CN101615804A - 一种功率因数校正电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率因数校正电路，包括整流桥、LCL网络、开关模块、储能滤波电容；所述整流桥输入接交流电源，LCL网络连接在整流桥输出和开关模块输入之间，储能滤波电容连接开关模块输出并与负载并联；所述LCL网络包括第一电感、第二电感和第一电容，所述第一电容第一端连接在第一电感第二端和第二电感第一端之间，所述第一电感第一端与整流桥相连，所述第二电感第二端与开关模块相连，所述第一电容第二端连接在整流桥和开关模块之间。本发明通过在功率因数校正电路设置LCL网络，可以有效降低电流的THD，减小对电网的污染。

Description

一种功率因数校正电路
技术领域
本发明涉及一种功率因数校正电路。
背景技术
随着非线性负载的大量使用，如果不加以控制势必会使电网的谐波电压总畸变(THD)不断增加，导致电能质量下降，影响电力负载的运行效率。例如：在导体中非正弦波电流所产生的热量与具有相同均方根值的纯正弦波电流相比较，则非正弦波会有较高的热量；工业生产中主要是通过电机转换能量的，谐波电流和电压对感应及同步电动机所造成的影响为在谐波频率下铁损和铜损的增加所引起之额外温升，这些额外损失将导致电动机效率降低，并影响转矩。当设备负荷对电动机转矩的变动较敏感时，其扭动转矩的输出甚至会影响所生产产品的质量。
保证电能质量，以使用户安全、正常用电是电力部门的职责。但电能质量和一般产品质量不同之处在于它不完全取决于电力生产企业，有的质量指标(例如：谐波、电压波动和闪变，三相电压不平衡度)主要由用户负荷的干扰所致。因此电能质量的保证，需要供用电双方共同努力，共同承担相应的责任。
如图1、2所示，现有的电力电子设备为了改善功率因数，谐波电流等指标大多使用功率因数校正电路(PFC)，但现有的功率因数校正电路的THD也较大，对电网的污染改善较小。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是为了克服以上的不足，提出了一种功率因数校正电路，有效改善电网污染。
本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种功率因数校正电路，包括整流桥、LCL网络、开关模块、储能滤波电容；所述整流桥输入接交流电源，LCL网络连接在整流桥输出和开关模块输入之间，储能滤波电容连接开关模块输出并与负载并联；所述LCL网络包括第一电感、第二电感和第一电容，所述第一电容第一端连接在第一电感第二端和第二电感第一端之间，所述第一电感第一端与整流桥相连，所述第二电感第二端与开关模块相连，所述第一电容第二端连接在整流桥和开关模块之间。
所述第一电感和第二电感为两个分立的电感。
所述第一电感和第二电感为带抽头的单电感。
所述整流桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述开关模块包括开关管和第五二极管，所述第二二极管阴极和第一二极管阳极共同接交流电源第一端，第三二极管阳极与第四二极管阴极共同接交流电源第二端，第一二极管、第三二极管阴极与第一电感第一端相连接，第二二极管、第四二极管阳极与第一电容第二端相连接；开关管第一端与第五二极管阳极和第二电感第二端相连，开关管第二端与第一电容第二端和储能滤波电容第二端相连接，开关管第三端接控制信号，第五二极管阴极与储能滤波电容第一端相连。
所述开关管为场效应管或绝缘栅双极型功率管。
一种功率因数校正电路，包括LCL网络、开关模块、储能滤波电容；所述LCL网络连接在交流电源输出和开关模块输入之间，储能滤波电容连接开关模块输出并与负载并联；所述LCL网络包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感和第一电容，所述第一电容第一端连接在第一电感第二端和第二电感第一端之间，所述第一电容第二端连接在第三电感第二端和第四电感第一端之间，所述第一电感第一端与交流电源第一端相连，所述第二电感第二端与开关模块相连，所述第三电感第一端与交流电源第二端相连，所述第四电感第二端与开关模块相连。
