一種pfc控制方法和控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種PFC控制方法和裝置，將市電交流電壓與一不失真的標(biāo)準(zhǔn)同相正弦波基波進(jìn)行比較，最終得到帶有適量基波的失真信號(hào)，失真信號(hào)反映了市電的畸變情況，利用這個(gè)信號(hào)去控制PFC裝置的工作電流，使得PFC裝置的工作電流在市電的半波波形中，瞬間出現(xiàn)重載時(shí)，本裝置消耗很小的工作電流或不消耗，而在相對(duì)輕載瞬間，消耗較大的工作電流，來減小市電電壓波形失真，這樣實(shí)現(xiàn)用電單元的整體PF值升高，用電單元中存在其它畸變負(fù)載，PFC裝置仍可良好工作，用電單元整體PF值被提升。
【專利說明】ー種PFC控制方法和控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于功率因數(shù)校正(PFC)裝置的PFC控制方法，本發(fā)明還涉及使用上述方法的控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]エ業(yè)與民用都經(jīng)常需要把各種電網(wǎng)交流電壓變成直流，甚至是隔離的直流電，隨著國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)用電器的功率因數(shù)(PF)的進(jìn)ー步要求，目前，對(duì)消耗功率75W以上的開關(guān)電源都有功率因數(shù)要求，即要求電路的工作電流波形基本和電壓波形相同。
[0003]目前已有功率因數(shù)校正電路解決這ー問題，功率因數(shù)校正電路簡(jiǎn)稱為PFC電路，是 Power Factor Correction 的縮寫。
[0004]注:75W數(shù)據(jù)來源于中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB17625.1-1998，名為《低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值(設(shè)備每相輸入電流< 16A)》。
[0005]傳統(tǒng)的BOOST功率因數(shù)校正器已經(jīng)良好地解決了這ー問題，其工作原理可以參見電子エ業(yè)出版社的《開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)》第190頁、191頁，該書ISBN號(hào)7-121-00211-6。
[0006]精確地說，功率因數(shù)是指輸入有功功率和輸入視在功率的比值；傳統(tǒng)的功率因數(shù)校正器也分為無源和有源兩種，有源功率因數(shù)校正(APFC:ActiVe Power FactorCorrection)目前得到廣泛應(yīng)用，目前APFC電路的常用拓?fù)溆?升壓式(Boost);降壓式(Buck);升/降壓式(Buck/Boost);反激式(Flyback),而且直接簡(jiǎn)稱為PFC電路。而控制方法也很多，電感電流斷續(xù)控制法，電感電流臨界連續(xù)控制法，電流峰值控制法，電流滯環(huán)控制法，平均電流控制法，單周期控制法，它們的共同特點(diǎn)就是要求PFC電路的工作電流波形基本和電壓波形相同。
[0007]現(xiàn)有的PFC這種電流波形和電壓波形同步的方法，在輸入交流電為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波吋，效果很好，圖1電壓曲線(圖1中上圖y軸U對(duì)應(yīng)的曲線)示出了我國(guó)市電的在標(biāo)稱220VAC下的波形，其峰值為311V，圖1中電流曲線(圖1中上圖y軸I對(duì)應(yīng)的曲線)示出了現(xiàn)有的PFC電路的工作電流波形，電壓電流同相，較理想的PFC電路就是為了獲得這種純電阻特性的用電性能。
[0008]事實(shí)上，エ業(yè)用電和市電的電壓波形由于各種原因，都不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，圖2示出的電壓波形，就是廣州蘿崗區(qū)滄聯(lián)エ業(yè)園在2013年6月24日早上8:32分采集的エ業(yè)用電波形，此時(shí)大部份エ廠已上班；因?yàn)槭静ㄆ鞯淖畲筝斎腚妷悍宸逯祪H為300V左右，為了方便看到波形，使用了整流電路對(duì)交流電整流后，無任何濾波電容，帶上4.7K/20W的功率電阻作為負(fù)載，示波器接在功率電阻兩端采集而得，示波器為安捷倫DS0-X3024A數(shù)字示波器。
[0009]眾所周知，肉眼能觀察到的失真，失真度都大于10%，對(duì)于圖2示出的電壓波形，現(xiàn)有PFC在這種失真的交流電壓下得到的電流波形如圖3所示，這種純電阻特性的PFC電路，其電流相位與電壓相位同相?，F(xiàn)有PFC電路對(duì)于已失真的交流電壓波形并沒有直接的改善作用。
