專(zhuān)利名稱(chēng)：一種寬電壓范圍內(nèi)的功率因數(shù)校正電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子中功率因數(shù)校正電路，特別是一種寬電壓范圍內(nèi)的功率因數(shù)校正電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，小功率應(yīng)用例如電子鎮(zhèn)流器，其功率因數(shù)校正一般采用臨界導(dǎo)通模式技術(shù)，如圖1所示。該電路主要包括兩部分升壓Boost電路和控制電路。升壓電路由升壓電感的初級(jí)線(xiàn)線(xiàn)圈T1、續(xù)流二極管D2、場(chǎng)效應(yīng)管M1和儲(chǔ)能電容C4所構(gòu)成；控制電路主要由工作在臨界導(dǎo)通模式峰值電流檢測(cè)狀態(tài)下的功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC和及其周邊元件構(gòu)成。
參照?qǐng)D1所示，功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC內(nèi)部乘法器的輸入端腳3的信號(hào)都是由整流后輸入的電壓波形通過(guò)接入A、B兩端的分壓器R3、R4所取得的，該信號(hào)VPFC IC 3(t)(圖2所示)過(guò)零處同步于電源電壓Vac(t)的過(guò)零處，根據(jù)功率因數(shù)校正PFC控制原理，來(lái)自功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC腳2的信號(hào)和VPFC IC 3(t)相乘后再與來(lái)自腳4的信號(hào)比較并控制場(chǎng)效應(yīng)管M1的關(guān)斷；來(lái)自腳5的過(guò)零信號(hào)控制場(chǎng)效應(yīng)管M1的導(dǎo)通；以此來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入電流對(duì)輸入電壓的實(shí)時(shí)跟蹤，完成功率因數(shù)校正。
圖1中Vcc為功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC的電源；T1為升壓電感器；C4為儲(chǔ)能電容；D2為續(xù)流二極管R5為限流電阻，高頻零電流檢測(cè)端腳5從升壓電感器T1的輔助繞組通過(guò)限流電阻R5實(shí)時(shí)檢測(cè)；C3為積分電容；R6為場(chǎng)效應(yīng)管M1的高頻電流取樣電阻；為了使輸出電壓C、D穩(wěn)定，通過(guò)分壓器R8、R9反饋給PFC IC腳1；C2為腳3的旁路電容。
但是，由于輸入電流對(duì)輸入電壓的跟隨性在過(guò)零處與功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC的工作頻率有關(guān)，且影響輸入電流過(guò)零處畸變的大小。具體分析如下圖3所示為升壓電感波形，Vin(t)為整流后輸入電壓，IL(t)為電感上電流的包絡(luò)線(xiàn)，Iin(t)為輸入電流。
功率因數(shù)校正升壓電路中電感的基本公式為V/L＝di/dt (1)其中V為電感兩端的瞬時(shí)電壓；L為電感量。
設(shè)在輸入電壓過(guò)零附近的一個(gè)開(kāi)關(guān)周期里，低輸入電壓為U1、輸入電流為I1、導(dǎo)通時(shí)間為ton1、截止時(shí)間為toff1、開(kāi)關(guān)周期T1、開(kāi)關(guān)頻率f1；高輸入電壓為U2、輸入電流為I2、導(dǎo)通時(shí)間為ton2、截止時(shí)間為toff2、開(kāi)關(guān)周期T2、開(kāi)關(guān)頻率f2。
在導(dǎo)通時(shí)刻由公式(1)可知IL(t)=2UsinωtLton=ILPKsinωt---(2)]]>在相同輸入功率情況下U1＜U2(3)I1＞I2(4)
