專(zhuān)利名稱(chēng)：電源特殊濾波電路及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子電源基礎(chǔ)電路，涉及到整流(包括可控整流)電源所使用的濾波電路，尤其是帶鐵芯電感的濾波電路。
在很多儀器設(shè)備和家電內(nèi)部都有直流電源，這些直流電源由單相或三相電源經(jīng)過(guò)整流(包括可控整流)電路整流，再經(jīng)過(guò)濾波電路而獲得諧波較小的直流電源，不同的儀器設(shè)備和家電內(nèi)部的直流電源有不同要求，它們采用的濾波電路也是根據(jù)它們對(duì)直流電源的紋波電壓和電流的要求(即平波要求)，以及交流輸入電流產(chǎn)生的諧波和功率因數(shù)的要求(即對(duì)電網(wǎng)諧波污染和功率因數(shù)的要求)，而采用不相同的電源濾波電路，在由一種直流斬波成另一種直流電源時(shí)，其電源濾波電路的要求大致與交流整流電源的濾波電路要求相同?，F(xiàn)有的電源濾波電路有(1)、并聯(lián)電容濾波，(2)、串聯(lián)電感濾波，③、電阻和電容組成的∏型和Γ型濾波，(4)、電感和電容組成的∏型和Γ型濾波，(5)、以及多節(jié)Γ型和∏型串聯(lián)的復(fù)合型濾波。這五種濾波電路前兩種是最基本基礎(chǔ)濾波電路，后幾種可由前兩種組合而成。另外還有在實(shí)用新型專(zhuān)利號(hào)90215538.5中所使用的帶有2個(gè)電容和3個(gè)二極管組成的遂流電源濾波電路以及本申請(qǐng)人的帶有特殊電源濾波電路的電子鎮(zhèn)流器中應(yīng)用的電阻、電容和二極管組成的GQS濾波電路等。并聯(lián)電容濾波和各種∏型濾波電路均為電容輸入濾波電路。由于整流電源未經(jīng)過(guò)電阻或電感的限流直接向?yàn)V波電容充電，它們均會(huì)使交流輸入電源產(chǎn)生嚴(yán)重的奇變，因此其功率因數(shù)低，對(duì)電網(wǎng)的諧波污染嚴(yán)重。帶有電阻的Γ型濾波電路和1個(gè)電阻、1 個(gè)電容和1個(gè)二極管組成的GQS濾波電路，其電阻功耗較大。帶有電感和電容的Γ型濾波電路，雖不會(huì)使電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波污染，但由于使用電感量較大，會(huì)使電流產(chǎn)生滯后效應(yīng)，使功率因數(shù)降低，并且由于直流電源的輸出端的全部直流分量均要流過(guò)濾波電感，從而使濾波電感體積大，重量重。現(xiàn)有帶有鐵芯電感的電源濾波電路其特征是所有電感均串聯(lián)在整流輸出電路和直流電源輸入電路之間，因此，所有電感均要流過(guò)全部負(fù)載的直流分量，所有電容均直接并聯(lián)或等效并聯(lián)于整流電路輸出兩端或直流負(fù)載輸入兩端之間。是否可以使帶有鐵芯電感的濾波電路中的電感不流過(guò)負(fù)載的直流分量，或者大部分負(fù)載的直流分量都不經(jīng)過(guò)濾波電感的特殊濾波電路呢？這樣就可使濾波電感的體積和重量成倍的減少。例如三相橋式整流電路其諧波電流只占直流分量的1.05％，其直流分量不經(jīng)過(guò)濾波電感，就可使電感的體積和重量減少效倍，因此，研究直流負(fù)載電流不經(jīng)過(guò)或只有小部分直流電流流過(guò)濾波電感的新一代電源特殊濾波電路有著重大的意義和巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，它是屬于整流濾波電路中基礎(chǔ)性電路的研究?jī)?nèi)容，也就是要研究濾波電感不流過(guò)由整流電路流向直流負(fù)載的新的基礎(chǔ)電源濾波電路。
本發(fā)明的目的是減少濾波電感(體積、重量甚至其電感量)，使整流電路流向負(fù)載的直流分量不經(jīng)過(guò)濾波電感(全部或部分濾波電感)而獲得較高較平穩(wěn)的直流電壓。
