专利名称：一种功率因数校正电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种功率因数校正电路。
背景技术：
随着非线性负载的大量使用，如果不加以控制势必会使电网的谐波电
压总畸变(THD)不断增加，导致电能质量下降，影响电力负载的运行效 率。例如在导体中非正弦波电流所产生的热量与具有相同均方根值的纯 正弦波电流相比较，则非正弦波会有较高的热量；工业生产中主要是通过 电机转换能量的，谐波电流和电压对感应及同步电动机所造成的影响为在 谐波频率下铁损和铜损的增加所引起之额外温升，这些额外损失将导致电 动机效率降低，并影响转矩。当设备负荷对电动机转矩的变动较敏感时， 其扭动转矩的输出甚至会影响所生产产品的质量。
保证电能质量，以使用户安全、正常用电是电力部门的职责。但电能 质量和一般产品质量不同之处在于它不完全取决于电力生产企业，有的质
量指标(例如谐波、电压波动和闪变，三相电压不平衡度)主要由用户负
荷的干扰所致。因此电能质量的保证，需要供用电双方共同努力，共同承 担相应的责任。
如图1、 2所示，现有的电力电子设备为了改善功率因数，谐波电流等 指标大多使用功率因数校正电路(PFC)，但现有的功率因数校正电路的 THD也较大，对电网的污染改善较小。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是为了克服以上的不足，提出了一种功 率因数校正电路，有效改善电网污染。
本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决 一种功率因数校正 电路，包括整流桥、LCL网络、开关模块、储能滤波电容；所述整流桥输
入接交流电源，LCL网络连接在整流桥输出和开关模块输入之间，储能滤 波电容连接开关模块输出并与负载并联；所述LCL网络包括第一电感、第 二电感和第一电容，所述第一电容第一端连接在第一电感第二端和第二电 感第一端之间，所述第一电感第一端与整流桥相连，所述第二电感第二端 与开关模块相连，所述第一电容第二端连接在整流桥和开关模块之间。所述第一电感和第二电感为两个分立的电感。 所述第一电感和第二电感为带抽头的单电感。
所述整流桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管， 所述开关模块包括开关管和第五二极管，所述第二二极管阴极和第一二极 管阳极共同接交流电源第一端，第三二极管阳极与第四二极管阴极共同接 交流电源第二端，第一二极管、第三二极管阴极与第一电感第一端相连接， 第二二极管、第四二极管阳极与第一电容第二端相连接；开关管第一端与 第五二极管阳极和第二电感第二端相连，开关管第二端与第一电容第二端 和储能滤波电容第二端相连接，开关管第三端接控制信号，第五二极管阴 极与储能滤波电容第一端相连。
所述开关管为场效应管或绝缘栅双极型功率管。
一种功率因数校正电路，包括LCL网络、开关模块、储能滤波电容； 所述LCL网络连接在交流电源输出和开关模块输入之间，储能滤波电容连 接开关模块输出并与负载并联；所述LCL网络包括第一电感、第二电感、 第三电感、第四电感和第一电容，所述第一电容第一端连接在第一电感第 二端和第二电感第一端之间，所述第一电容第二端连接在第三电感第二端 和第四电感第一端之间，所述第一电感第一端与交流电源第一端相连，所 述第二电感第二端与开关模块相连，所述第三电感第一端与交流电源第二 端相连，所述第四电感第二端与开关模块相连。
所述开关模块包括第一开关管、第二开关管、第一二极管和第二二极 管，所述第一开关管第一端、第一二极管阳极与第二电感第二端相连，第 一二极管阴极、第二二极管阴极与储能滤波电容第一端相连，所述第一开 关管第二端、第二开关管第二端与储能滤波电容第二端相连，所述第二开 关管第一端、第二二极管阳极与第四电感第二端相连，所述第一开关管和 第二开关管第三端接控制信号。
