專利名稱：單相功率因數(shù)校正滯環(huán)電流控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于微控制器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種單相功率因數(shù)校正滯環(huán)電流控制器。
背景技術(shù)：
隨著微控制器技術(shù)的發(fā)展以及考慮到數(shù)字控制的靈活性和可塑性，采用數(shù)字控制技術(shù)的 單相有源功率因數(shù)校正(APFC)電路正在日益成為技術(shù)發(fā)展的主流，有取代傳統(tǒng)模擬APFC 的趨勢。數(shù)字控制APFC具有很多優(yōu)點(diǎn)，通過微控制器，很多新的調(diào)制策略和控制算法可以 實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有的控制器還沒有利用APFC的控制器。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供新型的采用滯環(huán)電流控制技術(shù)、根據(jù)需要輸出 功率大小和輸入電壓有效值確定輸入電流給定的單相有源功率因數(shù)校正電路的數(shù)字設(shè)計(jì)方
案，可以適用所有APFC的應(yīng)用場合，具有概念清新、靈活性強(qiáng)、校正效果佳之優(yōu)點(diǎn)。
為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案
一種單相功率因數(shù)校正滯環(huán)電流控制器，該控制器包括控制電路及功率電路，控制電路與 功率電路連接；
所述控制電路包括
檢測模塊，用以完成檢測正弦半波輸入電壓、分流電阻電壓、輸出電壓和輸出電流； 數(shù)控模塊，用以對上述正弦半波輸入電壓、分流電阻電壓、輸出電壓和輸出電流進(jìn)行模
數(shù)轉(zhuǎn)換；并計(jì)算出輸出功率，而后根據(jù)輸入電壓有效值計(jì)算輸入電流的給定，進(jìn)而根據(jù)滯環(huán)
寬度確定給定電流的外限和內(nèi)限，電感的實(shí)際電流限制在外限和內(nèi)限之間；當(dāng)實(shí)際電流達(dá)到
外限和內(nèi)限時(shí)，經(jīng)過一觸發(fā)器生成PWM脈沖信號；
驅(qū)動模塊，用以根據(jù)所述觸發(fā)器產(chǎn)生PWM脈沖信號生成PWM驅(qū)動脈沖； 所述功率電路用以接收單相交流輸入電壓和來自控制電路的PWM驅(qū)動脈沖,控制功率開
關(guān)的開通與關(guān)斷，調(diào)節(jié)升壓電感的充電和放電，完成功率因數(shù)校正的設(shè)計(jì)功能。
作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述檢測模塊包括若干運(yùn)放器，所述各運(yùn)放器的一入
口與所述功率電路連接，所述各運(yùn)放器的一出口與數(shù)控模塊連接。
作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述數(shù)控模塊包括若干模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元、輸入電壓有效值計(jì)算單元、輸入電流有效值計(jì)算單元、輸出功率計(jì)算單元、滯環(huán)寬度給定單元、外限 計(jì)算單元、內(nèi)限計(jì)算單元、外限減法單元、內(nèi)限減法單元、外限比較單元、內(nèi)限比較單元、 RS觸發(fā)器和輸入電壓過零判斷單元；
所述輸入電壓有效值計(jì)算單元、電壓過零判斷單元、輸出功率計(jì)算單元的出口與輸入電 流有效值計(jì)算單元的入口連接；
所述輸入電流有效值計(jì)算單元、滯環(huán)寬度給定單元的出口分別與外限計(jì)算單元、內(nèi)限計(jì) 算單元的入口連接；
所述外限計(jì)算單元的出口與外限減法單元的入口連接，所述內(nèi)限計(jì)算單元的出口與內(nèi)限 減法單元的入口連接；
所述外限減法單元的出口與外限比較單元的入口連接，所述內(nèi)限減法單元的出口與內(nèi)限 比較單元的入口連接； ，
所述外限比較單元、內(nèi)限比較單元的出口接入所述RS觸發(fā)器。
