CN109687736A - 一种有源功率因数校正直流电源电路及电路方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有源功率因数校正直流电源电路及电路方法，属于直流电源技术领域；由主电路和控制电路组成；其中主电路由整流电路1、电力电子器件M1、续流二极管D1、电感L1、电容C1组成。其中的电力电子器件M1、续流二极管D1、电感L1、电容C1构成了BUCK电路；控制电路与主电路相连；该BUCK电路的输入端与整流电路1的直流侧连接，BUCK电路的输出端与电源的外部负载连接；整流电路1的交流侧与外部的单相交流电源连接。本发明一个控制周期时间内的能量平衡关系为控制判据，在控制过程中，计算了各个环节的能量大小和相互影响关系；在调节过程中，实现了能量的快速变化，缩短调节时间。

Description

一种有源功率因数校正直流电源电路及电路方法
技术领域
本发明涉及直流电源技术领域，具体涉及一种有源功率因数校正直流电源电路及电路方法。
背景技术
直流电源输入的交流电经整流和滤波后变为直流电，但是非线性负载使得输入电流波形畸变，呈脉冲波形，其中含有大量的谐波分量，导致输入功率因数降低。这一问题的产生带来了诸多不利影响，例如：谐波电流污染电网，干扰其他用电设备；在输入功率一定的条件下，输入电流较大，需要增大输入断路器和电源线的容量等等。因此，为了减小直流电源输入电流的谐波分量，提高功率因数，功率因数校正技术引起了研究人员和使用者的重视，其中有源功率因数校正由于具有体积小、重量轻、适应性好等优点，而被广泛采用。
现有的有源功率因数校正电路多采用PI控制器来设计、实现功率因数校正控制策略，但是PI控制器固有的时滞、带宽等缺陷，限制住了功率因数校正电路性能的进一步提高，因此本发明提出了一种基于能量平衡关系来实现功率因数校正控制的直流电源技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有源功率因数校正直流电源电路及电路方法。涉及到一种输入为单相交流电的，具有有源功率因数校正功能的直流输出电源。
一种有源功率因数校正直流电源电路由主电路和控制电路组成；其中主电路由第一整流电路1、电力电子器件M1、续流二极管D1、电感L1、电容C1组成；其中的电力电子器件M1、续流二极管D1、电感L1、电容C1构成了BUCK电路；控制电路与主电路相连；该BUCK电路的输入端与第一整流电路1的直流侧连接，BUCK电路的输出端与电源的外部负载连接；第一整流电路1的交流侧与外部的单相交流电源连接。
所述控制电路由输入电流检测电路2、输出电压检测电路3、输出电流检测电路4、交流电压变换电路5、第二整流电路6、电压比较电路7、输入能量计算电路8、负载辨识电路9、电容实际储能计算电路10、负载期望能量计算电路11、电容期望储能计算电路12、运算电路13、能量比较电路14、与逻辑运算电路15、时钟电路16构成；具体连接关系为：输入电流检测电路2检测端与BUCK电路连接，输入电流检测电路2的输出端与输入能量计算电路8的对应输入端连接；输出电压检测电路3并联在主电路中的电容C1的两端，其输出端分别与负载辨识电路9和电容实际储能计算电路10的对应输入端连接；输出电流检测电路4的检测端与BUCK电路相连，输出电流检测电路4的输出端与负载辨识电路9的对应输入端连接；交流电压变换电路5的输入端与外部的单相交流电源连接，其输出端与第二整流电路6的输入端连接；第二整流电路6的输出端分别与电压比较电路7、输入能量计算电路8的对应输入端连接；电压比较电路7的另一个输入端接入比较电压信号U1，其输出端连接至与逻辑运算电路15的对应输入端；输入能量计算电路8的输出端连接至能量比较电路14的对应输入端；负载辨识电路9的输出端连接至负载期望能量计算电路11的对应输入端；电容实际储能计算电路10的输出端连接至运算电路13的对应输入端；负载期望能量计算电路11的另一个输入端接入电源的输出电压给定信号Uref，其输出端连接至运算电路13的对应输入端；电容期望储能计算电路12的输入端接入电源的输出电压给定信号Uref，其输出端连接至运算电路13的对应输入端；运算电路13的输出端连接至能量比较电路14的对应输入端；能量比较电路14的输出端连接至与逻辑运算电路15的对应输入端；与逻辑运算电路15的输出端与主电路中的电力电子器件M1的驱动端连接；时钟电路16的输出端分别与输入能量计算电路8和负载期望能量计算电路11的时钟输入端连接。
