一种减少电源储能提高功率因数的电路的制作方法

1.本实用新型属于电子技术领域，尤其涉及一种减少电源储能提高功率因数的电路。


背景技术：

2.在光伏和半导体pecvd镀膜领域以及其它等离子体、磁控溅射镀膜领域，被镀工件放置于真空室里，真空室里的电极在电源的作用下产生放电形成等离子体从而对工件进行镀膜。在镀膜工作过程中发生打弧是一种不可避免的常规现象，打弧的强度主要处决于使用电源的功率和电源储能的大小。打弧时相当于电源的负载接近于零，此时电源电路存储的能将迅速通过负载释放掉。电源电路的储能越大，打弧释放的能量就越大，打弧时能量越大镀膜的质量越差，甚至对膜产生缺陷使镀膜工件报废，因此要求镀膜电源的储能越小越好。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的问题，本实用新型电路中设置第一电容c1，作用是减小e 到e
‑
的直流电压脉动即平滑滤波，使大闭环负反馈电路的响应速度能跟上e 到e
‑
的波动变化，从而使输出稳定。本实用新型是通过t2电流互感器采样t1的初级电流，经高速精密整流电路、n8反向器，在n9的r12端加入到与外环共用的负反馈调节电路中，参与pwm脉宽调节电路的控制，增加这部分电路可以减少c1的电容容量，其工作原理是：c1减小
→
e 至e
‑
的直流脉动变大
→
t2的次级r15上的电压跟随e 至e
‑
波动变大，由于t2串联在t1的初级上，没有受到t1的电磁延时影响，其响应的速度随e 至e
‑
的波动远远高于t1次级的采样电路，所以t1的初级负反馈调节电路可以补偿由于c1减小最终导致outa至outb输出不稳定的作用，使电源的输出稳定。
4.具体地，本实用新型的公开了一种减少电源储能提高功率因数的电路，包括三相整流桥v1、全桥或半桥电路n1、混合lc谐振电路n2，阻抗变换变压器t1，电流取样互感器t2，电压互感器t3、输出电流互感器t4和信号输出端outa和outb，其中三相交流电接入所述三相整流桥v1，所述三相整流桥v1依次与滤波电路、所述全桥或半桥电路n1、所述混合lc谐振电路n2、所述阻抗变换变压器t1，所述电压互感器t3电性连接，所述电压互感器t3的次级线圈第一引脚连接所述信号输出端outa，所述电压互感器t3次级线圈的第二引脚分别连接所述信号输出端outb和输出电流互感器t4的初级线圈，所述阻抗变换变压器t1初级线圈的第二引脚连接所述电流取样互感器t2的初级线圈。
5.进一步地，所述滤波电路由第一电阻r1和第一电容c1串联组成。
6.进一步地，所述全桥或半桥电路n1由4只大功率场效应管组成全桥电路或2只大功率场效应管组成半桥电路，当电源输出功率大于5kw时，所述全桥或半桥电路n1由2组或多组桥式电路并联组成。
7.进一步地，所述输出电流互感器t4的次级线圈与电阻r16并联后接入电流电压功
率乘法取样电路中的乘法器，所述电压互感器t3初级线圈的第三引脚和第四引脚接入所述乘法器，所述乘法器还和模式切换开关电性连接，接收所述模式切换开关输出的电流反馈、电压反馈和功率反馈；比较器n5的“ ”输入端接地，
“‑”
输入端连接第二电阻r2，所述比较器n5的
“‑”
输入端还连接第三电阻r3的一端，所述第三电阻的另一端输出设定电压；所述第二电阻r2连接所述模式切换开关；所述比较器n5的输出端连接第二电容c2，所述第二电容连接所述比较器的
“‑”
输入端。
8.进一步地，还包括高速精密整流电路，所述高速精密整流电路包括比较器n7，比较器n6，第一二极管v2a，第二二极管v2b，第4电阻r4，第5电阻r5，第6电阻r6，第7电阻r7，第8电阻r8和第9电阻r9；所述电流取样互感器t2的次级线圈与第15电阻r15并联后一端连接所述第4电阻r4，另一端连接所述比较器n6的“ ”输入端，所述比较器n6的
“‑”
输入端连接所述第一二极管v2a的正极，所述第一二极管v2a的负极连接所述比较器n6的输出端；所述比较器n6的输出端还连接所述第二二极管v2b的正极，所述第二二极管v2b的负极连接所述第5电阻r5的一端，所述第5电阻r5的另一端分别连接所述第8电阻r8，所述第4电阻r4，所述第一二极管v2a的负极和所述比较器n6的
“‑”
输入端，所述比较器n7的“ ”输入端接地，
“‑”
输入端分别和所述第6电阻r6，所述第7电阻r7，所述第8电阻r8和所述第9电阻r9连接，所述比较器n7的输出端与第10电阻r10一端连接，所述第10电阻r10另一端与所述第9电阻r9一端连接，所述第9电阻r9另一端分别和所述第8电阻r8，所述第7电阻r7，所述第6电阻r6，所述比较器n7的
