一种有源功率因数校正直流电源电路及电路方法技术

本发明专利技术公开了一种有源功率因数校正直流电源电路及电路方法，属于直流电源技术领域；由主电路和控制电路组成；其中主电路由整流电路1、电力电子器件M1、续流二极管D1、电感L1、电容C1组成。其中的电力电子器件M1、续流二极管D1、电感L1、电容C1构成了BUCK电路；控制电路与主电路相连；该BUCK电路的输入端与整流电路1的直流侧连接，BUCK电路的输出端与电源的外部负载连接；整流电路1的交流侧与外部的单相交流电源连接。本发明专利技术一个控制周期时间内的能量平衡关系为控制判据，在控制过程中，计算了各个环节的能量大小和相互影响关系；在调节过程中，实现了能量的快速变化，缩短调节时间。

An Active Power Factor Correction DC Power Supply Circuit and Circuit Method

The invention discloses an active power factor correction DC power supply circuit and its circuit method, which belongs to the technical field of DC power supply. The main circuit consists of a rectifier circuit 1, a power electronic device M1, a continuous current diode D1, an inductor L1 and a capacitor C1. The power electronic device M1, the continuous current diode D1, the inductance L1 and the capacitance C1 constitute the BUCK circuit; the control circuit is connected with the main circuit; the input end of the BUCK circuit is connected with the DC side of the rectifier circuit 1; the output end of the BUCK circuit is connected with the external load of the power supply; and the AC side of the rectifier circuit 1 is connected with the external single-phase AC power supply. The energy balance relationship in the control period of the invention is a control criterion. In the control process, the energy magnitude of each link and the mutual influence relationship are calculated. In the adjustment process, the fast change of energy is realized and the adjustment time is shortened.