一种有源功率因数校正直流电源电路方法，包含以下步骤：
步骤一：外部单相交流电源提供的单相交流电经过第一整流电路1变换为直流电，进而为BUCK电路提供电能；
步骤二：输入电流检测电路2对BUCK电路输入电流进行实时检测，并将检测数据实时传送至输入能量计算电路8；
步骤三：输出电压检测电路3对BUCK电路输出电压进行实时检测，并将检测数据实时传送至负载辨识电路9、电容实际储能计算电路10；
步骤四：输出电流检测电路4对BUCK电路输出电流进行实时检测，并将检测数据实时传送至负载辨识电路9；
步骤五：交流电压变换电路5在实现主电路和控制电路电气隔离的前提下，将输入交流电压的幅值降低到控制电路允许的范围内，在通过第二整流电路6变换为直流电压；
步骤六：电压比较电路7将第二整流电路6输出的直流电压信号与给定的电压信号U1进行比较，当U1小于第二整流电路6输出的直流电压信号时，电压比较电路7输出高电平，反之输出低电平；
步骤七：输入能量计算电路8根据第二整流电路6和输入电流检测电路2提供的电压和电流数据，结合时钟电路16提供的时钟信号，计算出从当前控制周期的初始时刻一直到当前时刻的时间段内BUCK电路所获得的实际输入能量Win的大小，并将计算结果传递给能量比较电路14；
步骤八：负载辨识电路9根据输出电压检测电路3和输出电流检测电路4提供的电压和电流数据，计算出电源外接负载的等效阻值，并将计算结果传递给负载期望能量计算电路11；
步骤九：电容实际储能计算电路10根据输出电压检测电路3提供的电压数据以及电容储能计算公式，计算出主电路中电容C1当前存储能量WC的大小，并将计算结果传递给运算电路13；
步骤十：负载期望能量计算电路11根据电源的输出电压给定信号Uref和负载辨识电路9提供的负载等效阻值，结合时钟电路16提供的时钟信号，计算出当直流电源输出电压为Uref时，在一个控制周期时间段内负载所应消耗的能量WLoad，并将计算结果传递给运算电路13；
步骤十一：电容期望储能计算电路12根据电源的输出电压给定信号Uref，计算出当直流电源输出电压为Uref时，电容C1所应存储能量WCref的大小，并将计算结果传递给运算电路13；
步骤十二：运算电路13利用电容实际储能计算电路10、负载期望能量计算电路11和电容期望储能计算电路12提供的数据，根据
Winref＝WLoad+WCref-WC
计算出期望输入能量Winref的大小，并将计算结果传递给能量比较电路14；
步骤十三：能量比较电路14对输入能量计算电路8提供的实际输入能量Win和运算电路13提供的期望输入能量Winref进行大小判断，当Win<Winref时，能量比较电路14输出高电平，反之输出低电平；
步骤十四：与逻辑运算电路15将电压比较电路7的输出电平信号和能量比较电路14的输出电平信号进行与逻辑运算，并将运算后的电平信号进行隔离、功率放大处理后，传送至主电路中电力电子器件M1的驱动端，实现对电力电子器件M1导通、关断控制。
本发明的有益效果在于：
(1)控制原理简单易于实现；
(2)控制电路和控制策略中无需采用PID控制器，有效避免了PID控制器自身缺陷对电源性能的不利影响；
(3)以一个控制周期时间内的能量平衡关系为控制判据，在控制过程中，充分计及了各个环节的能量大小和相互影响关系，因此在直流电源输出电压的动态调节过程中，既可以实现能量的快速变化，缩短调节时间，又可以有效防止能量过剩而引起的输出电压超调和振荡现象的发生。
附图说明
图1为本发明有源功率因数校正直流电源的结构框图。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种有源功率因数校正直流电源电路及电路方法；涉及到一种输入为单相交流电的，具有有源功率因数校正功能的直流输出电源；下面结合附图对本发明做进一步描述。
实施例1：
本发明所提出的有源功率因数校正直流电源由主电路和控制电路两大部分构成。
主电路由第一第一整流电路1、电力电子器件M1、续流二极管D1、电感L1、电容C1组成。其中的电力电子器件M1、续流二极管D1、电感L1、电容C1构成了BUCK电路；控制电路与主电路相连；该BUCK电路的输入端与第一整流电路1的直流侧连接，BUCK电路的输出端与电源的外部负载连接；第一第一整流电路1的交流侧与外部的单相交流电源连接。
