一种pfc电感饱和抑制电路及电源设备的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本实用新型设及PFC功率因数校正技术领域，尤其设及一种PFC电感饱和抑制电路 电源设备。
【背景技术】
[0002] 当交流电源经全波整流和大电容滤波后，将平直的直流电压直接施加于各类变换 器及其负载上时，虽然输入电压的波形是正弦波，但是输入电流的波形却是窄脉冲，因而使 线路电流含有大量谐波分量，并使变换器的功率因数大为降低。大量使用运样的电源设备， 将会产生诸多不良的后果，大量的谐波电流对电网造成严重的电磁干扰和谐波污染，影响 其他设备的正常运行，引起线路故障，甚至使输配电设备损坏;低功率因数使发电和输配电 设备的建造成本和运行成本增加，效率降低。
[0003] 有鉴于此，欧盟、中国、美国和日本先后制定了电源设备的功率因数标准，功率因 数指标正在成为一项全球性的强制规定。为了使电源设备的功率因数达到有关标准规定的 指标，通常在全桥整流器和滤波电容器之间加入一个有源功率因数校正(PFC)电路，其原理 如图1所示。由图1可知，功率因数校正电路由一个电感器L、开关管S、整流管D5、输出滤波电 解电容EW及主控MCU组成，功率因数校正电路的作用，是凭借主控MCU依据电流和电压的检 测量，经模拟运算而产生的高频驱动脉冲，来控制开关管的导通与关断，从而控制流经电感 器的电流，迫使交流电源输入电流的波形及相位均与输入电压的波形与相位趋于一致，使 得功率因数接近于1，当然输入电流各次谐波的幅值和总谐波失真亦随之显著降低。
[0004] 在设计PFC电感过程中，根据理论计算出来的电感值，在稳定工作状态下，PFC电感 一般不会饱和。但是在异常环境下，比如快速开关机、频繁断电等，在PFC电感和周围电路搭 配不好的情况下，会引起PFC电感的饱和，导致周围电路中功率器件的损坏。为了抑制PFC电 感的饱和，防止PFC电路中功率器件的损坏，现有技术主要采用W下两种方法：1)选择比理 论计算出来的磁忍规格大的磁忍，在电感本身的设计上增加余量;2)选用规格更大的功率 器件，但是W上两种方法都会较大的增加成本。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种PFC电感饱和 抑制电路及包括PFC电感饱和抑制电路的电源设备。
[0006] 本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
[0007] -种PFC电感饱和抑制电路，包括：
[000引PFC主功率电路，连接于交流电源与负载之间；
[0009] PFC电感电压采样电路，连接于所述PFC主功率电路的PFC电感两端，用于实时检测 PFC主功率电路中PFC电感两端的电压值化；
[0010] PFC电感电流采样电路，连接于所述PFC主功率电路的回路上，用于实时检测PFC主 功率电路中流经PFC电感的电流值i L;
[0011] 主控制模块，用于根据电压值化和电流值iL实时计算PFC电感值L，并根据计算出的 PFC电感值L与PFC电感阔值进行比较，当PFC电感值L大于等于PFC电感阔值时，进行正常PFC 运行控制;否则进行电感饱和抑制控制，所述电感饱和抑制控制指根据PFC电感电流产生驱 动PFC主功率电路开关管S的PWM信号，使流经PFC电感的电流低于电流阔值，所述电流阔值 指使PFC电感不饱和的临界值。
[0012] -种电源设备，其特征在于，包括上述技术方案所述的PFC电感饱和抑制电路。
[0013] 本实用新型的有益效果是：
[0014] 1)通过实时监测PFC电感的饱和程度从而抑制PFC电感饱和；
[0015] 2)通过抑制PFC电感的饱和从而防止PFC电源电路中开关器件的损坏，增加电路的 可靠性；
[0016] 3)与现有抑制PFC电感饱和技术相比，本实用新型所提出的抑制PFC电感饱和方案 易于实现而且成本将大为降低降低。
【附图说明】
[0017]图巧功率因数校正(PFC)电路原理图；
[001引图2为电感磁链与电流关系曲线；
[0019] 图3为本实用新型实施例一示意图；
[0020] 图4为本实用新型实施例二示意图
[0021 ]图5为本实用新型所述PFC主功率及采样电路硬件原理图；
[0022] 图6为本实用新型所述PFC控制原理图。
[0023] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0024] 1、PFC主功率电路，2、PFC电感电压采样电路，3、PFC电感电流采样电路，4、主控制 模块，5、交流电源，6负载，7、PFC输入电压采样电路，8、PFC输出电压采样电路。
【具体实施方式】
[0025] W下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用 新型，并非用于限定本实用新型的范围。
[0026] 线圈的电感定义为由流过电感线圈电流产生的磁通与电感线圈交链所产生的磁 链与流过电感线圈电流的比值，如式1所示：
[0028] 式中L为线圈电感；为由电感电流产生的磁链;iL为电感线圈电流。
