CN109004850B - 一种半桥有源功率因数校正电路及一种变频控制器及一种电源电路 - Google Patents

一种半桥有源功率因数校正电路及一种变频控制器及一种电源电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半桥有源功率因数校正电路，其中整流单元对输入交流电压进行整流；电流采样单元对电源输入电流采样，相位检测单元采集输入交流电压所处的相位，上述采样信号送至控制单元，控制单元依据采样信号进行处理，并给出控制信号；执行电路接收控制信号并执行电流调节动作；电感对输入电流进行储能和续流升压；电容对输出电流进行储能滤波和能给负载连续供电。本发明还公开了一种使用前述半桥有源功率因数校正电路的空调或热泵控制器。本发明采用半桥整流提高了效率，通过公共端的巧妙设置实现了电流和输入相位的直接快捷采样，一个高频电感有利安装和成本，半桥执行单元有利于功率扩展。

Description

一种半桥有源功率因数校正电路及一种变频控制器及一种电 源电路
技术领域
本发明涉及一种电源控制技术领域。
背景技术
有源功率因数校正(Active Power Factor Correction,简称APFC)技术因能提高电力变压器网侧功率因数，充分使用发电能源，降低线路损耗，减少电网谐波污染，提高电网供电质量等优点。
现有技术中的有源功率校正电路，输入交流电是经全桥整流+BOOST电路进行功率因数校正后转换为直流电源，但由于全桥整流的电流需经过二个整流器件，BOOST电路一般也由一个功率器件担当，因此在变频空调、热泵热水、电动汽车充电桩等中大功率场合，由于全桥整流的效率较低、一个BOOST功率器件发热严重，使应用电功率的提高受到一定的限制。因此，无桥功率因数校正技术应运而生，如本发明的半桥有源功率因数校正电路拓扑是无桥功率因数校正技术的一种，但因为受上桥臂和下桥臂不能同时进行电流快速采样的困扰，所以在实际产品上并没有得到应用。
发明内容
本发明技术方案的一个目的是，提供一种能进行全波电流快速采样的半桥有源功率因数校正电路。
一种半桥有源功率因数校正电路，包括半桥整流电路、电信号采样电路、相位检测单元、控制单元、执行电路、电感；
所述半桥整流电路包括第一整流单元和第二整流单元，所述的第一整流单元能够对输入交流电压的正半波进行整流，所述的第二整流单元能够对输入交流电压的负半波进行整流；第一整流单元的输出端与所述半桥有源功率因数校正电路的输出端电连接；所述的第二整流单元的输出端与所述半桥有源功率因数校正电路的另一输出端电连接；
所述电信号采样电路包括第一电信号采样单元、第二电信号采样单元；所述第一电信号采样单元、第二电信号采样单元均电连接交流电源的第一输入端；所述第一电信号采样单元还与所述第一整流单元电连接；所述第二电信号采样单元还与所述第二整流单元电连接；所述的电信号采样电路能够对电源输入电流采样，并将采样信号传送给所述控制单元；
所述相位检测单元用于采集输入交流电压的相位，得到相位信号并传送给所述控制单元；
所述控制单元与所述第一整流单元、所述第一电信号采样单元、所述第二整流单元、所述第二电信号采样单元电连接；所述控制单元接收所述相位信号、所述采样信号并进行处理，得到控制信号；
所述执行电路接收所述控制信号并执行电流调节动作，使得电流流过所述执行电路；
所述的电感与所述半桥有源功率因数校正电路的一个输入端电连接，所述电感的另一端与所述执行电路电连接；
所述半桥有源功率因数校正电路还包括电解电容(E1),所述第一整流单元的另一端与所述电解电容(E1)的一端电连接，所述第二整流单元的另一端与所述电解电容(E1)的另一端电连接。
所述第一电信号采样单元为第一电流采样单元，所述第二电信号采样单元为第二电流采样单元，所述第一电流采样单元一端与所述第二采样单元电连接，所述第一电流采样单元另一端与所述控制单元电连接，所述第一电流采样单元另一端与所述第一整流单元的一端电连接；所述第二电流采样单元另一端与所述控制单元电连接，所述第二电流采样单元另一端与所述第二整流单元的一端电连接。
所述半桥有源功率因数校正电路还可以包括电容(C)、滤波单元，所述电容(C)与所述电解电容并联设置；所述的电解电容设置于所述半桥有源功率因数校正电路的两个输出端之间或所述的电解电容与所述半桥有源功率因数校正电路的两个输出端之间连接的负载并联设置；所述电解电容能够进行储能或放能，所述电容能够进行储能或放能；所述滤波单元能够对所述采样信号进行滤波。
所述的第一电流采样单元可以包括第一采样电阻，所述的第二电流采样单元包括第二采样电阻，所述第一采样电阻的与所述第二采样电阻连接的一端、所述第二采样电阻与所述第一采样电阻连接的的一端均连接至交流电源的第一输入端；所述第一采样电阻的另一端与所述控制单元的基准公共端电连接，同时与所述第一整流单元电连接；所述第二采样电阻的另一端与所述控制单元的信号输入端电连接同时与所述第二整流单元电连接。
所述相位检测单元可包括两个输入端及至少一个输出端，两个输入端分别与交流电源的两输入端电连接，所述相位检测单元的输出端与控制单元的信号输入端电连接；所述控制单元接收所述相位信号、所述采样信号，并进行处理得到所述控制信号。
