CN213027812U - 一种交错式功率因数校正电路控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及控制领域，尤其涉及一种交错式功率因数校正电路控制系统，包括：第一电流检测模块、第二电流检测模块、电压检测模块、生成电路模块和控制模块。该控制系统用以解决交错式功率因数校正电路两支路电流不平衡，元器件易损坏，系统可靠性低的问题。

Description

一种交错式功率因数校正电路控制系统

技术领域

本申请涉及控制领域，尤其涉及一种交错式功率因数校正电路控制系统。

背景技术

大功率空调器领域经常运用交错式功率因数校正电路来调节功率因数，限制高次谐波干扰，减少电网污染。交错式功率因数校正电路包括第一支路和第二支路，两支路交错连接。而如何控制两支路进行工作也是一个重要课题。

目前，主要使用两种方式控制交错式功率因数校正电路的工作。一种是将两支路分为主副支路。根据输入电压和负载电流情况，在满足一定的条件时，会首先开启其中一个支路，该支路通常称为主支路，在满足一定的条件后，会再开启另外一个支路，该支路通常称为副支路；然后满足一定的条件，关闭副支路，再满足一定的条件，关闭主支路。在现有的控制中，主、副支路都是固定的，一旦确定了交错式功率因数校正电路中哪个支路为主支路，哪个支路为副支路后，在变频器的寿命周期中就是固定不变。另一种是两支路同时工作，两支路的绝缘栅双极型晶体管的工作相位相差180°。在一个开关周期发生频率变化时，能够同步和锁定另一相的频率。在输入电压发生变化和由输入瞬态干扰、负载变化、启动和关闭，以及切相的条件下，均能保持180°相位差。这样能使纹波电流能够更好地抵消。

但是，无论哪一种工作方式，由于控制方式不灵活以及元件的差异性，都会造成两支路电流不平均，进而导致某一支路轻载和过载运行。而支路电流过大，增加了元器件的承受压力，容易造成元器件损坏，大大降低了系统运行的可靠性。

实用新型内容

本申请提供了一种交错式功率因数校正电路控制系统，用以解决交错式功率因数校正电路两支路电流不平衡，元器件易损坏，系统可靠性低的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种交错式功率因数校正电路控制系统，包括：第一电流检测模块、第二电流检测模块、电压检测模块、生成电路模块和控制模块；所述第一电流检测模块，用于检测所述交错式功率因数校正电路第一支路的第一电流，并将所述第一电流传输给所述生成电路模块；所述第二电流检测模块，用于检测所述交错式功率因数校正电路第二支路的第二电流，并将所述第二电流传输给所述生成电路模块；所述电压检测模块，用于检测所述交错式功率因数校正电路的输出电压，并将所述输出电压传输给所述生成电路模块；所述生成电路模块，用于根据输入的所述第一电流、所述第二电流和所述输出电压，输出第三电流和第四电流给所述控制模块；所述控制模块，用于根据输入的所述第三电流，输出第一控制信号给第一支路中的第一绝缘栅双极型晶体管，以及，根据输入的所述第四电流，输出第二控制信号给所述第二支路中的第二绝缘栅双极型晶体管。

可选地，所述生成电路模块包括转换子电路、第一比较子电路和第二比较子电路；所述转换子电路，用于获取所述电压电路模块输出的所述输出电压，将所述输出电压转换为基准电流，并将所述基准电流分别传输给所述第一比较子电路和所述第二比较子电路；所述第一比较子电路，用于比较所述第一电流和所述基准电流，输出所述第三电流给所述控制模块；所述第二比较子电路，用于比较所述第二电流和所述基准电流，输出所述第四电流给所述控制模块。

可选地，还包括浪涌防护模块，其中，所述浪涌防护模块，并联于第一串联支路，以及并联于第二串联支路，所述第一串联支路为所述第一支路中的第一电感和第一二极管的串联支路，所述第二串联支路为所述第二支路中的第二电感和第二二极管的串联支路。

可选地，所述第一电流检测模块包括第一电阻和第一电流采样器，所述第一电阻的第一端分别与所述第一绝缘栅双极型晶体管的输出端和所述第一电流采样器的第一检测端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电流采样器的第二检测端连接，所述第一电流采样器的输出端与所述第一比较子电路的输入端连接。

可选地，所述第二电流检测模块包括第二电阻和第二电流采样器，所述第二电阻的第一端分别与所述第二绝缘栅双极型晶体管的输出端和所述第二电流采样器的第一检测端连接，所述第二电阻的第二端与所述第二电流采样器的第二检测端连接，所述第二电流采样器的输出端与所述第二比较子电路的输入端连接。

