無開關(guān)高效功率因數(shù)補(bǔ)償電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了無開關(guān)高效功率因數(shù)補(bǔ)償電路，輸入電壓通過整流二極管D1、D2、D3和D4整流成只有正端的折疊正弦波電壓；當(dāng)整流正弦電壓升高過程中，二極管D5、D10陽極的電壓超過其陰極電壓時，即二極管D5和D10導(dǎo)通，整流電壓對串聯(lián)的三個電容C5、C4和C3進(jìn)行充電；當(dāng)整流正弦電壓降低時，二極管D6、D8、D9和D11均導(dǎo)通，電容C5、C3、C4成并聯(lián)，從而使得負(fù)載上的電壓減低為整流峰值電壓的三分之一，延長了輸入電流的導(dǎo)通時間，使得輸入電流的波形變寬。本實(shí)用新型既避免了開關(guān)型功率因數(shù)補(bǔ)償電路的復(fù)雜性，又解決了現(xiàn)有的無開關(guān)功率補(bǔ)償電路在容性負(fù)載條件下達(dá)不到0.9功率因數(shù)的問題，從而實(shí)現(xiàn)低成本和高功率因數(shù)補(bǔ)償。
【專利說明】 無開關(guān)高效功率因數(shù)補(bǔ)償電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電路【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉無開關(guān)高效功率因數(shù)補(bǔ)償電路。
【背景技術(shù)】
[0002]功率因數(shù)是正弦交流電中電流對電壓的相位及其電流變形的衡量指標(biāo)。當(dāng)電流的波形與電壓完全相同并沒有超前或滯后(相位差)時，此時的功率因數(shù)為最大，即I或100%。小于I的功率因數(shù)意味著從發(fā)電站的電到達(dá)用戶后有一部分沒有被使用掉，而是返回了發(fā)電站，這部分稱為無功功率。功率因數(shù)越低的其無功功率越高。無功功率是按功率因數(shù)大小跟有功功率成比例的。因此為了滿足用戶的需求，也就是對有功功率的需求，發(fā)電站必須要按比例傳送額外的無功功率。結(jié)果不但造成了電力在輸電線上的額外損耗，另外發(fā)電站的實(shí)際有效電力使用容量也被減小。所以很多產(chǎn)品都對功率因數(shù)有最低的要求。為了滿足功率因數(shù)的要求，常常需要額外的電路對功率因數(shù)進(jìn)行較正和補(bǔ)償，以提高功率因數(shù)。
[0003]通常功率因數(shù)電路分兩大類，一類是由受控制的開關(guān)來達(dá)到功率因數(shù)補(bǔ)償目的，一般包括反激拓?fù)?Flyback)、升壓(Boost)、降壓(Buck),以及降升壓(Buck-Boost)等；另一類電路是無開關(guān)的功率因數(shù)補(bǔ)償電路，在這類電路中以元件的自然特性達(dá)到功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)哪康?。目前，世界上包括中國在?nèi)大多數(shù)國家和地區(qū)要求的最低功率因數(shù)是0.9，雖然帶開關(guān)功率因數(shù)補(bǔ)償電路可以達(dá)到較高的功率因數(shù)，比方說0.9以上，但開關(guān)型電路體積龐大，也比較復(fù)雜，使得產(chǎn)品的成本提高；現(xiàn)有無開關(guān)功率因數(shù)補(bǔ)償電路簡單可靠，但如果負(fù)載為電容性負(fù)載，現(xiàn)有的無開關(guān)功率因數(shù)補(bǔ)償電路功率補(bǔ)償達(dá)不到功率因數(shù)0.9以上的要求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的發(fā)明目的在于:針對上述存在的問題，提供一種能夠既避免了開關(guān)型功率因數(shù)補(bǔ)償電路的復(fù)雜性，又解決了現(xiàn)有的無開關(guān)功率補(bǔ)償電路在容性負(fù)載條件下達(dá)不到0.9功率因數(shù)的問題，從而實(shí)現(xiàn)低成本和高功率因數(shù)補(bǔ)償。
[0005]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是這樣的:無開關(guān)高效功率因數(shù)補(bǔ)償電路，輸入電壓通過整流二極管D1、D2、D3和D4整流成只有正端的折疊正弦波電壓；當(dāng)整流正弦電壓升高過程中，二極管D5、DlO陽極的電壓超過其陰極電壓時，即二極管D5和DlO導(dǎo)通，整流電壓對串聯(lián)的三個電容C5、C4和C3進(jìn)行充電；當(dāng)整流正弦電壓降低時，二極管D6、D8、D9和Dll均導(dǎo)通，電容C5、C3、C4成并聯(lián)，從而使得負(fù)載上的電壓減低為整流峰值電壓的三分之一，延長了輸入電流的導(dǎo)通時間，使得輸入電流的波形變寬。
