CN211296558U - 一种提高功率因数校正响应的前馈装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种提高功率因数校正响应的前馈装置，其特征在于，包括：电源回路、PFC控制回路、逆变回路和通信控制回路；所述电源回路将交流电信号转换为直流电信号；所述PFC控制回路与所述电源回路连接，用于接收所述直流电信号后将其转换成稳定的母线电压并调整所述母线电压；所述逆变回路与PFC控制回路连接，用于通过所述逆变回路的占空比变化将所述母线电压转换为线电压；所述通信控制回路分别与所述PFC控制回路和所述逆变回路连接，用于根据所述逆变回路检测的母线电压和线电流确定输出功率。本实用新型通过采样更靠近瞬态变化位置的电流电压波形，得出输出功率，前馈至电压环，提高逆变侧负载变化时的动态响应，进一步降低了电压的波动。

Description

一种提高功率因数校正响应的前馈装置

技术领域

本实用新型属于功率因数校正领域，涉及一种前馈电路装置，特别是涉及一种提高功率因数校正响应的前馈装置。

背景技术

PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)技术的目的是提升产品利用电能质量，降低谐波对电网的影响，具体方式是通过调节输入电流波形，并使HVDC(HighVoltage Direct Current，高压直流电)在正常运行状态下保持在恒定电压水平，功率因数可以达到98％以上。目前的通用控制逻辑，以输入交流电压、HVDC(High Voltage DirectCurrent，高压直流电)、输入电流为参考通过改变功率开关器件的占空比来达到动态平衡。技术提升的方向则是不断提升转换效率，降低自身能量损耗，降低系统对瞬态干扰的响应时间以保证复杂工况下的稳定运行，以防止出现因负载瞬时波动或电源电压瞬变导致的系统故障。

因此，如何利用已有的输出电压、输出电流采样提高逆变侧负载变化时的动态响应，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种提高功率因数校正响应的前馈装置，用于解决如何简化前馈电路，利用已有的输出电压、输出电流采样提高逆变侧负载变化时的动态响应的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种提高功率因数校正响应的前馈装置，包括：电源回路、PFC控制回路、逆变回路和通信控制回路；所述电源回路用于将交流电信号转换为直流电信号；所述PFC控制回路与所述电源回路连接，用于接收所述直流电信号后将其转换成稳定的母线电压并调整所述母线电压，包括电压调整模块，所述电压调整模块用于调整母线电压，从而提高功率因数校正响应；所述逆变回路与所述PFC控制回路连接，用于通过所述逆变回路的占空比变化将所述母线电压转换为线电压，所述线电压输入至负载后产生相应的线电流，并对所述母线电压和线电流进行检测，包括电压获取模块和电流获取模块；所述电压获取模块用于检测所述母线电压；所述电流获取模块用于检测所述线电流；所述通信控制回路分别与所述PFC控制回路和所述逆变回路连接，用于根据所述逆变回路检测的母线电压和线电流确定输出功率，包括功率转换模块，所述功率转换模块用于结合所述母线电压、所述线电流与PFC功率因数确定输出功率，以使所述电压调整模块根据所述输出功率调整所述母线电压。

于本实用新型的一实施例中，所述电压获取模块跨接于母线的两端，包括电阻分压采样单元和采样隔离单元，所述电阻分压采样单元通过分压采样点与所述采样隔离单元连接；所述采样隔离单元与所述功率转换模块连接，以将所采集的所述母线电压传送至所述功率转换模块。

于本实用新型的一实施例中，所述电流获取模块与所述逆变回路的线电流产生端连接，包括霍尔电流传感器，所述线电流流经的导线穿过所述霍尔电流传感器的中间孔，所述霍尔电流传感器通过磁电转换采集所述线电流。

于本实用新型的一实施例中，所述功率转换模块分别与所述电压获取模块、所述电流获取模块和所述电压调整模块连接，且所述功率转换模块与所述电压调整模块之间设有通信隔离单元。

于本实用新型的一实施例中，所述功率转换模块与所述电压调整模块通过SPI通信线连接。

于本实用新型的一实施例中，所述电压调整模块与所述PFC控制回路的开关管连接，以将调整的功率因数校正占空比传送至所述开关管。

于本实用新型的一实施例中，所述电源回路包括浪涌电压抑制模块和冲击电流抑制模块；所述浪涌电压抑制模块包括压敏电阻或放电管，将其并联在交流电的输入端，用于当雷击现象导致电压浪涌时，泄放能量以保护后级电路；所述冲击电流抑制模块包括正温度系数器件和继电开关，用于防止PFC控制回路的电解电容充电电流过大。

