基于pfc的傳導型諧波抑制的電源的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種基于PFC的傳導型諧波抑制的電源，其包括整流橋、控制器、Boost升壓電路、濾波電路、輔助電源、限流電路、濾波儲能、第一電壓檢測電路、電流檢測電路、第二電壓檢測電路；整流橋一端與交流電源電連接，其另一端依次與Boost升壓電路、濾波電路、限流電路、濾波儲能電連接；控制器分別與輔助電源、第一電壓檢測電路、電流檢測電路、第二電壓檢測電路的一端電連接；輔助電源另一端電連接在濾波電路與限流電路之間，從電源中間級VR端取電；第一電壓檢測電路的另一端電連接在整流橋與Boost升壓電路之間；電流檢測電路的另一端與Boost升壓電路電連接。
【專利說明】基于PFC的傳導型諧波抑制的電源
【技術領域】
[0001]本發明涉及諧波抑制的電源【技術領域】，特別涉及一種基于PFC的傳導型諧波抑制的電源。
【背景技術】
[0002]隨著電力電子技術的發展，越來越多的電力電子設備接入電網運行。這些設備的輸入側大都采用橋式整流濾波電路，其二極管只有在輸入電壓大于直流輸出電壓時才導通，時間很短。因此，輸入電流是尖頂波，造成交流輸入電流嚴重畸變，由此產生大量的諧波注入電網。電網諧波電流不僅引起變壓器和供電線路過熱，影響電器的性能，并且產生電磁干擾，影響其他電子設備正常運行。
[0003]目前，抑制諧波的主要方法有無源濾波和有源校正兩種。無源濾波就是在主電路中串入LC濾波器，其濾波效果與電網阻抗、頻率有關，動態性能差，還存在與電網產生并聯諧振，濾波器體積大等缺點。有源校正是在整流橋與濾波電容之間加一級功率因數校正環節，使得輸入電流波形跟蹤輸入電壓波形，提高電源功率因數的同時降低了輸入電流的諧波含量。
[0004]為滿足國軍標GJB151軍用電磁兼容標準的相關指標，目前的諧波抑制技術通過在有源功率因數校正器(PFC)中采取減小Boost電路中的儲能電感量，增加其開關工作頻率，降低PFC電路的前端直流濾波電容值等措施，可以減小輸入電流的過零畸變和尖端畸變，但同時也會增加啟動沖擊電流，降低電源穩定度和可靠性。
【發明內容】
[0005]為解決現有技術的抑制諧波的方法啟動沖擊電流大，電源的穩定度和可靠性差的問題，有必要提供一種基于PFC的傳導型諧波抑制的電源。
[0006]一種基于PFC的傳導型諧波抑制的電源，其包括整流橋、控制器、Boost升壓電路、濾波電路、輔助電源、限流電路、濾波儲能、第一電壓檢測電路、電流檢測電路、第二電壓檢測電路；
[0007]整流橋一端與交流電源電連接，其另一端依次與Boost升壓電路、濾波電路、限流電路、濾波儲能電連接；
[0008]控制器分別與輔助電源、第一電壓檢測電路、電流檢測電路、第二電壓檢測電路的一端電連接；輔助電源另一端電連接在濾波電路與限流電路之間，從電源中間級VR端取電；第一電壓檢測電路的另一端電連接在整流橋與Boost升壓電路之間；電流檢測電路的另一端與Boost升壓電路電連接；
[0009]整流橋用于將用于將輸入的交流電轉為單向的直流電，并將直流電輸出給Boost升壓電路；
[0010]Boost升壓電路用于升高整流橋輸出的轉換后直流電；
[0011]濾波電路用于過濾整流橋輸出直流電電壓中的紋波，并將過濾后的直流電輸出給限流電路；
[0012]輔助電源用于從電源中間級VR端取電，為控制器提供初始電源，電源中間級VR端位于濾波電路和限流電路之間；
[0013]限流電路用于抑制輔助電源中的啟動沖擊電流；
[0014]濾波儲能用于存儲經過限流電路限流后的電荷，給外部負載供電；
[0015]第一電壓檢測電路用于將整流橋輸出的直流電電壓值轉換成第一電壓量并輸出給控制器；
