CN102570846A - 一种功率因素校正电源插座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率因素校正电源插座，其包括：功率因素校AC-DC模块，逆变DC-AC模块；所述的功率因素校AC-DC模块将输入的市电进行功率因素调节，采用PFC控制器把输入交流电源变成功率因素接近1的350V直流电源；所述的逆变DC-AC模块使用逆变技术把直流电源变成频率为50Hz的有效电压为220V的正弦交流电源。本发明用于功率因素较低的感抗、容抗负载能够有效的提高负载的功率因素，从而减小负载对电网的污染提高能源利用率。

Description

一种功率因素校正电源插座

技术领域

本发明涉及一种功率因素校正电源插座，特别涉及一种能够减小负载的电压与电流相位差的功率因素校正电源插座。

背景技术

在传统的电路中，因为负载的电压与电流有相位差，使得许多家用电器的功率因素偏小。现在市面上有一种电源插座，带有功率因素显示的作用。这种插座可以显示当前用电器的功率和功率因素，但是不具有校正功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有功率因素校正功能的电源插座。

本发明的一个目的是通过以下技术方案实现的：

一种功率因素校正电源插座，其包括：功率因素校正AC-DC模块，逆变DC-AC模块；所述的功率因素校正AC-DC模块将输入的市电进行功率因素调节，采用PFC控制器把输入交流电源变成功率因素接近1的350v直流电源；所述的逆变DC-AC模块使用逆变技术把直流电源变成频率为50Hz的有效电压为220V的正弦交流电源。

其中，所述的功率因素校正模块中，采用输出电压采样与输入电压采样的相乘作为输入电流峰值的基准信号，与检查电感电流进行比较，在导通阶段，开关管打开，电感电流线性增大，电感存储能量，当电感电流的值达到了乘法器所允许的基准电流时，驱动电路关断开关管，电感电流线性下降，当检测到电感电流再次回到零时，驱动电路打开开关管，重新开始一个开关周期。

本发明的积极进步效果在于：

本发明用于功率因素较低的感抗、容抗负载能够有效的提高负载的功率因素，从而减小负载对电网的污染提高能源利用率。

附图说明

图1为功率因素校正AC-DC模块原理图；

图2为校正后的电压电流随时间变化的曲线图。

具体实施方式

实施例一

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。为了减小负载的电压与电流相位差，提高功率因素，采用图1所示的AC-DC模块原理图。

图1中，采用输出电压采样X与输入电压采样Y相乘作为输入电流峰值的基准信号。与检查电感电流进行比较，其中Rs为检查电感电流检测电阻。其工作原理是在导通阶段，开关管打开。电感电流线性增大，电感存储能量。当电感电流的值达到了乘法器所允许的基准电流时，驱动电路关断开关管。电感电流线性下降。电感把存储的能量释放到负载。当检测到电感电流再次回到零时，驱动电路打开开关管，重新开始一个开关周期。输入电压V_m为：

V_m(t)＝V_msinωt                         (1-1)

1-1式中V_m为输入电压的峰值。

输入电流的峰值由反馈系数H和电压输入系数K决定。当输出电压一定时，我们可以默认为H为常数。所以输入电流峰值的表达式为：

I_peak(t)＝kHV_outV_msinωt                (1-2)

1-2式中I_peak为电感峰值电流，V_out为输出电压，又因为在导通期间，电感电流跟电压的关系为：

$V_m\left(t\right)=\frac{{\mathrm{di}}_L}{\mathrm{dt}}L---(1-3)$

1-3式中i_L为电感电流，L为电感值。

因为开关导通频率比输入电压频率大得多，所以可以认为在一个开关周期里面，输入电压的值为一个定值，所以有：

$I_{\mathrm{peak}}\left(t\right)=\frac{V_m\left(t\right)}{L}{T}_{\mathrm{on}}---(1-4)$