“‑”
输入端连接。
9.进一步地，所述第10电阻r10另一端连接反向器n8的
“‑”
输入端，所述反向器n8的“ ”输入端接地，所述反向器n8的输出端与第11电阻的一端连接，所述第11电阻的另一端连接所述反向器n8的
“‑”
输入端。
10.进一步地，还包括第二级比较器n9，所述第二级比较器n9的
“‑”
输入端分别与第12电阻r12、第13电阻r13、第14电阻r14、第三电容c3连接，所述第二级比较器n9的“ ”输入端接地，所述第13电阻r13的另一端与所述比较器n5的输出端连接，所述第14电阻r14另一端与第四电容c4连接，所述第三电容c3，所述第四电容c4和所述第二级比较器n9的输出端分别和pwm电路n4连接，所述pwm电路n4与pwm驱动电路n3连接，所述pwm驱动电路n3与所述全桥或半桥电路n1连接。
11.进一步地，所述电流取样互感器t2为高速的电流互感器，所述比较器n6、比较器n7、反向器n8、第二级比较器n9采用高速运算放大器，所述第一二极管v2a、第二二极管v2b采用快速二极管。
12.进一步地，所述第一电容c1为无极性电容时，所述第一电容c1的取值范围为47uf至330uf，所述第一电阻r1电阻值范围为20ω～4.7ω的大功率线绕电阻；所述第一电容c1为无极性电容时，电容值范围为4.7uf～30uf，所述第一电阻r1的电阻值为零。
13.本实用新型的有益效果：
14.三相市电波动时或负载阻抗发生变化使输出的电压发生变化时，本实用新型的电路通过控制输出稳定电压。
附图说明
15.图1为本实用新型的电路总体结构图；
16.图2为本实用新型的电路详细结构图。
具体实施方式
17.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
18.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
19.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
20.实施例1
21.如图1所示，本实用新型公开的减少电源储能提高功率因数的电路，包括三相整流桥v1、全桥或半桥电路n1、混合lc谐振电路n2，阻抗变换变压器t1，电流取样互感器t2，电压互感器t3、输出电流互感器t4和信号输出端outa和outb，其中三相交流电接入三相整流桥v1，三相整流桥v1将三相380v的交流电变成530v左右的直流电。三相整流桥v1依次与滤波电路、全桥或半桥电路n1、混合lc谐振电路n2、阻抗变换变压器t1，电压互感器t3电性连接，电压互感器t3的次级线圈第一引脚连接信号输出端outa，电压互感器t3次级线圈的第二引脚分别连接信号输出端outb和输出电流互感器t4的初级线圈，阻抗变换变压器t1初级线圈的第二引脚连接电流取样互感器t2的初级线圈。电流取样互感器t2的次级线圈与第15电阻r15并联后，连接t1的初级取样电路。r15为t2电流转换成电压的取样电阻，调整r15的电阻值可以设定对应的电压值。t1的初级取样电路连接第12电阻r12，第12电阻r12连接第二级比较器n9，第二级比较器n9连接pwm电路n4，pwm电路n4再通过pwm驱动电路n3连接全桥或半桥电路n1。阻抗变换变压器t1的次级线圈连接输出取样电路，输出取样电路通过第13电阻r13与第二级比较器n9连接。
22.本实施例的电路具体结构图如图2所示。其中滤波电路由第一电阻r1和第一电容c1串联组成。c1电容器作滤波，r1为滤波电容c1的限流电阻，在电源e脉动大的情况下保护c1不被损坏。电源功率从5kw至40kw，c1采用电容的取值范围为47uf至330uf，r1电阻值范围为20ω～4.7ω的大功率线绕电阻；如果采用无极性电容器，电容器的容值范围为4.7uf～
30uf，对应的r1为零(短路)。
23.全桥或半桥电路n1由4只大功率场效应管组成全桥电路或2只大功率场效应管组成半桥电路，当电源输出功率大于5kw时，全桥或半桥电路n1由2组或多组桥式电路并联组成。
24.混合lc谐振电路n2为由电感电容组成的多级混合谐振电路，其作用是把n1输出的矩形波变作为正弦波，其具体结构为本领域的公知常识。