作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述數(shù)控模塊包括四個模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元ADC1、 ADC2、 ADC3、 ADC4;所述模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元ADC1的出口與所述輸入電壓有效值計(jì)算單 元、輸入電壓過零判斷單元的入口連接；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元ADC2的出口與所述外限減 法單元的同相入口、內(nèi)限減法單元的反相入口連接；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元ADC3、 ADC4的 出口與所述輸出功率計(jì)算單元的入口連接。
作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述驅(qū)動模塊為一推挽驅(qū)動器。
作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述功率電路包括相交流電源VS、整流橋B、若干電 阻R3、 R4等、等效負(fù)載電阻RL、四電容C1、 C2、 C3、 C4、電感L1、電解電容E1、快速 恢復(fù)功率二極管FRD1、穩(wěn)壓二極管ZD1、功率開關(guān)S1;所述電阻中包括分流電阻RS1、 RS2;
所述整流橋B的兩個交流入口分別連接電容Cl的兩端，并與交流電源VS的兩端相連；
所述整流橋B的直流正極與電感Ll的一端相連，電感Ll的另一端與快速恢復(fù)功率二極 管FRD1的陽極、電容C2的一端、功率開關(guān)S1的集電極共同相連；
所述快速恢復(fù)功率二極管FRD1的陰極與電容C2的另一端相連后與電容C3的一端、電 解電容El的正極、電阻R4的一端以及一等效負(fù)載電阻RL的一端相連；
所述整流橋B的直流負(fù)極與一分流電阻RS1的一端相連，該分流電阻RS1的另一端接地； 整流橋B的直流負(fù)極通過一電阻R3與電容C4連接，電容C4的另一端接地；
所述功率開關(guān)Sl的門極與穩(wěn)壓二極管ZD1的陰極相連后與控制電路中的PWM出口相 連，功率開關(guān)S1的發(fā)射極、穩(wěn)壓二極管ZD1的陽極分別接地；電容C3的另一端、電解電容E1的負(fù)極、分流電阻RS2的一端接地，分流電阻RS2的另 一端與所述等效負(fù)載電阻RL的另一端相連。
作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述檢測模塊包括四個運(yùn)放器Al、 A2、 A3、 A4、電 阻R6、 R7、 R8、 R9、 RIO、 Rll、 R12、 R13、 R14、 R15、 R16、 R17、電容C5、 C6、 C7， 數(shù)控模塊包括若干模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元ADC1、 ADC2、 ADC3、 ADC4;
所述整流橋B的直流正極、直流負(fù)極分別通過電阻R6、R7與運(yùn)放器Al的同相入口相連， 運(yùn)放器A1的反相入口與其出口相連后與模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元ADC1的入口相連；
電阻R8的一端與電阻R9的一端相連后與運(yùn)放器A2的反相入口相連，電阻R8的另一端 與功率電路中電阻R3、電容C4的公共端相連，電阻R9的另一端分別與運(yùn)放器A2的出口相 連后與電阻Rll的一端相連；電阻R10的一端分別與運(yùn)放器A2的同相入口相連，其另一端 接地；電阻Rll的另一端與電容C5的一端相連后與模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元ADC2的入口相連， 電容C5的另一端接地；
電阻R12的一端與電阻RI3的一端相連后與運(yùn)放器A3的反相入口相連，電阻R12的另 一端接地，運(yùn)放器A3的正相入口與功率電路中分流電阻RS2、電阻R5公共端相連，電阻R13 的另一端分別與運(yùn)放器A3的出口相連后與電阻R14的一端相連電阻R14的一端分別與電 容C6的一端相連后與模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元B3的入口相連，電容C6的另一端接地；