[0016]電流檢測電路用于將整流橋輸出的直流電電流值轉換成第二電壓量并輸出給控制器；
[0017]第二電壓檢測電路用于將濾波儲能輸出的直流電電壓轉換成第三電壓量并輸出給控制器；
[0018]控制器用于接收第一電壓量、第二電壓量、第三電壓量，并根據第一電壓量、第二電壓量、第三電壓量對基于PFC的傳導型諧波抑制的電源功率進行調整。
[0019]本發明提供的基于PFC的傳導型諧波抑制的電源，通過采用控制器并結合Boost升壓電路將輸入交流電轉換成直流電，使得輸入電流波形跟蹤輸入電壓波形，并以此降低輸入電流中的諧波含量。輸入交流電經過整流橋后，進入控制器和Boost升壓電路組成的功率因數校正器，將交流電轉化成直流電。控制器的輔助電首先從電源預穩級VR端取電，待控制器正常工作后從Boost升壓電路的電感上利用輔助線圈和高頻整流電路取電。預穩級VR端經過限流電路后進入濾波儲能后給負載供電。
[0020]同時，采用通過第一電壓檢測電路、電流檢測電路、第二電壓檢測電路將輸入電壓、輸入電流和輸出電壓轉換成電壓量后輸入到控制器中。
[0021]本發明一種基于PFC的傳導型諧波抑制電源的優點是:
[0022]I)提高了電源功率因數，同時降低了電源輸入電流的諧波含量。
[0023]2)通過限流電路，有效地抑制了啟動沖擊電流，提高了開關電源的可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明實施方式提供的基于PFC的傳導型諧波抑制的電源的結構框圖；
[0025]圖2是圖1中限流電路的電路圖；
[0026]圖3是圖1中均流電路的電路圖；
[0027]圖4a、圖4b、圖4c是圖1中過壓保護電路的電路圖。
[0028]附圖中:1_整流橋、2-控制器、3-Boost升壓電路、4-濾波電路、5-輔助電源、6-限流電路、7-濾波儲能、8-第一電壓檢測電路、9-電流檢測電路、10-第二電壓檢測電路、11-過壓保護電路、12-均流電路、13-電源檢測電路、14-過熱保護電路。
【具體實施方式】
[0029]如圖1所示，本發明實施例提供一種基于PFC的傳導型諧波抑制的電源，其包括整流橋1、控制器2、Boost升壓電路3、濾波電路4、輔助電源5、限流電路6、濾波儲能7、第一電壓檢測電路8、電流檢測電路9、第二電壓檢測電路10。
[0030]整流橋I 一端與交流電源電連接，其另一端依次與Boost升壓電路2、濾波電路4、限流電路6、濾波儲能7電連接。
[0031]控制器2分別與輔助電源5、第一電壓檢測電路8、電流檢測電路9、第二電壓檢測電路10的一端電連接；輔助電源5另一端電連接在濾波電路4與限流電路6之間，從電源中間級VR端取電；第一電壓檢測電路8的另一端電連接在整流橋I與Boost升壓電路3之間；電流檢測電路9的另一端與Boost升壓電路3電連接。
[0032]整流橋I用于將用于將輸入的交流電轉為單向的直流電，并將直流電輸出給Boost升壓電路3。
[0033]Boost升壓電路3用于升高整流橋I輸出的轉換后直流電。
[0034]濾波電路4用于過濾整流橋I輸出直流電電壓中的紋波，并將過濾后的直流電輸出給限流電路6。
[0035]輔助電源5用于從電源中間級VR端取電，為控制器2提供初始電源，電源中間級VR端位于濾波電路4和限流電路6之間。
[0036]限流電路6用于抑制輔助電源5中的啟動沖擊電流。
[0037]濾波儲能7用于存儲經過限流電路6限流后的電荷，給外部負載供電。
[0038]第一電壓檢測電路8用于將整流橋I輸出的直流電電壓值轉換成第一電壓量并輸出給控制器2。
[0039]電流檢測電路9用于將整流橋I輸出的直流電電流值轉換成第二電壓量并輸出給控制器2。
