专利名称：无桥pfc系统的采样装置和方法
技术领域：
本发明涉及功率因数校正(Power Factor Correction,简称PFC)系统,更具体地说，涉及一种无桥PFC系统的采样装置和方法。
背景技术：
为了提高功率因数，降低输入电流谐波含量，在通信电源中大多数采用，有源功率因数校正(Active Power Factor Correction)系统进行调节。与传统的有源功率因数校正系统相比，无桥PFC系统在通信电源中应用更为广泛。图1示出了 H桥无桥PFC (H-Bridgebridgeless PFC)系统的电路图，其具有两个主要优点。一是电路结构简单，二是效率高。这是因为整个PFC系统中不存在输入整流桥，因此可以减小导通损耗。然而，这也造成了交流输入电流的采样非常困难。目前尚无可以简单有效地采样无桥PFC系统的交流输入电流的装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述采样无桥PFC系统的交流输入电流非常困难的缺陷，提供一种可以简单有效地采样无桥PFC系统的交流输入电流的装置。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种无桥PFC系统的采样装置，包括:分流器，所述分流器连接在所述无桥PFC系统的第一电源输入端和所述无桥PFC系统的整流模块的第一输入端之间；隔离运算放大器，所述隔离运算放大器的第一输入端连接所述第一电源输入端，所述隔离运算放大器的第二输入端连接所述整流模块的第一输入端，所述隔离运算放大器的输出端连接所述无桥PFC系统的控制模块，所述控制模块基于所述隔离运算放大器输出的电源输入电流采样信号控制所述无桥PFC系统的晶体管拓扑模块的开关；其中所述晶体管拓扑模块包括第一晶体管和第二晶体管，其中所述第一晶体管的漏极经第一电感连接所述无桥PFC系统的第二电源输入端，所述第一晶体管的漏极同时连接到所述整流模块的第二输入端，所述第一晶体管的源极连接所述第二晶体管的源极，所述第二晶体管的漏极连接所述整流模块的第一输入端和所述分流器，所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极连接所述控制模块。在本发明所述的无桥PFC系统的采样装置中，所述晶体管拓扑模块进一步包括第三晶体管和第四晶体管，其中所述第三晶体管的漏极经第二电感连接所述无桥PFC系统的第二电源输入端，所述第三晶体管的漏极同时连接到所述整流模块的第二输入端，所述第三晶体管的源极连接所述第四晶体管的源极，所述第四晶体管的漏极连接所述整流模块的第一输入端，所述第三晶体管的栅极和所述第四晶体管的栅极连接所述控制模块。在本发明所述的无桥PFC系统的采样装置中，所述整流模块包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，其中所述第一二极管的阳极连接所述第一晶体管的漏极和所述第三二极管的阴极，所述第一二极管的阳极为所述整流模块的第二输入端，所述第一二极管的阴极连接所述第二二极管的阴极，所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阴极的连接点为所述整流模块的输出端，所述第二二极管的阳极为所述整流模块的第一输入端且连接所述第四二极管的阴极，所述第四二极管的阳极连接控制地和所述第三二极管的阳极，所述第三二极管的阴极连接所述第一二极管的阳极。在本发明所述的无桥PFC系统的采样装置中，所述无桥PFC系统的采样装置进一步包括连接到所述整流模块的输出端和控制地之间的输出模块。在本发明所述的无桥PFC系统的采样装置中，所述输出模块包括第一电容和第一电阻，所述第一电容和所述第一电阻并联连接在所述整流模块的输出端和所述控制地之间。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种无桥PFC系统的采样方法，包括:S1、使用上述任一无桥PFC系统的采样装置连续采样所述无桥PFC系统的输入电流；S2、基于采样的输入电流控制所述无桥PFC系统中晶体管的开关以实现所述无桥PFC系统的连续工作模式。在本发明所述的无桥PFC系统的采样方法中，在所述步骤S2中，采用平均电流法控制所述无桥PFC系统中晶体管的开关以实现所述无桥PFC系统的连续工作模式。实施本发明的无桥PFC系统的采样装置和方法，能够简单方便地获得无桥PFC系统的电源输入电流采样信号。更进一步的，可以将该电源输入电流采样信号送入无桥PFC系统控制模块用于后续的控制或处理，因而使得无桥PFC系统的控制更为简便。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:图1是现有技术的H桥无桥PFC (Η-Bridge bridgeless PFC)系统的电路图；图2是本发明的无桥PFC系统的采样装置的第一实施例的电路原理图；图3是依照本发明的第一实施例的无桥PFC系统的采样装置采样的电源输入电流采样信号和输入电压采样信号的实际波形图；图4是本发明的无桥PFC系统的采样装置的第二实施例的电路原理图。
