本發(fā)明屬于電力電子變換器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種校正方法及系統(tǒng)，特別是涉及一種多開關(guān)功率因數(shù)校正方法、系統(tǒng)及電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

目前廣泛采用的單相功率因數(shù)校正器(PFC)為單相有源功率因數(shù)校正器(APFC)，包括有橋類型和無橋類型，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到變頻家電功率電路交直交變換器的前級電路，即作為AC-DC變換器。隨著大功率變頻空調(diào)等的普及應(yīng)用，對單相APFC的效率要求日益提高。由于無橋單相APFC具有同時導(dǎo)通功率器件少和導(dǎo)通損耗低的優(yōu)點(diǎn)，潛在效率較高，日益得到更多的關(guān)注。但是目前為止，得到應(yīng)用的主要是傳統(tǒng)的無橋單相APFC。為了提高功率等級，需要采取功率器件并聯(lián)和高頻升壓電感措施。采用了多個功率器件并聯(lián)，功率器件并聯(lián)目的為增加潛在的功率等級。尚且沒有文獻(xiàn)公開，對于功率器件并聯(lián)的無橋單相APFC，如何設(shè)計(jì)驅(qū)動方案。

對于高效率APFC應(yīng)用場合，或?yàn)榱烁纳铺岣哒w性能或某些性能，如降低升壓電感尺寸和簡化功率器件IGBT的設(shè)計(jì)，需要對現(xiàn)有的控制技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

現(xiàn)有技術(shù)只針對有橋單相APFC多功率器件并聯(lián)方案，各有優(yōu)點(diǎn)，同時也存在以下不足之處。對于單相APFC而言，占空比在電網(wǎng)電壓過零附近較大，一般可以0.95左右。占空比在電網(wǎng)電壓峰值附近較小，一般低于0.25左右。受到功率器件速度、控制穩(wěn)定性、電感釋放電流時間等因素，最大占空比不大于0.95。在一個完整的電源周期中，占空比的大致變化范圍為0.20—0.95。只要占空比d大于1/N(如N＝2，則d大于0.5)時，就會出現(xiàn)IGBT循環(huán)交叉連續(xù)導(dǎo)電狀態(tài)，此時不僅出現(xiàn)功率器件均流情況，更嚴(yán)重的是，總有一只功率器件IGBT導(dǎo)通，升壓電感沒有能量釋放的時間，將會造成升壓電感飽和以及功率器件最終燒毀。升壓電感紋波不能倍頻，而升壓電感的設(shè)計(jì)尤為重要，由于笨重和發(fā)熱等原因，一般板外安裝。為了單相APFC的小型化，在板安裝，升壓電感就得小型化和低發(fā)熱，為此必須適當(dāng)提高等效的開關(guān)頻率，即提高紋波頻率。

