CN201758356U - 交错单相有源功率因数校正电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种交错单相有源功率因数校正电路，所述校正电路包括依次连接的整流电路、斩波电路、储能电路。整流电路包括若干单相整流器，输入单相交流正弦电压，输出正弦半波电压；输出端产生带纹波的正弦半波电流，输入产生单相交流正弦电流；斩波电路包括若干组交错结构斩波升压结构，功率开关导通时电感储存能量，功率开关关断时电感释放能量，若干组交错结构轮流工作，连续工作时间为一个标准正弦半波。本实用新型提出根据传统单相有源功率因数校正基本原理，设计制作了交错结构、多组交错的适合更大输出功率的单相有源功率因数校正设计方案，具有设计构思新颖、通用性强等特征，同时结构简单、成本低、灵活强。

Description

交错单相有源功率因数校正电路

技术领域

本实用新型属于电子技术领域，涉及一种功率因数校正电路，尤其涉及一种交错单相有源功率因数校正电路。

背景技术

单相交流电源供电的变频器的应用越来越广泛，其中包括变频空调。

目前大功率变频空调的功率等级越来越大，达到10kW以上。因此传统的小功率变频空调的单相功率因数校正方案已经不再适应这种功率等级，而带来许多弊端：功率器件选型配参相当困难，散热处理非常复杂，系统效率较低，成本增加显著。

为了回避和解决这种问题，需要采用多级交错结构的功率因数校正电路。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种交错单相有源功率因数校正电路，可提高负载能力，改善散热处理，提高变换效率，降低总体成本。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种交错单相有源功率因数校正电路，所述校正电路包括：

整流电路，包括若干单相整流器，输入单相交流正弦电压，输出正弦半波电压；输出端产生带纹波的正弦半波电流，输入产生单相交流正弦电流；

斩波电路，包括若干组交错结构斩波升压结构，功率开关导通时电感储存能量，功率开关关断时电感释放能量，若干组交错结构轮流工作，连续工作时间为一个标准正弦半波；

储能电路；

所述整流电路、斩波电路、储能电路依次连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述整流电路包括3个单相整流器、交流电容和电阻；

其中，第一单相整流器的两个交流输入端、第二单相整流器的两个交流输入端、第三单相整流器的两个交流输入端均与单相交流电网的火线与零线相连；

第一单相整流器的正极输出端、第二单相整流器的正极输出端、第三单相整流器的正极输出端连接形成输入正极，第一单相整流器的负极输出端、第二单相整流器的负极输出端、第三单相整流器的负极输出端连接形成输出负极并与第一只电阻的一端相连，第一只电阻的另一端接地，第一只交流电容的两端与单相交流电网的火线与零线相连。

作为本实用新型的一种优选方案，整流电路包括3个单相整流器B1、B2、B3、交流电容C1和电阻R1；

其中，整流器B1的一个交流输入端与整流器B2的一个交流输入端、整流器B3的一个交流输入端、交流电容C1的一端相连后与单相交流电源的一端相连，整流器B1的另一个交流输入端与整流器B2的另一个交流输入端、整流器B3的另一个交流输入端、交流电容C1的另一端相连后与单相交流电源的另一端相连；

整流器B1的输出正极与整流器B2的输出正极、整流器B3的输出正极相连后形成中间正极，整流器B1的输出负极与整流器B2的输出负极、整流器B3的输出负极相连后与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端接地。

作为本实用新型的一种优选方案，所述斩波电路包括三组交错结构；

其中，第一组交错结构包括三只电感L1、L2、L3、三只交流电容D1、D2、D3和三只功率开关S1、S2、S 3，

第二组交错结构包括三只电感L4、L5、L6、三只交流电容C4-C6和三只功率开关S4、S5、S6；

第三组交错结构包括三只电感L7、L8、L9、三只交流电容C7、C8、C9和三只功率开关S7、S8、S9；

第一组交错结构中，电感L1的一端、电感L2的一端、电感L3的一端连接后与整流电路中输出正极相连，二极管D1的阴极、二极管D2的阴极、二极管D3的阴极连接后与储能电路中输出正极相连，功率开关S1的集电极、二极管D2的集电极、二极管D3的发射极连接后接地，电感L1的另一端、二极管D1的阳极、功率开关S1的集电极相连，电感L2的另一端、二极管D2的阳极、功率开关S2的集电极相连，电感L3的另一端、二极管D3的阳极、功率开关S 3的集电极相连；

