CN108418414A - 功率因数校正电路、装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率因数校正电路、装置及方法，功率因数校正电路包括过零检测电路、PFC控制电路、整流电路、电压检测电路及控制器；其中，过零检测电路，用于检测输入交流电源的过零点位置；电压检测电路，用于检测整流电路输出的直流电压；控制器，用于在过零检测电路检测到输入交流电源的过零点位置时，获取电压检测电路检测到的直流电压，根据直流电压确定给定时间值；PFC控制电路，在延迟给定时间值后，执行功率因数校正。本发明技术方案提高功率因数校正的精度。

Description

功率因数校正电路、装置及方法
技术领域
本发明涉及汽车充电技术领域，特别涉及一种功率因数校正电路、装置及方法。
背景技术
汽车尾气是城市空气污染的重要源头之一，随着新能源汽车技术的发展及环境保护意识的增强，电动汽车受到越来越广泛的使用。电动汽车在行驶一定里程后需要进行充电，目前电动汽车采用充电器进行充电。
充电器给汽车进行充电时，需要进行功率因数校正。在进行功率因数校正时，需要检测过零点的位置。在实际检测过程中，检测过零点位置存在一定的误差，检测误差随着电源电压大小而变化，这影响功率因数校正的精度。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种功率因数校正电路，旨在提高功率因数校正的精度。
为实现上述目的，本发明提出的功率因数校正电路，所述功率因数校正电路包括过零检测电路、PFC控制电路、整流电路、电压检测电路及控制器；其中，
所述过零检测电路，用于检测输入交流电源的过零点位置；
所述电压检测电路，用于检测整流电路输出的直流电压；
所述控制器，用于在所述过零检测电路检测到输入交流电源的过零点位置时，获取电压检测电路检测到的直流电压，根据所述直流电压确定给定时间值；
所述PFC控制电路，用于在延迟所述给定时间值后，执行功率因数校正。
优选地，所述控制器还用于根据所述直流电压进行查表，获取校正时间值；
根据所述校正时间值，计算给定时间值。
优选地，根据所述校正时间值，采用如下公式计算给定时间值：
Td＝T-△T；
其中，所述Td为给定时间值，所述△T为校正时间值，T为输入交流电源的半周期值。
优选地，所述过零检测电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一三极管、光电耦合器及直流电源；
所述第一电阻的第一端与火线连接，所述第一电阻的第二端与所述光电耦合器的第一输入端连接；所述第二电阻的第一端与零线连接，所述第二电阻的第二端与所述光电耦合器的第二输入端连接；所述光电耦合器第一输出端与所述直流电源连接，所述光电耦合器第二输出端经所述第三电阻与所述第一三极管的基极连接；所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极经所述第五电阻与所述直流电源连接；所述第六电阻的第一端与所述第一三极管的集电极连接，所述第六电阻的第二端与所述控制器连接；所述第四电阻的第一端与所述第一三极管的基极连接，所述第四电阻的第二端接地。
优选地，所述功率因数校正电路还包括整流电路，所述整流电路的第一输入端及第二输入接收交流电源，所述整流电路的第一输出端及第二输出端均与所述电压检测电路连接；所述电压检测电路包括第七电阻、第八电阻、第九电阻及第十电阻；
其中，所述第七电阻的第一端与所述整流电路的第一输出端连接，所述第七电阻的第二端与所述第八电阻的第一端连接，所述第八电阻的第二端与所述第九电阻的第一端连接，所述第九电阻的第二端与所述第十电阻的第一端连接，所述第十电阻的第二端与所述整流电路的第二输出端连接。
优选地，所述功率因数校正电路还包括滤波电容，所述滤波电容的第一端与所述整流电路的第一输出端连接，所述滤波电容的第二端与所述整流电路的第二输出端连接。
优选地，所述所述功率因数校正电路还包括电压变换电路，所述电压变换电路的第一输入端与所述整流电路的第一输出端连接，所述电压变换电路的第二输入端与所述整流电路的第二输出端连接。
为实现上述目的，本发明还提出一种功率因数校正装置，所述功率因数校正装置包括如上所述的功率因数校正电路。所述功率因数校正电路包括过零检测电路、PFC控制电路、整流电路、电压检测电路及控制器；其中，所述过零检测电路检测输入交流电源的过零点位置；所述电压检测电路，用于检测整流电路输出的直流电压；所述控制器，用于在所述过零检测电路检测到输入交流电源的过零点位置时，获取电压检测电路检测到的直流电压，根据所述直流电压确定给定时间值；所述PFC控制电路，用于在延迟所述给定时间值后，执行功率因数校正。
本发明还提出一种功率因数校正方法，应用于如上所述的功率因数校正电路，所功率因数校正方法包括：
过零检测电路检测输入交流电源的过零点位置；
