CN102611295A - 一种功率因数校正装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种功率因数校正装置，涉及电源技术领域，用于实现自充电功能，从而降低成本。该功率因数校正装置包括第一支路、第二支路和控制器；所述第一支路包括第一二极管、第一变换器、第三晶闸管、第一电容、第一电池以及用于控制所述第一电池供电的第一晶闸管；所述第二支路包括第二二极管、第二变换器、第四晶闸管、第二电容、第二电池和用于控制所述第二电池供电的第二晶闸管。

Description

一种功率因数校正装置

技术领域

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种功率因数校正装置。

背景技术

在不间断电源(Uninterrupted Power Supply，UPS)中，为了保证不间断供电，UPS中的电池组挂接在功率因数校正(Power FactorCorrector，PFC)电路上。在使用UPS的过程中，电池组存在充电和放电的过程，在现有技术中，需要给电池组配置一个独立的充电器。

如图1所示，在PFC电路中，电池BAT+的正极通过晶闸管Q7挂接在电感L1与Q5之间的连线上，电池BAT-通过Q8挂接在L2与Q6之间的连线上；电池BAT+的负极与电池BAT-正极连接在N线(也就是零线)上，D1、D2为PFC电路的续流二极管；BAT+通过Q7放电，BAT-通过Q8放电，并且电池BAT+和电池BAT-通过独立的充电器充电，充电器挂接在PFC电路上，具体的工作过程为：

(1)在输入市电正半周的情况下；

当开关管Q3开通时，PFC电路中电流的流向为L→Q5→L1→Q3→N；

当开关管Q3关断时，PFC电路中电流的流向为L→Q5→D1→C3→N。

从而在市电正半周期内C3被充电，实现有源功率因数校正。

(2)在输入市电负半周的情况下；

当开关管Q4开通时，PFC电路中电流流向为N→Q4→L2→Q6→L；

当开关管Q4关断时，PFC电路中电流流向为N→C4→D2→L2→Q6→L；

从而在市电负半周期内C4被充电，实现有源功率因数校正。

(3)在电池BAT+工作的情况下，

当开关管Q3开通时，PFC电路中电流的流向为BAT+→Q7→L1→Q3→N；

当开关管Q3关断时，PFC电路中电流的流向为BAT+→Q7→L1→D1→C3→N；

从而在电池BAT+工作时，C3被充电，实现有源功能因数校正。

(4)在电池BAT-工作的情况下，

当开关管Q4开通时，PFC电路中电流的流向为N→Q4→L2→Q8→BAT-；

当开关管Q4关断时，PFC电路中电流的流向为N→C4→D2→L2→Q8→BAT-。

从而在电池BAT-工作时，C4被充电，实现有源功能因数校正。

但是，在现有技术中，需要有一个独立的充电器挂接在PFC电路上来对两个电池进行充电，这样增加了成本。

发明内容

本发明的实施例提供一种功率因数校正装置，用以实现自充电功能，从而降低成本。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

提供一种功率因数校正装置，包括：第一支路、第二支路和控制器；

所述第一支路包括第一二极管、第一变换器、第三晶闸管、第一电容、第一电池以及用于控制所述第一电池供电的第一晶闸管，其中，所述第一变换器包括第一电感、第一开关管和第一场效应晶体管，所述第一支路用于在市电正半周期内实现对第一电容充电，并且在市电负半周期内对所述第一电池充电；

所述第二支路包括第二二极管、第二变换器、第四晶闸管、第二电容、第二电池和用于控制所述第二电池供电的第二晶闸管，其中，所述第二变换器包括第二电感、第二开关管和第二场效应晶体管，所述第二支路用于在在市电负半周期内对第二电容充电，并且在市电正半周期内实现对所述第二电池充电；

所述控制器用于控制所述第一开关管、第一场效应晶体管、第二开关管、第二场效应晶体管、第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管和第四晶闸管的开通和关断。

