一种具备主动式功率因数校正功能的装置的制作方法

1.本实用新型涉及电压装置技术领域，尤其涉及一种具备主动式功率因数校正功能的装置。


背景技术：

2.近年来，随着电子技术的发展，对各种办公自动化设备，家用电器，计算机的需求逐年增加。这些设备的内部，都需要一个将市电转换为直流的电源部分。在这个转换过程中，会产生大量的谐波电流，使电力系统遭受污染；所以通过功率因数校正设备进行解决上述的问题，现有技术中的功率因数校正设备也叫pfc，其就是提高有用功的比重。而电源是一种电容输入型电路，其电流和电压之间的相位差会造成交换功率的损失，此时便需要pfc电路提高功率因数。目前的pfc有两种，分为被动式pfc和主动式pfc。
3.被动式pfc一般是一个体积较大的电感，内部是铜线缠绕硅钢片以绝缘胶纸包覆，外形和小变压器非常相似。被动式pfc采用电感补偿方法使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数，被动式pfc的功率因数只能达到0.6～0.75，一般放置在高压滤波电容附近。被动pfc方案简单的结构也形成了其最大的特点是低成本；
4.相对于被动pfc简单直观的外形，主动式pfc电路要复杂许多。主动式pfc电路是由电感线圈、滤波电容、开关管及控制ic等元件组成的一个升压电路，可以将输入电压提高、减少电流的电能损耗。主动式pfc可以达到较高的功率因数，通常可达98%以上，但由于电路较复杂、元件较多，所以成本也相对较高。
5.但现有技术中的主动式功率因数校正装置存在电感和功率开关的尺寸过大，从而导致成本过高，同时在工作时，电压需要整流输入，整流中由二极管和电容组成的非线性电路会产生大量的电流谐波和无功功率，造成电网的污染。这种谐波污染不仅会使电网电压发生畸变，而且还会造成用电设备的故障和损坏，同时工作时会出现电压过高导致内部工作器件被峰值电压击穿的问题。


技术实现要素：

6.本实用新型目的：提供一种具备主动式功率因数校正功能的装置，解决谐波污染不仅会使电网电压发生畸变，而且还会造成用电设备的故障和损坏和工作时会出现电压过高导致内部工作器件被峰值电压击穿的问题。
7.为了达到上述目的，本实用新型提供一种具备主动式功率因数校正功能的装置，包括：电源模块、功率因数校正模块和驱动模块；
8.所述电源模块的输入端输入工作电源，所述电源模块的输出端与所述功率因数校正模块的输入端连接，所述功率因数校正模块的输出端与所述驱动模块的输入端连接，所述驱动模块的输出端连接工作设备；
9.所述功率因数校正模块包括：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、第三电容c3、第四容c4、第五电容c5、第三六容c6、功率因数控制
器u1、第一晶闸管q1、第一二极管d1；
10.所述第三电容c3的第一端与所述第六电阻r6的第一端连接且输入电压，所述第三电容c3的另一端分别与所述第二电阻r2的第一端和第一电阻r1的第一端连接且输入电压，所述功率因数控制器u1的2号引脚与第四电容c4的第一端连接，所述功率因数控制器u1的3号引脚与第三电容c3的第一端连接，所述功率因数校正u1的4号引脚与所述第二电阻r2的第二端连接，所述第一电阻r1的第二端、所述第四电容c4的第二端、所述第五电容c5的第二端和所述第三电阻r3的第一端均与所述功率因数控制器u1的1号引脚连接，所述第一电阻r1的第二端与地连接，所述第三电阻r3的另一端与所述第四电阻r4的一端连接，所述功率因数控制器u1的5号引脚和6号引脚与地连接，所述功率因数控制器u1的8号引脚输入工作电压并与地连接，所述功率因数控制器u1的7号引脚与所述第五电阻r5的第一端连接，所述第五电阻r5的第二端与所述晶闸管q1的栅极连接，所述晶闸管q1的漏极与地连接，所述晶闸管q1的源极分别与所述第六电阻r6的第二端和所述第一二极管d1的正极连接，所述第一二极管d1的负极分别与所述第四电阻r4的第二端和所述第六电容c6的第一端连接且输出电压，所述第六电容c6的第二端与地连接。
