功率因数校正PFC整流电路、电磁加热系统及电磁炉的制作方法

本实用新型涉及整流电路，具体地，涉及一种功率因数校正PFC(power factor correction)整流电路、电磁加热系统及电磁炉。

背景技术：

整流器件是待接入市电网络的直流用电设备必不可少的重要部件之一，目前市面上常采用的整流器件是由二极管组成的整流桥(如图1所示)，但是该由二极管D所组成的整流桥具有诸多缺陷：

其一，二极管具有较大的压降差，导致二极管自身消耗功率较大，在影响能效的同时也导致容易发热的问题；

其二，二极管的反向电压较小，较容易被击穿，可靠性差；

其三，整流桥在整流工作过程中，会产生与基波频段接近的谐波，导致该谐波难以滤除，并且还能导致基波和谐波共同作用而发出嗡嗡的噪声，严重影响了包含整流桥的用电设备的用户体验；

其四，使用由二极管所组成的整流桥导致交流电源的功率因数降低。

由此，一款功耗小、可靠性强和能解决谐波、基波共同作用而产生嗡嗡噪声问题的新型无桥整流电路是目前业界的热门研究方向。

需要说明的是，以上技术问题是本发明人在实践本实用新型的过程中所发现的。

技术实现要素：

本实用新型一方面的目的是提供一种功耗小、可靠性强和能有效解决谐波、基波共同作用而产生嗡嗡噪声问题的PFC整流电路；本实用新型另一方面的目的是提供一种包含上述PFC整流电路的电磁加热系统；本实用新型又一方面的目的是提供一种包含上述电磁加热系统的电磁炉，用以至少解决背景技术中所阐述的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种PFC整流电路，包括：

第一电感、第二电感、第一整流二极管、第二整流二极管、第三整流二极管、第四整流二极管、第五整流二极管、第六整流二极管、第一电容、第一开关管和第二开关管；

上述第一整流二极管的正极连接至上述第二整流二极管的负极和上述交流电源的零线，上述第三整流二极管的正极连接至上述第六整流二极管的负极并经由上述第一电感连接至上述交流电压的火线，上述第五整流二极管的正极连接至上述第四整流二极管的负极并经由第二电感连接至上述交流电压的火线，上述第一整流二极管的负极连接至上述第三整流二极管的负极和上述第五整流二极管的负极，上述第二整流二极管的正极连接至上述第六整流二极管的正极和上述第四整流二极管的正极；

上述第一开关管并联至上述第五整流二极管的两端，上述第二开关管并联至上述第六整流二极管的两端；

上述第一电容的第一端连接至上述第一整流二极管的负极，第二端连接至上述第二整流二极管的正极。

优选地，上述第一开关管和上述第二开关管包含IGBT管和/或MOS管。

优选地，上述第五整流二极管和上述第六整流二极管为高频整流二极管，以及上述上述第一整流二极管、上述第二整流二极管、上述第三整流二极管和上述第四整流二极管为低频整流二极管。

优选地，当上述第一开关管和上述第二开关管为IGBT管时，上述第一开关管的E极连接至上述第五整流二极管的正极，以及上述第二开关管的E极连接至上述第六整流二极管的正极。

优选地，当上述第一开关管和上述第二开关管为MOS管时，上述第一开关管的S极连接至上述第五整流二极管的正极，以及上述第二开关管的S极连接至上述第六整流二极管的正极。

优选地，上述第一开关管和上述第二开关管的G极连接至逻辑控制器。

优选地，上述第一电容的电容量大小为100uF～1000uF。

优选地，上述第一电感和上述第二电感包含磁芯，上述第一电感和上述第二电感的磁芯的材料选自于以下至少一种：铁氧体、铁硅、铁硅铝。

本实用新型实施例另一方面提供一种电磁加热系统，包含：

上文所述的PFC整流电路；

电磁加热电路；

与上述PFC整流电路和上述电磁加热电路分别连接的逻辑控制器；

其中上述PFC整流电路所连接的交流电源信号包含交流正前半周期信号、交流正后半周期信号、交流负前半周期信号和交流负后半周期信号所分别对应的第一模态、第二模态、第三模态和第四模态；以及