式1-4中，T_on为开关导通时间。

由式1-4和式1-2可以得到

$\frac{V_m\sin \mathrm{\ωt}}{L}{T}_{\mathrm{on}}=\mathrm{kH}{V}_{\mathrm{out}}{V}_m\sin \mathrm{\ωt}---(1-5)$

由式1-5可以求得导通时间T_on：

T_on＝LkH                    (1-6)

由式1-6可知，只要输出电压一定的情况下，开关管的导通时间是恒定的。由于系统工作在BCD模式所以一个开关周期内的电流平均值为：

$I\left(t\right)=\frac{1}{2}{I}_{\mathrm{peak}}\left(t\right)=\frac{V_m\sin \mathrm{\ωt}}{2L}{T}_{\mathrm{on}}---(1-7)$

由1-7T_on为常数，输入电流的包络线为正弦。输入电流也是正弦函数，只是这些正弦函数是由许多高频的电流组合而成的，如图2所示，这样从输入端看进去整个系统的电流时跟随电压变化而变化的，电流和电压之间几乎没有相位差，使整个系统功率因素得到提高。

图中A部分可由芯片sa7527来实现，sa7527是一个简单但是效率很高的功率因子校正控制芯片。它内部集成了R/C滤波电路，并且自带电流感应电路，因此不需要外部的R/C滤波电路。此外还有特殊的防击穿电路。输出钳位电路还可以控制功率MOSFET管的驱动阀值，因此可以大大提高系统的稳定性。

经过功率因素校正后，系统的功力因素提高了。但是此时输出的电压为直流电压不符合许多负载，所以必须逆变成50Hz的正弦电压。可以把正弦电压用幅度相等，宽度不一样的方波信号来代替，这些方波信号宽度正比于此时的正弦幅度。由图可以看出，各脉冲的宽度是按正弦规律变化的。根据冲量相等原理，pwm波形和正弦波形是等效的。对于正弦波的负半周期也可以用同样的方法来得到pwm波形，这种波形也叫Spwm波形。Spwm波形可以通过计算严格的控制开关管的导通来得到，但是这样比较复杂。还有一种控制方法是把希望的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所期望的Spwm波形。通常采用等腰三角形作为载波，因为等腰三角形上下宽度与高度成线性关系且左右对称，当它与任何一个平缓变化的调制信号波形相交时，如在交点时刻控制电路中开关器件的通断，就可以得到宽度正比于信号波幅值的脉冲，这正好符合PWM控制的要求。当调制信号波为正弦波时，所得到的就是Spwm波形。

由上面分析可知，spwm的产生需要俩部分，一是调制信号也就是要得到的正弦电压；二是被调制的载波信号三角形波形发生器。正弦波形可以用正弦波形发生器芯片，如Icl8038芯片，因为我们输入的就是50Hz的正弦交流电源，所以可以通过分压输入电压得到正弦调制信号来得到。被调制的载波信号可以通过芯片SG3524来得到。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不是用于限制本发明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，本领域的技术人员可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (2)

1.一种功率因素校正电源插座，其特征在于，其包括：功率因素校AC-DC模块，逆变DC-AC模块；所述的功率因素校AC-DC模块将输入的市电进行功率因素调节，采用PFC控制器把输入交流电源变成功率因素接近1的350v直流电源；所述的逆变DC-AC模块使用逆变技术把直流电源变成频率为50Hz的有效电压为220V的正弦交流电源。

2.权利要求1所述的一种功率因素校正电源插座，其特征在于，所述的功率因素校正模块中，采用输出电压采样与输入电压采样的相乘作为输入电流峰值的基准信号，与检查电感电流进行比较，在导通阶段，开关管打开，电感电流线性增大，电感存储能量，当电感电流的值达到了乘法器所允许的基准电流时，驱动电路关断开关管，电感电流线性下降，当检测到电感电流再次回到零时，驱动电路打开开关管，重新开始一个开关周期。

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