電阻R15的一端與電阻R16的一端相連后與運(yùn)放器A4的反相入口相連，電阻R15的另 一端接地，運(yùn)放器A4的正相入口與功率電路中電阻R4、電阻R5公共端相連，電阻R16的 另一端分別與運(yùn)放器A4的出口相連后與電阻R17的一端相連；電阻R17的一端分別與電容 C4的一端相連后與模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元B4的入口相連，電容C7的另一端接地。
本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型的電路設(shè)計(jì)根據(jù)功率因數(shù)校正器的工作原理和 實(shí)質(zhì)，設(shè)計(jì)了單相功率因數(shù)校正滯環(huán)電流控制器數(shù)字電路設(shè)計(jì)方案，具有結(jié)構(gòu)簡單、附加成 本低、實(shí)現(xiàn)容易、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。另外，本實(shí)用新型采用輸出功率和輸入電壓檢測方式， 具有連續(xù)電流模式、數(shù)字控制手段、采用感量較大電感等特征。


圖1為單相功率因數(shù)校正滯環(huán)電流控制器的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例。
本實(shí)用新型提供了一種單相功率因數(shù)校正滯環(huán)電流控制器，該控制器包括控制電路1及 功率電路2,控制電路1與功率電路2連接。
所述控制電路1包括檢測模塊11、數(shù)控模塊12、驅(qū)動模塊13。檢測模塊用以完成檢測正 弦半波輸入電壓、分流電阻電壓(反映電感電流)、輸出電壓和輸出電流。數(shù)控模塊用以對上 述正弦半波輸入電壓、分流電阻電壓、輸出電壓和輸出電流進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；并計(jì)算出輸出功 率，而后根據(jù)輸入電壓有效值計(jì)算輸入電流的給定，進(jìn)而根據(jù)滯環(huán)寬度確定給定電流的外限 和內(nèi)限，電感的實(shí)際電流限制在外限和內(nèi)限之間；當(dāng)實(shí)際電流達(dá)到外限和內(nèi)限時(shí)，經(jīng)過一觸 發(fā)器生成PWM脈沖信號。驅(qū)動模塊用以根據(jù)所述觸發(fā)器產(chǎn)生PWM脈沖信號生成PWM驅(qū)動 脈沖。
所述功率電路2用以接收單相交流輸入電壓和來自控制電路的PWM驅(qū)動脈沖，控制功率 開關(guān)的開通與關(guān)斷，調(diào)節(jié)升壓電感的充電(儲存能量)和放電(釋放能量)，完成功率因數(shù)校 正的設(shè)計(jì)功能。
以下 通過圖1介紹本實(shí)用新型的具體電路組成及工作原理。 (1)檢測模塊
請參閱圖1，檢測模塊11包括12只電阻R6-R17、 3只電容C5-C7和4只運(yùn)放Al-A4。 電阻R6的一端與電阻R7的一端相連后與運(yùn)放A1的同相入口相連，R6電阻的另一端與電阻 R7的另一端分別與功率電路中整流橋B的正極和負(fù)極相連，運(yùn)放Al的反相入口與其出口相 連后與模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元B1的入口相連。
電阻R8的一端與電阻R9的一端相連后與運(yùn)放A2的反相入口相連，電阻R8的另一端與 功率電路中電阻R3、電容C4的公共端相連，電阻R9的另一端分別與運(yùn)放A2的出口相連后 與電阻Rll的一端相連。電阻R10的一端分別與運(yùn)放A2的同相入口相連，其另一端接地。 電阻Rll的另一端與電容C5的一端相連后與模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元B2的入口相連，電容C5的 另一端接地。
電阻R12的一端與電阻R13的一端相連后與運(yùn)放A3的反相入口相連，電阻R12的另一 端接地，運(yùn)放A3的同相入口與功率電路中分流電阻RS2、電阻R5公共端相連，電阻R13的 另一端分別與運(yùn)放A3的出口相連后與電阻R14的一端相連。電阻R14的一端分別與電容C6 的一端相連后與模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元B3的入口相連，電容C6的另一端接地。