一种功率因数校正电路，包括整流桥、第一LCL网络、第二LCL网 络、第一开关模块、第二开关模块和储能滤波电容；所述整流桥输入接交 流电源输出，第一LCL网络连接在整流桥输出和第一开关模块输入之间， 第二 LCL网络连接在整流桥输出和第二开关模块输入之间，储能滤波电容 连接于第一开关模块、第二开关模块的输出，并与负载并联，所述第一 LCL 网络和第二LCL网络之间并联，所述第一开关模块和第二开关模块之间并 联；所述第一LCL网络包括第一电感、第二电感和第一电容，所述第一电 容第一端连接在第一电感第二端和第二电感第一端之间，所述第一电感第一端与整流桥相连，所述第二电感第二端与第一开关模块相连，所述第一
电容第二端连接在整流桥和第一开关模块之间；所述第二LCL网络包括第 三电感、第四电感和第二电容，所述第二电容第一端连接在第三电感第二 端和第四电感第一端之间，所述第三电感第一端与整流桥相连，所述第四 电感第二端与第二开关模块相连，所述第二电容第二端连接在整流桥和第 二开关模块之间。
所述整流桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管， 所述第一开关模块包括第一开关管和第五二极管，所述第二二极管阴极和 第一二极管阳极共同接交流电源第一端，第三二极管阳极与第四二极管阴 极共同接交流电源第二端，第一二极管、第三二极管阴极与第一电感第一 端、第三电感第一端相连接，第二二极管、第四二极管阳极与第一电容第 二端、第二电容第二端相连接；第一开关管第一端与第五二极管阳极和第 二电感第二端相连，第一开关管第二端与第一电容第二端、第二电容第二 端、第二开关管第二端和储能滤波电容第二端相连接，第二开关管第一端 与第六二极管阳极和第四电感第二端相连，第六二极管阴极和第五二极管 阴极分别与储能滤波电容第一端相连，第一开关管和第二开关管第三端接 控制信号。
所述第一 LCL网络和第二 LCL网络之间交错并联，所述第一开关模 块和第二开关模块之间交错并联。
本发明与现有技术对比的有益效果是本发明通过在功率因数校正电 路设置LCL网络，可以有效降低输入电流的THD，减小对电网的污染。
图1是现有的一种功率因数校正电路的结构示意图； 图2是现有的另一种功率因数校正电路的结构示意图； 图3是本发明具体实施方式
一的结构示意图4是本发明具体实施方式
一的第一电感和第二电感的一种实现方式 的示意图5是本发明具体实施方式
一的第一电感和第二电感的另一种实现方 式的示意图6是本发明具体实施方式
二的结构示意图7是图2的电流波形的示意图8是图6的电流波形的示意图9是本发明具体实施方式
三的结构示意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一
如图3所示， 一种功率因数校正电路，包括整流桥1、 LCL网络2、 开关模块3、储能滤波电容C2;所述整流桥l输入接交流电源vsine， LCL 网络2连接在整流桥1输出和开关模块3输入之间，储能滤波电容C2连 接于开关模块3的输出并与负载Ro并联。所述LCL网络包括第一电感Ll、 第二电感L2和第一电容Cl，所述第一电容Cl第一端连接在第一电感Ll 第二端和第二电感L2第一端之间，所述第一电感Ll第一端与整流桥相连， 所述第二电感L2第二端与开关模块相连，所述第一电容第二端连接在整 流桥和开关模块之间。
所述整流桥1包括第一二极管Dl、第二二极管D2、第三二极管D3 和第四二极管D4，所述开关模块包括开关管S1和第五二极管D5，所述第 二二极管D2阴极和第一二极管Dl阳极共同接交流电源vsine第一端，第 三二极管D3阳极与第四二极管D4阴极共同接交流电源vsine第二端，第 一二极管D1、第三二极管D3阴极与第一电感L1第一端相连接，第二二 极管D2、第四二极管D4阳极与第一电容Cl第二端相连接；开关管Sl 第一端与第五二极管D5阳极和第二电感L2第二端相连，开关管Sl第二 端与第一电容Cl第二端和储能滤波电容C2第二端相连接，开关管Sl第 三端接控制信号，第五二极管D5阴极与储能滤波电容C2第一端相连。
