一种功率因素补偿电路的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种功率因素补偿电路，包括：整流电路、开关元件、变压器、电容、电流采样电阻和脉冲产生器，所述整流电路输入连接交流电，整流电路正端输出和变压器输入同相端连接，整流电路负端输出通过开关元件和变压器反相端连接，变压器输出同相端连接二极管的正极，二极管负极和电流采样电阻连接，作为输出电压正极，变压器输出反相端和二极管负极之间接有电容，变压器输出反相端作为输出电压负极；电流采样电阻连接脉冲产生器的一个输入端，整流电路正端输出连接脉冲产生器的另一个输入端；脉冲产生器的输出连接开关元件的控制端。
【专利说明】一种功率因素补偿电路【技术领域】
[0001]本发明涉及电力【技术领域】，尤其涉一种功率因素补偿电路。
【背景技术】
[0002]功率因数是正弦交流电中电流对电压的相位及其电流变形的衡量指标。比方说如220V或IlOV电网。当电流的波形与电压完全相同并没有超前或滞后(相位差)时，此时的功率因数为最大，I或100%。小于I的功率因数意味着从发电站的电到达用户后有一部分没有被使用掉，而是返回了发电站，这部分称为无功功率。功率因数越低的其无功功率越高。无功功率是按功率因数大小跟有功功率成比例的。因此为了满足用户的需求，也就是对有功功率的需求，发电站必须要按比例传送额外的无功功率。结果不但造成了电力在输电线上的额外损耗，另外发电站的实际有效电力使用容量也被减小。所以很多产品都对功率因数有最低的要求。为了满足功率因数的要求，常常需要额外的电路对功率因数进行较正和补偿，以提高功率因数。
[0003]常见的用于功率因数较正的有反激拓扑(Flyback)，升压(Boost)，以及降升压(Buck-Boost)等。
[0004]以反激拓扑为例。图1为典型的反激拓扑功率因数补偿电路。输入交流电压经过整流电路后，负方向的电压被翻上去成正向电压。当开关元件导通时，变压器原边的电流开始增加，变压器副边因极性反绕，单向导通的二极管阻断了电流通过变压器副边流向输出端的负载。那时的输出电流由输出电容提供。电容上的电压逐渐降低，因此电流也逐渐降低。当开关关断时，变压器原边的电流被阻断，但因为变压器的线圈就是电感，而电感的电流不能突变。因此原边 中的电流在副边改变极性后继续。那时二极管导通。电流通过变压器副边和二极管，一方面提供负载电流，另一方面对电容进行充电。因此电容上的电压逐渐上升。其电压平均值为直流电压，而负载的电流平均值也为直流。电容值的大小以及开关频率决定其纹波的大小。电容值越大和开关频率越高其纹波就越小。这个直流电压或电流信号被反馈到控制电路以控制开关的导通和阻断时间，以达到控制输出电压或电流的目的。
[0005]现有的典型的反激拓扑电路中，其功率因素补偿控制需要乘法器来实现功率因数补偿，是一个相当复杂的电路，其电路的计算和调试均比较困难。对产品来说，复杂的电路提高了成本和降低了成品率。
【发明内容】
[0006]本发明解决的技术问题在于如何将所有的工作条件考虑进去而使得电路总是工作在非连续状态，则其功率因数即自动为I。
[0007]为了解决以上问题，本发明提供了一种功率因素补偿电路，包括:整流电路、开关元件、变压器、电容、电流采样电阻和脉冲产生器，所述整流电路输入连接交流电，整流电路正端输出和变压器输入同相端连接，整流电路负端输出通过开关元件和变压器反相端连接，变压器输出同相端连接二极管的正极，二极管负极和电流采样电阻连接，作为输出电压正极，变压器输出反相端和二极管负极之间接有电容，变压器输出反相端作为输出电压负极；电流采样电阻连接脉冲产生器的一个输入端，整流电路正端输出连接脉冲产生器的另一个输入端；脉冲产生器的输出连接开关元件的控制端。
[0008]进一步，作为优选，在电流采样电阻和脉冲产生器之间接有一个电压放大和电平转换器。
[0009]进一步，作为优选，在电压放大和电平转换器和脉冲产生器之间接有一个运算放大器。
[0010]进一步，作为优选，在运算放大器和脉冲产生器之间接有光电隔离器。
[0011]进一步，作为优选，在脉冲产生器和开关元件之间接有驱动器。
[0012]进一步，作为优选，开关元件为场效应管。
[0013]本发明通过使用脉冲产生器，将所有的工作条件考虑进去而使得电路总是工作在非连续状态，从而使其功率因数即自动为1，大大降低了电路的复杂性和成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中:
[0015]图1为现有技术功率因数控制电路示意图。
[0016]图2为发明实施例功率因素补偿电路示意图。
[0017]图3为电路各点波形示意图。
【具体实施方式】
[0018]以下参照图对本发明的实施例进行说明。
[0019]为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0020]如图2所示，一种功率因素补偿电路，包括:整流电路102、开关元件106、变压器