[0010]圖4示出了現(xiàn)有PFC電路在電カ系統(tǒng)中的不足，交流電源AC輸出的為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，如圖4中的I所指；因超導(dǎo)體供電目前仍無法普及，故設(shè)置電阻Rol和Ro2為供電線路的等效內(nèi)阻，而負(fù)載RLl為除了用電單元5以外的所有用電負(fù)載的等效體，一般情況下，負(fù)載RLl為非線性負(fù)載，其端電壓為失真的波形，如圖4中的2所指；電阻Ro3和Ro4為用電単元5的供電線路的等效內(nèi)阻，負(fù)載RL2為用電単元5的負(fù)載。
[0011]當(dāng)用電單元5為ー個(gè)良好的功率因數(shù)示范單位吋，即負(fù)載RL2為純阻性的PFC電路，那么用電單元5的供電端3、4之間，一祥存在失真的供電波形，從圖4不難分析出，這個(gè)波形只是幅值低一點(diǎn)，如圖4中的2所指。
[0012]由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的約束，如筆記本電腦的電源適配器、手機(jī)充電器、可控硅調(diào)速風(fēng)扇等都不帶有功率因素校正。在這里，把這種非純阻性的負(fù)載統(tǒng)稱為畸變負(fù)載，盡管功率小，但數(shù)量眾多，引起圖4中負(fù)載RLl的消耗電流畸變，負(fù)載RLl的端電壓也出現(xiàn)畸變，相應(yīng)地，用電單元5中使用現(xiàn)有技術(shù)的PFC電路時(shí)，流過電阻Ro3和Ro4的電流仍是畸變的。
[0013]當(dāng)用電單元5的供電端3、4之間還接有畸變負(fù)載時(shí)，流過電阻Ro3或Ro4的電流畸變進(jìn)ー步惡化。流過電阻Ro3或Ro4的電流即為用電單元5的用電單元的工作電流。
[0014]綜上，現(xiàn)有PFC電路在電カ系統(tǒng)中的不足主要有兩點(diǎn):
[0015](I)無法改善現(xiàn)有PFC電路所在的用電單元的工作電流波形；
[0016](2)用電單元中存在其它畸變負(fù)載，用電單元的工作電流波形進(jìn)ー步惡化。
[0017]即現(xiàn)有PFC電路在電カ系統(tǒng)中對(duì)周邊的已失真的電流沒有改善作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]有鑒如此，本發(fā)明的目的是在于要解決現(xiàn)有PFC電路存在的不足，提供ー種PFC控制方法對(duì)用電單元中已失真的電流有改善作用，當(dāng)用電單元中存在其它畸變負(fù)載時(shí)，本發(fā)明可以改善用電單元的工作電流，使得用電單元的整體PF值得到提高。
[0019]本發(fā)明的另一目的還在于提供ー種使用上述方法的控制裝置。
[0020]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種用于PFC裝置的PFC控制方法，檢測(cè)PFC裝置輸入端的輸入交流電電壓波形，并把所述的輸入的交流電電壓波形不失真地衰減至第一有效值的電壓波形，將所述的第一有效值的電壓波形與第一標(biāo)準(zhǔn)基波進(jìn)行減法運(yùn)算，得到第一波形，所述第一標(biāo)準(zhǔn)基波的有效值等于所述的第一有效值、且與所述的第一有效值的電壓波形同頻同相；所述的第一波形的有效值與所述的第一有效值的比值為失真度；再采用加法器把所述的第一波形和第二標(biāo)準(zhǔn)基波相加得到第二波形；所述的第二標(biāo)準(zhǔn)基波和所述的輸入的交流電同頻同相，并且，當(dāng)所述的失真度大于第一限定值時(shí)，所述的第二標(biāo)準(zhǔn)基波的有效值為零；當(dāng)所述的失真度在所述的第一限定值以下時(shí)，所述的第二標(biāo)準(zhǔn)基波的有效值反比于所述的失真度；所述的PFC裝置中采用電流反饋式開關(guān)變換器，使得所述的PFC裝置輸入端電流波形跟隨所述的第二波形絕對(duì)值。
[0021]本發(fā)明還提供ー種PFC控制裝置，包括:
[0022]一衰減單元，用于將所述的輸入的交流電電壓波形不失真地衰減至第一有效值；
[0023]—第一標(biāo)準(zhǔn)基波生成單兀，用于生成一個(gè)有效值等于所述的第一有效值、并與輸入的交流電同頻同相的第一標(biāo)準(zhǔn)基波；[0024]一減法運(yùn)算放大單元，用于將所述的第一有效值的電壓波形與第一標(biāo)準(zhǔn)基波進(jìn)行減法運(yùn)算，得到第一波形；
[0025]—第二標(biāo)準(zhǔn)基波生成単元，用于生成與輸入的交流電同頻同相的第二標(biāo)準(zhǔn)基波，并且，當(dāng)所述的失真度大于第一限定值時(shí)，所述的第二標(biāo)準(zhǔn)基波的有效值為零；當(dāng)所述的失真度在所述的第一限定值以下時(shí)，所述的第二標(biāo)準(zhǔn)基波的有效值反比于所述的失真度；所述第一波形的有效值與所述第一有效值的比值為失真度；
