CN211830573U

CN211830573U - 功率因数校正装置

Info

Publication number: CN211830573U
Application number: CN202020442454.5U
Authority: CN
Inventors: 孙莉莉; 付维; 姜翊钧; 雷永锋
Original assignee: Engineering and Technical College of Chengdu University of Technology
Current assignee: Engineering and Technical College of Chengdu University of Technology
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2030-03-31

Abstract

本实用新型提供了一种功率因数校正装置，它解决了充电功率因数校正等问题，其包括整流电路，整流电路包括与负载RL连接的升压电路，升压电路包括并连在整流电路中的第二电容C1、第一电容C0和开关管Q，第二电容C1和开关管Q之间串连有电感L、检测电阻RS和熔断器FU，开关管Q和第一电容C0之间串连有二极管D，二级管D上并连有串连的电阻R和第三电容C2，整流电路的输入端通过前馈分压网络与乘法器K的输入端连通，整流电路的输出端通过电压补偿网络与乘法器K的输入端连通，乘法器K和整流电路通入电流补偿网络，电流补偿网络经过脉宽调制电路后连接控制升压电路中的开关管Q。本实用新型具有稳态误差小、谐波污染少等优点。

Description

功率因数校正装置

技术领域

本实用新型属于电动汽车充电技术领域，具体涉及一种功率因数校正装置。

背景技术

随着能源的大量消耗和大气污染问题的日益严重，作为新型交通工具的电动汽车以其节能环保的优越性能，成为汽车工业发展的必然趋势。充电机作为电动汽车能源补充的重要设备，其技术的发展是电动汽车商业化必须解决的关键技术之一。升压-有源功率因数校正电路在输入电压输入频率大范围变化时能保持较高的输入功率因数以及较小的输入电流纹波，并能够降低公共电网的谐波污染。但在实际的使用中，各个模块的输入电压和输入电流频率、相位往往不同，需要对功率因素进行校正。除此之外，功率的波动往往导致电压不稳定，电路整体耗损较多。

为了解决现有技术存在的不足，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种输入电压阈值控制的部分有源功率因数校正电路[201410076664.6]，其包括双环控制的boost升压电路、电压误差放大器、乘法器K、电流误差放大器、输入电压采样信号采样阈值判断模块、PWM波形生成模块、以及PWM驱动IC。

上述方案在一定程度上解决了电路整体耗损较多的问题，但是该方案依然存在着诸多不足，例如，各模块输入电压和输入电流频率、相位等功率因数校正等问题。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，功率因数校正方便的功率因数校正装置。

为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：本功率因数校正装置，包括与电源连接的整流电路，整流电路包括与负载RL连接的升压电路，升压电路包括并连在整流电路中的第二电容C1、第一电容C0和开关管Q，第二电容C1和开关管Q之间串连有电感L、检测电阻RS和熔断器FU，开关管Q和第一电容C0 之间串连有二极管D，二极管D上并连有串连的电阻R和第三电容C2，整流电路的输入端通过前馈分压网络与乘法器K的输入端连通，整流电路的输出端通过电压补偿网络与乘法器K的输入端连通，乘法器K和整流电路通入电流补偿网络，电流补偿网络经过脉宽调制电路后连接控制升压电路中的开关管Q。及时校正功率因素，减少稳态误差。

在上述的功率因数校正装置中，前馈分压网络包括由第一电阻RFF1、第二电阻RFF2、第三电阻RFF3和第四电容CFF1、第五电容CFF2组成的二阶低通滤波器。经过二阶低通滤波器的滤波，使得到的直流电压更平直，更理想。

在上述的功率因数校正装置中，第五电容CFF2和第三电阻 RFF3并连接地后串连第二电阻RFF2和第一电阻RFF1，第二电阻 RFF2和第一电阻RFF1之间通过第四电容CFF1与第五电容CFF2 和第三电阻RFF3的接地端连接，整流电路通过分压电阻RAC与乘法器K连接。

在上述的功率因数校正装置中，电压补偿网络包括电压运算放大器V1。电压补偿网络对二次及以上谐波进行滤除以保证输出电压的稳定，电压运算放大器V1输出所允许的纹波电压最大值。

在上述的功率因数校正装置中，电压运算放大器V1的反向输入端分别通过第四电阻RV1接入整流电路，且串连第五电阻RVD 接地。

在上述的功率因数校正装置中，电压运算放大器V1的反向输入端并连第六电容CVF和第六电阻RVF后与电压运算放大器V1 的输出端连接。

在上述的功率因数校正装置中，电流补偿网络包括电流运算放大器V2，电流运算放大器V2的反向输入端连接有第七电阻R1。电流补偿网络与脉宽调制电路连通，输出的偏差信号经锯齿波信号调制后得到驱动开关管Q开闭的PWM脉宽调制信号。

