CN1695289A - 具有功率因数校正的电路装置及其相应的设备 - Google Patents

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Abstract

一种电路装置，包括市电连接端(NA)、具有两个切换触点(1，2)的市电开关(S1)、退磁线圈(BS)、和开关式电源，该开关式电源包含用于为开关式电源的开关晶体管产生控制电压(DS)的驱动电路(DC)。市电开关的第一切换触点(1)处于市电连接端和退磁线圈之间，以便接通或断开退磁线圈，以及第二切换触点(2)与用于驱动电路(DC)的供电电源或控制电压(VCC)相连，以便关断开关式电源。因此，在市电连接端(NA)和开关式电源之间可使用功率因数线圈(NS)进行功率因数校正，并且市电开关不成为功率因数线圈的电感的负载。

Description

具有功率因数校正的电路装置及其相应的设备
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的具有开关式电源的电路装置，以及具有这种相应电路装置的设备。
背景技术
开关式电源在电子电源系统上产生频繁脉动的负载，这就导致电子电源系统上的谐波电流。这种负载出现在正弦市电电压的最大电压区域，其中在最大电压区域开关式电源的蓄能电容器被充电。因此，现在具有相对较高的功率消耗的设备(例如，具有相对较大显像管的电视机)，必须满足与谐波电流有关的特定要求。在这种情况下，这些设备造成的电子电源系统上的谐波负载被称为通常所说的功率因数。
例如从DE-A-196 10 762、EP-A-0 700 145和US 5,986,898可以得知，完全不同的电路装置可用于提高功率因数，它们在市电整流器和变压器的初级绕组之间有一个带有线圈的第二电流通路，该线圈的电感起类似电流泵的作用，并由开关式电源的开关晶体管控制，从而增加了开关式电源的脉动电流量。
另一种提高开关式电源的功率因数的可能的方法是在开关式电源的输入区域使用线圈。这种线圈也被称为50Hz线圈、市电频率线圈或功率因数线圈。为避免与其他线圈混淆，说明书中总是使用功率因数线圈来表示这种线圈。
然而，这种功率因数线圈具有这样的缺点，即，当为关断设备而操作市电开关时功率因数线圈内的电流被突然中断。然而，存储在线圈中的能量必须被释放，由于断开的市电开关表示电路具有最大阻抗，因此，一个极高的电压在市电开关的切换触点之间产生，从而产生电弧。这就使得市电开关很快老化，并且由于在最坏情况下，可能成为潜在的火灾源，所以开关代表安全风险。
切换触点以较慢速度操作的其他电流开关也同样有风险。在这种情况下，尽管触点之间的电压不是很高，仍然产生电弧，并一直存在直到相应的电源电压系统半周期结束为止。就是在这种情况下，在开关上损失大量能量，从而导致其快速老化。
发明内容
本发明的目的是限定一种具有高可靠性以及低电路复杂程度的电路装置和相应的最初提到的那种类型的设备。
由权利要求1、7和8的特征实现本发明该目的的电路装置，以及由权利要求9的特征实现本发明的设备。由从属权利要求限定本发明的有益改进。
根据本发明的电路装置具有一个市电连接端、一个具有两个切换触点的市电开关、一个退磁线圈和一个开关式电源，其中该开关式电源包括产生用于开关式电源的开关晶体管的控制电压的驱动电路。市电开关的第一切换触点被设置在市电连接端和退磁线圈之间以便接通或断开退磁线圈，第二切换触点连接到驱动电路的供电或控制电压，以便断开开关晶体管的控制电压或断开开关式电源。
这就具有这样的优点，即，位于市电连接端和开关式电源之间的功率因数线圈可用于功率因数校正，并且市电开关不成为功率因数线圈的电感的负载。显然，这将导致开关式电源即使在关断的情况下也与市电相连。然而，对用户来说，这不是缺点，在开关式电源关断的情况下由于起动电路仅导致微小的功率损耗。
这种电路装置特别可用于具有图像显像管的设备，例如，电视机和计算机监视器。在这种情况下，无论何时该设备被接通，这种市电开关电路保证图像显像管被退磁。
附图说明
下面将通过实例的方式，例如，由附图示出的一个示范实施例，对本发明进行更为详细的描述。其中
图1示出一个具有市电连接端、功率因数线圈和开关式电源、以及市电开关的电路装置，和
图2示出将这种电路装置用于电视机的底盘上。
具体实施方式
图1概略示出一个开关式电源I，该开关式电源具有一个整流器装置，在该示范实施例，包括具有四个二极管的桥式整流器BR、储能电容器C1和具有初级绕组W1、位于初级侧的辅助绕组W2以及位于次级侧的次级绕组W3、W4和W5的变压器TR。在这种情况下储能电容器C1处于桥式整流器BR和初级绕组W1之间。开关晶体管T1与初级绕组W1串联并由驱动电路DC的控制电压DS控制。电源电压VCC经辅助绕组W2、二极管D1和电容器C2被提供给开关式电源用于操作，并且还提供给驱动电路DC。
图1中的开关式电源I是电路装置的一部分，还包括市电连接端NA、退磁线圈(未示出)和具有两个切换触点1、2的市电开关S1。该电路装置最好集成到一个设备内，例如，具有图像显像管的电视机内。
用于电视机或计算机监视器的图像显像管需要被经常退磁以便保持图像显像管的色纯度。这通过在设备接通过程中正常流过AC电压的退磁线圈来完成。在这种情况下220V市电电压被用作AC电压并在设备接通时产生大电流浪涌，该浪涌随后逐渐衰减。电流衰减通过一个正温度系数热敏电阻来实现，该正温度系数热敏电阻被大电流加热时，其阻抗变大。
为调节开关式电源，将从电源电压U4得到的(例如，从电视机的系统电压得到的)调节信号RS提供给驱动电路DC，其中电源电压U4位于次级一侧，并经光耦合器或隔离变压器(未示出)传送到开关式电源的初级一侧。
