CN106026690A - 一种没有无功功率的高频功率开关电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种没有无功功率且能在波动的直流电压下工作的新型高频功率开关电路，该电路输入交流电分两路，第一路经整流形成波动的直流电压后将波动值加载到控制电路并在控制电路内产生补偿脉冲；第二路经整流形成波动的直流电压直接接高频功率开关电路，再由功率开关电路来输出给做功单元；控制电路将补偿脉冲叠加在高频功率开关电路自身功能要求的控制脉冲上，由补偿脉冲对功率电路作高频率的开关补偿。本电路通过精确脉宽补偿的方式控制高频功率开关电路在波动的直流电中正常工作，因波动的电压直接连接功率电路，不用大容量电容或大容量电感作电源滤波，在高频率的开关动作下不产生无功功率，在提高产品节能特性的同时降低产品体积和成本。

Description

一种没有无功功率的高频功率开关电路

技术领域

本发明涉及一种功率开关电路，具体是一种没有无功功率且能在波动的直流电压下工作的新型高频功率开关电路，属于电子技术领域。所述波动的直流电压是指交流输入经整流后没有进行滤波而形成的电压顶部不平直的波动电压。

背景技术

作为电子行业的公知常识，一般电子电路需在平直无波动的直流电源下才能正常工作，因此接电网的电子电路的电源在整流后必有大容量电容或大容量电感进行滤波，滤成平直无波动的直流才能供给后面的功率电路使用，容量不足或滤波不良还不行，要求严格的还要加稳压电路。当滤波电容的容量发生变化导致滤波效果降低时，波动的直流电会使电路产生各种故障，甚至造成电气元件发热爆炸。而由于在电源滤波时加入大容量电容或大容量电感后会产生无功功率，使产品的功率因数下降，还会对电网产生难以消除的谐波公害，以至于电厂会要求加装补偿柜进行补偿。另外大容量电容或大容量电感还有体积大、成本高及电解电容有不耐高温等毛病。

发明内容

本发明提供了一种新型高频功率开关电路，该电路不用大容量电容或大容量电感作电源滤波，波动的电压直接连接高频功率开关电路，通过精确测量输入的电网电压，控制电路将输入电压的波动值与设定值进行比较并以开关的方式对高频功率开关电路进行脉宽补偿，从而控制高频功率开关电路在波动的直流电中正常工作，因没有电源滤波且功率电路为高频开关方式，故不产生无功功率，从而达到提高性能，降低成本，减小体积的目的。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种没有无功功率的高频功率开关电路，其特征是：所述电路的电网输入交流电经整流后没有用大容量电容或大容量电感作电源滤波，整流后形成的波动直流电压直接连接高频功率开关电路；所述电路没有无功功率，不用另加功率因数补偿电路即可达到功率因数为1。

所述电路的输入交流电分两路，第一路经单独输入电压检测电路整流后检测输入波动直流电压的波动值加载到控制电路，该波动值在控制电路内与设定的平直电压值相比较而产生补偿脉冲；第二路经第二整流电路整流形成波动的直流电压后没有用大容量电容或大容量电感进行滤波，直接连接高频功率开关电路，再由高频功率开关电路来输出给做功单元；控制电路将补偿脉冲叠加在高频功率开关电路自身功能要求的控制脉冲上，由补偿脉冲对功率电路作高频率的开关补偿，电压高则通过补偿使脉宽减小，电流减少，电压低则通过补偿使脉宽加大，电流增加。

所述单独输入电压检测电路由第一整流电路和第一电阻分压采样电路构成，第一整流电路的下半部分与第二整流电路的下半部分共用，所述输入电压检测电路的输入端输入电网交流电经第一整流电路整流后形成的波动直流电压，经第一电阻分压采样电路采样后输出端将此波动电压输出给控制电路，除此之外单独输入电压检测电路不连接其它电路。

