專利名稱：單相功率因數(shù)校正單周期控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用單周期控制策略的單相有源功率因數(shù)校正電路的數(shù)字設(shè)計(jì)方案，該 校正電路方案采用輸出功率測量技術(shù)，具有連續(xù)電流模式、數(shù)字控制手段、采用感量較大電 感等特征。
背景技術(shù)：
隨著微控制器技術(shù)的發(fā)展以及考慮到數(shù)字控制的靈活性和可塑性，采用數(shù)字控制技術(shù)的 單相有源功率因數(shù)校正(APFC)電路正在日益成為技術(shù)發(fā)展的主流，有取代傳統(tǒng)模擬APFC的 趨勢。數(shù)字控制APFC具有很多優(yōu)點(diǎn)，通過微控制器，很多新的調(diào)制策略和控制算法可以實(shí)現(xiàn)。 另一方面單周期控制技術(shù)同時(shí)具有調(diào)制技術(shù)和控制技術(shù)于一體的特點(diǎn)，非常適合作為功率因
數(shù)校正器的控制算法，常規(guī)單周期控制技術(shù)需要輸出電壓作為檢測信號(hào)，可以穩(wěn)定輸出電壓， 但是對(duì)輸出功率的魯棒性效果較差，而且均為模擬控制方案。
鑒于此，實(shí)有必要設(shè)計(jì)一種新的單相有源功率因數(shù)校正電路的數(shù)字設(shè)計(jì)方案以解決上述 問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種單相功率因數(shù)校正單周期控制器，它采用輸出功
率作為反饋技術(shù)、單周期控制思想的單相有源功率因數(shù)校正電路的數(shù)字設(shè)計(jì)方案，它可以適
用所有APFC的應(yīng)用場合，具有概念清新、靈活性強(qiáng)、校正效果佳之優(yōu)點(diǎn)。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案單相功率因數(shù)校正單周期控制器，其
特征在于所述單相功率因數(shù)校正單周期控制器包括控制電路模塊以及與其配套的功率電路 模塊，所述控制電路模塊包括依次連接的三個(gè)模塊
檢測模塊，其包括十二只電阻、三只電容和四只運(yùn)放；
數(shù)控模塊，其包括四個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序、 一個(gè)輸入電壓有效值計(jì)算程序、 一個(gè)輸出功 率計(jì)算程序、 一個(gè)控制電壓計(jì)算程序、 一個(gè)減法程序、 一個(gè)可復(fù)位積分程序、 一個(gè)比較程序、 一個(gè)RS觸發(fā)程序和一個(gè)時(shí)鐘程序；
以及驅(qū)動(dòng)模塊，其包括一只推挽驅(qū)動(dòng)器。
功率電路模塊由八只電阻、四只電容、 一只電解電容、 一只快速恢復(fù)功率二極管和一只 穩(wěn)壓二極管構(gòu)成，整個(gè)電路構(gòu)成一個(gè)典型的APFC功率電路模塊。
檢測模塊完成檢測正弦半波輸入電壓、分流電阻電壓(反映電感電流)、輸出電壓和輸出 電流，基于上述信息，數(shù)控模塊完成對(duì)其模數(shù)轉(zhuǎn)換，在計(jì)算出輸出功率之后，根據(jù)輸出功率
的大小和輸入電壓有效值確定控制電壓，再經(jīng)過可復(fù)位積分程序、RS觸發(fā)程序產(chǎn)生PWM脈 沖信號(hào)，最終經(jīng)過驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)脈沖。
功率電路模塊接收單相交流輸入電壓和來自控制電路模塊的PWM驅(qū)動(dòng)脈沖，控制功率開 關(guān)的開通與關(guān)斷，調(diào)節(jié)升壓電感的充電(儲(chǔ)存能量)和放電(釋放能量)，完成功率因數(shù)校正 的設(shè)計(jì)功能。
本發(fā)明根據(jù)單相有源功率因數(shù)校正基本原理以及單周期控制原理，設(shè)計(jì)制作了新型的跟 隨輸出功率的單相功率因數(shù)校正的數(shù)字設(shè)計(jì)方案，因而具有設(shè)計(jì)構(gòu)思新穎、通用性強(qiáng)等特征，
