CN203942440U - 一种功率因数调整电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种功率因数调整电路，涉及功率因数校正技术领域。本实用新型包括整流桥、输入电容Cin、输出电容Cout、绝缘栅双极晶体管S1、单周期控制芯片IR1150、栅极电阻R、频率控制电阻Rf、保护电阻Rsf、过滤电容Csf、去耦电容Cd、低频滤波电容Cb、电压反馈回路、输出电压分压器和过压分压器。本实用新型能够适用于多种电路且能够达到较优的功率因数和稳定性能。

Description

一种功率因数调整电路
技术领域
本实用新型涉及功率因数校正技术领域，具体地说，涉及一种功率因数调整电路。
背景技术
在交流电路中，电压与电流之间的相位差的余弦叫做功率因数，在数值上，功率因数是有功功率P和视在功率S的比值。功率因数的大小与电路的负荷性质有关，如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感或电容性负载的电路功率因数都小于1。功率因数是电力系统的一个重要的技术数据，是衡量电气设备效率高低的一个系数，功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，进而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。
电力电子装置的谐波污染是电力电子技术发展的一个障碍，因此减小电力电子装置，尤其是AC/DC整流器对电网的污染，改善网侧电流波形，提高功率因数日益受到重视。传统的有源功率因数校正电路(APFC，active power factorcorrector)可以把电源的输入电流变换为与输入市电同相位的正弦波，从而提高电器设备的功率因数，减少对电网的谐波污染。但其电流控制需要乘法器以及检测输入电压与输入电流，控制电路复杂，乘法器的非线性失真也增加了输入电流的谐波含量。
发明内容
本实用新型的内容是提供一种功率因数调整电路，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。
根据本实用新型的一种功率因数调整电路，其包括：
整流桥，其输入端连接220V交流电；其第一输出端A与升压电感Lf、第一二极管D2依次串联连接后构成第一电压输出端C；其第二输出端B与检测电阻Rs连接后构成第二电压输出端D，第二电压输出端D接地；
输入电容Cin，其并联在整流桥的输出端A，B两端；
输出电容Cout，其并联在电压输出端(C，D)两端；
绝缘栅双极晶体管S1，其e极接入升压电感Lf和第一二极管D2之间，其c极接入第二电压输出端D；
单周期控制芯片IR1150，用与调节绝缘栅双极晶体管S1的占空比；
栅极电阻R，选取阻值为10Ω的电阻，其一端连接单周期控制芯片IR1150的GATE引脚另一端连接绝缘栅双极晶体管S1的g极；
频率控制电阻Rf，选取阻值为60.4KΩ的电阻，其一端接地另一端与单周期控制芯片IR1150的FREQ引脚连接，
保护电阻Rsf，选取阻值为100Ω的电阻，其一端接入整流桥的第二输出端B另一端接入单周期控制芯片IR1150的ISENS引脚；
过滤电容Csf，选取电容值为1μF的电容，其一端接入第二电压输出端D另一端与单周期控制芯片IR1150的ISENS引脚的连接；
去耦电容Cd，为1μF的陶瓷电容，其一端接地另一端接入单周期控制芯片IR1150的VCC端；
低频滤波电容Cb，为22μF的电解电容，其并联在去耦电容Cd的两端；
电压反馈回路，包括补偿电阻Rgm、补偿电容Cz和滤波电容Cp，补偿电阻Rgm和补偿电容串联后与滤波电容Cp并联连接，其一端接地另一端接入单周期控制芯片IR1150的COMP端；其中，补偿电阻Rgm选取阻值为8.9KΩ的电阻，补偿电容Cz选取容量为0.33μF的电容，滤波电容Cp选取容量为0.01μF的电容；
