一种数控有源功率因数校正装置的制作方法

本实用新型属于供电系统的功率因数校正装置领域。

背景技术：

1、传统的功率校正装置的校正方法是无源功率因数校正(Power Factor Correction，无源PFC)，其基本原理是把具有容性功率负载的装置与感性功率负荷装置并联在同一个电路中，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量，而当感性负荷释放能量时，容性负荷吸收能量。能量在两种负荷中交换，感性负荷所吸收的无源功率可从容性负荷输出的无功功率中得到补偿。一般是并联电容法，但是由于无源功率补偿其功率因数一般达到70﹪左右，不具有良好的补偿性，采用传统无源校正方法，容性元件和感性元件很难匹配校正装置对稳态误差不大于0.03的要求。

2、数字控制方法即采用微控制处理器通过编程控制完成系统的功率因数校正。通过利用程序经过一系列的算法处理之后输出PWM控制信号，再经过隔离和驱动电路控制主拓扑电路中MOS管闭合，从而达到升压的目的。由微控制器自动调节PWM波的占空比可以使输出电压稳定，并且可以提高输入端的功率因数。但是该方案忽略了电流的实际波形不是正弦波，所以无法进行过零点检测，从而无法修正功率因数。

3、MSP430系列单片机是美国德州仪器1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集(RISC)的混合信号处理器。它可针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片机”解决方案。其主打的超低功耗多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中。但在实际应用中，MSP430的资源较少，性价比低，控制方法有限。

综上所述，就需要一种对稳定误差要求高、能够修复功率因数、低功耗高性能的功率因数校正装置。

技术实现要素：

针对上述现有技术很难满足对稳定误差的高要求、无法修正功率因数、功耗高性能低的不足，本实用新型提供了一种对稳定误差要求高、能够修复功率因数、低功耗高性能的功率因数校正装置。

本实用新型所涉及的一种数控有源功率因数校正装置的技术方案如下：

本实用新型涉及的数控有源功率因数校正装置，它包括220V电压源、自耦变压器、隔离变压器、有源PFC电路、单片机电路、相位检测模块和显示模块；所述的有源PFC电路包括主拓扑电路和数控移相电路；所述的主拓扑电路包括全桥电路和功率因数校正电路；

所述的220V电压源连接自耦变压器的输入端，自耦变压器的输出端连接隔离变压器的输入端，隔离变压器的输出端连接有源PFC电路的输入端，有源PFC电路的输出端为装置的输出端，相位检测电路输出端连接于隔离变压器与有源PFC电路之间，相位检测电路用于检测进入有源PFC前的电流的相位，单片机电路同时与显示模块、相位检测电路和有源PFC的输出端连接；

所述的主拓扑电路包括1个全桥电路，1个熔断器FU1，3个二极管D1、D2、D3，1个电感L2，1个开关S2，2个电容C7、C8和3个电阻R14、R17、R18，1个MOS管SR540；所述的全桥电路的1号端与隔离变压器的一端连接、2号端与隔离变压器的另一端连接、3号端连接熔断器FU1的一端、4号端连接开关S2的一端，熔断器的另一端与电感L2的一端相连，电感L2的另一端与二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接负载OUT；二极管D1的阳极连接到熔断器FU1与电感L2之间，二极管D1的阴极连接负载OUT的正极；电容C7的一端连接到熔断器FU1与电感L2之间，电容C7的另一端与电阻R17的一端连接，开关S2的另一端连接到电容C7与电阻R7之间，电阻R17的另一端接地；电阻R14并联到二极管D3的两端，二极管D3的阳极与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端接地；二极管D3的阳极与MOS管SR540的栅极连接，MOS管SR540的漏极连接二极管D2的阳极，MOS管SR540的源极接地；二极管D2的阴极连接电容C8的一端，C8的另一端接地，且上述的4个接地端还同时接入负载OUT的负极；

所述的功率因数校正电路包括1个芯片UCC28019，5个电阻R15、R16、R19、R20、R21，7个电容C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15，1个滑动变阻器R29和一个+12V电压源，所述的电阻R15的一端接入主拓扑电路中的熔断器FU1与电感L2之间，电阻R15的另一端与UCC28019的引脚GND连接，UCC28019的引脚GND接地；电阻R16的一端接入主拓扑电路中的开关S2与电容C7之间，电阻R16的另一端与UCC28019的引脚VINS连接；电容C9的一端连接引脚ICOMP、另一端接地，电容C13的一端连接引脚GND、另一端接地，电容C14的一端连接引脚VINS、另一端接地，电阻R21并联在电容C14的两端，电阻R20的一端连接UCC28019的引脚VCOMP，电阻R20的另一端连接电容C15的一端，电容C15的另一端接地，电容C11的一端连接引脚VCC、另一端接地，电容C12的一端连接引脚VCOMP、另一端接地，电容C10的一端连接引脚VSENSE、另一端接地，滑动变阻器R29并联在电容C10的两端，引脚GATE连接boost升压电路中的二极管D3的阴极，引脚VCC接+12V电压源的正极，电阻R19的一端连接引脚VSENSE、另一端连接主拓扑电路中的二极管D2的阴极；

