单级式高功率因数电源的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种单级式高功率因数电源，本发明用一正激进变压器的初级与主变压器的初级串联，此串联电路作为开关管的负载电路，将负载电路的部分电能用于校正输入电流波形，大部分电能转换次级输出版电能.一正激进变压器的电能释放线圈与一二极管理构成正激进变压器电能释放电路以降低开关管的电压应力。
【专利说明】
单级式高功率因数电源
技术领域
[0001 ] 本发明属于开关电源，特别是一种高功率因数直流电源。
【背景技术】
[0002]传统的开关电源是在整流硅桥后直接接一个滤波电容，这种结构会产生大量的非线性电流并污染交流电网，同时它对电网所传送的电力利用率较低。为了减少非线性电流，并达到国际标准EN01000-3-2，人们提出各种各样的方法来提高功率因数，其中有无源功率因数校正电路，其功率因数在80% —90%之间；还有一种是有源功率因数校正线路，此种线路功率因数可达99%。有源线路最成功的是二阶功率fe正线路，其原理是先将整流后的波动直流电的电压提高到特定的电压，并形成稳定的直流电压后，再将此直流电变换成我为输出直流电。此线路也存在着一些缺点，一、它开始工作时有较大的冲击电流；二、它将现有的电压提升，从而增加了对后续功率转换元件的要求(即开关管的要求)，目前高功率因数电源的损坏多属于这个原因；三、由于增加了一阶线路也增加了电源的自身损耗。此外人们还提出许多单阶高功率因数电源，这些线路多数以牺牲线路可靠性为代价，是不可取的。本人提出一种稳定可靠、高效节能并成本低的高功率因数直流电源。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种稳定、高效并成本低的高功率因数(PFC)直流电源。
[0004]本发明的基本原理是利用正激式变压器的初级线圈与主变压器的初级线圈串联；将其作为开关管的负载线路并将负载电路一部分电能用来校正电流输入波形，负载电路大部分电能转换成次级电能。当开关管断开时用一正激式变压器一线圈释放正激式变压器的电能；本发明不局限于具体的线路，根据本发明原理可以设计出多种不同的线路都应属于本发明后附的权利要求的保护范围.
【附图说明】
[0005]图1、是本发明单极式高功率因数电源基本结构。
[0006]图2、是本发明高功率因数电源的另一结构。
[0007]图2A、单极式高功率因数加无损回路电源的一种结构。
[0008]图2B、单极式高功率因数加无损回路电源的另一结构。
[0009]图3、是本发明发明单极式高功率因数电源的另一种结构。
[0010]图4、是本发明发明单极式高功率因数电源的又一种结构。
[0011]图5，是本发明的输入电流波形.
[0012]单级高功率因数电路(图1)
[0013]具体连接方式是
[0014]参考图1、
[0015]具体连接方式是:
[0016]整流桥BDlO输入两端接工频交流电源。
[0017]第一电容ClO并接在整流桥BDlO输出两端。
[0018]电感LlO的第一接线端接整流桥BDlO输出的正极。
[0019]正极式变压器TlO有三个线圈，初级线圈，功率因数校正线圈，电能释放线圈。正极式变压器的初级线圈的第一接线端，正极式变压器功率校正线圈第一接线端，正极式变压器的电能释放线圈的第一接线端为同名端。功率因数校正线圈TlOfcl的第一接线端接电感LlO的第二接线端。
[0020]第一二极管DlO的阳极接功率因数校正线圈TlOfcl的第二接线端，第一二极管DlO的阴极接正极式变压器TlO的电能释放线圈T10fc2的第一接线端。
[0021]第二二极管D12的阳极接电感LlO的第二接线端，第二二极管D12的阴极接第一极管DlO的阴极。
[0022]第二电容Cll的正极端接正极式变压器TlO变压器的初级线圈的第二接线端，第一二极管DlO的阴极以及第二二极管D12的阴极，第二电容Cll的负极端接整流桥BDlO输出的负极端。
[0023]第三二极管D13的阴极与正极式变压器TlO的电能释放线圈T10fc2的第二接线端相连，第三二极管D13的阳极与整流桥BDlO输出的负极相连。
[0024]主变压器T12有初级线圈，次级线圈其中次级线圈接次级线路；主变压器T12的初级线圈第一端与正极式变压器TlO变压器的初级线圈的第一接线端相连。
[0025]开关管QlO有漏极，源极及控制极，开关管QlO的漏极与主变压器T12的初级线圈的第二端相连；开关管QlO的源极与整流桥BDlO输出的负极端相连，开关管QlO控制极与PffM控制线路相连。.
