专利名称：一种滤波电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及整流器滤波电路，特别涉及宽电压输入的整流器滤波电路。
背景技术：
电子电路都需要直流电源提供能量。虽然有些情况下可用化学电池作为直流电源，但大多数情况下是利用电网提供的交流电源经过转换而得到直流电源的。
交流变直流电路很多，而工业与民用供电一般采用交流供电，图I示出的为随时间按正弦规律变化的我国民用交流电，称为交变正弦电压，变化一次所需要的时间称为交变电压的周期，用T表示，业界所说的220V，是指有效值，其峰值为万倍有效值，即为220i,xV7 = 31 LlK...............................................................式⑴直流电压(或电流)的大小和方向不随时间变化。如用曲线表示电压，则是和水平时间轴平行的一条直线，但我们一般把方向不变，但电压(或电流)的大小随时间有所变化的也称为直流电压(或电流)。事实上，工业与民用都经常需要把交流变成直流，甚至是隔离的直流电，随着国家标准对用电器的功率因数的进一步要求，目前，对消耗功率75W以上的各式电器设备都有功率因数要求，即要求电路的工作电流波形基本和电压波形相同。目前已有采用功率因数校正电路解决这一问题，功率因数校正电路简称为PFC电路，是Power Factor Correction的缩写。注75W数据来源于中国国家标准GB17625. 1_1998，名为《低压电气及电子设备发出的谐波电流限值(设备每相输入电流< 16A)》。而对于输入功率小于75W的各式电器设备，其内部的整流、滤波电路仍采用普通的整流电路加滤波电路的拓扑。图2示出了半波整流滤波电路，Uac为输入的正弦交流电压，二极管D为整流管，电容Q为滤波电路的主体，电阻&为负载电路或等效的“负载”，队为输出的直流电压。用于交流电输入时，由于图2电路只在Uac的正半周工作，所以都用于小功率电路中，如5W以下的开关电源的整流电路中。图2电路中二极管D反接，即可工作在Ua。的负半周。图3示出的就是全波整流滤波电路，一般无法直接用于市电整流，一般要经过变压器BI副边的中心抽头绕组，得到两组电压相同、相位相反的电压U1和队，才可以使用。电压U1和U2经二极管Da和Db整流后输出直流电压，电容Q为滤波电路的主体，电阻&为负载电路或等效的“负载”，Ul为输出的直流电压。图4-1、图4-2、图4-3示出的是桥式整流电路，又叫全桥整流电路，这三种画法都常用，它们的连接关系是一致的，图4-2为简易画法。若电容Q不接入，其输出波形和图5-1所示相同，为脉动直流电；电容Q接入后，其输出波形为图5-2中实线所示，为较为平滑的脉动直流电。电路稳态以后，图4-1至图4-3中整流二极管Da和整流二极管Dc只在图5_2中tl至t2时间内导通；而整流二极管Db和整流二极管Dd只在图5-2中t3至t4时间内导通，二极管导通时对电容Q充电，其它时间由电容Q对负载&放电，若想直流电压平滑，电容Q就要很大，而电容Q加大，会导致tl至t2以及t3至t4的导通时间很短，充电电流极大，电路也只在这个时间消耗输入电流，引发电网电压波形畸变。这部分的原理也可参考人民邮电出版社出版的《稳定电源》1984年第一版，统一书号为15045 总2790—无6260，该书的第35页图2 · 4 · 3也充分展示了这一原理，第34页第三段已说明“对于电容滤波全波整流情况，根据图2 · 4 · 3，读者可自行分析。这分析也适用于桥式整流。”在很多行业，如电力行业，需要一种输入电压宽达85VAC至460VAC的开关电源，一般输入功率都小于75W，使用常见的BOOST PFC电路需要使用两个耐压400V的电解电容串 联作为PFC电路的输出滤波电容，加上PFC其它电路部分，成本很高。而且由于采用了两级方案，器件总数增加，其使用可靠性下降。对于85VAC至460VAC的宽压输入开关电源等产品，其滤波电容的选择是一个令设计人员困惑的问题，上述的电压整流后的直流电压范围为120V至650V，对于650V的直流电压，需要选用两个耐压400V的电容串联才能获得，如图2至图4系列中的电容Q，需要串联才能获得，图6示出了电路，由电解电容Cu和Q2串联组成，实际使用时会分别在电解电容Cu和Q2并联上均压电阻。图7示出了输入电压为85VAC至460VAC的宽压输入开关电源的框图，Uac为输入电压，为85VAC至460VAC的宽压输入，100为整流电路，半波整流和桥式整流电路都可以，电容Q为滤波电容，IOI为功率级的DC/DC变换器，其输出为直流输出。在输入Uac为85VAC下，当直流输出空载情况下，Ul为120V的直流电压，需要较大的容量的滤波电容，而这个电容一旦确立，其在输入Ua。上升为高压情况下，就显得容量过大，造成不必要的浪费。设开关电源的直流输出端输出功率为Po，图7中主功率级101的变换效率为η，那么高压端Ul的等效消耗功率为Pg，那么有