電阻R15的一端與電阻RI6的一端相連后與運(yùn)放A4的反相入口相連，電阻R15的另一端接地，運(yùn)放A4的正相入口與功率電路中電阻R4、電阻R5公共端相連，電阻R16的另一 端分別與運(yùn)放A4的出口相連后與電阻R17的一端相連。電阻R17的一端分別與電容C7的一 端相連后與模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元B4的入口相連，電容C7的另一端接地。
(2) 數(shù)控模塊
數(shù)控模塊12包括四個模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元B1 B4、輸入電壓有效值計(jì)算單元B5、輸入電 流有效值計(jì)算單元B7、輸出功率計(jì)算單元B6、滯環(huán)寬度給定單元BIO、外限計(jì)算單元B8、 內(nèi)限計(jì)算單元B9、外限減法單元Bll、內(nèi)限減法單元B13、外限比較單元B12、內(nèi)限比較單 元B14、 RS觸發(fā)器B15和輸入電壓過零判斷單元B16。
模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元B1的出口與輸入電壓有效值計(jì)算單元B5的入口、輸入電壓過零判斷 單元B16的入口相連，輸入電壓有效值計(jì)算單元B5的出口與輸入電流有效值計(jì)算單元B7的 第一個入口相連，輸入電壓過零判斷單元B16的出口與輸入電流有效值計(jì)算單元B7的第二入 口相連。模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元B2的出口與外限減法單元Bll的同相入口、內(nèi)限減法單元B13 的反相入口相連。模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元B3的出口與輸出功率計(jì)算單元B6的第二入口相連。模 數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元B4的出口與輸出功率計(jì)算單元B6的第二入口相連。輸出功率計(jì)算單元B6 的出口與輸入電流有效值計(jì)算單元B7的第一入口相連，輸入電流有效值計(jì)算單元B7的出口 與外限計(jì)算單元B8的第二入口、內(nèi)限計(jì)算單元B9的第二入口相連，滯環(huán)寬度給定單元BIO 的出口與外限計(jì)算單元B8的第一入口、內(nèi)限計(jì)算單元B9的第一入口相連。外限計(jì)算單元B8 的出口與外限減法單元Bll的反相入口相連，內(nèi)限計(jì)算單元B9的出口與內(nèi)限減法單元B13 的同相入口相連。外限減法單元Bll的出口與外限比較單元B12的入口相連，外限比較單元 B12的出口與RS觸發(fā)單元B15的R端相連。內(nèi)限減法單元B13的出口與內(nèi)限比較單元B14 的入口相連，內(nèi)限比較單元B14的出口與RS觸發(fā)單元B15的S端相連。RS觸發(fā)單元B15的 出口與驅(qū)動模塊中的驅(qū)動器DRV1入口相連。
(3) 驅(qū)動模塊
驅(qū)動模塊包括一只推挽驅(qū)動器，該推挽驅(qū)動器DRV1的出口與功率電路中的功率開關(guān)S1 的門極、穩(wěn)壓二極管ZD1的陰極和電阻R2的一端構(gòu)成的公共端相連。
(4) 功率電路
功率電路2包括相交流電源VS、整流橋B、 8只電阻八只電阻(Rl-R5、 RS1、 RS2、 RL)、 四電容C1、 C2、 C3、 C4、電感L1、電解電容E1、快速恢復(fù)功率二極管FRD1 、穩(wěn)壓二極管 ZD1、功率開關(guān)S1。
功率電路2中，整流橋B前的兩個交流入口分別連接電容C1的兩端，并與交流電源VS1的兩端相連。整流橋B后的直流正極與電阻R1的一端相連，并與控制電路中的電阻R6、電 感L1的一端相連，電感L1的另一端與功率二極管FRD1的陽極、電容C2的一端、功率開關(guān) Sl的集電極共同相連，功率二極管FRD1的陰極與電容C4的另一端相連后與電容C3的一端、 電解電容El的正極、電阻R4的一端以及等效負(fù)載電阻RL的一端相連。整流橋B后的直流 負(fù)極與電阻R1的另一端、電阻R3的一端、分流電阻RS1的一端相連，分流電阻RS1的另一 端接地。電阻R3的另一端與電容C4的一端、控制電路的電阻R8的一端相連，電容C4的 另一端接地。功率開關(guān)S1的門極與穩(wěn)壓二極管ZD1的陰極、電阻R2的一端相連后與控制電 路中的PWM出口相連，功率開關(guān)S1的發(fā)射極、穩(wěn)壓二極管ZD1的陽極、電阻R2的另一端 分別接地。電容C3的另一端、電解電容El的負(fù)極、分流電阻RS2的一端接地，分流電阻 RS2的另一端與電阻R5的一端、等效負(fù)載電阻RL的另一端相連后與控制電路中運(yùn)放A3的 同相入口相連。電阻R5的另一端與電阻R4的另一端相連后與控制電路2中運(yùn)放A4的同相 入口相連。
