CN104811028A - 功率因数校正电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种功率因数校正电路，包括：开关组件，所述开关组件包括多个开关器件，所述多个开关器件并联连接；采样电路，采集所述功率因数校正电路中的电流参数信息和电压参数信息；控制器，连接至所述采样电路，并分别连接至所述多个开关器件的控制端，根据所述电压参数信息和所述电流参数信息分别向所述多个开关器件发送控制信号，以使所述多个开关器件交替工作。通过本发明的技术方案，大大的减少了单个开关器件的开关频率，从而大大的降低了开关器件的温升，提高开关器件的可靠性。

Description

功率因数校正电路
技术领域
本发明涉及功率因数校正技术领域，具体而言，涉及一种功率因数校正电路。
背景技术
为了减少用电设备所产生的电流谐波和无功功率对电网的污染，我国颁布了限制用电设备电流谐波的国家标准，用电设备只有符合相应谐波标准才能进入市场。为使用电设备满足谐波标准，需对其进行功率因数校正(Power Factor Correction，PFC)。
为提高电器的功率因数并降低电流谐波，有的公司提出了一种在交流侧进行斩波的功率因数校正器，该校正器通过检测电压过零点，并在每次检测到过零点后进行若干次升压开关动作，达到增大电流导通角与减小输入电流谐波的目的。由于该功率校正器开关频率较低，需要较大的电感，因此成本较高，此外，其电流谐波抑制效果较差。还有的公司提出了一种快速开关的功率因数校正器，该校正器采用平均电流算法实现IGBT的快速开关控制，具有良好的功率因数校正与电流谐波抑制效果，但由于该校正器开关器件的动作频率较高，因此开关损耗较大，开关器件温升较高。
因此，如何更好的提高电器的功率因数和降低电流谐波，成为目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出了一种功率因数校正电路。
为实现上述目的，本发明的第一方面的实施例提出了一种功率因数校正电路，包括：开关组件，所述开关组件包括多个开关器件，所述多个开关器件并联连接；采样电路，采集所述功率因数校正电路中的电流参数信息和电压参数信息；控制器，连接至所述采样电路，并分别连接至所述多个开关器件的控制端，根据所述电压参数信息和所述电流参数信息分别向所述多个开关器件发送控制信号，以使所述多个开关器件交替工作。
根据本发明的实施例的功率因数校正电路，通过多个并联连接的开关器件交替工作，大大的减少了单个开关器件的开关频率，从而大大的降低了开关器件的温升，并且该功率因数校正电路具有良好的功率因数校正效果和电流谐波抑制效果。
另外，根据本发明上述实施例的功率因数校正电路，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，控制器包括：计算单元，根据所述电压参数信息和电流参数信息计算出总控制信号的占空比；统计单元，统计所述多个开关器件的个数，根据所述个数确定每个开关器件的控制信号的占空比，其中，每个控制信号的占空比等于总控制信号的占空比除以个数；第一信号生成单元，根据所述个数，生成与每个所述开关器件对应的锯齿波信号；第二信号生成单元，根据每个所述开关器件的控制信号的占空比和对应的锯齿波信号生成每个所述开关器件的控制信号，以通过所述控制信号控制所述开关器件。
根据本发明的实施例的功率因数校正电路，将控制信号的总占空比平均分给多个开关器件（比如是N个开关器件），并为每个开关器件分配对应的锯齿波信号（各锯齿波信号之间互差T/N），这样，根据各开关器件的控制信号的占空比和锯齿波信号向各开关器件发送不同的控制信号，以控制各个开关器件交替导通。
比如，开关组件为两个开关器件，则根据电路中的电压和电流参数可以计算出控制信号总的占空比d，并把总的占空比d平均分给每个开关器件（即每个开关器件的控制信号的占空比为d/2），这样，每个开关器件的控制信号的占空比只有总占空比的一半，而对于两个开关器件对应的锯齿波，两个锯齿波的输出互差T/2，而根据占空比和锯齿波输出的控制信号也相差T/2，并且占空比相等，这样，就能较好的实现两路开关器件的电流平衡，并且每个开关器件的开关周期只有T/2，为单个开关器件载波周期的一半，因此，输入电流谐波的抑制效果得以加强。
