基于平面變壓器的高效pfc開關(guān)電源的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于平面變壓器的PFC開關(guān)電源，其結(jié)構(gòu)包括由初級側(cè)電路和次級側(cè)電路串接而成，所述初級側(cè)電路包括依次連接的三相整流電路、功率因數(shù)校正電路和濾波電路；所述次級側(cè)電路包括輸出電路，所述初級側(cè)電路和次級側(cè)電路之間采用的是平面變壓器。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)：1)使用了功率因數(shù)校正電路，使電流具有高功率因數(shù)，減小無功損耗，提高了電能利用率；2）使用平面變壓器提高了電源輸入與輸出之間的絕緣耐壓。
【專利說明】基于平面變壓器的高效PFC開關(guān)電源

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于平面變壓器的高效PFC開關(guān)電源，屬于用電信息采集設(shè)備領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]用電信息采集設(shè)備的一個(gè)重要功能就是對電能表的電量及功率不間斷地進(jìn)行計(jì)量，再將計(jì)量結(jié)果通過如載波、GPRS等通訊方式上傳至供電部門控制室，供電部門再根據(jù)用電情況合理分配電力資源。這就需要用電信息采集設(shè)備不間斷地工作。通常用電信息采集終端設(shè)備功率因數(shù)只有不到0.4，意味著發(fā)電廠發(fā)出10個(gè)單位的電能有6個(gè)單位的電能損失掉。而電信息采集終端需要長期不間斷的運(yùn)行，這勢必造成寶貴的電能資源極大地浪費(fèi)。
[0003]電網(wǎng)環(huán)境噪聲通常會(huì)影響通常質(zhì)量，如電力載波通訊方式是將信號(hào)耦合至電力線中，通過電力線將信號(hào)傳遞。采集終端一般由電源提供電能，普通電源整流濾波時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧波干擾，這些干擾信號(hào)會(huì)疊加到正常的通訊信號(hào)上，影響終端通訊的成功率。
[0004]用電信息采集設(shè)備通常安裝在電力變壓器周圍，對用電信息采集設(shè)備電源而言，本身輸入電壓較高，且經(jīng)常受外界影響，如雷擊，感性負(fù)載啟動(dòng)等，可瞬時(shí)產(chǎn)生高壓浪涌或高壓脈沖，如果電源輸入與輸出之間的絕緣耐壓不夠，高壓浪涌或高壓脈沖會(huì)擊穿次級側(cè)電路，造成終端設(shè)備損壞。為保證產(chǎn)品的安全可靠，要求電源輸入與輸出之間絕緣性要高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型提供了一種基于平面變壓器的高效PFC開關(guān)電源，其目的在于用電信息采集提高終端的功率因數(shù)，減小諧波干擾，提高電網(wǎng)電能質(zhì)量。提高電源輸入與輸出之間的絕緣性，增加了可靠性。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案:基于平面變壓器的PFC開關(guān)電源，其結(jié)我包括由初級側(cè)電路和次級側(cè)電路串接而成，所述初級側(cè)電路包括依次連接的三相整流電路、功率因數(shù)校正電路和濾波電路；所述次級側(cè)電路包括輸出電路，所述初級側(cè)電路和次級側(cè)電路之間采用的是平面變壓器。
[0007]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):1)使用了功率因數(shù)校正電路，使電流具有高功率因數(shù)，減小無功損耗，提高了電能利用率；2)使用平面變壓器提高了電源輸入與輸出之間的絕緣耐壓。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是基于平面變壓器的高效PFC開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖。