由公式(2)得I1=U1Ltonl---(5)]]>I2=U2Lton2---(6)]]>由公式(5)、(6)得ton1=I1U1L---(7)]]>ton2=I2U2L---(8)]]>由式(3)、(4)、(7)、(8)可知ton1＞ton2(9)截止時(shí)刻由公式(1)可知IL(t)=V0-2UsinωtLtoff=ILPKsinωt---(10)]]>其中V0為輸出電壓截止時(shí)間toff在交流線(xiàn)路電壓峰值時(shí)最大，而在交流線(xiàn)路電壓跨越零點(diǎn)時(shí)接近于零。因此由公式(10)有toff=IL(t)V0L---(11)]]>全電壓范圍內(nèi)輸出電壓穩(wěn)定，由式(4)、(11)得toff1＞toff2(12)由于T1＝ton1+toff1(13)T2＝ton2+toff2(14)根據(jù)式(9)、(12)、(13)、(14)可知T1＞T2(15)由公式(15)可知f1＜f2，即在輸入電壓過(guò)零處，高電壓時(shí)的工作頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于低電壓時(shí)的工作頻率。
一般情況下功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC的理想工作頻率被設(shè)計(jì)在25KHz～50KHz，工作頻率過(guò)高時(shí)，就會(huì)引起輸入電流在過(guò)零處的畸變。
因?yàn)樯鲜鲈颍宫F(xiàn)有技術(shù)中功率因數(shù)校正線(xiàn)路出現(xiàn)了如圖4a、4b、4c的現(xiàn)象，即輸入電流過(guò)零畸變會(huì)隨電源電壓的提高而增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明技術(shù)所要解決的問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)中寬電壓范圍內(nèi)輸入電流過(guò)零處隨電源電壓上升而畸變程度增加的缺陷，提供一種寬電壓范圍內(nèi)的功率因數(shù)校正電路。
本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案解決其技術(shù)問(wèn)題一種寬電壓范圍內(nèi)的功率因數(shù)校正電路，包括相連接的升壓電路和控制電路，其中升壓電路包括串接在電路輸入端的升壓電感初級(jí)線(xiàn)圈T1和續(xù)流二極管D2，以及與電路輸出端并聯(lián)連接的儲(chǔ)能電容C4，一場(chǎng)效應(yīng)管M1與升壓電感初級(jí)線(xiàn)圈T1和續(xù)流二極管D2的公共端相連接；控制電路包括一工作在臨界導(dǎo)通模式峰值電流檢測(cè)狀態(tài)下的功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC及其周邊元件；其特征在于在電路輸入端與升壓電路和控制電路之間，增加了可以給控制電路提供補(bǔ)償電壓的一非線(xiàn)性補(bǔ)償電路，該非線(xiàn)性補(bǔ)償電路包括兩相串聯(lián)后并聯(lián)于電路輸入端A、B的分壓電阻R1、R2以及一與分壓電阻R2相并聯(lián)連接的濾波電容C1，一穩(wěn)壓管ZD1的陰極連接在分壓電阻R1、R2的中點(diǎn)，該穩(wěn)壓管ZD1的另一端與一晶體管相連接。
本發(fā)明所述的晶體管可由晶體二極管或晶體三極管來(lái)?yè)?dān)任。
本發(fā)明克服了當(dāng)前商業(yè)上所用的臨界導(dǎo)通模式的功率因數(shù)校正集成芯片組成的電路會(huì)隨電源電壓上升，輸入電流過(guò)零處畸變程度增加的缺陷。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題采用了給功率因數(shù)校正集成芯片以非線(xiàn)性電壓補(bǔ)償，從而確保對(duì)電源電壓過(guò)零點(diǎn)的準(zhǔn)確檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了輸入電流對(duì)電源電壓的實(shí)時(shí)跟蹤，減小以至于基本消除了輸入電流的過(guò)零畸變。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中功率因數(shù)校正集成芯片通用版電原理圖；圖2電源電壓和功率因數(shù)校正集成芯片腳3電壓波形；圖3升壓電感波形；圖4a為現(xiàn)有技術(shù)120V交流輸入電壓時(shí)的輸入電流波形圖；圖4b為現(xiàn)有技術(shù)220V交流輸入電壓時(shí)的輸入電流波形圖；圖4c為現(xiàn)有技術(shù)277V交流輸入電壓時(shí)的輸入電流波形圖；圖5a為本發(fā)明技術(shù)120V交流輸入電壓時(shí)的輸入電流波形圖；圖5b為本發(fā)明技術(shù)220V交流輸入電壓時(shí)的輸入電流波形圖；圖5c為本發(fā)明技術(shù)277V交流輸入電壓時(shí)的輸入電流波形圖；圖6非線(xiàn)性補(bǔ)償原理圖；圖7a為本發(fā)明實(shí)施例1的電原理圖；圖7b為本發(fā)明實(shí)施例2的電原理圖；
