CN2762417Y

CN2762417Y - 智能化功率因数校正控制电路

Info

Publication number: CN2762417Y
Application number: CN 200420119120
Authority: CN
Inventors: 邱海陵; 刘明霖
Original assignee: Shanghai Ruchuang Electronic Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Ruchuang Electronic Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2004-12-30
Filing date: 2004-12-30
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2014-12-30

Abstract

本实用新型涉及一种智能化功率因数校正控制电路。由包括校正电路、启停电路、软启电路、检压电路和检流电路组成的功率因素校正模块和外控电路，构成所述控制电路的弱电部分，功率电路为强电部分，它们采用一个共同的参考地N2，构成了一个低成本的热地系统。本实用新型可适用于各种单相交流电网供电变频传动电器，如变频家用电器等使用，不仅能够满足变频电器的宽输出功率范围0.5KW～4.0KW和宽输入电压范围90VAC～270VAC工作要求，而且满足3C认证关于电磁兼容性的要求。具有结构简单、成本低廉、功能完善、校正优秀、电磁兼容性良好、通用性强、支持大功率等优点。

Description

智能化功率因数校正控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种单相电网供电的控制电路，且更具体地涉及一种智能化功率因数校正控制电路。

背景技术

在现有技术的单相电网供电过程中，谐波电流污染较为严重，尤其是根据国家质量监督部门对家用电器领域实行3C认证的新规定，满足电磁兼容性认证的一个重要方面，就是要求变频家用电器向电网注入的谐波电流次数与含量满足规定的标准。由此，必须在原有的功率电路中增加无源、或部分有源、或完全有源的功率因数校正环节。但前两种方法的校正性能较差，后一种校正方法的附加成本太高。为此，有必要设计一种兼顾校正性能优秀、但附加成本最低的有源功率因数校正方案，以便满足日益不断增长的社会需求。

发明内容

本实用新型的目的是在于，提供一种可适用于各种单相交流电网供电变频传动电器用有源的智能化功率因数校正控制电路。

本实用新型是通过下述构思来加以实现的：由包括校正电路、启停电路、软启电路、检压电路和检流电路组成的功率因素校正模块和外控电路，构成所述控制电路的弱电部分，功率电路为强电部分，它们采用一个共同的参考地N2，构成了一个低成本的热地系统。其中：

校正电路是基于功率因素校正专用控制芯片以及外围电路，设计一套满足变频电器校正电路的外围参数，主要采用连续电流工作模式与平均电流采样方式的工作原理，调制的开关频率选择54kHz～68kHz。当启动电路发送来启动电平后，在接受功率电路、检压电路提供的交流电流参考波形、电压反馈信号、过流信号、过压信号基础上，校正芯片经过片内运算产生一个最终的驱动信号，送入功率电路。同时校正电路还负责过流故障时自动关闭脉冲宽度调制驱动信号。

启停电路负责接收来自外控电路的启停信号，负责启动和停止校正电路的工作。

软启电路由充电环节和放电环节组成，通过电解电容的缓慢充电使得输出电压相应缓慢增加，实现软启动。

检压电路通过特殊的电阻阻值配置，使得空载输出电压在365～370VDC之间，过压保护限值定在285～390VDC之间，并将分压电压传送至校正电路。

检流电路由差动放大电路、比例放大电路和限幅电路组成，负责检测功率电路中的电流状态，并将有关信息传递至外控电路中进一步处理。

外控电路由微控制器及其外围器件组成，根据整个变频电器工况的需要，负责在条件满足时发送启停信号和接收检流电路发送来的电流状态，并判断是否出现过流状态。并且将功率电路中功率电感的电流检测进入控制器内部，作为判断过流或降频的依据。

