CN1324793C - 具有功率因数校正电路的开关式电源 - Google Patents

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Abstract

按照本发明的开关式电源具有功率因数校正电路，它以电流泵的原理工作，并且具有用于衰减电压尖脉冲的第一线圈(L19)以及用于功率因数校正的第二线圈(L19)。在这种情况下两个线圈(L15，L19)串联，并且被布置在一个线圈架(SK)上和在一个公共铁心(CR)上。在一个优选示范实施例中，E/E铁氧体磁芯用作铁心(CR)，并且具有腔的线圈架被用作线圈架(S/K)，并且两个电感器(L15，L19)的绕组(W15，W19)被布置在不同的腔(K1，K3，K4)内。一个位于在铁心中的空隙的区域中的空腔(K2)被有利地布置在两个电感器之间。这使得两个铁心电感器至少部分地通过空隙去耦，因此第一线圈(L15)的阻尼响应更好。

Description

具有功率因数校正电路的开关式电源
技术领域
本发明基于一种具有所谓的功率因数校正电路的开关式电源，它用于降低开关式电源在线路网络上的谐波负荷。本发明具体上涉及一种包括具有电感器的电流泵的功率因数校正电路。
背景技术
开关式电源在线路网络上产生高脉冲的负荷，这导致在线路网络上的谐波电流。这个负荷具体发生在正弦网络电压的电压最大值的区域中，在该区域对在开关式电源中的储能电容器重新充电。在线路网络上的谐波负荷可以由所谓的功率因数值所指示，其值小于或等于1，并且可以例如通过适当的测量信号来确定。已经在各个国家引入了对于功率因数限制的规定。
例如通过EP-A-0 700 145可以了解在线路网络上产生降低的谐波负荷的开关式电源。除了第一电流路径，通过它对在开关式电源中储能电容器充电，它还包括第二电流路径，该路径具有电感器并且产生在线路网络-整流器下游的滤波电容器和变压器的初级绕组的一个抽头之间的连接端。在这种情况下，电感充当储能器，它在当接通开关二极管时的阶段被充电，并且然后在当关断开关二极管的阶段向储能电容器放出该能量。
US5,986,898的功率因数校正电路公开了这种开关式电源的进一步的发展。它包括在第二电流路径中的电容器，所述电容器限流并且以这种方式保证电流路径的电感器铁心以及在初级绕组或在变压器上的铁心不饱和。除了具有铁氧体磁芯的功率因数电感器之外，这个开关式电源也特别包括具有铁心的串联电感器，所述串联电感器作为阻尼元件，以便抑制在网络连接方向中的功率因数电感器中产生的电流脉冲。
EP-A-0 171 690中公开了一种用于电视的行偏转电路，其中使用多个线圈布置。在这种情况下，用于偏转电路的、所谓桥接线圈和东-西驱动线圈被组合在一个线圈布置中，并且多个绕组彼此并排地被对称布置在磁性针芯上。线圈之一桥接线圈在这种情况下被细分为两个外部绕组，并且中央绕组对应于东-西驱动线圈。桥接线圈的两个绕组在这种情况下被布置为具有磁性相反的极性，并且所述中央绕组工作在不同的频带中。在偏转电路中的两个线圈并联，用于两个不同的电功能。
发明内容
因此，本发明的目的在于指定一种初始所述类型的开关式电源，它在其成本被降低的同时具有可靠性。
根据本发明的一个方面，提供一种开关式电源，包括整流器元件、储能电容器、变压器，所述变压器的初级绕组耦合到储能电容器并且与开关晶体管串联，并且，所述开关式电源包括功率因数校正电路，该功率因数校正电路在整流器元件和初级绕组的一个连接端之间形成电流路径，并且具有用于衰减电压尖脉冲的第一线圈以及用于功率因数校正的第二线圈，其中：所述两个线圈串联，并且具有位于它们之间的抽头，所述抽头经由电容器连接到储能电容器，所述两个线圈具有公共铁心，并且这两个线圈的绕组被布置在公共的线圈架上，线圈架包括多个腔，并且所述两个线圈的绕组被布置在不同的腔内，所述两个线圈的绕组具有相反的缠绕方向，使得它们的磁性在所述铁心内彼此部分地抵消，空腔被定位在所述两个绕组之间。
按照本发明的开关式电源具有功率因数校正电路，它以电流泵的原理工作，并且具有用于衰减电压尖脉冲的第一线圈以及用于功率因数校正的第二线圈。在这种情况下的两个线圈串联，并且被布置在公共铁心上，并且这些线圈的绕组被布置在相同的线圈架上。
虽然在一个线圈中的两个电感器的布置使得第一线圈的电感器的衰减效果比具有铁心的独立线圈的要差，但是因为存在经由在两个电感器之间的公共铁心的交互，因此仍然可以发现，具有组合电感器的线圈具有完全足够的用于开关式电源的衰减效果。
在一个优选示范实施例中，将E/E铁氧体磁芯用作铁心，并且将具有腔的线圈架用作线圈架。并且将两个电感器的绕组布置在不同的腔内。一个空腔被有利地布置在两个电感器之间的线圈架中，并且位于在铁心中的空隙(airgap)的区域中，以便一个电感器位于一个内部铁心柱一半的上部，另一个电感器位于铁心的另一个内部铁心一半的上部。因此具体上相对于内部铁心柱布置在铁心中的空隙，使得两个铁心电感器至少部分地被空隙去耦，因此改善了第一线圈的阻尼响应。
被布置在线圈架上的两个电感器有利地具有相反的缠绕方向，因此它们的磁化在铁心中彼此部分抵消。因为电感器串联并且因此位于同一频率并且部分地具有相同的电流，因此铁心很少有高负荷，因此不饱和，即使在较高电流时也是如此。因此有可能使用过去用于独立的功率因数校正线圈的相同铁氧体磁芯，以便两个线圈的组合因此聚焦占用了与单个线圈相同的空间。这因此不仅解决了在板上的更多空间，而且也完全节省了一个较重的铁线圈。
