電源濾波電路的製作方法

2023-10-18 14:29:04 2

專利名稱：電源濾波電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及濾波電路，特別是指一種以主動式電力濾波電路和被動式電力濾波電路結合的濾波電源裝置。
背景技術：
隨著科技的進步，人們對於電能的依賴性也與日俱增，電力已經是現代生活中不可或缺的一項重要資源。以前大家對電力的要求是不缺電就好，但是隨著生活水平的提升及科技產業升級，追求高品質的電力供需，一直是全球各國所想要達到的目標，高科技、高產值產業的發展，也代表著許多精密設備的己被廣泛使用，因此導致人們對電力的要求也有所改變，電量供應的提升也開始兼顧電力品質的優劣與否，然而大量的興建電廠，並非解決問題的唯一途徑，必需提高電力供給的質量，另一方面則是提高電氣產品的功率因素(Power factor)或效率，才能有效解決問題。目前人們使用的各項設備，絕大多數其內部都是直接或是間接以直流電源工作。可是電力生產部門因發電系統與電力傳輸等其所提供之電力為交流電，因此我們需要交流/直流轉換器，將交流電轉換成所需的直流工作電壓，常見的交流/直流轉換器為二極體橋式整流器，此電路只須四個二極體即可，因為架構簡單且成本低廉，所以廣泛被使用。如附圖2所示，其電壓/電流波形示意圖，但是此電路的缺點就是輸入電壓和輸入電流有相位差，以及輸入電流含有諧波成份，所以會使功率因素下降造成輸入電流的波形對輸出電壓波形有嚴重的失真，導致電力系統不穩定，嚴重時會使供電中斷，再加上現今有很多的電氣產品，因其內部阻抗的特性，使得其功率因素非常低，加上使用者對電力品質的要求日益嚴格，使得改善電源供應器之功率因素成為一項重要課題，其技術要點則是著重在電源供應裝置的電力濾波電路上。
電力濾波電路的主要作用是讓電壓與電流的相位相同且使負載近似於電阻性，因此在電路設計上有很多種作法，主要可分為被動式電力濾波電路和主動式電力濾波電路兩種，分別說明如下(一)被動式電力濾波電路，其電壓/電流波形圖如附圖3所示被動式電力濾波電路系利用由電阻、電容及電感等被動組件所構成，用以將滯後或是超前的功率因素補償回來，對於功率因素值的要求較不嚴謹，其作法是使用含有氣隙矽鋼片形式的電感串聯在輸入端上，或配合電容作LC型或π型低通濾波器，依其共振型態的不同，大略分為調諧濾波器(TunedFilter)及高通阻尼濾波器(High Pass Damped Filter)兩類。常用的調諧濾波器有單調諧型和雙調諧型，而常用的高通阻尼濾波器則有一次型、二次型、三次型及C型，然而愈是要對低頻有作用的電感，其電感值必需愈大，舉例來說，在個人計算機上的ATX電源供應器，若是被動式電力濾波電路時，其體積都相當大且笨重，功因值在最好的狀況下也只能達到70％而已，在嚴格的功因要求規範下並不適用。它最大好處就是所需線路簡單，生產成本較低，缺點是能源轉換效率不高，容易產生工頻震動和噪音等問題。
(二)主動式電力濾波電路，其電壓/電流波形圖如附圖4所示主動式電力濾波電路是利用主動式開關組件的切換，搭配被動組件使系統從市電汲取的輸入電流波形與電壓波形一致，從而消除電流的相位畸變和波形畸變，獲得近似為1的高功率因素，同時具有調節輸出電壓準位的功能，其控制晶片還能夠提供輔助供電，驅動電源內部其它晶片，主動式電力濾波電路依其連接方式來分類，可分為並聯式、串聯式及串並聯組合式，由於主動式電力濾波器具有體積小、功率因素高、重量輕等優點，因此已被廣泛使用，但結構複雜，成本高，適用於90V～270V的全域電壓(Fullrange/universal voltage)的場合中使用，目前採用主動式PFC的計算機電源一般採用升壓轉換器(Boost converter)式設計。
綜合上述，現今的電源供應器不論是採用被動式電力濾波電路，或是主動式電力濾波電路，在應用上都分別存在有能源轉換效率不高、或噪音、或電路結構複雜造成之成本過高等不適用的問題。

發明內容
鑑於上述現有技術存在的缺失，本實用新型的主要目的在於改善電源供應裝置的功率因素，以符合電氣規範，並可節省製作成本。
