用多耦合初級繞組的輸入諧波電流校正交流到直流交換器的制作方法

專利名稱：用多耦合初級繞組的輸入諧波電流校正交流到直流交換器的制作方法
技術領域：
本發明涉及AC到DC(交流到直流)變換器。
接收來自AC輸電線的電力的AC到DC變換器通常將正弦波(AC)電源電壓進行整流，并將能量儲存在一電容器中。該電容器通常充電至峰值電源電壓，使得電流只在輸入電壓的峰值附近流入電源。這使得輸入到電源的電流波形成為基波供電頻率和基波供電頻率的整數倍(諧波)的組合。這些諧波輸入電流幅值可以占基波輸入電流幅值的相當大的百分比。因此，諧波輸入電流會產生畸變，這種畸變會影響與電源線連接的其它敏感器件；或者會產生畸變，其會累積在配電網元件上，給這些元件帶來不希望的壓力。
通常被稱作“功率因數校正”(PFC)技術的各項技術可用來通過將輸入電流改變成近似正弦波來降低輸入電流的諧波含量。然而，這種功率因數電路通常是復雜的。


圖1(現有技術)是一種這樣的功率因數校正電路的簡圖。一種升壓變換器包括一電感器1，高頻開關2，二極管3，電流敏感電阻(current senseresistor)4，和控制電路5，該升壓變換器設置在電力線端子6和儲能電容器7之間。控制電路5調制開關2的導通，以便將輸入電流整形為近似正弦波。獨立的DC到DC變換器包括變壓器8，高頻開關9，控制電路10，和輸出整流器11，其將儲能電容器7用作為電壓源，并將電容器上的電壓變換為可使用的DC輸出電壓電平，該電平可提供到輸出端子12上。DC到DC變換器的控制電路10調制開關9的導通，以提供對輸出電壓的調節(regulation)。
雖然這些現有技術的功率因數校正電路對于許多應用可令人滿意地工作，然而，兩個分別的開關2和9和兩個分別的控制電路5和10卻增加了復雜性和成本。另外，許多應用并不需要幾乎完全消除諧波，而只是需要將諧波降低到工業標準所確定的值以下。因此，人們試圖尋求一種較便宜的AC到DC變換器，其可得到具有降低了的諧波的輸入電流，從而不需要兩個控制電路和兩個開關。
本發明的目的即在于提供一種AC到DC變換器，其可得到具有降低了的諧波的輸入電流，且復雜性和成本都降低了。
本發明提供一種AC到DC功率變換器，其可獲得大于80％的功率因數校正，其只用一個電源開關，只一個磁性元件，只一個控制回路，和一個電容器便可達到75％以上的效率。其僅有的磁性元件是一變壓器，其具有第一初級繞組，第二初級繞組，和至少一次級繞組。在AC輸入電流周期的第一時間間隔期間中，第二初級繞組是由先前存儲在一儲能電容器中的能量來激勵的。在第二時間間隔期間中，第一初級繞組是由流經AC輸入端子的輸入電流能量來激勵的。因此，AC到DC電力變換器在輸入電壓達到峰值的時間點以前一段延伸的時間期間得到輸入電流，并且在輸入電壓達到峰值的時間點以后一段延伸的時間期間也得到輸入電流。因此，采用只有一個磁性元件的AC到DC電力變換器可降低與基波輸入電流相關的輸入電流諧波的幅值。為了濾去交流聲(ripple)和/或噪聲，可增加一附加磁性元件或多個元件。
圖1(現有技術)是具有兩個開關和兩個控制電路的功率因數校正電路的簡化示意圖；圖2是按照本發明一實施例的電力變換器的簡化示意圖；圖3是表示圖2電力變換器工作的簡化波形圖；圖4-7是表示流入圖2電力變換器中的電流流動的簡化圖；圖8是按照本發明特定實施例的詳細電路圖；圖9A一9I是各種其它實施例的簡化圖。