被称为吸收器的网络SN与初级绕组W1并联并用于抑制在开关晶体管T1关断期间产生的电压尖峰信号。开关式电源还包括一个起动电路AS，在集成了这种电路装置的设备被接通后，起动电路AS将开关式电源的起动相位的电流提供给驱动级DC。起动电路AS一般是一个高值电阻排，连接在桥式整流器BR和电容器C2之间。在工作期间，由辅助绕组W2、以及二极管D1和滤波电容器C2产生工作电压VCC。
尽管其他电路原理图也是可能的，附图示出的开关式电源最好按照回扫转换器的原理来工作。回扫转换器最好用在娱乐电子设备，例如，电视机和录像机。在回扫转换器中，在这种情况下，在开关晶体管T1导通的相位期间能量存储在变压器TR，随后在开关晶体管T1关断的相位期间将存储的能量转移到次级一侧的绕组W3-W5和初级一侧的辅助绕组W2。回扫转换器不但被用作AC/DC转换器而且被用作DC/DC转换器。
当桥式整流器BR的输出电压U2大于能量存储电容器C1两端的电压值时，由于能量存储电容器C1仅在50HZ市电电压的最大和最小电压区域被充电，所以这种类型的开关式电源具有较小的功率因数。一种简单可行的提高开关式电源的功率因数的方法是使用位于市电连接端NA和能量存储电容器C1之间的市电频率线圈或功率因数线圈NS。在本示范实施例，这种市电频率线圈或功率因数线圈NS连接在市电连接端NA和市电整流器BR之间。
功率因数线圈NS产生用于对能量存储电容器C1充电的脉冲电流，该脉冲电流被增宽并移相，这是因为功率因数线圈NS的电感，例如50mH，意味着通过线圈的电流逐渐增大，并且再以阻尼方式减小。通过适当选择电感值来实现在这种情况下满足这一要求的功率因数。
图1同样示出一个市电开关S1，该开关具有两个切换触点1和2，以及用于切换触点1的相应连接端a和b，以及用于切换触点2的相应连接端c和d。这种情况下，市电开关S1一般位于设备的前面板，易于用户使用。根据本发明，在这种情况下，连接端c和d与连接端c’和d’相连，用于接通和断开开关式电源的驱动电路DC，连接端a和b与退磁线圈相连，用于接通和断开退磁线圈。
因此，功率因数线圈不处于市电开关S1的电流通路上。当设备被接通或断开时市电开关不成为功率因数线圈NS的负载。同时，这种装置保证每当设备被接通的情况下，接通退磁线圈，以便退磁图像显象管。
图2示出这种电路装置的主要部分，该电路能够方便地集成到电视机的底盘上。在输入侧，该电路装置具有与该电路装置的市电连接端NA相连的滤波器部分，该滤波器部分包括市电滤波器NF、电容器C3和C4以及电阻器R1。滤波器部分使进入市电系统的设备免于辐射干扰并抑制市电系统已经出现的任何干扰。在输出侧，滤波器部分与桥式整流器BR相连，其中桥式整流器BR提供用于开关式电源操作的整流电压U2。
连接端e和f连接在桥式整流器和滤波器部分之间，其中功率因数线圈NS连接到连接端e和f，图2未示出功率因数线圈NS。功率因数线圈被分开放置，使得开关式电源结构紧凑，特别是，可以在不需要大的设计变化的前提下使用不具有功率因数校正的现有开关式电源。功率因数线圈NS位于桥式整流器BR的上游意味着其处于市电系统的正弦AC电压的电流路径上。
用于开关式电源的驱动电路DC和变压器TR仅在图2示意性示出，二者对理解本发明是必须的。正如已参照图1解释的，二极管D1和电容器C2与处于初级侧的辅助绕组W2相连，以便产生用于驱动电路的工作电压VCC。两个连接端c’和d’位于底盘上并处于电容器C2和驱动电路DC的连接路径，并且还与市电开关S1的连接端c和d相连。
有利地，位于连接端c’和驱动电路DS之问的电容值为1μf的电容器C6还被接地，以避免切换触点2的切换跳动并提供对连接到市电开关S1的较长电源线的滤波。在这种情况下，在开关晶体管T1被完全关断后，该电容器的电容还影响切换循环的次数。
退磁线圈ES(未示出)经连接端g和h所连接的正温度热敏电阻PS和电容器C5也位于底盘上。在输入侧，正温度系数热敏电阻PS和电容器C3并联。在这种情况下，与市电开关S1的连接端a和b相连接的连接端a’和b’也处于电源系统内。因此，无论何时操作市电开关S1以接通设备，退磁线圈都被接通。在这种情况下，正温度系数热敏电阻PS保证在接通的瞬间有一个较大的电流浪涌，该电流浪涌通过加热正温度系数热敏电阻来连续减少到一个较低的损耗水平。
无论何时接通设备，当按下市电开关S1时，切换触点1和2闭合，在这种情况下，由于驱动电路DC由工作电压VCC供电，这样开关式电源经切换触点2被起动。在被接通时，开关式电源以与操作常规类型设备中的市电开关S1相同的方式准确动作。
无论何时断开设备，市电开关S1被断开，切换触点2在较短时间内断开开关晶体管T1，这就使得变压器TR内不再有能量转移到次级绕组W2-W5。用于开关晶体管T1的切换电压DS通过驱动电路被直接或间接断开。如参照图2所述，有利地，切换触点2与连接端c’和d’相连，这样驱动电路DC在断开过程中与供电电压VCC断开。然而，驱动电路DC的另一个电压，例如驱动电路DC的控制电压也可以通过切换触点2以相应的方式被断开，或者开关触点2可用于将调节信号RS调节到预定的电压电平，这样开关晶体管T1同样被永久关断。
根据本发明，市电连接端NA在不被切换、以及不存在市电开关的情况下与桥式整流器BR相连。这样，无论何时设备的市电插头与电力电源系统相连，开关式电源I就一直与电力电源系统相连。因此，功率因数线圈NS不处于市电开关S1的电流路径上，极大地提高了市电开关S1的寿命。
本发明的进一步改进处于本领域技术人员理解的范围。正如上面已解释的，本发明不限于基于回扫转换器原理的开关式电源，当要求功率因数校正时，本发明还可用于其他的开关式电源类型。本发明还可用于不需要功率因数校正的设备。这样，例如，对于不需要功率因数校正的国家，连接端e和f可以在设备内被短路。因此，不需要对这些国家的设备的底盘进行修改。