11.优选的，所述电源模块包括：熔断器fu1、第一电容c1、第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3、第二电容c2、整流器br1；
12.所述熔断器fu1的第一端和所述第一电容c1的第一端输入电源电压，所述第一电容c1的第一端与所述第一电感l1的第一端连接，所述第一电容c1的第二端分别与所述第一熔断器fu1的第二端和所述第三电感l3的第一端连接，所述第三电感l3的第二端与所述第二电感l2的第一端连接，所述整流桥的正极输入的分别与所述第二电感l2的第二端和所述第二电容c2的第一端连接，所述整流桥的负极输入的分别与所述第一电感l1第二端和所述第二电容c2的第二端连接，所述整流桥的输出端与所述第三电容c3的两端连接。
13.优选的，所述驱动模块包括：第七电容c7、第七电阻r7、第二二极管d2、晶闸管q2、第把电阻r8、第三二极管d3、第八电容c8、第九电阻r9、变压器tr1；
14.所述第七电容c7的第一端分别与所述第七电阻r7的第一端和所述变压器tr1的2号引脚连接并输入电压，所述第七电容c7的第二端分别与所述第七电阻r7的第二端和所述第二二极管d2的负极连接，所述变压器tr1的1号引脚分别与所述第二二极管d2的正极和所述晶闸管q2的源极连接，所述变压器tr1的4号引脚与第三二极管d3的正极连接，所述变压器tr1的3号引脚分别与所述第八电容c8的第一端和第九电阻r9的第一端连接，所述第八电容c8的第二端与地连接，所述第三二极管d3的负极与所述第八电容c8的第二端连接且输出电压，所述第九电阻r9的第二端输出电压，所述晶闸管q2的漏极与所述第八电阻r8的第一端连接，所述第八电阻r8的第二端与地连接。
15.优选的，驱动电路还包括：控制器、隔离电路、比较调节电路和参考电路；
16.所述控制器的第一端与所述晶闸管q2的栅极连接，所述控制器的第二端与所述晶闸管q2的漏极连接，所述控制器的第三端和所述隔离电路的第一端连接，所述隔离电路的第二端与所述比较调节电路的第一端连接，所述比较调节电路的第二端与所述第九电阻r9的第二端连接，所述比较调节电路的第三端与所述参考电路连接。
17.优选的，所述功率因数控制器u1的型号为mc33260。
18.优选的，所述晶闸管q1和所述晶闸管q2均为mos管。
19.本实用新型至少具有以下有益效果：
20.本实用新型通过功率因数校正模块中的功率因数控制器u1一方面减小输入电流和输入电压之间的相位差，努力使两者同相位；另一方面，减小输入电流的谐波含量，采取一定的方法使输入电流的波形接近正弦波；从外为了防止开关管被峰值电压击穿，设置了驱动模块，通过第七电阻、第七电容和第二二极管组成缓冲电路，可以吸收很高的电压尖峰能量，虽然在变压器的加工过程中将线圈缠紧并紧密地包围住气隙，然后将线圈外围包上铜箔可以有效地减小漏感；但变压器漏感无法完全消失，因此缓冲电电路对电压峰值进行吸收，从而能够解决谐波污染和防止电压过高导致内部工作器件被峰值电压击穿的问题。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本实用新型实施例中具备主动式功率因数校正功能的装置的电路示意图。
23.图2是本实用新型实施例中具备主动式功率因数校正功能的装置的电源模块电路图。
24.图3是本实用新型实施例中具备主动式功率因数校正功能的装置的功率因数校正模块电路图。
25.图4是本实用新型实施例中具备主动式功率因数校正功能的装置的驱动模块电路图。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
