一种功率因数校正电路及设备的制作方法

本实用新型实施例涉及电源控制技术领域，尤其涉及一种功率因数校正电路及设备。

背景技术：

传统的变频热泵控制电路方案和变频空调控制电路方案一般采用相同的控制方案，主要是由单级功率因素校正(Power Factor Correction，PFC)电路、控制器、电机逆变驱动电路等组成。然而，市场上常用的变频热泵和变频空调系统都是功率级别比较大的，小到3千瓦(Kilowatt，KW)，大到几十KW都有。对于大功率级别的变频热泵和变频空调系统来说，单级PFC电路中只能采用很大很重的硅钢片电感，且只能选择安装在整机外壳上，增加了整机组装复杂程度和成本。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种功率因数校正电路及设备，以解决现有单级功率因数校正电路采用很大很重的硅钢片电感设计所导致的整机组装复杂、成本高的问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种功率因数校正电路，包括：功率因数校正模块、控制器和驱动芯片模块；

其中，所述功率因数校正模块包括第一校正单元和第二校正单元；

所述驱动芯片模块的输入端连接所述控制器，所述驱动芯片模块的输出端连接所述第一校正单元和第二校正单元；

所述驱动芯片模块，用于依据所述控制器输出的两路驱动信号产生对应的两路控制信号，并将所述两路控制信号分别传输给所述第一校正单元和第二校正单元，以控制所述第一校正单元和第二校正单元交替工作。

进一步的，所述功率因数校正电路还包括采样模块；

其中，所述采样模块的输出端与所述控制器的输入端连接；

所述控制器，用于依据所述采样模块输出的采样信号生成第一驱动信号和第二驱动信号，并将第一驱动信号和第二驱动信号输出至所述驱动芯片模块。

进一步的，所述驱动芯片模块包括第一驱动芯片和第二驱动芯片；

其中，第一驱动芯片的输入端与所述控制器的输出端连接，且所述第一驱动芯片的第一输出端与所述第一校正单元的第一端连接，且所述第一驱动芯片的第二输出端与所述第二校正单元的第一端连接；

第二驱动芯片的输入端与所述控制器的输出端连接，且所述第二驱动芯片的第一输出端与所述第一校正单元的第二端，且所述第二驱动芯片的第二输出端与所述第二校正单元的第二端。

进一步的，所述无桥功率因数校正电路还包括滤波模块；

所述滤波模块的第一输出端连接第一校正单元的第三端和第二校正单元的第三端；所述滤波模块的第二输出端连接第一校正单元的第四端和第二校正单元的第四端。

进一步的，所述功率因数校正电路还包括旁路模块；

所述旁路模块的第一端连接所述滤波模块的第一输出端，所述旁路模块的第二端连接所述滤波模块的第二输出端；所述旁路模块的第三端分别连接第一校正单元的第五端、第二校正单元的第五端和负载正极；所述旁路模块的第四端分别连接第一校正单元的第六端、第二校正单元的第六端和负载负极。

