本發(fā)明涉及功率因數(shù)校正電路，具體說是具有二次紋波抑制功能和快速動態(tài)響應(yīng)速度的無電解電容的功率因數(shù)校正電路。

背景技術(shù)：

功率因數(shù)校正電路為了實現(xiàn)功率因數(shù)校正的功能，其并網(wǎng)側(cè)電流要求和電網(wǎng)電壓同相位，因此從電網(wǎng)側(cè)流向功率因數(shù)校正電路負載側(cè)的功率必然包含一個直流分量和一個頻率為電網(wǎng)頻率兩倍的二次紋波分量。為了保證功率因數(shù)校正電路的負載電壓是一個直流電壓，功率因數(shù)校正電路的輸出端往往需要并聯(lián)一個容值很大的電解電容，用來吸收上述的二次紋波分量。但電解電容的使用壽命很短，大大的降低了功率因數(shù)校正電路的可靠性。另外，為了保證功率因數(shù)校正電路的負載側(cè)電壓不影響其并網(wǎng)側(cè)電流的電能質(zhì)量，負載側(cè)電壓控制環(huán)路的帶寬一般要求小于電網(wǎng)頻率，使得功率因數(shù)校正電路的負載電壓具有很慢的動態(tài)響應(yīng)速度。

功率因數(shù)校正電路負載電壓的動態(tài)響應(yīng)問題，目前研究很少。功率因數(shù)校正電路中的二次紋波問題，即如何減少電解電容的使用，主要研究出兩類方法：一種是在并網(wǎng)電流中注入三次諧波或其它高次諧波，使得功率因數(shù)校正電路載側(cè)的功率為一個直流功率和一個幅值不大的脈動功率，從而用一個容值不大的薄膜電容或陶瓷電容就完全可以吸收上述脈動功率；另一種是用一個無電解電容的雙向直流變換器代替原有的電解電容，采樣并補償功率因數(shù)校正電路載側(cè)的二次紋波電流，完全吸收二次紋波功率。第一種注入三次諧波或其它高次諧波的方法，雖然可以減少電解電容的使用，但犧牲了功率因數(shù)校正電路并網(wǎng)側(cè)電流的電能質(zhì)量，削弱了其功率因數(shù)校正的功能，該方案對功率因數(shù)校正電路負載電壓的動態(tài)性能沒有任何改善作用。第二種雙向直流變換器的方案雖然可以有效的代替電解電容的使用，并不影響功率因數(shù)校正效果，但依然對功率因數(shù)校正電路負載電壓的動態(tài)性能沒有任何改善作用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：設(shè)計一種具有二次紋波抑制功能和快速動態(tài)響應(yīng)速度的無電解電容的功率因數(shù)校正電路，該電路同時兼顧快速動態(tài)性能和高可靠性。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：該功率因數(shù)校正電路結(jié)構(gòu)上由一個常規(guī)的功率因數(shù)校正電路和一個雙向直流變換器組成組成，單相或三相的電網(wǎng)電壓經(jīng)過整流橋后和常規(guī)的功率因數(shù)校正電路的輸入端相連，雙向直流變換器和常規(guī)的功率因數(shù)校正電路的輸出端并聯(lián)后給負載供電；負載端同時并聯(lián)一個非電解電容的小容量的高頻濾波電容，濾除開關(guān)頻率的高頻諧波。

該功率因數(shù)校正電路的控制方法是：雙向直流變換器直接控制所述功率因數(shù)校正電路的負載側(cè)電壓，采樣負載側(cè)電壓，將其控制成一個不含二次紋波的直流電壓，從功能上代替原有的大容量的輸出電解電容，并將負載側(cè)的二次紋波能量轉(zhuǎn)移到雙向直流變換器的輔助電容中；常規(guī)的功率因數(shù)校正電路給雙向直流變換器中的輔助電容供電，它采樣該輔助電容電壓的平均值，并將其控制成給定的基準電壓；常規(guī)的功率因數(shù)校正電路同時采樣其輸入電流、輸入電壓和雙向直流變換器中的輔助電容電壓平均值控制電路的輸出信號，調(diào)節(jié)輸入電流的相位和大小，使其既校正功率因數(shù)，又給雙向直流變換器中的輔助電容供電。

其中，上述的常規(guī)的功率因數(shù)校正電路和雙向直流變換器采用現(xiàn)有的任何一種形式的常規(guī)的功率因數(shù)校正電路和雙向直流變換器。

