CN1353497A

CN1353497A - 多路并联升压式功率因数校正装置

Info

Publication number: CN1353497A
Application number: CN 00130365
Authority: CN
Inventors: 翁征明; 陈承志; 张正南
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2002-06-12

Abstract

一种多路并联升压式功率因数校正装置,它由电源电路、整流桥、升压电路以及有源功率因数控制驱动电路组成。升压电路为两路以上并联的升压电路,升压电路可一路以上先并联成组,每组功率管的控制端并接成为独立控制端,电源电路可为三相或单相。有源功率因数控制驱动电路由有源功率因数控制电路、分频器、驱动电路组成。本发明的有源功率因数校正可扩展到较大功率,功率因数高,不需要均流控制,控制电路简化,成本低,体积小,输出特性好。

Description

多路并联升压式功率因数校正装置

本发明涉及一种高频电源转换装置，尤其是一种多路并联升压式功率因数校正装置。

在脉宽调制技术上，发展起来的高频电源转换技术大大提高了电源的转换频率，缩小了电源的体积，减轻拉中来年感，减低了能耗，节省了材料。但是现有的高频脉宽调制技术的应用，给电力***造成了日趋严重的高次谐波电流的污染，同时大多数电力电子产品的功率因数较，也给电网带来了额外的负担，影响了电力质量。抑制谐波、提高功率因数的问题已经成为电力电子技术面临的重大课题，正受到越来越多的关注。我国以及世界范围许多国家和国际组织都对电力电子产品的功率因数及谐波成分的限制作出了规定。

因为高频脉宽调制电源转换技术大多采用电容滤波型整流电路，输入电流受滤波电容的影响为脉冲状态，功率因数低、输入电流谐波成分大，形成一个谐波源，对电力***造成很大危害。在若干不同的开关电源电路装置中，如单端的降压式、升压式、正激式、反激式、双端半桥式、全桥式等。目前单端升压式电路结构如图1所示，对于这类电路的有源功率因数校正多采用在小功率(几十瓦至上千瓦)的电力电子产品中进行有源功率因数校正，即采用有源功率转换技术使开关电源的输入线形化，通过功率因数校正控制电路使电感L中的电流与整流电压保持一致，从而使交流输入电流与交流输入电压保持同相位。这类采用升压式的小功率有源功率因数校正技术非常成熟，广泛地应用于小功率的电力电子产品中。但是由于这种简单的传统升压式电路装置为升压式单端结构，因此一般仅仅适用于几十瓦最多至上千瓦小功率电力电子产品进行有源功率因数校正，应用范围十分有限。为实现较大功率的电力电子产品的有源功率因数校正，一般是将这样的模块化电源装置一一并联，直到满足功率的需要，如分布式通讯电源等。多个模块的并联不仅增大了体积，而且需要对各个模块进行均流控制，因此必然需要一套复杂的控制电流来完成均流控制。其较大的体积无法应用在微型化、大功率的产品上，例如变频空调等产品；而均流控制又必然增加了成本，电路也非常复杂，因此到目前为止，变频空调上功率因数问题一直未能解决。而由于变频空调良好的节电能力，以及启动快等特点在一些发达地区已被广泛应用，其发展趋势不仅十分迅猛，而且功率越来越大。可是，它的功率因数较低，所以损耗大，由为突出的是伴随功率因数低，输入电流谐波很大，这种情况对于电网的污染危害也就很大。这样不仅限制了变频空调这样节能的产品应用，而且严重冲击着电网的质量。

本发明的目的在于针对现有技术之不足而提供一种多路并联升压式功率因数校正装置，其有源功率因数校正可扩展到较大功率，功率因数高，并且不需要均流控制，控制电路简化，成本较低，体积较小，输出谐波小、特性好。

本发明的目的是这样实现的：

一种多路并联升压式功率因数校正装置，它包括由电源电路输入，接整流桥，整流输出接有串接的电感、二极管、输出电容；功率管的一端接在电感和二极管之间组成的升压电路，功率管的另一端接输出电容；功率管控制端接有源功率因数控制驱动电路，其中所述的升压电路为两路以上并联的升压式电路。

所述的升压电路可为各个组成器件完全相同的升压电路。

所述的升压电路可一路以上先并联成组，每组呈再并联关系，每组功率管的控制端并接成为独立控制端，该控制端接一路驱动电路。

所述的升压电路可并接在软开关升压电路中。

所述的电源电路可为三相或单相，每相可并接数目相同的升压电路。

所述的有源功率因数控制驱动电路由有源功率因数控制电路接分频器，分频器再接驱动电路组成。

所述的分频器的输出可与升压电路功率管的独立控制端数一致。

根据上述技术方案分析可知，本发明具有如下优点：

1、输出功率大。双端升压电路可提供输出功率2倍，同样三端式或N端式的输出功率可接近3倍或N倍，因此大大扩展了有源功率因数校正在电力电子产品中的应用范围。

2、通用性强。该多路交叉移相式升压电路既可应用于单相交流电源的有源功率因数校正，也可应用于三相交流电源的有源功率因数校正。可实现硬开关、软开关等不同的有源功率因数校正。