于本实用新型的一实施例中，所述PFC控制回路包括升压模块，所述升压模块输出的母线电压的负极端连接有过流保护模块，所述电压调整模块与所述过流保护模块连接。

于本实用新型的一实施例中，所述逆变回路包括逆变驱动模块，所述通信控制回路包括缓冲驱动模块；所述缓冲驱动模块与所述逆变驱动模块连接，用于将所述功率转换模块的逆变控制信号传送至所述逆变驱动模块，以控制所述逆变回路的开关管的通断。

于本实用新型的一实施例中，所述功率转换模块通过光耦隔离与上位机通信连接。

如上所述，本实用新型所述的提高功率因数校正响应的前馈装置，具有以下有益效果：

通过采样更靠近瞬态变化位置的电流电压波形，得出输出功率，前馈至电压环，由此节省了专门用于PFC稳定控制的电流前馈采样电路，利用已有的输出电流输出电压采样，提高逆变侧负载变化时的动态响应，将传统控制的10％电压波动降低至1％，减小了母线电压波动从而稳定逆变控制防止出现压缩机类感性负载的失步或者深度弱磁问题，上述问题是由于控制算法导致的系统运行故障最常见的故障类型，占非制造问题类故障的比例达40％以上。因此，输出功率前馈可以改善系统运行稳定性，以及负载变化时的系统安全性。

附图说明

图1显示为本实用新型的提高功率因数校正响应的前馈装置于一实施例中的结构连接示意图。

图2显示为本实用新型的提高功率因数校正响应的前馈装置于一实施例中的结构原理图。

图3显示为本实用新型的提高功率因数校正响应的前馈装置于一实施例中的电路原理图。

元件标号说明

1 电源回路

11 浪涌电压抑制模块

12 冲击电流抑制模块

2 PFC控制回路

21 升压模块

22 过流保护模块

23 电圧调整模块

3 逆变回路

31 逆变电路

32 电压获取模块

33 逆变驱动模块

34 电流获取模块

4 通信控制回路

41 缓冲驱动模块

42 功率转换模块

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

本实施例提供一种提高功率因数校正响应的前馈装置，如图1所示，所述提高功率因数校正响应的前馈装置包括电源回路1、PFC控制回路2、逆变回路3和通信控制回路4。

所述电源回路1用于将交流电信号转换为直流电信号，且通过电源滤波、防浪涌、整流回路满足电磁兼容标准及系统电源安全，并整流输出脉动的直流电流到后端的高压母线。

于一实施例中，如图3所示，所述电源回路包括浪涌电压抑制模块和冲击电流抑制模块。所述浪涌电压抑制模块包括压敏电阻或放电管，将其并联在交流电的输入端，用于当雷击现象导致电压浪涌时，泄放能量以保护后级电路；所述冲击电流抑制模块包括正温度系数器件和继电开关，用于防止PFC控制回路的电解电容充电电流过大，当充电完成时继电开关会闭合。

进一步地，所述电源回路还包括电源滤波模块和弱电开关电源供电模块，所述电源滤波模块连接于所述浪涌电压抑制模块之后，所述弱电开关电源供电模块用于给所述提高功率因数校正响应的前馈装置中的弱电芯片供电。

所述PFC控制回路2与所述电源回路1连接，用于接收所述直流电信号后将其转换成稳定的母线电压并调整所述母线电压。

如图2所示，所述PFC控制回路2包括升压模块21、过流保护模块22和电压调整模块23。

所述升压模块21输出的母线电压的负极端连接有过流保护模块22，所述电压调整模块 23与所述过流保护模块22连接。所述过流保护模块22通过运算放大器放大采样值之后与设有电流等级的比较器进行比较，超过设定值时会停止PFC模块工作。

所述电压调整模块23用于调整母线电压，从而提高PFC响应。

于一实施例中，如图3所示，所述电压调整模块23为PFC模块，与所述PFC控制回路的开关管Q1连接，PFC模块根据输出功率计算占空比，以将调整的PFC占空比传送至所述开关管Q1，从而准确调整HVDC(High Voltage Direct Current，高压直流电)的电压。PFC 模块在控制谐波电流的同时也控制母线电压的高低。具体地，所述PFC控制回路2根据系统的运行情况，启动或关闭PFC模块的控制，使得母线电解电容上的电压保持在恒定水平，提升整个系统的功率因数，减少对电网的影响。

