專利名稱：一種部分有源電源功率因數(shù)校正電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電源技術(shù)，具體地說(shuō)涉及一種部分有源電源功率因數(shù)校正電路。
背景技術(shù)：
在電網(wǎng)中，各種負(fù)載尤其是非線性負(fù)載對(duì)電網(wǎng)供電質(zhì)量存在重大影響。例如，許多用電器的電源需要將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，在整流過(guò)程中產(chǎn)生脈動(dòng)電流包含有大量電流諧波分量。這些電流諧波分量倒流入電網(wǎng)，會(huì)造成對(duì)電網(wǎng)的諧波“污染”，當(dāng)電流流過(guò)線路阻抗時(shí)造成諧波電壓降，使正弦波電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變。此外，產(chǎn)生的諧波還造成電網(wǎng)電流的功率因素下降，增加配電系統(tǒng)導(dǎo)線與變壓器的損耗；以及增大中線諧波電流，以致對(duì)電網(wǎng)上其它用電裝置造成電磁干擾。同時(shí)功率因數(shù)降低也影響整個(gè)電源系統(tǒng)的負(fù)載能力和可靠性。
目前，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速已經(jīng)成為一種廣泛應(yīng)用的技術(shù)手段。變頻調(diào)速中需要對(duì)電源進(jìn)行交-直-交的變換，上述過(guò)程會(huì)產(chǎn)生的各種電流諧波，如果不采取措施，將降低電網(wǎng)功率因素，使電網(wǎng)的實(shí)際供電能力降低；同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，影響其它用電設(shè)備。因此，目前對(duì)各種電器尤其是變頻空調(diào)等設(shè)備進(jìn)行功率因素校正已成必然趨勢(shì)。
目前，我國(guó)對(duì)家電產(chǎn)品強(qiáng)制執(zhí)行＂CCC認(rèn)證＂(CCC認(rèn)證即＂中國(guó)強(qiáng)制認(rèn)證＂，其英文名稱為＂China Compulsory Certification＂)標(biāo)準(zhǔn)，要達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)的要求，各種家用變頻設(shè)備必須進(jìn)行功率因素校正。
將產(chǎn)品化的電流諧波抑制和功率因數(shù)校裝置應(yīng)用于變頻空調(diào)等家用變頻設(shè)備中，可以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，并使各次諧波電流含量均滿足＂CCC認(rèn)證＂的EMC(電磁兼容)標(biāo)準(zhǔn)。所述EMC標(biāo)準(zhǔn)包括EMI(電磁干擾)標(biāo)準(zhǔn)及EMS(電磁耐受性)標(biāo)準(zhǔn)兩部份。所謂電磁干擾，是指機(jī)器本身在執(zhí)行應(yīng)有功能的過(guò)程中所產(chǎn)生不利于其它系統(tǒng)的電磁噪聲；所謂電磁耐受性，是指機(jī)器在執(zhí)行功能的過(guò)程中不受周?chē)姶怒h(huán)境影響的能力。
通過(guò)近年來(lái)的研究，已有多種用于提高變頻空調(diào)功率因數(shù)和減小電流諧波分量的裝置，包括1、無(wú)源功率因數(shù)校正電路無(wú)源PFC是通過(guò)電感、電容、二極管等元器件補(bǔ)償交流輸入的基波電流與電壓的相位差，強(qiáng)迫電流與電壓相位一致，可以降低電源對(duì)電網(wǎng)諧波干擾和電網(wǎng)對(duì)電源干擾。這種功率因素校正電路可以將功率因數(shù)提高到0.7～0.8，電流諧波含量降到40％以下，在中小容量的電子設(shè)備中被廣泛采用。其主要優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高、維護(hù)方便、EMI小，缺點(diǎn)是電路體積大而笨重，且功率因數(shù)不高，只能對(duì)一部分諧波有濾波效果，且濾波效果易受元件或系統(tǒng)參數(shù)、以及電網(wǎng)頻率變化的影響；在某些條件下可能和系統(tǒng)發(fā)生諧振，引發(fā)事故；當(dāng)諧波源增大時(shí)，濾波器負(fù)擔(dān)隨之加重，以致可能因諧波過(guò)載不能運(yùn)行等，因此，其校正效果還不是十分理想。
2、有源功率因素校正電路這種方式又可稱為主動(dòng)式功率因素校正方式。又分為全程有源功率因素校正和部分有源功率因素校正。
