一种多开关功率因数校正方法、系统及电子设备与流程

文档序号:11137846阅读:581来源:国知局
一种多开关功率因数校正方法、系统及电子设备与制造工艺

本发明属于电力电子变换器技术领域,涉及一种校正方法及系统,特别是涉及一种多开关功率因数校正方法、系统及电子设备。



背景技术:

目前广泛采用的单相功率因数校正器(PFC)为单相有源功率因数校正器(APFC),包括有桥类型和无桥类型,已经广泛地应用到变频家电功率电路交直交变换器的前级电路,即作为AC-DC变换器。随着大功率变频空调等的普及应用,对单相APFC的效率要求日益提高。由于无桥单相APFC具有同时导通功率器件少和导通损耗低的优点,潜在效率较高,日益得到更多的关注。但是目前为止,得到应用的主要是传统的无桥单相APFC。为了提高功率等级,需要采取功率器件并联和高频升压电感措施。采用了多个功率器件并联,功率器件并联目的为增加潜在的功率等级。尚且没有文献公开,对于功率器件并联的无桥单相APFC,如何设计驱动方案。

对于高效率APFC应用场合,或为了改善提高整体性能或某些性能,如降低升压电感尺寸和简化功率器件IGBT的设计,需要对现有的控制技术进行改进。

现有技术只针对有桥单相APFC多功率器件并联方案,各有优点,同时也存在以下不足之处。对于单相APFC而言,占空比在电网电压过零附近较大,一般可以0.95左右。占空比在电网电压峰值附近较小,一般低于0.25左右。受到功率器件速度、控制稳定性、电感释放电流时间等因素,最大占空比不大于0.95。在一个完整的电源周期中,占空比的大致变化范围为0.20—0.95。只要占空比d大于1/N(如N=2,则d大于0.5)时,就会出现IGBT循环交叉连续导电状态,此时不仅出现功率器件均流情况,更严重的是,总有一只功率器件IGBT导通,升压电感没有能量释放的时间,将会造成升压电感饱和以及功率器件最终烧毁。升压电感纹波不能倍频,而升压电感的设计尤为重要,由于笨重和发热等原因,一般板外安装。为了单相APFC的小型化,在板安装,升压电感就得小型化和低发热,为此必须适当提高等效的开关频率,即提高纹波频率。

现有技术中揭示的移相驱动技术方案具有明显的不足,不能借鉴和应用到无桥单相APFC中。

因此,如何提供一种多开关功率因数校正方法、系统及电子设备,以解决现有技术中只要占空比大于1/N(如N=2,则d大于0.5)时,就会出现功率器件循环交叉连续导电状态,此时不仅出现功率器件均流情况,更严重的是,总有一只功率器件导通,升压电感没有能量释放的时间,将会造成升压电感饱和以及功率器件烧毁等缺陷,实以成为本领域从业者亟待解决的技术问题。



技术实现要素:

鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种多开关功率因数校正方法、系统及电子设备,用于解决现有技术中只要占空比大于1/N(如N=2,则d大于0.5)时,就会出现功率器件循环交叉连续导电状态,此时不仅出现功率器件均流情况,更严重的是,总有一只功率器件导通,升压电感没有能量释放的时间,将会造成升压电感饱和以及功率器件烧毁的问题。

为实现上述目的及其他相关目的,本发明一方面提供一种多开关功率因数校正方法,应用于包括多级并联的功率模块、和与所述多级并联的功率模块连接的升压模块、及与所述功率模块和升压模块连接的功率输出模块的功率电路,所述多开关功率因数校正方法包括以下步骤:接收源于所述功率电路的输入直流电压信号、输出直流电压信号、及升压电流信号;对所述输入直流电压信号、输出直流电压信号、及升压电流信号进行逻辑处理以形成多路脉冲宽度调制驱动信号;第i路脉冲宽度调制驱动信号与第i+1路脉冲宽度调制驱动信号之间移相预设角度,且等分占空比;i大于等于1;将形成的多路脉冲宽度调制驱动信号输入所述功率电路,使其控制多级并联功率模块的通断以校正功率因数。