[0026]一求和單元，用于將所述的第一波形和第二標(biāo)準(zhǔn)基波相加得到第二波形；
[0027]所述第二波形的絕對(duì)值作為控制PFC裝置輸入端電流波形的電流反饋跟隨值；即使得PFC裝置輸入端電流波形跟隨所述的第二波形絕對(duì)值。
[0028]按前文描述的技術(shù)方案，檢測(cè)輸入的交流電的電壓波形，并把輸入的交流電電壓波形不失真地衰減至第一有效值，這是因?yàn)镻FC裝置一般工作在市電下，輸入電壓很高，衰減成低壓，以確保后續(xù)的電路不被損壞，使用常見的分壓電阻即可實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能；第一有效值的電壓波形與一個(gè)有效值等于第一有效值、同頻同相的第一標(biāo)準(zhǔn)基波進(jìn)行減法運(yùn)算，得到第一波形，第一有效值的電壓波形，為已失真的市電波形，減去有效值相等的第一標(biāo)準(zhǔn)基波，得到的第一波形即為失真波形。已失真的市電波形若如前文所述，是在接近峰頂時(shí)被“削頂”，那么，減去有效值相等的標(biāo)準(zhǔn)基波后，得到的“第一波形”為對(duì)應(yīng)在“削頂時(shí)”輸出電壓更低的失真波形。當(dāng)失真度大于第一限定值時(shí)，第二標(biāo)準(zhǔn)基波的有效值為零，即第二波形和第一波形是相等的，PFC裝置中的開關(guān)變換器，采用電流反饋技木，使得PFC裝置的輸入端電流波形跟隨第二波形，即跟隨第一波形。
[0029]即當(dāng)市電波形在接近峰頂時(shí)被“削頂”對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，PFC裝置的輸入端電流波形在這時(shí)消耗電流更小，甚至為零。市電波形在接近峰頂時(shí)被“削頂”對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，正是因?yàn)楦鞣N其它電器的峰值整流電路引起，消耗電流極大，通過供電線的內(nèi)阻引起市電波形失真，而本發(fā)明的PFC控制方法，就是通過把已失真的市電波形，與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)基波比較，標(biāo)準(zhǔn)基波是一個(gè)干凈的純正正弦波，其自身失真度極低，比較后，比標(biāo)準(zhǔn)基波低的電壓區(qū)間，說明在這個(gè)區(qū)間，市電被其它電器消耗的電流過大，而在這個(gè)區(qū)間，本發(fā)明的PFC控制方法所控制的PFC裝置，消耗電流較小；相應(yīng)地，與標(biāo)準(zhǔn)基波相比，最低的電壓對(duì)應(yīng)的區(qū)間，因?yàn)镻FC裝置電路本身的電流反饋技木，PFC裝置的輸入端電流可以降至零。
[0030]即實(shí)現(xiàn)了，當(dāng)用電單元中其它用電器，消耗的電流大，而PFC裝置通過被動(dòng)的失真檢測(cè)，在其它電器耗電大的區(qū)間，本發(fā)明可以使PFC裝置減小工作電流，甚至降為零，這樣使得用電單元整體的PF值升高。
[0031]當(dāng)輸入的市電波形失真很小時(shí)，市電波形與標(biāo)準(zhǔn)基波比較后，第一波形的電壓接近零，若不采取特殊措施，后續(xù)電路的電流反饋技術(shù)無法直接跟蹤第一波形來工作。用加法器把第一波形和第二標(biāo)準(zhǔn)基波相加得到第二波形，失真度在第一限定值以下時(shí)，第二標(biāo)準(zhǔn)基波的有效值反比于失真度，即第一波形的電壓接近零，即失真度越接近零，第二標(biāo)準(zhǔn)基波的有效值越高，這樣，得到的第二波形中基波的成份越多，PFC裝置中的開關(guān)變換器，采用電流反饋技術(shù)，使得PFC裝置的輸入端電流波形跟隨第二波形。這時(shí)，隨著失真度的降低，本控制方法越來越接近傳統(tǒng)的PFC控制效果。
[0032]通過上述工作原理，可以看出本發(fā)明的有益效果為:
[0033](I)改善所在的用電單元的工作電流波形，使得用電單元整體的PF值升高；[0034](2)用電單元中存在其它畸變負(fù)載，PFC裝置仍可良好工作；
[0035](3)由于用電単元整體PF值被提升，風(fēng)力、光伏發(fā)電的逆電器向市電供電變得容易。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1為現(xiàn)有的PFC電路的工作電壓、電流波形圖；
[0037]圖2為實(shí)測(cè)廣州某地的市電經(jīng)整流帶純阻負(fù)載的波形圖；
