CN112350564B - 一种开关电源中三相待机零无功消耗控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种开关电源中三相待机零无功消耗控制电路，包括：设置在第一相线和第二相线与PFC电路之间的开关K1、开关K3和控制器，所述的控制器PFC电路、开关K1和开关K2提供控制信号。还包括由控制器控制的开关K2、开关K4、双向可控硅Q1和双向可控硅Q2以及整流电路。本发明将常规开关电源内部的大继电器提前到交流输入端口，结合便宜的小继电器和双向可控硅等器件，在PFC电路不工作时断开大继电器、小继电器和可控硅，实现待机时的零无功消耗的控制功能。在PFC电路启动工作时，通过时序的控制，也可以实现安全可靠的X电容和总线大电解电容预充电的缓启动功能。

Description

一种开关电源中三相待机零无功消耗控制电路
技术领域
本发明涉及开关电源中三相待机零无功消耗控制电路。
背景技术
开关电源的前级一般有PFC电路，当PFC电路工作时可获得很高的功率因子，但当PFC电路不工作时，因为输入端的电容和电感等器件还接在交流电网上，会消耗很多的无功功率，造成功率因素很低。
普通做法是在电网输入端用一可控的空开或者接触器等开关，在PFC电路不工作时通过控制信号断开这个开关来切断后端无功器件的供电。但是大电流的带可控开关的三相开关器件体积很大、并且价格很高。
还有一种做法是直接在电源输入端的每条相线上加双向可控硅，在PFC电路不工作时控制可控硅关断，实现切断后端无功器件供电的功能，但是双向可控硅的导通压降很高，在电流大时损耗很大发热严重，需要外接大的散热器。对效率也有影响。当总线接有大电解电容的情况下，上电时流过双向可控硅的冲击电流也会很大，可靠性不高。在三相三线输入电路中，当可控硅关闭时，由于三相电路的相与相之间存在耦合，且后端的X电容放电较慢，所以可控硅上的耐压较高。而在PFC电路正常工作，在交流过零点的时候，由于双向可控硅的导通换向的延迟，对电路的性能也有影响。
发明内容
本发明针对目前开关电源的上述不足，提供一种开关电源中三相待机零无功消耗控制电路。
本发明实现其技术目的技术方案是：一种开关电源中三相待机零无功消耗控制电路，包括：设置在第一相线和第二相线与PFC电路之间的开关K1、开关K3和控制器，所述的控制器PFC电路、开关K1和开关K2提供控制信号。
还包括由控制器控制的开关K2、开关K4、双向可控硅Q1和双向可控硅Q2以及整流电路。开关K2和双向可控硅Q1串联后并联到开关K1两端，开关K4和双向可控硅Q2串联以后并联到开关K3两端。开关K2和双向可控硅Q1串联的公共端与开关K4和双向可控硅Q2串联的公共端分别接整流电路的两个输入端，整流电路的输出端加到PFC电路的总线大电解电容E1两端。在开关电源启动时，控制器先控制开关K2、开关K4闭合，在零电流时控制双向可控硅Q1和双向可控硅Q2导通，PFC的电容充满后，控制开关K1和开关K3吸合，然后控制PFC控制部分启动工作进入正常的工作模式。在开关电源停止时，控制器在控制PFC控制部分停止后，先控制开关K2和开关K4断开、然后控制双向可控硅Q1和双向可控硅Q2断开，最后控制开关K1和开关K3断开。
进一步的，上述的开关电源中三相待机零无功消耗控制电路中：在第三相线与PFC电路之间，也设置有开关K5，所述的开关K5在控制器控制下与开关K1、开关K3同步闭合或者断开。
进一步的，上述的开关电源中三相待机零无功消耗控制电路中：所述的开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、开关K5为继电器，其控制端与控制器相连。
进一步的，上述的开关电源中三相待机零无功消耗控制电路中：所述的继电器为单刀双掷、单刀三掷的形式。
进一步的，上述的开关电源中三相待机零无功消耗控制电路中：所述的开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、开关K5是由控制器控制的空气开关或者接触器。
进一步的，上述的开关电源中三相待机零无功消耗控制电路中：所述的开关K1、开关K2、开关K3、开关K4为MOS管，开关K1和开关K3的MOS管的D极、S极分别接相线和PFC，G极接控制器。
进一步的，上述的开关电源中三相待机零无功消耗控制电路中：所述的开关K1、开关K2、开关K3、开关K4为电子开关，包括IGBT、三极管或者可控硅。
