空調(diào)控制器及其電源變換電路和功率因數(shù)校正電路的制作方法
【專利摘要】一種功率因數(shù)校正電路，其包括一個電感、一個續(xù)流二極管、至少兩個開關(guān)管以及一個電容器，其中所述至少兩個開關(guān)管共同連接于電感與續(xù)流二極管的連接節(jié)點，所述開關(guān)管導(dǎo)通時與所述電感組成回路，所述開關(guān)管截止時，所述電感通過所述續(xù)流二極管及電容器放電，所述至少兩個開關(guān)管由控制電路控制輪流或交替導(dǎo)通。本實用新型的功率因數(shù)校正電路，多個開關(guān)管輪流或交替導(dǎo)通，導(dǎo)通占空比小，所以導(dǎo)通損耗小，在額定工作頻率下期間的耗散功率能夠滿足脈沖大電流工作。由于多個開關(guān)管的開關(guān)脈沖頻率是單個開關(guān)管的多倍，電感可以工作在高頻狀態(tài)，電感的鐵心尺寸和繞組匝數(shù)可以大幅降低，可以減小高頻電感的尺寸和重量，或大幅增大承受的電流和功率。
【專利說明】空調(diào)控制器及其電源變換電路和功率因數(shù)校正電路
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本實用新型屬于電源變換領(lǐng)域，特別是關(guān)于交流轉(zhuǎn)直流電源變換中一種功率因數(shù)校正電路的改進。
【【背景技術(shù)】】
[0002]現(xiàn)有的用電器具通常是采用市電的交流電經(jīng)過整流之后形成的直流電作為DC電源該DC電源通常是在整流后用一個大容量的濾波電容將脈動的直流電濾為較平滑的直流電，這就造成了交流電在對該電容充電時，只有在交流電的正負峰值區(qū)域才有脈沖狀電流，其他區(qū)域因輸入交流電電壓低于電容器上電壓，整流橋處于反向截止狀態(tài)，此時段沒有輸入電流。這種嚴重失真的脈沖型電流波形含有大量的諧波成份，引起線路功率因數(shù)嚴重下降。為改善電路傳輸?shù)男?，必須迫使交流線路電流追蹤電壓波形瞬時變化軌跡，并使電流和電壓保持同相位，使系統(tǒng)呈純電阻性，這樣的技術(shù)稱之為功率因數(shù)校正。
[0003]現(xiàn)有的功率因數(shù)校正電路分為無源功率因數(shù)校正電路和有源功率因數(shù)校正電路，有源功率因數(shù)校正電路是采用有源元件主動調(diào)整改善輸入功率因數(shù)，其改善效果更好。
[0004]現(xiàn)有的一種有源功率因數(shù)校正電路，其包括整流橋、電感、開關(guān)管以及續(xù)流二極管，其利用開關(guān)管的導(dǎo)通或截止狀態(tài)使電感電流呈斜坡線升降，從而使電感電流的絕對值在每一個周期內(nèi)的最高點追隨輸入電壓的絕對值，實現(xiàn)功率因數(shù)校正。但這種功率因數(shù)校正電路是單個電感與單個開關(guān)管組成的功率因數(shù)校正電路，這種功率因數(shù)校正電路，因為單個開關(guān)管的散熱能力或電流限制，僅適用功率較小的場合。
[0005]現(xiàn)有的另一種有源功率因數(shù)校正電路，其校正電路包括兩個電感、兩個開關(guān)管以及兩個續(xù)流二極管，其同樣是利用開關(guān)管的導(dǎo)通或截止狀態(tài)使電感呈斜坡線升降，從而使電感電流的絕對值在每一個周期內(nèi)的最高點追隨輸入電壓的絕對值，實現(xiàn)功率因數(shù)校正，不過這種功率因數(shù)校正電路是兩個電感與兩個開關(guān)管，其中每一個電感與一個開關(guān)管組成一個回路，由控制電路控制兩個開關(guān)管彼此輪流或交替導(dǎo)通，其采用兩個電感，而且每個電感還是與一個開關(guān)管組成一個回路，受開關(guān)管的限制，其工作頻率不能很高，因為電感的工作頻率不能很高，同樣的功率其必須要有較大的電感量和體積，所以這種功率因數(shù)校正電路不僅電感數(shù)量多，而且電感的體積也比較大，對于電路板的安裝會帶來困難，而且材料成本、重量都會提聞。
[0006]現(xiàn)有的再一種有源功率因數(shù)校正電路，其校正電路包括一個電感、兩個開關(guān)管以及兩個并聯(lián)的續(xù)流二極管，其中兩個開關(guān)管是同時導(dǎo)通或截止，來分流電感產(chǎn)生的電流。但這種功率因數(shù)校正電路，雖然是只有一個電感和多個開關(guān)管，但多個開關(guān)管是同時導(dǎo)通或截止，這樣雖然能夠分擔電感的電流，但因為多個開關(guān)管是同時導(dǎo)通或截止，因為每個開關(guān)管的控制電路是不同的，要保證多個開關(guān)管同時導(dǎo)通或截止比較困難，而一旦多個開關(guān)管導(dǎo)通或截止出現(xiàn)不同步的情況，例如出現(xiàn)一個導(dǎo)通快，一個導(dǎo)通慢的情況時，則流過兩個開關(guān)管的電流勢必會一個大一個小，會出現(xiàn)器件發(fā)熱的情況，再者，因為多個開關(guān)管是同時導(dǎo)通或截止的，其導(dǎo)通截止的頻率與一個開關(guān)管的導(dǎo)通截止頻率是相當?shù)?，受單個開關(guān)管的限制，電感的工作頻率也不會太高，因此其單個電感的體積還是比較大，還是會導(dǎo)致安裝困難以及成本和重量較大的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型的目的在于提供一種功率因數(shù)校正電路，其能夠承受較大功率，而且電路體積小，成本低。
