有源功率因数校正电路、开关电源和交通工具的制作方法

1.本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种有源功率因数校正电路、开关电源和交通工具。


背景技术：

2.随着电力电子设备及装置的日益发展和广泛应用，电网中的谐波污染也日趋严重，现有技术通常通过采用对用电设备进行功率因数校正(pfc，powerfactorcorrection)的方法减少电网中的谐波污染。
3.参照图1，图1为现有技术中常规的功率因数校正电路(apfc电路)，其采用集成电路芯片的功率因数校正控制器，以实现对功率因数校正电路的控制，且一般使用电阻分压网络进行输出电压的采样，即采用电阻分压的电压采样电路11，并配合一组电容用于增强其抗干扰能力，并将电压采样信号连接至apfc控制器的电压采样端，继而实现对apfc电路的输出电压的采样并进行稳压控制。
4.在常规的单相输入apfc电路中，由于交流输入的有功功率瞬时值是波动的，apfc电路的输出电压也存在电压波动，波动频率为交流输入电压频率的2倍，在使用电阻分压网络进行电压采样时，采样结果也包含这个2倍频的波动。对使用模拟芯片控制的apfc电路，控制电路无法滤除电压采样的固定频率波动。使用带有固定频率电压波动的电压采样信号进行apfc控制时，电压波动影响了功率因数校正的控制效果，使得输入电流产生奇次谐波，apfc电路的输入总谐波电流(ithd)变差，apfc电路的关键性能受到直接影响。


