本實(shí)用新型涉及單相功率因數(shù)校正技術(shù)，特別是涉及大功率輸出的功率因數(shù)校正器技術(shù)，具體涉及高開關(guān)頻率下減小功耗實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正的電路。

背景技術(shù)：

在單相電網(wǎng)中，隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的電力電子設(shè)備在電網(wǎng)中投入使用，特別是采用整流橋和電解電容作為前級電路的開關(guān)電源電路和交直交變頻電路的廣泛使用，對電網(wǎng)造成了嚴(yán)重的諧波電流污染。有源功率因數(shù)校正（APFC）技術(shù)成為解決諧波電流污染的重要技術(shù)。

然而，低開關(guān)頻率功率因數(shù)校正器的升壓電感量大、體積大。同時(shí)，低開關(guān)頻率下的單相功率因數(shù)校正器分流電阻阻值大，功耗多，發(fā)熱嚴(yán)重。若要提高開關(guān)頻率，分流電阻會產(chǎn)生更多的功耗和熱量。因此，需要找尋高開關(guān)頻率低感低阻單相功率因數(shù)校正電路來解決這些問題。

現(xiàn)階段，高開關(guān)頻率低感低阻單相功率因數(shù)校正電路的設(shè)計(jì)普遍繁瑣，分流電阻通常還會產(chǎn)生更大的功耗、發(fā)出更多的熱量，無法滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供新型的單相功率因數(shù)校正電路，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實(shí)用新型提供單相功率因數(shù)校正電路，包括：功率單元，用于將交流電信號轉(zhuǎn)換成第一直流電信號并輸出；檢測單元，連接所述功率單元，用于根據(jù)所述交流電信號取樣分流電阻電信號，放大并轉(zhuǎn)換成第二直流電信號并輸出；控制單元，分別連接所述功率單元和所述檢測單元，用于根據(jù)所述第一直流電信號和所述第二直流電信號進(jìn)行功率因數(shù)校正。

于本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述功率單元包括：升壓型單相AC-DC電路。

于本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述升壓型單相AC-DC電路包括：第一功率二極管、第二功率二極管、第三功率二極管、第四功率二極管、升壓電感、功率場效應(yīng)管、反向快恢復(fù)二極管、第一電容、第一電阻、第二電阻、第二電容，其中，第一功率二極管的正極、第二功率二極管的負(fù)極、第一電容的一端與電源火線相連，第一電容的另一端、第三功率二極管的正極、第四功率二極管的負(fù)極與電源零線相連，第二功率二極管的正極、第四功率二極管的正極、第一電阻的一端、第二電阻的一端相連，第一功率二極管的負(fù)極、第三功率二極管的負(fù)極、第一電阻的另一端、升壓電感的一端相連，升壓電感的另一端、功率場效應(yīng)管的漏極、反向快恢二極管的正極相連，第二電阻的另一端、功率場效應(yīng)管的源極、第二電容的一端相連構(gòu)成所述功率單元的負(fù)極輸出端，反向快恢復(fù)二極管的負(fù)極與第二電容的另一端相連構(gòu)成所述功率單元的正極輸出端。

于本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述檢測單元包括：運(yùn)算放大器、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、電容，其中，第三電阻的一端與第一電阻連接第二電阻的一端相連，第三電阻的另一端與運(yùn)算放大器的正輸入端相連，第四電阻的一端、第五電阻的一端、運(yùn)算放大器的反向輸入端相連，第四電阻的另一端接地，第七電阻的一端與運(yùn)算放大器的輸出端相連，第七電阻的另一端與所述控制單元相連，第五電阻的另一端與運(yùn)算放大器的輸出端相連，第六電阻的一端與第二電容接地的一端相連，第六電阻的另一端、第八電阻的一端與所述控制單元相連，第八電阻的另一端與第三電容的一端相連，第三電容的另一端與所述控制單元相連。

于本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述控制單元包括：單相功率因數(shù)校正模擬控制器。

于本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述單相功率因數(shù)校正模擬控制器包括：L4981B控制芯片。

于本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述L4981B芯片的引腳8與第七電阻的另一端相連，所述L4981B芯片的引腳9連接于第六電阻及第八電阻的連接點(diǎn)，所述L4981B芯片的引腳5與第三電容相連，所述L4981B芯片的引腳2、第三電阻接入第二電阻的一端、第九電阻的一端相連，第九電阻的另一端與所述L4981B芯片的引腳11相連。

如上所述，本實(shí)用新型的單相功率因數(shù)校正電路，采用在高開關(guān)頻率情況下設(shè)計(jì)檢測電路的策略，具有以下有益效果：

（1）減小分流電阻阻值，使電阻損耗功率減少，發(fā)熱減少；

（2）提高開關(guān)頻率，實(shí)現(xiàn)與低開關(guān)頻率功率因數(shù)校正電路相同的效果，且能降低電感量，減小電感體積，節(jié)約成本。

附圖說明

圖1顯示為本實(shí)用新型一實(shí)施例的單相功率因數(shù)校正電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2顯示為本實(shí)用新型另一實(shí)施例的單相功率因數(shù)校正電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下通過特定的具體實(shí)例說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實(shí)用新型的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本實(shí)用新型還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本實(shí)用新型的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。需說明的是，在不沖突的情況下，以下實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

需要說明的是，以下實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本實(shí)用新型的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本實(shí)用新型中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

請參閱圖1，為了解決高開關(guān)頻率下，單相功率因數(shù)校正電路功耗多、成本高等問題，本實(shí)用新型提供新型的單相功率因數(shù)校正電路，包括：功率單元1、檢測單元2、控制單元3，其中，功率單元1連接檢測單元2和控制單元3，用于完成AC-DC變換；檢測單元2連接控制單元3，用于將微弱的電流信號線性放大后發(fā)送到控制單元3；控制單元3用于完成輸入電流跟蹤輸入電壓。