进一步的，所述第一校正单元包括第一晶体管、第二晶体管、第一二极管、第二二极管、第一电感和第二电感；

其中，所述第一电感的第一端连接所述滤波模块的第二输出端，所述第一电感的第二端分别连接所述第一晶体管的第一端和第一二极管的阳极；

所述第一晶体管的第二端连接所述旁路模块的第四端；

所述第一二极管的阴极连接所述旁路模块的第三端；

所述第二电感的第一端连接所述滤波模块的第一输出端，所述第二电感的第二端分别连接所述第二晶体管的第一端和第二二极管的阳极；

所述第二晶体管的第二端连接所述旁路模块的第四端；

所述第二二极管的阴极连接所述旁路模块的第三端。

进一步的，所述第二校正单元包括第三晶体管、第四晶体管、第三二极管、第四二极管、第三电感和第四电感；

其中，所述第三电感的第一端连接所述滤波模块的第二输出端，所述第三电感的第二端分别连接所述第三晶体管的第一端和第三二极管的阳极；

所述第三晶体管的第二端连接所述旁路模块的第四端；

所述第三二极管的阴极连接所述旁路模块的第三端；

所述第四电感的第一端连接所述滤波模块的第一输出端，所述第四电感的第二端分别连接所述第四晶体管的第一端和第四二极管的阳极；

所述第四晶体管的第二端连接所述旁路模块的第四端；

所述第四二极管的阴极连接所述旁路模块的第三端。

进一步的，所述滤波模块包括：第一电容、共模电感和第二电容；

所述共模电感的第一端连接所述第一电容的第一端，所述共模电感的第二端连接所述第一电容的第二端，所述共模电感的第三端连接所述第二电容的第一端，所述共模电感的第四端连接所述第二电容的第二端；

所述第二电容的第一端连接第一校正单元的第三端和第二校正单元的第三端，所述第二电容的第二端连接第一校正单元的第四端和第二校正单元的第四端。

进一步的，所述旁路模块包括第五二极管、第六二极管、第七二极管和第八二极管；

其中，所述第五二极管的阳极连接所述滤波模块的第一输出端，第五二极管的阴极分别连接第六二极管的阴极和所述第一校正单元的第五端；第六二极管的阳极连接所述滤波模块的第二输出端；

所述第七二极管的阴极连接所述第五二极管的阳极，第七二极管的阳极分别连接第八二极管的阳极和第一校正单元的第六端；第八二极管的阴极连接第六二极管的阳极。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种设备，其特征在于，所述设备包含如上述第一方面中任一所述的功率因数校正电路。

上述实用新型实施例提供的功率因数校正电路及设备，通过将驱动芯片模块的输入端连接控制器，驱动芯片模块的输出端连接第一校正单元和第二校正单元。驱动芯片模块依据控制器输出的两路驱动信号产生对应的两路控制信号，并将两路控制信号分别传输给第一校正单元和第二校正单元，以控制第一校正单元和第二校正单元交替工作。可见，本实用新型中的驱动芯片模块将两路控制信号分别传输给第一校正单元和第二校正单元，以控制第一校正单元和第二校正单元交替工作，使得第一校正单元和第二校正单元中的电流纹波可以相互抵消，减小了输入输出电流纹波，降低了滤波电容的成本和空间。同时，解决了现有单级功率因数校正电路采用很大很重的硅钢片电感设计所导致的整机组装复杂、成本高的问题，使得元器件的选型范围广、节省成本，简化了整机的安装步骤和空间。

附图说明

图1是本实用新型实施例中的一种功率因数校正电路的原理框图；

图2是本实用新型可选实施例中的一种功率因数校正电路的原理框图；

图3是本实用新型可选实施例中的一种功率因数校正电路的结构示意图；

图4是本实用新型实施例中的一种功率因数校正电路中电流的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1是本实用新型实施例中的一种功率因数校正电路的原理框图；本实施例可适用于校正功率因数的情况，该功率因数校正电路设置在开关电源设备的控制电路中。

具体的，如图1所示，本实施例提供的功率因数校正电路包括：功率因数校正模块110、控制器120和驱动芯片模块130；其中，功率因数校正模块110包括第一校正单元111和第二校正单元112；驱动芯片模块130的输入端连接控制器120，驱动芯片模块130的输出端连接第一校正单元111和第二校正单元112。

进一步的，驱动芯片模块130，用于依据控制器120输出的两路驱动信号产生对应的两路控制信号，并将两路控制信号分别传输给第一校正单元111和第二校正单元112，以控制第一校正单元111和第二校正单元112交替工作，使得第一校正单元111和第二校正单元112中的电流纹波可以相互抵消。由此可见，本实用新型中的第一校正单元11和第二校正单元112的电流纹波可以相互抵消，从而减小了输入输出电流纹波，降低了滤波电容的成本和空间。

需要说明的是，功率因数是指交流输入有功功率与输入视在功率的比值。交流电输入开关电源中经整流电路和滤波电路后，非线性负载使得输入电流波形畸变，输入电流呈脉冲波形，含有大量的谐波分量，使得功率因数小于1，导致电网的污染。功率因数校正就是将畸变电流校正为正弦电流，并使之与电压同相位，从而使功率因数接近于1。