圖1示出現(xiàn)有技術(shù)一種全程有源功率因素校正電路，這種電路在整流器和負(fù)載之間接入一個(gè)DC/DC開(kāi)關(guān)變換器，應(yīng)用電流反饋技術(shù)，通過(guò)PFC專用邏輯芯片控制，使輸入端電流Ii波形在整個(gè)電周期內(nèi)跟蹤交流輸入正弦電壓波形。這種有源功率因素校正電路可使Ii接近正弦，從而使輸入端總諧波畸變量(THD)小于5％，功率因數(shù)可提高到0.99甚至更高。這種功率因素校正電路的問(wèn)題是內(nèi)部的開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率非常高(一般在20K以上)，因此工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的電磁干擾，使系統(tǒng)的干擾電壓和干擾功率超標(biāo)，為了抑制PFC自身所帶來(lái)的干擾一般要采取多級(jí)濾波，勢(shì)必增加變頻控制系統(tǒng)的成本。另外，由于其工作頻率很高，需要非晶態(tài)磁性材料作磁芯的高頻電感與其配合，而這種電感價(jià)格很高，進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的成本，不利于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。
為解決全程有源功率因素校正存在的問(wèn)題，使用部分有源PFC也是一種較好的選擇。圖2示出現(xiàn)有技術(shù)下一種部分有源PFC的電路圖。這種功率因素校正電路的特點(diǎn)是，在180度電角度對(duì)電源作一次功率因素校正，而不是在整個(gè)電源周期不斷進(jìn)行功率因素的校正。因此，內(nèi)部開(kāi)關(guān)管的工作頻率降低了，使電磁干擾大幅降低，同時(shí)，功率因素校正的效果也較好，功率因素可以達(dá)到95％以上。
如圖2所示，該部分有源PFC的電路中，交流電源U經(jīng)過(guò)電感L連接橋式整流電路交流輸入端。在橋式整流電路的直流輸出端，與該橋式整流電路并聯(lián)有受控開(kāi)關(guān)SW。橋式整流電路的正極與所述受控開(kāi)關(guān)的公共端子連接二極管D的陽(yáng)極，該二極管D的陰極連接負(fù)載R。所述二極管D所起的作用為隔離作用，可以稱之為隔離二極管。在所述二極管D的陰極一側(cè)，與所述負(fù)載并聯(lián)有儲(chǔ)能電容C。所述受控開(kāi)關(guān)SW有專用的控制電路控制其開(kāi)關(guān)狀態(tài)。該控制電路根據(jù)電源電壓檢測(cè)值控制受控開(kāi)關(guān)SW的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。
請(qǐng)參閱圖3，該圖示出圖2電路中整流后的電壓波形。圖中U1為所設(shè)定的臨界電壓。該臨界電壓是電源是否直接向負(fù)載R供電的分界點(diǎn)。當(dāng)電源電壓高于臨界電壓U1時(shí)，電源電壓向負(fù)載R供電，當(dāng)電源電壓低于該臨界電壓U1時(shí)，實(shí)際上是由儲(chǔ)能電容C向負(fù)載供電。
本電路中，當(dāng)整流后電壓高于U1時(shí)，則受控開(kāi)關(guān)SW關(guān)斷。此時(shí)，圖2電路可以簡(jiǎn)化為圖4所示的等效電路。從圖4可以看出，電路中電感L與儲(chǔ)能電容C組成LC回路，可以改變電路中電壓與電流的相位差角，提高功率因素。從能量角度而言，就是電感L將存儲(chǔ)的電能釋放出來(lái)用于為負(fù)載供電。同時(shí)，當(dāng)電源一側(cè)的交流電壓低于整流橋二極管的截至電壓時(shí)，由于電流突然中斷，會(huì)引起電感L兩側(cè)電壓的升高，使整流橋中的二極管重新導(dǎo)通，從而減少整流橋的輸出電壓的死區(qū)部分。
當(dāng)電壓降低到低于U1時(shí)，所述受控開(kāi)關(guān)SW在開(kāi)關(guān)控制電路的作用下閉合，通過(guò)二極管D的阻隔，電源一側(cè)形成獨(dú)立的回路，其等效電路見(jiàn)圖5。從圖5可知，該電路相當(dāng)于電源向電感L存儲(chǔ)電能。因此，此時(shí)電源U的電能繼續(xù)獲得利用，電感L存儲(chǔ)的電能在開(kāi)關(guān)SW關(guān)斷后，將如前所述向負(fù)載R釋放。
選擇合適的電器參數(shù)的情況下，上述開(kāi)關(guān)時(shí)間控制，可以使電感L每次獲得接近飽和的充電，并在放電時(shí)釋放掉大部分電能，因此，可以使所有電能都得到充分利用，轉(zhuǎn)化為有功功率，從而使功率因素顯著改善。該電路可以使功率因素達(dá)到0.95-0.96之間。