現(xiàn)有技術(shù)中揭示的移相驅(qū)動技術(shù)方案具有明顯的不足，不能借鑒和應(yīng)用到無橋單相APFC中。

因此，如何提供一種多開關(guān)功率因數(shù)校正方法、系統(tǒng)及電子設(shè)備，以解決現(xiàn)有技術(shù)中只要占空比大于1/N(如N＝2，則d大于0.5)時，就會出現(xiàn)功率器件循環(huán)交叉連續(xù)導(dǎo)電狀態(tài)，此時不僅出現(xiàn)功率器件均流情況，更嚴(yán)重的是，總有一只功率器件導(dǎo)通，升壓電感沒有能量釋放的時間，將會造成升壓電感飽和以及功率器件燒毀等缺陷，實(shí)以成為本領(lǐng)域從業(yè)者亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種多開關(guān)功率因數(shù)校正方法、系統(tǒng)及電子設(shè)備，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中只要占空比大于1/N(如N＝2，則d大于0.5)時，就會出現(xiàn)功率器件循環(huán)交叉連續(xù)導(dǎo)電狀態(tài)，此時不僅出現(xiàn)功率器件均流情況，更嚴(yán)重的是，總有一只功率器件導(dǎo)通，升壓電感沒有能量釋放的時間，將會造成升壓電感飽和以及功率器件燒毀的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明一方面提供一種多開關(guān)功率因數(shù)校正方法，應(yīng)用于包括多級并聯(lián)的功率模塊、和與所述多級并聯(lián)的功率模塊連接的升壓模塊、及與所述功率模塊和升壓模塊連接的功率輸出模塊的功率電路，所述多開關(guān)功率因數(shù)校正方法包括以下步驟：接收源于所述功率電路的輸入直流電壓信號、輸出直流電壓信號、及升壓電流信號；對所述輸入直流電壓信號、輸出直流電壓信號、及升壓電流信號進(jìn)行邏輯處理以形成多路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號；第i路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號與第i+1路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號之間移相預(yù)設(shè)角度，且等分占空比；i大于等于1；將形成的多路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號輸入所述功率電路，使其控制多級并聯(lián)功率模塊的通斷以校正功率因數(shù)。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述邏輯處理包括：對輸入直流電壓信號進(jìn)行邏輯處理、對輸出直流電壓信號進(jìn)行邏輯處理、及對所述升壓電流信號進(jìn)行邏輯處理；其中，所述對輸入直流電壓信號進(jìn)行邏輯處理包括：將所述輸入直流電壓信號進(jìn)行差動濾波；提取差動濾波后的輸入直流電壓信號的有效電壓值；將提取的有效電壓值進(jìn)行平方倒數(shù)以形成第一邏輯處理電壓信號；所述對輸出直流電壓信號進(jìn)行邏輯處理包括：將所述輸出直流電壓信號進(jìn)行差動濾波；將差動濾波后的輸出直流電壓信號與參考電壓信號進(jìn)行相減以獲取第一偏差信號；對該第一偏差信號進(jìn)行PID處理以形成第二邏輯處理電壓信號；所述對所述升壓電流信號進(jìn)行邏輯處理包括：將所述升壓電流信號進(jìn)行差動濾波以形成第三邏輯處理電壓信號。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述邏輯處理還包括：將所述第一邏輯處理電壓信號、差動濾波后的輸入直流電壓信號、第二邏輯處理電壓信號相乘以形成第四邏輯處理電壓信號；將所述第三邏輯處理電壓信號與第四邏輯處理電壓信號進(jìn)行相減以獲取第二偏差信號，對所述第二偏差信號進(jìn)行PID處理以形成第五邏輯處理信號。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述將形成的多路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號輸入所述功率電路，使其控制多級并聯(lián)功率模塊的通斷以校正功率因數(shù)的步驟包括：將第五邏輯處理信號進(jìn)行N等分處理，計(jì)算N等分后的脈沖信號，對N等分后的脈沖信號與梯形載波信號進(jìn)行比較以輸出高低電平信號，對所述高低電平信號進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制以形成N路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號；其中，N為大于等于2的偶數(shù)。

本發(fā)明另一方面提供一種多開關(guān)功率因數(shù)校正系統(tǒng)，應(yīng)用于提供輸入直流電壓信號、輸出直流電壓信號、及升壓電流信號的功率電路；所述功率電路包括多級并聯(lián)的功率模塊，與所述多級并聯(lián)的功率模塊連接的升壓模塊，及與所述功率模塊和升壓模塊連接的功率輸出模塊；所述多開關(guān)功率因數(shù)校正系統(tǒng)包括：處理模塊，與所述功率電路連接，用于接收輸入直流電壓信號、輸出直流電壓信號、及升壓電流信號；對所述輸入直流電壓信號、輸出直流電壓信號、及升壓電流信號進(jìn)行邏輯處理以形成多路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號；第i路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號與第i+1路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號之間移相預(yù)設(shè)角度，且等分占空比；i大于等于1；信號控制模塊，與所述處理模塊連接，用以將形成的多路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號輸入所述功率電路，使其控制多級并聯(lián)功率模塊的通斷以校正功率因數(shù)。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述處理模塊包括：第一處理單元，與所述功率電路連接，用于對輸入直流電壓信號進(jìn)行邏輯處理；所述對輸入直流電壓信號進(jìn)行邏輯處理是指將所述輸入直流電壓信號進(jìn)行差動濾波；提取差動濾波后的輸入直流電壓信號的有效電壓值；將提取的有效電壓值進(jìn)行平方倒數(shù)以形成第一邏輯處理電壓信號；第二處理單元，與所述功率電路連接，用于對輸出直流電壓信號進(jìn)行邏輯處理，所述對輸出直流電壓信號進(jìn)行邏輯處理是指將所述輸出直流電壓信號進(jìn)行差動濾波；將差動濾波后的輸出直流電壓信號與參考電壓信號進(jìn)行相減以獲取第一偏差信號；對該第一偏差信號進(jìn)行PID處理以形成第二邏輯處理電壓信號；第三處理單元，與所述功率電路連接，用于對所述升壓電流信號進(jìn)行邏輯處理；所述對所述升壓電流信號進(jìn)行邏輯處理是指將所述升壓電流信號進(jìn)行差動濾波以形成第三邏輯處理電壓信號。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述處理模塊還包括：第四處理單元，與所述第一處理單元和第二處理單元連接，用于將第一邏輯處理電壓信號、差動濾波后的輸入直流電壓信號、第二邏輯處理電壓信號相乘以形成第四邏輯處理電壓信號；第五處理單元，與所述第三處理單元和第四處理單元連接，用于將所述第三邏輯處理電壓信號與第四邏輯處理電壓信號進(jìn)行相減以獲取第二偏差信號，對所述第二偏差信號進(jìn)行PID處理以形成第五邏輯處理信號。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述信號控制模塊用于將第五邏輯處理信號進(jìn)行N等分處理，計(jì)算N等分后的脈沖信號，對N等分后的脈沖信號與梯形載波信號進(jìn)行比較以形成N路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號；其中，N為大于等于2的偶數(shù)。

