高功率因数电源制造技术

一种线外切换电源，包括一个交流整流器和一个双输出端开关变换器，该变换器的一个输出端连接在其输入端与交流整流器之间，以提供高的功率因数，另一个输出端提供作为电源输出的直流电压，双输出变换器的各输出彼此完全隔绝，因而可以独立控制交流输入电流和电源输出电压。在一个最佳实施例中，电力变换器的第二输出端经由输入谐振升压变换器串联有一个全波交流整流器桥。直流线路与地之间连接有一个全桥式直流／交流换流器。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术，总的来说，涉及电力供应，更具体地说，涉及这样一种电源，该电源包括有一个工作时输入功率因数高，同时又能使其输出端的瞬态响应始终保持快速的交流/直流开关换流器。一般的整流器，功率因数低，因而限制了可从交流线路上提取的电力，达到仅为线路额定值的几分之一的程度。此外，这些一般的整流器还从交流线路上引来了高度畸变了的交流线电流，往往使其它电气设备除受过电流和过电压的影响外，还受这些干扰的影响。提高功率因数的方法有无源波形整形法，即采用输入滤波器，和有源法，即采用换流器的增加或减少布局。这些获取高功率因数的一般有源法通常采用完全分立的在前换流器(up-front converter)达到高功率因数，后面再加上直流/直流换流器来产生所要求的经调节的直流输出电压。这样，电力经过两次变换，成本既高，效率又低。而且，在前换流器还必须将所输送的整个电力加以转换。事实上，必须转换的峰值功率等于所输送的平均功率的两倍。1987年2月10日颁发给R.L.施泰格尔沃尔德(Steigewald)和W.P.科恩朗夫(Kornrumpf)一般经过转让的美国专利4，642，745介绍了一种采用单个功率级又能在高功率因数下运行的电力变换系统，这里也把该专利包括进去，以供参考。施泰格尔沃尔德和科恩朗夫专利的电力变换系统包括一个全波交流整流器，一个直流/交流换流器，一个具有初级绕组、紧密耦合的次级输出绕组和不紧密耦合的次级升压绕组的变压器和一个耦合到次级升压绕组的谐振电容器。次级输出绕组藉脉宽调制(PWM)进行控制，次级升压绕组则藉调频进行控制，因而输入电流和输出电压可以彼此独立地进行控制。但由于施泰格尔沃尔德和科恩朗夫专利的次级升压绕组和初级升压绕组是彼此耦合的(虽然耦合得不紧密)，因而藉PWM控制对直流输出电压进行的任何控制影响输入电流的波形。因此，虽然上述施泰格尔沃尔德和科恩朗夫专利的电源只采用一个功率级而功率因数较高，但在某些应用场合总希望能通过将升压变换器与电源输出电压完全隔绝开来(例如通过降低输出的弱脉动电流)进一步提高功率因数，或者提高其性能。因此本专利技术的目的是提供一种新型的经改进的外切换电源，该电源包括有单个功率级，有两个输出端，工作时功率因数高。本专利技术的另一个目的是提供这样的一种线外切换电源，该电源包括有双输出端换流器，能从交流源提取优质的电流波形，同时能在快速瞬态响应的情况下产生经调节的直流输出电压。本专利技术还有另外一个目的，即提供这样的一种线外切换电源，该电源包括有一个双输出端电力变换器，变换器的一个输出端与其输入端串联连接，以提供高的功率因数，变换器的另一个输出端提供作为电源输出的直流电压。本专利技术还有另一个目的，即提供一种高功率因素的“前端”(front-end)电源，适宜例如供电给配电系统的直流母线，或改装现行低功率因数的切换电源。本专利技术的上述和其它目的是在这样的一种线外切换电源上实现的，该电源包括有一个交流整流器和一个双输出端的切换变换器，变换器的第一输出端连接在自己的输入端与交流整流器之间，以提供高的功率因数，另一个输出端，即第二输出端提供作为电源输出的直流电压。双输出端变换器的各输出端彼此完全隔绝，因而可以独立控制交流输入电流和电源输出电压。在一个最佳实施例中，有一个全波交流整流器电桥经由一个输入升压换流装置与双输出端电力变换器的第一输出端串联连接。升压变换装置包括一个由升压变压器的次级绕组和谐振电容并联组成的线路，还包括一个升压整流器。升压换流装置的输出端接直流线路。在升压换流装置输出端处的直流线路与地之间连接有一对电容值基本相同的串联蓄能电容器。直流线路与地之间还连接有一个全桥式直流/交流换流器，供提供激励升压换流装置用的第一交流信号。