CN214480270U - 功率因数校正电路及空调器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种功率因数校正电路及空调器，包括：第一电感单元、第一二极管单元、储能单元、钳位单元、开关单元、电流互感单元、比较器单元和主控单元；第一电感单元的一端与输入端正极相连，另一端分别与第一二极管单元的正极和开关单元的第一端相连；开关单元的第二端与电流互感单元初级的第一连接端相连；电流互感单元次级的第一连接端与比较器单元的同相输入端相连，电流互感单元次级的第二连接端与比较器单元的反相输入端相连；比较器的输出端与主控单元的信号输入端连接；主控单元的信号输出端控制开关单元的通断。本申请能够解决现有技术中的功率因数校正电路刚启动或输出负载突然加重时会出现过零信号消失，导致控制混乱的问题。

Description

功率因数校正电路及空调器

技术领域

本申请涉及电力技术领域，特别涉及一种功率因数校正电路及空调器。

背景技术

在电力技术中，功率因数是有效功率与总耗电量的比值，能够衡量电力被有效利用的程度，功率因数值越大，代表其电力利用率越高。PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)就是为了提高用电设备功率因数的技术。

现有技术中，临界模式功率因数校正电路电感电流过零信号均是将从电感上的辅助绕组取得的电感电流过零信号ZCD作为控制信号的，如图1所示，是现有技术中临界模式功率因数校正电路电感电流过零信号采样示意图，电感电流过零信号ZCD由变压器T1'的次级取得。在刚启动或输出负载突然加重时，会把PFC的输出电压拉低，当达到输出电压等于输入电压的条件时，会使变压器T1'的初级没有电压差，即次级输出信号幅值为0V，电感电流过零信号ZCD消失，导致功率因数校正电路出现控制混乱的问题。

实用新型内容

本申请的主要目的为提供一种功率因数校正电路及空调器，旨在解决现有技术中的功率因数校正电路刚启动或输出负载突然加重时会出现过零信号消失，导致控制混乱的问题。

为实现上述目的，本申请提供了一种功率因数校正电路，包括：一种功率因数校正电路，其特征在于，包括：第一电感单元、第一二极管单元、储能单元、钳位单元、开关单元、电流互感单元、比较器单元和主控单元；

所述第一电感单元的一端与输入端正极相连，所述第一电感单元的另一端分别与所述第一二极管单元的正极和所述开关单元的第一端相连；所述第一二极管单元的负极与负载的正极相连；

所述开关单元的第二端与所述电流互感单元初级的第一连接端相连，所述开关单元的两端并联有所述储能单元；

所述电流互感单元次级的第一连接端分别与所述比较器单元的同相输入端、所述钳位单元的第一端相连，所述电流互感单元次级的第二连接端分别与所述比较器单元的反相输入端、所述钳位单元的第二端相连并接地；

所述比较器的输出端与所述主控单元的信号输入端连接；

所述主控单元的信号输出端用于控制开关单元的通断；

输入端负极、所述电流互感单元初级的第二连接端和所述负载的负极接地。

作为上述方案的改进，所述钳位单元包括反向并联的第二二极管和第三二极管；

所述第二二极管的正极和所述第三二极管的负极与所述钳位单元的第一端相连；所述第二二极管的负极极和所述第三二极管的正极与所述钳位单元的第二端相连。

作为上述方案的改进，所述储能单元包括第一电容。

作为上述方案的改进，所述比较器单元包括比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述比较器的输出端、同相输入端和反相输入端分别与所述比较器单元的输出端、同相输入端和反相输入端连接；

所述第一电阻的一端与所述比较器的输出端相连，所述第一电阻的另一端与电源正极连接；

所述第二电阻的一端与所述比较器的反相输入端相连，所述第二电阻的另一端与电源正极连接；

所述第三电阻串联在所述比较器的同相输入端和所述电流互感单元次级的第一连接端之间；所述第四电阻串联在所述比较器的反相输入端和所述电流互感单元次级的第二连接端之间。

作为上述方案的改进，还包括第五电阻；所述第五电阻串联在所述钳位单元的第二端与与所述电流互感单元次级的第二连接端之间。

作为上述方案的改进，所述开关单元包括场效应管；所述开关单元的第一端为所述场效应管的漏极，所述开关单元的第二端为所述场效应管的源极；所述主控单元的信号输出端与所述场效应管的栅极相连。

