專利名稱：一種基于功率因素校正的高效調功裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于功率調節(jié)技術領域，更為具體地講，涉及一種基于功率因素校正的高 效調功裝置。
背景技術：
在節(jié)能環(huán)保倍受關注的今天，電力作為一種清潔方便的能源獲得了越來越廣泛的 應用。但是，這并不是說只要以電力驅動，就節(jié)能環(huán)保，用電設備自身是否具有理想的功率 因數，是否會對電網產生污染等因素對這一目標的實現(xiàn)有著決定性影響，所以要節(jié)能環(huán)保， 就必須保證用電設備具有電網友好的特性。因用電設備自身的某些特性難以改變，所以 設計合理的調功裝置，使其在實現(xiàn)功率調節(jié)的同時對用電設備加以補償就成了最有效的途 徑。傳統(tǒng)的調功裝置具有一些明顯的缺陷，如諧波分量高(如移相調功)、功率因數低 (如飽和電抗器調功)，使其不能很好的滿足節(jié)能環(huán)保的要求。二十世紀八十年代出現(xiàn)的功 率因數校正(PFC)技術，不僅可以使功率因數近似為1，而且還可以有效的抑制諧波，是實 現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的最理想選擇，但其對大功率高頻全控開關器件的需求，極大的限制了它的普 及，目前仍只在少量小功率設備中有所應用。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于功率因素校正的高效調功 裝置，以適用于較大功率設備的需求。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于功率因素校正的高效調功裝置，包括一前端功率因素校正電路；前端功率因素校正電路包括全橋整流電路、儲能電感、 金屬氧化物半導體場效應管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET)，二極管以及儲能電容；從電網獲得的正弦電壓Uac經過全橋整流電路后，輸出直 流電壓Ui，然后，經儲能電感一路輸給二極管正端，再從二極管負端輸出給儲能電容正端， 儲能電容的負端接地，另一路輸出到金屬氧化物半導體場效應管的漏極，金屬氧化物半導 體場效應管的源極接地；其特征在于，還包括一后端功率調節(jié)電路；后端功率調節(jié)電路包括四只絕緣柵雙極型晶體管 (Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT) 0卜4和變壓器；儲能電容的正端分別接兩只 絕緣柵雙極型晶體管QpQ2的集電極，然后這兩只絕緣柵雙極型晶體管QpQ2的發(fā)射極分別 接另兩只絕緣柵雙極型晶體管Q3、Q4的集電極并同時分別接變壓器的初級兩端，另兩只絕 緣柵雙極型晶體管Q3、Q4的發(fā)射極接地，變壓器的次級輸出給用電設備；一微控制器；微控制器中包括相位捕獲模塊、采樣模塊；相位捕獲模塊用于捕獲 從電網獲得的正弦電壓Uac的過零點，采樣模塊用于采集整流后的直流電壓Ui、電流Ii及 儲能電容兩端的電壓Uc和絕緣柵雙極型晶體管Qp Q4或Q2、Q3導通時的輸出電流Ic ；
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微控制器輸出脈沖觸發(fā)信號J給前端功率因素校正電路中金屬氧化物半導體場 效應管的柵極，其占空比為
權利要求
一種基于功率因素校正的高效調功裝置，包括一前端功率因素校正電路；前端功率因素校正電路包括全橋整流電路、儲能電感、金屬氧化物半導體場效應管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)，二極管以及儲能電容；從電網獲得的正弦電壓Uac經過全橋整流電路后，輸出直流電壓Ui，然后，經儲能電感一路輸給二極管正端，再從二極管負端輸出給儲能電容正端，儲能電容的負端接地，另一路輸出到金屬氧化物半導體場效應管的漏極，金屬氧化物半導體場效應管的源極接地；其特征在于，還包括一后端功率調節(jié)電路；后端功率調節(jié)電路包括四只絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)Q1～4和變壓器；儲能電容的正端分別接兩只絕緣柵雙極型晶體管Q1、Q2的集電極，然后這兩只絕緣柵雙極型晶體管Q1、Q2的發(fā)射極分別接另兩只絕緣柵雙極型晶體管Q3、Q4的集電極并同時分別接變壓器的初級兩端，另兩只絕緣柵雙極型晶體管Q3、Q4的發(fā)射極接地，變壓器的次級輸出給用電設備；一微控制器；微控制器中包括相位捕獲模塊、采樣模塊；相位捕獲模塊用于捕獲從電網獲得的正弦電壓Uac的過零點，采樣模塊用于采集整流后的直流電壓Ui、電流Ii及儲能電容兩端的電壓Uc和絕緣柵雙極型晶體管Q1、Q4或Q2、Q3導通時的輸出電流Ic；微控制器輸出脈沖觸發(fā)信號J給前端功率因素校正電路中金屬氧化物半導體場效應管的柵極，其占空比為其中Ts＝Ti/N，式(1)中，Ts表示金屬氧化物半導體場效應管完成一次通斷