3、体积小，控制集中，不需要均流调整控制。不仅成本降低，而且控制电路简单，可靠性高，适用于各种微型化、功率大的产品。

下面结合附图和具体实施方案对本发明做进一步的详细说明。

图1为现有技术的电路结构示意图；

图2为本发明的一种较佳实施例电路原理图；

图3为本发明的另一种较佳实施例电路原理图；

图4为本发明的又一种较佳实施例电路原理图；

图5为本发明各点电压波形示意图；

图6为本发明的再一种较佳实施例电路原理图；

图7为本发明有源功率校正电路的电路结构图；

图8为本发明有源功率校正电路分频电路原理图；

图9为本发明有源功率校正电路分频电路各点的波形图。

本发明的基本思想是将用于应用于有源功率因数校正的单端升压式电路改进为多路并联升压式电路。多路并联升压式电路为多端拓扑结构，也就是结构为两路并联组成双端推挽式升压式电路，也可为三端、四端......等多路并联升压式电路。实际中，2-4端的升压式电路输出应用较为广泛。

参见图2，本发明为两路并联升压式功率因数校正装置，即组成双端推挽式升压式电路。与现有技术相比，其特征在于升压电路为两路完全相同器件组成的升压式电路，并联后成为双端推挽式升压式电路。图中所示，分别由两组相位相差180°的驱动信号驱动功率管T1、T2，使两路交叉导通。通过调节驱动信号的占空比，可在一定的范围内调节输出电压。如采用同样容量的功率管，其输出功率为单端式升压电路的2倍。其工作原理(参见图5)为：升压电路可看作由两路输入端、输出端并联的单端式升压电路组成。这两路电路分别由功率管T1、电感L1、二极管D1和功率管T2、电感L2以及二极管D2组成。交流输入AC波形为波形a，经过全波整流为波形b，为电压Vd，Vd加到升压电路的输入端。有源功率因数校正控制驱动电路提供两组相位相差180°的驱动信号Vgs1、Vgs2，如波形c、d，分别驱动功率管T1、T2，使两路交叉导通。波形e、f所示分别为T1、T2的管压降Vds1、Vds2。波形g为电容Cd上的电压，即为输出电压。从图中可看出，与现有的单端式升压电路不同，升压电路是由两个完全性同的波形相移180°叠加而成，输出功率扩展为单端式升压电路的2倍。

图3为先并联成组的升压式电路再并联构成的升压电路。它由两路升压电路两两并联构成两组升压电路，先并联成组的升压式电路的控制端并接在一起，共同接一个驱动输出控制，这样相对与相同功率大小的电路来说，控制方式简单，驱动电路的结构简化，驱动输出端减少，因此针对控制电路不仅实现容易，可靠性高，而且成本较低，只需要增大驱动容量即可。在本实施例中，两组的驱动信号Vg1、Vg2相位相差180°，分别驱动功率管T1、T2和T3、T4，使双路并联的功率管T1、T2分别对应的两路单端式升压电路与功率管T3、T4分别对应的两路单端式升压电路交叉导通，其各点波形与上述电路的一致，输出功率可扩展到原来的4倍。只要驱动容量足够，可用同一组推挽的脉冲信号了驱动相应的4只功率管。

图4为带有软开关的升压电路结构。由于在有源功率因数校正环节的升压式电路中，半导体器件承受高电压。由于开通时的开关损耗与开关器件的输出端电压成正比，因此开关损耗较为严重。另外，高电压也使开关的噪音增大，电磁干扰以及开关器件的电压、电流的应力问题突出，利用软开关结构能够较好地克服则好些问题。

图6为电源电路为三相时的电路结构。三相中对应的每一相升压电路工作原理的各点的波形与上述的电路一致。工作机理与效果也与上述电路结构基本雷同。

并联升压式电路有源功率因数校正电路如图7、8所示。有源功率因数控制驱动电路由有源功率因数控制电路接分频器，分频器再接驱动电路组成。分频器的输出可与升压电路功率管的独立控制端数一致。本实施例为二分频器，其输出接两路驱动电路，驱动电路的输出Vg1、Vg2相位差180°分别驱动功率管T1、T2，使功率管T1、T2分别交叉导通。有源功率因数控制电路可采用UC3854、MC34261、ML4812、TDA4814、CS3810等。

另外，对应二分频电路的各点波形可参见图9所示。

Claims

1、一种多路并联升压式功率因数校正装置，它包括由电源电路输入，接整流桥，整流输出接有串接的电感、二极管、输出电容；功率管的一端接在电感和二极管之间组成的升压电路，功率管的另一端接输出电容；功率管控制端接有源功率因数控制驱动电路，其特征在于：所述的升压电路为两路以上并联的升压式电路。

2、根据权利要求1所述的多路并联升压式功率因数校正装置，其特征在于：所述的升压电路可为各个组成器件完全相同的升压电路。

3、根据权利要求1 所述的多路并联升压式功率因数校正装置，其特征在于：所述的升压电路可一路以上先并联成组，每组呈再并联关系，每组功率管的控制端并接成为独立控制端，该控制端接一路驱动电路。

4、根据权利要求1所述的多路并联升压式功率因数校正装置，其特征在于：所述的升压电路可并接在软开关升压电路中。

5、根据权利要求1所述的多路并联升压式功率因数校正装置，其特征在于：所述的电源电路可为三相或单相，每相可并接数目相同的升压电路。

6、根据权利要求1所述的多路并联升压式功率因数校正装置，其特征在于：所述的有源功率因数控制驱动电路由有源功率因数控制电路接分频器，分频器再接驱动电路组成。

7、根据权利要求3或6所述的多路并联升压式功率因数校正装置，其特征在于：所述的分频器的输出可与升压电路功率管的独立控制端数一致。