第二组交错结构中，电感L4的一端、电感L5的一端、电感L6的一端连接后与整流电路中输出正极相连，二极管D4的阴极、二极管D5的阴极、二极管D6的阴极连接后与储能电路中输出正极相连，功率开关S4的集电极、二极管D5的集电极、二极管D6的发射极连接后接地，电感L4的另一端、二极管D4的阳极、功率开关S4的集电极相连，电感L5的另一端、二极管D5的阳极、功率开关S5的集电极相连，电感L6的另一端、二极管D6的阳极、功率开关S6的集电极相连；

第三组交错结构中，电感L7的一端、电感L8的一端、电感L9的一端连接后与整流电路中输出正极相连，二极管D7的阴极、二极管D8的阴极、二极管D9的阴极连接后与储能电路中输出正极相连，功率开关S7的集电极、二极管D8的集电极、二极管D9的发射极连接后接地，电感L7的另一端、二极管D7的阳极、功率开关S7的集电极相连，电感L8的另一端、二极管D8的阳极、功率开关S8的集电极相连，电感L9的另一端、二极管D9的阳极、功率开关S9的集电极相连。

作为本实用新型的一种优选方案，所述储能电路包括交流电容C2、一个电解电容E1和一只电阻R2；

交流电容C2的一端、电解电容E1的正极、电阻R2的一端相连，形成输出正极，交流电容C2的另一端、电解电容E1的负极、电阻R2的另一端相连接地，形成输出负极。

作为本实用新型的一种优选方案，所述整流电路输入单相交流正弦电压，输出单相交流正弦半波电压；在功率因数校正后，输出正弦半波直流电流，输入单相交流正弦电流；

所述斩波电路采用分时工作原理，在一个完整的正弦半波中，只有其中一组交错结构处于工作状态，完成功率因数校正功能，三组交错结构轮流工作，不工作时处于散热状态；

所述储能电路进行储能和滤波，输出直流电压，供应后级使用。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出的交错单相有源功率因数校正电路，根据传统单相有源功率因数校正基本原理，设计制作了交错结构、多组交错的适合更大输出功率的单相有源功率因数校正设计方案，因而具有设计构思新颖、通用性强等特征，同时具有结构简单、成本低、灵活强等优点，还可以支持更宽范围功率输出，尤其适用于输入交流电压恒定的大功率变频空调的有源功率因数校正。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。

实施例一

请参阅图1，本实用新型揭示了一种交错单相有源功率因数校正电路，包括整流电路1、斩波电路2和储能电路3。

本实施例中，整流电路1由三个单相整流器B1、B2、B3、一只交流电容C1和一只电阻R1构成。斩波电路2由三组交错结构构成，其中，第一组交错结构包括三只电感L1、L2、L3、三只交流电容C1、C2、C3和三只功率开关S1、S2、S3，第二组交错结构包括三只电感L4、L5、L6、三只交流电容C4、C5、C6和三只功率开关S4、S5、S6，第三组交错结构包括三只电感L7、L8、L9、三只交流电容C7、C8、C9和三只功率开关S7、S8、S9。储能电路由一个交流电容C2、一个电解电容E1和一只电阻R2构成。

整流电路1中，整流器B1的一个交流输入端与整流器B2的一个交流输入端、整流器B3的一个交流输入端、交流电容C1的一端相连后与单相交流电源的一端相连，整流器B1的另一个交流输入端与整流器B2的另一个交流输入端、整流器B3的另一个交流输入端、交流电容C1的另一端相连后与单相交流电源的另一端相连。整流器B1的输出正极与整流器B2的输出正极、整流器B3的输出正极相连后形成中间正极，整流器B1的输出负极与整流器B2的输出负极、整流器B3的输出负极相连后与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端接地。

