專利名稱：浪涌電流抑制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種浪涌電流抑制電路，尤其涉及一種適用于電視機等顯示器裝置開關(guān)電源的浪涌電流抑制電路。
背景技術(shù)：
目前市場上銷售的電視機通常都使用開關(guān)電源，以提高工作效率和適應(yīng)電網(wǎng)輸入電壓不穩(wěn)定的要求。而開關(guān)電源的輸入電壓一般都是從220伏交流電直接整流和濾波取得。由于開關(guān)電源內(nèi)儲能濾波電容的容量一般都取得很大，其兩端電壓紋波很小，大約只有輸入電壓的10％左右，而僅當(dāng)輸入電壓大于濾波電容器兩端電壓的時候，整流二極管才導(dǎo)通，因此在輸入電壓的一個周期內(nèi)，整流二極管的導(dǎo)通時間很短，即導(dǎo)通角很小，這樣整流電路中將出現(xiàn)脈沖尖峰電流，即浪涌電流，請參閱圖1所示的一般整流電路輸入電壓與脈沖尖峰電流的波形圖。
若將此種用浪涌電流傅立葉級數(shù)展開，可被看成由非常多的高次諧波電流組成，這些諧波電流將會降低電源設(shè)備的使用效率，即功率因數(shù)很低，并會倒灌到電網(wǎng)，對電網(wǎng)產(chǎn)生污染，并干擾其它電器設(shè)備，使電器設(shè)備不能正常工作或降低工作性能，嚴(yán)重時還會引起電網(wǎng)頻率波動，即交流電源閃爍。
目前，為了降低電源整流電路中出現(xiàn)浪涌電流，很多現(xiàn)有電視機在整流電路中都串聯(lián)一個可抑制50周浪涌電流的大電感，即扼流電感。請參閱圖2，現(xiàn)有電視機采用扼流電感抑制脈沖電流的電路包括依次連接的扼流電感L1，整流單元D1～D4，濾波電容C1、電源開關(guān)單元V1，其中，為了防止電感飽和，L1的兩個線圈必須分別繞在各自獨立的磁回路之中，因此兩個線圈之間的漏感很大；自激式開關(guān)電源一般用晶體三極管作為V1使用，他激式開關(guān)電源一般用場效應(yīng)管作為V1使用。
然而，扼流L1電感雖然可以有效地抑制脈沖電流的峰值，但采用扼流電感濾波的方法不但增加電視機成本(價格大約為8～12元)，而且會使機器的損耗功率增大，使開關(guān)電源的低壓性能變差，因為扼流電感兩端會產(chǎn)生30～60VP-P(峰峰值)的電壓降，并且增加機器重量，使機械振動性能指標(biāo)下降。
實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種浪涌電流抑制電路，其能解決目前電視機開關(guān)電源的抑制浪涌電流電路成本高、損耗功率較大、低壓性能較差以及機械振動性能指標(biāo)較低的問題。
為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案為提供一種浪涌電流抑制電路，其包括依次連接的電壓輸入端、整流單元和電源開關(guān)單元，在電壓輸入端與整流單元之間串聯(lián)一電感，在整流單元和電源開關(guān)單元之間串接一用于抑制浪涌電流、增大流過整流單元電流的導(dǎo)通角、提高功率因數(shù)并減小電流脈動系數(shù)的逐流濾波單元。
上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述逐流濾波單元包括二電容和三個二極管，其中第一電容與第一二極管串聯(lián)后兩端分別連接于所述整流單元的二輸出端，第二電容與第二二極管串聯(lián)后兩端分別連接于所述整流單元的二輸出端與第一電容和第一二極管并聯(lián)，第三二極管橋接于第一二極管與第二二極管之間。
上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述與整流單元串聯(lián)的電感是一共模濾波電感。
上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述浪涌電流抑制電路還包括一電感和電阻，其中該電感串接于整流單元與逐流濾波單元之間，電阻與第三二極管串聯(lián)。