开关管S1可以为场效应管(Field Effect Transistor, FET)或绝缘栅双 极型功率管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)。当开关管Sl为FET 时，开关管Sl第一端为漏极，开关管Sl第二端为源极，开关管Sl第三 如图4所示，所述第一电感Ll和第二电感L2可以采用两个分立的电 感。如图5所示，所述第一电感L1和第二电感L2也可以采用带抽头的单 电感。在图5中单电感L包括第一管脚pinl、第二管脚pin2和中间抽头 Pin3，第一管脚pinl和第二管脚pin2为电感的两个传统引脚。单电感L 的第一管脚pinl和中间抽头pin3之间即为第一电感Ll ，单电感L的第二 管脚pin2和中间抽头pin3之间即为第二电感L2。对于两个分立电感的方 式，可以通过选择第一电感L1和第二电感L2不同的感量组合，以达到不 同的抑制THD的效果。对于带抽头的单电感方式可以通过选择抽头比， 以达到不同的抑制THD的效果。开关管Sl闭合时，交流电源vsine输入电压Vac与第一电容的电压 Vc分别加在第一电感LI两端。设开关管SI的占空比为d，开关周期为 Ts，输入纹波电流AII- (Vac-Vc) *Ts*d/Ll，对于第一电感LI而言其两 端平均电压为0，所以第一电容CI的电压Vc的平均电压与交流电源vsine 经整流桥整流后的电压Vac相等，又因为第一电容C1两端电压不能突变， 所以Vc的电压是在Vac附近平滑波动的，且第一电容C1的电容值越大， 波动越越小，因此(Vac-Vc)是比较小的，这样就使得输入纹波电流AII 比较小，从而有效降低电流的THD，减小对电网的污染。
具体实施方式
二
如图6所示，另一种功率因数校正电路，包括LCL网络2、开关模块 3、储能滤波电容C2;所述LCL网络2连接在交流电源vsine输出和开关 模块3输入之间，储能滤波电容C2连接于开关模块3的输出并与负载Ro 并联。；所述LCL网络2包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、 第四电感L4和第一电容Cl，所述第一电容Cl第一端连接在第一电感Ll 第二端和第二电感L2第一端之间，所述第一电容C1第二端连接在第三电 感L3第二端和第四电感L4第一端之间，所述第一电感L1第一端与交流 电源vsine第一端相连，所述第二电感L2第二端与开关模块3相连，所述 第三电感L3第一端与交流电源vsine第二端相连，所述第四电感L4第二 端与开关模块3相连。
所述开关模块3包括第一开关管S1、第二开关管S2、第一二极管D1 和第二二极管D2，所述第一开关管Sl第一端、第一二极管Dl阳极与第 二电感L2第二端相连，第一二极管D1阴极、第二二极管D2阴极与储能 滤波电容C2第一端相连，所述第一开关管Sl第二端、第二开关管S2第 二端与储能滤波电容C2第二端相连，所述第二开关管S2第二端、第二二 极管D2阳极与第四电感L4第二端相连，所述第一开关管Sl和第二开关 管S2第三端接控制信号。
本具体实施方式
是一种无桥PFC电路。同样地，所述第一电感L1和 第二电感L2可以采用两个分立的电感；或者所述第一电感L1和第二电感 L2也可以采用带抽头的单电感。
下面将现有的无桥PFC和本具体实施方式
的PFC进行对比。如图2所示， 现有的无桥PFC，电感L1和电感L2的感量分别为100uH。如图6所示，本具体实施方式
的无桥PFC，第一电感L1和第三电感L3的感量分别为10 uH，第二电感L2和第四电感L4的感量分别为90uH，第一电容Cl的容 量为luF。本具体实施方式
中的无桥PFC和现有的无桥PFC的第一二极管 Dl、第二二极管D2、第一开关管S1、第二开关管S2和储能滤波电容C2 参数相同。从图7中可以看出，现有的无桥PFC的输入电流THD为10.59 Q^，峰峰值为5.092V。从图8中可以看出，本具体实施方式
的无桥PFC 的输入电流THD为2X，峰峰值为0.7885V。从以上比较可以看出本发明 能有效降低电流的THD，减小对电网的污染。
具体实施方式
三
本具体实施方式
