基于pfc的传导型谐波抑制的电源的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种基于PFC的传导型谐波抑制的电源，其包括整流桥、控制器、Boost升压电路、滤波电路、辅助电源、限流电路、滤波储能、第一电压检测电路、电流检测电路、第二电压检测电路；整流桥一端与交流电源电连接，其另一端依次与Boost升压电路、滤波电路、限流电路、滤波储能电连接；控制器分别与辅助电源、第一电压检测电路、电流检测电路、第二电压检测电路的一端电连接；辅助电源另一端电连接在滤波电路与限流电路之间，从电源中间级VR端取电；第一电压检测电路的另一端电连接在整流桥与Boost升压电路之间；电流检测电路的另一端与Boost升压电路电连接。
【专利说明】基于PFC的传导型谐波抑制的电源
【技术领域】
[0001]本发明涉及谐波抑制的电源【技术领域】，特别涉及一种基于PFC的传导型谐波抑制的电源。
【背景技术】
[0002]随着电力电子技术的发展，越来越多的电力电子设备接入电网运行。这些设备的输入侧大都采用桥式整流滤波电路，其二极管只有在输入电压大于直流输出电压时才导通，时间很短。因此，输入电流是尖顶波，造成交流输入电流严重畸变，由此产生大量的谐波注入电网。电网谐波电流不仅引起变压器和供电线路过热，影响电器的性能，并且产生电磁干扰，影响其他电子设备正常运行。
[0003]目前，抑制谐波的主要方法有无源滤波和有源校正两种。无源滤波就是在主电路中串入LC滤波器，其滤波效果与电网阻抗、频率有关，动态性能差，还存在与电网产生并联谐振，滤波器体积大等缺点。有源校正是在整流桥与滤波电容之间加一级功率因数校正环节，使得输入电流波形跟踪输入电压波形，提高电源功率因数的同时降低了输入电流的谐波含量。
[0004]为满足国军标GJB151军用电磁兼容标准的相关指标，目前的谐波抑制技术通过在有源功率因数校正器(PFC)中采取减小Boost电路中的储能电感量，增加其开关工作频率，降低PFC电路的前端直流滤波电容值等措施，可以减小输入电流的过零畸变和尖端畸变，但同时也会增加启动冲击电流，降低电源稳定度和可靠性。
【发明内容】
[0005]为解决现有技术的抑制谐波的方法启动冲击电流大，电源的稳定度和可靠性差的问题，有必要提供一种基于PFC的传导型谐波抑制的电源。
[0006]一种基于PFC的传导型谐波抑制的电源，其包括整流桥、控制器、Boost升压电路、滤波电路、辅助电源、限流电路、滤波储能、第一电压检测电路、电流检测电路、第二电压检测电路；
[0007]整流桥一端与交流电源电连接，其另一端依次与Boost升压电路、滤波电路、限流电路、滤波储能电连接；
[0008]控制器分别与辅助电源、第一电压检测电路、电流检测电路、第二电压检测电路的一端电连接；辅助电源另一端电连接在滤波电路与限流电路之间，从电源中间级VR端取电；第一电压检测电路的另一端电连接在整流桥与Boost升压电路之间；电流检测电路的另一端与Boost升压电路电连接；
[0009]整流桥用于将用于将输入的交流电转为单向的直流电，并将直流电输出给Boost升压电路；
[0010]Boost升压电路用于升高整流桥输出的转换后直流电；
[0011]滤波电路用于过滤整流桥输出直流电电压中的纹波，并将过滤后的直流电输出给限流电路；
[0012]辅助电源用于从电源中间级VR端取电，为控制器提供初始电源，电源中间级VR端位于滤波电路和限流电路之间；
[0013]限流电路用于抑制辅助电源中的启动冲击电流；
[0014]滤波储能用于存储经过限流电路限流后的电荷，给外部负载供电；
[0015]第一电压检测电路用于将整流桥输出的直流电电压值转换成第一电压量并输出给控制器；
[0016]电流检测电路用于将整流桥输出的直流电电流值转换成第二电压量并输出给控制器；
[0017]第二电压检测电路用于将滤波储能输出的直流电电压转换成第三电压量并输出给控制器；
[0018]控制器用于接收第一电压量、第二电压量、第三电压量，并根据第一电压量、第二电压量、第三电压量对基于PFC的传导型谐波抑制的电源功率进行调整。