进一步地，所述PFC模块通过输出功率产生一个PI控制单元，所述DSP模块将预设的线电压和实际的线电压比较产生另一个PI控制单元，将上述两个PI控制单元进行叠加再生成PFC控制占空比，以调节HVDC(High Voltage Direct Current，高压直流电)的稳定。

所述逆变回路3与所述PFC控制回路2连接，用于通过所述逆变回路的占空比变化将所述母线电压转换为线电压，所述线电压输入至负载后产生相应的线电流，并对所述母线电压和线电流进行检测。所述逆变回路3通过SVPWM(Space Vector Pulse WidthModulation，空间矢量脉宽调制)控制方式，将直流高压电转换成三相变频交流电，控制负载的运行，转换过程由六个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)完成。

如图2所示，所述逆变回路3包括逆变电路31、电压获取模块32、逆变驱动模块33和电流获取模块34。

所述电压获取模块32用于检测所述母线电压；所述电流获取模块34用于检测所述线电流。

于一实施例中，如图3所示，所述电压获取模块为母线电压采样模块，跨接于母线的两端，包括电阻分压采样单元和采样隔离单元，所述电阻分压采样单元通过分压采样点与所述采样隔离单元连接；所述采样隔离单元与所述功率转换模块连接，以将所采集的所述母线电压传送至所述功率转换模块。所述母线电压采样模块可采用热地方案或者冷地方案，热地方案可直接电阻分压，冷地方案需要光耦隔离。

于一实施例中，如图3所示，所述电流获取模块为霍尔电流采样模块，与所述逆变回路的线电流产生端连接，包括霍尔电流传感器，所述线电流流经的导线穿过所述霍尔电流传感器的中间孔，所述霍尔电流传感器通过磁电转换采集所述线电流。

所述通信控制回路4分别与所述PFC控制回路2和所述逆变回路3连接，用于根据所述逆变回路检测的母线电压和线电流确定输出功率，并实现与上位机或控制内机的通讯。

如图2所示，所述通信控制回路4包括缓冲驱动模块41和功率转换模块42。

于一实施例中，所述逆变驱动模块为逆变电路模块，所述缓冲驱动模块为PIM驱动电路，具体为一个六路的缓冲器或者移位寄存器；所述PIM驱动电路与所述逆变电路模块连接，用于将所述功率转换模块的逆变控制信号传送至所述逆变驱动模块，以控制所述逆变回路的开关管的通断。

所述功率转换模块42用于结合所述母线电压、所述线电流与PFC功率因数确定输出功率，以使所述电压调整模块23根据所述输出功率调整所述母线电压。

具体地，所述电压获取模块采集的母线电压与所述电流获取模块采集的线电流分别传递到所述功率转换模块42的AD端口，在所述功率转换模块42内部完成AD转换，所述功率转换模块42通过母线电压和输出占空比直接计算输出的线电压。

进一步地，所述功率转换模块42确定输出功率的关系式为：输出功率＝线电压*线电流 *PFC功率因数。

于一实施例中，如图3所示，所述功率转换模块为DSP模块，分别与所述电压获取模块、所述电流获取模块和所述电压调整模块连接，且所述功率转换模块与所述电压调整模块之间设有通信隔离单元。具体地，所述DSP模块监控输入电压、电流、母线电压、输出电流、电压，及模块温度等参数，并通过与上位机通讯接收运行频率频率控制，行使保护功能。模块温度的检测通过NTC引脚端实现。

具体地，所述功率转换模块与所述电压调整模块通过SPI通信线连接，将计算的输出功率通过SPI通信传输至所述电压调整模块且功率转换模块通过光耦隔离与上位机通信连接。

于一实施例中，所述提高功率因数校正响应的前馈装置的工作过程如下：

交流电信号首先经过全桥滤波，之后采用BOOST升压电路进行电压变换得到稳定的直流电压，适量的高压电解电容提供储能功能来保持电压稳定。然后低压电路依靠Flyback开关电源提供电源，系统后级的逆变模块依靠MCU的SVPWM控制方式，驱动六个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)完成DC到AC的逆变功能，控制压缩机变频运行。