可选地，所述第一电流检测模块为第一电流传感器；所述第一电流传感器的检测端连接所述第一绝缘栅双极型晶体管的输出端，所述第一电流传感器的输出端与所述第一比较子电路的输入端连接。

可选地，所述第二电流检测模块为第二电流传感器；所述第二流传感器的检测端连接所述第二绝缘栅双极型晶体管的输出端，所述第二电流传感器的输出端与所述第二比较子电路的输入端连接。

可选地，所述浪涌防护模块为二极管。

可选地，所述第一比较子电路为第一比例微分积分控制电路，第二比较子电路为第二比例微分积分控制电路，所述转换子电路为第三比例微分积分控制电路。

可选地，所述控制模块为脉宽调制控制电路。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本申请实施例提供的该系统，通过分别检测和控制两支路的工作电流，能够使支路的工作电流相同。通过灵活的控制两条支路的电流，保证两条支路元器件的电流平衡，避免某条支路负荷过大，出现过流过温现象，进而造成元器件的损坏，增强交错式功率因数校正电路的可靠性和元器件的使用寿命。同时，分别采样电流，可以降低采样电路的损耗，提高采样电路的效率和使用寿命。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的交错式功率因数校正电路连接电路示意图一；

图2为本申请实施例提供的交错式功率因数校正电路控制系统连接电路示意图二；

图3为本申请实施例提供的生成电路模块内部电路连接图；

图4为本申请实施例提供的采样电阻和电流采样器连接电路图；

图5为本申请实施例提供的电流传感器连接电路图；

图6为本申请实施例提供的浪涌防护模块连接电路图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例的交错式功率因数校正(Power Factor Correction，简称PFC)电路控制系统，应用于大功率空调器，保证交错式PFC电路中两条支路的工作电流保持平衡，优化空调器的工作过程。需要说明的是，大功率空调器仅为该系统应用的一个示例，本申请的保护范围不以交错式功率因数校正电路控制系统的应用客体为限制。

一个实施例中，交错式PFC电路具体连接如图1所示，其中，AS为交流电源，二极管整流桥将交流电源转换为直流电源，L1为第一电感，L2为第二电感，D1为第一二极管，D2为第二二极管，S1为第一绝缘栅双极型晶体管，S2为第二绝缘栅双极型晶体管，C为负载电容，R为负载电阻。L1、D1和S1组成第一支路，L2、D2和S2组成第二支路。

本实施例中，如图2所示，交错式PFC电路控制系统包括第一电流检测模块201、第二电流检测模块202、电压检测模块203、生成电路模块204和控制模块205。

第一电流检测模块201，用于检测交错式功率因数校正电路第一支路的第一电流，并将第一电流传输给生成电路模块204。第二电流检测模块202，用于检测交错式功率因数校正电路第二支路的第二电流，并将第二电流传输给生成电路模块204。电压检测模块203，用于检测交错式功率因数校正电路的输出电压，并将输出电压传输给生成电路模块204。生成电路模块204，用于根据输入的第一电流、第二电流和输出电压，输出第三电流和第四电流给控制模块205。控制模块205，用于根据输入的第三电流，输出第一控制信号给第一支路中的第一绝缘栅双极型晶体管S1，以及，根据输入的第四电流，输出第二控制信号给第二支路中的第二绝缘栅双极型晶体管S2。

一个实施例中，如图3所示，生成电路模块204包括转换子电路2041、第一比较子电路2042和第二比较子电路2043。

转换子电路2041，用于获取电压检测模块203输出的输出电压，将输出电压转换为基准电流，并将基准电流分别传输给第一比较子电路2042和第二比较子电路2043；第一比较子电路2042，用于比较第一电流和基准电流，输出第三电流给控制模块205；第二比较子电路2043，用于比较第二电流和基准电流，输出第四电流给控制模块205。

本实施例中，交错式PFC电路控制系统的工作原理如下：

电压检测模块203检测交错式PFC电路的负载电压，即电容C两端的电压，并将负载电压传输给转换子电路2041；转换子电路2041将负载电压和预设的基准电压进行比较，得出基准电流，该基准电流按照平均电流原则生成，即为总负载电流的一半，可保证交错式PFC电路中第一支路和第二支路的工作电流相同，将基准电流分别传输给第一比较子电路2042和第二比较子电路2043。

第一电流检测模块201检测交错式PFC电路第一支路的第一电流，该第一电流指的是第一绝缘栅双极型晶体管S1输出端的电流，并将第一电流传输给第一比较子电路2042；第一比较子电路2042通过比较基准电流和第一电流，生成第三电流，并将第三电流传输给控制模块205。

