CN105553250A - 一种功率因数校正电路 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种功率因数校正电路，通过整流桥接收交流输入电压并进行整流；由PFC主电路将交流输入电流校正为与交流输入电压同相位的正弦波；然后由滤波电路对PFC输出的纹波电压进行滤波，输出稳定的输出电压；并通过控制器接收交流电压采样电路输出的交流输入电压、电感电流采样电路输出的电感电流以及输出电压采样电路输出的输出电压，根据交流输入电压、电感电流及输出电压，生成并输出脉冲宽度调制PWM控制信号；最后由IGBT驱动电路生成并输出PWM信号至PFC主电路中的IGBT控制端，实现了对于交流输入电压的功率因数校正；且所用器件数量少，减少了故障发生的可能性，从而相比现有技术实现了可靠性的提高。
Description
技术领域
本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种功率因数校正电路。
背景技术
现有技术中应用于空调的功率因数校正技术大多为无源PFC(PowerFactorCorrection，功率因数校正)方案，其一般采用电感补偿方法使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数，但无源PFC的功率因数不是很高，只能达到0.7～0.8。
另外，现有技术应用于空调的功率因数校正技术中也存在有源PFC模拟控制技术，由电感电容及电子元器件组成，与无源PFC方案相比，其功率因数更高。
但是现有技术应用于空调的有源PFC模拟控制技术，其电路元器件较多，发生故障的可能性较高，因此其可靠性较低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种功率因数校正电路，以解决现有技术中可靠性低的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：
一种功率因数校正电路，应用于空调，包括：整流桥、功率因数校正PFC主电路、滤波电路、交流电压采样电路、电感电流采样电路、输出电压采样电路、控制器及绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动电路；其中：
所述整流桥的输入端接收交流输入电压，用于对所述交流输入电压进行整流；
所述PFC主电路的输入端与所述整流桥的输出端相连，用于将交流输入电流校正为与所述交流输入电压同相位的正弦波；
所述滤波电路的输入端与所述PFC主电路的输出端相连，用于对所述PFC输出的纹波电压进行滤波，输出稳定的输出电压；
所述交流电压采样电路的输入端与所述整流桥的输入端相连，用于采集所述交流输入电压；
所述电感电流采样电路的输入端与所述PFC主电路相连，用于采集所述PFC主电路中的电感电流；
所述输出电压采样电路的输入端与所述滤波电路的输出端相连，用于采集所述输出电压；
所述控制器的输入端分别与所述交流电压采样电路的输出端、所述电感电流采样电路的输出端及所述输出电压采样电路的输出端相连，用于根据所述交流输入电压、所述电感电流及所述输出电压，生成并输出脉冲宽度调制PWM控制信号；
所述IGBT驱动电路的输入端与所述控制器的输出端相连，所述IGBT驱动电路的输出端与所述PFC主电路中的IGBT控制端相连，所述IGBT驱动电路用于根据所述PWM控制信号生成并输出PWM信号至所述PFC主电路中的IGBT控制端。
优选的，所述控制器用于根据所述交流输入电压、所述电感电流及所述输出电压，生成并输出PWM控制信号时，具体用于：
根据所述交流输入电压得到输入交流电压过零点，再由所述输入交流电压过零点、所述输出电压及所述电感电流生成并输出所述PWM控制信号。
优选的，所述控制器还用于当检测到所述电感电流大于预设的过流保护值时，对空调压缩机进行降频保护。
优选的，所述控制器还用于当检测到所述交流输入电压低于预设的最小值时，对空调压缩机进行降频保护。
优选的，所述控制器还用于当检测到所述输出电压低于预设的最小值或者高于预设的最大值时，停止空调压缩机运行。
优选的，还包括：过流保护电路；所述过流保护电路的输入端与所述电感电流采样电路的输出端相连，所述过流保护电路的输出端与所述控制器的另一输入端相连，所述过流保护电路用于检测到所述电感电流大于预设的最大电流值时，输出中断信号至所述控制器；
所述控制器还用于根据所述中断信号输出第二关断控制信号，使所述IGBT驱动电路控制所述PFC主电路中的IGBT关断。
优选的，还包括：比较器；所述比较器的反相输入端与所述过流保护电路的输出端相连，所述比较器的输出端与所述IGBT驱动电路的另一输入端相连，所述比较器用于根据所述中断信号输出第三关断控制信号，使所述IGBT驱动电路控制所述PFC主电路中的IGBT关断。
优选的，还包括：开关电源电路及压缩机和风机驱动电路；
