一种新型高功率因数单相整流系统技术方案

本实用新型专利技术涉及电源技术，具体涉及一种新型高功率因数单相整流系统，包括220V降压模块、全桥VSR整流模块、BUCK降压模块、通路选择模块、输入交流电压电流采样模块、输出直流电压采样模块、FPGA和单片机控制模块、键盘模块、显示模块、辅助电源模块。该单相整流系统具有输入自适应、输入侧高功率因数、稳定性好、效率高，具有电流电压显示及过载保护功能，人机界面友好的优点。

A New High Power Factor Single-Phase Rectifier System

【技术实现步骤摘要】
一种新型高功率因数单相整流系统
本技术属于电源
，尤其涉及一种新型高功率因数单相整流系统。
技术介绍
消除电网谐波污染，提高功率因数是电力电子领域研究的一个重大且很有实际价值的课题。解决谐波污染的主要途径有两条：一是对电网实施谐波补偿，二是对电力电子设备自身进行改进。前者包括对电力系统的无源滤波和有源滤波，后者包括对电力电子装置的无源和有源功率因数校正，相比而言，后者是积极的方法。近十几年，是功率因数校正技术大发展的阶段,功率因数校正技术的理论日趋完善,校正技术与软开关技术相结合,进一步提高了功率因数校正电路的性能，基于脉冲宽度调制整流器的交流传动应用系统，具有成本低，结构简单、效率高的特点。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种输入侧高功率因数、效率高、性能稳定、带负载能力强并具有一定保护功能的单相整流电源。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是，一种新型高功率因数单相整流系统，包括220V降压模块、全桥VSR整流模块、BUCK降压模块、通路选择模块、输入交流电压电流采样模块、输出直流电压采样模块、FPGA和单片机控制模块、键盘模块、显示模块、辅助电源模块；220V降压模块、全桥VSR整流模块、BUCK降压模块、通路选择模块依次连接作为主回路；辅助电源模块从全桥VSR整流模块输出取电，产生各模块芯片工作所需电压；全桥VSR整流模块、BUCK降压模块、通路选择模块、输入交流电压电流采样模块、输出直流电压采样模块、键盘模块、显示模块分别与FPGA和单片机控制模块连接实现电路控制及人机交互。在上述的新型高功率因数单相整流系统中，所述辅助电源模块包括依次连接的同步降压型开关稳压器LT8631和降压转换器TPS5430，反相器MAX764和低压降线性稳压器LM117-3.3并接其后。在上述的新型高功率因数单相整流系统中，所述全桥VSR整流模块包括2个基于栅极自举驱动原理的半桥驱动芯片UCC27211和4个内有续流二极管的MOSFET开关管CSD19536；同步降压型开关稳压器LT8631的输出为半桥驱动芯片UCC27211供电。在上述的新型高功率因数单相整流系统中，所述输入交流电压电流采样模块包括交流电压互感器TV1013-1H、限流20A的电流传感器ACS714LLCTR-20A-T、内有2个运算放大器的运放芯片OPA2227、基准电压芯片REF5040和REF5025和±10V采样范围的采样芯片TLC3578；其中，交流电压互感器和1个运算放大器搭建互感电路产生和待测电压成比例关系的电压供采样芯片采样；电流传感器输出电压经差分放大电路得到与待测电流成比例关系的电压供采样芯片采样；降压转换器TPS5430的输出给采样芯片TLC3578、电流传感器ACS714LLCTR-20A-T、电压基准芯片REF5040和REF5025和运放芯片OPA2227供电；低压降线性稳压器LM117-3.3的输出给采样芯片TLC3578供电。在上述的新型高功率因数单相整流系统中，所述输出直流电压采样模块包括多通道高精度采样芯片ADS1118；反相器MAX764的输出给运放芯片OPA2227供电；低压降线性稳压器LM117-3.3的输出给采样芯片ADS1118供电。在上述的新型高功率因数单相整流系统中，所述BUCK降压模块采用半桥工作模式，用开关管代替原拓扑中的二极管，2个开关管CSD19536构成半桥，通过半桥驱动芯片UCC27211驱动。在上述的新型高功率因数单相整流系统中，所述通路选择模块包括5V供电继电器SRD-05VDC-SL-C、三极管S9013、二极管1N4148和发光二极管3RR4-Y-T。在上述的新型高功率因数单相整流系统中，220V降压模块采用匝数比为220：24的变压器，完成从220V降至20-30V电压。本技术的有益效果：具有输入自适应，当220V降压模块输出交流电压在20-30V内波动时，均能实现稳定输出36V直流。具有高功率因数且功率因数可调，72W额定功率时，输入测功率因数0.8-0.99可调。输出稳定性好，输出36V直流电压，系统负载调整率小于0.5％，电压调整率小于0.5％。高效率，220V降压模块输出电压在20-30V时均可以达到90％以上，其中在24V左右时可达95％。具有功率因数、电流、电压显示及过载保护功能，人机界面友好。附图说明图1是本技术一个实施例的整体电路模块框图；其中，1-220V降压模块、2-全桥VSR整流模块、3-BUCK降压模块、4-通路选择模块、5-输入交流电压电流采样模块、6-辅助电源模块、7-输出直流电压采样模块、8-FPGA和单片机控制模块、9-键盘模块、10-显示模块；图2是本技术一个实施例的全桥VSR整流模块原理图；图3是本技术一个实施例的BUCK降压模块原理图；图4是本技术一个实施例的输入交流电压电流采样模块原理图；图5是本技术一个实施例的输出直流电压采样原理图；图6是本技术一个实施例的通路选择模块原理图；图7-1是本技术一个实施例的辅助电源模块中LT8631降压模块的原理图；图7-2是本技术一个实施例的辅助电源模块中TPS5430降压模块原理图；图7-3是本技术一个实施例的辅助电源模块中MAX764反相器原理图；图7-4是本技术一个实施例的辅助电源模块中LM117-3.3低压降线性稳压器原理图。具体实施方式下面结合附图对本技术的实施方式进行详细描述。本实施例一种新型高功率因数单相整流系统的设计采用全桥VSR拓扑结构。220V降压模块，采用变压器完成从220V降至20-30V电压。全桥VSR整流模块是系统的关键模块，目的是提高输入侧功率因数并完成AC-DC转换。BUCK降压模块和通路选择模块目的是使输出电压稳定在36V并提高降压模块输出交流电压在24V左右时的效率，同时通路选择模块与BUCK降压模块开关管配合并在保险管的双重保护下，共同实现过流保护功能。输入交流电压电流采样模块完成对输入电压、电流的采样，目的是实时监测输入电压、电流，完成功率因数校正、反馈功能。输出直流电压采样模块完成对全桥VSR整流模块输出电压和BUCK降压模块输出电压的采样，目的是实时监测输出电压，完成功率因数校正、反馈、稳压功能，同时，与输入电压电流采样信息利用功率关系计算输出电流以监测过流。FPGA和单片机控制模块，利用FPGAcycloneⅡ和单片机MSP430F6638完成对整个系统的控制。键盘模块，用于输入对输入侧功率因数的调控。显示模块，利用LCD显示屏完成对输入侧功率因数、输入输出电压电流的显示，具有良好的人机交互性。辅助电源模块，把全桥VSR整流模块输出的电压转变成系统所用芯片所需电压。具体实施时，如图1所示，本实施例设计的单相整流系统包括220V降压模块1、全桥VSR整流模块2、BUCK降压模块3、通路选择模块4、输入交流电压电流采样模块5、辅助电源模块6、输出电压采样模块7、FPGA和单片机控制模块8、键盘模块9、显示模块10。220V降压模块1、全桥VSR整流模块2、BUCK降压模块3、通路选择模块4依次连接作为主回路，辅助电源模块6从全桥VSR整流模块2输出取电。全桥VSR整流模块2、BU本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型高功率因数单相整流系统，其特征是，包括220V降压模块、全桥VSR整流模块、BUCK降压模块、通路选择模块、输入交流电压电流采样模块、输出直流电压采样模块、FPGA和单片机控制模块、键盘模块、显示模块、辅助电源模块；220V降压模块、全桥VSR整流模块、BUCK降压模块、通路选择模块依次连接作为主回路；辅助电源模块从全桥VSR整流模块输出取电，产生各模块芯片工作所需电压；全桥VSR整流模块、BUCK降压模块、通路选择模块、输入交流电压电流采样模块、输出直流电压采样模块、键盘模块、显示模块分别与FPGA和单片机控制模块连接实现电路控制及人机交互。