所述执行电路能够接收所述控制单元发出的所述控制信号并执行相应的调节动作，所述执行电路包括第一执行单元和第二执行单元，所述第一执行单元的一端与所述第一整流单元电连接，并与所述半桥有源功率因数校正电路的输出端一端(DC-)电连接，所述第一执行单元的另一接口与所述电感(L1)电连接，所述第一执行单元还与所述控制单元电连接；所述第二执行单元的一端与所述第二整流单元电连接，并与所述半桥有源功率因数校正电路的输出端的另一端(DC+)电连接，所述第二执行单元的另一端与所述电感(L1)电连接，所述第一执行单元还与所述控制单元电连接；所述控制单元发出的控制信号包括第一控制信号与第二控制信号，所述第一执行单元能够接收所述控制单元的第一控制信号并执行相应调节动作，所述第二执行单元能够接收所述控制单元的第二控制信号并执行相应调节动作。
所述第一执行单元包括包括第一开关器件和第一续流器件，所述第一开关器件为可控开关器件，受所述控制单元的第一控制信号控制；所述第一续流器件为非可控续流器件；所述第二执行单元包括第二开关器件和第二续流器件，所述第二开关器件为可控开关器件，受所述控制单元的第二控制信号控制，所述第二续流器件为非可控续流器件。
所述第一执行单元包括第一绝缘栅双极型晶体管(Q1)和第一续流二极管(D4)，所述第一绝缘栅双极型晶体管(Q1)能够接收所述控制单元的控制信号；所述第二执行单元包括第二绝缘栅双极型晶体管(Q2)和第二续流二极管(D3)，所述第二绝缘栅双极型晶体管(Q1)能够接收所述控制单元的控制信号；所述第二绝缘栅双极型晶体管(Q2)的集电极与所述第二整流二极管(D2)的阴极电连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管(Q2)的发射极与所述电感(L1)电连接；所述第一绝缘栅双极型晶体管(Q1)的集电极与所述电感(L1)电连接，所述第一绝缘栅双极型晶体管(Q1)的发射极与所述第一整流二极管D1的阳极电连接；所述第一执行单元还包括第一驱动单元，所述第二执行单元还包括第二驱动单元，所述第一驱动单元能够接收所述控制单元的第一控制信号，并将所述第一控制信号传送给所述第一绝缘栅双极型晶体管(Q1)或将所述第一控制信号转换后传送给所述第一绝缘栅双极型晶体管(Q1)；所述第二驱动单元能够接收所述控制单元的第二控制信号，并将所述第二控制信号传送给所述第二绝缘栅双极型晶体管(Q2)或将所述第二控制信号转换后传送给所述第二绝缘栅双极型晶体管(Q2)；第一续流二极管(D4)的阳极与所述电感电连接，第一续流二极管(D4)的阴极与所述半桥有源功率因数校正电路的输出端(DC+)电连接；第二续流二极管(D3)的阴极与所述电感电连接，第二续流二极管(D3)的阳极与所述半桥有源功率因数校正电路的另一输出端(DC-)电连接。
所述半桥有源功率因数校正电路还包括输出电压采样单元，所述输出电压采样单元能够得到所述半桥有源功率因数校正电路的两输出端之间的电压的电信号或所述半桥有源功率因数校正电路的两输出端之间的一定比例的电压的电信号并将得到的电信号传送给所述控制单元，所述控制单元在接收所述相位信号、所述采样信号的同时接收所述电信号，并进行处理得到所述控制信号。
本发明技术方案的另一目的是，提供一种变频控制器，所述变频控制器包括滤波电路、半桥有源功率因数校正电路、开关电源电路、逆变功率模块、控制模块；所述滤波电路能够将输入的交流电经过滤波供给所述半桥有源功率因数校正电路，所述半桥有源功率因数校正电路校正之后供给所述逆变功率模块及给所述开关电源电路；所述开关电源电路提供电源给所述控制模块，所述半桥有源功率因数校正电路如上所述。
本发明技术方案还同时提供一种电源电路，包括滤波电路、半桥有源功率因数校正电路、直流电源变换电路，所述滤波电路能够将输入的交流电经过滤波供给所述半桥有源功率因数校正电路，所述半桥有源功率因数校正电路校正之后供给所述直流电源变换电路；所述电源电路能够应用于充电桩或电源适配器或电视机或家用电器；所述半桥有源功率因数校正电路如上所述。
上述技术方案与常规技术相比，采用半桥整流提高了整流效率，且通过安装在半桥整流器件之间的二个电信号采样单元获得相对快速的采样，使控制单元能根据采样信号对半桥执行单元实施控制，提高功率因数，同时减小了功耗及电器件的发热量。
附图说明
图1是本发明一种带有半桥有源功率因数校正电路的实施方式示意框图。
图2是图1所示实施方式的电路原理示意图。
图3是另一带有半桥有源功率因数校正电路的实施例的电路原理图。
图4是带有半桥有源功率因数校正电路的一种实施例正半波电压输入且绝缘栅双极晶体管Q1关闭时的电路原理示意图。
图5是带有半桥有源功率因数校正电路一种实施例正半波电压输入且绝缘栅双极晶体管Q1打开时的电路原理示意图。
图6是带有半桥有源功率因数校正电路的一种实施例负半波电压输入且绝缘栅双极晶体管Q2关闭时的电路原理示意图。
图7是带有半桥有源功率因数校正电路一种实施例负半波电压输入且绝缘栅双极晶体管Q2打开时的电路原理示意图。
图8是带有半桥有源功率因数校正电路的另一种实施方式的电路示意框图。
图9是图8实施例的电路原理示意框图。
图10是一种空调用变频控制器的示意框图。
图11是应用在充电桩中的一种实施例的示意框图。
图12是应用在彩电电源中的一种实施例的示意框图。
图13是应用在电源适配器中的一种实施例的示意框图。