所述开关电源电路的输入端与所述滤波电路的输出端相连，所述开关电源电路的输出端分别与所述压缩机和风机驱动电路的输入端及所述控制器的电源端相连，所述开关电源电路用于为所述压缩机和风机驱动电路、所述控制器及负载供电；
所述压缩机和风机驱动电路的另一输入端与所述滤波电路的输出端相连，所述压缩机和风机驱动电路的输出端与所述负载相连，所述压缩机和风机驱动电路用于驱动所述负载。
本申请提供一种功率因数校正电路，通过整流桥接收交流输入电压，并对所述交流输入电压进行整流；由PFC主电路将交流输入电流校正为与所述交流输入电压同相位的正弦波；然后由滤波电路对所述PFC输出的纹波电压进行滤波，输出稳定的输出电压；并通过控制器接收交流电压采样电路输出的所述交流输入电压、电感电流采样电路输出的电感电流以及输出电压采样电路输出的所述输出电压，根据所述交流输入电压、所述电感电流及所述输出电压，生成并输出脉冲宽度调制PWM控制信号；最后由IGBT驱动电路根据所述PWM控制信号生成并输出PWM信号至所述PFC主电路中的IGBT控制端，实现了对于所述交流输入电压的功率因数校正；且所用器件数量少，减少了故障发生的可能性，从而相比现有技术实现了可靠性的提高。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种功率因数校正电路的结构示意图；
图2为本申请另一实施例提供的PFC主电路的结构示意图；
图3为本申请另一实施例提供的交流电压采样电路的结构示意图；
图4为本申请另一实施例提供的电感电流采样电路的结构示意图；
图5为本申请另一实施例提供的输出电压采样电路的结构示意图；
图6为本申请另一实施例提供的功率因数校正电路的另一结构示意图；
图7为本申请另一实施例提供的功率因数校正电路的另一结构示意图。
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。
本发明提供了一种功率因数校正电路，以解决现有技术中可靠性低的问题。
具体的，所述功率因数校正电路应用于空调，如图1所示，包括：整流桥101、PFC主电路102、滤波电路103、交流电压采样电路104、电感电流采样电路105、输出电压采样电路106、控制器107及IGBT驱动电路108；其中：
整流桥101的输入端接收交流输入电压；
PFC主电路102的输入端与整流桥101的输出端相连；
滤波电路103的输入端与PFC主电路102的输出端相连；
交流电压采样电路104的输入端与整流桥101的输入端相连；
电感电流采样电路105的输入端与PFC主电路102相连；
输出电压采样电路106的输入端与滤波电路103的输出端相连；
控制器107的输入端分别与交流电压采样电路104的输出端、电感电流采样电路105的输出端及输出电压采样电路106的输出端相连；
IGBT驱动电路108的输入端与控制器107的输出端相连，IGBT驱动电路108的输出端与PFC主电路102中的IGBT控制端相连。
具体的工作原理为：
整流桥101用于对所述交流输入电压进行整流；
PFC主电路102用于将交流输入电流校正为与所述交流输入电压同相位的正弦波；
滤波电路103用于对所述PFC输出的纹波电压进行滤波，输出稳定的输出电压；
交流电压采样电路104用于采集所述交流输入电压；
电感电流采样电路105用于采集PFC主电路102中的电感电流；
输出电压采样电路106用于采集所述输出电压；
控制器107用于根据所述交流输入电压、所述电感电流及所述输出电压，生成并输出脉冲宽度调制PWM控制信号；
IGBT驱动电路108用于根据所述PWM控制信号生成并输出PWM信号至PFC主电路102中的IGBT控制端。
值得说明的是，PFC主电路102可以由大电感、IGBT、快恢复二极管及电流采样电阻组成，其具体的电路图可以参考图2所示，仅为一种示例，并不一定限定于此。滤波电路103可由数量不等的大电解电容并联组成，具体数值可结合理论计算和试验结果确定，此处不做具体限定。
在具体的实际应用中，交流电压采样电路104利用分压电路采样市电交流电压，其具体的电路图可以参考图3所示，仅为一种示例，并不一定限定于此。电感电流采样电路105通过采样整流桥输出零线回路上功率电阻两端电压而得出电感电流值，其具体的电路图可以参考图4所示，仅为一种示例，并不一定限定于此。输出电压采样电路106利用分压电路采样输出电压值，其具体的电路图可以参考图5所示，仅为一种示例，并不一定限定于此。以上采样信息反馈给控制器107后，由控制器107根据所述交流输入电压得到输入交流电压过零点，再由所述输入交流电压过零点、所述输出电压及所述电感电流生成并输出所述PWM控制信号，控制IGBT驱动电路108输出信号的触发时刻及开关频率。