105、电容111、电流采样电阻112和脉冲产生器200，所述整流电路102输入连接交流电，整流电路102正端输出和变压器105输入同相端连接，整流电路102负端输出通过开关元件106和变压器105反相端连接，变压器105输出同相端连接二极管110的正极，二极管110负极和电流采样电阻112连接，作为输出电压正极，变压器105输出反相端和二极管110负极之间接有电容111，变压器105输出反相端作为输出电压负极；电流采样电阻112—端连接脉冲产生器200的一个输入端，整流电路102正端输出连接脉冲产生器200的另一个输入端；脉冲产生器200的输出连接开关元件106的控制端。电流采样电阻112和脉冲产生器200之间接有一个电压放大和电平转换器118。电压放大和电平转换器8和脉冲产生器200之间接有一个运算放大器117。运算放大器117和脉冲产生器200之间接有光电隔离器109。脉冲产生器200和开关元件106之间接有驱动器108。输入交流电压101经过整流电路102后，负方向的电压被翻上去成正向电压。整个电压波形从101被整流成为波形103。当开关元件106导通时，变压器105原边的电流开始增加，变压器副边因极性反绕，单向导通的二极管Iio阻断了电流通过变压器105副边流向输出端的负载。那时的输出电流由输出电容111提供。电容111上的电压逐渐降低，因此电流也逐渐降低。当开关元件106关断时，变压器105原边的电流被阻断，但因为变压器105的线圈就是电感，而电感的电流不能突变。因此原边中的电流在副边改变极性后继续。那时二极管110导通。电流通过变压器105副边和二极管110，一方面提供负载电流，另一方面对电容111进行充电。因此电容111上的电压逐渐上升。其电压平均值为直流电压，而负载的电流平均值也为直流。电容111值的大小以及开关频率决定其纹波的大小。电容111值越大和开关频率越高其纹波就越小。这个直流电压或电流信号被反馈到控制电路以控制开关的导通和阻断时间，以达到控制输出电压或电流的目的。输出电流通过电流采样电阻112反馈。因为通过电流采样电阻112的输出电流在电阻上产生的电压跟输出电流成正比。电流采样电阻112上的电压代表了输出电流，输出电流通过电流采样电阻112，经过电压放大和电平转换118，再经过运算放大器117，然后经过原付边可选用隔离电路109将反馈信号送到原边。这个信号在此发明电路中被送到一个脉冲产生器200。这个反馈信号跟原边的整流电压信号103通过在脉冲产生器200产生脉冲，然后作为参考信号来控制开关元件106以达到功率因数补偿的目的。
[0021 ] 在开关关断后，等到副边线圈的电流经二极管对输出电容进行充电及提供部分输出的电流。当副边线圈电流减小到零及以后，开关再打开。这样的工作条件下，输入的阻抗呈纯电阻状态。而纯电阻上的电压和电流的波形是完全相同并同步的，所以其功率因数总是为I。这个工作状态被称为是非连续工作状态。相对而言，如副边线圈的电流没有到零开关就重新导通称为连续状态。
[0022]因此，比如在反激拓扑功率因数补偿电路的设计中，如能将所有的工作条件考虑进去而使得电路总是工作在非连续状态，即在开关关断时，变压器副边的电流下降到零，包括连续和非连续的临界点，则其功率因数即自动为I。图2即为本发明的实行电路。与图1典型的电路相比可见，整流电压103和输出端的直流信号乘积之后仍然成为参考信号。而开关导通的大小不再需参考输入端的电流，只要根据参考信号波形开关即可。其输入端电流波形的包络线即为参考信号的同步波形。其最高理论功率因数为I。图3为各点的信号波形。整流后的电压201与输出反馈信号202相加形成了参考信号205。当开关电流的信号204到达参考信号上端时，开关元件106关断，因此信号204开始下降。当信号下降到达参考信号的下端时，或经过一定的下降时间，开关106重新导通。这样，输入电流的波形即与包络线206 —致，即与输入电压的波形207 —致，从而达到功率因数补偿的目的。207代表了乘积后的参考信号，而203代表了原边开关中的电流。可以看出其包络线将与参考信号相同。这样既达到了控制调节输出电流大小的目的，又达到了功率因数补偿的目的。
[0023]如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种功率因素补偿电路，其特征在于，包括:整流电路、开关元件、变压器、电容、电流采样电阻和脉冲产生器，所述整流电路输入连接交流电，整流电路正端输出和变压器输入同相端连接，整流电路负端输出通过开关元件和变压器反相端连接，变压器输出同相端连接二极管的正极，二极管负极和电流采样电阻连接，作为输出电压正极，变压器输出反相端和二极管负极之间接有电容，变压器输出反相端作为输出电压负极；电流采样电阻连接脉冲产生器的一个输入端，整流电路正端输出连接脉冲产生器的另一个输入端；脉冲产生器的输出连接开关元件的控制端。
2.如权利要求1所述功率因素补偿电路，其特征在于，在所述电流采样电阻和脉冲产生器之间接有一个电压放大和电平转换器。
3.如权利要求2所述功率因素补偿电路，其特征在于，在所述电压放大和电平转换器和脉冲产生器之间接有一个运算放大器。
4.如权利要求3所述功率因素补偿电路，其特征在于，在所述运算放大器和脉冲产生器之间接有光电隔离器。
5.如权利要求1所述功率因素补偿电路，其特征在于，在所述脉冲产生器和开关元件之间接有驱动器。
6.如权利要求1至5所述任意一项功率因素补偿电路，其特征在于，所述开关元件为场效应管。
【文档编号】H02M1/42GK103812323SQ201210445528
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月8日 优先权日:2012年11月8日
【发明者】林峰, 华雷 申请人:常州隆辉照明科技有限公司