一种功率因数校正整流器

1.本发明涉及校正整流器技术领域，更具体地涉及一种功率因数校正整流器。


背景技术：

2.整流器是把交流电转换成直流电的装置，它有两个主要功能：第一，将交流电(ac)变成直流电(dc)，经滤波后供给负载，或者供给逆变器；第二，给蓄电池提供充电电压；
3.当用电器呈感性或容性时会导致与其输入侧连接的供电电路产生电流畸变，进而导致供电电路的功率因数减小，为解决该技术问题通常需要在供电电路中的交流电源与用电器的输入之间连接功率因数校正整流器以使功率因数校正整流器和用电器共同构成的系统接近阻性，但是传统的功率因数校正整流器存在以下问题：
4.开关电源的输入端通常采用由整流二极管和滤波电容组成的整流滤波电路，以得到波形较为平滑的直流电压，而较多的整流电路，造成电网产生了畸变的非正弦电流，因此输入电流中含有很多的奇次、高次谐波分量，而这些高次谐波倒流入电网，会造成谐波污染。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本发明的目的是在于提供了一种功率因数校正整流器，结构简单，操作方便，解决了背景技术中所提出的技术问题和难点。
6.为了实现上述的目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种功率因数校正整流器，包括主功率电路与控制电路，所述主功率电路为boost升压型变换器，所述boost升压型变换器包括主功率回路、储能电感、高频功率开关管、二极管和滤波电容，所述控制电路包括电压误差放大器模块，电流误差放大器模块，乘除法器模块，峰值限制比较器模块，所述主功率回路用于将输入电流进行正弦相化，正弦相化的电流经过储能电感进行维持大小后通过高频功率开关管与二极管进入到控制电路中，控制电路将输入的电流进行功率调整，所述滤波电容位于主功率电路的最前端，输入电流经过滤波电容后进入到主功率电路内。
8.在一个优选的实施方式中，述主功率回路包括输出电压反馈、输入正弦波相位跟踪和电感电流采样信号，在一个开关周期内，通过电压反馈检测电压值，误差放大后得到的comp值与mult脚信号做乘法，到一个正弦的参考值，电压反馈检测的正弦检测值与电流采样信号检测的正弦值进行对比，此时进行mos管关闭逻辑，电感电流采样信号检测boost电感电流信号降至0后，完成mos管开通逻辑。
9.在一个优选的实施方式中，电压反馈检测的正弦检测值与电流采样信号检测的正弦值在进行比较时，均需要与输入正弦波相位跟踪所检测到的输入前电流的正弦波相位进行比较，且需记录电压反馈检测的正弦检测值与电流采样信号检测的正弦值中与正弦波相位相差较大的一项。
10.在一个优选的实施方式中，所述boost升压型变换器的电感计算公式为：
式中，v
输入
为输入时的电压值，d为电流的时空占比因数，f为开关转换频率，δi为电流纹风波对峰值；其中其中v0为初始状态的电压值，p
输出
为输出功率，boost升压型变换器的实际电感值比计算电感值高10％-20％。
11.在一个优选的实施方式中，所述高频功率开关管、二极管的电流额定值大于等于电感上的最大峰值电流，其电压额定值必须大于等于输出电压，高频功率开关管可承受高峰值功率损失。
12.在一个优选的实施方式中，输入的电流、电压首先经过电压误差放大器模块与电流误差放大器模块进行误差放大，电压误差放大器模块与电流误差放大器模块将电流与电压之间的误差输入给乘除法器模块，乘除法器模块将电流与电压进行增加与减少，存在误差的电流与电压变为标准电流与电压。
13.在一个优选的实施方式中，所述峰值限制比较器模块的限制峰流为瞬时电流的参考电压到电流感测电阻间的电流值，且峰值限制比较器模块可增加小电容。
14.本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
15.1、本发明通过采用滤波电容将高频波纹机械能滤除，电容将对电感电流进行平滑滤波，使输入电流波形更加正弦平滑，从而实现功率因数的校正，便于得到一个接近于1的高功率因数值，此时电能的利用率高，减少对电网造成的损伤；
16.2、本发明通过将输入到的电流与电压进行检测，并进行误差放大，从而能够更加准确的了解电流与电压的误差，乘除法器模块根据检测结果将电流与电压进行校正，此时保证输入功率恒定，在一个周期内，进行电压反馈检测的正弦检测值与电流采样信号检测的正弦值进行对比，能够控制mos管的关闭与开启，因此能够进行输入电流的正弦化，从而能够对功率因数进行自动校正。
附图说明
17.图1为一种功率因数校正整流器的整体结构模块示意图；
18.图2为一种功率因数校正整流器的整体电路结构示意图；
具体实施方式
19.下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，另外，在以下的实施方式中记载的各结构的形态只不过是例示，本发明所涉及的一种功率因数校正整流器并不限定于在以下的实施方式中记载的各结构，在本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式都属于本发明保护的范围。
20.实施例1：
21.参照图1与图2可知，一种功率因数校正整流器，包括主功率电路与控制电路，主功率电路为boost升压型变换器，boost升压型变换器包括主功率回路、储能电感、高频功率开
关管、二极管和滤波电容，控制电路包括电压误差放大器模块，电流误差放大器模块，乘除法器模块，峰值限制比较器模块，主功率回路用于将输入电流进行正弦相化，正弦相化的电流经过储能电感进行维持大小后通过高频功率开关管与二极管进入到控制电路中，控制电路将输入的电流进行功率调整，滤波电容位于主功率电路的最前端，输入电流经过滤波电容后进入到主功率电路内。
