CN104901527A - 功率因数校正控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种功率因数校正控制装置和控制方法，其中，控制装置包括：用于检测输入电压的特征参数的第一检测模块；对输入电压进行的转换模块，转换模块包括控制开关；输出电容；用于检测输出电压的第二检测电路；电路控制模块，电路控制模块的第一输入端和第二输入端均与第一检测模块的另一端连接，第三输入端与第二检测模块的另一端连接，电路控制模块的输出端与控制开关的控制端连接，电路控制模块根据输入电压的特征参数和输出电压生成控制信号，并根据控制信号控制控制开关的开关以进行功率因数校正。本发明的控制装置和控制方法，可以降低开关损耗，提高转换效率，在控制过程中需要的采样参数较少，占用控制芯片的资源少，控制简单。

Description

功率因数校正控制装置和方法

技术领域

本发明涉及电器制造技术领域，特别涉及一种功率因数校正控制装置和方法。

背景技术

在变频空调控制系统中，由于不可控整流桥和大电容滤波的存在，造成输入电源电流通电区间变窄，因而使得电流波形成为较多含有谐波成分的失真波形。波形的失真引起电流功率因数（Power Factor）的变化，因而对电网和其他用电设备的安全运行造成潜在危害。目前国际和国内已对谐波规格有了严格的要求、规格的内容基于欧洲标准[EN61000-3]。

空调各厂家为了应对谐波规格，搭载了PFC控制系统。目前功率因数校正器（PowerFactor Correction,PFC)主要采取无源式（Passive PFC）和有源式（Active PFC）两种方案。无源式PFC方法的优势在于成本低、可靠性高，但其功率因数校正有限，特别是在输入功率大时其直流母线电压降明显。有源式（ACTIVE）PFC主要分为全PFC（FullModular APFC）和部分PFC（Partial APFC）两种方式，其中全PFC方法效果较好，功率因数可以达到99%以上，电流的谐波含量也可以抑制在10%以下，且输出电压稳定，但是，由于使用了高频电感和高速功率器件，因而引起的EMI(电磁干扰，Electromagnetic Interference简称EMI)问题处理比较麻烦，滤波器设计复杂成本高，同时其本身使用的高频电感成本也较高，控制复杂，调试难度大。另外，部分PFC不但可以解决无源校正功率因数低，电压降明显的缺点，通过减少开关次数，可以降低功率器件的损耗。提高转换效率，具有更加广阔的应用前景。但是，现有部分PFC控制方案中，电感和开关功率管位于整流桥前或者整流桥后，不论哪种方式，控制方案都要检测输入电压过零点、电感电流、输出直流电压，控制IC（Integrated Circuit，集成电路）通过输入电压过零点信号和电感电流、负载大小控制电路的工作模式和输出PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)脉冲信号的占空比，从而控制输入电流跟随输入电压并调节输出电压。控制相对负载，需要的采样参数多，占用控制芯片的资源多。

发明内容

本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题。

为此，本发明的一个目的在于提出一种功率因数校正控制装置，该功率因数校正控制装置可以降低开关损耗，提高转换效率，在控制过程中需要的采样参数较少，占用控制芯片的资源少，控制简单。

本发明的另一个目的在于提出一种功率因数校正控制方法。

为达到上述目的，本发明的一方面实施例提出一种功率因数校正控制装置，该功率因数校正控制装置包括用于检测输入电压的特征参数的第一检测模块，所述第一检测模块的一端与电源的第一端连接；对所述输入电压进行的转换模块，所述转换模块包括控制开关，所述转换模块的第一输入端与所述电源的第一端连接，所述转换模块的第二输入端与电源的第二端连接；输出电容，所述输出电容的一端与所述转换模块的第一输出端连接，所述输出电容的另一端与所述转换模块的第二输出端连接；用于检测输出电压的第二检测模块，所述第二检测模块的一端与所述转换模块的第一输出端连接，电路控制模块，所述电路控制模块的第一输入端和第二输入端均与所述第一检测模块的另一端连接，所述电路控制模块的第三输入端与所述第二检测模块的另一端连接，所述电路控制模块的输出端与所述控制开关的控制端连接，所述电路控制模块根据所述输入电压的特征参数和输出电压生成控制信号，并根据所述控制信号控制所述控制开关的开关以进行功率因数校正。