總之，上述部分有源PFC可以使受控開(kāi)關(guān)SW在180電角度中只開(kāi)關(guān)一次，同時(shí)又使電路功率因素顯著提高。受控開(kāi)關(guān)SW開(kāi)關(guān)次數(shù)的減少，其直接好處是減少電磁干擾，避免了全程有源PFC方式的電磁干擾問(wèn)題。
但是，就功率因素的改善而言，該P(yáng)FC方式?jīng)]有達(dá)到全程有源PFC的近乎100％的功率因素的效果，因此，其改善不能令人滿意。在與上述PFC電路同樣產(chǎn)生較少的電磁干擾的情況下，進(jìn)一步提高功率因素成為一個(gè)重要的課題。
實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述缺陷，本實(shí)用新型解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種部分有源PFC電路，該種電路能夠在產(chǎn)生較少的電磁干擾的情況下，進(jìn)一步提高電路功率因素。
本實(shí)用新型提供的一種部分有源電源功率因數(shù)校正電路，包括一交流電源，該交流電源輸出端的一端通過(guò)電感連接橋式整流電路的交流輸入端的一端，另一端連接所述橋式整流電路交流輸入端的另一端；所述橋式整流電路的直流輸出端的正極連接隔離二極管陽(yáng)極，所述隔離二極管的陰極連接負(fù)載一端，負(fù)載的另一端連接所述橋式整流電路直流輸出端的負(fù)極；所述負(fù)載并聯(lián)有第一電容，所述隔離二極管的陽(yáng)極與所述橋式整流電路的負(fù)極之間存在支路，該支路包括一端與所述隔離二極管的陽(yáng)極連接的第二電容，該第二電容的另一端連接第二二極管的陰極，該第二二極管的陽(yáng)極連接第三二極管的陰極，該第三二極管的陽(yáng)極連接第三電容的一端，該第三電容的另一端連接所述橋式整流電路直流輸出端的負(fù)極；所述第二二極管的陽(yáng)極與第三二極管的陰極相連接的共同端連接所述橋式整流電路的交流輸入端中未與所述電感連接的另一端；所述第二二極管的陰極與第三二極管的陽(yáng)極之間，連接受控開(kāi)關(guān)；該受控開(kāi)關(guān)在所述橋式整流電路直流側(cè)電壓低于一臨界電壓時(shí)受控閉合，所述橋式整流電路直流側(cè)電壓高于該臨界電壓時(shí)受控關(guān)斷。
優(yōu)選地，所述受控開(kāi)關(guān)的關(guān)斷和閉合由控制單元控制；該控制單元檢測(cè)臨界電壓，并據(jù)此檢測(cè)結(jié)果控制所述受控開(kāi)關(guān)。
優(yōu)選地，所述控制單元包括過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)單元、計(jì)時(shí)判斷單元和開(kāi)關(guān)控制單元，所述過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)單元用于檢測(cè)所述交流電源的電壓過(guò)零點(diǎn)，所述計(jì)時(shí)判斷單元根據(jù)檢測(cè)獲得的所述電壓過(guò)零點(diǎn)為計(jì)時(shí)基準(zhǔn)點(diǎn)，以計(jì)時(shí)方式判斷所述橋式整流電路直流側(cè)電壓與臨界電壓的關(guān)系；所述開(kāi)關(guān)控制單元根據(jù)所述計(jì)時(shí)判斷單元輸出的判斷結(jié)果，控制所述受控開(kāi)關(guān)關(guān)斷與閉合。
優(yōu)選地，檢測(cè)到所述電源電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)，開(kāi)始計(jì)時(shí)一時(shí)間長(zhǎng)度，該時(shí)間到則判斷直流側(cè)電壓值開(kāi)始高于臨界電壓；繼續(xù)計(jì)時(shí)另一時(shí)間長(zhǎng)度，該時(shí)間到，則判斷直流側(cè)電壓值開(kāi)始低于所述臨界電壓。
優(yōu)選地，所述時(shí)間長(zhǎng)度根據(jù)所述交流電源電壓周期計(jì)算獲得。
優(yōu)選地，所述計(jì)時(shí)判斷單元和開(kāi)關(guān)控制單元由單片機(jī)完成。