控制电路由输入电流检测电路2、输出电压检测电路3、输出电流检测电路4、交流电压变换电路5、第二整流电路6、电压比较电路7、输入能量计算电路8、负载辨识电路9、电容实际储能计算电路10、负载期望能量计算电路11、电容期望储能计算电路12、运算电路13、能量比较电路14、与逻辑运算电路15、时钟电路16等构成。具体连接关系为：输入电流检测电路2与BUCK电路的连接方式应能实现输入电流检测电路2对BUCK电路输入电流的准确检测，电流检测电路2的输出端与输入能量计算电路8的对应输入端连接；输出电压检测电路3并联在主电路中的电容C1的两端，其输出端分别与负载辨识电路9和电容实际储能计算电路10的对应输入端连接；输出电流检测电路4与BUCK电路的连接方式应能实现输出电流检测电路4对BUCK电路输出电流的准确检测，输出电流检测电路4的输出端与负载辨识电路9的对应输入端连接；交流电压变换电路5的输入端与外部的单相交流电源连接，其输出端与第二整流电路6的输入端连接；第二整流电路6的输出端分别与电压比较电路7、输入能量计算电路8的对应输入端连接；电压比较电路7的另一个输入端用于接入比较电压信号U1，其输出端连接至与逻辑运算电路15的对应输入端；输入能量计算电路8的输出端连接至能量比较电路14的对应输入端；负载辨识电路9的输出端连接至负载期望能量计算电路11的对应输入端；电容实际储能计算电路10的输出端连接至运算电路13的对应输入端；负载期望能量计算电路11的另一个输入端用于接入电源的输出电压给定信号Uref，其输出端连接至运算电路13的对应输入端；电容期望储能计算电路12的输入端用于接入电源的输出电压给定信号Uref，其输出端连接至运算电路13的对应输入端；运算电路13的输出端连接至能量比较电路14的对应输入端；能量比较电路14的输出端连接至与逻辑运算电路15的对应输入端；与逻辑运算电路15的输出端与主电路中的电力电子器件M1的驱动端连接；时钟电路16的输出端分别与输入能量计算电路8和负载期望能量计算电路11的时钟输入端连接。
本发明所提出的有源功率因数校正直流电源，其各个组成部分的功能如下所述：
第一整流电路1的作用是利用单相桥式整流电路，将输入的单相交流电转化为直流电；
电力电子器件M1、续流二极管D1、电感L1、电容C1的作用是构成BUCK电路；
输入电流检测电路2的作用是实现对BUCK电路输入电流的实时检测，并将检测数据实时传送至输入能量计算电路8；
输出电压检测电路3的作用是实现对BUCK电路输出电压的实时检测，并将检测数据实时传送至负载辨识电路9、电容实际储能计算电路10；
输出电流检测电路4的作用是实现对BUCK电路输出电流的实时检测，并将检测数据实时传送至负载辨识电路9；
交流电压变换电路5的作用是将输入交流电压的幅值降低到控制电路允许的范围内，并且实现电气隔离；
第二整流电路6的作用是将变换电路5输出的交流电压信号转化为直流电压信号，并将该直流电压信号传送至电压比较电路7和输入能量计算电路8；
电压比较电路7的作用是将第二整流电路6输出的直流电压信号与给定的电压信号U1进行比较，U1的取值参见公式(1)，公式中k为交流电压变换电路5的输入电压幅值和输出电压幅值的比值，当U1小于第二整流电路6输出的直流电压信号时，电压比较电路7输出高电平，反之输出低电平；
输入能量计算电路8的作用是根据第二整流电路6和输入电流检测电路2提供的电压和电流数据，结合时钟电路16提供的时钟信号，计算出从当前控制周期的初始时刻一直到当前时刻的时间段内BUCK电路所获得的实际输入能量Win的大小，并将计算结果传递给能量比较电路14；
负载辨识电路9的作用是根据输出电压检测电路3和输出电流检测电路4提供的电压和电流数据，计算出负载等效阻值，并将计算结果传递给负载期望能量计算电路11；
电容实际储能计算电路10的作用是根据输出电压检测电路3提供的电压数据以及电容储能计算公式，计算出主电路中电容C1当前存储能量WC的大小，并将计算结果传递给运算电路13；
负载期望能量计算电路11的作用是根据电源的输出电压给定信号Uref和负载辨识电路9提供的负载等效阻值，计算出当直流电源输出电压为Uref时，在一个控制周期时间段内负载所应消耗的能量WLoad(即负载的期望能量)，并将计算结果传递给运算电路13；
