一种功率因数补偿系统及电源的制作方法

本发明涉及功率因数补偿技术领域，特别是涉及一种功率因数补偿系统及电源。

背景技术：

传统电源(例如无线供电系统的发射端)的DCDC部分包括主电路和控制电路，其中，主电路基本上是由BUCK电路组成，BUCK电路中必然包含稳压滤波电容C1、降压储能电感L1及开关管，控制电路包括电源管理芯片，电源管理芯片的用于输出PWM信号的占空比控制端与开关管的控制端连接，通过调节PWM信号的占空比来控制开关管的导通时间进而控制电源的输出电压。请参照图1，图1为现有技术中的一种电源的结构示意图。由于BUCK电路中稳压滤波电容C1和降压储能电感L1的存在，整体电路会呈现容性或者感性，输入电压(输入电流)与输出电压(输出电流)由于电路非纯阻性的原因会产生一定的相位差，降低了电源的功率因数，影响了整体的效率。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种功率因数补偿系统，提高了功率因数及电源的效率；本发明的另一目的是提供一种包括上述功率因数补偿系统的电源。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种功率因数补偿系统，用于电源的BUCK电路中，该系统包括：

原边与所述BUCK电路中的稳压滤波电容的正端连接的变压器，用于采集所述稳压滤波电容两端的偏移电压，并将所述偏移电压变压至相位偏移电路的输入范围内；

输入端与所述变压器的副边连接、输出端与电源管理芯片的PWM信号的占空比控制端连接的所述相位偏移电路，用于依据用户指令对变压后的所述偏移电压进行相位补偿，并将相位补偿后的电压调整至所述占空比控制端的输入范围内并输出叠加至所述占空比控制端，其中，补偿相位等于所述偏移电压与所述BUCK电路的输入电压之间的偏移相位。

优选地，所述相位偏移电路包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、电位器及第一电容，其中：

所述第一电阻的第一端与所述第二电阻的第一端连接，其公共端作为所述相位偏移电路的输入端，所述第一电阻的第二端与所述电位器的第一端连接，所述电位器的第二端分别与所述第一电容的第一端及所述第一运算放大器的反相输入端连接，所述第一电容的第二端接地，所述第二电阻的第二端分别与所述第一运算放大器的正相输入端及所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第一运算放大器的输出端连接，其公共端作为所述相位偏移电路的输出端。

优选地，该系统还包括：

输入端与所述相位偏移电路的输出端连接、输出端与所述占空比控制端连接的整流桥，用于对所述相位偏移电路输出的电压进行整流，以得到没有过零点的电压。

优选地，该系统还包括：

输入端与所述整流桥的输出端连接、输出端与所述占空比控制端连接的电压跟随电路，所述电压跟随电路包括第四电阻、第五电阻及第二运算放大器，其中：

所述第四电阻的第一端作为所述电压跟随电路的输入端，所述第四电阻的第二端与所述第二运算放大器的正相输入端连接，所述第五电阻的第一端与所述第二运算放大器的反相输入端连接，所述第五电阻的第二端接地，所述第二运算放大器的输出端作为所述电压跟随电路的输出端。

优选地，该系统还包括第一端分别与所述整流桥的输出端及所述占空比控制端连接、第二端接地的第二电容，用于消除所述整流桥输出的电压中过零点的电压，其中，所述第二电容的容值远小于所述稳压滤波电容的容值。

优选地，所述电容的容值不大于500pF。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种电源，包括如上述所述的功率因数补偿系统。

本发明提供了一种功率因数补偿系统及电源，该系统包括原边与BUCK电路中的稳压滤波电容的正端连接的变压器，用于采集稳压滤波电容两端的偏移电压，并将偏移电压变压至相位偏移电路的输入范围内；输入端与变压器的副边连接、输出端与电源管理芯片的PWM信号的占空比控制端连接的相位偏移电路，用于依据用户指令对变压后的偏移电压进行相位补偿，并将相位补偿后的电压调整至占空比控制端的输入范围内并输出叠加至占空比控制端，其中，补偿相位等于偏移电压与BUCK电路的输入电压之间的偏移相位。