根據以上所述之目的，本實用新型提供一結合被動式電力濾波電路及主動式電力濾波電路的電源供應裝置，藉由電路的改進設計，可結合被動式電力濾波電路及主動式電力濾波電路的優點，及排除其各自的缺點，以主動式電力濾波電路補償被動式電力濾波電路無法解決的電流相位超前或滯後部份，其電性連接於一具備有交流輸入端及直流輸出端的整流器，於該整流器的直流輸出端上接設有兩濾波電容，且於該整流器的交流輸入端或直流輸出端設有一用以延長該直流輸出端進入兩濾波電容儲存電能的電流導通時間的電源濾波電路，其中該電源濾波電路包含有一對應濾波電容產生諧振效應以具備第一延長電流導通時間的第一功率因素校正電路，以及一升壓強制濾波電容儲存電能並具備補償該第一延長電流導通時間的第二延長電流導通時間的第二功率因素校正電路。


圖1為本實用新型的電源濾波電路結構示意圖；圖2為本實用新型的修正前電壓/電流波形示意圖；圖3為本實用新型的加電感修正後的電壓/電流波形示意圖；圖4為本實用新型的升壓補償電路輸出電壓/電流波形示意圖；圖5為本實用新型功率因素修正後的電壓/電流波形示意圖。
具體實施方式
附圖1為本實用新型所提供技術的電源電路結構示意圖，主要包括過載保護電路11、突波電流限制電路12、第一濾波電路13、第一功率因素校正電路14、整流器15、第二功率因素校正電路16、第二濾波電路17、電源推動電路18、變壓器19、輸出整流器20、電源回授電路21、VCC電源電路22、以及輸出濾波電路23、24、25，附圖中第一功率因素校正電路14為繞組負責對應該第二濾波電路17的兩濾波電容C5、C6而產生諧振效應所造成的電流峰值下降及相位展延現象(如附圖2、3所示)，附圖2為系統未加入該第一功率因素校正電路14前的電壓/電流波形圖，如圖所示，在電電壓a的全相周期中，其電電流b的峰值相對較高及周期較小；當加入該第一功率因素校正電路14，其電壓/電流波形圖將如附圖3所示，該電電流b』的導通時間己明顯被延長及峰值的下降而具備出一第一延長電流導通時間，而前述該第二功率因素校正電路16包含前置升壓迴路162，其具備升壓繞組L2、功率電晶體Q3及二極體D1，用以將該整流器15整流後的電壓提升至對應兩濾波電容C5、C6可儲存電能的額定值，以補償該第一功率因素校正電路14無法解決的電流相位超前或滯後部份使整個電壓周期中均有電流產生，由此前置升壓迴路162將產生位於該第一延長電流導通時間的超前及滯後的第二延長電流導通時間；限流保護迴路163用以限制該第二功率因素校正電路16之輸出功率數；過壓保護迴路164，用以限制該第二功率因素校正電路16的輸出電壓；誤差放大迴路165，用以檢測該電容C5、C6的端電壓；線電流檢測迴路166，用以檢測對該電容C5、C6充電的充電電流；以及PWM控制器167，用以調整該前置升壓迴路162的輸出。
該第二功率因素校正電路16的處理動作為，當交流輸入源自電源端10送入，經該過載保護電路11、該突波電流限制電路12、該第一濾波電路13後、該第一功率因素校正電路14，先進入經該整流器15整流(亦可另設有一整流器連接於電源端10與前置升壓迴路162之間)，再經由該前置升壓迴路162中的一功率電晶體Q3將整流後的電壓由升壓繞組L2提升至該額定值，其中，該PWM控制器167主要是將該限流保護迴路163、該過壓保護迴路164、該誤差放大迴路165、及該線電流檢測迴路166傳送回來的各檢測參數值，經由比較計算後產生可以控制該功率電晶體Q3的工作頻寬，以讓該第二功率因素校正電路16的輸出功率維持在該額定值內；有關各參數值詳細說明如後1.當該第二功率因素校正電路16輸出的功率數高於電路設計之初的輸出額定值(最佳實施例為40瓦以下)時，該限流保護迴路163會從該前置升壓迴路162中的電阻R1取得此狀態參數值；2.當該第二功率因素校正電路16輸出的電壓過高，藉由與二極體D1陰極連接的過壓保護迴路164，可測得此時的電壓值；
3.該誤差放大迴路165的作用在於檢測該電容C5、C6的一端電壓；以及4.當線端電壓達到該電容C5、C6的端電壓後，會產生大量的充電電流，可由該線電流檢測迴路166自電阻R2檢測此一線電流值。