[0029] 图2所示为电感磁链与电流关系曲线，从图中可W看出，在一定范围内（iL<iLH)， 电感磁链与电流近似为线性关系，因此在运段磁链-电流曲线范围内电感近似为定值；当iL 〉iLH时，电感磁链与电流之间开始出现非线性关系，随着电流的增大，电感开始减小，也就是 电感开始出现饱和，电流越大，电感饱和程度越深，电感越小，W下将结合PFC原理图分析电 感饱和对电路的影响。
[0030] 图1中PFC输入电压为Uin,输出电压为Uout,由于实际使用过程中PFC开关管S的开关 频率比输入电源频率高得多，因此在一个开关周期内，输入电压近似不变，当开关管S开通 时，电感电压UL = Uin,当开关管关断时电感电压UL = IW-Uin, PFC电感电压与电流关系如式 (2)所示：
[0032] 从式2可W看出，电感电压不变，电感减小，电感电流急剧增大，电感电流急剧增大 会增加开关管W及二极管损坏的可能性，降低PFC电路的可靠性，因此，在PFC工作过程中应 该尽量避免电感饱和现象。
[0033] 对式2进行离散化，得：
[0035]式中iL(n)为PFC当前时刻电感电流采样值;iL(n-l)为上一时刻电感电流采样值;T 为电感电流采样周期;UL(n)为当前时刻电感电压采样值。由式3可得，PFC电感可W表示成 式4。
[0037]由式4可W看出，只要知道PFC电感当前电压采样值、PFC电感当前W及上一时刻电 流采样值W及采样周期，就可W实时的辨识出PFC电感值，实现PFC电感实时在线监测。
[003引实施例一、如图3所示，一种PFC电感饱和抑制电路，包括：
[0039] PFC主功率电路1，连接于交流电源5与负载6之间；
[0040] PFC电感电压采样电路2,连接于所述PFC主功率电路1的PFC电感两端，用于实时检 测PFC主功率电路1中PFC电感两端的电压值化；
[0041 ] PFC电感电流采样电路3，连接于所述PFC主功率电路1的回路上，用于实时检测PFC 主功率电路1中流经PFC电感的电流值iL;
[0042] 主控制模块4,用于根据电压值化和电流值iL实时计算PFC电感值L，并根据计算出 的PFC电感值L与PFC电感阔值进行比较，当PFC电感值L大于等于PFC电感阔值时，进行正常 PFC运行控制；否则进行电感饱和抑制控制，所述电感饱和抑制控制指根据PFC电感电流产 生驱动PFC主功率电路1开关管S的PWM信号，使流经PFC电感的电流低于电流阔值，所述电流 阔值指使PFC电感不饱和的临界值。
[0043] 实施例二、如图4所示，在上述实施例一所述技术方案的基础上还包括：
[0044] PFC输入电压采样电路7,连接在PFC主功率电路1的输入端，用于采集PFC主功率电 路1的输入电压Uac;
[0045] PFC输出电压采样电路8,连接在PFC主功率电路1的输出端，用于采集PFC主功率电 路1的输出电压Udc。
[0046] 所述主控制模块4包括正常PFC运行控制模块和PFC电感饱和抑制控制模块。
[0047] 如图6所示，所述正常PFC运行控制模块包括：
[004引电压误差计算器，其与电压调节器连接，用于将PFC输出电压指令与实际输出 电压山。进行求差运算，将差值信号发送给电压调节器；
[0049]电压调节器，其与合成器连接，用于根据差值信号产生电感电流指令幅值4,并发 送给合成器；
[0050]合成器，其与第一电流误差计算器连接，用于根据输入电压相位与PFC电感电流指 令幅值冷合成电感电流指令值i;，其中输入电压相位通过PFC主功率电路的输入电压Uac 除W其幅值UacM计算得到；
[0化1] 第一电流误差计算器，其与第一电流调节器连接，用于将电感电流指令值与与实 际电感电流值iL进行求差运算，将差值信号发送给电流调节器；
[0052] 第一电流调节器，其与第一脉冲发生器连接，用于根据差值信号产生调制信号，并 发送给脉冲发送器；
[0053] 第一脉冲发生器，其与PFC主功率电路连接，用于根据所述调制信号产生驱动开关 管S的PWM信号，使PFC电感电流跟随电感电流指令值1;。
[0054] 通过PDC电感两端的实时电压和流经PFC电感的实时电流计算出PFC的实时电感 值，根据PFC电感值判断其是否处于饱和状态，如果处于非饱和状态，根据PFC电路输入电 压、输出电压及电感的实际电流产生驱动开关管S的PWM信号，对PFC电路进行正常控制。
[0055] 所述PFC电感饱和抑制控制模块包括：
[0056] 电感电流指令值计算器，其与第二电流误差计算器连接，用于W当前PFC电感电流 值iL的90%作为电感电流指令值i;;
[0化7]第二电流误差计算器，其与第二电流调节器连接，用于将电感电流指令值\与实 际电感电流值iL进行求差运算，将差值信号发送给电流调节器；
[005引第二电流调节器，其与第二脉冲发生器连接，用于根据差值信号产生调制信号，并 发送给脉冲发送器；
[0059] 第二脉冲发生器，其与PFC主功率电路连接，用于根据所述调制信号产生驱动开关 管S的PWM信号，使PFC电感电流跟随电感电流指令值i;。
[0060] 通过PDC电感两端的实时电压和流经PFC电感的实时电流计算出PFC的实时电感 值，根据PFC电感值判断其是否处于饱和状态，如果处于饱和状态，根据PF地感的实际电流 产生驱动开关管S的PWM信号，使PFC电感退出饱和状态。方案简单易行，实时性强。
[0061 ] 如图5所示，所述PFC主功率电路1包括整流电路、PFC电路和电解电容E，所述P