同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、實(shí)現(xiàn)容易、靈活強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，還可以支持較寬范圍功率輸出，尤 其適用于大功率變頻空調(diào)的APFC。


圖1為本發(fā)明單相功率因數(shù)校正單周期控制器的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
一種單相功率因數(shù)校正單周期控制器，其包括控制電路模塊以及配套的功率電路模塊， 其中，控制電路模塊中，包括三個(gè)組成模塊檢測模塊，數(shù)控模塊和驅(qū)動(dòng)模塊，
檢測模塊完成檢測正弦半波輸入電壓、分流電阻電壓(反映電感電流)、輸出電壓和輸出 電流，基于上述信息，數(shù)控模塊完成對(duì)其模數(shù)轉(zhuǎn)換，在計(jì)算出輸出功率之后，根據(jù)輸出功率
的大小和輸入電壓有效值確定控制電壓，再經(jīng)過可復(fù)位積分程序、RS觸發(fā)程序產(chǎn)生PWM脈 沖信號(hào)，最終經(jīng)過驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)脈沖。
功率電路模塊接收單相交流輸入電壓和來自控制電路模塊的PWM驅(qū)動(dòng)脈沖，控制功率開 管(開關(guān))的開通與關(guān)斷，調(diào)節(jié)升壓電感的充電(儲(chǔ)存能量)和放電(釋放能量)，完成功率 因數(shù)校正的設(shè)計(jì)功能。
其中，檢測模塊包括12只電阻、3只電容和4只運(yùn)放；數(shù)控模塊包括4個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波 程序、1個(gè)輸入電壓有效值計(jì)算程序、1個(gè)輸出功率計(jì)算程序、 一個(gè)控制電壓計(jì)算程序、1個(gè) 減法程序、1個(gè)可復(fù)位積分程序、1個(gè)比較程序、1個(gè)RS觸發(fā)程序、1個(gè)時(shí)鐘程序；驅(qū)動(dòng)模塊 包括1只推挽驅(qū)動(dòng)器。檢測模塊中，第六只電阻的一端與第七只電阻的一端相連后與第一只 運(yùn)放的同相輸入端相連，第六只電阻的另一端與第七只電阻的另一端分別與功率電路模塊中 第一只整流橋的正極和負(fù)極相連，第一只運(yùn)放的反相輸入端與其輸出端相連后與第一只模數(shù) 轉(zhuǎn)換濾波程序的入口相連。
第八只電阻的一端與第九只電阻的一端相連后與第二只運(yùn)放的反相輸入端相連，第八只電 阻的另一端與功率電路模塊中第三只電阻、第四只電容的公共端相連，第九只電阻的另一端
分別與第二只運(yùn)放的輸出端相連后與第十一只電阻的一端相連。第十只電阻的一端與第二只 運(yùn)放的同相輸入端相連，其另一端接地。第十一只電阻的另一端與第五只電容的一端相連后 與第二只模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序的入口相連，第五只電容的另一端接地。
第十二只電阻的一端與第十三只電阻的一端相連后與第三只運(yùn)放的反相輸入端相連，第十
二只電阻的另一端接地，第三只運(yùn)放的反、同相輸入端與功率電路模塊中第二只分流電阻、 五只電阻公共端相連，第十三只電阻的另一端分別與第二、三只運(yùn)放的輸出端相連后與第十 四只電阻的一端相連。第十四只電阻的一端分別與第六只電容的一端相連后與第三只模數(shù)轉(zhuǎn) 換濾波程序的入口相連，第六只電容的另一端接地。