[0008]本實用新型的另一目的在于提供一種電源變換電路，其功率因數(shù)校正電路能夠承受較大功率，而且電路體積小，成本低。
[0009]本實用新型的再一目的在于提供一種空調(diào)控制器，其采用前述功率因數(shù)校正電路。
[0010]為達成前述目的，本實用新型一種功率因數(shù)校正電路，其包括一個電感、一個續(xù)流二極管、至少兩個開關(guān)管以及至少一個電容器，所述至少兩個開關(guān)管共同連接于所述電感與所述續(xù)流二極管的連接節(jié)點，所述開關(guān)管導(dǎo)通時與所述電感組成回路，對電感儲能，所述開關(guān)管截止時，所述電感通過所述續(xù)流二極管及所述電容器放電，所述至少兩個開關(guān)管由控制電路控制輪流或交替導(dǎo)通，由所述至少兩個開關(guān)管的導(dǎo)通或截止控制電感與續(xù)流二極管的連接節(jié)點的電壓。
[0011]根據(jù)本實用新型的一個實施例，述至少兩個開關(guān)管由驅(qū)動控制電路控制輪流或交替導(dǎo)通，具體為，當一個開關(guān)管導(dǎo)通時，其他開關(guān)管截止，每個開關(guān)管導(dǎo)通時，只有一個開關(guān)管與所述電感或所述續(xù)流二極管組成回路。
[0012]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述驅(qū)動控制電路能夠依據(jù)電路情況設(shè)定交替導(dǎo)通的開關(guān)管的數(shù)量，一部分開關(guān)管輪流或交替導(dǎo)通，其余開關(guān)管一直處于截止狀態(tài)。
[0013]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述電感的一端與欲校正電路的電源正端連接，所述電感的另一端與續(xù)流二極管的正端連接；所述續(xù)流二極管的負端與所述電容器的正端連接；所述開關(guān)管的集電極連接于所述電感與續(xù)流二極管的正端連接的節(jié)點，所述開關(guān)管的發(fā)射極與所述電容器的負端及欲校正電路的電源負端相連接，所述開關(guān)管的基極由控制電路控制，以控制所述開關(guān)管的導(dǎo)通和截止。
[0014]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述開關(guān)管的集電極與欲校正電路的電源正端連接，所述開關(guān)管的發(fā)射極與電感的一端及續(xù)流二極管的負極連接，所述開關(guān)管的基極由控制電路控制，以控制所述開關(guān)管的導(dǎo)通和截止；所述電感的另一端與電容器的正端連接；所述續(xù)流二極管的正端與電容器的負端共同連接于欲校正電路的電源負端。
[0015]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述功率因數(shù)校正電路開關(guān)管采用的是IGBT晶體管、MOSFET晶體管或BJT晶體管。
[0016]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述功率因數(shù)校正電路開關(guān)管的控制電路，其控制信號由功率因數(shù)校正電路所校正的電路中的輸入端電壓采樣信號、輸出端電壓采樣信號、電流采樣信號經(jīng)過中央處理器邏輯運算之后輸出。
[0017]根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述功率因數(shù)校正電路開關(guān)管的控制電路包括電壓比較器、乘法器、電流比較器、振蕩器、欠壓鎖定器、觸發(fā)器脈沖分配器及或非門電路；電壓比較器接收功率因數(shù)校正電路所校正的電路中的輸出電壓采樣信號與一個參考電壓比較，電壓比較器輸出的信號與功率因數(shù)校正電路所校正的電路中的輸入電壓采樣信號經(jīng)過乘法器運算之后輸出的信號輸入電流比較器的一個輸入端，功率因數(shù)校正電路所校正的電路中的電流采樣信號輸入電流比較器的另一輸入端，經(jīng)過電流比較器比較之后輸出信號給觸發(fā)器，觸發(fā)器產(chǎn)生控制信號；振蕩器給各單元提供振蕩信號，一方面將觸發(fā)器復(fù)位，另一方面將輸出端的或非門鎖住，再一方面就是作為脈沖分配器的時鐘信號；脈沖分配器接受振蕩器的脈沖按序分配控制信號給各個不同的開關(guān)管；欠壓鎖定器在外部電源低于預(yù)定值時會關(guān)閉內(nèi)部的振蕩器、乘法器等的電源，以確保驅(qū)動電路可靠關(guān)閉鎖定；其中觸發(fā)器產(chǎn)生的信號、脈沖分配器的輸出信號、振蕩器輸出的信號以及欠壓鎖定器輸出的信號分別經(jīng)過所述或非門輸出作為每個開關(guān)管的控制信號。