电压检测电路检测整流电路输出的直流电压；
所述控制器在所述过零检测电路检测到输入交流电源的过零点位置时，获取所述电压检测电路检测到的直流电压；
根据所述直流电压确定给定时间值；
所述PFC控制电路，在延迟给定时间值后，执行功率因数校正。
优选地，所述根据所述直流电压确定给定时间值，具体包括：
根据所述直流电压进行查表，获取校正时间值；
根据所述校正时间值，计算给定时间值。
本发明技术方案通过采用设置过零检测电路、PFC控制电路、整流电路、电压检测电路及控制器，形成了一种功率因数校正电路。所述控制器在输入交流电源的过零点时，得到此时电压检测电路检测到对应的直流电压，根据所述直流电压确定给定时间值，PFC控制电路在延迟给定时间值后，执行功率因数校正。如此，消除了在检测过零点位置时存在的误差，提高了功率因数校正的精度。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图展示的结构获得其他的附图。
图1为本发明功率因数校正电路一实施例的一功能模块图；
图2为本发明功率因数校正电路一实施例的另一功能模块图；
图3为本发明功率因数校正方法一实施例的流程图；
图4为本发明功率因数校正根据过零点位置进行周期性控制的示意图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
10 过零检测电路 D1～D4 第一二极管至第四二极管
20 PFC控制电路 OP 光电耦合器
30 整流电路 L 电感
40 电压检测电路 C 滤波电容
50 控制器 Q 第一三极管
60 电压变换电路 VCC 直流电源
R1～R10 第一电阻至第十电阻
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种功率因数校正电路。
参照图1，在本发明实施例中，该功率因数校正电路包括过零检测电路10、PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)控制电路20、整流电路30、电压检测电路40及控制器50。
所述过零检测电路10与市电中的单相火线及零线分别连接。该功率因数校正电路还包括一电感，所述电感的一端与市电中的火线连接，所述电感的另一端与整流电路30连接。
本实施例中，所述整流电路30包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第四二极管D4。所述第一二极管D1的阳极与所述电感L的第二端连接，所述第一二极管D1的阴极与电压检测电路40连接；所述第二二极管D2的阳极与市电的零线连接，第二二极管D2的阴极与第一二极管D1的阴极连接。所述第三二极管D3的阳极与PFC控制电路20连接，所述第三二极管D3的阴极与所述第一二极管D1的阳极连接。所述第四二极管D4的阳极与所述第三二极管D3的阳极连接，所述第四二极管D4的阴极与所述第二二极管D2的阳极连接。
所述PFC控制电路20还与所述电感L的第二端连接，所述PFC控制电路20与控制器50连接。
所述过零检测电路10，用于检测输入交流电源的过零点位置。本实施例中，过零检测电路10检测交流电压每半个周期的过零点的时间位置。
所述电压检测电路40，用于检测整流电路30输出的直流电压。该电压检测电路40可以是任何现有的电压检测电路40，例如采用电压传感器、分压电路等进行电压采样。
所述控制器50，用于在过零检测电路10检测到输入交流电源的过零点位置时，获取电压检测电路40检测到的直流电压，根据所述直流电压确定给定时间值；所述PFC控制电路20，在延迟给定时间值后，执行功率因数校正。本实施例中，控制器50可采用单片机等处理能力强的芯片及外围电路构成。
需要说明的是，整流电路30输出的直流电压与过零检测电路10检测到过零点时间位置的误差大小相关。预先通过实验的手段，测得整流电路30输出的直流电压与误差大小的对应关系，将相关参数存储于控制器50中。在实际应用中，只需通过将采样的直流电压映射得到所需的给定时间值。
本发明技术方案通过采用设置过零检测电路10、PFC控制电路20、整流电路30、电压检测电路40及控制器50，形成了一种功率因数校正电路。所述控制器50在输入交流电源的过零点位置时，得到此时电压检测电路40检测到对应的直流电压，根据所述直流电压确定给定时间值，PFC控制电路20在延迟给定时间值后，执行功率因数校正。如此，消除了在检测过零点位置时存在的误差，提高了功率因数校正的精度。
进一步地，所述控制器50获取电压检测电路40检测到的直流电压；根据所述直流电压进行查表，获取校正时间值；根据所述校正时间值，计算给定时间值。
本实施例中是通过查表的方式，根据电压检测电路40检测到的直流电压获取校正时间值，也可采用其他方式得到，例如通过预设公式进行计算得到。易于理解的是，查表的方式快速、计算量小，可减小控制器50的运算量。
