專利名稱：一種單級有源功率因數(shù)校正電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率的自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前廣泛采用的有源功率因數(shù)變換器大多是采用傳統(tǒng)的boost升壓功率因數(shù)變換和DC/DC變換相結(jié)合的方案。其整體框圖如圖2所示，其電路一般包括兩個(gè)獨(dú)立的功率變換單元(為兩級電路)，每個(gè)獨(dú)立的功率變換單元都有獨(dú)立的功率器件和控制電路。功率因數(shù)變換全部采用的是BOOST電路的方式；DC/DC變換電路的拓?fù)浞N類很多，可以是半橋，全橋，推挽，正激，反激等。目前有源功率因數(shù)變換器普遍的水平是工作于硬開關(guān)方式， 其缺點(diǎn)是電路復(fù)雜元件多，成本高，體積大，功率管工作在硬開關(guān)狀態(tài)，電磁輻射嚴(yán)重，效率低，其中boost電路的整流二極管工況很差，其反向恢復(fù)電流不僅會(huì)帶來很大的電磁干擾， 而且容易對器件本身造成毀滅性的損壞，長久以來，一直制約著有源功率校正電路的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、 電磁輻射低的單級有源功率因數(shù)校正電路。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種單級有源功率因數(shù)校正電路，其特征在于包括諧振式功率變換電路、高頻信號(hào)檢測電路、雙路輸出電流型控制IC、 功率因數(shù)校正采樣控制電路、下降沿檢測電路和電流采樣模塊，所述諧振式功率變換電路的交流輸入端接所述功率因數(shù)校正采樣控制電路中輸入電壓檢測模塊的輸入端，所述交流輸入的任意端經(jīng)一電流采樣模塊接輸入電流信號(hào)檢測模塊的輸入端；所述輸入電流信號(hào)檢測模塊的輸出端接電流跟蹤誤差放大器0P2的一個(gè)輸入端，乘法器的輸出端接所述電流跟蹤誤差放大器0P2的另一個(gè)輸入端；所述電流跟蹤誤差放大器0P2的輸出端接電流比較器 OPl的一個(gè)輸入端，帶開關(guān)的積分電路的輸出端接所述電流比較器OPl的另一個(gè)輸入端，分相器的輸出端分別接所述諧振式功率變換電路中主開關(guān)管Si、S2的控制端和下降沿檢測電路的輸入端，所述下降沿檢測電路的輸出端接振蕩器的輸入端；所述諧振式功率變換電路中電感L1、L2和電容C4、C1組成的串聯(lián)諧振回路中的任一點(diǎn)接電流采樣器的輸入端；帶開關(guān)的積分電路的開關(guān)控制端接下降沿檢測電路的輸出端，第二觸發(fā)器的輸出端接振蕩器的一個(gè)輸入端；諧振式功率變換電路的輸出反饋電壓^接主電壓誤差放大器0P3的一個(gè)輸入端，其另一個(gè)輸入端接基準(zhǔn)電壓VKEF。所述功率因數(shù)校正采樣控制電路包括輸入電流信號(hào)檢測模塊、輸入電壓信號(hào)檢測模塊、乘法器和主電壓誤差放大器0P3，所述輸入電壓信號(hào)檢測模塊的輸出端接所述乘法器的一個(gè)輸入端，所述主電壓誤差放大器0P3的輸出端接所述乘法器的另一個(gè)輸入端。所述雙路輸出電流型控制IC包括電流比較器0P1、第一觸發(fā)器、振蕩器、門電路和分相器，所述電流比較器OPl的輸出端接第一觸發(fā)器的一個(gè)輸入端，所述振蕩器的輸出端分別接所述第一觸發(fā)器的另一個(gè)輸入端和所述門電路的一個(gè)輸入端，所述第一觸發(fā)器的輸出端接所述門電路的另一個(gè)輸入端，所述門電路的輸出端接所述分相器的輸入端。