【技术实现步骤摘要】
一种有源功率因数校正直流电源电路及电路方法
本专利技术涉及直流电源
，具体涉及一种有源功率因数校正直流电源电路及电路方法。
技术介绍
直流电源输入的交流电经整流和滤波后变为直流电，但是非线性负载使得输入电流波形畸变，呈脉冲波形，其中含有大量的谐波分量，导致输入功率因数降低。这一问题的产生带来了诸多不利影响，例如：谐波电流污染电网，干扰其他用电设备；在输入功率一定的条件下，输入电流较大，需要增大输入断路器和电源线的容量等等。因此，为了减小直流电源输入电流的谐波分量，提高功率因数，功率因数校正技术引起了研究人员和使用者的重视，其中有源功率因数校正由于具有体积小、重量轻、适应性好等优点，而被广泛采用。现有的有源功率因数校正电路多采用PI控制器来设计、实现功率因数校正控制策略，但是PI控制器固有的时滞、带宽等缺陷，限制住了功率因数校正电路性能的进一步提高，因此本专利技术提出了一种基于能量平衡关系来实现功率因数校正控制的直流电源技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种有源功率因数校正直流电源电路及电路方法。涉及到一种输入为单相交流电的，具有有源功率因数校正功能的直流输出电源。一种有源功率因数校正直流电源电路由主电路和控制电路组成；其中主电路由第一整流电路1、电力电子器件M1、续流二极管D1、电感L1、电容C1组成；其中的电力电子器件M1、续流二极管D1、电感L1、电容C1构成了BUCK电路；控制电路与主电路相连；该BUCK电路的输入端与第一整流电路1的直流侧连接，BUCK电路的输出端与电源的外部负载连接；第一整流电路1的交流侧与外部的单相交流电源连接。所述控制电路由输入电流检测电路2、输出电压检测电路3、输出电流检测电路4、交流电压变换电路5、第二整流电路6、电压比较电路7、输入能量计算电路8、负载辨识电路9、电容实际储能计算电路10、负载期望能量计算电路11、电容期望储能计算电路12、运算电路13、能量比较电路14、与逻辑运算电路15、时钟电路16构成；具体连接关系为：输入电流检测电路2检测端与BUCK电路连接，输入电流检测电路2的输出端与输入能量计算电路8的对应输入端连接；输出电压检测电路3并联在主电路中的电容C1的两端，其输出端分别与负载辨识电路9和电容实际储能计算电路10的对应输入端连接；输出电流检测电路4的检测端与BUCK电路相连，输出电流检测电路4的输出端与负载辨识电路9的对应输入端连接；交流电压变换电路5的输入端与外部的单相交流电源连接，其输出端与第二整流电路6的输入端连接；第二整流电路6的输出端分别与电压比较电路7、输入能量计算电路8的对应输入端连接；电压比较电路7的另一个输入端接入比较电压信号U1，其输出端连接至与逻辑运算电路15的对应输入端；输入能量计算电路8的输出端连接至能量比较电路14的对应输入端；负载辨识电路9的输出端连接至负载期望能量计算电路11的对应输入端；电容实际储能计算电路10的输出端连接至运算电路13的对应输入端；负载期望能量计算电路11的另一个输入端接入电源的输出电压给定信号Uref，其输出端连接至运算电路13的对应输入端；电容期望储能计算电路12的输入端接入电源的输出电压给定信号Uref，其输出端连接至运算电路13的对应输入端；运算电路13的输出端连接至能量比较电路14的对应输入端；能量比较电路14的输出端连接至与逻辑运算电路15的对应输入端；与逻辑运算电路15的输出端与主电路中的电力电子器件M1的驱动端连接；时钟电路16的输出端分别与输入能量计算电路8和负载期望能量计算电路11的时钟输入端连接。一种有源功率因数校正直流电源电路方法，包含以下步骤：步骤一：外部单相交流电源提供的单相交流电经过第一整流电路1变换为直流电，进而为BUCK电路提供电能；步骤二：输入电流检测电路2对BUCK电路输入电流进行实时检测，并将检测数据实时传送至输入能量计算电路8；步骤三：输出电压检测电路3对BUCK电路输出电压进行实时检测，并将检测数据实时传送至负载辨识电路9、电容实际储能计算电路10；步骤四：输出电流检测电路4对BUCK电路输出电流进行实时检测，并将检测数据实时传送至负载辨识电路9；步骤五：交流电压变换电路5在实现主电路和控制电路电气隔离的前提下，将输入交流电压的幅值降低到控制电路允许的范围内，在通过第二整流电路6变换为直流电压；步骤六：电压比较电路7将第二整流电路6输出的直流电压信号与给定的电压信号U1进行比较，当U1小于第二整流电路6输出的直流电压信号时，电压比较电路7输出高电平，反之输出低电平；步骤七：输入能量计算电路8根据第二整流电路6和输入电流检测电路2提供的电压和电流数据，结合时钟电路16提供的时钟信号，计算出从当前控制周期的初始时刻一直到当前时刻的时间段内BUCK电路所获得的实际输入能量Win的大小，并将计算结果传递给能量比较电路14；步骤八：负载辨识电路9根据输出电压检测电路3和输出电流检测电路4提供的电压和电流数据，计算出电源外接负载的等效阻值，并将计算结果传递给负载期望能量计算电路11；步骤九：电容实际储能计算电路10根据输出电压检测电路3提供的电压数据以及电容储能计算公式，计算出主电路中电容C1当前存储能量WC的大小，并将计算结果传递给运算电路13；步骤十：负载期望能量计算电路11根据电源的输出电压给定信号Uref和负载辨识电路9提供的负载等效阻值，结合时钟电路16提供的时钟信号，计算出当直流电源输出电压为Uref时，在一个控制周期时间段内负载所应消耗的能量WLoad，并将计算结果传递给运算电路13；步骤十一：电容期望储能计算电路12根据电源的输出电压给定信号Uref，计算出当直流电源输出电压为Uref时，电容C1所应存储能量WCref的大小，并将计算结果传递给运算电路13；步骤十二：运算电路13利用电容实际储能计算电路10、负载期望能量计算电路11和电容期望储能计算电路12提供的数据，根据Winref＝WLoad+WCref-WC计算出期望输入能量Winref的大小，并将计算结果传递给能量比较电路14；步骤十三：能量比较电路14对输入能量计算电路8提供的实际输入能量Win和运算电路13提供的期望输入能量Winref进行大小判断，当Win<Winref时，能量比较电路14输出高电平，反之输出低电平；步骤十四：与逻辑运算电路15将电压比较电路7的输出电平信号和能量比较电路14的输出电平信号进行与逻辑运算，并将运算后的电平信号进行隔离、功率放大处理后，传送至主电路中电力电子器件M1的驱动端，实现对电力电子器件M1导通、关断控制。本专利技术的有益效果在于：(1)控制原理简单易于实现；(2)控制电路和控制策略中无需采用PID控制器，有效避免了PID控制器自身缺陷对电源性能的不利影响；(3)以一个控制周期时间内的能量平衡关系为控制判据，在控制过程中，充分计及了各个环节的能量大小和相互影响关系，因此在直流电源输出电压的动态调节过程中，既可以实现能量的快速变化，缩短调节时间，又可以有效防止能量过剩而引起的输出电压超调和振荡现象的发生。附图说明图1为本专利技术有源功率因数校正直流电源的结构框图。具体实施方式本专利技术的目的在于提供一种有源功率因数校正直流电源电路及电路方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有源功率因数校正直流电源电路，其特征在于，由主电路和控制电路组成；其中主电路由第一整流电路(1)、电力电子器件M1、续流二极管D1、电感L1、电容C1组成；其中的电力电子器件M1、续流二极管D1、电感L1、电容C1构成了BUCK电路；控制电路与主电路相连；该BUCK电路的输入端与第一整流电路(1)的直流侧连接，BUCK电路的输出端与电源的外部负载连接；第一整流电路(1)的交流侧与外部的单相交流电源连接。