具体实施例方式图2是本发明的无桥PFC系统的采样装置的第一实施例的电路原理图。图2示出了本发明的H桥无桥PFC系统的采样装置。如图2所示，该采样装置包括分流器和隔离运算放大器U1。该分流器可以是如图2所示的分流电阻R2，也可以是也可以是其他任何可以实现分流功能的元件、电路或者是模块。所述H桥无桥PFC系统包括电感LI,晶体管拓扑模块200，整流模块300和输出模块400。其中，该分流电阻R2连接到交流电源VAC的第一电源输入端A和所述无桥PFC系统的整流模块300的第一输入端C之间。所述隔离运算放大器Ul的第一输入端连接所述第一电源输入端A，所述隔离运算放大器Ul的第二输入端连接所述整流模块300的第一输入端C。所述隔离运算放大器Ul的输出端连接所述无桥PFC系统的控制模块(未示出)。所述控制模块基于所述隔离运算放大器Ul输出的电源输入电流采样信号控制所述无桥PFC系统的晶体管拓扑模块200的开关。在此，该隔离运算放大器Ul可以是任何合适的隔离运算放大装置或者模块，比如安华高(AVAGO)公司的C790、C784、HCPL7840等等。该隔离运算放大器的第一输入端可以是同向输入端，也可以是反相输入端。同理，该隔离运算放大器的第二输入端可以是反向输入端，也可以是同相输入端。在该实施例中，所述晶体管拓扑模块200包括晶体管SI和晶体管S2。所述晶体管SI的漏极经电感LI连接所述无桥PFC系统的交流电源VAC的第二电源输入端B。所述晶体管SI的漏极同时连接到所述整流模块300的第二输入端E。所述晶体管SI的源极连接所述晶体管S2的源极。所述晶体管S2的漏极连接所述整流模块300的第一输入端C和所述分流电阻R2。所述晶体管SI的栅极和所述晶体管S2的栅极连接所述控制模块。该晶体管优选是金属氧化物半导体场效应晶体管。当然，该晶体管也可以是其他类型的晶体管，如半导体三极管、肖特基势垒栅场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管、静电感应晶体管等等)。在该实施例中，所述整流模块300包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4。其中所述二极管Dl的阳极连接所述晶体管SI的漏极和所述二极管D3的阴极。所述二极管Dl的阴极连接所述二极管D2的阴极，所述二极管D2的阳极为所述整流模块300的第一输入端C且连接所述二极管D4的阴极。所述二极管D4的阳极连接控制地和所述二极管D3的阳极。所述二极管D3的阴极连接所述二极管Dl的阳极。在本实施例中，所述输出模块400包括电容Cl和电阻R2，所述电容Cl和电阻R2并联连接在所述整流模块300的输出端D和所述控制地之间。所述整流模块300的输出端D为所述二极管Dl的阴极和所述二极管D2的阴极的连接点。本领域技术人员知悉，整流模块300、控制模块以及输出模块400的构造和其工作原理已经是本领域中众所周知的。因此根据本发明的教导，本领域技术人员可以根据需要，选择和设计任何适合的整流模块300、控制模块以及输出模块400。在此，本发明不受这些模块的具体构造和组成的限制。如图2中的实施例所示，在H桥无桥PFC系统中，分流电阻R2与电源VAC和电感LI串联，就可以实现对电源输入电流采样信号的连续检测。该检测信号经隔离运算放大器Ul的输出端送入控制模块。控制模块就可利用该检测信号来控制晶体管拓扑模块200中晶体管SI和晶体管S2的开关，实现H桥无桥PFC系统的连续工作模式。本领域技术人员知悉，该控制方法可以采用本领域中众所周知的任何方法，比如平均电流法、峰值电流法、电流跟踪法等等。本领域技术人员根据本发明的教导，完全可以实现上述控制，因此对此就不再进行累述了。一般情况下，PFC系统的电源输入电流采样信号较难获得；而以PFC系统负母线为控制地的H桥无桥PFC系统的电源输入电流采样信号更难获得。而采用本发明的H桥无桥PFC系统的采样装置，能够简单方便地获得H桥无桥PFC系统的电源输入电流采样信号。