进一步的，上述的开关电源中三相待机零无功消耗控制电路中：所述的整流电路为全波整流电路，包括全波整流桥堆D1。
进一步的，上述的开关电源中三相待机零无功消耗控制电路中：所述的整流电路为半波整流电路。
进一步的，上述的开关电源中三相待机零无功消耗控制电路中：所述的双向可控硅Q1和双向可控硅Q2为单个的双向可控硅，包括由两个单向可控硅组成的双向形式的可控硅。
本发明将常规开关电源内部的大继电器提前到交流输入端口，结合便宜的小继电器和双向可控硅等器件，在PFC电路不工作时断开大继电器、小继电器和可控硅，实现待机时的零无功消耗的控制功能。在PFC电路启动工作时，通过时序的控制，也可以实现安全可靠的X电容和总线大电解电容预充电的缓启动功能。
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
附图1为本发明原理图。
附图2是本发明实施例1原理图。
附图3是本发明实施例2原理图。
附图4是本发明实施例3原理图。
具体实施方式
本实施例是开关电源中三相待机零无功消耗控制电路，它将常规开关电源内部的大继电器提前到交流输入端口，结合便宜的小继电器和双向可控硅等器件，在PFC电路不工作时断开大继电器、小继电器和可控硅，实现待机时的零无功消耗的控制功能。在PFC电路启动工作时，通过时序的控制，也可以实现安全可靠的X电容和总线大电解电容预充电的缓启动功能。如图1所示：一种开关电源中三相待机零无功消耗控制电路，与目前的开关电源一样，包括：设置在第一相线和第二相线与PFC电路之间的开关K1、开关K3和控制器，控制器PFC电路、开关K1和开关K2提供控制信号。
与目前的开关电源不同的是：还包括由控制器控制的开关K2、开关K4、双向可控硅Q1和双向可控硅Q2以及整流电路。
开关K2和双向可控硅Q1串联后并联到开关K1两端，开关K4和双向可控硅Q2串联以后并联到开关K3两端。
开关K2和双向可控硅Q1串联的公共端与开关K4和双向可控硅Q2串联的公共端分别接整流电路的两个输入端，整流电路的输出端加到PFC电路的总线大电解电容E1两端。
在开关电源启动时，控制器先控制开关K2、开关K4闭合，在零电流时控制双向可控硅Q1和双向可控硅Q2导通，PFC的电容充满后，控制开关K1和开关K3吸合，然后控制PFC控制部分启动工作进入正常的工作模式。
在开关电源停止时，控制器在控制PFC控制部分停止后，先控制开关K2和开关K4断开、然后控制双向可控硅Q1和双向可控硅Q2断开，最后控制开关K1和开关K3断开。
本实施例针对目前PFC电路不工作时功率因素普遍偏低的情况，结合PFC上电时对电网冲击电流要小的要求。将开关电源内部的大继电器提前，再加上小继电器和双向可控硅的辅助控制。提供了一种带总线预充功能的三相待机零无功消耗的控制电路。
如图1所示，其中Ain、Bin、Cin接三相交流输入，三相交流接PFC的输入部分。Link与GND是总线大电解电容E1的正负极。继电器K1接于A相交流输入的Ain与后级PFC的输入，继电器K2与双向可控硅Q1串联后接A相交流输入的Ain与后级PFC的输入,继电器K2与双向可控硅Q1串联的中点与桥堆D1的一个交流输入端相接。继电器K3接于B相交流输入的Bin与后级PFC的输入，继电器K4与双向可控硅Q2串联后接B相交流输入的Bin与后级PFC的输入,继电器K4与双向可控硅Q2串联的中点接桥堆D1的另一交流输入端。桥堆D1的直流输出正极与总线大电解电容E1的正极相连，桥堆D1的直流输出负极与总线大电解电容E1的负极相连。
在实践中，也可以在C相上加一个开关K5，也是继电器，如图4所示，当然，实践中三项中任意两相加控制开关和双向可控硅控制控制电路都可以达到一样的效果，留下一相直接加到PFC中，用不用开关都不会影响本实施例的效果。
实践中，开关K1、开关K2、开关K3、开关K4可以是电子开关，如MOS管，如图2所示，也可以是其它电子开关如双向可控硅，如图3所示。电子开关主要包括MOS、IGBT、三极管或者可控硅等其它形式的开关，也包括单刀双掷、单刀三掷等其它形式的继电器、空开或者接触器等开关。
本实施例中，双向可控硅Q1和双向可控硅Q2可以为单个的双向可控硅，也包括由两个单向可控硅组成的双向形式的可控硅。也包括其它形式的带控制功能的MOS、IGBT、三极管等半导体，也包括单刀双掷、单刀三掷等其它形式的继电器、空开或者接触器等开关。
在另外一些实施例中，桥堆D1为桥堆或者由二极管、MOS、三极管、IGBT、可控硅等半导体组成的半波或者全波整流电路。总线电容E1，泛指贴片、插件的金属膜、塑胶薄膜、电解、固体电容等带储能功能的一切电容。