本發(fā)明又一方面提供一種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包括：功率電路，用于提供輸入直流電壓信號、輸出直流電壓信號、及升壓電流信號；所述功率電路包括多級并聯(lián)的功率模塊，與多級并聯(lián)的功率模塊連接的升壓模塊，及與功率模塊連接的功率輸出模塊；與所述功率電路連接的控制器，所述控制器包括如權(quán)利要求5-8中任一項(xiàng)所述的多開關(guān)功率因數(shù)校正系統(tǒng)。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，每級功率模塊包括M個串聯(lián)的功率器件；其中，M大于等于2。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述電子設(shè)備還包括用以為所述電子設(shè)備提供單相交流電源的供電模塊，所述供電模塊包括單相交流電源火線和單相交流電源零線；所述升壓模塊與所述單相交流電源火線相連接，所述單相交流電源零線與一二極管的正極相連接。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述功率模塊連接一電解電容；每級功率模塊還包括串聯(lián)的續(xù)流二極管和反向快恢復(fù)二極管；所述N級并聯(lián)的功率模塊與由多個串聯(lián)的分壓電阻組成的輸入直流電壓模塊并聯(lián)，所述輸入直流電壓模塊用于提供輸入直流電壓信號。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述功率輸出模塊與反向快恢復(fù)二極管的陰極相連接；所述功率輸出模塊包括與所述電解電容并聯(lián)連接的輸出直流電壓電路，所述輸出直流電壓電路包括多個串聯(lián)連接的分壓電阻，用于提供輸出直流電壓信號

如上所述，本發(fā)明的多開關(guān)功率因數(shù)校正方法、系統(tǒng)及電子設(shè)備，具有以下有益效果：

本發(fā)明所述的多開關(guān)功率因數(shù)校正方法、系統(tǒng)及電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)校正，倍增了電感的紋波頻率，有利于電感的小型化設(shè)計(jì)，同時降低了功率器件的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，有利于功率器件的選型和散熱處理，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)新穎。

附圖說明

圖1顯示為本發(fā)明的電子設(shè)備于一實(shí)施例中的原理結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2顯示為本發(fā)明的電子設(shè)備于一實(shí)施例中的原理結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3顯示為本發(fā)明的多開關(guān)功率因數(shù)校正系統(tǒng)于一實(shí)施例中的原理結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4顯示為本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較效果圖。

圖5顯示為本發(fā)明的多開關(guān)功率因數(shù)校正方法于一實(shí)施例中的流程示意圖。

元件標(biāo)號說明

1 電子設(shè)備

11 功率電路

12 控制器

13 多開關(guān)功率因數(shù)校正系統(tǒng)

14 處理模塊

15 信號控制模塊

110 供電模塊

111 升壓模塊

112 整流模塊

113 功率模塊

114 輸入直流電壓模塊

115 功率輸出模塊

141 第一處理單元

142 第二處理單元

143 第三處理單元

144 第四處理單元

145 第五處理單元

具體實(shí)施方式

以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。需說明的是，在不沖突的情況下，以下實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

需要說明的是，以下實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

實(shí)施例一

本實(shí)施例提供一種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包括：

功率電路，用于提供輸入直流電壓信號、輸出直流電壓信號、及升壓電流信號；所述功率電路包括多級并聯(lián)的功率模塊，與多級并聯(lián)的功率模塊連接的升壓模塊，及與功率模塊和升壓模塊連接的功率輸出模塊；