上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述浪涌電流抑制電路還包括二電感，其中一電感串接于整流單元與逐流濾波單元之間，另一電感與第三二極管串聯(lián)。
本實用新型的有益效果在于本實用新型浪涌電流抑制電路通過在整流單元和電源開關(guān)單元之間串接一逐流濾波單元用于抑制浪涌電流，可省去現(xiàn)有電視機開關(guān)電源的扼流電感和濾波電容，有效降低成本、降低損耗功率、提高低壓性能以及機械振動性能指標(biāo)。


圖1是本實用新型現(xiàn)有普通電視機整流電路輸入電壓與脈沖尖峰電流的波形示意圖；
圖2是本實用新型現(xiàn)有電視機采用扼流電感抑制脈沖電流的峰值的電路原理圖；圖3是本實用新型浪涌電流抑制電路的電路原理圖；圖4是本實用新型浪涌電流抑制電路的輸入電壓和輸入電流以及輸出電壓的波形示意圖；圖5是本實用新型浪涌電流抑制電路另一實施例的電路原理圖。
具體實施方式
請參閱圖3，本實用新型浪涌電流抑制電路包括依次連接的電感L2、整流單元、逐流濾波單元、電源開關(guān)單元。其中整流單元和電源開關(guān)單元與現(xiàn)有電視機開關(guān)電源的整流單元和電源開關(guān)單元相同，電感L2與整流單元串聯(lián)，逐流濾波單元串接在整流單元和電源開關(guān)單元之間。
本實施例的電感L2是共模濾波電感，其與現(xiàn)有采用扼流電感抑制脈沖電流的電視機中的扼流電感的結(jié)構(gòu)和功能完全不同。
本實施例的逐流濾波單元(請參閱圖3中虛線框中部分)包括電容C2、C3和二極管D5、D6、D7，其中C2與D5串聯(lián)后兩端分別連接整流單元的二輸出端，C3與D7串聯(lián)后兩端分別連接整流單元的二輸出端與C2與D5并聯(lián)，D6橋接于D5與D7之間。可以理解，該逐流濾波單元不但可以增大流過整流單元電流的導(dǎo)通角，而且還可以提高功率因數(shù)，和減小電流脈動系數(shù)(實驗證明，該逐流濾波單元可使整流單元電流的導(dǎo)通角提高到120度以上，功率因數(shù)大于0.8，電流脈動系數(shù)小于2)。
請一并參閱圖4，當(dāng)輸入電壓(AC220V)高于輸入電壓幅值的1/2時(約150V)，輸入電壓對電容C2、C3充電；當(dāng)輸入電壓小于輸入電壓幅值的1/2時(約150V)，電容C2、C3并聯(lián)向負(fù)載放電。
由此可知，因采用逐流濾波單元，本實用新型浪涌抑制電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，原來電路中(請參閱圖2)的濾波電容C1可以省去，相當(dāng)于用C2、C3代替，并且電容C2、C3的耐壓可以減小一半。但因為本實用新型逐流濾波電路輸出電壓紋波非常大，高達(dá)180V以上，所以相應(yīng)地要求電視機開關(guān)電源在非常寬的工作電壓范圍都能正常工作。為此要求電源開關(guān)管V1占空比的變化范圍應(yīng)較大；儲能濾波電容的容量也要求比較大；變壓器次級線圈與初級線圈的匝數(shù)比也要求較高。當(dāng)這些參數(shù)全部選擇合適時，才能使開關(guān)電源更加正常地工作，本實施例的上述各參數(shù)的計算方法如下所述1、電源開關(guān)管占空比的計算當(dāng)輸入電壓為AC 260V時，其峰值電壓為370V，而電源開關(guān)管V1的耐壓通常都在650V左右，由此可求得電源開關(guān)管的最大占空比為DHmax＝0.43(1)式中D為占空比，其定義是導(dǎo)通時間與周期之比，即D＝ON/T＝ON/(ON+OFF) (2)當(dāng)輸入電壓為AC 110V時，其峰值電壓為155V，其峰值電壓的一半為77V左右，假設(shè)兩個儲能濾波電容C2、C3的紋波電壓為30V，即逐流濾波單元輸出最低電壓為47V，由此可求得電源開關(guān)管的最大占空比為DWmax＝0.86(3)其中，式(1)和式(3)的結(jié)果就是電源開關(guān)管工作時占空比的極限值，實際工作時電源開關(guān)管的占空比應(yīng)介于這兩個值之間。即最高輸入電壓時(AC260V)，占空比的最大值不能大于0.43，最低輸入電壓時(AC110V)，占空比的最大值不能大于0.86。