[0006]作為優(yōu)選，所述電容C4與三個二極管D9、D10、D11組成一級充放電降壓電路。
[0007]作為優(yōu)選，所述輸入電流的波形更接近于輸入電壓波形，功率因數(shù)可達(dá)到0.98。
[0008]作為優(yōu)選，所述降壓電路不限于一級降壓電路，如果需要，可以加更多級。
[0009]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0010]1、本發(fā)明避免了復(fù)雜的開關(guān)型功率因數(shù)補(bǔ)償電路，解決了非開關(guān)型功率因數(shù)補(bǔ)償電路達(dá)不到很多國家法律要求的0.9以上的功率因數(shù)問題，提供了低成本且高功率因數(shù)補(bǔ)償電路，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)降低成本提高了可靠性。
[0011]2、本發(fā)明的電路使得整流后的最低輸出電壓進(jìn)一步得到降低，即峰值整流電壓的三分之一，從而進(jìn)一步延長了輸入電流的導(dǎo)通時間，使得輸入電流的波形更接近于輸入電壓波形，因此本發(fā)明電路的功率因數(shù)補(bǔ)償可以達(dá)到0.98。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為沒有功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)娜菪载?fù)載電路；
[0013]圖2A為一種帶電感的無開關(guān)功率因數(shù)補(bǔ)償電路；
[0014]圖2B為另一種帶電感的無開關(guān)功率因數(shù)補(bǔ)償電路；
[0015]圖3為不帶電感的無開關(guān)功率因數(shù)補(bǔ)償電路；
[0016]圖4為本專利不帶電感的功率因數(shù)補(bǔ)償電路；
[0017]圖5為電阻性負(fù)載的輸入電壓和電流波形；
[0018]圖6為容性負(fù)載的輸入電壓和電流波形；
[0019]圖7為現(xiàn)有的不帶電感的無開關(guān)功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)妮斎腚妷汉碗娏鞑ㄐ危?br> [0020]圖8為本專利不帶電感的無開關(guān)功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)妮斎腚妷汉碗娏鞑ㄐ危?br> [0021]圖中標(biāo)記:1-負(fù)載，401-輸入電壓波形，402-輸入電流波形，501-輸入電流波形，601-輸入電流波形，701-輸入電流波形。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型作詳細(xì)的說明。
[0023]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0024]如圖1所示，輸入的交流電壓經(jīng)過以D1、D2、D3、和D4的具有單向?qū)ㄌ匦缘亩O管組成的整流器以后，使得輸入的正負(fù)向正弦波電壓成為只有正向的折疊的正弦波。假如沒有濾波電容Cl，那么輸入端的電壓和電流波形如圖5所示，401為輸入電壓波形，402為輸入電流波形。由圖5可見，這個電壓和電流的波形完全相同，并且沒有相位移。因此功率因數(shù)為最大值I。但因?yàn)橐话汶娐范夹枰袨V波電容Cl，使得整流后的電壓波形更接近于直流，因此負(fù)載變成了帶電容性的負(fù)載。這樣的負(fù)載條件下的輸入電壓和電流波形如圖6所示，其中401為輸入電壓波形，而501為輸入電流波形，可見輸入電流波形與輸入電壓波形相差很大。這是因?yàn)楫?dāng)交流的輸入電壓通過整流后，如果低于電容上的電壓，由于整流二極管的單向?qū)щ娦裕鞫O管不再導(dǎo)通，所以沒有電流從輸入端流向負(fù)載，電容Cl向負(fù)載I提供電流。這樣的電路的功率因數(shù)一般在0.6左右，遠(yuǎn)低于各國法律要求的0.9以上。