进一步的，功率因数校正电路一般采用整流电路连接斩波电路的结构。在本实施例中，功率因数校正模块110采用无桥功率因数校正电路来实现。无桥功率因数校正电路相对于传统功率因数校正电路来说，由于省略了输入整流桥，可以大大的降低开关损耗。

进一步的，在本实施例中，功率因数校正模块110采用交错式无桥功率因数校正电路，具体的，功率因数校正模块110由第一校正单元111和第二校正单元112交错并联组成。驱动芯片模块130主要用于根据控制器120输出的驱动信号产生对应的两路控制信号，根据两路控制信号分别用于控制第一校正单元中功率元件的接通和关断时间以及第二校正单元中的功率元件的接通和关断时间，以控制功率因数校正模块110的输入电流值，使输入电流值与输入电压值同相位。进一步的，两路控制信号相位相差180度，以控制第一校正单元和第二校正单元交替导通，使得第一校正单元和第二校正单元中的电流纹波可以相互抵消，减小了输入输出电流纹波。

需要说明的是，本实施例中，功率因数校正模块110仅以两路校正单元交错并联结构来进行说明。在实际应用中，功率因数校正模块110可以包括N路校正单元交错并联。相应的，N路控制信号相位相差360/N。示例性的，功率因数校正模块110可以包括3路校正单元交错并联，相应的，3路控制信号相位相差120度。其中，N为正整数。

进一步的，控制器120优选为微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)或者数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)，以实现对输出电压的调节。

本实用新型实施例提供的功率因数校正电路，通过将驱动芯片模块的输入端连接控制器，驱动芯片模块的输出端连接第一校正单元和第二校正单元。驱动芯片模块依据控制器输出的两路驱动信号产生对应的两路控制信号，并将两路控制信号分别传输给第一校正单元和第二校正单元，以控制第一校正单元和第二校正单元交替工作。可见，本实用新型中的驱动芯片模块将两路控制信号分别传输给第一校正单元和第二校正单元，以控制第一校正单元和第二校正单元交替工作，使得第一校正单元和第二校正单元中的电流纹波可以相互抵消，减小了输入输出电流纹波，降低了滤波电容的成本和空间。同时，解决了现有单级功率因数校正电路采用很大很重的硅钢片电感设计所导致的整机组装复杂、成本高的问题，使得元器件的选型范围广、节省成本，简化了整机的安装步骤和空间。

图2是本实用新型可选实施例中的一种功率因数校正电路的原理框图；如图2所示，本实施例提供的功率因数校正电路还包括采样模块140。其中，采样模块140的输出端与控制器120的输入端连接；控制器120依据采样模块输出的采样信号生成两路驱动信号，并可将这两路驱动信号输出至驱动芯片模块，使得驱动芯片模块可以依据这两路驱动信号产生对应的两路控制信号。具体的，该路驱动信号可分为第一驱动信号和第二驱动信号，控制器120可以用于依据采样模块输出的采样信号生成第一驱动信号和第二驱动信号，并将第一驱动信号和第二驱动信号输出至驱动芯片模块。

进一步的，采样信号包括输入电压信号、输出电压信号和电感电流信号，采样模块140用于采集功率因数校正电路的输入电压信号、输出电压信号和电感电流信号，采样模块140可以通过电压采样电路和电流采样电路来实现，本实施例中仅对采样模块140进行说明，而非限定，可以根据需求设计不同的采样电路。

控制器120用于根据采样模块140采集的输入电压信号、输出电压信号、电感电流信号以及参考电压值生成第一驱动信号和第二驱动信号。优选的，第一驱动信号和第二驱动信号为脉宽调制信号，第一驱动信号和第二驱动信号相位相差180度。

进一步的，本实施例提供的功率因数校正电路还包括滤波模块150；滤波模块150的第一输出端连接第一校正单元111的第三端和第二校正单元112的第三端；滤波模块150的第二输出端连接第一校正单元111的第四端和第二校正单元112的第四端。

