[发明专利]一种填谷电路

说明书

技术领域

本发明涉及整流滤波领域，特别涉及使用在整流电路与反激开关电源电路之间的填谷电路。

背景技术

工业与民用都经常需要把各种电网的交流电压变成直流，甚至是隔离的直流电，随着国家标准对用电电器的功率因数的进一步要求，目前，对消耗功率75W以上的开关电源都有功率因数要求，即要求电路的工作电流波形基本和电压波形相同。

目前已有功率因数校正电路解决这一问题，功率因数校正电路简称为PFC电路，是Power Factor Correction的缩写。

注：75W数据来源于中国国家标准GB17625.1-1998，名为《低压电气及电子设备发出的谐波电流限值(设备每相输入电流≤16A)》。

传统的BOOST功率因数校正器已经良好地解决了这一问题，其工作原理可以参见电子工业出版社的《开关电源的原理与设计》第190页、191页，该书ISBN号 7-121-00211-6。

精确地说，功率因数是指输入有功功率和输入视在功率的比值；传统的功率因数校正器也分为无源和有源两种，有源功率因数校正(APFC：Active Power Factor Correction)目前得到广泛应用，无源功率因数校正也有两种方法：

第一种，在整流回路中串入电感，当交流电电压接近峰值时，充电电流的时间宽度(脉宽)变宽，国内的计算机电源多采用这一方法，如长城、航嘉等公司生产的ATX计算机电源多是这种方案，其缺点是功率因数不容易做好，一般在0.85以下；

第二种，采用填谷式功率因数校正电路，简称填谷电路，这种方法是由斯宾格勒(Spangler)于1988年提出的，参见图1中200部分，其中电容C1和电容C2性能参数相同，一般采用相同型号的电容即可，当然，不同型号的，其容量大体相同，即容量相差不足20%即可，也视为性能参数相同，二极管D1和二极管D2的性能参数相同，其原理为：首次充电以后，当输入的交流电压接近峰值时，对电容C1、电容C2充电，即当交流电压经整流电路101后，从整流电路101的正极输出端(图中标+)输出，电流经电容C1、二极管D3、电容C2返回整流电路101的负极输出端(图中的-)，实现对电容C1、电容C2的充电。

在放电时，电容C1和电容C2是等效并联放电，即电容C1的放电电流经负载RL、二极管D1回到电容C1的负极，同时，电容C2的放电电流经二极管D2、负载RL流回到电容C2的负极。图1中，当负载RL为纯阻性负载时，W点的工作波形，即负载RL的工作电压波形，如图2所示，以输入电压U_AC为220V交流有效值为例，其中T为交流电的周期，为20mS。图2中虚线为整流电路101后无任何滤波电路的电压波形，是脉动直流电，最低工作电压为零伏。整流电路101实为全桥，又叫桥式整流电路、整流桥，一般由四个整流二极管组成，申请号201210056555.9的授权发明说明书中的图4-1、图4-2、图4-3给出了整流桥的几种公知画法。

填谷电路200就是把脉动直流电中接近零伏的波谷填上，图1中，由电容C1和电容C2并联放电完成了这一功能，填谷电路因此而得名。

1990年，基特萨姆(KitSum)改进了填谷电路，计算机仿真模拟结果表明功率因数可达到98％，并申请了专利，见美国公开号US6141230A。

填谷电路在之前应用极广，即使在现在，这个电路在75W以下的产品中，其低成本解决方案是很有潜力的，原始的填谷电路方案已在这方面应用了很多年。它是一个不容忽视的、比较好的、廉价的、实用有效的解决方案。

填谷电路的缺点也很明显，特别当后级的负载是开关电源时。由于填谷电路输出的电压起伏较大，如图2所示，当负载电流极小时，峰值电压是谷中的放电平台电压的2倍，所以，一般其后级的开关电源会选用反激式开关电源，这是因为反激式开关电源比较容易把输入电压做成宽电压范围，其它能承受宽电压输入范围的开关电源也是可以的。

参见图3，当输入的交流输入电压低于最大峰值的一半时，电容C1和电容C2是并联放电的，对后级的反激开关电源电路300供电，注意，这里的反激开关电源电路300不包括整流、滤波电路，仅为反激开关电源的DC/DC的基本拓扑，基本拓扑的反激开关电源电路300以下简称为反激电路，以300表示。