CN103904881A - 输入电压阈值自适应控制的部分有源功率因数校正电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输入电压阈值自适应控制的部分有源功率因数校正电路，其包括双环控制的boost升压电路、电压误差放大器、乘法器、电流误差放大器、选定输入电压采样信号阀值模块、输入电压采样信号采样阈值判断模块、PWM波形生成模块、以及PWM驱动IC。在基于双环控制的boost升压电路基础之上，根据不同负载大小，在选定输入电压采样信号阀值模块设置一张不同输入电压阈值大小的表格，通过检测输入电流采样信号并进行查表，得到与当前输入电流采样信号相匹配的电压阈值，再设定电路工作在这个输入电压阈值，从而使电路能够根据负载的变化自动适应，得到比较高的功率因数和较低的总谐波失真，让电路工作在最佳状态。

Description

输入电压阈值自适应控制的部分有源功率因数校正电路

技术领域

本发明涉及部分有源功率因数校正技术领域，尤其涉及一种输入电压阈值自适应控制的部分有源功率因数校正电路。

背景技术

目前，部分有源功率因数校正的实现方法，很多是以固定电阻作为负载，负载大小不变，然后在此基础上通过实验得出最佳的停止PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）斩波和开始PWM斩波的电角度。这样的电路只能适应固定负载大小，当负载变化时，这样的电路就明显不能适用。例如：变频空调PFC（Power FactorCorrection，功率因数校正）电路的负载，它的压缩机的工作频率会根据室内湿度、温度等环境条件而变化，进而导致负载大小也是变化的，那么，这样的电路就明显不能适应这种变负载应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种输入电压阈值自适应控制的部分有源功率因数校正电路，它是在基于双环控制的boost升压电路（一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高）基础之上，通过检测整流输入电流的大小，判断负载的大小，然后通过查表得到此时最佳的输入电压阈值大小，并设定电路工作在这个输入电压阈值，使电路能够根据负载的变化自动适应，选择最佳的输入电压阈值，得到比较高的功率因数（即pf值）和较低的总谐波失真，让电路工作在最佳状态。

为了实现上述目的，本发明提供一种输入电压阈值自适应控制的部分有源功率因数校正电路，包括双环控制的boost升压电路，还包括电压误差放大器，用于将输出电压参考信号与所述boost升压电路的输出电压采样信号作比较，再内部处理后输出电流参考幅值调节信号；

乘法器，用于将所述电压误差放大器输出的电流参考幅值调节信号与boost升压电路的输入电压采样信号相乘，再输出电流参考信号；

电流误差放大器，用于将所述乘法器输出的电流参考信号与boost升压电路的输入电流采样信号作比较，再内部处理后输出PWM占空比信号；

选定输入电压采样信号阀值模块，根据所述boost升压电路的输入电流采样信号进行查表，得到与当前boost升压电路的输入电流采样信号相匹配的电压阈值th1和电压阈值th2，所述电压阈值th1为boost升压电路的一个整流输入电压半波波峰之前的一个电压值，所述电压阈值th2为同一个整流输入电压半波波峰之后的一个电压值；

输入电压采样信号采样阈值判断模块，用于将所述选定输入电压采样信号阀值模块输出的电压阈值th1和电压阈值th2与boost升压电路的输入电压采样信号作比较；

PWM波形生成模块、以及PWM驱动IC，当所述boost升压电路的输入电压采样信号在所述电压阈值th1与电压阈值th2之间时，所述输入电压采样信号采样阈值判断模块产生PWM波形输出屏蔽信号，并将该PWM波形输出屏蔽信号输出给所述PWM波形生成模块，控制所述PWM波形生成模块不能输出PWM波形而输出为默认的无效状态信号，并将该无效状态信号输出给所述PWM驱动IC，控制所述PWM驱动IC输出停止斩波信号，对所述boost升压电路停止斩波；

