專利名稱：無橋pfc系統(tǒng)的采樣裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率因數(shù)校正(Power Factor Correction,簡稱PFC)系統(tǒng),更具體地說，涉及一種無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置和方法。
背景技術(shù)：
為了提高功率因數(shù)，降低輸入電流諧波含量，在通信電源中大多數(shù)采用，有源功率因數(shù)校正(Active Power Factor Correction)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。與傳統(tǒng)的有源功率因數(shù)校正系統(tǒng)相比，無橋PFC系統(tǒng)在通信電源中應(yīng)用更為廣泛。圖1示出了 H橋無橋PFC (H-Bridgebridgeless PFC)系統(tǒng)的電路圖，其具有兩個主要優(yōu)點。一是電路結(jié)構(gòu)簡單，二是效率高。這是因為整個PFC系統(tǒng)中不存在輸入整流橋，因此可以減小導(dǎo)通損耗。然而，這也造成了交流輸入電流的采樣非常困難。目前尚無可以簡單有效地采樣無橋PFC系統(tǒng)的交流輸入電流的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述采樣無橋PFC系統(tǒng)的交流輸入電流非常困難的缺陷，提供一種可以簡單有效地采樣無橋PFC系統(tǒng)的交流輸入電流的裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置，包括:分流器，所述分流器連接在所述無橋PFC系統(tǒng)的第一電源輸入端和所述無橋PFC系統(tǒng)的整流模塊的第一輸入端之間；隔離運算放大器，所述隔離運算放大器的第一輸入端連接所述第一電源輸入端，所述隔離運算放大器的第二輸入端連接所述整流模塊的第一輸入端，所述隔離運算放大器的輸出端連接所述無橋PFC系統(tǒng)的控制模塊，所述控制模塊基于所述隔離運算放大器輸出的電源輸入電流采樣信號控制所述無橋PFC系統(tǒng)的晶體管拓?fù)淠K的開關(guān)；其中所述晶體管拓?fù)淠K包括第一晶體管和第二晶體管，其中所述第一晶體管的漏極經(jīng)第一電感連接所述無橋PFC系統(tǒng)的第二電源輸入端，所述第一晶體管的漏極同時連接到所述整流模塊的第二輸入端，所述第一晶體管的源極連接所述第二晶體管的源極，所述第二晶體管的漏極連接所述整流模塊的第一輸入端和所述分流器，所述第一晶體管的柵極和所述第二晶體管的柵極連接所述控制模塊。在本發(fā)明所述的無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置中，所述晶體管拓?fù)淠K進(jìn)一步包括第三晶體管和第四晶體管，其中所述第三晶體管的漏極經(jīng)第二電感連接所述無橋PFC系統(tǒng)的第二電源輸入端，所述第三晶體管的漏極同時連接到所述整流模塊的第二輸入端，所述第三晶體管的源極連接所述第四晶體管的源極，所述第四晶體管的漏極連接所述整流模塊的第一輸入端，所述第三晶體管的柵極和所述第四晶體管的柵極連接所述控制模塊。在本發(fā)明所述的無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置中，所述整流模塊包括第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管，其中所述第一二極管的陽極連接所述第一晶體管的漏極和所述第三二極管的陰極，所述第一二極管的陽極為所述整流模塊的第二輸入端，所述第一二極管的陰極連接所述第二二極管的陰極，所述第一二極管的陰極和所述第二二極管的陰極的連接點為所述整流模塊的輸出端，所述第二二極管的陽極為所述整流模塊的第一輸入端且連接所述第四二極管的陰極，所述第四二極管的陽極連接控制地和所述第三二極管的陽極，所述第三二極管的陰極連接所述第一二極管的陽極。在本發(fā)明所述的無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置中，所述無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置進(jìn)一步包括連接到所述整流模塊的輸出端和控制地之間的輸出模塊。在本發(fā)明所述的無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置中，所述輸出模塊包括第一電容和第一電阻，所述第一電容和所述第一電阻并聯(lián)連接在所述整流模塊的輸出端和所述控制地之間。