第十五只電阻的一端與第十六只電阻的一端相連后與第四只運(yùn)放的反相輸入端相連，第十 五只電阻的另一端接地，第四只運(yùn)放的反相輸入端與功率電路模塊中第四只電阻、第五只電 阻公共端相連，第十六只電阻的另一端分別與第二、四只運(yùn)放的輸出端相連后與第十七只電 阻的一端相連。第十七只電阻的一端分別與第七只電容的一端相連后與第四只模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波 程序的入口相連，第七只電容的另一端接地。數(shù)控模塊中第一只模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序的出口與 第一只輸入電壓有效值計(jì)算程序的入口相連，第一只輸入電壓有效值計(jì)算程序的出口與第一 只控制電壓計(jì)算程序入口相連。第二只模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序的出口與第一只減法程序的反相入 口相連。第三只模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序的出口與第一只輸出功率計(jì)算程序的第一入口相連。第四 只模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序的出口與第一只輸出功率計(jì)算程序的第二入口相連。
第一只輸出功率計(jì)算程序的出口與第一只控制電壓計(jì)算程序的入口相連，第一只控制電壓 計(jì)算程序的出口與第一只減法程序的同相入口、第一只可復(fù)位積分程序的第一入口相連，第 一只可復(fù)位積分程序的出口與第一只比較程序的反相入口相連，第一只減法程序的出口與第 一只RS觸發(fā)程序的復(fù)位端相連。第一只RS觸發(fā)程序的同相輸出口與驅(qū)動(dòng)模塊中驅(qū)動(dòng)器的輸入 端相連，其反相輸出口與第一只可復(fù)位積分器的第二入口相連。時(shí)鐘發(fā)生程序與第一只RS觸 發(fā)程序的置位端相連。驅(qū)動(dòng)模塊中第一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與功率電路模塊中的第一只功率開 關(guān)的門極、第一只穩(wěn)壓二極管的陰極和第二只電阻的一端構(gòu)成的公共端相連。
本發(fā)明所述的功率電路模塊由l相交流電源、7只電阻、4只電容、l只電解電容、l只 快速恢復(fù)功率二極管、1只穩(wěn)壓二極管構(gòu)成，屬于典型的有橋的APFC功率電路模塊，其中整 流橋前的兩個(gè)交流輸入端分別連接第一只電容的兩端，并與交流電源的兩端相連。整流橋后 的直流正極與第一只電阻的一端相連，并與控制電路模塊中的第六只電阻、第一只電感的一 端相連，第一只電感的另一端與第一只功率二極管的陽極、第二只電容的一端、第一只功率 開關(guān)的集電極共同相連，第一只功率二極管的陰極與第二只電容的另一端相連后與第三只電
容的一端、第一只電解電容的正極、第四只電容的一端以及等效負(fù)載電阻的一端相連。整流 橋后的直流負(fù)極與第一只電阻的另一端、第三只電阻的一端、第一只分流電阻的一端相連， 第一只分流電阻的另一端接地。第三只電阻的另一端與第四只電容的一端、控制電路模塊的 第八只電阻的一端相連，第四只電容的另一端接地。第一只功率開關(guān)的門極與第一只穩(wěn)壓二 極管的陰極、第二只電阻的一端相連后與控制電路模塊中的PWM輸出端相連，第一只功率開 關(guān)的發(fā)射極、第一只穩(wěn)壓二極管的陽極、第二只電阻的另一端分別接地。第三只電容的另一 端、第一只電解電容的負(fù)極、第二只分流電阻的一端接地，第二只分流電阻的另一端與第五 只電阻的一端、第一只等效負(fù)載電阻的另一端相連后與控制電路模塊中第三只運(yùn)放的同相輸 入端相連。第五只電阻的另一端與第四只電阻的另一端相連后與控制電路模塊2中第四只運(yùn) 放的同相輸入端相連。
以下結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
本發(fā)明的單相功率因數(shù)校正單周期控制器如圖1所示，由控制電路模塊1和功率電路模塊 2構(gòu)成。
控制電路模塊l由檢測模塊、數(shù)控模塊和驅(qū)動(dòng)模塊構(gòu)成，其中，檢測模塊包括十二只電阻 R6 R17、三只電容C5 C7和四只運(yùn)放A1 A4;數(shù)控模塊包括四個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序B1 B4、 一個(gè)輸入電壓有效值計(jì)算程序B5、 一個(gè)輸出功率計(jì)算程序B6、 一個(gè)控制電壓計(jì)算程序B7、 一 個(gè)減法程序B8、 一個(gè)可復(fù)位積分程序B9、 一個(gè)比較程序BIO、 一個(gè)RS觸發(fā)程序Bll、 一個(gè)時(shí)鐘 程序B12;驅(qū)動(dòng)模塊包括一只推挽驅(qū)動(dòng)器。功率電路模塊2由八只電阻R1 R5、 RS1、 RS1和 RL、四只電容CK4、 一只電解電容E1、 一只快速恢復(fù)功率二極管FRD1和一只穩(wěn)壓二極管 ZD1構(gòu)成，整個(gè)電路構(gòu)成一個(gè)典型的APFC功率電路模塊。