[0038]圖3為現(xiàn)有PFC在失真的交流電壓下得到的電流波形圖；
[0039]圖4為說明現(xiàn)有PFC電路在電カ系統(tǒng)中的等效電路圖；
[0040]圖5為本發(fā)明第一實(shí)施例原理框圖；
[0041]圖6為本發(fā)明第二實(shí)施例原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]第一實(shí)施例
[0043]圖5示出了第一實(shí)施例的原理框圖，示出了應(yīng)用本發(fā)明方法的采用電流反饋式PFC裝置，包括:由四個(gè)整流ニ極管Da、Db、Dc、Dd組成的整流橋，以及電感LI和功率管Ql、ニ極管D1、電容Cl組成的經(jīng)典Boost PFC電路拓?fù)洌灰约胺答佇盘?hào)衰減單元1/H、比較器單元、電流峰值檢測(cè)電路IA組成電流反饋部分；比較器單元還包括內(nèi)置的電流誤差放大器、脈寬調(diào)制器和驅(qū)動(dòng)器等，屬于現(xiàn)有技木，圖5中未畫出，其負(fù)載是一個(gè)經(jīng)典PFC電路拓?fù)涞闹鞴β蔒OS管Ql ;衰減單元1/H內(nèi)部還包括內(nèi)置的基準(zhǔn)電壓和誤差放大器，也屬于現(xiàn)有技術(shù)，圖5中未畫出，衰減單元的功能是分壓，也作分壓器。其PFC控制裝置采用本發(fā)明的控制方法控制，由衰減器1/K、波形恢復(fù)單元、BEF濾波單元、限幅單元、BPF濾波單元、壓控放大器Al、求和電路A2、精密全波整流電路A3、乘法器M。
[0044]精密全波整流電路A3的輸出值Y就是本發(fā)明控制方法得到的信號(hào)，方法包括:圖5的PFC裝置中，檢測(cè)輸入的交流電電壓UAC經(jīng)整流輸出半波波形W1，并通過衰減器1/K、波形恢復(fù)單元把輸入的交流電Ua。不失真地衰減到第一有效值，在圖5中，是經(jīng)波形恢復(fù)單元逐周期反相成正常的正弦波，即圖5中波形WRl對(duì)應(yīng)的有效值，也記作WRl ;第一有效值WRl的電壓波形與一個(gè)有效值等于第一有效值、同頻同相的第一標(biāo)準(zhǔn)基波進(jìn)行減法運(yùn)算，得到第一波形WFl，在圖5中，是通過BEF濾波單元電路實(shí)現(xiàn)這一功能，BEF濾波單元電路為帶阻濾波器，濾除了波形WRl的基波，同頻同相的第一標(biāo)準(zhǔn)基波為帶阻濾波器BEF濾波單元的虛擬波，自動(dòng)等于第一有效值WR1，即為エ頻交流電的基波，BEF濾波單元的輸出即為エ頻交流電的失真波形，即為所述的第一波形，如圖5中WFl所指的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的波形；
[0045]顯然，本文中提及的標(biāo)準(zhǔn)基波是指失真度為零的正弦波，且與輸入的交流電同頻率同相位，簡(jiǎn)稱同頻同相，即與第一有效值的電壓波形也同頻同相；
[0046]很顯然，第一波形WFl的有效值與第一有效值WRl的比值為失真度THD，采用加法器A2把第一波形WFl和第二標(biāo)準(zhǔn)基波WS2相加得到第二波形WF2，第二標(biāo)準(zhǔn)基波WS2和輸入的交流電同頻同相，在圖5中，是通過BPF濾波單元電路實(shí)現(xiàn)這一功能，BPF濾波單元電路為帶通濾波器，第一有效值WRl經(jīng)過限幅電路后，再經(jīng)過BPF濾波單元就可以得到純凈的、和輸入的交流電同頻同相的第二標(biāo)準(zhǔn)基波WS2 ；[0047]當(dāng)失真度THD大于第一限定值時(shí)，第二標(biāo)準(zhǔn)基波WS2的有效值為零，失真度在第一限定值以下時(shí)，第二標(biāo)準(zhǔn)基波的有效值反比于失真度THD，PFC裝置中的開關(guān)變換器，采用電流反饋技木，使得PFC裝置的輸入端電流iL波形跟隨第二波形WF2的絕對(duì)值；
[0048]圖5中利用壓控放大器Al實(shí)現(xiàn)上述功能，當(dāng)BEF濾波單元輸出的第一波形WFl的有效值小時(shí)，即在失真度在第一限定值以下時(shí)，壓控放大器Al的増益高；當(dāng)BEF濾波單元輸出的第一波形WFl的有效值大時(shí)，失真度大于第一限定值時(shí)，壓控放大器Al的增益極低，甚至為零；
[0049]圖5是通過精密全波整流電路A3對(duì)第二波形WF2精密整流獲得絕對(duì)值；
[0050]PFC裝置的輸出電壓Vo，即濾波電容Cl的端電壓，經(jīng)衰減單元1/H內(nèi)部電路分壓，并和衰減單元1/H內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓Vr比較后，輸入給衰減單元1/H內(nèi)部的誤差放大器VA處理，得到輸出電壓信號(hào)X ;