PoP^ =—.........................................................式(2)
η开关电源的交流电压为Uac，那么，这时开关电源功率级101的等效的直流电阻Rd为
R — {42UACf — Ij7Uac2D PoPo .............................................式(3)
η一般认为，该电阻Rd和高压滤波电容Q的乘积，即时间常数τ，要大于整流后脉动直流电周期的3倍及以上，对于50Hz的交流电，整流后脉动直流电的频率为100Hz，其周期为10mS，那么时间常数τ要大于30mS，当然，越大，交流电整流后脉动直流电的纹波越小。注时间常数τ，要大于整流后脉动直流电周期的3倍及以上，这部分内容请参考童诗白主编的《模拟电子技术基础》第二版第647页至650页，该书ISBN号7-04-000868-8/TN · 53。“3倍”的要求是按照第650页式(11-11)的脉动系数S为0. 2推导出来的，此时图7中队纹波电压已接近开关电源所能承受的下限，若要求纹波电压小，那么电容Q要求容量更大。把式(3)代入时间常数公式，即滤波电容Q的最小值为
权利要求
1.一种滤波电路，包括第一电容(Cl)，该第一电容(Cl)的两端分别为滤波电路的正端子和负端子，直流输入电压从滤波电路的正端子、负端子接入，其特征在于所述的滤波电路还包括第一开关(K1)、耐压小于所述第一电容(Cl)的第二电容(C2)以及用于检测所述直流输入电压的电压检测控制电路(102);所述第二电容(C2)和第一开关(Kl)相串联，该串联支路与所述第一电容(Cl)相并联，所述电压检测控制电路(102)具有电压检测输入正极、电压检测输入负极和第一输出端，电压检测控制电路(102)的电压检测输入正极与滤波电路的正端子相连接，电压检测输入负极与滤波电路的负端子相连接，第一输出端连接到第一开关(Kl)的控制端，所述电压检测控制电路(102)设置有第一预设值，并在检测到直流输入电压小于第一预设值时，控制第一开关(Kl)导通；在检测到直流输入电压在第一预设值以上时，控制第一开关(Kl)断开。
2.根据权利要求I所述的滤波电路，其特征在于所述的电压检测控制电路(102)包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电容(C4)、第一二极管(D1)、第一NPN型三极管(Tl)，所述的电压检测控制电路(102)的连接关系为所述的第一二极管(Dl)的阳极连接所述的第三电阻(R3)的一端，第一二极管(Dl)和第三电阻(R3)的连接点形成所述的电压检测输入正极，所述的第一二极管(Dl)的阴极连接所述的第一电阻(Rl)的一端，同时连接所述的第四电容(C4)的一端，所述的第一电阻(Rl)的另一端连接所述的第二电阻(R2)的一端，其连接点同时连接所述的第一 NPN型三极管(Tl)的基极；所述的第一NPN型三极管(Tl)的发射极连接所述的第二电阻(R2)的另一端，同时连接所述的第四电容(C4)的另一端，第一 NPN型三极管(Tl)的发射极和第四电容(C4)的连接点形成所述的电压检测输入负极；所述的第一 NPN型三极管(Tl)的集电极连接所述的第三电阻(R3)的另一端，第一 NPN型三极管(Tl)和第三电阻(R3)的连接点形成所述的第一输出端。
3.根据权利要求I所述的滤波电路，其特征在于所述的电压检测控制电路(102)包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第四电容(C4)、第一 NPN型三极管(Tl )，所述的电压检测控制电路102的连接关系为所述的第四电阻(R4) —端连接所述的第三电阻(R3)的一端，第四电阻(R4)和第三电阻(R3)的连接点形成所述的电压检测输入正极，所述的第四电阻(R4)另一端连接所述的第一电阻(Rl)的一端，同时连接所述的第四电容(C4)的一端，所述的第一电阻(Rl)的另一端连接所述的第二电阻(R2)的一端，其连接点同时连接所述的第一 NPN型三极管(Tl)的基极；所述的第一 NPN型三极管(Tl)的发射极连接所述的第二电阻(R2)的另一端，同时连接所述的第四电容(C4)的另一端，第二电阻(R2)和第四电容(C4)的连接点形成所述的电压检测输入负极；所述的第一NPN型三极管(TI)的集电极连接所述的第三电阻(R3)的另一端，第一 NPN型三极管(TI)和第三电阻(R3)的连接点形成所述的第一输出端。