[0040]第二電壓檢測電路10用于將濾波儲能7輸出的直流電電壓轉換成第三電壓量并輸出給控制器2。
[0041]控制器2用于接收第一電壓量、第二電壓量、第三電壓量,并根據第一電壓量、第二電壓量、第三電壓量對基于PFC的傳導型諧波抑制的電源功率進行調整。
[0042]本發明實施例提供的基于PFC的傳導型諧波抑制的電源，通過采用控制器2并結合Boost升壓電路3將輸入交流電轉換成直流電，使得輸入電流波形跟蹤輸入電壓波形，并以此降低輸入電流中的諧波含量。輸入交流電經過整流橋I后，進入控制器2和Boost升壓電路3組成的功率因數校正器，將交流電轉化成直流電。控制器2的輔助電首先從電源預穩級VR端取電，待控制器2正常工作后從Boost升壓電路3的電感上利用輔助線圈和高頻整流電路取電。預穩級VR端經過限流電路6后進入濾波儲能7后給負載供電。
[0043]同時，采用通過第一電壓檢測電路8、電流檢測電路9、第二電壓檢測電路10將輸入電壓、輸入電流和輸出電壓轉換成電壓量后輸入到控制器2中。
[0044]本發明一種基于PFC的傳導型諧波抑制電源的優點是:
[0045]I)提高了電源功率因數，同時降低了電源輸入電流的諧波含量。
[0046]2)通過限流電路，有效地抑制了啟動沖擊電流，提高了開關電源的可靠性。
[0047]可選地，控制器2可以是UC3854控制芯片。
[0048]可選地，Boost升壓電路3可以是升壓型(Boost)功率因數校正器(PFC)電路。
[0049]可選地，在本發明所述的基于PFC的傳導型諧波抑制的電源中，其還包括均流電路12、電源檢測電路13以及過熱保護電路14 ；
[0050]均流電路12、電源檢測電路13以及過熱保護電路14的一端均與控制器電連接；
[0051]均流電路12另一端與外部PC電連接；電源檢測電路13另一端與校驗使能端口PENA電連接。
[0052]在本實施例中，均流電路12可以是帶并聯端自動負載均流電路，其可以應用于直流電源的并聯，以實現大功率的電源系統。
[0053]可選地，如圖2所示，在本發明所述的基于PFC的傳導型諧波抑制的電源中，限流電路6包括光電隔離耦合器Ul (Ul可以是光電隔離耦合器TLP191)、NPN三極管Ql (Ql可以是三極管S9013)、N溝道MosFET管Ml、可控硅Q2、穩壓管Z1、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5 ；
[0054]電阻Rl的一端與輔助電源正端(正端電壓可以為15V)相接，其另一端與Ul的第一引腳相接；電阻R2的一端與控制器(控制器可以是UC3854芯片)的第九引腳(參考電壓REF)相接，R2另一端與Ql的基極相接；Q1的發射極接基于PFC的傳導型諧波抑制的電源參考地，Ql的集電極與Ul的第二引腳相接；U1的第三引腳與穩壓管Zl的正極、電阻R3的一端、電容Cl的一端、電阻R5的一端、Ml的源極和Q2的門極相接，Ul的第四引腳與Zl的負極、電阻R3的另一端、電容Cl的另一端和Ml的門極相接；電阻R5的另一端與Q2的陰極、電源的輸出端Vout相接；M1的漏極與電阻R4的一端相接，R4的另一端與Q2的陽極、電源的預穩級電壓VR相接。
[0055]在本實施例中，限流電路6可以抑制電源中存在的啟動沖擊電流的缺陷。
[0056]可選地，如圖3所示，在本發明實施中的基于PFC的傳導型諧波抑制的電源中，均流電路12包括第二控制器U2 (U2可以為LM324)、電阻Rla、電阻R2a、電阻R3a、電阻R4a、電阻R5a、電阻R6a、電阻R7a、電阻R8a、電容Cla ；