上述逻辑控制器用于控制上述第一开关管在上述第一模态和第四模态下导通，在上述第二模态和第三模态下截止，和控制上述第二开关管在上述第一模态和第四模态下截止，在上述第二模态和第三模态下导通。

本实用新型实施例又一方面提供一种电磁炉，包含上文所述的电磁加热系统。

通过上述技术方案，将PFC升压电路和桥式整流管结合在一起，在实现将交流输入转换为直流输出的同时，还能够具备PFC升压电路的优点，并能够有效解决现有技术中整流桥工作时谐波、基波共同作用而产生嗡嗡噪声干扰问题，并且还能够基于开关管实现了整流的可控，使得本实用新型实施例所提供的整流电路具有低功耗和可靠性强的有益效果。

本实用新型实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型实施例，但并不构成对本实用新型实施例的限制。在附图中：

图1示出的是现有技术中由二极管所组成的整流桥的结构示意图；

图2示出的是本实用新型一实施例的PFC整流电路的结构示意图；

图3A示出的是图2所示的PFC整流电路在交流输入电源信号的交流正前半周期信号下的电流流向环示意图；

图3B示出的是图2所示的PFC整流电路在交流输入电源信号的交流正后半周期信号下的电流流向环示意图；

图3C示出的是图2所示的PFC整流电路在交流输入电源信号的交流负前半周期信号下的电流流向环示意图；

图3D示出的是图2所示的PFC整流电路在交流输入电源信号的交流负后半周期信号下的电流流向环示意图；

图4示出的是本实用新型一实施例的包含图2所示PFC整流电路的电磁加热系统的结构示意图。

附图标记说明

ACN 交流电源零线 ACL 交流电源火线

30 电磁加热系统 C1、C2 电容

L1、L2 电感 Q1、Q2 开关管

10 PFC整流电路 20 电磁加热电路

D、D1-D6 整流二极管

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

本技术领域技术人员可以理解，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在上述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

参见图2示出的是本实用新型一实施例的PFC整流电路的结构示意图，该PFC整流电路10具体包含有电感L1、电感L2、整流二极管D1-D6、电容C1、开关管Q1和Q2。如图2所示，低频整流二极管D1的正极连接至低频整流二极管D2的负极和交流电源的零线ACN，低频整流二极管D3的正极连接至高频整流二极管D6的负极，高频整流二极管D5的正极连接至低频第四整流二极管D4的负极，低频整流二极管D1的负极连接至低频整流二极管D3的负极和高频整流二极管D5的负极，低频整流二极管D2的正极连接至高频整流二极管D6的正极和低频整流二极管D4的正极；开关管Q1并联至高频整流二极管D5的两端，开关管Q2并联至高频整流二极管D6的两端；电感L1的第一端连接至交流电源的火线ACL，第二端连接至低频整流二极管D3的正极，以及电感L2的第一端连接至交流电源的火线ACL，第二端连接至高频整流二极管D5的正极；电容C1的第一端连接至低频整流二极管D1的负极，第二端连接至低频整流二极管D2的正极，以及在电容C1的两端适于连接负载。更具体地，在本实用新型实施例的一些可选实施方式中，开关管Q1和Q2可以是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)管，即绝缘栅双极型晶体管，此时该开关管Q1和Q2具备有G、C、E三极，结合图2可知，开关管Q2并联在整流二极管D6的两端，且Q2的E极连接至整流二极管D6的正极，以及开关管Q1并联在二极管D5的两端，开关管Q1的E极连接至整流二极管D5的正极。另外，在本实用新型的另一些可选实施方式中，开关管Q1和Q2可以是MOS管，即场效应管，此时该开关管Q1和Q2具备有G、D、S三极，结合图2可知，开关管Q2并联在整流二极管D6的两端，且Q2的S极连接至整流二极管D6的正极，以及开关管Q1并联在二极管D5的两端，开关管Q1的S极连接至整流二极管D5的正极。可以理解的是，本实施例中的高频二极管和低频二极管对于本领域普通技术人员而言应当是清楚的，高频二极管和低频二极管分别指代于不同特定类型的二极管，较为简单的方法是，通过对二级管的外观型号查看便可以确定二极管为高频二极管还是低频二极管，因一般二极管的型号中含有F标识。关于本实施例，更具体地，电容C1的电容量大小为100uF～1000uF，额定电压为500V；电感L1、L2包含磁芯，制作该磁芯的材料选自于以下至少一种：铁氧体、铁硅、铁硅铝，由此选型得以保证电感L1和L2的储能性能。进一步地，由于在本实施例中采用了管压差远低于整流二极管的整流MOS或IGBT，能够有效降低PFC整流电路的功耗。

