一种改进型倍压填谷电路的制作方法

本发明涉及一种倍压填谷电路。

背景技术：

工业、民用领域中都经常需要将各种电网的交流电整流为直流电，在全球电网领域中存在110vac和220vac两个电压等级标准，为了让开关电源满足全球电网标准就需要将开关电源的输入电压设计为满足宽范围输入电压要求。这样不仅给电源设计带来了难度而且增加了电路中无源器件的选型规格，增加了电路的体积和重量，同时也带来了较大的成本压力。目前倍压电路可以解决这一问题，通过将低压输入状态下的电压抬升一倍，以减小输入电压范围较宽引起的输出电压宽范围波动。

但是倍压电路的功能只是简单的将低压输入的电压升压至其两倍，除此之外并无其他作用，也不会对功率因数的改善有任何影响。

随着开关电源的应用领域越来越广，功率等级越来越大，开关电源给电网带来的负面影响也越来越受到重视。目前国家对用电电器的功率因数有了进一步的要求，以此达到优化电网电能质量，减小电网在网的无功损耗的目的。随着开关电源的应用领域越来越多，电源功率越来越大，功率因数的要求必然也越来越严格。现在国家标准对消耗75w以上的开关电源都有功率因数的要求。

在低成本、高可靠性的功率因数校正电路应用方案中，无源填谷电路是目前应用最为广泛的一种解决方案。

但是填谷电路因为其具有串联充电，并联放电的工作特点，即在输入电压为高压时给输入大电容充电，在输入电压为低压时，大电容才能够并联放电给直流负载端，因此填谷电路的缺点也非常明显，即，填谷电路的输出电压起伏较大。特别是在电网规格为110vac的区域内使用填谷电路的方案就会使得其固有缺陷暴露的更加明显。

技术实现要素：

针对填谷电路硬件的固有缺陷导致输出电压起伏较大，特别是在110vac的电网领域内较难使用的问题，本发明提出了一种改进型倍压填谷电路，只需要增加一个电压拨动开关，就可以提高填谷电路在低压下的输出电压值。使得该改进型电路在高压下可以工作在填谷状态，在低压下工作在类倍压状态，以减小改进型填谷电路的输出电压波动。

本发明专利电路应用简单，整体方案经济可靠，具有很高的推广性。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种改进型倍压填谷电路，包括交流电源输入端l、交流电源输入端n、整流电路和填谷电路，还包括电压拨动开关，所述的填谷电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电容和第一电容；

交流电源输入端l连接整流电路的交流2端，电源输入端n连接整流电路的交流3端；第二二极管阴极和第一电容的正极连接整流电路的正极，并作为改进型倍压填谷电路的输出正；

第一二极管的阳极和第二电容的负极相连，再接到整流电路的负极，作为改进型倍压填谷电路的输出负；

第一电容的负极分别与第一二极管的阴极、第三二极管的阳极、电压拨动开关的一端连接；第三二极管的阴极分别连接第二二极管的阳极和第二电容的正极；电压拨动开关的另一端连接电源输入端n和整流电路的交流3端。

优选的，所述的拨动开关在低压时导通，高压时断开。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)本发明提供了一种改进型倍压填谷电路，其在高压段工作时，即在配网市电规格为220vac的区域内，可以工作在高压模式。此时本电路相较于常规倍压电路而言仅仅只增加了三个二极管就可以实现无源pfc填谷工作模式，极大的提高了电路工作时的功率因数，改善了高次谐波值，具有简单高效的电路特点。

2)本发明提供了一种改进型倍压填谷电路，其在低压段工作时，即在配网市电规格为110vac的区域内，可以工作在低压模式。此时本电路相较于常规填谷电路而言仅仅增加了一个开关就实现了低压状态下输出电压的提高。使得输出电压不会下降到输入电压的二分之一处，另外在整流的半波周期内，输出电压等于输入电压加上第一电容的电压使得填谷输出电压有了明显的提高。本发明对于填谷电路在低压状态下工作性能的提高使其可以应用在全球电压范围，扩大了填谷电路的应用领域。

附图说明

图1为常规填谷电路原理图；

图2为倍压电路原理图；

图3是本发明改进型填谷电路原理图。

具体实施方式

本发明提出的改进型倍压填谷电路系统如图3所示，其电路包括交流电源输入端l、交流电源输入端n、一个整流电路db1、一个填谷电路和一个电压拨动开关s1，其中，填谷电路包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第一电容c1和第二电容c2。

连接方式为：交流电源输入端l连接整流电路db1的交流2端，电源输入端n连接整流电路db1的交流3端，第二二极管d2阴极和第一电容c1的正极接整流电路db1的正极，同时也接入直流母线dc的正极，作为改进型倍压填谷电路的输出正；