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例以及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
參照?qǐng)D7a，本發(fā)明為一種寬電壓范圍內(nèi)的功率因數(shù)校正電路，其中包括相連接的升壓電路1和控制電路2。
升壓電路1包括串接在電路輸入端A的升壓電感的初級(jí)線(xiàn)圈T1和續(xù)流二極管D2，以及與電路輸出端C、D并聯(lián)連接的儲(chǔ)能電容C4，一場(chǎng)效應(yīng)管M1與升壓電感的初級(jí)線(xiàn)線(xiàn)圈T1和續(xù)流二極管D2的公共端相連接。
控制電路2包括一工作在臨界導(dǎo)通模式峰值電流檢測(cè)狀態(tài)下的功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC及其周邊元件。
本發(fā)明在電路輸入端A、B與升壓電路1和控制電路2之間，增加了可以給控制電路2提供補(bǔ)償電壓的一非線(xiàn)性補(bǔ)償電路3。該非線(xiàn)性補(bǔ)償電路3包括兩相串聯(lián)后并聯(lián)于電路輸入端A、B的分壓電阻R1、R2以及一與電阻R2相并聯(lián)連接的濾波電容C1，一穩(wěn)壓管ZD1陰極連接在分壓電阻R1、R2的中點(diǎn)，該穩(wěn)壓管ZD1的另一端與一晶體管相連接。
本發(fā)明所述的晶體管可由晶體二極管或晶體三極管來(lái)?yè)?dān)任。以下分別敘述實(shí)施例1參見(jiàn)圖7a，所述非線(xiàn)性補(bǔ)償電路中晶體管為一晶體二極管D1。分壓電阻R1和R2相串聯(lián)后并聯(lián)于整流電路輸出端即本電路輸入端A、B，即電阻R1的一端接電路輸入端A并與分壓電阻R3和變壓器T1的公共端相接，電阻R1的另一端與電阻R2及濾波電容C1的一端相聯(lián)，電阻R2的另一端與濾波電容C1另一端相連后接電路輸入端B；穩(wěn)壓管ZD1的陰極與電阻R1、R2的中點(diǎn)相連，其陽(yáng)極與晶體二極管D1的陽(yáng)極相連接；晶體二極管D1的陰極與控制電路中分壓電阻R3、R4的中點(diǎn)以及功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC的的乘法器的輸入端，即該集成芯片的腳3相連；濾波電容C2并聯(lián)于電阻R4上，電阻R4的一端接電阻R3，其另一端接電路輸入端B。
本實(shí)施例是將由分壓器電阻R1和R2取得電壓信號(hào)進(jìn)行高頻濾波之后，通過(guò)穩(wěn)壓管ZD1加到非線(xiàn)性器件晶體二極管D1上，最后加到功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC的的乘法器的輸入端上，以實(shí)現(xiàn)非線(xiàn)性補(bǔ)償，其設(shè)計(jì)線(xiàn)路的工作原理如下當(dāng)輸入電壓較低時(shí)，也就是說(shuō)Va沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)壓管ZD1的穩(wěn)壓值時(shí)，由于穩(wěn)壓管ZD1有漏電流，因此Va經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓管ZD1和二極管D1給功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC腳3補(bǔ)償很小的電壓；當(dāng)輸入電壓較高時(shí)，也就是說(shuō)Va也隨之上升，穩(wěn)壓管ZD1漸入導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)通過(guò)二極管D1給功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC腳3補(bǔ)償較高的電壓。