当所述boost升压电路的输入电压采样信号在所述电压阈值th1与电压阈值th2之外时，所述输入电压采样信号采样阈值判断模块不会产生PWM波形输出屏蔽信号，使所述PWM波形生成模块将所述电流误差放大器输出的PWM占空比信号转换为具有占空比的PWM输出脉冲，并将该PWM输出脉冲输出给所述PWM驱动IC，控制所述PWM驱动IC输出斩波信号，对所述boost升压电路进行斩波。

较佳地，所述电压阈值th1大于或等于电压阈值th2。

较佳地，所述电压阈值th1小于电压阈值th2。

较佳地，所述boost升压电路包括整流桥、电感、二极管、功率开关管、电容、电流采样电阻、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻；

所述整流桥的输入端用于连接交流电，所述电感一端、第一电阻一端均与整流桥的正极输出端连接，所述二极管阳极、功率开关管集电极均与电感另一端连接，所述二极管阴极、电容一端、第三电阻一端均与负载的正极输入端连接，所述第一电阻另一端与第二电阻一端连接，所述第二电阻另一端、电流采样电阻一端均与整流桥的负极输出端连接，所述第三电阻另一端与第四电阻一端连接，所述电流采样电阻另一端、功率开关管发射极、电容另一端、第四电阻另一端、负载的负极输入端均接地；

所述第一电阻另一端用于输出所述boost升压电路的输入电压采样信号，所述第三电阻另一端用于输出所述boost升压电路的输出电压采样信号，所述电流采样电阻一端用于输出所述boost升压电路的输入电流采样信号，所述功率开关管基极用于接收所述PWM驱动IC输出的斩波信号或停止斩波信号。

本发明有益效果在于：

在基于双环控制的boost升压电路基础之上，根据不同负载大小，在选定输入电压采样信号阀值模块设置一张不同输入电压阈值大小的表格，在实际电路运行时，选定输入电压采样信号阀值模块通过检测boost升压电路的输入电流采样信号并进行查表，得到与当前boost升压电路的输入电流采样信号相匹配的电压阈值，再通过输入电压采样信号采样阈值判断模块设定电路工作在这个输入电压阈值，从而使电路能够根据负载的变化自动适应，选择最佳的输入电压阈值，得到比较高的功率因数和较低的总谐波失真，让电路工作在最佳状态。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

图2为本发明在电压阈值th1大于或等于电压阈值th2时boost升压电路的整流输入电压波形示意图。

图3为本发明在电压阈值th1小于电压阈值th2时boost升压电路的整流输入电压波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

请参考图1，本发明输入电压阈值自适应控制的部分有源功率因数校正电路，包括双环控制的boost升压电路1、电压误差放大器2、乘法器3、电流误差放大器4、选定输入电压采样信号阀值模块5、输入电压采样信号采样阈值判断模块6、PWM波形生成模块7、以及PWM驱动IC（芯片）8。

其中，boost升压电路1包括整流桥（RB）、电感（L）、二极管（D）、功率开关管（S）、电容（C）、电流采样电阻（Rs）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）。整流桥的输入端用于连接交流电，电感一端、第一电阻一端均与整流桥的正极输出端连接，二极管阳极、功率开关管集电极均与电感另一端连接，二极管阴极、电容一端、第三电阻一端均与负载的正极输入端连接，第一电阻另一端与第二电阻一端连接，第二电阻另一端、电流采样电阻一端均与整流桥的负极输出端连接，第三电阻另一端与第四电阻一端连接，电流采样电阻另一端、功率开关管发射极、电容另一端、第四电阻另一端、负载的负极输入端均接地。第一电阻另一端用于输出boost升压电路1的输入电压采样信号，第三电阻另一端用于输出boost升压电路1的输出电压采样信号，电流采样电阻一端用于输出boost升压电路1的输入电流采样信号，功率开关管基极用于接收PWM驱动IC8输出的斩波信号或停止斩波信号。

RB是一个不可控整流桥，用于将输入的交流电压和交流电流整形为2倍输入频率的电压和电流半波；L为续流电感；D为快速恢复二极管；S为功率开关管；C为输出储能和滤波电容；Rs为电流采样电阻；G为地。其中，R1和R2构成分压电路，为输入电压的采样分压；R3和R4构成分压电路，为输出电压的采样分压。

