CN105429453A - 一种基于pfc电路的高功率因数电源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于PFC的高功率因数电源，包括DC-DC模块，连接在DC-DC模块输入端用于提高功率因数的PFC模块，以及并联在PFC模块输出端与地之间的、用于将交流电压平滑成直流电压的保持电容。其特征在于，输入电压增大到某一值时，PFC模块的输出电压与输入电压的差保持恒定。本发明通过在DC-DC模块前增加PFC模块，使PFC模块的输出电压和输入电压的电位差基本恒定，大大提高了电源电路的功率因数，使电源效率得到明显提高，解决了传统电源中存在的因输入输出电压差增大引起电源效率明显降低的问题。实验表明，本发明所述电源的功率因数不低于0.98，效率不低于97％。

Description

一种基于PFC电路的高功率因数电源
技术领域
本发明属于电源技术领域，具体涉及一种基于PFC(PowerFactorCorrection，功率因数校正)电路的高功率因数电源。
背景技术
随着电力电子技术的发展，电源在各种电子领域的应用越来越广泛。在传统的电容滤波整流前端电路中，只有在交流电源电压达到峰值时，才能从充电电流波形非常窄的脉冲中提取能量。但该电流脉冲的峰值很大，谐波含量很高。目前市场上的有源功率因数校正电路基本都是升压稳压输出电路，交流输入范围一般为～85至～264V，所以PFC输出电压必须大于375V，这种电路很适合～220V的供电***。但当用于电压为～110V的电网时，该升压稳压器的性能会变差。这是因为升压稳压电路的效率一般由所升压的多少决定，换言之，输入输出电压之差越大，该升压稳压电路的功率因数越低，效率也会变差。所以，当把设定输出为375V的升压电路应用在～110V的电网时，电源的功率因数将会较～220V时有明显降低，由此而产生更大的热损耗和热击。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种基于PFC电路的高功率因数电源，所述电源的PFC模块输出端的电压能够跟随其输入端的电压变化，大大提高了电源的功率因数和效率。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于PFC的高功率因数电源，包括DC-DC模块，连接在所述DC-DC模块输入端用于提高功率因数的PFC模块以及并联在所述PFC模块输出端与地之间的保持电容，输入电压增大到某一值时，所述PFC模块的输出电压与输入电压的差保持恒定。
进一步地，所述电源还包括与所述DC-DC模块输出端相连的低纹波衰减模块。
进一步地，所述电源还包括与所述PFC模块输入端相连的EMI(ElectroMagneticInterference)滤波器。
进一步地，所述保持电容将PFC模块输出的交流电压平滑成直流电压，供后级DC-DC模块使用。
进一步地，所述PFC模块包括整流器、零电流开关升压变换器、控制检测电路。所述整流器的输入端接交流电压信号，输出端输出正半周正弦波至所述零电流开关升压变换器。所述控制检测电路根据由所述整流器输入的电压检测信号和由所述零电流开关升压变换器输入的电流检测信号之间的相位差，输出频率随所述相位差变化的脉冲控制信号至所述零电流开关升压变换器，使所述PFC模块的电流波形跟随电压波形变化；所述控制检测电路根据由所述整流器输入的电压检测信号和由所述零电流开关升压变换器输入的输出电压反馈信号的幅度差，输出脉宽随所述幅度差变化的脉冲控制信号至所述零电流开关升压变换器，从而使所述PFC模块的输出电压与输入电压的差保持恒定。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过在DC-DC模块前增加PFC模块，使PFC模块的输出电压和输入电压的电位差基本恒定，大大提高了电源电路的功率因数，使电源效率得到明显提高，解决了传统电源中存在的因输入输出电压差增大引起电源效率明显降低的问题。实验表明，本发明所述电源的功率因数不低于0.98，效率不低于97％。另外，增加PFC模块降低了DC-DC模块对宽范围输入电压的要求。
附图说明
图1为本发明所述电源的组成框图；
图2为EMI滤波器的电路图；
图3为PFC模块的组成框图；
图4为保持电容的电路图；
图5为DC-DC模块的接线图；
