CN109067212A

CN109067212A - 一种功率因数校正电路及其控制方法

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Publication number: CN109067212A
Application number: CN201810855833.4A
Authority: CN
Inventors: 胡祖荣; 韦康; 陈涛; 康晓龙; 韦忠杰; 郭卫农
Original assignee: HANGZHOU ZHONGHENG ELECTRIC CO Ltd
Current assignee: HANGZHOU ZHONGHENG ELECTRIC CO Ltd
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2018-07-31
Publication date: 2018-12-21
Anticipated expiration: 2038-07-31
Also published as: CN109067212B

Abstract

本发明提供了一种功率因数校正电路，包括第一升压电感L1和第二升压电感L2、第一整流电路、第二整流电路、第三整流电路、母线电容、第一采样电路R1和第二采样电路R2。本发明能通过检测母线正和地线上电流，控制器根据电流信号对晶体管的开通和关断进行控制，有效地实现恒定的电感负向电流控制，消除体二极管反向恢复电流的不可控性，有效的减小反向恢复引起的损耗，同时利用电感的负向电流拉晶体管漏源极间的电荷，从而实现晶体管的软开关。

Description

一种功率因数校正电路及其控制方法

技术领域

本发明专利属于电力电子领域，尤其是涉及一种功率因数校正变换电路。

背景技术

针对目前高效的一次模块，前级采用交错图腾柱无桥功率因数校正电路（图1为传统交错图腾柱无桥电路），控制采用临界控制模式或者连续控制模式。采用连续控制模式，晶体管的反向恢复严重影响转换效率，对晶体管特性要求较高，需采用成本更高的GAN、SIC等器件。而临界控制模式，是在电感电流无限接近零时关断晶体管，电流继续流经晶体管的体二极管，利用晶休管的体二极管的反向恢复特性实现软开关。由于流经晶体管体二极管的反向恢复电流是不可控的，它随着负载、输入电压以及母线电压的变化而变化，这严重影响了晶体管的软开关。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功率因数校正电路，能有效地实现恒定的电感负向电流控制，消除体二极管反向恢复电流的不可控性，有效地减小反向恢复引起的损耗，利用电感的负向电流拉晶体管漏源极间的电荷，实现晶体管的软开关。为此，本发明采用以下技术方案：

一种功率因数校正电路，其特征在于：包括第一升压电感L1和第二升压电感L2、第一整流电路、第二整流电路、第三整流电路、母线电容、第一采样电路R1和第二采样电路R2，

第一升压电感L1和第二升压电感L2的前端连接至交流输入电网的一端，第一升压电感L1和第二升压电感L2的后端分别与所述第一整流电路、第二整流电路单独桥臂中间节点相连；所述第一整流电路包含两个同向串联的晶体管，其中间节点各位于其两个晶体管之间；所述第二整流电路包含两个同向串联的晶体管，其中间节点各位于其两个晶体管之间，所述第二整流电路单独桥臂的两端分别与母线电容的两端相连；所述第一整流电路单独桥臂的两端分别通过第一采样电路R1和第二采样电路R2与所述第二整流电路单独桥臂的两端相连；所述交流输入电网的另外一端连接至第三整流电路的中间节点，所述第三整流电路包含两个同向串联的晶体管，其中间节点各位于其两个晶体管之间，所述第三整流电路的两端分别与第一整流电路或第二整流电路的两端相连；第一采样电路R1位于第一整流电路与第二整流电路之间的母线正上，第二采样电路R2位于第一整流电路与第二整流电路之间的母线负上。

进一步地，所述第一采样电路R1和第二采样电路R2所采样信号，经控制电路处理后，与控制电路所设定值进行比较，产生晶体管开关信号。

进一步地，所述控制电路可以为模拟控制或数控控制路。

进一步地，所述升压电感包括分立电感或耦合电感；

进一步地，所述第一整流电路、第二整流电路的晶体管可以是半导体功率开关管。

进一步地，所述半导体功率开关的选择范围包括管场效应管、IGBT、SIC、GAN。

进一步地，所述第三整流电路的晶体管可以是场效应管、IGBT、二极管、桥堆。

由于采用了本发明技术方案，能通过检测母线正和地线上电流，控制器根据电流信号对晶体管的开通和关断进行控制，有效地实现恒定的电感负向电流控制，消除体二极管反向恢复电流的不可控性，有效的减小反向恢复引起的损耗，同时利用电感的负向电流拉晶体管漏源极间的电荷，从而实现晶体管的软开关。