與所述功率電路連接的控制器，所述控制器包括多開關(guān)功率因數(shù)校正系統(tǒng)。

以下將結(jié)合圖示對本實(shí)施例所提供的電子設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)說明。請參閱圖1和圖2，分別顯示為電子設(shè)備于一實(shí)施例中的原理結(jié)構(gòu)示意圖和電子設(shè)備于一實(shí)施例中的電路圖。如圖1和圖2所示，所述電子設(shè)備1包括功率電路11和控制器12，所述控制器12包括多開關(guān)功率因數(shù)校正系統(tǒng)13。

在本實(shí)施例中，所述功率電路11用于提供輸入直流電壓信號U_in、輸出直流電壓信號U_out、及升壓電流信號i_L。所述功率電路11包括供電模塊110、與供電模塊110連接的升壓模塊111、與所述升壓模塊111連接的整流模塊112，與所述升壓模塊111和整流模塊112連接的多級并聯(lián)的功率模塊113、與所述功率模塊113連接的輸入直流電壓模塊114、與所述升壓模塊111和功率模塊113連接的功率輸出模塊115。在本實(shí)施例中，所述功率電路11還用于接收單相交流輸入電壓和來自所述控制器12的多路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號，進(jìn)行功率因數(shù)校正，以得到所需的直流輸出電壓。

所述供電模塊110用于為所述電子設(shè)備提供單相交流電源。在本實(shí)施例中，所述供電電源110的工作參數(shù)為180V～264V，額定電壓220V，額定頻率50Hz，額定功率3.5kW，額定電流20A，開關(guān)頻率40kHz。所述供電模塊110提供火線輸入點(diǎn)ACL和零線輸入點(diǎn)ACN。

與所述供電模塊110連接的升壓模塊111用于產(chǎn)生升壓電流信號i_L。在本實(shí)施例中，所述升壓模塊111采用升壓電感L，其工作參數(shù)為350μH/20A。

與所述供電模塊110和升壓模塊111連接的整流模塊112用于將所述供電模塊110輸出的交流電源整流成直流電源。在本實(shí)施例中，所述整流模塊112包括第一二極管D1和第二二極管D2。

所述多級并聯(lián)的功率模塊113中每級功率模塊包括M個串聯(lián)的功率器件和與每級功率模塊并聯(lián)的電解電容E1，其中，M大于等于2。在本實(shí)施例中，所述多級并聯(lián)的功率模塊113為兩級并聯(lián)的功率模塊113，每級功率模塊113包括2個串聯(lián)的功率器件IGBT，即功率模塊113A包括2個串聯(lián)的功率器件1和功率器件3，功率模塊113B包括2個串聯(lián)的功率器件2和功率器件4，所述功率器件采用第一絕緣柵雙極性晶體管S1，第二絕緣柵雙極性晶體管S2，第三絕緣柵雙極性晶體管S3，第四絕緣柵雙極性晶體管S4和連接在絕緣柵雙極性晶體管S1，S2，S3，S4的柵極G上的功率子電路1，功率子電路2，功率子電路3，功率子電路4。在本實(shí)施例中，所述功率器件IGBT的工作參數(shù)為IKW40N60H3，40A/600V/100℃。在本實(shí)施例中，所述電解電容E1的正極形成正極電壓輸出端+DCP，電解電容E1的負(fù)極形成負(fù)極電壓輸出端-DCN。

如圖2所示，所述功率電路11還包括與功率模塊113A和113B連接的第一續(xù)流二極管FWD1和第二續(xù)流二極管FWD2，及第一反向快恢復(fù)二極管FRD1和第二反向快恢復(fù)二極管FRD2。在本實(shí)施例中，第一續(xù)流二極管FWD1和第二續(xù)流二極管FWD2的工作參數(shù)為APT30DQ60BG，30A/600V/100℃，第一反向快恢復(fù)二極管反向快恢復(fù)二極管FRD1和第二反向快恢復(fù)二極管FRD2的工作參數(shù)為FFH30S60S，100deg，30A/600V。在本實(shí)施例中，所述功率模塊112通過升壓模塊111、第一續(xù)流二極管FWD1和第二續(xù)流二極管FWD2，及第一反向快恢復(fù)二極管FRD1和第二反向快恢復(fù)二極管FRD2、以及受所述多開關(guān)功率因數(shù)校正系統(tǒng)13的脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號所控制而實(shí)現(xiàn)通斷。在本實(shí)施例中，所述第一續(xù)流二極管FWD1和第二續(xù)流二極管FWD2的正極連接一用于檢測所述升壓電流信號的第一分壓電阻R1。