可见，本发明将BUCK电路中稳压滤波电容两端的偏移电压作为反馈信号，通过对偏移电压进行相位补偿，且补偿相位等于偏移电压与BUCK电路的输入电压之间的偏移相位，然后再将补偿后的电压输出叠加至电源管理芯片的PWM信号的占空比控制端，和PWM信号的原有控制信号共同控制电源的输出电压，从而实现最终的输出电压与BUCK电路的输入电压之间没有相位差，提高了功率因数及电源的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的一种电源的结构示意图；

图2为本发明提供的一种功率因数补偿系统的结构示意图；

图3为本发明提供的一种功率因数补偿系统工作过程中的波形图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种功率因数补偿系统，提高了功率因数及电源的效率；本发明的另一核心是提供一种包括上述功率因数补偿系统的电源。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图2和图3，其中，图2为本发明提供的一种功率因数补偿系统的结构示意图，图3为本发明提供的一种功率因数补偿系统工作过程中的波形图。

该系统用于电源的BUCK电路中，该系统包括：

原边与BUCK电路中的稳压滤波电容的正端连接的变压器1，用于采集稳压滤波电容两端的偏移电压，并将偏移电压变压至相位偏移电路1的输入范围内；

具体地，220V交流电经过整流桥整流后得到馒头波，波形如图3中的11，该馒头波作为BUCK电路的输入电压，输入电压经过BUCK电路中的稳压滤波电容后会产生相位偏移，也即偏移电压，波形如图3中的12。

因为馒头波的幅值为220V，偏移后得到的偏移电压经过处理后需要叠加在电源管理芯片的引脚上，因此，需要对偏移电压首先进行降压处理，将其降至相位偏移电路1的信号幅值处理范围内。

输入端与变压器1的副边连接、输出端与电源管理芯片的PWM信号的占空比控制端连接的相位偏移电路1，用于依据用户指令对变压后的偏移电压进行相位补偿，并将相位补偿后的电压调整至占空比控制端的输入范围内并输出叠加至占空比控制端，其中，补偿相位等于偏移电压与BUCK电路的输入电压之间的偏移相位。

具体地，输入电压在BUCK电路中的偏移相位是可以预先通过示波器获取到的，因此，对偏移电压补偿多少相位也就知道了。具体地，相位偏移电路1在接收到降压后的偏移电压后，对偏移电压进行相位补偿，例如，如果偏移电压滞后输入电压θ角，则相位偏移电路1对其进行相位补偿，使其提前θ角，最后将相位补偿后的电压(波形如图3中13)叠加在占空比控制端，与占空比控制端的原有控制信号共同实现对PWM信号的占空比的调制。

另外，需要说明的是，PWM信号的占空比与占空比控制端的电压相关，占空比控制端的电压越大，PWM信号的占空比越大，BUCK电路的输出电压越大。具体地，原有控制信号是恒定的，进而使得PWM信号的占空比是恒定的，最终输出的输出电压也是恒定的。本申请中的相位偏移电路1输出的电压叠加在占空比控制端后，BUCK电路的输出电压的变化与相位偏移电路1输出的电压的变化是一致的，而又因为相位偏移电路1输出的电压的变化与BUCK电路的输入电压的变化是一致的，则BUCK电路最终的输出电压的变化与输入电压的变化是一致的(波形如图3中的14)，也即最终的输出电压与输入电压之间没有相位差，提高了功率因数及电源的效率。

还需要说明的是，本申请中提到的负载实际上不仅仅包括负载本身，还包括相应的输入电压的稳压处理，且BUCK电路只是电源的强电主回路，完整的电源最终的电压输出之前都会有稳压处理，因为是本领域技术人员所公知的，本申请给出的电路图中没有画，因此，本申请中输出电压的馒头波造成的电压波动是允许的。

作为一种优选地实施例，相位偏移电路1包括第一运算放大器、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、电位器P及第一电容C2，其中：