功率电路由整流桥、功率开关、分流电阻与直流滤波环节组成。

本实用新型所提供的智能化功率因数校正控制电路，由于所述校正电路中调制的开关频率选择54kHz～68kHz，不仅能够满足变频电器的宽输出功率范围0.5kW～4.0KW和宽输入电压范围90VAC～270VAC工作要求，而且满足3C认证关于电磁兼容性的要求。所述软启电路的缓慢充电使得输出电压相应缓慢增加，可实现软启动。所述检压电路特殊的电阻阻值配置，使得空载输出电压在365～370VDC之间，过压保护限值定在285～390VDC之间，由此实现电压调节和过压保护。所述控制电路在条件满足时发送启停信号和接收检流电路发送来的电流状态，作为判断过流或降频的依据。所述功率电路，由于功率开关全电源周期工作，可以充分开关的容量；又因功率电感采用功率铁氧体作为磁芯，大大降低了磁芯成本；另电感电流检测采用分流电阻方式，可以降低成本；功率二极管选择反向快速软恢复型，可减少损耗。从而使本实用新型可以适用于各种单相交流电网供电的变频传动电器，如变频家用电器等，具有结构简单、成本低廉、功能完善、校正优秀、电磁兼容性良好、通用性强、支持大功率等优点。

附图说明

图1为本实用新型的方框图。

图2为本实用新型的电原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型加以进一步描述，从而使本发明的细节、特点、目的和优点更加明确，但并不限制本实用新型的范围。

现结合附图来说明本实用新型实施例的构造：如附图1、2所示，一种智能化功率因数校正控制电路，由包括校正电路2、检压电路3、检流电路4、软启电路5、启停电路6构成的功率因素校正模块，以及外控电路7和功率电路1所组成，所有电路采用一个共同的参考地N2。其中：

校正电路2中校正芯片201，在本实施例中采用功率因数校正专用控制芯片L4981B，它的电源引脚15端与启停电路6中电阻61和63的公共端相连，电阻214和215的公共端与功率电路1中的负极N1端相连，电阻202、208和210的公共端与功率电路1中的正极P1端相连。

启停电路6中电阻66和三极管65基极的公共端与外控电路7中的启停引脚EN端相连。

软启电路5中电阻51和二极管52阳极的公共端与校正电路2中校正芯片201的软启动引脚12端相连。

检压电路3由串联电阻31、32、33、34和35、36、37、38并接于功率电路1中的输出端P2和地N2之间组成。通过特殊的电阻阻值配置，使得本实施例的空载输出电压在365～370VDC之间，过压保护限值定在285～390VDC之间。所述电阻32和33的公共端与校正电路2中校正芯片201的过压检测引脚3端相连，获得过压信号，来实现过压保护。所述电阻36和37的公共端则与电压反馈引脚14端相连，获得调压信号，来实现电压调节。

检流电路4中电阻403的一端与功率电路1中负极N1端相连，稳压二极管413的阴极与外控电路7中的模数转换引脚AD端相连。

本实施例不仅改善了变频电器的工况和性能，而且满足3C认证电磁兼容性要求，具有性价比高、结构简单、快速可靠的优点，具体表现为：(1)传统的功率电路1不仅可以实现变频电器的有源功率因数校正，而且能够充分利用开关容量，能够有效地控制功率电路的成本；(2)校正电路2具有开关频率调制能力，能够适应宽输入电压与宽输出功率的需求，能够降低电磁兼容性强度；(3)启停电路6具有简单和新颖的特点，能够可靠地启动与停止校正电路2；(4)软启电路5同样具有简单和新颖的特点，能够实现软启停和软停车能力；(5)检压电路3通过专门的电阻配置，使得空载输出电压、过压保护限值设计合理。

所述校正电路2中校正芯片201主要采用连续电流工作模式与平均电流采样方式的工作原理，并采用调制开关频率54kHz～68kHz，不仅能够满足变频电器的宽输出功率范围0.5kW～4.0KW和宽输入电压范围90VAC～270VAC工作要求，而且满足3C认证关于电磁兼容性的要求。其中：

信号地引脚10端与电源地引脚1端均与N1端相连，电源引脚19端接+15VDC，电源地引脚1端和电源引脚19端间并接由电容220和电解电容221组成的电源环节，电源欠压检测引脚15端与启停电路6相接。

有效值环节由电阻202、203、204、207和电容205、206组成，其电阻202、203、204和207依次串接，电容206与电阻207并联，电容205则与电阻204和电容206组成的串联电路并联，电容205、206和电阻207的公共端接地N2，电阻204、207和电容206的公共端接引脚7端。另引脚4端依次串接由电阻209和208组成的交流输入环节。引脚16端依次串接电阻211和210组成的同步环节。而电阻202、208和210的公共端则与正极P1端相连。

