專利名稱：一種具有有源功率因數校正的電源轉換器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電源轉換領域，尤其涉及一種具有有源功率因數校正的電 源轉換器。
背景技水
交流-直流(AC-DC)電源轉換器可以將便于傳輸的交流電轉換為直流電 提供給各種電器或負載，目前得到了廣泛的應用。在將交流電壓升壓成直流電 壓時一般采用倍壓整流電路，如圖1所示。
在圖l中，二極管D10和D20、電容器C10和C20組成了倍壓整流電路， 在交流電源電壓處于正半周時，交流電源Vi、 二極管DIO、電容器CIO、零電 壓開關ZS形成回路，對電容器C10進行充電，在交流電源電壓處于負半周時， 交流電源Vi、零電壓開關ZS、電容器C20、 二極管D20形成回路，對電容器 C20進行充電。電壓檢測電路10檢測負栽R0兩端的電壓，即輸出電壓Vo,當 電壓檢測電路IO檢測到輸出電壓Vo高于預定電壓時觸發(fā)零電壓開關ZS斷開 停止充電，而當交流電源電壓由為零時零電壓開關ZS再次4^通，繼續(xù)充電過 程，從而實現穩(wěn)定的直流電壓輸出。
但是，在這種交流整流濾波電路中，由于濾波電容器放電速度比較慢，在 電容器兩端會存在一個比較高的直流電壓，而且，交流輸入電壓是從零開始按 照正弦規(guī)j律變化，只有在交流電壓大于電容器兩端的電壓時才會有電流通過二 極管向電容器充電，這樣就會使輸入電流波形發(fā)生嚴重畸變，輸入電流成為脈 沖波而非正弦波，輸入端功率因數下降，降低電能的使用率，而且此脈沖波電 流中的大量諧波分量還會嚴重污染電網。

實用新型內容
本實用新型實施例的目的在于提供一種具有有源功率因數校正的電源轉換 器，旨在解決現有的升壓型交流-直流轉換器中輸入電流波形容易發(fā)生畸變， 功率因數低的問題。
本實用新型實施例是這樣實現的， 一種有源功率因數校正的電源轉換器， 包括交流電源第一輸入端口、交流電源第二輸入端口、負載、輸出電壓檢測模
塊，所述電源轉換器還包括
輸入信號檢測模塊，其輸入端與所述交流電源第一輸入端口連接，檢測輸 入的交流電源信號；
開關單元，其輸入端與所述輸入信號檢測模塊的輸出端和所述輸出電壓檢 測模塊的輸出端連接，根據所述輸入信號檢測模塊和所述輸出電壓檢測模塊的 輸出結果接通或關斷；
儲能元件，其第一端與所述交流電源第一輸入端口連接，第二端與所述開 關單元連接，在所述開關單元接通時儲存能量，在所述開關單元關斷時釋放能 量；以及
整流電路，連接所述儲能元件的第二端和所述交流電源第二輸入端口，在 所述儲能元件釋^t能量時將交流電壓轉換為直流電壓。
本實用新型與現有^J支術相比，有益效果在于采用儲能元件儲能的方式完 成了 AC-DC升壓轉換，及時控制儲能/釋能的時間而〗吏輸入電流與輸入電壓保 持同相位，且使輸入電流保持正弦波形，消除了輸入電流中的諧波分量，實現 了功率因數的校正，提高了電能的使用率。


圖1是現有技術提供的交流-直流升壓轉換器的電路示意圖； 圖2是本實用新型實施例提供的具有有源功率因數校正的交流-直流升壓 轉換器的電路示意圖3是圖2所示電路同時輸出正、負直流電壓時的示意圖； 圖4是圖2所示電路輸出正直流電壓時的示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結合附圖 及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體 實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
本實用新型實施例的AC-DC升壓轉換電路增加了輸入信號檢測模塊、開 關單元和電感L,通過控制電感L的電流使輸入電流與輸入電壓保持同相，且 使輸入電流按照正弦波變化，消除輸入電流中的諧波分量，實現了功率因數校 正