图14是一种带有半桥有源功率因数校正电路的具体实施方式的示意框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面将结合具体实施例中的附图，对技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅是本发明技术方案的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于这些实施例，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技术方案，都属于本发明所保护的范围。
首先需要说明的是，实施例提供的半桥有源功率因数校正电路，可以应用于变频空调控制器，也可以应用于其他家电如彩电，另外也可应用于充电桩等。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，一种半桥有源功率因数校正电路，包括半桥整流电路、电信号采样电路、相位检测单元700、控制单元500，半桥有源功率因数校正电路还可以包括执行电路、电感L2以及电容E1，半桥有源功率因数校正电路后可以承载负载600。
半桥整流电路包括第一整流单元100和第二整流单元200，第一整流单元100对输入交流电压的正半波进行整流；第二整流单元200与第一整流单元100并联设置；第二整流单元200对输入交流电压的负半波进行整流；在本实施例中，第一整流单元100可以是可控整流器件，也可以是非可控整流器件。第二整流单元200可以是可控整流器件，也可以是非可控整流器件。其中，可控整流器件可以是可控硅整流器SCR、可关断可控硅GTO、绝缘栅双极型晶体管IGBT、功率场效应管(MOSFET管)等，非可控整流器件可以是整流二极管。
电信号采样电路上可以采用电流也可以采用电压，本实施例中采用电流，下面以电流采样的方式进行说明，电信号采样电路包括第一电流采样单元300、第二电流采样单元400；第一电流采样单元300连接交流电源的第一输入端即01端，第二电流采样单元400连接交流电源的第一输入端，连接交流电源的01端；第一电流采样单元300与第一整流单元100串联，具体地，第一电流采样单元300一端与交流电源的第一输入端连接，另一端与第一整流单元100连接；第二电流采样单元400与第二整流单元200串联，第二电流采样单元400一端与交流电源的第一输入端连接，另一端与第二整流单元200连接；z并且，第一电流采样单元300，第二电流采样单元400相对设置在靠近功率因数校正电路的输入端侧，第一整流单元100设置在第一电流采样单元300和直流负输出端之间，第发给整流单元200设置在第二电流采样单元400和直流正输出端之间。所述的第一电流采样单元和所述的第二电流采样单元进行电流采样，得到采样信号。
第一电流采样单元与所述第二电流采样单元分别设置在半桥有源功率因数校正电路电源的第一输入端的两侧；第一电流采样单元300可采样正半周输入电流，得到第一采样信号；第二采样单元可采样负半周电流，得到第二采样信号；第一采样信号与第二采样信号合成一个全波电信号连接至控制单元500，或者可以第一采样信号、第二采样信号分别连接到控制单元500，控制单元进行合成或处理。下面是两种具体的实施方式：
第一种是：控制单元500的基准公共端(COM端)与第一电流采样单元300的一端电连接，控制单元500的基准公共端(COM端)同时与第一整流单元100的一端电连接，第一电流采样单元300同时与第一整流单元100与控制单元500的基准公共端(COM端)连接的一端电连接；控制单元500的信号电压输入端与第二电流采样元件400的一端电连接，同时控制单元500的信号电压输入端与第二整流单元200的一端电连接，第二电流采样单元400同时与第二整流单元200与控制单元500的信号电压输入端连接的一端电连接。控制单元500的基准电压端可以为微处理器的com端，控制单元500的信号输入端可以采用微处理器的I/O端口。控制单元500的基准公共端(COM端)这样连接可以使控制单元实现直接快速采样。
第一电流采样元件的型号与第二电流采样元件的型号可以是相同的。当第一电流采样元件的型号与第二电流采样元件的型号不同时，可以在第一电流采样元件与控制单元之间连接一个放大器，也可以在第二电流采样元件与控制单元之间连接一个放大器，只要保证第一电流采样元件和第二电流采样元件在流过相同的电流时，控制单元接收到的第一电流采样元件输出的采样值与接收到的第二电流采样元件输出的采样值相同，本说明书中相同一般指相差不超过5％。
也可以是，第一电流采样单元300包括第一采样电阻R1，第二电流采样单元400包括第二采样电阻R2。其中，
当第一采样电阻R1的阻值与第二采样电阻R2的阻值相同时，第一采样电阻R1的一端与第二采样电阻R2的一端电连接或可同时与交流电源的第一输入端01电连接。两个电阻的使用降低了生产成本。控制单元500的基准公共端(com端)与第一采样电阻R1的另一端电连接以提供基准电压，控制单元500的信号电压端与第二采样电阻R2的另一端电连接。控制单元500的基准电压端可以为微处理器的com端，控制单元500的信号输入端可以为微处理器的I/O端口。