27.本实用新型实施例提供一种具备主动式功率因数校正功能的装置，包括：电源模块、功率因数校正模块和驱动模块。
28.所述电源模块的输入端输入工作电源，所述电源模块的输出端与所述功率因数校正模块的输入端连接，所述功率因数校正模块的输出端与所述驱动模块的输入端连接，所述驱动模块的输出端连接工作设备。
29.实施例1：
30.所述功率因数校正模块包括：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、第三电容c3、第四容c4、第五电容c5、第三六容c6、功率因数控制器u1、第一晶闸管q1、第一二极管d1；
31.所述第三电容c3的第一端与所述第六电阻r6的第一端连接且输入电压，所述第三电容c3的另一端分别与所述第二电阻r2的第一端和第一电阻r1的第一端连接且输入电压，所述功率因数控制器u1的2号引脚与第四电容c4的第一端连接，所述功率因数控制器u1的3号引脚与第三电容c3的第一端连接，所述功率因数校正u1的4号引脚与所述第二电阻r2的
第二端连接，所述第一电阻r1的第二端、所述第四电容c4的第二端、所述第五电容c5的第二端和所述第三电阻r3的第一端均与所述功率因数控制器u1的1号引脚连接，所述第一电阻r1的第二端与地连接，所述第三电阻r3的另一端与所述第四电阻r4的一端连接，所述功率因数控制器u1的5号引脚和6号引脚与地连接，所述功率因数控制器u1的8号引脚输入工作电压并与地连接，所述功率因数控制器u1的7号引脚与所述第五电阻r5的第一端连接，所述第五电阻r5的第二端与所述晶闸管q1的栅极连接，所述晶闸管q1的漏极与地连接，所述晶闸管q1的源极分别与所述第六电阻r6的第二端和所述第一二极管d1的正极连接，所述第一二极管d1的负极分别与所述第四电阻r4的第二端和所述第六电容c6的第一端连接且输出电压，所述第六电容c6的第二端与地连接。
32.由上可知，在本实施例中，将交流220v市电经整流后供给负载使用需要经过功率因数校正模块，现有技术中的整流电路多由二极管和电容组成的非线性电路，这样会产生大量的电流谐波和无功功率，造成电网的污染，这种谐波污染不仅会使电网电压发生畸变，而且还会造成用电设备的故障和损坏，输入电压经过功率因数控制器u1进行功率因数校正工作，此时功率因数控制器u1的8号引脚偏置电源输入端输入电压，当vcc上的电压超过11v时，控制器才开始工作。启动之后，偏置电压的范围在8.5v~16v之间；随后功率因数控制器u1的3号引脚振荡器外接第五电容c5接入端。第五电容c5电容上的电压与2号引脚上的电压分别与pwm比较器的反相输入端和非反相输入端相连，用以实现对导通时间的控制，1号引脚上的电流经平方后对定时电容进行充电；功率因数控制器u1的1号引脚作为反馈信号输入端。该端通过检测电阻与前置变换器输出端相连，输入该端的电流检测信号与输出电压成正比。通过该端还可以实现过压和欠压保护功能；功率因数控制器u1的4号引脚零作为电流检测信号输入端。该端通过第一电阻r1与整流桥相连，其上的负电压信号与电感电流成正比。只要该端电压低于-60mv，零电流检测电路将禁止控制器进入重启动进程。另外，该端还用于实现峰值电流限幅。接在该端与第一电阻r1之间的第三电阻r3和第四电阻r4用于设定过流阈值，功率因数控制器u1的5号引脚作为同步信号输入端。该端用于接收外部同步信号，可实现pfc前置变换器与开关电源的同步。如果不需要同步功能，该端应接地；且功率因数控制器u1的7号引脚为驱动信号输出端进行输出信号至驱动模块中。同时在功率因数校正模块中，晶闸管q1最为开关使用，当输入的电压功率因数不符和工作要求时，则内部不导通，第六电容c6最为输出滤波使用。