引脚20端通过由电阻217和二极管216并联组成的驱动环节后，与功率电路1中的三极管13的基极相接。

过流检测环节由电阻215、214、213与电容212组成，引脚8端依次与电阻215、214、213、电容212和地串接，电阻215和214的公共端接地N1，电阻214和213的公共端与引脚2端相接，电阻213和电容212的公共端与引脚6和11端相接。

振荡环节由电阻225和电容226组成，引脚17端接电阻225，引脚18端接电容226，电阻225和电容226的公共端接地N1。

电流调节环节由电阻223、224与电容222组成，引脚5端依次与电容222、电阻223、224和地N1串接，电阻223和224的公共端与引脚9端相接。

电压反馈环节由电阻218与电容219并联组成，并接于引脚13和14端间

其工作原理为：如果启动电路6发送来启动信号，使校正芯片201的引脚15端获得启动电平后，在接受功率电路1、检压电路3提供的交流电流参考波形、电压反馈信号、过流信号、过压信号基础上，校正芯片201经过片内运算产生一个最终的驱动信号，送入功率电路1中驱动功率器件，即功率开关管13。同时校正电路2还负责过流故障时自动关闭脉冲宽度调制驱动信号，而且+15VDC电源欠压与输出直流电压过压时迫使校正芯片201的引脚12端处于低电平状态。

本实施例的校正电路2设计了一套满足变频电器校正电路的外围参数，调制的开关频率选择54kHz～68kHz，不仅能够满足变频电器的宽输出功率范围0.5kW～4.0KW和宽输入电压范围90VAC～270VAC工作要求，而且满足3C认证关于电磁兼容性的要求。

所述启停电路6，由包括分压环节和三极管网络组成。负责接收来自外控电路7启停引脚EN端的启停信号，负责启动和停止校正电路2的工作。其中：

分压环节由电阻61和63串接组成。所述电阻61的另一端接+15VDC电源，电阻63的另一端则连接地N2。

三极管网络由电阻62和66、三极管64和65组成。所述电阻62的一端接+15VDC电源，另一端与三极管64的基极和三极管65的集电极相接。所述电阻66的一端与三极管64和65的发射极共接地N2，另一端与三极管65的基极相接。所述三极管64的集电极则与电阻61和63的公共端相接。

其工作原理为：当外控电路7的EN端发送功率因数校正启动信号高电平后，三极管65导通，三极管64截止，校正芯片201的引脚15端获得大于1.28VDC的启动电平，校正电路2开始工作，功率因数校正系统开始工作。当外控电路7的EN端发送功率因数校正停止信号低电平后，三极管65截止，三极管64导通，校正芯片201的引脚15端获得小于1.28VDC的停止电平，校正电路2停止开始工作，功率因数校正系统停止工作。

所述软启电路5，由包括充电环节和放电环节组成，其通过电解电容的缓慢充电使得输出电压相应缓慢增加，实现软启动。其中：

充电环节由校正电路2中校正芯片201的引脚12端与地N2间依次串接二极管52和电解电容53组成。

放电环节由校正电路2中校正芯片201的引脚12端与地N2间依次串接电阻51和电解电容53组成。

其工作原理为：当校正芯片201开始工作时，通过充电环节的端电压在校正芯片201内部电流源的充电下线性增加，直到最大值，这样输出的脉冲占空比随着电解电容53端电压的增加而增加，输出的直流电压也随着电解电容53端电压的增加而增加，直到设定的额定值，从而实现软启动。当校正芯片201停止工作时，通过放电环节的端电压在电流源的充电下线性下降，直到为零，这样输出的直流电压也随着电解电容53端电压的下降而下降，直到自然整流值。

所述检流电路4包括由差动放大电路、比例放大电路和限幅电路组成，负责检测功率电路1中的电流状态，并将有关信息传递至外控电路7，供进一步处理。其中：

差动放大电路由电阻401、402、403、405，电容406和功率放大器404组成，所述电阻401和402并联后一端与功率放大器404的同相输入端3相连，另一端接地N2，所述电阻403的一端与功率放大器404的反相输入端2相连，另一端接地N1，所述电阻405和电容406并接于功率放大器404的反相输入端2和输出端1之间。

