一種功率因素補償電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種功率因素補償電路，包括：整流電路、開關元件、變壓器、電容、電流采樣電阻和脈沖產(chǎn)生器，所述整流電路輸入連接交流電，整流電路正端輸出和變壓器輸入同相端連接，整流電路負端輸出通過開關元件和變壓器反相端連接，變壓器輸出同相端連接二極管的正極，二極管負極和電流采樣電阻連接，作為輸出電壓正極，變壓器輸出反相端和二極管負極之間接有電容，變壓器輸出反相端作為輸出電壓負極；電流采樣電阻連接脈沖產(chǎn)生器的一個輸入端，整流電路正端輸出連接脈沖產(chǎn)生器的另一個輸入端；脈沖產(chǎn)生器的輸出連接開關元件的控制端。
【專利說明】一種功率因素補償電路【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力【技術領域】，尤其涉一種功率因素補償電路。
【背景技術】
[0002]功率因數(shù)是正弦交流電中電流對電壓的相位及其電流變形的衡量指標。比方說如220V或IlOV電網(wǎng)。當電流的波形與電壓完全相同并沒有超前或滯后(相位差)時，此時的功率因數(shù)為最大，I或100%。小于I的功率因數(shù)意味著從發(fā)電站的電到達用戶后有一部分沒有被使用掉，而是返回了發(fā)電站，這部分稱為無功功率。功率因數(shù)越低的其無功功率越高。無功功率是按功率因數(shù)大小跟有功功率成比例的。因此為了滿足用戶的需求，也就是對有功功率的需求，發(fā)電站必須要按比例傳送額外的無功功率。結果不但造成了電力在輸電線上的額外損耗，另外發(fā)電站的實際有效電力使用容量也被減小。所以很多產(chǎn)品都對功率因數(shù)有最低的要求。為了滿足功率因數(shù)的要求，常常需要額外的電路對功率因數(shù)進行較正和補償，以提高功率因數(shù)。
[0003]常見的用于功率因數(shù)較正的有反激拓撲(Flyback)，升壓(Boost)，以及降升壓(Buck-Boost)等。
[0004]以反激拓撲為例。圖1為典型的反激拓撲功率因數(shù)補償電路。輸入交流電壓經(jīng)過整流電路后，負方向的電壓被翻上去成正向電壓。當開關元件導通時，變壓器原邊的電流開始增加，變壓器副邊因極性反繞，單向?qū)ǖ亩O管阻斷了電流通過變壓器副邊流向輸出端的負載。那時的輸出電流由輸出電容提供。電容上的電壓逐漸降低，因此電流也逐漸降低。當開關關斷時，變壓器原邊的電流被阻斷，但因為變壓器的線圈就是電感，而電感的電流不能突變。因此原邊 中的電流在副邊改變極性后繼續(xù)。那時二極管導通。電流通過變壓器副邊和二極管，一方面提供負載電流，另一方面對電容進行充電。因此電容上的電壓逐漸上升。其電壓平均值為直流電壓，而負載的電流平均值也為直流。電容值的大小以及開關頻率決定其紋波的大小。電容值越大和開關頻率越高其紋波就越小。這個直流電壓或電流信號被反饋到控制電路以控制開關的導通和阻斷時間，以達到控制輸出電壓或電流的目的。
[0005]現(xiàn)有的典型的反激拓撲電路中，其功率因素補償控制需要乘法器來實現(xiàn)功率因數(shù)補償，是一個相當復雜的電路，其電路的計算和調(diào)試均比較困難。對產(chǎn)品來說，復雜的電路提高了成本和降低了成品率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的技術問題在于如何將所有的工作條件考慮進去而使得電路總是工作在非連續(xù)狀態(tài)，則其功率因數(shù)即自動為I。
[0007]為了解決以上問題，本發(fā)明提供了一種功率因素補償電路，包括:整流電路、開關元件、變壓器、電容、電流采樣電阻和脈沖產(chǎn)生器，所述整流電路輸入連接交流電，整流電路正端輸出和變壓器輸入同相端連接，整流電路負端輸出通過開關元件和變壓器反相端連接，變壓器輸出同相端連接二極管的正極，二極管負極和電流采樣電阻連接，作為輸出電壓正極，變壓器輸出反相端和二極管負極之間接有電容，變壓器輸出反相端作為輸出電壓負極；電流采樣電阻連接脈沖產(chǎn)生器的一個輸入端，整流電路正端輸出連接脈沖產(chǎn)生器的另一個輸入端；脈沖產(chǎn)生器的輸出連接開關元件的控制端。