电容期望储能计算电路12的作用是根据电源的输出电压给定信号Uref，计算出当直流电源输出电压为Uref时，电容C1所应存储能量WCref(即电容C1的期望储能)的大小，并将计算结果传递给运算电路13；
运算电路13的作用是利用电容实际储能计算电路10、负载期望能量计算电路11和电容期望储能计算电路12提供的数据，根据公式(2)计算出期望输入能量Winref的大小，并将计算结果传递给能量比较电路14；
Winref＝WLoad+WCref-WC(2)
能量比较电路14的作用是对输入能量计算电路8提供的实际输入能量Win和运算电路13提供的期望输入能量Winref进行大小判断，当Win<Winref时，能量比较电路14输出高电平，反之输出低电平；
与逻辑运算电路15的作用是将电压比较电路7的输出电平信号和能量比较电路14的输出电平信号进行与逻辑运算，并将运算后的电平信号进行隔离、功率放大处理后，传送至主电路中电力电子器件M1的驱动端，实现对电力电子器件M1导通、关断控制(在本发明中，假设电力电子器件M1为高电平导通，低电平关断)；
时钟电路16的作用是为输入能量计算电路8和负载期望能量计算电路11提供持续、稳定的控制周期时钟信号，确保这两个电路的控制周期时间相同，并且每一个控制周期的起始和截止时刻完全同步。
实施例2：
本发明提出的有源功率因数校正直流电源，在运行过程中采用的是非连续电流控制模式，其工作原理如下：
外部单相交流电源提供的单相交流电经过第一整流电路1变换为直流电，进而为BUCK电路提供电能；输入电流检测电路2对BUCK电路输入电流进行实时检测，并将检测数据实时传送至输入能量计算电路8；输出电压检测电路3对BUCK电路输出电压进行实时检测，并将检测数据实时传送至负载辨识电路9、电容实际储能计算电路10；输出电流检测电路4对BUCK电路输出电流进行实时检测，并将检测数据实时传送至负载辨识电路9；交流电压变换电路5在实现主电路和控制电路电气隔离的前提下，将输入交流电压的幅值降低到控制电路允许的范围内，在通过第二整流电路6变换为直流电压；电压比较电路7将第二整流电路6输出的直流电压信号与给定的电压信号U1进行比较，当U1小于第二整流电路6输出的直流电压信号时，电压比较电路7输出高电平，反之输出低电平；输入能量计算电路8根据第二整流电路6和输入电流检测电路2提供的电压和电流数据，结合时钟电路16提供的时钟信号，计算出从当前控制周期的初始时刻一直到当前时刻的时间段内BUCK电路所获得的实际输入能量Win的大小，并将计算结果传递给能量比较电路14；负载辨识电路9根据输出电压检测电路3和输出电流检测电路4提供的电压和电流数据，计算出电源外接负载的等效阻值，并将计算结果传递给负载期望能量计算电路11；电容实际储能计算电路10根据输出电压检测电路3提供的电压数据以及电容储能计算公式，计算出主电路中电容C1当前存储能量WC的大小，并将计算结果传递给运算电路13；负载期望能量计算电路11根据电源的输出电压给定信号Uref和负载辨识电路9提供的负载等效阻值，结合时钟电路16提供的时钟信号，计算出当直流电源输出电压为Uref时，在一个控制周期时间段内负载所应消耗的能量WLoad，并将计算结果传递给运算电路13；电容期望储能计算电路12根据电源的输出电压给定信号Uref，计算出当直流电源输出电压为Uref时，电容C1所应存储能量WCref的大小，并将计算结果传递给运算电路13；运算电路13利用电容实际储能计算电路10、负载期望能量计算电路11和电容期望储能计算电路12提供的数据，根据公式(2)计算出期望输入能量Winref的大小，并将计算结果传递给能量比较电路14；能量比较电路14对输入能量计算电路8提供的实际输入能量Win和运算电路13提供的期望输入能量Winref进行大小判断，当Win<Winref时，能量比较电路14输出高电平，反之输出低电平；与逻辑运算电路15将电压比较电路7的输出电平信号和能量比较电路14的输出电平信号进行与逻辑运算，并将运算后的电平信号进行隔离、功率放大处理后，传送至主电路中电力电子器件M1的驱动端，实现对电力电子器件M1导通、关断控制。