是一种交错并联的功率因数校正电路。如图9所示， 一种功率因数校正电路，包括整流桥、第一LCL网络、第二LCL网络、 第一开关模块、第二开关模块和储能滤波电容C;所述整流桥输入接交流 电源vsine输出，第一 LCL网络连接在整流桥输出和第一开关模块输入之 间，第二LCL网络连接在整流桥输出和第二开关模块之间，储能滤波电容 连接于第一开关模块、第二开关模块的输出，并与输出负载Ro并联，，所 述第一 LCL网络和第二 LCL网络之间并联，所述第一开关模块和第二开 关模块之间并联；所述第一LCL网络包括第一电感L1、第二电感L2和第 一电容Cl，所述第一电容Cl第一端连接在第一电感Ll第二端和第二电 感L2第一端之间，所述第一电感L1第一端与整流桥相连，所述第二电感 L2第二端与第一开关模块相连，所述第一电容Cl第二端连接在整流桥和 第一开关模块之间；所述第二LCL网络包括第三电感L3、第四电感L4和 第二电容C2，所述第二电容C2第一端连接在第三电感L3第二端和第四 电感L4第一端之间，所述第三电感L3第一端与整流桥相连，所述第四电 感L4第二端与第二开关模块相连，所述第二电容C2第二端连接在整流桥 和第二开关模块之间。
所述整流桥包括第一二极管Dl、第二二极管D2、第三二极管D3和 第西二极管D4，所述第一开关模块包括第一开关管Sl和第五二极管D5， 所述第二二极管D2阴极和第一二极管Dl阳极共同接交流电源vsine第一 端，第三二极管D3阳极与第四二极管D4阴极共同接交流电源vsine第二 端，第一二极管D1、第三二极管3阴极与第一电感L1第一端、第三电感 L3第一端相连接，第二二极管D2、第四二极管D4阳极与第一电容C1第 二端、第二电容C2第二端相连接；第一开关管Sl第一端与第五二极管D5阳极和第二电感L2第二端相连，第一开关管Sl第二端与第一电容Cl 第二端、第二电容C2第二端、第二开关管S2第二端和储能滤波电容C第 二端相连接，第二开关管S2第一端与第六二极管D6阳极和第四电感L4 第二端相连，第六二极管D6阴极和第五二极管D5阴极分别与储能滤波电 容C第一端相连，第一开关管Sl和第二开关管S2第三端接控制信号。
第一开关管Sl和第二开关管S2可以为场效应管(Field Effect Transistor, FET)或绝缘栅双极型功率管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)。当然，所述第一 LCL网络和第二 LCL网络之间交错并联，所述 第一开关模块和第二开关模块之间交错并联，从而减小电路纹波。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说 明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若 干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种功率因数校正电路，其特征在于包括整流桥、LCL网络、开关模块、储能滤波电容；所述整流桥输入接交流电源，LCL网络连接在整流桥输出和开关模块输入之间，储能滤波电容连接开关模块输出并与负载并联；所述LCL网络包括第一电感、第二电感和第一电容，所述第一电容第一端连接在第一电感第二端和第二电感第一端之间，所述第一电感第一端与整流桥相连，所述第二电感第二端与开关模块相连，所述第一电容第二端连接在整流桥和开关模块之间。
2. 根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于所述第一电感 和第二电感为两个分立的电感。
3. 根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于所述第一电感和第二电感为带抽头的单电感。
4. 根据权利要求l-3任一所述的功率因数校正电路，其特征在于所述整流桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述开关 模块包括开关管和第五二极管，所述第二二极管阴极和第一二极管阳极共 同接交流电源第一端，第三二极管阳极与第四二极管阴极共同接交流电源 第二端，第一二极管、第三二极管阴极与第一电感第一端相连接，第二二极管、第四二极管阳极与第一电容第二端相连接；开关管第一端与第五二 极管阳极和第二电感第二端相连，开关管第二端与第一电容第二端和储能 滤波电容第二端相连接，开关管第三端接控制信号，第五二极管阴极与储 能滤波电容第一端相连。