其中，上述負載電壓控制電路、雙向直流變換器中的輔助電容電壓平均值控制電路和常規(guī)功率因數(shù)校正電路的輸入電流調(diào)節(jié)電路采用現(xiàn)有的任何一種形式的電壓控制電路、電壓平均值控制電路和輸入電流調(diào)節(jié)電路。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明的具有二次紋波抑制功能和快速動態(tài)響應(yīng)速度的無電解電容的功率因數(shù)校正電路的負載側(cè)電壓是由雙向直流變換器直接控制的，所以其負載電壓環(huán)的帶寬上限不受電網(wǎng)頻率影響，僅受開關(guān)頻率限制，可以取的很高，因此，本發(fā)明公開的功率因數(shù)校正電路中的負載電壓具有快速的動態(tài)響應(yīng)速度。

2、本發(fā)明中的雙向直流變換器部分直接控制負載側(cè)電壓，將負載側(cè)電壓控制成一個不含二次紋波的直流電壓，從而該雙向直流變換器部分從功能上代替原有的大容量的輸出電解電容，并將負載側(cè)的二次紋波能量轉(zhuǎn)移到雙向直流變換器的輔助電容中，因此，本發(fā)明公開的功率因數(shù)校正電路不需要使用電解電容，具有長使用壽命和高可靠性。

3、本發(fā)明中的常規(guī)的功率因數(shù)校正電路部分給雙向直流變換器中的輔助電容供電，同時調(diào)解輸入電流，實現(xiàn)功率因數(shù)校正的功能和電能的正常傳輸。

4、本發(fā)明公開的具有二次紋波抑制功能和快速動態(tài)響應(yīng)速度的無電解電容的功率因數(shù)校正電路中的常規(guī)的功率因數(shù)校正電路部分和雙向直流變換器部分采用現(xiàn)有的任何一種形式/規(guī)格的功率因數(shù)校正電路(比如升壓型功率因數(shù)校正電路和升降壓型功率因數(shù)校正電路等)和雙向直流變換器(比如降壓型雙向直流變換器，升壓型雙向直流變換器和升降壓型雙向直流變換器等)來實現(xiàn)，因此，本發(fā)明所提的功率因數(shù)校正電路在拓撲選擇上具有通用性，比較適合在工業(yè)應(yīng)用中推廣，沒有使用條件限制。

5、本發(fā)明公開的具有二次紋波抑制功能和快速動態(tài)響應(yīng)速度的無電解電容的功率因數(shù)校正電路中的控制器，比如負載電壓控制電路、雙向直流變換器中的輔助電容電壓平均值控制電路和常規(guī)功率因數(shù)校正電路的輸入電流調(diào)節(jié)電路采用現(xiàn)有的任何一種形式的電壓控制電路、電壓平均值控制電路和輸入電流調(diào)節(jié)電路來實現(xiàn)，因此，本發(fā)明所提的功率因數(shù)校正電路在控制器的選擇上具有通用性，比較適合在工業(yè)應(yīng)用中推廣，沒有使用條件限制。

附圖說明

圖1 是通用的具有二次紋波抑制功能和快速動態(tài)響應(yīng)速度的無電解電容的功率因數(shù)校正電路的示意框圖；

圖2 是一個實際具體的具有二次紋波抑制功能和快速動態(tài)響應(yīng)速度的無電解電容的功率因數(shù)校正電路。

具體實施方式

本發(fā)明的具有二次紋波抑制功能和快速動態(tài)響應(yīng)速度的無電解電容的功率因數(shù)校正電路是一種通用的功率因數(shù)校正電路，其特點在于功率因數(shù)校正電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制策略。

參見圖1，本發(fā)明公開的具有二次紋波抑制功能和快速動態(tài)響應(yīng)速度的無電解電容的功率因數(shù)校正電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由一個常規(guī)的功率因數(shù)校正電路C和一個雙向直流變換器D組成組成，單相或三相的電網(wǎng)電壓A經(jīng)過整流橋B后和常規(guī)的功率因數(shù)校正電路C的輸入端相連，雙向直流變換器D和常規(guī)的功率因數(shù)校正電路C的輸出端并聯(lián)后給負載供電；負載端同時并聯(lián)一個非電解電容的小容量的高頻濾波電容C_f，濾除開關(guān)頻率的高頻諧波。

上述常規(guī)的功率因數(shù)校正電路C和雙向直流變換器D都不使用任何電解電容，采用現(xiàn)有的任何一種形式常規(guī)的功率因數(shù)校正電路(比如升壓型功率因數(shù)校正電路和升降壓型功率因數(shù)校正電路等)和雙向直流變換器(比如降壓型雙向直流變換器，升壓型雙向直流變換器和升降壓型雙向直流變換器等)來實現(xiàn)。