图6为低纹波衰减模块的接线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明所述电源包括依次相连的EMI滤波器、PFC模块、保持电容、DC-DC模块和低纹波衰减模块。根据具体需要，DC-DC模块和低纹波衰减模块可以为一路，也可以为多路。
EMI滤波器用于滤除输入交流电源中的电磁干扰。图2给出了一种具体的EMI滤波器，R1为压敏电阻，用于抑制尖峰浪涌；C1、C2、C3、C4、L1组成LC交流滤波器，消除线对线的差模干扰，以及线对地的共模干扰。
PFC模块用于调整功率因数，减小谐波分量，提高电源效率。PFC模块的组成框图如图3所示，包括整流器、零电流开关升压变换器、控制检测电路。控制检测电路根据由所述整流器输入的电压检测信号和由所述零电流开关升压变换器输入的电流检测信号之间的相位差，输出频率随所述相位差变化的脉冲控制信号至所述零电流开关升压变换器，使所述PFC模块的电流波形跟随电压波形变化，使功率因数接近为1；所述控制检测电路根据由所述整流器输入的电压检测信号和由所述零电流开关升压变换器输入的输出电压反馈信号的幅度差，输出脉宽随所述幅度差变化的脉冲控制信号至所述零电流开关升压变换器，从而使所述PFC模块的输出电压与输入电压的差保持恒定。
现有技术中的PFC模块，输入交流电压为85～264V时，输出直流电压为375V。而本发明的PFC模块，当输入交流电压为85～152V时，输出直流电压为260V；当输入交流电压大于152V时，输出与输入保持46V的恒定压差。由于输出与输入电压差恒定，从而大大提高了电源的功率因数，功率因数可达到0.99以上，同时还有效抑制了谐波失真，谐波失真小于8％。
保持电容用于把PFC模块输出的交流电压平滑成近似直流电压，供后级DC-DC模块使用。如图4所示，保持电容采用4个电解电容C1～C4并联。
DC-DC模块为电源电路的核心模块，输出***正常工作需要的直流电压。图5给出了DC-DC模块选用Vicor的V375B系列模块的接线图，该模块最大输出功率为200W，模块带有过压保护、欠压保护、过流保护、过热保护、使能、并联、远端遥感、输出可调等功能。
低纹波衰减模块采用主动滤波方式衰减周期性纹波和随机不规则干扰。该模块选用ISDJ的RSO-1F模块，接线图如图6所示。当检测到线路上的纹波后，电路会产生一个反电动势来抵消掉无用的纹波。在500Hz～500KHz波段最大可衰减30db(输出纹波降至10mV以下)。
本发明所述电源，既可使用400Hz交流供电，比如机载电源，也可使用50Hz交流供电。不同的应用场合只需对电路参数略作调整即可满足要求。
本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本发明的构思和所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于PFC的高功率因数电源，包括DC-DC模块，连接在所述DC-DC模块输入端用于提高功率因数的PFC模块，以及并联在所述PFC模块输出端与地之间的、用于将交流电压平滑成直流电压的保持电容；其特征在于，输入电压增大到某一值时，所述PFC模块的输出电压与输入电压的差保持恒定。
2.根据权利要求1所述的基于PFC的高功率因数电源，其特征在于，所述电源还包括与所述DC-DC模块输出端相连的低纹波衰减模块。
3.根据权利要求1所述的基于PFC的高功率因数电源，其特征在于，所述电源还包括与所述PFC模块输入端相连的EMI滤波器。
4.根据权利要求1所述的基于PFC的高功率因数电源，其特征在于，所述PFC模块包括整流器、零电流开关升压变换器、控制检测电路；所述整流器的输入端接交流电压信号，输出端输出正半周正弦波至所述零电流开关升压变换器；所述控制检测电路根据由所述整流器输入的电压检测信号和由所述零电流开关升压变换器输入的电流检测信号之间的相位差，输出频率随所述相位差变化的脉冲控制信号至所述零电流开关升压变换器，使所述PFC模块的电流波形跟随电压波形变化；所述控制检测电路根据由所述整流器输入的电压检测信号和由所述零电流开关升压变换器输入的输出电压反馈信号的幅度差，输出脉宽随所述幅度差变化的脉冲控制信号至所述零电流开关升压变换器，从而使所述PFC模块的输出电压与输入电压的差保持恒定。
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