33.作为本实用新型优选的实施例，所述功率因数控制器u1的型号为mc33260，所述晶闸管q1为mos管。
34.实施例2：
35.电源模块包括：熔断器fu1、第一电容c1、第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3、第二电容c2、整流器br1；
36.所述熔断器fu1的第一端和所述第一电容c1的第一端输入电源电压，所述第一电容c1的第一端与所述第一电感l1的第一端连接，所述第一电容c1的第二端分别与所述第一熔断器fu1的第二端和所述第三电感l3的第一端连接，所述第三电感l3的第二端与所述第二电感l2的第一端连接，所述整流桥的正极输入的分别与所述第二电感l2的第二端和所述第二电容c2的第一端连接，所述整流桥的负极输入的分别与所述第一电感l1第二端和所述第二电容c2的第二端连接，所述整流桥的输出端与所述第三电容c3的两端连接。
37.由上可知，在本实施例中，将交流220v市电经第一电容c1进行滤波输入，熔断器fu1进行保护输入，第一电感l1、第二电感l2和第三电感l3配合第二电容c2进行构成lc滤波电路，交流220v电压输入经电感器l和电容器c滤波，变成稳定的直流电压，经整流器br1整流后，输出脉动直流电压，再为后级供电。
38.实施例3：
39.所述驱动模块包括：第七电容c7、第七电阻r7、第二二极管d2、晶闸管q2、第把电阻r8、第三二极管d3、第八电容c8、第九电阻r9、变压器tr1；
40.所述第七电容c7的第一端分别与所述第七电阻r7的第一端和所述变压器tr1的2号引脚连接并输入电压，所述第七电容c7的第二端分别与所述第七电阻r7的第二端和所述第二二极管d2的负极连接，所述变压器tr1的1号引脚分别与所述第二二极管d2的正极和所述晶闸管q2的源极连接，所述变压器tr1的4号引脚与第三二极管d3的正极连接，所述变压器tr1的3号引脚分别与所述第八电容c8的第一端和第九电阻r9的第一端连接，所述第八电容c8的第二端与地连接，所述第三二极管d3的负极与所述第八电容c8的第二端连接且输出电压，所述第九电阻r9的第二端输出电压，所述晶闸管q2的漏极与所述第八电阻r8的第一端连接，所述第八电阻r8的第二端与地连接。
41.由上可知，在本实施例中，输入为了防止开关管被峰值电压击穿，通常可以采用的方法有如下两种：一是减小漏感，二是通过设计缓冲电路吸收很高的电压尖峰能量。虽然在变压器的加工过程中将线圈缠紧并紧密地包围住气隙，然后将线圈外围包上铜箔可以有效地减小漏感；但变压器漏感无法完全消失，因此需要设计缓冲电路对电压峰值进行吸收，由第七电阻、第七电容和第二二极管组成缓冲电路，可以吸收很高的电压尖峰能量，其中晶闸管q2作为开关使用，第三二极管d3为整流二极管；第八电容c8为整流电容；第九电阻r9为采样电阻。
42.作为本实用新型优选的实施例，驱动电路还包括：控制器、隔离电路、比较调节电路和参考电路；所述控制器的第一端与所述晶闸管q2的栅极连接，所述控制器的第二端与所述晶闸管q2的漏极连接，所述控制器的第三端和所述隔离电路的第一端连接，所述隔离电路的第二端与所述比较调节电路的第一端连接，所述比较调节电路的第二端与所述第九电阻r9的第二端连接，所述比较调节电路的第三端与所述参考电路连接；
43.由上可知，在本实施例中，电路在设计时考虑到电路的可靠性，输入端应具有隔离电路，以保护电网和用电设备的安全。为了实现恒流输出，采用电流反馈控制；第九电阻r9为采样电阻感应输出电流大小，与参考点电压进行比较，输出信号通过光电耦合电路输入到控制器，产生pwm 控制信号，控制变压器的工作方式，已达到变压器恒流输出。
44.作为本实用新型优选的实施例，述晶闸管q2均为mos管。
45.以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。