于本发明的一实施例中,所述逻辑处理包括:对输入直流电压信号进行逻辑处理、对输出直流电压信号进行逻辑处理、及对所述升压电流信号进行逻辑处理;其中,所述对输入直流电压信号进行逻辑处理包括:将所述输入直流电压信号进行差动滤波;提取差动滤波后的输入直流电压信号的有效电压值;将提取的有效电压值进行平方倒数以形成第一逻辑处理电压信号;所述对输出直流电压信号进行逻辑处理包括:将所述输出直流电压信号进行差动滤波;将差动滤波后的输出直流电压信号与参考电压信号进行相减以获取第一偏差信号;对该第一偏差信号进行PID处理以形成第二逻辑处理电压信号;所述对所述升压电流信号进行逻辑处理包括:将所述升压电流信号进行差动滤波以形成第三逻辑处理电压信号。

于本发明的一实施例中,所述逻辑处理还包括:将所述第一逻辑处理电压信号、差动滤波后的输入直流电压信号、第二逻辑处理电压信号相乘以形成第四逻辑处理电压信号;将所述第三逻辑处理电压信号与第四逻辑处理电压信号进行相减以获取第二偏差信号,对所述第二偏差信号进行PID处理以形成第五逻辑处理信号。

于本发明的一实施例中,所述将形成的多路脉冲宽度调制驱动信号输入所述功率电路,使其控制多级并联功率模块的通断以校正功率因数的步骤包括:将第五逻辑处理信号进行N等分处理,计算N等分后的脉冲信号,对N等分后的脉冲信号与梯形载波信号进行比较以输出高低电平信号,对所述高低电平信号进行脉冲宽度调制以形成N路脉冲宽度调制驱动信号;其中,N为大于等于2的偶数。

本发明另一方面提供一种多开关功率因数校正系统,应用于提供输入直流电压信号、输出直流电压信号、及升压电流信号的功率电路;所述功率电路包括多级并联的功率模块,与所述多级并联的功率模块连接的升压模块,及与所述功率模块和升压模块连接的功率输出模块;所述多开关功率因数校正系统包括:处理模块,与所述功率电路连接,用于接收输入直流电压信号、输出直流电压信号、及升压电流信号;对所述输入直流电压信号、输出直流电压信号、及升压电流信号进行逻辑处理以形成多路脉冲宽度调制驱动信号;第i路脉冲宽度调制驱动信号与第i+1路脉冲宽度调制驱动信号之间移相预设角度,且等分占空比;i大于等于1;信号控制模块,与所述处理模块连接,用以将形成的多路脉冲宽度调制驱动信号输入所述功率电路,使其控制多级并联功率模块的通断以校正功率因数。

于本发明的一实施例中,所述处理模块包括:第一处理单元,与所述功率电路连接,用于对输入直流电压信号进行逻辑处理;所述对输入直流电压信号进行逻辑处理是指将所述输入直流电压信号进行差动滤波;提取差动滤波后的输入直流电压信号的有效电压值;将提取的有效电压值进行平方倒数以形成第一逻辑处理电压信号;第二处理单元,与所述功率电路连接,用于对输出直流电压信号进行逻辑处理,所述对输出直流电压信号进行逻辑处理是指将所述输出直流电压信号进行差动滤波;将差动滤波后的输出直流电压信号与参考电压信号进行相减以获取第一偏差信号;对该第一偏差信号进行PID处理以形成第二逻辑处理电压信号;第三处理单元,与所述功率电路连接,用于对所述升压电流信号进行逻辑处理;所述对所述升压电流信号进行逻辑处理是指将所述升压电流信号进行差动滤波以形成第三逻辑处理电压信号。

于本发明的一实施例中,所述处理模块还包括:第四处理单元,与所述第一处理单元和第二处理单元连接,用于将第一逻辑处理电压信号、差动滤波后的输入直流电压信号、第二逻辑处理电压信号相乘以形成第四逻辑处理电压信号;第五处理单元,与所述第三处理单元和第四处理单元连接,用于将所述第三逻辑处理电压信号与第四逻辑处理电压信号进行相减以获取第二偏差信号,对所述第二偏差信号进行PID处理以形成第五逻辑处理信号。

于本发明的一实施例中,所述信号控制模块用于将第五逻辑处理信号进行N等分处理,计算N等分后的脉冲信号,对N等分后的脉冲信号与梯形载波信号进行比较以形成N路脉冲宽度调制驱动信号;其中,N为大于等于2的偶数。