【技术特征摘要】
1.一种新型高功率因数单相整流系统，其特征是，包括220V降压模块、全桥VSR整流模块、BUCK降压模块、通路选择模块、输入交流电压电流采样模块、输出直流电压采样模块、FPGA和单片机控制模块、键盘模块、显示模块、辅助电源模块；220V降压模块、全桥VSR整流模块、BUCK降压模块、通路选择模块依次连接作为主回路；辅助电源模块从全桥VSR整流模块输出取电，产生各模块芯片工作所需电压；全桥VSR整流模块、BUCK降压模块、通路选择模块、输入交流电压电流采样模块、输出直流电压采样模块、键盘模块、显示模块分别与FPGA和单片机控制模块连接实现电路控制及人机交互。2.如权利要求1所述的新型高功率因数单相整流系统，其特征是，所述辅助电源模块包括依次连接的同步降压型开关稳压器LT8631和降压转换器TPS5430，反相器MAX764和低压降线性稳压器LM117-3.3并接其后。3.如权利要求2所述的新型高功率因数单相整流系统，其特征是，所述全桥VSR整流模块包括2个基于栅极自举驱动原理的半桥驱动芯片UCC27211和4个内有续流二极管的MOSFET开关管CSD19536；同步降压型开关稳压器LT8631的输出为半桥驱动芯片UCC27211供电。4.如权利要求2所述的新型高功率因数单相整流系统，其特征是，所述输入交流电压电流采样模块包括交流电压互感器TV1013-1H、限流20A的电流传感器ACS714LLCTR-20A-T、内有2个运算放大器的运放芯片OPA2227、基准电...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱萌萌，张再兴，蔡平源，杨凌云，王梓遥，章赐龙，周立青，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42