本实施例工作方式分PFC工作前电容预充的缓启动控制和PFC不工作待机后的零无功消耗功能控制。具体的工作方式如下：
在PFC工作前电容预充的缓启动控制中。先控制继电器K2、K4吸合，此时交流电经过桥堆D1给总线大电解电容充电。当总线大电解电容充电到一定程度后，控制双向可控硅Q1、Q2在零点导通，便给后级PFC的输入端输入电容和X电容充电，使电容上的电压在过零点时导通双向可控硅，可减小对交流电网的冲击，过零点导通的控制方式可以使用专用的零点光耦或者其他软件控制。当后级PFC的电容充满后，控制继电器K1、K2吸合，将小继电器K2、K4和双向可控硅Q1、Q2旁路，在大电流时减小损耗。然后PFC控制部分启动工作进入正常的工作模式。
在PFC电路不工作待机后的零无功消耗功能控制中，因为三相电路中相与相之间存在耦合，在K1断开、K2闭合的情况下，Q1断开时由于交流电网电压还在，并且后级PFC的输入电容放电较慢，且存在中点偏移的情况，所以导致双向可控硅Q1两端电压很高。所以在断开的时序上应该先断开继电器K2和K4，再断开双向可控硅Q1和Q2，最后才断开继电器K1和K3。从而实现断开交流输入与后级PFC电路之间的回路，切断后级PFC电路输入端的无功器件的交流电压。实现PFC电路待机时的零无功消耗的控制功能。
整个电路结构简单，原理清楚。

Claims (10)

1.一种开关电源中三相待机零无功消耗控制电路，包括：设置在第一相线和第二相线与PFC电路之间的开关K1、开关K3和控制器，所述的控制器为PFC电路、开关K1和开关K2提供控制信号；其特征在于：还包括由控制器控制的开关K2、开关K4、双向可控硅Q1和双向可控硅Q2以及整流电路；开关K2和双向可控硅Q1串联后并联到开关K1两端，开关K4和双向可控硅Q2串联以后并联到开关K3两端；开关K2和双向可控硅Q1串联的公共端与开关K4和双向可控硅Q2串联的公共端分别接整流电路的两个输入端，整流电路的输出端加到PFC电路的总线大电解电容E1两端；在开关电源启动时，控制器先控制开关K2、开关K4闭合，在零电流时控制双向可控硅Q1和双向可控硅Q2导通，PFC的电容充满后，控制开关K1和开关K3吸合，然后控制PFC控制部分启动工作进入正常的工作模式；在开关电源停止时，控制器在控制PFC控制部分停止后，先控制开关K2和开关K4断开、然后控制双向可控硅Q1和双向可控硅Q2断开，最后控制开关K1和开关K3断开。
2.根据权利要求1所述的开关电源中三相待机零无功消耗控制电路，其特征在于：在第三相线与PFC电路之间，也设置有开关K5，所述的开关K5在控制器控制下与开关K1、开关K3同步闭合或者断开。
3.根据权利要求2所述的开关电源中三相待机零无功消耗控制电路，其特征在于：所述的开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、开关K5为继电器，其控制端与控制器相连。
4.根据权利要求3所述的开关电源中三相待机零无功消耗控制电路，其特征在于：所述的继电器为单刀双掷、单刀三掷的形式。
5.根据权利要求2所述的开关电源中三相待机零无功消耗控制电路，其特征在于：所述的开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、开关K5是由控制器控制的空气开关或者接触器。
6.根据权利要求2所述的开关电源中三相待机零无功消耗控制电路，其特征在于：所述的开关K1、开关K2、开关K3、开关K4为MOS管，开关K1和开关K3的MOS管的D极、S极分别接相线和PFC，G极接控制器。
7.根据权利要求2所述的开关电源中三相待机零无功消耗控制电路，其特征在于：所述的开关K1、开关K2、开关K3、开关K4为电子开关，包括IGBT、三极管或者可控硅。
8.根据权利要求1所述的开关电源中三相待机零无功消耗控制电路，其特征在于：所述的整流电路为全波整流电路，包括全波整流桥堆D1。
9.根据权利要求1所述的开关电源中三相待机零无功消耗控制电路，其特征在于：所述的整流电路为半波整流电路。
10.根据权利要求1至9中任一所述的开关电源中三相待机零无功消耗控制电路，其特征在于：所述的双向可控硅Q1和双向可控硅Q2为单个的双向可控硅，包括由两个单向可控硅组成的双向形式的可控硅。
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