本发明又一方面提供一种电子设备,所述电子设备包括:功率电路,用于提供输入直流电压信号、输出直流电压信号、及升压电流信号;所述功率电路包括多级并联的功率模块,与多级并联的功率模块连接的升压模块,及与功率模块连接的功率输出模块;与所述功率电路连接的控制器,所述控制器包括如权利要求5-8中任一项所述的多开关功率因数校正系统。

于本发明的一实施例中,每级功率模块包括M个串联的功率器件;其中,M大于等于2。

于本发明的一实施例中,所述电子设备还包括用以为所述电子设备提供单相交流电源的供电模块,所述供电模块包括单相交流电源火线和单相交流电源零线;所述升压模块与所述单相交流电源火线相连接,所述单相交流电源零线与一二极管的正极相连接。

于本发明的一实施例中,所述功率模块连接一电解电容;每级功率模块还包括串联的续流二极管和反向快恢复二极管;所述N级并联的功率模块与由多个串联的分压电阻组成的输入直流电压模块并联,所述输入直流电压模块用于提供输入直流电压信号。

于本发明的一实施例中,所述功率输出模块与反向快恢复二极管的阴极相连接;所述功率输出模块包括与所述电解电容并联连接的输出直流电压电路,所述输出直流电压电路包括多个串联连接的分压电阻,用于提供输出直流电压信号

如上所述,本发明的多开关功率因数校正方法、系统及电子设备,具有以下有益效果:

本发明所述的多开关功率因数校正方法、系统及电子设备实现了单位功率因数校正,倍增了电感的纹波频率,有利于电感的小型化设计,同时降低了功率器件的开关损耗和导通损耗,有利于功率器件的选型和散热处理,结构简单,设计新颖。

附图说明

图1显示为本发明的电子设备于一实施例中的原理结构示意图。

图2显示为本发明的电子设备于一实施例中的原理结构示意图。

图3显示为本发明的多开关功率因数校正系统于一实施例中的原理结构示意图。

图4显示为本发明与现有技术比较效果图。

图5显示为本发明的多开关功率因数校正方法于一实施例中的流程示意图。

元件标号说明

1 电子设备

11 功率电路

12 控制器

13 多开关功率因数校正系统

14 处理模块

15 信号控制模块

110 供电模块

111 升压模块

112 整流模块

113 功率模块

114 输入直流电压模块

115 功率输出模块

141 第一处理单元

142 第二处理单元

143 第三处理单元

144 第四处理单元

145 第五处理单元

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

本实施例提供一种电子设备,所述电子设备包括:

功率电路,用于提供输入直流电压信号、输出直流电压信号、及升压电流信号;所述功率电路包括多级并联的功率模块,与多级并联的功率模块连接的升压模块,及与功率模块和升压模块连接的功率输出模块;

与所述功率电路连接的控制器,所述控制器包括多开关功率因数校正系统。

以下将结合图示对本实施例所提供的电子设备进行详细说明。请参阅图1和图2,分别显示为电子设备于一实施例中的原理结构示意图和电子设备于一实施例中的电路图。如图1和图2所示,所述电子设备1包括功率电路11和控制器12,所述控制器12包括多开关功率因数校正系统13。

在本实施例中,所述功率电路11用于提供输入直流电压信号Uin、输出直流电压信号Uout、及升压电流信号iL。所述功率电路11包括供电模块110、与供电模块110连接的升压模块111、与所述升压模块111连接的整流模块112,与所述升压模块111和整流模块112连接的多级并联的功率模块113、与所述功率模块113连接的输入直流电压模块114、与所述升压模块111和功率模块113连接的功率输出模块115。在本实施例中,所述功率电路11还用于接收单相交流输入电压和来自所述控制器12的多路脉冲宽度调制驱动信号,进行功率因数校正,以得到所需的直流输出电压。

所述供电模块110用于为所述电子设备提供单相交流电源。在本实施例中,所述供电电源110的工作参数为180V~264V,额定电压220V,额定频率50Hz,额定功率3.5kW,额定电流20A,开关频率40kHz。所述供电模块110提供火线输入点ACL和零线输入点ACN。

