功率因数改善电路制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种新的功率因数改善电路，用于减少包含在交流电流中的谐波电流分量，并在具有整流电路的电路中达到极好的功率因数和效率，其被提供在整流电路和半桥逆变器之间，包括放电二极管和与其串联的滤波电容，它们被并联在整流电路的输出端之间，和滤波电容相连的充电半桥整流器，以及高频电容器和高频电感，它们彼此串联连接，并被连接在充电半桥整流器的输入端和半桥逆变器的两个晶体管的连接点之间。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种功率因数改善电路，尤其涉及一种减少交流输入电流中的谐波电流并使之具有高的效率和功率因数的新的电路。
技术介绍
一般地说，至今开关电源被广泛地用于电子设备例如视频设备，音频设备，计算机，并且也用作交流输出设备例如空调机，烹调机，照明设备，工业电机控制器，不间断电源设备。随着电子技术例如半导体开关，专有的LSI控制器，和高频磁材料和电容器的改善，对这种开关电源的需求快速增长。然而，整流电路例如开关电源需要相对于功率消耗而言大的输入电流值，由其功率因数大约为0.6-0.67便可看出；这样，因为在供配电系统中增加的无功功率，这意味着一直浪费着地球上的资源。此外，在交流输入电流中包含的谐波电流分量引起射频干扰或使电力接收与分配设备发生故障，因而，谐波电流分量是电流源系统中的一种公害。图1说明常规的逆变器型荧光灯照明电路的例子。在图1中，1a和1b是交流输入端子，2是包括电容和电感的高频滤波器，3是包括二极管D1-D4的单相桥整流电路，4是半波桥逆变器，5是电子镇流器，6是荧光灯，7是启动电容器，8是包括电阻和三极交流开关的浪涌电流阻止电路。此外，滤波电容C1并联在单相桥整流电路3的输出端子之间。在图1所示的照明电路中，首先，包含在通过交流输入端子1a，1b从交流电源输入的交流输入电流中的谐波电流分量被高频滤波器2除去，并经单相桥整流器电路3整流成直流电流。其次，直流电流被滤波电容器C1滤波，并由半桥逆变器4变换为高频交流电流，然后通过电子镇流器5加到荧光灯6上。图2示意地说明在图1所示的常规的照明电路中的交流输入电压e，交流输入电流Iac和滤波电容器C1的端电压Vc1的波形。图3说明在市场上出售的具有图1所示电路结构的逆变型荧光灯的照明装置中的输入电流波形和包含在这输入电流波形中的高次谐波电流分量。由图2，3所示的波形可清楚地看出，交流输入电流Iac只在交流输入电压e的最大值附近流过并具有最大峰值。这说明图1所示的电路具有差的波形因数，不能仅用高频滤波器2有效地除去谐波电流，从而使得含有大量谐波电流分量的交流电流流过，造成较低的功率因数。如图3所示，在实际的照明装置中的输入电流的波形具有总谐波畸变(THD)为112.32％的观测值，由此THD值按下面公式(1)可以计算功率因数(PF)。PF=112+(THD)2]]>=112+(1.232)2---(1)]]>其值大约为0.665，说明无功功率很大。在这种情况下，已经由International Electchemical Commission(IEC)提出了调节具有整流电路的电路中的谐波电流和功率因数，因而需要解决这一国际调节的措施。已经提出了一种符合IEC制定的规则的措施，即有功滤波器式电路和电感输入式电路。然而，常规的有功滤波式电路的问题在于，它包括许多电路元件，其中包括用于阻止开关噪声的滤波器，因而导致较高的成本，此外，常规的电感输入式电路的问题在于，因为大的体积和重量，要获得足够高的功率因数是困难的。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的主要目的在于提供一种新的成本低的功率因数改善电路，利用简单的电路结构，减少包含在具有整流电路的电路中的交流输入电流中的谐波电流分量，并使其具有良好的功率因数。上述任务这样来实现一种功率因数改善电路，其被提供在把交流电压变换为直流电压的整流电路和把直流电压变换为高频交流电压的半桥逆变器之间，所述功率因数改善电路包括放电二极管，滤波电容，充电半桥整流器，高频电容器，和高频电感；其中，所述放电二极管和所述滤波电容串联连接，其中所述放电二极管的阳极输入端与滤波电容的正极端彼此相连；由所述放电二极管和所述滤波电容构成的串联电路并联到整流电路，其中放电二极管的阴极输出端和滤波电容的负极端分别与整流电路的正输出端和负输出端相连；所述充电半桥整流器的正输出端和负输出端分别与所述滤波电容的正极端和负极端相连；以及所述高频电容和所述高频电感彼此串联连接，由所述高频电容和所述高频电感构成的串联电路串联连接在所述充电半桥整流器的输入端和半桥逆变器的两个晶体管的连接点之间。