所述开关模块包括第一开关管、第二开关管、第一二极管和第二二极管，所述第一开关管第一端、第一二极管阳极与第二电感第二端相连，第一二极管阴极、第二二极管阴极与储能滤波电容第一端相连，所述第一开关管第二端、第二开关管第二端与储能滤波电容第二端相连，所述第二开关管第一端、第二二极管阳极与第四电感第二端相连，所述第一开关管和第二开关管第三端接控制信号。
一种功率因数校正电路，包括整流桥、第一LCL网络、第二LCL网络、第一开关模块、第二开关模块和储能滤波电容；所述整流桥输入接交流电源输出，第一LCL网络连接在整流桥输出和第一开关模块输入之间，第二LCL网络连接在整流桥输出和第二开关模块输入之间，储能滤波电容连接于第一开关模块、第二开关模块的输出，并与负载并联，所述第一LCL网络和第二LCL网络之间并联，所述第一开关模块和第二开关模块之间并联；所述第一LCL网络包括第一电感、第二电感和第一电容，所述第一电容第一端连接在第一电感第二端和第二电感第一端之间，所述第一电感第一端与整流桥相连，所述第二电感第二端与第一开关模块相连，所述第一电容第二端连接在整流桥和第一开关模块之间；所述第二LCL网络包括第三电感、第四电感和第二电容，所述第二电容第一端连接在第三电感第二端和第四电感第一端之间，所述第三电感第一端与整流桥相连，所述第四电感第二端与第二开关模块相连，所述第二电容第二端连接在整流桥和第二开关模块之间。
所述整流桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一开关模块包括第一开关管和第五二极管，所述第二二极管阴极和第一二极管阳极共同接交流电源第一端，第三二极管阳极与第四二极管阴极共同接交流电源第二端，第一二极管、第三二极管阴极与第一电感第一端、第三电感第一端相连接，第二二极管、第四二极管阳极与第一电容第二端、第二电容第二端相连接；第一开关管第一端与第五二极管阳极和第二电感第二端相连，第一开关管第二端与第一电容第二端、第二电容第二端、第二开关管第二端和储能滤波电容第二端相连接，第二开关管第一端与第六二极管阳极和第四电感第二端相连，第六二极管阴极和第五二极管阴极分别与储能滤波电容第一端相连，第一开关管和第二开关管第三端接控制信号。
所述第一LCL网络和第二LCL网络之间交错并联，所述第一开关模块和第二开关模块之间交错并联。
本发明与现有技术对比的有益效果是：本发明通过在功率因数校正电路设置LCL网络，可以有效降低输入电流的THD，减小对电网的污染。
附图说明
图1是现有的一种功率因数校正电路的结构示意图；
图2是现有的另一种功率因数校正电路的结构示意图；
图3是本发明具体实施方式一的结构示意图；
图4是本发明具体实施方式一的第一电感和第二电感的一种实现方式的示意图；
图5是本发明具体实施方式一的第一电感和第二电感的另一种实现方式的示意图；
图6是本发明具体实施方式二的结构示意图；
图7是图2的电流波形的示意图；
图8是图6的电流波形的示意图；
图9是本发明具体实施方式三的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一
如图3所示，一种功率因数校正电路，包括整流桥1、LCL网络2、开关模块3、储能滤波电容C2；所述整流桥1输入接交流电源vsine，LCL网络2连接在整流桥1输出和开关模块3输入之间，储能滤波电容C2连接于开关模块3的输出并与负载Ro并联。所述LCL网络包括第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1，所述第一电容C1第一端连接在第一电感L1第二端和第二电感L2第一端之间，所述第一电感L1第一端与整流桥相连，所述第二电感L2第二端与开关模块相连，所述第一电容第二端连接在整流桥和开关模块之间。