實(shí)施例2參見(jiàn)圖7b，所述非線(xiàn)性補(bǔ)償電路中晶體管為一晶體三極管TR1。分壓電阻R1和R2相串聯(lián)后并聯(lián)于整流電路輸出端即本電路輸入端A、B，即電阻R1的一端接電路輸入端A并與分壓電阻R3和變壓器T1的公共端相接，電阻R1的另一端與電阻R2及濾波電容C1的一端相聯(lián)，電阻R2的另一端與濾波電容C1，另一端相連后接電路輸入端B；穩(wěn)壓管ZD1的陰極與電阻R1、R2的中點(diǎn)相連，其陽(yáng)極與晶體管TR1的基極b相連接；晶體管TR1的集電極c通過(guò)電阻R10與功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC的的電源輸入端即腳8相連接，當(dāng)然也可以連接到其他直流電源；晶體管TR1的發(fā)射極e與電阻R3、R4的中點(diǎn)和功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC的腳3相連；濾波電容C2并聯(lián)于電阻R4上，電阻R4的一端接電阻R3，其另一端接電路輸入端B。
本實(shí)施例是將分壓器電阻R1和R2取得電壓信號(hào)進(jìn)行高頻濾波之后，通過(guò)穩(wěn)壓管ZD1加到非線(xiàn)性器件三極管TR1的基極b上，并通過(guò)該晶體三極管TR1送入功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC的的乘法器的輸入端去實(shí)現(xiàn)非線(xiàn)性補(bǔ)償，其設(shè)計(jì)線(xiàn)路的工作原理如下當(dāng)輸入電壓較低時(shí)，也就是說(shuō)Va沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)壓管ZD1的穩(wěn)壓值時(shí)，由于穩(wěn)壓管ZD1有漏電流，因此Va經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓管ZD1和三極管TR1的基極b、發(fā)射極e間的PN結(jié)給功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC腳3補(bǔ)償很小的電壓；當(dāng)輸入電壓較高時(shí)，也就是說(shuō)Va也隨之上升，穩(wěn)壓管ZD1漸入導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)三極管TR1隨之進(jìn)入放大區(qū)，使功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC腳8的電源Vcc通過(guò)電阻R10給功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC腳3補(bǔ)償較高的電壓。
總之，這種采用非線(xiàn)性器件補(bǔ)償功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC腳3的電壓來(lái)降低電源電壓過(guò)零處時(shí)功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC的工作頻率，可有效改善輸入電流過(guò)零處的波形，減小以至于消除其畸變。
綜上所述，由于本發(fā)明是通過(guò)將電源電壓經(jīng)橋式整流的后脈動(dòng)波形經(jīng)分壓再由非線(xiàn)性器件晶體管送入功率因數(shù)校正集成芯片去實(shí)現(xiàn)非線(xiàn)性補(bǔ)償?shù)模虼似潆娏骺傊C波含量特別低，而其功率因數(shù)很高。圖5a、5b、5c分別是本發(fā)明的在輸入交流電壓120V、220V、277V時(shí)的輸入電流波形圖。
本發(fā)明的非線(xiàn)性補(bǔ)償原理可用圖6說(shuō)明，圖中縱坐標(biāo)V為功率因數(shù)校正集成芯片腳3和腳4的電壓，橫坐標(biāo)t為時(shí)間。曲線(xiàn)I部分表示未經(jīng)補(bǔ)償?shù)墓β室驍?shù)校正集成芯片腳3的波形，曲線(xiàn)L部分則表示經(jīng)本發(fā)明非線(xiàn)性補(bǔ)償后的波形；曲線(xiàn)N部分表示未經(jīng)補(bǔ)償?shù)墓β室驍?shù)校正集成芯片腳4的波形，曲線(xiàn)M部分則表示經(jīng)本發(fā)明非線(xiàn)性補(bǔ)償后的波形；ton2a和ton2b分別表示未經(jīng)補(bǔ)償和補(bǔ)償后的功率因數(shù)校正集成芯片腳4波形的導(dǎo)通時(shí)間。