技术实现要素：

5.本发明的第一目的是提供一种滤除电压采样上的特定频率的波动的有源功率因数校正电路。
6.本发明的第二目的是提供一种具有上述有源功率因数校正电路的开关电源。
7.本发明的第三目的是提供一种具有上述开关电源的交通工具。
8.为了实现本发明第一目的，本发明提供一种有源功率因数校正电路，包括功率因数校正控制器和输出电压采样电路，有源功率因数校正电路设置有输出正极端和输出负极端，功率因数校正控制器具有电压采样端，输出电压采样电路包括并联连接的rc低通滤波电路和rc高通滤波电路，rc低通滤波电路的输入端和rc高通滤波电路的输入端与输出正极端连接，rc低通滤波电路的接地端和rc高通滤波电路的接地端与输出负极端连接，rc低通滤波电路的输出端和rc高通滤波电路的输出端与电压采样端连接。
9.由上述方案可见，通过并联连接的rc低通滤波电路和rc高通滤波电路，可实现带阻滤波功能，再利用元件参数的调节，继而可实现滤除输出电压采样电路上的特定频率的波动，改善apfc电路的输入总谐波电流ithd，提高有源功率因数校正电路的关键性能。
10.更进一步的方案是，rc低通滤波电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容，第一电阻的第一端与输出正极端连接，第一电阻的第二端与第二电阻的第一端、第三电
阻的第一端、第一电容的第一端连接，第二电阻的第二端、第一电容的第二端与输出负极端连接，第三电阻的第二端与电压采样端连接。
11.更进一步的方案是，rc低通滤波电路的分压比为m，第一电阻为r1，第二电阻为r2，m＝r2/(r1+r2)，m≥10。
12.更进一步的方案是，第二电阻为r2，第三电阻为r3，r2/r3在0.8至1.2之间。
13.更进一步的方案是，rc高通滤波电路包括第四电阻、第二电容、第三电容和第四电容，第二电容的第一端与输出正极端连接，第二电容的第二端与第三电容的第一端、第四电容的第一端、第四电阻的第一端连接，第三电容的第二端、第四电阻的第二端与输出负极端连接，第四电容的第二端与电压采样端连接。
14.更进一步的方案是，第二电容为c2、第三电容为c3，第一电阻为r1，第二电阻为r2，c3/c2为r2/(r1+r2)的0.45至1.6倍。
15.更进一步的方案是，第三电容为c3，第四电容为c4，c3/c4在0.8至1.2之间。
16.更进一步的方案是，第二电阻为r2，第三电阻为r3，第四电阻为r4；r4为的0.45至2.2倍；第一电容为c1、第三电容为c3，第四电容为c4；c1为的0.45至2.2倍。
17.由上可见，通过上述rc低通滤波电路和rc高通滤波电路的具体电路器件布置，组合的等效图为双t型二阶陷波器，并在元件的参数符合上述设置时，采样电压中特定频率的波动会被衰减，同时不影响功率因数校正电路的工作，且通过元件参数的调节，可根据实际产品情况，对该特定的滤波频率进行调节。
18.为了实现本发明第二目的，本发明提供一种开关电源，包括如上述方案的有源功率因数校正电路。
19.为了实现本发明第三目的，本发明提供一种交通工具，包括如上述方案的开关电源。
附图说明
20.图1是现有技术中有源功率因数校正电路的电路图。
21.图2是有源功率因数校正电路实施例中的输出电压采样电路的电路图。
22.图3是有源功率因数校正电路实施例中的输出电压采样电路的等效电路图。
23.图4是有源功率因数校正电路实施例中的伯德图。
24.以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
25.参照图1和图2，图2为输出电压采样电路的电路图，将该输出电压采样电路替换图1中电压采样电路11，即输出正极端v+连接输出正极vout，输出负极端v－连接接地端，功率因数校正控制器的六端口为电压采样端vs，功率因数校正控制器采用集成电路芯片的功率因数校正芯片，当然不同型号和不同封装的芯片具有不同位置的电压采样端。
26.有源功率因数校正电路包括功率因数校正控制器和输出电压采样电路，有源功率因数校正电路设置有输出正极端v+和输出负极端v－，输出电压采样电路包括并联连接的rc低通滤波电路和rc高通滤波电路，rc低通滤波电路的输入端和rc高通滤波电路的输入端
与输出正极端v+连接，rc低通滤波电路的接地端和rc高通滤波电路的接地端与输出负极端v－连接，rc低通滤波电路的输出端和rc高通滤波电路的输出端与电压采样端vs连接。
27.具体地，rc低通滤波电路包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第一电容c1，第一电阻r1的第一端与输出正极端v+连接，第一电阻r1的第二端与第二电阻r2的第一端、第三电阻r3的第一端、第一电容c1的第一端连接，第二电阻r2的第二端、第一电容c1的第二端与输出负极端v－连接，第三电阻r3的第二端与电压采样端vs连接。
28.rc高通滤波电路包括第四电阻r4、第二电容c2、第三电容c3和第四电容c4，第二电容c2的第一端与输出正极端v+连接，第二电容c2的第二端与第三电容c3的第一端、第四电容c4的第一端、第四电阻r4的第一端连接，第三电容c3的第二端、第四电阻r4的第二端与输出负极端v－连接，第四电容c4的第二端与电压采样端vs连接。
29.rc低通滤波电路的分压比定义为m，m＝r2/(r1+r2)，当分压比m大于10，且c3/c2近似等于分压比m，且r2和r3近似相等，且c3和c4近似相等时，可近似化简为如图3的等效图，等效图中参数关系为：ve＝v+/m，c＝c3＝c4，r＝r2＝r3，等效图为典型的双t型二阶陷波器，当其参数满足特定关系时，vs采样电压中特定频率的波动会被衰减，同时不影响apfc电路的工作。
30.具体关系如下：
31.1.r4参数为r的k倍；
32.2.c1参数为c的1/k倍；
33.3.rc对应的角频率等于apfc电路交流输入角频率的2倍；
34.此时，二阶系统的传递函数为：
[0035][0036]
当参数满足上述所有条件，选择k＝1，该电压采样电路可将特定频率的电压波动衰减约12db，在1/10滤波中心频率下的相移约为15.4度。
[0037]
在实际工程应用中，电子元件的参数选择具有一定的局限，因而上述电子元件可采用如下参数：
[0038]
1、分压比m≥10；
[0039]
2、c3/c2为m的0.45至1.6倍；
[0040]
3、r2/r3在0.8至1.2之间；
[0041]
4、c3/c4在0.8至1.2之间；
[0042]
5、r4为r2、r3的几何平均值的0.45至2.2倍；
[0043]
6、c1为c3、c4的几何平均值的0.45至2.2倍。
[0044]
通过本案的输出电压采样电路对特定频率的滤波，可参见图4，图4是有源功率因数校正电路的伯德图，y1为相频特性曲线，y2为幅频特性曲线，本方案可以在200hz左右的特定频率提供10db左右的衰减。
[0045]
开关电源包括上述方案的有源功率因数校正电路，开关电源可以为充电器、电源、电机控制器等。
[0046]
交通工具包括如上述的开关电源，交通工具可为新能源电动轿车、新能源电动客车、新能源电动货车、新能源电动清洁车、新能源电动轨道交通工具、新能源电动飞行交通工具、新能源电动航运交通工具等。
[0047]
上述实施例是本案的较佳实施例，在具体应用可具有更多的变化，如对上述的电压采样电路，各个电路元件均为等效结果，对图中的每个电阻或电容，使用多个元件经过串、并联后可以得到相同的等效参数，应认为是同一发明构思，以及其v+、v－、vs三端的外部连接方式具有多种，另外还可以在电容c1上串联电阻rs，当rs/r2比值远小于分压比m时，电路仍可获得有益效果，上述的改变均属于本发明的保护范围当中。
[0048]
由上可见，通过上述rc低通滤波电路和rc高通滤波电路的具体电路器件布置，组合的等效图为双t型二阶陷波器，并在元件的参数符合上述设置时，采样电压中特定频率的波动会被衰减，同时不影响功率因数校正电路的工作，且通过元件参数的调节，可根据实际产品情况，对该特定的滤波频率进行调节。