根据本发明实施例的功率因数校正控制装置，通过第一检测模块和第二检测模块分别检测输入电压的特征参数和输出电压，进而电路控制模块根据特征参数和输出电压生成控制信号以控制控制开关的开关，从而实现功率因数的校正，可以实现电网或设备的输入电流谐波满足规格要求，需要采集的参数少，减少了占用控制芯片的资源，控制简单。

其中，在本发明的一些实施例中，所述第一检测模块包括：检测所述输入电压的电压峰值信号的第一检测单元，所述第一检测单元的一端与所述电源的第一端连接，所述第一检测单元的另一端与所述电路控制模块的第一输入端连接；检测所述输入电压的电压过零点信号的第二检测单元，所述第二检测单元的一端与所述电源的第一端连接，所述第二检测单元的另一端与所述电路控制模块的第二输入端连接。

在本发明的一些实施例中，所述转换模块还包括：第一电感，所述第一电感的一端与所述电源的第一端连接；第一桥式电路，所述第一桥式电路包括：第一二极管，所述第一二极管的一端与所述控制开关的第一端连接；第二二极管，所述第二二极管的一端与所述第一二极管的另一端连接，所述第一二极管另一端与所述第二二极管的一端之间具有第一节点，所述第一节点与所述电源第二端连接，所述第二二极管的另一端与所述控制开关的第二端连接；第三二极管，所述第三二极管的一端与所述控制开关的第一端连接；第四二极管，所述第四二极管的一端与所述第三二极管的另一端连接，所述第四二极管的一端与所述第三二极管的另一端之间具有第二节点，所述第二节点与所述第一电感的另一端连接，所述第四二极管的另一端与所述控制开关的第二端连接；第二桥式电路，所述第二桥式电路包括：第五二极管，所述第五二极管的一端与所述输出电容的另一端连接；第六二极管，所述第六二极管的一端与所述第五二极管的另一端连接，所述第六二极管的一端与所述第五二极管的另一端之间具有第三节点，所述第三节点与所述第一电感的另一端连接，所述第六二极管的另一端与所述输出电容的一端连接；第七二极管，所述第七二极管的一端与所述输出电容的另一端连接；第八二极管，所述第八二极管的一端与所述第七二极管的另一端连接，所述第八二极管的一端与所述第七二极管的另一端之间具有第四节点，所述第四节点与所述电源的第二端连接，所述第八二极管的另一端与所述输出电容的一端连接。

在本发明的一些实施例中，所述转换模块还包括：第二电感，所述第二电感的一端与所述控制开关的第二端连接；第三桥式电路，所述第三桥式电路包括：第九二极管，所述第九二极管的一端与所述控制开关的第一端连接；第十二极管，所述第十二极管的一端与所述第九二极管的另一端连接，所述第十二极管的一端与所述第九二极管另一端之间具有第五节点，所述第五节点与所述电源的第一端连接，所述第十二极管的另一端与所述第二电感的另一端连接；第十一二极管，所述第十一二极管的一端与所述控制开关的第一端连接；第十二二极管，所述第十二二极管的一端与所述第十一二极管的另一端连接，所述第十二二极管的一端与所述第十一二极管的另一端之间具有第六节点，所述第六节点与所述电源的第二端连接，所述第十二二极管的另一端与所述第二电感的另一端连接；第十三二极管，所述第十三二极管的一端与所述控制开关的第二端连接，所述第十三二极管的另一端与所述输出电容的一端连接。

在本发明的一些实施例中，所述转换模块还包括：第三电感，所述第三电感的一端与所述第二电感的另一端连接；第一控制开关，所述第一控制开关的第一端与所述输出电容的另一端连接，所述第一控制开关的第二端与所述第三电感的另一端连接，所述第一控制开关的控制端与所述电路控制模块连接；第十四二极管，所述第十四二极管的一端与所述第一控制开关的第二端连接，所述第十四二极管的另一端与所述输出电容的一端连接。