由圖6看出，在輸入電壓過(guò)零處的同一時(shí)刻的一個(gè)周期里，導(dǎo)通階段的電感上的電流上升的斜率為常數(shù)，即功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC腳4的電流上升斜率為常數(shù)。當(dāng)功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC腳3的得到補(bǔ)償時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間ton2b大于沒(méi)有給功率因數(shù)校正集成芯片PFC IC腳3補(bǔ)償時(shí)的導(dǎo)通時(shí)間ton2a；相應(yīng)的，有補(bǔ)償時(shí)的電感放電時(shí)間也長(zhǎng)。因此通過(guò)對(duì)功率因數(shù)校正集成芯片腳3的電壓補(bǔ)償，使輸入電壓過(guò)零處的工作頻率降低，從而減小乃致消除輸入電流過(guò)零處的畸變。
權(quán)利要求
1.一種寬電壓范圍內(nèi)的功率因數(shù)校正電路，包括相連接的升壓電路和控制電路，其中升壓電路包括串接在電路輸入端的升壓電感初級(jí)線(xiàn)圈(T1)和續(xù)流二極管(D2)，以及與電路輸出端并聯(lián)連接的儲(chǔ)能電容(C4)，一場(chǎng)效應(yīng)管(M1)與升壓電感初級(jí)線(xiàn)圈(T1)和續(xù)流二二極管(D2)的公共端相連接；控制電路包括一工作在臨界導(dǎo)通模式峰值電流檢測(cè)狀態(tài)下的功率因數(shù)校正集成芯片(PFC IC)；其特征在于在電路輸入端與升壓電路和控制電路之間，增加了可以給控制電路提供補(bǔ)償電壓的一非線(xiàn)性補(bǔ)償電路，該非線(xiàn)性補(bǔ)償電路包括兩相串聯(lián)后并聯(lián)于電路輸入端(A、B)的分壓電阻(R1、R2)以及一與分壓電阻(R2)相并聯(lián)連接的濾波電容(C1)，一穩(wěn)壓管(ZD1)的陰極連接在分壓電阻(R1、R2)的中點(diǎn)，該穩(wěn)壓管(ZD1)的另一端與一晶體管相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬電壓范圍內(nèi)的功率因數(shù)校正電路，其特征在于所述非線(xiàn)性補(bǔ)償電路中晶體管可以為一晶體二極管(D1)，其陽(yáng)極與穩(wěn)壓管(ZD1)的陽(yáng)極相連接，陰極與控制電路中分壓電阻(R3、R4)的中點(diǎn)以及功率因數(shù)校正集成芯片(PFC IC)的乘法器的輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬電壓范圍內(nèi)的功率因數(shù)校正電路，其特征在于所述非線(xiàn)性補(bǔ)償電路中晶體管可以為一晶體三極管(TR1)，其基極(b)與穩(wěn)壓管(ZD1)的陽(yáng)極相連接；集電極(c)通過(guò)電阻(R10)與控制電路中功率因數(shù)校正集成芯片(PFC IC)的電源輸入端或直流電源相連接；發(fā)射極(e)與控制電路中分壓電阻(R3、R4)的中點(diǎn)以及功率因數(shù)校正集成芯片(PFC IC)的乘法器的輸入端相連。
全文摘要
一種寬電壓范圍內(nèi)的功率因數(shù)校正電路，升壓電路為串接在電路中升壓電感初級(jí)線(xiàn)圈和續(xù)流二極管，以及與電路輸出端并接的儲(chǔ)能電容，一場(chǎng)效應(yīng)管與升壓電感初級(jí)線(xiàn)圈和續(xù)流二極管公共端相接；控制電路包括功率因數(shù)校正集成芯片及其周邊元件。本發(fā)明特征在于增加了一可給控制電路提供補(bǔ)償電壓的非線(xiàn)性補(bǔ)償電路，該電路包括兩分壓電阻及一濾波電容，穩(wěn)壓管接在分壓電阻中點(diǎn)，其另一端與一晶體管相接。本發(fā)明克服了當(dāng)前商業(yè)上所用的臨界導(dǎo)通模式的功率因數(shù)校正集成芯片電路會(huì)隨電源電壓上升，輸入電流過(guò)零處畸變程度增加的缺陷，從而確保對(duì)電源電壓過(guò)零點(diǎn)的準(zhǔn)確檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了輸入電流對(duì)電源電壓的實(shí)時(shí)跟蹤，減小以至于基本消除了輸入電流的過(guò)零畸變。
文檔編號(hào)H05B41/14GK1518197SQ0311492
公開(kāi)日2004年8月4日 申請(qǐng)日期2003年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月16日
發(fā)明者曾浩然, 程瑋 申請(qǐng)人:飛宏電子(上海)有限公司