操作的控制周期，Ti表示從電網獲得的正弦電壓Uac的相鄰兩次過零點間的時間間隔，N為每一個Ti時間間隔內對金屬氧化物半導體場效應管的控制次數，Uim是上一個時間間隔Ti采集直流電壓Ui計算得到的幅值，Ucset為儲能電容兩端的電壓Uc的期望值，為根據設計確定的一個常量，n表示Ui過零點后的第n個控制周期，相應的D(n)表示第n個控制周期內脈沖觸發(fā)信號的占空比，Ii(n)表示第n個控制周期開始時刻采樣模塊采集的整流后的直流電流Ii的值，Iset為設定電流的幅值，Pset是輸出功率設定值，Uirms為整流后的直流電壓Ui的有效值，Kp、Kpp為比例控制參數、Ki、Kip為積分控制參數，Ucavg為儲能電容兩端的電壓Uc在一個Ti時間間隔內的平均值；式(1)中，表示對整流后的直流電流Ii每個時間間隔Ti內的第n個控制周期的設定電流值與采集值的差值進行累加，式(1)中表示對儲能電容兩端的電壓Uc每個時間間隔Ti內期望值Ucset與平均值Ucavgm的差值進行累加；其中t為調功裝置本次運行已經持續(xù)的時間；為取小于t/Ti的最大整數；微控制器輸出還輸出脈沖觸發(fā)信號J1～4分別給四只絕緣柵雙極型晶體管Q1～4的柵極，其中脈沖觸發(fā)信號J1、J4相同，其占空比為 <mrow><mi>Dc</mi><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn></mfrac><mfrac> <mi>Pset</mi> <mrow><mi>Uc</mi><mo>×</mo><mi>Ic</mi> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow>且小于1/2(2)脈沖觸發(fā)信號J2、J3相同，其占空比與脈沖觸發(fā)信號J1、J4相同，但在時序上比脈沖觸發(fā)信號J1、J4延遲1/2Tc，Tc為脈沖觸發(fā)信號J1～4的周期。FSA00000339139000011.tif,FSA00000339139000012.tif,FSA00000339139000021.tif,FSA00000339139000022.tif,FSA00000339139000023.tif
1. 一種基于功率因素校正的高效調功裝置，包括一前端功率因素校正電路；前端功率因素校正電路包括全橋整流電路、儲能電感、金 屬氧化物半導體場效應管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET)，二極管以及儲能電容；從電網獲得的正弦電壓Uac經過全橋整流電路后，輸出直 流電壓Ui，然后，經儲能電感一路輸給二極管正端，再從二極管負端輸出給儲能電容正端， 儲能電容的負端接地，另一路輸出到金屬氧化物半導體場效應管的漏極，金屬氧化物半導 體場效應管的源極接地；其特征在于，還包括一后端功率調節(jié)電路；后端功率調節(jié)電路包括四只絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) Q1 4和變壓器；儲能電容的正端分別接兩只絕緣柵雙極 型晶體管QpQ2的集電極，然后這兩只絕緣柵雙極型晶體管QpQ2的發(fā)射極分別接另兩只絕 緣柵雙極型晶體管Q3、Q4的集電極并同時分別接變壓器的初級兩端，另兩只絕緣柵雙極型 晶體管Q3、Q4的發(fā)射極接地，變壓器的次級輸出給用電設備；一微控制器；微控制器中包括相位捕獲模塊、采樣模塊；相位捕獲模塊用于捕獲從電 網獲得的正弦電壓Uac的過零點，采樣模塊用于采集整流后的直流電壓Ui、電流Ii及儲能 電容兩端的電壓Uc和絕緣柵雙極型晶體管Qp Q4或Q2、Q3導通時的輸出電流Ic ；微控制器輸出脈沖觸發(fā)信號J給前端功率因素校正電路中金屬氧化物半導體場效應 管的柵極，其占空比為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于功率因素校正的高效調功裝置，包括前端功率因素校正電路、后端功率調節(jié)電路和微控制器。通過相位捕獲模塊捕獲從電網獲得的正弦電壓Uac的過零點，通過采樣模塊獲得整流后的直流電壓Ui、電流Ii及儲能電容兩端的電壓Uc和絕緣柵雙極型晶體管Q1、Q4或Q2、Q3導通時的輸出電流Ic；然后輸出脈沖觸發(fā)信號J，控制前端功率因素校正電路中金屬氧化物半導體場效應管的通斷，輸出脈沖觸發(fā)信號J1、J4分別給絕緣柵雙極型晶體管Q1、Q4，輸出在時序上比脈沖觸發(fā)信號J1、J4延遲1/2Tc，占空比相同的脈沖觸發(fā)信號J2、J3分別給絕緣柵雙極型晶體管Q2、Q3，控制絕緣柵雙極型晶體管Q1～4的通斷，最終使高效調功裝置在輸出負載所需較大功率的同時，保證近似為1的功率因數和極低的諧波分量。
文檔編號H02M5/458GK101976958SQ20101053716
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月10日 優(yōu)先權日2010年11月10日
發(fā)明者周科, 白利兵, 程玉華, 陳凱 申請人:電子科技大學