圖2是本發明的一電力變換器100的簡化圖，其將輸入端子101上所接收的交流電變成輸出端子102上所輸出的直流電。電力變換器100包括初級電路103，次級電路104，和控制電路105。橋式整流器二極管106-109將從AC電源線輸入端101上所接收的AC電壓進行整流。電力變換器100只包括一個電源開關元件(大功率場效應晶體管110)和只一個磁性元件(電源變壓器111)。電源變壓器包括兩個初級繞組112和113和一個次級繞組114。初級繞組112具有N1匝，初級繞組113具有N2匝和次級繞組114具有N3匝。初級電路的二極管115-117確定在電源開關110導通時激勵哪個初級繞組。儲能電容器118在電源電壓較低時提供能量以運行電力變換器。
次級電路104包括整流器電路119和120，用以對流自變壓器次級114的電流進行整流。控制電路105控制開關110的接通時間，以保持在輸出端子102上有受控的DC電壓。控制電路105可以用可變頻率、可變工作循環(duty cycle)、或兩者都用來驅動開關110。在一實施例中，控制電路105是Unitrode的UC 3843集成電路，其管腳2連接于輸出端子102上，管腳6則連接到開關110的控制極上。
圖3是表示圖2電力變換器工作的簡化波形圖。電力變換器100的工作將結合四種工作模式進行描述。開關110在每種工作模式下接通和斷開許多次。在模式一中，能量從儲能電容器118經變壓器111傳送給連接于輸出端子102的負載(未示出)。然后在模式三中，從儲能電容器118耗掉的能量在下一個模式一期間之前恢復。
如上所述，開關110在模式一中接通和斷開多次。圖4描繪出了開關110在模式一中接通時的電流流動，并且圖5描繪出了開關110在模式一中斷開時的電流流動。二極管106-109對輸入電壓正弦波VIN進行整流，使得圖3中所示的整流輸入電壓VR出現在結點121上。圖2中的虛線接地符號表示圖3電壓波形的地基準。模式一的初始條件是，在繞組113兩端所感應的電壓VY等于儲能電容器118上的電壓VC，即VY＝VC＝VR/(N1/N2)(式1)其中VY是在模式2，3，和4中在開關110接通期間在繞組113兩端所感應的電壓(結點124上的電壓)，其中VC是電容器118上的電壓(結點123上的電壓)，其中VR是整流后的輸入電壓(結點121上的電壓)，和其中N1/N2是繞組112與繞組113的匝數比。為了簡明而清楚地分析和說明，可將二極管視為理想二極管，其沒有正向二極管電壓降。
在式1的條件出現以后，整流的輸入電壓VR持續降低，并且電容器118上的電壓VC保持相對大的電壓。因此，二極管116導通，并且繞組113在開關110如圖4所示接通時由在儲能電容器118上的電壓來激勵。因此，在模式一中儲能電容器118中的能量在開關110接通時被消耗。在模式一期間中，輸出電流ILOAD在開關110接通時由次級電路的電容器120來提供。
圖5表示在開關110斷開時以模式1的電流流動。由于將開關110斷開，在次級114感應出電流，其經正向偏置二極管119對輸出電容器120充電。由于在開關110如圖4中所示接通時電容器118將能量提供給繞組113，并且由于在開關如圖5中所示斷開時電容器118未再被充電，所以電容器118上的電壓VC在模式一中降低。該VC的降低(如圖3中所示)具有由平均放電電流所確定的近似線性的斜率。對于多次開關循環平均的平均放電電流IDIS由下式給出IDIS＝ILOAD·VOUT/VC＝C118·dVC/dt(式2)其中ILOAD是經輸出端子102所提供的平均負載電流，其中VOUT是在輸出端子102兩端的DC電壓幅值，和其中C118是儲能電容器118的電容量。在模式一中控制電路105改變開關110接通和斷開次數的工作循環，以計及電容器118上的電壓降低，并用以保持恒定的能量流至繞組113中。