[0018]為達成前述另一目的，本實用新型一種交流轉(zhuǎn)直流電源變換電路，其包括整流電路、功率因數(shù)校正電路，其中整流電路將交流電整流成直流脈動電，所述功率因數(shù)校正電路用于校正經(jīng)整流電路整流后的直流電的功率因數(shù)；所述功率因數(shù)校正電路采用前述任一種功率因數(shù)校正電路，由所述至少兩個開關(guān)管的導(dǎo)通或截止控制電感、續(xù)流二極管與電容器連接節(jié)點的直流電壓來校正整流后的電源輸出。
[0019]為達成前述再一目的，本實用新型一種空調(diào)控制器，其包括濾波電路、整流電路、功率因素校正電路、功率因素校正驅(qū)動控制電路、開關(guān)電源、驅(qū)動控制芯片、變頻空調(diào)控制芯片以及IPM驅(qū)動電路；輸入電源經(jīng)過濾波電路進行濾波，然后經(jīng)過整流電路進行整流變成脈動的直流電，經(jīng)過整流后的脈動直流電經(jīng)過功率因數(shù)校正電路校正之后成為平穩(wěn)的直流電源并供給IPM驅(qū)動電路進行電機驅(qū)動，同時供電給開關(guān)電源，該開關(guān)電源可以供給驅(qū)動控制芯片、變頻空調(diào)控制芯片以及IPM驅(qū)動電路；變頻空調(diào)控制芯片根據(jù)遙控器的輸入信號以及傳感器采集的信號輸出控制信號，控制室內(nèi)機、風機、電子膨脹閥的步進電機或者輸出顯示信息，或者控制IPM驅(qū)動電路(智能功率模塊)驅(qū)動壓縮機的電機；其中所述功率因數(shù)校正電路采用前述的任一種功率因數(shù)校正電路。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的功率因數(shù)校正電路，其電感與續(xù)流二極管之間共同連接多個開關(guān)管，通過控制電路控制多個開關(guān)管輪流或交替導(dǎo)通，來調(diào)整流過電感的電流，由于是多個開關(guān)管共同連接于電感與續(xù)流二極管之間，而且多個開關(guān)管是輪流或交替導(dǎo)通，單管的占空比小，所以其導(dǎo)通損耗也較小，在額定工作頻率下器件的耗散功率能夠滿足脈沖大電流工作。由于開關(guān)管Ql、Q2、Q3……Qn集電極合成的開關(guān)脈沖頻率是單個開關(guān)管的η倍，所以，高頻電感L實際工作的頻率為η倍單管Q的開關(guān)頻率；高頻電感L是有源功率因數(shù)校正電路中最重最大的器件，其尺寸重量與電感量成正比，與流過電流的平方成正比；由工作原理，高頻電感L的電感量與工作頻率正反比，隨著電感工作頻率的成倍提高，鐵芯尺寸和繞組匝數(shù)也可以大幅降低，從而可以大幅減小了高頻電感的尺寸和重量，或大幅增大承受的電流和功率。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0021]圖1是本實用新型的一個實施例的功率因數(shù)校正電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是本實用新型的另一個實施例的功率因數(shù)校正電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3是本實用新型的采用圖1所示的功率因數(shù)校正電路的電源變換電路的示意圖。
[0024]圖4是本實用新型的一個實施例的功率因數(shù)校正電路的開關(guān)管驅(qū)動控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖5是圖4所示的本實用新型的功率因數(shù)校正電路的開關(guān)管驅(qū)動控制電路的驅(qū)動電路部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖6是本實用新型的功率因數(shù)校正電路的開關(guān)管驅(qū)動控制電路的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖7是本實用新型的功率因數(shù)校正電路的各開關(guān)管的驅(qū)動脈沖時序圖。
[0028]圖8是本實用新型的功率因數(shù)校正電路校正后電路電壓電流波形的示意圖。