附图说明
在下文中，通过示例，使用在附图中图解的示范实施例来更详细地说明本发明，其中：
图1示出了具有功率因数校正电路的开关式电源的简化电路图；
图2示出了具有用于衰减电压尖脉冲的第一电感器和用于功率因数校正的第二电感器的线圈。
具体实施方式
图1以简化的形式示出了具有变压器TR的开关式电源，所述变压器TR具有初级绕组W1和次级绕组W2、W3和W4，所述开关式电源还具有开关晶体管T60，它与初级绕组W1串联。开关晶体管T60的基极被一个驱动器电路(未示出)以已知的方式驱动，以便在运行期间，能量从初级绕组W1向位于次级侧绕组W3和W4被发送，并且被发送到绕组W2，绕组W2被布置在初级侧，并且具体用于对所述驱动器电路供电。而且，一个所谓的缓冲器网络SN被以公知的方式与初级绕组W1并联布置。诸如这些的开关式电源被用于例如电视机中，并且对于这个功率范围，一般是以逆向变换器的形式。
在输入端，对于线路网络的一个连接端UN，开关式电源具有整流器BR，在这个示范实施例中它是具有四个二极管的桥式整流器，在其输出，一个滤波电容器C10连接到地。这个滤波电容器C10具有小电容，并且实质上用于干扰频率的滤波，以便在开关式电源的正常运行期间，通过这个滤波电容器C10产生实质上没有干扰并且由整流器BR产生的100赫兹信号。
电容器C10连接到电阻器R10，其中第一电流路径I1耦合到电阻器R10，通过第一电流路径I1，经由二极管D16来充电储能电容器C20。这个电容器与从初级绕组W1和开关晶体管T60形成的串联电路并联，并且向初级绕组W1提供电压。二极管D16被具体需要来提供通过电容器C20的足够电压以用于启动开关式电源。
而且，电阻器R10耦合到第二电流路径I2，第二电流路径I2以电流泵的原理工作，提供对于开关式电源的功率因数校正，并且它在输出端连接到在初级绕组W1上的抽头A。在这个示范实施例中的抽头A将初级绕组W1细分为两个部分，以便线圈匝数的1/3位于绕组W1的连接端1和抽头A之间，线圈匝数的2/3位于抽头A和初级绕组W1的连接端2之间。但是，这个线圈匝数比也可以被不同的配置来适合于其他的开关式电源要求，并且例如，也可能不需要抽头A与连接端2。
详细而言，在这个示范实施例中的电流路径I2包括具有3mH的电感的第一线圈L15，用于衰减电压尖脉冲，并且第二电流路径I2包括具有1mH的电感的第二线圈L19，它经由电容器C19连接到抽头A，并且经由二极管D18连接到储能电容器C20。线圈L19因此连接到开关晶体管T60，以便当接通开关晶体管T60时在所有情况下经由线圈L19取得电流。在这种情况下的电路被设计使得在正常的操作期间、实质上仅仅经由初级绕组W1和二极管D18通过电流泵、而不经由二极管D16，来对储能电容器C20充电。在运行期间，通过滤波电容器C10的100赫兹的频率因此实质上未变，因为第二电流路径I2与充电泵从其取得连续电流。
电容器C19也可以被加上或被替换为一个二极管，这个二极管使得有可能防止线圈L19的极性被反向。在这种情况下，电容器C19用于限流的目的，这防止过高的电流饱和变压器TR的铁心或在功率因数校正电路中的电感器L15、L19之一。
在两个线圈L15和L19之间布置了抽头B，它经由电容器C18连接到储能电容器C20，因为电容器C20具有高直流电压分量，因此线圈L15和电容器C18作为线圈L19的LC元件。以这种方式衰减线圈L19的电流脉冲，它对应于开关晶体管T60的开关频率，因此降低了在线路网络上的谐波负荷。而且，电容器C11、C12也与整流器元件BR的二极管并联，并且用于衰减这些二极管的开关尖脉冲；电容器C15同样与二极管D16并联，并且电容器C17与二极管D18并联。
两个线圈L15和L19具有一个公共的铁心CR，并且被布置在如图2所示的单个线圈架SK上。在这个示范实施例中，铁心CR是具有两个相同的一半铁心的E/E铁心，在其内部铁心柱之上布置了线圈架SK。线圈架SK是圆柱形的，并且具有腔K1-K4，其中布置了线圈的绕组。
在这个示范实施例中，在最上的腔K1内布置了线圈L15的绕组W16，并且在下腔K3和K4中布置了线圈L19的绕组W19。结果，绕组W15被定位在内部铁心柱的上一半的上方，绕组W19被定位在内部铁心柱的下一半的上方。它们彼此通过空腔K2物理地分离。铁心CR在内部铁心柱的两个线圈架一半之间具有空隙AG，并且空腔K2具体定位在这个空隙的区域中，因此降低了在线圈LP中的损耗，并且至少部分地将两个线圈磁性去耦。
而且，两个线圈L15和L19的绕组具有相反的缠绕方向，以便在铁心中它们的磁性部分地彼此抵消，因为两个线圈以相同的频率工作，而这是由于它们串联。磁性CR可以因此被载入较高的电流，而其大小保持为相同，以便首先，有可能使用与以前独立的线圈L19所需要的相同铁心类型的线圈SP，并且，在内部铁心柱一半之间的空隙由于相反的缠绕方向而可以在大小上被降低，以便与独立的布置相比较降低杂散场和线圈SP的损耗。而且，线圈SP具有四个连接端AS，通过它们，线圈SP可以被安装在未示出的、适当印刷电路板上。
两个线圈的组合无可否认地使得功率因数校正电路的阻尼响应在一定程度上变差，但是这使得可以相当大地降低开关式电源的成本，并且可以将其构造得更紧凑。但是，对于功率因数的要求不被大大地违反，并且因此不需要任何进一步的、对于开关式电源的衰减手段。

