一種感容並聯型被動式pfc電路的製作方法
2023-05-29 23:22:26
專利名稱：一種感容並聯型被動式pfc電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及被動式PFC電路，具體的說是一種感容並聯型被 動式PFC電路，尤其是指平板電視開關電源的無源PFC電路。
背景技術：
為滿足ccc對諧波電流的要求，目前大多數平板電視電源均採用 有源PFC電路，功率因數均在0. 9以上。有源PFC電路是通過一系列 的功率控制使輸入電流跟隨輸入電壓變化，所以PF很高，在低壓時 可以接近理想的1，諧波電流低，效率高，輸出電壓有一定的穩定性; 但也有其缺點，如電路複雜，成本高，電路工作可靠性降低，加工 測試成本增加等。而且，由於主電解電容的插入，當輸入電壓在高端 時(輸入電壓高端指輸入電壓在185 264V之間，常見於中國、澳大 利亞等國家電網中)，會使整機電路的PF值下降，諧波電流增加，無 法滿足CCC對電源的8°/。諧波要求。
無源PFC電路常見於PC電源中，當電感器選擇恰如其分時，具 有電路簡單、成本低的優點，在輸入交流電壓的每半個周期中，電壓 上升到濾波電容上的直流電壓Vdc時，整流二極體導通，電流將通過 整流二極體，電感L對電容C充電，同時為負載供電。在輸入正弦電 壓Vac高於Vdc電壓的時間內，電感儲存能量。當輸入正弦電壓低至 Vdc電壓時，電感為了維持電流不變，電壓極性開始反向，電感由存 儲能量轉向釋放能量，此時交流輸入電壓Vac和電感電壓串聯，通過 整流二極體繼續為負載供電，直到能量放完，電感電壓為零，半周期 工作結束。由此可知，由於電感的限流作用和半周工作期內能量的存 儲和釋放作用，與一般電容濾波電路相比，LC整流濾波電路降低了 輸入電流幅值，增加了半周期中整流二極體的導通時間，不論是功率因數還是輸入電流總諧波失真(THD)均得到了改善。但缺點也不容忽
視PFC電感體積大而且很笨重，對整機振動可靠性影響很大，需要 專門考慮加固等問題。因此不適合直接應用到平板電視中使用。
實用新型內容
針對現有技術中存在的缺陷，本實用新型的目的在於提供一種感
容並聯型被動式PFC電路，電路簡單，成本低廉，對整機振動可靠性 影響很小，符合CCC對電源的8%諧波要求，因為使得PFC校正電感 高頻化，PFC電感重量大大減輕。
為達到以上目的，本實用新型採取的技術方案是 一種感容並聯型被動式PFC電路，其特徵在於矽橋式整流器的 引腳1和電容C1的一端連接，引腳2和電容C1的另一端均接地，二 極管Dl、 D2的正極均和矽橋式整流器的引腳1連接，二極體Dl的負 極分別和電容C2的正極、反激變壓器T1F的初級線圈一端連接，電 容C2的負極接地，二極體D2的負極和高頻電感L4F串聯後與反激變 壓器T1F的初級線圈的中心抽頭連接，場效應管Q1的柵極空置，源 極接地，漏極與反激變壓器T1F的初級線圈另一端連接。
在上述技術方案的基礎上，矽橋式整流器的型號為T6KB60 BD1， 反激變壓器T1F的型號為TR-EP3220，高頻電感L4F的型號為RM8 96UH。
本實用新型所述的感容並聯型被動式PFC電路，電路簡單，成本 低廉，對整機振動可靠性影響很小，符合CCC對電源的8Q/。諧波要求， 因為使得PFC校正電感高頻化，PFC電感重量大大減輕。本實用新型 是一種新型電感電容並聯型無源PFC電路，可以應用於平板電視開關 電源的無源PFC電路。
本實用新型有如下附圖
圖1感容並聯型被動式PFC電路的電路原理圖
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
圖1為本實用新型所述的感容並聯型被動式PFC電路的電路原理 圖，矽橋式整流器的引腳1和電容C1的一端連接，引腳2和電容C1 的另一端均接地，二極體Dl、 D2的正極均和矽橋式整流器的引腳1 連接，二極體D1的負極分別和電容C2的正極、反激變壓器T1F的初 級線圈一端連接，電容C2的負極接地，二極體D2的負極和高頻電感 L4F串聯後與反激變壓器T1F的初級線圈的中心抽頭連接，場效應管 Ql的柵極空置，源極接地，漏極與反激變壓器T1F的初級線圈另一 端連接。本實用新型給出的技術方案的特點是將電感疊加在主變壓 器上(也就是開關電源中)使其高頻化，整流後的100Hz波動電壓加 在電感一端，使得電流跟隨100Hz波動電壓變化達到高頻電流包絡跟 隨100Hz波動電壓的變化，達到輸入電壓與電流無相位差而校正PF 值。