[0029]圖9是本實用新型的變頻空調(diào)控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【【具體實施方式】】
[0030]下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施例進行說明。
[0031]請參閱圖1所示，其顯示本實用新型的功率因數(shù)校正電路的一個實施例的示意圖，其中該功率因數(shù)校正電路包括一個電感L、一個續(xù)流二極管Dl、多個開關(guān)管Ql、Q2……Qn以及一個電容器C。其中電感L的一端與電源輸入端的正極Vin+連接，電感L的另一端與續(xù)流二極管Dl的正極連接，續(xù)流二極管Dl的負極與電容器C的正端以及電源輸出端的正極Vout+連接，多個開關(guān)管的集電極共同連接于電感L與續(xù)流二極管Dl正極連接的節(jié)點，多個開關(guān)管的發(fā)射極與電容器C的負端以及電源的輸出端的負極Vout-連接，各個開關(guān)管Q1、Q2……Qn的基極分別由驅(qū)動控制電路驅(qū)動，控制該多個開關(guān)管Q1、Q2……Qn按順序輪流導(dǎo)通或交替導(dǎo)通。在開關(guān)管Ql、Q2……Qn導(dǎo)通時，續(xù)流二極管Dl截止，開關(guān)管Q1、Q2……Qn與電感L組成回路，電感L儲能，在開關(guān)管Ql、Q2……Qn截止時，續(xù)流二極管Dl導(dǎo)通，電感L通過續(xù)流二極管Dl以及電容器C放電輸出電源。
[0032]圖2是本實用新型的功率因數(shù)校正電路的另一個具體實施例，在前述圖1所示的實施例中，功率因數(shù)校正電路在開關(guān)管截止時電感L與電源共同通過續(xù)流二極管Dl輸出電源，所以電壓增加，這種連接方式的功率因數(shù)校正電路稱之為升壓式功率因數(shù)校正電路。在圖2所示的功率因數(shù)權(quán)正電路中該功率因數(shù)校正電路的多個開關(guān)管Ql、Q2……Qn的集電極連接于電源的正極Vin+、功率因數(shù)校正電路的開關(guān)管Q1、Q2……Qn的發(fā)射極共同連接于電感L與續(xù)流二極管Dl負極的連接節(jié)點，電感L的另一端連接電容器C的正端以及電源輸出端的正極Vout+，續(xù)流二極管Dl的正極連接于電容器C的負端以及電源輸出端的負極Vout-，各個開關(guān)管Ql、Q2……Qn的基極分別由驅(qū)動控制電路驅(qū)動，控制該多個開關(guān)管Q1、Q2……Qn按順序輪流導(dǎo)通或者是交替導(dǎo)通，在開關(guān)管Q1、Q2……Qn導(dǎo)通時，續(xù)流二極管Dl截止，開關(guān)管Q1、Q2……Qn與電感L組成回路輸出電源，在開關(guān)管Q1、Q2……Qn截止時，續(xù)流二極管Dl導(dǎo)通，電感L通過續(xù)流二極管Dl放電輸出電源。因為在開關(guān)管截止時，只通過電感放電輸出電源，所以電壓比電源低，稱為降壓型功率因數(shù)校正電路。
[0033]需要說明的是，本實用新型的多個開關(guān)管輪流導(dǎo)通，可以是Q1、Q2……Qn按順序輪流導(dǎo)通，也可以是Q1、Q3、Q5、Q2、Q4、Q6……Qn的交替導(dǎo)通，當一個開關(guān)管導(dǎo)通時，其他開關(guān)管截止，每個開關(guān)管導(dǎo)通時，只有一個開關(guān)管與所述電感或所述續(xù)流二極管組成回路。此處僅僅是舉例說明，并非限定本實用新型必須是按開關(guān)管的排列順序依次導(dǎo)通。本實用新型的多個開關(guān)管也可以依據(jù)實際情況，例如電路功率的大小，來確定實際工作的開關(guān)管的數(shù)量，例如，當電路功率較小時，可以只設(shè)2個開關(guān)管交替導(dǎo)通，當電路功率較大時，可以設(shè)3個開關(guān)管交替導(dǎo)通，當電路功率非常大時，4個開關(guān)管交替導(dǎo)通等等。這可以在設(shè)計時確定功率開關(guān)器件數(shù)量，同時調(diào)整控制電路中的脈沖分配器T的循環(huán)輸出數(shù)量。另外，在其他的實施例中，本實用新型的開關(guān)管也可以是例如預(yù)設(shè)有4個開關(guān)管，當電路功率較小時，可以只有2個開關(guān)管交替導(dǎo)通，其他2個開關(guān)管一直處于截止狀態(tài)，當電路功率較大時，可以設(shè)3個開關(guān)管交替導(dǎo)通，I個開關(guān)管一直處于截止狀態(tài)，當電路功率非常大時，4個開關(guān)管交替導(dǎo)通等等。
