CN1134101C - 整流电源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高功率因数整流电源装置，由交流电压过零检测电路、交流电流检测电路、电压幅值检测电路对整流主电路进行检测，数据传至驱动信号发生机构处理，按控制程序流程控制开关器件动作，使输入交流电流逼近正弦波状，保证直流输出电压不高于交流输入电压的峰值。由此实现较好的功率因数校正功能，功率因数不低于0.95，谐波电流成分小，并且不抬高后置负载元件的耐压指标。
Description
本发明涉及将交流电压变为直流电压的高功率因数整流电源装置，可以作为直流电源，后置一般直流负载，也可作为变流器，后置逆变器构成变频电源。
为了使整流电源装置从电网获得更多的有功功率，并减少对电网的高次电流谐波污染，改善电源的功率因数，优化电源装置的交流输入电流波形是行之有效的方法，见之于文献的有以下几种：
1、传统的BOOST方案，该方案通过高频载波的方式，使得电源装置的交流输入电流的波形逼近交流输入电压的波形，从而获得高功率因数。
2、日本专利公报特开平2.-299470号所公开的方法，该方法中，只在交流输入电压过零后的适当短期间内，接通开关元件，通过电抗线圈将交流电源短路，以此扩大电源电流的导通角，改善电源功率因数。
3、日本专利公报特开平7-7946号所公开的方法，该方法同样地，从交流输入电压过零时刻起，在预定的延迟时间后，使开关元件接通预定时间，以此扩大电源电流的导通角，改善电源功率因数。
上述第一种方法实施后，电源装置的输出直流电压将高于输入交流电压的峰值，在220V交流电压输入条件下，输出直流电压将接近400V，抬高了后置负载元件的耐压指标。
上述第二、第三种方法实施后，输入交流电流波形的正弦度低，其中低次谐波含量较大。
本发明的目的在于提供一种电源装置，可控制交流输入电流波形接近于正弦波，在获得高功率因数的同时，能使装置的直流输出电压不高于交流输入电压的峰值，且输入交流电流与输入交流电压同相位，谐波电流成分小，实现较好的功率因数校正功能而不抬高后置负载元件的耐压指标。
为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种整流电源装置，具有一端与交流电源的一个输出端相连接的电抗线圈，该电抗线圈的另一端分别与一个第一二极管整流桥和一个第二二极管整流桥各一方的输入端相连接，第一二极管整流桥由两个二极管组成，第二二极管整流桥构成全波整流桥，第一二极管整流桥和第二二极管整流桥的另一输入端与交流电源的另一输出端相连接，第一二极管整流桥的输出端与一开关器件的集电极相连接，开关器件的发射极与第二二极管整流桥的输出负端相连接；
其特征在于：
交流电源的一输出端串接一交流电流检测电路，交流电流检测电路输出端接至一驱动信号发生机构的一个输入端；
交流电源的两输出端连接一交流电压过零检测电路，该交流电压过零检测电路输出端接至驱动信号发生机构的另一个输入端；
交流电源的两输出端还同时连接一电压幅值检测电路，该电压幅值检测电路的另两输入端分别接在第二二极管整流桥的两输出端，该电压幅值检测电路输出端接至驱动信号发生机构又一个输入端，第二二极管整流桥输出正端、输出平滑电容的正端及负载的一端与电压幅值检测电路的直流输入端相连接；
驱动信号发生机构与开关器件的控制极之间跨接有一驱动电路。
所述的整流电源装置，其特征在于：驱动信号发生机构与第二二极管整流桥输出负端、开关器件、平滑电容的负端、负载所形成的连接端之间接入一直流电流检测电路。
所述的整流电源装置，其特征在于，所述的电压幅值检测电路构成为：变压器T1、T2原边直接并连在交流电压输入接线两端；变压器T1的输出端经一全桥整流器、滤波器接至驱动信号发生机构，变压器T2的输出端经一全桥整流器、滤波器接至一比较器的正输入端，比较器的负输入端接至直流输出电压的分压接线端，比较器输出端经一光耦接至驱动信号发生机构。
本发明的技术特点是利用交流电压过零检测电路、交流电流检测电路、电压幅值检测电路对整流主电路进行检测，检测所得数据传至驱动信号发生机构(即为电脑芯片或替代电脑芯片的专用电路)处理；驱动信号发生机构内设一理想电流基准值，该基准值是通过模糊算法或实时检测计算所得，呈正弦波状；驱动信号发生机构按控制程序流程控制开关器件动作，使输入交流电流逼近呈正弦波状的电流基准值，输入交流电流与输入交流电压同相位，谐波电流成分小；在交流输入电压瞬时值高于直流输出电压期间，驱动信号发生机构封锁送至开关器件的开关控制信号，保证直流输出电压不高于交流输入电压的峰值。由此实现较好的功率因数校正功能，功率因数不低于0.95，并且不抬高后置负载元件的耐压指标。