22.在本实施例中，因为电流波形为脉动三角波，而三角波的电流波形存在高频波纹，因此不易于进行测量，因此采用滤波电容将高频波纹机械能滤除，电容将对电感电流进行平滑滤波，使输入电流波形更加正弦平滑，从而实现功率因数的校正，便于得到一个接近于1的高功率因数值。
23.参照图1与图2，主功率回路包括输出电压反馈、输入正弦波相位跟踪和电感电流采样信号，在一个开关周期内，通过电压反馈检测电压值，误差放大后得到的comp值与mult脚信号做乘法，到一个正弦的参考值，电压反馈检测的正弦检测值与电流采样信号检测的正弦值进行对比，此时进行mos管关闭逻辑，电感电流采样信号检测boost电感电流信号降至0后，完成mos管开通逻辑，电压反馈检测的正弦检测值与电流采样信号检测的正弦值在进行比较时，均需要与输入正弦波相位跟踪所检测到的输入前电流的正弦波相位进行比较，且需记录电压反馈检测的正弦检测值与电流采样信号检测的正弦值中与正弦波相位相差较大的一项。
24.在本技术实施例中，在一个周期内，进行电压反馈检测的正弦检测值与电流采样信号检测的正弦值进行对比，能够控制mos管的关闭与开启，因此能够进行输入电流的正弦化，从而进行功率因数的校正，通过将电压反馈检测的正弦检测值、电流采样信号检测的正弦值与正弦波相进行比较，从而可以确定是电压还是电流的正弦值与初始的正弦波相差较大，确定原因后，便于进行调整。
25.参照图1与图2，boost升压型变换器的电感计算公式为：式中，v
输入
为输入时的电压值，d为电流的时空占比因数，f为开关转换频率，δi为电流纹风波对峰值；其中其中v0为初始状态的电压值，p
输出
为输出功率，boost升压型变换器的实际电感值比计算电感值高10％-20％。
26.在本技术实施例中，高频的波纹电流会被加入线电流峰值中，此时电感电流的峰值为线电流峰值与高频纹波电流峰对峰值一半的和，因此为了保证电感必须能够承受这一数值的电流，需要对电感进行计算，从而保证设备使用时能够容纳电流，保证设备工作时能够平稳工作，不会出现不可控的情况，为了保证使用时的安全性，实际电感值比计算电感值高10％-20％，防止出现电感超出实际时而发生故障的损坏。
27.进一步的，高频功率开关管、二极管的电流额定值大于等于电感上的最大峰值电流，其电压额定值必须大于等于输出电压，高频功率开关管可承受高峰值功率损失，当高频功率开关管导通但二极管未截止时，此时高频功率开关管流过全部的负载电流，并且会加上二极管的反向回复电流，此时的瞬间峰值功率损失较大，因此高频功率开关管可承受高峰值功率损失，可以避免设备损坏。
28.进一步的，输入的电流、电压首先经过电压误差放大器模块与电流误差放大器模块进行误差放大，电压误差放大器模块与电流误差放大器模块将电流与电压之间的误差输入给乘除法器模块，乘除法器模块将电流与电压进行增加与减少，存在误差的电流与电压变为标准电流与电压，通过电压误差放大器模块与电流误差放大器模块能够对输入到其中的电流与电压进行检测，且会经过误差放大，从而能够更加准确的了解电流与电压的误差，乘除法器模块根据检测结果将电流与电压进行校正，此时保证输入功率恒定，从而能够对功率因数进行自动校正。
29.进一步的，峰值限制比较器模块的限制峰流为瞬时电流的参考电压到电流感测电阻间的电流值，且峰值限制比较器模块可增加小电容，通过对电流值进行限制，可以防止较大的电流对设备造成损伤，此外，当增加小电容时，此时可增加抵抗噪声能力，并且可以增加电流的限制值。
30.在上述实施例，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时，上述实施例可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。计算机程序产品包括一个或多个计算机指令或计算机程序。在计算机上加载或执行计算机指令或计算机程序时，全部或部分地产生按照本技术实施例的流程或功能。计算机可以为通用计算机、专用计算机、计算机网络或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集合的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质、光介质或者半导体介质。半导体介质可以是固态硬盘。
31.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
32.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
33.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其他的形式。
34.作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
35.另外，在本技术实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。功能如果以软件功
能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干(3－10)指令用以使得一台计算机设备执行本技术各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
36.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
37.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。