P"/P1N > 0. 90;电源电流总谐波THD《0. 30。避免了电解电容寿命短、体积 大、温限低、不稳定、可靠性差等问题，使功率补偿器得到明显优化 和改善。
以下结合附图对本实用新型作进 一 步的说明。
图1为本实用新型一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
本实施例的无电解电容功率补偿器如图l所示，交流电源火线L 与零线N输出电能，经共模-差模滤波器模块EMI接DX4桥式整流电 路，桥式整流电路的两输入端分别接有限流电容c cj) 1 、 c c]; 2,用于 向负载RH提供电流。其中电容ccj)l、 ccj;2分别提供电流分量icM、 i 4 2。由于i屮1 、 i c[; 2不经过DX4桥堆，因此不受桥堆导通压降的 影响，从而使常规桥堆在交流过零附近± 1. 2V时等效于开路的"过 零"效应得到显著改善，电源输入电流的谐波明显下降，功率因数(入 或PF)得到提升。
桥式整流电路的输出端接有并联二极管D5和蓄能电容c ^ 3构成 的电磁能量回收电路，用于将电路中包括PCB分布的杂散电磁能量回 收，二极管D5与下端的D6将转化为直流的分量提供给负载RH，蓄 能电容ccj;3将交流分量蓄能电容i屮3提供给负载RH。这样，蓄能 电容c+3起到"电容泵"的作用，有效阻尼了电路中的三次及以上 的谐波。
桥式整流电路的输出端还接有串联第一电容C1和第二电容C2以 及其间两隔离二极管D7、 D9构成的无源补偿电路，第一和第二电容 之间引出接至负载RH —端的充电电容c 4 4，形成双向"电容泵"的 作用。同时，桥式整流电路的输出端经NPN和PNP构成的半桥开关电 路输出，通过串联的电容CS和电感LS构成的高频恒流电路接负载 RH的另一端，用以当负载峰值电平过高时，通过充电电容c屮4向第 二电容C2充电，而当负载峰值电平过低时，第一电容C1和第二电容C2并联通过半桥开关电路，增加输出电能的分量，使负载功率变化
比例小于电源电压变4b比例。
与常规半桥开.关电路不同的是，本实施例中的该电路具有有源功 率补偿(APFC)的功能，其工作原理为在NPN-PNP半桥开关过程中， 负载总电流含有有源分量i cM、 i小2、 i + 3 、 ic];4等，这些电流 分量在PNP管导通时，电能贮存在电感LS中，当PNP管截止时，由 于电感电流不可突变为零，于是该电感的放电电流从NPN管并联的二 极管向串联的第一和第二电容C1、 C2放电，实际起到部分APFC的作 用。当NPN管导通与截止时的情形可以类推。因此，本实施例的半桥 开关电路工作时具有APFC的功能。
测试表明，本实施例的功率因数(入或PF)达到90%以上；电功 效率n二P。/P,P0. 90;电源电流总谐波THD《0. 30。由于避免了采用 电解电容，因此具有寿命长、体积小，工作温限高、稳定、可靠等优 点，使功率补偿器得到明显优化和改善。
除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。例如，可 以采用MOSFET或者IGBT取代NPN-PNP半桥或者全桥开关器件等。凡 采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的 保护范围。
权利要求1、一种无电解电容功率补偿器，包括桥式整流电路，其特征在于所述桥式整流电路的输出端接有串联第一电容和第二电容构成的无源补偿电路，所述第一和第二电容之间引出接至负载一端的充电电容，同时经半桥开关电路输出，通过串联电容和电感构成的高频恒流电路接负载的另一端，用以当负载峰值电平过高时向第二电容充电，而当负载峰值电平过低时，第一和第二电容并联通过半桥开关电路使负载功率变化比例小于电源电压变化比例。
2、 根据权利要求1所述无电解电容功率补偿器，其特征在于 所述桥式整流电路的两输入端分别接有限流电容，用于向负载提供电'、云 /"U。
3、 根据权利要求1或2所述无电解电容功率补偿器，其特征在 于所述桥式整流电路的输出端还接有并联二极管和蓄能电容构成的 电磁能量回收电路，用于将电路中的电磁能量分别转化为直流和交流 分量提供给负载。
4、 根据权利要求3所述无电解电容功率补偿器，其特征在于 所述第 一 电容和第二电容之间串接有两隔离二极管。
5、 根据权利要求4所述无电解电容功率补偿器，其特征在于 所述半桥开关电路采用NPN-PNP开关器件。
6、 根据权利要求4所述无电解电容功率补偿器，其特征在于 所述半桥开关电路采用MOSFET开关器件。
专利摘要本实用新型涉及一种无电解电容功率补偿器，属于开关电源技术领域。该功率补偿器包括桥式整流电路，桥式整流电路的两输入端分别接有限流电容；桥式整流电路的输出端接有并联二极管和电容构成的电磁能量回收电路；桥式整流电路的输出端还接有串联第一电容和第二电容构成的无源补偿电路，第一和第二电容之间引出接至负载一端的充电电容，同时经半桥开关电路接负载的另一端。本实用新型不用电解电容，仍能够实现电路的功率补偿性能。测试表明，功率因数(λ或PF)完全可以大于0.90；电功效率η＝P<sub>0</sub>/P<sub>IN</sub>≥0.90；电源电流总谐波THD≤0.30。避免了电解电容寿命短、体积大、温限低、不稳定、可靠性差等问题，使功率补偿器得到明显优化和改善。
文档编号H02J3/18GK201146461SQ200720130858
公开日2008年11月5日 申请日期2007年12月7日 优先权日2007年12月7日
发明者王桂光, 王桂风, 同 甘 申请人:深圳唐微科技发展有限公司