当电源的输出电压等于输出电压给定值Uref且稳定运行时，在每一个控制周期内，由于输出电压变化很小，电容C1的储能变化可认为等于零(实际情况是近似为零)，即WCref＝WC，此时Winref＝WLoad，电感L1在控制周期的起始时刻和结束时刻的储能变化也等于零(因为采用的是非连续电流控制模式，控制周期的起始时刻和结束时刻电感电流均为零)。因此稳态运行时，在每一个控制周期内，当BUCK电路的实际输入能量Win<Winref时，能量比较电路14输出高电平，电力电子器件M1导通，BUCK电路从外部单相交流电源获得的能量持续增加，满足BUCK电路的负载运行需求；当Win＝Winref时，根据能量守恒和能量平衡关系可知，此时关断电力电子器件M1，直流电源输出电压必将等于(或近似等于)输出电压给定值Uref，因此能量比较电路14输出低电平，电力电子器件M1关断，防止BUCK电路由于输入能量过剩而致使输出电压升高；当Win>Winref时，能量比较电路14输出低电平，电力电子器件M1关断，防止BUCK电路由于输入能量过剩而致使输出电压升高。上述控制方法的设计和实施，确保了本发明提出的有源功率因数校正直流电源，在稳态运行时的输出电压始终稳定在给定值Uref。
当电源的输出电压低于输出电压给定值Uref时，在每一个控制周期内，BUCK电路的输入能量除了要满足负载运行需求的期望能量WLoad之外，还要为电容C1提供其当前储能与期望储能之间所欠缺的能量(计算公式为WCref-WC)，所以此时BUCK电路的期望输入能量Winref包含有两部分，即WLoad和WCref-WC。在每一个控制周期内，当BUCK电路的实际输入能量Win<Winref时，能量比较电路14输出高电平，电力电子器件M1导通，BUCK电路从外部单相交流电源获得的能量持续增加，满足BUCK电路中电容C1储能增加和负载运行需求，输出电压逐渐上升；当Win＝Winref时，根据能量守恒和能量平衡关系可知，此时关断电力电子器件M1，在当前控制周期结束时，直流电源输出电压必将达到输出电压给定值Uref(即使存在误差，在后续的控制中也会逐渐减小)，因此能量比较电路14输出低电平，电力电子器件M1关断，防止BUCK电路由于输入能量过剩而致使输出电压升高；当Win>Winref时，电力电子器件M1必须关断，否则BUCK电路由于输入能量过剩会致使输出电压升高。
当电源的输出电压高于输出电压给定值Uref时，WCref<WC，此时Winref的值可能为正也可能为负。当Winref的值为负时，由于BUCK电路的实际输入能量Win的计算值只可能大于或等于零，因此Win>Winref，能量比较电路14输出低电平，电力电子器件M1关断，电容C1持续放电，直流电源输出电压逐渐降低；若Winref的值为正，则在控制周期的初始时刻，由于Win＝0，所以能量比较电路14输出高电平，电力电子器件M1导通，BUCK电路仍然从外部单相交流电源获得的能量，一直到Win≥Winref时能量比较电路14输出翻转为低电平，在该控制周期内BUCK电路从外部单相交流电源获得的能量与电容C1释放的能量(电压跌落到Uref的过程中释放出的能量)之和刚好与负载运行需求的期望能量WLoad相平衡，因此在该控制周期结束时刻的直流电源输出电压必然跌落到给定值Uref。
上述控制方法的设计和实施，确保了本发明提出的有源功率因数校正直流电源，在输出电压的动态调节过程中，输出电压会最终达到给定值Uref。
根据单相桥式整流电路的原理可知，第二整流电路6输出的并不是电压幅值恒定的直流电，而是在20ms(1个工频周期)内包含有两个波头的幅值变化的直流电。当第二整流电路6输出的直流电压小于U1时，电压比较电路7输出低电平，使得与逻辑运算电路15的输出为低电平，实现对能量比较电路14的输出信号的封锁，电力电子器件M1保持关断状态，第一整流电路1的输出电流为零；当第二整流电路6输出的直流电压大于U1时，电压比较电路7输出高电平，使得能量比较电路14的输出信号能够实现对电力电子器件M1的导通或关断控制，进而第一整流电路1能够为BUCK电路提供能量。上述控制方法的设计和实施，确保了本发明提出的有源功率因数校正直流电源可以在确保输出电压稳定在给定值Uref的前提下，实现交流输入侧的功率因数校正功能。
实施例3：
第一整流电路1可选用现有的各种型号的单相桥式整流电路。
可参照现有的BUCK电路设计方法对电力电子器件M1、续流二极管D1、电感L1、电容C1进行选型和相关设计。
二极管4可选用现有的各种能够满足设计需求的续流二极管。
输入电流检测电路2可参照现有的各种具有电流检测和数据传送功能的电路进行设计和实现，例如可以采用霍尔型电流传感器辅以相应的信号处理电路。