在本发明的一些实施例中，所述电路控制模块包括：用于根据所述输入电压的电压峰值信号获得参考电压的第一运算单元，所述第一运算单元的一端与所述第一检测单元的另一端连接；用于将所述参考电压与所述输出电压进行比较获得比较数据的第二运算单元，所述第二运算单元的一端与所述第一运算单元的另一端连接；对所述比较数据进行调节的调节单元，所述调节单元的一端与所述第二运算单元的另一端连接；对所述输入电压的过零点信号进行处理获得过零点数据的第一处理单元，所述第一处理单元的一端与所述第二检测单元的另一端连接；以及根据调节后的数据和过零点数据产生控制信号的第二处理单元，所述第二处理单元的第一输入端与所述调节单元的另一端连接，所述第二处理单元的第二输入端与所述第一处理单元的另一端连接，所述第二处理单元的输出端与所述控制开关的控制端连接。

其中，在本发明的一些实施例中，所述调节后的数据与所述控制开关在半个工频周期中进行两次开关的时间长度和间隔成线性关系。

电路控制模块根据上述线性关系生成控制信号以控制控制开关在半个工频周期内开关两次，即可达到谐波标准的要求，可以降低控制开关的损耗，提高转换效率。

为达到上述目的，本发明的另一方面实施例提出一种功率因数校正控制方法，该功率因数校正控制方法包括以下步骤：检测输入电压的特征参数；对所述输入电压进行转换之后输出；检测输出电压；根据所述输入电压的特征参数和所述输出电压生成控制信号，并根据所述控制信号控制控制开关的开关以进行功率因数校正。

根据本发明实施例的功率因数校正控制方法，通过检测输入电压的特征参数和输出电压，进而根据特征参数和输出电压生成控制信号以控制控制开关的开关，从而实现功率因数的校正，可以实现电网或设备的输入电流谐波满足规格要求，需要采集的参数少，可以减少占用控制芯片的资源，控制简单。

其中，在本发明的一些实施例中，检测输入电压的特征参数包括：检测所述输入电压的电压峰值信号；以及检测所述输入电压的电压过零点信号。

在本发明的一些实施例中，根据所述输入电压的特征参数和所述输出电压生成控制信号具体包括：根据所述输入电压的电压峰值信号获得参考电压；将所述参考电压与所述输出电压进行比较获得比较数据；对所述比较数据进行调节；对所述输入电压的过零点信号进行处理获得过零点数据；以及根据调节后的数据和过零点数据生成控制信号。

其中，在本发明的一些实施例中，所述调节后的数据与所述控制开关在半个工频周期中进行两次开关的时间长度和间隔成线性关系。

根据上述线性关系生成控制信号以控制控制开关在半个工频周期内开关两次，即可达到谐波标准的要求，可以降低控制开关的损耗，提高转换效率。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明的一个实施例的功率因数校正的控制装置的电路图；

图2为根据本发明的一个具体实施例的针对图1的装置工作过程中调节后的数据与控制开关的两次开关的对应关系示意图；

图3为根据本发明的一个具体实施例的电流波形调制的效果示意图；

图4为根据本发明的一个实施例的转换电路的电路图；

图5为根据本发明的另一个实施例的转换电路的电路图；

图6为根据本发明的一个实施例的转换电路的电路图；

图7为根据本发明的另一个实施例的转换电路的电路图；

图8为根据本发明的再一个实施例的转换电路的电路图；以及

图9为根据本发明的一个实施例的功率因数校正控制方法的流程图。

附图标记

第一检测模块10、转换模块20、输出模块30、第二检测模块40和电路控制模块50，第一检测单元101和第二检测单元102，第一运算单元501、第二运算单元502、调节单元503、第一处理单元504和第二处理单元505，第一电感202、第一桥式电路203和第二桥式电路204，第二电感205和第三桥式电路206，第三电感207、第一控制开关208。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参照附图描述根据本发明实施例的功率因数校正控制装置和控制方法。