[0009]圖2是圖1的電原理圖。
[0010]圖3是功率因數(shù)校正控制器采用峰值電流模式電流波形跟隨電壓波形示意圖。
[0011]圖4-1是功率因數(shù)校正控制器Ul內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖4-2是圖4-1的引腳圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1所示，基于平面變壓器的PFC開關(guān)電源，其結(jié)構(gòu)包括由初級側(cè)電路和次級側(cè)電路串接而成，所述初級側(cè)電路包括依次連接的三相整流電路、功率因數(shù)校正電路和濾波電路；所述次級側(cè)電路包括輸出電路。
[0014]三相輸入交流電壓，通過三相整流電路后變?yōu)槊}動(dòng)直流電壓，作為功率因數(shù)校正(PFC)電路的輸入，功率因數(shù)校正(PFC)電路的輸出經(jīng)過濾波電路后變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓，再將該直流電壓通過DC-DC反激電路、隔離輸出；輸出電路包括主路輸出和輔路輸出，其中主路輸出和輔路輸出均通過變壓器Tl隔離輸出，輔路輸出通過反饋網(wǎng)絡(luò)采樣輸出電壓信號(hào)給反激控制器U2，控制主路輸出。
[0015]如圖2所示，三相整流電路由整流二極管構(gòu)成三相橋式全波整流電路，功率因數(shù)校正(PFC)電路由功率因數(shù)校正控制器U1、PFC開關(guān)MOS管Q1，PFC升壓電感LI構(gòu)成，其中，PFC升壓電感LI與三相整流電路相串聯(lián)，PFC開關(guān)MOS管Ql與三相整流電路相并聯(lián)，PFC開關(guān)MOS管Ql，PFC升壓電感LI均接入功率因數(shù)校正控制器Ul的引腳。功率因數(shù)校正控制器Ul采用意法半導(dǎo)體公司的STL6562，采用峰值電流控制方案，功率因數(shù)校正控制器Ul同步米樣輸入電壓與輸入電流信號(hào)。
[0016]濾波電路包括PFC整流二極管Dl及濾波電容Cl，其中PFC整流二極管Dl與三相整流電路相串聯(lián)，濾波電容Cl與三相整流電路相并聯(lián)。
[0017]反激電路包括準(zhǔn)諧振控制器U2、開關(guān)MOS管Q2，變壓器Tl及反饋網(wǎng)絡(luò)；輔路輸出通過反饋網(wǎng)絡(luò)采樣輸出電壓信號(hào)給反激控制器U2，控制主路輸出。
[0018]平面變壓器采用三塊8層印制板與一副變壓器磁芯構(gòu)成。三塊印制板疊加焊接在一起，磁芯從印制板中間穿過。
[0019]在電源輸入端采用兩級功率因數(shù)校正技術(shù)，第一級為功率因數(shù)校正及整流濾波部分，第二級為脈寬調(diào)制反激輸出部分。初級側(cè)電路與次級側(cè)電路之間采用平面變壓器。
[0020]功率因數(shù)指的是有效功率與視在功率之間的關(guān)系，也就是有效功率除以總耗電量(視在功率)的比值。即:
Γηη?ι1(PF) a ___________________ E 査31 些率
[0021]聊隨(PF) 有勸功寧+無功功寧補(bǔ)在功率
[0022]線性電路的功率因數(shù)(PF)習(xí)慣定義為COS^,#是正弦電壓和正弦電流間的相角差。所以設(shè)法減小輸入電壓與輸入電流之間的相位差就可以提高功率因數(shù)。
[0023]基于平面變壓器的PFC開關(guān)電源輸入整流之后增加主動(dòng)功率因數(shù)校正(PFC)電路，輸入電壓波形頻率只有50Hz，輸入電壓采樣電路通過電阻分壓方式檢測輸入電壓波形的相位，作為基準(zhǔn)，作為功率因數(shù)校正控制器Ul中比較器的輸入端。輸入電流采樣電路是利用磁環(huán)耦合方式采樣PFC升壓電感LI上的電流波形，實(shí)際使用中將該采樣線圈與PFC升壓電感LI緊密繞制在一起，將PFC升壓電感LI的波形作為比較器的另一個(gè)輸入端。利用比較器控制MOS管導(dǎo)通與關(guān)斷，同時(shí)，在MOS管中串聯(lián)電阻采樣MOS開通時(shí)的電流波形，反饋給功率因數(shù)校正控制器Ul的4腳，用作過流保護(hù)。