如圖3中所示，在模式一中，整流的輸入電壓VR降低，達到零，并且然后開始升高。當開關110接通使整流輸入電壓VR超過在繞組112兩端感應的電壓時(見圖3中的電壓VRI)，二極管115變為正向偏置。此時，變壓器111的激勵源由初級繞組113變為初級繞組112。這就由模式一轉為模式二。轉為模式二的條件是VR＝VC·N1/N2(式3)圖6表示在開關110接通時模式二中的電路工作情況。電流從AC電源流經整流二極管107，經過繞組112，經過二極管115，經過導通開關110，返回經過整流二極管108，并返回至AC電源。由此繞組112被激勵。
圖5表示在開關110斷開時模式二中的電路工作。開關110的斷開使得在次級114感應出電流，其經過正向偏置二極管119給輸出電容器120充電。
由于在模式二中沒有從儲能電容器118中提取能量，所以電容器118上的電壓保持恒定，并且實質上由整流輸入電壓VR傳送給繞組112的所有能量都被傳送給輸出電容器120，輸出端子102和負載。對許多個開關循環進行平均的從AC電源流經繞組112的輸入電流可由下式給出iIN＝ILOAD·VOUT/VIN(式4)由于整流輸入電壓VR在模式二的整個時間期間隨時間持續上升，如圖3中所示，在開關110斷開期間電壓VR和繞組112的端電壓的總和也升高。當該總和電壓超過電容器118上的電壓時，二極管117變為正向偏置，電流從AC電源流入電容器118。這就是模式三的開始。模式三的起始條件為VC＝VIN+V112＝VIN+VOUT·N1/N3(式5)其中V112是開關110斷開期間繞組112的端電壓，V112是模式二中的恒定值，并取決于輸出電壓和匝數比。
圖6表示模式三期間當開關110接通時的電路工作。圖7表示模式三期間當開關110斷開時的電路工作。在模式一期間由電容器118所消耗的能量在模式三中被恢復。控制電路105改變開關110接通和斷開次數的工作循環，用以在繞組112的電感中存儲附加能量，以便提供來傳送能量給輸出端，以及用來恢復電容器118。在模式三中當開關110斷開時流入儲能電容器118中的充電電流iCHG為iCHG＝C118·dVC/dt＝C118·d(V112+VR)/dt(式6)當流入電容器118的交電電流iCHG停止流動時，模式四在輸入電壓VIN的峰值開始。圖6表示開關110在模式四中接通時的電路工作，并且圖5表示開關110在模式四中斷開時的電路工作。在模式四中開關110的斷開在次級114感應出電流，其經過正向偏置二極管119給輸出電容器120充電。
由于電容器118在圖7中所示的模式3期間中被充至輸入電壓加繞組112電壓的峰值電壓，所以這時二極管117在輸入電壓開始降低時變為模式四中的反向偏置。然而，二極管115導通，使得在開關110接通時繞組112被激勵，如圖6中所示。由于未從電容器118中提取能量，所以在電容器118上的電壓保持恒定，并且由輸入端傳送給繞組112的能量被傳送給負載。輸入電流如同模式二中一樣由式4來確定。當輸入電壓VIN降低，使得滿足式1的條件時，再開始模式一。
正如從圖3中由AC電源輸入的電流絕對值波形所看到的，輸入電流在輸入電壓峰值附近流動一段相當長的時間間隔。該相當長時間間隔導致了輸入電流中諧波含量的降低。對于足夠高的整流輸入電壓(如大于圖3中的電壓VR2)，AC到DC變換器通過將能量由AC電源端子經過第一初級112傳送給輸出端子而工作。對于太低的整流輸入電壓(如小于圖3中的電壓VR1)，AC到DC變換器切換為這種操作，即其中存儲在電容器118中的能量通過第二初級113被傳遞給輸出端子。導通角(degree of conduction)可通過設定N1/N2的比來編程。通過使N1/N2變小來提高導通角的度數。
在一實施例中，按照本發明的AC到DC變換器具有下述特性，如在下表1中所示，其對應于220伏正弦輸入電壓和45瓦負載。注意，該AC到DC變換器只有一個開關，一個磁性元件(具有兩個初級繞組的變壓器)，和一個控制回路。匝數比N1/N2約為8。其切換頻率約為100-120KHz，并且儲能電容器較小(在電容量和尺寸方面)，約47微法。