作为上述方案的改进，所述开关单元包括绝缘栅双极型晶体管；所述开关单元的第一端为所述绝缘栅双极型晶体管的集电极，所述开关单元的第二端为所述绝缘栅双极型晶体管的发射极；所述主控单元的信号输出端与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极相连。

作为上述方案的改进，所述开关单元包括双极结型晶体管；所述开关单元的第一端为所述双极结型晶体管的集电极，所述开关单元的第二端为所述双极结型晶体管的发射极；所述主控单元的信号输出端与所述双极结型晶体管的基极相连。

作为上述方案的改进，还包括桥式整流电路；所述桥式整流电路的输出端正极作为所述输入端正极，所述桥式整流电路的输出端负极作为所述输入端负极。

本申请还提供了一种空调器，包括：上述的功率因数校正电路。

本申请提供的一种功率因数校正电路及空调器，能够通过从电流互感单元上获取电感电流过零信号从电流互感单元上获取，避免了电感电流过零信号的获取受制于电流互感单元两端的电压差，解决了功率因数校正电路刚启动或输出负载突然加重时会出现过零信号消失，导致控制混乱的问题。

附图说明

图1是现有技术中临界模式功率因数校正电路电感电流过零信号采样示意图；

图2是本申请一实施例中一种功率因数校正电路结构示意图；

图3是本申请一实施例中一种功率因数校正电路结构示意图；

图4是本申请一实施例中一种功率因数校正电路结构示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“上述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在特征、整数、步骤、操作、元件、单元、模块和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、单元、模块、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

参照图2，是本申请一实施例中一种功率因数校正电路结构示意图，包括：第一电感单元100、第一二极管单元200、储能单元300、钳位单元400、开关单元500、电流互感单元600、比较器单元700和主控单元800；

第一电感单元100的一端与输入端正极相连，第一电感单元100的另一端分别与第一二极管单元200的正极和开关单元500的第一端相连；第一二极管单元200的负极与负载的正极相连；

开关单元500的第二端与电流互感单元600初级的第一连接端相连，开关单元500的两端并联有储能单元300；

电流互感单元600次级的第一连接端分别与比较器单元700的同相输入端、钳位单元400的第一端相连，电流互感单元600次级的第二连接端分别与比较器单元700的反相输入端和钳位单元400的第二端相连并接地；

比较器单元700的输出端与主控单元800的信号输入端连接；

主控单元800的信号输出端用于控制开关单元500的通断；

输入端负极、电流互感单元600初级的第二连接端和负载的负极接地。

具体地，第一电感单元100包括第一电感L1，第一二极管单元200包括第一二极管D1，开关单元500包括开关管SW，电流互感单元600包括电流互感器CT1，主控单元800包括主控芯片IC。

具体地，储能单元300为一充放电单元，从而为电流互感器CT1提供不同方向的电流。

具体地，钳位单元400能够使不论多小的电流通过钳位单元400后也能够使A点电压达到一正向压降值，从而为比较器单元700的反相输入端提供比较电平。

在一具体的实施例中，初始状态下，由于电流互感器CT1初级和次级均没有电流，此时图2中A点的电压VA＝0V；令此时比较器单元700的反相输入为一个略大于0V但小于钳位单元400正向压降的值。此时比较器单元700输出低电平，使得主控单元800以缺省模式对开关单元500进行控制。

当开关单元500导通，电感电流Ip流经电流互感单元600初级，方向为从上到下，相应在电流互感单元600次级感应出信号电流Is经过钳位单元400回到GND，此时，不论Is多小，只要经过钳位单元400，VA就能达到钳位单元400的正向压降，由此能够处理小电流信号；由于VA大于GND的电压，流经VA和GND的信号输入到比较器单元700；令比较器单元700的反相输入端产生一静态偏置电压，且令该静态偏置电压始终比同相输入端的电压低，此时，比较器单元700输出高电平。

当开关单元500断开时，第一电感单元100对VO放电，且放电电流逐渐减小，最终变为0。由于开关单元500两端并联有储能单元300，第一电感单元100放电的同时，储能单元300被充电，且电流方向从上往下，直到储能单元300两端的电压达到输出电压VO，此处忽略第一二极管单元200压降，充电电流变为0。储能单元300完成充电后，电流互感单元600初级的电流也降为0，次级电流Is也随之变为0，故VA＝0V；此时由于比较器单元700反相输入端存在静态偏置电压，所以输出由高电平跳变为低电平，产生符合主控单元800控制所需的ZCD下降沿信号。