【技术特征摘要】
1.一种有源功率因数校正直流电源电路，其特征在于，由主电路和控制电路组成；其中主电路由第一整流电路(1)、电力电子器件M1、续流二极管D1、电感L1、电容C1组成；其中的电力电子器件M1、续流二极管D1、电感L1、电容C1构成了BUCK电路；控制电路与主电路相连；该BUCK电路的输入端与第一整流电路(1)的直流侧连接，BUCK电路的输出端与电源的外部负载连接；第一整流电路(1)的交流侧与外部的单相交流电源连接。2.根据权利要求1所述的一种有源功率因数校正直流电源电路，其特征在于，所述控制电路由输入电流检测电路(2)、输出电压检测电路(3)、输出电流检测电路(4)、交流电压变换电路(5)、第二整流电路(6)、电压比较电路(7)、输入能量计算电路(8)、负载辨识电路(9)、电容实际储能计算电路(10)、负载期望能量计算电路(11)、电容期望储能计算电路(12)、运算电路(13)、能量比较电路(14)、与逻辑运算电路(15)、时钟电路(16)构成；具体连接关系为：输入电流检测电路(2)检测端与BUCK电路连接，输入电流检测电路(2)的输出端与输入能量计算电路(8)的对应输入端连接；输出电压检测电路(3)并联在主电路中的电容C1的两端，其输出端分别与负载辨识电路(9)和电容实际储能计算电路(10)的对应输入端连接；输出电流检测电路(4)的检测端与BUCK电路相连，输出电流检测电路(4)的输出端与负载辨识电路(9)的对应输入端连接；交流电压变换电路(5)的输入端与外部的单相交流电源连接，其输出端与第二整流电路(6)的输入端连接；第二整流电路(6)的输出端分别与电压比较电路(7)、输入能量计算电路(8)的对应输入端连接；电压比较电路(7)的另一个输入端接入比较电压信号U1，其输出端连接至与逻辑运算电路(15)的对应输入端；输入能量计算电路(8)的输出端连接至能量比较电路(14)的对应输入端；负载辨识电路(9)的输出端连接至负载期望能量计算电路(11)的对应输入端；电容实际储能计算电路(10)的输出端连接至运算电路(13)的对应输入端；负载期望能量计算电路(11)的另一个输入端接入电源的输出电压给定信号Uref，其输出端连接至运算电路(13)的对应输入端；电容期望储能计算电路(12)的输入端接入电源的输出电压给定信号Uref，其输出端连接至运算电路(13)的对应输入端；运算电路(13)的输出端连接至能量比较电路(14)的对应输入端；能量比较电路(14)的输出端连接至与逻辑运算电路(15)的对应输入端；与逻辑运算电路(15)的输出端与主电路中的电力电子器件M1的驱动端连接；时钟电路(16)的输出端分别与输入能量计算电路(8)和负载期望能量计算电路(11)的时钟输入端连接。3.一种有源功率因数校正直流电源电路方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一：外部单相交流电源提供的单相交流电经过第一整流电路(1)变换为直流电，进而为BUCK电路提供电能；步骤二：输入电流检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，杨威，温剑桥，董童鹤，何昕，武保成，魏家植，年强，李鸿凯，宋世豪，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23