所述輸入直流電壓模塊113與所述N級并聯(lián)的功率模塊并聯(lián)連接。所述輸入直流電壓模塊113用于提供輸入直流電壓信號U_in。所述輸入直流電壓模塊113由多個串聯(lián)的分壓電阻組成。在本實(shí)施例中，所述輸入直流電壓模塊113包括第二分壓電阻R2，第三分壓電阻R3，第四分壓電阻R4。由于所述開關(guān)功率因數(shù)校正系統(tǒng)12僅適用于檢測弱電，則根據(jù)這一特性將所述第二分壓電阻R2，第三分壓電阻R3，第四分壓電阻R4的阻值成比例設(shè)置。例如，分壓電阻R2、R3、R4的阻值分別為：360k，360k，5.1k，所述開關(guān)功率因數(shù)校正系統(tǒng)12僅采集所述第四分壓電阻上的輸入直流電壓信號U_in。

所述功率輸出模塊114與所述功率模塊112連接，用于提供輸出直流電壓信號U_out。如圖2所示，所述功率輸出模塊114位于正極電壓輸出端+DCP和負(fù)極電壓輸出端-DCN之間。所述功率輸出模塊114由多個串聯(lián)的電阻組成。在本實(shí)施例中，所述功率輸出模塊114包括第五分壓電阻R5，第六分壓電阻R6，第七分壓電阻R7。由于所述開關(guān)功率因數(shù)校正系統(tǒng)12僅適用于檢測弱電，則根據(jù)這一特性將所述第五分壓電阻R5，第六分壓電阻R6，第七分壓電阻R7的阻值成比例設(shè)置。例如，分壓電阻R5、R6、R7的阻值分別為：750k，750k，21.6k，所述開關(guān)功率因數(shù)校正系統(tǒng)12僅采集所述第七分壓電阻上的輸出直流電壓信號U_out。

在本發(fā)明的一個較佳的實(shí)施例中，火線輸入點(diǎn)ACL與升壓電感L的一端相連接，升壓電感L的另一端與功率模塊113A中的第一反向快恢復(fù)二極管FRD1的正極相連接，第一反向快恢復(fù)二極管FRD1的負(fù)極與電解電容E1的正極相連接，電解電容E1的負(fù)極接地。第五分壓電阻R5的一端連接在正極電壓輸出端+DCP，第五分壓電阻R5的另一端與第六分壓電阻R6的一端相連接，第六分壓電阻R6的另一端與第七分壓電阻的一端相連接，第七分壓電阻的另一端連接在負(fù)極電壓輸出端-DCN。繼續(xù)參閱圖2，第一二極管D1的正極與火線輸入點(diǎn)ACL相連接，第一二極管D1的負(fù)極與第二分壓電阻R2的一端相連接，第二分壓電阻R2的另一端與第三分壓電阻R3的一端相連接，第三分壓電阻R3的另一端與第四分壓電阻R4的一端線連接，第四分壓電阻R4的另一端接地。第二二極管D2的正極與零線輸入點(diǎn)ACN相連接，第二二極管D2的負(fù)極與第一二極管D1的負(fù)極相連接。第一絕緣柵雙極性晶體管S1、第二絕緣柵雙極性晶體管S2的集電極與與升壓電感L的另一端相連接(即與第一反向快恢復(fù)二極管FRD1的正極相連接)，第三絕緣柵雙極性晶體管S3、第四絕緣柵雙極性晶體管S4的集電極與第二反向快恢復(fù)二極管FRD2的正極相連接，第一絕緣柵雙極性晶體管S1、第二絕緣柵雙極性晶體管S2、第三絕緣柵雙極性晶體管S3、第四絕緣柵雙極性晶體管S4的發(fā)射極與負(fù)極電壓輸出端-DCN相連接，第一絕緣柵雙極性晶體管S1、第二絕緣柵雙極性晶體管S2、第三絕緣柵雙極性晶體管S3、第四絕緣柵雙極性晶體管S4的柵極上分別連接有功率子電路1，功率子電路2，功率子電路3，功率子電路4，所述功率子電路1，功率子電路2，功率子電路3，功率子電路4用于接收來自多開關(guān)功率因數(shù)校正系統(tǒng)13的2路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號。第一續(xù)流二極管FWD1和第二續(xù)流二極管FWD2的正極與第一分壓電阻R1的一端相連接，第一分壓電阻R1的另一端接地，第一續(xù)流二極管FWD1的負(fù)極連接在第一絕緣柵雙極性晶體管S1與第二絕緣柵雙極性晶體管S2的集電極上，第二續(xù)流二極管FWD2的負(fù)極連接在第三絕緣柵雙極性晶體管S3和第四絕緣柵雙極性晶體管S4的集電極上。