參見圖1，本發(fā)明公開的具有二次紋波抑制功能和快速動態(tài)響應(yīng)速度的無電解電容的功率因數(shù)校正電路的控制原理如下：雙向直流變換器D直接控制功率因數(shù)校正電路的負載電壓控制電路E的負載側(cè)電壓，采樣負載側(cè)電壓v_o，將其控制成一個不含二次紋波的直流電壓V_oR，并將負載側(cè)的二次紋波能量轉(zhuǎn)移到雙向直流變換器的輔助電容C_a中；常規(guī)的功率因數(shù)校正電路C給雙向直流變換器中的輔助電容C_a供電，它通過采樣電路F采樣得到該輔助電容電壓v_a的平均值v_a平均值，并將其控制成給定的基準電壓V_aR以保證雙向直流變換器正常運行；常規(guī)的功率因數(shù)校正電路C同時采樣其輸入電流i_in、輸入電壓v_in和雙向直流變換器中的輔助電容電壓平均值控制電路G的輸出信號，在輸入電流調(diào)節(jié)電路H中調(diào)節(jié)輸入電流i_in的相位和大小，使其既實現(xiàn)功率因數(shù)校正的功能(通過保證輸入電壓和輸入電流同相位實現(xiàn))，又給雙向直流變換器中的輔助電容C_a供電(通過調(diào)節(jié)輸入電流的大小實現(xiàn))。

上述的負載電壓控制電路E、雙向直流變換器中的輔助電容電壓平均值控制電路G和常規(guī)功率因數(shù)校正電路的輸入電流調(diào)節(jié)電路H采用現(xiàn)有的任何一種形式的電壓控制電路 (比如，單電壓環(huán)，電壓外環(huán)+電流內(nèi)環(huán)和滯環(huán)控制等)，電壓平均值控制電路(比如，單電壓環(huán)和滯環(huán)控制等)和輸入電流調(diào)節(jié)電路(比如，平均電流調(diào)節(jié)方案和峰值電流調(diào)節(jié)方案等)來實現(xiàn)。

參見圖1，本發(fā)明公開的具有二次紋波抑制功能和快速動態(tài)響應(yīng)速度的無電解電容的功率因數(shù)校正電路的控制特點在于：該發(fā)明的常規(guī)的功率因數(shù)校正電路C采用傳統(tǒng)的電壓外環(huán)G+電流內(nèi)環(huán)H結(jié)構(gòu)，但它的外環(huán)不是控制負載電壓，而是控制雙向直流變換器中的輔助電容C_a的電壓平均值；同時，本發(fā)明公開的功率因數(shù)校正電路的負載電壓由雙向直流變換器D直接控制；因此，本發(fā)明公開的功率因數(shù)校正電路的負載電壓具有很快的動態(tài)響應(yīng)速度；另外，因為本發(fā)明公開的功率因數(shù)校正電路沒有使用電解電容，使用壽命長，可靠性高。

為了更加形象的說明本發(fā)明公開的功率因數(shù)校正電路，圖2給出了一個實際具體的具有二次紋波抑制功能和快速動態(tài)響應(yīng)速度的無電解電容的功率因數(shù)校正電路。

參見圖2，220V/50Hz的單相電網(wǎng)A經(jīng)過一個橋式整流電路B，由50Hz交流電壓變成100Hz脈動的直流電壓，并作為一個常規(guī)的升壓型功率因數(shù)校正電路C的輸入電壓v_in；該功率因數(shù)校正電路的輸出端連接負載，并和一個升壓型雙向直流變換器D并聯(lián)；其具體控制原理如下：

升壓型雙向變換器D直接控制負載電壓，并通過負載電壓控制電路E將負載電壓控制成沒有二次紋波含量的直流電壓；同時，升壓型雙向直流變換器D將負載側(cè)原有的二次紋波能量儲存在它的輔助電容C_a上；

升壓型功率因數(shù)校正電路C的控制電路由下述的電壓外環(huán)G和電流內(nèi)環(huán)H構(gòu)成：

電壓外環(huán)G是升壓型型雙向直流變換器D輔助電容C_a的平均電壓控制環(huán)，輔助電容C_a的電壓v_a首先經(jīng)過一個100Hz的陷波器F，提取出其電壓平均值，接著與輔助電容C_a的平均電壓基準V_aR做差，送到電壓外環(huán)G中電壓調(diào)節(jié)器1的輸入端進行C_a平均電壓的調(diào)節(jié)；

電流內(nèi)環(huán)H有三個輸入量，分別是：電壓外環(huán)G的輸出量v_com，功率因數(shù)校正電路C的輸入電壓v_in和輸入電流i_in；其中電壓外環(huán)G的輸出量v_com與升壓型功率因數(shù)校正電路C的輸入電壓v_in相乘作為升壓型功率因數(shù)校正電路C的輸入電流i_in的電流基準v_iR；然后，升壓型功率因數(shù)校正電路C的輸入電流i_in和該電流基準信號v_iR做差，并送入到電流調(diào)節(jié)器進行調(diào)制，產(chǎn)生升壓型功率因數(shù)校正電路C開關(guān)管的驅(qū)動信號。