下面结合本发明的实施例及其附图作进一步的说明。
图1是本发明实施例一的电路结构图。
图2是本发明实施例一的控制程序流程图。
图3是本发明实施例二的电路结构图。
图4是本发明实施例二的控制程序流程图。
图5是本发明的输入交流电流波形图。
图6是本发明的电压幅值检测电路图。
图1所示的实施例一，具有一端与交流电源1的一个输出端相连接的电抗线圈2，该电抗线圈2的另一端分别与第一二极管整流桥3和第二二极管整流桥4各一方的输入端相连接，第一二极管整流桥3由2个二极管组成，其电流方向一致，第二二极管整流桥4构成全波整流桥。第一二极管整流桥3和第二二极管整流桥4的另一输入端与交流电源1的另一输出端相连接。
第一二极管整流桥3的输出端与开关器件11的集电极相连接，开关器件11的发射极与第二二极管整流桥4的输出负端相连接，该开关器件11可以是双极晶体管、MOSFET、IGBT等开关元件，开关器件11的门极与驱动电路的输出相连接。
交流电源1的两输出端连接一公知的电压过零检测电路8，电压过零检测电路8输出端接至一驱动信号发生机构12的一个输入端，该电压过零检测电路8检测出输入交流电压(参阅图5中21)通过零点的时刻，即刻把该检测信号(参阅图5中22)送至一驱动信号发生机构12，一驱动信号发生机构12可采用电脑芯片(如TP87PH46、MMB89867、68HC908GP32)或者能替代电脑芯片的专用电路。
交流电源1的一输出端同时串接一公知的交流电流检测电路9，该交流电流检测电路9可由一般的交流电流互感器或者霍尔电流互感器构成，它将交流输入电流信号转化为电压信号送至驱动信号发生机构12。
交流电源1的两输出端还同时连接一电压幅值检测电路10两输入端，电压幅值检测电路10可用常见的霍尔元件、隔离的分压器结构，但成本较高；为降低成本，本发明采用较廉价的电路结构：(参见图6)，变压器T1、T2原边直接并连在交流电压输入接线两端；T1的输出端经一全桥整流器、滤波器接至驱动信号发生机构，T2的输出端经一全桥整流器、滤波器接至一比较器的正输入端，比较器的负输入端接至直流输出电压的分压接线端，比较器输出端经一光耦接至驱动信号发生机构12，该电压幅值检测电路10的另两输入端分别接在第二二极管整流桥4的输出两端。该电压幅值检测电路10检测出输入交流电压瞬时值与输出直流电压相等的时刻及该时刻的输入交流电压瞬时值送至驱动信号发生机构12。
第二二极管整流桥4输出正端与输出平滑电容5的正端、负载6的一端和电压幅值检测电路10的直流输入端相连接，该二极管整流桥4输出负端与开关器件11、平滑电容5的负端、负载6的另一端相连接。
来自交流电源的交流电压被第一二极管整流桥3、第二二极管整流桥4及平滑电容5整流后，作为直流电源供给负载6。
驱动信号发生机构12与开关器件11之间跨接有驱动电路7。驱动电路7将驱动信号发生机构12送出的驱动信号进行隔离并放大，从而驱动开关器件11工作。驱动电路7可由通用的驱动电路如EXB841，HRO65等组成。
图2给出了本实施例一的控制程序流程。当输入交流电压过零时，电压过零检测电路8产生一个信号(参阅图5中22)送至驱动信号发生机构12，驱动信号发生机构12接收到该信号后，一方面控制驱动电路7动作，触发导通开关器件11，另一方面使驱动信号发生机构12内的同步定时器复位，并开始计时。同时驱动信号发生机构12通过交流电流检测电路9对实际输入交流电流进行采样，当发现此时实际输入交流电流大于某一基准值时，再次控制驱动电路7动作，关闭开关器件11，此时由于输入交流电压的瞬时值小于直流输出的电压值，所以实际输入交流电流开始减小，与此同时驱动信号发生机构12对实际输入交流电流继续进行采样，当发现实际输入交流电流小于另一基准值时，再次导通开关器件11。之后驱动信号发生机构12重复以上两个过程。当输入交流电压的瞬时值略大于直流输出的电压值时，电压幅值检测电路10动作，送一信号至驱动信号发生机构12。驱动信号发生机构12接收到该信号后，封锁送至开关器件11的开关控制信号，同时记录当前同步定时器的时间和采样交流输入电压值，进行相应的折算，就可得到所须测量的输入交流电压值与输出直流电压值。此时驱动信号发生机构12根据测量的直流输出电压值做相应判断，根据模糊算法，得到一理想电流基准值，该值作为下一电压周期实际输入交流电流开关转换时的参照值。又当输入交流电压的瞬时值略小于直流输出的电压值时，电压幅值检测电路10再次动作，送一信号至驱动信号发生机构12。驱动信号发生机构12接收到该信号后，解除封锁送至开关器件11的开关控制信号，控制电路再次重复封锁前所述的工作过程。由此得到的输入交流电流波形如图5中23所示，基本接近理想的正弦波。