在上述技術方案的基礎上，矽橋式整流器的型號為T6KB60 BD1， 反激變壓器T1F的型號為TR-EP3220，高頻電感L4F的型號為腿8 96UH。
本實用新型是一種應用在中小功率的電路，應用中小功率的消費 類電子產品當中，例如可以應用於平板電視開關電源的無源PFC電 路。PFC校正電感從AC支路放到高頻支路中來，所以可以高頻化、 小型化。讓其工作在開關電源的工作頻率下，疊加在高頻開關電源上， 參與其工作。工作原理可以概括為將傳統的無源PFC校正電感放於高 頻開關電源支路當中，使其高頻化，降低體積與成本，而同樣可以達 到校正PFC值的效果，而且可以做得更高。分為兩個支路， 一個電容 支路， 一個電感支路，這兩個支路一起疊加在反激變壓器上面，利用高頻反激開關電源的特性與電感，電容的特性，將輸入的電流校正成
70KHz的高頻電流，消除大電解100Hz充電，70KHz放電的特性，增 加整流二極體的導通角，從而校正了PF值，降低了諧波電流。本實 用新型還可以應用於反激，半橋，全橋等拓撲，為了方便具體描述其 工作原理，我們將以普通反激為例來設計本實用新型技術在反激中的 應用，其他的拓撲方式雷同，不再遨述。本實用新型的工作原理概要 如下在反激電路中，如果將PFC校正電感從所串聯的交流支路放到 高頻支路中來，就可以使電感高頻化與小型化。主電路的反激拓撲工 作在67KHz，如果將PFC校正電感連接在中心抽頭上，這樣就疊加在 了高頻開關電源上，並參與其工作。為了其正常工作我們加入了兩個 隔離二極體Dl與D2，如圖1所示。這樣我們可以看到分為兩個支路， 一個電容支路， 一個電感支路，這兩個支路一起疊加在反激變壓器上 面。利用高頻反激開關電源的特性與電感，電容的特性，將輸入的電 流校正成70KHz的高頻電流，消除大電解100Hz充電，70KHz放電的
特性，增加整流二極體的導通角，從而校正了PF值，降低了諧波電 流。
如圖1所示，本實用新型的工作過程如下
在電源開機的瞬間，電流通過D1，對大電解C2充電，形成於正 常工作電流10 20倍的衝擊電流，充電時間與電解的容量與輸入電 壓有關，當電解上的電壓達到輸入電壓的峰值時，充電截止。當電解 充滿電荷後，反激電路進入正常工作的狀態。
一路的電流通過D2、 L4F、 T1F、 Ql對地形成一個支路，由於電 感L4F的感量較大，加上變壓器T1F的一半線圈，使得電流線性上升， 在場效應管Ql關斷時達到一個頂峰，L4F上感應出一個左正右負的 電動勢。
另一個支路的電流通過電解放電，通過T1F、 Ql也形成一個電流 支路。當Q1關斷時，T1F中存儲的能量通過次級向負載釋放，而L4F 中存儲的能量只能通過T1F的上半線圈與電解形成一個放電的迴路，
6L4F中形成一個左負右正的電動勢，通過T1F上半線圈、C2、 D2回到 L4F，所以L4F將在Ql導通期間存儲的能量在Ql截止時釋放到電容 中，以便下個導通時間到來時電解電容不需要通過D1向電網補充電 荷。所以工作的支路有兩條，在Q1導通時給變壓器的氣隙存儲能量 的同時也給LF4F存儲能量，截止時主變壓器T1F在釋放能量的同時， Dl的截止讓電感LF4F正好可以補充大電解電容損失的能量。
電感右端接變壓器中點，為典型反激波形，在左端因為電感的續 流搶佔了一定的佔空比，所以電感兩端電壓波形的佔空比是不一樣 的，其佔空比為續流時間加導通時間。所以利用電感在導通期間存儲 能量，Ql截止期間利用對電容補充電荷，這樣使大電解在70KHz的 充電，與70KHz的放電，不會有100Hz的大電流充電現象，增大了整 流二極體的導通角度，抑制了高次諧波電流。
上面我們分析了如何降低諧波電流，但實際中總諧波失真與PF 值並沒有太大的關係。我們知道，PF值是有功功率與視在功率的之 比存在的相位角取餘弦。所以即使電流波行失真很大，但功率因數可 能會還很高，只要沒有相位差。
THD《％》- /^. - 1
而PF=KD*Kd>，就可以知道諧波失真與功率因數的關係。
pF ——…"….