当第一采样电阻的阻值与第二采样电阻的阻值不同时，可以在第一采样电阻与控制单元之间连接一个放大器，也可以在第二采样电阻与控制单元之间连接一个放大器，放大器的倍数使第一采样电阻和第二采样电阻在流过相同的电流时，控制单元从第一采样电阻接收到的值与从第二采样电阻接收到的值相同。
第二种是：控制单元的基准公共端连接第一半桥整流单元与第一电流采样单元，控制单元的信号输入端连接第二半桥整流单元与第二电流采样单元，用于采样第一电流采样单元和第二电流采样单元的电流信号。
相位检测单元700用于采集输入交流电压所处的相位，得到相位信号；控制单元的com端设置在半波整流桥的交流电源输入端，这样，从另一交流电源输入端的采样就变得相对容易，如可以采用简单的电阻降压，也可以采用通用集成电路如比较器或运算放大器等，也可以采用光耦等隔离采样电路，该相位检测单元的两输入端分别与交流电源的两端01、02端连接，该相位检测单元的输出端与控制单元的信号输入端连接。具体地相位检测单元可以同时是过零点检测单元，在电流波形过零点时会发出相关信号。
控制单元500的一信号输入端与第一整流单元100、第一电流采样单元300电连接，其另一信号输入端与第二整流单元200、第二电流采样单元400电连接；控制单元500接收交流输入的相位信号、采样信号并进行处理，得到控制信号；控制单元500在本实施例中采用微处理器，也可以采用专用集成电路。在本实施例中，输入交流电压的正半波，通过第一电流采样单元300进行电流采样，得到第一采样信号；输入交流电压的负半波，通过第二电流采样单元400进行电流采样，得到第二采样信号；由于正半波时第二采样单元400没有电流且呈现很小的电阻值可视作短路，负半波时第一采样单元300也呈现很小的电阻值也可视作短路，因此相当于第一采样信号和第二采样信号在正、负半波的采样是一个连续的信号且互不干扰，这样控制单元500只需要一个端口就能够同时接收和处理第一电流采样单元300的第一电信号和第二电流采样单元400的第二电信号，输入后再运算得到电流采样信号或其他电信号，并输出相应的控制信号，如控制负载的控制信号，包括第一控制信号和第二控制信号。
执行电路1100接收相应的控制信号并执行相应的调节动作，如使得相应的动作电流或脉冲电流流过执行电路1100；如图8所示实施例，执行电路1100包括第一执行单元1110和第二执行单元1120，第一执行单元1110连接在与第一整流单元100和BOOST电感L1之间，；第一执行单元1110接收第一控制信号并执行电流调节动作，使得负载得到与第一控制信号相对应的电信号，具体地交流电源输入的电流经BOOST电感L1流过第一执行单元1110并在BOOST电感L1储能，在第一执行单元1110截止时再将BOOST电感L1的储能续流给DC+端；第二执行单元1120连接在第二整流单元200和BOOST电感L1之间；第二执行单元1120接收第二控制信号并执行电流调节动作，使得交流电源输入的电流经BOOST电感L1流过第二执行单元1120并在BOOST电感L1上储能，在第二执行单元1120截止时再将BOOST电感上的储能续流给DC-端；第二执行单元接收第二控制信号并执行调节电流动作，使得负载得到与第二控制信号对应的电信号；第一执行单元1110可以包括第一开关器件和第一续流器件，第一开关器件可以为可控开关器件，受控制单元500的第一控制信号控制；第一续流器件可以为非可控续流器件。可控开关器件可以为绝缘栅双极型晶体管IGBT、功率场效应管MOSFET等，而非可控的续流器件为二极管，包括超快恢复二极管、肖特基二极管。
第二执行单元1120包括第二开关器件和第二续流器件，第二开关器件可以为可控开关器件，受控制单元500的第二控制信号控制；第二续流器件可以为非可控续流器件；可控开关器件可以为绝缘栅双极型晶体管IGBT、功率场效应管MOSFET管等，而非可控的续流器件可以为二极管，包括超快恢复二极管、肖特基二极管。
电源电路还可以包括电感L1和电容E1，电感L1连接交流电源的另一输入端02和第一执行单元1110、第二执行单元1120；电感能够对输入电流进行储能；电容E1的两端与半桥有源功率因数校正电路的直流输出端DC连接；电容E1能够对输出电流进行储能。在本实施例中可采用电解电容，也可以采用普通电容。
如图8、图9所示，半桥有源功率因数校正电路在需要输出直流相对稳定的场合，还可以包括一个对半桥有源功率因数校正电路进行输出电压采样的输出电压采样单元1000。输出电压采样单元与负载可以并联设置，输出电压采样单元的结构可以采用电阻或其他电器件，但凡在半桥有源功率因数校正电路中进行输出电压采样并传送至控制单元进行闭环控制的输出电压采样单元均应在本发明的保护范围内。如图9所示的其中一种实施方式，输出电压采样单元包括分压采样电阻R4、R5、以及一个电压采样单元1400，电压采样单元1400得到R5两端的电压并将信号传递给控制单元。电压采样单元1400可以是由基准稳压集成电路或比较器及隔离光耦或霍尔电压传感器等组成，也可以采取电平移位方式将电压采样信号传送给控制单元500。
