Pfc的功率因數(shù)提升電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種PFC的功率因數(shù)提升電路，本發(fā)明電路包含控制電路及開關(guān)電路。通過對功率的檢測，在輕載條件下控制開關(guān)電路，減小整流后的電容容值，從而較大的改善了PFC電路校正波形的能力，提升了PFC電路在輕載時(shí)的PF值和降低了視在功率。
【專利說明】PFC的功率因數(shù)提升電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及開關(guān)電源領(lǐng)域，具體的說，涉及具有功率因數(shù)校正（PFC)的功率因數(shù) 提升電路。

【背景技術(shù)】
[0002] 工業(yè)與民用領(lǐng)域經(jīng)常需要把電網(wǎng)的交流電壓變成直流，甚至是隔離的直流電，而 完成這種轉(zhuǎn)換的工作通常由開關(guān)電源來實(shí)現(xiàn)，與電網(wǎng)相連的開關(guān)電源輸入電路通常由半波 或者全波電路及其后面的儲能電容組成，該電容器儲存足夠的能量保持其電壓接近于輸入 正弦波峰值電壓，直至下一個(gè)波峰電壓到來為其再次充電，通常這一過程相對整個(gè)正弦周 期很短，一般在正弦周期的10% -20%之間，這種情況下充電的電流脈沖必須有足夠的能 量以便維持兩次脈沖之間電容器上的電壓，其也就意味著脈沖電流為平均電流的5-10倍， 然而這種情況下電流不能有效跟隨正弦電壓的變化，會產(chǎn)生較大的失真，同時(shí)伴隨產(chǎn)生大 量的高次諧波。通常這種電源的功率因數(shù)在〇. 6左右，隨著輸入電壓的增加，功率因數(shù)將進(jìn) 一步的減小。
[0003] 隨著國家標(biāo)準(zhǔn)對用電電器功率因數(shù)的進(jìn)一步要求，目前，對消耗功率在75W以上 的開關(guān)電源都有功率因數(shù)的要求，即要求電路的工作電流波形和電壓波形基本相同。
[0004] 目前已有功率因數(shù)校正電路解決這一問題，功率因數(shù)校正電路簡稱為PFC電路， 是 Power Factor Correction 的縮寫。
[0005] 注：75W數(shù)據(jù)來源于中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB17625. 1-1998,名為《低壓電氣及電子設(shè)備發(fā) 出的諧波電流限值（設(shè)備每相輸入電流< 16A)》。
[0006] 傳統(tǒng)的BOOST功率因數(shù)校正器已經(jīng)良好地解決了這一問題，其工作原理可 以參見電子工業(yè)出版社的《開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)》第190頁、191頁，該書ISBN號 7-121-00211-6。精確地說，功率因數(shù)是指輸入有功功率和輸入視在功率的比值。傳統(tǒng)的功 率因數(shù)校正器也分為無源和有源兩種，無源功率因數(shù)校正電路因功率一般比較小，同時(shí)因 功率因數(shù)不高在中大功率的開關(guān)電源應(yīng)用不多，對于75W以上的開關(guān)電源采用有源功率因 數(shù)校正（APFC:Active Power Factor Correction)因其效果好，目前得到廣泛應(yīng)用。圖1是 傳統(tǒng)boost功率因數(shù)校正電路原理圖，已有眾多資料介紹其工作原理，這里不再進(jìn)行贅述。