[0008]進一步，作為優(yōu)選，在電流采樣電阻和脈沖產(chǎn)生器之間接有一個電壓放大和電平轉(zhuǎn)換器。
[0009]進一步，作為優(yōu)選，在電壓放大和電平轉(zhuǎn)換器和脈沖產(chǎn)生器之間接有一個運算放大器。
[0010]進一步，作為優(yōu)選，在運算放大器和脈沖產(chǎn)生器之間接有光電隔離器。
[0011]進一步，作為優(yōu)選，在脈沖產(chǎn)生器和開關元件之間接有驅(qū)動器。
[0012]進一步，作為優(yōu)選，開關元件為場效應管。
[0013]本發(fā)明通過使用脈沖產(chǎn)生器，將所有的工作條件考慮進去而使得電路總是工作在非連續(xù)狀態(tài)，從而使其功率因數(shù)即自動為1，大大降低了電路的復雜性和成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]當結合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點，此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定，其中:
[0015]圖1為現(xiàn)有技術功率因數(shù)控制電路示意圖。
[0016]圖2為發(fā)明實施例功率因素補償電路示意圖。
[0017]圖3為電路各點波形示意圖。
【具體實施方式】
[0018]以下參照圖對本發(fā)明的實施例進行說明。
[0019]為使上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0020]如圖2所示，一種功率因素補償電路，包括:整流電路102、開關元件106、變壓器
105、電容111、電流采樣電阻112和脈沖產(chǎn)生器200，所述整流電路102輸入連接交流電，整流電路102正端輸出和變壓器105輸入同相端連接，整流電路102負端輸出通過開關元件106和變壓器105反相端連接，變壓器105輸出同相端連接二極管110的正極，二極管110負極和電流采樣電阻112連接，作為輸出電壓正極，變壓器105輸出反相端和二極管110負極之間接有電容111，變壓器105輸出反相端作為輸出電壓負極；電流采樣電阻112—端連接脈沖產(chǎn)生器200的一個輸入端，整流電路102正端輸出連接脈沖產(chǎn)生器200的另一個輸入端；脈沖產(chǎn)生器200的輸出連接開關元件106的控制端。電流采樣電阻112和脈沖產(chǎn)生器200之間接有一個電壓放大和電平轉(zhuǎn)換器118。電壓放大和電平轉(zhuǎn)換器8和脈沖產(chǎn)生器200之間接有一個運算放大器117。運算放大器117和脈沖產(chǎn)生器200之間接有光電隔離器109。脈沖產(chǎn)生器200和開關元件106之間接有驅(qū)動器108。輸入交流電壓101經(jīng)過整流電路102后，負方向的電壓被翻上去成正向電壓。整個電壓波形從101被整流成為波形103。當開關元件106導通時，變壓器105原邊的電流開始增加，變壓器副邊因極性反繞，單向?qū)ǖ亩O管Iio阻斷了電流通過變壓器105副邊流向輸出端的負載。那時的輸出電流由輸出電容111提供。電容111上的電壓逐漸降低，因此電流也逐漸降低。當開關元件106關斷時，變壓器105原邊的電流被阻斷，但因為變壓器105的線圈就是電感，而電感的電流不能突變。因此原邊中的電流在副邊改變極性后繼續(xù)。那時二極管110導通。電流通過變壓器105副邊和二極管110，一方面提供負載電流，另一方面對電容111進行充電。因此電容111上的電壓逐漸上升。其電壓平均值為直流電壓，而負載的電流平均值也為直流。電容111值的大小以及開關頻率決定其紋波的大小。電容111值越大和開關頻率越高其紋波就越小。這個直流電壓或電流信號被反饋到控制電路以控制開關的導通和阻斷時間，以達到控制輸出電壓或電流的目的。輸出電流通過電流采樣電阻112反饋。因為通過電流采樣電阻112的輸出電流在電阻上產(chǎn)生的電壓跟輸出電流成正比。電流采樣電阻112上的電壓代表了輸出電流，輸出電流通過電流采樣電阻112，經(jīng)過電壓放大和電平轉(zhuǎn)換118，再經(jīng)過運算放大器117，然后經(jīng)過原付邊可選用隔離電路109將反饋信號送到原邊。