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種無橋PFC系統(tǒng)的采樣方法，包括:S1、使用上述任一無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置連續(xù)采樣所述無橋PFC系統(tǒng)的輸入電流；S2、基于采樣的輸入電流控制所述無橋PFC系統(tǒng)中晶體管的開關(guān)以實現(xiàn)所述無橋PFC系統(tǒng)的連續(xù)工作模式。在本發(fā)明所述的無橋PFC系統(tǒng)的采樣方法中，在所述步驟S2中，采用平均電流法控制所述無橋PFC系統(tǒng)中晶體管的開關(guān)以實現(xiàn)所述無橋PFC系統(tǒng)的連續(xù)工作模式。實施本發(fā)明的無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置和方法，能夠簡單方便地獲得無橋PFC系統(tǒng)的電源輸入電流采樣信號。更進(jìn)一步的，可以將該電源輸入電流采樣信號送入無橋PFC系統(tǒng)控制模塊用于后續(xù)的控制或處理，因而使得無橋PFC系統(tǒng)的控制更為簡便。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:圖1是現(xiàn)有技術(shù)的H橋無橋PFC (Η-Bridge bridgeless PFC)系統(tǒng)的電路圖；圖2是本發(fā)明的無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置的第一實施例的電路原理圖；圖3是依照本發(fā)明的第一實施例的無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置采樣的電源輸入電流采樣信號和輸入電壓采樣信號的實際波形圖；圖4是本發(fā)明的無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置的第二實施例的電路原理圖。
具體實施例方式圖2是本發(fā)明的無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置的第一實施例的電路原理圖。圖2示出了本發(fā)明的H橋無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置。如圖2所示，該采樣裝置包括分流器和隔離運算放大器U1。該分流器可以是如圖2所示的分流電阻R2，也可以是也可以是其他任何可以實現(xiàn)分流功能的元件、電路或者是模塊。所述H橋無橋PFC系統(tǒng)包括電感LI,晶體管拓?fù)淠K200，整流模塊300和輸出模塊400。其中，該分流電阻R2連接到交流電源VAC的第一電源輸入端A和所述無橋PFC系統(tǒng)的整流模塊300的第一輸入端C之間。所述隔離運算放大器Ul的第一輸入端連接所述第一電源輸入端A，所述隔離運算放大器Ul的第二輸入端連接所述整流模塊300的第一輸入端C。所述隔離運算放大器Ul的輸出端連接所述無橋PFC系統(tǒng)的控制模塊(未示出)。所述控制模塊基于所述隔離運算放大器Ul輸出的電源輸入電流采樣信號控制所述無橋PFC系統(tǒng)的晶體管拓?fù)淠K200的開關(guān)。在此，該隔離運算放大器Ul可以是任何合適的隔離運算放大裝置或者模塊，比如安華高(AVAGO)公司的C790、C784、HCPL7840等等。該隔離運算放大器的第一輸入端可以是同向輸入端，也可以是反相輸入端。同理，該隔離運算放大器的第二輸入端可以是反向輸入端，也可以是同相輸入端。在該實施例中，所述晶體管拓?fù)淠K200包括晶體管SI和晶體管S2。所述晶體管SI的漏極經(jīng)電感LI連接所述無橋PFC系統(tǒng)的交流電源VAC的第二電源輸入端B。所述晶體管SI的漏極同時連接到所述整流模塊300的第二輸入端E。所述晶體管SI的源極連接所述晶體管S2的源極。所述晶體管S2的漏極連接所述整流模塊300的第一輸入端C和所述分流電阻R2。所述晶體管SI的柵極和所述晶體管S2的柵極連接所述控制模塊。該晶體管優(yōu)選是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。當(dāng)然，該晶體管也可以是其他類型的晶體管，如半導(dǎo)體三極管、肖特基勢壘柵場效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管、靜電感應(yīng)晶體管等等)。在該實施例中，所述整流模塊300包括二極管D1、二極管D2、二極管D3和二極管D4。其中所述二極管Dl的陽極連接所述晶體管SI的漏極和所述二極管D3的陰極。所述二極管Dl的陰極連接所述二極管D2的陰極，所述二極管D2的陽極為所述整流模塊300的第一輸入端C且連接所述二極管D4的陰極。所述二極管D4的陽極連接控制地和所述二極管D3的陽極。