斩波电路2中，第一组交错结构中，电感L1的一端、电感L2的一端、电感L 3的一端连接后与整流电路中输出正极相连，二极管D1的阴极、二极管D2的阴极、二极管D3的阴极连接后与储能电路中输出正极相连，功率开关S1的集电极、二极管D2的集电极、二极管D3的发射极连接后接地，电感L1的另一端、二极管D1的阳极、功率开关S1的集电极相连，电感L2的另一端、二极管D2的阳极、功率开关S2的集电极相连，电感L3的另一端、二极管D3的阳极、功率开关S3的集电极相连。

第二组交错结构中，电感L4的一端、电感L5的一端、电感L6的一端连接后与整流电路中输出正极相连，二极管D4的阴极、二极管D5的阴极、二极管D6的阴极连接后与储能电路中输出正极相连，功率开关S4的集电极、二极管D5的集电极、二极管D6的发射极连接后接地，电感L4的另一端、二极管D4的阳极、功率开关S4的集电极相连，电感L5的另一端、二极管D5的阳极、功率开关S5的集电极相连，电感L6的另一端、二极管D6的阳极、功率开关S6的集电极相连。

第三组交错结构中，电感L7的一端、电感L8的一端、电感L9的一端连接后与整流电路中输出正极相连，二极管D7的阴极、二极管D8的阴极、二极管D9的阴极连接后与储能电路中输出正极相连，功率开关S7的集电极、二极管D8的集电极、二极管D9的发射极连接后接地，电感L7的另一端、二极管D7的阳极、功率开关S7的集电极相连，电感L8的另一端、二极管D8的阳极、功率开关S8的集电极相连，电感L9的另一端、二极管D9的阳极、功率开关S9的集电极相连。

储能电路3中，交流电容C2的一端、电解电容E1的正极、电阻R2的一端相连，形成输出正极，交流电容C2的另一端、电解电容E1的负极、电阻R2的另一端相连接地，形成输出负极。

本实用新型的工作原理为：

整流电路1输入单相交流正弦电压，输出单相交流正弦半波电压。在功率因数校正后，输出正弦半波直流电流，输入单相交流正弦电流。斩波电路2采用分时工作原理，在一个完整的正弦半波中，只有其中一组交错结构处于工作状态，完成功率因数校正功能，三组交错结构轮流工作，不工作时处于散热状态。储能电路3进行储能和滤波，输出直流电压，供应后级使用。上述配置和工作制可以提高负载能力，改善散热处理，提高变换效率，降低总体成本。

上述器件中各电阻、运放均要求具有较高精度。本实用新型一个实施例的参数为：整流器B1-B3为25A/600V二极管不控整流桥，二极管D1-D9为反向快速恢复型35A/600V，电感L1-L9取0.5mH-5.0mH，功率开关S1-S9为IGBT160A/600V，交流电容C1-C2取0.22μF-0.47μF，电阻R1取10mΩ，电阻R2取100kΩ，电解电容E1为4700μF/400V。

综上所述，本实用新型提出的交错单相有源功率因数校正电路，根据传统单相有源功率因数校正基本原理，设计制作了交错结构、多组交错的适合更大输出功率的单相有源功率因数校正设计方案，因而具有设计构思新颖、通用性强等特征，同时具有结构简单、成本低、灵活强等优点，还可以支持更宽范围功率输出，尤其适用于输入交流电压恒定的大功率变频空调的有源功率因数校正。

实施例二

本实用新型针对单级功率因数校正器功率等级难以提升，设计一种交错结构、多组交错支持更大功率输出的整流电路和分时工作原理，它可以适用所有现有的功率因数控制策略和应用场合，具有概念清新、功率等级较高、效率高之优点。

本实用新型交错单相有源功率因数校正电路包括整流电路、斩波电路和储能电路。其中，整流电路中，包括三个单相二极管不控整流器，输入单相交流正弦电压，输出正弦半波电压。输出端产生带纹波的正弦半波电流，输入产生单相交流正弦电流。斩波电路中，包括三组交错结构斩波升压结构，功率开关导通时电感储存能量，功率开关关断时电感释放能量，三组交错结构轮流工作，连续工作时间为一个标准正弦半波，即180°或10mS。