所述整流桥1包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，所述开关模块包括开关管S1和第五二极管D5，所述第二二极管D2阴极和第一二极管D1阳极共同接交流电源vsine第一端，第三二极管D3阳极与第四二极管D4阴极共同接交流电源vsine第二端，第一二极管D1、第三二极管D3阴极与第一电感L1第一端相连接，第二二极管D2、第四二极管D4阳极与第一电容C1第二端相连接；开关管S1第一端与第五二极管D5阳极和第二电感L2第二端相连，开关管S1第二端与第一电容C1第二端和储能滤波电容C2第二端相连接，开关管S1第三端接控制信号，第五二极管D5阴极与储能滤波电容C2第一端相连。
开关管S1可以为场效应管(Field Effect Transistor，FET)或绝缘栅双极型功率管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)。当开关管S1为FET时，开关管S1第一端为漏极，开关管S1第二端为源极，开关管S1第三端为栅极。
如图4所示，所述第一电感L1和第二电感L2可以采用两个分立的电感。如图5所示，所述第一电感L1和第二电感L2也可以采用带抽头的单电感。在图5中单电感L包括第一管脚pin1、第二管脚pin2和中间抽头Pin3，第一管脚pin1和第二管脚pin2为电感的两个传统引脚。单电感L的第一管脚pin1和中间抽头pin3之间即为第一电感L1，单电感L的第二管脚pin2和中间抽头pin3之间即为第二电感L2。对于两个分立电感的方式，可以通过选择第一电感L1和第二电感L2不同的感量组合，以达到不同的抑制THD的效果。对于带抽头的单电感方式可以通过选择抽头比，以达到不同的抑制THD的效果。
本具体实施方式能减小纹波的原理如下：
开关管S1闭合时，交流电源vsine输入电压Vac与第一电容的电压Vc分别加在第一电感L1两端。设开关管S1的占空比为d，开关周期为Ts，输入纹波电流ΔI1＝(Vac-Vc)*Ts*d/L1，对于第一电感L1而言其两端平均电压为0，所以第一电容C1的电压Vc的平均电压与交流电源vsine经整流桥整流后的电压Vac相等，又因为第一电容C1两端电压不能突变，所以Vc的电压是在Vac附近平滑波动的，且第一电容C1的电容值越大，波动越越小，因此(Vac-Vc)是比较小的，这样就使得输入纹波电流ΔI1比较小，从而有效降低电流的THD，减小对电网的污染。
具体实施方式二
如图6所示，另一种功率因数校正电路，包括LCL网络2、开关模块3、储能滤波电容C2；所述LCL网络2连接在交流电源vsine输出和开关模块3输入之间，储能滤波电容C2连接于开关模块3的输出并与负载Ro并联。；所述LCL网络2包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4和第一电容C1，所述第一电容C1第一端连接在第一电感L1第二端和第二电感L2第一端之间，所述第一电容C1第二端连接在第三电感L3第二端和第四电感L4第一端之间，所述第一电感L1第一端与交流电源vsine第一端相连，所述第二电感L2第二端与开关模块3相连，所述第三电感L3第一端与交流电源vsine第二端相连，所述第四电感L4第二端与开关模块3相连。
所述开关模块3包括第一开关管S1、第二开关管S2、第一二极管D1和第二二极管D2，所述第一开关管S1第一端、第一二极管D1阳极与第二电感L2第二端相连，第一二极管D1阴极、第二二极管D2阴极与储能滤波电容C2第一端相连，所述第一开关管S1第二端、第二开关管S2第二端与储能滤波电容C2第二端相连，所述第二开关管S2第二端、第二二极管D2阳极与第四电感L4第二端相连，所述第一开关管S1和第二开关管S2第三端接控制信号。
本具体实施方式是一种无桥PFC电路。同样地，所述第一电感L1和第二电感L2可以采用两个分立的电感；或者所述第一电感L1和第二电感L2也可以采用带抽头的单电感。
