CN2595063Y - 低成本有源功率因数校正器 - Google Patents

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CN2595063Y CN 03201966 CN03201966U CN2595063Y CN 2595063 Y CN2595063 Y CN 2595063Y CN 03201966 CN03201966 CN 03201966 CN 03201966 U CN03201966 U CN 03201966U CN 2595063 Y CN2595063 Y CN 2595063Y
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李善根
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Abstract

一种有源功率因数校正器，包括PWM控制器(1)、功率器件M、高频电抗器L、超快恢复二极管D、电流取样电阻R1、电压取样电阻R2、R3等，其特征是功率器件M分别与PWM控制器(1)、电流取样电阻R1、高频电抗器L、超快恢复二极管D相连接，通过控制功率器件M的导通与截止，高频电抗器L能在输入交流电全周期内吸取输入电流，并跟踪输入电压以正弦律变化，使输入功率因数高达0.98至0.997，电流谐波满足“3C“强制认证要求，达到有源功率因数校正的目的。主要用作变频空调、电磁炉、微波炉、大屏幕电视、家用音响(功放)、电动自行车充电器、家用电脑及各种高频开关电源等电器的输入功率因数校正。

Description

低成本有源功率因数校正器
本实用新型涉及电器功率因数校正，主要用作变频空调、电磁炉、微波炉、大屏幕电视、家用音响(功放)、电动自行车充电器、家用电脑及各种高频开关电源等电器的输入功率因数校正。
在现有技术中的有源功率因数校正器，一般都通过输入电压和输出电压等采样信号按比例相乘后再与电流采样信号进行比较并控制功率器件的导通与截止，由于乘法器等电路比较复杂，故这类专用控制集成电路价格比较昂贵；同时其电流采样来自总回路电流和输出电压较高，为满足可靠性要求，必须采用电流容限较大的功率器件和较大的高频电感，外围电路也相对复杂，从而使产品成本提高。这些，造成了现有有源功率因数校正技术难以在民用电器产品上推广应用，成为许多中、大功率的家电产品既要达到国家“3C“强制认证要求，又要不失市场竞争力的一大难题。
本实用新型就是针对上述有源功率因数校正器的不足，而提供一种成本低、可靠性高，能广泛应用在中、大功率家用电器产品上的有源功率因数校正电路。
通过以下方法和构思来实现本实用新型的上述目的：
该有源功率因数校正器，包括PWM控制器、功率器件、高频电抗器、超快恢复二极管、电流取样电阻、电压取样电阻、整流桥、输入滤波与电流缓冲电路等，其特征是功率器件的发射(源)极与电源公共负极之间接有电流取样电阻，电流取样信号从该电阻上取出并直接送至PWM控制器，PWM控制器根据该电流取样信号和输出电压采样信号进行处理后按一定的占空比控制功率器件的导通与截止；功率器件的集电(漏)极与输入整流桥正端之间接有高频电抗器，与输出端之间接有超快恢复二极管；当功率器件导通时，输入电压经输入滤波缓冲电路和整流桥、功率器件加在高频电抗器两端，高频电抗器内就有电流产生，该电流与输入电压和功率器件导通时间成正比；当功率器件截止时，高频电抗器内电流不能中断，就经超快恢复二极管流向输出电容和负载；通过功率器件导通与截止的占空比控制，使高频电抗器能从输入交流电全周期内吸取输入电流，并使输入电流值跟踪输入电压的正弦律变化而变化，从而使输入功率因数可高达0.98至0.997，1-50次电流谐波满足“3C“强制认证要求，达到有源功率因数校正的目的。
本实用新型的优点在于能使用最普通的PWM控制芯片、功率容限较小的功率器件、较小尺寸的高频电抗器和使用较少的外围电路元件，能以较低廉的材料成本和开发成本实现有源功率因数校正；且由电流取样特点使在每一导通脉冲内都能实现最大电流限制，能确保功率器件不会产生瞬间过电流而损坏，同时PWM控制芯片的工艺技术非常成熟，所以产品具有很高的可靠性。因此，这种有源功率因数校正器是一种低成本、高可靠性和最适用于家用电器或其他电器上使用的环保产品。