输出电压分压器，包括第一分压电阻RFb1、第二分压电阻RFb2和第三分压电阻RFb3，第一分压电阻RFb1、第二分压电阻RFb2和第三分压电阻RFb3串联后并联在电压输出端(C，D)两端；第二分压电阻RFb2和第三分压电阻RFb3之间引出导线接入单周期控制芯片IR1150的VFB引脚；以及
过压分压器，第一过压分压电阻Rovp1、第二过压分压电阻Rovp2和第三过压分压电阻Rovp3，第一过压分压电阻Rovp1、第二过压分压电阻Rovp2和第三过压分压电阻Rovp3串联后并在电压输出端(C，D)两端；第二过压分压电阻Rovp2和第三过压分压电阻Rovp3之间引出导线接入单周期控制芯片IR1150的OVP引脚。
本实用新型利用单周期控制芯片IR1150实现了基于周期控制方法的功率因数校正，IR1150是IR公司近年来推出的单周期PFC控制IC，该芯片仅采样开关管电流即可工作，这个功能大大简化了功率因数校正电路电流的采样方式，而且减小了电阻采样电流时的损耗。
本实用新型通过IR1150实时控制绝缘栅双极晶体管S1的占空比，使每个周期内整流桥输出的脉冲波形的平均值恰好等于或者正比于控制参考量，平均输入电流跟踪参考电流且不受负载电流的约束，即使负载电流具有很大的谐波也不会使输入电流发生畸变，本实用新型取消了传统控制方法中的乘法器，使整个控制电路的复杂程度降低。
通过对本实用新型中各种元器件参数的设定，使得本实用新型的输入交流电压有效值为85～264V，输入电流频率为47～63Hz，最低效率为0.92，最低功率因数为0.99，最大谐波失真为0.05，本实用新型能够对较宽范围的电压进行功率因数校正，适用性强，而且校正后的功率因数高，效率高且谐波低。
作为优选，第一输出端A与第一电压输出端C间接有第二二极管D1。
作为优选，第一分压电阻RFb1接在第一电压输出端C，第三分压电阻RFb3接在第二电压输出端D；第一分压电阻RFb1和第二分压电阻RFb2的阻值均为499KΩ，第三分压电阻RFb3选取阻值为18.5KΩ的标准电阻。
本实用新型第一分压电阻RFb1和第二分压电阻RFb2的阻值均为499KΩ，第三分压电阻RFb3选取阻值为18.5KΩ的标准电阻，使得输出电压分压器的总阻抗足够大从而能够降低分压器上的功率损耗，满足严格的待机功率规格要求的，且提高了总系统的效率。为防止引入过度附加的电压误差到输出电压误差放大器，第一分压电阻RFb1和第二分压电阻RFb2采用相同阻值的电阻，这是为了使输出电压分压器的上部电阻保持通过每一个电阻的最大电压控制在这些器件的允许的电压额定值内(标准为250V)。为了使输出电压设置点误差最小，第一分压电阻RFb1和第二分压电阻RFb2还可以选择有±1％的公差的分压电阻。
作为优选，第一过压分压电阻Rovp1接在第一电压输出端C，第三过压分压电阻Rovp3接在第二电压输出端D；第一过压分压电阻Rovp1和第二过压分压电阻Rovp2的阻值均为499KΩ，第三过压分压电阻Rovp3的阻值为17.9KΩ。
本实用新型的输出电容Cout的额定电压为450V，用此警告以便使OVP的设置不超过电容最大电压额定值。输出电容上的浪涌电压额定值作为不正常工作条件的防护带，且它不能用作OVP的目标电压，固本实用新型设计的过压保护阈值为425V。本实用新型第一过压分压电阻Rovp1和第二过压分压电阻Rovp2的阻值均为499KΩ，这能够有效降低过压分压器上的功率损耗。
附图说明
图1为实施例1的一种功率因数调整电路的电路图；
图2为实施例1的一种功率因数调整电路在恒定负载时输入电压和输入电流波形；
图3为实施例1的一种功率因数调整电路在恒定负载时输出电压波形；
图4为实施例1的一种功率因数调整电路在负载跳变时输入电压、电流和输出电压波形。
具体实施方式
为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。
实施例1
如图1所示，为本实施例的一种功率因数调整电路，其包括：
整流桥，其输入端连接220V交流电；其第一输出端A与升压电感Lf、第一二极管D2依次串联连接后构成第一电压输出端C；其第二输出端B与检测电阻Rs连接后构成第二电压输出端D，第二电压输出端D接地；