第二电流检测模块202检测交错式PFC电路第二支路的第二电流，该第二电流指的是第二绝缘栅双极型晶体管S2输出端的电流，并将第二电流传输给第一比较子电路2042；第二比较子电路2043通过比较基准电流和第二电流，生成第四电流，并将第四电流传输给控制模块205。

控制模块205根据输入的第三电流，生成第一控制信号，并将第一控制信号传输给第一绝缘栅双极型晶体管S1的控制端，用于该第一绝缘栅双极型晶体管S1根据第一控制信号控制第一支路的第一电流达到基准电流。控制模块205根据输入的第四电流，生成第二控制信号，并将第二控制信号传输给第二绝缘栅双极型晶体管S2的控制端，用于该第二绝缘栅双极型晶体管S2根据第二控制信号控制第二支路的第二电流达到基准电流。

通过分别检测交错式PFC电路两条支路的工作电流，可以实时准确地判断两条支路的电流是否平衡，避免其中某一条支路过载运行，进而导致该过载支路的元器件承受的电流过大，造成元器件损坏，延长元器件使用寿命；减少过流过温故障，增加电路的可靠性。同时，分别检测两条支路的电流，相对于检测总电流来说，需要采集的电流变小，检测电路需要通过的电流同样变小，可以减小控制系统本身电路元器件的电流应力，延长控制系统使用寿命，增加控制系统的稳定性。

一个实施例中，第一比较子电路2042为第一比例微分积分控制电路，第二比较子电路2043为第二比例微分积分控制电路，转换子电路2041为第三比例微分积分控制电路，控制模块205为脉宽调制控制电路。

需要说明的是，第一比例微分积分控制电路为能够实现第一比较子电路2042的功能的一个实施例，其他能够实现第一比较子电路2042功能的电路模块均可以替代该第一比例微分积分控制电路，本申请的保护范围不以第一比较子电路2042具体的内部电路实现形式为限制。基于相同理由，本申请的保护范围同样不以第二比较子电路2043、转换子电路2041和控制模块205具体的内部电路实现形式为限制。

一个实施例中，第一电流检测模块201包括第一电阻R1和第一电流采样器2011，第二电流检测模块202包括第二电阻R2和第二电流采样器2021。

本实施例中，交错式PFC电路控制系统与交错式PFC电路的具体连接方式如图4所示。其中，第一电阻R1的第一端分别与第一绝缘栅双极型晶体管S1的输出端和第一电流采样器2011的第一检测端连接，第一电阻R1的第二端与第一电流采样器2011的第二检测端连接，第一电流采样器2011的输出端与第一比较子电路2042的输入端连接。第二电阻R2的第一端分别与第二绝缘栅双极型晶体管S2的输出端和第二电流采样器2021的第一检测端连接，第二电阻R2的第二端与第二电流采样器2021的第二检测端连接，第二电流采样器2021的输出端与第二比较子电路2043的输入端连接。

本实施例中，如图5所示，第一电流检测模块201还可以为第一电流传感器501；第二电流检测模块202还可以为第二电流传感器502。

第一电流传感器501的检测端连接第一绝缘栅双极型晶体管S1的输出端，第一电流传感器501的输出端与第一比较子电路2042的输入端连接。第二电流传感器502的检测端连接第二绝缘栅双极型晶体管S2的输出端，第二电流传感器502的输出端与第二比较子电路2043的输入端连接。

需要说明的是，将第一电流传感器501作为第一电流检测模块201，以及将第一电阻R1和第一电流采样器2011作为第一电流检测模块201，均为第一电流检测模块201具体的内部电路实现形式，其他能够实现该第一电流检测模块201对应功能的具体内部电路均可作为第一电流检测模块201，本申请的保护范围不以第一电流检测模块201具体的内部电路实现形式为限制。基于相同的理由，本申请的保护范围不以第二电流检测模块202具体的内部电路实现形式为限制。

一个实施例中，如图6所示，交错式PFC电路控制系统还包括浪涌防护模块206，其中，浪涌防护模块206并联于第一串联支路，以及并联于第二串联支路，第一串联支路为第一支路中的第一电感L1和第一二极管D1的串联支路，第二串联支路为第二支路中的第二电感L2和第二二极管D2的串联支路。

