一種pfc電感飽和抑制電路及電源設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實(shí)用新型設(shè)及PFC功率因數(shù)校正技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種PFC電感飽和抑制電路 電源設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)交流電源經(jīng)全波整流和大電容濾波后，將平直的直流電壓直接施加于各類變換 器及其負(fù)載上時(shí)，雖然輸入電壓的波形是正弦波，但是輸入電流的波形卻是窄脈沖，因而使 線路電流含有大量諧波分量，并使變換器的功率因數(shù)大為降低。大量使用運(yùn)樣的電源設(shè)備， 將會(huì)產(chǎn)生諸多不良的后果，大量的諧波電流對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的電磁干擾和諧波污染，影響 其他設(shè)備的正常運(yùn)行，引起線路故障，甚至使輸配電設(shè)備損壞;低功率因數(shù)使發(fā)電和輸配電 設(shè)備的建造成本和運(yùn)行成本增加，效率降低。
[0003] 有鑒于此，歐盟、中國(guó)、美國(guó)和日本先后制定了電源設(shè)備的功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，功率因 數(shù)指標(biāo)正在成為一項(xiàng)全球性的強(qiáng)制規(guī)定。為了使電源設(shè)備的功率因數(shù)達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 指標(biāo)，通常在全橋整流器和濾波電容器之間加入一個(gè)有源功率因數(shù)校正(PFC)電路，其原理 如圖1所示。由圖1可知，功率因數(shù)校正電路由一個(gè)電感器L、開(kāi)關(guān)管S、整流管D5、輸出濾波電 解電容EW及主控MCU組成，功率因數(shù)校正電路的作用，是憑借主控MCU依據(jù)電流和電壓的檢 測(cè)量，經(jīng)模擬運(yùn)算而產(chǎn)生的高頻驅(qū)動(dòng)脈沖，來(lái)控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而控制流經(jīng)電感 器的電流，迫使交流電源輸入電流的波形及相位均與輸入電壓的波形與相位趨于一致，使 得功率因數(shù)接近于1，當(dāng)然輸入電流各次諧波的幅值和總諧波失真亦隨之顯著降低。
[0004] 在設(shè)計(jì)PFC電感過(guò)程中，根據(jù)理論計(jì)算出來(lái)的電感值，在穩(wěn)定工作狀態(tài)下，PFC電感 一般不會(huì)飽和。但是在異常環(huán)境下，比如快速開(kāi)關(guān)機(jī)、頻繁斷電等，在PFC電感和周圍電路搭 配不好的情況下，會(huì)引起PFC電感的飽和，導(dǎo)致周圍電路中功率器件的損壞。為了抑制PFC電 感的飽和，防止PFC電路中功率器件的損壞，現(xiàn)有技術(shù)主要采用W下兩種方法：1)選擇比理 論計(jì)算出來(lái)的磁忍規(guī)格大的磁忍，在電感本身的設(shè)計(jì)上增加余量;2)選用規(guī)格更大的功率 器件，但是W上兩種方法都會(huì)較大的增加成本。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種PFC電感飽和 抑制電路及包括PFC電感飽和抑制電路的電源設(shè)備。
[0006] 本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：
[0007] -種PFC電感飽和抑制電路，包括：
[000引PFC主功率電路，連接于交流電源與負(fù)載之間；
[0009] PFC電感電壓采樣電路，連接于所述PFC主功率電路的PFC電感兩端，用于實(shí)時(shí)檢測(cè) PFC主功率電路中PFC電感兩端的電壓值化；
[0010] PFC電感電流采樣電路，連接于所述PFC主功率電路的回路上，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)PFC主 功率電路中流經(jīng)PFC電感的電流值i L;
[0011] 主控制模塊，用于根據(jù)電壓值化和電流值iL實(shí)時(shí)計(jì)算PFC電感值L，并根據(jù)計(jì)算出的 PFC電感值L與PFC電感闊值進(jìn)行比較，當(dāng)PFC電感值L大于等于PFC電感闊值時(shí)，進(jìn)行正常PFC 運(yùn)行控制;否則進(jìn)行電感飽和抑制控制，所述電感飽和抑制控制指根據(jù)PFC電感電流產(chǎn)生驅(qū) 動(dòng)PFC主功率電路開(kāi)關(guān)管S的PWM信號(hào)，使流經(jīng)PFC電感的電流低于電流闊值，所述電流闊值 指使PFC電感不飽和的臨界值。
[0012] -種電源設(shè)備，其特征在于，包括上述技術(shù)方案所述的PFC電感飽和抑制電路。
[0013] 本實(shí)用新型的有益效果是：
