CN207612194U - 功率因数校正器输出电压自动可调电路 - Google Patents

功率因数校正器输出电压自动可调电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种功率因数校正器输出电压自动可调电路，包括：功率电路和控制电路，其中：所述功率电路，用于将单相输入的交流电转化为预设功率的直流电，并获取交流电转化为直流电后的输入电压有效值，以及输出电压瞬时值；所述控制电路，用于根据输入电压有效值和输出电压瞬时值来调节输出的直流电压，以使所述输出的直流电压高于输入电压峰值，且高出的差值在预设的阈值范围内。本实用新型结构简单紧凑，无需复杂的控制电路，即可使得功率因数校正器在实现单位输入功率因数的同时，保持输出电压相较于输入电压所高出的值在一个固定范围内，由此减轻升压电感的电气应力，简化升压电感部分的器件，降低成本。

Description

功率因数校正器输出电压自动可调电路
技术领域
本实用新型涉及电力电子技术领域，具体地，涉及功率因数校正器输出电压自动可调电路。
背景技术
在单相功率因数校正器领域，小功率领域采用传统单级结构，大功率应用一般采用两级或多级交错结构，可以采用模拟控制器，也可以采用数字控制器。无论采用哪一种控制器，一般输入电压范围为85V～264V，输出恒定电压，如385V或400V。由于单相功率因数校正器为升压型变换器，输出电压需要高于输入电压峰值，一般至少高出25以上。当输入电压264V时，峰值电压为373.3V，所以输出恒定电压可以设置为385V或400V。单相功率因数校正器可以看作直流-直流(Direct Current-Direct Current，DC-DC)变换器，一般地，升压DC-DC变换器最大升压变比控制在4～5倍左右。
但是上述方式，会导致当输入电压较低时，输出电压仍然维持在预设的高电压值，从而造成升压电感的电气应力较大，增加了对电路器件的要求，制作成本高。
实用新型内容
针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种功率因数校正器输出电压自动可调电路。
根据本实用新型提供的功率因数校正器输出电压自动可调电路，包括：功率电路和控制电路，其中：
所述功率电路，用于将单相输入的交流电转化为预设功率的直流电，并获取交流电转化为直流电后的输入电压有效值，以及输出电压瞬时值；
所述控制电路，用于根据输入电压有效值和输出电压瞬时值来调节输出的直流电压，以使所述输出的直流电压高于输入电压峰值，且高出的差值在预设的阈值范围内。
可选地，所述功率电路包括：功率转换子电路和电压检测子电路，功率转换子电路和电压检测子电路电连接，其中：
所述功率转换子电路采用交错结构，用于将单相输入的交流电转化为预设功率的直流电；
所述电压检测子电路，用于获取交流电转化为直流电后的输入电压有效值，以及输出电压瞬时值。
可选地，所述功率转换子电路包括：二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、电感L1、电感L2、电容C1、电容C4、功率器件S1、功率器件S2、电阻R5、电阻R6，其中：
所述二极管D1的正极与二极管D2的负极相连，并构成单相交流电压的输入端口的一端；所述二极管D3的正极与二极管D4的负极相连，并构成单相交流电压的输入端口的另一端；所述电容C1的两端分别连接二极管D1的正极、耳机管D4的负极；所述二极管D1的负极、二极管D3的负极与电感L1、电感L2的一端相连，并构成输入电压有效值的采集端；所述电感L1的另一端分别连接二极管D5的正极、功率器件S1的集电极相连；所述电感L2的另一端分别连接二极管D6的正极、功率器件S2的集电极相连；所述功率器件S1的发射极通过电阻R5接地，所述功率器件S2的发射极通过电阻R6接地；所述二极管D5的负极、二极管D6的负极与电容C4的正极相连，并构成输出电压瞬时值的采集端；所述二极管D2的负极、二极管D4的负极、电容C4的负极均接地。
可选地，所述电压检测子电路包括：输入电压有效值采集电路和输出电压平均值采集电路；
所述输入电压有效值采集电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C2、电容C3；所述电阻R1的一端连接所述输入电压有效值的采集端，电阻R1的另一端通过电阻R2后分别连接电容C2的一端、电阻R3的一端；所述电阻R3的另一端分别连接电阻R4的一端、电容C3的一端，并构成输入电压有效值的输出端；所述电容C2的另一端、电阻R4的另一端、电容C3的另一端均接地；
所述输出电压平均值采集电路包括：电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C5；所述电阻R7的一端连接输出电压瞬时值的采集端，所述电阻R7的另一端通过电阻R8后分别于电容C5的一端、电阻R9的一端相连，并构成输出电压瞬时值的输出端；所述电阻R9的另一端通过电阻R10接地，所述电容C5的另一端接地。