为了使得本实用新型的技术思想更便于本领域普通技术人员理解，以下继续结合图3A-3D公开图2所示的PFC整流电路的工作原理：

其中图3A和图3B示出的是在交流输入信号当AC输入电压信号为正弦波形，且为正半周期时的两种模态；如图3A所示的第一模态，开通Q1并截止Q2，流经电感L1的电流为二极管D1和D4截止，并且D3和D2导通以形成供电回路给负载供电；如图3B所示的第二模态，开通Q2并截止Q1，流经电感L1的电流为D3截止，并且D2导通，由此增大L1的电感储能。由此，开关管Q2,、D2、D3和L1在交流输入信号的正半周期内构成PFC升压结构，再通过C1滤波储能，输出一定纹波的DC电压，供所连接的电磁加热负载使用；

其中图3C和图3D示出的是在交流输入信号为正半周期时的两种模态；如图3C所示的第三模态，开通Q2并截止Q1，流经电感L2的电流为二极管D3、D2截止，并且D1、D4导通以形成回路为负载供电；如图3D所示的第四模态，开通Q1并截止Q2，流经电感L2的电流为D5截止，使得L2的电感储能增加。由此，开关管Q1，D5和L2构成交流输入信号负半周期的PFC升压结构，再通过C1滤波储能，输出一定纹波的DC电压，供所连接的电磁加热负载使用。

在上述PFC整流电路10的应用的一方面，可以继续参照图4，图4示出的是电磁加热系统30，具体包含PFC整流电路10、用于电磁加热的负载电磁加热电路20，以及连接并调制控制该PFC整流电路10和该电磁加热电路20的逻辑控制器；更具体地，PFC整流电路10中的开关管Q1、Q2的G极均连接至逻辑控制器，由此实现通过逻辑控制器控制开关管Q1、Q2；优选地，电磁加热电路20中的电子元器件IGBT的G极也连接至逻辑控制器，由此实现基于一个逻辑控制器完成对整流电路和负载电路的双重控制；并且，由于PFC整流电路10采用了PFC电路作为系统的整流电路，使得在实现整流功能的同时还兼顾有调节功率系数的效果。更优选地，该逻辑控制器还能够对PFC输出、市电AC输入以及电磁加热电路进行数据采样，以更方便直观地通过逻辑控制器完成对电磁加热电路20和整流电路10的控制。更进一步地，关于该电磁加热系统30中的整流电路10也可以被当做是一种直流电源，因其也具有整流功能，能够将电路的交流输入转换为直流输出。

在上述电磁加热系统30的应用的一方面，该电磁加热系统可以被包含应用于家电产品中，更具体地，该电磁加热系统30可以被包含应用于电磁炉中，由此能够有效消除在现有的电磁炉在工作过程中所产生的嗡嗡噪声，并提高用户体验。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。