[0057]U2的第四引腳與輔助電源正端相接，U2的第十一引腳與輔助電源參考地相接；電阻Rla的一端與基于PFC的傳導型諧波抑制的電源輸出電流采樣電阻上采集到的電壓值Vin相接，電阻Rla另一端與U2的第十三引腳相接；電阻R2a的一端與電容Cla的一端、U2的第十三引腳相連，電阻R2a另一端與電容Cla的另一端、U2的第十四引腳相接；U2的第十二引腳與輔助電源參考地相接；U2的第十四引腳與U2的第三引腳相接；U2的第二引腳與U2的第一引腳、電阻R3a的一端、電阻R4a的一端相接；電阻R3a的另一端與電阻R5a的一端、基于PFC的傳導型諧波抑制的電源并聯信號Vp相接；電阻R5a的另一端與U2的第六引腳、電阻R6a的一端相接；電阻R6a的另一端與U2的第七引腳、電阻R8a的一端相接；電阻R4a的另一端與U2的第五引腳、電阻R7a的一端相接；電阻R7a的另一端與U2的第九引腳、U2的第八引腳相接；電阻RSa的另一端與U2的第十引腳、控制器(可以是UC3854)第i^一引腳(電壓反饋信號Vsense)相接。
[0058]在本實施例中，均流電路12可以是帶并聯端自動負載均流電路，可應用于直流電源的并聯，以實現大功率的電源系統。
[0059]可選地，在本發明所述的基于PFC的傳導型諧波抑制的電源中，其還包括過壓保護電路11 ;過壓保護電路11 一端與控制器2電連接，其另一端與濾波儲能7的輸出端電連接。
[0060]可選地，在本發明所述的基于PFC的傳導型諧波抑制的電源中，過壓保護電路11為二級輸出過壓保護電路。
[0061]在本實施例中，過壓保護電路11可以提高基于PFC的傳導型諧波抑制的電源的可靠性和穩壓精度。
[0062]可選地，如圖4a、4b、4c所示，在本發明所述的基于PFC的傳導型諧波抑制的電源中，二級輸出過壓保護電路包括電阻Rlb、電阻R2b、電阻R3b、電阻R4b、電阻R5b、電阻R6b、電阻R7b、電阻R8b、電阻R9b、電阻RlOb、電阻1?1113、第三控制器詘、三極管0113、三極管0213、二極管Dlb、二極管D2b、二極管D3b、穩壓管Zlb、電容Clb ；
[0063]圖4a是對輸出電壓進行兩級分壓采樣，采樣信號分別是Vref2和Vref3，圖4b是采用滯環比較器將圖4a中采樣值大的電壓信號Vref3與設定的參考電壓信號Vrefl進行比較后對電源實施可恢復的保護，圖4c是采用正反饋比較器將圖4a中采樣值小的電壓信號Vref2與設定的參考電壓Vrefl進行比較后對電源實施不可恢復的保護。
[0064]U3 (U3為電壓比較器Lm339)的第三引腳與輔助電源正端相接，U3的第十二引腳與電源參考地相接；
[0065]電源輸出端Vout與Rlb的一端相接，Rlb的另一端與R2b的一端和米樣值大的電壓信號Vref3相接，R2b的另一端與R3b的一端和采樣值小的電壓信號Vref2相接，而電阻R3b的另一端與電源參考地相接。
[0066]Vref3與電阻R4b的一端相接，R4b的另一端與R5b的一端和U3的第五引腳相接；R5b的另一端與U3的第二引腳、R6b的一端和R7b的一端相接；U3的第四引腳與設定的參考電壓Vrefl相接；R7b的另一端與Qlb的基極相接，Qlb的發射極與電源參考地相接，Qlb的集電極與控制器的第十引腳(控制芯片UC3854的使能信號ENA)相接。
[0067]Vref2與U3的第七引腳相接，Vrefl與電阻R8b的一端相接，R8b的另一端與Dlb的陽極和U3的第六引腳相接，Dlb的陰極與Q2b的集電極、控制器的第十六引腳和RlOb的一端相接，RlOb的另一端與D2b的陰極相接，D2b的陽極與控制器的第十引腳(控制芯片UC3854的使能信號ENA)相接；Q2b的基極與Rllb的一端和Zlb的陽極相接，Q2b的發射極與Rllb的另一端和電源參考地相接，Zlb的陰極與Clb的一端和D3b的陰極相接，Clb的另一端與電源參考地相接，D3b的陽極與R9b的一端和U3的第一引腳相接，R9b的另一端與輔助電源正端相接。