本发明实施例提供的功率因数校正装置，在市电正半周期内实现了有源功率校正，同时实现了对第二电池充电；在市电负半周期内，实现了有源功率校正，同时实现了对第一电池充电，相对于现有技术中，使用独立充电器为第一电池和第二电池充电的情况，本发明实施例节约的功率因数校正装置的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中功率因数校正装置的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种功率因数校正装置的示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种功率因数校正装置的示意图；

图4为本发明实施例提供的又一种功率因数校正装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，本发明实施例提供一种功率因数校正装置20，包括：第一支路、第二支路和控制器；

所述第一支路包括：第一二极管Q5、第一电感L1、第一开关管Q3、第一场效应晶体管Q1、第三晶闸管Q9、第一电容C3、第一电池BAT+以及用于控制第一电池供电的第一晶闸管Q7；

其中，第一场效应晶体管Q1的源极与第一电感L1的第一端A连接，第一场效应晶体管Q1的漏极与第一电容C3的正极连接，第一电容C3的负极连接至市电零线N；第三晶闸管Q9的正极与第一电感L1的第二端B连接，第三晶闸管Q9的负极与第一电池BAT+的正极连接，第一电池BAT+的负极连接至市电零线N；第一二极管Q5的正极与市电火线L连接，第一二极管Q5的负极与第一电感L1的第二端B连接；第一晶闸管Q7的正极与第一电池BAT+的正极连接，第一晶闸管Q7的负极与第一电感L1的第二端B连接。

在本发明实施例中，第一支路中的第一电感L1、第一开关管Q3和第一场效应晶体管Q1构成了该功率因数校正装置的第一变换器21。

所述第二支路包括：第二二极管Q6、第二电感L2、第二开关管Q4和第二场效应晶体管Q2、第四晶闸管Q10、第二电容C4、第二电池BAT-和用于控制第二电池供电的第二晶闸管Q8；

其中，第二场效应晶体管Q2的漏极与第二电感L2的第一端C连接，第二场效应晶体管Q2的源极与第二电容C4的负极连接，第二电容C4的正极连接至市电零线N；第四晶闸管Q10的负极与第二电感L2的第二端D连接，第四晶闸管Q10的正极与第二电池的负极连接，第二电池BAT-的正极连接至市电零线N；第二二极管Q6的正极与第二电感L2的第二端D连接，第二二极管Q6的负极与市电火线L连接；第二晶闸管Q8的正极与第二电感L2的第二端D连接，Q8的负极与第二电池BAT-的负极连接。

在本发明实施例中，第二支路中的第二电感L2、第二开关管Q4和第二场效应晶体管Q2构成了第二变换器22。

在本发明实施例中市电零线N接地。

需要说明的是，在本发明实施例中，第一电池可以为单个电池，也可以为一电池组，同样，第二电池可以为单个电池，也可以为一电池组。

在功率因数校正装置20中还包括控制器，该控制器与第一晶闸管Q7、第三晶闸管Q9、第一开关管Q3、第一场效应晶体管Q1、第二晶闸管Q8、第四晶闸管Q10、第二开关管Q4和第二场效应晶体管Q2的控制端连接(图2中未示出)，以便控制其开通和关断。

优选的，第一二极管Q5和第二二极管Q6为晶闸管，以便控制器控制第一二极管Q5和第二二极管Q6的开通和关断。

在本发明实施例中，所述第一开关管Q3和第二开关管Q4可以采用绝缘栅双极型晶体管或场效应晶体管。

进一步的，如图3所示，所述第一支路还包括第三电容C1和第三二极管Q11，以便缓冲对第一电池的充电；所述第三二极管Q11的正极与第三晶闸管Q9的负极以及第三电容C1的正极连接，第三二极管Q11的负极与第一电池BAT+的正极连接，第三电容C1的负极与市电零线N连接；

所述第二支路还包括第四电容C2和第四二极管Q12，以便缓冲对第二电池的充电。所述第四二极管Q12的正极与第二电池BAT-的负极连接，第四二极管Q12的负极与第四晶闸管Q10的正极以及第四电容C2的负极连接，第四电容C2的正极与市电零线N连接。

一般情况下，市电火线L输入端的输入电压是正弦波交流信号，该输入电压的频率为50Hz或者60Hz，第一二极管Q5和第二二极管Q6将市电火线L整流后得到正负两个脉动的直流电压。

