專利名稱：多路并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種高頻電源轉(zhuǎn)換裝置，尤其是一種多路并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正裝置。
在脈寬調(diào)制技術(shù)上，發(fā)展起來的高頻電源轉(zhuǎn)換技術(shù)大大提高了電源的轉(zhuǎn)換頻率，縮小了電源的體積，減輕拉中來年感，減低了能耗，節(jié)省了材料。但是現(xiàn)有的高頻脈寬調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用，給電力系統(tǒng)造成了日趨嚴(yán)重的高次諧波電流的污染，同時(shí)大多數(shù)電力電子產(chǎn)品的功率因數(shù)較，也給電網(wǎng)帶來了額外的負(fù)擔(dān)，影響了電力質(zhì)量。抑制諧波、提高功率因數(shù)的問題已經(jīng)成為電力電子技術(shù)面臨的重大課題，正受到越來越多的關(guān)注。我國(guó)以及世界范圍許多國(guó)家和國(guó)際組織都對(duì)電力電子產(chǎn)品的功率因數(shù)及諧波成分的限制作出了規(guī)定。
因?yàn)楦哳l脈寬調(diào)制電源轉(zhuǎn)換技術(shù)大多采用電容濾波型整流電路，輸入電流受濾波電容的影響為脈沖狀態(tài)，功率因數(shù)低、輸入電流諧波成分大，形成一個(gè)諧波源，對(duì)電力系統(tǒng)造成很大危害。在若干不同的開關(guān)電源電路裝置中，如單端的降壓式、升壓式、正激式、反激式、雙端半橋式、全橋式等。目前單端升壓式電路結(jié)構(gòu)如

圖1所示，對(duì)于這類電路的有源功率因數(shù)校正多采用在小功率(幾十瓦至上千瓦)的電力電子產(chǎn)品中進(jìn)行有源功率因數(shù)校正，即采用有源功率轉(zhuǎn)換技術(shù)使開關(guān)電源的輸入線形化，通過功率因數(shù)校正控制電路使電感L中的電流與整流電壓保持一致，從而使交流輸入電流與交流輸入電壓保持同相位。這類采用升壓式的小功率有源功率因數(shù)校正技術(shù)非常成熟，廣泛地應(yīng)用于小功率的電力電子產(chǎn)品中。但是由于這種簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)升壓式電路裝置為升壓式單端結(jié)構(gòu)，因此一般僅僅適用于幾十瓦最多至上千瓦小功率電力電子產(chǎn)品進(jìn)行有源功率因數(shù)校正，應(yīng)用范圍十分有限。為實(shí)現(xiàn)較大功率的電力電子產(chǎn)品的有源功率因數(shù)校正，一般是將這樣的模塊化電源裝置一一并聯(lián)，直到滿足功率的需要，如分布式通訊電源等。多個(gè)模塊的并聯(lián)不僅增大了體積，而且需要對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行均流控制，因此必然需要一套復(fù)雜的控制電流來完成均流控制。其較大的體積無法應(yīng)用在微型化、大功率的產(chǎn)品上，例如變頻空調(diào)等產(chǎn)品；而均流控制又必然增加了成本，電路也非常復(fù)雜，因此到目前為止，變頻空調(diào)上功率因數(shù)問題一直未能解決。而由于變頻空調(diào)良好的節(jié)電能力，以及啟動(dòng)快等特點(diǎn)在一些發(fā)達(dá)地區(qū)已被廣泛應(yīng)用，其發(fā)展趨勢(shì)不僅十分迅猛，而且功率越來越大?？墒?，它的功率因數(shù)較低，所以損耗大，由為突出的是伴隨功率因數(shù)低，輸入電流諧波很大，這種情況對(duì)于電網(wǎng)的污染危害也就很大。這樣不僅限制了變頻空調(diào)這樣節(jié)能的產(chǎn)品應(yīng)用，而且嚴(yán)重沖擊著電網(wǎng)的質(zhì)量。
本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種多路并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正裝置，其有源功率因數(shù)校正可擴(kuò)展到較大功率，功率因數(shù)高，并且不需要均流控制，控制電路簡(jiǎn)化，成本較低，體積較小，輸出諧波小、特性好。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種多路并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正裝置，它包括由電源電路輸入，接整流橋，整流輸出接有串接的電感、二極管、輸出電容；功率管的一端接在電感和二極管之間組成的升壓電路，功率管的另一端接輸出電容；功率管控制端接有源功率因數(shù)控制驅(qū)動(dòng)電路，其中所述的升壓電路為兩路以上并聯(lián)的升壓式電路。
所述的升壓電路可為各個(gè)組成器件完全相同的升壓電路。
所述的升壓電路可一路以上先并聯(lián)成組，每組呈再并聯(lián)關(guān)系，每組功率管的控制端并接成為獨(dú)立控制端，該控制端接一路驅(qū)動(dòng)電路。
所述的升壓電路可并接在軟開關(guān)升壓電路中。
所述的電源電路可為三相或單相，每相可并接數(shù)目相同的升壓電路。