下面将现有的无桥PFC和本具体实施方式的PFC进行对比。如图2所示，现有的无桥PFC，电感L1和电感L2的感量分别为100uH。如图6所示，本具体实施方式的无桥PFC，第一电感L1和第三电感L3的感量分别为10uH，第二电感L2和第四电感L4的感量分别为90uH，第一电容C1的容量为1uF。本具体实施方式中的无桥PFC和现有的无桥PFC的第一二极管D1、第二二极管D2、第一开关管S1、第二开关管S2和储能滤波电容C2参数相同。从图7中可以看出，现有的无桥PFC的输入电流THD为10.59％，峰峰值为5.092V。从图8中可以看出，本具体实施方式的无桥PFC的输入电流THD为2％，峰峰值为0.7885V。从以上比较可以看出本发明能有效降低电流的THD，减小对电网的污染。
具体实施方式三
本具体实施方式是一种交错并联的功率因数校正电路。如图9所示，一种功率因数校正电路，包括整流桥、第一LCL网络、第二LCL网络、第一开关模块、第二开关模块和储能滤波电容C；所述整流桥输入接交流电源vsine输出，第一LCL网络连接在整流桥输出和第一开关模块输入之间，第二LCL网络连接在整流桥输出和第二开关模块之间，储能滤波电容连接于第一开关模块、第二开关模块的输出，并与输出负载Ro并联，，所述第一LCL网络和第二LCL网络之间并联，所述第一开关模块和第二开关模块之间并联；所述第一LCL网络包括第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1，所述第一电容C1第一端连接在第一电感L1第二端和第二电感L2第一端之间，所述第一电感L1第一端与整流桥相连，所述第二电感L2第二端与第一开关模块相连，所述第一电容C1第二端连接在整流桥和第一开关模块之间；所述第二LCL网络包括第三电感L3、第四电感L4和第二电容C2，所述第二电容C2第一端连接在第三电感L3第二端和第四电感L4第一端之间，所述第三电感L3第一端与整流桥相连，所述第四电感L4第二端与第二开关模块相连，所述第二电容C2第二端连接在整流桥和第二开关模块之间。
所述整流桥包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，所述第一开关模块包括第一开关管S1和第五二极管D5，所述第二二极管D2阴极和第一二极管D1阳极共同接交流电源vsine第一端，第三二极管D3阳极与第四二极管D4阴极共同接交流电源vsine第二端，第一二极管D1、第三二极管3阴极与第一电感L1第一端、第三电感L3第一端相连接，第二二极管D2、第四二极管D4阳极与第一电容C1第二端、第二电容C2第二端相连接；第一开关管S1第一端与第五二极管D5阳极和第二电感L2第二端相连，第一开关管S1第二端与第一电容C1第二端、第二电容C2第二端、第二开关管S2第二端和储能滤波电容C第二端相连接，第二开关管S2第一端与第六二极管D6阳极和第四电感L4第二端相连，第六二极管D6阴极和第五二极管D5阴极分别与储能滤波电容C第一端相连，第一开关管S1和第二开关管S2第三端接控制信号。
第一开关管S1和第二开关管S2可以为场效应管(Field EffectTransistor，FET)或绝缘栅双极型功率管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)。当然，所述第一LCL网络和第二LCL网络之间交错并联，所述第一开关模块和第二开关模块之间交错并联，从而减小电路纹波。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种功率因数校正电路，其特征在于：包括整流桥、LCL网络、开关模块、储能滤波电容；所述整流桥输入接交流电源，LCL网络连接在整流桥输出和开关模块输入之间，储能滤波电容连接开关模块输出并与负载并联；所述LCL网络包括第一电感、第二电感和第一电容，所述第一电容第一端连接在第一电感第二端和第二电感第一端之间，所述第一电感第一端与整流桥相连，所述第二电感第二端与开关模块相连，所述第一电容第二端连接在整流桥和开关模块之间。
2.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于：所述第一电感和第二电感为两个分立的电感。
3.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于：所述第一电感和第二电感为带抽头的单电感。