输出电压检测电路3可参照现有的各种具有电压检测和数据传送功能的电路进行设计和实现，例如可以采用霍尔型电压传感器辅以相应的信号处理电路。
输出电流检测电路4可参照现有的各种具有电流检测和数据传送功能的电路进行设计和实现，例如可以采用霍尔型电流传感器辅以相应的信号处理电路。
交流电压变换电路5可选用具有电气隔离和电压幅值变换功能的电路或器件来实现，例如霍尔型电压传感器、电压互感器等。
第二整流电路6可选用现有的各种型号的单相桥式整流电路。
电压比较电路7可选用现有的各种电压比较电路或比较器进行设计，其中的输入电压U1可参照公式(1)的计算方法，利用电阻分压、D/A输出等方式获得。
输入能量计算电路8可采用具备根据输入电压和电流信号完成一定时间段内能量计算功能的电路来实现，例如选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路来实现。
负载辨识电路9可采用具备根据输入电压和电流信号完成负载等效阻值计算功能的电路来实现，例如选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路来实现。
电容实际储能计算电路10可采用具备根据输入电压进行电容储能计算功能的电路来实现，例如选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路来实现。
负载期望能量计算电路11可采用能够根据给定电压和负载等效阻值，完成一定时间段内能量计算的电路来实现，例如选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路来实现。
电容期望储能计算电路12可采用具备根据给定电压进行电容储能计算功能的电路来实现，例如选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路来实现。
运算电路13可采用能够依据公式(2)完成相关计算的电路来实现，例如选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路来实现。
能量比较电路14可选用现有的各种比较电路或比较器进行设计，也可以选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路来实现。
与逻辑运算电路15可选用具有对输入电平信号进行与逻辑运算功能的电路和现有的各种驱动电路相结合的设计方法来实现。
时钟电路16可采用现有的各种时钟信号电路来设计和实现。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种有源功率因数校正直流电源电路，其特征在于，由主电路和控制电路组成；其中主电路由第一整流电路(1)、电力电子器件M1、续流二极管D1、电感L1、电容C1组成；其中的电力电子器件M1、续流二极管D1、电感L1、电容C1构成了BUCK电路；控制电路与主电路相连；该BUCK电路的输入端与第一整流电路(1)的直流侧连接，BUCK电路的输出端与电源的外部负载连接；第一整流电路(1)的交流侧与外部的单相交流电源连接。
2.根据权利要求1所述的一种有源功率因数校正直流电源电路，其特征在于，所述控制电路由输入电流检测电路(2)、输出电压检测电路(3)、输出电流检测电路(4)、交流电压变换电路(5)、第二整流电路(6)、电压比较电路(7)、输入能量计算电路(8)、负载辨识电路(9)、电容实际储能计算电路(10)、负载期望能量计算电路(11)、电容期望储能计算电路(12)、运算电路(13)、能量比较电路(14)、与逻辑运算电路(15)、时钟电路(16)构成；具体连接关系为：输入电流检测电路(2)检测端与BUCK电路连接，输入电流检测电路(2)的输出端与输入能量计算电路(8)的对应输入端连接；输出电压检测电路(3)并联在主电路中的电容C1的两端，其输出端分别与负载辨识电路(9)和电容实际储能计算电路(10)的对应输入端连接；输出电流检测电路(4)的检测端与BUCK电路相连，输出电流检测电路(4)的输出端与负载辨识电路(9)的对应输入端连接；交流电压变换电路(5)的输入端与外部的单相交流电源连接，其输出端与第二整流电路(6)的输入端连接；第二整流电路(6)的输出端分别与电压比较电路(7)、输入能量计算电路(8)的对应输入端连接；电压比较电路(7)的另一个输