本實(shí)用新型的工作原理為 (l)控制電路l中，根據(jù)APFC的工作原理和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，假設(shè)系統(tǒng)效率為"，輸入功率
與輸出功率之間有下式成立P^P。w"，其中&代表輸入功率，P。-'代表輸出功率。則在負(fù)載 功率和輸入交流電壓有效值確定的情況下就可以確定輸入電流的有效值，波形為正弦波形輸
入電流有效值等于^Pi。71^^1 7^，其中u'-代表輸入電壓有效值，L代表輸入電流有效值。
為了實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正和穩(wěn)定輸出直流電壓，需要使得實(shí)際輸入電流跟蹤電網(wǎng)電壓，即電感 電流跟蹤正弦半波電壓。為此可以使得實(shí)際電感電流控制在一定的滯環(huán)范圍之內(nèi)，即可以實(shí) 現(xiàn)上述目的。根據(jù)計(jì)算所得的輸入電流有效值基礎(chǔ)上確定輸入電流的瞬時(shí)值，再加入滯環(huán)寬 度，構(gòu)成輸入電流的外限和內(nèi)限，實(shí)際電感電流應(yīng)該在外限和內(nèi)限范圍內(nèi)運(yùn)行，當(dāng)時(shí)間電感 電流達(dá)到外限和內(nèi)限時(shí)，分別產(chǎn)生復(fù)位信號和置位信號，施加到RS觸發(fā)程序的復(fù)位端R和置 位端S, RS觸發(fā)程序產(chǎn)生PWM脈沖信號，PWM脈沖信號經(jīng)過驅(qū)動器放大后，控制功率電路 中功率開關(guān)的開通與關(guān)斷規(guī)律，完成功率因數(shù)校正能力。
控制電路由三個組成部分檢測模塊中，電阻R6 R7、運(yùn)放A1完成對正弦半波電壓的檢 領(lǐng)IJ，可以判斷電網(wǎng)電壓是否過壓和欠壓。電阻R8 R11、電容C5、運(yùn)放A2完成對分流電阻 RS1電壓即電感電流的檢測，還可以判斷功率開關(guān)是否過流和過載。電阻R12 R14、電容C6、 運(yùn)放A3完成對輸出電流的檢測，還可以判斷負(fù)載是否過流和過載。電阻R15 R17、電容C7、 運(yùn)放A4完成對輸出電壓的檢測，還可以判斷輸出電壓是否出現(xiàn)過壓和欠壓?？刂颇K中，模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元B1 B4分別完成對正弦半波電壓、電感電流、輸出電流、輸出電壓的模數(shù)轉(zhuǎn) 換和濾波，在完成對輸入電壓有效值計(jì)算(B5)、輸入電壓過零判斷(B16)的基礎(chǔ)上，計(jì)算 出輸出功率(B6)和輸入電流有效值(B7)，在給定滯環(huán)寬度(B10)的基礎(chǔ)上，便可以確定 外限(B8)和內(nèi)限(B9)。通過外限減法(B11)和外限比較(B12)后得到RS觸發(fā)(B15) 的復(fù)位信號R,當(dāng)實(shí)際電感電流達(dá)到電流外限時(shí)，RS觸發(fā)程序產(chǎn)生低電平，關(guān)閉功率開關(guān)S1。 通過內(nèi)限減法(B13)和內(nèi)限比較(B14)后得到RS觸發(fā)(B15)的置位信號S，當(dāng)實(shí)際電感 電流達(dá)到電流內(nèi)限時(shí)，RS觸發(fā)程序產(chǎn)生高電平，開通功率開關(guān)S1。
由于實(shí)際APFC數(shù)控電路中受到具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)和產(chǎn)品性能規(guī)范等方面的要求，控制器不 僅可以采用16位單片機(jī)、DSP，還可以采用ARM等。因此數(shù)控電路中細(xì)節(jié)部分會有所變化， 但是基本原理不變。分流電阻RS的阻值為mQ級，整流橋后正弦半波的電阻降壓電路輸出為 幾伏級。
