CN201063536Y - 一种具有有源功率因数校正的电源转换器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型适用于电源转换领域，提供了一种具有有源功率因数校正的电源转换器，包括交流电源第一输入端口、交流电源第二输入端口、负载、输出电压检测模块，还包括：输入信号检测模块，与交流电源第一输入端口连接，检测输入的交流电源信号；开关单元，与输入信号检测模块的输出端和输出电压检测模块的输出端连接，根据其输出结果接通或关断；储能元件，连接交流电源第一输入端口和开关单元，在开关单元接通或关断时分别储存能量或释放能量；整流电路，连接储能元件的第二端和交流电源第二输入端口，完成电压转换。本实用新型通过控制储能/释能的时间而使输入电流与输入电压保持同相位，且使输入电流保持正弦波形，实现了功率因数的校正。

Description

一种具有有源功率因数校正的电源转换器
技术领域
本实用新型属于电源转换领域，尤其涉及一种具有有源功率因数校正的电源转换器。
背景技术
交流-直流(AC-DC)电源转换器可以将便于传输的交流电转换为直流电提供给各种电器或负载，目前得到了广泛的应用。在将交流电压升压成直流电压时一般采用倍压整流电路，如图1所示。
在图1中，二极管D10和D20、电容器C10和C20组成了倍压整流电路，在交流电源电压处于正半周时，交流电源Vi、二极管D10、电容器C10、零电压开关ZS形成回路，对电容器C10进行充电，在交流电源电压处于负半周时，交流电源Vi、零电压开关ZS、电容器C20、二极管D20形成回路，对电容器C20进行充电。电压检测电路10检测负载R0两端的电压，即输出电压Vo，当电压检测电路10检测到输出电压Vo高于预定电压时触发零电压开关ZS断开停止充电，而当交流电源电压由为零时零电压开关ZS再次接通，继续充电过程，从而实现稳定的直流电压输出。
但是，在这种交流整流滤波电路中，由于滤波电容器放电速度比较慢，在电容器两端会存在一个比较高的直流电压，而且，交流输入电压是从零开始按照正弦规律变化，只有在交流电压大于电容器两端的电压时才会有电流通过二极管向电容器充电，这样就会使输入电流波形发生严重畸变，输入电流成为脉冲波而非正弦波，输入端功率因数下降，降低电能的使用率，而且此脉冲波电流中的大量谐波分量还会严重污染电网。
实用新型内容
本实用新型实施例的目的在于提供一种具有有源功率因数校正的电源转换器，旨在解决现有的升压型交流-直流转换器中输入电流波形容易发生畸变，功率因数低的问题。
本实用新型实施例是这样实现的，一种有源功率因数校正的电源转换器，包括交流电源第一输入端口、交流电源第二输入端口、负载、输出电压检测模块，所述电源转换器还包括：
输入信号检测模块，其输入端与所述交流电源第一输入端口连接，检测输入的交流电源信号；
开关单元，其输入端与所述输入信号检测模块的输出端和所述输出电压检测模块的输出端连接，根据所述输入信号检测模块和所述输出电压检测模块的输出结果接通或关断；
储能元件，其第一端与所述交流电源第一输入端口连接，第二端与所述开关单元连接，在所述开关单元接通时储存能量，在所述开关单元关断时释放能量；以及
整流电路，连接所述储能元件的第二端和所述交流电源第二输入端口，在所述储能元件释放能量时将交流电压转换为直流电压。
本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：采用储能元件储能的方式完成了AC-DC升压转换，及时控制储能/释能的时间而使输入电流与输入电压保持同相位，且使输入电流保持正弦波形，消除了输入电流中的谐波分量，实现了功率因数的校正，提高了电能的使用率。
附图说明
图1是现有技术提供的交流-直流升压转换器的电路示意图；
图2是本实用新型实施例提供的具有有源功率因数校正的交流-直流升压转换器的电路示意图；
图3是图2所示电路同时输出正、负直流电压时的示意图；
图4是图2所示电路输出正直流电压时的示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型实施例的AC-DC升压转换电路增加了输入信号检测模块、开关单元和电感L，通过控制电感L的电流使输入电流与输入电压保持同相，且使输入电流按照正弦波变化，消除输入电流中的谐波分量，实现了功率因数校正。
如图2所示，AC-DC升压转换电路包括交流电源Vi、输入信号检测模块1、控制模块2、功率开关器件Q1和Q2、电感L、二极管D1和D2、电容器C1和C2以及负载RL和输出电压检测模块3，控制模块2和功率开关器件Q1、Q2组成了开关单元(图2中虚线内部为开关单元)，二极管D1和D2、电容器C1和C2组成了整流电路。输入信号检测模块1的输入端接交流电源Vi的第一端，输出端连接到控制模块2的输入端，控制模块2的输入端还和输出电压检测模块3的输出端连接，而输出电压检测模块3的两个输入端分别接到负载RL的两端。作为本实用新型的一个示例，储能元件为电感L，功率开关器件Q1、Q2均为绝缘栅型场效应管，电感L第一端与交流电源Vi的第一端连接，第二端同时连接有二极管D1正极和二极管D2负极，电容器C1、C2的一端串联且串联处连接至交流电源Vi的第二端，电容器C1另一端接二极管D1负极，电容器C2另一端接二极管D2正极，电容器C1、C2串联后与负载RL并联。功率开关器件Q1的栅极与控制模块2的第一输出端连接，漏极与电感L的第二端连接，源极则连接至交流电源Vi的第二端，功率开关器件Q2的栅极与控制模块2的第二输出端连接，源极与电感L的第二端连接，漏极则连接至交流电源Vi的第二端。