下面來分析下過程，當反激在工作過程中，只要將標準的100Hz 波動電壓與反激動的工作波形通過電感疊加，就可以讓電感電流跟隨 整流後100Hz脈動電壓的變化，形成一個與脈動電壓波形一樣包烙的 電流波形。如式V(t)二L(di/dt)
輸入的脈動電壓波形是時間的函數，而電壓與電感電流的正比關 系，就形成了電感電流跟隨輸入電壓的變化，校正了電壓與電流的相 位，需要注意的是，需要加入隔離二極體阻止在谷底時其電流反向流過電感如D2。
而由於D2的截止作用，在脈動電壓波形的電壓谷底，C2的電荷 是不能通過電感反向對地形成電流，在谷底主要依靠電容的電荷來維 持電源的正常工作，所以電容上的電壓也同樣是跟脈動電壓波形的電 壓高低隨時間而變的。在谷頂的時候，由於D2導通，Ql截止期間， L4F通過T1F到C2形成續流迴路，給大電解充電其電解上電位也會 高。
本電路唯一的缺點是電解電容上面的紋波電壓大，因為100Hz的 變化是跟隨輸入來變化的。在輸出端紋波電壓也會較一般的反激電路 大。這一缺點可以採用只做單路輸出的電路可以通過反饋環來對 100Hz紋波電壓進行抑制，加以實現。
本實用新型給出的技術方案擁有無源電感器PFC校正的低成本 優點，又擁有有源PFC電路無奇次諧波電流，高PF值的優點，是LCD-TV 電源模塊中的首選方案，具有非常高的經濟效益與可靠性價值。本實 用新型用高頻電感用來校正PF值與諧波電流，直接連接在高頻開關 電源變壓器中心抽頭上，利用高頻開關電源的特性，將整流後的饅頭 波疊加在電感一端，另一端為變壓器中心抽頭，使其電感電流跟隨饅 頭波電壓包絡，提升了PF值。在MOS關斷時電感能量利用變壓器續 流對大電解充電，解決了一般無PFC電路的100Hz充電，70KHz放電 使導通角變小，解決了諧波電流超標的現象。所說的饅頭波是指正弦 交流電電壓整流後的波形。本實用新型利用簡單幾個校正元器件可以 基本達到有源PFC電路的校正效果，但成本遠遠低於有源PFC電路， 而且具有高可靠性。而且通過將無源PFC電感高頻化而不使用控制芯 片與複雜檢測電路，直接利用高頻開關電源來校正PF值，省去控制 部分與功率導體器件。在主變壓器上繞制一個線圈，電感與電容分別 位於線圈的兩端，高頻工作期間，電感的能量傳給電容，電容來維持 工作的電荷，從而改善初級二極體的導通角，改善PF值與諧波電流。
權利要求1.一種感容並聯型被動式PFC電路，其特徵在於矽橋式整流器的引腳1和電容C1的一端連接，引腳2和電容C1的另一端均接地，二極體D1、D2的正極均和矽橋式整流器的引腳1連接，二極體D1的負極分別和電容C2的正極、反激變壓器T1F的初級線圈一端連接，電容C2的負極接地，二極體D2的負極和高頻電感L4F串聯後與反激變壓器T1F的初級線圈的中心抽頭連接，場效應管Q1的柵極空置，源極接地，漏極與反激變壓器T1F的初級線圈另一端連接。
2. 如權利要求1所述的感容並聯型被動式PFC電路，其特徵在 於矽橋式整流器的型號為T6KB60 BD1，反激變壓器T1F的型號為 TR-EP3220，高頻電感L4F的型號為RM8 96UH。
專利摘要一種感容並聯型被動式PFC電路，涉及被動式PFC電路，矽橋式整流器的引腳1和電容C1的一端連接，引腳2和電容C1的另一端均接地，二極體D1、D2的正極均和矽橋式整流器的引腳1連接，二極體D1的負極分別和電容C2的正極、反激變壓器T1F的初級線圈一端連接，電容C2的負極接地，二極體D2的負極和高頻電感L4F串聯後與反激變壓器T1F的初級線圈的中心抽頭連接，場效應管Q1的柵極空置，源極接地，漏極與反激變壓器T1F的初級線圈另一端連接。本實用新型電路簡單，成本低廉，對整機振動可靠性影響很小，符合CCC對電源的8％諧波要求，因為使得PFC校正電感高頻化，PFC電感重量大大減輕。
文檔編號H02M1/42GK201328080SQ20082018350
公開日2009年10月14日 申請日期2008年12月19日 優先權日2008年12月19日
發明者強 孫 申請人:深圳晶辰電子科技股份有限公司