本實(shí)施例還提供與所述功率電路11連接的多開關(guān)功率因數(shù)校正系統(tǒng)13。所述多開關(guān)功率因數(shù)校正系統(tǒng)包括：

處理模塊，與所述功率電路連接，用于接收輸入直流電壓信號、輸出直流電壓信號、及升壓電流信號；對所述輸入直流電壓信號、輸出直流電壓信號、及升壓電流信號進(jìn)行邏輯處理以形成N路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號；第i路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號與第i+1路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號之間移相預(yù)設(shè)角度，即1/N開關(guān)周期，且等分占空比；i大于等于1；

信號控制模塊，與所述處理模塊連接，用以將形成的多路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號輸入所述功率電路，使其控制N級并聯(lián)功率模塊的通斷以校正功率因數(shù)。

以下將結(jié)合圖示對本實(shí)施例所述的多開關(guān)功率因數(shù)校正系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說明。請參閱圖3，顯示為多開關(guān)功率因數(shù)校正系統(tǒng)于一實(shí)施例中的原理結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1、圖2和圖3所示，所述多開關(guān)功率因數(shù)校正系統(tǒng)13包括處理模塊14和信號控制模塊15。

與所述功率電路連接的處理模塊用于接收所述功率電路輸入的輸入直流電壓信號U_in、輸出直流電壓信號U_out、及升壓電流信號i_L；對所述輸入直流電壓信號、輸出直流電壓信號、及升壓電流信號進(jìn)行邏輯處理以形成N路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號；第i路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號與第i+1路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號之間移相預(yù)設(shè)角度，即1/N開關(guān)周期，且等分占空比；i大于等于1。在本實(shí)施例中，由于功率模塊為2級并聯(lián)功率模塊，所以N為2。在本實(shí)施例中，所述處理模塊14包括：第一處理單元141、第二處理單元142、第三處理單元143、第四處理單元144、第五處理單元145。

與所述功率電路連接的，具體與所述功率電路中輸入直流電壓模塊113連接的第一處理單元141用于采集所述輸入直流電壓信號，對輸入直流電壓信號進(jìn)行邏輯處理。在本實(shí)施例中，所述第一處理單元包括差動濾波器1、有效值電路、平方倒數(shù)電路。所述對輸入直流電壓信號進(jìn)行邏輯處理是指將所述輸入直流電壓信號進(jìn)行差動濾波；提取差動濾波后的輸入直流電壓信號的有效電壓值；將提取的有效電壓值進(jìn)行平方倒數(shù)以形成第一邏輯處理電壓信號；

與所述功率電路連接的，具體與所述功率電路中功率輸出模塊114連接的第二處理單元142用于采集所述輸出直流電壓信號，對輸出直流電壓信號進(jìn)行邏輯處理。在本實(shí)施例中，所述第二處理單元包括差動濾波器2，減法器1、PID調(diào)節(jié)器1(PID調(diào)節(jié)器是指在過程控制中，按偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)進(jìn)行控制的控制器)所述對輸出直流電壓信號進(jìn)行邏輯處理是指將所述輸出直流電壓信號進(jìn)行差動濾波；將差動濾波后的輸出直流電壓信號與參考電壓信號U_ref進(jìn)行相減以獲取第一偏差信號；對該第一偏差信號進(jìn)行PID處理以形成第二邏輯處理電壓信號。

與所述功率電路連接，具體與所述功率電路中第一電阻連接的第三處理單元143用于對所述升壓電流信號進(jìn)行邏輯處理。在本實(shí)施例中，所述第三處理模塊143包括差動濾波器3。對所述升壓電流信號進(jìn)行邏輯處理是指將所述升壓電流信號進(jìn)行差動濾波以形成第三邏輯處理電壓信號。