可选地，所述控制电路包括：型号为FAN9672的模拟控制器芯片U1、运算放大器A1、电容C6、电容C7、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15；电阻R11的一端与所述输入电压有效值的输出端相连，所述电阻R11的另一端分别于电阻R13的一端、运算放大器A1的反相输入端相连；所述电阻R13的另一端与所述运算放大器的输出端相连；所述电阻R12的一端与所述输出电压瞬时值的输出端相连，所述电阻R12的另一端分别于电阻R14的一端、运算放大器A1的同相输入端相连；所述电阻R14的另一端接地；所述运算放大器的输出端与芯片U1的引脚29相连；所述电容C6的一端、电容C7的一端均与芯片U1的引脚30相连，所述电容C7的另一端通过电阻R15接地，所述电容C6的另一端接地；所述芯片U1的引脚26、引脚27输出两路相差180度的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号，以控制功率器件S1、功率器件S2的导通与截止。
可选地，功率器件S1、功率器件S2采用绝缘栅双极型晶体管IGBT。
可选地，所述预设的阈值范围为：25V～35V。
与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：
本实用新型提供的功率因数校正器输出电压自动可调电路，结构简单紧凑，无需复杂的控制电路，即可使得功率因数校正器在实现单位输入功率因数的同时，保持输出电压相较于输入电压所高出的值在一个固定范围内，由此减轻升压电感的电气应力，简化升压电感部分的器件，降低成本。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本实用新型提供的功率因数校正器输出电压自动可调电路中功率电路的原理示意图；
图2为本实用新型中功率转换子电路的原理示意图；
图3为本实用新型一实施例提供的功率因数校正器输出电压自动可调电路中功率电路的原理示意图；
图4为本实用新型一实施例提供的功率因数校正器输出电压自动可调电路中控制电路的原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
本实用新型提供的功率因数校正器输出电压自动可调电路，包括：功率电路和控制电路，其中：所述功率电路，用于将单相输入的交流电转化为预设功率的直流电，并获取交流电转化为直流电后的输入电压有效值，以及输出电压瞬时值；所述控制电路，用于根据输入电压有效值和输出电压瞬时值来调节输出的直流电压，以使所述输出的直流电压高于输入电压峰值，且高出的差值在预设的阈值范围内。
图1为本实用新型提供的功率因数校正器输出电压自动可调电路中功率电路的原理示意图，如图1所示，所述功率电路包括：功率转换子电路和电压检测子电路电连接，其中：所述功率转换子电路采用交错结构(图1中B1所示部分)，用于将单相输入的交流电转化为预设功率的直流电；所述电压检测子电路，用于获取交流电转化为直流电后的输入电压有效值，以及输出电压瞬时值。
图2为本实用新型中功率转换子电路的原理示意图，如图2所示，所述功率转换子电路包括：二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、电感L1、电感L2、电容C1、电容C4、功率器件S1、功率器件S2、电阻R5、电阻R6，其中：所述二极管D1的正极与二极管D2的负极相连，并构成单相交流电压的输入端口的一端；所述二极管D3的正极与二极管D4的负极相连，并构成单相交流电压的输入端口的另一端；所述电容C1的两端分别连接二极管D1的正极、耳机管D4的负极；所述二极管D1的负极、二极管D3的负极与电感L1、电感L2的一端相连，并构成输入电压有效值的采集端；所述电感L1的另一端分别连接二极管D5的正极、功率器件S1的集电极相连；所述电感L2的另一端分别连接二极管D6的正极、功率器件S2的集电极相连；所述功率器件S1的发射极通过电阻R5接地，所述功率器件S2的发射极通过电阻R6接地；所述二极管D5的负极、二极管D6的负极与电容C4的正极相连，并构成输出电压瞬时值的采集端；所述二极管D2的负极、二极管D4的负极、电容C4的负极均接地。
进一步地，所述电压检测子电路包括：输入电压有效值采集电路和输出电压平均值采集电路；所述输入电压有效值采集电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C2、电容C3；所述电阻R1的一端连接所述输入电压有效值的采集端，电阻R1的另一端通过电阻R2后分别连接电容C2的一端、电阻R3的一端；所述电阻R3的另一端分别连接电阻R4的一端、电容C3的一端，并构成输入电压有效值的输出端；所述电容C2的另一端、电阻R4的另一端、电容C3的另一端均接地。