在市电正半周期内，同时进行如下操作201和202，功率因数校正装置20能够同时实现有源功率因数校正和对第二电池BAT-充电。

201、在市电正半周期内，第一支路实现对第一电容C3充电。

控制器控制所述第一二极管Q5开通，第一晶闸管Q7和第三晶闸管Q9关断；第一支路中电流流向为L→Q5→L1→Q3→N；第一变换器21为升压工作模式，这种工作模式也称作BOOST工作模式。

功率因数校正装置20实现有源功率因数校正具体可以采用以下两种方式来实现：

第一种方式：控制器控制所述第一开关管Q3为开关状态且控制所述第一场效应管Q1不开通，只让所述第一场效应管Q1的体二极管续流。

更具体的，采用第一种方式时，当Q3开通时，第一支路中电流流向为L→Q5→L1→Q3→N，市电将能量存储在L1中，当Q3关断时，L1通过Q1的体二极管续流，L1中的能量向C3转移，从而实现对C3充电，进而C3两端的电压高于市电火线L输入电压。

第二种方式：控制器控制所述第一开关管Q3为开关状态，所述第一场效应管Q1为同步整流管且与所述第一开关管Q3互补开通。

更具体的，采用第二种方式时，当Q3开通时，Q1关断，第一支路中电流流向为L→Q5→L1→Q3→N，市电将能量存储在L1中，当Q3关断时，Q1开通，此时Q1为同步整流管，L1中的能量向C3转移，从而实现对C3充电，进而C3两端的电压高于市电火线L输入电压。

通过上述两种方式，实现了对第一电容C3，从而在在市电正半周期内实现了有源功率校正。

202、在市电正半周期内，第二支路实现对第二电池BAT-充电。

控制器控制所述第四晶闸管Q10开通，第二二极管Q6和第二晶闸管Q8关断；第二支路中电流流向为BAT-→Q12→Q10→L2→Q2→C4；第二变换器22为降压工作模式，这种工作模式也称作BUCK工作模式。

功率因数校正装置20实现对第二电池BAT-充电具体可以采用以下两种方式来实现：

第一种方式：控制器控制所述第二场效应管Q2为开关状态且控制所述第二开关管Q4不开通，只让所述第二开关管Q4的体二极管续流。

更具体的，采用第一种方式时，当Q2开通时，第二支路中电流流向为BAT-→Q12→Q10→L2→Q2→C4，C4的能量流向L2中，当Q2关断时，L2通过Q4的体二极管续流，L2中的能量向第二电池BAT-转移，从而实现对BAT-充电。

第二种方式：所述第二场效应管Q2为开关状态，所述第二开关管Q4为同步整流管且与所述第二场效应管Q2互补开通。

更具体的，采用第二种方式时，当Q2开通时Q4关断，第二支路中电流流向为BAT-→Q12→Q10→L2→Q2→C4，C4的能量流向L2中，当Q2关断时，Q4开通，此时Q4为同步整流管，L2中的能量向第二电池BAT-转移，从而实现对BAT-充电。

通过以上两种方式，功率因数校正装置20实现了对第二电池的充电。

在市电负半周期内，同时进行如下操作203和204，功率因数校正装置20能够同时实现有源功率因数校正和对第一电池BAT-充电。

203、在市电负半周期内，第二支路实现对第二电容C4充电。

控制器控制所述第二二极管Q6开通，第二晶闸管Q8和第四晶闸管Q10关断；第二支路中电流流向为N→Q4→L2→Q6→L；第二变化器22为升压工作模式，这种工作模式也称作BOOST工作模式。

功率因数校正装置20实现有源功率因数校正具体可以采用以下两种方式来实现：

第一种方式：控制器控制所述第二开关管Q4为开关状态且控制所述第二场效应管Q2不开通，只让所述第二场效应管Q2的体二极管续流。

更具体的，采用第一种方式时，当Q4开通时，第二支路中电流流向为N→Q4→L2→Q6→L，市电将能量存储在L2中，当Q4关断时，L2通过Q2的体二极管续流，L2中的能量向C4转移，从而实现对C4充电，进而C4两端的电压高于市电火线L输入电压。