[0034]以上僅僅是本實用新型的功率因數(shù)校正回路的兩個具體實施例，在其他實施例中本實用新型的功率因數(shù)校正電路也可以為升降壓型功率因數(shù)校正電路、正激型功率因數(shù)校正電路、反激型功率因數(shù)校正電路等等，在這些功率因數(shù)校正電路中均可以采用前述實例中所述的，采用單個電感與多個開關(guān)管同時連接的方式，由控制電路控制多個開關(guān)管輪流或交替導(dǎo)通的技術(shù)方案，此處不再一一舉例詳細說明。
[0035]在前述實施例中，所述開關(guān)管Ql、Q2……Qn可以是絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)或雙極結(jié)型晶體管(BJT)，較佳的是采用絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。
[0036]下面以本實用新型的功率因數(shù)校正電路為升壓型功率因數(shù)校正電路，所用的晶體管為IGBT晶體管為例對本實用新型的功率因數(shù)校正電路的一個實施例的工作過程進行說明。
[0037]如圖3所示，其顯示本實用新型的一個電源變換電路的結(jié)構(gòu)示意圖，其中該電源變換電路采用圖1所示的本實用新型的升壓型功率因數(shù)校正電路對經(jīng)過整流橋整流之后的輸出電源進行功率因數(shù)校正。如圖3所示，交流電源經(jīng)過整流橋整流之后形成半周正弦律的脈動直流電，其中整流橋的正端與負端之間連接有一個濾波電容Cl，濾波電容濾去脈動直流電中的高頻尖峰電壓。
[0038]整流橋的正輸出端與功率因數(shù)校正電路的電感L的一端連接，電感L的另一端與續(xù)流二極管Dl的正極相連，多個開關(guān)管Ql、Q2……Qn的集電極共同連接于電感L與續(xù)流二極管Dl的連接節(jié)點，多個開關(guān)管Ql、Q2……Qn的發(fā)射極共同連接于一個共同節(jié)點B，該節(jié)點B與輸出電源的負極之間連接一個采樣電阻Rl，其中該節(jié)點B的即時電流采樣信號Is被送至開關(guān)管Ql、Q2……Qn的驅(qū)動控制電路作為控制開關(guān)管Ql、Q2……Qn導(dǎo)通的一個參考信號。
[0039]續(xù)流二極管Dl的負極與電容器Cl、電解電容El的正端和電壓采樣電阻R2的一端連接，共同連接于輸出電源的正極端DC+，其中電容器Cl是高頻電容器，電解電容El是低頻大容量電容器。整流橋BI的負端與電容器C1、C2、電流采樣電阻R1、電壓采樣電阻R3和電解電容El的負端相連接，共同連接于輸出電源的負極端DC-，該電源的負極端DC-作為驅(qū)動控制電路的COM端輸入信號。
[0040]電壓采樣電阻R2的另一端和電阻R3的另一端連接，其中輸出電源正極端DC+和輸出電源負極端DC-之間串聯(lián)的電壓采樣電阻R2和R3對輸出電壓形成分壓，電阻R2和R3相連接的節(jié)點作為電壓采樣節(jié)點，該節(jié)點的電壓信號為輸出電壓采樣信號Vdc，其被送至開關(guān)管Q1、Q2……Qn的驅(qū)動控制電路作為控制開關(guān)管Q1、Q2……Qn導(dǎo)通的一個參考信號。
[0041]在電容Cl的正端連接有一個電壓米樣電阻R4,電阻R4的電壓信號作為輸入電壓采樣信號Vac，其被送至開關(guān)管Ql、Q2……Qn的驅(qū)動控制電路作為控制開關(guān)管Ql、Q2……Qn導(dǎo)通的一個參考信號。
[0042]請參閱圖4所示，其顯示本實用新型的功率因數(shù)校正電路的開關(guān)管驅(qū)動控制電路的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，本實用新型的功率因數(shù)校正電路的驅(qū)動控制電路包括一個中央處理器(MCU)，其中前述電阻Rl上采樣的采樣電流信號Is輸入MCU的A2引腳，前述電阻R2、R3上采樣的輸出電壓采樣信號Vdc輸入MCU的A3引腳，前述電阻R4上米樣的輸入電壓米樣信號Vac輸入MCU的Al引腳，電源的負極端DC-輸入MCU的COM端引腳，在MCU內(nèi)部經(jīng)過邏輯運算，通過MCU的輸出端口 P1、P2……Pn分別輸出對應(yīng)控制開關(guān)管Ql、Q2……Qn的控制信號給開關(guān)管Ql，Q2……Qn的驅(qū)動電路Dl、D2……Dn0其中MCU內(nèi)部的邏輯運算主要是依據(jù)輸出采樣電壓信號Vdc以及輸入采樣電壓信號Vac和電流采樣信號Is進行運算，使得電路的電流信號盡量與電壓信號保持同相位并減少諧波，關(guān)于MCU內(nèi)部的具體算法本實用新型不再詳細說明。