[0051]精密全波整流電路A3的輸出絕對(duì)值Y和上述的輸出電壓信號(hào)X共同加到乘法器M的輸入端，乘法器M的輸出端Z=XY，乘法器M的輸出Z作為電流反饋控制的基準(zhǔn)信號(hào)，交給比較器單元，與電流峰值檢測(cè)電路IA輸出的開關(guān)電流iS檢測(cè)值比較后，經(jīng)過比較器內(nèi)置的電流誤差放大器CA加到內(nèi)置的PWM及驅(qū)動(dòng)器，以控制主功率MOS管Ql的通斷，從而使輸入電流(即電感LI的電流)iL的波形與精密全波整流電路A3的輸出值Y波形基本一致。
[0052]這樣實(shí)現(xiàn)了當(dāng)輸入的市電波形失真很小時(shí)，市電波形與標(biāo)準(zhǔn)基波比較后，得到的第一波形WFl的電壓接近零，若不采取特殊措施，后續(xù)電路的電流反饋技術(shù)無法直接跟蹤第一波形WFl來工作。第一限定值就是為了解決這ー問題而設(shè)定的，用求和電路A2把第一波形WFl和第二標(biāo)準(zhǔn)基波WS2相加得到第二波形WF2，失真度在第一限定值以下時(shí)，第二標(biāo)準(zhǔn)基波WS2的有效值反比于失真度，即第一波形的電壓接近零，即失真度越接近零，第二標(biāo)準(zhǔn)基波的有效值越高，這樣，得到的第二波形WF2中基波的成份越多，本發(fā)明的PFC裝置中的開關(guān)變換器，采用電流反饋技術(shù)，使得PFC裝置的輸入端電流iL波形跟隨第二波形的絕對(duì)值Y。這時(shí)，隨著失真度的降低，本發(fā)明控制方法越來越接近傳統(tǒng)的PFC控制效果。根據(jù)PFC裝置的功率以及想得到的校正效果，即本發(fā)明的PFC裝置最大允許的其它畸變負(fù)載功率，來確定第一限定值的大小。
[0053]如同技術(shù)方案中的工作原理，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)用電單元電路中的失真電壓波形檢測(cè)，在交流電電壓的半波中，電壓相對(duì)較高時(shí)刻，即供電線路中用電負(fù)載相對(duì)輕時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)PFC裝置工作或消耗電流較大；在交流電電壓的半波中，電壓相對(duì)較低時(shí)刻，即供電線路中用電負(fù)載相對(duì)重時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)PFC裝置消耗電流為零或較小，這樣實(shí)現(xiàn)了對(duì)用電單元的整體PF值校正，使用電單元整體的電流諧波大為減少，提高了用電單元的輸入端功率因數(shù)，并且，當(dāng)用電單元本身的功率因數(shù)很高吋，本發(fā)明的控制方法仍可實(shí)現(xiàn)PFC裝置良好地工作，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的。
[0054]當(dāng)電感電流峰值按失真度規(guī)律變化時(shí)，從零變化到交流電半波同期中最大值時(shí)，會(huì)隨失真波形出現(xiàn)在某ー時(shí)刻，主功率MOS管Ql的占空比D的變化也是隨精密全波整流電路A3的輸出值Y和所在半波的某個(gè)位置決定的，即半個(gè)エ頻周期內(nèi)，占空比有時(shí)大于0.5，有時(shí)小于0.5 ;因此有可能產(chǎn)生次諧波振蕩(Sub-harmonic oscillation)。為了防止次諧波振蕩的出現(xiàn)，在比較器的輸入端增加ー個(gè)斜率補(bǔ)償函數(shù)(Slope compensation)或稱斜坡(Ramp)補(bǔ)償函數(shù)，如圖5中SCl所示，以便在占空比廣泛變化范圍內(nèi)，電路能穩(wěn)定工作。采用其它如電流滯環(huán)控制方式工作，SCl這部份可以省去。
[0055]從原理上說，任何ー種DC-DC變換器拓?fù)?，如Buck，Boost, Fly back, SEPIC，乃至Cuk變換器都可以用做PFC的主電路。但是，由于Boost變換器的特殊優(yōu)點(diǎn)，更廣泛地應(yīng)用于PFC。實(shí)施例ー僅以Boost電流峰值PFC采用本發(fā)明的控制方法實(shí)現(xiàn)的PFC裝置為例，說明本發(fā)明的PFC控制方法和裝置電路的基本工作原理。
[0056]第一實(shí)施例采用了濾波電路實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明PFC控制方法以及控制裝置，電流檢測(cè)電路IA工作在峰值檢測(cè)下，也可以工作在平均值上，相應(yīng)地，比較器的工作方式也需調(diào)整，但這不影響本發(fā)明的PFC控制方法的工作方式。本發(fā)明也可以采用運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)本發(fā)明PFC控制方法以及裝置，如下述第二實(shí)施例。
[0057]第二實(shí)施例