所述高頻信號(hào)檢測電路包括電流采樣器、整流電路、帶開關(guān)的積分電路、過零比較器和第二觸發(fā)器，所述電流采樣器的一個(gè)輸出端接所述整流電路的輸入端，所述整流電路的輸出端接帶開關(guān)的積分電路的輸入端，所述電流采樣器的另一個(gè)輸出端接所述過零比較器的輸入端，所述過零比較器的輸出端接所述第二觸發(fā)器的輸入端。所述諧振式功率變換電路可以是全橋式串聯(lián)諧振電路或者半橋式串聯(lián)諧振電路。所述電流采樣模塊可以是電阻、霍爾器件和電流互感器中的任意一個(gè)。本發(fā)明的有益效果如下所述電路在功率變換過程中，開關(guān)管可以實(shí)現(xiàn)全程軟開關(guān)，不存在boost電路中的整流二極管的反向恢復(fù)電流的問題；開關(guān)損耗接近于零，效率高；開關(guān)管的工作狀況好，可靠性高；電路由兩級變?yōu)橐患?，元器件減少，成本降低；高頻工作電流為正弦形態(tài)，電磁輻射低。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖2是現(xiàn)有單級有源功率因數(shù)變換電路的結(jié)構(gòu)框其中1、諧振式功率變換電路2、高頻信號(hào)檢測電路3、雙路輸出電流控制IC 4、功率因數(shù)校正采樣控制電路5、下降沿檢測電路6、電流采樣模塊；
21、電流采樣器22、整流電路23、帶開關(guān)的積分電路24、過零比較器25、第二觸發(fā)
器；
31、第一觸發(fā)器32、振蕩器33、門電路34、分相器；
41、輸入電流信號(hào)檢測模塊42、輸入電壓信號(hào)檢測模塊43、乘法器。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，一種單級有源功率因數(shù)校正電路，包括諧振式功率變換電路1、高頻信號(hào)檢測電路2、雙路輸出電流型控制IC3、功率因數(shù)校正采樣控制電路4、下降沿檢測電路 5和電流采樣模塊6，所述諧振式功率變換電路1可以是全橋式串聯(lián)諧振電路或者半橋式串聯(lián)諧振電路。所述電流采樣模塊6可以是電阻、霍爾器件和電流互感器中的任意一個(gè)。所述諧振式功率變換電路1的交流輸入端接所述功率因數(shù)校正采樣控制電路4中輸入電壓檢測模塊42的輸入端，所述交流輸入的任意端經(jīng)一電流采樣模塊6接輸入電流信號(hào)檢測模塊41的輸入端；所述輸入電流信號(hào)檢測模塊41的輸出端接電流跟蹤誤差放大器 0P2的一個(gè)輸入端，乘法器43的輸出端接所述電流跟蹤誤差放大器0P2的另一個(gè)輸入端； 所述電流跟蹤誤差放大器0P2的輸出端接電流比較器OPl的一個(gè)輸入端，帶開關(guān)的積分電路23的輸出端接所述電流比較器OPl的另一個(gè)輸入端，分相器34的輸出端分別接所述諧振式功率變換電路1中主開關(guān)Si、S2的控制端和下降沿檢測電路5的輸入端，所述下降沿檢測電路5的輸出端接振蕩器32的輸入端；所述諧振式功率變換電路1中電感L1、L2 (電感L2為變壓器的初級)和電容C4、C1組成的串聯(lián)諧振回路中的任一點(diǎn)接電流采樣器21的輸入端；帶開關(guān)的積分電路23的開關(guān)控制端接下降沿檢測電路5的輸出端，第二觸發(fā)器25 的輸出端接振蕩器32的一個(gè)輸入端；諧振式功率變換電路1的電壓輸出端^接主電壓誤差放大器0P3的一個(gè)輸入端，其另一個(gè)輸入端接基準(zhǔn)電壓VKEF。所述功率因數(shù)校正采樣控制電路4包括輸入電流信號(hào)檢測模塊41、輸入電壓信號(hào)檢測模塊42、乘法器43和主電壓誤差放大器0P3，所述輸入電壓信號(hào)檢測模塊42的輸出端接所述乘法器43的一個(gè)輸入端，所述主電壓誤差放大器0P3的輸出端接所述乘法器43的另一個(gè)輸入端。