如圖2所示，AC-DC升壓轉換電路包括交流電源Vi、輸入信號檢測模塊 1、控制模塊2、功率開關器件Q1和Q2、電感L、 二極管D1和D2、電容器 Cl和C2以及負載RL和輸出電壓檢測模塊3，控制模塊2和功率開關器件Ql、 Q2組成了開關單元(圖2中虛線內部為開關單元)，二極管D1和D2、電容 器Cl和C2組成了整流電路。輸入信號檢測模塊1的輸入端接交流電源Vi的 第一端，輸出端連接到控制模塊2的輸入端，控制模塊2的輸入端還和輸出電 壓檢測模塊3的輸出端連接，而輸出電壓檢測模塊3的兩個輸入端分別接到負 載RL的兩端。作為本實用新型的一個示例，儲能元件為電感L,功率開關器 件Q1、Q2均為絕緣柵型場效應管，電感L第一端與交流電源Vi的第一端連接， 第二端同時連接有二極管D1正極和二極管D2負極，電容器C1、 C2的一端串 聯且串聯處連接至交流電源Vi的第二端，電容器C1另一端接二極管D1負極， 電容器C2另一端接二極管D2正極，電容器C1、 C2串聯后與負載RL并聯。 功率開關器件Ql的柵極與控制模塊2的第一輸出端連接，漏極與電感L的第 二端連接，源極則連接至交流電源Vi的第二端，功率開關器件Q2的柵極與控 制模塊2的第二輸出端連接，源極與電感L的第二端連接，漏極則連接至交流
電源Vi的第二端。
輸入信號檢測模塊1檢測交流輸入信號，將檢測結果輸出至控制模塊2， 此處也可以用具有檢測交流信號功能的電子器件來代替輸入信號檢測模塊1 ， 例如電流互感器(Current Transfer, CT)等?？刂颇K2根據輸入信號檢測模 塊l的檢測結果，當交流輸入電壓處于正半周時，控制功率開關器件Q1接通， 交流電源Vi、電感L、功率開關器件Q1形成回路，電感L開始存儲能量，當 控制模塊2控制功率開關器件Q1關斷時，交流電源Vi的電壓與電感L的感生 電動勢疊加，通過二極管D1對電容器C1進行充電；當交流輸入電壓處于負半 周時，控制模塊2控制功率開關器件Q2接通，交流電源Vi、功率開關器件Q2、 電感L形成回路，電感L開始存儲能量，當控制模塊2控制功率開關器件Q2 關斷時，交流電源Vi的電壓與電感L的感生電動勢疊加，二極管D2導通，對 電容器C2進行充電。
由于交流電源Vi的電壓按正弦規(guī)律變化，控制模塊2控制功率開關器件 Ql、 Q2接通/關斷的頻率遠遠高于交流電源Vi的電壓的變化頻率，在正半周或 負半周期間可實現多次電感儲能、對電容器進行充電的過程，而控制模塊2根 據輸入信號檢測模塊1或輸出電壓檢測模塊3的檢測結果，適時控制功率開關 器件Q1、 Q2的接通或關斷的時間，使通過電感L的電流及時跟隨輸入電壓的 變化而變化，從而輸入電流與輸入電壓保持同相位，輸入電流被調制為含有高 頻鋸齒波紋的正弦波形，在每個開關周期內取平均值，則可得到較光滑的近似 正弦波，功率因數接近l，這樣在AC-DC升壓轉換電路的輸入端實現了功率 因數的校正。同時輸出電壓檢測模塊3將檢測結果反饋給控制模塊2，通過控 制模塊2適時控制功率開關器件Ql、 Q2的接通或關斷的時間來控制電感L的 儲能，從而穩(wěn)定輸出電壓。
本實用新型實施例提供的AC - DC升壓轉換電路可以同時輸出正電壓和負
電壓，如圖3所示，當選擇b點作為零電壓參考點時，a、 b兩點之間的電壓為 正電壓，c、 b兩點之間的電壓為負電壓，因此，a、 b可以作為正直流電壓的
輸出端，C、b可以作為負直流電壓的輸出端。若需要給負載提供更高的正直
流電壓時，也可以考慮選擇c點作為零電壓參考點，如圖4所示，此時a、 c作 為正直流電壓的輸出端。