所述整流电路由3个单相整流器、1个交流电容和1只电阻构成，其中第一个单相整流器的两个交流输入端、第二个单相整流器的两个交流输入端、第三个单相整流器的两个交流输入端均与单相交流电网的火线与零线相连，第一个单相整流器的正极输出端、第二个单相整流器的正极输出端、第三个单相整流器的正极输出端连接形成输入正极，第一个单相整流器的负极输出端、第二个单相整流器的负极输出端、第三个单相整流器的负极输出端连接形成输出负极并与第一只电阻的一端相连，第一只电阻的另一端接地，第一只交流电容的两端与单相交流电网的火线与零线相连。

所述斩波电路由三组交错结构构成，其中第一组交错结构由3只电感、3只二极管和三只功率开关构成，第二组交错结构由3只电感、3只二极管和三只功率开关构成，第三组交错结构由3只电感、3只二极管和三只功率开关构成。

第一组交错结构中，第一只电感的一端、第二只电感的一端、第三只电感的一端连接后与整流电路中输出正极相连，第一只二极管的阴极、第二只二极管的阴极、第三只二极管的阴极连接后与储能电路中输出正极相连，第一只功率开关的集电极、第二只二极管的集电极、第三只二极管的发射极连接后接地，第一只电感的另一端、第一只二极管的阳极、第一只功率开关的集电极相连，第二只电感的另一端、第二只二极管的阳极、第二只功率开关的集电极相连，第三只电感的另一端、第三只二极管的阳极、第三只功率开关的集电极相连。

第二组交错结构中，第四只电感的一端、第五只电感的一端、第六只电感的一端连接后与整流电路中输出正极相连，第四只二极管的阴极、第五只二极管的阴极、第六只二极管的阴极连接后与储能电路中输出正极相连，第四只功率开关的集电极、第五只二极管的集电极、第六只功率开关的发射极连接后接地，第四只电感的另一端、第四只二极管的阳极、第四只功率开关的集电极相连，第五只电感的另一端、第五只二极管的阳极、第五只功率开关的集电极相连，第六只电感的另一端、第六只二极管的阳极、第六只功率开关的集电极相连。

第三组交错结构中，第七只电感的一端、第八只电感的一端、第九只电感的一端连接后与整流电路中输出正极相连，第七只二极管的阴极、第八只二极管的阴极、第九只二极管的阴极连接后与储能电路中输出正极相连，第七只功率开关的集电极、第八只二极管的集电极、第九只功率开关的发射极连接后接地，第七只电感的另一端、第七只二极管的阳极、第七只功率开关的集电极相连，第八只电感的另一端、第八只二极管的阳极、第八只功率开关的集电极相连，第九只电感的另一端、第九只二极管的阳极、第九只功率开关的集电极相连。

所述储能电路由1个交流电容、1个电解电容和1只电阻构成，其中第二只交流电容的一端、第一只个电解电容的正极和第二只电阻的一端相连形成输出正极，第二只交流电容的另一端、第一只电解电容的负极和第二只电阻的另一端接地形成输出负极。

本实用新型根据传统单相有源功率因数校正基本原理，设计制作了交错结构、多组交错的适合更大输出功率的单相有源功率因数校正设计方案，因而具有设计构思新颖、通用性强等特征，同时具有结构简单、成本低、灵活强等优点，还可以支持更宽范围功率输出，尤其适用于输入交流电压恒定的大功率变频空调的有源功率因数校正。

这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (5)

1.一种交错单相有源功率因数校正电路，其特征在于，所述校正电路包括：整流电路，包括若干单相整流器，输入单相交流正弦电压，输出正弦半波电压；输出端产生带纹波的正弦半波电流，输入产生单相交流正弦电流；