本發(fā)明的再一目的是提高整流電路的導(dǎo)通角和功率因數(shù)，減少濾波電感和減少整流電源在交流輸入端的電流奇變，使整流電路流向負(fù)載的直流分量全部或大部分都不經(jīng)過(guò)濾波電感，而獲得高功率因數(shù)和少諧波污染的電源。
本發(fā)明的帶電感的電源特殊濾波電路具有整流電路的直流分量全部或大部分都不流過(guò)濾波電感的特點(diǎn)，從而使濾波電感的體積和重量均大幅度地減少，我們稱(chēng)這類(lèi)濾波電路為帶有濾波電感的GQS濾波電路，它和專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朇N932427454.5中帶有限流電阻的GQS濾波電路相對(duì)應(yīng)。
本發(fā)明帶有濾波電感的GQS濾波電路，它至少由電感、電容和二極管三種元器件的兩種組成基礎(chǔ)濾波電路，其特征在于濾波電路中至少有一個(gè)濾波電感或一部分濾波電感不是直接串聯(lián)在整流電路與直流負(fù)載(包括等效負(fù)載)之間，這個(gè)電感上不通過(guò)由整流電路直接流向直流負(fù)載的直流分量，它和濾波電容相串聯(lián)后，直接或等效并聯(lián)于整流(包括可控整流)電路兩個(gè)輸出端之間，在電感量較大時(shí)，還可用二極管來(lái)提供與濾波電感串聯(lián)的濾波電容向負(fù)載的放電回路，以及用二極管來(lái)利用電感自感電勢(shì)以提高整流電路的導(dǎo)通角度和功率因數(shù)，減少對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，它有三種基礎(chǔ)電路(1)、由1個(gè)電感和1個(gè)電容相串聯(lián)組成的兩端濾波網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)在整流(包括可控整流)電路的兩端；(2)、由1個(gè)電感、1個(gè)電容和1個(gè)二極管組成的兩端濾波網(wǎng)絡(luò)，電感與電容相串聯(lián)，二極管與電感相并聯(lián)，并且二極管陽(yáng)極接電容正端，(3)、由1個(gè)電感、1個(gè)電容和2個(gè)二極管組成三端濾波網(wǎng)絡(luò)，電容和電感相串聯(lián)，并聯(lián)在整流(包括可控整流)電路的兩個(gè)輸出端，2個(gè)二極管陽(yáng)極分別接電感的兩端，2個(gè)二極管陰極相并聯(lián)，接電源輸出(直流負(fù)載)正端。上述三種基礎(chǔ)濾波電路可與現(xiàn)有各種電源濾波電路相結(jié)合，而產(chǎn)生出多種多樣的帶鐵芯電感的GQS濾波電路，它們的共同特征在于至少有一個(gè)或一部分濾波電感不串聯(lián)在整流電路輸出端與直流負(fù)載輸入端之間，這個(gè)或這部分電感也就不通過(guò)由整流電路直接流向負(fù)載的直流電流分量。
本發(fā)明的1個(gè)電感與1個(gè)電容相串聯(lián)的基礎(chǔ)濾波電路與單個(gè)電容并聯(lián)濾波電路相比，在相同的電阻負(fù)載使用相同容量的濾波電容時(shí)，可獲得更高的直流平均電壓，也就是說(shuō)有更好的平波效果。它與單個(gè)電感串聯(lián)的濾波電路相比，其電感上不流過(guò)直流分量，因此電感的鐵芯不會(huì)被直流磁化，電感中的導(dǎo)線(xiàn)流過(guò)的電流效值很低，因此電感體積和重量均可減少。
本發(fā)明的1個(gè)電感、1個(gè)電容和1個(gè)或2個(gè)二極管組成的基礎(chǔ)性濾波電路，與1個(gè)電阻、1個(gè)電容和1個(gè)二極管的GQS濾波電路相比，功率耗損低，整流電路的導(dǎo)通角大，電網(wǎng)交流輸入電流奇變少，功率因數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)。