25.t1是阻抗变换变压器，通过设计成不同的匝数比来适应输出负载阻抗的要求；t2为t1变压器初级的电流取样互感器。t3为电压互感器，用于测量输出outa至outb的交流电压，输出电流互感器t4为outa，outb输出电流互感器，用于测量输出电流值。
26.输出电流互感器t4的次级线圈与电阻r16并联后接入电流电压功率乘法取样电路中的乘法器，电压互感器t3初级线圈的第三引脚和第四引脚接入乘法器，乘法器还和模式切换开关电性连接，接收模式切换开关输出的电流反馈、电压反馈和功率反馈；比较器n5的“ ”输入端接地，
“‑”
输入端连接第二电阻r2，比较器n5的
“‑”
输入端还连接第三电阻r3的一端，第三电阻的另一端输出设定电压；第二电阻r2连接模式切换开关；比较器n5的输出端连接第二电容c2，第二电容连接所述比较器的
“‑”
输入端。电压互感器t3的交流电压转换成0～10v的直流电压；输出电流互感器t4的交流电流转换成0～10v的直流电压；乘法器将t3的交流电压，t4的交流电流转换成0～10v的电压代表功率值；模式切换开关可以将输出切换成稳功率、稳电流、稳电压的工作模式；比较器n5比较器为第一级比较器，实现取样值(为负)与设定值(为正)的比较，当取样的幅值大于设定值的幅值时，n5输出为正，当小于设定值的输出为负。
27.输出取样电路包括上述的电流电压功率乘法取样电路、模式切换开关和比较器n5与第2电容c2，第2电阻r2，第3电阻r3组成的电路。
28.高速精密整流电路把电流取样互感器t2次级的交流输入进行整流为一比一负的直流输出。高速精密整流电路包括比较器n7，比较器n6，第一二极管v2a，第二二极管v2b，第4电阻r4，第5电阻r5，第6电阻r6，第7电阻r7，第8电阻r8和第9电阻r9；电流取样互感器t2的次级线圈与第15电阻r15并联后一端连接所述第4电阻r4，另一端连接比较器n6的“ ”输入端，比较器n6的
“‑”
输入端连接所述第一二极管v2a的正极，第一二极管v2a的负极连接比较器n6的输出端；比较器n6的输出端还连接第二二极管v2b的正极，第二二极管v2b的负极连接所述第5电阻r5的一端，第5电阻r5的另一端分别连接所述第8电阻r8，第4电阻r4，第一二极管v2a的负极和比较器n6的
“‑”
输入端，比较器n7的“ ”输入端接地，
“‑”
输入端分别和第6电阻r6，第7电阻r7，第8电阻r8和第9电阻r9连接，比较器n7的输出端与第10电阻r10一端连接，第10电阻r10另一端与第9电阻r9一端连接，第9电阻r9另一端分别和第8电阻r8，第7电阻r7，第6电阻r6，比较器n7的
“‑”
输入端连接。
29.第10电阻r10另一端连接反向器n8的
“‑”
输入端，反向器n8的“ ”输入端接地，反向器n8的输出端与第11电阻的一端连接，第11电阻的另一端连接所述反向器n8的
“‑”
输入端。反向器n8把前级负的直流电压转换成正的直流电压。
30.t1的初级取样电路包括上述的高速精密整流电路和反向器n8与第11电阻r11，第10电阻r10组成的电路。
31.第二级比较器n9的
“‑”
输入端分别与第12电阻r12、第13电阻r13、第14电阻r14、第
三电容c3连接，第二级比较器n9的“ ”输入端接地，第13电阻r13的另一端与比较器n5的输出端连接，第14电阻r14另一端与第四电容c4连接，第三电容c3，第四电容c4和第二级比较器n9的输出端分别和pwm电路n4连接，pwm电路n4与pwm驱动电路n3连接，pwm驱动电路n3与全桥或半桥电路n1连接。第二级比较器n9的输入为第一级比较器n5的输出(为负值)与另外一端反映阻抗变换变压器t1初级电流的电压输入值(为正值)进行比较，当n5的输出绝对值大于反向器n8输出的绝对值时n9输出为高，当比较器n5输出的绝对值大于反向器n8输出的绝对值时n9的输出为低。
32.pwm电路n4当n9的输出为高时，wm电路n4输出的脉冲宽度变宽，当n9的输出变低时n4的输出脉冲变窄；其作用是对pwm驱动电路n3的输入与输出进行隔离放大。
33.电流取样互感器t2为高速的电流互感器，比较器n6、比较器n7、反向器n8、第二级比较器n9采用高速运算放大器，第一二极管v2a、第二二极管v2b采用快速二极管。
34.第一电容c1为无极性电容时，第一电容c1的取值范围为47uf至330uf，第一电阻r1电阻值范围为20ω～4.7ω的大功率线绕电阻；第一电容c1为无极性电容时，电容值范围为4.7uf～30uf，第一电阻r1的电阻值为零。