所述二極管D3的陰極連接所述二極管Dl的陽極。在本實施例中，所述輸出模塊400包括電容Cl和電阻R2，所述電容Cl和電阻R2并聯(lián)連接在所述整流模塊300的輸出端D和所述控制地之間。所述整流模塊300的輸出端D為所述二極管Dl的陰極和所述二極管D2的陰極的連接點。本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，整流模塊300、控制模塊以及輸出模塊400的構(gòu)造和其工作原理已經(jīng)是本領(lǐng)域中眾所周知的。因此根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要，選擇和設(shè)計任何適合的整流模塊300、控制模塊以及輸出模塊400。在此，本發(fā)明不受這些模塊的具體構(gòu)造和組成的限制。如圖2中的實施例所示，在H橋無橋PFC系統(tǒng)中，分流電阻R2與電源VAC和電感LI串聯(lián)，就可以實現(xiàn)對電源輸入電流采樣信號的連續(xù)檢測。該檢測信號經(jīng)隔離運算放大器Ul的輸出端送入控制模塊。控制模塊就可利用該檢測信號來控制晶體管拓?fù)淠K200中晶體管SI和晶體管S2的開關(guān)，實現(xiàn)H橋無橋PFC系統(tǒng)的連續(xù)工作模式。本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，該控制方法可以采用本領(lǐng)域中眾所周知的任何方法，比如平均電流法、峰值電流法、電流跟蹤法等等。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，完全可以實現(xiàn)上述控制，因此對此就不再進(jìn)行累述了。一般情況下，PFC系統(tǒng)的電源輸入電流采樣信號較難獲得；而以PFC系統(tǒng)負(fù)母線為控制地的H橋無橋PFC系統(tǒng)的電源輸入電流采樣信號更難獲得。而采用本發(fā)明的H橋無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置，能夠簡單方便地獲得H橋無橋PFC系統(tǒng)的電源輸入電流采樣信號。更進(jìn)一步的，可以將該電源輸入電流采樣信號送入無橋PFC系統(tǒng)控制模塊用于后續(xù)的控制或處理，因而使得無橋PFC系統(tǒng)的控制更為簡便。采用本發(fā)明的H橋無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置，再結(jié)合上述平均電流法、峰值電流法、電流跟蹤法對H橋無橋PFC系統(tǒng)進(jìn)行控制，可以實現(xiàn)電源輸入電流在相位上跟隨電源輸入電壓。圖3是依照本發(fā)明的第一實施例的無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置采樣的電源輸入電流采樣信號(A)和輸入電壓采樣信號的實際波形圖(V)。如圖3可知，電源輸入電流采樣信號的總諧波失真為3.9%。能夠滿足各種標(biāo)準(zhǔn)對總諧波失真的要求。圖4是本發(fā)明的無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置的第二實施例的電路原理圖。圖4示出了本發(fā)明的交錯H橋無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置。采用交錯并聯(lián)的H橋無橋PFC系統(tǒng)可以提高功率密度，其工作原理與普通H橋無橋PFC系統(tǒng)相同。如圖4所示，該采樣裝置包括分流電阻R2和隔離運算放大器U1。該分流器可以是如圖2所示的分流電阻R2，也可以是也可以是其他任何可以實現(xiàn)分流功能的元件、電路或者是模塊。所述交錯H橋無橋PFC系統(tǒng)包括電感L1，L2，晶體管拓?fù)淠K200，整流模塊300和輸出模塊400。其中該分流電阻R2連接到交流電源VAC的第一電源輸入端A和所述無橋PFC系統(tǒng)的整流模塊300的第一輸入端C之間。所述隔離運算放大器Ul的第一輸入端連接所述第一電源輸入端A，所述隔離運算放大器Ul的第二輸入端連接所述整流模塊300的第一輸入端C。所述隔離運算放大器Ul的輸出端連接所述無橋PFC系統(tǒng)的控制模塊(未示出)。在此，該隔離運算放大器Ul可以是任何合適的隔離運算放 大裝置或者模塊，比如安華高(AVAGO)公司的C790、C784、HCPL7840等等。該隔離運算放大器的第一輸入端可以是同向輸入端，也可以是反相輸入端。同理，該隔離運算放大器的第二輸入端可以是反向輸入端，也可以是同相輸入端。所述控制模塊基于所述隔離運算放大器Ul輸出的電源輸入電流采樣信號控制所述無橋PFC系統(tǒng)的晶體管拓?fù)? 塊200的開關(guān)。