一种新颖的高频开关电源功率因数校正装置制造方法
【专利摘要】本实用新型属于电力电子【技术领域】，具体涉及的是一种新颖的高频开关电源功率因数校正装置，它包括输入瞬间电压保护电路、TMS320F28035PAGT型DSP系统、PWM控制电路、Boost升压电路，此装置是采用数字信号处理器DSP系统进行处理和控制，他可以实时对系统进行监控，并采集输入电压、输入电流、母线电压，而且采用电压外环电流内环双闭环的控制方式，非常有效的提高了功率因数，同时硬件上保证了系统的抗干扰性和高可靠性。由于此装置能够实时确保电力设备良好的功率因数，从而减少了供电系统中的电压损失，可以使负载电压更稳定，更好的改善了电能的质量。本装置适用于电力、电信、国防及家电等领域的开关电源系统的开发应用。
【专利说明】一种新颖的高频开关电源功率因数校正装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电力电子【技术领域】，具体涉及的是一种新颖的高频开关电源功率因数校正装置。
【背景技术】
[0002]功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数，功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。通过改善功率因数，减少了线路中总电流和供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等的容量，因此不但减少了投资费用，而且降低了本身电能的损耗。如何提高功率因数，是需要科技界业内人士长期以来一直需要解决的问题，如果大量高次谐波电流重新回馈进电网，必然使电网受到污染，国际电工委员会IEC组织制定了关于限制高次谐波统一的国际标准，对于不符合谐波标准的高频开关电源不允许接入电网。为此，高效高频开关电源在设计时需要结合功率因数PFC的校正功能，同时满足最大谐波失真度THD的指标要求。本实用新型适用于电力、电信、航天、国防及家电等领域的开关电源系统的开发应用。
【发明内容】
[0003]本实用新型设计的一种新颖的高频开关电源功率因数校正装置，就是为了获得良好的功率因数，减少供电系统中的电压损失，使负载电压更稳定，减少电网污染，从而提高和改善电能的质量。
[0004]为达到上述目的，本实用新型一种新颖的高频开关电源功率因数校正装置，包括输入瞬间电压保护电路、TMS320F28035PAGT型DSP系统、PWM控制电路、Boost升压电路，其特征是输入瞬间电压保护电路分别与TMS320F28035PAGT型DSP系统和Boost升压电路电信号连接，PWM控制器分别与TMS320F28035PAGT型DSP系统和Boost升压电路电信号连接。
[0005]本实用新型能够实时使交流输入电流跟随交流输入电压，使输入电流与输入电压同相位，并接近正弦，同时也减少电流谐波分量。该功率因数校正电路同时引入电压和电流反馈，构成一个双环控制系统，具有整流和稳压功能，即整流要求输入功率因数为0.99以上，实现输入电流整形，使之成为与电压同相位的标准正弦波，稳压要求输出电压稳定。本实用新型采用DSP系统控制，能够实时采集输入电压、输入电流、母线电压，并采用电压外环电流内环双闭环的控制方式，非常有效的提高了功率因数，同时硬件上保证了系统的抗干扰性和高可靠性。由于此装置能够实时确保电力设备良好的功率因数，从而减少了供电系统中的电压损失，可以使负载电压更稳定，更好的改善了电能的质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1为本实用新型输入瞬间电压保护电路原理图1 ;
[0007]图2为本实用新型输入瞬间电压保护电路原理图2 ；
[0008]图3为本实用新型Boost升压电路原理图；[0009]图4为本实用新型PWM控制器电路原理图；
[0010]图5为本实用新型TMS320F28035PAGT型DSP系统电路原理图；
[0011]图6为本实用新型电压外环和电流内环PFC控制方法原理框图；
[0012]图7为本实用新型系统原理框图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本实用新型作进一步的详细的说明:
[0014]一种新颖的高频开关电源功率因数校正装置，是由输入瞬间电压保护电路、TMS320F28035PAGT型DSP系统、PWM控制电路、Boost升压电路组成的，输入瞬间电压保护电路分别与TMS320F28035PAGT型DSP系统和Boost升压电路电信号连接，PWM控制器分别与TMS320F28035PAGT型DSP系统和Boost升压电路电信号连接。此装置是采用数字信号处理器DSP系统进行处理和控制，数字信号处理器DSP的型号是TMS320F28035PAGT型，他可以实时对系统进行监控，并采集输入电压、输入电流、母线电压，而且采用电压外环电流内环双闭环的控制方式，非常有效的提高了功率因数，同时硬件上保证了系统的抗干扰性和高可靠性。由于此装置能够实时确保电力设备良好的功率因数，从而减少了供电系统中的电压损失，可以使负载电压更稳定，更好的改善了电能的质量。
