直流电源装置及提高其功率因数的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电源技术领域，尤其涉及具有功率因数校正功能的直流电源装置、提高该电源装置功率因数的方法及调节该电源装置输出电压的方法。本发明专利技术中提高功率因数的方法不但在整流桥电流导通前期使电抗器强制短路交流电源以改善输入电流波形，而且还在整流桥电流导通的后期使电抗器强制短路交流电源，从而使输入电流波形正弦度更高，功率因数更高谐波发射幅度更小。本发明专利技术在提高功率因数的同时，还提供一种调节上述直流电源装置输出电压的方法，使得输出电压可以实时调节。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电源
，尤其涉及具有功率因数校正功能的直流电源装置、提高该电源装置功率因数的方法及调节该电源装置输出电压的方法。
技术介绍
在现有常见的功率因数校正(PFC，Power Factor Correction)方案中主要有无源功率因数校正和有源功率因数校正两种方式。无源功率因数校正方式由电抗器和电容构成，其提高程度有限、成本高、且装置体积大。有源功率因数校正方式就是在整流桥后电容之前加入电感和开关器件构成的所谓的有源PFC电路，但这种电路频率高，开关器件的损耗很大，会产生严重的电磁干扰问题，且成本较高。中国专利申请200510100254.1号中公开了一种直流电源装置及调节电压的方法，其中直流电源装置包括交流电源Vin、对交流电源输出的交流电进行整流的整流电路、连接在整流电路直流输出端的滤波电容E1、连接在交流电源与整流电路交流输入端之间的电抗器、将交流电源短路强制对电抗器进行通电的短路电路、检测交流电源频率及交流电源电压过零点的过零检测环节、栅极驱动环节、检测整流电路直流输出端电压值的Vdc检测环节、与滤波电容E1并联的Vdc检测环节的分压网络、及连接过零检测环节、栅极驱动环节以及Vdc检测环节的控制芯片；该专利申请中还公开了一种采用低频的半开关式提高功率因数的方法，也就是在一个半波中，整流桥导通的前期使功率开关管开关几个脉冲，而达到减少干扰及降低开关损耗的目的。然而，上述专利申请中公开的直流电源装置的组成及功能还不完善，其中采用的半开关式功率因数校正方式虽然解决通常有源功率因数校正方式中功率开关高频产生的电磁干扰和开关损耗大的问题，但仍存在不足，即现有的半开关式有源功率因数校正方式中只使电流脉冲的前段有正弦上升的电流，这样电流波形虽有所改善但不够理想，功率因数不够高，且谐波发射在很多情况下还不能达到认证要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种直流电源装置，具有更完善的功率因数校正功能。上述目的由以下技术方案实现一种直流电源装置，包括交流电源Vin、对交流电源输出的交流电进行整流的整流电路、连接在整流电路直流输出端的滤波电容E1、连接在交流电源与整流电路交流输入端之间的电抗器、将交流电源短路强制对电抗器进行通电的短路电路、检测交流电源频率及交流电源电压过零点的过零检测环节、栅极驱动环节、检测整流电路直流输出端电压值的Vdc检测环节、与滤波电容E1并联的Vdc检测环节的分压网络、及连接过零检测环节、栅极驱动环节以及Vdc检测环节的控制芯片；其特征在于，还包括获取交流电流有效值的交流电流检测环节，与控制芯片连接。本专利技术的又一目的是针对现有低频半开关式功率因数校正方案的不足，提供一种提高上述直流电源装置功率因数的方法，可以进一步改善电流波形，提高功率因数。上述又一目的由以下技术方案实现一种提高上述的电源装置功率因数的方法，其特征在于，包括如下步骤(1)在控制芯片的程序中设置PWM占空比的限制值；(2)通过过零检测环节获取交流电源的输出频率，并将此电源频率值作为已知量存储在控制芯片中；(3)通过过零检测环节对交流输入电压进行过零检测，在整流电路导通的前期，控制芯片通过栅极驱动环节导通功率器件，使电抗器强制短路交流电源；在整流桥导通的后期，控制芯片通过栅极驱动环节再次导通功率器件，使电抗器再次强制短路交流电源。本专利技术的再一目的是，在提高功率因数的同时，提供一种调节上述直流电源装置输出电压的方法。上述再一目的由以下技术方案实现在控制芯片程序中设置一电压设定值，此值与反馈给芯片的输出直流电压信号一起构成电压闭环控制，当输出电压低于设定值时通过程序中的算法使电流导通前期和后期功率管导通时间增大或增加导通脉冲的数目，然后程序在检测得到交流电流有效值的前提下通过查表法查得对应于检测到的电流有效值的比例因子，此比例因子与电压闭环控制中的导通脉宽时间相乘而得最终输出的导通时间。