用本發(fā)明的三種帶電感的基礎(chǔ)濾波電路與現(xiàn)有濾波電路相結(jié)合可派生出多種帶鐵芯的GQS濾波電路，由于這類(lèi)濾波電路中的大部分鐵芯電感不是串聯(lián)在整流電路到直流負(fù)載的回路上，它不流過(guò)或僅流過(guò)部分直流分量，因此具有電感體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的電源特種濾波電路及其派生電路均有本發(fā)明的特征濾波電路中的電感至少有一個(gè)電感或一部分電感不流過(guò)由整流電路流向直流負(fù)載或等效直流負(fù)載的直流電流分量，它們可廣泛用于現(xiàn)有單相和多相整流電路(包括可控整流)、以及同一發(fā)明人發(fā)明的整流電路1、橋全可控整流電路(發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?7105504.X)，2、橋半可控整流電路(發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?9100898.5)，3、電容變流整流電路(發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?1103894.9)，4、斬波型可控整流電路(發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?2103522.5)，5、高功率因數(shù)復(fù)式相控直流弧焊電流(發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?2112040.0)，6、裂相整流電路(發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?3119639.6)設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品的電源濾波。例如各類(lèi)電源產(chǎn)品，電子鎮(zhèn)流器、電焊機(jī)、逆變器、開(kāi)關(guān)電源等。
參閱下面的附圖和簡(jiǎn)要說(shuō)明以及應(yīng)用實(shí)例就很易理解本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明的技術(shù)特征，以及本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的三種基礎(chǔ)電源濾波電路圖。
圖2是本發(fā)明由三種基礎(chǔ)濾波電路派生出來(lái)的幾種帶鐵芯的濾波電路。
圖3是整流電源應(yīng)用整流電路和本發(fā)明濾波電路的幾種實(shí)施例電路原理圖。
圖4是本發(fā)明應(yīng)用于高頻電子鎮(zhèn)流器中的一個(gè)實(shí)施例電路原理圖。
圖5是本發(fā)明應(yīng)用于焊接電源的一個(gè)實(shí)施例電路原理圖。
圖6是圖1交流輸入電流波形和濾波電路輸出直流電壓波形圖。
圖1示出三種基礎(chǔ)濾波電路，其中圖1(a)和(b)為兩端濾波網(wǎng)絡(luò)，I和II兩端直接與單相或多相整流(包括可控整流)電路相并聯(lián)，也和直流負(fù)載相并聯(lián)，圖1(c)為三端濾波網(wǎng)絡(luò)，I和II兩端與單相或多相整流電路相并聯(lián)，II和III兩端接電源直流負(fù)載。圖1(a)中所使用的濾波電感L1電感量較小，濾波電路L1C1的時(shí)間常數(shù)較小，它可以獲得比單獨(dú)使用電容C1并聯(lián)濾波電路更高的直流輸出電壓平均值，也就是說(shuō)它比并聯(lián)電容有更好的平波效果。圖1(b)和(c)中的電感量與通常濾波電路的電感量相近，其電感量較大，L1C1的時(shí)間常數(shù)大，圖中D1是為提供整流電壓低于電容C1上的電壓時(shí)，電容C1向負(fù)載的放電回路也即電容對(duì)負(fù)載的供電回路。