输入信号检测模块1检测交流输入信号，将检测结果输出至控制模块2，此处也可以用具有检测交流信号功能的电子器件来代替输入信号检测模块1，例如电流互感器(Current Transfer，CT)等。控制模块2根据输入信号检测模块1的检测结果，当交流输入电压处于正半周时，控制功率开关器件Q1接通，交流电源Vi、电感L、功率开关器件Q1形成回路，电感L开始存储能量，当控制模块2控制功率开关器件Q1关断时，交流电源Vi的电压与电感L的感生电动势叠加，通过二极管D1对电容器C1进行充电；当交流输入电压处于负半周时，控制模块2控制功率开关器件Q2接通，交流电源Vi、功率开关器件Q2、电感L形成回路，电感L开始存储能量，当控制模块2控制功率开关器件Q2关断时，交流电源Vi的电压与电感L的感生电动势叠加，二极管D2导通，对电容器C2进行充电。
由于交流电源Vi的电压按正弦规律变化，控制模块2控制功率开关器件Q1、Q2接通/关断的频率远远高于交流电源Vi的电压的变化频率，在正半周或负半周期间可实现多次电感储能、对电容器进行充电的过程，而控制模块2根据输入信号检测模块1或输出电压检测模块3的检测结果，适时控制功率开关器件Q1、Q2的接通或关断的时间，使通过电感L的电流及时跟随输入电压的变化而变化，从而输入电流与输入电压保持同相位，输入电流被调制为含有高频锯齿波纹的正弦波形，在每个开关周期内取平均值，则可得到较光滑的近似正弦波，功率因数接近1，这样在AC-DC升压转换电路的输入端实现了功率因数的校正。同时输出电压检测模块3将检测结果反馈给控制模块2，通过控制模块2适时控制功率开关器件Q1、Q2的接通或关断的时间来控制电感L的储能，从而稳定输出电压。
本实用新型实施例提供的AC-DC升压转换电路可以同时输出正电压和负电压，如图3所示，当选择b点作为零电压参考点时，a、b两点之间的电压为正电压，c、b两点之间的电压为负电压，因此，a、b可以作为正直流电压的输出端，c、b可以作为负直流电压的输出端。若需要给负载提供更高的正直流电压时，也可以考虑选择c点作为零电压参考点，如图4所示，此时a、c作为正直流电压的输出端。
本实用新型实施例采用电感储能的方式完成了AC-DC升压转换，及时控制电感储能/释能的时间而使输入电流与输入电压保持同相位，且使输入电流保持正弦波形，消除了输入电流中的谐波分量，实现了功率因数的校正，提高了电能的使用率，而且由于电感的抗冲击性强，也有助于保护电路中的相关器件。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有有源功率因数校正的电源转换器，包括交流电源第一输入端口、交流电源第二输入端口、负载、输出电压检测模块，其特征在于，所述电源转换器还包括：
输入信号检测模块，其输入端与所述交流电源第一输入端口连接，检测输入的交流电源信号；
开关单元，其输入端与所述输入信号检测模块的输出端和所述输出电压检测模块的输出端连接，根据所述输入信号检测模块和所述输出电压检测模块的输出结果接通或关断；
储能元件，其第一端与所述交流电源第一输入端口连接，第二端与所述开关单元连接，在所述开关单元接通时储存能量，在所述开关单元关断时释放能量；以及
整流电路，连接所述储能元件的第二端和所述交流电源第二输入端口，在所述储能元件释放能量时将交流电压转换为直流电压。
2.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，所述开关单元包括：
控制模块，其输入端与所述输入信号检测模块的输出端和所述输出电压检测模块的输出端连接，对输入信号检测模块和输出电压检测模块的检测结果进行处理；
第一功率开关器件，其输入端与所述控制模块的第一输出端连接，输出端连接至所述储能元件的第二端和所述交流电源第二输入端口，控制所述储能元件的第二端和所述交流电源第二输入端口的接通或关断；以及
第二功率开关器件，其输入端与所述控制模块的第二输出端连接，输出端连接至所述储能元件的第二端和所述交流电源第二输入端口，控制所述储能元件的第二端和所述交流电源第二输入端口的接通或关断。
3.如权利要求2所述的电源转换器，其特征在于，所述第一功率开关器件和第二功率开关器件为绝缘栅型场效应管，第一功率开关器件的栅极与所述控制模块的第一输出端连接，漏极与所述储能元件的第二端连接，源极则连接至所述交流电源第二输入端口；第二功率开关器件的栅极与所述控制模块的第二输出端连接，源极与所述储能元件的第二端连接，漏极则连接至所述交流电源第二输入端口。
4.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，所述整流电路包括：
第一二极管，其正极与所述储能元件的第二端连接；
第二二极管，其负极与所述储能元件的第二端连接；
第一电容器，其第一端连接所述第一二极管的负极；以及
第二电容器，其第一端同时与所述第一电容器的第二端和所述交流电源第二输入端口连接，其第二端则连接至所述第二二极管的正极。
5.如权利要求1、2、3或4所述的电源转换器，其特征在于，所述储能元件为电感。
6.如权利要求4所述的电源转换器，其特征在于，所述第一电容器和所述第二电容器的串联处接地。
7.如权利要求4所述的电源转换器，其特征在于，所述第二电容器与所述第二二极管连接处接地。
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