图1为根据本发明的一个实施例的功率因数校正控制装置的示意图。如图1所示，本发明实施例的功率因数校正控制装置包括第一检测模块10、转换模块20、输出电容30、第二检测模块40和电路控制模块50。其中，第一检测模块10用于检测输入电压的特征参数例如检测输入电压的峰值信号、过零点信号，第一检测模块10的一端与电源的第一端连接，例如图1中，第一检测模块10的一端与电源AC的输入端L（火线）连接。转换模块20对输入电压进行转换例如将输出交流电转换为直流电，转换模块20包括控制开关201例如IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）功率管，转换模块20的第一输入端1与电源的第一端例如L端连接，转换模块20的第二输入端2与电源的第二端例如电源AC的N（零线）端连接。输出电容30的一端3与转换模块20的第一输出端5连接，输出电容30的另一端4与转换模块20的第二输出端6连接。第二检测模块40用于检测输出电压，第二检测模块40的一端与转换模块20的第一输出端5连接。电路控制模块50的第一输入端7和第二输入端8均与第一检测模块10的另一端连接，电路控制模块50的第三输入端9与第二检测模块40的另一端连接，电路控制模块50的输出端10与控制开关201的控制端C连接，电路控制模块50根据输入电压的特征参数和输出电压生成控制信号，并根据控制信号控制控制开关201的开关以进行功率因数校正。功率因数与输入电压和输出电压有关，输出电压与控制开关201的开关频率有关，因而通过控制控制开关201的开关可以调节输出电压随输入电压变化，提高功率因数，减少谐波造成的波形失真。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第一检测模块10可以包括第一检测单元101和第二检测单元102。其中，第一检测单元101检测输入电压的电压峰值信号，第一检测单元101的一端与电源的第一端连接，第一检测单元101的另一端与电路控制模块50的第一输入端7连接。第二检测单元102检测输入电压的电压过零点信号，第二检测单元102的一端与电源的第一端连接，第二检测单元102的另一端与电路控制模块50的第二输入端8连接。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，电路控制模块50可以包括第一运算单元501、第二运算单元502、调节单元503、第一处理单元504和第二处理单元505。其中，第一运算单元501用于根据输入电压的电压峰值信号获得参考电压，第一运算单元501的一端7与第一检测单元101的另一端连接。第二运算单元502用于将参考电压与输出电压进行比较获得比较数据，第二运算单元502的一端与第一运算单元501的另一端连接。调节单元503对比较数据进行调节，调节单元503的一端与第二运算单元502的另一端连接。第一处理单元504对输入电压的过零点信号进行处理获得过零点数据，第一处理单元504的一端与第二检测单元102的另一端连接。第二处理单元505根据调节后的数据和过零点数据产生控制信号，第二处理单元505的第一输入端与调节单元503的另一端连接，第二处理单元505的第二输入端与第一处理单元504的另一端连接，第二处理单元505的输出端10与控制开关201的控制端C连接。

具体地，通过第一检测单元101和第二检测单元102分别检测获得输入电压的电压峰值信号和电压过零点信号，需要说明的是，除了检测输入电压的电压峰值信号，还可以检测输入电压的均方根值、平均值等与正选输入电压峰值信号一一对应的有意义的值。进而第一运算单元501根据电压峰值信号获得参考电压，例如第一运算单元501将电压峰值信号乘以预设值K获得参考电压，其中K可以设为0.8-0.9。获得的参考电压与第二检测模块40检测的输出电压是一一对应的。进而第二运算单元502将获得的参考电压和检测的输出电压进行比较，例如进行相减，获得比较数据，通过调节单元503对比较数据进行调节，例如对比较数据进行PI（Proportion Integration，比例积分）调节，以使整个控制装置可以快速稳定运行。可以理解的是，也可以通过P（Proportion，比例）调节或PID（Proportion Integration Differentiation，比例-积分-微分）调节或者其他自动控制中使用的调节方式。同时，第一处理单元504对输入电压的过零点信号进行处理获得过零点数据，进而第二处理单元505根据调节后的数据和过零点数据产生控制信号，根据控制信号控制控制开关201的开关。其中，调节后的数据与控制开关201在半个工频周期中进行两次开关的时间长度和间隔成线性关系。例如，如图2所示为根据本发明的一个实施例的调节后的数据与控制开关的两次开关的对应关系示意图，其中，经过调节单元503调节之后的数据设为digit，L1代表控制开关201第一次关断界限，L2代表控制开关201第二次开关开启界限，L3代表控制开关201第二次开关关断界限)。根据调节之后的数据digit，参照图2的对应关系，可以获得对应控制开关201的脉冲控制信号，即可以获得控制开关两次开关的时间长度和间隔的控制信号，进而根据控制信号控制控制开关201在半个工频周期中进行两次开关。与高频部分PFC控制方式（开关频率在1K-23KHz以上）相比大大降低了开关损耗，提高了转换效率。可以理解的是，为了降低转换模块20中电感充电电流或改善电感噪音，可以增加半个工频周期内的开关次数，但是控制算法仍然基于输入电压的电压峰值信号与输出电压大小的线性关系。