4.根据权利要求1-3任一所述的功率因数校正电路，其特征在于：所述整流桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述开关模块包括开关管和第五二极管，所述第二二极管阴极和第一二极管阳极共同接交流电源第一端，第三二极管阳极与第四二极管阴极共同接交流电源第二端，第一二极管、第三二极管阴极与第一电感第一端相连接，第二二极管、第四二极管阳极与第一电容第二端相连接；开关管第一端与第五二极管阳极和第二电感第二端相连，开关管第二端与第一电容第二端和储能滤波电容第二端相连接，开关管第三端接控制信号，第五二极管阴极与储能滤波电容第一端相连。
5.根据权利要求4所述的功率因数校正电路，其特征在于：所述开关管为场效应管或绝缘栅双极型功率管。
6.一种功率因数校正电路，其特征在于：包括LCL网络、开关模块、储能滤波电容；所述LCL网络连接在交流电源输出和开关模块输入之间，储能滤波电容连接开关模块输出并与负载并联；所述LCL网络包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感和第一电容，所述第一电容第一端连接在第一电感第二端和第二电感第一端之间，所述第一电容第二端连接在第三电感第二端和第四电感第一端之间，所述第一电感第一端与交流电源第一端相连，所述第二电感第二端与开关模块相连，所述第三电感第一端与交流电源第二端相连，所述第四电感第二端与开关模块相连。
7.根据权利要求6所述的功率因数校正电路，其特征在于：所述开关模块包括第一开关管、第二开关管、第一二极管和第二二极管，所述第一开关管第一端、第一二极管阳极与第二电感第二端相连，第一二极管阴极、第二二极管阴极与储能滤波电容第一端相连，所述第一开关管第二端、第二开关管第二端与储能滤波电容第二端相连，所述第二开关管第一端、第二二极管阳极与第四电感第二端相连，所述第一开关管和第二开关管第三端接控制信号。
8.一种功率因数校正电路，其特征在于：包括整流桥、第一LCL网络、第二LCL网络、第一开关模块、第二开关模块和储能滤波电容；所述整流桥输入接交流电源输出，第一LCL网络连接在整流桥输出和第一开关模块输入之间，第二LCL网络连接在整流桥输出和第二开关模块输入之间，储能滤波电容连接于第一开关模块、第二开关模块的输出，并与负载并联所述第一LCL网络和第二LCL网络之间并联，所述第一开关模块和第二开关模块之间并联；所述第一LCL网络包括第一电感、第二电感和第一电容，所述第一电容第一端连接在第一电感第二端和第二电感第一端之间，所述第一电感第一端与整流桥相连，所述第二电感第二端与第一开关模块相连，所述第一电容第二端连接在整流桥和第一开关模块之间；所述第二LCL网络包括第三电感、第四电感和第二电容，所述第二电容第一端连接在第三电感第二端和第四电感第一端之间，所述第三电感第一端与整流桥相连，所述第四电感第二端与第二开关模块相连，所述第二电容第二端连接在整流桥和第二开关模块之间。
9.根据权利要求8所述的功率因数校正电路，其特征在于：所述整流桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一开关模块包括第一开关管和第五二极管，所述第二二极管阴极和第一二极管阳极共同接交流电源第一端，第三二极管阳极与第四二极管阴极共同接交流电源第二端，第一二极管、第三二极管阴极与第一电感第一端、第三电感第一端相连接，第二二极管、第四二极管阳极与第一电容第二端、第二电容第二端相连接；第一开关管第一端与第五二极管阳极和第二电感第二端相连，第一开关管第二端与第一电容第二端、第二电容第二端、第二开关管第二端和储能滤波电容第二端相连接，第二开关管第一端与第六二极管阳极和第四电感第二端相连，第六二极管阴极和第五二极管阴极分别与储能滤波电容第一端相连，第一开关管和第二开关管第三端接控制信号。
10.根据权利要求8或9所述的功率因数校正电路，其特征在于：所述第一LCL网络和第二LCL网络之间交错并联，所述第一开关模块和第二开关模块之间交错并联。
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