所述雙路輸出電流型控制IC3包括電流比較器0P1、第一觸發(fā)器31、振蕩器32、門電路33和分相器34，所述電流比較器OPl的輸出端接第一觸發(fā)器31的一個(gè)輸入端，所述振蕩器32的輸出端分別接所述第一觸發(fā)器31的另一個(gè)輸入端和所述門電路33的一個(gè)輸入端，所述第一觸發(fā)器31的輸出端接所述門電路33的另一個(gè)輸入端，所述門電路33的輸出端接所述分相器34的輸入端。所述高頻信號(hào)檢測電路2包括電流采樣器21、整流電路22、帶開關(guān)的積分電路23、 過零比較器M和第二觸發(fā)器25，所述電流采樣器21的一個(gè)輸出端接所述整流電路22的輸入端，所述整流電路22的輸出端接帶開關(guān)的積分電路23的輸入端，所述電流采樣器21的另一個(gè)輸出端接所述過零比較器M的輸入端，所述過零比較器M的輸出端接所述第二觸發(fā)器25的輸入端。電路的工作原理如下主電壓誤差放大器0P3的輸入端一端接基準(zhǔn)電壓Vkef，另一端接輸出反饋電壓u0，當(dāng)輸出電壓U0發(fā)生變化時(shí)，主電壓誤差放大器0P3的輸出也會(huì)發(fā)生變化，主電壓誤差放大器0P3的輸出電壓信號(hào)和輸入電壓檢測模塊42的輸出電壓信號(hào)通過乘法器43相乘后，乘法器43的輸出值也相應(yīng)發(fā)生改變，進(jìn)而影響電流跟蹤誤差放大器0P2 的輸出，電流跟蹤誤差放大器0P2的輸出變化引起電流比較器OPl的輸入發(fā)生變化，進(jìn)而引起電流比較器OPl輸出改變，影響第一觸發(fā)器31，門電路33，分相器34，改變諧振式功率變換電路1的工作頻率，達(dá)到改變諧振式功率變換電路1輸出能力的目的，從而改變輸出電壓 ^，主電壓誤差放大器0P3將一直調(diào)整輸出直到輸出電壓U0和基準(zhǔn)電壓Vkef達(dá)到一致為止， 從而實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定輸出電壓U0的目的。乘法器43的輸出信號(hào)為輸入電壓信號(hào)檢測模塊42采集來的輸入電壓信號(hào)和主電壓誤差放大器0P3輸出信號(hào)的乘積，是一個(gè)隨輸入電壓規(guī)律變化的信號(hào)，將這個(gè)信號(hào)接到電流跟蹤誤差放大器0P2的一個(gè)輸入端作為被跟蹤信號(hào)，另一端接輸入電流信號(hào)檢測模塊 41的輸出端作為反饋信號(hào)，一旦輸入電流信號(hào)不跟蹤乘法器43的輸出信號(hào)，電流跟蹤誤差放大器0P2就會(huì)作出調(diào)整，改變電流比較器OPl的輸入信號(hào)，進(jìn)而改變電流比較器OPl的輸出信號(hào)，影響第一觸發(fā)器31，門電路33，分相器34，改變諧振式功率變換電路1的工作頻率，從而改變諧振式功率變換電路1的輸入電流，使輸入電流信號(hào)改變，直到他跟蹤乘法器 43的輸入電壓信號(hào)為止，這就實(shí)現(xiàn)了輸入電流對輸入電壓信號(hào)的跟蹤，從而完成功率因數(shù)校正的目的。在高頻工作的正半周，主開關(guān)管Sl導(dǎo)通，主開關(guān)管S2關(guān)斷，電流經(jīng)主開關(guān)管Si、 電感Li、L2到電容C4。當(dāng)高頻工作的正半周結(jié)束時(shí)，主開關(guān)管Sl關(guān)斷，此時(shí)，由于電容C2 的存在，且電容C2兩端的電壓不會(huì)突變，所以，在主開關(guān)管Sl關(guān)斷的瞬間，電容C2兩端的電壓為0保持不變，這樣就實(shí)現(xiàn)了主開關(guān)管Sl的零電壓關(guān)斷。在主開關(guān)管Sl關(guān)斷時(shí)，電感 Ll中的電流方向?yàn)閺淖蟮接?，由于電感中的電流不?huì)突變，所以在主開關(guān)管Sl關(guān)斷后，電流首先經(jīng)過電容C2，C3，電感L1、L2，繼續(xù)給電容C4充電，當(dāng)電容C3兩端的電壓為OV時(shí)，電
