CN108886322B - 提高开关功率因数的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种提高开关功率因数的方法和装置，其中，该方法包括：获取当前开关周期的第一输入电压采样值以及上一个开关周期的第二输入电压采样值(S101)；根据第一输入电压采样值以及第二输入电压采样值确定电容支路电流(S102)；获取当前开关周期的电流采样值(S103)；根据电流采样值以及电容支路电流确定电流误差(S104)；根据电流误差调整功率因数控制PFC电路(S105)。采用该提高开关功率因数的方法和装置，可以解决无法采集到输出电流的全部信息而导致功率因数下降的问题，从而提高功率因数。

Description

提高开关功率因数的方法和装置
技术领域
本发明涉及电路控制领域，尤其涉及提高开关功率因数的方法和装置。
背景技术
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比例，维持稳定输出电压采样值的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation，PWM)控制集成电路(Integrated Circuit，IC)和晶体管(Metallic OxideSemi Conductor Field-Effect Transistor，MOSFET)构成。开关电源是电网最主要的谐波源之一，对电网造成严重的污染。针对高次谐波的危害，需要功率因数校正(Power FactorCorrection，PFC)电路来对电路中的电流脉冲进行抑制，降低电流谐波含量，提高功率因数。PFC控制技术主要通过一定的控制策略使电网输入端的电流波形逼近正弦波，并与输入的电网电压同相位，对输入电流进行采样，并与参考电流比较得到参考电流与输入电流的差值，进而调整电路，使输出电压采样值稳定。
PFC电路可以简化为如图1所示的电路，其中，PFC电路可以简化为含电容C的电容等效回路和包含电阻R的电流采样电路，电容C是电磁干扰(Electro MagneticInterference，EMI)电路和PFC电路中的电容等的等效电容。在PFC电路中，电路采样电路通常在EMI电路之后，在采集输入电流时只能采集到流经电阻R的电流Ir，而无法采集到流经电容C的电流Ic，而输入电流Iin实际等于Ir与Ic之和，即无法采集到Iin的全部信息，PFC电路的控制器只能根据Ir去调整电路，造成电路功率因数下降。
发明内容
本发明实施例提供提高开关功率因数的方法和装置，解决无法采集到输入电流的全部信息而导致功率因数下降的问题。
本发明实施例提供一种提高开关功率因数的方法，包括：
获取当前开关周期的第一输入电压采样值以及上一个开关周期的第二输入电压采样值；
根据所述第一输入电压采样值以及所述第二输入电压采样值确定电容支路电流；
获取当前开关周期的电流采样值；
根据所述电流采样值以及所述电容支路电流确定电流误差；
根据所述电流误差调整功率因数控制PFC电路。
在一种可能的设计中，所述根据所述第一输入电压采样值以及所述第二输入电压采样值确定电容支路电流包括：确定电容等效回路中等效电容的数值；根据所述第一输入电压采样值、所述第二输入电压采样值以及所述等效电容的数值确定电容支路电流。
在一种可能的设计中，所述根据所述电流采样值以及所述电容支路电流确定电流误差包括：根据所述电流采样值以及所述电容支路电流确定输入电流；根据参考电流以及所述输入电流确定电流误差。
在一种可能的设计中，所述根据参考电流以及所述输入电流确定电流误差之前还包括：获取当前开关周期的输出电压采样值以及输出参考电压；根据所述输出电压采样值、输出参考电压以及所述第一输入电压采样值确定所述参考电流。
在一种可能的设计中，所述根据所述电流误差调整功率因数控制PFC电路包括:根据所述电流误差确定脉冲宽度调制PWM信号的占空比；根据所述占空比输出对应的PWM信号调整PFC电路。
相应地，本发明实施例第二方面提供一种提高开关功率因数的装置，包括：
输入电压获取单元，用于获取当前开关周期的第一输入电压采样值以及上一个开关周期的第二输入电压采样值；
支路电流确定单元，用于根据所述第一输入电压采样值以及所述第二输入电压采样值确定电容支路电流；
采样电流获取单元，用于获取当前开关周期的电流采样值；
电流误差确定单元，用于根据所述电流采样值以及所述电容支路电流确定电流误差；
调整单元，用于根据所述电流误差调整功率因数控制PFC电路。
在一种可能的设计中，所述支路电流确定单元包括：电容数值确定子单元，用于确定电容等效回路中等效电容的数值；支路电流确定子单元，用于根据所述第一输入电压采样值、所述第二输入电压采样值以及所述等效电容的数值确定电容支路电流。
在一种可能的设计中，所述电流误差确定单元包括：输入电流确定子单元，用于根据所述电流采样值以及所述电容支路电流确定输入电流；电流误差确定子单元，用于根据参考电流以及所述输入电流确定电流误差。