本实施例提供的所述功率因数校正电路，通过整流桥101接收交流输入电压，并对所述交流输入电压进行整流；由PFC主电路102将交流输入电流校正为与所述交流输入电压同相位的正弦波；然后由滤波电路103对所述PFC输出的纹波电压进行滤波，输出稳定的输出电压；并通过控制器107接收交流电压采样电路104输出的所述交流输入电压、电感电流采样电路105输出的电感电流以及输出电压采样电路106输出的所述输出电压，根据所述交流输入电压、所述电感电流及所述输出电压，生成并输出脉冲宽度调制PWM控制信号；最后由IGBT驱动电路108根据所述PWM控制信号生成并输出PWM信号至PFC主电路102中的IGBT控制端，实现了对于所述交流输入电压的功率因数校正；且所用器件数量少，减少了故障发生的可能性，从而相比现有技术实现了可靠性的提高。
其中，控制器107除了可以根据所述交流输入电压、所述电感电流及所述输出电压，生成并输出脉冲宽度调制PWM控制信号；还可以用于实现输入电压过低及输出电压过欠压保护功能，比如：
优选的，控制器107还用于当检测到所述电感电流大于预设的过流保护值时，对空调压缩机进行降频保护。。
优选的，控制器107还用于当检测到所述交流输入电压低于预设的最小值时，对空调压缩机进行降频保护。
优选的，控制器107还用于当检测到所述低于预设的最小值或者高于预设的最大值时，停止空调压缩机运行，保护空调系统。
在具体的实际应用中，当检测到所述交流输入电压低于所述预设的最小值时，说明此时出现电压异常情况，需要对空调压缩机进行降频保护；当检测到所述输出电压低于预设的最小值或者高于预设的最大值时，说明此时的电压异常情况较为严重，需要停止压缩机运行，实现对于空调的保护。
值得说明的是，所述过流保护值、所述预设的最小值和预设的最大值并不做具体限定，可以视其具体的应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
本发明另一实施例还提供了另外一种功率因数校正电路，如图1所示，包括：整流桥101、PFC主电路102、滤波电路103、交流电压采样电路104、电感电流采样电路105、输出电压采样电路106、控制器107及IGBT驱动电路108；其中：
整流桥101的输入端接收交流输入电压；
PFC主电路102的输入端与整流桥101的输出端相连；
滤波电路103的输入端与PFC主电路102的输出端相连；
交流电压采样电路104的输入端与整流桥101的输入端相连；
电感电流采样电路105的输入端与PFC主电路102相连；
输出电压采样电路106的输入端与滤波电路103的输出端相连；
控制器107的输入端分别与交流电压采样电路104的输出端、电感电流采样电路105的输出端及输出电压采样电路106的输出端相连；
IGBT驱动电路108的输入端与控制器107的输出端相连，IGBT驱动电路108的输出端与PFC主电路102中的IGBT控制端相连。
优选的，如图6所示，所述功率因数校正电路还包括：过流保护电路109；过流保护电路109的输入端与电感电流采样电路105的输出端相连，过流保护电路109的输出端与控制器107的另一输入端相连。
过流保护电路109用于检测到所述电感电流大于预设的最大电流值时，输出中断信号至控制器107；
此时，控制器107还用于根据所述中断信号输出第二关断控制信号，使IGBT驱动电路108控制PFC主电路102中的IGBT关断。
在具体的实际应用中，所述最大电流值为过流保护电路反相输入端预设的最大电流值，所述中断信号可以为高电平的电压值，通过控制器107和IGBT驱动电路108实现对于PFC主电路102中的IGBT的关断控制，为一种软件控制方式。
另外，优选的，如图6所示，所述功率因数校正电路还包括：比较器110；比较器110的反相输入端与过流保护电路109的输出端相连，比较器110的输出端与IGBT驱动电路108的另一输入端相连。
比较器110用于根据所述中断信号输出第三关断控制信号，使IGBT驱动电路108控制PFC主电路102中的IGBT关断。
由比较器110根据所述中断信号输出第三关断控制信号，使IGBT驱动电路108控制PFC主电路102中的IGBT关断，为一种快速的硬件控制方式。
本实施例提供的所述功率因数校正电路，与有源PFC模拟控制技术相比，不仅电路元器件较少，可靠性更好；同时，本实施例提供的所述功率因数校正电路带有软、硬件两种过流保护功能，实用性好。
本发明另一实施例还提供了另外一种功率因数校正电路，如图1所示，包括：整流桥101、PFC主电路102、滤波电路103、交流电压采样电路104、电感电流采样电路105、输出电压采样电路106、控制器107及IGBT驱动电路108；其中：
整流桥101的输入端接收交流输入电压；
PFC主电路102的输入端与整流桥101的输出端相连；
滤波电路103的输入端与PFC主电路102的输出端相连；
交流电压采样电路104的输入端与整流桥101的输入端相连；
电感电流采样电路105的输入端与PFC主电路102相连；
输出电压采样电路106的输入端与滤波电路103的输出端相连；
控制器107的输入端分别与交流电压采样电路104的输出端、电感电流采样电路105的输出端及输出电压采样电路106的输出端相连；
IGBT驱动电路108的输入端与控制器107的输出端相连，IGBT驱动电路108的输出端与PFC主电路102中的IGBT控制端相连。