电路控制模块50的控制算法基于输入电压峰值与输出直流电压的线性关系。以特有的定电压控制方式来实现了对电网输入电流谐波的控制。换句话说，在输入电压不变的情况下，整流后的DC电压被设定为一个定值，相对于其他部分PFC控制电路必须检测输入电流波形信号与电压波形信号比较计算出控制信号占空比的方法来说，控制上更加简单。减少了控制芯片资源的占用，也有利于后端逆变控制的算法设计。

基于以上电路控制模块50的控制算法过程，通过控制控制开关201例如IGBT功率管的开关改善了电网输入电流的波形，达到改善输入电流谐波含量的目的。如图3所示为根据本发明的一个实施例功率因数校正控制中采用的双脉冲时的控制信号以及电流调制波形示意图，其中，P1为控制开关的控制信号曲线，控制开关201在半个工频周期内开关两次，P2为输入电压信号曲线，P3为电流调制波形曲线，输入电流有效值小于16A，电流调制波形中的谐波含量满足IEC61000-3-2标准要求。

进一步地，本发明实施例的功率因数校正控制装置中的转换模块20包括多种变形电路，以下在多个实施例中进行说明。

在本发明的一个实施例中，如图4所示，转换模块20还包括第一电感202、第一桥式电路203和第二桥式电路204。其中，第一电感202的一端与电源的第一端例如电源AC的L端连接。第一桥式电路203包括：第一二极管D1，第一二极管D1的一端与控制开关201的第一端a连接。第二二极管D2的一端与第一二极管D1的另一端连接，第一二极管D1另一端与第二二极管D2的一端之间具有第一节点O1，第一节点O1与电源的第二端连接，第二二极管D2的另一端与控制开关201的第二端b连接。第三二极管D3，第三二极管D3的一端与控制开关201的第一端a连接；第四二极管D4，第四二极管D4的一端与第三二极管D3的另一端连接，第四二极管D4的一端与第三二极管D3的另一端之间具有第二节点O2，第二节点O2与第一电感202的另一端连接，第四二极管D4的另一端与控制开关201的第二端b连接；第二桥式电路204包括：第五二极管D5，第五二极管D5的一端与输出电容30的另一端4连接；第六二极管D6，第六二极管D6的一端与第五二极管D5的另一端连接，第六二极管D6的一端与第五二极管D5的另一端之间具有第三节点O3，第三节点O3与第一电感202的另一端连接，第六二极管D6的另一端与输出电容30的一端3连接；第七二极管D7，第七二极管D7的一端与输出电容30的另一端4连接；第八二极管D8，第八二极管D8的一端与第七二极管D7的另一端连接，第八二极管D8的一端与第七二极管D7的另一端之间具有第四节点O4，第四节点O4与电源的第二端连接，第八二极管D8的另一端与输出电容30的一端3连接。

在本发明的另一个实施例中，如图5所示，上述功率因数校正控制装置中的转换模块20可以包括第二电感205和第三桥式电路206。其中，第二电感205的一端与控制开关201的第二端b连接；第三桥式电路206包括：第九二极管D9，第九二极管D9的一端与控制开关201的第一端a连接；第十二极管D10，第十二极管D10的一端与第九二极管D9的另一端连接，第十二极管D10的一端与第九二极管D9另一端之间具有第五节点O5，第五节点O5与电源的第一端连接，第十二极管D10的另一端与第二电感205的另一端连接；第十一二极管D11，第十一二极管D11的一端与控制开关201的第一端a连接；第十二二极管D12，第十二二极管D12的一端与第十一二极管D12的另一端连接，第十二二极管D12的一端与第十一二极管D11的另一端之间具有第六节点O6，第六节点O6与电源第二端连接，第十二二极管D12的另一端与第二电感205的另一端连接；第十三二极管D13，第十三二极管D13的一端与控制开关201的第二端b连接，第十三二极管D13的另一端与输出电容30的一端3连接。