控制電路模塊1中，檢測模塊中，電阻R6的一端與電阻R7的一端相連后與運(yùn)放A1的同 相輸入端相連，R6電阻的另一端與電阻R7的另一端分別與功率電路模塊中整流橋B1的正極 和負(fù)極相連，運(yùn)放A1的反相輸入端與其輸出端相連后與模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序B1的入口相連。
電阻R8的一端與電阻R9的一端相連后與運(yùn)放A2的反相輸入端相連，電阻R8的另一端與 功率電路模塊中電阻R3、電容C4的公共端相連，電阻R9的另一端分別與運(yùn)放A2的輸出端相 連后與電阻Rll的一端相連。電阻RIO的一端分別與運(yùn)放A2的同相輸入端相連，其另一端接 地。電阻Rll的另一端與電容C5的一端相連后與模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序B2的入口相連，電容C5 的另一端接地。
電阻R12的一端與電阻R13的一端相連后與運(yùn)放A3的反相輸入端相連，電阻R12的另一 端接地，運(yùn)放A3的反、同相輸入端與功率電路模塊中分流電阻RS2、電阻R5公共端相連，電
阻R13的另一端分別與運(yùn)放A2的輸出端相連后與電阻R14的一端相連。電阻R14的一端分別 與電容C6的一端相連后與模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序B3的入口相連，電容C6的另一端接地。
電阻R15的一端與電阻R16的一端相連后與運(yùn)放A4的反相輸入端相連，電阻R15的另一 端接地，運(yùn)放A4的反相輸入端與功率電路模塊中電阻R4、電阻R5公共端相連，電阻R16的 另一端分別與運(yùn)放A2的輸出端相連后與電阻R17的一端相連。電阻R17的一端分別與電容C4 的一端相連后與模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序B4的入口相連，電容C7的另一端接地。數(shù)控模塊中模數(shù)轉(zhuǎn) 換濾波程序B1的出口與輸入電壓有效值計(jì)算程序B5的入口相連，輸入電壓有效值計(jì)算程序 B5的出口與控制電壓計(jì)算程序B7的入口相連。第二只模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序B2的出口與減法程 序B8的反相入口相連。模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序B3的出口與輸出功率計(jì)算程序B6的第二入口相連。 模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序B4的出口與輸出功率計(jì)算程序B6的第二入口相連。
輸出功率計(jì)算程序B6的出口與控制電壓計(jì)算程序B7的入口相連，控制電壓計(jì)算程序B7 的出口與減法程序B8的同相入口、可復(fù)位積分程序B9的第一入口相連，可復(fù)位積分程序B9 的出口與比較程序B10的反相入口相連，減法程序B8與比較程序B10的入口相連，比較程序 B10的出口與RS觸發(fā)程序B12的復(fù)位端相連。RS觸發(fā)程序Bll的同相輸出口與驅(qū)動(dòng)模塊中驅(qū) 動(dòng)器DRV1的輸入端相連，其反相輸出口與可復(fù)位積分器B9的第二入口相連。時(shí)鐘發(fā)生程序 B12與RS觸發(fā)程序B11的置位端相連。驅(qū)動(dòng)模塊中驅(qū)動(dòng)器DRV1的輸出端與功率電路模塊中的 功率開關(guān)S1的門極、穩(wěn)壓二極管ZD1的陰極和電阻R2的一端構(gòu)成的公共端相連。