所述的数控移相电路包括1个X9C103芯片，1个OPA353芯片，2个电阻R27、R28，3个电容C25、C26、C27，两个+5V电压源，所述的电阻R27的一端连接UCC28019芯片的引脚ISENSE，电阻R27的另一端连接电阻R28的一端，电阻R28的另一端连接芯片X9C103的引脚VH，芯片X9C103的引脚VSS接地，芯片X9C103的引脚VCC连接1个+5V电压源，电容C27的一端连接芯片X9C103的引脚VSS、另一端连接芯片X9C103的引脚VCC，芯片X9C103的引脚VW与芯片OPA353的引脚+IN，电容C25的一端连接芯片X9C103的引脚VW、另一端接地，芯片OPA353的引脚-IN连接电阻R27和R28之间，芯片OPA353的引脚V-接地，芯片OPA353的引脚V+连接另一个+5V电压源，芯片OPA353的引脚OUT连接芯片UCC28019的引脚ISENSE，电容C26的一端连接芯片OPA353的引脚V+、另一端连接芯片OPA353的引脚V-；

所述的单片机电路采用STM32F103C8T6型微处理器通过键盘控制；所述的键盘控制替换成旋钮控制；所述的显示模块采用OLED显示器作为系统的模式和数据显示屏。

本实用新型有益效果：

本实用新型设计的一种数控有源功率因数校正装置，是一个具有功率因数校正环节的AC-DC变换电路，输出直流电压稳定在36V，输出电流额定值为2A。当输出直流电压Uo在36V±0.1V；当输出直流电压Us＝24V，输出电流额定值Io在0.2A～2.0A范围内变化时，负载调整率SI≤0.5％；当输出电流额定值Io＝2A，输出直流电压Us在20V～30V范围内变化时,电压调整率SU≤0.5％。本实用新型所述的功率因数测量电路，能够实现AC-DC变换电路输入侧功率因数的测量，测量误差绝对值不大于0.03。动作电流为2.5A±0.2A。提供更加可靠高效率、低纹波的电源转化的供电系统。

附图说明

图1为数控有源功率因数校正装置的系统框图；

图2为主拓扑电路图；

图3为功率因数校正电路图；

图4为数控移相电路图；

图5为单片机电路图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本实用新型技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的保护范围中。

实施例1

结合图1、图2、图3、图4、图5说明本实施例，在本实施例中，本实用新型所涉及的一种数控有源功率因数校正装置，主要由主拓扑电路、功率因数校正电路和以STM32F103C8T6单片机芯片为中心的控制电路组成。主电路由220V市电经过变压器降至20-30V交流电，后接全桥整流电路，经过以UCC28019芯片和拓扑为核心的主拓扑电路实现有源功率因数校正、电压的稳定输出和功率因数的自动校正。

所述的220V电压源的电压经过自耦变压器降至50V交流电，再经过隔离变压器降至20-30V交流电，再接入全桥整流电路，经过功率因数校正电路实现有源功率因数校正；将校正后的电流输出到负载；相位检测模块通过对主拓扑结构的升压电路的输入电流进行控制，使其达到输出与输入相位差为0，功率因数接近于1；同时将检测到的电压、电流和功率因数实时显示在显示模块上。

在主拓扑电路中，MOS管闭合时，电流流入升压电感L2，升压电感储存能量，负载电流由输出滤波电容C8供给。MOS管断开时，升压电感的电流经升压二极管D2输出到负载，并对输出滤波电容C8充电，从而实现升压的功能。通过升压电感的电流由不连续变为连续，改变了原来电流导通角小的问题，并且使电流导通角的大小随电压变化而变化。

所述的显示模块能够实时显示输出电压、电流和功率因数；根据输出端的反馈和D/A的反馈来实现双闭环的控制，实现电压的稳定输出和功率因数的自动校正；

所述的单片机电路包括1个芯片STM32F103C8T6，2个接线柱P1和P2，1个晶体Y1，1个开关SW，1个电阻R4，两个电容C9和C11，所述的芯片STM32F103C8T6的8个引脚PA0-PA7分别依次连接在接线柱P1的8个引脚10-3上，芯片STM32F103C8T6的3个引脚VSS_1、VSS_2和VSS_3并连接地，芯片STM32F103C8T6的引脚VSSA接地，芯片STM32F103C8T6的引脚PB2接地，电容C9的一端连接芯片STM32F103C8T6的引脚OSC_IN、另一端接地，电容C11的一端连接芯片STM32F103C8T6的引脚OSC_OUT、另一端接地，芯片STM32F103C8T6的引脚BOOT0同时与电容C9、C11的接地端连接，晶体Y1的两端分别连接芯片STM32F103C8T6的引脚OSC_IN和引脚OSC_OUT，芯片STM32F103C8T6的4个引脚VDD_1、VDD_2、VDD_3、VDDA同时并联接入3.3V电压源(即为附图中的3V3)，电阻R4的一端连接芯片STM32F103C8T6的引脚NRST，电阻R4的另一端连接3.3V电压源，开关SW的一端连接芯片STM32F103C8T6的引脚NRST，电容C13的一端连接芯片STM32F103C8T6的引脚NRST、另一端连接开关SW的接地端。

在本实施方式中，所述的功率因数校正电路输出直流电压稳定在36V，输出电流额定值为2A。要使输出直流电压Uo在36V±0.1V；当Us＝24V，Io在0.2A～2.0A范围内变化时，负载调整率SI≤0.5％；当Io＝2A，Us在20V～30V范围内变化时,电压调整率SU≤0.5％。并且要求功率因数测量电路，实现AC-DC变换电路输入侧功率因数的测量，测量误差绝对值不大于0.03。具有输出过流保护功能，动作电流为2.5A±0.2A。高效率、低纹波的电源转化提供更加可靠的供电系统。