升压变压器的初级绕组与一个谐振电感串联连接，此串联组合电路连接在连接着两个蓄能电容器的中间抽头与全桥式换流器的一个桥臂之间。全桥式换流器经由一个变压器给一个输出整流器提供第二交流电压，以产生经调节的直流输出电压。双输出端换流器的两个输出独立受到控制。举例说，在一个最佳实施例中，用PWM装置控制经调节的输出电压(即第二输出)的幅值，同时通过主动控制升压换流装置的频率控制交流输入电流的幅值，从而控制第一输出电压。在另一个最佳实施例中，升压换流装置频率的这种控制是被动的，就是说，依赖升压换流谐振电路的增益特性。由于输入升压换流装置与电源输出电压完全隔绝，因而本专利技术的线外切换电源能从交流源提取优质的电流波形，同时能在快速瞬时响应的情况下产生经调节的直流输出电压。本专利技术的另一个方面，通过一个交流整流器和一个直流/交流换流器的组合，提供了一种配套的高功率因数“前端”电源，用以例如给配电系统的直流母线供电，或改装现行低功率因数的切换电源，直流/交流换流器的输出端与交流整流器串联连接。在一个最佳实施例中，直流/交流换流器包括有一个全桥式换流器或半桥式换流器，换流器的输出端经由一个谐振升压换流装置与交流整流器串联连接。这样就可以从交流源提取优质的电流波形，而且可以给系统的负荷(例如配电系统中的多个直流/直流换流器)提供高功率因数的输出电压。结合附图参看下面本专利技术的详细说明即可清楚了解本专利技术的特点和优点。附图中;附图说明图1是一般双输出端电源的原理示意图;图2是本专利技术包括有双输出端直流/直流换流器的电源的原理示意图;图3A是本专利技术的一个线外切换电源的一个最佳实施例的原理示意图;图3B是本专利技术的线外切换电源中使用的升压换流输出电路另一个实施例的原理示意图;图4是适宜控制本专利技术的电源的运行过程的控制系统的原理示意图;图5是本专利技术的线外切换电源另一个实施例的原理示意图。图1示出了本
熟知的一种电源1，用以从交流电源2接收交流电力线路的电压，并提供两个可单独加以控制的输出电压E出1和E出2。电源1包括有一个全波整流器10，该整器有四个二极管11-14在一起连接成全桥式结构，用以给一般双输出端直流/直流换流器15提供经整流的交流线电压。按照本专利技术，提供直流输出电压E出2的高功率因数电源4是通过双输出端换流器15的一个输出端(例如E出1)与经整流的交流线电压的串联连接实现的，如图2所示。图3A示出了本专利技术用以将交流电力线路的电压变换成经调节的直流输出电压的线外切换电源的一个最佳实施例。按照图3A的实施例，本专利技术的电源包括有一个连接到交流电源2的全波整流器10，该整流器具有四个二极管11-14连接在一起形成全桥式结构。整流器10在b点与0点之间提供全波整流电压。如图3A所示，升压换流器输出电路16经由高频滤波电感器Lλ与全波整流器串联连接。不然必要时也可以将高频滤波电感器Lλ连接到整流器10的交流侧。升压换流器输出电路16包括与谐振电容器Cr并联连接的一个升压变压器Tb的一个带中间抽头的变压器次级绕组18。升压换流器输出电路还包括一个带中间抽头的变压器和由二极管20和21组成的全波升压整流器，各二极管的正极接谐振电容器Cr的各相应端。二极管20和21的阴极在一起连接在a点，a点则处于电位Vao，连接到直流线路。如图3A所示，直流/交流换流器22由全桥式连接的开关器件Q1-Q4组成，连接在直流线路与地之间。串联组合的升压变压器绕组24与谐振电感器Lr连接在换流器22的开关器件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提供直流输出电压的高功率因数电源，其特征在于，它包括：交流整流装置，连接到交流电力线路时用了提供整流的交流电压；双输出端电力变换器，用以提供第一和第二输出电压，所述各输出电压可独立加以控制，所述第一输出电压串联连接在所述交流整流装置与所述双输出端电力变换器的输入端之间，且所述第一输出电压包括电源直流输出电压。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RL施泰格瓦尔德，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]