如圖3所示，圖中黑線為輸入整流后的電壓波形，紅線為輸入電流波形，即PFC電感上的電流波形。在峰值電流模式下，由于存在PFC升壓電感LI，該電感抑制電流，MOS管Ql開通情況下MOS管上電流線性上升，上升斜率由PFC升壓電感LI決定。當(dāng)電流波形上升至輸出電壓波形時(shí)，比較器動(dòng)作關(guān)斷MOS管，等下一個(gè)周期來臨，如此反復(fù)。最終形成圖3所示那樣，電流波形跟隨電壓波形，從而減小輸入電壓與輸入電流之間的相位角，提高功率因數(shù)。圖3只是示意圖，實(shí)際工作頻率高達(dá)幾十KHz，電流波形在一個(gè)半周內(nèi)，開通次數(shù)非常多。
[0024]在普通整流濾波電路中，由于整流器件的非線性和電容的儲(chǔ)能作用，即使輸入電壓為正弦，輸入電流卻發(fā)生了畸變，輸入電流有效值為:
[0025]Irms - S (^)
[0026]式中，Irm ?是第謂次諧波的有效值。
[0027]衡量電流波形畸變采用總諧波畸變(THD)，其定義為:
[0028]THD =虛德嘉聽100?
基本有效電流
[0029]即功率因數(shù)越低，畸變越嚴(yán)重，諧波也越嚴(yán)重。
[0030]采用本實(shí)用新型的功率因數(shù)校正后，電流波形線性上升，輸入電流波形跟隨電壓波形，從而降低了諧波畸變，提高了電網(wǎng)的電能質(zhì)量。
【權(quán)利要求】
1.基于平面變壓器的PFC開關(guān)電源，其特征是包括由初級側(cè)電路和次級側(cè)電路串接而成，所述初級側(cè)電路包括依次連接的三相整流電路、功率因數(shù)校正電路和濾波電路；所述次級側(cè)電路包括輸出電路，所述初級側(cè)電路和次級側(cè)電路之間是平面變壓器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于平面變壓器的PFC開關(guān)電源，其特征是所述三相輸入交流電壓是通過三相整流電路后變?yōu)榈拿}動(dòng)直流電壓的輸出端與功率因數(shù)校正(PFC)電路的輸入端相接；功率因數(shù)校正(PFC)電路的輸出端通過濾波電路后變?yōu)榈姆€(wěn)定直流電壓的輸出端連接DC-DC反激電路、隔離電路，所述的輸出電路包括主路輸出和輔路輸出，其中主路輸出和輔路輸出的信號(hào)輸出端與變壓器(Tl)相接，輔路輸出端通過反饋網(wǎng)絡(luò)采樣輸出端連接反激控制器(U2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于平面變壓器的PFC開關(guān)電源，其特征是所述三相整流電路由整流二極管構(gòu)成三相橋式全波整流電路，功率因數(shù)校正(PFC)電路由功率因數(shù)校正控制器(Ul)、PFC開關(guān)MOS管(Ql)，PFC升壓電感(LI)構(gòu)成，其中，PFC升壓電感(LI)與三相整流電路相串聯(lián)，PFC開關(guān)MOS管(Ql)與三相整流電路相并聯(lián)，PFC開關(guān)MOS管(Ql)，PFC升壓電感(LI)均連接功率因數(shù)校正控制器(U1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于平面變壓器的PFC開關(guān)電源，其特征是所述反激電路包括準(zhǔn)諧振控制器(U2)、開關(guān)MOS管(Q2)，變壓器(Tl)及反饋網(wǎng)絡(luò)；輔路輸出端通過反饋網(wǎng)絡(luò)采樣的電壓信號(hào)輸出連接反激控制器(U2 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于平面變壓器的PFC開關(guān)電源，其特征是所述平面變壓器采用三塊8層印制板與一副變壓器磁芯構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】H02M3/335GK204013233SQ201420362160
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】馬成有, 步健, 楊飛 申請人:南京志達(dá)電力科技有限責(zé)任公司