請參閱圖2，在一實(shí)施例中，功率單元1為升壓型單相AC-DC電路，包括：第一功率二極管D1、第二功率二極管D2、第三功率二極管D3、第四功率二極管D4、升壓電感L、功率MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半場效晶體管）S1、反向快恢復(fù)二極管FRD1、安規(guī)電容C1、第一電阻R1、第二電阻R2、濾波電容E1。具體的，第一功率二極管D1的正極、第二功率二極管D2的負(fù)極、安規(guī)電容C的一端與電源火線ACL相連，安規(guī)電容C另一端、第三功率二極管D3正極、第四功率二極管D4的負(fù)極與電源零線ACN相連，第二功率二極管D2的正極、第四功率二極管D4的正極、第一電阻R1一端、第二電阻R2一端相連，構(gòu)成輸入端DCN1，第一功率二極管D1的負(fù)極、第三功率二極管D3的負(fù)極、第一電阻R1另一端與升壓電感L一端相連，構(gòu)成輸入端DCP1，升壓電感L的另一端、功率MOSFET S1的漏極與反向快恢二極管FRD1的正極相連，第二電阻R2另一端、功率MOSFET S1的源極與濾波電容E1一端相連構(gòu)成功率電路負(fù)極輸出端DCN2，反向快恢復(fù)二極管FRD1負(fù)極與濾波電容E1另一端相連構(gòu)成正極輸出端DCP2。

請參閱圖2，在一實(shí)施例中，所述檢測電路2包括：運(yùn)算放大器A、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、電容C3。具體的：第三電阻R3一端與第一電阻R1連接第二電阻R2的一端相連，第三電阻R3另一端與運(yùn)算放大器A的正輸入端相連，第四電阻R4、第五電阻R5一端與運(yùn)算放大器A的反向輸入端相連，第四電阻R4另一端接地，第七電阻R7一端與運(yùn)算放大器A的輸出端相連，第七電阻R7另一端與控制單元3相連，第五電阻R5另一端與運(yùn)算放大器A的輸出端相連，第六電阻R6一端與濾波電容E1接地的一端相連，第六電阻R6另一端、第八電阻R8一端與控制單元3相連，第八電阻R8的另一端與電容C3一端相連，電容C3的另一端與控制單元3相連。

請參閱圖2，在一實(shí)施例中，所述控制芯片3為單相功率因數(shù)校正模擬控制器，例如，有源PFC控制器L4981B，采用CCM（Continuous Conduction Mode，連續(xù)導(dǎo)通模式）與平均電流檢測方式，通過內(nèi)部的電壓電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)輸入電流跟蹤輸入電壓，其工作原理包括：第一直流電信號與芯片內(nèi)部基準(zhǔn)電壓比較，差值作為乘法器輸入信號，乘法器輸出信號與第二直流電信號比較，差值作為PWM載波信號，通過PWM控制器輸出脈沖控制功率器件S1的通斷。使輸入電流信號與輸入電壓信號保持同步，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。具體的：控制芯片L4981B的引腳8（MULT-OUT）即圖中的301與第七電阻R7另一端相連，控制芯片L4981B的引腳9（ISENSE）即圖中的302連接于第六電阻R6及第八電阻R8，控制芯片L4981B的引腳5（CA-OUT）即圖中的303與電容C3相連，第三電阻R3接入第二電阻R2的一端、控制芯片L4981B引腳2（IPK）即圖中的304、第九電阻R9的一端相連，第九電阻R9的另一端與控制芯片L4981B引腳11（VREF）即圖中的305相連。

在一實(shí)施例中，各器件的選型和參數(shù)可以為：

開關(guān)頻率：100kHz；

功率器件S1：600V，75A/100℃；

碳化硅快恢復(fù)二極管FRD1：600V，40A/100℃；

二極管整流橋（D1-D4）：600V，25A/100℃；

濾波電容E1：680F，450V，3只并聯(lián)；

無感電阻R2：2mΩ；

快速運(yùn)算放大器A：型號AD712，3MHZ，±15V；

升壓電感L：0.5mH；

控制芯片：L4981B。

本實(shí)用新型的關(guān)鍵原理在于：

（1）在大功率輸出情況下，單相功率因數(shù)校正器工作在高開關(guān)頻率，不僅具有低開關(guān)頻率單相功率因數(shù)校正器相同的效果，而且減小升壓電感量和電感體積，減少制作成本。

（2）在大功率輸出情況下，分流電阻會產(chǎn)生更多損耗和熱量，本實(shí)用新型在檢測電路中將檢測出的微弱信號通過快速運(yùn)算放大器放大后發(fā)送到控制芯片中，所發(fā)送數(shù)據(jù)與大阻值分流電阻發(fā)送數(shù)據(jù)一致且達(dá)到相同效果，使用的分流電阻阻值減小，功耗小發(fā)熱少。

綜上所述，本實(shí)用新型的單相功率因數(shù)校正電路，在大功率輸出情況下工作在高開關(guān)頻率，不僅具有與低開關(guān)頻率單相功率因數(shù)校正電路相同的效果，還會降低升壓電感量和電感體積；同時(shí)，檢測電路中的運(yùn)算放大器放大微弱的電感電流信號，可減小分流電阻阻值，降低功耗，減少發(fā)熱，有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。

上述實(shí)施例僅例示性說明本實(shí)用新型的原理及其功效，而非用于限制本實(shí)用新型。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本實(shí)用新型的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本實(shí)用新型所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本實(shí)用新型的權(quán)利要求所涵蓋。