[0019]本发明提供的基于PFC的传导型谐波抑制的电源，通过采用控制器并结合Boost升压电路将输入交流电转换成直流电，使得输入电流波形跟踪输入电压波形，并以此降低输入电流中的谐波含量。输入交流电经过整流桥后，进入控制器和Boost升压电路组成的功率因数校正器，将交流电转化成直流电。控制器的辅助电首先从电源预稳级VR端取电，待控制器正常工作后从Boost升压电路的电感上利用辅助线圈和高频整流电路取电。预稳级VR端经过限流电路后进入滤波储能后给负载供电。
[0020]同时，采用通过第一电压检测电路、电流检测电路、第二电压检测电路将输入电压、输入电流和输出电压转换成电压量后输入到控制器中。
[0021]本发明一种基于PFC的传导型谐波抑制电源的优点是:
[0022]I)提高了电源功率因数，同时降低了电源输入电流的谐波含量。
[0023]2)通过限流电路，有效地抑制了启动冲击电流，提高了开关电源的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明实施方式提供的基于PFC的传导型谐波抑制的电源的结构框图；
[0025]图2是图1中限流电路的电路图；
[0026]图3是图1中均流电路的电路图；
[0027]图4a、图4b、图4c是图1中过压保护电路的电路图。
[0028]附图中:1_整流桥、2-控制器、3-Boost升压电路、4-滤波电路、5-辅助电源、6-限流电路、7-滤波储能、8-第一电压检测电路、9-电流检测电路、10-第二电压检测电路、11-过压保护电路、12-均流电路、13-电源检测电路、14-过热保护电路。
【具体实施方式】
[0029]如图1所示，本发明实施例提供一种基于PFC的传导型谐波抑制的电源，其包括整流桥1、控制器2、Boost升压电路3、滤波电路4、辅助电源5、限流电路6、滤波储能7、第一电压检测电路8、电流检测电路9、第二电压检测电路10。
[0030]整流桥I 一端与交流电源电连接，其另一端依次与Boost升压电路2、滤波电路4、限流电路6、滤波储能7电连接。
[0031]控制器2分别与辅助电源5、第一电压检测电路8、电流检测电路9、第二电压检测电路10的一端电连接；辅助电源5另一端电连接在滤波电路4与限流电路6之间，从电源中间级VR端取电；第一电压检测电路8的另一端电连接在整流桥I与Boost升压电路3之间；电流检测电路9的另一端与Boost升压电路3电连接。
[0032]整流桥I用于将用于将输入的交流电转为单向的直流电，并将直流电输出给Boost升压电路3。
[0033]Boost升压电路3用于升高整流桥I输出的转换后直流电。
[0034]滤波电路4用于过滤整流桥I输出直流电电压中的纹波，并将过滤后的直流电输出给限流电路6。
[0035]辅助电源5用于从电源中间级VR端取电，为控制器2提供初始电源，电源中间级VR端位于滤波电路4和限流电路6之间。
[0036]限流电路6用于抑制辅助电源5中的启动冲击电流。
[0037]滤波储能7用于存储经过限流电路6限流后的电荷，给外部负载供电。
[0038]第一电压检测电路8用于将整流桥I输出的直流电电压值转换成第一电压量并输出给控制器2。
[0039]电流检测电路9用于将整流桥I输出的直流电电流值转换成第二电压量并输出给控制器2。
[0040]第二电压检测电路10用于将滤波储能7输出的直流电电压转换成第三电压量并输出给控制器2。
[0041]控制器2用于接收第一电压量、第二电压量、第三电压量,并根据第一电压量、第二电压量、第三电压量对基于PFC的传导型谐波抑制的电源功率进行调整。
[0042]本发明实施例提供的基于PFC的传导型谐波抑制的电源，通过采用控制器2并结合Boost升压电路3将输入交流电转换成直流电，使得输入电流波形跟踪输入电压波形，并以此降低输入电流中的谐波含量。输入交流电经过整流桥I后，进入控制器2和Boost升压电路3组成的功率因数校正器，将交流电转化成直流电。控制器2的辅助电首先从电源预稳级VR端取电，待控制器2正常工作后从Boost升压电路3的电感上利用辅助线圈和高频整流电路取电。预稳级VR端经过限流电路6后进入滤波储能7后给负载供电。
[0043]同时，采用通过第一电压检测电路8、电流检测电路9、第二电压检测电路10将输入电压、输入电流和输出电压转换成电压量后输入到控制器2中。
[0044]本发明一种基于PFC的传导型谐波抑制电源的优点是:
[0045]I)提高了电源功率因数，同时降低了电源输入电流的谐波含量。
[0046]2)通过限流电路，有效地抑制了启动冲击电流，提高了开关电源的可靠性。
[0047]可选地，控制器2可以是UC3854控制芯片。