[0058]圖6示出了第二實(shí)施例的原理框圖，示出了應(yīng)用本發(fā)明方法的PFC裝置，包括:由四個(gè)整流ニ極管Da、Db、Dc、Dd組成的整流橋，以及電感LI和功率管Ql、ニ極管D1、電容Cl組成的經(jīng)典Boost PFC電路拓?fù)?；以及反饋信?hào)衰減單元1/H、比較器單元、電流峰值檢測(cè)電路IA組成的電流反饋部分；比較器單元還包括內(nèi)置的電流誤差放大器、脈寬調(diào)制器和驅(qū)動(dòng)器等，屬于現(xiàn)有技術(shù)，圖6中未畫出，其負(fù)載是一個(gè)經(jīng)典PFC電路拓?fù)涞闹鞴β蔒OS管Ql ；衰減單元1/H內(nèi)部還包括內(nèi)置的基準(zhǔn)電壓和誤差放大器，也屬于現(xiàn)有技木，圖6中未畫出，衰減單元的功能是分壓，也作分壓器。其控制裝置采用本發(fā)明的控制方法控制，由電阻R1、R2、R3和放大電路A4組成衰減單元、減法運(yùn)算放大電路A5、PLL振蕩電路、精密全波整流電路A3、壓控放大器Al、求和電路A2、乘法器M。
[0059]由電阻R1、R2、R3和放大電路A4組成衰減單元，具體連接為，電阻Rl和電阻R2的一端分別與市電的兩根進(jìn)線連接，電阻Rl和電阻R2的另一端相連，且與電阻R3 —端相連，同時(shí)連接至放大電路A4的輸入端，電阻R3的另一端與整流橋的輸出負(fù)相連接；
[0060]放大電路A4是線性放大，輸出半波波形WR1，PLL振蕩電路利用半波波形WRl的相位進(jìn)行鎖相振蕩，獲得標(biāo)準(zhǔn)的、純凈的、和市電同頻同相的正弦波WS1，即第一標(biāo)準(zhǔn)基波；波波形WRl和第一標(biāo)準(zhǔn)基波WSl交給由精密全波整流電路A3、減法運(yùn)算放大電路A5組成的減法器電路，由減法運(yùn)算放大電路A5的輸出端得到第一波形WFl ；
[0061]減法器電路的工作原理:波形WRl為半波，而第一標(biāo)準(zhǔn)基波WSl為正弦波，所以，使用了精密全波整流電路A3把第一標(biāo)準(zhǔn)基波WSl整流成半波，再交給減法運(yùn)算放大電路A5進(jìn)行減法運(yùn)算，獲得エ頻交流電中的失真信號(hào)，即第一波形WFl ;如圖6中WFl所指的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的波形；
[0062]很顯然，第一波形WFl的有效值與第一有效值WRl的比值為失真度THD，采用加法器A2把第一波形WFl和第二標(biāo)準(zhǔn)基波WS2相加得到第二波形WF2，第二標(biāo)準(zhǔn)基波WS2和輸入的交流電同頻同相，在圖6中，是通過壓控放大器Al放大精密全波整流電路A3的輸出半波獲得。
[0063]當(dāng)失真度THD大于第一限定值時(shí)，第二標(biāo)準(zhǔn)基波WS2的有效值為零，失真度在第一限定值以下時(shí)，第二標(biāo)準(zhǔn)基波的有效值反比于失真度THD，PFC裝置中的開關(guān)變換器，采用電流反饋技木，使得PFC裝置的輸入端電流iL波形跟隨第二波形WF2的絕對(duì)值；
[0064]圖6中利用壓控放大器Al實(shí)現(xiàn)上述功能，當(dāng)減法運(yùn)算放大電路A5輸出的第一波形WFl的有效值小吋，即在失真度在第一限定值以下時(shí)，壓控放大器Al的増益高；當(dāng)減法運(yùn)算放大電路A5輸出的第一波形WFl的有效值大時(shí)，失真度大于第一限定值時(shí)，壓控放大器Al的增益極低，甚至為零，即輸出的第二標(biāo)準(zhǔn)基波WS2為零；
[0065]求和電路A2把WFl和WS2相加得到第二波形WF2，實(shí)現(xiàn)了 WF2=WF1+WS2 ;第二波形WF2同時(shí)為信號(hào)Y ;
[0066]PFC裝置的輸出電壓Vo，即濾波電容Cl的端電壓，經(jīng)衰減單元1/H內(nèi)部電路分壓，并和衰減單元1/H內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓比較后，輸入給衰減單元1/H內(nèi)部的誤差放大器處理，得到輸出電壓信號(hào)X ；
[0067]信號(hào)Y和上述的輸出電壓信號(hào)X共同加到乘法器M的輸入端,乘法器M的輸出端Z=XY，乘法器M的輸出Z作為電流反饋控制的基準(zhǔn)信號(hào)，交給比較器単元，與電流檢測(cè)電路IA輸出的開關(guān)電流iS檢測(cè)值比較后，經(jīng)過比較器內(nèi)置的電流誤差放大器加到內(nèi)置的PWM及驅(qū)動(dòng)器，以控制主功率MOS管Ql的通斷，從而使輸入電流(即電感LI的電流)iL的波形與求和電路A2輸出的第二波形WF2，即Y波形基本一致。