参照图4，进一步地，根据所述校正时间值，采用如下公式计算给定时间值：
Td＝T-△T；
其中，所述Td为给定时间值，所述△T为校正时间值，T为输入交流电源的半周期值。在图4中，Tw为PFC控制电路进行功率校正的时间。在提高功率因数时，扩大电流导通角度，使电流跟随电压，根据电源过零点，进行周期性的PFC开关控制。
给定时间值，即过零检测电路10的检测导致的误差值，通过对检测到的过零位置进行补偿，消除了过零检测电路10的检测导致误差。
参照图2，具体地，所述过零检测电路10包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一三极管Q、光电耦合器OP及直流电源VCC；
所述第一电阻R1的第一端与火线连接，所述第一电阻R1的第二端与所述光电耦合器OP的第一输入端连接；所述第二电阻R2的第一端与零线连接，所述第二电阻R2的第二端与所述光电耦合器OP的第二输入端连接；所述光电耦合器OP第一输出端与所述直流电源VCC连接，所述光电耦合器OP第二输出端经所述第三电阻R3与所述第一三极管Q的基极连接；所述第一三极管Q的发射极接地，所述第一三极管Q的集电极经所述第五电阻R5与所述直流电源VCC连接；所述第六电阻R6的第一端与所述第一三极管Q的集电极连接，所述第六电阻R6的第二端与所述控制器50连接；所述第四电阻R4的第一端与所述第一三极管Q的基极连接，所述第四电阻R4的第二端接地。
本实施例中，通过光电耦合器OP对功率因数校正电路的高压侧与低压侧进行隔离，大大减小了高压侧的电磁对低压侧的干扰，提高了系统的稳定性。
具体地，所述整流电路30的第一输入端及第二输入接收交流电源，所述整流电路30的第一输出端及第二输出端均与所述电压检测电路40连接；所述电压检测电路40包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9及第十电阻R10。
其中，所述第七电阻R7的第一端与所述整流电路30的第一输出端连接，所述第七电阻R7的第二端与所述第八电阻R8的第一端连接，所述第八电阻R8的第二端与所述第九电阻R9的第一端连接，所述第九电阻R9的第二端与所述第十电阻R10的第一端连接，所述第十电阻R10的第二端与所述整流电路30的第二输出端连接。
本实施例中，电压检测电路40对整流电路30的输出直流电压进行检测，并发送至控制器50。此外，在充电停止时，该电压检测电路40还能对系统中剩余的电量进行放电，避免人员接触时发生触电事故。
进一步地，所述功率因数校正电路还包括滤波电容C，所述滤波电容C的第一端与所述整流电路30的第一输出端连接，所述滤波电容C的第二端与所述整流电路30的第二输出端连接。
易于理解的是，滤波电容C能够对整流电路30输出的电压作滤波稳压处理，使得输出电压更加稳定。
进一步地，所述所述功率因数校正电路还包括电压变换电路60，所述电压变换电路60的第一输入端与所述整流电路30的第一输出端连接，所述电压变换电路60的第二输入端与所述整流电路30的第二输出端连接。
电压变换电路60主要作用就是对整流电路30输出的电压进行升压或者降压处理，以满足电动车充电时对工作电压的需要。
本发明还提出一种功率因数校正装置，该功率因数校正装置包括功率因数校正电路，该功率因数校正电路的具体结构参照上述实施例，由于本功率因数校正装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
参照图3，本发明还提出一种功率因数校正方法，应用于如上所述的功率因数校正电路，所功率因数校正方法包括：
S100、过零检测电路10检测输入交流电源的过零点位置。
本实施例中，过零检测电路10检测交流电压每半个周期的过零点的时间位置。
S200、电压检测电路40检测整流电路30输出的直流电压。该电压检测电路40可以是任何现有的电压检测电路40，例如采用电压传感器、分压电路等进行电压采样。
S300、所述控制器50在过零检测电路检测到输入交流电源的过零点位置时，获取电压检测电路40检测到的直流电压。本实施例中，控制器50可采用单片机等处理能力强的芯片及外围电路构成。
S400、根据所述直流电压确定给定时间值。需要说明的是，整流电路30输出的直流电压与过零检测电路10检测到过零点时间位置的误差大小相关。预先通过实验的手段，测得整流电路30输出的直流电压与误差大小的对应关系，将相关参数存储于控制器50中。在实际应用中，只需通过将采样的直流电压映射得到所需的给定时间值。
S500、所述PFC控制电路20，在延迟所述给定时间值后，执行功率因数校正。功率因数校正，即减小电压与电流之间的相位，提高有功功率所占比例。
进一步地，所述根据所述直流电压确定给定时间值，具体包括：
根据所述直流电压进行查表，获取校正时间值；
根据所述校正时间值，计算给定时间值。