[0043]請參閱圖5所示，其顯示本實用新型圖4所示的開關(guān)管Q1、Q2……Qn驅(qū)動電路的一個實施例的具體結(jié)構(gòu)。如圖5所示，當MCU輸出的開關(guān)管的控制信號Pn為高電平時NPN型開關(guān)管NA導(dǎo)通，使得PNP型開關(guān)管PA的基極電壓變?yōu)榈碗娖?，開關(guān)管PA導(dǎo)通，則NPN型開關(guān)管NB的基極電壓變成高電平，開關(guān)管NB導(dǎo)通輸出高電平控制開關(guān)管Qn導(dǎo)通。當MCU輸出的開關(guān)管的控制信號Pn為低電平時NPN型開關(guān)管NA截止，PNP型開關(guān)管PA的基極電壓為高電平，開關(guān)管PA截止，則PNP型開關(guān)管PB的基極電壓變成低電平，開關(guān)管PB導(dǎo)通輸出低電平控制開關(guān)管Qn截止。
[0044]請參閱圖6所示，其顯示本實用新型的功率因數(shù)校正電路的開關(guān)管驅(qū)動控制電路的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示，在本實用新型的一個具體實施例中，功率因數(shù)校正電路的驅(qū)動控制電路采用的是模擬元件組成，其中驅(qū)動控制電路主要包括電壓比較器C0MP1、乘法器M、電流比較器C0MP2、振蕩器0SC、欠壓鎖定器UVL0、觸發(fā)器D以及脈沖分配器T。電壓比較器COMPl接收圖3中采樣電阻R2、R3所采集的輸出電壓采樣信號Vdc與一個參考電壓VREF比較，比較器COMPl輸出的信號與圖3中電阻R4采集的輸入電壓采樣信號Vac經(jīng)過乘法器M運算之后輸出的信號輸入電流比較器C0MP2的一個輸入端，圖3中電阻Rl采集的電流采樣信號Is輸入電流比較器C0MP2的另一輸入端經(jīng)過電流比較器比較之后輸出信號給觸發(fā)器D，觸發(fā)器D產(chǎn)生控制信號，脈沖分配器T分配不同的控制信號給不同的開關(guān)管Ql、Q2……Qn。振蕩器OSC給各單元提供振蕩信號，脈沖分配器是由振蕩器的脈沖產(chǎn)生時序，即振蕩器每一周期結(jié)束都會輸出一個很窄的脈沖，一方面將觸發(fā)器D復(fù)位,另一方面將輸出端的或非門鎖住，再一方面就是作為脈沖分配器T的時鐘信號，脈沖分配器T每接收一次時鐘信號就切換到下一個輸出口，從而實現(xiàn)開關(guān)管的切換。欠壓鎖定器UVLO在外部電源VCC低于預(yù)定值(例如低于11伏時)時會關(guān)閉內(nèi)部的振蕩器0SC、乘法器M等的5V電源，以確保驅(qū)動電路可靠關(guān)閉鎖定。其中觸發(fā)器D產(chǎn)生的信號、脈沖分配器T的輸出信號、振蕩器OSC輸出的信號以及欠壓鎖定器UVLO輸出的信號分別經(jīng)過一個或非門輸出作為每個開關(guān)管Q1、Q2……Qn的控制信號。如圖6中所示，每個開關(guān)管Qn的驅(qū)動電路是由一個NPN晶體管Nn和一個PNP晶體管Pn組成，當控制信號為高電平時，NPN晶體管Nn導(dǎo)通，輸出高電平驅(qū)動開關(guān)管Qn導(dǎo)通，當控制信號為低電平時，PNP晶體管Pn導(dǎo)通，輸出低電平驅(qū)動開關(guān)管Qn截止。
[0045]以上僅僅是列舉的兩個不同的控制開關(guān)管導(dǎo)通和截止的驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)示意圖。具體的驅(qū)動控制電路可以采用不同的具體電路結(jié)構(gòu)形式，此處不再一一列舉，只要能夠產(chǎn)生如圖7所示的驅(qū)動各開關(guān)管輪流或交替導(dǎo)通的驅(qū)動脈沖信號即可。
[0046]請參閱圖3所示，在工作時，交流電經(jīng)過整流橋整流之后輸出半周正弦律的脈動直流電，此時開關(guān)管驅(qū)動控制電路根據(jù)電阻R4采樣的電壓信號、電阻R2、R3采樣的電壓信號以及電阻Rl采樣的電感電流信號經(jīng)過邏輯運算產(chǎn)生驅(qū)動開關(guān)管Ql導(dǎo)通的脈沖，則開關(guān)管Ql導(dǎo)通，開關(guān)管Ql導(dǎo)通后續(xù)流二極管Dl截止，電感與開關(guān)管Ql組成回路，電感上的電流則呈斜線上升。當開關(guān)管Ql截止時，電感L通過續(xù)流二極管Dl放電，電感L上的電流呈斜線下降，形成一個鋸齒波。接下來驅(qū)動控制電路可以控制開關(guān)管Q2導(dǎo)通，開關(guān)管Q2導(dǎo)通后續(xù)流二極管截止，電感與開關(guān)管Q2組成回路，電感上的電流則呈斜線上升。當開關(guān)管Q2截止時，電感L通過續(xù)流二極管放電，電感L上的電流呈斜線下降，形成一個鋸齒波，依此類推，直到開關(guān)管Qn導(dǎo)通，這樣形成的電流波形如圖8所示，電感上的電流實現(xiàn)基本上與電壓同相，達到有源功率因數(shù)校正的目的。
[0047]請參閱圖9所示，其顯示本實用新型的變頻空調(diào)控制器的結(jié)構(gòu)示意圖，其采用如圖3所示的包含本實用新型的功率因數(shù)校正電路的電源變換電路。如圖9所示，本實用新型的變頻空調(diào)控制器100，其包括濾波電路、整流電路、功率因素校正電路、功率因素校正驅(qū)動控制電路、開關(guān)電源電路、變頻空調(diào)控制芯片以及IPM驅(qū)動電路等。