圖1(b)濾波電感L1上的電流減少時(shí)的自感電勢(shì)會(huì)被二極管D1短路，為利用L1上電流減少時(shí)的自感電勢(shì)來(lái)增大整流電路的導(dǎo)通量，在圖1(c)中增加了二極管D2，因此，圖1(c)的濾波電路在電流不太大時(shí)具有更好的應(yīng)用價(jià)值，在很大電流時(shí)，由于D2要增加一個(gè)二極管的電壓降，有些場(chǎng)合不太適用。圖1中三種濾波電路中的電感L1，均不通過(guò)由整流電路直接流向負(fù)載的直流分量，因此電感的體積小，重量輕。圖1(a)的濾波電路還打破了人們一直認(rèn)為將電容直接并聯(lián)于整流電路輸出端是能夠在負(fù)載中獲得最高直流電壓的舊觀念，當(dāng)直流負(fù)載是高頻變換器時(shí)，上述三種濾波電路還可以增加高頻濾波電路，如圖1虛線(xiàn)所示增加高頻旁路電容C是最簡(jiǎn)單的方法，也可將電容C接在I和II，或II和III兩端，但這時(shí)會(huì)提高對(duì)電容C的直流耐壓要求。
圖2示出用圖1三種基礎(chǔ)濾波電路與現(xiàn)有濾波電路相結(jié)合的派生電路，對(duì)于每一位技術(shù)熟練者來(lái)說(shuō)，還可以派生出多種多樣的濾波電路，而不背離這些濾波電路中至少有一部分或1個(gè)帶鐵芯的濾波電感不通過(guò)由整流(包括可控整流)電路直接流向負(fù)載的直流分量之特征。圖2(a)是圖1(a)與通常L2串聯(lián)電感濾波電路相結(jié)合的派生電路，(b)和(c)是圖1(a)與通常L2、C2Γ型濾波電路相結(jié)合的派生電路，(d)是圖1(b)與通常L2、C2Γ型濾波電路相結(jié)合的派生電路，(e)和(f)是圖1(c)與通常L2、C2、C3∏型濾波電路相結(jié)合的派生電路。在直流電源是供給高頻變換器時(shí)，圖2電路中的C2、C3和L2常用于濾除高頻，其L2的電感量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于L1的電感量，為使濾波器更經(jīng)濟(jì)，L1和L2往往可使用同一鐵芯繞制，L2只要在L1的鐵芯上繞很小的匝數(shù)即可獲得不影響L1的工作的電感L2。它可在電子鎮(zhèn)流器和開(kāi)關(guān)逆變電源中得到廣泛應(yīng)用。
圖3示出的幾種整流電源都是應(yīng)用整流電路和本發(fā)明的濾波電路的電源原理圖。其中圖3(a)是單相橋式整流電源應(yīng)用本發(fā)明L1和C1串聯(lián)電源濾波電路。其電源交流輸入電流和負(fù)載電阻R上的電壓波形如圖6(a)所示，當(dāng)交流220伏輸入，負(fù)載電阻為1KΩ、濾波電容為10μF，串聯(lián)小電感濾波時(shí)，電阻負(fù)載上可獲得250伏直流平均電壓。若將電感L1短路(即為電容直接并聯(lián)濾波電路)，則負(fù)載上只能獲得240伏直流電壓平均電壓，此時(shí)輸入電流導(dǎo)通角還會(huì)減小，由此可知本發(fā)明采用小電感和電容串聯(lián)的濾波電路優(yōu)于電容并聯(lián)濾波電路，由于它在電感上無(wú)直流分量，因此電感成本很低，圖3(b)所示的直流電源由II和III兩端輸出，它可供高頻逆變器或直流斬波器的電源，它是應(yīng)用本發(fā)明L1和C1串聯(lián)濾波電路的派生電路進(jìn)行濾波(平波)，用L2、C2和C3對(duì)高頻逆變器或斬波器產(chǎn)生的高頻進(jìn)行濾波，以防高頻電流進(jìn)入電網(wǎng)，由于L2所需的電感量很小，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于L1的電感量，因此，L2可在L1的鐵芯上繞很小的匝數(shù)獲得不影響L1的工作的電感L2，從而使成本降低。