Claims (10)

1.一种电路装置，包括市电连接端(NA)、具有两个切换触点(1，2)的市电开关(S1)、退磁线圈(ES)、开关式电源(I)，开关式电源(I)具有包含初级绕组(W1)的变压器(TR)、开关晶体管(T1)和用于产生开关晶体管(T1)的控制电压(DS)的驱动电路(DC)，其特征在于，
第一切换触点(1)处于市电连接端(NA)和退磁线圈之间，以及，
第二切换触点(2)与供电电源(VCC)或用于驱动电路(DC)的控制电压相耦和，以便断开开关晶体管(T1)的控制电压(DS)。
2.如权利要求1所述的电路装置，其特征在于，变压器(TR)具有用于产生驱动电路(DC)的供电电压(VCC)的辅助绕组(W2)，以及第二切换触点(2)处于辅助绕组(W2)和驱动电路(DC)之间，以便断开供电电压(VCC)。
3.如权利要求2所述的电路装置，其特征在于，二极管(D1)和电容器(C2)与辅助线圈(W2)的一个连接端(A)相连以产生一个整流和平滑的供电电压(VCC)，以及第二切换触点(2)处于电容器(C2)和驱动电路(DC)之间。
4.如权利要求1，2或3所述的电路装置，其特征在于，开关式电源还包括一个用于整流市电电压的整流器装置(BR)，以及一个位于整流器装置(BR)和初级绕组(W1)之间的能量储存电容器(C1)。
5.如前面权利要求之一所述的电路装置，其特征在于，该电路装置具有一个用于功率因数校正的功率因数线圈(NS)。
6.如权利要求5所述的电路装置，其特征在于，功率因数线圈(NS)特定地处于整流器装置(BR)的上游部分中的市电连接端(NA)和能量储存电容器(C1)之间。
7.一种电路装置，包括退磁线圈(ES)、具有两个切换触点(1，2)的市电开关(S1)、和开关式电源(I)，该开关式电源(I)包括用于产生开关晶体管(T1)的控制电压(DS)的驱动电路(DC)，其特征在于，第一切换触点(1)用于断开或接通退磁线圈(ES)，以及第二切换触点(2)与用于驱动电路(DC)的供电电源(VCC)或控制电压相耦和，以便断开开关式电源(I)。
8.一种电路装置，包括具有两个切换触点(1，2)的市电开关(S1)、退磁线圈(ES)、以及具有驱动电路(DC)的开关式电源(I)，其特征在于，第一切换触点(1)用于断开或接通退磁线圈(ES)，以及第二切换触点(2)用于接通或断开开关式电源(I)的驱动电路(DC)。
9.一种设备，其特征在于，所述设备包括一个如前面权利要求之一所述的电路装置。
10.权利要求9所述的设备，其特征在于，所述设备包括一个其上安装有退磁线圈(ES)的图像显象管。
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