一种开关电源单级功率因数校正装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种开关电源单级功率因数校正装置，它是一种基于满足电磁兼容标准的高性能价格比的校正装置，用于滤波电感电流连续工作ＡＣ／ＤＣ开关变换器电源。高输出阻抗整流器电路输入端口，通过不对称绕组与延迟电感相连，电感通过组成整流桥式电路的二极管与滤波电感相连，附加高输出阻抗整流器电路输入端口通过原副边绕组隔离连接有标准ＤＣ－ＤＣ开关变换器磁元件，开关变换器分别通过储能电容与高输出阻抗整流器电路输出端、输入整流二极管负极相连，附加高输出阻抗整流器电路输入端口连接是波形信号不对称磁元件副边附加绕组。本实用新型专利技术是借助变换器不对称磁元件波形信号获取附加信号，串接在输入整流二极管和储能电容之间。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种高性能价格比开关电源单级功率因数校正装置，特别是适用开关变换器磁元件信号波形不对称开关电源情况。通常有源功率因数校正技术采用AC-DC功率因数校正前级加DC-DC变换器调整后级，虽然可以取得接近于1的功率因数，但是体积大，成本高和实际两级转换效率低，尤其不适应小功率级别的开关电源。自九十年代开始，单级功率因数校正技术越来越成为研究的焦点，目前国际上开关电源功率因数校正技术是朝着低成本，高性能和满足电磁兼容标准的高性能价格比AC-DC功率变换器研究方向发展，欧美许多国家开展研究并提出了一些高性能价格比电路拓扑。这些电路基于稍为修改的标准开关变换器电路(如附加二极管和电感)以满足电磁兼容标准。其中一个重要的思路是从变换器磁元件获得一个附加输出并将其串联接在输入整流二极管和储能电容之间，但总体归纳起来这些电路最典型代表可分为两类(1)全波附加电路电感电流不连续的电路，如M.Qin，G.Moschopoulos，H.Pinheiron and P.Jain“Analysis and design of a single stagepower factor corrected full-bridge converter”，IEEE APEC，1999，pp.119-125。和P.Jain，J.R.Espinoza and N.A.Nasser，“A single stage zero-voltage zero-current-switched DC powersuplíwith extended load range”，IEEE Trans.On IndustrialElectronics，Vol.46，no.2，April 1999，pp.261-270所提出，这个附加电路工作于电感电流不连续工作情况，这样，通过附加二极管和变换器开关器件的峰值电流都较大。同时主变换器的输出也必需工作在不连续导通情况以调节电容电压的变化，这样半导体器件上电流应力都比较大，有时，主变换器的输出必需工作在电流连续情况，这样，在所有变换器半导体器件上电压应力将是非常高。(2)全波附加电路电感电流连续电路但双延迟绕组磁元件波形信号对称设计，如参考文献J.Sebastian，A.Fernández，P.Villegas，M.M.Hernando and S.Ollero，“A new active inputcurren shaper for converters with symmetrically driventransformer”，IEEE APEC；2000，pp.468-474.Also，IEEETransactions on Industry Applications，March/April 2001提出的，这个附加电路电感工作于电流连续情况，这样一来改进了(1)存在的问题，提高了性能。但该电路应用了两个延迟绕组，使附加电路磁元件从一个增加到三个。同时由于附加电路输出纹波电流较大，这样输出滤波电感便需设计比较大。同时，参考文献只适用磁元件波形信号对称情况。综上所述，适合小功率开关电源的高性能价格比单级功率因数校正技术还有待进一步发展。本技术的任务是高输出阻抗整流器电路输入端(T1、T2)口，通过不对称绕组(A)与延迟电感(LD)相连，电感(LD)通过组成整流桥式电路的二极管(DA1，DA2，DA3，DA4)与滤波电感(LA)相连，在高输出阻抗整流器电路输出端(T4)连接有开关电源输入整流二极管，附加高输出阻抗整流器电路输入端(T1、T2)口通过原副边绕组隔离连接有标准DC-DC开关变换器(E)磁元件(B)，标准DC-DC开关变换器(E)分别通过储能电容与高输出阻抗整流器电路输出端(T3)、输入整流二极管负极相连，附加高输出阻抗整流器电路输入端(T1、T2)口连接是波形信号不对称磁元件(B)副边附加绕组。