[0015]具体实施例的工作过程
[0016]1、输入瞬间电压保护电路如附图1、附图2所示，为了防止输入端受雷电、电感性开关等外界因素的影响，采用金属氧化物压敏电阻R311，其型号是S20K625E3K1型，将其接到交流输入端，实现对瞬态电压进行抑制。当高压尖峰瞬间加到压敏电阻上，它的阻抗减小，瞬态能量消耗在压敏电阻上，滤除尖峰电压，使输入电压在安全范围以内。采用2级电磁干扰EMI滤波以及相应的X电容和Y电容，交流母线上设置2个保险装置FlOl、F102，保险装置的参数是500V/25A。电路通过4个二极管组成全桥整流电路，使输入的交流信号变成都是正向的馒头波形，输出的交流电压信号Vac经过电阻分压，3.3V稳压钳位，最后输入至IJ DSP核心控制器的AD部分。交流输入端有控制通断的继电器，继电器使用统一的驱动，由DSP核心控制器输出一高低电平控制，继电器控制部分起到保护后端电路的作用，如果系统出现故障报警，R112热敏电阻在温度达到一定时，内部烧断，切断输入电源，从而保护了电路。
[0017]2、Boost升压电路如附图3所示，本装置是采用的Boost升压单相有源PFC，RC吸收电路由8个51欧电阻串并联成的100欧姆电阻和一个IOOpF电容组成，分别并联在6个二极管的两端。双向开关采用2个MOS管反向串联组成，MOS管采用Infineon的SPW47N60C3。每个MOS管的吸收电路由多个电阻串并联和多个电容串并联组成，吸收电阻均采用1206的封装。
[0018]3、PWM控制电路如附图4所示，用光耦和DSP核心控制器与PWM控制电路的输出端隔离，然后通过一个双通道PWM波驱动集成电路IC同时控制一个双向开关里的2个MOS管。驱动集成电路IC选用MIC4424型，隔离光耦选用HCPL0601型，此光耦与以前经常使用的6N137为同一型号，光耦输入前的接地端取子PFC核心控制器的接地端，光耦后的接地取双向开关两个反向串联的MOS管的源极。
[0019]4、电压外环和电流内环PFC控制方法如附图5、附图6所示，此装置采用数字信号处理器DSP系统控制，DSP的型号是TMS320F28035PAGT型，它能够实时采集输入交流电压、输入电流、母线电压，通过在DSP控制器内部实现PFC控制算法。PFC算法电流型控制采用电压外环和电流内环的双环控制，乘法器实现电流给定的计算，同时达到恒功率输入的目标。因此运算的核心包括双环调节计算和电流给定的乘法器计算，双环都采用较为简洁的PI算法。
[0020]5、此装置的具体工作程序是在系统上电后，所有元器件受电开始工作，DSP系统进入工作状态，继电器吸合，开关电源进入软启动状态，DSP会定时进入中断发波程序，中断函数中首先是执行电压外环闭环PI调节，此环路的输出与相电压、乘法器系数做乘法运算，输出量作为电流内环的给定值，与DSP采集的相电流做电流环内环PI调节，环路的输出赋值给PWM的比较寄存器，控制了 MOS管SPW47N60C3的脉冲宽度。
[0021]本实用新型解决了高频开关电源模块中高频，高效，高功率密度，高功率因数，高可靠性的要求，采用单相有源功率因数校正电路，采用PI双闭环控制方法将有更小的的输入电流纹波，并且可以有效降低开关器件能量损耗，并可减小变换过程中产生的EMI。
【权利要求】
1.一种新颖的高频开关电源功率因数校正装置，包括输入瞬间电压保护电路、TMS320F28035PAGT型DSP系统、PWM控制电路、Boost升压电路，其特征是输入瞬间电压保护电路分别与TMS320F28035PAGT型DSP系统和Boost升压电路电信号连接，PWM控制器分别与TMS320F28035PAGT型DSP系统和Boost升压电路电信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种新颖的高频开关电源的功率因数校正装置，其特征在于所述的输入瞬间电压保护电路采用的金属氧化物压敏电阻其型号是S20K625E3K1型。
3.根据权利要求1所述的一种新颖的高频开关电源的功率因数校正装置，其特征在于所述的输入瞬间电压保护电路采用的保险装置的参数是500V/25A。
【文档编号】H02M1/42GK203691226SQ201320861602
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】吴天柱, 刘富利, 朱岩, 韦健 申请人:哈尔滨九洲电气股份有限公司