第二种方式：控制器控制所述第二开关管Q4为开关状态，所述第二场效应管Q2为同步整流管且与所述第二开关管Q4互补开通。

更具体的，采用第二种方式时，当Q4开通时，Q2关断，第二支路中电流流向为N→Q4→L2→Q6→L，市电将能量存储在L2中，当Q4关断时，Q2开通，此时Q2为同步整流管，L2中的能量向C4转移，从而实现对C4充电，进而C4两端的电压高于市电火线L输入电压。

通过上述两种方式，实现了对第二电容C4，从而在在市电负半周期内实现了有源功率校正。

204、在市电负半周期内，第一支路对所述第一电池BAT+充电。

控制器控制第三晶闸管Q9开通，第一二极管Q5和第一晶闸管Q7关断；第一支路中电流流向为C3→Q1→L1→Q9→Q11→BAT+；第一变换器21为降压工作模式，这种工作模式也称作BUCK工作模式。

功率因数校正装置20实现对第一电池BAT+充电，具体可以采用以下两种方式来实现：

第一种方式：控制器控制所述第一场效应管Q1为开关状态且控制所述第一开关管Q3不开通、只让所述第一开关管Q3的体二极管续流。

更具体的，采用第一种方式时，当Q1开通时，第一支路中电流流向为C3→Q1→L1→Q9→Q11→BAT+，C3的能量流向L1中，当Q1关断时，L1通过Q3的体二极管续流，L1中的能量向第一电池BAT+转移，从而实现对BAT+充电。

第二种方式：控制器控制所述第一场效应管Q1为开关状态，所述第一开关管Q3为同步整流管且与所述第一场效应管Q1互补开通。

更具体的，采用第二种方式时，当Q1开通时Q3关断，第二支路中电流流向为C3→Q1→L1→Q9→Q11→BAT+，C3的能量流向L1中，当Q1关断时，Q3开通，此时Q3为同步整流管，L1中的能量向第一电池BAT+转移，从而实现对BAT+充电。

在实现上述功能时，控制器控制所述第一开关管Q3、第二场效应管Q2、第二开关管Q4和第一场效应管Q1为开关状态时的工作频率相对较高，可以相同也可以不同，根据实际应用可以灵活设置。

进一步的，如图4所示，所述第一支路还包括至少一个第五二极管D1；所述至少一个第五二极管D1与所述第一场效应晶体管Q1并联，用于减小第一场效应晶体管Q1的体二极管续流时的阻抗；如图4所示，第一场效应晶体管Q1的源极与所述至少一个第五二极管D1的正极连接，第一场效应晶体管Q1的漏极与所述至少一个第五二极管D1的负极连接；

所述第二支路还包括至少一个第六二极管D2，所述至少一个第六二极管D2与所述第二场效应晶体管Q2并联，用于减小第二场效应晶体管Q2的体二极管续流时的阻抗。如图4所示，第二场效应晶体管Q2的源极与所述至少一个第六二极管D2的正极连接，第二场效应晶体管Q2的漏极与所述第六二极管D2的负极连接。

可见，在本发明提供的功率因数校正装置，具有自充电功能，具体的，在市电正半周期内实现了有源功率校正，同时实现了对第二电池充电；在市电负半周期内，实现了有源功率校正，同时实现了对第一电池充电，相对于现有技术中，使用独立充电器为第一电池和第二电池充电的情况，本发明实施例节约的功率因数校正装置的成本；

进一步的，在功率因数校正装置工作的过程中，在第一电路对第一电容充电过程中，使用了第一电感，在第一电路对第一电池充电过程中，也使用了第一电感，从而复用了第一电感，同样原理，复用了第二电感，降低了成本，并且提高了电路的集成度；

进一步的，在对第一电容充电的过程中，第一电路中的第一开关管作为开关状态使用；在对第一电池充电的过程中，第一开关管作为同步整流管或者利用其体二极管来实现对第一电池的充电，复用第一开关管，相同原理，复用第二开关管、第一场效应管以及第二场效应管，降低成本，同时也提高了电路的集成度。