另外，由于元器件选型的原因，转换模块20中在相同位置可以采用多个电感、电容、二极管或者控制开关201例如IGBT功率管进行并联或串联实现本发明。例如，在本发明的一个实施例中，如图6所示，第一电感202为并联式的电感L1和电感L2。再例如图7所示，第二电感205为并联式的电感L3和电感L4，第十三二极管D13为并联式的二极管d1和二极管d2。

在本发明的另一个实施例中，参照图5如图8所示，转换模块20还可以包括第三电感207、第一控制开关208和第十四二极管D14。其中，第三电感207的一端与第二电感205的另一端连接；第一控制开关208的第一端a1与输出电容30的另一端4连接，第一控制开关208的第二端b1与第三电感207的另一端连接，第一控制开关208的控制端c1与电路控制模块50输出端连接；第十四二极管D14的一端与第一控制开关208的第二端b1连接，第十四二极管D14的另一端与输出电容30的一端3连接。

综上所述，根据本发明实施例的功率因数校正控制装置，通过第一检测模块和第二检测模块分别检测输入电压的特征参数和输出电压，进而电路控制模块根据特征参数和输出电压生成控制信号以控制控制开关的开关，从而实现功率因数的校正，可以实现电网或设备的输入电流谐波满足规格要求，需要采集的参数少，减少了占用控制芯片的资源，控制简单。另外，调节单元调节后的比较数据与控制开关在半个工频周期中进行两次开关的时间长度和间隔成线性关系，电路控制模块即根据此线性关系生成控制信号以控制控制开关在半个工频周期内开关两次，即可达到谐波标准的要求，可以降低控制开关的损耗，提高转换效率。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的一种功率因数校正控制方法。

图9为根据本发明的一个实施例的功率因数校正控制方法的流程图。如图9所示，该功率因数校正控制方法包括以下步骤：

S10，检测输入电压的特征参数。

具体地，特征参数可以包括电压峰值信号、电压过零点信号，即言可以检测电源输入电压的电压峰值信号，以及检测输入电压的电压过零点信号。需要说明的是，除了检测输入电压的电压峰值信号，还可以检测输入电压的均方根值、平均值等与正选输入电压峰值信号一一对应的有意义的值。

S20，对输入电压进行转换之后输出。

具体地，例如通过BOOST电路对输入电压进行转换例如将交流转换为直流，进而进行电容滤波之后输出。

S30，检测输出电压。

S40，根据输入电压的特征参数和输出电压生成控制信号，并根据控制信号控制控制开关的开关以进行功率因数校正。

具体地，例如，根据输入电压的电压峰值信号获得参考电压，例如将电压峰值信号乘以预设值K获得参考电压，其中K可以设为0.8-0.9。进而将参考电压与输出电压进行比较获得比较数据，获得的参考电压与检测的输出电压是一一对应的，将获得的参考电压和检测的输出电压进行比较，例如进行相减，获得比较数据。并对比较数据进行调节，例如对比较数据进行PI调节，以使整个控制过程可以快速稳定。可以理解的是，也可以通过P调节或PID调节或者其他自动控制中使用的调节方式。同时，对输入电压的过零点信号进行处理获得过零点数据，进而根据调节后的比较数据和过零点数据生成控制信号，并根据控制信号控制控制开关的开关以进行功率因数校正。功率因数与输入电压和输出电压有关，输出电压与控制开关的开关频率有关，因而通过控制控制开关的开关可以调节输出电压随输入电压变化，提高功率因数，减少谐波造成的波形失真。

在本发明的一个实施例中，调节后的数据与控制开关在半个工频周期中进行两次开关的时间长度和间隔成线性关系。例如，如图2所示为根据本发明的一个实施例的调节后的数据与控制开关的两次开关的对应关系示意图，其中，经过调节之后的数据设为digit，L1代表第一次开关关断界限，L2代表第二次开关开启界限，L3代表第二次开关关断界限)。根据调节之后的数据digit，参照图2的对应关系，可以获得对应控制开关的脉冲控制信号，即可以获得控制开关两次开关的时间长度和间隔的控制信号，进而根据控制信号控制控制开关在半个工频周期中进行两次开关，与高频部分PFC控制方式（开关频率在1K-23KHz以上）相比大大降低了开关损耗，提高了转换效率。可以理解的是，为了降低转换电路中电感充电电流或改善电感噪音，可以增加半个工频周期内的开关次数，但是控制算法仍然基于输入电压的电压峰值信号与输出电压大小的线性关系。