在上述的功率因数校正装置中，电流运算放大器V2的反向输入端通过第三电容C2与电流运算放大器V2的输出端连接，第三电容C2与第二电容C1和第八电阻R2组成的串连电路并连，电流运算放大器V2的正向输入端连接有第九电阻RMO。设置电压电流的补偿网络，能够实现输入电流与输入电压同频同相，及时校正功率因素，达到低谐波、低污染的目的。

在上述的功率因数校正装置中，乘法器K、电压补偿网络、电流补偿网络和脉宽调制电路设置在控制芯片中。控制芯片方便接线，适用于各种汽车电路***。

与现有的技术相比，本实用新型的优点在于：及时校正功率因素，减少稳态误差；输入电流电压同频同相，提高功率因素，降低对公共电网的谐波污染；电路整体结构紧凑，适用于各个汽车电路***。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的二阶低通滤波器的结构示意图；

图3是本实用新型的电流补偿网络的结构示意图；

图4是本实用新型的电压补偿网络的结构示意图；

图中，第一电容C0、第二电容C1、第三电容C2、第四电容 CFF1、第五电容CFF2、第六电容CVF、第一电阻RFF1第二电阻RFF2、第三电阻RFF3、第四电阻RV1、第五电阻RVD、第六电阻 RVF、第七电阻R1、第八电阻R2、第九电阻RMO、开关管Q、检测电阻RS、电感L、熔断器FU、二极管D、乘法器K、分压电阻RAC、电压运算放大器V1、电流运算放大器V2、电压补偿网络1、电流补偿网络2、脉宽调制电路3、控制芯片4、二阶低通滤波器5。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1-4所示，本功率因数校正装置，包括与电源连接的整流电路，整流电路包括与负载RL连接的升压电路，升压电路包括并连在整流电路中的第二电容C1、第一电容C0和开关管Q，第二电容C1和开关管Q之间串连有电感L、检测电阻RS和熔断器FU，开关管Q和第一电容C0之间串连有二极管D，二极管D上并连有串连的电阻R和第三电容C2，整流电路的输入端通过前馈分压网络与乘法器K的输入端连通，整流电路的输出端通过电压补偿网络1与乘法器K的输入端连通，乘法器K和整流电路通入电流补偿网络2，电流补偿网络2经过脉宽调制电路3后连接控制升压电路中的开关管Q。220V市电经由整流电路得到半正弦波信号，此信号经前馈分压网络接至电压运算放大器V1的反向输入端，与基座信号比较，放大后送入乘法器K。乘法器K输出的信号作为电流补偿网络2的基准信号，该信号与采样的电感电流比较得到偏差信号，此偏差信号经脉宽调制电路调制后得到驱动开关管Q 的PMW脉宽调制信号，从而保证输入侧电流与电压同相位，实现了功率因素校正。

除此之外，在考虑电感绕线电阻和输出电容的等效串联电阻情况下，升压电路在电流连续模式下有两种工作模态。工作模态一：开关管Q导通，电源给电感L供电，第一电容C0为负载RL 提供电能维持输出。工作模态二：开关管Q截止，二极管D导通，电源与电感L同时向第一电容C0充电，并为负载RL供能。输入电感L在电路中起到能量传递、储存和滤波的作用，其磁芯材料的选取和导线的绕制决定了性能的优劣，本实用新型输入的电感 L由8股直径0.3mm漆包线在铁硅铝粉末磁芯上绕制100匝而成。第二电容C1主要起到滤波和储能的作用，其值主要由输出电压保持时间决定，且为满足输出纹波要求，选择7个470μF高压大电容并联以减小等效串联电阻。功率开关管Q和二极管D为满足电流和电压的应力要求，分别选取IXFX32N80P和MUR3060PT。

具体地，前馈分压网络包括由第一电阻RFF1、第二电阻RFF2、第三电阻RFF3和第四电容CFF1、第五电容CFF2组成的二阶低通滤波器5，第五电容CFF2和第三电阻RFF3并连接地后串连第二电阻RFF2和第一电阻RFF1，第二电阻RFF2和第一电阻RFF1之间通过第四电容CFF1与第五电容CFF2和第三电阻RFF3的接地端连接，整流电路通过分压电阻RAC与乘法器K连接。

