具有定频高功率因数的主动式峰值电流控制式滤波器

摘要

本发明关于一种具有定频高功率因数的主动式峰值电流控制式滤波器,所述滤波器中包含有一升压转换单元及一主动式功率因数矫正器,所述升压转换单元系藉助一切换开关将输入电流修整为弦波波形,而主动式功率因数矫正器由电流回路单元与电压回路单元所组成,由电流回路单元提供一由输入电流感应的检测电流给所述单元中的脉宽调变器,电压回路单元提供一与输入电压同相位的电流命令给脉宽调变器,藉由所述脉宽调变器的控制使得输入电压与输入电流同相位而达到较高的功率因数以降低功率损失。

说明书

本发明涉及一种具有定频高功率因数的主动式峰值电流控制式滤波器。

一般，功率因数修正技术大致可分为主动式与被动式两种。被动式主要是使用被动元件如电感、电容等滤波元件来改善输入电流的波形与相位；主动式则是在二极管整流器后加入一功率因数矫正器，藉助主动开关的动作以将输入电流修整为弦波波形，而提高功率因数。

一般主动式滤波器在桥式整流器与滤波电容之间加入一升压式转换器，控制转换器的切换开关以获得正弦波输入电流，此种方法运用于单相整流电路确实可获得高功率因数与低总谐波失真。一般，转换器大致采用电压随偶法或误差相乘法的控制方式，其切换频率随着输入电压变动，每一电压准位的切换频率皆不同，因而在滤波器电磁干扰设计方面较难符合要求。

由于要符合低谐波失真、高功率因数的要求，通常多采用主动功率因数校正电路以达到改善的目的。主动功率因数的校正策略主要是采用电流模式，也就是直接回授输入电流并跟随一电流命令的波形。

以往的主动式功率因数矫正器是以类比的控制方式实现，但是因为其电路结构复杂，缺乏灵活性，一旦电阻值与电容值固定后，仅能针对有限的若干状况达到最佳的效率，而无法快速地改善针对几阶的谐波失真，而且每改动一次，都必须更换电阻及电容，因而无法即时有效地改善功率因数和总谐波失真。

由上述可知，现有的主动式滤波器在提高功率因数与降低总谐波失真的技术上仍有不足之处，需要进一步改进完善。

因此，本发明的目的是提供一种具有定频高功率因数的主动式峰值电流控制式滤波器，它可根据不同电路情况加以调整，因而具有极大的灵活性并可大大降低功率损失。

为实现前述的目的，本发明所提供的具有定频高功率因数的主动式峰值电流控制式滤波器包括：一升压转换单元及一功率因数矫正器，所述升压转换单元通过一切换开关将输入电流修整为弦波波形，所述功率因数矫正器包括：一电压回路单元，用以提供一与输入电压同相位的电流命令；一电流回路单元，它利用前述电流命令通过一脉宽调变器将输入电流调整为与输入电压同相位。

采用上述方案可根据不同电路情况调整而达到输入电压、电流同相位，进而提高功率因数且具有极大灵活性。

为使进一步了解本发明的目的、特点和优点，下面将结合附图对本发明一较佳实施例进行详细说明。

图1是本发明的具有定频高功率因数主动式峰值电流控制式滤波器的结构电路图；

图2(A)和图2(B)是本发明一较佳实施例的升压转换单元的输出波形图；

图3是本发明的电流命令I_C的波形图；

图4是本发明的检测电流I_CT的波形图。

本发明的具有定频高功率因数的主动式峰值电流控制式滤波器如图1所示，它包括：

一升压转换单元10、一电压回路单元20及一电流回路单元30；升压转换单元10是由一电源11连接一升压电感12，又以一桥式整流器18的输入端连接至前述升压电感12及一二极管13的正极端，所述二极管13的负极端串联二输出负载电容14、15，所述负载电容15连接至另一二极管16的正极端，所述二极管16的负极端连接至前述升压电感12及二极管13的正极端，并配设一切换开关17将输入电流Is修整为弦波波形，其电路工作原理如下：

当切换开关17导通时，输入电流I_s流经所述切换开关17，此时电源11对升压电感12充电，输入电流Is波形如图2(A)中t₀-t₁段所示。

而当切换开关17截止时，此时二极管13导通，输入电流Is流经二极管13对负载电容14充电，此时升压电感12呈现放电状态，输入电流Is波形如图2(A)中t₁-t₂段所示。

若将切换开关17的控制命令设为脉冲方式，使得升压电感12连续不断地充放电，则可以得到一整个周期的弦波输入电流I_S，其波形如图2B所示。

仍请参考图1，所述电压回路单元20包括一微处理器21，一连接至微处理器21输出端的缓冲器22；所述缓冲器22的输出端连接有一由电阻R1、R2和电容C1、C2所组成的滤波电路，所述滤波电路的输出端经过二个二极管D1、D2连接至脉宽调变器40的输入端comp。

所述微处理器21先检测升压转换单元10的输出负载电压(V_BUS)与一输出负载电压预设值(V_BUS’)比较而得到一误差电压(V_E)；再检测输入电压V_S的相位，并与预设的电压参考表比较而得到一电压参考值V_REF。利用此电压参考值V_REF与误差电压V_E相乘可以得到一电流命令I_C，所述电流命令I_C与输入电压V_S同相位。此电流命令I_C由微处理器21输出，经由上述缓冲器22提高其输出能力，所述电流命令I_C具有加入谐波补偿，而非标准弦波，其波形如图3所示，如此可降低总谐波失真，提高功率因数。

所述电流回路单元30包括一脉宽调变器40，其输出端连接有一隔离用的光耦合器31，所述光耦合器31连接到一用作切换开关17的晶体管的基极，所述切换开关17通过一变压器32的初级侧连接到桥式整流器18的输出端。所述变压器32的次级侧通过二极管33与一电流检测电阻34相连，由所述电流检测电阻34输出一检测电流到脉宽调变器40的C/S端，而前述电压回路单元20的电流命令I_C输入到脉宽调变器40的输入端comp。

当整个电流回路单元30工作时，脉宽调变器40送出一脉冲信号至光耦合器31，藉助光耦合器31控制切换开关17导通或截止，当切换开关17导通时，输入电流Is经过桥式整流器18，再通过变压器32的初级侧，而由变压器32的次级侧感应出一检测电流I_CT经过二极管33输入到脉宽调变器40的C/S端，其检测电流I_CT的波形如图4所示。在此，脉宽调变器40的Comp端接收一来自电压回路单元20的电流命令I_C，所述电流命令I_C与输入电压同相位，C/S端接收一检测电流I_CT，而由脉宽调变器40比较两组电流值，若电流命令I_C大于检测电流I_CT，脉宽调变器40输出为高准位，使切换开关17导通，若电流命令I_C小于检测电流I_CT，脉宽调变器40输出为低准位，使切换开关17截止，藉由切换开关17的切换，使得输入电流I_S追随检测电流I_CT，这样输入电流I_S便可与输入电压同相位且为弦波波形，从而可达到提高功率因数的目的。

综上所述，本发明设计可有效将输入电压、输入电流调整为同相位，进而将功率因数提升趋近于1，使得功率损失大大地降低。