功率電路模塊2中，整流橋B1前的兩個(gè)交流輸入端分別連接電容C1的兩端，并與交流電 源VS1的兩端相連。整流橋B1后的直流正極與電阻R1的一端相連，并與控制電路模塊中的 電阻R6、電感L1的一端相連，電感L1的另一端與功率二極管FRD1的陽極、電容C2的一端、 功率開關(guān)S1的集電極共同相連，功率二極管FRD1的陰極與電容C4的另一端相連后與電容C3 的一端、電解電容E1的正極、電容C4的一端以及等效負(fù)載電阻RL的一端相連。整流橋B1后 的直流負(fù)極與電阻R1的另一端、電阻R3的一端、分流電阻RS1的一端相連，分流電阻RS1 的另一端接地。電阻R3的另一端與電容C4的一端、控制電路模塊的電阻R8的一端相連，電 容C4的另一端接地。功率開關(guān)S1的門極與穩(wěn)壓二極管ZD1的陰極、電阻R2的一端相連后與 控制電路模塊中的PWM輸出端相連，功率開關(guān)S1的發(fā)射極、穩(wěn)壓二極管ZD1的陽極、電阻 R2的另一端分別接地。電容C3的另一端、電解電容E1的負(fù)極、分流電阻RS2的一端接地， 分流電阻RS2的另一端與電阻R5的一端、等效負(fù)載電阻RL的另一端相連后與控制電路模塊中 運(yùn)放A3的同相輸入端相連。電阻R5的另一端與電阻R4的另一端相連后與控制電路模塊2中 運(yùn)放A4的同相輸入端相連。
本發(fā)明的工作原理為
(1) 控制電路模塊l中，根據(jù)APFC的工作原理和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，假設(shè)系統(tǒng)效率為。，輸入功 率與輸出功率之間有下式成立Pi =P。M//7，其中Pi。代表輸入功率，P。u,代表輸出功率。則在負(fù) 載功率和輸入交流電壓有效值確定的情況下就可以確定輸入電流的有效值，波形為掙下波形 輸入電流有效值等于I, =Pin/Uin =P。U, /;7/Uin ，其中Uin代表輸入電壓有效值，1 代表輸入電流有效 值，則該輸入電流的幅值即為控制電壓，再通過可復(fù)位積分電路和RS觸發(fā)器構(gòu)成的單周期控 制程序，RS觸發(fā)程序產(chǎn)生PWM脈沖信號(hào)，PWM脈沖信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器放大后，控制功率電路 模塊中功率開關(guān)的開通與關(guān)斷規(guī)律，完成功率因數(shù)校正能力。
控制電路模塊由三個(gè)組成模塊檢測模塊中，電阻R6 R7、運(yùn)放A1完成對(duì)正弦半波電壓
的檢測，可以判斷電網(wǎng)電壓是否過壓和欠壓。電阻R8 R11、電容C5、運(yùn)放A2完成對(duì)分流電
阻RS1電壓即電感電流的檢測，還可以判斷功率開關(guān)是否過流和過載。電阻R12 R14、電容
C6、運(yùn)放A3完成對(duì)輸出電流的檢測，還可以判斷負(fù)載是否過流和過載。電阻R15 R17、電容
C7、運(yùn)放A4完成對(duì)輸出電壓的檢測，還可以判斷輸出電壓是否出現(xiàn)過過壓和欠壓?？刂颇K
中，模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序B1 B4分別完成對(duì)正弦半波電壓、電感電流、輸出電流、輸出電壓的
模數(shù)轉(zhuǎn)換和濾波，在完成對(duì)輸入電壓有效值計(jì)算(B5)的基礎(chǔ)上，計(jì)算出輸出功率(B6)和
輸入電流有效值(B7)，得到輸入電流的幅值，該幅值與輸出功率和輸入電壓有關(guān)，作為控制
電壓。該電壓通過一個(gè)可復(fù)位積分器得到一個(gè)幅值隨控制電壓大小變化的鋸齒波序列，與控
制電壓減去瞬時(shí)電感電流的差值進(jìn)行比較，差值大于鋸齒波幅值時(shí)比較程序產(chǎn)生復(fù)位高電平，
RS觸發(fā)程序產(chǎn)生低電平，關(guān)閉功率開關(guān)S1。差值小于鋸齒波幅值時(shí)比較程序產(chǎn)生低電平，則
RS觸發(fā)程序按照時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生高電平的作用下，周期地開通功率丌關(guān)S1?？蓮?fù)位積分器的
復(fù)位信號(hào)來源于RS觸發(fā)程序的反相輸出，高電平時(shí)復(fù)位，低電平時(shí)積分。
由于實(shí)際APFC數(shù)控電路中受到具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)和產(chǎn)品性能規(guī)范等方面的要求，控制器不僅
