专利名称：一种功率因数校正电路的采样地电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种功率因数校正电路，具体是三相母线无中线输入的功率因数校正电路的采样地部分电路。
背景技术：
三相四线制的PFC (功率因数)电路如图1所示。其中，A、B、C是三相交流输入，N线是中线输入，L1、L2、L3是电感，Ql Q6是带反并联二极管的开关管，Dl D6是续流二极管，C1、C2是串联母线上的等效电容，电容C1、C2的中点(Midpoint)与N线连在一起。三相交流输入经开关管Ql Q6，续流二极管Dl D6，以电容C1、C2的变换处理后，输出为相应的直流电压VDC+和VDC-。由于电容Cl、C2的中点(Midpoint)与N线连在一起，是很稳定的点，所以控制电路的地就取在该电容中点，采用简单的电阻分压就能采到输出电压Vp、Vn和交流输入电压Va、Vb、Vc。进而计算出电容C1、C2上的电压Vcl、Vc2，Vcl与Vc2之和就是母线电压，可用于进行环路运算。其中:Vcl=kl*Vp，Vc2=k2*Vn ;而kl、k2是电阻的分压比，在图1中，kl= (Rl+R2)/R2, k2=- (R3+R4)/R3。具体应用时，为便于计算，通常设置对称的采样电阻，也就是有R1=R4，R2=R3，所以有kl=_k2。电容C1、C2上的电压必须是比值相近的(也就是通常所说的两个电容的电压平衡)，否则电压较高的那一个电容很容易因过压而损坏。由于通常会取R1+R2 = R3+R4，因此这个分压电阻网络同时会对电容Cl、C2上的电压进行一定的平衡作用，防止这两个电容因电压不平衡造成损坏。由于三相四线制的N线铺设比较麻烦，所以现在一般要求三相三线制输入，即没有中线输入。去除中线的电路如图2 所示，这就是通常所说的Vienna变换器。现有技术中，采用Vienna变换器的拓扑结构中，仍然按照三相四线制电路的做法，把控制电路的地取在电容Cl、C2的中点(Midpoint)。然而，由于电容中点(Midpoint)与N线断开了，不再是个稳定的点。而电容中点又是与开关管Q2、Q4、Q6连在一起的，随着开关管的开关动作，在电容中点处会产生高频扰动噪声。又由于控制地(GND)与电容中点连接在一起，所以这些高频扰动噪声会从电容中点串到地(GND)上去，从而会对控制电路(主要是采样放大电路)产生干扰。如果在设计印刷电路板时把主功率电路与采样电路分开很远，则这种影响会小些。但是随着现在电源模块体积做得越来越小，主功率电路与采样电路一般都靠的非常近，所以这种影响也比较明显；实验发现，采样电路被串入了很大的干扰信号，对电源模块的THD(Total Harmonic Distortion,总的谐波畸变)影响非常大。因而，可采用图3所示的方式对三电平PFC电路进行电压采样。它与图2的区别在于:母线电容Cl、C2的中点(Midpoint)与控制电路的地(GND)之间是分离的，没有连接在一起，其余部分都是相同的，交流电压采样也是通过分压电阻连接到地(GND)上，由于这些分压电阻的阻值都很大，所以地(GND)实际上是处于悬浮的；此时，电容中点处的高频扰动噪声不会再串入控制电路。母线VDC+和VDC-处虽然也有高频扰动噪声，但是由于将它们连接到地(GND)的分压电阻的阻值都非常大，所以其高频扰动噪声也不会经采样线串入控制电路。但由于电容中点Midpoint原来与分压电阻网络中点(GND)上，通常情况下由于R1+R2 = R3+R4，分压电阻对C1、C2电容上的电压有自动平衡功能，当这两点断开后，C1、C2电容上的电压由于电网电压的不平衡等原因会造成它们电压不平衡而损坏，需要对中心电压进行检测并进行保护。另外由于电容中点Midpoint是有高频扰动噪声的，所检测的中点电压又需要通过在放大电路中进行强滤波的方式将噪声滤掉。