所述输出电压平均值采集电路包括：电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C5；所述电阻R7的一端连接输出电压瞬时值的采集端，所述电阻R7的另一端通过电阻R8后分别于电容C5的一端、电阻R9的一端相连，并构成输出电压瞬时值的输出端；所述电阻R9的另一端通过电阻R10接地，所述电容C5的另一端接地。
图3为本实用新型一实施例提供的功率因数校正器输出电压自动可调电路中功率电路的原理示意图，如图3所示，所述控制电路包括：型号为FAN9672的模拟控制器芯片U1、运算放大器A1、电容C6、电容C7、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15；电阻R11的一端与所述输入电压有效值的输出端相连，所述电阻R11的另一端分别于电阻R13的一端、运算放大器A1的反相输入端相连；所述电阻R13的另一端与所述运算放大器的输出端相连；所述电阻R12的一端与所述输出电压瞬时值的输出端相连，所述电阻R12的另一端分别于电阻R14的一端、运算放大器A1的同相输入端相连；所述电阻R14的另一端接地；所述运算放大器的输出端与芯片U1的引脚29相连；所述电容C6的一端、电容C7的一端均与芯片U1的引脚30相连，所述电容C7的另一端通过电阻R15接地，所述电容C6的另一端接地；所述芯片U1的引脚26、引脚27输出两路相差180度的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号，以控制功率器件S1、功率器件S2的导通与截止。其中，功率器件S1、功率器件S2采用绝缘栅双极型晶体管IGBT。
本实施例，包括功率电路和控制电路，其中功率电路为交错结构和电压检测电路，用于完成单相AC-DC功率变换和提供输入电压有效值和输出电压瞬时值信息，控制电路为减法电路和误差滤波放大电路，用于调节直流电压输出，使输出电压在任何情况下仅仅高于输入电压峰值25V～35V左右。
图4为本实用新型一实施例提供的功率因数校正器输出电压自动可调电路中控制电路的原理示意图，请结合图3、图4，本实施例中的功率因数校正器输出电压自动可调电路，通过功率电路中输入电压有效值电路，产生单相交流电压源的输入电压有效值信号uis，与输入电压峰值成正比，代表输入电压峰值。功率电路中输出电压平均值电路信号uos，产生输出电压平均值。
控制电路中的运算放大器A1为减法电路，反相与同相输入分别为uis和uos，输出为(uos-uis)，送入模拟控制器FAN9672的32引脚，与FAN9672内部的2.5V参考电压Uref相比较，得到(Uref+uis)-uos＝(2.5+uis)-uos，进行外环调节，外环控制器为准PI调节器，通过跨导放大器GMV外围电路(C6、C7、R15)，将电压信号转换为电流信号，作为电流内环给定的一部分，并参与电流闭环控制。电流闭环控制最终产生两路相差180度的PWM驱动信号，由模拟控制器FAN9672的27、26引脚送出，直接驱动功率电路中功率器件IGBT S1和S2。使得功率电路完成单位功率变换，获得网侧单位功率因数和稳定输出电压，输出电压平均值高于输入电压峰值25V～30V左右，该数值可以改变。具体地，电容C6、电容C7、电阻R15、模拟控制器内部跨导放大器GMV构成单零点单极点放大器，即准PI调节器，该环节的传递函数为根据传递函数设置合理的参数，可以获得满意的输出直流电压动态与静态特性。
以图3、图4所示的实施例为例，可以设置如下的器件参数：
单相输入交流电压：85V～264V；
输出直流电压：150V～400V
模拟控制器U1：FAN9672，两级交错功率因数校正电路的模拟控制器；
普通功率二极管D1、D2、D3、D4：采用单相二极管整流桥，35A，600V；
反向快速恢复二极管D5、D6：35A，600V。反向恢复时间trr小于20ns；
功率器件S1与S2的开关频率：40kHz；
升压电感L1与L2：250μH，25A，
分压电阻R1、R2、R3、R4：1MΩ，1MΩ，200kΩ，20kΩ，
分压电阻R7、R8、R9、R10：1MΩ，1MΩ，2.4kΩ，10kΩ，
电阻R5与R6：分流电阻，4mΩ，5W；
电阻R11、R12、R13、R14：均为10kΩ，
电阻R15：110kΩ；
差模电容C1：2.2μF，275V；
滤波电容C2、C3、C5、C6、C7：47nF，470nF，0.47nF，100nF，1.33μF
电解电容C4：3x680μH，450V，并联；
运算放大器A1：型号LM358。
本实施例不需要附加复杂的控制电路，就可以完成两级交错结构的单相AC-DC功率变换，并使输出电压在任何情况下仅仅高于输入电压峰值25V～30V左右，可以简化升压电感的设计和降低成本，通过改变(Uref+uis)-uos＝(2.5+uis)-uos，还可以调节输出电压高于输入电压峰值的电压范围。