[0007] 功率因數(shù)校正電路在滿載條件下一般都可將電流和電壓波形實(shí)現(xiàn)良好的跟隨，能 夠?qū)崿F(xiàn)很高的PF值（又稱為功率因數(shù)），然而在輸出負(fù)載比較輕的情況下其輸入濾波電容 相對較大，導(dǎo)致電流波形不能良好的跟隨電壓波形，對PF值有較大的影響，從而減少PF值。 圖2是圖1中傳統(tǒng)boost功率因數(shù)校正電路中電容C1兩端的電壓，是以一臺240W樣機(jī)在 24W負(fù)載，輸入230VAC為條件進(jìn)行的測試，從圖中可以看出此時(shí)正弦波形的波谷電壓有明 顯畸變，同時(shí)也存在較高的直流電壓分量，直流電壓約有100V，此時(shí)的PF值在0. 76左右，視 在功率達(dá)到38VA。
[0008] 對于一些特殊應(yīng)用的場合如電池或者電容充電電源，功率300W的FTU (饋線自動 化終端）在帶10W負(fù)載，對于視在功率有較高的要求，需低于20VA，如果在輕載下功率因數(shù) 不夠高可能導(dǎo)致視在功率超標(biāo)，同時(shí)輕載下功率因數(shù)不高也使得電能不能有效利用。
[0009] 綜上所述，現(xiàn)有boost功率因數(shù)校正電路在輕負(fù)載條件下工作有一定的不足，其 PF值相對滿載下降較大，進(jìn)一步導(dǎo)致產(chǎn)品視在功率增加，在某些對視在功率要求高的場合 下，現(xiàn)有電路將不能滿足要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種改善開關(guān)電源在負(fù)載較輕情況 下功率因數(shù)不高的問題，提升產(chǎn)品輕載的PF值和減小視在功率的功率因數(shù)提升電路。
[0011] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種PFC的功率因數(shù)提升電路，用于連接在整流電路和PFC 電路之間，包括第一電容，所述第一電容的正極連接整流電路的正極輸出端，所述第一電容 的負(fù)極連接整流電路的負(fù)極輸出端，還包括第二電容和第一開關(guān)，所述第二電容的正極連 接整流電路的正極輸出端，同時(shí)連接第一電容的正極，所述第二電容的負(fù)極連接第一開關(guān) 的一端，所述第一開關(guān)的另外一端連接整流電路的負(fù)極輸出端，同時(shí)連接第一電容的負(fù)極， 其中，在輕負(fù)載時(shí)，第一開關(guān)斷開，僅使第一電容參與PFC電路的工作，以通過第一電容的 電壓變化跟隨整流電路電壓的變化，并下調(diào)提升電路中電容可跟隨的最低電壓；在非輕負(fù) 載時(shí)，第一開關(guān)閉合，以使第一電容與第二電容并聯(lián)工作。
[0012] 優(yōu)選地，所述PFC的功率因數(shù)提升電路，還包括第一電阻，所述第一電阻的一端通 過第二電容與整流電路的正極輸出端連接，所述第一電阻的另一端通過第一開關(guān)與整流電 路的負(fù)極輸出端連接。
[0013] 本發(fā)明還提供一種PFC的功率因數(shù)提升電路，用于連接在整流電路和PFC電路之 間，包括第一電容，所述第一電容的正極連接整流電路的正極輸出端，還包括第二電容和第 一開關(guān)，所述第二電容的正極連接第一電容的負(fù)極，同時(shí)還連接第一開關(guān)的一端，所述第二 電容的負(fù)極連接整流電路的負(fù)極輸出端，同時(shí)還連接第一開關(guān)的另一端，其中，在輕負(fù)載 時(shí)，第一開關(guān)斷開，使第一電容與第二電容串聯(lián)工作，以通過第一電容和第二電容的電壓變 化跟隨整流電路電壓的變化，并下調(diào)提升電路中電容可跟隨的最低電壓；在非輕負(fù)載時(shí)，第 一開關(guān)閉合，僅使第一電容參與PFC電路的工作。
[0014] 優(yōu)選地，所述PFC的功率因數(shù)提升電路，還包括第一電阻，所述第一電阻的一端通 過第一電容與整流電路的正極輸出端連接，所述第一電阻的另一端通過第一開關(guān)與整流電 路的負(fù)極輸出端連接。
[0015] 本發(fā)明通過對功率的檢測，在輕載條件下控制開關(guān)電路，減小整流后的電容容值， 從而較大的改善了 PFC電路校正波形的能力，提升了 PFC電路在輕載時(shí)的PF值和降低了視 在功率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為現(xiàn)有boost電路PFC電路原理圖；
