CN104393750A - 无桥pfc电路 - Google Patents

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Abstract

无桥PFC电路，涉及PFC转换器技术领域，包括控制单元、输入电压采样电路、第一桥臂、第二桥臂、电感L1和电感L2，还包括用于采样流经开关Q1的电流的第一电流采样电路和用于采样流经开关Q2的电流的第二电流采样电路，输入电压采样电路跨接在所述交流电源的两端以采样所述无桥PFC电路的实时输入电压，在交流电源输入的某一个半周，开关Q1和Q2中的一个保持闭合，控制单元根据所述无桥PFC电路的实时输入电压值和实时输入电流值产生驱动信号另一个开关的通断，以控制所述无桥PFC电路输入电流的波形跟随输入电压的波形。利用两个桥臂的协调，简化了对输入电流的控制。

Description

无桥PFC电路
技术领域
本发明创造涉及PFC转换器技术领域，具体涉及一种无桥PFC电路。
背景技术
电力电子装置的大量频繁使用给电网造成了很严重的谐波污染，因此必须引入PFC（功率因数校正）电路来降低电网中的谐波污染。
为提高转换效率，无桥PFC电路被设计出来并逐渐成为研究的热点。相对于传统的PFC电路，无桥PFC电路略掉了前端的整流桥，减少了一个二极管的通态损耗，提高了转换效率。图1为一种无桥PFC电路的电路原理图，其设有两个桥臂，通过控制两个桥臂的电流，使无桥PFC电路的输入电流的波形跟随输入电压的波形，达到功率因数校正的目的。现有的无桥PFC电路存在的问题是，对输入电流的控制比较复杂。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明创造提供一种PFC电路，其能简化对输入电流的控制。
为实现上述目的，本发明创造提供以下技术方案。
无桥PFC电路，包括控制单元、输入电压采样电路、第一桥臂、第二桥臂、电感L1和电感L2，第一桥臂包括相串联的二极管D1和开关Q1，第二桥臂包括相串联的二极管D2和开关Q2，第一桥臂和第二桥臂并联后连接在所述无桥PFC电路的正极输出端VDC+和负极输出端VDC-之间，电感L1一端连接二极管D1和开关Q1的接点，另一端接交流电源的一端，电感L2连接二极管D2和开关Q2的接点，另一端接所述交流电源的另一端，输入电压采样电路跨接在所述交流电源的两端以采样所述无桥PFC电路的实时输入电压，所述无桥PFC电路还包括用于采样流经开关Q1的电流的第一电流采样电路和用于采样流经开关Q2的电流的第二电流采样电路，
在所述交流电源的输入的正半周，控制单元控制开关Q2保持闭合，所述交流电源一路输入电流流经电感L1、二极管D1、负载、开关Q2和电感L2形成一个回路，控制单元产生驱动信号控制开关Q1的通断，开关Q1导通时，有另一路输入电流流经电感L1、开关Q1、开关Q2和电感L2形成第二个回路，以控制所述无桥PFC电路输入电流的波形跟随输入电压的波形，第二电流采样电路采样所述无桥PFC电路的实时输入电流，控制单元根据输入电压采样电路采样到的所述无桥PFC电路的实时输入电压值和第二电流采样电路采样到的实时输入电流值产生上述驱动信号；
在所述交流电源的输入的负半周，控制单元控制开关Q1保持闭合，所述交流电源一路输入电流流经电感L2、二极管D2、负载、开关Q1和电感L1形成一个回路，控制单元产生驱动信号控制开关Q2的通断，开关Q2导通时，有另一路输入电流流经电感L2、开关Q2、开关Q1和电感L1形成第二个回路，以控制所述无桥PFC电路输入电流的波形跟随输入电压的波形，第一电流采样电路采样所述无桥PFC电路的实时输入电流，控制单元根据输入电压采样电路采样到的所述无桥PFC电路的实时输入电压值和第一电流采样电路采样到的实时输入电流值产生上述驱动信号。
其中，控制单元对所述无桥PFC电路的实时输入电压值和实时输入电流值进行PID运算，以该PID运算的结果为占空比产生相应的所述驱动信号。
其中，还包括电容C4，电容C4跨接在所述无桥PFC电路的正极输出端VDC+和负极输出端VDC-之间。
