[发明专利]减小对来自电源的电流变化的反作用的方法和滤波装置

说明书

本发明涉及通过使用功率因子调节电路对电源基频的谐波的有源滤波减小在通过单相整流器对负载供电时对电源的电流随时间变化曲线的反作用的方法和滤波电路装置。

许多新结构类型的电子设备，尤其是各种电源设备、串联式设备、驱动控制设备等，将电源交变电压整流并通过例如电容器5(图2)使其平滑，以给出一直流电压Uaus。用户使用该直流电压Uaus时，该直流电压或多或少地出现波动，并从电源获得一电流，该电流的时间曲线严重偏离正弦波形，并具有较高的高次谐波成分。这种所谓的用电设备对网络的反作用显然依赖于负载类型及其用电量。标准规范VDE0838和EN60555-2给出了可容许的高次谐波成分的极限值或其与工作电流的关系曲线。

在现有技术中，为减小或进一步消除这样的反作用，可在电源整流器与负载间加入有源滤波电路。图2中示出了已知的这样一种有源波滤电路。借助于所谓的高置调节器(Hochsetzsteller)和功率因子控制电路(PFC＝功率因子控制)，可在允许的功率范围与可能改变的负载无关地从电源取得近似正弦波形的电流。该高置调节器包括在电源整流器6输出端之间和滤波电容器5串联的扼流圈1(高置调节器扼流圈)、与其串联的二极管3和一输出横向支路内的另一个滤波电容器4。在扼流圈1和二极管3的阳极间有接有电子开关2的另一横向支路，该开关由功率因子调节电路(PFC)7控制。这种结合图2描述的有源反作用滤波电路例如可参见M.Herfurth的专业论文“Active Harmonic Filtering forLine Rectifiers of Higher Output Power”，Siemens Components1/86，第9至13页。

这种已知的电源反作用滤波器在安装空间有限的情况下还需考虑尽量小的仪器重量(例如对于便携式仪器)时，就会有问题，因为扼流圈1尤其在电源消耗功率较高时要求设计的磁芯较大和较重。在图2所示的电路中流经扼流圈1的大体上是经整流的电源电流。这意味着该扼流圈必须按电流最大值，即按最大幅度加上叠加的波动值作磁设计。

因此本发明的基本任务在于提供一种方法和电路装置，用于在通过整流器向负载供电时可靠地阻止对电源电流时间变化曲线的不希望的反作用，它采用一滤波装置，就技术费用和重量来说明显优于已知的方法和有源反作用滤波电路。

本发明的技术原理是，认识到如在图2所示的电路结构中电源反作用有源滤波器的扼流圈的磁性能利用率相对较差。除了扼流圈1流经的是波动的直流电之外，与电源电流引起的磁通上升相比，开关2周期地通、断所引起的磁通上升很小。

本发明通过使用功率因子调节电路对电源基频振荡的谐波作有源滤波以减小在通过单相整流器对负载供电时对电源电流随时间变化的反作用的方法的特征是，除基频信号外还向功率因子调节电路提供相应于该基频的高次谐波的控制信号，使得对于相同基频和相同功率的正弦波来说在减小幅度时能产生基本为矩形波的电流振荡曲线。

此外，本发明的方法可用电源反作用有源滤波器来实现，该滤波器设有位于一π型网络的纵向分支内的串联电路、一高置调节器扼流圈和阳极端与其连接的二极管，其中所述π型网络的输入端和输出端的横向分支由电容器构成，并设有一功率因子调节器，该功率因子调节器驱动一个开关，该开关位于连接高置调节器扼流圈和二极管之间连接点的π型网络横向分支中，这里根据本发明所述功率因子调节器的至少一个控制输入端接入相应于电源电流的高次谐波的信号，并且这样来选择所述信号，使电源电流的变化曲线基本上为矩形或梯形，其基频和功率分别相应于同周期的正弦波电流的基频和功率。

本发明还利用了这样的认识，即只要符合有关标准(如VDE0838和欧洲标准EN60555-2)考虑的各电流振荡的某些规定极限值，并不总要求从电源获得纯正弦波电流。考虑到这些极限值，本发明在不改变基频振幅的条件下减小流经高置调节器扼流圈1的电流的最高值。

这种在不改变基频振幅的条件下对电流最大值的减小例如可这样来实现，根据本发明，除电流额定值之外，向功率因子调节电路的一个控制输入端接入选定的高次谐波，以形成近似为矩形的、更确切地说实际为梯形的电流变化曲线。

下面通过结合附图对实施方式的描述详细说明本发明及其优点。

图1表示一正弦波电流在归一化值的情况下半个周期的时间变化曲线，以及相对照地示出在相同基频振荡有效值条件下的经改变的电流波形；

图2表示上文已描述的带有整流器电路和功率因子调节器的供电电路的原理电路图；

图3表示根据本发明的带有根据电流修正而变化的控制输入信号的原理/框图。