(2)功率電路2中，PWM驅(qū)動脈沖處于高電平時(shí)，功率開關(guān)Sl導(dǎo)通，電源VS被短 路，電感L1電流上升，儲存能量；PWM驅(qū)動脈沖處于低電平時(shí)，功率開關(guān)S1關(guān)斷，電源 VS被開放，電感Ll電流下降，將儲存能量的一部分通過功率二極管FRD1轉(zhuǎn)移到電解電容 El中，供等效負(fù)載RL使用。由于PWM驅(qū)動脈沖是控制電路按照APFC控制策略產(chǎn)生的， 因而功率電路最終能夠得到紋波電壓低、平均值穩(wěn)定的輸出直流電壓和與髙正弦度的交流電 流，達(dá)到APFC的目的和目標(biāo)。
本實(shí)用新型的控制電路和功率電路為密不可分的兩個組成部分，共同作用，完成單相有 源功率因數(shù)校正，不能簡單地單獨(dú)分析，從而構(gòu)成單相功率因數(shù)校正滯環(huán)電流控制器。工作 原理的實(shí)質(zhì)是控制電路1根據(jù)單相功率因數(shù)校正器的工作原理和實(shí)質(zhì)，首先確定輸出功率 大小和輸入電流的有效值，并通過計(jì)算得到輸入電流的有效值和瞬時(shí)值，并跟根據(jù)確定的滯 環(huán)寬度產(chǎn)生參考電流外限和內(nèi)限，通過RS觸發(fā)器控制功率開關(guān)的PWM脈沖信號，通過功率 電路獲得APFC校正的良好效果。所有的計(jì)算工作均由數(shù)字控制器完成，靈活性強(qiáng)，數(shù)字控 制器開銷的資源較少。雖然控制電路和功率電路為密不可分的兩個組成部分，但是控制電路 尤為重要，因此給出控制電路的元器件參數(shù)選擇依據(jù)。
本實(shí)施例中，上述器件中各電阻、運(yùn)放均要求具有高精度和滿幅能力；本實(shí)用新型一個 實(shí)施例的參數(shù)為期望輸出直流電壓350V，電阻R3取20ft，電阻R4取349kQ，電阻R5取 lkQ。電阻R6取349kD,電阻R7取lkQ。電阻R8取10kft，電阻R9取10kO。電阻R10取 10kQ，電阻Rll取lKi。電阻R12取10kQ，電阻R13取10kQ。電阻R14取lka電阻R15 取10kQ。電阻R16取lOkQ,電阻R17取lkQ。電容C4取lnF，電容C5取lnF，電容C6取lnF，電容C7取lnF。電阻RS1取15mQ，無感。電阻RS2取15mfl，無感。電感Ll取 5.0mH。運(yùn)放A1 A4均選擇較高精度和滿幅值輸出的放大器，控制器選擇16位MCU、 DSP 或ARM等。
本實(shí)用新型的電路設(shè)計(jì)根據(jù)功率因數(shù)校正器的工作原理和實(shí)質(zhì)，設(shè)計(jì)了單相功率因數(shù)校 正滯環(huán)電流控制器數(shù)字電路設(shè)計(jì)方案，具有結(jié)構(gòu)簡單、附加成本低、實(shí)現(xiàn)容易、通用性強(qiáng)等 優(yōu)點(diǎn)。另外，本實(shí)用新型采用輸出功率和輸入電壓檢測方式，具有連續(xù)電流模式、數(shù)字控制 手段、采用感量較大電感等特征。
這里本實(shí)用新型的描述和應(yīng)用是說吸性的，并非想將本實(shí)用新型的范圍限制在上述實(shí)施 例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實(shí) 施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本實(shí)用新 型的精神或本質(zhì)特征的情況下，本實(shí)用新型可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其 他元件、材料和部件來實(shí)現(xiàn)。在不脫離本實(shí)用新型范圍和精神的情況下，可以對這里所披露 的實(shí)施例進(jìn)行其他變形和改變。