Claims (3)

1.开关式电源，包括整流器元件(BR)、储能电容器(C20)、变压器(TR)，所述变压器(TR)的初级绕组(W1)耦合到储能电容器(C20)并且与开关晶体管(T60)串联，并且，所述开关式电源包括功率因数校正电路(L15，L19，C19)，该功率因数校正电路在整流器元件(BR)和初级绕组(W1)的一个连接端之间形成电流路径(I2)，并且具有用于衰减电压尖脉冲的第一线圈(L15)以及用于功率因数校正的第二线圈(L19)，其特征在于：
所述两个线圈(L15，L19)串联，并且具有位于它们之间的抽头(B)，所述抽头(B)经由电容器(C18)连接到储能电容器(C20)，
所述两个线圈(L15，L19)具有公共铁心，并且这两个线圈的绕组(W15，W19)被布置在公共的线圈架(SK)上，
线圈架(SK)包括多个腔(K1-K4)，并且所述两个线圈(L15，L19)的绕组(W15，W19)被布置在不同的腔内，
所述两个线圈(L15，L19)的绕组(W15，W19)具有相反的缠绕方向，使得它们的磁性在所述铁心(CR)内彼此部分地抵消，
空腔(K2)被定位在所述两个绕组(W15，W19)之间。
2.按照权利要求1的开关式电源，其特征在于，所述铁心是E/E铁氧体磁芯，并且线圈架(SP)被定位在铁心的内部铁心柱之上。
3.按照权利要求2的开关式电源，其特征在于，所述E/E铁氧体磁芯的内部铁心柱具有空隙，并且所述空腔(K2)被定位在这个空隙的区域中。
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