发明内容本实用新型的目的是根据上述现有技术中不同电路所存在的缺点，提出一种新的功率因数校正电路的采样地电路，既解决现有技术中电容中点(Midpoint)与地(GND)相互连接时电容中点处高频扰动噪声会影响控制电路地造成负面干扰问题，同时也解决现有技术中电容中点(Midpoint)与地(GND)断开后造成电容电压不平衡问题及需要检测电路对电容中点进行检测需要强滤波的难题。本实用新型采用的技术方案是:本实用新型的三相母线无中线输入，具有两个串联母线电容、母线电压取压网络，在两个串联母线电容的中点以及母线电压取压网络的中点之间加入一滤波网络。解决母线中点的高频干扰对采样控制地的影响。本实用新型所述的滤波网络是带通滤波网络。解决母线中点的高频干扰对采样控制地的影响。本实用新型在两个串联母线电容的中点以及母线电压取压网络的中点之间同时还加入一电压平衡网络。解决电容电压不平衡及母线中点的高频干扰对采样控制地的影响。本实用新型的优点是:本实用新型除解决上述电容电压不平衡及取样信号受干扰夕卜，可适用不同的三相无中线PFC功率因数校正电路。同时，本实用新型中的滤波网络可以是不同的滤波网络，它们可以单独使用，也可以与电压平衡网络组合使用。·
图1是三相母线有中线输入且两个串联母线电容的中点与中线连在一起的功率因数校正电路；图2是三相母线无中线输入且两个串联母线电容中点与控制地连接在一起的功率因数校正电路；图3是三相母线无中线输入且两个串联母线电容中点与控制地断开的功率因数校正电路；图4是本实用新型实施例1的电路结构图；图5是本实用新型实施例2的电路结构图；图6是本实用新型实施例3的电路结构图；图7是本实用新型实施例4的电路结构图；图8是本实用新型的一个应用例图。
以下结合附图提供4个实施例以详细阐述本实用新型的技术方案；实施例1参见图4，在两个串联母线电容Cl、C2中点和母线电压取压网络中点之间加入一个电压平衡网络和一个双向带通滤波网络，该一个电压平衡网络由电阻R6与电阻R7组成，该双向带通滤波网络由电容C3、C4、C5与R5、R1+R2、R3+R4组成。为了起到电压平衡效果，通常取R6 = R7，从理论上讲，当R6与R7值取足够小时，能够使Cl与C2的电压完全平衡，但R6与R7值取足够小时必然会带来高损耗与大电流，因此，选取R6与R7阻值时需要综合考虑，使其能在一定程度上达到平衡电容电压的功能，同时造成的损耗也能满足要求，不同输入电压范围及不同要求，其选值也不一样，通常为几千欧姆至几百千欧姆的范围。同时，电压平衡网络的加入，可能使Cl、C2中点电压更加稳定，通过后面的滤波网络后与电压取样R1、R2、R3、R4的中点形成的取样地(GND)也会更稳定，减少因C1、C2中点波动对采样控制地带来的负面影响。电容C3、C4、C5与R5、R1+R2、R3+R4组成的双向带通滤波网络可以对开关管产生的高频扰动进行就近过滤，同时可以对电容中点引入的输入交流电压三次谐波进行过滤，这样就不用对所采的交流电压信号Va、Vb、Vc进行处理，所采得的电压就是正弦电压。C3、C4与R5、R1+R2可以对开Rl、R2取样网络进行滤波，C3、C5与R5、R3+R4可以对R3、R4取样网络进行滤波。另个，将双向低通滤波网络放置在C1、C2与取样电阻网络R1、R2、R3、R4之间，在这里，取样电阻(R1+R2)与(R3+R4)取代了原来带通滤波器所需要的两个电阻，它们起到了滤波与取样双重功能，它们的阻值可以综合带通滤波带宽的需要进行设计。这个带通滤波器的带宽选取在输入三次谐波频率与PFC开关频率之间，如当输入三相频率为50HZ而PFC开关频率是50KHZ时，带通滤波器的带通范围可设计为IKHz 30KHZ间，带通滤波器中各参数的具体设计可以参考带通滤波器的设计，在这里不作具体阐述。这个电路同时可以防止高频干扰通过取样线传递到其它环节，影响EMC及其它信号的取样。这样通过电路前级的输入电压取样电路形成的星形地(GND)与母线电压取样中点地(GND)的连接，就形成了整个PFC采样地。可以进行PFC各相输入电压、电流、母线电压及电容Cl、C2中点电压Vdalta等的采样与控制了。