表1
在上述表中的總RMS(均方根)諧波輸入電流將所有輸入電流的諧波成分(RMS值)與輸入電流大小相關聯。在上表中的效率值是提供給輸出端的功率，它是從AC到DC變換器的輸入端子所提取功率的一個百分數。導通角是在其中在正弦輸入電壓一個周期上從輸入端提取有效電流的總角度數。
圖8是根據本發明的AC到DC變換器特定實施例的詳細電路圖。提供電感器800398和電容器C5來濾掉10KHz以上頻率的電磁干擾(EMI)。因此，電感器800398調節為對1000倍于電源頻率量級的頻率起作用，并且具有小于約1mH的大小。雖然在橋式整流二極管106-109和第一初級112之間設有電感器800398，但電感800398僅用來濾掉EMI而不被認為是AC到DC變換器的一部分。電感器800398可以被去掉，而電路仍將作為AC到DC變換器來工作。開關110是一600伏場效應晶體管。
圖9A-9I是各種其它實施例的簡圖。在每個圖中，AC輸入端子標為101，DC輸出端子標為102，整流二極管標為106-109，第一初級，第二初級和次級分別標為112，113，和114，開關標為110，儲能電容器標為118，控制電路標為105，和輸出電容器標為120，還標記了二極管116和117。
在圖9A的實施例中，可提供附加二極管115A。二極管115A的正極連接于橋式整流二極管輸出端上的結點121上，且二極管115A的負極連接于第二初級113的第三端子上，使得在模式2，3，和4期間中的輸入電流在二極管115和115A之間，以及在繞組112和繞組113的一部分之間共享。在圖9B的實施例中，二極管115的負極連接于第二初級113的第三端子上，使得對于式1和3的匝數N1的總數為繞組112和繞組113一部分的匝數總和。對于式5的匝數N1則等于繞組112的匝數。這具有降低電容器118上最大電壓的效果，同時保持了其它操作特性不變。在圖9C的實施例中，變壓器具有第三初級112A。該第三初級112A在模式2，3和4中在開關110接通期間起作用。在開關110斷開期間，初級112在模式3期間中承載電流。圖9D的實施例與圖9C的實施例相同，只是將繞組112A結合作為繞組113的一部分。圖9E的實施例類似于圖9C的，只是其次級電路是使用由二極管119A和電感器119B組成的平均濾波器的正向轉換器。在該實施例中，初級繞組112和112A在模式3變換整流輸入電壓，用以給電容器118充電達到更高電平，同時在開關110接通期間提供能量給次級。繞組113在輸入電壓處于很低時使用來自電容器118的能量。圖9F的實施例類似于圖9E，只是初級繞組113的一部分代替了初級繞組112A。圖9F的實施例與圖9D的實施例相同，只是使用了圖9E的輸出整流電路。圖9G和9H的實施例表示可以使用的第二開關110A。在圖9G的實施例中，開關110A在模式2，3和4的期間中承載輸入電流，而開關110在模式1的期間中承載輸入電流。這使得對于在這些不同電路功能中出現的電流和電壓，開關可以單獨地設計(rated)。在圖9H的實施例中，增加了加法附加比較器，以確定整流輸入電壓的電平，其中耗用功率從繞組112變至繞組113，并因此從輸入電源變至儲能電容器。在圖9I的實施例中，初級125，初級113和次級114形成一變壓器。電感器126是一分開的電感器，它具有大于約100mH的電感。
雖然以上為說明的目的結合一些特定實施例對本發明加以了說明，但它們并不成為對本發明的限制。可以將附加磁性元件加到AC到DC變換器中用于濾波。因此，這些特定實施例特征的各種調整、改變和組合均是可能的，但其均未脫離下述權利要求所限定的發明范圍。
權利要求