更进一步的，可以将该电源输入电流采样信号送入无桥PFC系统控制模块用于后续的控制或处理，因而使得无桥PFC系统的控制更为简便。采用本发明的H桥无桥PFC系统的采样装置，再结合上述平均电流法、峰值电流法、电流跟踪法对H桥无桥PFC系统进行控制，可以实现电源输入电流在相位上跟随电源输入电压。图3是依照本发明的第一实施例的无桥PFC系统的采样装置采样的电源输入电流采样信号(A)和输入电压采样信号的实际波形图(V)。如图3可知，电源输入电流采样信号的总谐波失真为3.9%。能够满足各种标准对总谐波失真的要求。图4是本发明的无桥PFC系统的采样装置的第二实施例的电路原理图。图4示出了本发明的交错H桥无桥PFC系统的采样装置。采用交错并联的H桥无桥PFC系统可以提高功率密度，其工作原理与普通H桥无桥PFC系统相同。如图4所示，该采样装置包括分流电阻R2和隔离运算放大器U1。该分流器可以是如图2所示的分流电阻R2，也可以是也可以是其他任何可以实现分流功能的元件、电路或者是模块。所述交错H桥无桥PFC系统包括电感L1，L2，晶体管拓扑模块200，整流模块300和输出模块400。其中该分流电阻R2连接到交流电源VAC的第一电源输入端A和所述无桥PFC系统的整流模块300的第一输入端C之间。所述隔离运算放大器Ul的第一输入端连接所述第一电源输入端A，所述隔离运算放大器Ul的第二输入端连接所述整流模块300的第一输入端C。所述隔离运算放大器Ul的输出端连接所述无桥PFC系统的控制模块(未示出)。在此，该隔离运算放大器Ul可以是任何合适的隔离运算放 大装置或者模块，比如安华高(AVAGO)公司的C790、C784、HCPL7840等等。该隔离运算放大器的第一输入端可以是同向输入端，也可以是反相输入端。同理，该隔离运算放大器的第二输入端可以是反向输入端，也可以是同相输入端。所述控制模块基于所述隔离运算放大器Ul输出的电源输入电流采样信号控制所述无桥PFC系统的晶体管拓扑1 块200的开关。在该实施例中，所述晶体管拓扑模块200包括晶体管S1、晶体管S2、晶体管S3和晶体管S4，其中所述晶体管SI的漏极经电感LI连接所述无桥PFC系统的第二电源输入端B。所述晶体管SI的源极连接所述晶体管S2的源极。所述晶体管S2的漏极连接所述整流模块300的第一输入端C。所述晶体管S3的漏极连接到所述整流模块300的第二输入端E，且所述晶体管S3的漏极经电感L2连接所述无桥PFC系统的第二电源输入端B。所述晶体管S3的源极连接所述晶体管S4的源极。所述晶体管S4的漏极连接所述整流模块300的第一输入端C。所述晶体管S1、晶体管S2、晶体管S3和晶体管S4的栅极连接所述控制模块。在该实施例中，所述整流模块300包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4。其中所述二极管Dl的阳极连接所述晶体管S3的漏极、所述晶体管SI的漏极和所述二极管D3的阴极。所述二极管Dl的阴极为所述整流模块300的输出端D并连接所述二极管D2的阴极。所述二极管D2的阳极为所述整流模块300的第一输入端C且连接所述二极管D4的阴极。所述二极管D4的阳极连接控制地和所述二极管D3的阳极，所述二极管D3的阴极连接所述二极管Dl的阳极。在本实施例中，所述输出模块400包括电容Cl和电阻Rl，所述电容Cl和电阻Rl并联连接在所述整流模块300的输出端D和所述控制地之间。如图4中的实施例所示，在交错H桥无桥PFC系统中，分流电阻R2与电源VAC和电感LI串联，就可以实现对电源输入电流采样信号的连续检测。该检测信号经隔离运算放大器Ul的输出端送入控制模块。控制模块就可利用该检测信号来控制晶体管拓扑模块200中晶体管S1、晶体管S2、晶体管S3和晶体管S4的开关，实现交错H桥无桥PFC系统的连续工作模式。其工作过程和原理与图2中示出的H桥无桥PFC系统类似，在此就不再累述了。因此，实施本发明的无桥PFC系统的采样装置，能够简单方便地获得无桥PFC系统的电源输入电流采样信号。更进一步的，可以将该电源输入电流采样信号送入无桥PFC系统控制模块用于后续的控制或处理，因而使得无桥PFC系统的控制更为简便。根据本发明的教导，本领域技术人员还可将本发明的采样装置应用到其他有源或无源PFC系统中。更进一步地，本发明还提供了一种无桥PFC系统的采样方法。该方法可包括采用前述任意一种无桥PFC系统的采样装置连续采样所述无桥PFC系统的输入电流，以及基于采样的输入电流控制所述无桥PFC系统中晶体管的开关以实现所述无桥PFC系统的连续工作模式。在介绍本发明的无桥PFC系统的采样装置时，已经对如何采用该装置实现该无桥PFC系统的采样方法进行了详细介绍。基于上述介绍，本领域技术人员已经能够了解并且实现该无桥PFC系统的采样方法，在此就不再累述了。虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。