5流將經(jīng)過二極管D6，電感L1、L2，繼續(xù)給電容C4充電。此時(shí)主開關(guān)管S2兩端的電壓為0V， 這時(shí)控制主開關(guān)管S2導(dǎo)通，主開關(guān)管S2就實(shí)現(xiàn)了零電壓開啟。 工作進(jìn)入到高頻負(fù)半周，主開關(guān)管S2導(dǎo)通，主開關(guān)管Sl關(guān)斷。回路電流逐漸降低到零，然后，電容C4經(jīng)電感L2，電感Li，主開關(guān)管S2放電，電流方向變?yōu)閺挠蚁蜃?，?dāng)負(fù)半周結(jié)束時(shí)，主開關(guān)管S2在電容C3的保護(hù)下零電壓關(guān)斷，此時(shí)電感Ll中的電流繼續(xù)保持從右到左的方向，如前所述，電流最終將使二極管D5導(dǎo)通，使主開關(guān)管Sl在零電壓下導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)了主開關(guān)管Sl的零電壓開啟，這樣就完成了從負(fù)半周到正半周的轉(zhuǎn)換。綜上所述， 在高頻工作的正半周到負(fù)半周以及從負(fù)半周到正半周的轉(zhuǎn)換過程中，主開關(guān)管Sl和S2無論是開啟還是關(guān)斷都始終處于零電壓狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了零電壓軟開關(guān)的目的。在以上工作過程當(dāng)中，電容C4兩端的電壓可以依靠諧振電路的諧振特性，達(dá)到遠(yuǎn)高于輸入電壓的目的，這就可以解決在低電壓輸入的情況下，整個(gè)諧振式功率變換電路仍可以對外輸出的問題。
權(quán)利要求
1.一種單級有源功率因數(shù)校正電路，其特征在于包括諧振式功率變換電路(1)、高頻信號(hào)檢測電路(2)、雙路輸出電流型控制IC (3)、功率因數(shù)校正采樣控制電路(4)、下降沿檢測電路(5 )和電流采樣模塊(6 )，所述諧振式功率變換電路(1)的交流輸入端接所述功率因數(shù)校正采樣控制電路(4)中輸入電壓檢測模塊(42)的輸入端，所述交流輸入的任意端經(jīng)一電流采樣模塊(6)接輸入電流信號(hào)檢測模塊(41)的輸入端；所述輸入電流信號(hào)檢測模塊 (41)的輸出端接電流跟蹤誤差放大器0P2的一個(gè)輸入端，乘法器(43 )的輸出端接所述電流跟蹤誤差放大器0P2的另一個(gè)輸入端；所述電流跟蹤誤差放大器0P2的輸出端接電流比較器OPl的一個(gè)輸入端，帶開關(guān)的積分電路(23)的輸出端接所述電流比較器OPl的另一個(gè)輸入端，分相器(34)的輸出端分別接所述諧振式功率變換電路(1)中主開關(guān)管S1、S2的控制端和下降沿檢測電路(5)的輸入端，所述下降沿檢測電路(5)的輸出端接振蕩器(32)的輸入端；所述諧振式功率變換電路(1)中電感Ll、L2和電容C4、Cl組成的串聯(lián)諧振回路中的任一點(diǎn)接電流采樣器(21)的輸入端；帶開關(guān)的積分電路(23)的開關(guān)控制端接下降沿檢測電路(5)的輸出端，第二觸發(fā)器(25)的輸出端接振蕩器(32)的一個(gè)輸入端；諧振式功率變換電路(1)的輸出反饋電壓^接主電壓誤差放大器0P3的一個(gè)輸入端，其另一個(gè)輸入端接基準(zhǔn)電壓Vkef。