1.一種具有AC輸入電流端子的AC到DC電力變換器，包括變壓器，其具有第一初級繞組，第二初級繞組和次級繞組；電源開關；儲能電容器；和用以控制所述電源開關的裝置，使得所述第二初級繞組在第一時間間隔用先前存儲在所述儲能電容器中的能量來激勵，并使得所述第一初級繞組在第二時間間隔用流過所述AC輸入電流端子的電流能量來激勵。
2.如權利要求1的AC到DC電力變換器，其中所述變壓器是所述AC到DC電力變換器僅有的磁性元件。
3.如權利要求1的AC到DC電力變換器，其中所述電源開關是所述AC到DC電力變換器僅有的電源開關。
4.如權利要求1的AC到DC電力變換器，其中進一步包括第一二極管，其具有第一端子和第二端子，所述第一端子連接于所述第一初級繞組的一端上；第二二極管，其具有第一端子和第二端子，所述第二二極管的所述第一端子連接于所述第一二極管的第二端子上，并連接于所述儲能電容器的第一端子上，所述第二二極管的第二端子連接于所述第二初級繞組的第一端子上；其中所述第二初級繞組的第二端子連接于所述電源開關的第一端子上，并且其中所述電源開關的第二端子連接于所述儲能電容器的第二端子上。
5.如權利要求1的AC到DC電力變換器，其中在所述開關斷開期間將能量傳送給所述次級繞組。
6.如權利要求1的AC到DC電力變換器，其中在所述開關斷開期間將能量傳送給所述次級繞組，并且其中在所述開關接通期間實質上沒有能量傳送給所述次級繞組。
7.如權利要求1的AC到DC電力變換器，其中在所述開關接通期間將能量傳送給所述次級繞組。
8.如權利要求1的AC到DC電力變換器，其中在所述開關接通期間將能量傳送給所述次級繞組，并且其中在所述開關斷開期間實質上沒有能量傳送給次級繞組。
9.如權利要求1的AC到DC電力變換器，其中在所述開關斷開期間將能量傳送給所述次級繞組，并且其中在所述開關接通期間將能量傳送給所述AC到DC電力變換器的另一次級繞組。
10.一種AC到DC電力變換器，包括橋式整流器，其具有第一輸入端子，第二輸入端子，第一輸出端子和第二輸出端子；變壓器，其具有第一初級繞組，第二初級繞組和次級繞組，所述第一初級繞組的第一端子連接于所述整流電橋的所述第一輸出端子上；第一二極管，其具有第一端子和第二端子，所述第一二極管的第一端子連接于所述變壓器的所述第一初級繞組的第二端子上；第二二極管，其具有第一端子和第二端子，所述第二二極管的第一端子連接于所述第一二極管的第二端子上，所述第二二極管的第二端子連接于所述變壓器的所述第二初級繞組的第一端子上；電源開關，其具有第一端子、第二端子和第三端子，所述電源開關的第一端子連接于所述第二初級繞組的第二端子上；電容器，其具有第一端子和第二端子，所述電容器的第一端子連接于所述電源開關的第二端子上，并還連接到所述橋式整流器的所述第二輸出端子上，所述電容器的第二端子連接于所述第一二極管的第二端子上；整流電路，其連接于所述變壓器的所述次級繞組的第一和第二端子上；和控制電路，其具有輸入端子和輸出端子，所述控制電路的輸入端子連接于所述整流電路的一端上，所述控制電路的所述輸出端子連接于所述電源開關的所述第三端子上。
11.如權利要求10的AC到DC電力變換器，其中所述第一初級繞組的所述第一端子由一高頻濾波電感連接于所述橋式整流器的所述第一輸出端子上。
12.如權利要求10的AC到DC電力變換器，其進一步包括第三二極管，其具有第一端子和第二端子，所述第三二極管的第一端子連接于所述第一初級繞組的第二端子上，所述第三二極管的第二端子連接于所述第二初級繞組的所述第二端子上。
13.如權利要求11的AC到DC電力變換器，其進一步包括第三二極管，其具有第一端子和第二端子，所述第三二極管的第一端子連接于所述第一初級繞組的第二端子上，所述第三二極管的第二端子連接于所述第二初級繞組的一第三端子上。