[0026]其下作原理如下(参考图1):
[0027]当电源的开关管QlO导通时，电流通过正极式变压器TlO初级线圈和主变压器T12的初级线圈，此时正激式变压器TlO的校正线圈TlOfcl有感应电压，输入电压与正激式变压器的校正线圈的感应电压通过电感L10，第一二极管DlO及正激式变压器TlO的校正线圈对电容Cll充电。当第一开关管断开时，输入电压与电感LlO上的感应电压，通过第二二极管D12对电容Cll充电，同时正激式变压器TlO的电能释放线圈TlOfc2通过第三二极管D13对电容Cll充电。
[0028]单级高功率因数第二种电路(图2)
[0029]具体连接方式是(参考图2)
[0030]整流桥BD20输入两端接工频交流电源。
[0031]第一电容C20并接在两端。
[0032]正极式变压器T20有三个线圈，初级线圈，功率因数校正线圈T20fc2，电能释放线圈T1fcl。正极式变压器的功率因数校正线圈的第一接线端接整流桥BD20输出正极端，电能释放线圈TlOfcl的第二接线端接整流桥BD20输出正极端。
[0033]第一二极管D20的阳极接电能释放线阉TlOfcl的第一接线端。
[0034]第二二极管D21的阳极接正极式变压器功率因数校正线圈的第二接线端；
[0035]第三二极管D22的阳极接接整流桥BDlO输出的正极，第三二极管D22的阴极接第二二极管D21的阴极。
[0036]电感L20的第一接线端接第二二极管D21的阴极，第三二极管D22的阴极，电感L20的第二接线端接正极式变压器T20变压器的初级线圈的第二接线端。
[0037]第二电容C21的正极端接正极式变压器T20变压器的初级线圈的第二接线端，电感L20的第二接线端以及第一二极管D20的阴极，第二电容C21的负极端接整流桥BDlO输出的负极端。
[0038]主变压器T12有两线圈:初级线圈，次级线圈其中次级线圈接次级线路，初级线圈的第一端与正极式变压器T20变压器的初级线圈的第一接线端相连。
[0039]开关管Q20有漏极，源极，控制极，开关管Q20的源极与整流桥BD20输出的负极端相连，开关管Q20的漏极与主变压器T21的初级线圈的第二端相连，开关管Q20的控制极接PffM控制线路。
[0040]其工作原理如下(参考图2)
[0041 ] 当电源的开关管Q20导通时，电流通过正极式变压器T20初级线圈和主变压器T21的初级线圈，此时正激式变压器T20的校正线圈T20fc2有感应电压，输入电压与正激关式变压器的校正线圈的感应电压通过电感L20，第二二极管D21及正激式变压器T20的校正线圈对电容通过C21允电。当第一开关管断开时，正激式变压器T20的电能释放线圈T20fcl的感应电压及输入电压通过第一二极管D20对电容C21允电，同时输入电压圈，电感L20的感应电压通过第三二极管D22对第二电容C21充电。
[0042]本电路增加一电容，一个二极管实现开关无损吸收；具体连接如下(图2A):
[0043]第四电容C23的第一接线端接开关管的漏极，第四电容C23的第二接线端接第一二极管D20的阴极；
[0044]第四二极管D24的阳极接第四电容C23的第二接线端，第四极管D24的阴极接储能电容的正极。
[0045]其工作原理如下:当开关管Q20关断主变压器初级线圈的漏感电能通过第四二极管D24储存在第四电容C23，同时正激式变压器T20的电能释放线圈T20fcl通过二极管D20，D24将正激式变压器T20储能释放到第二电容C21上。
[0046]当开关管Q20开通时，第四电容C23电能通过二极管D20，D24释放到正激式变压器T20中。或第四电容C23的第一接线端接开关管的漏极，第四电容C23的第二接线端接第一二极管D20的阴极；
[0047]第四二极管D24的阳极接第四电容C23的第二接线端，第四极管D24的阴极接储能电容的正极。正激式变压器T20的电能释放线圈T20fcl的第一接线端接整流桥负极，正激式变压器T20的电能释放线圈T20fcl的第二接线端接第一二极管D20的阳极。
[0048]其工作原理如下(图2B):当开关管Q20关断主变压器初级线圈的漏感电能通过第四二极管D24储存在第四电容C23，同时正激式变压器T20的电能释放线圈T20fcl通过二极管D20，D24将正激式变压器T20储能释放到第二电容C21上。