当电路的功率较大时，可在所述第二路整流后直接连接高频功率开关电路的线路上并联功率电压检测电路，由功率电压检测电路检测因负载的波动而产生的波动值并加载到控制电路，该波动值在控制电路内与高频功率开关电路自身要求的设定值相比较而产生第二补偿脉冲；控制电路将补偿脉冲、第二补偿脉冲共同叠加在高频功率开关电路自身功能要求的控制脉冲上，由补偿脉冲、第二补偿脉冲共同对功率电路作高频率的开关补偿，电压高则通过补偿使脉宽减小，电流减少，电压低则通过补偿使脉宽加大，电流增加。

所述波动直流电压的直流波动范围最佳值不超过30%，其既可以是直流电，即顶部为不平直波动电压的直流电，也可以是交流电，即上半波是正向波动直流电压、下半波是负向波动直流电压的交流电。所述高频功率开关电路是指输出不直接作功，而给作功单元提供合适能量的高频开关电路，如开关电源，变频器，LED驱动器，充电桩，电机启动器等。所述作功单元则指电灯，电机，LED二极管，储电池等。

本发明的新型高频功率开关电路通过精确测量输入的电网电压，控制电路将输入电压的波动值与设定值进行比较并以开关的方式对高频功率开关电路进行脉宽补偿，从而控制高频功率开关电路在波动的直流电中正常工作，因波动的电压直接连接高频功率电路，不用大容量电容或大容量电感作电源滤波，在高频率的开关动作下不产生无功功率，不用另加功率因数补偿电路就能使功率因数为1，在提高产品性能的同时降低产品体积和成本。

附图说明

图1为本发明的电路结构示意图。

图2为本发明带有功率电压检测电路时的电路结构示意图。

图3为本发明用于电机变频器时的具体电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明的没有无功功率的高频功率开关电路的输入三相交流电分两路，第一路连接单独输入电压检测电路，输入电压检测电路由第一整流电路和电阻分压采样电路组成，第一整流电路采用由二极管D4、D5、D6、D7、D8、D9组成的三相整流桥，电阻分压采样电路由电阻R1、R2、R3、R7构成。由输入电压检测电路检测输入波动直流电压的波动值加载到控制电路，该波动值在控制电路内与设定的平直电压值相比较而产生补偿脉冲。第二路经第二整流电路整流形成波动的直流电压后没有用大容量电容或大容量电感进行滤波，直接连接高频功率开关电路，再由高频功率开关电路来输出给做功单元，第二整流电路采用由二极管D1、D2、D3、D7、D8、D9组成的三相整流桥，两个整流电路的下半部分二极管D7、D8、D9共用。控制电路将补偿脉冲叠加在高频功率开关电路自身功能要求的控制脉冲上，由补偿脉冲对功率电路作高频率的开关补偿，电压高则通过补偿使脉宽减小，电流减少，电压低则通过补偿使脉宽加大，电流增加。通过这样的设置，高频功率开关电路在波动的直流电压下也能正常工作，同时由于没有用大容量电容或大容量电感进行滤波，高频功率开关电路直接作用于电网电压，高频率的开关电路迫使输入侧电流电压同相，因此本电路没有无功功率，不用另加补偿就能使功率因数为1。

当电路的功率较大时，可在所述第二路整流后直接接高频功率开关电路的线路上还并联有功率电压检测电路，以补偿负载波动对电路造成的影响。如图2所示，功率电压检测电路采用由电阻R4、R5、R6、R8构成的电阻分压采样电路，由功率电压检测电路检测因负载的波动而产生的波动值并加载到控制电路，该波动值在控制电路内与高频功率开关电路自身要求的设定值相比较而产生第二补偿脉冲；控制电路将补偿脉冲、第二补偿脉冲共同叠加在高频功率开关电路自身功能要求的控制脉冲上，由补偿脉冲、第二补偿脉冲共同对功率电路作高频率的开关补偿，电压高则通过补偿使脉宽减小，电流减少，电压低则通过补偿使脉宽加大，电流增加。