第一电阻R1的第一端与第二电阻R2的第一端连接，其公共端作为相位偏移电路1的输入端，第一电阻R1的第二端与电位器P的第一端连接，电位器P的第二端分别与第一电容C2的第一端及第一运算放大器的反相输入端连接，第一电容C2的第二端接地，第二电阻R2的第二端分别与第一运算放大器的正相输入端及第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R3的第二端与第一运算放大器的输出端连接，其公共端作为相位偏移电路1的输出端。

具体地，用户可以通过对电位器P的阻值的调整实现补偿相位的调整，具体地，电位器P的阻值越小，则变压器1降压后输出的偏移电压为第一电容C2充电的过程越快，补偿的相位越大。因为需要补偿的相位是已知的，因此，用户直接对电位器P的阻值进行调节即可，这里的调整便可认为是用户指令。

另外，变压器1降压后的偏移电压的幅值要求略小于第一运算放大器的电源电压。

作为一种优选地实施例，该系统还包括：

输入端与相位偏移电路1的输出端连接、输出端与占空比控制端连接的整流桥2，用于对相位偏移电路1输出的电压进行整流，以得到没有过零点的电压。

具体地，相位偏移电路1输出的馒头波存在数值为零的电压，也即叠加在占空比控制端的电压为零，如果原本占空比控制端的输入电压也为零，则可能会造成负载的工作是不连续的。为保证负载工作的连续性及稳定性，本申请还在相位偏移电路1及占空比控制端之间设置了整流桥，用于消除相位偏移电路1输出的电压中的过零点电压，改进后即使原本占空比控制端的输入电压为零，叠加后也会有一定的电压，从而保证了负载工作的连续性和稳定性。

作为一种优选地实施例，该系统还包括第一端分别与整流桥2的输出端及占空比控制端连接、第二端接地的第二电容，用于消除整流桥2输出的电压中过零点的电压，其中，第二电容的容值远小于稳压滤波电容的容值。

作为一种优选地实施例，电容的容值不大于500pF。

与上一优选实施例的目的相同，为保证负载工作的连续性及稳定性，本申请还在相位偏移电路1及占空比控制端之间设置了第二电容，用于消除相位偏移电路1输出的电压中的过零点电压，改进后即使原本占空比控制端的输入电压为零，叠加后也会有一定的电压，从而保证了负载工作的连续性和稳定性。作为一种优选地实施例，该系统还包括：

输入端与整流桥2的输出端连接、输出端与占空比控制端连接的电压跟随电路，电压跟随电路包括第四电阻R4、第五电阻R5及第二运算放大器3，其中：

第四电阻R4的第一端作为电压跟随电路的输入端，第四电阻R4的第二端与第二运算放大器3的正相输入端连接，第五电阻R5的第一端与第二运算放大器3的反相输入端连接，第五电阻R5的第二端接地，第二运算放大器3的输出端作为电压跟随电路的输出端。

为了提高输出至占空比控制端的电压的抗干扰能力，本申请还设置了电压跟随器，还实现了前级与电源管理芯片的隔离。

本发明提供了一种功率因数补偿系统，该系统包括原边与BUCK电路中的稳压滤波电容的正端连接的变压器，用于采集稳压滤波电容两端的偏移电压，并将偏移电压变压至相位偏移电路的输入范围内；输入端与变压器的副边连接、输出端与电源管理芯片的PWM信号的占空比控制端连接的相位偏移电路，用于依据用户指令对变压后的偏移电压进行相位补偿，并将相位补偿后的电压调整至占空比控制端的输入范围内并输出叠加至占空比控制端，其中，补偿相位等于偏移电压与BUCK电路的输入电压之间的偏移相位。

可见，本发明将BUCK电路中稳压滤波电容两端的偏移电压作为反馈信号，通过对偏移电压进行相位补偿，且补偿相位等于偏移电压与BUCK电路的输入电压之间的偏移相位，然后再将补偿后的电压输出叠加至电源管理芯片的PWM信号的占空比控制端，和PWM信号的原有控制信号共同控制电源的输出电压，从而实现最终的输出电压与BUCK电路的输入电压之间没有相位差，提高了功率因数及电源的效率。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种电源，包括如上述的功率因数补偿系统。

对于本发明提供的电源中的功率因数补偿系统的介绍请参照上述系统实施例，本发明在此不再赘述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。