入端接入比较电压信号U1，其输出端连接至与逻辑运算电路(15)的对应输入端；输入能量计算电路(8)的输出端连接至能量比较电路(14)的对应输入端；负载辨识电路(9)的输出端连接至负载期望能量计算电路(11)的对应输入端；电容实际储能计算电路(10)的输出端连接至运算电路(13)的对应输入端；负载期望能量计算电路(11)的另一个输入端接入电源的输出电压给定信号Uref，其输出端连接至运算电路(13)的对应输入端；电容期望储能计算电路(12)的输入端接入电源的输出电压给定信号Uref，其输出端连接至运算电路(13)的对应输入端；运算电路(13)的输出端连接至能量比较电路(14)的对应输入端；能量比较电路(14)的输出端连接至与逻辑运算电路(15)的对应输入端；与逻辑运算电路(15)的输出端与主电路中的电力电子器件M1的驱动端连接；时钟电路(16)的输出端分别与输入能量计算电路(8)和负载期望能量计算电路(11)的时钟输入端连接。
3.一种有源功率因数校正直流电源电路方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤一：外部单相交流电源提供的单相交流电经过第一整流电路(1)变换为直流电，进而为BUCK电路提供电能；
步骤二：输入电流检测电路(2)对BUCK电路输入电流进行实时检测，并将检测数据实时传送至输入能量计算电路(8)；
步骤三：输出电压检测电路(3)对BUCK电路输出电压进行实时检测，并将检测数据实时传送至负载辨识电路(9)、电容实际储能计算电路(10)；
步骤四：输出电流检测电路(4)对BUCK电路输出电流进行实时检测，并将检测数据实时传送至负载辨识电路(9)；
步骤五：交流电压变换电路(5)在实现主电路和控制电路电气隔离的前提下，将输入交流电压的幅值降低到控制电路允许的范围内，在通过第二整流电路(6)变换为直流电压；
步骤六：电压比较电路(7)将第二整流电路(6)输出的直流电压信号与给定的电压信号U1进行比较，当U1小于第二整流电路(6)输出的直流电压信号时，电压比较电路(7)输出高电平，反之输出低电平；
步骤七：输入能量计算电路(8)根据第二整流电路(6)和输入电流检测电路(2)提供的电压和电流数据，结合时钟电路(16)提供的时钟信号，计算出从当前控制周期的初始时刻一直到当前时刻的时间段内BUCK电路所获得的实际输入能量Win的大小，并将计算结果传递给能量比较电路(14)；
步骤八：负载辨识电路(9)根据输出电压检测电路(3)和输出电流检测电路(4)提供的电压和电流数据，计算出电源外接负载的等效阻值，并将计算结果传递给负载期望能量计算电路(11)；
步骤九：电容实际储能计算电路(10)根据输出电压检测电路(3)提供的电压数据以及电容储能计算公式，计算出主电路中电容C1当前存储能量WC的大小，并将计算结果传递给运算电路(13)；
步骤十：负载期望能量计算电路(11)根据电源的输出电压给定信号Uref和负载辨识电路(9)提供的负载等效阻值，结合时钟电路(16)提供的时钟信号，计算出当直流电源输出电压为Uref时，在一个控制周期时间段内负载所应消耗的能量WLoad，并将计算结果传递给运算电路(13)；
步骤十一：电容期望储能计算电路(12)根据电源的输出电压给定信号Uref，计算出当直流电源输出电压为Uref时，电容C1所应存储能量WCref的大小，并将计算结果传递给运算电路(13)；
步骤十二：运算电路(13)利用电容实际储能计算电路(10)、负载期望能量计算电路(11)和电容期望储能计算电路(12)提供的数据，根据
Winref＝WLoad+WCref-WC
计算出期望输入能量Winref的大小，并将计算结果传递给能量比较电路(14)；
步骤十三：能量比较电路(14)对输入能量计算电路(8)提供的实际输入能量Win和运算电路(13)提供的期望输入能量Winref进行大小判断，当Win<Winref时，能量比较电路(14)输出高电平，反之输出低电平；
步骤十四：与逻辑运算电路(15)将电压比较电路(7)的输出电平信号和能量比较电路(14)的输出电平信号进行与逻辑运算，并将运算后的电平信号进行隔离、功率放大处理后，传送至主电路中电力电子器件M1的驱动端，实现对电力电子器件M1导通、关断控制。
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