權(quán)利要求1、一種單相功率因數(shù)校正滯環(huán)電流控制器，其特征在于該控制器包括控制電路及功率電路，控制電路與功率電路連接；所述控制電路包括檢測模塊，用以完成檢測正弦半波輸入電壓、分流電阻電壓、輸出電壓和輸出電流；數(shù)控模塊，用以對上述正弦半波輸入電壓、分流電阻電壓、輸出電壓和輸出電流進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；并計(jì)算出輸出功率，而后根據(jù)輸入電壓有效值計(jì)算輸入電流的給定，進(jìn)而根據(jù)滯環(huán)寬度確定給定電流的外限和內(nèi)限，電感的實(shí)際電流限制在外限和內(nèi)限之間；當(dāng)實(shí)際電流達(dá)到外限和內(nèi)限時(shí)，經(jīng)過一觸發(fā)器生成PWM脈沖信號；驅(qū)動模塊，用以根據(jù)所述觸發(fā)器產(chǎn)生PWM脈沖信號生成PWM驅(qū)動脈沖；所述功率電路用以接收單相交流輸入電壓和來自控制電路的PWM驅(qū)動脈沖，控制功率開關(guān)的開通與關(guān)斷，調(diào)節(jié)升壓電感的充電和放電，完成功率因數(shù)校正的設(shè)計(jì)功能。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的單相功率因數(shù)校正滯環(huán)電流控制器，其特征在于所述檢測模塊包 括若干運(yùn)放器，所述各運(yùn)放器的一入口與所述功率電路連接，所述各運(yùn)放器的一出口與數(shù) 控模塊連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的單相功率因數(shù)校正滯環(huán)電流控制器，其特征在于所述數(shù)控模塊包 括若干模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元、輸入電壓有效值計(jì)算單元、輸入電流有效值計(jì)算單元、輸出功 率計(jì)算單元、滯環(huán)寬度給定單元、外限計(jì)算單元、內(nèi)限計(jì)算單元、外限減法單元、內(nèi)限減 法單元、外限比較單元、內(nèi)限比較單元、RS觸發(fā)器和輸入電壓過零判斷單元；所述輸入電壓有效值計(jì)算單元、電壓過零判斷單元、輸出功率計(jì)算單元的出口與輸入 電流有效值計(jì)算單元的入口連接；所述輸入電流有效值計(jì)算單元、滯環(huán)寬度給定單元的出口分別與外限計(jì)算單元、內(nèi)限 計(jì)算單元的入口連接；所述外限計(jì)算單元的出口與外限減法單元的入口連接，所述內(nèi)限計(jì)算單元的出口與內(nèi) 限減法單元的入口連接；所述外限減法單元的出口與外限比較單元的入口連接，所述內(nèi)限減法單元的出口與內(nèi) 限比較單元的入口連接；所述外限比較單元、內(nèi)限比較單元的出口接入所述RS觸發(fā)器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的單相功率因數(shù)校正滯環(huán)電流控制器，其特征在于所述數(shù)控模塊包 括四個模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元ADC1、 ADC2、 ADC3、 ADC4;所述模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元ADC1的出口與所述輸入電壓有效值計(jì)算單元、輸入電壓過零判斷單元的入口連接；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元ADC2的出口與所述外限減法單元的同相入口、內(nèi)限減法單元 的反相入口連接；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元ADC3、 ADC4的出口與所述輸出功率計(jì)算單元的入口連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相功率因數(shù)校正滯環(huán)電流控制器，其特征在于所述驅(qū)動模塊為 一推挽驅(qū)動器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相功率因數(shù)校正滯環(huán)電流控制器，其特征在于所述功率電路包 括相交流電源VS、整流橋B、若干電阻、等效負(fù)載電阻RL、四電容C1、 C2、 C3、 C4、 電感L1、電解電容E1、快速恢復(fù)功率二極管FRD1、穩(wěn)壓二極管ZD1、功率開關(guān)S1;所 述電阻中包括分流電阻RS1、 RS2;所述整流橋B的兩個交流入口分別連接電容Cl的兩端，并與交流電源VS的兩端相連；所述整流橋B的直流正極與電感Ll的一端相連，電感L的另一端與快速恢復(fù)功率二 