圖3(c)所示的電路是單相橋式整流電源供給負(fù)載電阻R，其電源濾波電路采用本發(fā)明的1個(gè)電容、1個(gè)電感和1個(gè)二極管的基礎(chǔ)濾波電路，濾波電感量L1比較大，因此L1C1時(shí)間常數(shù)很大，和通常Γ型濾波器相當(dāng)，其電阻負(fù)載R上的電壓和交流輸入電流波形如圖6(b)所示，由圖可知，其輸入交流電流奇變遠(yuǎn)小于圖6(a)所示的電流波形。圖3(d)所示的直流電源由II和III兩端輸出，它可供給高頻逆變器或斬波器的電源，它也是應(yīng)用本發(fā)明L1、C1、D1的基礎(chǔ)濾波電路的派生電路濾波，用L1、C1和D1對(duì)整流電源進(jìn)行平波，用L2、C2和C3對(duì)高頻逆變器或斬波器產(chǎn)生的高頻進(jìn)行濾波，以防高頻電流進(jìn)入電網(wǎng)。L1和L2也是繞在同一鐵芯上的兩個(gè)電感，其交流電網(wǎng)輸入電流的波形如圖6(b)所示。圖3(e)所示的電路是橋式整流電源供給負(fù)載電阻R，其濾波電路采用本發(fā)明的1個(gè)電容、1個(gè)電感和2個(gè)二極管的基礎(chǔ)電路，其電阻負(fù)載R上的電壓和交流輸入電流波形如圖6(c)所示，由圖可知，其輸入交流電流奇變比圖6(b)更少，因此功率因數(shù)更高。高次諧波電流更少。圖3(d)所示的直流電源由II和III兩端輸出，它可供給高頻逆變器或斬波器的電源，也是應(yīng)用本發(fā)明L1、C1、D1和D2的基礎(chǔ)濾波電路的派生電路濾波，用L1、C1、D1和D2對(duì)整流電源進(jìn)行平波，用L2、C2和C3對(duì)高頻逆變器或斬波器產(chǎn)生的高頻進(jìn)行濾波，以防高頻電流進(jìn)入電網(wǎng)而污染電網(wǎng)。圖3中的全部濾波電路也可用于其它單相整流和可控整流電源，也可用于多相整流和可控整流電源，以及同一發(fā)明人發(fā)明的其它整流、可控或斬控整流電路的電源。
圖4所示的電路原理圖是高頻電子熒光燈的電路原理圖，原理圖的虛線(xiàn)柜內(nèi)所示的電源濾波電路就是應(yīng)用本發(fā)明的派生濾波電路，此電子鎮(zhèn)流器功率因數(shù)高達(dá)0.95，三次諧波遠(yuǎn)低于H標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的37λ。
圖5所示的電路原理圖是高頻逆變直流焊機(jī)的電路原理圖，原理圖中的虛線(xiàn)柜內(nèi)所示的濾波電路就是應(yīng)用本發(fā)明L1、C1和D1的基礎(chǔ)電路派生的濾波電路，使用本發(fā)明的濾波電路比使用電容并聯(lián)濾波其功率因數(shù)要高，焊機(jī)對(duì)電網(wǎng)的諧波污染也小，其整流電路也可用多相整流。其濾波電路也可用本發(fā)明的其它幾種濾波電路。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明的電源特種濾波電路，它至少由電感、電容和二極管三種元器件中的兩種組成，其特征在于基礎(chǔ)濾波電路中至少有一部分或1個(gè)濾波電感不是直接串聯(lián)在整流電路和直流電源輸出端之間，這部分電感或這個(gè)電感不通過(guò)由整流電路直接流向直流電源輸出端的直流分量，它和濾波電容相串聯(lián)后直接或等效并聯(lián)于整流或可控整流電路兩個(gè)輸出端之間，在電感量較大時(shí)，還可以用二極管來(lái)提供與濾波電感相串聯(lián)的電容向負(fù)載放電的回路，以及用二極管來(lái)利用電感自感電勢(shì)以提高整流電路的導(dǎo)通角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源特種濾波電路，其特征在于有1個(gè)電感、1個(gè)電容串聯(lián)組成兩端網(wǎng)絡(luò)濾波電路，它并聯(lián)在整流或可控整流電路的兩端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源特種濾波電路，其特征在于有1個(gè)帶中間抽頭的濾波電感，它的一個(gè)端頭與濾波電容相串聯(lián)，這個(gè)濾波電容的另一端頭和電感中間抽頭分別與整流或可控整流電路的兩端相連接，電感的中間抽頭與電感的另一端頭之間的電感和1個(gè)或2個(gè)電容組成Γ型或∏型濾波電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源特種濾波電路，其特征在于有1個(gè)電感。