優(yōu)選地，所述過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)單元包括連接所述交流電源的與電感連接的一端與集成運(yùn)算放大器的反相端的第一限流電阻，連接所述交流電源的另一端與所述集成運(yùn)算放大器的正相端的第二限流電阻；所述集成運(yùn)算放大器的正相端與反相端之間連接有第一鉗位二極管和第二鉗位二極管；第一鉗位二極管的陽(yáng)極連接所述集成運(yùn)算放大器的正相端，陰極連接所述集成運(yùn)算放大器的反相端；第二鉗位二極管則作相反的連接；所述集成運(yùn)算放大器的輸出端與反相輸入端之間連接反饋電阻以及反饋電容；所述集成運(yùn)算放大器的正相輸入端通過(guò)電阻連接直流正參考電壓，該正相輸入端同時(shí)通過(guò)電容與直流電源地連接；所述集成運(yùn)算放大器的輸出端通過(guò)輸入電阻連接單片機(jī)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸入口；所述單片機(jī)模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸入口通過(guò)一二極管正向連接到直流電源正極，同時(shí)還通過(guò)另一二極管反相連接到直流電源地。
優(yōu)選地，所述受控開(kāi)關(guān)采用絕緣柵雙極晶體管，該絕緣柵雙極晶體管的柵極連接控制電壓，集電極連接所述第一二極管的陰極，發(fā)射極連接所述第二二極管的陽(yáng)極；控制電壓輸出高、低電平時(shí)，分別控制絕緣柵雙極晶體管導(dǎo)通、截止，實(shí)現(xiàn)所述受控開(kāi)關(guān)的受控閉合、受控關(guān)斷。
優(yōu)選地，在所述絕緣柵雙極晶體管管的集電極和絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極之間，還反向并聯(lián)有保護(hù)二極管。
優(yōu)選地，所述絕緣柵雙極晶體管的柵極通過(guò)二極管連接所述控制電壓，所述二極管的陽(yáng)極連接所述控制電壓，陰極連接所述絕緣柵雙極晶體管的柵極。
本實(shí)用新型提供的PFC電路，在保持了部分有源PFC的電磁干擾較小的優(yōu)點(diǎn)的情況下，更進(jìn)一步提高了電源的功率因素，其原因在于現(xiàn)有技術(shù)下，由于不存在上述倍壓整流產(chǎn)生的電壓升高的效果，電感L存儲(chǔ)的電能總是存在一部分電能由于電壓值低于儲(chǔ)能電容電壓而無(wú)法釋放，限制了功率因素的提高。而本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案中，受控開(kāi)關(guān)SW閉合后，電源U與C1、C2形成倍壓整流電路，串聯(lián)的C1、C2兩側(cè)獲得較高的電壓。當(dāng)受控開(kāi)關(guān)SW關(guān)斷后，由于電壓較高，因此，將更易于向負(fù)載R提供電流。使電能獲得充分利用，功率因素也因此進(jìn)一步提高。


圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的一種全程有源功率因素校正電路；圖2示出現(xiàn)有技術(shù)一種部分PFC的電路圖；圖3是經(jīng)過(guò)橋式整流后的電壓波形；圖4是受控開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，圖2所示電路的等效電路；圖5是受控開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，圖2所示電路的等效電路；圖6是本實(shí)用新型第一實(shí)施例的電路圖；圖7是本實(shí)用新型第一實(shí)施例二極管D處于截至狀態(tài)時(shí)的等效電路圖；圖8是本實(shí)用新型第一實(shí)施例中，當(dāng)交流電源火線端為正電壓時(shí)，圖7電路的電流流向示意圖；圖9是本實(shí)用新型第一實(shí)施例中，當(dāng)交流電源零線端為正電壓時(shí)，圖7電路的電流流向示意圖；圖10是本實(shí)用新型第二實(shí)施例的電路原理圖；圖11是本實(shí)用新型第二實(shí)施例的過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參看圖6，為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的電路圖。由于該實(shí)施例是在本實(shí)用新型背景技術(shù)中圖2所示的部分有源PFC的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)獲得的，因此，圖6中與圖2中起相同作用的元件采用相同的標(biāo)注。
如圖6所示，可以看出，該電路與現(xiàn)有技術(shù)的部分有源PFC電路的區(qū)別在于其橋式整流流電路直流輸出端并聯(lián)有電容C1、電容C2以及二極管D1、二極管D2串聯(lián)形成的支路。其具體連接方式是電容C1一端連接所述整流橋輸出端的正極與所述二極管D的陽(yáng)極的共同端，另一端連接所述二極管D1的陰極；二極管D1的陽(yáng)極連接二極管D2的陰極，二極管D2的陽(yáng)極連接電容C2的一端，電容C2的另一端則連接橋式整流電路直流輸出端的負(fù)極。同時(shí)，所述二極管D1的陽(yáng)極與所述二極管D2的陰極相互連接的共同端還與交流電源未與電感L連接的輸出端相連接；所述二極管D1的陰極端與所述二極管D2的陽(yáng)極端并聯(lián)有受控開(kāi)關(guān)SW。該受控開(kāi)關(guān)SW在控制單元的控制下分別處于導(dǎo)通和關(guān)斷的狀態(tài)。