[0068]這樣實(shí)現(xiàn)了當(dāng)輸入的市電UAC波形失真很小時(shí)，市電波形與標(biāo)準(zhǔn)基波比較后，得到的第一波形WFl的電壓接近零，若不采取特殊措施，后續(xù)電路的電流反饋技術(shù)無法直接跟蹤第一波形WFl來工作。用求和電路A2把第一波形WFl和第二標(biāo)準(zhǔn)基波WS2相加得到第二波形WF2，失真度在第一限定值以下時(shí)，第二標(biāo)準(zhǔn)基波WS2的有效值反比于失真度，即第一波形的電壓接近零，即失真度越接近零，第二標(biāo)準(zhǔn)基波的有效值越高，這樣，得到的第ニ波形WF2中基波的成份越多，本發(fā)明的PFC裝置中的開關(guān)變換器，采用電流反饋技木，使得PFC裝置的輸入端電流iL波形跟隨第二波形WF2，即信號(hào)Y。這時(shí)，隨著失真度的降低，本發(fā)明控制方法越來越接近傳統(tǒng)的PFC控制效果。
[0069]如同技術(shù)方案中的工作原理，本發(fā)明第二實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了對(duì)用電單元電路中的失真電壓波形檢測(cè)，在交流電電壓的半波中，電壓相對(duì)較高時(shí)，即供電線路中用電負(fù)載相對(duì)輕時(shí)，實(shí)現(xiàn)PFC裝置工作或消耗電流較大；在交流電電壓的半波中，電壓相對(duì)較低吋，即供電線路中用電負(fù)載相對(duì)重時(shí)，實(shí)現(xiàn)PFC裝置消耗電流為零或較小，這樣實(shí)現(xiàn)了對(duì)用電單元的整體PF值校正，使用電單元整體的電流諧波大為減少，提高了用電單元的輸入端功率因數(shù)，并且，當(dāng)用電單元本身的功率因數(shù)很高時(shí)，本發(fā)明的控制方法仍可實(shí)現(xiàn)PFC裝置良好地工作，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的。
[0070]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，上述優(yōu)選實(shí)施方式不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的限制，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在本發(fā)明電路的基本拓?fù)渲屑尤氩煌蓸?、控制策略和電流檢測(cè)策略，可以進(jìn)ー步優(yōu)化本發(fā)明在半載、輕載下的功率因數(shù)值，或直接使用無橋PFC作為主功率拓?fù)洌瑯邮褂檬д嫘盘?hào)控制PFC電路，這對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，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)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍，這里不再用實(shí)施例贅述，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于PFC裝置的PFC控制方法，其特征在于，檢測(cè)PFC裝置輸入端的輸入交流電電壓波形，并把所述的輸入交流電電壓波形不失真地衰減至第一有效值的電壓波形，將所述的第一有效值的電壓波形與第一標(biāo)準(zhǔn)基波進(jìn)行減法運(yùn)算得到第一波形，所述第一標(biāo)準(zhǔn)基波的有效值等于所述的第一有效值、且與所述的第一有效值的電壓波形同頻同相；所述的第一波形的有效值與所述的第一有效值的比值為失真度；再采用加法器把所述的第一波形和第二標(biāo)準(zhǔn)基波相加得到第二波形；所述的第二標(biāo)準(zhǔn)基波和所述的輸入交流電同頻同相，并且，當(dāng)所述的失真度大于第一限定值時(shí)，所述的第二標(biāo)準(zhǔn)基波的有效值為零；當(dāng)所述的失真度在所述的第一限定值以下時(shí)，所述的第二標(biāo)準(zhǔn)基波的有效值反比于所述的失真度；所述的PFC裝置中采用電流反饋式開關(guān)變換器，使得所述的PFC裝置輸入端電流波形跟隨所述的第二波形的絕對(duì)值。
