一种带保护功能的填谷电路制造技术

一种带保护功能的填谷电路，在现有的填谷电路中的充电二极管D3上，并联一只第三电容C3，这样第三电容C3耐压为输入的脉动直流电的最大峰值的一半，且能充分有效地吸后级的开关电源300的高频纹波电流；并在整流桥101前后设置压敏电阻RV1、RV2，热敏电阻NTC、安规电容C组成的和电感L构成的多级双向滤波电路、保护电路，获得了功率因数高、且C3的取值不影响功率因数、电路拓扑结构简单、对浪涌电压的吸收效果好、成本低、体积小有益效果，且当后级为开关电源时，差模传导干扰度符合GB9254中CLASSB的等级。

【技术实现步骤摘要】
一种带保护功能的填谷电路
本专利技术涉及整流滤波领域，特别涉及开关电源中带保护功能的填谷电路。
技术介绍
工业与民用需要把各种电网的交流电压变成直流，随着国家标准对用电电器的功率因数的进一步要求，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5W以上的节能灯都提出了功率因数要求。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)》。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PowerFactorCorrection的缩写。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。功率因数是指输入有功功率和输入视在功率的比值；功率因数校正分为无源和有源两大类，有源功率因数校正(APFC：ActivePowerFactorCorrection)目前得到广泛应用，但成本较高；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%也可工作，这种情况也视为电容的性能参数相同；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UAC经整流桥101后，从整流桥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返回整流桥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UAC为220V交流有效值为例，其中T为交流电的周期，为20mS。图2中虚线为整流桥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。整流桥101，一般由四个整流二极管组成，申请号201210056555.9的授权专利技术说明书中的图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，计算机模拟结果表明功率因数有可能达到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。现有的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，参见图3，有以下二点：1、EMI性能差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),这时反激电路300产生的高频纹波电流被电容C1和电容C2并联吸收；而在其它时间，即当输入的交流输入电压高于最大峰值的一半时，二极管D1和D2是处于截止状态，这时反激电路300产生的高频纹波电流无法被电容C1和电容C2吸收，只能能过交流电供电设备的内阻来吸收，由于环路大，高频纹波电流的回路长，高频损耗也大，电路的EMI性能极差，EMI为ElectromagneticInterference，简称EMI。2、保护性能差参见图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，对后级的反激电路300供电，而在其它时间，即当输入的交流输入电压高于最大峰值的一半时，二极管D1和D2是处于截止状态，而二极管D3也只是交流输入电压达峰值时才正向导通，每个周期中有很长的时间，电容C1和C2是不参与工作的，即在交流电供电网络中，若存在残留的浪涌电压(浪涌电压上升沿较快，压敏电阻、气体放电管都存在微秒级的启动时间，来不及吸收)，极易损坏后级的开关电源等。而传统的低功率因数的普通整流滤波电路，由于采用了电解电容滤波，电解电容的容量较大，端电压无法突变，残留的浪涌电压容易被电解电容吸收、钳位，从而保护了后级的开关电源等。为解决上述第1点的问题，即后级的反激电路300产生的高频纹波电流无法充分吸收的问题，现行常见的做法是在后级反激电路300的前端直接并联一个高频、高压的小电容，如图4所示的电容CL，这也对浪涌电压有一定的保护作用，但作用很小。在已公开资料，如《电源技术应用》2009年第8期的论文《基于填谷电路的恒流式LED高压驱动电源的设计》中，就是并上电容C5，其容量耐压为100n/400V，即为0.1uF/400V电容，该文章编号：0219-2713(2009)08—0027—05，作者为沙占友、马洪涛；2011年5月中国申请号：201120178756.7的《高功率因数填谷电路》中的C3；2012年5月美国公开号US2013207567的《Boostconverterassistedvalley-fillpowerfactorcorrectioncircuit》中的电容117；2012年7月中国申请号：201210246771.X的《高功率因数的LED电源》中的电容C4；2012年7月中国申请号：201210266444.0的《LED供电电路》中的电容C5；以上资料分别记作现有1至现有5文件；如上资料记载的技术方案都是采用这种方法，即在反激开关电源电路这个后级负载的两端直接并联一个高频、高压的小电容，其等效于图4中的电容CL。电容CL的取值方法是：在开关电源的工作频率下，其容抗小于交流输入最低电压下的反激电路300的等效输入直流阻抗的十分之一，大于反激开关电源电路中变压器功率绕组直流阻抗和主功率管Rds(ON)以及电流检测电阻之和。并联电容CL的不足之处是，电容CL的工作电压高；电容CL的容量取大了，由于存在滤波作用，使得图4示出的传统填谷电路200的功率因数(PF)下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带保护功能的填谷电路，用于直接连接交流输入，包括填谷电路，及设于所述填谷电路前级的带保护功能的整流电路, 所述带保护功能的整流电路包括，第一压敏电阻、负温度系数的热敏电阻、安规电容，电感、整流桥、第二压敏电阻，所述整流桥具有第一输入端、第二输入端、正极输出端和负极输出端；所述交流输入具有第一端和第二端，连接所述带保护功能的整流电路； 所述带保护功能的整流电路包括两个可以互换的输入端、正极输出端和负极输出端；所述填谷电路包括，第一电容和第一二极管，所述第一电容的正极连接整流电路的正极输出端，所述第一电容的负极连接第一二极管的阴极，所述第一二极管的阳极连接整流电路的负极输出端；第二电容和第二二极管，所述第二电容的负极连接第一二极管的阳极，所述第二电容的正极连接第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极连接第一电容的正极；第三二极管，所述第三二极管的阳极连接第一电容的负极，所述第三二极管的阴极连接第二电容的正极，所述填谷电路其特征是：还包括第三电容，所述第三电容的一端与第一电容的负极相连，所述第三电容的另一端与第二电容的正极相连。

【技术特征摘要】
1.一种带保护功能的填谷电路，用于直接连接交流输入，包括填谷电路，及设于所述填谷电路前级的带保护功能的整流电路,所述带保护功能的整流电路包括，第一压敏电阻、负温度系数的热敏电阻、安规电容，电感、整流桥、第二压敏电阻，所述整流桥具有第一输入端、第二输入端、正极输出端和负极输出端；所述交流输入具有第一端和第二端，连接所述带保护功能的整流电路；所述带保护功能的整流电路包括两个可以互换的输入端、正极输出端和负极输出端；所述填谷电路包括，第一电容和第一二极管，所述第一电容的正极连接整流电路的正极输出端，所述第一电容的负极连接第一二极管的阴极，所述第一二极管的阳极连接整流电路的负极输出端；第二电容和第二二极管，所述第二电容的负极连接第一二极管的阳极，所述第二电容的正极连接第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极连接第一电容的正极；第三二极管，所述第三二极管的阳极连接第一电容的负极，所述第三二极管的阴极连接第二电容的正极，所述填谷电路其特征是：还包括第三电容，所述第三电容的一端与第一电容的负极相连，所述第三电容的另一端与第二电容的正极相连。2.根据权利要求1所述的带保护功能的填谷电路，其特征是：所述带保护功能的整流电路的连接为：所述第一压敏电阻并联于交流输入的第一端和第二端之间，第一压敏电阻与第二端的连接点还连接负温度系数的热敏电阻的一端，负温度系...

【专利技术属性】
技术研发人员：王保均，刘改，刘坤明，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44