CN217545873U - 一种功率因数校正电路以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电路控制技术领域，具体而言，涉及一种功率因数校正电路以及电子设备。本实用新型解决的问题：随着支路的增加电流纹波抵消率较低的问题。为解决上述问题，本实用新型实施例提供一种功率因数校正电路，校正电路包括：电压输入端，电压输入端用于输入交流电压；整流模块，整流模块与电压输入端连接，整流模块将交流电压转换为直流电压；升压部，升压部与整流模块串联；电压输出端，电压输出端与升压部连接；其中，升压部至少有三个支路，每个支路之间相互并联。

Description

一种功率因数校正电路以及电子设备

技术领域

本实用新型涉及电路控制技术领域，具体而言，涉及一种功率因数校正电路以及电子设备。

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，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，但实际应用中，并不能确保纹波电流相互抵消，甚至可能相反，出现输入电流电流纹波增大情况。

实用新型内容

本实用新型解决的问题：随着支路的增加电流纹波抵消率较低的问题。

为解决上述问题，本实用新型实施例提供一种功率因数校正电路，校正电路包括：电压输入端，电压输入端用于输入交流电压；整流模块，整流模块与电压输入端连接，整流模块将交流电压转换为直流电压；升压部，升压部与整流模块串联；电压输出端，电压输出端与升压部连接；其中，升压部至少有三个支路，每个支路之间相互并联。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：多个支路的设置增加了电流波纹的抵消率，让整体电路的输出电压能够事先根据最大的电流波纹抵消率进行调整，无需在工作过程进行调试，增加了工作效率。

在本实用新型的一个实施例中，升压部包括：第一支路，第一支路分别与整流模块与电压输出端连接；第一开关，第一开关用于控制第一支路的输出电压；第二支路，第二支路分别与整流模块与电压输出端连接；第二开关，第二开关用于控制第二支路的输出电压；第三支路，第三支路分别与整流模块与电压输出端连接；第三开关，三开关用于控制第三支路的输出电压；其中，第一开关、第二开关与第三开关相互配合控制电压输出端的电流纹波值。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：每条支路分别通过一个开关进行控制，通过开启时间的不同让各个支路中的电流纹波初始方向不同，且各个支路中的电流纹波以相同工作周期发生改变，将输出端的电流纹波的振幅降至最低。

在本实用新型的一个实施例中，升压部还包括：第一电感，第一电感设于第一支路中，第一电感用于提升第一支路的输入电压；第二电感，第二电感设于第二支路中，第二电感用于提升第二支路的输入电压；第三电感，第三电感设于第三支路中，第三电感用于提升第三支路的输入电压。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：随着电流纹波的降低，电流传导的干扰更小，可以直接通过增加电压输入端的输入电压来增大驱动频率，减小升压电感需要提升的压力，使功率因数校正电路能够选用小型化电感，降低电路成本。

在本实用新型的一个实施例中，升压部还包括：第一二极管，第一二极管与第一电感串联；第二二极管，第二二极管与第二电感串联；第三二极管，第三二极管与第三电感串联；其中，第一二极管、第二二极管和第三二极管均为快恢复二极管。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：每一条支路串联一个二极管的设置让每一条支路的电流在增大时不会发生逆流的情况，增加了电路的安全性。

在本实用新型的一个实施例中，升压部还包括：第四支路，第四支路分别与第一支路、第二支路和第三支路并联。第四支路包括：第四电感；第四开关，第四开关与整流模块并联；第四二极管，第四二极管与第四电感串联，第四二极管为快恢复二极管。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：通过并联支路让电流波纹的抵消率进一步的提升，也让放大电压的倍数得到了改变，让电路能够根据不同的放大电压选择并联不同数量的支路，增加了输出效率的同时也增加电路的实用性。

在本实用新型的一个实施例中，第四开关包括：开关二极管；晶体管，晶体管与开关二极管并联，第一开关、第二开关、第三开关与第四开关结构相同。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：通过晶体管与开关二极管并联的方式让整流模块输出的电流在通过晶体管时更加稳定，也能避免晶体管断路时某条支路不进行工作，增加了电路的稳定性。