5. 根据权利要求4所述的功率因数校正电路，其特征在于所述开关管为 场效应管或绝缘栅双极型功率管。
6. —种功率因数校正电路，其特征在于包括LCL网络、开关模块、储 能滤波电容；所述LCL网络连接在交流电源输出和开关模块输入之间，储 能滤波电容连接开关模块输出并与负载并联；所述LCL网络包括第一电 感、第二电感、第三电感、第四电感和第一电容，所述第一电容第一端连 接在第一电感第二端和第二电感第一端之间，所述第一电容第二端连接在 第三电感第二端和第四电感第一端之间，所述第一电感第一端与交流电源 第一端相连，所述第二电感第二端与开关模块相连，所述第三电感第一端 与交流电源第二端相连，所述第四电感第二端与开关模块相连。
7. 根据权利要求6所述的功率因数校正电路，其特征在于所述开关模块 包括第一开关管、第二开关管、第一二极管和第二二极管，所述第一开关 管第一端、第一二极管阳极与第二电感第二端相连，第一二极管阴极、第 二二极管阴极与储能滤波电容第一端相连，所述第一开关管第二端、第二 开关管第二端与储能滤波电容第二端相连，所述第二开关管第一端、第二 二极管阳极与第四电感第二端相连，所述第一开关管和第二开关管第三端 接控制信号。
8. —种功率因数校正电路，其特征在于包括整流桥、第一LCL网络、 第二LCL网络、第一开关模块、第二开关模块和储能滤波电容；所述整流 桥输入接交流电源输出，第一 LCL网络连接在整流桥输出和第一开关模块 输入之间，第二LCL网络连接在整流桥输出和第二开关模块输入之间，储 能滤波电容连接于第一开关模块、第二开关模块的输出，并与负载并联所 述第一 LCL网络和第二 LCL网络之间并联，所述第一开关模块和第二开 关模块之间并联;所述第一 LCL网络包括第一电感、第二电感和第一电容， 所述第一电容第一端连接在第一 电感第二端和第二电感第一端之间，所述 第一电感第一端与整流桥相连，所述第二电感第二端与第一开关模块相 连，所述第一电容第二端连接在整流桥和第一开关模块之间；所述第二 LCL网络包括第三电感、第四电感和第二电容，所述第二电容第一端连接 在第三电感第二端和第四电感第一端之间，所述第三电感第一端与整流桥 相连，所述第四电感第二端与第二开关模块相连，所述第二电容第二端连 接在整流桥和第二开关模块之间。
9. 根据权利要求8所述的功率因数校正电路，其特征在于所述整流桥包 括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一开关模 块包括第一开关管和第五二极管，所述第二二极管阴极和第一二极管阳极 共伺接交流电源第一端，第三二极管阳极与第四二极管阴极共同接交流电 源第二端，第一二极管、第三二极管阴极与第一电感第一端、第三电感第 一端相连接，第二二极管、第四二极管阳极与第一电容第二端、第二电容 第二端相连接；第一开关管第一端与第五二极管阳极和第二电感第二端相 连，第一开关管第二端与第一电容第二端、第二电容第二端、第二开关管 第二端和储能滤波电容第二端相连接，第二开关管第一端与第六二极管阳 极和第四电感第二端相连，第六二极管阴极和第五二极管阴极分别与储能滤波电容第一端相连，第一开关管和第二开关管第三端接控制信号。
10.根据权利要求8或9所述的功率因数校正电路，其特征在于所述第一 LCL网络和第二 LCL网络之间交错并联，所述第一开关模块和第二开 关模块之间交错并联。
全文摘要
本发明公开了一种功率因数校正电路，包括整流桥、LCL网络、开关模块、储能滤波电容；所述整流桥输入接交流电源，LCL网络连接在整流桥输出和开关模块输入之间，储能滤波电容连接开关模块输出并与负载并联；所述LCL网络包括第一电感、第二电感和第一电容，所述第一电容第一端连接在第一电感第二端和第二电感第一端之间，所述第一电感第一端与整流桥相连，所述第二电感第二端与开关模块相连，所述第一电容第二端连接在整流桥和开关模块之间。本发明通过在功率因数校正电路设置LCL网络，可以有效降低电流的THD，减小对电网的污染。
文档编号H02J3/18GK101615804SQ20081012859
公开日2009年12月30日 申请日期2008年6月24日 优先权日2008年6月24日
发明者岩 朱 申请人:艾默生网络能源系统北美公司