所述的有源功率因數(shù)控制驅(qū)動(dòng)電路由有源功率因數(shù)控制電路接分頻器，分頻器再接驅(qū)動(dòng)電路組成。
所述的分頻器的輸出可與升壓電路功率管的獨(dú)立控制端數(shù)一致。
根據(jù)上述技術(shù)方案分析可知，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1、輸出功率大。雙端升壓電路可提供輸出功率2倍，同樣三端式或N端式的輸出功率可接近3倍或N倍，因此大大擴(kuò)展了有源功率因數(shù)校正在電力電子產(chǎn)品中的應(yīng)用范圍。
2、通用性強(qiáng)。該多路交叉移相式升壓電路既可應(yīng)用于單相交流電源的有源功率因數(shù)校正，也可應(yīng)用于三相交流電源的有源功率因數(shù)校正。可實(shí)現(xiàn)硬開關(guān)、軟開關(guān)等不同的有源功率因數(shù)校正。
3、體積小，控制集中，不需要均流調(diào)整控制。不僅成本降低，而且控制電路簡(jiǎn)單，可靠性高，適用于各種微型化、功率大的產(chǎn)品。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方案對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的一種較佳實(shí)施例電路原理圖；圖3為本實(shí)用新型的另一種較佳實(shí)施例電路原理圖；圖4為本實(shí)用新型的又一種較佳實(shí)施例電路原理圖；圖5為本實(shí)用新型各點(diǎn)電壓波形示意圖；圖6為本實(shí)用新型的再一種較佳實(shí)施例電路原理圖；圖7為本實(shí)用新型有源功率校正電路的電路結(jié)構(gòu)圖；圖8為本實(shí)用新型有源功率校正電路分頻電路原理圖；圖9為本實(shí)用新型有源功率校正電路分頻電路各點(diǎn)的波形圖。
本實(shí)用新型的基本思想是將用于應(yīng)用于有源功率因數(shù)校正的單端升壓式電路改進(jìn)為多路并聯(lián)升壓式電路。多路并聯(lián)升壓式電路為多端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也就是結(jié)構(gòu)為兩路并聯(lián)組成雙端推挽式升壓式電路，也可為三端、四端......等多路并聯(lián)升壓式電路。實(shí)際中，2-4端的升壓式電路輸出應(yīng)用較為廣泛。
參見圖2，本實(shí)用新型為兩路并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正裝置，即組成雙端推挽式升壓式電路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，其特征在于升壓電路為兩路完全相同器件組成的升壓式電路，并聯(lián)后成為雙端推挽式升壓式電路。圖中所示，分別由兩組相位相差180°的驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率管T1、T2，使兩路交叉導(dǎo)通。通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比，可在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓。如采用同樣容量的功率管，其輸出功率為單端式升壓電路的2倍。其工作原理(參見圖5)為升壓電路可看作由兩路輸入端、輸出端并聯(lián)的單端式升壓電路組成。這兩路電路分別由功率管T1、電感L1、二極管D1和功率管T2、電感L2以及二極管D2組成。交流輸入AC波形為波形a，經(jīng)過全波整流為波形b，為電壓Vd，Vd加到升壓電路的輸入端。有源功率因數(shù)校正控制驅(qū)動(dòng)電路提供兩組相位相差180°的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vgs1、Vgs2，如波形c、d，分別驅(qū)動(dòng)功率管T1、T2，使兩路交叉導(dǎo)通。波形e、f所示分別為T1、T2的管壓降Vds1、Vds2。波形g為電容Cd上的電壓，即為輸出電壓。從圖中可看出，與現(xiàn)有的單端式升壓電路不同，升壓電路是由兩個(gè)完全性同的波形相移180°疊加而成，輸出功率擴(kuò)展為單端式升壓電路的2倍。
圖3為先并聯(lián)成組的升壓式電路再并聯(lián)構(gòu)成的升壓電路。它由兩路升壓電路兩兩并聯(lián)構(gòu)成兩組升壓電路，先并聯(lián)成組的升壓式電路的控制端并接在一起，共同接一個(gè)驅(qū)動(dòng)輸出控制，這樣相對(duì)與相同功率大小的電路來說，控制方式簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，驅(qū)動(dòng)輸出端減少，因此針對(duì)控制電路不僅實(shí)現(xiàn)容易，可靠性高，而且成本較低，只需要增大驅(qū)動(dòng)容量即可。在本實(shí)施例中，兩組的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vg1、Vg2相位相差180°，分別驅(qū)動(dòng)功率管T1、T2和T3、T4，使雙路并聯(lián)的功率管T1、T2分別對(duì)應(yīng)的兩路單端式升壓電路與功率管T3、T4分別對(duì)應(yīng)的兩路單端式升壓電路交叉導(dǎo)通，其各點(diǎn)波形與上述電路的一致，輸出功率可擴(kuò)展到原來的4倍。只要驅(qū)動(dòng)容量足夠，可用同一組推挽的脈沖信號(hào)了驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的4只功率管。