請(qǐng)同時(shí)參閱圖3的整流后電壓波形圖。在圖3中，當(dāng)電壓低于圖中示出的電壓U1時(shí)，圖6所述受控開(kāi)關(guān)SW處于閉合狀態(tài)。此時(shí)二極管D陽(yáng)極的電壓較低，而陰極由于電容C存儲(chǔ)的電能而處于較高的電壓，因此。二極管D處于截至狀態(tài)。此時(shí)，電源一側(cè)的電路為一個(gè)倍壓整流電路，該側(cè)的等效電路圖如圖7所示。
對(duì)于圖7所示的電路，設(shè)交流電源與電感L連接的一端為交流電源火線，另一端為交流電源零線。
如圖7所示，當(dāng)交流電源U處于正半周期時(shí)，火線電壓為正時(shí)，圖7電路中電流流向如圖8所示，此時(shí)，電源向電容C1充電。當(dāng)交流電源U處于負(fù)半周期時(shí)，零線線電壓為正，圖7電路中電流流向如圖9所示，電源向電容C2充電。上述過(guò)程中，電容C1、電容C2充電獲得的電壓大小相同、方向相同。
請(qǐng)繼續(xù)參看圖3。當(dāng)圖3的電壓高于電壓U1時(shí)，所述開(kāi)關(guān)控制單元控制受控開(kāi)關(guān)SW斷開(kāi)。此時(shí)，電容C1、電容C2由于積累了正電壓，使所述二極管D1、二極管D2正向?qū)?。因此，電容C1與電容C2之間處于串聯(lián)狀態(tài)，使該支路的電壓值相當(dāng)于每個(gè)電容電壓值的兩倍。這樣，原有整流器輸出電壓的兩端具有一個(gè)電壓值為電容C1或電容C2每個(gè)電容充電所獲得的電壓兩倍的電壓，這就使整流器兩端的輸出電壓比最接近現(xiàn)有技術(shù)中的直流輸出端電壓高。該較高的電壓可以使二極管D更多的處于正偏狀態(tài)，從而使電源電壓直接作用于負(fù)載，使電源輸出功率更多的成為有功功率；同時(shí)，電容C1和電容C2在受控開(kāi)關(guān)SW閉合期間，得到的電源充電，也可以加于負(fù)載上。上述兩方面的原因使電路的功率因素得到提高。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本技術(shù)方案增加了倍壓整流電路，其效果實(shí)際上是改善橋式整流電路輸出電壓的波形，從而使橋式整流器電壓能夠超過(guò)儲(chǔ)能電容的電壓值，從而使電源電壓直接向負(fù)載供電，避免電源電壓的無(wú)效供電情況。采用本技術(shù)方案后，選擇合適的臨界電壓U1的情況下，可以使電路的功率因素提高到0.98以上。
同時(shí)應(yīng)當(dāng)說(shuō)明，所述臨界電壓可以從理論獲得說(shuō)明，但是實(shí)際是通過(guò)試驗(yàn)，選擇能夠最大限度提高功率因素的合適值。
上述第一實(shí)施例側(cè)重說(shuō)明了本實(shí)用新型技術(shù)方案的基本原理。以下第二實(shí)施例說(shuō)明本實(shí)用新型的一種具體實(shí)現(xiàn)電路。該實(shí)施例用于說(shuō)明所述的受控開(kāi)關(guān)SW如何實(shí)現(xiàn)，以及控制該受控開(kāi)關(guān)SW的裝置。
圖10為本實(shí)用新型第二實(shí)施例的電路原理圖。該第二實(shí)施例中與第一實(shí)施例相同的元件采用相同的標(biāo)注。
如圖10所示，所述受控開(kāi)關(guān)SW具體采用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)實(shí)現(xiàn)。
所述絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的柵極通過(guò)一個(gè)二極管D4接收控制單元K輸出的控制電壓，該控制電壓的高、低電平分別使該IGBT管導(dǎo)通、關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)受控開(kāi)關(guān)的功能。所述二極管D4的陽(yáng)極連接所述控制單元的輸出，陰極連接所述IGBT管的柵極。該二極管的作用在于防止所述IGBT管的漏電流流向所述控制單元。
該IGBT管的集電極連接所述二極管D1的陰極，發(fā)射極連接所述二極管D2的陽(yáng)極。同時(shí)，在IGBT管的集電極和IGBT管的發(fā)射極之間，還反向并聯(lián)有保護(hù)二極管D3，用于防止反向電流擊穿該IGBT管。