图3所示的实施例二是在实施例一的基础上于驱动信号发生机构12与第二二极管整流桥4输出负端、开关器件11、平滑电容5的负端、负载6所形成的连接端之间接入一公知的直流电流检测电路13，对输出直流电流值进行采样，便于驱动信号发生机构12更快更精确地计算电流基准值，从而改善装置的动态响应性能。
图4给出了本实施例二的控制程序流程。当输入交流电压过零时，电压过零检测电路8产生一个信号送至驱动信号发生机构12，驱动信号发生机构12接收到该信号后，一方面控制驱动电路7动作，触发导通开关器件11，另一方面使一同步定时器复位，并开始计时。同时驱动信号发生机构12通过交流电流检测电路9对实际输入交流电流进行采样，当发现此时实际输入交流电流大于某一基准值时，再次控制驱动电路7动作，关闭开关器件11，此时由于输入交流电压的瞬时值小于直流输出的电压值，所以实际输入交流电流开始减小，与此同时驱动信号发生机构12对实际输入交流电流继续进行采样，当发现实际输入交流电流小于某一基准值时，再次导通开关器件11。之后控制电路重复以上两个过程。当输入交流电压的瞬时值略大于直流输出的电压值时，电压幅值检测电路10动作，送一信号至驱动信号发生机构12。驱动信号发生机构12接收到该信号后，同时记录当前同步定时器的时间和采样交流输入电压值，进行相应的折算，就可得到所须测量的输入交流电压值与输出直流电压值。此时驱动信号发生机构12通过直流电流检测电路13对输出直流电流值进行采样，根据输入功率与输出功率在理想时应相等的原则计算，可得到一理想电流基准值，该值作为下一电压周期实际输入交流电流开关转换时的基准值。又当输入交流电压的瞬时值略小于直流输出的电压值时，电压幅值检测电路10再次动作，送一信号至驱动信号发生机构12。驱动信号发生机构12接收到该信号后，解除封锁送至开关器件11的开关控制信号，控制电路再次重复封锁前所述的工作过程。该动作机理实施后，输入交流电流波形如图5中23所示。由此得到的输入交流电流波形如图5中23所示，基本接近理想的正弦波。
Claims (3)
1.一种整流电源装置，具有一端与交流电源的一个输出端相连接的电抗线圈，该电抗线圈的另一端分别与一个第一二极管整流桥和一个第二二极管整流桥各一方的输入端相连接，第一二极管整流桥由两个二极管组成，第二二极管整流桥构成全波整流桥，第一二极管整流桥和第二二极管整流桥的另一输入端与交流电源的另一输出端相连接，第一二极管整流桥的输出端与一开关器件的集电极相连接，开关器件的发射极与第二二极管整流桥的输出负端相连接；
其特征在于：
交流电源的一输出端串接一交流电流检测电路，交流电流检测电路输出端接至一驱动信号发生机构的一个输入端；
交流电源的两输出端连接一交流电压过零检测电路，该交流电压过零检测电路输出端接至驱动信号发生机构的另一个输入端；
交流电源的两输出端还同时连接一电压幅值检测电路，该电压幅值检测电路的另两输入端分别接在第二二极管整流桥的两输出端，该电压幅值检测电路输出端接至驱动信号发生机构又一个输入端，第二二极管整流桥输出正端、输出平滑电容的正端及负载的一端与电压幅值检测电路的直流输入端相连接；
驱动信号发生机构与开关器件的控制极之间跨接有一驱动电路。
2.根据权利要求1所述的整流电源装置，其特征在于，驱动信号发生机构与第二二极管整流桥输出负端、开关器件、平滑电容的负端、负载所形成的连接端之间接入一直流电流检测电路。
3.根据权利要求1所述的整流电源装置，其特征在于，所述的电压幅值检测电路构成为：变压器T1、T2原边直接并连在交流电压输入接线两端；变压器T1的输出端经一全桥整流器、滤波器接至驱动信号发生机构，变压器T2的输出端经一全桥整流器、滤波器接至一比较器的正输入端，比较器的负输入端接至直流输出电压的分压接线端，比较器输出端经一光耦接至驱动信号发生机构。
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