在本实用新型的一个实施例中，校正电路还包括：输出电感，输出电感与整流模块并联，输出电感用于接收整流模块整流后的直流电压。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：输出电感与输出端并联，输出电感能够将升压部输出的电流进行滤波，让电压输出端输出的电流更加稳定。

在本实用新型的一个实施例中，还提供一种电子设备，该电子设备中设有功率因数校正电路，该功率因数校正电路具有上述功率因数校正电路全部技术特征，此处不再一一赘述。

在本实用新型的一个实施例中，还包括：一种电路控制方法，控制方法包括打开第一开关，第一电感内通过第一电流；经过第一目标时间后，打开第二开关，第二电感内通过第二电流；再经过第一目标时间后，打开第三开关，第三电感内流过第三电流；根据第一电流、第二电流和第三电流得到电流纹波值；根据电流纹波值计算三角波占空比；根据三角波占空比计算功率因数校正电路的输出电压值。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：根据电流纹波值计算出三角形占空比，通过占空比来推算最佳的输入电压与输出电压的关系，让电路能够根据不同的需要的输出电压来调整输入电压与占空比，提升工作效率。

在本实用新型的一个实施例中，根据电流纹波值计算三角波占空比，包括：三角波占空比通过以下公式获得：P＝1－VIN÷VOUT；其中，P为三角波占空比，VIN为电压输入端输入的电压实效值，VOUT为电压输出端输出的电压实效值。

建立输出电压、输入电压、三角波占空比的关系，在工作中能够针对不同的情况调整输入电压，并选用最佳的三角波占空比，减少了能源损耗。

附图说明

图1为功率因数校正电路三条支路示意图；

图2为功率因数校正电路四条支路示意图；

图3为图1中各个支路的电流纹波及开关状态示意图；

图4为图3中各个支路的电流纹波和；

图5为图2中各个支路的电流纹波及开关状态示意图；

图6为图5中各个支路的电流纹波和；

图7为图1电路中三角波占空比和电流纹波抵消率的关系示意图；

图8为图2电路中三角波占空比和电流纹波抵消率的关系示意图；

图9为三角波占空比定义图；

图10为升压部只有一条支路的电路示意图；

图11为升压部只有两条支路的电路示意图；

图12为图11的各个支路的电流纹波及开关状态示意图；

图13为本实用新型系统图。

附图标记说明：

功率因数校正电路-100；整流模块-110；升压部-120；第一支路-121；第二支路-122；第三支路-123；第四支路-124；电子设备-200；电压输入端-VIN；电压输出端-VOUT；第一开关-S1；S11-开关二极管；S12-晶体管；第二开关 -S2；第三开关-S3；第四开关-S4；第一二极管-FRD1；第二二极管-FRD2；第三二极管-FRD3；第四二极管-FRD4；第一电感-L1；第二电感-L2；第三电感 -L3；第四电感-L4；输出电感-C；第一电流-I_L1；第二电流-I_L2；第三电流 -I_L3；第四电流-I_L4。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

【第一实施例】

参见图1至图13，本实用新型实施例提供一种功率因数校正电路100，校正电路包括：电压输入端VIN，电压输入端VIN用于输入交流电压；整流模块110，整流模块110与电压输入端VIN连接，整流模块110将交流电压转换为直流电压；升压部120，升压部120与整流模块110串联；电压输出端 VOUT，电压输出端VOUT与升压部120连接；其中，升压部120至少有三个支路，每个支路之间相互并联。

电压输入端VIN为功率因数校正电路100输入交流电压，交流电压经过整流模块110后转换为直流电压，整流模块110通常由四个二极管组成，采用全桥整流的形式，升压部120接收经过整流模块110的直流电压，并对直流电压进行放大，减少支路中产生的电流纹波，减少传导的干扰，以此来增大驱动频率，多个支路的设置让相邻电路之间产生的电流纹波相互抵消，以此进一步的减少输入电流的电流纹波。