可以采用16位單片機(jī)、DSP，還可以采用ARM等。因此數(shù)控電路中細(xì)節(jié)模塊會(huì)有所變化，但
是基本原理不變。分流電阻RS1與RS2的阻值為mQ級(jí)，整流橋后正弦半波的電阻降壓電路輸
出為幾伏級(jí)。
(2) 功率電路模塊2中，PWM驅(qū)動(dòng)脈沖處于高電平時(shí)，功率開關(guān)S1導(dǎo)通，電源VS被短 路，電感L1電流上升，儲(chǔ)存能量；PWM驅(qū)動(dòng)脈沖處于低電平時(shí)，功率開關(guān)S1關(guān)斷，電源VS 被開放，電感L1電流下降，將儲(chǔ)存能量的一模塊通過功率二極管FRD1轉(zhuǎn)移到電解電容E1中， 供等效負(fù)載RL使用。由于PWM驅(qū)動(dòng)脈沖是控制電路模塊按照APFC控制策略產(chǎn)生的，因而功 率電路模塊最終能夠得到紋波電壓低、平均值穩(wěn)定的輸出直流電壓和與高正弦度的交流電流,
達(dá)到APFC的目的和目標(biāo)。
本發(fā)明的控制電路模塊和功率電路模塊為密不可分的兩個(gè)組成模塊，不能簡單地單獨(dú)分
析，從而構(gòu)成單相功率因數(shù)校正單周期控制器。工作原理的實(shí)質(zhì)是控制電路模塊1根據(jù)單 相功率因數(shù)校正器的工作原理和實(shí)質(zhì)，首先確定輸出功率大小和輸入電流的幅值，作為控制
電壓，并跟根據(jù)單周期控制原理計(jì)算功率開關(guān)所需的PWM脈沖信號(hào)，通過功率電路模塊獲得 APFC校正的良好效果。所有的計(jì)算工作均由數(shù)字控制器完成，靈活性強(qiáng)，數(shù)字控制器開銷的 資源較少。雖然控制電路模塊和功率電路模塊為密不可分的兩個(gè)組成模塊，但是控制電路模 塊尤為重要，因此給出控制電路模塊的元器件參數(shù)選擇依據(jù)。
上述器件中各電阻、運(yùn)放均要求具有高精度和滿幅能力；本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的參數(shù)為期 望輸出直流電壓350V，電阻R3取20Q，電阻R4取349kQ，電阻R5取lkH。電阻R6取349kQ， 電阻R7取lkQ。電阻R8取10kQ，電阻R9取10kQ。電阻RIO取10kQ，電阻Rll取lkQ。電 阻R12取10kQ，電阻R13取10kQ。電阻R14取lkfi，電阻R15取10kQ。電阻R16取10kn， 電阻R17取lkf2。電容C4取lnF，電容C5取lnF，電容C6取lnF，電容C7取lnF。電阻RS1 取15mQ，無感。電阻RS2取15mQ，無感。電感L1取5.0mH。運(yùn)放A1 A4均選擇較高精度 和滿幅值輸出的放大器，控制器選擇16位MCU、 DSP或ARM等。
本發(fā)明根據(jù)單相有源功率因數(shù)校正基本原理以及單周期控制原理，設(shè)計(jì)制作了新型的跟 隨輸出功率的單相功率因數(shù)校正的數(shù)字設(shè)計(jì)方案，因而具有設(shè)計(jì)構(gòu)思新穎、通用性強(qiáng)等特征， 同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、實(shí)現(xiàn)容易、靈活強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，還可以支持較寬范圍功率輸出，尤 其適用于大功率變頻空調(diào)的APFC。
這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。這 里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實(shí)施例的替 換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本 質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其他元件、材料和部 件來實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其他變形 和改變。
權(quán)利要求