综上所述，本实用新型提供的提高功率因数校正响应的前馈装置与现有技术相比，通过采样更靠近瞬态变化位置的电流电压波形，得出输出功率，前馈至电压环，由此节省了专门用于PFC稳定控制的电流前馈采样电路，利用已有的输出电流输出电压采样，提高逆变侧负载变化时的动态响应，将传统控制的10％电压波动降低至1％，减小了母线电压波动从而稳定逆变控制防止出现压缩机类感性负载的失步或者深度弱磁问题。因此，输出功率前馈可以改善系统运行稳定性，以及负载变化时的系统安全性，有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种提高功率因数校正响应的前馈装置，其特征在于，包括：电源回路、PFC控制回路、逆变回路和通信控制回路；

所述电源回路用于将交流电信号转换为直流电信号；

所述PFC控制回路与所述电源回路连接，用于接收所述直流电信号后将其转换成稳定的母线电压并调整所述母线电压，包括电压调整模块，所述电压调整模块用于调整母线电压，从而提高功率因数校正响应；

所述逆变回路与所述PFC控制回路连接，用于通过所述逆变回路的占空比变化将所述母线电压转换为线电压，所述线电压输入至负载后产生相应的线电流，并对所述母线电压和线电流进行检测，包括电压获取模块和电流获取模块；所述电压获取模块用于检测所述母线电压；所述电流获取模块用于检测所述线电流；

所述通信控制回路分别与所述PFC控制回路和所述逆变回路连接，用于根据所述逆变回路检测的母线电压和线电流确定输出功率，包括功率转换模块，所述功率转换模块用于结合所述母线电压、所述线电流与PFC功率因数确定输出功率，以使所述电压调整模块根据所述输出功率调整所述母线电压。

2.根据权利要求1所述的提高功率因数校正响应的前馈装置，其特征在于，

所述电压获取模块跨接于母线的两端，包括电阻分压采样单元和采样隔离单元，所述电阻分压采样单元通过分压采样点与所述采样隔离单元连接；

所述采样隔离单元与所述功率转换模块连接，以将所采集的所述母线电压传送至所述功率转换模块。

3.根据权利要求2所述的提高功率因数校正响应的前馈装置，其特征在于，

所述电流获取模块与所述逆变回路的线电流产生端连接，包括霍尔电流传感器，所述线电流流经的导线穿过所述霍尔电流传感器的中间孔，所述霍尔电流传感器通过磁电转换采集所述线电流。

4.根据权利要求3所述的提高功率因数校正响应的前馈装置，其特征在于，

所述功率转换模块分别与所述电压获取模块、所述电流获取模块和所述电压调整模块连接，且所述功率转换模块与所述电压调整模块之间设有通信隔离单元。

5.根据权利要求4所述的提高功率因数校正响应的前馈装置，其特征在于，

所述功率转换模块与所述电压调整模块通过SPI通信线连接。

6.根据权利要求1所述的提高功率因数校正响应的前馈装置，其特征在于，

所述电压调整模块与所述PFC控制回路的开关管连接，以将调整的功率因数校正占空比传送至所述开关管。

7.根据权利要求1所述的提高功率因数校正响应的前馈装置，其特征在于，

所述电源回路包括浪涌电压抑制模块和冲击电流抑制模块；

所述浪涌电压抑制模块包括压敏电阻或放电管，将其并联在交流电的输入端，用于当雷击现象导致电压浪涌时，泄放能量以保护后级电路；

所述冲击电流抑制模块包括正温度系数器件和继电开关，用于防止PFC控制回路的电解电容充电电流过大。

8.根据权利要求1所述的提高功率因数校正响应的前馈装置，其特征在于，

所述PFC控制回路包括升压模块，所述升压模块输出的母线电压的负极端连接有过流保护模块，所述电压调整模块与所述过流保护模块连接。

9.根据权利要求1所述的提高功率因数校正响应的前馈装置，其特征在于，

所述逆变回路包括逆变驱动模块，所述通信控制回路包括缓冲驱动模块；

所述缓冲驱动模块与所述逆变驱动模块连接，用于将所述功率转换模块的逆变控制信号传送至所述逆变驱动模块，以控制所述逆变回路的开关管的通断。

10.根据权利要求1所述的提高功率因数校正响应的前馈装置，其特征在于，

所述功率转换模块通过光耦隔离与上位机通信连接。

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