本实施例中是通过查表的方式，根据电压检测电路40检测到的直流电压获取校正时间值，也可采用其他方式得到，例如通过预设公式进行计算得到。易于理解的是，查表的方式快速、计算量小，可减小控制器50的运算量。
进一步地，根据所述校正时间值，采用如下公式计算定时间值：
Td＝T-△T；
其中，所述Td为给定时间值，所述△T为校正时间值，T为输入交流电源的半周期值。
给定时间值，即过零检测电路10的检测导致的误差值，通过对检测到的过零位置进行补偿，消除了过零检测电路10的检测导致误差。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种功率因数校正电路，其特征在于，所述功率因数校正电路包括过零检测电路、PFC控制电路、整流电路、电压检测电路及控制器；其中，
所述过零检测电路，用于检测输入交流电源的过零点位置；
所述电压检测电路，用于检测整流电路输出的直流电压；
所述控制器，用于在所述过零检测电路检测到输入交流电源的过零点位置时，获取电压检测电路检测到的直流电压，根据所述直流电压确定给定时间值；
所述PFC控制电路，用于在延迟所述给定时间值后，执行功率因数校正。
2.如权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述控制器，还用于根据所述直流电压进行查表，获取校正时间值；根据所述校正时间值，计算给定时间值。
3.如权利要求2所述的功率因数校正电路，其特征在于，根据所述校正时间值，采用如下公式计算给定时间值：
Td＝T-△T；
其中，所述Td为给定时间值，所述△T为校正时间值，T为输入交流电源的半周期值。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述过零检测电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一三极管、光电耦合器及直流电源；
所述第一电阻的第一端与火线连接，所述第一电阻的第二端与所述光电耦合器的第一输入端连接；所述第二电阻的第一端与零线连接，所述第二电阻的第二端与所述光电耦合器的第二输入端连接；所述光电耦合器第一输出端与所述直流电源连接，所述光电耦合器第二输出端经所述第三电阻与所述第一三极管的基极连接；所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极经所述第五电阻与所述直流电源连接；所述第六电阻的第一端与所述第一三极管的集电极连接，所述第六电阻的第二端与所述控制器连接；所述第四电阻的第一端与所述第一三极管的基极连接，所述第四电阻的第二端接地。
5.如权利要求1至3中任意一项所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述功率因数校正电路还包括整流电路，所述整流电路的第一输入端及第二输入接收交流电源，所述整流电路的第一输出端及第二输出端均与所述电压检测电路连接；所述电压检测电路包括第七电阻、第八电阻、第九电阻及第十电阻；
其中，所述第七电阻的第一端与所述整流电路的第一输出端连接，所述第七电阻的第二端与所述第八电阻的第一端连接，所述第八电阻的第二端与所述第九电阻的第一端连接，所述第九电阻的第二端与所述第十电阻的第一端连接，所述第十电阻的第二端与所述整流电路的第二输出端连接。
6.如权利要求5所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述功率因数校正电路还包括滤波电容，所述滤波电容的第一端与所述整流电路的第一输出端连接，所述滤波电容的第二端与所述整流电路的第二输出端连接。
7.如权利要求5所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述所述功率因数校正电路还包括电压变换电路，所述电压变换电路的第一输入端与所述整流电路的第一输出端连接，所述电压变换电路的第二输入端与所述整流电路的第二输出端连接。
8.一种功率因数校正装置，其特征在于，所述功率因数校正装置包括如权利要求1-7中任意一项所述的功率因数校正电路。
9.一种功率因数校正方法，应用于如权利要求1-7中任意一项所述的功率因数校正电路，其特征在于，所功率因数校正方法包括：
过零检测电路检测输入交流电源的过零点位置；
电压检测电路检测整流电路输出的直流电压；
控制器在所述过零检测电路检测到输入交流电源的过零点位置时，获取所述电压检测电路检测到的直流电压；
根据所述直流电压确定给定时间值；
PFC控制电路在延迟所述给定时间值后，执行功率因数校正。
10.如权利要求9所述的功率因数校正方法，其特征在于，所述根据所述直流电压确定给定时间值，具体包括：
根据所述直流电压进行查表，获取校正时间值；
根据所述校正时间值，计算给定时间值。
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