[0048]市電經(jīng)過濾波電路進行濾波，然后經(jīng)過整流電路進行整流變成脈動的直流電，經(jīng)過整流后的脈動直流電經(jīng)過功率因數(shù)校正電路校正之后成為平穩(wěn)的直流電源并供給IPM驅(qū)動電路進行電機驅(qū)動，同時供電給開關(guān)電源電路，該開關(guān)電源電路提供電源供給變頻空調(diào)控制芯片以及IPM驅(qū)動電路等。變頻空調(diào)控制芯片根據(jù)遙控器的輸入信號以及傳感器采集的信號輸出控制信號，控制室內(nèi)機、風機、電子膨脹閥的步進電機或者輸出顯示信息，或者控制IPM驅(qū)動電路(智能功率模塊)驅(qū)動壓縮機的電機。其中圖9中的功率因數(shù)校正電路即本實用新型的圖1或圖2所示的功率因數(shù)校正電路，圖中的整流電路和功率因數(shù)校正電路以及給功率因數(shù)校正電路提供信號的驅(qū)動控制電路即前述圖3所示的電源變換電路，市電經(jīng)過整流電路整流之后，經(jīng)過功率因數(shù)校正電路進行功率校正，其中功率因數(shù)校正電路中的多個開關(guān)管由功率因數(shù)校正電路驅(qū)動控制電路控制交替導(dǎo)通，其具體的工作過程，此處不再詳細說明。
[0049]本實用新型的功率因數(shù)校正電路，其電感L與續(xù)流二極管Dl之間共同連接多個開關(guān)管Q1、Q2……Qn，通過控制電路控制多個開關(guān)管Q1、Q2……Qn輪流或交替導(dǎo)通，來調(diào)整流
過電感L的電流，由于是多個開關(guān)管Ql、Q2......Qn共同連接于電感L與續(xù)流二極管Dl之
間，而且多個開關(guān)管Q1、Q2……Qn是輪流或交替導(dǎo)通，單管的占空比小，所以其導(dǎo)通損耗也較小，在額定工作頻率下器件的耗散功率能夠滿足脈沖大電流工作。
[0050]由于開關(guān)管Ql、Q2、Q3……Qn集電極合成的開關(guān)脈沖頻率是單個開關(guān)管的η倍，所以，高頻電感L實際工作的頻率為η倍單管Q的開關(guān)頻率；高頻電感L是有源功率因數(shù)校正電路中最重最大的器件，其尺寸重量與電感量成正比，與流過電流的平方成正比；由工作原理，高頻電感L的電感量與工作頻率正反比，隨著電感工作頻率的成倍提高，鐵芯尺寸和繞組匝數(shù)也可以大幅降低，從而可以大幅減小了高頻電感的尺寸和重量，或大幅增大承受的電流和功率。
[0051]需要說明的是:以上實施例僅用于說明本實用新型而并非限制本實用新型所描述的技術(shù)方案，盡管本說明書參照上述的實施例對本實用新型已進行了詳細的說明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員仍然可以對本實用新型進行修改或者等同替換，而一切不脫離本實用新型的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進，均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種功率因數(shù)校正電路，其包括一個電感、一個續(xù)流二極管、至少兩個開關(guān)管以及至少一個電容器，所述至少兩個開關(guān)管共同連接于所述電感與所述續(xù)流二極管的連接節(jié)點，所述開關(guān)管導(dǎo)通時與所述電感組成回路，對電感儲能，所述開關(guān)管截止時，所述電感通過所述續(xù)流二極管及所述電容器放電，所述至少兩個開關(guān)管由驅(qū)動控制電路控制輪流或交替導(dǎo)通，由所述至少兩個開關(guān)管的導(dǎo)通或截止控制電感與續(xù)流二極管的連接節(jié)點的電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)校正電路，其特征在于:所述至少兩個開關(guān)管由驅(qū)動控制電路控制輪流或交替導(dǎo)通，具體為，當一個開關(guān)管導(dǎo)通時，其他開關(guān)管截止，每個開關(guān)管導(dǎo)通時，只有一個開關(guān)管與所述電感或所述續(xù)流二極管組成回路。