在該實施例中，所述晶體管拓?fù)淠K200包括晶體管S1、晶體管S2、晶體管S3和晶體管S4，其中所述晶體管SI的漏極經(jīng)電感LI連接所述無橋PFC系統(tǒng)的第二電源輸入端B。所述晶體管SI的源極連接所述晶體管S2的源極。所述晶體管S2的漏極連接所述整流模塊300的第一輸入端C。所述晶體管S3的漏極連接到所述整流模塊300的第二輸入端E，且所述晶體管S3的漏極經(jīng)電感L2連接所述無橋PFC系統(tǒng)的第二電源輸入端B。所述晶體管S3的源極連接所述晶體管S4的源極。所述晶體管S4的漏極連接所述整流模塊300的第一輸入端C。所述晶體管S1、晶體管S2、晶體管S3和晶體管S4的柵極連接所述控制模塊。在該實施例中，所述整流模塊300包括二極管D1、二極管D2、二極管D3和二極管D4。其中所述二極管Dl的陽極連接所述晶體管S3的漏極、所述晶體管SI的漏極和所述二極管D3的陰極。所述二極管Dl的陰極為所述整流模塊300的輸出端D并連接所述二極管D2的陰極。所述二極管D2的陽極為所述整流模塊300的第一輸入端C且連接所述二極管D4的陰極。所述二極管D4的陽極連接控制地和所述二極管D3的陽極，所述二極管D3的陰極連接所述二極管Dl的陽極。在本實施例中，所述輸出模塊400包括電容Cl和電阻Rl，所述電容Cl和電阻Rl并聯(lián)連接在所述整流模塊300的輸出端D和所述控制地之間。如圖4中的實施例所示，在交錯H橋無橋PFC系統(tǒng)中，分流電阻R2與電源VAC和電感LI串聯(lián)，就可以實現(xiàn)對電源輸入電流采樣信號的連續(xù)檢測。該檢測信號經(jīng)隔離運算放大器Ul的輸出端送入控制模塊。控制模塊就可利用該檢測信號來控制晶體管拓?fù)淠K200中晶體管S1、晶體管S2、晶體管S3和晶體管S4的開關(guān)，實現(xiàn)交錯H橋無橋PFC系統(tǒng)的連續(xù)工作模式。其工作過程和原理與圖2中示出的H橋無橋PFC系統(tǒng)類似，在此就不再累述了。因此，實施本發(fā)明的無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置，能夠簡單方便地獲得無橋PFC系統(tǒng)的電源輸入電流采樣信號。更進(jìn)一步的，可以將該電源輸入電流采樣信號送入無橋PFC系統(tǒng)控制模塊用于后續(xù)的控制或處理，因而使得無橋PFC系統(tǒng)的控制更為簡便。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可將本發(fā)明的采樣裝置應(yīng)用到其他有源或無源PFC系統(tǒng)中。更進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供了一種無橋PFC系統(tǒng)的采樣方法。該方法可包括采用前述任意一種無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置連續(xù)采樣所述無橋PFC系統(tǒng)的輸入電流，以及基于采樣的輸入電流控制所述無橋PFC系統(tǒng)中晶體管的開關(guān)以實現(xiàn)所述無橋PFC系統(tǒng)的連續(xù)工作模式。在介紹本發(fā)明的無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置時，已經(jīng)對如何采用該裝置實現(xiàn)該無橋PFC系統(tǒng)的采樣方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。基于上述介紹，本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)能夠了解并且實現(xiàn)該無橋PFC系統(tǒng)的采樣方法，在此就不再累述了。雖然本發(fā)明是通過具體實施例進(jìn)行說明的，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行各種變換及等同替代。因此，本發(fā)明不局限于所公開的具體實施例，而應(yīng)當(dāng)包括落入本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)的全部實施方式。
權(quán)利要求