[0068]結合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執行的軟件模塊，或者二者的結合來實施。軟件模塊可以置于隨機儲存器、內存、只讀存儲器、電可編程ROM、電可檫除可編程ROM、寄存器、硬盤、可移動磁盤、CD-ROM、或【技術領域】內所公知的任意其他形式的存儲介質中。
[0069]可以理解的是，對于本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的技術構思做出其它各種相應的改變與變形，而所有這些改變與變形都應屬于本發明權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于PFC的傳導型諧波抑制的電源，其特征在于:其包括整流橋、控制器、Boost升壓電路、濾波電路、輔助電源、限流電路、濾波儲能、第一電壓檢測電路、電流檢測電路、第二電壓檢測電路； 整流橋一端與交流電源電連接，其另一端依次與Boost升壓電路、濾波電路、限流電路、濾波儲能電連接； 控制器分別與輔助電源、第一電壓檢測電路、電流檢測電路、第二電壓檢測電路的一端電連接；輔助電源另一端電連接在濾波電路與限流電路之間，從電源中間級VR端取電；第一電壓檢測電路的另一端電連接在整流橋與Boost升壓電路之間；電流檢測電路的另一端與Boost升壓電路電連接； 整流橋用于將用于將輸入的交流電轉為單向的直流電，并將直流電輸出給Boost升壓電路； Boost升壓電路用于升高整流橋輸出的轉換后直流電； 濾波電路用于過濾整流橋輸出直流電電壓中的紋波，并將過濾后的直流電輸出給限流電路； 輔助電源用于從電源中間級VR端取電，為控制器提供初始電源，電源中間級VR端位于濾波電路和限流電路之間； 限流電路用于抑制輔助電源中的啟動沖擊電流； 濾波儲能用于存儲經過限流電路限流后的電荷，給外部負載供電； 第一電壓檢測電路用于將整流橋輸出的直流電電壓值轉換成第一電壓量并輸出給控制器； 電流檢測電路用于將整流橋輸出的直流電電流值轉換成第二電壓量并輸出給控制器； 第二電壓檢測電路用于將濾波儲能輸出的直流電電壓轉換成第三電壓量并輸出給控制器； 控制器用于接收第一電壓量、第二電壓量、第三電壓量，并根據第一電壓量、第二電壓量、第三電壓量對基于PFC的傳導型諧波抑制的電源功率進行調整。
2.如權利要求1所述的基于PFC的傳導型諧波抑制的電源，其特征在于，其還包括均流電路、電源檢測電路以及過熱保護電路； 均流電路、電源檢測電路以及過熱保護電路的一端均與控制器電連接； 均流電路另一端與外部PC電連接；電源檢測電路另一端與校驗使能端口 PENA電連接。
3.如權利要求1或2所述的基于PFC的傳導型諧波抑制的電源，其特征在于，限流電路包括光電隔離耦合器U1、NPN三極管Q1、N溝道MosFET管Ml、可控硅Q2、穩壓管Z1、電阻町、電阻1?2、電阻1?3、電阻1?4、電阻1?5 ； 電阻Rl的一端與輔助電源正端相接，其另一端與Ul的第一引腳相接；電阻R2的一端與控制器的第九引腳相接，R2另一端與Ql的基極相接；Q1的發射極接基于PFC的傳導型諧波抑制的電源參考地，Ql的集電極與Ul的第二引腳相接；U1的第三引腳與穩壓管Zl的正極、電阻R3的一端、電容Cl的一端、電阻R5的一端、Ml的源極和Q2的門極相接，Ul的第四引腳與Zl的負極、電阻R3的另一端、電容Cl的另一端和Ml的門極相接；電阻R5的另一端與Q2的陰極、電源的輸出端Vout相接；M1的漏極與電阻R4的一端相接，R4的另一端與Q2的陽極、電源的預穩級電壓VR相接。