與所述第一處理單元141和第二處理單元142連接的第四處理單元144用于將第一邏輯處理電壓信號、差動濾波后的輸入直流電壓信號、第二邏輯處理電壓信號相乘以形成第四邏輯處理電壓信號。在本實(shí)施例中，所述第四處理單元144為一乘法器。

與所述第三處理單元143和第四處理單元144連接的第五處理單元145用于將所述第三邏輯處理電壓信號與第四邏輯處理電壓信號進(jìn)行相減以獲取第二偏差信號，對所述第二偏差信號進(jìn)行PID處理以形成第五邏輯處理信號。在本實(shí)施例中，所述第五處理單元145包括減法器2和PID調(diào)節(jié)器2。

與所述處理模塊14連接的信號控制模塊15用以將形成的兩路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號輸入所述功率電路，使其控制N級并聯(lián)功率模塊的通斷以校正功率因數(shù)。

具體地，所述信號控制模塊15將第五邏輯處理信號進(jìn)行兩等分處理，占空比減半，計(jì)算兩等分后的脈沖信號以獲取相同的脈沖寬度，對2等分后的脈沖信號與梯形載波信號進(jìn)行比較以輸出高低電平信號(在本實(shí)施例中，若輸出高平信號，則導(dǎo)通，若輸出低電平，則截止)，對所述高低電平信號進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制以形成兩路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號。在本實(shí)施例中，所述信號控制模塊15包括除法器、脈寬計(jì)算器1和2、脈沖調(diào)制器1和2。

在本實(shí)施例中，功率電路11：220V交流電源通過升壓電感施加到有兩個橋臂構(gòu)成的無橋單相APFC功率電路。功率器件IGBT S1與S2、S3與S4接受來自控制程序的兩路移相180°且等分占空比的驅(qū)動脈沖，順序地導(dǎo)通，在一個開關(guān)周期中導(dǎo)通時間長度相等，使升壓電感產(chǎn)生紋波電流，儲存能量和釋放能量，能量之差即輸出功率傳輸至電解電容E1，供后級電路使用。IGBT S1與S2、S3與S4的占空比，也可以設(shè)計(jì)成各自導(dǎo)通時間隨著控制量的變化而變化，但是根據(jù)動態(tài)執(zhí)行等分占空比這一原則，由此可以增加動態(tài)響應(yīng)速度。IGBT S1與S2采用移相180°且等分占空比的驅(qū)動，只在電網(wǎng)電壓正半周通斷工作。IGBT S3與S4采用移相180°且等分占空比的驅(qū)動，只在電網(wǎng)電壓負(fù)半周通斷工作。IGBT S1與S3接受同樣的驅(qū)動信號，在正半周只有S1通斷工作，在正半周只有S3通斷工作。IGBT S2與S4接受同樣的驅(qū)動信號，在正半周只有S2通斷工作，在正半周只有S4通斷工作。

控制器12，用于接受來自功率電路的整流后輸入直流電壓信號、輸出直流電壓信號以及升壓電感電流信號。采用電壓外環(huán)，通過減法器1和PID調(diào)節(jié)器1獲得輸出電壓的輸出量，該電壓環(huán)的輸出量負(fù)責(zé)獲得期望的直流輸出電壓。電壓外環(huán)的輸出量與輸入電壓信號、輸入電壓信號的平方倒數(shù)相乘后得到乘積，該乘積與經(jīng)過差動濾波器3檢測來的電感電流信號通過減法器2相減，得到的差再經(jīng)過PID調(diào)節(jié)器2得到電流內(nèi)環(huán)的控制量。電流內(nèi)環(huán)的控制量在經(jīng)過除以2程序，占空比減半，經(jīng)過脈寬計(jì)算程序后，得到相同的脈沖寬度，最后經(jīng)過脈沖形成程序得到兩路相差二分之一開關(guān)周期(開關(guān)周期為360度)，即180°的PWM驅(qū)動信號，送入功率電路中的四只驅(qū)動器的輸入端，借助四只功率器件IGBT的通斷，達(dá)到功率因數(shù)校正目的。