本实施例中，浪涌防护模块206可以为二极管，也可以是其他可以防止浪涌冲击的具体元器件或具体电路。

增加浪涌防护模块，可以避免电流波动对元器件的浪涌冲击，进一步保护元器件，延长使用寿命。

本申请提供的交错式功率因数校正电路控制系统，通过分别检测交错式PFC电路两条支路的工作电流，可以实时准确地判断两条支路的电流是否平衡，避免其中某一条支路过载运行，进而导致该过载支路的元器件承受的电流过大，造成元器件损坏，延长元器件使用寿命；减少过流过温故障，增加电路的可靠性。同时，分别检测两条支路的电流，相对于检测总电流来说，需要采集的电流变小，检测电路需要通过的电流同样变小，可以减小控制系统本身电路元器件的电流应力，延长控制系统使用寿命，增加控制系统的稳定性。而增加浪涌防护模块，可以避免电流波动对交错式PFC电路中元器件的浪涌冲击，进一步避免元器件损坏，延长使用寿命。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种交错式功率因数校正电路控制系统，其特征在于，包括：第一电流检测模块、第二电流检测模块、电压检测模块、生成电路模块和控制模块；

所述第一电流检测模块，用于检测所述交错式功率因数校正电路第一支路的第一电流，并将所述第一电流传输给所述生成电路模块；

所述第二电流检测模块，用于检测所述交错式功率因数校正电路第二支路的第二电流，并将所述第二电流传输给所述生成电路模块；

所述电压检测模块，用于检测所述交错式功率因数校正电路的输出电压，并将所述输出电压传输给所述生成电路模块；

所述生成电路模块，用于根据输入的所述第一电流、所述第二电流和所述输出电压，输出第三电流和第四电流给所述控制模块；

所述控制模块，用于根据输入的所述第三电流，输出第一控制信号给第一支路中的第一绝缘栅双极型晶体管，以及，根据输入的所述第四电流，输出第二控制信号给所述第二支路中的第二绝缘栅双极型晶体管。

2.根据权利要求1所述的交错式功率因数校正电路控制系统，其特征在于，所述生成电路模块包括转换子电路、第一比较子电路和第二比较子电路；

所述转换子电路，用于获取所述电压检测模块输出的所述输出电压，将所述输出电压转换为基准电流，并将所述基准电流分别传输给所述第一比较子电路和所述第二比较子电路；

所述第一比较子电路，用于比较所述第一电流和所述基准电流，输出所述第三电流给所述控制模块；

所述第二比较子电路，用于比较所述第二电流和所述基准电流，输出所述第四电流给所述控制模块。

3.根据权利要求2所述的交错式功率因数校正电路控制系统，其特征在于，还包括浪涌防护模块，其中，所述浪涌防护模块，并联于第一串联支路，以及并联于第二串联支路，所述第一串联支路为所述第一支路中的第一电感和第一二极管的串联支路，所述第二串联支路为所述第二支路中的第二电感和第二二极管的串联支路。

4.根据权利要求2所述的交错式功率因数校正电路控制系统，其特征在于，所述第一电流检测模块包括第一电阻和第一电流采样器，所述第一电阻的第一端分别与所述第一绝缘栅双极型晶体管的输出端和所述第一电流采样器的第一检测端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电流采样器的第二检测端连接，所述第一电流采样器的输出端与所述第一比较子电路的输入端连接。

5.根据权利要求2所述的交错式功率因数校正电路控制系统，其特征在于，所述第二电流检测模块包括第二电阻和第二电流采样器，所述第二电阻的第一端分别与所述第二绝缘栅双极型晶体管的输出端和所述第二电流采样器的第一检测端连接，所述第二电阻的第二端与所述第二电流采样器的第二检测端连接，所述第二电流采样器的输出端与所述第二比较子电路的输入端连接。

6.根据权利要求2所述的交错式功率因数校正电路控制系统，其特征在于，所述第一电流检测模块为第一电流传感器；

所述第一电流传感器的检测端连接所述第一绝缘栅双极型晶体管的输出端，所述第一电流传感器的输出端与所述第一比较子电路的输入端连接。

7.根据权利要求2所述的交错式功率因数校正电路控制系统，其特征在于，所述第二电流检测模块为第二电流传感器；

所述第二电流传感器的检测端连接所述第二绝缘栅双极型晶体管的输出端，所述第二电流传感器的输出端与所述第二比较子电路的输入端连接。

8.根据权利要求3所述的交错式功率因数校正电路控制系统，其特征在于，所述浪涌防护模块为二极管。

9.根据权利要求2～7任一项所述的交错式功率因数校正电路控制系统，其特征在于，所述第一比较子电路为第一比例微分积分控制电路，第二比较子电路为第二比例微分积分控制电路，所述转换子电路为第三比例微分积分控制电路。

10.根据权利要求2～7任一项所述的交错式功率因数校正电路控制系统，其特征在于，所述控制模块为脉宽调制控制电路。

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