优选的，如图7所示，还包括：开关电源电路111及压缩机和风机驱动电路112；
开关电源电路111的输入端与滤波电路103的输出端相连，开关电源电路111的输出端分别与压缩机和风机驱动电路112的输入端及控制器107的电源端相连。
压缩机和风机驱动电路112的另一输入端与滤波电路103的输出端相连，压缩机和风机驱动电路112的输出端与所述负载相连。
开关电源电路111用于为所述压缩机和风机驱动电路、控制器107及负载供电；
压缩机和风机驱动电路112用于驱动所述负载。
在具体的实际应用中，所述负载可以包括：继电器和膨胀阀等。此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上仅是本发明的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种功率因数校正电路，其特征在于，应用于空调，包括：整流桥、功率因数校正PFC主电路、滤波电路、交流电压采样电路、电感电流采样电路、输出电压采样电路、控制器及绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动电路；其中：
所述整流桥的输入端接收交流输入电压，用于对所述交流输入电压进行整流；
所述PFC主电路的输入端与所述整流桥的输出端相连，用于将交流输入电流校正为与所述交流输入电压同相位的正弦波；
所述滤波电路的输入端与所述PFC主电路的输出端相连，用于对所述PFC输出的纹波电压进行滤波，输出稳定的输出电压；
所述交流电压采样电路的输入端与所述整流桥的输入端相连，用于采集所述交流输入电压；
所述电感电流采样电路的输入端与所述PFC主电路相连，用于采集所述PFC主电路中的电感电流；
所述输出电压采样电路的输入端与所述滤波电路的输出端相连，用于采集所述输出电压；
所述控制器的输入端分别与所述交流电压采样电路的输出端、所述电感电流采样电路的输出端及所述输出电压采样电路的输出端相连，用于根据所述交流输入电压、所述电感电流及所述输出电压，生成并输出脉冲宽度调制PWM控制信号；
所述IGBT驱动电路的输入端与所述控制器的输出端相连，所述IGBT驱动电路的输出端与所述PFC主电路中的IGBT控制端相连，所述IGBT驱动电路用于根据所述PWM控制信号生成并输出PWM信号至所述PFC主电路中的IGBT控制端。
2.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述控制器用于根据所述交流输入电压、所述电感电流及所述输出电压，生成并输出PWM控制信号时，具体用于：
根据所述交流输入电压得到输入交流电压过零点，再由所述输入交流电压过零点、所述输出电压及所述电感电流生成并输出所述PWM控制信号。
3.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述控制器还用于当检测到所述电感电流大于预设的过流保护值时，对空调压缩机进行降频保护。
4.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述控制器还用于当检测到所述交流输入电压低于预设的最小值时，对空调压缩机进行降频保护。
5.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述控制器还用于当检测到所述输出电压低于预设的最小值或者高于预设的最大值时，停止空调压缩机运行。
6.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，还包括：过流保护电路；所述过流保护电路的输入端与所述电感电流采样电路的输出端相连，所述过流保护电路的输出端与所述控制器的另一输入端相连，所述过流保护电路用于检测到所述电感电流大于预设的最大电流值时，输出中断信号至所述控制器；
所述控制器还用于根据所述中断信号输出第二关断控制信号，使所述IGBT驱动电路控制所述PFC主电路中的IGBT关断。
7.根据权利要求6所述的功率因数校正电路，其特征在于，还包括：比较器；所述比较器的反相输入端与所述过流保护电路的输出端相连，所述比较器的输出端与所述IGBT驱动电路的另一输入端相连，所述比较器用于根据所述中断信号输出第三关断控制信号，使所述IGBT驱动电路控制所述PFC主电路中的IGBT关断。
8.根据权利要求1至7任一所述的功率因数校正电路，其特征在于，还包括：开关电源电路及压缩机和风机驱动电路；
所述开关电源电路的输入端与所述滤波电路的输出端相连，所述开关电源电路的输出端分别与所述压缩机和风机驱动电路的输入端及所述控制器的电源端相连，所述开关电源电路用于为所述压缩机和风机驱动电路、所述控制器及负载供电；
所述压缩机和风机驱动电路的另一输入端与所述滤波电路的输出端相连，所述压缩机和风机驱动电路的输出端与所述负载相连，所述压缩机和风机驱动电路用于驱动所述负载。
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