4.如權利要求1或2所述的基于PFC的傳導型諧波抑制的電源，其特征在于，均流電路包括第二控制器U2、電阻Rla、電阻R2a、電阻R3a、電阻R4a、電阻R5a、電阻R6a、電阻R7a、電阻R8a、電容Cla ； U2的第四引腳與輔助電源正端相接，U2的第十一引腳與輔助電源參考地相接；電阻Rla的一端與基于PFC的傳導型諧波抑制的電源輸出電流米樣電阻上米集到的電壓值Vin相接，電阻Rla另一端與U2的第十三引腳相接；電阻R2a的一端與電容Cla的一端、U2的第十三引腳相連，電阻R2a另一端與電容Cla的另一端、U2的第十四引腳相接；U2的第十二引腳與輔助電源參考地相接；U2的第十四引腳與U2的第三引腳相接；U2的第二引腳與U2的第一引腳、電阻R3a的一端、電阻R4a的一端相接；電阻R3a的另一端與電阻R5a的一端、基于PFC的傳導型諧波抑制的電源并聯信號Vp相接；電阻R5a的另一端與U2的第六引腳、電阻R6a的一端相接；電阻R6a的另一端與U2的第七引腳、電阻R8a的一端相接；電阻R4a的另一端與U2的第五引腳、電阻R7a的一端相接；電阻R7a的另一端與U2的第九引腳、U2的第八引腳相接；電阻R8a的另一端與U2的第十引腳、控制器第十一引腳相接。
5.如權利要求2所述的基于PFC的傳導型諧波抑制的電源，其特征在于，其還包括過壓保護電路；過壓保護電路一端與控制器電連接，其另一端與濾波儲能的輸出端電連接。
6.如權利要求5所述的基于PFC的傳導型諧波抑制的電源，其特征在于，過壓保護電路為二級輸出過壓保護電路。
7.如權利要求6所述的基于PFC的傳導型諧波抑制的電源，其特征在于，二級輸出過壓保護電路包括電阻Rib、電阻R2b、電阻R3b、電阻R4b、電阻R5b、電阻R6b、電阻R7b、電阻R8b、電阻R9b、電阻RlOb、電阻Rllb、第三控制器U3、三極管Qlb、三極管Q2b、二極管Dlb、二極管D2b、二極管D3b、穩壓管Zlb、電容Clb ； U3的第三引腳與輔助電源正端相接，U3的第十二引腳與電源參考地相接； 電源輸出端Vout與Rlb的一端相接,Rlb的另一端與R2b的一端和米樣值大的電壓信號Vref3相接，R2b的另一端與R3b的一端和采樣值小的電壓信號Vref2相接，而電阻R3b的另一端與電源參考地相接； Vref3與電阻R4b的一端相接，R4b的另一端與R5b的一端和U3的第五引腳相接；R5b的另一端與U3的第二引腳、R6b的一端和R7b的一端相接；U3的第四引腳與設定的參考電壓Vrefl相接；R7b的另一端與Qlb的基極相接，Qlb的發射極與電源參考地相接，Qlb的集電極與控制器的第十引腳相接； Vref2與U3的第七引腳相接，VrefI與電阻R8b的一端相接，R8b的另一端與Dlb的陽極和U3的第六引腳相接，Dlb的陰極與Q2b的集電極、控制器的第十六引腳和RlOb的一端相接，RlOb的另一端與D2b的陰極相接，D2b的陽極與控制器的第十引腳相接；Q2b的基極與Rllb的一端和Zlb的陽極相接，Q2b的發射極與Rllb的另一端和電源參考地相接，Zlb的陰極與Clb的一端和D3b的陰極相接，Clb的另一端與電源參考地相接，D3b的陽極與R9b的一端和U3的第一引腳相接，R9b的另一端與輔助電源正端相接。
【文檔編號】H02M1/32GK104467388SQ201410735061
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月5日 優先權日:2014年12月5日
【發明者】肖剛, 劉微啟, 張云建, 雷大雙 申請人:中國船舶重工集團公司第七0九研究所