与所述供电模块110连接的升压模块111用于产生升压电流信号iL。在本实施例中,所述升压模块111采用升压电感L,其工作参数为350μH/20A。

与所述供电模块110和升压模块111连接的整流模块112用于将所述供电模块110输出的交流电源整流成直流电源。在本实施例中,所述整流模块112包括第一二极管D1和第二二极管D2。

所述多级并联的功率模块113中每级功率模块包括M个串联的功率器件和与每级功率模块并联的电解电容E1,其中,M大于等于2。在本实施例中,所述多级并联的功率模块113为两级并联的功率模块113,每级功率模块113包括2个串联的功率器件IGBT,即功率模块113A包括2个串联的功率器件1和功率器件3,功率模块113B包括2个串联的功率器件2和功率器件4,所述功率器件采用第一绝缘栅双极性晶体管S1,第二绝缘栅双极性晶体管S2,第三绝缘栅双极性晶体管S3,第四绝缘栅双极性晶体管S4和连接在绝缘栅双极性晶体管S1,S2,S3,S4的栅极G上的功率子电路1,功率子电路2,功率子电路3,功率子电路4。在本实施例中,所述功率器件IGBT的工作参数为IKW40N60H3,40A/600V/100℃。在本实施例中,所述电解电容E1的正极形成正极电压输出端+DCP,电解电容E1的负极形成负极电压输出端-DCN。

如图2所示,所述功率电路11还包括与功率模块113A和113B连接的第一续流二极管FWD1和第二续流二极管FWD2,及第一反向快恢复二极管FRD1和第二反向快恢复二极管FRD2。在本实施例中,第一续流二极管FWD1和第二续流二极管FWD2的工作参数为APT30DQ60BG,30A/600V/100℃,第一反向快恢复二极管反向快恢复二极管FRD1和第二反向快恢复二极管FRD2的工作参数为FFH30S60S,100deg,30A/600V。在本实施例中,所述功率模块112通过升压模块111、第一续流二极管FWD1和第二续流二极管FWD2,及第一反向快恢复二极管FRD1和第二反向快恢复二极管FRD2、以及受所述多开关功率因数校正系统13的脉冲宽度调制驱动信号所控制而实现通断。在本实施例中,所述第一续流二极管FWD1和第二续流二极管FWD2的正极连接一用于检测所述升压电流信号的第一分压电阻R1。

所述输入直流电压模块113与所述N级并联的功率模块并联连接。所述输入直流电压模块113用于提供输入直流电压信号Uin。所述输入直流电压模块113由多个串联的分压电阻组成。在本实施例中,所述输入直流电压模块113包括第二分压电阻R2,第三分压电阻R3,第四分压电阻R4。由于所述开关功率因数校正系统12仅适用于检测弱电,则根据这一特性将所述第二分压电阻R2,第三分压电阻R3,第四分压电阻R4的阻值成比例设置。例如,分压电阻R2、R3、R4的阻值分别为:360k,360k,5.1k,所述开关功率因数校正系统12仅采集所述第四分压电阻上的输入直流电压信号Uin

所述功率输出模块114与所述功率模块112连接,用于提供输出直流电压信号Uout。如图2所示,所述功率输出模块114位于正极电压输出端+DCP和负极电压输出端-DCN之间。所述功率输出模块114由多个串联的电阻组成。在本实施例中,所述功率输出模块114包括第五分压电阻R5,第六分压电阻R6,第七分压电阻R7。由于所述开关功率因数校正系统12仅适用于检测弱电,则根据这一特性将所述第五分压电阻R5,第六分压电阻R6,第七分压电阻R7的阻值成比例设置。例如,分压电阻R5、R6、R7的阻值分别为:750k,750k,21.6k,所述开关功率因数校正系统12仅采集所述第七分压电阻上的输出直流电压信号Uout

在本发明的一个较佳的实施例中,火线输入点ACL与升压电感L的一端相连接,升压电感L的另一端与功率模块113A中的第一反向快恢复二极管FRD1的正极相连接,第一反向快恢复二极管FRD1的负极与电解电容E1的正极相连接,电解电容E1的负极接地。第五分压电阻R5的一端连接在正极电压输出端+DCP,第五分压电阻R5的另一端与第六分压电阻R6的一端相连接,第六分压电阻R6的另一端与第七分压电阻的一端相连接,第七分压电阻的另一端连接在负极电压输出端-DCN。继续参阅图2,第一二极管D1的正极与火线输入点ACL相连接,第一二极管D1的负极与第二分压电阻R2的一端相连接,第二分压电阻R2的另一端与第三分压电阻R3的一端相连接,第三分压电阻R3的另一端与第四分压电阻R4的一端线连接,第四分压电阻R4的另一端接地。第二二极管D2的正极与零线输入点ACN相连接,第二二极管D2的负极与第一二极管D1的负极相连接。第一绝缘栅双极性晶体管S1、第二绝缘栅双极性晶体管S2的集电极与与升压电感L的另一端相连接(即与第一反向快恢复二极管FRD1的正极相连接),第三绝缘栅双极性晶体管S3、第四绝缘栅双极性晶体管S4的集电极与第二反向快恢复二极管FRD2的正极相连接,第一绝缘栅双极性晶体管S1、第二绝缘栅双极性晶体管S2、第三绝缘栅双极性晶体管S3、第四绝缘栅双极性晶体管S4的发射极与负极电压输出端-DCN相连接,第一绝缘栅双极性晶体管S1、第二绝缘栅双极性晶体管S2、第三绝缘栅双极性晶体管S3、第四绝缘栅双极性晶体管S4的栅极上分别连接有功率子电路1,功率子电路2,功率子电路3,功率子电路4,所述功率子电路1,功率子电路2,功率子电路3,功率子电路4用于接收来自多开关功率因数校正系统13的2路脉冲宽度调制驱动信号。第一续流二极管FWD1和第二续流二极管FWD2的正极与第一分压电阻R1的一端相连接,第一分压电阻R1的另一端接地,第一续流二极管FWD1的负极连接在第一绝缘栅双极性晶体管S1与第二绝缘栅双极性晶体管S2的集电极上,第二续流二极管FWD2的负极连接在第三绝缘栅双极性晶体管S3和第四绝缘栅双极性晶体管S4的集电极上。

本实施例还提供与所述功率电路11连接的多开关功率因数校正系统13。所述多开关功率因数校正系统包括:

处理模块,与所述功率电路连接,用于接收输入直流电压信号、输出直流电压信号、及升压电流信号;对所述输入直流电压信号、输出直流电压信号、及升压电流信号进行逻辑处理以形成N路脉冲宽度调制驱动信号;第i路脉冲宽度调制驱动信号与第i+1路脉冲宽度调制驱动信号之间移相预设角度,即1/N开关周期,且等分占空比;i大于等于1;

信号控制模块,与所述处理模块连接,用以将形成的多路脉冲宽度调制驱动信号输入所述功率电路,使其控制N级并联功率模块的通断以校正功率因数。

以下将结合图示对本实施例所述的多开关功率因数校正系统进行详细说明。请参阅图3,显示为多开关功率因数校正系统于一实施例中的原理结构示意图。如图1、图2和图3所示,所述多开关功率因数校正系统13包括处理模块14和信号控制模块15。

与所述功率电路连接的处理模块用于接收所述功率电路输入的输入直流电压信号Uin、输出直流电压信号Uout、及升压电流信号iL;对所述输入直流电压信号、输出直流电压信号、及升压电流信号进行逻辑处理以形成N路脉冲宽度调制驱动信号;第i路脉冲宽度调制驱动信号与第i+1路脉冲宽度调制驱动信号之间移相预设角度,即1/N开关周期,且等分占空比;i大于等于1。在本实施例中,由于功率模块为2级并联功率模块,所以N为2。在本实施例中,所述处理模块14包括:第一处理单元141、第二处理单元142、第三处理单元143、第四处理单元144、第五处理单元145。

与所述功率电路连接的,具体与所述功率电路中输入直流电压模块113连接的第一处理单元141用于采集所述输入直流电压信号,对输入直流电压信号进行逻辑处理。在本实施例中,所述第一处理单元包括差动滤波器1、有效值电路、平方倒数电路。所述对输入直流电压信号进行逻辑处理是指将所述输入直流电压信号进行差动滤波;提取差动滤波后的输入直流电压信号的有效电压值;将提取的有效电压值进行平方倒数以形成第一逻辑处理电压信号;