[0014] 1)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)PFC電感的飽和程度從而抑制PFC電感飽和；
[0015] 2)通過(guò)抑制PFC電感的飽和從而防止PFC電源電路中開(kāi)關(guān)器件的損壞，增加電路的 可靠性；
[0016] 3)與現(xiàn)有抑制PFC電感飽和技術(shù)相比，本實(shí)用新型所提出的抑制PFC電感飽和方案 易于實(shí)現(xiàn)而且成本將大為降低降低。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖巧功率因數(shù)校正(PFC)電路原理圖；
[001引圖2為電感磁鏈與電流關(guān)系曲線；
[0019] 圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例一示意圖；
[0020] 圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例二示意圖
[0021 ]圖5為本實(shí)用新型所述PFC主功率及采樣電路硬件原理圖；
[0022] 圖6為本實(shí)用新型所述PFC控制原理圖。
[0023] 附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：
[0024] 1、PFC主功率電路，2、PFC電感電壓采樣電路，3、PFC電感電流采樣電路，4、主控制 模塊，5、交流電源，6負(fù)載，7、PFC輸入電壓采樣電路，8、PFC輸出電壓采樣電路。
【具體實(shí)施方式】
[0025] W下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本實(shí)用 新型，并非用于限定本實(shí)用新型的范圍。
[0026] 線圈的電感定義為由流過(guò)電感線圈電流產(chǎn)生的磁通與電感線圈交鏈所產(chǎn)生的磁 鏈與流過(guò)電感線圈電流的比值，如式1所示：
[0028] 式中L為線圈電感；為由電感電流產(chǎn)生的磁鏈;iL為電感線圈電流。
[0029] 圖2所示為電感磁鏈與電流關(guān)系曲線，從圖中可W看出，在一定范圍內(nèi)（iL<iLH)， 電感磁鏈與電流近似為線性關(guān)系，因此在運(yùn)段磁鏈-電流曲線范圍內(nèi)電感近似為定值；當(dāng)iL 〉iLH時(shí)，電感磁鏈與電流之間開(kāi)始出現(xiàn)非線性關(guān)系，隨著電流的增大，電感開(kāi)始減小，也就是 電感開(kāi)始出現(xiàn)飽和，電流越大，電感飽和程度越深，電感越小，W下將結(jié)合PFC原理圖分析電 感飽和對(duì)電路的影響。
[0030] 圖1中PFC輸入電壓為Uin,輸出電壓為Uout,由于實(shí)際使用過(guò)程中PFC開(kāi)關(guān)管S的開(kāi)關(guān) 頻率比輸入電源頻率高得多，因此在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，輸入電壓近似不變，當(dāng)開(kāi)關(guān)管S開(kāi)通 時(shí)，電感電壓UL = Uin,當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)電感電壓UL = IW-Uin, PFC電感電壓與電流關(guān)系如式 (2)所示：
[0032] 從式2可W看出，電感電壓不變，電感減小，電感電流急劇增大，電感電流急劇增大 會(huì)增加開(kāi)關(guān)管W及二極管損壞的可能性，降低PFC電路的可靠性，因此，在PFC工作過(guò)程中應(yīng) 該盡量避免電感飽和現(xiàn)象。
[0033] 對(duì)式2進(jìn)行離散化，得：
[0035]式中iL(n)為PFC當(dāng)前時(shí)刻電感電流采樣值;iL(n-l)為上一時(shí)刻電感電流采樣值;T 為電感電流采樣周期;UL(n)為當(dāng)前時(shí)刻電感電壓采樣值。由式3可得，PFC電感可W表示成 式4。
[0037]由式4可W看出，只要知道PFC電感當(dāng)前電壓采樣值、PFC電感當(dāng)前W及上一時(shí)刻電 流采樣值W及采樣周期，就可W實(shí)時(shí)的辨識(shí)出PFC電感值，實(shí)現(xiàn)PFC電感實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。
[003引實(shí)施例一、如圖3所示，一種PFC電感飽和抑制電路，包括：
[0039] PFC主功率電路1，連接于交流電源5與負(fù)載6之間；
[0040] PFC電感電壓采樣電路2,連接于所述PFC主功率電路1的PFC電感兩端，用于實(shí)時(shí)檢 測(cè)PFC主功率電路1中PFC電感兩端的電壓值化；
[0041 ] PFC電感電流采樣電路3，連接于所述PFC主功率電路1的回路上，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)PFC 主功率電路1中流經(jīng)PFC電感的電流值iL;