在一种可能的设计中，所述装置还包括：输出电压采样值获取单元，用于获取当前开关周期的输出电压采样值以及输出参考电压；参考电流确定单元，用于根据所述输出电压采样值、输出参考电压以及所述第一输入电压采样值确定所述参考电流。
在一种可能的设计中，所述调整单元包括：占空比确定子单元，用于根据所述电流误差确定脉冲宽度调制PWM信号的占空比；PWM信号输出子单元，用于根据所述占空比输出对应的PWM信号调整PFC电路。
在本发明实施例中，根据第一输入电压采样值和第二输入电压采样值确定电容支路电流，然后根据电容支路电路和电流采样值确定输入电流，进一步根据输入电流确定电流误差，输入电流由电容支路电流和电流采样值构成，在获得电流采样值的基础上增加电容支路电流确定输入电流更能反映电路的实际情况，使得电流误差更接近实际情况，利用更接近实际情况的电流误差去调整PFC电路可以提高功率因数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是PFC电路的简化示意图；
图2是本发明实施例提供的一种提高开关功率因数的方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的双闭环控制电路的示意图；
图4是本发明实施例提供的一种提高开关功率因数的装置的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种提高开关功率因数的装置的支路电流确定单元的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的一种提高开关功率因数的装置的电流误差确定单元的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种提高开关功率因数的装置的通断控制确定单元的结构示意图。
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。
参见图2，图2是本发明实施例提供的一种提高开关功率因数的方法的流程示意图，该方法可以实现在包含双闭环控制电路的装置中，如图所示，所述方法至少包括：
步骤S101：获取当前开关周期的第一输入电压采样值以及上一个开关周期的第二输入电压采样值。
在一种可能的实现方式中，可以通过双闭环控制电路获取当前开关周期的第一输入电压采样值以及上一个开关周期的第二输入电压采样。其中，双闭环控制电路组成可以如图3所示，双闭环控制电路连接到PFC电路的电源输入端，可以采集到输入电压瞬时值，将采集到的输入电压瞬时值送入第二采样通道可以得到输入电压采样值，通过在当前的开关周期和上一个开关周期采集输入电压瞬时值送入第二采样通道得到当前开关周期的第一输入电压采样值和上一个开关周期的第二输入电压采样值。
步骤S102：根据所述第一输入电压采样值以及所述第二输入电压采样值确定电容支路电流。
在一种实现方式中，根据所述第一输入电压采样值以及所述第二输入电压采样值确定电容支路电流包括：确定电容等效回路中等效电容的数值；根据所述第一输入电压采样值、所述第二输入电压采样值以及所述等效电容的数值确定支路电流。根据公式电容支路电流＝等效电容的数值*(第一输入电压采样-第二输入电压采样值)计算得到电容支路电流。
具体实现方式中，可根据具体的PFC电路确定等效电容的数值，将其存入图3中的输入电流计算单元中，然后通过图3的第二采样通道获取第一输入电压采样值和第二输入电压采样值，输入电流计算单元根据公式电容支路电流＝等效电容的数值*(第一输入电压采样-第二输入电压采样值)计算得到电容支路电流。
步骤S103：获取当前开关周期的电流采样值。
在一种可能的实现方式中，可以通过双闭环控制电路获取当前开关周期的电流采样值，如图3所示，双闭环控制电路连接到PFC电路的电流采样点获取当前开关周期的电流瞬时值，将当前开关周期的电流瞬时值送入第一采样通道可以得到当前开关周期的电流采样值。
步骤S104：根据所述电流采样值以及所述电容支路电流确定电流误差。
在一种实现方式中，根据所述电流采样值以及所述电容支路电流确定电流误差包括：根据所述电流采样值以及所述电容支路电流确定输入电流；根据参考电流以及所述输入电流确定电流误差。
根据图1的电路可知，输入电流等于电流采样值与电容支路电流之和，则可以根据步骤S102确定的电容支路电流和步骤S103获取的电流采样值相加得到的数值确定为输入电流。
具体实现方式中，第一采样通道将电流采样值送入图3中的输入电流计算单元中，输入电流计算单元将电流采样值与电容支路电流相加得到输入电流。
在一种可能的实现方式中，根据参考电流以及所述输入电流确定电流误差之前还包括：获取当前开关周期的输出电压采样值以及输出参考电压；根据所述输出电压采样值、输出参考电压以及所述第一输入电压采样值确定参考电流。
具体实现方式中，可通过双闭环控制电路获取当前开关周期的输出电压采样值，如图3所示，双闭环控制电路连接到PFC电路的电压输出端获取当前开关周期的输出电压瞬时值，将获取到的当前开关周期的输出电压瞬时值送入第三采样通道得到当前开关周期的输出电压采样值。