与现有技术比较，本专利技术中提供的直流电源装置还包括交流电流检测环节，用于获取交流电流的有效值，从而可以为功率因数提高过程及调节输出电压过程提供一重要参数，使得本直流电源装置具有更完善的功率因数校正功能。与现有的半开关式有源功率因数校正方式比较，本专利技术中提高功率因数的方法不但在整流桥电流导通前期使电抗器强制短路交流电源以改善电流波形，而且还在整流桥电流导通的后期使电抗器强制短路交流电源，从而使交流电源的输入电流波形正弦度更高，功率因数更高谐波发射幅度更小。本专利技术在提高功率因数的同时，还提供一种调节上述直流电源装置输出电压的方法，使得输出电压可以实时调节。附图说明图1为本专利技术中直流电源装置的组成示意图；图2为本专利技术提供的一种功率开关器件的驱动及过流保护电路；图3为本专利技术提供的另一种功率开关器件的驱动及过流保护电路；图4为本专利技术中提高功率因数的方法的波形图。具体实施例方式图1所示为一种适用于空调压缩机的直流电源装置，该直流电源装置包括交流电源Vin、对交流电源输出的交流电进行整流的整流电路、连接在整流电路直流输出端的滤波电容E1、连接在交流电源Vin与整流电路交流输入端之间的电抗器L、将交流电源短路，强制对电抗器进行通电的短路电路、检测交流电源频率及交流电源电压过零点的过零检测环节、交流电流检测环节、栅极驱动环节、检测整流电路直流输出端电压值的Vdc检测环节、上述Vdc检测环节的分压网络与滤波电容E1并联和连接过零检测环节、栅极驱动环节以及Vdc检测环节的控制芯片。在本实施方式中，短路电路包括一个功率开关器件Z1和两个二极管D5、D6，二极管D5、D6的共阴极接功率开关器件Z1的集电极，功率开关器件Z1是绝缘栅双极晶体管IGBT，当然功率开关器件Z1也可以是别的功率型器件。在本实施方式中，整流电路为桥式整流电路，桥式整流电路的共阳极接功率开关器件Z1的发射极，滤波电容E1接在桥式整流电路的共阴极与共阳极之间，Vdc检测环节的分压网络以及功率驱动电路并联在输出滤波电容E1的两端。电抗器L、二极管D5、D6、滤波电容E1和功率开关器件Z1构成了升压式变换电路。为避免由于补偿的脉冲宽度过宽而导致电路器件损坏的情况发生，该直流电源装置还包括过流检测环节，可以通过过流检测环节实时检测功率开关器件集电极的异常电流信号，当出现异常电流信号时，由控制芯片执行对功率开关器件Z1的关断操作，以达到保护功率开关器件的目的。图2是本直流电源装置中栅极驱动环节及过流检测环节的一种具体实现。其中，栅极驱动电路由电阻13、电阻15、电阻16、电阻17、电阻18、三极管T1、三极管T2及三极管T3构成，三极管T3基极通过电阻13与控制芯片连接，三极管T3的集电极连接三极管T1的基极及三极管T2的基极，三极管T1的发射极及三极管T2的发射极通过电阻17连接功率开关器件Z1的栅极，电阻15串联在三极管T1的集电极，电阻16串联在三极管T3的集电极，电阻18并联在功率开关器件Z1的栅极与源极之间，起保护功率开关器件Z1的作用。当给电阻R13的信号PT为低电平时(低电平有效)三极管T3关断，T3的集电极也即T1，T2的基极为高电平，由于三极管T1为NPN型而T2为PNP型，所以T1管导通，T2管关断，电源通过R15、T1、R17给功率开关器件Z1栅极充电而导通；在信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流电源装置，包括交流电源Ｖｉｎ、对交流电源输出的交流电进行整流的整流电路、连接在整流电路直流输出端的滤波电容Ｅ１、连接在交流电源与整流电路交流输入端之间的电抗器、将交流电源短路强制对电抗器进行通电的短路电路、检测交流电源频率及交流电源电压过零点的过零检测环节、栅极驱动环节、检测整流电路直流输出端电压值的Ｖｄｃ检测环节、与滤波电容Ｅ１并联的Ｖｄｃ检测环节的分压网络、及连接过零检测环节、栅极驱动环节以及Ｖｄｃ检测环节的控制芯片；其特征在于，还包括获取交流电流有效值的交流电流检测环节，与控制芯片连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张有林，许敏，米雪涛，梁博，
申请(专利权)人：珠海格力电器股份有限公司，珠海凌达压缩机有限公司，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]