基于以上控制过程，通过控制控制开关例如IGBT功率管的开关改善了电网输入电流的波形，达到改善输入电流谐波含量的目的。如图3所示为根据本发明的一个实施例功率因数校正控制中采用的双脉冲时的控制信号以及电流调制波形示意图，其中，P1为控制开关的控制信号曲线，控制开关在半个工频周期内开关两次，P2为输入电压信号曲线，P3为电流调制波形曲线，输入电流有效值小于16A，电流调制波形中的谐波含量满足IEC61000-3-2标准要求。

综上所述，根据本发明实施例的功率因数校正控制方法，通过检测输入电压的特征参数和输出电压，进而根据特征参数和输出电压生成控制信号以控制控制开关的开关，从而实现功率因数的校正，可以实现电网或设备的输入电流谐波满足规格要求，需要采集的参数少，可以减少占用控制芯片的资源，控制简单。另外，调节后的比较数据与控制开关在半个工频周期中进行两次开关的时间长度和间隔成线性关系，根据此线性关系生成控制信号以控制控制开关在半个工频周期内开关两次，即可达到谐波标准的要求，可以降低控制开关的损耗，提高转换效率。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种功率因数校正控制装置，其特征在于，包括：

用于检测输入电压的特征参数的第一检测模块，所述第一检测模块的一端与电源的第一端连接；

对所述输入电压进行转换的转换模块，所述转换模块包括控制开关，所述转换模块的第一输入端与所述电源的一端连接，所述转换模块的第二输入端与电源的第二端连接；

输出电容，所述输出电容的一端与所述转换模块的第一输出端连接，所述输出电容的另一端与所述转换模块的第二输出端连接；

用于检测输出电压的第二检测模块，所述第二检测模块的一端与所述转换模块的第一输出端连接；

电路控制模块，所述电路控制模块的第一输入端和第二输入端均与所述第一检测模块的另一端连接，所述电路控制模块的第三输入端与所述第二检测模块的另一端连接，所述电路控制模块的输出端与所述控制开关的控制端连接，所述电路控制模块根据所述输入电压的特征参数和输出电压生成控制信号，并根据所述控制信号控制所述控制开关的开关以进行功率因数校正。

2.如权利要求1所述的功率因数校正控制装置，其特征在于，所述第一检测模块包括：

检测所述输入电压的电压峰值信号的第一检测单元，所述第一检测单元的一端与所述电源的第一端连接，所述第一检测单元的另一端与所述电路控制模块的第一输入端连接；

检测所述输入电压的电压过零点信号的第二检测单元，所述第二检测单元的一端与所述电源的第一端连接，所述第二检测单元的另一端与所述电路控制模块的第二输入端连接。

3.如权利要求1所述的功率因数校正控制装置，其特征在于，所述转换模块还包括：

第一电感，所述第一电感的一端与所述电源的第一端连接；

第一桥式电路，所述第一桥式电路包括：

第一二极管，所述第一二极管的一端与所述控制开关的第一端连接；

第二二极管，所述第二二极管的一端与所述第一二极管的另一端连接，所述第一二极管另一端与所述第二二极管的一端之间具有第一节点，所述第一节点与所述电源第二端连接，所述第二二极管的另一端与所述控制开关的第二端连接；

第三二极管，所述第三二极管的一端与所述控制开关的第一端连接；

第四二极管，所述第四二极管的一端与所述第三二极管的另一端连接，所述第四二极管的一端与所述第三二极管的另一端之间具有第二节点，所述第二节点与所述第一电感的另一端连接，所述第四二极管的另一端与所述控制开关的第二端连接；