其中，每个电流采样电路包括七个电阻、三个电容和一个运放，第一个电阻为采样电阻，其与相应的开关串联，第二个电阻一端连接采样电阻的一端，另一端连接运放的反相输入端，第三个电阻一端连接采样电阻的另一端，另一端连接运放的同相输入端，第四个电阻和第五个电阻串联后连接在VCC电源和模拟地AGND之间，第一个电容与第五个电阻并联，第四个电阻和第五个电阻的接点与运放的同相输入端连接，第六个电阻和第二个电容并联后连接在运放的反相输入端和输出端之间，第七个电阻第一端连接运放的输出端，第二端作为该电流采样电路的输出端连接控制单元，第三个电容一端连接第七个电阻与控制单元的接点，另一端接模拟地AGND。
本发明创造的有益效果是，在交流电源输入的不同时期，两个桥臂的开关Q1和Q2交替保持闭合，在一个桥臂的开关保持闭合时，通过控制另一个桥臂的开关的通断，以控制本无桥PFC电路的输入电流，从而达到让本无桥PFC电路的输入电流的波形跟随输入电压的波形的目的。利用本无桥PFC电路的两个桥臂的协调，简化了对输入电流的控制。
附图说明
图1为一种无桥PFC电路的电路原理图。
图2为本发明创造的无桥PFC电路的电路原理图。
图3为本发明创造的无桥PFC电路的电流采样电路的电路原理图。
附图标记包括：控制单元1、第一电流采样电路21、第二电流采样电路22、输入电压采样电路3、第一桥臂4、第二桥臂5。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明创造进行详细说明。
如图2所示，本实施例的无桥PFC电路包括控制单元1、输入电压采样电路3、第一桥臂4、第二桥臂5、电感L1和电感L2，第一桥臂4和第二桥臂5并联后连接在本无桥PFC电路的正极输出端VDC+和负极输出端VDC-之间。输入电压采样电路3采样本无桥PFC电路的实时输入电压。
交流电源AC的输入处于正半周时，控制单元1控制开关Q2保持闭合，电流从交流电源AC流经电感L1、二极管D1到正极输出端VDC+，然后流经负载后到负极输出端VDC-，然后从负极输出端VDC-流经第二电流采样电路22、开关Q2和电感L2后到达交流电源AC形成回路。此时第二电流采样电路22采样的电流即为本无桥PFC电路的实时输入电流，控制单元1对本无桥PFC电路的实时输入电压值和实时输入电流值进行PID运算，以该PID运算的结果为占空比产生驱动信号控制开关Q1的通断。在交流电源AC的输入处于正半周的时间内，如果开关Q1受控闭合，电流从电感L1流至电感L1与第一桥臂4的接点时，除了流向二极管D1的一路电流外，还有一路电流流向开关Q1，并在流经第一电流采样电路21、第二电流采样电路22、开关Q2和电感L2后到达交流电源AC形成回路，如此，便通过闭合开关Q1来控制本无桥PFC电路的处于交流电源AC的该正半周时间内的输入电流，从而控制所述无桥PFC电路输入电流的波形跟随输入电压的波形。
交流电源AC的输入处于负半周时，控制单元1控制开关Q1保持闭合，电流从交流电源AC流经电感L2、二极管D2到正极输出端VDC+，然后流经负载后到负极输出端VDC-，然后从负极输出端VDC-流经第一电流采样电路21、开关Q1和电感L1后到达交流电源AC形成回路。此时第一电流采样电路21采样的电流即为本无桥PFC电路的实时输入电流，控制单元1对本无桥PFC电路的实时输入电压值和实时输入电流值进行PID运算，以该PID运算的结果为占空比产生驱动信号控制开关Q1的通断。在交流电源AC的输入处于负半周的时间内，如果开关Q2受控闭合，电流从电感L2流至电感L2与第二桥臂5的接点时，除了流向二极管D2的一路电流外，还有一路电流流向开关Q2，并在流经第二电流采样电路22、第一电流采样电路21、开关Q1和电感L1后到达交流电源AC形成回路，如此，便通过闭合开关Q2来控制本无桥PFC电路的处于交流电源AC的该负半周时间内的输入电流，从而控制所述无桥PFC电路输入电流的波形跟随输入电压的波形。
如图2所示，在正极输出端VDC+和负极输出端VDC-之间还跨接有电容C4，其起到输出稳压的作用。
第一电流采样电路21和第二电流采样电路22结构相同。如图3所示为电流采样电路的电路原理，电阻Rs1为采样电阻，其a端连接负极输出端VDC-，第一电流采样电路21的采样电阻的b端连接开关Q1，第二电流采样电路22的采样电阻的b端连接开关Q2，电流采样电路的c端则连接控制单元1。电流采样电路的工作原理如下，运放U1的输出电压为：
                                                