比例放大电路由电阻407、408、410和功率放大器409组成，所述电阻407串接于功率放大器404的输出端1和功率放大器409的同相输入端5相连，所述电阻408串接于功率放大器409的反相输入端6和地N2端之间，所述电阻410串接于串接于功率放大器409的反相输入端6和输出端7之间。

分压限幅电路由电阻411、412和稳压二极管413组成，所述电阻412和稳压二极管413的并联电路的一端接地，另一端与电阻411相连，所述电阻411的另一端则与功率放大器409的输出端7相连。

其工作原理为：差放滤波电路对功率电路2的电感电流进行差动放大和滤波，得到一个近似正弦波形的电压信号，比例放大电路将该电压信号进行放大，分压限幅电路对放大后的电压信号进行分压和限幅，确保最终输出的电压幅值小于5.0VDC。

组成功率电路1的功率电感11的一端与电源输入端P1相接，另一端分别与功率开关管13的漏极和电容14、二极管15并联电路的一端相接，上述并联电路的另一端与电容18、19和输出端P2相接。所述功率开关管13的门极与稳压二极管16和电阻17的一端相接。另设电阻12的一端与电源输入端N1相接，另一端与功率开关管13的源极、稳压二极管16、电阻17、电容18、19的另一端和输出端N2相接。

本实施例所述的功率电路1，由于功率开关管13全电源周期工作，可以充分开关的容量。功率电感11采用功率铁氧体作为磁芯，大大降低了磁芯成本；电感电流检测仍然采用分流电阻12方式，可以降低成本；为了减少损耗，功率二极管15选择反向快速软恢复型。

其工作原理为：在交流电源的负正半周时，接收来自校正电路2的驱动信号作用在功率开关管13的门极后，功率开关管13导通，交流电源在功率电感11的作用下短路，功率电感11的电流上升，储存电能。功率开关管13关断时，功率电感11感应高压，将部分存储的能量通过功率二极管15释放到储能电路中。如此反复进行，在储能电路中获得一个纹波电压满足要求的直流电压，供变频电路使用，而变频电路在外控电路7的控制下，产生三相脉冲宽度调制线电压供感应电动机旋转使用，驱动负载压缩机工作。同时使电源电路的输入电流波形为正弦波形，而且与输入电压同步，实现接近于1的功率因数。

Claims

1.一种智能化功率因数校正控制电路，包括由功率因素校正模块、外控电路(7)、功率电路(1)组成，其特征在于：所述功率因素校正模块由包括校正电路(2)、检压电路(3)、检流电路(4)、软启电路(5)、启停电路(6)组成，电路采用一个共同的参考地N2，其连接关系为，

校正电路(2)中校正芯片(201)的电源引脚15端与启停电路(6)中电阻(61)和(63)的公共端相连，电阻(214)和(215)的公共端与功率电路(1)中的负极N1端相连，电阻(202)、(208)和(210)的公共端与功率电路(1)中的正极P1端相连；

启停电路(6)中电阻(66)和三极管(65)基极的公共端与外控电路(7)中的启停引脚EN端相连；

软启电路(5)中电阻(51)和二极管(52)阳极的公共端与校正电路(2)中校正芯片(201)的软启动引脚12端相连；

检压电路(3)由串联电阻(31)、(32)、(33)、(34)和(35)、(36)、(37)、(38)并接于功率电路(1)中的输出端P2和地N2之间组成，所述电阻(32)和(33)的公共端与校正电路(2)中校正芯片(201)的过压检测引脚3端相连，所述电阻(36)和(37)的公共端则与电压反馈引脚14端相连；

检流电路(4)中电阻(403)的一端与功率电路(1)中负极N1端相连，稳压二极管(413)的阴极与外控电路(7)中的模数转换引脚AD端相连。

2.按权利要求1所述的智能化功率因数校正控制电路，其特征在于：所述校正电路(2)中校正芯片(201)的，

信号地引脚10端与电源地引脚1端均与N1端相连，电源引脚19端接+15VDC，电源地引脚1端和电源引脚19端间并接电容(220)和电解电容(221)，电源欠压检测引脚15端与启停电路(6)相接；