第二桥式电路，所述第二桥式电路包括：

第五二极管，所述第五二极管的一端与所述输出电容的另一端连接；

第六二极管，所述第六二极管的一端与所述第五二极管的另一端连接，所述第六二极管的一端与所述第五二极管的另一端之间具有第三节点，所述第三节点与所述第一电感的另一端连接，所述第六二极管的另一端与所述输出电容的一端连接；

第七二极管，所述第七二极管的一端与所述输出电容的另一端连接；

第八二极管，所述第八二极管的一端与所述第七二极管的另一端连接，所述第八二极管的一端与所述第七二极管的另一端之间具有第四节点，所述第四节点与所述电源的第二端连接，所述第八二极管的另一端与所述输出电容的一端连接。

4.如权利要求1所述的功率因数校正控制装置，其特征在于，所述转换模块还包括：

第二电感，所述第二电感的一端与所述控制开关的第二端连接；

第三桥式电路，所述第三桥式电路包括：

第九二极管，所述第九二极管的一端与所述控制开关的第一端连接；

第十二极管，所述第十二极管的一端与所述第九二极管的另一端连接，所述第十二极管的一端与所述第九二极管另一端之间具有第五节点，所述第五节点与所述电源的第一端连接，所述第十二极管的另一端与所述第二电感的另一端连接；

第十一二极管，所述第十一二极管的一端与所述控制开关的第一端连接；

第十二二极管，所述第十二二极管的一端与所述第十一二极管的另一端连接，所述第十二二极管的一端与所述第十一二极管的另一端之间具有第六节点，所述第六节点与所述电源第二端连接，所述第十二二极管的另一端与所述第二电感的另一端连接；

第十三二极管，所述第十三二极管的一端与所述控制开关的第二端连接，所述第十三二极管的另一端与所述输出电容的一端连接。

5.如权利要求4所述的功率因数校正控制装置，其特征在于，所述转换模块还包括：

第三电感，所述第三电感的一端与所述第二电感的另一端连接；

第一控制开关，所述第一控制开关的第一端与所述输出电容的另一端连接，所述第一控制开关的第二端与所述第三电感的另一端连接，所述第一控制开关的控制端与所述电路控制模块连接；

第十四二极管，所述第十四二极管的一端与所述第一控制开关的第二端连接，所述第十四二极管的另一端与所述输出电容的一端连接。

6.如权利要求2所述的功率因数校正控制装置，其特征在于，所述电路控制模块包括：

用于根据所述输入电压的电压峰值信号获得参考电压的第一运算单元，所述第一运算单元的一端与所述第一检测单元的另一端连接；

用于将所述参考电压与所述输出电压进行比较获得比较数据的第二运算单元，所述第二运算单元的一端与所述第一运算单元的另一端连接；

对所述比较数据进行调节的调节单元，所述调节单元的一端与所述第二运算单元的另一端连接；

对所述输入电压的过零点信号进行处理获得过零点数据的第一处理单元，所述第一处理单元的一端与所述第二检测单元的另一端连接；以及

根据调节后的数据和过零点数据产生控制信号的第二处理单元，所述第二处理单元的第一输入端与所述调节单元的另一端连接，所述第二处理单元的第二输入端与所述第一处理单元的另一端连接，所述第二处理单元的输出端与所述控制开关的控制端连接。

7.一种功率因数校正控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测输入电压的特征参数；

对所述输入电压进行转换之后输出；

检测输出电压；

根据所述输入电压的特征参数和所述输出电压生成控制信号，并根据所述控制信号控制控制开关的开关以进行功率因数校正。

8.如权利要求7所述的功率因数校正控制方法，其特征在于，检测输入电压的特征参数包括：

检测所述输入电压的电压峰值信号；以及

检测所述输入电压的电压过零点信号。

9.如权利要求8所述的功率因数校正控制方法，其特征在于，根据所述输入电压的特征参数和所述输出电压生成控制信号具体包括：

根据所述输入电压的电压峰值信号获得参考电压；

将所述参考电压与所述输出电压进行比较获得比较数据；

对所述比较数据进行调节；

对所述输入电压的过零点信号进行处理获得过零点数据；以及

根据调节后的数据和过零点数据生成控制信号。

10.如权利要求9所述的功率因数校正控制方法，其特征在于，所述调节后的数据与所述控制开关在半个工频周期中进行两次开关的时间长度和间隔成线性关系。