斩波电路，包括若干组交错结构斩波升压结构，功率开关导通时电感储存能量，功率开关关断时电感释放能量，若干组交错结构轮流工作，连续工作时间为一个标准正弦半波；

储能电路；

所述整流电路、斩波电路、储能电路依次连接。

2.根据权利要求1所述的交错单相有源功率因数校正电路，其特征在于：

所述整流电路包括3个单相整流器、交流电容和电阻；

其中，第一单相整流器的两个交流输入端、第二单相整流器的两个交流输入端、第三单相整流器的两个交流输入端均与单相交流电网的火线与零线相连；

第一单相整流器的正极输出端、第二单相整流器的正极输出端、第三单相整流器的正极输出端连接形成输入正极，第一单相整流器的负极输出端、第二单相整流器的负极输出端、第三单相整流器的负极输出端连接形成输出负极并与第一只电阻的一端相连，第一只电阻的另一端接地，第一只交流电容的两端与单相交流电网的火线与零线相连。

3.根据权利要求2所述的交错单相有源功率因数校正电路，其特征在于：

所述整流电路包括3个单相整流器B1、B2、B3、交流电容C1和电阻R1；

其中，整流器B1的一个交流输入端与整流器B2的一个交流输入端、整流器B3的一个交流输入端、交流电容C1的一端相连后与单相交流电源的一端相连，整流器B1的另一个交流输入端与整流器B2的另一个交流输入端、整流器B3的另一个交流输入端、交流电容C1的另一端相连后与单相交流电源的另一端相连；

整流器B1的输出正极与整流器B2的输出正极、整流器B3的输出正极相连后形成中间正极，整流器B1的输出负极与整流器B2的输出负极、整流器B3的输出负极相连后与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的交错单相有源功率因数校正电路，其特征在于：

所述斩波电路包括三组交错结构；

其中，第一组交错结构包括三只电感L1、L2、L3、三只交流电容D1、D2、D3和三只功率开关S1、S2、S 3，

第二组交错结构包括三只电感L4、L5、L6、三只交流电容C4-C6和三只功率开关S4、S5、S6；

第三组交错结构包括三只电感L7、L8、L9、三只交流电容C7、C8、C9和三只功率开关S7、S8、S9；

第一组交错结构中，电感L1的一端、电感L2的一端、电感L3的一端连接后与整流电路中输出正极相连，二极管D1的阴极、二极管D2的阴极、二极管D3的阴极连接后与储能电路中输出正极相连，功率开关S1的集电极、二极管D2的集电极、二极管D3的发射极连接后接地，电感L1的另一端、二极管D1的阳极、功率开关S1的集电极相连，电感L2的另一端、二极管D2的阳极、功率开关S2的集电极相连，电感L 3的另一端、二极管D3的阳极、功率开关S3的集电极相连；

第二组交错结构中，电感L4的一端、电感L5的一端、电感L6的一端连接后与整流电路中输出正极相连，二极管D4的阴极、二极管D5的阴极、二极管D6的阴极连接后与储能电路中输出正极相连，功率开关S4的集电极、二极管D5的集电极、二极管D6的发射极连接后接地，电感L4的另一端、二极管D4的阳极、功率开关S4的集电极相连，电感L5的另一端、二极管D5的阳极、功率开关S5的集电极相连，电感L6的另一端、二极管D6的阳极、功率开关S6的集电极相连；

第三组交错结构中，电感L7的一端、电感L8的一端、电感L9的一端连接后与整流电路中输出正极相连，二极管D7的阴极、二极管D8的阴极、二极管D9的阴极连接后与储能电路中输出正极相连，功率开关S7的集电极、二极管D8的集电极、二极管D9的发射极连接后接地，电感L7的另一端、二极管D7的阳极、功率开关S7的集电极相连，电感L8的另一端、二极管D8的阳极、功率开关S8的集电极相连，电感L9的另一端、二极管D9的阳极、功率开关S9的集电极相连。

5.根据权利要求1所述的交错单相有源功率因数校正电路，其特征在于：

所述储能电路包括交流电容C2、电解电容E1和电阻R2；

交流电容C2的一端、电解电容E1的正极、电阻R2的一端相连，形成输出正极，交流电容C2的另一端、电解电容E1的负极、电阻R2的另一端相连接地，形成输出负极。

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