[0048]可选地，Boost升压电路3可以是升压型(Boost)功率因数校正器(PFC)电路。
[0049]可选地，在本发明所述的基于PFC的传导型谐波抑制的电源中，其还包括均流电路12、电源检测电路13以及过热保护电路14 ；
[0050]均流电路12、电源检测电路13以及过热保护电路14的一端均与控制器电连接；
[0051]均流电路12另一端与外部PC电连接；电源检测电路13另一端与校验使能端口PENA电连接。
[0052]在本实施例中，均流电路12可以是带并联端自动负载均流电路，其可以应用于直流电源的并联，以实现大功率的电源系统。
[0053]可选地，如图2所示，在本发明所述的基于PFC的传导型谐波抑制的电源中，限流电路6包括光电隔离耦合器Ul (Ul可以是光电隔离耦合器TLP191)、NPN三极管Ql (Ql可以是三极管S9013)、N沟道MosFET管Ml、可控硅Q2、稳压管Z1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5 ；
[0054]电阻Rl的一端与辅助电源正端(正端电压可以为15V)相接，其另一端与Ul的第一引脚相接；电阻R2的一端与控制器(控制器可以是UC3854芯片)的第九引脚(参考电压REF)相接，R2另一端与Ql的基极相接；Q1的发射极接基于PFC的传导型谐波抑制的电源参考地，Ql的集电极与Ul的第二引脚相接；U1的第三引脚与稳压管Zl的正极、电阻R3的一端、电容Cl的一端、电阻R5的一端、Ml的源极和Q2的门极相接，Ul的第四引脚与Zl的负极、电阻R3的另一端、电容Cl的另一端和Ml的门极相接；电阻R5的另一端与Q2的阴极、电源的输出端Vout相接；M1的漏极与电阻R4的一端相接，R4的另一端与Q2的阳极、电源的预稳级电压VR相接。
[0055]在本实施例中，限流电路6可以抑制电源中存在的启动冲击电流的缺陷。
[0056]可选地，如图3所示，在本发明实施中的基于PFC的传导型谐波抑制的电源中，均流电路12包括第二控制器U2 (U2可以为LM324)、电阻Rla、电阻R2a、电阻R3a、电阻R4a、电阻R5a、电阻R6a、电阻R7a、电阻R8a、电容Cla ；
[0057]U2的第四引脚与辅助电源正端相接，U2的第十一引脚与辅助电源参考地相接；电阻Rla的一端与基于PFC的传导型谐波抑制的电源输出电流采样电阻上采集到的电压值Vin相接，电阻Rla另一端与U2的第十三引脚相接；电阻R2a的一端与电容Cla的一端、U2的第十三引脚相连，电阻R2a另一端与电容Cla的另一端、U2的第十四引脚相接；U2的第十二引脚与辅助电源参考地相接；U2的第十四引脚与U2的第三引脚相接；U2的第二引脚与U2的第一引脚、电阻R3a的一端、电阻R4a的一端相接；电阻R3a的另一端与电阻R5a的一端、基于PFC的传导型谐波抑制的电源并联信号Vp相接；电阻R5a的另一端与U2的第六引脚、电阻R6a的一端相接；电阻R6a的另一端与U2的第七引脚、电阻R8a的一端相接；电阻R4a的另一端与U2的第五引脚、电阻R7a的一端相接；电阻R7a的另一端与U2的第九引脚、U2的第八引脚相接；电阻RSa的另一端与U2的第十引脚、控制器(可以是UC3854)第i^一引脚(电压反馈信号Vsense)相接。
[0058]在本实施例中，均流电路12可以是带并联端自动负载均流电路，可应用于直流电源的并联，以实现大功率的电源系统。
[0059]可选地，在本发明所述的基于PFC的传导型谐波抑制的电源中，其还包括过压保护电路11 ;过压保护电路11 一端与控制器2电连接，其另一端与滤波储能7的输出端电连接。
[0060]可选地，在本发明所述的基于PFC的传导型谐波抑制的电源中，过压保护电路11为二级输出过压保护电路。
[0061]在本实施例中，过压保护电路11可以提高基于PFC的传导型谐波抑制的电源的可靠性和稳压精度。
[0062]可选地，如图4a、4b、4c所示，在本发明所述的基于PFC的传导型谐波抑制的电源中，二级输出过压保护电路包括电阻Rlb、电阻R2b、电阻R3b、电阻R4b、电阻R5b、电阻R6b、电阻R7b、电阻R8b、电阻R9b、电阻RlOb、电阻1?1113、第三控制器诎、三极管0113、三极管0213、二极管Dlb、二极管D2b、二极管D3b、稳压管Zlb、电容Clb ；
