[发明专利]减少电网谐波负荷的开关式电源电路

说明书

本发明涉及一种开关式电源。

开关式电源在电网上产生严重的脉动负荷，也就是说在电网上有包括谐波在内的负荷。电网上有这样的负荷是不理想的，现有线路网的使用效果都不甚好，这主要是由于产生了集肤效应和严重的无动电流，而这些往往对电网传输的信息形成干扰。因此，国际上对电网上的最大谐波制定了日益严格的规定。谐波负荷也称作电源因数(sic)。

电网上的谐波负荷可以通过在电网终端和电网上的整流器之间插入一个相当大的电感器而得以减少。不过，这样的电感器体积相当大，并且很昂贵。

本发明的目的是用简单的电路元件设计一种开关式电源，以便减少电网上的谐波负荷，并可使现有的或将来的对谐波负荷的规定有所依据。

就本发明而言，首先，安装在电网整流器输出端的充电电容器的电容量很小，使其电压为一个同极性正弦波电压。与由变压器的初级绕组和开关三极管组成的串联电路并联联接的实用储能电容器，其电容量很大，以致其电压为经滤波的直流电压，没有明显的交流成分。电容量很小的充电电容器和电容量很大的储能电容器相互隔绝，它们要么相互完全隔离，要么借助于一个隔离二极管联接在一起。另外，充电容器通过由电感器和二极管组成的串联电路联接在初级绕组的引出端上。

由电感器和二极管组成的串联电路为储能电容器构成了一条额外的充电路径。正如希望的那样，这条充电路经上流过的电流比通常流过的脉冲充电电流的波期要长得多。结果，谐波负荷由于从电网上得到的近似相应于电网电压的理想电流而大大减少了。宽度，也就是半个电网周期内的电流波期，可以通过选择初级绕组上的引出端得以调整，也就是说，可以通过选择初级绕组的两个线圈的匝数比来调整，同时，电流的幅度可以通过上述电感器的电感值进行调整。因此，为了减少谐波，充电电容器为大电容量的储能电容器的额外充电电流提供了一个动态电压源。

根据本发明设计的电路相当简单，因为基本上只需一个电感器和两个二极管。该电路使谐波负荷大小最佳化的形成可望实现，这特别是电感值的大小符合需要和变压器初级绕组上的引出端的选择所导致的结果。由于只传送储能电容器的部分能量，所以形成的电感值相当小。另一个优点是，当本发明用于现有开关式电源时，根本无需改变现有规定和控制方法。其优越性还进一步表现在：由于保留了大电容量的储能电容器，所以可以很可靠地抵御尖峰脉冲。

充电电容器和储能电容器最好通过隔离二极管相互隔离。在这种情况下，该二极管有两个作用：一则用作储能电容器的充电途径，二则用于消除充电电容器上的脉冲状干扰电压。该二极管也可以不用，将充电电容器只连在电网整流器的输出端上，而储能电容器也只连在初级绕组上，这样除了由电感器和二极管形成的串联电路外，两个电容器都互不相联。

例如，与储能电容器联接的初级绕组的终端和引出端间的线圈与引出端和开关晶体管间的初级绕组的线圈之间的匝数比是2∶1，这个比率决定了一个电源周期内的额外充电电流的波期。

初级绕组的引出端也可以由变压器的一个附加绕组的一个终端形成，它的另一终端连在初级绕组的一个终端上。在这种情况下，最好是使用许多并联联接的附加绕组。初级绕组本身最好分成若干的线圈，并置于格形线圈架的独立小格内，各小格内装有一个附加绕组。这样的格形线圈架在绕组间产生封闭耦合。采用这种解决方法，对变压器来说，只需再增加一个附加插头。

小电容量的充电电容器的电容量最好在0.5μF左右而大电容量的储能电容器的电容量最好达到100μF。在这种情况下，充电电容器的尺寸就可以达到符合要求的大小，即在电网电压处于零电压左右时，电容器电压不会降到零，而是保持为一个恒压。

下面参照附图进一步解释本发明。    

图1是本发明的一个典型实例；    

图2是表明图1中电路运行方法的曲线图；

图3是本发明的一个拓展示例；

图4-6是本发明的另一些拓展示例；

图7是图6中电路的简易变型；

图8是用于图6和图7中电路的变压器物理结构。