2.ー種使用權(quán)利要求1所述方法的PFC控制裝置，其特征在于，包括: 一衰減單元，用于將所述的輸入交流電電壓波形不失真地衰減至第一有效值； 一第一標(biāo)準(zhǔn)基波生成単元，用于生成一個(gè)有效值等于所述的第一有效值、并與所述的輸入交流電同頻同相的第一標(biāo)準(zhǔn)基波； 一減法運(yùn)算放大單元，用于將所述的第一有效值的電壓波形與所述的第一標(biāo)準(zhǔn)基波進(jìn)行減法運(yùn)算，得到第一波形； 一第二標(biāo)準(zhǔn)基波生成単元，用于生成與所述的輸入交流電同頻同相的第二標(biāo)準(zhǔn)基波，并且，當(dāng)失真度大于第一限定值時(shí)，所述的第二標(biāo)準(zhǔn)基波的有效值為零；當(dāng)所述的失真度在所述的第一限定值以下時(shí)，所述的第二標(biāo)準(zhǔn)基波的有效值反比于所述的失真度；所述第一波形的有效值與所述第一有效值的比值為失真度； 一求和単元，用于將所述的第一波形和所述的第二標(biāo)準(zhǔn)基波相加得到第二波形； 所述第二波形的絕對(duì)值作為控制PFC裝置輸入端電流波形的電流反饋跟隨值；即使得PFC裝置輸入端電流波形跟隨所述的第二波形絕對(duì)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PFC控制裝置，其特征在于，所述衰減単元包括衰減器、波形恢復(fù)單元；所述衰減器連接輸入交流電經(jīng)整流輸出的半波波形，把輸入的交流電不失真地衰減到所述的第一有效值，并經(jīng)所述的波形恢復(fù)單元逐周期反相成正常的正弦波輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的PFC控制裝置，其特征在于，所述第一標(biāo)準(zhǔn)基波生成単元和所述減法運(yùn)算放大單元組成帶阻濾波器，所述波形恢復(fù)單元的輸出接入所述的帶阻濾波器，所述的帶阻濾波器濾除所述的波形恢復(fù)單元輸出波形中的基波，所述的同頻同相的第一標(biāo)準(zhǔn)基波為所述的帶阻濾波器BEF濾波單元的虛擬波，自動(dòng)等于所述的第一有效值WR1，即為エ頻交流電的基波，所述的帶阻濾波器的輸出即為エ頻交流電的失真波形，即為所述的第一波形。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的PFC控制裝置，其特征在于，所述第二標(biāo)準(zhǔn)基波生成単元包括限幅電路、帶通濾波器和壓控放大器，所述波形恢復(fù)單元的輸出接入所述的限幅電路，所述的壓控放大器的控制端接入所述的第一波形；所述波形恢復(fù)單元輸出波形經(jīng)過所述的限幅電路后，再經(jīng)過所述的帶通濾波器得到所述的與輸入交流電同頻同相的第二標(biāo)準(zhǔn)基波；所述第二標(biāo)準(zhǔn)基波的有效值經(jīng)所述的壓控放大器調(diào)節(jié)輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PFC控制裝置，其特征在于，所述衰減単元包括電阻Rl、電阻R2、電阻R3和放大電路A4，所述的電阻Rl和所述的電阻R2的一端分別與市電的兩根進(jìn)線連接，所述的電阻Rl和所述的電阻R2的另一端相連，且與所述的電阻R3 —端相連，同時(shí)連接至所述的放大電路A4的輸入端，所述的電阻R3的另一端與輸入交流電整流橋的輸出負(fù)相連接；所述的放大電路A4輸出不失真地衰減到所述的第一有效值的半波波形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的PFC控制裝置，其特征在于，所述第一標(biāo)準(zhǔn)基波生成単元包括PLL振蕩電路，所述的PLL振蕩電路接入所述的放大電路A4輸出的半波波形，對(duì)所述的半波波形的相位進(jìn)行鎖相振蕩，獲得和輸入市電同頻同相的正弦波，即所述的第一標(biāo)準(zhǔn)基波。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的PFC控制裝置，其特征在于，所述減法運(yùn)算放大單元包括精密全波整流電路A3、減法運(yùn)算放大電路A5 ;所述PLL振蕩電路輸出的所述的第一標(biāo)準(zhǔn)基波接入所述的精密全波整流電路A3后再輸入到所述的減法運(yùn)算放大電路A5的一個(gè)輸入端；所述放大電路A4輸出的所述的第一有效值的半波波形輸入到所述的減法運(yùn)算放大電路A5的另ー個(gè)輸入端；所述的減法運(yùn)算放大電路A5的輸出端得到所述的第一波形。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的PFC控制裝置，其特征在于，所述第二標(biāo)準(zhǔn)基波生成単元包括壓控放大器，所述經(jīng)精密全波整流電路A3后的所述第一標(biāo)準(zhǔn)基波接入所述的壓控放大器輸入端，所述的壓控放大器的控制端接入所述的第一波形，所述的壓控放大器調(diào)節(jié)輸出所述的和輸入市電同頻同相的第二標(biāo)準(zhǔn)基波，同時(shí)所述的第二標(biāo)準(zhǔn)基波的有效值經(jīng)所述的壓控放大器調(diào)節(jié)輸出。`
【文檔編號(hào)】H02M1/42GK103560662SQ201310530668
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】王保均 申請(qǐng)人:廣州金升陽科技有限公司