本电路应用在机电一体化电机变频器电路中时，如图3所示，其输入电压检测电路由第一整流电路和电阻分压采样电路组成，第一整流电路采用由二极管D4、D5、D6、D7、D8、D9组成的三相整流桥，电阻分压采样电路由电阻R1、R2、R3、R7构成，第二整流电路采用由二极管D1、D2、D3、D7、D8、D9组成的三相整流桥，两个整流电路的下半部分二极管D7、D8、D9共用。功率电压检测电路采用由电阻R4、R5、R6、R8构成的电阻分压采样电路，控制电路由单片机或DSP或嵌入式MCU或电机专用IC和驱动电路组成，高频功率开关电路采用由开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6组成的开关矩阵电路，做功单元为电机。输入的三相交流电分两路，第一路经第一整流电路整流形成波动的直流电压后单独连接电阻分压采样电路，将输入波动直流电压的波动值加载到单片机，该波动值在单片机内与设定的平直电压值相比较而产生补偿脉冲。第二路经第二整流电路整流形成波动的直流电压后没有用大容量电容或大容量电感进行滤波，直接与开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6组成的开关矩阵电路相连接，再由开关矩阵电路给电机供电做功。并联在第二整流后的输出电路上的功率电压检测电路检测因负载的波动而产生的波动值并加载到单片机或DSP，该波动值在单片机内与变频器电路自身设定的电压值相比较而产生第二补偿脉冲。单片机将补偿脉冲与第二补偿脉冲共同叠加在变频器电路的SPWM脉冲或SVPWM脉冲上，经O1、O2、O3、O4、O5、O6端口输出并经驱动电路放大后由开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6作开关动作，从而驱动电机以不同的转速运行。由于没有大容量的电解电容或电感，变频器电路的体积很小且耐高温，因此能放入电机体内成为机电一体化的变频电机，同时其功率因数为1，节能效果显著。

上述图例仅为本发明的典型实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种没有无功功率的高频功率开关电路，其特征是：所述电路的电网输入交流电经整流后没有用大容量电容或大容量电感作电源滤波，整流后形成的波动直流电压直接连接高频功率开关电路；所述电路没有无功功率，不用另加功率因数补偿电路即可达到功率因数为1。

2.根据权利要求1所述的高频功率开关电路，其特征是：所述电路的输入交流电分两路，第一路经单独输入电压检测电路整流后检测输入波动直流电压的波动值加载到控制电路，该波动值在控制电路内与设定的平直电压值相比较而产生补偿脉冲；第二路经第二整流电路整流形成波动的直流电压后没有用大容量电容或大容量电感进行滤波，直接连接高频功率开关电路，再由高频功率开关电路来输出给做功单元；控制电路将补偿脉冲叠加在高频功率开关电路自身功能要求的控制脉冲上，由补偿脉冲对功率电路作高频率的开关补偿，电压高则通过补偿使脉宽减小，电流减少，电压低则通过补偿使脉宽加大，电流增加。

3.根据权利要求2所述的高频功率开关电路，其特征是：所述单独输入电压检测电路由第一整流电路和电阻分压采样电路组成，第一整流电路的下半部分与第二整流电路的下半部分共用，输入电网交流电经整流电路整流后形成的波动直流电压，经电阻分压采样电路采样后由输出端将此波动电压输出给控制电路，除此之外单独输入电压检测电路不连接其它电路。

4.根据权利要求2所述的高频功率开关电路，其特征是：在所述第二路整流后直接连接高频功率开关电路上并联有功率电压检测电路，由功率电压检测电路检测因负载的波动而产生的波动值并加载到控制电路，该波动值在控制电路内与高频功率开关电路自身要求的设定值相比较而产生第二补偿脉冲；控制电路将补偿脉冲、第二补偿脉冲共同叠加在高频功率开关电路自身功能要求的控制脉冲上，由补偿脉冲、第二补偿脉冲共同对功率电路作高频率的开关补偿，电压高则通过补偿使脉宽减小，电流减少，电压低则通过补偿使脉宽加大，电流增加。

5.一种由权利要求1～4任一项所述的高频功率开关电路构成的电机变频器电路，其特征是：所述电机变频器电路放入电机内形成机电一体化电机，且电路没有无功功率。