在本实施例中，滤波模块150串接在交流电源和功率因数校正模块110之间，主要用于滤除电网谐波及浪涌，使其不影响功率因数校正电路的正常工作。另一方面，由于功率因数校正模块110工作时，其电子元件处于高频开关状态，电压、电流的快速跳变会带来严重的噪声干扰，滤波模块150还用于防止上述造成干扰进入电网，导致电网污染，影响电网中其他设备的正常工作。

优选的，滤波模块150采用电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)滤波器。本实施例中，仅对滤波模块150进行说明，而非限定，可以根据需求设计或选择其他滤波电路。

进一步的，功率因数校正电路还包括旁路模块160；旁路模块160的第一端连接滤波模块150的第一输出端，旁路模块160的第二端连接滤波模块150的第二输出端；旁路模块160的第三端分别连接第一校正单元111的第五端、第二校正单元112的第五端和负载正极；旁路模块160的第四端分别连接第一校正单元111的第六端、第二校正单元112的第六端和负载负极。

在本实施例中，旁路模块160主要用于为功率因数校正模块110中的低频电流提供回路，避免功率因数校正模块110中的功率器件参与低频续流，可以有效的减少共模电流，起到抑制共模干扰的作用。本实施例中，仅对旁路模块160进行说明，而非限定，可以根据需求设计或选择电路结构。

进一步的，驱动芯片模块130包括第一驱动芯片131和第二驱动芯片132；其中，第一驱动芯片131的输入端与控制器的输出端连接，且第一驱动芯片131的第一输出端与第一校正单元111的第一端连接，且第一驱动芯片131的第二输出端与第二校正单元112的第一端连接；第二驱动芯片131的输入端与控制器120的输出端连接，且第二驱动芯片131的第一输出端与第一校正单元111的第二端，且第二驱动芯片132的第二输出端与第二校正单元112的第二端。

在本实施例中，驱动芯片模块130依据所述控制器输出的两路驱动信号产生对应的两路控制信号可以包括：第一驱动芯片131和/或第二驱动芯片132依据控制器输出的两路驱动信号所产生的控制信号，如可以包括：第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号、第四控制信号等，本实施例对此不作具体限制。其中，第一控制信号可以是第一驱动芯片131依据控制器输出的第一驱动信号生成的，第二控制信号可以是第二驱动芯片132依据控制器输出的第一驱动信号生成的，第三控制信号可以是第一驱动芯片131依据控制器输出的第二驱动信号生成的，第二控制信号可以是第二驱动芯片132依据控制器输出的第二驱动信号生成的。

需要说明的是，第一校正单元111的第一端、第一校正单元111的第二端、第二校正单元112的第一端和第二校正单元112的第二端均为第一校正单元111和第二校正单元112中功率元件的控制端，第一驱动芯片131和第二驱动芯片132分别与第一校正单元111和第二校正单元112中功率元件的控制端连接，用于控制功率器件的接通和关断。

图3是本实用新型可选实施例中的一种功率因数校正电路的结构示意图，如图3所示，第一校正单元111包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电感L1和第二电感L2；其中，第一电感L1的第一端连接滤波模块150的第二输出端，第一电感L1第二端分别连接第一晶体管Q1的第一端和第一二极管D1的阳极；第一晶体管Q1的第二端连接旁路模块160的第四端；第一二极管D1的阴极连接旁路模块160的第三端；第二电感L2的第一端连接滤波模块150的第一输出端，第二电感L2的第二端分别连接第二晶体管Q2的第一端和第二二极管D2的阳极；第二晶体管Q2的第二端连接旁路模块160的第四端；第二二极管的阴极连接旁路模块160的第三端。

进一步的，第二校正单元112包括第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第三二极管D3、第四二极管D4、第三电感L3和第四电感L4；其中，第三电感L3的第一端连接滤波模块150的第二输出端，第二端分别连接第三晶体管Q3的第一端和第三二极管D3的阳极；第三电感L3的第三晶体管Q3的第二端连接旁路模块160的第四端；第三二极管D3的阴极连接旁路模块160的第三端；第四电感L4的第一端连接滤波模块150的第一输出端，第四电感L4的第二端分别连接第四晶体管Q4的第一端和第四二极管的阳极D4；第四晶体管D4的第二端连接旁路模块160的第四端；第四二极管D4的阴极连接旁路模块160的第三端。