[0063]图4a是对输出电压进行两级分压采样，采样信号分别是Vref2和Vref3，图4b是采用滞环比较器将图4a中采样值大的电压信号Vref3与设定的参考电压信号Vrefl进行比较后对电源实施可恢复的保护，图4c是采用正反馈比较器将图4a中采样值小的电压信号Vref2与设定的参考电压Vrefl进行比较后对电源实施不可恢复的保护。
[0064]U3 (U3为电压比较器Lm339)的第三引脚与辅助电源正端相接，U3的第十二引脚与电源参考地相接；
[0065]电源输出端Vout与Rlb的一端相接，Rlb的另一端与R2b的一端和米样值大的电压信号Vref3相接，R2b的另一端与R3b的一端和采样值小的电压信号Vref2相接，而电阻R3b的另一端与电源参考地相接。
[0066]Vref3与电阻R4b的一端相接，R4b的另一端与R5b的一端和U3的第五引脚相接；R5b的另一端与U3的第二引脚、R6b的一端和R7b的一端相接；U3的第四引脚与设定的参考电压Vrefl相接；R7b的另一端与Qlb的基极相接，Qlb的发射极与电源参考地相接，Qlb的集电极与控制器的第十引脚(控制芯片UC3854的使能信号ENA)相接。
[0067]Vref2与U3的第七引脚相接，Vrefl与电阻R8b的一端相接，R8b的另一端与Dlb的阳极和U3的第六引脚相接，Dlb的阴极与Q2b的集电极、控制器的第十六引脚和RlOb的一端相接，RlOb的另一端与D2b的阴极相接，D2b的阳极与控制器的第十引脚(控制芯片UC3854的使能信号ENA)相接；Q2b的基极与Rllb的一端和Zlb的阳极相接，Q2b的发射极与Rllb的另一端和电源参考地相接，Zlb的阴极与Clb的一端和D3b的阴极相接，Clb的另一端与电源参考地相接，D3b的阳极与R9b的一端和U3的第一引脚相接，R9b的另一端与辅助电源正端相接。
[0068]结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机储存器、内存、只读存储器、电可编程ROM、电可檫除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或【技术领域】内所公知的任意其他形式的存储介质中。
[0069]可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于PFC的传导型谐波抑制的电源，其特征在于:其包括整流桥、控制器、Boost升压电路、滤波电路、辅助电源、限流电路、滤波储能、第一电压检测电路、电流检测电路、第二电压检测电路； 整流桥一端与交流电源电连接，其另一端依次与Boost升压电路、滤波电路、限流电路、滤波储能电连接； 控制器分别与辅助电源、第一电压检测电路、电流检测电路、第二电压检测电路的一端电连接；辅助电源另一端电连接在滤波电路与限流电路之间，从电源中间级VR端取电；第一电压检测电路的另一端电连接在整流桥与Boost升压电路之间；电流检测电路的另一端与Boost升压电路电连接； 整流桥用于将用于将输入的交流电转为单向的直流电，并将直流电输出给Boost升压电路； Boost升压电路用于升高整流桥输出的转换后直流电； 滤波电路用于过滤整流桥输出直流电电压中的纹波，并将过滤后的直流电输出给限流电路； 辅助电源用于从电源中间级VR端取电，为控制器提供初始电源，电源中间级VR端位于滤波电路和限流电路之间； 限流电路用于抑制辅助电源中的启动冲击电流； 滤波储能用于存储经过限流电路限流后的电荷，给外部负载供电； 第一电压检测电路用于将整流桥输出的直流电电压值转换成第一电压量并输出给控制器； 电流检测电路用于将整流桥输出的直流电电流值转换成第二电压量并输出给控制器； 第二电压检测电路用于将滤波储能输出的直流电电压转换成第三电压量并输出给控制器； 控制器用于接收第一电压量、第二电压量、第三电压量，并根据第一电压量、第二电压量、第三电压量对基于PFC的传导型谐波抑制的电源功率进行调整。
2.如权利要求1所述的基于PFC的传导型谐波抑制的电源，其特征在于，其还包括均流电路、电源检测电路以及过热保护电路； 均流电路、电源检测电路以及过热保护电路的一端均与控制器电连接； 均流电路另一端与外部PC电连接；电源检测电路另一端与校验使能端口 PENA电连接。