与所述功率电路连接的,具体与所述功率电路中功率输出模块114连接的第二处理单元142用于采集所述输出直流电压信号,对输出直流电压信号进行逻辑处理。在本实施例中,所述第二处理单元包括差动滤波器2,减法器1、PID调节器1(PID调节器是指在过程控制中,按偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行控制的控制器)所述对输出直流电压信号进行逻辑处理是指将所述输出直流电压信号进行差动滤波;将差动滤波后的输出直流电压信号与参考电压信号Uref进行相减以获取第一偏差信号;对该第一偏差信号进行PID处理以形成第二逻辑处理电压信号。

与所述功率电路连接,具体与所述功率电路中第一电阻连接的第三处理单元143用于对所述升压电流信号进行逻辑处理。在本实施例中,所述第三处理模块143包括差动滤波器3。对所述升压电流信号进行逻辑处理是指将所述升压电流信号进行差动滤波以形成第三逻辑处理电压信号。

与所述第一处理单元141和第二处理单元142连接的第四处理单元144用于将第一逻辑处理电压信号、差动滤波后的输入直流电压信号、第二逻辑处理电压信号相乘以形成第四逻辑处理电压信号。在本实施例中,所述第四处理单元144为一乘法器。

与所述第三处理单元143和第四处理单元144连接的第五处理单元145用于将所述第三逻辑处理电压信号与第四逻辑处理电压信号进行相减以获取第二偏差信号,对所述第二偏差信号进行PID处理以形成第五逻辑处理信号。在本实施例中,所述第五处理单元145包括减法器2和PID调节器2。

与所述处理模块14连接的信号控制模块15用以将形成的两路脉冲宽度调制驱动信号输入所述功率电路,使其控制N级并联功率模块的通断以校正功率因数。

具体地,所述信号控制模块15将第五逻辑处理信号进行两等分处理,占空比减半,计算两等分后的脉冲信号以获取相同的脉冲宽度,对2等分后的脉冲信号与梯形载波信号进行比较以输出高低电平信号(在本实施例中,若输出高平信号,则导通,若输出低电平,则截止),对所述高低电平信号进行脉冲宽度调制以形成两路脉冲宽度调制驱动信号。在本实施例中,所述信号控制模块15包括除法器、脉宽计算器1和2、脉冲调制器1和2。

在本实施例中,功率电路11:220V交流电源通过升压电感施加到有两个桥臂构成的无桥单相APFC功率电路。功率器件IGBT S1与S2、S3与S4接受来自控制程序的两路移相180°且等分占空比的驱动脉冲,顺序地导通,在一个开关周期中导通时间长度相等,使升压电感产生纹波电流,储存能量和释放能量,能量之差即输出功率传输至电解电容E1,供后级电路使用。IGBT S1与S2、S3与S4的占空比,也可以设计成各自导通时间随着控制量的变化而变化,但是根据动态执行等分占空比这一原则,由此可以增加动态响应速度。IGBT S1与S2采用移相180°且等分占空比的驱动,只在电网电压正半周通断工作。IGBT S3与S4采用移相180°且等分占空比的驱动,只在电网电压负半周通断工作。IGBT S1与S3接受同样的驱动信号,在正半周只有S1通断工作,在正半周只有S3通断工作。IGBT S2与S4接受同样的驱动信号,在正半周只有S2通断工作,在正半周只有S4通断工作。

控制器12,用于接受来自功率电路的整流后输入直流电压信号、输出直流电压信号以及升压电感电流信号。采用电压外环,通过减法器1和PID调节器1获得输出电压的输出量,该电压环的输出量负责获得期望的直流输出电压。电压外环的输出量与输入电压信号、输入电压信号的平方倒数相乘后得到乘积,该乘积与经过差动滤波器3检测来的电感电流信号通过减法器2相减,得到的差再经过PID调节器2得到电流内环的控制量。电流内环的控制量在经过除以2程序,占空比减半,经过脉宽计算程序后,得到相同的脉冲宽度,最后经过脉冲形成程序得到两路相差二分之一开关周期(开关周期为360度),即180°的PWM驱动信号,送入功率电路中的四只驱动器的输入端,借助四只功率器件IGBT的通断,达到功率因数校正目的。