权利要求
1.一种无桥PFC系统的采样装置，其特征在于，包括: 分流器，所述分流器连接在所述无桥PFC系统的第一电源输入端和所述无桥PFC系统的整流模块的第一输入端之间； 隔离运算放大器，所述隔离运算放大器的第一输入端连接所述第一电源输入端，所述隔离运算放大器的第二输入端连接所述整流模块的第一输入端，所述隔离运算放大器的输出端连接所述无桥PFC系统的控制模块，所述控制模块基于所述隔离运算放大器输出的电源输入电流采样信号控制所述无桥PFC系统的晶体管拓扑模块的开关； 其中所述晶体管拓扑模块包括第一晶体管和第二晶体管，其中所述第一晶体管的漏极经第一电感连接所述无桥PFC系统的第二电源输入端，所述第一晶体管的漏极同时连接到所述整流模块的第二输入端，所述第一晶体管的源极连接所述第二晶体管的源极，所述第二晶体管的漏极连接所述整流模块的第一输入端和所述分流器，所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极连接所述控制模块。
2.根据权利要求1所述的无桥PFC系统的采样装置，其特征在于，所述晶体管拓扑模块进一步包括第三晶体管和第四晶体管，其中所述第三晶体管的漏极经第二电感连接所述无桥PFC系统的第二电源输入端，所述第三晶体管的漏极同时连接到所述整流模块的第二输入端，所述第三晶体管的源极连接所述第四晶体管的源极，所述第四晶体管的漏极连接所述整流模块的第一输入端，所述第三晶体管的栅极和所述第四晶体管的栅极连接所述控制模块。
3.根据权利要求1所述的无桥PFC系统的采样装置，其特征在于，所述整流模块包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，其中所述第一二极管的阳极连接所述第一晶体管的漏极和所述第三二极管的阴极，所述第一二极管的阳极为所述整流模块的第二输入端，所述第一二极管的阴极连接所述第二二极管的阴极，所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阴极的连接点为所述整流模块的输出端，所述第二二极管的阳极为所述整流模块的第一输入端且连接所述第四二极管的阴极，所述第四二极管的阳极连接控制地和所述第三二极管的阳极，所述第三二极管的阴极连接所述第一二极管的阳极。
4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的无桥PFC系统的采样装置，其特征在于，所述无桥PFC系统的采样装置进一步包括连接到所述整流模块的输出端和控制地之间的输出模块。
5.根据权利要求4所述的无桥PFC系统的采样装置，其特征在于，所述输出模块包括第一电容和第一电阻，所述第一电容和所述第一电阻并联连接在所述整流模块的输出端和所述控制地之间。
6.一种无桥PFC系统的米样方法,其特征在于,包括: 51、使用根据权利要求1-5中任意一项所述的无桥PFC系统的采样装置连续采样所述无桥PFC系统的输入电流； 52、基于采样的输入电流控制所述无桥PFC系统中晶体管的开关以实现所述无桥PFC系统的连续工作模式。
7.根据权利要求6所述的无桥PFC系统的采样方法，其特征在于，在所述步骤S2中，采用平均电流法控制所述无桥PFC系统中晶体管的开关以实现所述无桥PFC系统的连续工作模式。
全文摘要
本发明涉及无桥PFC系统的采样装置和方法。其中，所述无桥PFC系统的采样装置包括分流器，所述分流器连接在所述无桥PFC系统的第一电源输入端和所述无桥PFC系统的整流模块的第一输入端之间；隔离运算放大器，所述隔离运算放大器的第一输入端连接所述第一电源输入端，第二输入端连接所述整流模块的第一输入端，输出端连接所述无桥PFC系统的控制模块，所述控制模块基于所述隔离运算放大器输出的电源输入电流采样信号控制所述无桥PFC系统的晶体管拓扑模块的开关；所述晶体管拓扑模块包括第一晶体管和第二晶体管。实施本发明的无桥PFC系统的采样装置和方法，能够简单方便地获得无桥PFC系统的电源输入电流采样信号。
文档编号H02M1/42GK103117653SQ20111036280
公开日2013年5月22日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者秦岭, 首福俊, 屈云生 申请人:艾默生网络能源系统北美公司