[0017] 圖2為現(xiàn)有boost電路PFC電路在輕載時(shí)濾波電容C1的電壓波形圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例的PFC的功率因數(shù)提升電路的電路原理圖；
[0019] 圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例的PFC的功率因數(shù)提升電路在輕載時(shí)濾波電容C1的電 壓波形圖；
[0020] 圖5為本發(fā)明第二實(shí)施例的PFC的功率因數(shù)提升電路的電路原理圖；
[0021] 圖6為本發(fā)明第三實(shí)施例的PFC的功率因數(shù)提升電路的電路原理圖；
[0022] 圖7為本發(fā)明第四實(shí)施例的PFC的功率因數(shù)提升電路的電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 第一實(shí)施例
[0024] 圖3示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的PFC的功率因數(shù)提升電路的電路原理圖，一種PFC 的功率因數(shù)提升電路201，連接于交流輸入的整流電路101和PFC功率電路301之間。
[0025] 提升電路201包括，第一電容，第一電容的正極連接整流電路的正極輸出端，第一 電容的負(fù)極連接整流電路的負(fù)極輸出端；第二電容和第一開關(guān)，第二電容的正極連接整流 電路的正極輸出端，同時(shí)連接第一電容的正極，第二電容的負(fù)極連接第一開關(guān)的一端，第一 開關(guān)的另一端連接整流電路的負(fù)極輸出端，同時(shí)連接第二電容的負(fù)極。
[0026] 為了方便，以下第一電容C1簡稱為電容C1，其它相同，如第二電容C2簡稱為電容 C2.
[0027] PFC的功率因數(shù)提升電路201的工作原理如下：
[0028] 電路首次通電后，輸入交流電經(jīng)過整流電路101后給電容C1充電（電容C2是否 參與工作由開關(guān)S1決定），同時(shí)也給后級PFC電路提供能量，電路滿足正常工作條件后PFC 功率電路301開始正常工作，PFC功率電路301中開關(guān)管Q進(jìn)行開關(guān)，電容C1和電容C2 (假 定開關(guān)S1導(dǎo)通）上面的電壓跟隨輸入交流電壓的變化而變化。PFC功率電路301內(nèi)的控制 電路（也可由外部器件組合）計(jì)算輸出功率，如果輸出功率大于設(shè)定的值，則將開關(guān)S1閉 合，電容C2被開關(guān)S1連接至電路中（因短路時(shí)通過電容C2的能量很小，短路時(shí)的能量對 開關(guān)S1基本上不產(chǎn)生不良影響），此時(shí)由電容C1和電容C2參與PFC功率電路的工作，也 就是目前現(xiàn)有常見的工作方式，這種工作方式下，電容C1和電容C2并聯(lián)，相當(dāng)于一只電容； 如果輸出功率小于設(shè)定的值，如為滿負(fù)載的20%以下，則將開關(guān)S1斷開，電容C2不參與工 作，因此電路中只有電容C1參與PFC電路301的工作，而電容C1容值是根據(jù)所需要的負(fù)載 進(jìn)行設(shè)計(jì)，要比滿負(fù)載工作時(shí)C1和C2并聯(lián)的容值小，這樣在較小負(fù)載時(shí)PFC功率級的電流 變化可以使得電容C1的電壓變化跟隨整流電路電壓的變化，從而也使得控制器模擬產(chǎn)生 的電流波形跟隨輸入電壓的波形變化，并下調(diào)了提升電路201中電容可跟隨的最低電壓， 因而有效地改善了相關(guān)的波形，較大程度地提升了開關(guān)電源在輕載時(shí)的PF值，也就是說減 少了視在功率。