14.如權利要求11的AC到DC電力變換器，其進一步包括一第三二極管，其具有第一端子和第二端子，所述第三二極管的第一端子連接于所述第一初級繞組的第一端子上，所述第三二極管的第二端子連接于所述第二初級繞組的一第三端子上。
15.如權利要求11的AC到DC電力變換器，其中所述變壓器進一步包括第三初級繞組，所述第三初級繞組的第一端子連接于所述第一初級繞組的第一端子上，所述AC到DC電力變換器進一步包括第三二極管，其具有第一端子和第二端子，所述第三二極管的第一端子連接于所述第三初級繞組的第二端子上，所述第三二極管的第二端子連接于所述第二初級繞組的第二端子上。
16.一種AC到DC電力變換的方法，其包括下列步驟(a)在AC輸入電壓周期的第一時間間隔中，將能量從一AC到DC變換器的儲能電容器傳送到所述AC到DC變換器的DC輸出端，其方式是用先前存儲于所述儲能電容器中的能量來激勵所述AC到DC變換器的變壓器第一初級繞組；(b)在所述AC輸入電壓的所述周期的第二時間間隔中，將能量由所述AC到DC變換器的AC輸入端傳送給所述AC到DC變換器的DC輸出端，其方式是用流過所述AC輸入端子的電流來激勵所述變壓器的第三初級繞組；和(c)將所述變壓器的所述次級繞組兩端感應的電壓整流成為所述DC輸出端子上的DC電壓。
17.如權利要求16的方法，其中所述傳送步驟(a)包括接通和斷開流過所述第一初級繞組的電流多次，使得能量由所述第一初級繞組傳送給所述次級繞組，并且其中所述傳送步驟(b)包括接通和斷開流過所述第二初級繞組的電流多次，使得能量由所述第二初級繞組耦合到所述次級繞組上。
18.如權利要求16的方法，其中所述第一時間間隔是這樣一個時間間隔，其中在所述AC輸入端上出現的AC電壓的絕對值低于一定電壓，并且其中所述第二時間間隔是這樣一個時間間隔，其中在所述AC輸入端上出現的所述AC電壓的絕對值在所述電壓以上，并且其中所述第一和第二時間間隔不重疊。
19.如權利要求16的方法，其中來自在所述第一時間間隔期間激勵所述第一初級繞組的所述儲能電容器的能量是在所述第二時間間隔的一部分中再充滿的。
20.一種AC到DC電力變換器，包括一橋式整流器，其具有第一和第二輸入端子，并具有第一和第二輸出端子；一變壓器，其具有第一初級繞組、第二初級繞組、和次級繞組，所述第一初級繞組具有第一端子和第二端子，第二初級繞組具有第一端子和第二端子，所述第一初級繞組的第二端子連接于所述第二初級繞組的第二端子上；電源開關，其具有第一端子，第二端子和第三端子，電源開關的第一端子連接于第二初級繞組的第二端子上，電源開關的第二端子連接于所述橋式整流器的第二端子上；儲能電容器，其具有第一端子和第二端子，儲能電容器的第一端子連接于第一初級繞組的第一端子上，儲能電容器的第二端子連接于電源開關的第二端子上；第一二極管，其具有第一端子和第二端子，第一二極管的第二端子連接于第二初級繞組的第一端子上；第二二極管，其具有第一端子和第二端子，第二二極管的第一端子連接于第一二極管的第一端子上，第二二極管的第二端子連接于第一初級繞組的第一端子上；電感器，其具有第一端子和第二端子，所述電感器的第二端子連接于第一二極管的第一端子上，電感器的第一端子連接于所述橋式整流器的第一輸出端子上；整流電路，其連接于所述次級繞組，該整流電路具有DC輸出端子；和控制電路，其具有輸入端子和輸出端子，所述控制電路的輸入端子連接于所述整流電路的DC輸出端子上，所述控制電路的輸出端子連接于所述電源開關的第三控制端子上，所述控制電路控制所述電源開關，使得所述電源開關在橋式整流器的第一和第二端子之間出現AC電壓的周期期間接通和斷開多次。