具体实现方式中，将获取到的输出电压采样值与输出参考电压进行比较得到电压差值，将电压差值送入电压调节器得到第一输出值，将第一输出值与输出电压采样值送入乘法器得到参考电流。
具体实现方式中，可根据公式电流误差＝参考电流-输入电流确定电流误差。
步骤S105：根据所述电流误差调整功率因数控制PFC电路。
在一种实现方式中，根据所述电流误差调整功率因数控制PFC电路包括：根据所述电流误差确定PWM信号的占空比；根据所述占空比输出对应的PWM信号调整PFC电路。
具体实现方式中，可将电流误差送入如图3所示的电流调节器，电流调节器根据电流误差产生PWM占空比，电流调节器将PWM占空比发送给PWM信号发生器，PWM信号发生器根据该PWM占空比输出相应的PWM信号去控制PFC电路中MOS管的通断对PFC电路进行调整。
在本发明实施例中，通过双闭环控制电路获取第一输入电压采样值、第二输入电压采样值、输出电压采样值、电流采样值等参数，将电流采样值与电容支路电流之和确定为输入电流，使得输入电流与参考电流的电流误差更接近实际情况，双闭环控制电路中的电流调节器根据更接近实际情况的电流误差去调整PFC电路可以提高功率因数。
参见图4，图4是本发明实施例提供的一种提高开关功率因数的装置的结构示意图，所述装置可以包括图3所示的双闭环控制电路，如图所示，所述装置包括：
输入电压获取单元410，用于获取当前开关周期的第一输入电压采样值以及上一个开关周期的第二输入电压采样值。
在一种可能的实现方式中，输入电压获取单元410连接到PFC电路的电源输入端，可以采集到输入电压瞬时值，输入电压获取单元410将获取到的输入电压的瞬时值进行采样得到输入电压采样值，输入电压获取单元410通过在当前的开关周期和上一个开关周期获取输入电压瞬时值并进行采样得到当前开关周期的第一输入电压采样值和上一个开关周期的第二输入电压采样值。
在具体实现中，输入电压获取单元410可以包括图3所示的第二采样通道。
支路电流确定单元420，用于根据所述第一输入电压采样值以及所述第二输入电压采样值确定电容支路电流。
可选地，如图5所示，所述支路电流确定单元420包括：
电容数值确定子单元421，用于确定电容等效回路中等效电容的数值；
支路电流确定子单元422，用于根据所述第一输入电压采样值、所述第二输入电压采样值以及所述等效电容的数值确定电容支路电流。
具体实现中，电容数值确定子单元421可根据具体的PFC电路确定等效电容的数值并将该等效电容的数值保存。输入电压获取单元410获取第一输入电压采样值和第二输入电压采样值并将第一输入电压采样值以及第二输入电压采样值送入支路电流确定子单元422，电容数值确定子单元421将等效电容的数值送入支路电流确定子单元422，支路电路确定子单元422根据公式电容支路电流＝等效电容的数值*(第一输入电压采样-第二输入电压采样值)计算得到电容支路电流。
具体实现中，电容数值确定子单元421和支路电路确定子单元422可包括图3的输入电流计算单元。
采样电流获取单元430，用于获取当前开关周期的电流采样值。
在一种可能的实现方式中，采样电路获取单元430连接到PFC电路的电流采样点获取当前开关周期的电流瞬时值，对当前开关周期的电流瞬时值进行采样得到当前开关周期的电流采样值。
具体实现中，采样电流获取单元430可包括图3所示的第一采样通道。
电流误差确定单元440，用于根据所述电流采样值以及所述电容支路电流确定电流误差。
可选地，如图6所示，所述电流误差确定单元440包括：
输入电流确定子单元441，用于根据所述电流采样值以及所述电容支路电流确定输入电流；
具体实现中，输入电流确定子单元441根据公式输入电流＝电流采样值+电容支路电流确定输入电流。输入电流确定子单元441从支路电流确定子单元422获取电容支路电路，从采样电流获取单元430获取电流采样值，输入电流确定子单元441可以包括图3所示的输入电流计算单元。
电流误差确定子单元442，用于根据参考电流以及所述输入电流确定电流误差。
具体实现中，电流误差确定子单元442可根据公式电流误差＝参考电流-输入电流确定电流误差。电流误差确定子单元可以从输入电流确定子单元441获取输入电流，电流误差确定子单元442可以包括图3所示的第二减法器。
可选地，如图4所示，所述装置还包括：
输出电压采样值获取单元460，用于获取当前开关周期的输出电压采样值以及输出参考电压；
在一种可能的实现方式中，输出电压采样值获取单元460可连接到PFC电路的电压输出端获取当前开关周期的电压开关瞬时值，将获取到的当前开关周期的输出电压瞬时值进行采样得到当前开关周期的输出电压采样值。其中，输出参考电压可以为一个预设的电压值。
具体实现中，输出电压采样值获取单元460可包括图3中的第三采样通道。
参考电流确定单元470，用于根据所述输出电压采样值、输出参考电压以及所述第一输入电压采样值确定所述参考电流。