極管FRD1的陽極、電容C2的一端、功率開關(guān)S1的集電極共同相連；所述快速恢復(fù)功率二極管FRD1的陰極與電容C2的另一端相連后與電容C3的一端、 電解電容E1的正極、以及一等效負(fù)載電阻RL的一端相連；所述整流橋B的直流負(fù)極與一分流電阻RS1的一端相連，該分流電阻RS1的另一端 接地；整流橋B的直流負(fù)極通過一電阻與電容C4連接，電容C4的另一端接地；所述功率開關(guān)Sl的門極與穩(wěn)壓二極管ZD1的陰極相連后與控制電路中的PWM出口 相連，功率開關(guān)S1的發(fā)射極、穩(wěn)壓二極管ZD1的陽極分別接地；電容C3的另一端、電解電容E1的負(fù)極、分流電阻RS2的一端接地，分流電阻RS2 的另一端與所述等效負(fù)載電阻RL的另一端相連。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的單相功率因數(shù)校正滯環(huán)電流控制器，其特征在于所述檢測模塊包 括四個運(yùn)放器A1、 A2、 A3、 A4、電阻R6、 R7、 R8、 R9、 RIO、 Rll、 R12、 R13、 R14、 R15、 R16、 R17、電容C5、 C6、 C7，數(shù)控模塊包括若干模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元ADC1、 ADC2、 ADC3、 ADC4;所述整流橋B的直流正極、直流負(fù)極分別通過電阻R6、 R7與運(yùn)放器A1的同相入口 相連，運(yùn)放器Al的反相入口與其出口相連后與模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元ADC1的入口相連；電阻R8的一端與電阻R9的一端相連后與運(yùn)放器A2的反相入口相連，電阻R8的另 一端與功率電路中電阻R3、電容C4的公共端相連，電阻R9的另一端分別與運(yùn)放器A2的出口相連后與電阻Rll的一端相連；電阻R10的一端分別與運(yùn)放器A2的同相入口相連， 其另一端接地；電阻Rll的另一端與電容C5的一端相連后與模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元ADC2的 入口相連，電容C5的另一端接地；電阻R12的一端與電阻R13的一端相連后與運(yùn)放器A3的反相入口相連，電阻R12的 另一端接地，運(yùn)放器A3的同相入口與功率電路中分流電阻RS2、電阻R5公共端相連，電 阻R13的另一端分別與運(yùn)放器A3的出口相連后與電阻R14的一端相連電阻R14的一端 分別與電容C6的一端相連后與模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元B3的入口相連，電容C6的另一端接地；電阻R15的一端與電阻R16的一端相連后與運(yùn)放器A4的反相入口相連，電阻R15 的另一端接地，運(yùn)放器A4的同相入口與功率電路中電阻R4、電阻R5公共端相連，電阻 R16的另一端分別與運(yùn)放器A4的出口相連后與電阻R17的一端相連；電阻R17的一端分 別與電容C4的一端相連后與模數(shù)轉(zhuǎn)換濾波單元B4的入口相連，電容C7的另一端接地。
專利摘要本實(shí)用新型揭示一種單相功率因數(shù)校正滯環(huán)電流控制器，該控制器包括控制電路及功率電路，控制電路與功率電路連接；所述控制電路包括檢測模塊、數(shù)控模塊、驅(qū)動模塊；所述功率電路用以接收單相交流輸入電壓和來自控制電路的PWM驅(qū)動脈沖，控制功率開關(guān)的開通與關(guān)斷，調(diào)節(jié)升壓電感的充電和放電，完成功率因數(shù)校正的設(shè)計(jì)功能。本實(shí)用新型的電路設(shè)計(jì)根據(jù)功率因數(shù)校正器的工作原理和實(shí)質(zhì)，設(shè)計(jì)了單相功率因數(shù)校正滯環(huán)電流控制器數(shù)字電路設(shè)計(jì)方案，具有結(jié)構(gòu)簡單、附加成本低、實(shí)現(xiàn)容易、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02M1/42GK201312258SQ20082015435
公開日2009年9月16日 申請日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日
發(fā)明者楊喜軍, 管洪飛, 馬少才 申請人:上海儒競電子科技有限公司