可以理解，在實際工作中占空比要留有一定的余量，如果當(dāng)輸入電壓為AC 260V時，對應(yīng)電源開關(guān)管占空比D的最小值為1/3，則當(dāng)輸入電壓為AC110V時，對應(yīng)電源開關(guān)管占空比D的最大值則為0.79。
2、開關(guān)電源變壓器伏秒容量和變壓器匝數(shù)的計算變壓器的參數(shù)設(shè)計主要是伏秒容量的確定和變壓器線圈匝數(shù)的計算，變壓器的線圈匝數(shù)和伏秒容量由下式求得N1=UCτ108S(Bm-Br)---(4)]]>式(4)中UCτ為變壓器的伏秒容量，N1為變壓器的初級線圈繞組的匝數(shù)；UC為工電壓，單位為伏；τ為開關(guān)管導(dǎo)通脈沖寬度，單位為秒；S為變壓器磁心面積，單位為平方厘米；Bm為變壓器磁心最大磁感應(yīng)密度，單位為高斯；Br為變壓器磁心的剩磁，單位為高斯。
可以理解，其中Bm值越大越好，剩磁值Br越小越好，磁心的導(dǎo)磁率μ值越高越好，以及磁心的損耗越小越好。磁心的最大磁感應(yīng)密度Bm與磁心的材料和密度有關(guān)，以國產(chǎn)磁心為例，其Bm值約在5000高斯左右，Br約等于Bm的70％。沒有氣隙的磁心導(dǎo)磁率非常高，μ值都在幾千以上，甚至接近1萬左右，但若有0.01毫米的氣隙，導(dǎo)磁率μ就會下降到最大值的幾分之一。
開關(guān)電源變壓器的磁心中間要留氣隙，以防止流過變壓器的電流過大時出現(xiàn)磁飽和。氣隙長度與變壓器的體積有關(guān)，與磁心材料有關(guān)，還與電路中的出現(xiàn)浪涌電流的大小有關(guān)。通常電視機開關(guān)電源變壓器的氣隙長度可取0.3～0.8mm。氣隙長度取得過大容易產(chǎn)生漏感，過小，開關(guān)電源開始工作的瞬間電源變壓器容易出現(xiàn)飽和。當(dāng)變壓器留有足夠的氣隙時Bm可取4000高斯，Br可取500高斯。
計算時，UC一般取最高工作電壓；τ可根據(jù)最高工作電壓時對應(yīng)的開關(guān)管導(dǎo)通脈沖寬度來取值，開關(guān)管導(dǎo)通脈沖寬度可根據(jù)占空比的計算來求得。
知道了工作電壓UC，和對應(yīng)的開關(guān)管導(dǎo)通脈沖寬度τ，以及占空比，就可以計算變壓器其它繞組的變壓比或線圈匝數(shù)。再根據(jù)輸出功率或電流來選擇漆包線的粗細(xì)，一般漆包線的電流密度可選為2～4安/平方毫米。由于流過變壓器初級線圈的電流會跟隨輸入電壓不斷地變化，在輸入電壓最低的時候，電流反而最大，因此在選擇變壓器初級線圈電流密度時，應(yīng)按最大工作電流的情況進(jìn)行考慮。電流密度選得過大，變壓器的銅損會過大，溫升也會增大，銅損溫升以不超過25℃為宜。
例如，UC最高工作電壓為370V，對應(yīng)的占空比為1/3(最小值)，則初級線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢(反電動勢)為185伏，如需要次級線圈輸出18.5V，可取變壓比為1∶10(N2/N1)。如取UC最低工作電壓為47V，對應(yīng)的占空比為0.79(最大值)，計算出來的結(jié)果也完全相同。但占空比太大，相應(yīng)要求輸出電壓儲能濾波電容的容量也增大。
逐流濾波單元濾波電容的容量主要由輸入電壓，輸出功率來決定。一般25寸CRT電視機的損耗功率大約為150瓦左右，29寸CRT電視機的損耗功率大約為180瓦左右。
當(dāng)輸入電壓為AC220V時，1/2峰值電壓為150V，如果儲能電容器C2、C3兩端的紋波電壓為30V，則當(dāng)儲能電容器C2、C3在放電時的平均電壓為135V，而平均電流為1.11A(按150瓦計算)，對應(yīng)的放電時間為1/6周期，即3.3mS，根據(jù)ΔUC＝Q/C (5)即C＝1.11A*3.3mS/30V＝122微法 (6)