电感电流逐步减小且最终变为0时，第一电感单元100右侧电压比左侧高，储能单元300开始反向放电，放电电流经过第一电感单元100，最后返回储能单元300的下端；储能单元300反向放电过程中，流经电流互感单元600的电流变为负电流，方向从下往上；此时电流互感单元600次级的感应电流也变为负电流，电流方向从GND经钳位单元400回到A点，此时VA电压<0V，比较器单元700保持输出低电平，直到下一个周期时开关单元500的导通。至此完成了一个开关周期的循环。

综上，本申请通过设置比较器单元700，将电流互感单元600的次级第一端与比较器单元700的正相输入端连接，并令比较器单元700的反相输入端产生偏置电压，通过第一电感单元100和储能单元300的充放电过程改变比较器单元700的输出电平，使其产生符合主控单元800控制所需的电感电流过零信号，从而使主控单元800调整电流的波形，对电流电压间的相位差进行补偿；避免了电感电流过零信号的获取受制于电流互感单元600两端的电压差，解决了功率因数校正电路刚启动或输出负载突然加重时，会出现控制混乱的问题。

进一步的，参照图3，是本申请一实施例中一种功率因数校正电路结构示意图，钳位单元400包括反向并联的第二二极管D2和第三二极管D3；

第二二极管D2的正极和第三二极管D3的负极与钳位单元400的第一端相连；第二二极管D2的负极和第三二极管D3的正极与钳位单元400的第二端相连。

具体地，钳位单元400通过反向并联的二极管能够使正向和反向的电流通过钳位单元400后都能够使A点电压达到二极管的正向压降值，从而保证比较器单元700反向输入端的比较电平持续存在。

进一步的，储能单元300包括第一电容C1。

具体地，通过第一电容C1能够便捷地实现充放电效果，提高电路的简洁性。

进一步的，比较器单元700包括比较器CT1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；比较器CT1的输出端、同相输入端和反相输入端分别与比较器单元700的输出端、同相输入端和反相输入端连接；

第一电阻R1的一端与比较器CT1的输出端相连，第一电阻R1的另一端与电源正极连接；

第二电阻R2的一端与比较器CT1的反相输入端相连，第二电阻R2的另一端与电源正极连接；

第三电阻R3串联在比较器CT1的同相输入端和电流互感单元600次级的第一连接端之间；第四电阻R4串联在比较器CT1的反相输入端和电流互感单元600次级的第二连接端之间。

具体地，主控单元800接收到比较器单元700的输出端提供的ZCD下降沿信号时，即通过PWM信号控制开关单元500的导通，从而调整电流的波形，对电流电压间的相位差进行补偿。其中，每个周期内导通时间为固定值，由主控单元800内部自动计算。

在一具体的实施例中，参照图3，初始状态下，由于电流互感器CT1初级和次级均没有电流，此时图3中A点的电压VA＝0V；比较器IC1A的反相输入在VCC和第二电阻R2的偏置下为一个略大于0V但小于二极管D2和D3正向压降的值。此时比较器IC1A输出低电平，使得主控芯片IC以缺省模式对开关管SW进行控制。

当开关管SW导通，电感电流Ip流经电流互感器CT1初级，方向为从上到下，相应在电流互感器CT1次级感应出信号电流Is经过第二二极管D2后回到GND，此时，不论Is多小，只要经过第二二极管D2，VA就能达到二极管的正向压降，由此能够处理小电流信号；由于VA大于GND的电压，流经VA和GND的信号分别经过第三电阻R3和第四电阻R4输入到比较器IC1A；比较器IC1A的反相输入端虽然存在VCC和第二电阻R2带来的静态偏置电压，但该静态偏置电压始终比同相输入端的电压低，此时，比较器IC1A输出高电平。需要说明的是，此处第三电阻R3和第四电阻R4为限流电阻，以避免输入比较器IC1A的电流过大而导致比较器IC1A损坏。

当开关管SW断开时，第一电感L1对VO放电，且放电电流逐渐减小，最终变为0。由于开关管SW两端并联有第一电容C1，第一电感L1放电的同时，第一电容C1被充电，且电流方向从上往下，直到第一电容C1两端的电压达到输出电压VO，此处忽略第一二极管D1压降，充电电流变为0。第一电容C1完成充电后，电流互感器CT1初级的电流也降为0，次级电流Is也随之变为0，故VA＝0V；此时由于比较器IC1A反相输入端存在VCC和第二电阻R2带来的静态偏置电压，所以输出由高电平跳变为低电平，产生符合主控芯片IC控制所需的ZCD下降沿信号。