35.本实用新型中第一电容c1的作用是减小e 到e
‑
的直流电压脉动即平滑滤波，使大闭环负反馈电路的响应速度能跟上e 到e
‑
的波动变化，从而使输出稳定。
36.在t1变压器的初级由电流互感器作电流取样，在r15上产生对应初级电流的电压取样信号，该信号经高速精密整流电路或者快速二极管整流电路整流，得到直流电压取样信号，该信号在n9的r12端加入到与外环共用的负反馈调节电路中，参与pwm脉宽调节电路的控制。通过该初级电流负反馈的控制，能在c1较小的电容值情况下使电源输出稳定。
37.本实用新型的工作原理：
38.a、b、c三相市电经v1整流、c1滤波得到直流电压e 、e
‑
，在n3 pwm驱动信号的作用下n1按照桥式电路工作，把直流电压e 、e
‑
变换成幅度为e 、e
‑
的pwm矩形波，该矩形波经n2混合谐振滤波得到与矩形波基波频率相同的正弦波，再经t1升压，在outa、outb得到有效值为300至800v的交流输出电压。
39.当a、b、c三相市电波动时，电路控制使输出稳定的工作过程：例如某种原因使a、b、c三相市电电压降低
→
v1的整流输出e 、e
‑
直流电压降低
→
桥式电路输出的矩形波幅度降低
→
混合谐振电路输出的正弦波电压降低
→
经t1后outa、outb两端的电压降低
→
电压互感器t3的次级电压降低，电流互感器t4的次级电压降低
→
取样电路的输出降低
→
n5比较器输入端r3的设定值不变，n5输入端r2链接取样电路的输出降低
→
比较器n5输出负的幅度增大，另外混合谐振电路输出的正弦波电压降低时
→
n8的输出降低，n9比较器的输入端r12、r13同时使n9的输出增大
→
n4输出的脉冲宽度变宽
→
经n3隔离放大驱动桥式电路使其输出的矩形波宽度变宽
→
混合谐振电路n2输出的正弦波电压增高
→
经t1后outa至outb的输出增高，这个过程补偿了a、b、c三相市电压降低造成输出降低的数值，使outa、outb的输出稳定。同理当a、b、c三相市电压升高时，电源输出outa、outb有升高的趋势，电路通过t1的初级电流取样，输出电压、电流取样，比较使n4输出的脉冲变窄，使电源输出outa、outb的电压降低，最终使输出稳定。当负载阻抗发生变化使输出的电压发生变化时，亦能通过上述的负反馈调节最终使输出达到稳定。
40.常规电源滤波电路中没有r1，c1直接连接到e ，e
‑
两端，对于输出功率为10kw的电
源，c1的电容量大于1000uf才能使电源的输出稳定；如果电路中去除t2、r15、高速精密整流电路部分、n8及外围电路、t2的初级短路连接、c1的电容量为1000uf，即电路只留下了大闭环(外环)负反馈，同前面的工作原理所述一样，除去了内环的取样反馈比较部分，电路照常稳定地工作，其它的功能不变。但是这种采用电容滤波的电源，c1的容量大承受的电压高，当电源输出的负载端产生打弧时，c1储存的能量将通过电路向负载释放，这种高强度的电弧影响了镀膜的品质质量。电路中c1的作用是减小e 到e
‑
的直流电压脉动即平滑滤波，使大闭环负反馈电路的响应速度能跟上e 到e
‑
的波动变化，从而使输出稳定。本实用新型是通过t2电流互感器采样t1的初级电流，经高速精密整流电路、n8反向器，在n9的r12端加入到与外环共用的负反馈调节电路中，参与pwm脉宽调节电路的控制，增加这部分电路可以减少c1的电容容量，其工作原理是：c1减小
→
e 至e
‑
的直流脉动变大
→
t2的次级r15上的电压跟随e 至e
‑
波动变大，由于t2串联在t1的初级上，没有受到t1的电磁延时影响，其响应的速度随e 至e
‑
的波动远远高于t1次级的采样电路，所以t1的初级负反馈调节电路可以补偿由于c1减小最终导致outa至outb输出不稳定的作用，使电源的输出稳定。
41.本实用新型可用于太阳能电池制造设备和半导体设备的pecvd中频电源，其它领域的等离子体镀膜电源，磁控溅射镀膜电源等。
42.本实用新型的有益效果：
43.三相市电波动时或负载阻抗发生变化使输出的电压发生变化时，本实用新型的电路通过控制输出稳定电压。
44.上述实施例为本实用新型的一种实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何背离本实用新型的精神实质与原理下所做的改变、修饰、代替、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。