1. 單相功率因數(shù)校正單周期控制器，其特征在于所述單相功率因數(shù)校正單周期控制器包括控制電路模塊(1)以及與其配套的功率電路模塊(2)，所述控制電路模塊(1)包括依次連接的三個(gè)模塊檢測模塊，其包括電連接的十二只電阻、三只電容和四只運(yùn)放；數(shù)控模塊，其包括電連接的四個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序、一個(gè)輸入電壓有效值計(jì)算程序、一個(gè)輸出功率計(jì)算程序、一個(gè)控制電壓計(jì)算程序、一個(gè)減法程序、一個(gè)可復(fù)位積分程序、一個(gè)比較程序、一個(gè)RS觸發(fā)程序和一個(gè)時(shí)鐘程序；以及驅(qū)動(dòng)模塊，其包括一只推挽驅(qū)動(dòng)器，功率電路模塊(2)由八只電阻、四只電容、一只電解電容、一只快速恢復(fù)功率二極管和一只穩(wěn)壓二極管電連接構(gòu)成，整個(gè)電路構(gòu)成一個(gè)典型的APFC功率電路模塊。
2. 如權(quán)利要求1所述的單相功率因數(shù)校正單周期控制器，其特征在于所述檢測模塊中電阻(R6)的一端與電阻(R7)的一端相連后與運(yùn)放(Al)的同相輸入端相連，(R6)電阻 的另一端與電阻(R7)的另一端分別與功率電路模塊中整流橋(Bl)的正極和負(fù)極相連，運(yùn) 放(Al)的反相輸入端與其輸出端相連后與模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序(Bl)的入口相連，電阻(R8)的一端與電阻(R9)的一端相連后與運(yùn)放(A2)的反相輸入端相連，電阻(R8) 的另一端與功率電路模塊中電阻(R3)、電容(C4)的公共端相連，電阻(R9)的另一端分 別與運(yùn)放(A2)的輸出端相連后與電阻(R11)的一端相連。電阻(R10)的一端分別與運(yùn)放 (A2)的同相輸入端相連，其另一端接地。電阻(R11)的另一端與電容(C5)的一端相連后 與模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序(B2)的入口相連，電容(C5)的另一端接地，電阻(R12)的一端與電阻(R13)的一端相連后與運(yùn)放(A3)的反相輸入端相連，電阻 (R12)的另一端接地，運(yùn)放(A3)的同相輸入端與功率電路模塊中分流電阻(RS2)、電阻(R5) 公共端相連，電阻(R13)的另一端分別與運(yùn)放(A2、 A3)的輸出端相連后與電阻(R14)的 一端相連。電阻(R14)的一端分別與電容(C6)的一端相連后與模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序(B3) 的入口相連，電容(C6)的另一端接地，電阻(R15)的一端與電阻(R16)的一端相連后與運(yùn)放(A4)的反相輸入端相連，電 阻(R15)的另一端接地，運(yùn)放(A4)的同相輸入端與功率電路模塊中電阻(R4)、電阻(R5) 公共端相連，電阻(R16)的另一端分別與運(yùn)放(A2、 A4)的輸出端相連后與電阻(R17)的 一端相連，電阻(R17)的一端分別與電容(C4、 C7)的一端相連后與模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序(B4) 的入口相連，電容(C7)的另一端接地。
3. 如權(quán)利要求1所述的單相功率因數(shù)校正單周期控制器，其特征在于數(shù)控模塊中模數(shù) 轉(zhuǎn)換濾波程序(Bl)的出口與輸入電壓有效值計(jì)算程序(B5)的入口相連，輸入電壓有效值 計(jì)算程序(B5)的出口與控制電壓計(jì)算程序(B7)的入口相連，第二只模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序(B2) 的出口與減法程序(B8)的反相入口相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序(B3)的出口與輸出功率計(jì)算 程序(B6)的第二入口相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波程序(B4)的出口與輸出功率計(jì)算程序(B6)的 