圖4為帶有軟開關(guān)的升壓電路結(jié)構(gòu)。由于在有源功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)的升壓式電路中，半導(dǎo)體器件承受高電壓。由于開通時(shí)的開關(guān)損耗與開關(guān)器件的輸出端電壓成正比，因此開關(guān)損耗較為嚴(yán)重。另外，高電壓也使開關(guān)的噪音增大，電磁干擾以及開關(guān)器件的電壓、電流的應(yīng)力問題突出，利用軟開關(guān)結(jié)構(gòu)能夠較好地克服則好些問題。
圖6為電源電路為三相時(shí)的電路結(jié)構(gòu)。三相中對(duì)應(yīng)的每一相升壓電路工作原理的各點(diǎn)的波形與上述的電路一致。工作機(jī)理與效果也與上述電路結(jié)構(gòu)基本雷同。
并聯(lián)升壓式電路有源功率因數(shù)校正電路如圖7、8所示。有源功率因數(shù)控制驅(qū)動(dòng)電路由有源功率因數(shù)控制電路接分頻器，分頻器再接驅(qū)動(dòng)電路組成。分頻器的輸出可與升壓電路功率管的獨(dú)立控制端數(shù)一致。本實(shí)施例為二分頻器，其輸出接兩路驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路的輸出Vg1、Vg2相位差180°分別驅(qū)動(dòng)功率管T1、T2，使功率管T1、T2分別交叉導(dǎo)通。有源功率因數(shù)控制電路可采用UC3854、MC34261、ML4812、TDA4814、CS3810等。
另外，對(duì)應(yīng)二分頻電路的各點(diǎn)波形可參見圖9所示。
權(quán)利要求1.一種多路并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正裝置，它包括由電源電路輸入，接整流橋，整流輸出接有串接的電感、二極管、輸出電容；功率管的一端接在電感和二極管之間組成的升壓電路，功率管的另一端接輸出電容；功率管控制端接有源功率因數(shù)控制驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述的升壓電路為兩路以上并聯(lián)的升壓式電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正裝置，其特征在于所述的升壓電路可為各個(gè)組成器件完全相同的升壓電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正裝置，其特征在于所述的升壓電路可一路以上先并聯(lián)成組，每組呈再并聯(lián)關(guān)系，每組功率管的控制端并接成為獨(dú)立控制端，該控制端接一路驅(qū)動(dòng)電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正裝置，其特征在于所述的升壓電路可并接在軟開關(guān)升壓電路中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正裝置，其特征在于所述的電源電路可為三相或單相，每相可并接數(shù)目相同的升壓電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正裝置，其特征在于所述的有源功率因數(shù)控制驅(qū)動(dòng)電路由有源功率因數(shù)控制電路接分頻器，分頻器再接驅(qū)動(dòng)電路組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或6所述的多路并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正裝置，其特征在于所述的分頻器的輸出可與升壓電路功率管的獨(dú)立控制端數(shù)一致。
專利摘要一種多路并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正裝置,它由電源電路、整流橋、升壓電路以及有源功率因數(shù)控制驅(qū)動(dòng)電路組成。升壓電路為兩路以上并聯(lián)的升壓電路,升壓電路可一路以上先并聯(lián)成組,每組功率管的控制端并接成為獨(dú)立控制端,電源電路可為三相或單相。有源功率因數(shù)控制驅(qū)動(dòng)電路由有源功率因數(shù)控制電路、分頻器、驅(qū)動(dòng)電路組成。本實(shí)用新型的有源功率因數(shù)校正可擴(kuò)展到較大功率,功率因數(shù)高,不需要均流控制,控制電路簡(jiǎn)化,成本低,體積小,輸出特性好。
文檔編號(hào)H02M3/335GK2468222SQ0025742
公開日2001年12月26日 申請(qǐng)日期2000年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月2日
發(fā)明者翁征明, 陳承志, 張正南 申請(qǐng)人:翁征明, 陳承志, 張正南