附图说明

图1是传统交错图腾柱功率因数校正变换器连接结构示意图。

图2是本发明实施例所提供的交错图腾柱功率因数校正变换器连接结构示意图。

图3本发明实施例中交流输入正半周时，I1为电感L1电流下降沿信号说明示意图。

图4本发明实施例中，交流输入正半周时，I2-I1为电感L2电流下降沿信号说明示意图。

图5本发明实施例中，交流输入正半周，电感L1，电感L2，I1和 I2-I1信号说明示意图。

图6本发明实施例中交流输入负半周时，I11为电感L1电流下降沿信号说明示意图。

图7本发明实施例中交流输入负半周时，I22-I11为电感L1电流下降沿信号说明示意图。

图8本发明实施例中，交流输入正半周，电感L1,电感L2，I11和 I22-I11信号说明示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明专利做进一步说明，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。

参照附图。本发明提供的一种功率因数校正电路，包括第一升压电感L1和第二升压电感L2、第一整流电路、第二整流电路、第三整流电路、母线电容C、第一采样电路R1和第二采样电路R2、控制电路；

第一升压电感L1和第二升压电感L2的前端连接至交流输入电网的一端，第一升压电感L1和第二升压电感L2的后端分别与所述第一整流电路、第二整流电路单独桥臂中间节点相连；所述第一整流电路包含两个同向串联的晶体管Q1和Q2，其中间节点各位于其两个晶体管Q1和Q2之间；所述第二整流电路包含两个同向串联的晶体管Q3和Q4，其中间节点各位于其两个晶体管Q3和Q4之间，所述第二整流电路单独桥臂的两端分别与母线电容C的两端相连；所述第一整流电路单独桥臂的两端分别通过第一采样电路R1和第二采样电路R2与所述第二整流电路单独桥臂的两端相连；所述交流输入电网的另外一端连接至第三整流电路的中间节点，所述第三整流电路包含两个同向串联的晶体管Q5和Q6，其中间节点各位于其两个晶体管Q5和Q6之间，所述第三整流电路的两端分别与第一整流电路或第二整流电路的两端相连；第一采样电路R1位于第一整流电路与第二整流电路之间的母线正上，第二采样电路R2位于第一整流电路与第二整流电路之间的母线负上。

所述第一采样电路R1和第二采样电路R2所采样信号，经控制电路处理后，与控制电路所设定值进行比较，产生晶体管开关信号。所述控制电路可以为模拟控制或数控控制路。

所述第一整流电路、第二整流电路的晶体管可以是半导体功率开关管。所述半导体功率开关的选择范围包括管场效应管、IGBT、SIC、GAN。

所述第三整流电路的晶体管可以是场效应管、IGBT、二极管、桥堆。

如图2所示，以下具体说明工作原理：

在交流输入正半周时：

晶体管Q2、Q4为主管，晶体管Q1、Q3为续流管；晶体管Q2、Q4驱动电路相位相差180°。

当Q2导通，Q1关断时，升压电感L1的电流流向为L1-->Q2-->Q6-->AC源-->L1。

当Q4导通，Q3关断时，升压电感L2的电流流向为L2-->Q4-->R2-->Q6-->AC源->L2。

当Q1导通，Q2关断时，升压电感L1的电流流向为L1-->Q1-->R1-->母线电容C，负载R-->R2-->Q6-->AC源-->L1。

当Q3导通，Q4关断时，电感电感L2的电流流向为L2-->Q3-->母线电容C，负载R -->R2-->Q6-->AC源->L2。

此时第一电流采样电路R1上采样的电流信号为I1，这个信号为电感L1电流下降沿信号

当第一采样电路R1采样的电感L1电流下降沿信号I1达到预设的负值时，关断Q1，流过Q1的电流自然换流到Q2，由于电流不经Q1的体二极管流动，Q1的体二极管没有反向恢复。经过一段延时后，电感的负向电流将Q2漏源极间的电荷抽净后，Q2体二极管导通，开通Q2，Q2实现了零电压软开关，同时控制了反向的负电流。

此时第二电流采样电路R2上采样的电流信号为I2,这个信号为电感L1下降沿信号和电感L2电流之各和，利用控制电路处理可以得出电感L2电流信号为I2-I1。

当经过控制电路处理后的信号I2-I1达到预设的负值时，关断Q3，流过Q3的电流自然换流到Q4，由于电流不经Q3的体二极管流动，Q3的体二极管没有反向恢复。经过一段延时后，电感的负向电流将Q4漏源极间的电荷抽净后，Q4体二极管导通，开通Q4，Q4实现了零电压软开关。

下面对I1为电感L1电流下降沿信号、I2-I1为电感L2电流信号进行说明：

对图3中A处虚线所在部分，运用基尔霍夫电流定理可得：

ib=ia+il1-ic

在交流输入正半周，ia是等于零的，ic为晶体管Q2的电流同时也为电感L1电流上升部分电流信号，il1为电感电流，所以ib为电感下降部分电流信号，也即采样电路R1上采样的是电感下降部分电流信号，其它时刻采样电路R1上电流信号为零。