[0025]為了提高功率因數(shù)，開關(guān)型的功率因數(shù)可以達(dá)到0.99以上，但電路復(fù)雜成本高。而無開關(guān)型的功率補(bǔ)償電路簡單可靠，但功率因數(shù)補(bǔ)償效果不如開關(guān)型電路，很難達(dá)到0.9以上。一般的無開關(guān)型的功率因數(shù)補(bǔ)償電路可以分兩類。一類是使用電感的，如圖2A和2B中所示的電路里使用了電感L5。由于電感的體積非常龐大，不方便使用，因此不帶電感的無開關(guān)功率因數(shù)補(bǔ)償電路使用得更為廣泛。[0026]如圖3為一種典型的非開關(guān)無電感功率因數(shù)補(bǔ)償電路。其工作原理為:輸入電壓通過整流二極管D1、D2、D3和D4整流成只有正端的折疊的正弦波電壓。當(dāng)電壓降低時，由于整流二極管的單向?qū)щ娦裕鞫O管傾向于阻斷輸入電流流向輸出負(fù)載。而電容C5和C3則趨向于對負(fù)載提供電流。而這樣的輸出電流使得二極管D6和D8導(dǎo)通，導(dǎo)通的結(jié)果使得電容C5和C3從串聯(lián)變成了并聯(lián)，所以負(fù)載上的電壓減低為半，這樣當(dāng)輸入電壓大于輸入電容Cl上的電壓，也就是最高電壓的一半時，整流二極管開始且繼續(xù)導(dǎo)通，使得輸入電流繼續(xù)流向負(fù)載。輸入整流電壓上升過程中，當(dāng)二極管D5陽極的電壓超過其陰極電壓時，二極管D5導(dǎo)通，整流電壓對電容C5和C3進(jìn)行串聯(lián)充電，一直充到輸入整流電壓的峰值，所以可見在輸入電流波形上呈現(xiàn)一小尖刺，如圖7所示。若要降低小尖刺的幅度，可以用一電阻或電感與二極管D5串聯(lián)。由于負(fù)載端的最低電壓被降低到整流峰值電壓的一半，輸入電流導(dǎo)通時間變長，因此輸入電流的波形變寬，比較接近于輸入波形。這樣的電路可以改善功率因數(shù)到0.8以上，但通常達(dá)不到0.9以上。
[0027]如圖4所示，一個電容C4和三個二極管D9、D10、Dll組成了新的一級充放電。當(dāng)整流正弦電壓升高時，二極管D5和DlO導(dǎo)通，整流電壓對串聯(lián)的三個電容C5、C4和C3進(jìn)行充電，當(dāng)電壓降低時，二極管D6、D8、D9和Dll均導(dǎo)通，電容C5、C3、C4成并聯(lián)，給負(fù)載提供電流。這個電路使得整流后的最低輸出電壓進(jìn)一步降低，為峰值整流電壓的三分之一。因此進(jìn)一步延長了輸入電流的導(dǎo)通時間。如圖8所示，輸入電流的波形更接近于輸入電壓波形，所以功率因數(shù)更高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示某些應(yīng)用中功率因數(shù)可以達(dá)到0.98。
[0028]此發(fā)明不限于多一級的降壓電路，如果需要，可以加更多級。
[0029]本發(fā)明電路使得負(fù)載端的最低電壓變得更低，輸入電流的導(dǎo)通時間更長，從而獲得更高的功率因數(shù)。
[0030]以上所述的具體實(shí)施例，對本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【權(quán)利要求】
1.無開關(guān)高效功率因數(shù)補(bǔ)償電路，其特征在于，輸入電壓通過整流二極管D1、D2、D3和D4整流成只有正端的折疊正弦波電壓；當(dāng)整流正弦電壓升高過程中，二極管D5、D10陽極的電壓超過其陰極電壓時，即二極管D5和DlO導(dǎo)通，整流電壓對串聯(lián)的三個電容C5、C4和C3進(jìn)行充電；當(dāng)整流正弦電壓降低時，二極管D6、D8、D9和Dll均導(dǎo)通，電容C5、C3、C4成并聯(lián)，從而使得負(fù)載上的電壓減低為整流峰值電壓的三分之一，延長了輸入電流的導(dǎo)通時間，使得輸入電流的波形變寬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無開關(guān)高效功率因數(shù)補(bǔ)償電路，其特征在于，所述電容C4與三個二極管D9、D10、D11組成一級充放電降壓電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無開關(guān)高效功率因數(shù)補(bǔ)償電路，其特征在于，所述輸入電流的波形更接近于輸入電壓波形，功率因數(shù)可達(dá)到0.98。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無開關(guān)高效功率因數(shù)補(bǔ)償電路，其特征在于，所述降壓電路不限于一級降壓電路，如果需要，可以加更多級。
【文檔編號】H02M1/42GK203708101SQ201420019060
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】林峰 申請人:常州隆輝照明科技有限公司