电压误差放大器2的一个输入端与第三电阻另一端连接，电压误差放大器2的另一个输入端接输出电压参考信号；乘法器3的一个输入端与电压误差放大器2的输出端连接，乘法器3的另一个输入端与第一电阻另一端连接；电流误差放大器4的一个输入端与乘法器3的输出端连接，电流误差放大器4的另一个输入端与电流采样电阻一端连接；选定输入电压采样信号阀值模块5的输入端与电流采样电阻一端连接，选定输入电压采样信号阀值模块5的输出端与输入电压采样信号采样阈值判断模块6的一个输入端连接；输入电压采样信号采样阈值判断模块6的另一个输入端与第一电阻另一端连接，输入电压采样信号采样阈值判断模块6的输出端与PWM波形生成模块7的一个输入端连接；PWM波形生成模块7的另一个输入端与电流误差放大器4的输出端连接，PWM波形生成模块7的输出端与PWM驱动IC8的输入端连接；PWM驱动IC8的输出端与功率开关管基极连接，PWM驱动IC8用于将上级的PWM输出脉冲放大，驱动功率开关管按一定的方式打开或闭合。

本发明的具体工作原理，如下：

1、电压误差放大器2将输出电压参考信号Vref与boost升压电路1的输出电压采样信号Vo作比较，再内部处理后输出电流参考幅值调节信号Va；

2、乘法器3将电压误差放大器2输出的电流参考幅值调节信号Va与boost升压电路1的输入电压采样信号Vin相乘，再输出电流参考信号Iref；

3、电流误差放大器4将乘法器3输出的电流参考信号Iref与boost升压电路1的输入电流采样信号Ii作比较，再内部处理后输出PWM占空比信号Ia；

4、选定输入电压采样信号阀值模块5根据boost升压电路1的输入电流采样信号Ii进行查表，得到与当前boost升压电路1的输入电流采样信号Ii相匹配的电压阈值th1和电压阈值th2，其中，电压阈值th1为boost升压电路1的一个整流输入电压半波波峰之前的一个电压值，电压阈值th2为同一个整流输入电压半波波峰之后的一个电压值；

5、输入电压采样信号采样阈值判断模块6将选定输入电压采样信号阀值模块5输出的电压阈值th1和电压阈值th2与boost升压电路1的输入电压采样信号Vin作比较；

当boost升压电路1的输入电压采样信号Vin在电压阈值th1与电压阈值th2之间（包括等于th1或等于th2）时，输入电压采样信号采样阈值判断模块6产生PWM波形输出屏蔽信号pwm_mask，并将该PWM波形输出屏蔽信号pwm_mask输出给PWM波形生成模块7，控制PWM波形生成模块7不能输出PWM波形而输出为默认的无效状态信号，并将该无效状态信号输出给PWM驱动IC8，控制PWM驱动IC8输出停止斩波信号，对boost升压电路1停止斩波，即控制功率开关管处于打开状态，从而不会对电感电流进行斩波；

当boost升压电路1的输入电压采样信号Vin在电压阈值th1与电压阈值th2之外时，输入电压采样信号采样阈值判断模块6不会产生PWM波形输出屏蔽信号pwm_mask，使PWM波形生成模块7将电流误差放大器4输出的PWM占空比信号Ia转换为具有占空比的PWM输出脉冲，并将该PWM输出脉冲输出给PWM驱动IC8，控制PWM驱动IC8输出斩波信号，对boost升压电路1进行斩波。

其中，输入电压采样信号Vin的电压阈值th1与电压阈值th2是完全独立设置，电压阈值th1可能大于或等于电压阈值th2（如图2所示），电压阈值th1也可能小于电压阈值th2（如图3所示），这样设置可以灵活地调节所设电压阈值，使得整个带负载电路能获得更高的功率因数值和更低的总电流谐波失真。