附图分别给出该实用新型的电路原理图，下面结合附图进一步说明如下：
附图是本实用新型的结构原理图，包括PWM控制器1、功率器件M、取样电阻R1、R2、R3、高频电抗器L、超快恢复二极管D、整流桥B、输入滤波缓冲电路2、输入电容C、输出电容E等。功率器件M的发射(源)极与电流取样电阻R1和PWM控制器相连接，电流取样电阻R1的另一端与公共线N相接；PWM控制器1的地与公共端N相接(共地)，电压取样端接自电压取样电阻R2-R3节点，控制端连至功率器件M的栅极并对其实施控制；功率器件M的集电(漏)极与高频电抗器L和超快恢复二极管D的正端相连接，高频电抗器L的另一端与整流桥正端连接，超快恢复二极管D的负端与输出电容正端和输出P端相连；在输出P端与公共N线之间接有输出电容E和电压取样电阻R2、R3，从R2、R3的中间接点取出的取样电压送至PWM控制1；整流桥B的正端与高频电抗器L相接，负端与公共N线相接，它们之间接有输入电容C；整流桥的两交流输入端与输入滤波缓冲电路2相接。
从电网输入的交流电经输入滤波缓冲电路2送至整流桥B，由整流桥B将交流电整流成脉动的直流电，该直流电仍以正半周正弦律脉动变化；PWM控制器1根据输出电压值和R1上的电流取样值，产生占空比相对恒定的控制驱动信号，使功率器件M也以相对恒定的占空比导通或截止，该导通截止的变化频率是输入脉动频率100Hz的数百倍；在功率器件M导通期间，脉动的直流电压加在高频电抗器L的两端，高频电抗器器L内就会产生电流，该电流方向是从整流器B的正端流向功率器件M的集电(漏)极，电流的大小只与输入电压的瞬时值和功率器件M的导通时间成正比，与电抗器的电感量成反比，在功率器件M每一周期内导通时间相对恒定和电抗器L的电感量不变时，若输入电压瞬时值呈正弦律变化，高频电抗器L内流动的电流大小就按正弦律变化，即输入电流就能很好地跟踪输入电压，达到功率因数校正的目的；当功率器件截止时，由于高频电抗器L的电流不能突变，该后续电流通过超快恢复二极管D流向输出电容E，对输出电容C进行充电和负载供电。输出电容E的作用是在功率器件M导通期间能继续给负载供电，由于超快恢复二极管D的反向阻隔作用，输出电容E上的电压不会加至功率器件M的集电(漏)极上；输入滤波缓冲电路2和输入电容C的作用主要是滤除功率器件M在通断过程中所产生的干扰脉冲，以免对输入电网产生干扰，此外，缓冲电路能避免开机瞬间输出电容E上无电压时，输入电压经整流桥B、高频电抗器L和超快恢复二极管D给输出电容C快速充电时所产生的特大电流。电流取样电阻R1一方面给PWM控制器1提供流过功率器件M的斜波电流波形，另一方面当该电流信号幅值达到某一数值时，PWM控制器1就会立即关断功率器件M，保护功率器件M不会过电流而损坏，因此，该电路具有很高的可靠性。
说明书摘要附图与说明书附图相同。

Claims (2)

1.一种低成本有源功率因数校正器，包括PWM控制器(1)、功率器件M、高频电抗器L、超快恢复二极管D、电流取样电阻R1、电压取样电阻R2和R3、整流桥B、输入滤波与电流缓冲电路(2)等，其特征是在功率器件M的发射(源)极与公共N线之间接有电流取样电阻R1，从电阻R1与功率器件M之间的接点上取出电流取样信号并直接送至PWM控制器(1)；PWM控制器(1)根据该电流取样信号和从电压取样电阻R2、R3上取出的输出电压信号进行处理后送至功率器件M的栅极，控制功率器件导通或截止；在功率器件集电(漏)极与整流桥B的正端之间接有高频电抗器L，功率器件集电(漏)极与输出P端之间接有超快恢复二极管D。
2.根据权利要求1所述的有源功率因数校正器，其特征还在于所述的PWM控制器(1)是一种普通低价的PWM控制器，如UC3844/45及类似芯片，而不是专用有源功率因数控制芯片，如UC3854/55及类似芯片。
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