以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种功率因数校正器输出电压自动可调电路，其特征在于，包括：功率电路和控制电路，其中：
所述功率电路，用于将单相输入的交流电转化为预设功率的直流电，并获取交流电转化为直流电后的输入电压有效值，以及输出电压瞬时值；
所述控制电路，用于根据输入电压有效值和输出电压瞬时值来调节输出的直流电压，以使所述输出的直流电压高于输入电压峰值，且高出的差值在预设的阈值范围内。
2.根据权利要求1所述的功率因数校正器输出电压自动可调电路，其特征在于，所述功率电路包括：功率转换子电路和电压检测子电路，功率转换子电路和电压检测子电路电连接，其中：
所述功率转换子电路采用交错结构，用于将单相输入的交流电转化为预设功率的直流电；
所述电压检测子电路，用于获取交流电转化为直流电后的输入电压有效值，以及输出电压瞬时值。
3.根据权利要求2所述的功率因数校正器输出电压自动可调电路，其特征在于，所述功率转换子电路包括：二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、电感L1、电感L2、电容C1、电容C4、功率器件S1、功率器件S2、电阻R5、电阻R6，其中：
所述二极管D1的正极与二极管D2的负极相连，并构成单相交流电压的输入端口的一端；所述二极管D3的正极与二极管D4的负极相连，并构成单相交流电压的输入端口的另一端；所述电容C1的两端分别连接二极管D1的正极、耳机管D4的负极；所述二极管D1的负极、二极管D3的负极与电感L1、电感L2的一端相连，并构成输入电压有效值的采集端；所述电感L1的另一端分别连接二极管D5的正极、功率器件S1的集电极相连；所述电感L2的另一端分别连接二极管D6的正极、功率器件S2的集电极相连；所述功率器件S1的发射极通过电阻R5接地，所述功率器件S2的发射极通过电阻R6接地；所述二极管D5的负极、二极管D6的负极与电容C4的正极相连，并构成输出电压瞬时值的采集端；所述二极管D2的负极、二极管D4的负极、电容C4的负极均接地。
4.根据权利要求3所述的功率因数校正器输出电压自动可调电路，其特征在于，所述电压检测子电路包括：输入电压有效值采集电路和输出电压平均值采集电路；
所述输入电压有效值采集电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C2、电容C3；所述电阻R1的一端连接所述输入电压有效值的采集端，电阻R1的另一端通过电阻R2后分别连接电容C2的一端、电阻R3的一端；所述电阻R3的另一端分别连接电阻R4的一端、电容C3的一端，并构成输入电压有效值的输出端；所述电容C2的另一端、电阻R4的另一端、电容C3的另一端均接地；
所述输出电压平均值采集电路包括：电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C5；所述电阻R7的一端连接输出电压瞬时值的采集端，所述电阻R7的另一端通过电阻R8后分别于电容C5的一端、电阻R9的一端相连，并构成输出电压瞬时值的输出端；所述电阻R9的另一端通过电阻R10接地，所述电容C5的另一端接地。
5.根据权利要求4所述的功率因数校正器输出电压自动可调电路，其特征在于，所述控制电路包括：型号为FAN9672的模拟控制器芯片U1、运算放大器A1、电容C6、电容C7、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15；电阻R11的一端与所述输入电压有效值的输出端相连，所述电阻R11的另一端分别于电阻R13的一端、运算放大器A1的反相输入端相连；所述电阻R13的另一端与所述运算放大器的输出端相连；所述电阻R12的一端与所述输出电压瞬时值的输出端相连，所述电阻R12的另一端分别于电阻R14的一端、运算放大器A1的同相输入端相连；所述电阻R14的另一端接地；所述运算放大器的输出端与芯片U1的引脚29相连；所述电容C6的一端、电容C7的一端均与芯片U1的引脚30相连，所述电容C7的另一端通过电阻R15接地，所述电容C6的另一端接地；所述芯片U1的引脚26、引脚27输出两路相差180度的脉冲宽度调制PWM信号，以控制功率器件S1、功率器件S2的导通与截止。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的功率因数校正器输出电压自动可调电路，其特征在于，功率器件S1、功率器件S2采用绝缘栅双极型晶体管IGBT。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的功率因数校正器输出电压自动可调电路，其特征在于，所述预设的阈值范围为：25V～35V。
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