21.一種具有AC輸入電流端子的AC到DC電力變換器，其包括變壓器，其具有第一初級繞組，第二初級繞組，和次級繞組，所述第一初級繞組具有第一端子和第二端子，所述第二初級繞組具有第一端子和第二端子，所述第一初級繞組的第二端子連接于第二初級繞組的第二端子上；電源開關，其具有第一端子，第二端子和第三端子，所述電源開關的第一端子連接于所述第一初級繞組的第二端子上；儲能電容器，其具有第一端子和第二端子，所述儲能電容器的第一端子連接于第一初級繞組的第一端子上，儲能電容器的第二端子連接于電源開關的第二端子上；第一二極管，其具有第一端子和第二端子，所述第一二極管的第二端子連接于第二初級繞組的第一端子上；第二二極管，其具有第一端子和第二端子，第二二極管的第一端子連接于第一二極管的第一端子上，第二二極管的第二端子連接于第一初級繞組的第一端子上；電感器，其具有第一端子和第二端子，所述電感器的第二端子連接于所述第一二極管的第一端子上；和用以控制所述電源開關的裝置，使得1)在AC輸入電流端子上出現AC電壓周期的第一時間間隔中，當所述電源開關接通時，所述第二初級繞組通過從所述儲能電容器的第一端子流過所述第二初級繞組、并流過所述電源開關的電流來激勵，而在該第一時間間隔期間中沒有電流流過所述第一初級繞組，并且使得2)在AC輸入端子上出現AC電壓周期的第二時間間隔中，當所述電源開關接通時，一電流流過所述電感器，流過第二二極管，流過第一初級繞組并流過所述電源開關，并且另一電流則從所述儲能電容器的第一端子流過第二初級繞組，并流過所述電源開關，和使得3)在該周期期間電源開關接通和斷開多次。
22.如權利要求21的AC到DC電力變換器，其進一步包括整流電路，其連接于所述次級繞組，該整流電路具有DC輸出端子；其中所述用于控制電源開關的裝置具有輸入端子和輸出端子，該用于控制的裝置的輸入端子連接于所述整流電路的DC輸出端子上，該用于控制的裝置的輸出端子連接于所述電源開關的第三端子上。
23.一種AC到DC電力變換器，其包括橋式整流器，其具有第一和第二輸入端子和第一和第二輸出端子；變壓器，其具有第一初級繞組，第二初級繞組，和次級繞組，所述第一初級繞組具有第一端子和第二端子，所述第二初級繞組具有第一端子和第二端子；電源開關，其具有第一端子，第二端子和第三端子，所述電源開關的第一端子連接于所述第二初級繞組的第二端子上，所述電源開關的第二端子連接于所述橋式整流器的第二端子上；所述儲能電容器，其具有第一端子和第二端子，所述儲能電容器的第二端子連接于所述電源開關的第二端子上，第一初級繞組在電源開關接通期間由儲能電容器來激勵；第一二極管，其具有第一端子和第二端子，所述第一二極管的第二端子連接于第二初級繞組的第一端子上；第二二極管，其具有第一端子和第二端子，所述第二二極管的第一端子連接于第一二極管的第一端子上，第二二極管的第二端子連接于所述儲能電容器的第一端子上；電感器，其具有第一端子和第二端子，所述電感器的第二端子連接于所述第一二極管的第一端子上，所述電感器的第一端子連接于所述橋式整流器的第一輸出端子上；整流電路，其連接于所述次級繞組上，所述整流電路具有DC輸出端子；和控制電路，其具有輸入端子和輸出端子，所述控制電路的輸入端子連接于所述整流電路的DC輸出端子上，所述控制電路的輸出端子連接于所述電源開關的第三端子上，所述控制電路控制所述電源開關，使得在橋式整流器第一和第二端子之間出現AC電壓的周期期間所述電源開關接通和斷開多次。
24.如權利要求23的AC到DC電力變換器，其中所述儲能電容器的第一端子連接于第一初級繞組的第一端子上。