所述開(kāi)關(guān)控制單元K適時(shí)產(chǎn)生高低電平信號(hào)，控制所述IGBT管的導(dǎo)通與關(guān)斷。
本實(shí)施例中，所述開(kāi)關(guān)控制單元K包括單片機(jī)以及過(guò)零檢測(cè)電路。
所述過(guò)零檢測(cè)電路用于檢測(cè)交流側(cè)電壓的過(guò)零點(diǎn)，每次檢測(cè)到交流電壓過(guò)零時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)。單片機(jī)接收蓋過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)，并將所述過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)，采用時(shí)間延遲的方法控制所述受控開(kāi)關(guān)SW的導(dǎo)通關(guān)斷。由于交流電壓的周期是固定的，因此，采用過(guò)零檢測(cè)的方法，可以提供一個(gè)計(jì)時(shí)基準(zhǔn)，根據(jù)交流電壓的周期，通過(guò)計(jì)時(shí)準(zhǔn)確的獲得電壓基準(zhǔn)電壓U1的時(shí)間。具體來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)交流電壓的周期計(jì)算電壓過(guò)零后經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間達(dá)到所述電壓U1，以及經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間電壓值又返回到電壓U1。假設(shè)經(jīng)過(guò)計(jì)算，上述時(shí)間分別為n1和n2秒，則將n1秒和n2秒作為延遲時(shí)間。每次檢測(cè)到電壓過(guò)零后，單片機(jī)以該過(guò)零點(diǎn)為起點(diǎn)開(kāi)始計(jì)時(shí)，達(dá)到n1秒時(shí)，則單片機(jī)作為控制單元輸出的輸出端子輸出低電平，控制所述IGBT管關(guān)斷，當(dāng)達(dá)到n2秒時(shí)，則該輸出端子輸出高電平，控制所述IGBT管導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述受控開(kāi)關(guān)SW(本例中即為IGBT管)的控制。由于交流電源在整流后，其正負(fù)電壓在整流電路的輸出端均成為正向電壓，但是兩者的波形對(duì)稱，因此，所述過(guò)零信號(hào)對(duì)交流電源的正半周期還是負(fù)半周期都可以作為基準(zhǔn)信號(hào)，并且所述延時(shí)時(shí)間n1和n2對(duì)于正負(fù)半周期是一致的。
在上述控制過(guò)程中，單片機(jī)起到計(jì)時(shí)和開(kāi)關(guān)控制的作用。單片機(jī)的上述作用也可以采用專用的計(jì)時(shí)單元和開(kāi)關(guān)控制單元實(shí)現(xiàn)。
單片機(jī)的控制過(guò)程可知，過(guò)零檢測(cè)電路對(duì)于受控開(kāi)關(guān)SW的控制是至關(guān)重要的。
圖11示出一種過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路，該過(guò)零檢測(cè)電路的原理說(shuō)明如下。
該電路包括限流電組R111、限流電組R112、鉗位二極管D111、鉗位二極管D112、集成運(yùn)算放大器S、反饋電阻R113、電容C111、電容C112、輸入電阻R114、二極管D113、二極管D114、電阻R115。
該電路的連接關(guān)系如下限流電阻R81連接在交流電源與所述電感L的共同端和集成運(yùn)算放大器S的反相端之間，限流電阻R112連接交流電源的另一端與所述集成運(yùn)算放大器S的正相端，上述兩個(gè)電阻起限流作用，使該過(guò)零檢測(cè)電路具有大的輸入電阻，交流電源的電流只有較小的分量流入過(guò)零檢測(cè)電路。
所述集成運(yùn)算放大器S的正相端與反相端之間連接有鉗位二極管D111和鉗位二極管D112。其中，鉗位二極管D111的陽(yáng)極連接集成運(yùn)算放大器S的正相端，陰極連接集成運(yùn)算放大器S的反相端；鉗位二極管D112則作相反的連接。上述鉗位二極管的作用在于限制所述集成運(yùn)算放大器S輸入端的電壓，使該輸入電壓保持在一個(gè)合適的低電位上。