请参阅图4,显示为本发明与现有技术比较效果图。本实施例中所述电子设备1工作时,每只功率器件的占空比只有原来单级APFC时的1/2,每只功率器件的导通损耗只有原来的1/2。在开关频率不变的情况下,每只功率器件的开关次数和开关损耗不变,但是升压电感的纹波频率增加到原来的2倍,升压电感的设计可以得到大大简化。如果降低开关频率,则每只功率器件的开关次数和开关损耗可以下降,升压电感的纹波频率可以保持不变。功率器件的功耗得到分散,其选型可以得到简化。梯形载波程序提供相差180两路梯形载波,在任何情况下,不论总的占空比多大,都能实现升压电感纹波频率倍增,而不会烧毁功率器件。

本实施例所述的电子设备和多开关功率因数校正系统实现单位功率因数校正,倍增了电感的纹波频率,有利于电感的小型化设计,同时降低了功率器件的开关损耗和导通损耗,有利于功率器件的选型和散热处理,结构简单,设计新颖。

实施例二

本实施例提供一种多开关功率因数校正方法,应用于包括多级并联的功率模块、和与所述多级并联的功率模块连接的升压模块、及与所述功率模块和升压模块连接的功率输出模块的功率电路。请参阅图5,显示为多开关功率因数校正方法于一实施例中的流程示意图。如图5所示,所述多开关功率因数校正方法包括以下步骤:

S1,接收源于所述功率电路的输入直流电压信号、输出直流电压信号、及升压电流信号;

S2,对所述输入直流电压信号、输出直流电压信号、及升压电流信号进行逻辑处理以形成多路脉冲宽度调制驱动信号;第i路脉冲宽度调制驱动信号与第i+1路脉冲宽度调制驱动信号之间移相预设角度,即1/N开关周期,且等分占空比;i大于等于1。在本实施例中,多级并联的功率模块为2级并联的功率模块。开关周期为360度,那么第1路脉冲宽度调制驱动信号与第2路脉冲宽度调制驱动信号移相1/2开关周期,即移相180度。在本实施例中,所述逻辑处理包括:对输入直流电压信号进行逻辑处理、对输出直流电压信号进行逻辑处理、及对所述升压电流信号进行逻辑处理;

其中,所述对输入直流电压信号进行逻辑处理包括:将所述输入直流电压信号进行差动滤波;提取差动滤波后的输入直流电压信号的有效电压值;将提取的有效电压值进行平方倒数以形成第一逻辑处理电压信号;

所述对输出直流电压信号进行逻辑处理包括:将所述输出直流电压信号进行差动滤波;将差动滤波后的输出直流电压信号与参考电压信号进行相减以获取第一偏差信号;对该第一偏差信号进行PID处理以形成第二逻辑处理电压信号;

所述对所述升压电流信号进行逻辑处理包括:将所述升压电流信号进行差动滤波以形成第三逻辑处理电压信号。

将所述第一逻辑处理电压信号、差动滤波后的输入直流电压信号、第二逻辑处理电压信号相乘以形成第四逻辑处理电压信号;

将所述第三逻辑处理电压信号与第四逻辑处理电压信号进行相减以获取第二偏差信号,对所述第二偏差信号进行PID处理以形成第五逻辑处理信号。

S3,将形成的多路脉冲宽度调制驱动信号输入所述功率电路,使其控制多级并联功率模块的通断以校正功率因数。具体地,将第五逻辑处理信号进行两等分处理,计算两等分后的脉冲信号,对两等分后的脉冲信号与梯形载波信号进行比较以输出高低电平信号,对所述高低电平信号进行脉冲宽度调制以形成2路脉冲宽度调制驱动信号。将2路两路相差180度的脉冲宽度调制驱动信号送入功率电路中的四只驱动器的输入端,借助四只功率器件IGBT的通断,达到功率因数校正目的。

综上所述,本发明所述的多开关功率因数校正方法、系统及电子设备实现单位功率因数校正,倍增了电感的纹波频率,有利于电感的小型化设计,同时降低了功率器件的开关损耗和导通损耗,有利于功率器件的选型和散热处理,结构简单,设计新颖。所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

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