本实施例中，同样可通过电阻分压采样得到Vp和Vn，进而计算出电阻Rl、R2、R3、R4上的电压总和，而这一电压总和与电容C1、C2的电压Vcl、Vc2之和(也就是母线电压)是相等的，所以可通过下式计算出母线电压:Vcl+Vc2=kl*Vp+k2*Vn。本实施例中，还对电容中点(Midpoint)与地(GND)之间的电压差进行采样，以得到两者之间的电压差Vdelta，据此可计算出Vcl和Vc2，其中:VcI=kI^Vp-VdeIta,Vc2=k2*Vn_Vdelta,据此可得出电容Cl、C2上的电压差:Vcl- Vc2= (kl*Vp_Vdelta) - (k2*Vn_Vdelta)= kl*Vp_ k2*Vn_2* Vdelta其中，kl= (Rl+R2)/R2，k2=_ (R3+R4)/R3。具体应用时，为便于计算，通常设置对应的采样电阻，也就是有R1=R4，R2=R3，所以有kl=-k2，此时有:Vcl+Vc2=kl* (Vp-Vn)；Vcl-Vc2= kl* (Vp+Vn) _2* Vdelta。实施例2图4中的滤波网络可用不同的滤波电路进行替代，根据干扰的情况进行灵活选用，如图5中采用一种简易RC (C3与R5)滤波网络代替图4中的双向带通滤波网络。在两个串联母线电容Cl、C2中点和母线电压取压网络中点之间加入一个由C3与R5串联组成的简易RC滤波网络，并且加入一个由R6、R7组成的平衡网络。实施例3图6是采用一种只有带通滤波网络代替图4中的带平衡网络同时又有双向带通滤波网络的方法。在两个串联母线电容C1、C2中点和母线电压取压网络中点之间加入一个由串联的电阻R5、电容C3以及并联的电容C4、C5组成的带通滤波网络。实施例4图7是单独采用简易滤波网络产生一种功率因数校正电路采样与控制地处理。在两个串联母线电容C1、C2中点和母线电压取压网络中点之间加入一个由电阻R5和电容C3串联组成的简易滤波网络。本实用新型所采取各种方法及其变形适用各种不同的三相无中线采样控制地的处理,如图8所示就是一种具体 应用。
权利要求1.一种功率因数校正电路的采样地电路，三相母线无中线输入，具有两个串联母线电容、母线电压取压网络，其特征是:在两个串联母线电容的中点以及母线电压取压网络的中点之间加入一滤波网络。
2.根据权利要求1所述的功率因数校正电路的采样地电路，其特征是:所述滤波网络是带通滤波网络。
3.根据权利要求1或2所述的任一功率因数校正电路的采样地电路，其特征是:在两个串联母线电容的中点以及母线电压取压网络的中点之间同时还加入一电压平衡网络。
4.根据权利要求3所述的功率因数校正电路的采样地电路，其特征是:所述的电压平衡网络由两相同阻值的电阻组成。
5.根据权利要求1所述的功率因数校正电路的采样地电路，其特征是:所述滤波网络是RC滤 波网络。
专利摘要本实用新型公开一种功率因数校正电路的采样地电路，具有两个串联母线电容、母线电压取压网络，在两个串联母线电容的中点以及母线电压取压网络的中点之间加入一滤波网络，滤波网络是带通滤波网络，在两个串联母线电容的中点以及母线电压取压网络的中点之间同时还加入一电压平衡网络，除解决电容电压不平衡及取样信号受干扰外，还可适用不同的三相无中线功率因数校正电路；滤波网络可以是不同的滤波网络，可以单独使用，也可以与电压平衡网络组合使用。
文档编号H02M1/42GK203151368SQ20122065163
公开日2013年8月21日 申请日期2012年12月3日 优先权日2012年12月3日
发明者吴连日 申请人:江苏嘉钰新能源技术有限公司