請參閱圖4，顯示為本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較效果圖。本實(shí)施例中所述電子設(shè)備1工作時，每只功率器件的占空比只有原來單級APFC時的1/2，每只功率器件的導(dǎo)通損耗只有原來的1/2。在開關(guān)頻率不變的情況下，每只功率器件的開關(guān)次數(shù)和開關(guān)損耗不變，但是升壓電感的紋波頻率增加到原來的2倍，升壓電感的設(shè)計(jì)可以得到大大簡化。如果降低開關(guān)頻率，則每只功率器件的開關(guān)次數(shù)和開關(guān)損耗可以下降，升壓電感的紋波頻率可以保持不變。功率器件的功耗得到分散，其選型可以得到簡化。梯形載波程序提供相差180兩路梯形載波，在任何情況下，不論總的占空比多大，都能實(shí)現(xiàn)升壓電感紋波頻率倍增，而不會燒毀功率器件。

本實(shí)施例所述的電子設(shè)備和多開關(guān)功率因數(shù)校正系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)校正，倍增了電感的紋波頻率，有利于電感的小型化設(shè)計(jì)，同時降低了功率器件的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，有利于功率器件的選型和散熱處理，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)新穎。

實(shí)施例二

本實(shí)施例提供一種多開關(guān)功率因數(shù)校正方法，應(yīng)用于包括多級并聯(lián)的功率模塊、和與所述多級并聯(lián)的功率模塊連接的升壓模塊、及與所述功率模塊和升壓模塊連接的功率輸出模塊的功率電路。請參閱圖5，顯示為多開關(guān)功率因數(shù)校正方法于一實(shí)施例中的流程示意圖。如圖5所示，所述多開關(guān)功率因數(shù)校正方法包括以下步驟：

S1，接收源于所述功率電路的輸入直流電壓信號、輸出直流電壓信號、及升壓電流信號；

S2，對所述輸入直流電壓信號、輸出直流電壓信號、及升壓電流信號進(jìn)行邏輯處理以形成多路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號；第i路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號與第i+1路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號之間移相預(yù)設(shè)角度，即1/N開關(guān)周期，且等分占空比；i大于等于1。在本實(shí)施例中，多級并聯(lián)的功率模塊為2級并聯(lián)的功率模塊。開關(guān)周期為360度，那么第1路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號與第2路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號移相1/2開關(guān)周期，即移相180度。在本實(shí)施例中，所述邏輯處理包括：對輸入直流電壓信號進(jìn)行邏輯處理、對輸出直流電壓信號進(jìn)行邏輯處理、及對所述升壓電流信號進(jìn)行邏輯處理；

其中，所述對輸入直流電壓信號進(jìn)行邏輯處理包括：將所述輸入直流電壓信號進(jìn)行差動濾波；提取差動濾波后的輸入直流電壓信號的有效電壓值；將提取的有效電壓值進(jìn)行平方倒數(shù)以形成第一邏輯處理電壓信號；

所述對輸出直流電壓信號進(jìn)行邏輯處理包括：將所述輸出直流電壓信號進(jìn)行差動濾波；將差動濾波后的輸出直流電壓信號與參考電壓信號進(jìn)行相減以獲取第一偏差信號；對該第一偏差信號進(jìn)行PID處理以形成第二邏輯處理電壓信號；

所述對所述升壓電流信號進(jìn)行邏輯處理包括：將所述升壓電流信號進(jìn)行差動濾波以形成第三邏輯處理電壓信號。

將所述第一邏輯處理電壓信號、差動濾波后的輸入直流電壓信號、第二邏輯處理電壓信號相乘以形成第四邏輯處理電壓信號；

將所述第三邏輯處理電壓信號與第四邏輯處理電壓信號進(jìn)行相減以獲取第二偏差信號，對所述第二偏差信號進(jìn)行PID處理以形成第五邏輯處理信號。

S3，將形成的多路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號輸入所述功率電路，使其控制多級并聯(lián)功率模塊的通斷以校正功率因數(shù)。具體地，將第五邏輯處理信號進(jìn)行兩等分處理，計(jì)算兩等分后的脈沖信號，對兩等分后的脈沖信號與梯形載波信號進(jìn)行比較以輸出高低電平信號，對所述高低電平信號進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制以形成2路脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號。將2路兩路相差180度的脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號送入功率電路中的四只驅(qū)動器的輸入端，借助四只功率器件IGBT的通斷，達(dá)到功率因數(shù)校正目的。

綜上所述，本發(fā)明所述的多開關(guān)功率因數(shù)校正方法、系統(tǒng)及電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)校正，倍增了電感的紋波頻率，有利于電感的小型化設(shè)計(jì)，同時降低了功率器件的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，有利于功率器件的選型和散熱處理，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)新穎。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。