如图8、图9所示，半桥有源功率因数校正电路还可以包括一个对第一电流采样单元300和第二电流采样单元400的输出信号进行滤波的滤波单元1300，所述的滤波单元1300可以设置在控制单元500内，也可以设置在控制单元500外。在本实施例中，滤波单元采用第三电阻R3和电容C1组成的滤波单元对采样信号进行滤波，第三电阻R3的一端与第二采样电阻R2的另一端电连接，电容C1的一端与第一采样电阻R1的另一端电连接，电阻R3的另一端、电容C1的另一端均与控制单元500的信号输入端(7)电连接。滤波单元也可以不采用上述滤波结构，而采取内置有数字滤波电路的芯片进行滤波。
在本实施例中，滤波单元1300还可以采用一个电容C1进行滤波，电容C1的两端分别与控制单元的信号输入端和com端连接。也可以不采用上述滤波结构，而采取其他滤波电路进行滤波。
在该半桥有源功率因数校正电路，在交流电流采样电路的输出端还可以连接有一高频无感量电容C1用于消除高频电压尖峰和保护功率开关器件，负载600连接在电源电路的输出端，通过设置半桥有源功率因数校正电路，可以使输入的电流与电压相对同步，使消耗的电功率下降。
下面结合一具体实施例进行说明。
如图2-图7，其具体的连接结构如图所示。
在本实施例中，第一整流单元100和第二整流单元200均为不可控整流器件，分别采用了整流二极管D1和整流二极管D2。图2和图3的区别在于，控制单元500的com端和信号输入端的连接方式有所不同，其中图2的电流采样方式为负电压输入，而图3的电流采样方式为正电压输入，以适应电流采样以不同电压相位输入的功率因数控制电路。
第一电流采样单元300、第二电流采样单元400均为非隔离采样单元，分别采用了第一采样电阻R1和第二采样电阻R2，并且第一采样电阻R1和第二采样电阻R2的型号相同。
第一采样电阻R1的一端与第二采样电阻R2的一端电连接或者说第一采样电阻R1的一端与第二采样电阻R2的一端同时与交流电源的一个输入端01电连接，控制单元500的com端和信号输入端(7)分别电连接第一采样电阻R1的另一端和第二采样电阻R2的另一端。
执行电路1100包括两个执行单元，第一执行单元1110与第二执行单元1120，第一执行单元1110包括受控制单元500信号控制的第一绝缘栅双极型晶体管Q1和第一续流二极管D4；第二执行单元1120包括受控制单元500信号控制的第二绝缘栅双极型晶体管Q2和第二续流二极管D3。第一续流二极管D4的阳极与所述电感L1电连接，第一续流二极管D4的阴极与所述半桥有源功率因数校正电路的输出端(DC+)电连接；第二续流二极管D3的阴极与所述电感L1电连接，第二续流二极管D3的阳极与所述半桥有源功率因数校正电路的另一输出端(DC-)电连接；第二绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极与第二整流二极管D2的阴极电连接，绝缘栅双极型晶体管Q2的发射极与BOOST电感L1电连接，BOOST电感L1的另一端与交流电源另一输入端02电连接；第一绝缘栅双极型晶体管Q1的集电极与BOOST电感L1电连接，BOOST电感L1的另一端与交流电源另一输入端02电连接，第一绝缘栅双极型晶体管Q1的发射极与第一整流二极管D1的阳极电连接；第一执行单元1110和第二执行单元1120均还内置有驱动单元，分别为第一驱动单元1111和第二驱动单元1121，驱动单元可采用光耦隔离驱动单元，变压器隔离驱动单元，霍尔隔离驱动单元或采用电平移位方式的驱动单元。隔离驱动单元的输入端与控制单元500信号连接，隔离驱动单元的输出端分别与第一绝缘栅双极型晶体管Q1的基极控制端、绝缘栅双极型晶体管Q2的基极控制端电连接。这样能够通过控制单元500输出控制信号给第一执行单元和/或第二执行单元以便控制负载动作。
下面结合附图来说明工作原理，如图2，如果控制单元500不工作,半桥整流单元D1、D2与续流二极管D3、D4一起构成全桥整流，将输入交流电变换为直流输出；但当直流输出端DC+与DC-之间充电电压接近输入交流电压峰值时，输入交流电源仅在峰值电压附近才能使二极管D1-D4导通和会有输入电流，远离峰值电压区域因电压低于输出直流电压，二极管D1-D4不能导通，因此全波范围内大部分区域都是没有输入电流的，功率因数相对较低和输入电流谐波会较大，这对电网负荷不利。为此，本技术方案通过控制单元500，在输入电压的全程范围基本都有输入电流且呈正弦律，并使输入电流与电压基本同相位，即实现全程有源功率因数校正的目的。下面说明是如何实现全程功率因数校正的。
如图4所示，当输入交流电时，当输入交流电压在正半波且低于输出直流电压时，控制单元500会根据过零检测单元700的相位信号和电流采样信号，并以脉冲形式控制第一绝缘栅双极型晶体管Q1导通或截止的占空比，当第一绝缘栅双极晶体管Q1导通时，输入电流如图中箭头所示，从电源输入端02经BOOST电感L1、第一绝缘栅双极型晶体管Q1、整流二极管D1、电流采样电阻R1回电源的另一输入端01；BOOST电感随着电流和磁通量增加处于储能状态；由于负载600的电流不能中断，电解电容E1的储能电流自电解电容E1流向负载600，给负载600供电；当第一绝缘栅双极型晶体管Q1不导通时，如图5所示，在交流电源的电压比较低，但因为BOOST电感的电流不能突变和会释放磁能量，即BOOST的磁通量呈减小趋势时会感应出电压，且其方向与输入电压一致，使迭加后的电压仍高于输出DC电压，这样在输入较低电压下，仍能保持输入电流连续流经BOOST电感、第一续流二极管D4，负载600，整流二极管D1，电阻R1后流回交流电压另一端01，同时给电解电容E1充电。