4.根据权利要求3所述的滤波电路，其特征在于所述的电压检测控制电路(102)还包括第五电阻(R5)和第一稳压二极管(D3);所述第五电阻(R5)连接在电压检测控制电路(102)的电压检测输入正极和第一 NPN型三极管(Tl)的发射极之间，所述第一 NPN型三极管(Tl)的发射极通过第一稳压二极管(D3)与第二电阻(R2)相连接，其中第一 NPN型三极管(Tl)的发射极与第一稳压二极管(D3)的阴极相连接。
5.根据权利要求I所述的滤波电路，其特征在于所述的滤波电路还包括第二开关(K2 )和耐压小于所述第二电容(C2 )的第三电容(C3 );所述第二开关(K2 )和第三电容(C3 )相串联，第二开关(K2)和第三电容(C3)的串联支路与所述第一电容(Cl)相并联，所述电压检测控制电路(102)还具有第二输出端，电压检测控制电路(102)的第二输出端连接到第二开关(K2)的控制端，所述电压检测控制电路(102)还设置有小于所述第一预设值的第二预设值，并在检测到直流输入电压小于第二预设值时，控制第二开关(K2)导通；在检测到直流输入电压在第二预设值以上时，控制第二开关(K2)断开。
6.根据权利要求5所述的滤波电路，其特征在于所述的电压检测控制电路(102)包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第四电容(C4)、第一稳压二极管(D3)、第一 NPN型三极管(Tl)、第二 NPN型三极管(T3)，所述的电压检测控制电路(102)的连接关系为所述的第四电阻(R4)—端连接所述的第三电阻(R3)的一端，同时连接所述的第五电阻(R5)、所述的第八电阻(R8)的一端，第四电阻(R4)和第三电阻(R3)的连接点形成所述的电压检测输入正极，所述的第四电阻(R4)另一端连接所述的第一电阻(Rl)的一端，同时连接所述的第四电容(C4)的一端以及所述的第六电阻(R6)的一端，所述的第一电阻(Rl)的另一端连接所述的第二电阻(R2)的一端，其连接点同时连接所述的第一 NPN型三极管(Tl)的基极； 所述的第一 NPN型三极管(Tl)的发射极连接所述的第一稳压二极管(D3)的阴极，连接点同时连接所述的第五电阻(R5)的另一端以及所述的第二 NPN型三极管(T3)的发射极；所述的第一稳压二极管(D3)的阳极连接所述的第二电阻(R2)的另一端，同时连接所述的第四电容(C4)的另一端，第一稳压二极管(D3)和第二电阻(R2)的连接点形成所述的电压检测输入负极；所述的第一 NPN型三极管(Tl)的集电极连接所述的第三电阻(R3)的另一端，第一 NPN型三极管(Tl)和第三电阻(R3)的连接点形成所述的第一输出端；所述的第六电阻(R6 )的另一端连接所述的第七电阻(R7 )的一端，其连接点同时连接所述的第二 NPN型三极管(T3)的基极；所述的第七电阻(R7)的另一端连接至所述的第一稳压二极管(D3)的阳极；所述的第二 NPN型三极管(T3)的集电极连接所述的第八电阻(R8)的另一端，第二 NPN型三极管(T3)和第八电阻(R8)的连接点形成所述的第二输出端。
7.根据权利要求I或5所述的滤波电路，其特征在于所述电压检测控制电路(102)检测所述直流输入电压的电压峰值或电压平均值。
8.根据权利要求I至6任一所述的滤波电路，其特征在于所述电压检测控制电路(102)通过输入滤波电路的直流输入电压获得供电，或者通过与滤波电路连接的后级开关电源的辅助电源获得供电。
9.根据权利要求I至6任一所述的滤波电路，其特征在于所述第一开关(Kl)和第二开关(K2)均为MOS管(T2)。
10.根据权利要求I至6任一所述的滤波电路，其特征在于所述第一开关(Kl)和第二开关(K2)均为继电器(PLY)。
全文摘要
本发明公开了一种滤波电路，包括第一电容、第一开关、耐压小于第一电容的第二电容以及用于检测直流输入电压的电压检测控制电路；第一电容的两端分别为滤波电路的正端子和负端子，第二电容和第一开关相串联，该串联支路与第一电容相并联，电压检测控制电路的电压检测输入正极与滤波电路的正端子相连接、电压检测输入负极与滤波电路的负端子相连接、第一输出端连接到第一开关的控制端，电压检测控制电路设置有第一预设值，并在检测到直流输入电压小于第一预设值时，控制第一开关导通；在检测到直流输入电压在第一预设值以上时，控制第一开关断开。本发明能为不同范围的输入电压提供合适的滤波容量，且实现成本低、占用空间小。
文档编号H02M1/14GK102843019SQ20121030382
公开日2012年12月26日 申请日期2012年8月23日 优先权日2012年8月23日
发明者王保均 申请人:广州金升阳科技有限公司