3.如權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)校正電路，其特征在于:所述驅(qū)動控制電路能夠依據(jù)電路情況設(shè)定交替導(dǎo)通的開關(guān)管的數(shù)量，一部分開關(guān)管輪流或交替導(dǎo)通，其余開關(guān)管一直處于截止狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)校正電路，其特征在于:所述電感的一端與欲校正電路的電源正端連接，所述電感的另一端與續(xù)流二極管的正端連接；所述續(xù)流二極管的負端與所述電容器的正端 連接；所述開關(guān)管的集電極連接于所述電感與續(xù)流二極管的正端連接的節(jié)點，所述開關(guān)管的發(fā)射極與所述電容器的負端及欲校正電路的電源負端相連接，所述開關(guān)管的基極由控制電路控制，以控制所述開關(guān)管的導(dǎo)通和截止。
5.如權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)校正電路，其特征在于:所述開關(guān)管的集電極與欲校正電路的電源正端連接，所述開關(guān)管的發(fā)射極與電感的一端及續(xù)流二極管的負極連接，所述開關(guān)管的基極由控制電路控制，以控制所述開關(guān)管的導(dǎo)通和截止；所述電感的另一端與電容器的正端連接；所述續(xù)流二極管的正端與電容器的負端共同連接于欲校正電路的電源負端。
6.如權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)校正電路，其特征在于:所述功率因數(shù)校正電路開關(guān)管采用的是IGBT晶體管、MOSFET晶體管或BJT晶體管。
7.如權(quán)利要求1-6項中任意一項所述的功率因數(shù)校正電路，其特征在于:所述功率因數(shù)校正電路開關(guān)管的驅(qū)動控制電路，其控制信號由功率因數(shù)校正電路所校正的電路中的輸入端電壓采樣信號、輸出端電壓采樣信號、電流采樣信號經(jīng)過中央處理器邏輯運算之后輸出。
8.如權(quán)利要求1-6項中任意一項所述的功率因數(shù)校正電路，其特征在于:所述功率因數(shù)校正電路開關(guān)管的驅(qū)動控制電路包括電壓比較器、乘法器、電流比較器、振蕩器、欠壓鎖定器、觸發(fā)器脈沖分配器及或非門電路；電壓比較器接收功率因數(shù)校正電路所校正的電路中的輸出電壓米樣信號與一個參考電壓比較，電壓比較器輸出的信號與功率因數(shù)校正電路所校正的電路中的輸入電壓采樣信號經(jīng)過乘法器運算之后輸出的信號輸入電流比較器的一個輸入端，功率因數(shù)校正電路所校正的電路中的電流采樣信號輸入電流比較器的另一輸入端，經(jīng)過電流比較器比較之后輸出信號給觸發(fā)器，觸發(fā)器產(chǎn)生控制信號；振蕩器給各單元提供振蕩信號，一方面將觸發(fā)器復(fù)位，另一方面將輸出端的或非門鎖住，再一方面就是作為脈沖分配器的時鐘信號；脈沖分配器接受振蕩器的脈沖按序分配控制信號給各個不同的開關(guān)管；欠壓鎖定器在外部電源低于預(yù)定值時會關(guān)閉內(nèi)部的振蕩器、乘法器等的電源，以確保驅(qū)動電路可靠關(guān)閉鎖定；其中觸發(fā)器產(chǎn)生的信號、脈沖分配器的輸出信號、振蕩器輸出的信號以及欠壓鎖定器輸出的信號分別經(jīng)過所述或非門輸出作為每個開關(guān)管的控制信號。
9.一種交流轉(zhuǎn)直流電源變換電路，其包括整流電路、功率因數(shù)校正電路，其中整流電路將交流電整流成直流脈動電，所述功率因數(shù)校正電路用于校正經(jīng)整流電路整流后的直流電的功率因數(shù)；所述功率因數(shù)校正電路采用如權(quán)利要求7所述的任一種功率因數(shù)校正電路，由所述至少兩個開關(guān)管的導(dǎo)通或截止控制電感、續(xù)流二極管與電容器連接節(jié)點的直流電壓來校正整流后的電源輸出。
10.一種空調(diào)控制器，其包括濾波電路、整流電路、功率因素校正電路、功率因素校正驅(qū)動控制電路、開關(guān)電源電路、變頻空調(diào)控制芯片以及IPM驅(qū)動電路；輸入電源經(jīng)過濾波電路進行濾波，然后經(jīng)過整流電路進行整流變成脈動的直流電，經(jīng)過整流后的脈動直流電經(jīng)過功率因數(shù)校正電路校正之后成為平穩(wěn)的直流電源并供給IPM驅(qū)動電路進行電機驅(qū)動，同時供電給開關(guān)電源電路，該開關(guān)電源電路提供電源給變頻空調(diào)控制芯片以及IPM驅(qū)動電路；變頻空調(diào)控制芯片根據(jù)遙控器的輸入信號以及傳感器采集的信號輸出控制信號，控制室內(nèi)機、風機、電子膨脹閥的步進電機或者輸出顯示信息，或者控制IPM驅(qū)動電路驅(qū)動壓縮機的電機；其中所述功率因數(shù)校正電路采用如權(quán)利要求7所述的任一種功率因數(shù)校正電路。
【文檔編號】H02M7/217GK203734522SQ201320842543
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:杭州先途電子有限公司