电感电流逐步减小且最终变为0时，第一电感L1右侧电压比左侧高，第一电容C1开始反向放电，放电电流经过第一电感L1，最后返回第一电容C1的下端；第一电容C1反向放电过程中，流经电流互感器CT1的电流变为负电流，方向从下往上；此时电流互感器CT1次级的感应电流也变为负电流，电流方向从GND经第三二极管D3回到A点，此时VA电压<0V，比较器IC1A保持输出低电平，直到下一个周期时开关管SW的导通。至此完成了一个开关周期的循环。

综上，本申请通过设置比较器IC1A，将电流互感器CT1的次级第一端与比较器IC1A的正相输入端连接，并在比较器IC1A的反相输入端产生偏置电压，通过第一电感L1和第一电容C1的充放电过程改变比较器IC1A的输出电平，使其产生符合主控芯片IC控制所需的电感电流过零信号，从而使主控芯片IC调整电流的波形，对电流电压间的相位差进行补偿；避免了电感电流过零信号的获取受制于电流互感器CT1两端的电压差，解决了功率因数校正电路刚启动或输出负载突然加重时，会出现控制混乱的问题。

进一步的，参照图4，是本申请一实施例中一种功率因数校正电路结构示意图，还包括第五电阻R5；第五电阻R5串联在第二二极管D2的负极与电流互感单元600次级的第二连接端之间。

具体地，通过在第二二极管D2的负极与电流互感器CT1次级的第二连接端之间设置第五电阻R5，能够实现过流保护功能，避免二极管在电流过大时发生损坏，提高了电路的稳定性和实用性。

进一步的，开关单元500包括场效应管；开关单元500的第一端为场效应管的漏极，开关单元500的第二端为场效应管的源极；主控芯片IC的信号输出端与场效应管的栅极相连。

具体地，采用场效应管(MOSFET)作为开关单元500中的开关管SW，能够提高开关单元500的开关速度和耐冲击性，降低电路的故障率，在低压大电流的工作环境下较为稳定。

进一步的，开关单元500包括绝缘栅双极型晶体管；开关单元500的第一端为绝缘栅双极型晶体管的集电极，开关单元500的第二端为绝缘栅双极型晶体管的发射极；主控芯片IC的信号输出端与绝缘栅双极型晶体管的栅极相连。

具体地，采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为开关单元500中的开关管SW，能够提高开关管SW的耐压性，具有较强的正向电流传导密度和低通态压降，能够在更小尺寸下实现可靠的开关效果，降低了开关管SW生产时所需的尺寸。

进一步的，开关单元500包括双极结型晶体管；开关单元500的第一端为双极结型晶体管的集电极，开关单元500的第二端为双极结型晶体管的发射极；主控芯片IC的信号输出端与双极结型晶体管的基极相连。

具体地，采用双极结型晶体管(BJT)作为开关单元500中的开关管SW，能够使开关管SW具备更强的电流电压放大能力和电路的灵活性。

进一步的，还包括桥式整流电路BR1；桥式整流电路BR1的输出端正极作为输入端正极，桥式整流电路BR1的输出端负极作为输入端负极。

具体地，参照图3，桥式整流电路BR1包括第二电容C2和四个首尾相连的整流二极管，每一二极管的连接处均延伸出一端口，将端口2，3作为桥式整流电路BR1的输入端正极和输入端负极，将端口1，4作为桥式整流电路BR1的输出端正极和输出端负极，第二电容C2的两端分别连接端口1，4。在实际工作中，交流电压由端口2，3输入桥式整流电路BR1，整流后得到直流电压从端口1，4输出，从而完成交直流的转换，扩大了本申请提供的功率因数校正电路的应用场景。

