单相功率因数校正电路的制作方法

本实用新型涉及单相功率因数校正技术，特别是涉及大功率输出的功率因数校正器技术，具体涉及高开关频率下减小功耗实现功率因数校正的电路。

背景技术：

在单相电网中，随着电力电子技术的快速发展，越来越多的电力电子设备在电网中投入使用，特别是采用整流桥和电解电容作为前级电路的开关电源电路和交直交变频电路的广泛使用，对电网造成了严重的谐波电流污染。有源功率因数校正（APFC）技术成为解决谐波电流污染的重要技术。

然而，低开关频率功率因数校正器的升压电感量大、体积大。同时，低开关频率下的单相功率因数校正器分流电阻阻值大，功耗多，发热严重。若要提高开关频率，分流电阻会产生更多的功耗和热量。因此，需要找寻高开关频率低感低阻单相功率因数校正电路来解决这些问题。

现阶段，高开关频率低感低阻单相功率因数校正电路的设计普遍繁琐，分流电阻通常还会产生更大的功耗、发出更多的热量，无法满足实际应用的需求。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供新型的单相功率因数校正电路，用于解决现有技术中存在的上述问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供单相功率因数校正电路，包括：功率单元，用于将交流电信号转换成第一直流电信号并输出；检测单元，连接所述功率单元，用于根据所述交流电信号取样分流电阻电信号，放大并转换成第二直流电信号并输出；控制单元，分别连接所述功率单元和所述检测单元，用于根据所述第一直流电信号和所述第二直流电信号进行功率因数校正。

于本实用新型一实施例中，所述功率单元包括：升压型单相AC-DC电路。

于本实用新型一实施例中，所述升压型单相AC-DC电路包括：第一功率二极管、第二功率二极管、第三功率二极管、第四功率二极管、升压电感、功率场效应管、反向快恢复二极管、第一电容、第一电阻、第二电阻、第二电容，其中，第一功率二极管的正极、第二功率二极管的负极、第一电容的一端与电源火线相连，第一电容的另一端、第三功率二极管的正极、第四功率二极管的负极与电源零线相连，第二功率二极管的正极、第四功率二极管的正极、第一电阻的一端、第二电阻的一端相连，第一功率二极管的负极、第三功率二极管的负极、第一电阻的另一端、升压电感的一端相连，升压电感的另一端、功率场效应管的漏极、反向快恢二极管的正极相连，第二电阻的另一端、功率场效应管的源极、第二电容的一端相连构成所述功率单元的负极输出端，反向快恢复二极管的负极与第二电容的另一端相连构成所述功率单元的正极输出端。

于本实用新型一实施例中，所述检测单元包括：运算放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、电容，其中，第三电阻的一端与第一电阻连接第二电阻的一端相连，第三电阻的另一端与运算放大器的正输入端相连，第四电阻的一端、第五电阻的一端、运算放大器的反向输入端相连，第四电阻的另一端接地，第七电阻的一端与运算放大器的输出端相连，第七电阻的另一端与所述控制单元相连，第五电阻的另一端与运算放大器的输出端相连，第六电阻的一端与第二电容接地的一端相连，第六电阻的另一端、第八电阻的一端与所述控制单元相连，第八电阻的另一端与第三电容的一端相连，第三电容的另一端与所述控制单元相连。

于本实用新型一实施例中，所述控制单元包括：单相功率因数校正模拟控制器。

于本实用新型一实施例中，所述单相功率因数校正模拟控制器包括：L4981B控制芯片。

于本实用新型一实施例中，所述L4981B芯片的引脚8与第七电阻的另一端相连，所述L4981B芯片的引脚9连接于第六电阻及第八电阻的连接点，所述L4981B芯片的引脚5与第三电容相连，所述L4981B芯片的引脚2、第三电阻接入第二电阻的一端、第九电阻的一端相连，第九电阻的另一端与所述L4981B芯片的引脚11相连。

如上所述，本实用新型的单相功率因数校正电路，采用在高开关频率情况下设计检测电路的策略，具有以下有益效果：

（1）减小分流电阻阻值，使电阻损耗功率减少，发热减少；

（2）提高开关频率，实现与低开关频率功率因数校正电路相同的效果，且能降低电感量，减小电感体积，节约成本。

附图说明

图1显示为本实用新型一实施例的单相功率因数校正电路的结构示意图。

图2显示为本实用新型另一实施例的单相功率因数校正电路的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，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实用新型的其他优点与功效。本实用新型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，在没有背离本实用新型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实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型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。