附图说明本专利技术的上述目的，特点和优点从下面结合附图的说明中将会清楚地看出，其中图1是说明常规的逆变器型荧光灯的照明电路的电路图；图2是说明图1所示的照明电路中交流输入电压e，交流输入电流Iac，滤波电容C1的端电压Vc1波形的示意图；图3是说明在具有图1所示的电路结构的常规的逆变器型荧光灯照明电路中的交流电流波形和在这交流电流波形中包含的谐波电流分量；图4是说明包括本专利技术的功率因数改善电路的逆变器型荧光灯照明电路的例子的电路图；图5是说明在图4所示的电路中的交流输入电压e，交流输入电流Iac，滤波电容C1的端电压Vc1波形的示意图；图6是说明在图4所示的电路中的交流电流波形和在这交流电流波形中包含的谐波电流分量；图7是说明包括本专利技术的功率因数改善电路的逆变器型荧光灯照明电路的另一个例子的电路图；图8是在图7所示的电路中当连接一个输入功率大约为78W的荧光灯时交流电流波形和在这交流电流波形中包含的谐波电流分量；图9是具有本专利技术的功率因数改善电路的DC-DC变换器的例子的电路图；图10是说明包括本专利技术的功率因数改善电路的逆变器型荧光灯照明电路的另一个例子的电路图；图11是在图10所示的电路中当连接一个输入功率大约为85W的荧光灯时交流电流波形和在这交流电流波形中包含的谐波电流分量；图12是说明应用图10的本专利技术的一个例子的电路图，其中图10所示的本专利技术的功率因数改善电路被照明电路的100V和200V输入电压的系统所共用；图13是说明包括本专利技术的功率因数改善电路的逆变器型荧光灯照明电路的另一个例子的电路图；图14是在图13所示的电路中当连接一个输入功率大约为82W的荧光灯时交流电流波形和在这交流电流波形中包含的谐波电流分量；图15是说明应用图13的本专利技术的一个例子的电路图，其中图13所示的本专利技术的功率因数改善电路被照明电路的100V和200V输入电压的系统所共用；图16是说明本专利技术的功率因数改善电路的另一个例子的电路图；图17是说明本专利技术的功率因数改善电路的另一个例子的电路图；图18是说明本专利技术的功率因数改善电路的另一个例子的电路图；图19是说明本专利技术的功率因数改善电路的另一个例子的电路图； 图20是说明在图19所示的功率因数改善电路中交流输入电压e，交流输入电流I0，流过第一LC滤波器的电流I1，和流过第二LC滤波器的电流I2的波形图；以及图21是说明应用图19的本专利技术的一个例子的电路图，其中图19所示的本专利技术的功率因数改善电路被100V和200V输入电压的系统所共用。具体实施例方式图4是说明包括本专利技术的功率因数改善电路的逆变器型荧光灯照明电路的例子的电路图。在图4所示的逆变器型荧光灯照明电路中，本专利技术的功率因数改善电路9被提供在单相桥整流器3的输出侧和半桥式逆变器4之间，单相桥整流器3包括二极管D1-D4，用于把从交流输入端子1a，1b通过高频滤波器2输入的交流电压转换成直流电压，半桥式逆变器4具有两个ON/OFF开关晶体管20a，20b，用于把直流电压转换为高频交流电压。其它元件和图1所示的常规的逆变器型荧光灯照明电路的相同荧光灯6通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率因数改善电路，其被提供在把交流电压变换为直流电压的整流电路（３）和具有多组晶体管（２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ）的用于把直流电压变换为高频交流电压的桥式逆变器（２６）之间，所述电路包括：放电二极管（Ｄ５），滤波电容（Ｃ１） ，充电半桥整流器（２８），多个高频电容器（Ｃ３ａ，Ｃ３ｂ），和多个高频电感（Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ）；其特征在于，所述滤波电容（Ｃ１）的一端（１４ａ）和所述充电桥整流器（２８）的一个输出端（１２ａ）被共同连接到整流电路（３）的一个输出端（１ ２ａ）；所述滤波电容（Ｃ１）的另一端（１４ｂ），所述充电桥整流器（２８）的另一输出端（２９ｂ）和所述放电二极管（Ｄ５）的一端（１３ｂ）彼此共同相连；所述放电二极管（Ｄ５）的另一端（１３ａ）被连接到整流电路（３）的另一个输出端 （１２ｂ）；以及所述多个高频电容中的一个（Ｃ３ａ）和所述多个高频电感中的一个（Ｌ２ａ）互相串联，由此形成的串联电路连接在所述充电桥整流器（２８）的一个输入端（３０ａ）和桥式逆变器（２６）中的多组晶体管（２４ａ，２４ｂ）的一个连接点（ ３１）之间，所述多个高频电容中的其它高频电容（Ｃ３ｂ）和所述多个高频电感中的其它高频电感（Ｌ２ｂ）彼此串联连接，由此形成的串联电路连接在所述充电桥整流器（２８）的另一输入端（３０ｂ）和在桥式逆变器（２６）中的所述多组晶体管（２５ａ，２５ｂ）的另一连接点（３２）之间。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：铃木康畅，手岛透，
申请(专利权)人：株式会社IHITS研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]