第一绝缘栅双极型晶体管Q1不断受控制单元500的控制导通与不导通，通过控制第一绝缘栅双极型晶体管Q1导通与不导通的占空比，从而保持输入电流连续不断并按正弦律和与输入电压同相，实现了正半波的半程有源功率因数校正。另外，在电路中还可以设置一个高频电容C，电容C可以与电解电容E1并联设置，在储能状态时，电容C、电解电容E1的储能电流自电容C和电解电容E1流向负载600，给负载600供电；当第一绝缘栅双极型晶体管Q1不导通时，在交流电源的电压比较低，但因为BOOST电感的电流不能突变和会释放磁能量，即BOOST的磁通量呈减小趋势时会感应出电压，且其方向与输入电压一致，使迭加后的电压仍高于输出DC电压，这样在输入较低电压下，仍能保持输入电流连续流经BOOST电感、第一续流二极管D4、负载600、整流二极管D1、电阻R1后流回交流电压另一端01，同时给电容C和电解电容E1充电，这样可以使负载得到的电流更加稳定可控。
如图6所示，当输入交流电，在负半波且低于输出直流电压时，控制单元500会根据过零检测单元700的相位信号和电流采样信号，并以脉冲形式控制绝缘栅双极型晶体管Q2导通或截止，当Q2导通时，输入电流如图中箭头方向所示意，从电源输入另一端01经采样电阻R2、整流二极管D2、绝缘栅双极型晶体管Q2、BOOST电感L1、回电源的输入端02；与正半波一样，BOOST电感L1随着电流和磁通量增加处于储能状态，负载600由电解电容E1供电；当Q2截止时，如图7所示，在交流电源的电压比较低时，但因为BOOST的磁通量降低会感应出电压，迭加后的电压仍高于输出DC电压，这样在输入较低电压下，仍能保持输入电流从电源另一端连续流经采样电阻R2、整流二极管D2、负载600、第二续流二极管D3、BOOST电感L1流回交流电源端02，同时给电解电容E1充电。Q2不断受控制单元500的控制导通与截止的占空比，从而保持输入电流连续不断并按正弦律和与输入电压同相，实现了负半波的半程有源功率因数校正。同样，在电路中还设置一个高频电容C时，在BOOST电感L1随着电流和磁通量增加处于储能状态时，负载600由电容C、电解电容E1给负载供电；而在BOOST电感L1释放电能时，电路给电容C和电解电容E1充电。
上述半桥有源功率因数校正电路是由相位检测单元700识别、控制单元500控制，使正半波或负半波时绝缘栅双极晶体管Q1或Q2轮流工作，并根据R1、R2的直接电流采样信号由控制单元500进行控制，使输入电流基本按正弦律波形，减少电流流过的二极管数量，可以减小功耗及发热量；由于采样电阻R1、R2可以直接的、逐一脉冲的电流进行快捷采样，一旦绝缘栅双极晶体管Q1、Q2因浪涌等出现单个脉冲过大电流，控制单元500就可以在第一时间控制并关闭绝缘栅双极晶体管Q1或Q2，限制了流过绝缘栅双极晶体管Q1或Q2的最大电流，防止绝缘栅双极晶体管Q1、Q2的过电流损坏，确保了可靠性和准确校正。由此合成全波范围内的输入电流不间断和实现全程功率因数校正。
在半桥有源功率因数校正电路中还可以设置滤波单元，如图8、图9所示，滤波单元1300包括第三电阻R3和电容C1，用于对采样信号进行滤波，第三电阻R3的一端与第二采样电阻R2的另一端电连接，电容C1的一端与第一采样电阻R1的另一端电连接，电阻R3的另一端、电容C1的另一端均与控制单元500的信号输入端(7)电连接。
如图9，半桥有源功率因数校正电路还包括相位检测单元700，用于检测输入交流电的相位并将信号提供给控制单元500，相位检测单元700的其中一个实施方式如图14所示，相位检测单元700包括第一检测电阻R6与第二检测电阻R7,第一检测电阻R6、第二检测电阻R7同时与控制单元500的一个信号输入端1电连接，第一检测电阻R6的另一端与电源输入端02电连接，第二检测电阻R7的另一端与另一电源输入端01电连接，控制单元500的基准公共(com)端与电源输入端O1仅有阻值极小的R1采样电阻,可视为O1与基准公共端(com)直连,在每次输入交流电通过零点和呈正弦律变化时可以获得相应的交流电分压采样信号。
半桥有源功率因数校正电路可以应用于变频控制器或其他电器件的电源电路，如图10所示，为一种空调用变频控制器的电路示意框图，变频控制器包括滤波电路、半桥有源功率因数校正电路、开关电源电路、逆变功率模块、控制模块以及电机；输入交流电经过所述滤波电路进行滤波，然后经过上述任一半桥有源功率因数校正电路进行校正之后形成相对平稳的直流电源，供给所述逆变功率模块驱动电路驱动所述电机，同时供电给所述开关电源电路，所述开关电源电路提供电源给变频空调的控制模块，所述控制模块控制逆变功率模块；所述半桥有源功率因数校正电路包括如前述所述的任一种半桥有源功率因数校正电路。另外半桥有源功率因数校正电路还可以自带滤波单元和或输出电压采样单元，使输出的直流电源更加平稳可控，进一步提高电路的功率因数。