[0029] 現(xiàn)以一臺240W的AC-DC產(chǎn)品為例，通過對電路調(diào)整后來測試相關(guān)的數(shù)據(jù)，說明其 效果：
[0030] 樣機(jī)一：采用圖1所示電路，整流橋101為BU1006-E3,電容C1為2. 2uF/400V，二 極管 D 為 VS-ETH0806-M3,電容 C3 為 220uF/450V, Controller 為 TEA1716,電感 L 采用標(biāo)準(zhǔn) PQ3230磁芯，利茲線?0. lmm*90股51圈，感量270uH。
[0031] 樣機(jī)二：整流后采用本發(fā)明電路，見圖3中提升電路201，整流橋101及PFC功 率級301中參數(shù)同樣機(jī)一，電容C1為2. 0uF/400V，C2為0. 22uF/400V，開關(guān)管S1型號為 3丁卩10疆602--，通過控制電路與外部組合電路使開關(guān)51在25%負(fù)載以下時(shí)開通，大于25% 時(shí)關(guān)斷。
[0032] 測試所用的功率計(jì)為WT210,其它在相同條件下進(jìn)行測試：
[0033] 表1原電路方案及增加提升功率因數(shù)電路后的PF值和VA值對比表
[0034]

【權(quán)利要求】
1. 一種PFC的功率因數(shù)提升電路，用于連接在整流電路和PFC電路之間，包括 第一電容，所述第一電容的正極連接整流電路的正極輸出端，所述第一電容的負(fù)極連 接整流電路的負(fù)極輸出端，其特征是： 還包括第二電容和第一開關(guān)，所述第二電容的正極連接整流電路的正極輸出端，同時(shí) 連接第一電容的正極，所述第二電容的負(fù)極連接第一開關(guān)的一端，所述第一開關(guān)的另外一 端連接整流電路的負(fù)極輸出端，同時(shí)連接第一電容的負(fù)極，其中，在輕負(fù)載時(shí)，第一開關(guān)斷 開，僅使第一電容參與PFC電路的工作，以通過第一電容的電壓變化跟隨整流電路電壓的 變化，并下調(diào)提升電路中電容可跟隨的最低電壓；在非輕負(fù)載時(shí)，第一開關(guān)閉合，以使第一 電容與第二電容并聯(lián)工作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的PFC的功率因數(shù)提升電路，其特征是：還包括第一電阻，所 述第一電阻的一端通過第二電容與整流電路的正極輸出端連接，所述第一電阻的另一端通 過第一開關(guān)與整流電路的負(fù)極輸出端連接。
3. -種PFC的功率因數(shù)提升電路，用于連接在整流電路和PFC電路之間，包括第一電 容，所述第一電容的正極連接整流電路的正極輸出端，其特征是： 還包括第二電容和第一開關(guān)，所述第二電容的正極連接第一電容的負(fù)極，同時(shí)還連接 第一開關(guān)的一端，所述第二電容的負(fù)極連接整流電路的負(fù)極輸出端，同時(shí)還連接第一開關(guān) 的另一端，其中，在輕負(fù)載時(shí)，第一開關(guān)斷開，使第一電容與第二電容串聯(lián)工作，以通過第一 電容和第二電容的電壓變化跟隨整流電路電壓的變化，并下調(diào)提升電路中電容可跟隨的最 低電壓；在非輕負(fù)載時(shí)，第一開關(guān)閉合，僅使第一電容參與PFC電路的工作。
4. 根據(jù)權(quán)利要求書3所述的PFC的功率因數(shù)提升電路，其特征是：還包括第一電阻，所 述第一電阻的一端通過第一電容與整流電路的正極輸出端連接，所述第一電阻的另一端通 過第一開關(guān)與整流電路的負(fù)極輸出端連接。
【文檔編號】H02M1/42GK104506033SQ201410827160
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月26日
【發(fā)明者】宋建峰, 劉勇剛, 鄭凌霄 申請人:廣州金升陽科技有限公司