所述集成運(yùn)算放大器S的輸出端與反相輸入端之間連接所述電阻R113以及所述電容C111，用于使該集成運(yùn)算放大器工作于負(fù)反饋狀態(tài)；集成運(yùn)算放大器S的正相輸入端通過(guò)電阻R115連接+2.5V參考電壓，該正相輸入端同時(shí)通過(guò)電容C112與直流電源地連接，該電容的作用在于使集成運(yùn)算放大器S正相輸入端交流接地，避免交流干擾電壓的影響。
該集成運(yùn)算放大器S的輸出端通過(guò)電阻R114連接單片機(jī)的模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換輸入口I。
所述單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換輸入口I通過(guò)二極管D113正向連接到直流電源Vcc，同時(shí)還通過(guò)二極管D114反相連接到直流電源地。上述二極管的作用在于使輸入單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換輸入口I的電壓處于一個(gè)合適的范圍內(nèi)，既不過(guò)高也不過(guò)低。
上述過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路的工作原理是從交流電源取樣交流電壓，該電壓被所述鉗位二極管D111、D112限制在一個(gè)較低的范圍內(nèi)，但仍然具有交流電的波形。由于所述集成運(yùn)算放大器S的正相端連接所述+2.5V參考電壓，所以該交流電的波形以+2.5V參考電壓為中心，在所述鉗位二極管的鉗位電壓范圍內(nèi)變化。在所述運(yùn)算放大器S的輸出端，同樣獲得一個(gè)經(jīng)過(guò)放大的電壓，并且該電壓以一個(gè)正電位的電壓為中心變化。該電壓輸出到所述單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換輸入口I，在單片機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。對(duì)于該單片機(jī)而言，交流電壓過(guò)零時(shí)，該數(shù)字值為一個(gè)定值。因此，每次單片機(jī)讀到該定值時(shí)，則單片機(jī)將其作為零點(diǎn)，并在此時(shí)開(kāi)始進(jìn)行計(jì)時(shí)，從該點(diǎn)經(jīng)過(guò)所述時(shí)間n1秒或n2秒時(shí)，則整流單元輸出電壓達(dá)到所述臨界電壓U1以及返回到臨界電壓U1。據(jù)此控制所述受控開(kāi)關(guān)SW的關(guān)斷和導(dǎo)通。
以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種部分有源電源功率因數(shù)校正電路，包括一交流電源，該交流電源輸出端的一端通過(guò)電感連接橋式整流電路的交流輸入端的一端，另一端連接所述橋式整流電路交流輸入端的另一端；所述橋式整流電路的直流輸出端的正極連接隔離二極管陽(yáng)極，所述隔離二極管的陰極連接負(fù)載一端，負(fù)載的另一端連接所述橋式整流電路直流輸出端的負(fù)極；所述負(fù)載并聯(lián)有第一電容，其特征在于，所述隔離二極管的陽(yáng)極與所述橋式整流電路的負(fù)極之間存在支路，該支路包括一端與所述隔離二極管的陽(yáng)極連接的第二電容，該第二電容的另一端連接第二二極管的陰極，該第二二極管的陽(yáng)極連接第三二極管的陰極，該第三二極管的陽(yáng)極連接第三電容的一端，該第三電容的另一端連接所述橋式整流電路直流輸出端的負(fù)極；所述第二二極管的陽(yáng)極與第三二極管的陰極相連接的共同端連接所述橋式整流電路的交流輸入端中未與所述電感連接的另一端；所述第二二極管的陰極與第三二極管的陽(yáng)極之間，連接受控開(kāi)關(guān)；該受控開(kāi)關(guān)在所述橋式整流電路直流側(cè)電壓低于一臨界電壓時(shí)受控閉合，所述橋式整流電路直流側(cè)電壓高于該臨界電壓時(shí)受控關(guān)斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述受控開(kāi)關(guān)的關(guān)斷和閉合由控制單元控制；該控制單元檢測(cè)臨界電壓，并據(jù)此檢測(cè)結(jié)果控制所述受控開(kāi)關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，所述控制單元包括過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)單元、計(jì)時(shí)判斷單元和開(kāi)關(guān)控制單元，所述過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)單元用于檢測(cè)所述交流電源的電壓過(guò)零點(diǎn)，所述計(jì)時(shí)判斷單元根據(jù)檢測(cè)獲得的所述電壓過(guò)零點(diǎn)為計(jì)時(shí)基準(zhǔn)點(diǎn)，以計(jì)時(shí)方式判斷所述橋式整流電路直流側(cè)電壓與臨界電壓的關(guān)系；所述開(kāi)關(guān)控制單元根據(jù)所述計(jì)時(shí)判斷單元輸出的判斷結(jié)果，控制所述受控開(kāi)關(guān)關(guān)斷與閉合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其特征在于，所述計(jì)時(shí)判斷單元和開(kāi)關(guān)控制單元由單片機(jī)完成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其特征在于，所述過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)單元包括連接所述交流電源的與電感連接的一端與集成運(yùn)算放大器的反相端的第一限流電阻，連接所述交流電源的另一端與所述集成運(yùn)算放大器的正相端的第二限流電阻；所述集成運(yùn)算放大器的正相端與反相端之間連接有第一鉗位二極管和第二鉗位二極管；第一鉗位二極管的陽(yáng)極連接所述集成運(yùn)算放大器的正相端，陰極連接所述集成運(yùn)算放大器的反相端；第二鉗位二極管則作相反的連接；所述集成運(yùn)算放大器的輸出端與反相輸入端之間連接反饋電阻以及反饋電容；所述集成運(yùn)算放大器的正相輸入端通過(guò)電阻連接直流正參考電壓，該正相輸入端同時(shí)通過(guò)電容與直流電源地連接；所述集成運(yùn)算放大器的輸出端通過(guò)輸入電阻連接單片機(jī)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸入口；所述單片機(jī)模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸入口通過(guò)一二極管正向連接到直流電源正極，同時(shí)還通過(guò)另一二極管反相連接到直流電源地。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述受控開(kāi)關(guān)采用絕緣柵雙極晶體管，該絕緣柵雙極晶體管的柵極連接控制電壓，集電極連接所述第一二極管的陰極，發(fā)射極連接所述第二二極管的陽(yáng)極；控制電壓輸出高、低電平時(shí)，分別控制絕緣柵雙極晶體管導(dǎo)通、截止，實(shí)現(xiàn)所述受控開(kāi)關(guān)的受控閉合、受控關(guān)斷。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于，在所述絕緣柵雙極晶體管管的集電極和絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極之間，還反向并聯(lián)有保護(hù)二極管。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于，所述絕緣柵雙極晶體管的柵極通過(guò)二極管連接所述控制電壓，所述二極管的陽(yáng)極連接所述控制電壓，陰極連接所述絕緣柵雙極晶體管的柵極。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種部分有源電源功率因數(shù)校正電路，該電路在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，在隔離二極管的陽(yáng)極與橋式整流電路負(fù)極間設(shè)支路，包括一端與所述隔離二極管陽(yáng)極連接的第二電容，該第二電容另一端連接第二二極管的陰極，第二二極管陽(yáng)極連接第三二極管陰極，第三二極管陽(yáng)極連接第三電容一端，第三電容另一端連接所述橋式整流電路直流輸出端負(fù)極；第二二極管陽(yáng)極與第三二極管陰極相連接的共同端連接所述橋式整流電路交流輸入端中未與所述電感連接的另一端；第二二極管陰極與第三二極管陽(yáng)極之間連接受控開(kāi)關(guān)；受控開(kāi)關(guān)在所述橋式整流電路直流側(cè)電壓低于臨界電壓時(shí)受控閉合，所述橋式整流電路直流側(cè)電壓高于該臨界電壓時(shí)受控關(guān)斷。
文檔編號(hào)H02M1/14GK2927485SQ200620008198
公開(kāi)日2007年7月25日 申請(qǐng)日期2006年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者楚人震, 谷東照, 程永甫, 楚毅, 劉俊杰, 林凡卿 申請(qǐng)人:海爾集團(tuán)公司, 青島海爾空調(diào)器有限總公司