需要说明的是，本发明实施例中的“第一”、“第二”、“第三”等描述方式，仅用于对被描述的对象进行区分，不用于限定先后顺序。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种功率因数校正装置，其特征在于，包括：第一支路、第二支路和控制器；

所述第一支路包括第一二极管、第一变换器、第三晶闸管、第一电容、第一电池以及用于控制所述第一电池供电的第一晶闸管，其中，所述第一变换器包括第一电感、第一开关管和第一场效应晶体管，所述第一支路用于在市电正半周期内实现对第一电容充电，并且在市电负半周期内对所述第一电池充电；

所述第二支路包括第二二极管、第二变换器、第四晶闸管、第二电容、第二电池和用于控制所述第二电池供电的第二晶闸管，其中，所述第二变换器包括第二电感、第二开关管和第二场效应晶体管，所述第二支路用于在在市电负半周期内对第二电容充电，并且在市电正半周期内实现对所述第二电池充电；

所述控制器用于控制所述第一开关管、第一场效应晶体管、第二开关管、第二场效应晶体管、第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管和第四晶闸管的开通和关断。

2.根据权利要求1所述的功率因数校正装置，其特征在于，

所述第一支路还包括第三电容和第三二极管，以便缓冲对第一电池的充电；

所述第二支路还包括第四电容和第四二极管，以便缓冲对第二电池的充电。

3.根据权利要求1或2所述的功率因数校正装置，其特征在于，

所述第一支路还包括至少一个第五二极管；所述至少一个第五二极管与所述第一场效应晶体管并联，用于减小第一场效应晶体管的体二极管续流时的阻抗；

所述第二支路还包括至少一个第六二极管，所述至少一个第六二极管与所述第二场效应晶体管并联，用于减小第二场效应晶体管的体二极管续流时的阻抗。

4.根据权利要求1～3任一项所述的功率因数校正装置，其特征在于，第一二极管和第二二极管为晶闸管。

5.根据权利要求1～3任一项所述的功率因数校正装置，其特征在于，所述第一开关管和第二开关管为绝缘栅双极型晶体管或场效应晶体管。

6.根据权利要求4所述的功率因数校正装置，其特征在于，所述控制器还用于控制第一二极管和第二二极管开通和关断。

7.根据权利要求1～6任一项所述的功率因数校正装置，其特征在于，

在市电正半周期内实现对第一电容充电，具体包括：

所述控制器控制所述第一二极管开通、第一晶闸管和第三晶闸管关断；

所述控制器控制所述第一开关管为开关状态且控制所述第一场效应管不开通，只让所述第一场效应管的体二极管续流；或者，

所述控制器控制所述第一开关管为开关状态，所述第一场效应管为同步整流管且与所述第一开关管互补开通；

在市电正半周期内实现对所述第二电池充电，具体包括：

所述控制器控制所述第四晶闸管开通，第二二极管和第二晶闸管关断；

所述控制器控制所述第二场效应管为开关状态且控制所述第二开关管不开通，只让所述第二开关管的体二极管续流；或者，

所述控制器控制所述第二场效应管为开关状态，所述第二开关管为同步整流管且与所述第二场效应管互补开通；

在市电负半周期内对第二电容充电，具体包括：

所述控制器控制所述第二二极管开通，第二晶闸管和第四晶闸管关断；

所述控制器控制所述第二开关管为开关状态且控制所述第二场效应管不开通，只让所述第二场效应管的体二极管续流；或者，

所述控制器控制所述第二开关管为开关状态，所述第二场效应管为同步整流管且与所述第二开关管互补开通；

在市电负半周期内对所述第一电池充电，具体包括：

所述控制器控制第三晶闸管开通，第一二极管和第一晶闸管关断；

所述控制器控制所述第一场效应管为开关状态且控制所述第一开关管不开通、只让所述第一开关管的体二极管续流；或者，

所述控制器控制所述第一场效应管为开关状态，所述第一开关管为同步整流管且与所述第一场效应管互补开通。

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