根据本发明的一个实施例，所述第二信号生成单元生成每个所述开关器件的控制信号的过程，包括：计算出每个开关器件的控制信号的占空比与锯齿波信号的幅值的差值，根据所述差值的大小生成所述控制信号。
根据本发明的实施例的功率因数校正电路，计算出每个开关器件的控制信号的占空比和锯齿波信号幅值的差值，根据差值生成控制信号，如在两者的差值大于0时，输出高电平信号，在两者的差值小于0时，输出低电平信号，从而通过一定的控制规律实现对开关器件的控制。
根据本发明的一个实施例，还包括：电感，连接至所述多个开关器件的一端，所述多个开关器件的另一端接地；二极管，所述二极管的正极连接至所述电感。
根据本发明的实施例的功率因数校正电路，通过开关组件、电感以及二极管等形成的升压电路，以及开关组件中各个开关器件的动作，将达到功率因数校正和输入电流谐波抑制的效果。
根据本发明的一个实施例，还包括：整流电路，连接至交流电源，用于对所述交流电源输入的交流电进行整流处理，以得到直流电，并将所述直流电提供给所述电感。
根据本发明的一个实施例，还包括：滤波电路，所述滤波电路包括滤波电容，所述滤波电容连接在所述二极管的负极和地之间。
根据本发明的一个实施例，所述电压参数信息包括：所述整流电路输出直流电的电压参数以及直流母线电压参数，所述电流参数信息包括：所述开关器件中的电流参数。
根据本发明的一个实施例，所述多个开关器件中的每个开关器件上并联有一个二极管。
在每个开关器件上并联一个二极管，这样，可以对开关器件进行保护，防止开关器件的损坏。
根据本发明的一个实施例，所述开关组件包括第一开关器件和第二开关器件。
优选地，开关组件可以采用两个开关器件，两个开关器件并联连接，并且交替导通，这样，既可以降低开关器件的温升，又可以减少开关器件的损耗。
根据本发明的一个实施例，所述开关器件包括三极管。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的功率因数校正电路的结构示意图；
图2示出了根据本发明的实施例的占空比计算的流程图；
图3示出了根据本发明的实施例的占空比与开关控制信号的示意图；
图4示出了根据本发明的实施例的功率因数校正电路的输入电流与输入电压的波形示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
图1示出了根据本发明的实施例的功率因数校正电路的结构示意图。
如图1所示，根据本发明的实施例的功率因数校正电路100，包括：开关组件102，所述开关组件包括多个开关器件，所述多个开关器件并联连接；采样电路104，采集所述功率因数校正电路中的电流参数信息和电压参数信息；控制器106，连接至所述采样电路104，并分别连接至所述多个开关器件的控制端，根据所述电压参数信息和所述电流参数信息分别向所述多个开关器件发送控制信号，以使所述多个开关器件交替工作。
根据本发明的实施例的功率因数校正电路，通过多个并联连接的开关器件交替工作，大大的减少了单个开关器件的开关频率，从而大大的降低了开关器件的温升，并且该功率因数校正电路具有良好的功率因数校正效果和电流谐波抑制效果。
根据本发明的一个实施例，所述开关组件包括第一开关器件Q1和第二开关器件Q2。
优选地，开关组件可以采用两个开关器件，两个开关器件并联连接，并且交替导通，这样，既可以降低开关器件的温升，又可以减少开关器件的损耗。
根据本发明的一个实施例，控制器106包括：计算单元1062（图中未示出），根据所述电压参数信息和电流参数信息计算出总控制信号的占空比；统计单元1064（图中未示出），统计所述多个开关器件的个数，根据所述个数确定每个开关器件的控制信号的占空比，其中，每个控制信号的占空比等于总控制信号的占空比除以个数；第一信号生成单元1066（图中未示出），根据所述个数，生成与每个所述开关器件对应的锯齿波信号；第二信号生成单元1068（图中未示出），根据每个所述开关器件的控制信号的占空比和对应的锯齿波信号生成每个所述开关器件的控制信号，以通过所述控制信号控制所述开关器件。
根据本发明的实施例的功率因数校正电路，将控制信号的总占空比平均分给多个开关器件（比如是N个开关器件），并为每个开关器件分配对应的锯齿波信号（各锯齿波信号之间互差T/N），这样，根据各开关器件的控制信号的占空比和锯齿波信号向各开关器件发送不同的控制信号，以控制各个开关器件交替导通。