這個信號在此發(fā)明電路中被送到一個脈沖產(chǎn)生器200。這個反饋信號跟原邊的整流電壓信號103通過在脈沖產(chǎn)生器200產(chǎn)生脈沖，然后作為參考信號來控制開關元件106以達到功率因數(shù)補償?shù)哪康摹?br> [0021 ] 在開關關斷后，等到副邊線圈的電流經(jīng)二極管對輸出電容進行充電及提供部分輸出的電流。當副邊線圈電流減小到零及以后，開關再打開。這樣的工作條件下，輸入的阻抗呈純電阻狀態(tài)。而純電阻上的電壓和電流的波形是完全相同并同步的，所以其功率因數(shù)總是為I。這個工作狀態(tài)被稱為是非連續(xù)工作狀態(tài)。相對而言，如副邊線圈的電流沒有到零開關就重新導通稱為連續(xù)狀態(tài)。
[0022]因此，比如在反激拓撲功率因數(shù)補償電路的設計中，如能將所有的工作條件考慮進去而使得電路總是工作在非連續(xù)狀態(tài)，即在開關關斷時，變壓器副邊的電流下降到零，包括連續(xù)和非連續(xù)的臨界點，則其功率因數(shù)即自動為I。圖2即為本發(fā)明的實行電路。與圖1典型的電路相比可見，整流電壓103和輸出端的直流信號乘積之后仍然成為參考信號。而開關導通的大小不再需參考輸入端的電流，只要根據(jù)參考信號波形開關即可。其輸入端電流波形的包絡線即為參考信號的同步波形。其最高理論功率因數(shù)為I。圖3為各點的信號波形。整流后的電壓201與輸出反饋信號202相加形成了參考信號205。當開關電流的信號204到達參考信號上端時，開關元件106關斷，因此信號204開始下降。當信號下降到達參考信號的下端時，或經(jīng)過一定的下降時間，開關106重新導通。這樣，輸入電流的波形即與包絡線206 —致，即與輸入電壓的波形207 —致，從而達到功率因數(shù)補償?shù)哪康摹?07代表了乘積后的參考信號，而203代表了原邊開關中的電流。可以看出其包絡線將與參考信號相同。這樣既達到了控制調(diào)節(jié)輸出電流大小的目的，又達到了功率因數(shù)補償?shù)哪康摹?br> [0023]如上所述，對本發(fā)明的實施例進行了詳細地說明，但是只要實質(zhì)上沒有脫離本發(fā)明的發(fā)明點及效果可以有很多的變形，這對本領域的技術人員來說是顯而易見的。因此，這樣的變形例也全部包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種功率因素補償電路，其特征在于，包括:整流電路、開關元件、變壓器、電容、電流采樣電阻和脈沖產(chǎn)生器，所述整流電路輸入連接交流電，整流電路正端輸出和變壓器輸入同相端連接，整流電路負端輸出通過開關元件和變壓器反相端連接，變壓器輸出同相端連接二極管的正極，二極管負極和電流采樣電阻連接，作為輸出電壓正極，變壓器輸出反相端和二極管負極之間接有電容，變壓器輸出反相端作為輸出電壓負極；電流采樣電阻連接脈沖產(chǎn)生器的一個輸入端，整流電路正端輸出連接脈沖產(chǎn)生器的另一個輸入端；脈沖產(chǎn)生器的輸出連接開關元件的控制端。
2.如權利要求1所述功率因素補償電路，其特征在于，在所述電流采樣電阻和脈沖產(chǎn)生器之間接有一個電壓放大和電平轉(zhuǎn)換器。
3.如權利要求2所述功率因素補償電路，其特征在于，在所述電壓放大和電平轉(zhuǎn)換器和脈沖產(chǎn)生器之間接有一個運算放大器。
4.如權利要求3所述功率因素補償電路，其特征在于，在所述運算放大器和脈沖產(chǎn)生器之間接有光電隔離器。
5.如權利要求1所述功率因素補償電路，其特征在于，在所述脈沖產(chǎn)生器和開關元件之間接有驅(qū)動器。
6.如權利要求1至5所述任意一項功率因素補償電路，其特征在于，所述開關元件為場效應管。
【文檔編號】H02M1/42GK103812323SQ201210445528
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月8日 優(yōu)先權日:2012年11月8日
【發(fā)明者】林峰, 華雷 申請人:常州隆輝照明科技有限公司