[0049]当开关管Q20开通时，第四电容C23电能通过二极管D20，D24释放到正激式变压器T20中。单级高功率因数第三种电路(图3)
[0050]具体连接方式是:
[0051 ] 整流桥BD30输入两端接工频交流电源。
[0052]第一电容C30并接在整流桥BD30输出两端。
[0053]电感L30的第一接线端接整流桥BD30输出的正极。
[0054]正极式变压器T30有三个线圈，初级线圈T30，功率因数校正线圈T30fcl，电能释放线圈T30fc2，正极式变压器的初级线圈T30的第一接线端，正极式变压器功率校正线圈T30fcl第一接线端，正极式变压器的电能释放线圈T30fc2的第一接线端为同名端。功率因数校正线圈T30fcl的第一接线端接电感L30的第二接线端。
[0055]第一二极管D30的阳极接功率因数校正线圈T30fcl的第二接线端。
[0056]第二二极管D31的阳极接电感LlO的第二接线端，第二二极管D31的阴极接第一二极管D31的阴极。
[0057]第二电容C31的正极端接正极式变压器的电能释放线圈T30fc2的第一接线端，第一二极管D30的阴极以及第二二极管D31的阴极，第二电容Cll的负极端接整流桥BD30输出的负极端。
[0058]第三二极管D32的阴极与正极式变压器的电能释放线圈T30fc2的第二接线端相连，第三二极管D32的阳极与整流桥BD30输出的负极相连。
[0059]主变压器T31有初极线圈，次级线圈其中次级线圈接次级线路，初级线圈第一接线端与第二电容C31正极相连，初级线圈第二接线端与正极式变压器初级线圈的第二接线端相连。
[0060]第三电容C32的一端接主变压器T31初级线圈第二接线端，第三电容C32的另一端接整流桥BD30输出的负极端。
[0061 ] 开关管Q30有漏极，源极及控制极；开关管Q30漏极与正极式变压器初级线圈的第一端相连，开关管Q30的源极与整流桥BD30输出的负极端相连，开关管Q30的控制极接PffM控制线路。
[0062]其工作原理如下(参考图3):
[0063]当电源的开关管Q30导通时，电流通过正极式变压器T30初级线圈和主变压器T31的初级线圈，此时正激式变压器T30的校正线圈T30fcl有感应电压，输入电压与正激式变压器的第一校正线圈的感应电压通过电感L30，第一二极管D30及正激式变压器T30的校正线圈对电容C31允电，同时，第三电容C32的电能通过正极式变压器初级线圈T30，开关管Q30放电。当第一开关管断开时，输入电压与电感L30的感应电压，通过第二二极管D31对电容C31充电，同时正激式变压器T30的电能释放线圈T30fc2的感应电压通过第三二极管对电容C32充电以降低开关管的电压应力。
[0064]单级高功率因数第四种电路(图4)
[0065]具体连接方式是
[0066]参考图4、
[0067]具体连接方式是:
[0068]整流桥BD40输入端接工频交流电源；
[0069]第一电容C40并接于整流桥输出两端；
[0070]电感L40第一接线端接整流桥输出的正极；
[0071]第一二极管D40的阳极接电感L40的第二接线端；
[0072]第二二极管D41的阳极接电感L40的第二接线端；
[0073]正极式变压器T40有三个线圈，正极式变压器的初级线圈T401和正极式变压器的功率因数校正线圈T402，正激变压器电能释放线圈T403 ;功率因数校正线圈T402的第一端接第一二极管的阴极，功率因数校正线圈T402的第二端接第二二极管的阴极；正极变压器的初级第一端，正极式变压器的功率因数校正线圈第一端，正激变压器电能释放线圈第一端互为同名端；
[0074]正激变压器电能释放线圈T403第一端接主变压器T41次级的负极端；
[0075]第三二极管D42阳极接正激变压器电能释放线圈T403的第二端，第三二极管D42阴极接次级线路的主电容C42的正极端；
[0076]第二电容C41的正极端接正极式变压器的功率因数校正线圈T402的第一端，正极式变压器初级T401的第一端和第一二极管的阴极；第二电容的C41负极接整流桥输BD40出的负极端；