25.一種AC到DC電力變換器，其包括橋式整流器，其具有第一和第二輸入端子和第一和第二輸出端子；變壓器，其具有第一初級繞組、第二初級繞組、和次級繞組，所述第一初級繞組具有第一端子和第二端子，所述第二初級繞組具有第一端子和第二端子，第一初級繞組的第二端子連接于第二初級繞組的一端子上；電源開關，其具有第一端子，第二端子和第三端子，所述電源開關的第一端子連接于第二初級繞組的第二端子上，電源開關的第二端子連接于橋式整流器的第二端子上；儲能電容器，其具有第一端子和第二端子，所述儲能電容器的第二端子連接于所述電源開關的第二端子上，第一初級繞組在所述電源開關接通期間由儲能電容器來激勵；第一二極管，其具有第一端子和第二端子，所述第一二極管的第二端子連接于第二初級繞組的第一端子上；第二二極管，其具有第一端子和第二端子，所述第二二極管的第一端子連接于第一二極管的第一端子上，第二二極管的第二端子連接于所述儲能電容器的第一端子上；電感器，其具有第一端子和第二端子，所述電感器的第二端子連接于第一二極管的第一端子上，所述電感器的第一端子連接于所述橋式整流器的第一輸出端子上；整流電路，其連接于所述次級繞組上，所述整流電路具有DC輸出端子；和控制電路，其具有輸入端子和輸出端子，所述控制電路的輸入端子連接于所述整流電路的DC輸出端，所述控制電路的輸出端子連接于所述電源開關的第三端子上，所述控制電路控制所述電源開關，使得在橋式整流器第一和第二端子之間出現AC電壓周期期間所述電源開關接通和斷開多次。
26.如權利要求25的AC到DC電力變換器，其中所述儲能電容器的第一端子連接于第一初級繞組的第一端子上。
27.一種AC到DC電力變換器，其包括橋式整流器，其具有第一和第二輸入端子并且具有第一和第二輸出端子；變壓器，其具有第一初級繞組、第二初級繞組、和次級繞組，所述第一初級繞組具有第一端子和第二端子，第二初級繞組具有第一端子和第二端子，第一初級繞組的第二端子連接于第二初級繞組的一端子上；電源開關，其具有第一端子，第二端子和第三端子，所述電源開關的第一端子連接于第二初級繞組的第二端子上，所述電源開關的第二端子連接于橋式整流器的第二端子上；儲能電容器，其具有第一端子和第二端子，所述儲能電容器的第二端子連接于所述電源開關的第二端子上，第一初級繞組在所述電源開關接通期間由儲能電容器來激勵；第一二極管，其具有第一端子和第二端子，所述第一二極管的第二端子連接于所述儲能電容器的第一端子上；電感器，其具有第一端子和第二端子，所述電感器的第二端子連接于第一二極管的第一端子上，所述電感器的第一端子連接于橋式整流器的第一輸出端子上；第二二極管，所述第二二極管和第二初級繞組在所述第一二極管的第一端子和所述電源開關的第一端子之間串聯連接在一起；整流電路，其連接于所述次級繞組，所述整流電路具有DC輸出端子；和控制電路，其具有輸入端子和輸出端子，所述控制電路的輸入端子連接于所述整流電路的DC輸出端子上，所述控制電路的輸出端子連接于所述電源開關的第三端子上，所述控制電路控制所述電源開關，使得在橋式整流器第一和第二端子之間出現AC電壓的周期期間所述電源開關接通和斷開多次。
28.如權利要求27的AC到DC電力變換器，其中所述儲能電容器的第一端子連接在第一初級繞組的第一端子上。
全文摘要
一種AC到DC電力變換器只使用一個電源開關，只一個磁性元件，只一個控制回路，和一個儲能電容器，可改善功率因數校正和效率。僅有的磁性元件是一變壓器，具有第一初級繞組，第二初級繞組和至少一次級繞組。在AC輸入電流周期的第一時間間隔期間，第二初級繞組用先前存儲在儲能電容器中的能量來激勵。在AC輸入電流周期的第二時間間隔期間，第一初級繞組是用流過AC輸入端子的輸入電流的能量來激勵。降低了輸入電流諧波的大小。
文檔編號H02M1/00GK1151630SQ9611927
公開日1997年6月11日 申請日期1996年10月16日 優先權日1995年10月16日
發明者何民信, 李震鋒, 蔡富生, 潘毅杰 申請人:計算機產品公司