电阻(202)、(203)、(204)和(207)依次串接，电容(206)与电阻(207)并联，电容(205)则与电阻(204)和电容(206)组成的串联电路并联，电容(205)、(206)和电阻(207)的公共端接地N2，电阻(204)、(207)和电容(206)的公共端接引脚7端，另引脚4端依次串接电阻(209)和(208)、引脚16端依次串接电阻(211)和(210)，电阻(202)、(208)和(210)的公共端则与正极P1端相连；

引脚20端通过由电阻(217)和二极管(216)组成的并联电路后，与功率电路(1)中的三极管(13)的基极相接；

引脚8端依次与电阻(215)、(214)、(213)、电容(212)和地串接，电阻(215)和(214)的公共端接地N1，电阻(214)和(213)的公共端与引脚2端相接，电阻(213)和电容(212)的公共端与引脚6和11端相接；

引脚17端接电阻(225)，引脚18端接电容(226)，电阻(225)和电容(226)的公共端接地N1；

引脚5端依次与电容(222)、电阻(223)、(224)和地N1串接，电阻(223)和(224)的公共端与引脚9端相接；

引脚13和14端间并接电阻(218)和电容(219)。

3.按权利要求2所述的智能化功率因数校正控制电路，其特征在于：所述启停电路(6)，由包括分压环节和三极管网络组成，其中，

分压环节由电阻(61)和(63)串接组成，所述电阻(61)的另一端接+15VDC电源，所述电阻(63)的另一端连接地N2；

三极管网络由电阻(62)和(66)、三极管(64)和(65)组成，所述电阻(62)的一端接+15VDC电源，另一端与三极管(64)的基极和三极管(65)的集电极相接，所述电阻(66)的一端与三极管(64)和(65)的发射极共接地N2，另一端与三极管(65)的基极相接，所述三极管(64)的集电极则与电阻(61)和(63)的公共端相接。

4.按权利要求3所述的智能化功率因数校正控制电路，其特征在于：所述软启电路(5)，由包括充电环节和放电环节组成，其中，

充电环节由校正电路(2)中校正芯片(201)的引脚12端与地N2间依次串接二极管(52)和电解电容(53)组成；

放电环节由校正电路(2)中校正芯片(201)的引脚12端与地N2间依次串接电阻(51)和电解电容(53)组成。

5.按权利要求4所述的智能化功率因数校正控制电路，其特征在于：所述检流电路(4)包括由差动放大电路、比例放大电路和限幅电路组成，其中，

差动放大电路由电阻(401)、(402)、(403)、(405)，电容(406)和功率放大器(404)组成，所述电阻(401)和(402)并联后一端与功率放大器(404)的同相输入端3相连，另一端接地N2，所述电阻(403)的一端与功率放大器(404)的反相输入端2相连，另一端接地N1，所述电阻(405)和电容(406)并接于功率放大器(404)的反相输入端2和输出端1之间；

比例放大电路由电阻(407)、(408)、(410)和功率放大器(409)组成，所述电阻(407)串接于功率放大器(404)的输出端1和功率放大器(409)的同相输入端5相连，所述电阻(408)串接于功率放大器(409)的反相输入端6和地N2端之间，所述电阻(410)串接于串接于功率放大器(409)的反相输入端6和输出端7之间；

分压限幅电路由电阻(411)、(412)和稳压二极管(413)组成，所述电阻(412)和稳压二极管(413)的并联电路的一端接地，另一端与电阻(411)相连，所述电阻(411)的另一端则与功率放大器(409)的输出端7相连。

6.按权利要求5所述的智能化功率因数校正控制电路，其特征在于：组成功率电路(1)的升压电感(11)的一端与电源输入端P1相接，另一端分别与功率开关管(13)的漏极和电容(14)、二极管(15)并联电路的一端相接，上述并联电路的另一端与电容(18)、(19)和输出端P2相接，所述功率开关管(13)的门极与稳压二极管(16)和电阻(17)的一端相接，另设电阻(12)的一端与电源输入端N1相接，另一端与功率开关管(13)的源极、稳压二极管(16)、电阻(17)、电容(18)、(19)的另一端和输出端N2相接。