比如，开关组件为两个开关器件，则根据电路中的电压和电流参数可以计算出控制信号总的占空比d，并把总的占空比d平均分给每个开关器件（即每个开关器件的控制信号的占空比为d/2），这样，每个开关器件的控制信号的占空比只有总占空比的一半，而对于两个开关器件对应的锯齿波，两个锯齿波的输出互差T/2，而根据占空比和锯齿波输出的控制信号也相差T/2，并且占空比相等，这样，就能较好的实现两路开关器件的电流平衡，并且每个开关器件的开关周期只有T/2，为单个开关器件载波周期的一半，因此，输入电流谐波的抑制效果得以加强。
根据本发明的一个实施例，所述第二信号生成单元1068生成每个所述开关器件的控制信号的过程，包括：计算出每个开关器件的控制信号的占空比与锯齿波信号的幅值的差值，根据所述差值的大小生成所述控制信号。
根据本发明的实施例的功率因数校正电路，计算出每个开关器件的控制信号的占空比和锯齿波信号幅值的差值，根据差值生成控制信号，如在两者的差值大于0时，输出高电平信号，在两者的差值小于0时，输出低电平信号，从而通过一定的控制规律实现对开关器件的控制。
根据本发明的一个实施例，还包括：电感108，连接至所述多个开关器件的一端，所述多个开关器件的另一端接地；二极管110，所述二极管110的正极连接至所述电感108。
根据本发明的实施例的功率因数校正电路，通过开关组件、电感以及二极管等形成的升压电路，以及开关组件中各个开关器件的动作，将达到功率因数校正和输入电流谐波抑制的效果。其中，电感的感量一般取为100uH～9mH之间。
根据本发明的一个实施例，还包括：整流电路112，连接至交流电源，用于对所述交流电源输入的交流电进行整流处理，以得到直流电，并将所述直流电提供给所述电感。
根据本发明的一个实施例，还包括：滤波电路114，所述滤波电路114包括滤波电容1142，所述滤波电容1142连接在所述二极管110的负极和地之间。
根据本发明的一个实施例，所述电压参数信息包括：所述整流电路输出直流电的电压参数以及直流母线电压参数，所述电流参数信息包括：所述开关器件中的电流参数。
根据本发明的一个实施例，所述多个开关器件中的每个开关器件上并联有一个二极管。
在每个开关器件上并联一个二极管，这样，可以对开关器件进行保护，防止开关器件的损坏。
根据本发明的一个实施例，所述开关器件包括三极管。
根据本发明的实施例的功率因数校正电路，开关器件包括但是不限于三极管，还可以是其他器件。
下面以开关组件为两个开关器件为例，结合图2至图4详细说明本发明的技术方案。
图2示出了根据本发明的实施例的占空比计算的流程图。
如图2所示，其中，PFC控制算法单元202（即计算单元）根据电流电压检测量(包括电路的交流输入电流Iin、整流桥输出电压Vbd以及直流母线电压Vdc)以及目标直流母线电压Vdc*，计算出总占空比Dtotal。目前，常用的PFC控制算法包括平均电流法与单周期控制法等。PFC控制算法单元202在每个开关器件的载波周期里都进行一次总占空比Dtotal的重新计算。根据Dtotal可利用下式计算出第一开关器件的占空比D1与第二开关器件的占空比D2：
D1=D2=Dtotal/2
锯齿波生成器1（对应第一开关器件）的输出可表示为：
F(t)=[t-(k-1)T]/T，(k-1)T<t≤kT
上式中，k为整数，T表示单个开关器件的载波周期，一般可取为10微秒到60微秒之间。锯齿波生成器2（对应于第二开关器件）的输出可表示为F(t-T/2)，即与锯齿波生成器1的相位相差半个载波周期。D1与D2分别与锯齿波生成器1与锯齿波生成器2的输出相减，然后根据两路的差值利用以下控制信号产生规则确定出开关器件的控制信号。
控制信号产生规则为：
(1)若D1-F(t)>0，输出1；否则输出0（其中，0表示开关器件无效状态；1表示开关器件有效状态）。
(2)若D2-F(t-T/2)>0，输出1；否则输出0。
根据上述控制信号产生规则输出的控制信号，如图3所示，锯齿波生成器1输出的锯齿波1与锯齿波生成器2输出的锯齿波2互差T/2。两路开关器件的控制信号也互差T/2，且占空比相等（均为0.25）。因此，该功率因数校正器能较好地实现两路开关器件的电流平衡。且从电感一侧看，开关周期只有T/2，为单个开关器件载波周期的一半，因此输入电流谐波抑制效果得以加强。