综上所述，本发明是根据不同负载大小，设计一张不同输入电压阈值大小的表格，在实际电路运行时，电路通过检测整流输入电流的大小，判断PFC电路负载的大小，然后通过查表得到此时最佳的输入电压阈值大小，并设定电路工作在这个输入电压阈值，使电路能够根据负载的变化自动适应，选择最佳的输入电压阈值，得到比较高的功率因数（即pf值）和较低的总谐波失真，让电路工作在最佳状态。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种输入电压阈值自适应控制的部分有源功率因数校正电路，包括双环控制的boost升压电路，其特征在于：还包括电压误差放大器，用于将输出电压参考信号与所述boost升压电路的输出电压采样信号作比较，再内部处理后输出电流考幅值调节信号；

乘法器，用于将所述电压误差放大器输出的电流参考幅值调节信号与boost升压电路的输入电压采样信号相乘，再输出电流参考信号；

电流误差放大器，用于将所述乘法器输出的电流参考信号与boost升压电路的输入电流采样信号作比较，再内部处理后输出PWM占空比信号；

选定输入电压采样信号阀值模块，根据所述boost升压电路的输入电流采样信号进行查表，得到与当前boost升压电路的输入电流采样信号相匹配的电压阈值（th1）和电压阈值（th2），所述电压阈值（th1）为boost升压电路的一个整流输入电压半波波峰之前的一个电压值，所述电压阈值（th2）为同一个整流输入电压半波波峰之后的一个电压值；

输入电压采样信号采样阈值判断模块，用于将所述选定输入电压采样信号阀值模块输出的电压阈值（th1）和电压阈值（th2）与boost升压电路的输入电压采样信号作比较；

PWM波形生成模块、以及PWM驱动IC，当所述boost升压电路的输入电压采样信号在所述电压阈值（th1）与电压阈值（th2）之间时，所述输入电压采样信号采样阈值判断模块产生PWM波形输出屏蔽信号，并将该PWM波形输出屏蔽信号输出给所述PWM波形生成模块，控制所述PWM波形生成模块不能输出PWM波形而输出为默认的无效状态信号，并将该无效状态信号输出给所述PWM驱动IC，控制所述PWM驱动IC输出停止斩波信号，对所述boost升压电路停止斩波；

当所述boost升压电路的输入电压采样信号在所述电压阈值（th1）与电压阈值（th2）之外时，所述输入电压采样信号采样阈值判断模块不会产生PWM波形输出屏蔽信号，使所述PWM波形生成模块将所述电流误差放大器输出的PWM占空比信号转换为具有占空比的PWM输出脉冲，并将该PWM输出脉冲输出给所述PWM驱动IC，控制所述PWM驱动IC输出斩波信号，对所述boost升压电路进行斩波。

2.根据权利要求1所述的输入电压阈值自适应控制的部分有源功率因数校正电路，其特征在于：所述电压阈值（th1）大于或等于电压阈值（th2）。

3.根据权利要求1所述的输入电压阈值自适应控制的部分有源功率因数校正电路，其特征在于：所述电压阈值（th1）小于电压阈值（th2）。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的输入电压阈值自适应控制的部分有源功率因数校正电路，其特征在于：所述boost升压电路包括整流桥、电感、二极管、功率开关管、电容、电流采样电阻、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻；

所述整流桥的输入端用于连接交流电，所述电感一端、第一电阻一端均与整流桥的正极输出端连接，所述二极管阳极、功率开关管集电极均与电感另一端连接，所述二极管阴极、电容一端、第三电阻一端均与负载的正极输入端连接，所述第一电阻另一端与第二电阻一端连接，所述第二电阻另一端、电流采样电阻一端均与整流桥的负极输出端连接，所述第三电阻另一端与第四电阻一端连接，所述电流采样电阻另一端、功率开关管发射极、电容另一端、第四电阻另一端、负载的负极输入端均接地；

所述第一电阻另一端用于输出所述boost升压电路的输入电压采样信号，所述第三电阻另一端用于输出所述boost升压电路的输出电压采样信号，所述电流采样电阻一端用于输出所述boost升压电路的输入电流采样信号，所述功率开关管基极用于接收所述PWM驱动IC输出的斩波信号或停止斩波信号。

Images