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單級有源功率因數(shù)校正電路，其特征在于所述功率因數(shù)校正采樣控制電路(4)包括輸入電流信號(hào)檢測模塊(41)、輸入電壓信號(hào)檢測模塊(42)、乘法器(43)和主電壓誤差放大器0P3，所述輸入電壓信號(hào)檢測模塊(42)的輸出端接所述乘法器(43 )的一個(gè)輸入端，所述主電壓誤差放大器0P3的輸出端接所述乘法器(43 )的另一個(gè)輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單級有源功率因數(shù)校正電路，其特征在于所述雙路輸出電流型控制IC (3)包括電流比較器0P1、第一觸發(fā)器(31)、振蕩器(32)、門電路(33)和分相器(34)，所述電流比較器OPl的輸出端接第一觸發(fā)器(31)的一個(gè)輸入端，所述振蕩器(32) 的輸出端分別接所述第一觸發(fā)器(31)的另一個(gè)輸入端和所述門電路(33)的一個(gè)輸入端， 所述第一觸發(fā)器(31)的輸出端接所述門電路(33)的另一個(gè)輸入端，所述門電路(33)的輸出端接所述分相器(34)的輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種單級有源功率因數(shù)校正電路，其特征在于所述高頻信號(hào)檢測電路(2)包括電流采樣器(21)、整流電路(22)、帶開關(guān)的積分電路(23)、過零比較器 (24)和第二觸發(fā)器(25)，所述電流采樣器(21)的一個(gè)輸出端接所述整流電路(22)的輸入端，所述整流電路(22)的輸出端接帶開關(guān)的積分電路(23)的輸入端，所述電流采樣器(21) 的另一個(gè)輸出端接所述過零比較器(24)的輸入端，所述過零比較器(24)的輸出端接所述第二觸發(fā)器(25)的輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種單級有源功率因數(shù)校正電路，其特征在于所述諧振式功率變換電路(1)可以是全橋式串聯(lián)諧振電路或者半橋式串聯(lián)諧振電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種單級有源功率因數(shù)校正電路，其特征在于所述電流采樣模塊(6)可以是電阻、霍爾器件和電流互感器中的任意一個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單級有源功率因數(shù)校正電路，涉及功率的自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。包括諧振式功率變換電路、高頻信號(hào)檢測電路、雙路輸出電流型控制IC、功率因數(shù)校正采樣控制電路、下降沿檢測電路和電流采樣模塊。所述電路在功率變換過程中，開關(guān)管可以實(shí)現(xiàn)全程軟開關(guān)，不存在boost電路中的整流二極管的反向恢復(fù)電流的問題；開關(guān)損耗接近于零，效率高；開關(guān)管的工作狀況好，可靠性高；電路由現(xiàn)有電路的兩級變?yōu)橐患?，元器件減少，成本降低；高頻工作電流為正弦形態(tài)，電磁輻射低。
文檔編號(hào)H02M1/42GK102307008SQ20111027553
公開日2012年1月4日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者徐衛(wèi)東, 賈彤穎 申請人:石家莊通合電子有限公司