[0077]主变压器T41初级的第一端接正极式变压器初级T401的第二端；
[0078]开关管Q40的漏极接主变压器T41初级的第二端，开关管的源极接整流桥输出负极。
[0079]其工作原理如下(参考图4):
[0080]当电源的开关管Q40导通时，电流通过正极式变压器T40初级线圈和主变压器T41的初级线圈，此时正激式变压器T40的校正线圈T402有感应电压，输入电压与正激式变压器的校正线圈的感应电压通过电感L40，第二二极管D41及正激式变压器T40的校正线圈对电容C41充电。当第一开关管断开时，输入电压与电感L40上的感应电压，通过第一二极管D41对电容C41充电；同时，正激式变压器T40的电能释放线圈T403通过第三二极管D43对次级主电容C42充电以降低开关管的电压应力。
【主权项】
1.一单级式高功率因数电源、包括整流桥BD10、二极管(D10，D12，D13)、电感L10、电容(C1, Cll)、正激式变压器T10、主变压器T12，三极管Q10，次级线路； 整流桥BDlO输入两端接工频交流电源； 第一电容ClO并接在整流桥BDlO输出两端； 电感LlO的第一接线端接整流桥BDlO输出的正极； 正极式变压器TlO有三个线圈，初级线圈，功率因数校正线圈，正激变压器电能释放线圈；正极式变压器的初级线圈的第一接线端，正极式变压器功率校正线圈第一接线端，正激变压器电能释放线圈的第一接线端互为同名端。功率因数校正线圈TlOfcl的第一接线端接电感LlO的第二接线端； 第一二极管DlO的阳极接功率因数校正线圈TlOfcl的第二接线端，第一二极管DlO的阴极接正激变压器电能释放线圈T10fc2的第一接线端； 第二二极管D12的阳极接电感LlO的第二接线端，第二二极管D12的阴极接第一二极管DlO的阴极； 第二电容Cll的正极端接第一二极管DlO的阴极，第二二极管D12的阴极以及正极式变压器TlO初级第二接线端，第二电容Cll的负极端接整流接桥BDlO输出的负极端； 第三二极管D13的阴极与正激变压器电能释放线圈的第二接线端相连，第三二极管D13的阳极与整流桥BDlO输出的负极相连； 主变压器T12变压器有两线圈:初级线圈和次级线圈其中次级线圈接次级线路；主变压器T12的初级线圈第一端与正极式变压器TlO变压器的初级线圈的第一接线端相连。 开关管QlO有漏极，源极及控制极其中开关管QlO的漏极与主变压器T12的初级线圈的第二端相连；开关管QlO源极与整流桥BDlO输出的负极端相连；开关管QlO的控制极接PffM控制信号电路相连。2.根据权利要求1，一单级式高功率因数电源其特征在于正激式变压器TlO的初级线圈与主变压器的初级线圈串联，此串联线路接在储能电容Cll与开关管QlO的漏极之间，当开关管导通时，流经过正极式初级线圈的电能，转换成正极式变压器功率校正线圈的感应电能，流经过主变压初级线圈的电能，转换成主变压次级线圈的电能。3.根据权利要求1，一单级式高功率因数电源其特征在于正激式变压器功率校正线圈TlOfcl与第一二极管DlO相连形成串联电路，并与第二二极管D12并联后，再串接电感LlO构成一功率因数校正电路，此功率因数校正电路接在整流输出与储能电容之间；用于校正输入电流波形，这一校正电路可有不同的器件连接顺序且具有相同的功能。4.根据权利要求1，一单级式高功率因数电源其特征在于正激式变压器电能释放线圈T10fc2与第三二极管D13串联构成一正激式变压器路电能释放电路，以降底开关管的电压应力，这电路可有两种接法即接在电容Cll两端或接在整流输出正极端和电容Cll正极端之间。5.根据权利要求4，一单级式高功率因数电源其特征在于正激式变压器电能释放线圈，两二极管和一个电容构成的一三端无损吸收回路电路，其接法是正激式变压器电能释放线圈第二接线端接第一二极管的阳极，第一二极管的阴极接第三二极管的阳极和第三电容的第一接线端，三个端口中正激式变压器电能释放线圈第一接线端接接于整流桥输入正极端或负极端，第三二极管的阴极接储存电容的正极端，第三电容的第二接线端接开关管的漏极；三端无损吸收回路电路可以有不同接法。6.