优选的，晶体管优选为场效应管，晶体管的第一端为场效应管的漏极、晶体管的第二端为场效应管的源极，晶体管的第三端为场效应管的栅极。需要说明的是，本实施例中，不对晶体管的类型进行限定，可以根据电路的工作环境和功率需求设计合适的晶体管。

进一步的，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4均采用采用高频磁环电感，代替了笨重的硅钢片电感，简化了整机的安装步骤和空间。

进一步的，如图3所示，第一驱动芯片131和第二控制芯片132根据第一驱动信号，生成了第一控制信号和第二控制信号，分别用于控制第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的接通和关断。第一驱动芯片131和第二控制芯片132根据第二驱动信号，生成了第三控制信号和第四控制信号，分别用于控制第三晶体管Q3和第四晶体管Q4的接通和关断。第一驱动信号和第二驱动信号相位相差180度，相应的，第一控制信号和第三控制信号相位相差180度，第二控制信号和第四控制信号相位相差180度，第一晶体管Q1的导通角和第三晶体管Q3的导通角相差180度，第二晶体管Q2的导通角和第四晶体管Q4的导通角相差180度。

图4是本实用新型实施例中的一种功率因数校正电路中电流的示意图，如图4所示，第一电感电流IL1为流过第一电感L1的电流，第三电感电流IL3为流过第三电感L3的电流，输入电流Iin是指流入功率因数校正模块110的电流第一电感电流IL1和第三电感电流IL3叠加之后得到输入电流Iin。由图4可知，第一电感电流IL1和第三电感电流IL3相位相差180度，第一电感电流IL1和第三电感电流IL3叠加之后，波峰和波谷相抵消，使得输入电流Iin的纹波减小，可以有效的减少输入输出电容的容量，进而降低了滤波电容的成本和空间。

进一步的，滤波模块包括：第一电容C1、共模电感LC和第二电容C2；共模电感LC的第一端连接第一电容C1的第一端，共模电感LC的第二端连接第一电容C2的第二端，共模电感LC的第三端连接第二电容C2的第一端，共模电感LC的第四端连接第二电容C2的第二端；第二电容C2的第一端连接第一校正单元111的第三端和第二校正单元112的第三端，第二端连接第一校正单元111的第四端和第二校正单元112的第四端。

进一步的，旁路模块包括第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7和第八二极管D8；其中，第五二极管D5的阳极连接滤波模块150的第一输出端，第五二极管的阴极分别连接第六二极管的阴极和第一校正单元111的第五端；第六二极管D6的阳极连接滤波模块150的第二输出端；第七二极管D7的阴极连接第五二极管D5的阳极，第七二极管D7的阳极分别连接第八二极管D8的阳极和第一校正单元111的第六端；第八二极管的阴极连接第六二极管的阳极。

进一步的，采样模块140包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九二极管D9和第十二极管D10。

具体的，第一电阻R1用于采样第一电感L1的电流，第二电阻R2用于采样第二电感L2的电流，第三电阻R3用于采样第三电感L3的电流，第四电阻R4用于采样第三电感L3的电流，第五电阻R5和第六电阻R6用于采样功率因数校正模块的输出电压信号，第八电阻R8、第九二极管D9和第十二极管D10用于采样功率因数校正模块的输入电压信号。输入电压信号作为电感电流信号的包络线，使控制器产生的驱动信号控制电感电流信号跟随输入电压信号变化，以实现功率因数校正。输出电压信号用于使控制器调节驱动信号的占空比，以稳定输出电压信号，且使得输出信号符合设计需求。

本实用新型实施例还提供了一种设备，所述设备包括如上述实施例中提供的任意所述功率因数校正电路。

上述设备可执行本实用新型任意实施例所提供的功率因数校正电路，具备执行电路相应的功能模块和有益效果。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。