请参阅图1，为了解决高开关频率下，单相功率因数校正电路功耗多、成本高等问题，本实用新型提供新型的单相功率因数校正电路，包括：功率单元1、检测单元2、控制单元3，其中，功率单元1连接检测单元2和控制单元3，用于完成AC-DC变换；检测单元2连接控制单元3，用于将微弱的电流信号线性放大后发送到控制单元3；控制单元3用于完成输入电流跟踪输入电压。

请参阅图2，在一实施例中，功率单元1为升压型单相AC-DC电路，包括：第一功率二极管D1、第二功率二极管D2、第三功率二极管D3、第四功率二极管D4、升压电感L、功率MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半场效晶体管）S1、反向快恢复二极管FRD1、安规电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2、滤波电容E1。具体的，第一功率二极管D1的正极、第二功率二极管D2的负极、安规电容C的一端与电源火线ACL相连，安规电容C另一端、第三功率二极管D3正极、第四功率二极管D4的负极与电源零线ACN相连，第二功率二极管D2的正极、第四功率二极管D4的正极、第一电阻R1一端、第二电阻R2一端相连，构成输入端DCN1，第一功率二极管D1的负极、第三功率二极管D3的负极、第一电阻R1另一端与升压电感L一端相连，构成输入端DCP1，升压电感L的另一端、功率MOSFET S1的漏极与反向快恢二极管FRD1的正极相连，第二电阻R2另一端、功率MOSFET S1的源极与滤波电容E1一端相连构成功率电路负极输出端DCN2，反向快恢复二极管FRD1负极与滤波电容E1另一端相连构成正极输出端DCP2。

请参阅图2，在一实施例中，所述检测电路2包括：运算放大器A、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、电容C3。具体的：第三电阻R3一端与第一电阻R1连接第二电阻R2的一端相连，第三电阻R3另一端与运算放大器A的正输入端相连，第四电阻R4、第五电阻R5一端与运算放大器A的反向输入端相连，第四电阻R4另一端接地，第七电阻R7一端与运算放大器A的输出端相连，第七电阻R7另一端与控制单元3相连，第五电阻R5另一端与运算放大器A的输出端相连，第六电阻R6一端与滤波电容E1接地的一端相连，第六电阻R6另一端、第八电阻R8一端与控制单元3相连，第八电阻R8的另一端与电容C3一端相连，电容C3的另一端与控制单元3相连。

请参阅图2，在一实施例中，所述控制芯片3为单相功率因数校正模拟控制器，例如，有源PFC控制器L4981B，采用CCM（Continuous Conduction Mode，连续导通模式）与平均电流检测方式，通过内部的电压电流双闭环调节输入电流跟踪输入电压，其工作原理包括：第一直流电信号与芯片内部基准电压比较，差值作为乘法器输入信号，乘法器输出信号与第二直流电信号比较，差值作为PWM载波信号，通过PWM控制器输出脉冲控制功率器件S1的通断。使输入电流信号与输入电压信号保持同步，实现功率因数校正。具体的：控制芯片L4981B的引脚8（MULT-OUT）即图中的301与第七电阻R7另一端相连，控制芯片L4981B的引脚9（ISENSE）即图中的302连接于第六电阻R6及第八电阻R8，控制芯片L4981B的引脚5（CA-OUT）即图中的303与电容C3相连，第三电阻R3接入第二电阻R2的一端、控制芯片L4981B引脚2（IPK）即图中的304、第九电阻R9的一端相连，第九电阻R9的另一端与控制芯片L4981B引脚11（VREF）即图中的305相连。

在一实施例中，各器件的选型和参数可以为：

开关频率：100kHz；

功率器件S1：600V，75A/100℃；

碳化硅快恢复二极管FRD1：600V，40A/100℃；

二极管整流桥（D1-D4）：600V，25A/100℃；

滤波电容E1：680F，450V，3只并联；

无感电阻R2：2mΩ；

快速运算放大器A：型号AD712，3MHZ，±15V；

升压电感L：0.5mH；

控制芯片：L4981B。

本实用新型的关键原理在于：

（1）在大功率输出情况下，单相功率因数校正器工作在高开关频率，不仅具有低开关频率单相功率因数校正器相同的效果，而且减小升压电感量和电感体积，减少制作成本。

（2）在大功率输出情况下，分流电阻会产生更多损耗和热量，本实用新型在检测电路中将检测出的微弱信号通过快速运算放大器放大后发送到控制芯片中，所发送数据与大阻值分流电阻发送数据一致且达到相同效果，使用的分流电阻阻值减小，功耗小发热少。

综上所述，本实用新型的单相功率因数校正电路，在大功率输出情况下工作在高开关频率，不仅具有与低开关频率单相功率因数校正电路相同的效果，还会降低升压电感量和电感体积；同时，检测电路中的运算放大器放大微弱的电感电流信号，可减小分流电阻阻值，降低功耗，减少发热，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实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，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实用新型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，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。