於是，當該前置升壓迴路162將經其二極體D1送出波形如第4圖的電電壓a、電流b」所示的額定值後，隨即會再經由二極體D2送入該第二濾波電路17，以便對該第二濾波電路17中的電容C5、C6作全相位的充電，如此就可將原本無法由該第一功率因素校正電路14修正的電流相位作一完善的補償，其補償後的電流波形如附圖5中所示的電流c。
最後再把經第二濾波電路17濾波後所得的工作電源，透過該電源推動電路18送入該變壓器19，以轉換成不同電壓值的工作電源，並分別交由與該變壓器19二次側連接的該輸出整流器20處理，並經由各自的輸出濾波電路23、24濾波後送出，此外該工作電源亦會分流至該電源回授電路21，以便讓該電源回授電路21中的控制IC211依據回授計算後的差值，調整功率電晶體Q1、Q2控制極的工作頻寬，以控制該功率電晶體Q1、Q2輸出至該變壓器19的功率，其中該控制IC211工作所需的電源系由該VCC電源電路22所提供，另外該VCC電源電路22則是由輸出一5伏特的STB工作電源提供。
因此，根據本實用新型所提供的技術，結合被動式電力濾波電路，及主動式電力濾波電路兩者之優點所設計電源電路，可符合電氣規範的需求，並達到體積小，製作成本低的目的。
上述僅為本實用新型的較佳實施例。任何熟悉此技術人員，在不脫離本實用新型的權利要求範圍內所作的更動與潤飾，仍應屬本實用新型的保護範疇。
權利要求1.一種電源濾波電路，為電性連接於具備有交流輸入端及直流輸出端的整流器(15)，於該整流器(15)直流輸出端上接設有兩濾波電容C5、C6，且於該整流器(15)的交流輸入端或直流輸出端設有用以延長該直流輸出端進入兩濾波電容C5、C6儲存電能的電流導通時間的電源濾波電路，其特徵在於該電源濾波電路包含有一對應濾波電容C5、C6產生諧振效應以具備第一延長電流導通時間的第一功率因數校正電路(14)，以及升壓強制濾波電容C5、C6儲存電能並具備補償第一延長電流導通時間的第二延長電流導通時間的第二功率因數校正電路(16)。
2.如權利要求1所述的電源濾波電路，其特徵在於第一功率因數校正電路(14)為一繞組。
3.如權利要求1所述的電源濾波電路，其特徵在於第二功率因數校正電路(16)包含一前置升壓迴路(162)，其包含有電性連接於整流器(15)及兩濾波電容C5、C6之間的升壓繞組L2、一電性連接升壓繞組L2的功率電晶體Q3、及至少一電性連接升壓繞組L2的二極體D1，用以將整流器(15)整流後的電壓提升至對應兩濾波電容C5、C6可儲存電能的額定值；一PMW控制器(167)，用以控制該前置升壓迴路(162)輸出。
4.如權利要求3所述的電源濾波電路，其特徵在於第二功率因數校正電路(16)更具備限流保護迴路(163)，從該前置升壓迴路(162)中的電阻R1測得該前置升壓迴路(162)的輸出功率因數並傳輸至PMW控制器(167)。
5.如權利要求3所述的電源濾波電路，其特徵在於第二功率因數校正電路(16)更具備過電壓保護迴路(164)，用以檢測前置升壓迴路(162)的輸出電壓PMW控制器(167)。
6.如權利要求3所述的電源濾波電路，其特徵在於第二功率因數校正電路(16)更具備誤差放大迴路(165)，用以檢測該兩濾波電容C5、C6的端電壓並傳輸至PMW控制器(167)。
7.如權利要求3所述的電源濾波電路，其特徵在於第二功率因數校正電路(16)更具備線電流檢測迴路(166)，當線端電壓達到該兩濾波電容C5、C6的端電壓，自電阻R2檢測該兩濾波電容C5、C6充電的大量充電電流並傳輸至PMW控制器(167)。
專利摘要本實用新型的一種電源濾波電路，提供一結合被動式電力濾波電路及主動式電力濾波電路的電源裝置，基於電路的改進設計，可結合被動式電力濾波電路及主動式電力濾波電路的優點，及排除其各自的缺點，以主動式電力濾波電路補償被動式電力濾波電路無法解決的電流相位超前或落後部份，藉以提供一種製作低成本，但具備優質輸出功率因素的電源濾波電路。
文檔編號H02J3/01GK2829211SQ200520039409
公開日2006年10月18日 申請日期2005年2月1日 優先權日2005年2月1日
發明者盧文慶 申請人:李木土