深入地，电压补偿网络1包括电压运算放大器V1，电压运算放大器V1的反向输入端分别通过第四电阻RV1接入整流电路，且串连第五电阻RVD接地，电压运算放大器V1的反向输入端并连第六电容CVF和第六电阻RVF后与电压运算放大器V1的输出端连接。电压运算放大器V1同相输入为电压参考值。反向输入为输出电压采样信号。电压补偿网络对二次及以上谐波进行滤除以保证输出电压的稳定。

可见地，电流补偿网络2包括电流运算放大器V2，电流运算放大器V2的反向输入端连接有第七电阻R1，电流运算放大器V2 的反向输入端通过第三电容C2与电流运算放大器V2的输出端连接，第三电容C2与第二电容C1和第八电阻R2组成的串连电路并连，电流运算放大器V2的正向输入端连接有第九电阻RMO。电流运算放大器V2的反相输入端设置为电感电流。

进一步地，乘法器K、电压补偿网络1、电流补偿网络2和脉宽调制电路3设置在控制芯片4中。设置在汽车充电***中时，控制芯片4根据实际情况调整安装位置。

综上所述，本实施例的原理在于：通过搭建电路，建立车载充电机功率电路，设置电压电流的补偿网络，从而实现输入电流与输入电压同频同相，提高功率因数，达到低谐波、低污染的目的。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了第一电容C0、第二电容C1、第三电容 C2、第四电容CFF1、第五电容CFF2、第六电容CVF、第一电阻RFF1 第二电阻RFF2、第三电阻RFF3、第四电阻RV1、第五电阻RVD、第六电阻RVF、第七电阻R1、第八电阻R2、第九电阻RMO、开关管Q、检测电阻RS、电感L、熔断器FU、二极管D、乘法器K、分压电阻RAC、电压运算放大器V1、电流运算放大器V2、电压补偿网络1、电流补偿网络2、脉宽调制电路3、控制芯片4、二阶低通滤波器5等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims

1.一种功率因数校正装置，包括与电源连接的整流电路，其特征在于，所述的整流电路包括与负载RL连接的升压电路，所述的升压电路包括并连在整流电路中的第二电容C1、第一电容C0和开关管Q，所述的第二电容C1和开关管Q之间串连有电感L、检测电阻RS和熔断器FU，所述的开关管Q和第一电容C0之间串连有二极管D，所述的二极管D上并连有串连的电阻R和第三电容C2，所述的整流电路的输入端通过前馈分压网络与乘法器K的输入端连通，所述的整流电路的输出端通过电压补偿网络(1)与乘法器K的输入端连通，所述的乘法器K和整流电路通入电流补偿网络(2)，所述的电流补偿网络(2)经过脉宽调制电路(3)后连接控制升压电路中的开关管Q。

2.根据权利要求1所述的功率因数校正装置，其特征在于，所述的前馈分压网络包括由第一电阻RFF1、第二电阻RFF2、第三电阻RFF3和第四电容CFF1、第五电容CFF2组成的二阶低通滤波器(5)。

3.根据权利要求2所述的功率因数校正装置，其特征在于，所述的第五电容CFF2和第三电阻RFF3并连接地后串连第二电阻RFF2和第一电阻RFF1，所述的第二电阻RFF2和第一电阻RFF1之间通过第四电容CFF1与第五电容CFF2和第三电阻RFF3的接地端连接，所述的整流电路通过分压电阻RAC与乘法器K连接。

4.根据权利要求1所述的功率因数校正装置，其特征在于，所述的电压补偿网络(1)包括电压运算放大器V1。

5.根据权利要求4所述的功率因数校正装置，其特征在于，所述的电压运算放大器V1的反向输入端分别通过第四电阻RV1接入整流电路，且串连第五电阻RVD接地。

6.根据权利要求4或5所述的功率因数校正装置，其特征在于，所述的电压运算放大器V1的反向输入端并连第六电容CVF和第六电阻RVF后与电压运算放大器V1的输出端连接。

7.根据权利要求1所述的功率因数校正装置，其特征在于，所述的电流补偿网络(2)包括电流运算放大器V2。

8.根据权利要求7所述的功率因数校正装置，其特征在于，所述的电流运算放大器V2的反向输入端连接有第七电阻R1，所述的电流运算放大器V2的反向输入端通过第三电容C2与电流运算放大器V2的输出端连接，所述的第三电容C2与第二电容C1和第八电阻R2组成的串连电路并连。

9.根据权利要求7所述的功率因数校正装置，其特征在于，所述的电流运算放大器V2的正向输入端连接有第九电阻RMO。

10.根据权利要求1所述的功率因数校正装置，其特征在于，所述的乘法器K、电压补偿网络(1)、电流补偿网络(2)和脉宽调制电路(3)设置在控制芯片(4)中。