半桥有源功率因数校正电路还可以应用于其他场合如变频控制器，另外如充电桩，见图11所示，为一种充电桩的电路示意框图；充电桩包括滤波电路、半桥有源功率因数校正电路、DC-DC变换电路、电池模块、电源管理模块；输入交流电经过所述滤波电路进行滤波，然后经过上述任一半桥有源功率因数校正电路进行校正之后形成相对平稳的直流电源，供给所述DC-DC变换电路及电源管理模块，电源管理模块对DC-DC变换电路进行控制，DC-DC变换电路经过进一步变换再给所述电源模块供电，同时电源模块反馈信号给电源管理模块，这样，可以使充电桩相对相对高效平稳工作。
半桥有源功率因数校正电路还可以应用于电视机，如彩电的电源，如图12所示，电视机的电源电路包括滤波电路、半桥有源功率因数校正电路、DC-DC变换电路、电视电路；输入交流电经过所述滤波电路进行滤波，然后经过上述任一半桥有源功率因数校正电路进行校正之后形成相对平稳的直流电源，供给所述DC-DC变换电路及电视电路，这样可以提高电视机的功率因数。同样本半桥有源功率因数校正电路也可以应用于其他家用电器中，作为电源电路的一部分。
半桥有源功率因数校正电路还可以应用于电源适配器，如图13所示；电源适配器包括滤波电路、半桥有源功率因数校正电路、DC-DC变换电路、适配模块、电源管理模块；输入交流电经过所述滤波电路进行滤波，然后经过上述任一半桥有源功率因数校正电路进行校正之后形成相对平稳的直流电源，供给所述DC-DC变换电路及电源管理模块，电源管理模块对DC-DC变换电路进行控制，DC-DC变换电路经过进一步变换再给所述适配模块供电，同时适配模块反馈信号给电源管理模块。以上仅就一些具体的应用实施例作了说明，但不能理解为是对最终应用范围的限制，不仅限于以上实施例，其具体结构允许有变化。另外还可以应用于类似的其他需要电源管理的场合。
以上电路结构仅用于说明本发明的技术方案而非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的实施例进行了详细的说明。但是由于以上电路的组合结构有很多种，因此无法一一举出，但凡不脱离本发明实质内容的技术方案及其改进，均应在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种半桥有源功率因数校正电路，其特征在于：包括半桥整流电路、电信号采样电路、相位检测单元、控制单元、执行电路、电感；
所述半桥整流电路包括第一整流单元和第二整流单元，所述的第一整流单元能够对输入交流电压的正半波进行整流，所述的第二整流单元能够对输入交流电压的负半波进行整流；第一整流单元的输出端与所述半桥有源功率因数校正电路的输出端电连接；所述的第二整流单元的输出端与所述半桥有源功率因数校正电路的另一输出端电连接；
所述电信号采样电路包括第一电信号采样单元、第二电信号采样单元；所述第一电信号采样单元第一端、第二电信号采样单元第一端均电连接交流电源的第一输入端；所述第一电信号采样单元还与所述第一整流单元电连接，采样得到第一采样信号；所述第二电信号采样单元还与所述第二整流单元电连接，采样得到第二采样信号；所述的电信号采样电路能够对电源输入电流采样，并将采样信号传送给所述控制单元；所述采样信号包括第一采样信号和第二采样信号；所述相位检测单元用于采集输入交流电压的相位，得到相位信号并传送给所述控制单元；
所述控制单元与所述第一整流单元、所述第一电信号采样单元、所述第二整流单元、所述第二电信号采样单元电连接；所述控制单元至少具有一个基准公共端和一个信号输入端；所述控制单元的基准公共端连接到所述第一电信号采样单元的第二端，所述控制单元的信号输入端连接到所述第二电信号采样单元的第二端；或者所述控制单元的基准公共端连接到所述第二电信号采样单元的第二端，所述控制单元的信号输入端连接到所述第一电信号采样单元的第二端；所述第一采样信号和第二采样信号能够合成一个全波电信号并连接至所述控制单元；所述控制单元接收所述相位信号、所述采样信号并进行处理，得到控制信号；
所述执行电路接收所述控制信号并执行电流调节动作，使得电流流过所述执行电路；
所述的电感与所述半桥有源功率因数校正电路的一个输入端电连接，所述电感的另一端与所述执行电路电连接；
所述半桥有源功率因数校正电路还包括电解电容（E1）,所述第一整流单元的另一端与所述电解电容（E1）的一端电连接，所述第二整流单元的另一端与所述电解电容（E1）的另一端电连接。
2.根据权利要求1所述的半桥有源功率因数校正电路，其特征在于：所述第一电信号采样单元为第一电流采样单元，所述第二电信号采样单元为第二电流采样单元，所述第一电流采样单元一端与所述第二电流采样单元一端电连接，所述第一电流采样单元另一端与所述控制单元电连接，所述第一电流采样单元另一端与所述第一整流单元的一端电连接；所述第二电流采样单元另一端与所述控制单元电连接，所述第二电流采样单元另一端与所述第二整流单元的一端电连接。
3.根据权利要求2所述的半桥有源功率因数校正电路，其特征在于：所述半桥有源功率因数校正电路还包括电容（C）、滤波单元，所述电容（C）与所述电解电容（E1）并联设置；所述的电解电容(E1)设置于所述半桥有源功率因数校正电路的两个输出端之间或所述的电解电容(E1)与所述半桥有源功率因数校正电路的两个输出端之间连接的负载并联设置；所述电解电容(E1)能够进行储能或放能，所述电容能够进行储能或放能；所述滤波单元能够对所述采样信号进行滤波。