根据权利要求3，一单级式高功率因数电源其特征在于电感LllO用于储存电能以及释放电能，电感LlO和第二二极管D12构成电感电能释放电路；正激式变压器功率校正线圈TlOfcl，第一二极管DlO及电感LlO构成电感电能储存电路。7.—高功率因数电源，包括整流桥BD40、二极管(D40、D41、D42)、电感L40、电容(C40，C41，C42)、正激式变压器T40、主变压器T41，开关管Q41 ; 整流桥BD40输入端接工频交流电源； 第一电容C4O并接于整流桥输出两端； 电感L40第一接线端接整流桥输出的正极； 第一二极管D40的阳极接电感L40的第二接线端； 第二二极管D41的阳极接电感L40的第二接线端； 正极式变压器T40有三个线圈，正极式变压器的初级线圈T401和正极式变压器的功率因数校正线圈T402，正激变压器电能释放线圈T403 ;正极变压器的初级第一接线端，正极式变压器的功率因数校正线圈第一接线端，正激变压器电能释放线圈第一接线端互为同名端；功率因数校正线圈T402的第一接线端接第一二极管D40的阴极，功率因数校正线圈T402的第二接线端接第二二极管D41的阴极； 正激变压器电能释放线圈T403第一接线端接主变压器T41次级的负极端； 第三二极管D42阳极接正激变压器电能释放线圈T403的第二接线端，第三二极管D42阴极接次级线路的主电容C42的正极端； 第二电容C41的正极端接正极式变压器的功率因数校正线圈T402的第一接线端，正极式变压器初级T401的第一接线端和第一二极管D40的阴极；第二电容C41的负极接整流桥输BD40出的负极端； 主变压器T41初级的第一接线端接正极式变压器初级T401的第二接线端； 开关管Q40的漏极接主变压器T41初级的第二接线端，开关管的源极接整流桥输出负极。8.一单级式高功率因数电源、包括整流桥BD30、二极管(D30，D31，D32)、电感L30、电容(C30、C3UC32)、正激式变压器T30、主变压器T31，三极管Q30，次级线路； 整流桥BD30输入两端接工频交流电源； 第一电容C30并接在整流桥BD30输出两端； 电感L30的第一接线端接整流桥BD30输出的正极； 正极式变压器T30有三个线圈，初级线圈，功率因数校正线圈，正激变压器电能释放线圈；正极式变压器的初级线圈的第一接线端，正极式变压器校正线圈第一接线端，正激变压器电能释放线圈的第一接线端为同名端；功率因数校正线圈T30fcl的第一接线端接电感L30的第二接线端； 第一二极管D30的阳极接第一功率因数校正线圈T30fcl的第二接线端，第一二极管D30的阴极接正激变压器电能释放线圈T10fc2的第一接线端； 第二二极管D31的阳极接电感L30的第二接线端，第二二极管D31的阴极接第一二极管D30的阴极； 第二电容C31的正极端接第一二极管D30的阴极以及第二二极管D31的阴极，第二电容C31的负极端接整流桥BD30输出的负极端； 第三二极管D32的阴极与正激变压器电能释放线圈TlOfc2的第二接线端相连，第三二极管D32的阳极与整流桥BD30输出的负极相连； 主变压器T31有两线圈:初级线圈和次级线圈其中次级线圈接次级线路，初级线圈的第一端与第二电容C31正极相连；初级线圈的第二端与正极式变压器初级线圈的第二接线端相连； 开关管Q30的漏极与正极式变压器初级线圈的第一端，开关管Q30的源极与整流桥BD30输出的负极端相连，开关管Q30的控制极接PffM控制信号电路。 第三电容C32的一端接主变压器T31的初级线圈的第二端及正极式变压器初级线圈的第二接线端，第三电容C32的另一端接整流桥BD30输出的负极端。9.根据权利要求6，一单级式高功率因数电源其特征在于第三电容的一端接整流输出的负极，第三电容的另一端接主变压器T31的初级线圈的第二端及正极式变压器初级线圈的第二接线端，用于吸收主变压器T31的初级线圈的漏感电能并通过正极式变压器初级线圈释放其电能。
【文档编号】H02M1/42GK105896956SQ201410693583
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年11月15日
【发明人】林福泳
【申请人】林福泳, 林福祥