式中C為C2、C3并聯(lián)值，即C2＝C3＝61微法。
當(dāng)輸入電壓為AC110V時，1/2峰值電壓為77V，如果儲能電容器C2、C3兩端的紋波電壓仍為30V，則當(dāng)儲能電容器C2、C3在放電時的平均電壓為62V，而平均電流則為2.42A，對應(yīng)的放電時間為1/6周期，即3.3mS，根據(jù)式(5)可求出C＝2.42A*3.3mS/30V＝266微法 (7)即C2＝C3＝133微法。
以上計算結(jié)果只是元件參數(shù)的最小值，在實際應(yīng)用中需要預(yù)留足夠的余量，余量一般要取一倍左右，因為電解電容的容量受溫度影響非常大，而且隨著使用時間的增長，容量會變小。
可以理解，圖4中的波形是在假定負(fù)載不變的情況下得出來的，實際上其與電視機中逐流濾波單元輸出電壓的真正波形還有很大的出入，因為電視機中的開關(guān)電源不能等效為一個恒定負(fù)載，而是一個具有負(fù)阻特性的負(fù)載，即輸入電壓越低，輸入電流反而越大。實踐證明，在電網(wǎng)的使用設(shè)備中，電流上升率di/dt對電網(wǎng)的干擾危害最大。減小電流上升率di/dt最好的方法就是在電路中串聯(lián)電感或電阻。請一并參閱圖5，為進(jìn)一步降低逐流濾波單元中電流上升率di/dt，本實用新型浪涌抑制電路另一實施例是在上述基礎(chǔ)上增設(shè)電感L2和電阻R2，其中L2串接于整流單元與逐流濾波單元之間，R2與D6串聯(lián)?？梢岳斫猓琑2也可用一個電感來代替。
權(quán)利要求1.一種浪涌電流抑制電路，其包括依次連接的電壓輸入端、整流單元和電源開關(guān)單元，其特征在于在電壓輸入端與整流單元之間串聯(lián)一電感，在整流單元和電源開關(guān)單元之間串接一用于抑制浪涌電流、增大流過整流單元電流的導(dǎo)通角、提高功率因數(shù)并減小電流脈動系數(shù)的逐流濾波單元。
2.如權(quán)利要求1所述的浪涌電流抑制電路，其特征在于所述逐流濾波單元包括二電容和三個二極管，其中第一電容與第一二極管串聯(lián)后兩端分別連接于所述整流單元的二輸出端，第二電容與第二二極管串聯(lián)后兩端分別連接于所述整流單元的二輸出端與第一電容和第一二極管并聯(lián)，第三二極管橋接于第一二極管與第二二極管之間。
3.如權(quán)利要求2所述的浪涌電流抑制電路，其特征在于所述與整流單元串聯(lián)的電感是一共模濾波電感。
4.如權(quán)利要求3所述的浪涌電流抑制電路，其特征在于還包括一電感和電阻，其中該電感串接于整流單元與逐流濾波單元之間，電阻與第三二極管串聯(lián)。
5.如權(quán)利要求3所述的浪涌電流抑制電路，其特征在于還包括二電感，其中一電感串接于整流單元與逐流濾波單元之間，另一電感與第三二極管串聯(lián)。
專利摘要本實用新型公開了一種浪涌電流抑制電路，其包括依次連接的電壓輸入端、整流單元和電源開關(guān)單元，在電壓輸入端與整流單元之間串聯(lián)一電感，在整流單元和電源開關(guān)單元之間串接一用于抑制浪涌電流、增大流過整流單元電流的導(dǎo)通角、提高功率因數(shù)并減小電流脈動系數(shù)的逐流濾波單元。本實用新型浪涌電流抑制電路通過在整流單元和電源開關(guān)單元之間串接一逐流濾波單元用于抑制浪涌電流，可省去現(xiàn)有電視機開關(guān)電源的扼流電感和濾波電容，有效降低成本、降低損耗功率、提高低壓性能以及機械振動性能指標(biāo)。
文檔編號H04N5/63GK2805264SQ20052006180
公開日2006年8月9日 申請日期2005年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月18日
發(fā)明者陶顯芳 申請人:康佳集團股份有限公司