输入电容Cin，其并联在整流桥的输出端A，B两端；输入电容Cin选取0.330微法630伏特标准电容。本实施例中，电感电流纹波因子为30％，最大高频电压纹波因子为6％。
输出电容Cout，其并联在电压输出端(C，D)两端；输出电容Cout为330μF/450V的电容，使得上升时间为80ms。
绝缘栅双极晶体管S1，其e极接入升压电感Lf和第一二极管D2之间，其c极接入第二电压输出端D；本实施例选取绝缘栅双极晶体管S1为IGBT晶闸管。
单周期控制芯片IR1150，用与调节绝缘栅双极晶体管S1的占空比；
栅极电阻R，选取阻值为10Ω的电阻，其一端连接单周期控制芯片IR1150的GATE引脚另一端连接绝缘栅双极晶体管S1的g极；
绝缘栅双极晶体管S1的栅或栅源极之间是容性结构，栅极回路的寄生电感又是不可避免的，如果没有栅极电阻，那栅极回路在驱动器驱动脉冲的激励下要产生很强的振荡，为此必须串联一个电阻加以迅速衰减。电容电感都是无功元件，如果没有栅极电阻R，驱动功率就将绝大部分消耗在驱动器内部的输出管上，使其温度上升很多。栅极电阻R小，开关器件通断快，开关损耗小；反之则慢，同时开关损耗大。但驱动速度过快将使开关器件的电压和电流变化率大大提高，从而产生较大的干扰，严重的将使整个装置无法工作，本实施例中栅极电阻R为10Ω，统筹兼顾了干扰和驱动速度。
频率控制电阻Rf，选取阻值为60.4KΩ的电阻，其一端接地另一端与单周期控制芯片IR1150的FREQ引脚连接，
保护电阻Rsf，选取阻值为100Ω的电阻，其一端接入整流桥的第二输出端B另一端接入单周期控制芯片IR1150的ISENS引脚；
过滤电容Csf，选取电容值为1μF的电容，其一端接入第二电压输出端D另一端与单周期控制芯片IR1150的ISENS引脚的连接；
去耦电容Cd，为1μF的陶瓷电容，其一端接地另一端接入单周期控制芯片IR1150的VCC端；
低频滤波电容Cb，为22μF的电解电容，其并联在去耦电容Cd的两端；
电压反馈回路，包括补偿电阻Rgm、补偿电容Cz和滤波电容Cp，补偿电阻Rgm和补偿电容串联后与滤波电容Cp并联连接，其一端接地另一端接入单周期控制芯片IR1150的COMP端；其中，补偿电阻Rgm选取阻值为8.9KΩ的电阻，补偿电容Cz选取容量为0.33μF的电容，滤波电容Cp选取容量为0.01μF的电容；
输出电压分压器，包括第一分压电阻RFb1、第二分压电阻RFb2和第三分压电阻RFb3，第一分压电阻RFb1、第二分压电阻RFb2和第三分压电阻RFb3串联后并联在电压输出端(C，D)两端；第二分压电阻RFb2和第三分压电阻RFb3之间引出导线接入单周期控制芯片IR1150的VFB引脚；以及
过压分压器，第一过压分压电阻Rovp1、第二过压分压电阻Rovp2和第三过压分压电阻Rovp3，第一过压分压电阻Rovp1、第二过压分压电阻Rovp2和第三过压分压电阻Rovp3串联后并在电压输出端(C，D)两端；第二过压分压电阻Rovp2和第三过压分压电阻Rovp3之间引出导线接入单周期控制芯片IR1150的OVP引脚。
其中，第一输出端A与第一电压输出端C间接有第二二极管D1。第一分压电阻RFb1接在第一电压输出端C，第三分压电阻RFb3接在第二电压输出端D；第一分压电阻RFb1和第二分压电阻RFb2的阻值均为499KΩ，第三分压电阻RFb3选取阻值为18.5KΩ的标准电阻。第一过压分压电阻Rovp1接在第一电压输出端C，第三过压分压电阻Rovp3接在第二电压输出端D；第一过压分压电阻Rovp1和第二过压分压电阻Rovp2的阻值均为499KΩ，第三过压分压电阻Rovp3的阻值为17.9KΩ。
如图2、图3所示，本实施例的一种功率因数调整电路的输入电压为220V交流电，在恒定负载时，输入电流能够跟踪输入电压，功率因数更是达到了0.999，其也还能在0.1S之类达到稳定的输出电压，本实施例的一种功率因数调整电路与现有技术相比，能够达到更高的功率因数以及更快的响应速度。