本實用新型實施例采用電感儲能的方式完成了 AC-DC升壓轉換，及時控 制電感儲能/釋能的時間而使輸入電流與輸入電壓保持同相位，且使輸入電流保 持正弦波形，消除了輸入電流中的諧波分量，實現了功率因數的校正，提高了 電能的使用率，而且由于電感的抗沖擊性強，也有助于保護電路中的相關器件。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型， 凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應 包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1、一種具有有源功率因數校正的電源轉換器，包括交流電源第一輸入端口、交流電源第二輸入端口、負載、輸出電壓檢測模塊，其特征在于，所述電源轉換器還包括輸入信號檢測模塊，其輸入端與所述交流電源第一輸入端口連接，檢測輸入的交流電源信號；開關單元，其輸入端與所述輸入信號檢測模塊的輸出端和所述輸出電壓檢測模塊的輸出端連接，根據所述輸入信號檢測模塊和所述輸出電壓檢測模塊的輸出結果接通或關斷；儲能元件，其第一端與所述交流電源第一輸入端口連接，第二端與所述開關單元連接，在所述開關單元接通時儲存能量，在所述開關單元關斷時釋放能量；以及整流電路，連接所述儲能元件的第二端和所述交流電源第二輸入端口，在所述儲能元件釋放能量時將交流電壓轉換為直流電壓。
2、 如權利要求1所述的電源轉換器，其特征在于，所述開關單元包括 控制模塊，其輸入端與所述輸入信號檢測模塊的輸出端和所述輸出電壓檢測模塊的輸出端連接，對輸入信號檢測模塊和輸出電壓檢測模塊的檢測結果進 行處理；第一功率開關器件，其輸入端與所述控制模塊的第一輸出端連接，輸出端 連接至所述儲能元件的第二端和所述交流電源第二輸入端口 ，控制所述儲能元 件的第二端和所述交流電源第二輸入端口的接通或關斷；以及第二功率開關器件，其輸入端與所述控制模塊的第二輸出端連接，輸出端 連接至所述儲能元件的第二端和所述交流電源第二輸入端口 ，控制所述儲能元 件的第二端和所述交流電源第二輸入端口的接通或關斷。
3、 如權利要求2所述的電源轉換器，其特征在于，所述第一功率開關器件 和第二功率開關器件為絕緣柵型場效應管，第一功率開關器件的柵極與所述控 制模塊的第一輸出端連接，漏極與所述儲能元件的第二端連接，源極則連接至所述交流電源第二輸入端口 ；第二功率開關器件的柵極與所述控制模塊的第二 輸出端連接，源極與所述儲能元件的第二端連接，漏極則連接至所述交流電源 第二輸入端口 。
4、 如權利要求1所述的電源轉換器，其特征在于，所述整流電路包括 第一二極管，其正極與所述儲能元件的第二端連4妄；第二二極管，其負極與所述儲能元件的第二端連接；第一電容器，其第一端連接所述第一二極管的負極；以及 第二電容器，其第一端同時與所述第一電容器的第二端和所述交流電源第 二輸入端口連接，其第二端則連接至所述第二二極管的正極。
5、 如權利要求l、 2、 3或4所述的電源轉換器，其特征在于，所述儲能元 件為電感。
6、 如權利要求4所述的電源轉換器，其特征在于，所述第一電容器和所述 第二電容器的串聯處接地。
7、 如權利要求4所述的電源轉換器，其特征在于，所述第二電容器與所述 第二二極管連接處接地。
專利摘要本實用新型適用于電源轉換領域，提供了一種具有有源功率因數校正的電源轉換器，包括交流電源第一輸入端口、交流電源第二輸入端口、負載、輸出電壓檢測模塊，還包括輸入信號檢測模塊，與交流電源第一輸入端口連接，檢測輸入的交流電源信號；開關單元，與輸入信號檢測模塊的輸出端和輸出電壓檢測模塊的輸出端連接，根據其輸出結果接通或關斷；儲能元件，連接交流電源第一輸入端口和開關單元，在開關單元接通或關斷時分別儲存能量或釋放能量；整流電路，連接儲能元件的第二端和交流電源第二輸入端口，完成電壓轉換。本實用新型通過控制儲能/釋能的時間而使輸入電流與輸入電壓保持同相位，且使輸入電流保持正弦波形，實現了功率因數的校正。
文檔編號H02M1/00GK201063536SQ20072012151
公開日2008年5月21日 申請日期2007年7月9日 優(yōu)先權日2007年7月9日
發(fā)明者肖衛(wèi)華 申請人:肖衛(wèi)華