1個(gè)電容和1個(gè)二極管組成兩端濾波網(wǎng)絡(luò)，電感與電容相串聯(lián)，二極管與電感相串聯(lián)，二極管陰極接整流電路的正端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源特種濾波電路，其特征在于有1個(gè)帶中間抽頭的電感，1個(gè)二極管，2個(gè)或3個(gè)電容組成三端濾波網(wǎng)絡(luò)，1個(gè)電容與電感的一個(gè)端頭相連，這個(gè)電容的另一端和電感的中間抽頭分別與整流電路輸出兩端相連，電感中間抽頭與它另一端頭之間的電感與1個(gè)或2個(gè)電容組成Γ型或∏型濾波電路，二極管兩端與電感的兩個(gè)端頭相并聯(lián)，并且二極管陰極與電源輸出正端相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源特種濾波電路，其特征在于有1個(gè)電感、1個(gè)電容和2個(gè)二極管組成三端濾波網(wǎng)絡(luò)，電容和電感串聯(lián)并接于整流或可控整流電路的兩個(gè)輸出端，2個(gè)二極管陽(yáng)極分別接電感的兩端，它們的陰極相連后接在電源輸出正端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源特種濾波電路，其特征在于有1個(gè)帶中間抽頭的電感，2個(gè)二極管和2個(gè)或3個(gè)電容組成的三端濾波網(wǎng)絡(luò)，1個(gè)電容與電感的一個(gè)端頭相連，這個(gè)電容的另一端和電感的中間抽頭分別與整流電路兩輸出端相連，2個(gè)二極管的陰極均與電源輸出正端相連，2個(gè)二極管的陽(yáng)極分別與電感的兩個(gè)端頭相連，在整流電路輸出兩端和電源輸出兩端分別并聯(lián)有濾波容，或者只有在電源輸出兩端并聯(lián)有濾波電容。
8.一種帶有電源特種濾波電路的單相整流或可控整流設(shè)備，其特征在于設(shè)備內(nèi)部的整流電源的濾波電路是應(yīng)用權(quán)利要求1所述的電源特殊濾波電路。
9.一種帶有電源特種濾波電路的多相整流或可控整流設(shè)備，其特征在于設(shè)備內(nèi)部的整流電源的濾波電路是應(yīng)用權(quán)利要求1所述的電源特殊濾波電路。
10.一種帶有電源特種濾波電路的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于電子鎮(zhèn)流器中的電源濾波電路是應(yīng)用權(quán)利要求1所述的電源特殊濾波電路。
全文摘要
本發(fā)明屬于電力電子基礎(chǔ)濾波電路，涉及到帶電感的基礎(chǔ)性電源濾波電路，它解決減少濾波電感的體積和重量，提高整流(包括可控整流)電源的功率因數(shù)和減少電源諧波污染的技術(shù)問(wèn)題，它至少由電感、電容和二極管三種元器件的兩種組成兩端或三端基礎(chǔ)濾波電路，其特征在于至少有一部分電感或1個(gè)電感不是直接串聯(lián)在整流電路與直流電源輸出兩端之間，這部分電感不通過(guò)由整流電路直接流向直流電源輸出端的直流分量，它可廣泛用于單相和多相整流和可控整流電源的濾波。
文檔編號(hào)H02M1/14GK1122964SQ9411771
公開(kāi)日1996年5月22日 申請(qǐng)日期1994年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月8日
發(fā)明者龔秋聲, 蔡方英, 龔穎臻, 龔穎波 申請(qǐng)人:龔秋聲