所以电流采样电路R1上采样的电流信号为I1,这个信号为电感L1电流下降沿信号

下面对I2-I1为电感L2电流信号进行说明：

对图4中B处虚线所在部分，运用基尔霍夫电流定理可得：

if=ie+il2

ie为采样电路R1上的电流采样信号，il2为电感L2电流信号，所以采样电路R2上的信号if为采样电路R2上的电流采样信号和电感L2电流信号之和，所以用采样电路R2上的信号减去采样电路R1上的电流采样信号就可以得出电感L2电流信号。

所以采样处理后信号I2-I1为电感L2电流信号。

在交流输入正半周，电感L1,电感L2，I1和 I2-I1信号如图5所示：

在交流输入负半周时：

Q1、Q3为主管，Q2、Q4为续流管；Q1、Q3驱动电路相位相差180°。

当Q1导通，Q2关断时，电感L1的电流流向为L1-->AC源-->Q5-->Q1 -->L1。

当Q3导通，Q4关断时，电感L2的电流流向为L2-->AC源-->Q5-->R1-->Q3 ->L2。

当Q2导通，Q1关断时，电感L1的电流流向为L1-->AC源-->Q5-->R1-->BUS电容C，负载R-->R2-->Q2 -->L1。

当Q4导通，Q3关断时，电感L2的电流流向为L2-->AC源-->Q5-->R1-->BUS电容C，负载R -->Q4 ->L2。

此时电流采样电路R2上采样的电流信号为I11,这个信号为电感L1电流下降部分信号，当电路R2上采样的电流信号I11达到预设的负值时，关断Q2，流过Q2的电流自然换流到Q1，由于电流不经Q2的体二极管流动，Q2的体二极管没有反向恢复。经过一段延时后，电感的负向电流将Q1漏源极间的电荷抽净后，Q1体二极管导通，开通Q1，Q1实现了零电压软开关。

此时电流采样电路R1上采样的电流信号为I22,这个信号为电感L1电流下降部分信号和电感L2电流信号之和，利用控制电路处理可以得出电感L2电流信号为I22-I11

当控制电路处理后的电流I22-I11信号达到预设的负值时，关断Q4，流过Q4的电流自然换流到Q3，由于电流不经Q4的体二极管流动，Q2的体二极管没有反向恢复，经过一段延时后，电感的负向电流将Q3漏源极间的电荷抽净后，Q3体二极管导通，开通Q3，Q3实现了零电压软开关。

下面对I11为电感L1电流下降沿信号进行说明，如图6：

当交流输入为负半周时：

对图6中D处虚线所在部分，运用基尔霍夫电流定理可得：

ib=ia+ic

当交流输入为负半周时，ia是为零的，由于ic为晶体管Q2电流所以所，当交流输入为负半周时，晶体管Q2电流为电感电流下降部分信号，所以电流ib为电感电流下降部分，也即采样电路R2上采样的是电感下降部分电流信号，其它时刻采样电路R1上电流信号为零。

所以电流采样电路R2上采样的电流信号I11为电感L1电流下降沿信号。

下面对I22-I11为电感L2电流信号进行说明，如图7：

当交流输入为负半周时：

对图7中E处虚线所在部分，运用基尔霍夫电流定理可得：

ie=if+il2

ie为采样电路R1上的电流采样信号，il2为电感电流信号，所以采样电路R1上的信号ie为采样电路R2上的电流采样信号和电感L2电流信号之和，所以用采样电路R1上的信号减去采样电路R2上的电流采样信号就可以得出电感L2电流信号。

所以采样处理后信号I22-I11为电感L2电流信号。

在交流输入负半周，电感L1,电感L2, I11和 I22-I11信号如图8所示。

上面结合附图对本发明专利的实施例进行了描述，但是本发明专利并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明专利的启示下，在不脱离本发明专利宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明专利的保护之内。

Claims

1.一种功率因数校正电路，其特征在于：包括第一升压电感L1和第二升压电感L2、第一整流电路、第二整流电路、第三整流电路、母线电容、第一采样电路R1和第二采样电路R2，

2.根据权利要求1所述的一种功率因数校正电路，其特征在于，所述第一采样电路R1和第二采样电路R2所采样信号，经控制电路处理后，与控制电路所设定值进行比较，产生晶体管开关信号。

3.根据权利要求2所述的一种功率因数校正电路，其特征在于，所述控制电路可以为模拟控制或数控控制路。

4.根据权利要求1所述的一种功率因数校正电路，其特征在于，所述升压电感包括分立电感或耦合电感。

5.根据权利要求1所述的一种功率因数校正电路，其特征在于，所述第一整流电路、第二整流电路的晶体管可以是半导体功率开关管。

6.根据权利要求6所述的一种功率因数校正电路，其特征在于，所述半导体功率开关的选择范围包括管场效应管、IGBT、SIC、GAN。

7.根据权利要求1所述的一种功率因数校正电路，其特征在于，所述第三整流电路的晶体管可以是场效应管、IGBT、二极管、桥堆。