具体地，第一电容C1反向放电过程中，电流经过第一电感L1，从右边流向左边到第二电容C2，再回到电流互感器CT1下端。

本申请一实施例中还提供了一种空调器，包括：上述的功率因数校正电路。

具体地，上述的功率因数校正电路能够向空调器提供调整电流的波形，对空调器工作过程中电流电压间的相位差进行补偿，提高空调器的功率因数。

可以理解的，本申请一实施例中一种空调器包括上述实施例提供的功率因数校正电路，因而具备上述实施例的功率因数校正电路的全部有益技术效果，在此不再赘述。

在另一具体的实施例中，当功率因数校正电路还包括桥式整流电路时，还可应用于交直流转换电源中，在实现交直流转换的同时对其进行功率因数补偿。

综上，为本申请实施例中提供的功率因数校正电路及空调器，通过设置比较器单元，将电流互感单元的次级第一端与比较器单元的正相输入端连接，并在比较器单元的反相输入端产生偏置电压，通过第一电感和第一电容的充放电过程改变比较器单元的输出电平，使其产生符合主控单元控制所需的电感电流过零信号，从而使主控单元调整电流的波形，对电流电压间的相位差进行补偿；避免了电感电流过零信号的获取受制于电流互感单元两端的电压差，解决了功率因数校正电路刚启动或输出负载突然加重时，会出现控制混乱的问题；通过在所述第二二极管的负极与所述电流互感器次级的第二连接端之间设置第五电阻，能够实现过流保护功能，避免二极管在电流过大时发生损坏，提高了电路的稳定性和实用性；采用场效应管、绝缘栅双极型晶体管、双极结型晶体管中的一种作为开关单元中的开关管，能够分别实现提高开关单元的开关速度和耐冲击性、提高开关单元的耐压性、使开关单元具备更强的电流电压放大能力和电路的灵活性的效果；通过在输入端设置桥式整流电路，能够实现交直流的转换，扩大了本申请提供的功率因数校正电路的应用场景，提高了电路的泛用性和实用性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种功率因数校正电路，其特征在于，包括：第一电感单元、第一二极管单元、储能单元、钳位单元、开关单元、电流互感单元、比较器单元和主控单元；

所述第一电感单元的一端与输入端正极相连，所述第一电感单元的另一端分别与所述第一二极管单元的正极和所述开关单元的第一端相连；所述第一二极管单元的负极与负载的正极相连；

所述开关单元的第二端与所述电流互感单元初级的第一连接端相连，所述开关单元的两端并联有所述储能单元；

所述电流互感单元次级的第一连接端分别与所述比较器单元的同相输入端、所述钳位单元的第一端相连，所述电流互感单元次级的第二连接端分别与所述比较器单元的反相输入端和所述钳位单元的第二端相连并接地；

所述比较器单元的输出端与所述主控单元的信号输入端连接；

所述主控单元的信号输出端用于控制开关单元的通断；

输入端负极、所述电流互感单元初级的第二连接端和所述负载的负极接地。

2.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述钳位单元包括反向并联的第二二极管和第三二极管；

所述第二二极管的正极和所述第三二极管的负极与所述钳位单元的第一端相连；所述第二二极管的负极和所述第三二极管的正极与所述钳位单元的第二端相连。

3.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述储能单元包括第一电容。

4.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述比较器单元包括比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述比较器的输出端、同相输入端和反相输入端分别与所述比较器单元的输出端、同相输入端和反相输入端连接；

所述第一电阻的一端与所述比较器的输出端相连，所述第一电阻的另一端与电源正极连接；

所述第二电阻的一端与所述比较器的反相输入端相连，所述第二电阻的另一端与电源正极连接；

所述第三电阻串联在所述比较器的同相输入端和所述电流互感单元次级的第一连接端之间；所述第四电阻串联在所述比较器的反相输入端和所述电流互感单元次级的第二连接端之间。

5.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，还包括第五电阻；所述第五电阻串联在所述钳位单元的第二端与所述电流互感单元次级的第二连接端之间。

6.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述开关单元包括场效应管；所述开关单元的第一端为所述场效应管的漏极，所述开关单元的第二端为所述场效应管的源极；所述主控单元的信号输出端与所述场效应管的栅极相连。

7.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述开关单元包括绝缘栅双极型晶体管；所述开关单元的第一端为所述绝缘栅双极型晶体管的集电极，所述开关单元的第二端为所述绝缘栅双极型晶体管的发射极；所述主控单元的信号输出端与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极相连。

8.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述开关单元包括双极结型晶体管；所述开关单元的第一端为所述双极结型晶体管的集电极，所述开关单元的第二端为所述双极结型晶体管的发射极；所述主控单元的信号输出端与所述双极结型晶体管的基极相连。

9.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，还包括桥式整流电路；所述桥式整流电路的输出端正极作为所述输入端正极，所述桥式整流电路的输出端负极作为所述输入端负极。

10.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求1至6中任一项所述的功率因数校正电路。

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