1.一種無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置，其特征在于，包括: 分流器，所述分流器連接在所述無橋PFC系統(tǒng)的第一電源輸入端和所述無橋PFC系統(tǒng)的整流模塊的第一輸入端之間； 隔離運算放大器，所述隔離運算放大器的第一輸入端連接所述第一電源輸入端，所述隔離運算放大器的第二輸入端連接所述整流模塊的第一輸入端，所述隔離運算放大器的輸出端連接所述無橋PFC系統(tǒng)的控制模塊，所述控制模塊基于所述隔離運算放大器輸出的電源輸入電流采樣信號控制所述無橋PFC系統(tǒng)的晶體管拓?fù)淠K的開關(guān)； 其中所述晶體管拓?fù)淠K包括第一晶體管和第二晶體管，其中所述第一晶體管的漏極經(jīng)第一電感連接所述無橋PFC系統(tǒng)的第二電源輸入端，所述第一晶體管的漏極同時連接到所述整流模塊的第二輸入端，所述第一晶體管的源極連接所述第二晶體管的源極，所述第二晶體管的漏極連接所述整流模塊的第一輸入端和所述分流器，所述第一晶體管的柵極和所述第二晶體管的柵極連接所述控制模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置，其特征在于，所述晶體管拓?fù)淠K進(jìn)一步包括第三晶體管和第四晶體管，其中所述第三晶體管的漏極經(jīng)第二電感連接所述無橋PFC系統(tǒng)的第二電源輸入端，所述第三晶體管的漏極同時連接到所述整流模塊的第二輸入端，所述第三晶體管的源極連接所述第四晶體管的源極，所述第四晶體管的漏極連接所述整流模塊的第一輸入端，所述第三晶體管的柵極和所述第四晶體管的柵極連接所述控制模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置，其特征在于，所述整流模塊包括第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管，其中所述第一二極管的陽極連接所述第一晶體管的漏極和所述第三二極管的陰極，所述第一二極管的陽極為所述整流模塊的第二輸入端，所述第一二極管的陰極連接所述第二二極管的陰極，所述第一二極管的陰極和所述第二二極管的陰極的連接點為所述整流模塊的輸出端，所述第二二極管的陽極為所述整流模塊的第一輸入端且連接所述第四二極管的陰極，所述第四二極管的陽極連接控制地和所述第三二極管的陽極，所述第三二極管的陰極連接所述第一二極管的陽極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置，其特征在于，所述無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置進(jìn)一步包括連接到所述整流模塊的輸出端和控制地之間的輸出模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置，其特征在于，所述輸出模塊包括第一電容和第一電阻，所述第一電容和所述第一電阻并聯(lián)連接在所述整流模塊的輸出端和所述控制地之間。
6.一種無橋PFC系統(tǒng)的米樣方法,其特征在于,包括: 51、使用根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項所述的無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置連續(xù)采樣所述無橋PFC系統(tǒng)的輸入電流； 52、基于采樣的輸入電流控制所述無橋PFC系統(tǒng)中晶體管的開關(guān)以實現(xiàn)所述無橋PFC系統(tǒng)的連續(xù)工作模式。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無橋PFC系統(tǒng)的采樣方法，其特征在于，在所述步驟S2中，采用平均電流法控制所述無橋PFC系統(tǒng)中晶體管的開關(guān)以實現(xiàn)所述無橋PFC系統(tǒng)的連續(xù)工作模式。
全文摘要
本發(fā)明涉及無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置和方法。其中，所述無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置包括分流器，所述分流器連接在所述無橋PFC系統(tǒng)的第一電源輸入端和所述無橋PFC系統(tǒng)的整流模塊的第一輸入端之間；隔離運算放大器，所述隔離運算放大器的第一輸入端連接所述第一電源輸入端，第二輸入端連接所述整流模塊的第一輸入端，輸出端連接所述無橋PFC系統(tǒng)的控制模塊，所述控制模塊基于所述隔離運算放大器輸出的電源輸入電流采樣信號控制所述無橋PFC系統(tǒng)的晶體管拓?fù)淠K的開關(guān)；所述晶體管拓?fù)淠K包括第一晶體管和第二晶體管。實施本發(fā)明的無橋PFC系統(tǒng)的采樣裝置和方法，能夠簡單方便地獲得無橋PFC系統(tǒng)的電源輸入電流采樣信號。
文檔編號H02M1/42GK103117653SQ20111036280
公開日2013年5月22日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者秦嶺, 首福俊, 屈云生 申請人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源系統(tǒng)北美公司