通常情况下，升压部120具有三条支路，三条支路中电流的工作相位相差随着时间的变化而变化，不同支路中不同方向的电流纹波相互抵消，以此来减少升压部120输出端电压的电流纹波，参见图9，通过升压部120的电流纹波可以拟合成三角波，参见图7，在一个三角波周期内，计算出三角波的占空比与电流纹波抵消率的关系，当支路有三条时，抵消率最高的三角波占空比为35％或65％，因此相应的调整输出电压，使三角波占空比的范围落入30％-40％或60％-70％之间，以此来达到最大的电流波纹抵消率。当三角波占空比范围在30％-40％之间时，输出电压为输入电压的2.5倍至3.3倍；当三角波占空比范围在60％-70％之间时，输出电压为输入电压的1.4倍至1.7倍。

多个支路的设置增加了电流波纹的抵消率，让整体电路的输出电压能够事先根据最大的电流波纹抵消率进行调整，无需在工作过程进行调试，增加了工作效率。

【第二实施例】

参见图1，图3，在一个具体的实施例中，升压部120包括：第一支路121，第一支路121分别与整流模块110与电压输出端VOUT连接；第一开关S1，第一开关S1用于控制第一支路121的输出电压；第二支路122，第二支路122 分别与整流模块110与电压输出端VOUT连接；第二开关S2，第二开关S2 用于控制第二支路122的输出电压；第三支路123，第三支路123分别与整流模块110与电压输出端VOUT连接；第三开关S3，三开关用于控制第三支路123的输出电压；其中，第一开关S1、第二开关S2与第三开关S3相互配合控制电压输出端VOUT的电流纹波值。

第一开关S1的一端与整流模块110连接，另一端与第一支路121连接，第二开关S2的一端与整流模块110连接，另一端与第二支路122连接，第三开关S3的一端与整流模块110连接，另一端与第三支路123连接。

工作时，第一开关S1首先开启，令第一支路121中有电流通过，此时第一支路121为主支路，当主支路运行目标时间后，第二开关S2开启，令第二支路122中有电流通过，当第二开关S2开启目标时间后，第三开关S3开启，令第三支路123中有电流通过，在一个工作周期内，第一支路121中的电流纹波从负向最大值开始工作，第二支路122中的电流纹波从正向改变至负向最大值后开始新一周期的循环，第三支路123中的电流纹波从正向增加至正向最大值后改变至负向最大值后开始新一周期的循环，第一开关S1、第二开关S2与第三开关S3在打开后持续相同的时间后关闭，再经过相同的时间打开，根据输出电压的不同，可以适当的调整第一开关S1、第二开关S2与第三开关S3打开的持续时间与间隔，在电路运行的过程中，第一支路121与第二支路122还有第三支路123所产生的正向电流纹波与负向电流纹波相互抵消，尽可能的减小了电路产生的电流纹波。

优选的，当升压部120只有一条支路或者两条支路时也能保持工作，参见图10，当升压部120只有一条支路时，升压部120将整流模块110的电流进行升压后直接输出，参见图11，图12，当升压部120有两条支路时，通过不同支路交错的导通模式，让两条支路所产生的电流纹波值相互抵消，提升了电路的输出效率。

每条支路分别通过一个开关进行控制，通过开启时间的不同让各个支路中的电流纹波初始方向不同，且各个支路中的电流纹波以相同工作周期发生改变，将输出端的电流纹波的振幅降至最低。

【第三实施例】

在一个具体的实施例中，升压部120还包括：第一电感L1，第一电感L1 设于第一支路121中，第一电感L1用于提升第一支路121的输入电压；第二电感L2，第二电感L2设于第二支路122中，第二电感L2用于提升第二支路 122的输入电压；第三电感L3，第三电感L3设于第三支路123中，第三电感 L3用于提升第三支路123的输入电压。