如图4所示，当本实施例的一种功率因数调整电路的负载发生跳变是，本实施例能够迅速的进入重新稳定的状态，本实施例的一种功率因数调整电路与现有技术相比，拥有更好的稳定性能，使得本实施例的一种功率因数调整电路能够安全有效的应用于多个领域。
以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种功率因数调整电路，其特征在于：包括
整流桥，其输入端连接220V交流电；其第一输出端(A)与升压电感(Lf)、第一二极管(D2)依次串联连接后构成第一电压输出端(C)；其第二输出端(B)与检测电阻(Rs)连接后构成第二电压输出端(D)，第二电压输出端(D)接地；
输入电容(Cin)，其并联在整流桥的输出端(A，B)两端；
输出电容(Cout)，其并联在电压输出端(C，D)两端；
绝缘栅双极晶体管(S1)，其e极接入升压电感(Lf)和第一二极管(D2)之间，其c极接入第二电压输出端(D)；
单周期控制芯片IR1150，用与调节绝缘栅双极晶体管(S1)的占空比；
栅极电阻(R)，选取阻值为10Ω的电阻，其一端连接单周期控制芯片IR1150的GATE引脚另一端连接绝缘栅双极晶体管(S1)的g极；
频率控制电阻(Rf)，选取阻值为60.4KΩ的电阻，其一端接地另一端与单周期控制芯片IR1150的FREQ引脚连接，
保护电阻(Rsf)，选取阻值为100Ω的电阻，其一端接入整流桥的第二输出端(B)另一端接入单周期控制芯片IR1150的ISENS引脚；
过滤电容(Csf)，选取电容值为1μF的电容，其一端接入第二电压输出端(D)另一端与单周期控制芯片IR1150的ISENS引脚的连接；
去耦电容(Cd)，为1μF的陶瓷电容，其一端接地另一端接入单周期控制芯片IR1150的VCC端；
低频滤波电容(Cb)，为22μF的电解电容，其并联在去耦电容(Cd)的两端；
电压反馈回路，包括补偿电阻(Rgm)、补偿电容(Cz)和滤波电容(Cp)，补偿电阻(Rgm)和补偿电容串联后与滤波电容(Cp)并联连接，其一端接地另一端接入单周期控制芯片IR1150的COMP端；其中，补偿电阻(Rgm)选取阻值为8.9KΩ的电阻，补偿电容(Cz)选取容量为0.33μF的电容，滤波电容(Cp)选取容量为0.01μF的电容；
输出电压分压器，包括第一分压电阻(RFb1)、第二分压电阻(RFb2)和第三分压电阻(RFb3)，第一分压电阻(RFb1)、第二分压电阻(RFb2)和第三分压电阻(RFb3)串联后并联在电压输出端(C，D)两端；第二分压电阻(RFb2)和第三分压电阻(RFb3)之间引出导线接入单周期控制芯片IR1150的VFB引脚；以及
过压分压器，第一过压分压电阻(Rovp1)、第二过压分压电阻(Rovp2)和第三过压分压电阻(Rovp3)，第一过压分压电阻(Rovp1)、第二过压分压电阻(Rovp2)和第三过压分压电阻(Rovp3)串联后并在电压输出端(C，D)两端；第二过压分压电阻(Rovp2)和第三过压分压电阻(Rovp3)之间引出导线接入单周期控制芯片IR1150的OVP引脚。
2.根据权利要求1所述的一种功率因数调整电路，其特征在于：第一输出端(A)与第一电压输出端(C)间接有第二二极管(D1)。
3.根据权利要求1所述的一种功率因数调整电路，其特征在于：第一分压电阻(RFb1)接在第一电压输出端(C)，第三分压电阻(RFb3)接在第二电压输出端(D)；第一分压电阻(RFb1)和第二分压电阻(RFb2)的阻值均为499KΩ，第三分压电阻(RFb3)选取阻值为18.5KΩ的标准电阻。
4.根据权利要求1所述的一种功率因数调整电路，其特征在于：第一过压分压电阻(Rovp1)接在第一电压输出端(C)，第三过压分压电阻(Rovp3)接在第二电压输出端(D)；第一过压分压电阻(Rovp1)和第二过压分压电阻(Rovp2)的阻值均为499KΩ，第三过压分压电阻(Rovp3)的阻值为17.9KΩ。
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