图4示出了根据本发明的实施例的功率因数校正电路的输入电流与输入电压波形。
如图4所示，为更清晰地体现电流电压之间的相位关系，图中把输入电压的值缩小1/10。可见，使用了本发明的功率因数校正电路的用电设备的输入电流与输入电压相位一致，其功率因数可达到99%以上，输入电流谐波得到有效抑制，能保证用电设备的电流谐波满足国家标准。
以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，通过本发明的技术方案，可以提高用电设备的功率因数，减少输入电流谐波。与普通功率因数校正电路相比，本发明可实现更高频的开关，因此可选用较小的电感；同时，能有效降低开关器件的温升，从而提高可靠性。
本发明适用于需要进行功率因数校正的用电设备，如：变频空调、平板电视与开关电源等。
在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”表示两个或两个以上；术语“相连”、“连接”等均应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功率因数校正电路，其特征在于，包括：
开关组件，所述开关组件包括多个开关器件，所述多个开关器件并联连接；
采样电路，采集所述功率因数校正电路中的电流参数信息和电压参数信息；
控制器，连接至所述采样电路，并分别连接至所述多个开关器件的控制端，根据所述电压参数信息和所述电流参数信息分别向所述多个开关器件发送控制信号，以使所述多个开关器件交替工作。
2.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述控制器包括：
计算单元，根据所述电流参数信息和所述电压参数信息计算出总控制信号的占空比；
统计单元，统计所述多个开关器件的个数，根据所述个数确定每个开关器件的控制信号的占空比，其中，每个控制信号的占空比等于总控制信号的占空比除以个数；
第一信号生成单元，根据所述个数，生成与每个所述开关器件对应的锯齿波信号；
第二信号生成单元，根据每个所述开关器件的控制信号的占空比和对应的锯齿波信号生成每个所述开关器件的控制信号，以通过所述控制信号控制所述开关器件。
3.根据权利要求2所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述第二信号生成单元生成每个所述开关器件的控制信号的过程，包括：
计算出每个开关器件的控制信号的占空比与锯齿波信号的幅值的差值，根据所述差值的大小生成所述控制信号。
4.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：
电感，连接至所述多个开关器件的一端，所述多个开关器件的另一端接地；
二极管，所述二极管的正极连接至所述电感。
5.根据权利要求4所述的功率因数校正电路，其特征在于，还包括：
整流电路，连接至交流电源，用于对所述交流电源输入的交流电进行整流处理，以得到直流电，并将所述直流电提供给所述电感。
6.根据权利要求5所述的功率因数校正电路，其特征在于，还包括：
滤波电路，所述滤波电路包括滤波电容，所述滤波电容连接在所述二极管的负极和地之间。
7.根据权利要求5所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述电压参数信息包括：所述整流电路输出直流电的电压参数以及直流母线电压参数，所述电流参数信息包括：所述开关器件中的电流参数。
8.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述多个开关器件中的每个开关器件上并联有一个二极管。
9.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述开关组件包括第一开关器件和第二开关器件。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述开关器件包括三极管。
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