式中，电阻R1、R2、R3、R4、R5、Rs1的阻值已知，供电电源VCC已知，控制单元1根据A/D转换可以得到运放U1的输出电压VAD1的大小，从而根据式(2)就可以求得通过采样电阻Rs1的电流I1的大小。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.无桥PFC电路，包括控制单元、输入电压采样电路、第一桥臂、第二桥臂、电感L1和电感L2，第一桥臂包括相串联的二极管D1和开关Q1，第二桥臂包括相串联的二极管D2和开关Q2，第一桥臂和第二桥臂并联后连接在所述无桥PFC电路的正极输出端VDC+和负极输出端VDC-之间，电感L1一端连接二极管D1和开关Q1的接点，另一端接交流电源的一端，电感L2连接二极管D2和开关Q2的接点，另一端接所述交流电源的另一端，输入电压采样电路跨接在所述交流电源的两端以采样所述无桥PFC电路的实时输入电压，所述无桥PFC电路还包括用于采样流经开关Q1的电流的第一电流采样电路和用于采样流经开关Q2的电流的第二电流采样电路，其特征是：
在所述交流电源的输入的正半周，控制单元控制开关Q2保持闭合，所述交流电源一路输入电流流经电感L1、二极管D1、负载、开关Q2和电感L2形成一个回路，控制单元产生驱动信号控制开关Q1的通断，开关Q1导通时，有另一路输入电流流经电感L1、开关Q1、开关Q2和电感L2形成第二个回路，以控制所述无桥PFC电路输入电流的波形跟随输入电压的波形，第二电流采样电路采样所述无桥PFC电路的实时输入电流，控制单元根据输入电压采样电路采样到的所述无桥PFC电路的实时输入电压值和第二电流采样电路采样到的实时输入电流值产生上述驱动信号；
在所述交流电源的输入的负半周，控制单元控制开关Q1保持闭合，所述交流电源一路输入电流流经电感L2、二极管D2、负载、开关Q1和电感L1形成一个回路，控制单元产生驱动信号控制开关Q2的通断，开关Q2导通时，有另一路输入电流流经电感L2、开关Q2、开关Q1和电感L1形成第二个回路，以控制所述无桥PFC电路输入电流的波形跟随输入电压的波形，第一电流采样电路采样所述无桥PFC电路的实时输入电流，控制单元根据输入电压采样电路采样到的所述无桥PFC电路的实时输入电压值和第一电流采样电路采样到的实时输入电流值产生上述驱动信号。
2.根据权利要求1所述的无桥PFC电路，其特征是，控制单元对所述无桥PFC电路的实时输入电压值和实时输入电流值进行PID运算，以该PID运算的结果为占空比产生相应的所述驱动信号。
3.根据权利要求1所述的无桥PFC电路，其特征是，还包括电容C4，电容C4跨接在所述无桥PFC电路的正极输出端VDC+和负极输出端VDC-之间。
4.根据权利要求1所述的无桥PFC电路，其特征是，每个电流采样电路包括七个电阻、三个电容和一个运放，第一个电阻为采样电阻，其与相应的开关串联，第二个电阻一端连接采样电阻的一端，另一端连接运放的反相输入端，第三个电阻一端连接采样电阻的另一端，另一端连接运放的同相输入端，第四个电阻和第五个电阻串联后连接在VCC电源和模拟地AGND之间，第一个电容与第五个电阻并联，第四个电阻和第五个电阻的接点与运放的同相输入端连接，第六个电阻和第二个电容并联后连接在运放的反相输入端和输出端之间，第七个电阻第一端连接运放的输出端，第二端作为该电流采样电路的输出端连接控制单元，第三个电容一端连接第七个电阻与控制单元的接点，另一端接模拟地AGND。
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