第一电感L1位于第一支路121中，第一电感L1的一端与整流模块110 连接，第二电感L2位于第一支路121中，第二电感L2的一端与整流模块110 连接，第三电感L3位于第一支路121中，第三电感L3的一端与整流模块110 连接，当只有第一开关S1打开时，经过整流模块110整流的电流完全流过第一支路121，经过第一电感L1后形成第一电流I_L1，当第一开关S1与第二开关S2开启，第三开关S3关闭时，部分电流进入第二支路122，流过第二电感L2后形成第三电流I_L3，当第一开关S1关闭时，第一电流I_L1的纹波值开始下降，此时第二电流I_L2与第三电流I_L3的纹波值均开始上升，当第二开关S2关闭时，第二电流I_L2的纹波值开始下降，此时整流模块110输出的电流全部进入第三支路123，第三电流I_L3的电流纹波开始上升，当第三电流I_L3的正向电流纹波值大于第一电流I_L1与第二电流I_L2的负向纹波值时，第一开关S1重新开启，进入下一个工作周期。

随着电流纹波的降低，电流传导的干扰更小，可以直接通过增加电压输入端VIN的输入电压来增大驱动频率，减小升压电感需要提升的压力，使功率因数校正电路100能够选用小型化电感，降低电路成本。

【第四实施例】

在一个具体的实施例中，升压部120还包括：第一二极管FRD1，第一二极管FRD1与第一电感L1串联；第二二极管FRD2，第二二极管FRD2与第二电感L2串联；第三二极管FRD3，第三二极管FRD3与第三电感L3串联；其中，第一二极管FRD1、第二二极管FRD2和第三二极管FRD3均为快恢复二极管。

第一二极管FRD1位于第一支路121中，且与第一电感L1串联，第二二极管FRD2位于第二第二支路122中，且与第二电感L2串联，第三二极管FRD3 位于第三电路中，且与第三电感L3串联，各个支路在经过电感升压之后，电压输出端VOUT的电压要高于整流模块110输出的电压，第一二极管FRD1 有效的防止了第一电流I_L1的逆流，第二二极管FRD2有效的防止了第二电流I_L2的逆流，第三二极管FRD3有效的防止了第三电流I_L3的逆流，当其中一个开关关闭时，另外两条支路中的电流会突然增大，此时开关关闭的那条支路中的容易发生电流逆流的情况，二极管的串联很好的避免了这种情况的发生。

优选的，第一二极管FRD1、第二二极管FRD2与第三二极管FRD3为快恢复二极管，在高频整流中能起到更好的效果。

每一条支路串联一个二极管的设置让每一条支路的电流在增大时不会发生逆流的情况，增加了电路的安全性。

【第五实施例】

参见图5，图6，在一个具体的实施例中，升压部120还包括：第四支路 124，第四支路124分别与第一支路121、第二支路122和第三支路123并联。第四支路124包括：第四电感L4；第四开关S4，第四开关S4与整流模块110 并联；第四二极管FRD4，第四二极管FRD4与第四电感L4串联，第四二极管FRD4为快恢复二极管。

升压部120的支路数量可以根据需要进行并联，第四支路124分别与第一支路121、第二支路122和第三支路123并联，第四支路124中包括第四开关S4，第四二极管FRD4与第四电感L4，在三条支路的工作模式下，当第三开关S3运行目标时间后，第四开关S4开始运行，第四开关S4开始工作时，第一开关S1、第二开关S2与第三开关S3均处于打开状态，此时第一电流I_L1、第二电流I_L2与第三电流I_L3均为正向电流纹波值，第四电流I_L4纹波值为负向，且数值为第一电流I_L1、第二电流I_L2与第三电流I_L3纹波值的和，在第四电流I_L4纹波值正向增大时，其他支路的电流纹波均处于下降状态，当第四电流I_L4纹波值增大至正向最大时，第四开关S4关闭，随后第四电流I_L4纹波值开始下降，下降至负向最大值时，第四开关S4开启，进入下一个工作周期。

参见图8，当升压部120有四条支路时，抵消率最高的三角波占空比为 50％，因此相应的调整输出电压，使三角波占空比的范围落入45％-55％之间，以此来达到最大的电流波纹抵消率，此时的输出电压为输入电压的1.8倍至 2.2倍。

优选的，当电路中只有两条支路时，抵消率最高的三角波占空比为50％，使三角波占空比的范围落入45％-55％之间，此时的输出电压为输入电压的1.8 倍至2.2倍。

通过并联支路让电流波纹的抵消率进一步的提升，也让放大电压的倍数得到了改变，让电路能够根据不同的放大电压选择并联不同数量的支路，增加了输出效率的同时也增加电路的实用性。