3.如权利要求1或2所述的基于PFC的传导型谐波抑制的电源，其特征在于，限流电路包括光电隔离耦合器U1、NPN三极管Q1、N沟道MosFET管Ml、可控硅Q2、稳压管Z1、电阻町、电阻1?2、电阻1?3、电阻1?4、电阻1?5 ； 电阻Rl的一端与辅助电源正端相接，其另一端与Ul的第一引脚相接；电阻R2的一端与控制器的第九引脚相接，R2另一端与Ql的基极相接；Q1的发射极接基于PFC的传导型谐波抑制的电源参考地，Ql的集电极与Ul的第二引脚相接；U1的第三引脚与稳压管Zl的正极、电阻R3的一端、电容Cl的一端、电阻R5的一端、Ml的源极和Q2的门极相接，Ul的第四引脚与Zl的负极、电阻R3的另一端、电容Cl的另一端和Ml的门极相接；电阻R5的另一端与Q2的阴极、电源的输出端Vout相接；M1的漏极与电阻R4的一端相接，R4的另一端与Q2的阳极、电源的预稳级电压VR相接。
4.如权利要求1或2所述的基于PFC的传导型谐波抑制的电源，其特征在于，均流电路包括第二控制器U2、电阻Rla、电阻R2a、电阻R3a、电阻R4a、电阻R5a、电阻R6a、电阻R7a、电阻R8a、电容Cla ； U2的第四引脚与辅助电源正端相接，U2的第十一引脚与辅助电源参考地相接；电阻Rla的一端与基于PFC的传导型谐波抑制的电源输出电流米样电阻上米集到的电压值Vin相接，电阻Rla另一端与U2的第十三引脚相接；电阻R2a的一端与电容Cla的一端、U2的第十三引脚相连，电阻R2a另一端与电容Cla的另一端、U2的第十四引脚相接；U2的第十二引脚与辅助电源参考地相接；U2的第十四引脚与U2的第三引脚相接；U2的第二引脚与U2的第一引脚、电阻R3a的一端、电阻R4a的一端相接；电阻R3a的另一端与电阻R5a的一端、基于PFC的传导型谐波抑制的电源并联信号Vp相接；电阻R5a的另一端与U2的第六引脚、电阻R6a的一端相接；电阻R6a的另一端与U2的第七引脚、电阻R8a的一端相接；电阻R4a的另一端与U2的第五引脚、电阻R7a的一端相接；电阻R7a的另一端与U2的第九引脚、U2的第八引脚相接；电阻R8a的另一端与U2的第十引脚、控制器第十一引脚相接。
5.如权利要求2所述的基于PFC的传导型谐波抑制的电源，其特征在于，其还包括过压保护电路；过压保护电路一端与控制器电连接，其另一端与滤波储能的输出端电连接。
6.如权利要求5所述的基于PFC的传导型谐波抑制的电源，其特征在于，过压保护电路为二级输出过压保护电路。
7.如权利要求6所述的基于PFC的传导型谐波抑制的电源，其特征在于，二级输出过压保护电路包括电阻Rib、电阻R2b、电阻R3b、电阻R4b、电阻R5b、电阻R6b、电阻R7b、电阻R8b、电阻R9b、电阻RlOb、电阻Rllb、第三控制器U3、三极管Qlb、三极管Q2b、二极管Dlb、二极管D2b、二极管D3b、稳压管Zlb、电容Clb ； U3的第三引脚与辅助电源正端相接，U3的第十二引脚与电源参考地相接； 电源输出端Vout与Rlb的一端相接,Rlb的另一端与R2b的一端和米样值大的电压信号Vref3相接，R2b的另一端与R3b的一端和采样值小的电压信号Vref2相接，而电阻R3b的另一端与电源参考地相接； Vref3与电阻R4b的一端相接，R4b的另一端与R5b的一端和U3的第五引脚相接；R5b的另一端与U3的第二引脚、R6b的一端和R7b的一端相接；U3的第四引脚与设定的参考电压Vrefl相接；R7b的另一端与Qlb的基极相接，Qlb的发射极与电源参考地相接，Qlb的集电极与控制器的第十引脚相接； Vref2与U3的第七引脚相接，VrefI与电阻R8b的一端相接，R8b的另一端与Dlb的阳极和U3的第六引脚相接，Dlb的阴极与Q2b的集电极、控制器的第十六引脚和RlOb的一端相接，RlOb的另一端与D2b的阴极相接，D2b的阳极与控制器的第十引脚相接；Q2b的基极与Rllb的一端和Zlb的阳极相接，Q2b的发射极与Rllb的另一端和电源参考地相接，Zlb的阴极与Clb的一端和D3b的阴极相接，Clb的另一端与电源参考地相接，D3b的阳极与R9b的一端和U3的第一引脚相接，R9b的另一端与辅助电源正端相接。
【文档编号】H02M1/32GK104467388SQ201410735061
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】肖刚, 刘微启, 张云建, 雷大双 申请人:中国船舶重工集团公司第七0九研究所