第一二极管d1的阳极和第二电容c2的负极相连，再接到整流电路db1的负极和直流母线dc的负极，作为改进型倍压填谷电路的输出负；

第一电容c1的负极分别与第一二极管d1的阴极、第三二极管d3的阳极、电压拨动开关s1的一端连接；二极管d3的阴极分别连接二极管d2的阳极和电容c2的正极；电压拨动开关s1的另一端连接电源输入端n和整流电路db1的交流3端。

为了叙述方便，以下第一电容c1简称为电容c1，其他相同，如第二二极管d2简称为二极管d2。

本发明所提出的改进型倍压填谷电路的工作原理为：

工作方式1：当交流输入电源ln为高压输入时，例如交流输入为220vac，电压拨动开关s1断开，此时电路工作在高压填谷模式。

当交流输入端ln的电压低于电容c1、电容c2的电压时，即当交流输入端ln的电压下降到峰值电压的一半以下时，进行放电过程：

此时整流电路db1关断，二极管d1、二极管d2被触发导通，二极管d3处于截止状态，电容c1、电容c2分别通过二极管d2、二极管d3给直流母线dc充能，即电容c1、电容c2并联放电；

当交流输入ln两端的交流输入电压高于电容c1、电容c2的电压，但小于电容c1加上电容c2之和时，整流电路db1导通，此时二极管d1、d2、d3均处于关断状态，电容c1、电容c2处于隔离状态，输入电流从交流输入端ln流过整流电路db1给直流母线dc端充电；当交流输入ln两端电压高于电容c1、c2电压之和时，二极管d3被触发导通，二极管d1、二极管d2处于截止状态，此时交流输入ln两端通过整流电路db1流经电容c1，再经过二极管d3，流经电容c2，实现了电容c1、电容c2串联充电的目的，另外交流输入ln两端同时也给直流母线dc端供电。

工作方式2：当交流输入电源ln为低压输入时，例如交流输入为110vac，电压拨动开关s1导通，此时电路工作在低压填谷模式。

当交流输入l端的电压高于n端的电压时(即交流输入端工作在正半波周期时)为低压工作模态1：

当交流输入l端的电压低于电容c1的电压时，整流电路db1关断，二极管d1、二极管d2导通，二极管d3处于截止状态，电容c1、电容c2分别通过二极管d2、d2给输入母线dc提供能量，放电时，电容c1和电容c2是等效并联放电；

当交流输入l端的电压高于c1的电压时，输入电流从交流输入l端流经整流电路db1再流入直流母线dc+，给直流后级电路提供能量；

当输入端n端的电压高于l端的电压时，(即交流输入端工作在负半波周期时)为低压工作模态2：

当交流输入n端的电压加上电容c1的电压小于直流母线dc正端电压时，二极管d1、d2、d3处于截止状态，此时整流桥也处于截止状态；

当交流输入n端的电压加上电容c1电压之和高于高于直流母线dc正端电压时，二极管d1、d2、d3处于截止状态，交流端输入电流由交流输入n端口流经电压拨动开关s1到电容c1的负极，再从电容c1的正极流入到直流母线dc的正端给后级直流电路供能；

当交流输入n端的电压高于电容c2的电压时，二极管d3处于导通状态，二极管d1、二极管d2处于关断截止状态，交流输入电源ln的能量一部分从交流输入端口n端流经电压拨动开关s1，再流经二极管d3到电容c2的正极给电容c2充电，另外一部分交流输入电源的能量由交流输入n端口，流经电压拨动开关s1，到电容c1的负极，再从电容c1的正极流入直流母线dc正极给后级直流电路充电；

当交流输入n端电压机上电容c1的电压低于电容c2的电压时，二极管d2导通，二极管d1、二极管d3处于截止状态，此时交流输入电源的能量从交流输入端口n端，流经电压拨动开关s1，再流入电容c1负极，最后从电容正极流入到直流母线dc正端给后级直流电路供能；同时电容c2通过二极管d2也给后级直流电路供能。

在本发明所提改进型填谷电路中，电压拨动开关管s1在低压时处于导通状态，此时改进型填谷电路不仅具有输出直流母线倍压的作用，而且对于输入电源功率因数pf值的提高和输入电流总谐波失真(thd)的指数具有良好的改善作用。

在图2中，s1在低压下导通只能够起到倍压的作用，使得dc母线上的电压为ac输入电压的2倍；但是本发明专利所提方案，在低压下与倍压整流电路工作原理完全不一样，在低压下s1导通，dc母线电压下交流半个周期内被倍压抬升，另外半个周期内处于交流峰值电压。另外在半个正弦周期内，输入电流的导通角会增加，使得输入电流持续时间增长，输入电源功率因数pf值提高，电流总谐波失真(thd)指数得到改善，这些特性都是图2倍压整流电路所不具备的。

本发明的实施方式不限于此，按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明技术构思的前提下，本发明中具体实施电路还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利要求保护范围之内。专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。