【第六实施例】

在一个具体的实施例中，第四开关S4包括：开关二极管S11；晶体管S12，晶体管S12与开关二极管S11并联，第一开关S1、第二开关S2、第三开关 S3与第四开关S4结构相同。

第四开关S4由开关二极管S11和晶体管S12并联而成，晶体管S12的一端与整流模块110连接，另一端与其中一条支路连接，需要说明的是，第一开关S1、第二开关S2与第三开关S3均含有相同的开关二极管S11与晶体管 S12。

整流模块110输出的电流能够经过开关二极管S11进入支路，当晶体管 S12断路时，开关二极管S11能够保证该支路继续工作。

优选的，晶体管S12可以是绝缘栅双极型晶体管。

通过晶体管S12与开关二极管S11并联的方式让整流模块110输出的电流在通过晶体管S12时更加稳定，也能避免晶体管S12断路时某条支路不进行工作，增加了电路的稳定性。

【第七实施例】

在一个具体的实施例中，校正电路还包括：输出电感C，输出电感C与整流模块110并联，输出电感C用于接收整流模块110整流后的直流电压。

输出电感C与输出端并联，输出电感C能够将升压部120输出的电流进行滤波，让电压输出端VOUT输出的电流更加稳定。

【第八实施例】

参见图13，本实用新型实施例还提供一种电子设备200，该电子设备200 中设有功率因数校正电路100，该功率因数校正电路100具有上述功率因数校正电路100全部技术特征，此处不再一一赘述。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种功率因数校正电路，其特征在于，所述校正电路包括：

电压输入端，所述电压输入端用于输入交流电压；

整流模块，所述整流模块与所述电压输入端连接，所述整流模块将所述交流电压转换为直流电压；

升压部，所述升压部与所述整流模块串联；

电压输出端，所述电压输出端与所述升压部连接；

其中，所述升压部至少有三个支路，每个所述支路之间相互并联。

2.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述升压部包括：

第一支路，所述第一支路分别与所述整流模块与所述电压输出端连接；

第一开关，所述第一开关用于控制所述第一支路的输出电压；

第二支路，所述第二支路分别与所述整流模块与所述电压输出端连接；

第二开关，所述第二开关用于控制所述第二支路的输出电压；

第三支路，所述第三支路分别与所述整流模块与所述电压输出端连接；

第三开关，所述三开关用于控制所述第三支路的输出电压；

其中，所述第一开关、所述第二开关与所述第三开关相互配合控制所述电压输出端的电流纹波值。

3.根据权利要求2所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述升压部还包括：

第一电感，所述第一电感设于所述第一支路中，所述第一电感用于提升第一支路的输入电压；

第二电感，所述第二电感设于所述第二支路中，所述第二电感用于提升第二支路的输入电压；

第三电感，所述第三电感设于所述第三支路中，所述第三电感用于提升第三支路的输入电压。

4.根据权利要求3所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述升压部还包括：

第一二极管，所述第一二极管与所述第一电感串联；

第二二极管，所述第二二极管与所述第二电感串联；

第三二极管，所述第三二极管与所述第三电感串联；

其中，所述第一二极管、所述第二二极管和所述第三二极管均为快恢复二极管。

5.根据权利要求4所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述升压部还包括：

第四支路，所述第四支路分别与所述第一支路、第二支路和第三支路并联。

6.根据权利要求5所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述第四支路包括：

第四电感；

第四开关，所述第四开关与所述整流模块并联；

第四二极管，所述第四二极管与所述第四电感串联，所述第四二极管为快恢复二极管。

7.根据权利要求6所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述第四开关包括：

开关二极管；

晶体管，所述晶体管与所述开关二极管并联。

8.根据权利要求7所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关与所述第四开关结构相同。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述校正电路还包括：

输出电感，所述输出电感与所述整流模块并联，所述输出电感用于接收所述整流模块整流后的直流电压。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备中包含如权利要求1至9中任意一项所述的功率因数校正电路。

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