4.根据权利要求2所述的半桥有源功率因数校正电路，其特征在于：所述的第一电流采样单元包括第一采样电阻，所述的第二电流采样单元包括第二采样电阻，所述第一采样电阻与所述第二采样电阻连接的一端、所述第二采样电阻与所述第一采样电阻连接的一端均连接至交流电源的第一输入端；所述第一采样电阻的另一端与所述控制单元的基准公共端电连接，同时与所述第一整流单元电连接；所述第二采样电阻的另一端与所述控制单元的信号输入端电连接同时与所述第二整流单元电连接。
5.根据权利要求1-4任一所述的半桥有源功率因数校正电路，其特征在于：所述相位检测单元包括两个输入端及至少一个输出端，两个输入端分别与交流电源的两输入端电连接，所述相位检测单元的输出端与控制单元的信号输入端电连接；所述控制单元接收所述相位信号、所述采样信号，并进行处理得到所述控制信号。
6.根据权利要求5所述的半桥有源功率因数校正电路，其特征在于：所述执行电路能够接收所述控制单元发出的所述控制信号并执行相应的调节动作，所述执行电路包括第一执行单元和第二执行单元，所述第一执行单元的一端与所述第一整流单元电连接，并与所述半桥有源功率因数校正电路的输出端一端(DC-)电连接，所述第一执行单元的另一接口与所述电感(L1)电连接，所述第一执行单元还与所述控制单元电连接；所述第二执行单元的一端与所述第二整流单元电连接，并与所述半桥有源功率因数校正电路的输出端的另一端(DC+)电连接，所述第二执行单元的另一端与所述电感(L1)电连接，所述第一执行单元还与所述控制单元电连接；所述控制单元发出的控制信号包括第一控制信号与第二控制信号，所述第一执行单元能够接收所述控制单元的第一控制信号并执行相应调节动作，所述第二执行单元能够接收所述控制单元的第二控制信号并执行相应调节动作。
7.根据权利要求6所述的半桥有源功率因数校正电路，其特征在于：所述第一执行单元包括第一开关器件和第一续流器件，所述第一开关器件为可控开关器件，受所述控制单元的第一控制信号控制；所述第一续流器件为非可控续流器件；所述第二执行单元包括第二开关器件和第二续流器件，所述第二开关器件为可控开关器件，受所述控制单元的第二控制信号控制，所述第二续流器件为非可控续流器件。
8.根据权利要求6所述的半桥有源功率因数校正电路，其特征在于：所述第一整流单元包括第一整流二极管(D1)，所述第二整流单元包括第二整流二极管（D2），所述第一执行单元包括第一绝缘栅双极型晶体管（Q1）和第一续流二极管（D4），所述第一绝缘栅双极型晶体管（Q1）能够接收所述控制单元的控制信号；所述第二执行单元包括第二绝缘栅双极型晶体管（Q2）和第二续流二极管（D3），所述第二绝缘栅双极型晶体管（Q1）能够接收所述控制单元的控制信号；所述第二绝缘栅双极型晶体管（Q2）的集电极与所述第二整流二极管（D2）的阴极电连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管（Q2）的发射极与所述电感（L1）电连接；所述第一绝缘栅双极型晶体管（Q1）的集电极与所述电感（L1）电连接，所述绝缘栅双极型晶体管（Q1）的发射极与所述第一整流二极管(D1)的阳极电连接；所述第一执行单元还包括第一驱动单元，所述第二执行单元还包括第二驱动单元，所述第一驱动单元能够接收所述控制单元的第一控制信号，并将所述第一控制信号传送给所述第一绝缘栅双极型晶体管（Q1）或将所述第一控制信号转换后传送给所述第一绝缘栅双极型晶体管（Q1）；所述第二驱动单元能够接收所述控制单元的第二控制信号，并将所述第二控制信号传送给所述第二绝缘栅双极型晶体管（Q2）或将所述第二控制信号转换后传送给所述第二绝缘栅双极型晶体管（Q2）；第一续流二极管（D4）的阳极与所述电感电连接，第一续流二极管（D4）的阴极与所述半桥有源功率因数校正电路的输出端（DC+）电连接；第二续流二极管（D3）的阴极与所述电感电连接，第二续流二极管（D3）的阳极与所述半桥有源功率因数校正电路的另一输出端（DC-）电连接。
9.根据权利要求5所述的半桥有源功率因数校正电路，其特征在于：所述半桥有源功率因数校正电路还包括输出电压采样单元，所述输出电压采样单元能够得到所述半桥有源功率因数校正电路的两输出端之间的电压的电信号或所述半桥有源功率因数校正电路的两输出端之间的一定比例的电压的电信号并将得到的电信号传送给所述控制单元，所述控制单元在接收所述相位信号、所述采样信号的同时接收所述电信号，并进行处理得到所述控制信号。
10.一种变频控制器，所述变频控制器包括滤波电路、半桥有源功率因数校正电路、开关电源电路、逆变功率模块、控制模块；所述滤波电路能够将输入的交流电经过滤波供给所述半桥有源功率因数校正电路，所述半桥有源功率因数校正电路校正之后供给所述逆变功率模块及给所述开关电源电路；所述开关电源电路提供电源给所述控制模块，所述半桥有源功率因数校正电路如权利要求1-9任一所述。
11.一种电源电路，包括滤波电路、半桥有源功率因数校正电路、直流电源变换电路，所述滤波电路能够将输入的交流电经过滤波供给所述半桥有源功率因数校正电路，所述半桥有源功率因数校正电路校正之后供给所述直流电源变换电路；所述电源电路能够应用于充电桩或电源适配器或电视机或家用电器；所述半桥有源功率因数校正电路如权利要求1-9任一所述。
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