[0042] 主控制模塊4,用于根據(jù)電壓值化和電流值iL實(shí)時(shí)計(jì)算PFC電感值L，并根據(jù)計(jì)算出 的PFC電感值L與PFC電感闊值進(jìn)行比較，當(dāng)PFC電感值L大于等于PFC電感闊值時(shí)，進(jìn)行正常 PFC運(yùn)行控制；否則進(jìn)行電感飽和抑制控制，所述電感飽和抑制控制指根據(jù)PFC電感電流產(chǎn) 生驅(qū)動(dòng)PFC主功率電路1開(kāi)關(guān)管S的PWM信號(hào)，使流經(jīng)PFC電感的電流低于電流闊值，所述電流 闊值指使PFC電感不飽和的臨界值。
[0043] 實(shí)施例二、如圖4所示，在上述實(shí)施例一所述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上還包括：
[0044] PFC輸入電壓采樣電路7,連接在PFC主功率電路1的輸入端，用于采集PFC主功率電 路1的輸入電壓Uac;
[0045] PFC輸出電壓采樣電路8,連接在PFC主功率電路1的輸出端，用于采集PFC主功率電 路1的輸出電壓Udc。
[0046] 所述主控制模塊4包括正常PFC運(yùn)行控制模塊和PFC電感飽和抑制控制模塊。
[0047] 如圖6所示，所述正常PFC運(yùn)行控制模塊包括：
[004引電壓誤差計(jì)算器，其與電壓調(diào)節(jié)器連接，用于將PFC輸出電壓指令與實(shí)際輸出 電壓山。進(jìn)行求差運(yùn)算，將差值信號(hào)發(fā)送給電壓調(diào)節(jié)器；
[0049]電壓調(diào)節(jié)器，其與合成器連接，用于根據(jù)差值信號(hào)產(chǎn)生電感電流指令幅值4,并發(fā) 送給合成器；
[0050]合成器，其與第一電流誤差計(jì)算器連接，用于根據(jù)輸入電壓相位與PFC電感電流指 令幅值冷合成電感電流指令值i;，其中輸入電壓相位通過(guò)PFC主功率電路的輸入電壓Uac 除W其幅值UacM計(jì)算得到；
[0化1] 第一電流誤差計(jì)算器，其與第一電流調(diào)節(jié)器連接，用于將電感電流指令值與與實(shí) 際電感電流值iL進(jìn)行求差運(yùn)算，將差值信號(hào)發(fā)送給電流調(diào)節(jié)器；
[0052] 第一電流調(diào)節(jié)器，其與第一脈沖發(fā)生器連接，用于根據(jù)差值信號(hào)產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，并 發(fā)送給脈沖發(fā)送器；
[0053] 第一脈沖發(fā)生器，其與PFC主功率電路連接，用于根據(jù)所述調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān) 管S的PWM信號(hào)，使PFC電感電流跟隨電感電流指令值1;。
[0054] 通過(guò)PDC電感兩端的實(shí)時(shí)電壓和流經(jīng)PFC電感的實(shí)時(shí)電流計(jì)算出PFC的實(shí)時(shí)電感 值，根據(jù)PFC電感值判斷其是否處于飽和狀態(tài)，如果處于非飽和狀態(tài)，根據(jù)PFC電路輸入電 壓、輸出電壓及電感的實(shí)際電流產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管S的PWM信號(hào)，對(duì)PFC電路進(jìn)行正常控制。
[0055] 所述PFC電感飽和抑制控制模塊包括：
[0056] 電感電流指令值計(jì)算器，其與第二電流誤差計(jì)算器連接，用于W當(dāng)前PFC電感電流 值iL的90%作為電感電流指令值i;;
[0化7]第二電流誤差計(jì)算器，其與第二電流調(diào)節(jié)器連接，用于將電感電流指令值\與實(shí) 際電感電流值iL進(jìn)行求差運(yùn)算，將差值信號(hào)發(fā)送給電流調(diào)節(jié)器；
[005引第二電流調(diào)節(jié)器，其與第二脈沖發(fā)生器連接，用于根據(jù)差值信號(hào)產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，并 發(fā)送給脈沖發(fā)送器；
[0059] 第二脈沖發(fā)生器，其與PFC主功率電路連接，用于根據(jù)所述調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān) 管S的PWM信號(hào)，使PFC電感電流跟隨電感電流指令值i;。
[0060] 通過(guò)PDC電感兩端的實(shí)時(shí)電壓和流經(jīng)PFC電感的實(shí)時(shí)電流計(jì)算出PFC的實(shí)時(shí)電感 值，根據(jù)PFC電感值判斷其是否處于飽和狀態(tài)，如果處于飽和狀態(tài)，根據(jù)PF地感的實(shí)際電流 產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管S的PWM信號(hào)，使PFC電感退出飽和狀態(tài)。方案簡(jiǎn)單易行，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。
[0061 ] 如圖5所示，所述PFC主功率電路1包括整流電路、PFC電路和電解電容E，所述P