本技术具有减少磁元件尺寸大小，提高开关电源效率，满足电磁兼容标准，适用磁元件波形信号不对称开关变换器电路，实现高性能价格比的单级功率因数校正装置等特点。体现在它的低成本，轻量小型，高功率因数，符合电磁兼容标准。它用于滤波电感电流连续工作AC/DC开关变换器电源。与其它开关电源单级功率因数校正装置不同，是借助变换器不对称磁元件波形信号获取附加信号，串接在输入整流二极管和储能电容之间，这个附加信号等效于一个电压源和无损电阻，从而改善输入电流导通角，提高功率因数，满足电磁兼容标准。本电路采用全波附加绕组不对称设计，电路纹波电流很小，从而减少滤波电感尺寸。同时采用全波附加桥式整流电路，进一步减少开关电源磁元件尺寸，从而减少开关电源尺寸，提高效率，实现高性能价格比。以下将结合实施例附图对本技术作进一步描述附图说明图1为本技术的结构示意图图2为本技术的基于满足电磁兼容标准的功率因数校正AC/DC变换器原理图图3为本技术基于满足电磁兼容标准的单级功率因数校正等效电路图图4为本技术具体结构电路图图5为本技术开关电源电路示意图图6为本技术的附加整流器电路参数关键波形图图7为本技术的附加整流电路不对称副边绕组设计图图8为本技术的不对称绕组设计时附加整流电路的主要波形图图9为本技术的软开关半桥不对称变换器的电路的单级功率因数校正电路图图10应用D类电磁兼容标准的开关电源输入电流实验波形图图11实验电流谐波与D类电磁兼容标准比较图图12应用A类电磁兼容标准的开关电源输入电流实验波形图图13实验电流谐波与A类电磁兼容标准比较图图1中A为不对称绕组；B为波形信号不对称磁元件；E为标准DC-DC开关变换器。图2中，本技术的附加高输出阻抗整流器串联接在输入整流二极管和储能电容之间，这个附加的高输出阻抗整流器只由二极管和电感组成(图4具体说明)，从而实现从交流输入整流到标准DC/DC变换器集成的单级功率因数校正目的。本技术重要的思路是从变换器不对称波形信号磁元件获得一个附加输出并将其串联接在输入整流二极管和储能电容之间，其原理如图2所示。这个附加输出电路是高输出阻抗整流器电路。这个高输出阻抗整流器可以等效为一个电压源VS和一个无损耗的电阻RLF(下面具体分析)，如图3所示。正是这样的等效电路，改善AC/DC电路的输入电流导通角QC，提高电路功率因数和满足电磁兼容标准。图4给出本技术的具体电路结构图。在开关变换器如正激，反激，SEPIC，CUK，ZETA和不对称桥式变换器的开关电源电路中，从不对称信号波形的磁元件根据原副边绕组隔离按照一定匝数比设计获取附加输出到本专利的附加高输出阻抗整流器电路输入端T1，T2口，T1，T2端是全波附加副边绕组，原副边绕组同名端相同(见打黑点·)，副边绕组匝数Nsd1 Nsd2采用不同的匝数比(不对称设计)，其匝数比设计在于减少滤波电感的纹波电流。延迟电感LD串接附加副边绕组和滤波电感LA之间，以实现滤波电感LA电流连续工作模式。延迟电感LD设计为一个开关周期内双向电流，即是全波整流器电路，这个可以通过二极管DA1，DA2，DA3，DA4组成整流桥式电路而实现。高输出阻抗整流器电路输出端是T3，T4口，其串接在开关电源输入整流二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源单级功率因数校正装置，其特征是：高输出阻抗整流器电路输入端（Ｔ１、Ｔ２）口，通过不对称绕组（Ａ）与延迟电感（Ｌ↓［Ｄ］）相连，电感（Ｌ↓［Ｄ］）通过组成整流桥式电路的二极管（Ｄ↓［Ａ１］，Ｄ↓［Ａ２］，Ｄ↓［Ａ３］，Ｄ↓［Ａ４］）与滤波电感（Ｌ↓［Ａ］）相连，在高输出阻抗整流器电路输出端（Ｔ４）连接有开关电源输入整流二极管，附加高输出阻抗整流器电路输入端（Ｔ１、Ｔ２）口通过原副边绕组隔离连接有标准ＤＣ－ＤＣ开关变换器（Ｅ）磁元件（Ｂ），标准ＤＣ－ＤＣ开关变换器（Ｅ）分别通过储能电容与高输出阻抗整流器电路输出端（Ｔ３）、输入整流二极管负极相连，附加高输出阻抗整流器电路输入端（Ｔ１、Ｔ２）口连接是波形信号不对称磁元件（Ｂ）副边附加绕组。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林维明，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：实用新型
国别省市：35[中国|福建]