具体实现中，参考电流确定单元470将输入电压获取单元410获取到的第一输入电压采样值以及输出电压采样值获取单元460获取到的输出参考电压进行比较得到电压差值，进一步得到第一输出值，将第一输出值与输出电压采样值送入乘法器得到参考电流。参考电流确定单元470可以包括图3所示的第一减法器、电压调节器以及乘法器。
调整单元450，用于根据所述电流误差调整功率因数控制PFC电路。
可选地，如图7所示，所述调整单元450包括：
占空比确定子单元451，用于根据所述电流误差确定脉冲宽度调制PWM信号的占空比；
具体实现中，占空比确定子单元451可包括图3中的电流调节器。
PWM信号输出子单元452，用于根据所述占空比输出对应的PWM信号调整PFC电路。
具体实现中，PWM信号输出单元452从占空比确定子单元451获取PWM信号的占空比，PWM信号输出单元452可包括图3中的PWM信号发生器。
本发明实施例中，提高开关功率因数的装置获取第一输入电压采样值、第二输入电压采样值、输出电压采样、电流采样值等参数，将电流采样值与电容支路电流之和确定为输入电流，使得输入电流与参考电流的电流误差更接近实际情况，根据更接近实际情况的电流误差去调整PFC电路可以提高功率因数。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
本发明实施例装置中的单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种提高开关功率因数的方法，其特征在于，包括：
获取当前开关周期的第一输入电压采样值以及上一个开关周期的第二输入电压采样值；
根据所述第一输入电压采样值以及所述第二输入电压采样值确定电容支路电流；
获取PFC电路的电流采样点在当前开关周期的电流采样值；
根据所述电流采样值以及所述电容支路电流确定电流误差；
根据所述电流误差调整功率因数控制PFC电路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一输入电压采样值以及所述第二输入电压采样值确定电容支路电流包括：
确定电容等效回路中等效电容的数值；
根据所述第一输入电压采样值、所述第二输入电压采样值以及所述等效电容的数值确定电容支路电流。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电流采样值以及所述电容支路电流确定电流误差包括：
根据所述电流采样值以及所述电容支路电流确定输入电流；
根据参考电流以及所述输入电流确定电流误差。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据参考电流以及所述输入电流确定电流误差之前还包括：
获取当前开关周期的输出电压采样值以及输出参考电压；
根据所述输出电压采样值、输出参考电压以及所述第一输入电压采样值确定所述参考电流。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述电流误差调整功率因数控制PFC电路包括:
根据所述电流误差确定脉冲宽度调制PWM信号的占空比；
根据所述占空比输出对应的PWM信号调整PFC电路。
6.一种提高开关功率因数的装置，其特征在于，包括：
输入电压获取单元，用于获取当前开关周期的第一输入电压采样值以及上一个开关周期的第二输入电压采样值；
支路电流确定单元，用于根据所述第一输入电压采样值以及所述第二输入电压采样值确定电容支路电流；
采样电流获取单元，用于获取PFC电路的电流采样点在当前开关周期的电流采样值；
电流误差确定单元，用于根据所述电流采样值以及所述电容支路电流确定电流误差；
调整单元，用于根据所述电流误差调整功率因数控制PFC电路。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述支路电流确定单元包括：
电容数值确定子单元，用于确定电容等效回路中等效电容的数值；
支路电流确定子单元，用于根据所述第一输入电压采样值、所述第二输入电压采样值以及所述等效电容的数值确定电容支路电流。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电流误差确定单元包括：
输入电流确定子单元，用于根据所述电流采样值以及所述电容支路电流确定输入电流；
电流误差确定子单元，用于根据参考电流以及所述输入电流确定电流误差。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
输出电压采样值获取单元，用于获取当前开关周期的输出电压采样值以及输出参考电压；
参考电流确定单元，用于根据所述输出电压采样值、输出参考电压以及所述第一输入电压采样值确定所述参考电流。
10.根据权利要求6-9任一项所述的装置，其特征在于，所述调整单元包括：
占空比确定子单元，用于根据所述电流误差确定脉冲宽度调制PWM信号的占空比；
PWM信号输出子单元，用于根据所述占空比输出对应的PWM信号调整PFC电路。
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