第二入口相連，輸出功率計(jì)算程序(B6)的出口與控制電壓計(jì)算程序(B7)的入口相連，控 制電壓計(jì)算程序(B7)的出口與減法程序(B8)的同相入口、可復(fù)位積分程序(B9)的第一入口相 連，可復(fù)位積分程序(B9)的出口與比較程序(B10)的反相入口相連，減法程序(B8)(比較程序 (B10))的出口與RS觸發(fā)程序(B12、 Bll)的復(fù)位端相連，RS觸發(fā)程序(Bll)的同相輸出口與驅(qū) 動(dòng)模塊中驅(qū)動(dòng)器(DRV1)的輸入端相連，其反相輸出口與可復(fù)位積分器(B9)的第二入口相連， 時(shí)鐘發(fā)生程序(B12)與RS觸發(fā)程序(B11)的置位端相連。
4. 如權(quán)利要求1所述的單相功率因數(shù)校正單周期控制器，其特征在于驅(qū)動(dòng)模塊中驅(qū)動(dòng) 器(DRV1)的輸出端與功率電路模塊中的功率開關(guān)(Sl)的門極、穩(wěn)壓二極管(ZD1)的陰極和電 阻(R2)的一端構(gòu)成的公共端相連。
5. 如權(quán)利要求1所述的單相功率因數(shù)校正單周期控制器，其特征在于所述功率電路模 塊中的整流橋(B1)前的兩個(gè)交流輸入端分別連接電容(C1)的兩端，并與交流電源(VS1)的兩端 相連，整流橋(B1)后的直流正極與電阻(R1)的一端相連，并與控制電路模塊中的電阻(R6)、 電感(L1)的一端相連，電感(L1)的另一端與功率二極管(FRD1)的陽極、電容(C2)的一端、功率 開關(guān)(S1)的集電極共同相連，功率二極管(FRD1)的陰極與電容(C4)的另一端相連后與電容(C3) 的一端、電解電容(E1)的正極、電容(C4)的一端以及等效負(fù)載電阻(RL)的一端相連，整流橋(B1) 后的直流負(fù)極與電阻(R1)的另一端、電阻(R3)的一端、分流電阻(RS1)的一端相連，分流電阻 (RS1)的另一端接地。電阻(R3)的另一端與電容(C4)的一端、控制電路模塊的電阻(R8)的一端 相連，電容(C4)的另一端接地，功率開關(guān)(S1)的門極與穩(wěn)壓二極管(ZD1)的陰極、電阻(R2)的一 端相連后與控制電路模塊中的(PWM)輸出端相連，功率開關(guān)(S1)的發(fā)射極、穩(wěn)壓二極管(ZD1) 的陽極、電阻(R2)的另一端分別接地，電容(C3)的另一端、電解電容(E1)的負(fù)極、分流電阻(RS2) 的一端接地，分流電阻(RS2)的另一端與電阻(R5)的一端、等效負(fù)載電阻(RL)的另一端相連后 與控制電路模塊中運(yùn)放(A3)的同相輸入端相連，電阻(R5)的另一端與電阻(R4)的另一端相連后 與控制電路模塊(2)中運(yùn)放(A4)的同相輸入端相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單相功率因數(shù)校正單周期控制器，由控制電路模塊和功率電路模塊構(gòu)成?？刂齐娐纺K中包括檢測模塊、控制模塊和驅(qū)動(dòng)模塊。數(shù)字控制器根據(jù)檢測到的輸出功率大小和輸入電壓有效值計(jì)算得到輸入電流的有效值，作為控制電壓，結(jié)合可復(fù)位積分程序和RS觸發(fā)程序以及時(shí)鐘程序產(chǎn)生PWM脈沖信號(hào)。功率電路模塊接受交流輸入電壓和PWM驅(qū)動(dòng)脈沖，控制功率開關(guān)的開通與關(guān)斷，使得電感電流被控制在外限和內(nèi)限范圍內(nèi)，完成APFC功能，同時(shí)輸出電壓具有跟隨輸出功率和電網(wǎng)電壓的特性。本發(fā)明根據(jù)功率因數(shù)校正器的工作原理和實(shí)質(zhì)，設(shè)計(jì)了單相功率因數(shù)校正單周期控制器數(shù)字電路設(shè)計(jì)方案，具有結(jié)構(gòu)簡單、附加成本低、實(shí)現(xiàn)容易、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J3/18GK101383513SQ20081020157
公開日2009年3月11日 申請日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日
發(fā)明者劉智翎, 邱海陵, 雷淮剛 申請人:上海儒競電子科技有限公司