一种无源功率因数校正电路[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号(10)授权公告号 CN 204497973 U (45)授权公告日(45)授权公告日 2015.07.22

(21)申请号 201520194478.2(22)申请日 2015.04.01

(73)专利权人深圳亿思腾达电子有限公司

地址518000 广东省深圳市福田区车公庙天

安数码时代大厦B座602室(72)发明人王晓文 李小明

(74)专利代理机构深圳市百瑞专利商标事务所

(普通合伙) 44240

代理人杨大庆 叶绿林(51)Int.Cl.

H02M 1/42(2007.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图1页

(54)实用新型名称

一种无源功率因数校正电路(57)摘要

本实用新型公开了一种无源功率因数校正电路，包括第一电容、第二电容、初级电感、次级耦合电感、滤波电感、第一二极管和第二二极管。本实用新型有效解决现有的功率因素校正电路因为不能通过有效得控制输入电流的波形和输入电压的波形之间的接近程度，进而减小了输入电流的谐波失真，从而存在着电路的功率因数较高的问题，同时成本低、体积小、结构简单、效率高，能够广泛应用于功率因素校正电路领域。

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权 利 要 求 书

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1.一种无源功率因数校正电路，其特征在于：包括第一电容(C12)、第二电容(C2)、初级耦合电感(L1)、次级耦合电感(L2)、滤波电感(L3)、第一二极管(D5)和第二二极管(D9)；第一电容(C12)的两端分别和交流电压输入端的正负极(VIN+,VIN-)相连；第二二极管(D9)的阴极和交流电压输入端的正极(VIN+)相连，第二二极管(D9)的阳极和第二电容(C2)的正极相连，第二电容(C2)的负极和交流电压输入端的负极(VIN-)相连；辅助电感(L3)的一端与第二二极管(D9)的阳极相连，另一端与第一二极管(D5)的阴极相连；第一二极管(D5)的阳极与次升压电感(L2)的同名端相连；次升压电感(L2)的另一端与主升压电感(L1)同名端相连，主升压电感(L1)的同名端和直流电源输出端的负极(OUT-)相连，另一端接第二电容(C2)的负极；第二二极管(D9)的阳极和直流电源输出端的正极(OUT+)相连。

2.根据权利要求1所述的无源功率因数校正电路，其特征在于：所述的第二电容(C2)为缓冲电容，第一电容(C12)为滤波电容。

3.根据权利要求1所述的无源功率因数校正电路，其特征在于：所述的第一二极管(D5)为整流二极管，第二二极管(D9)为快速恢复二极管。

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说 明 书

一种无源功率因数校正电路

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技术领域

[0001]

本实用新型涉及一种无源功率因数校正电路。

背景技术

在电力电子设备、电子仪器以及家电产品中，将220V的交流电网电源进行整流得到直流电源，是一种应用极为广泛且最为基础的交流-直流(AC-DC)变换方案。在通常情况下，这种AC-DC变换由全桥整流电路实现，后接一个大的滤波电容，以得到波形较为平直的直流电压源。当输入交流电压的电位较低时，负载所需的电能由蓄能电容提供，交流电压源本身并不提供电流；当输入交流电压的电位较高时，交流电压源直接向储能电容充电。因此，尽管输入的交流电压是正弦波，但是输入的交流电流却呈脉冲状，波形畸变严重。这些脉冲状的输入电流中含有大量的谐波，如果大量的电流谐波分量倒流入电网，则一方面会使电网中的谐波噪声水平提高，造成电网的谐波“污染”，另一方面会产生“二次效应”，即电流流过线路阻抗形成谐波电压降，反过来使得电网电压(原正弦波)也发生畸变。这些效应严重时会造成电路故障，损坏变电设备。如果整流桥后面没有并联储能电容，而直接是接上一个纯阻性的负载，那么很显然，电压和电流之间的相位差为零且没有谐波电流，功率因数为1。

[0003] 因此功率因数校正面对以功率因数控制(PFC)技术的本质，就是要使用电设备的输入端对输入电网呈现“纯阻性”，也就是要使输入电流和输入电压之间成正比。另一方面，从能量传输的角度来讲，PFC技术是使用电设备的输入端从输入电网中汲取能量，而不要将能量重新反馈回输入电网中去。从目前来看，解决电网谐波污染的方法有两种：一是在电网侧对已经产生的谐波电流进行补偿；二是在电力电子装置内部设置无源或者有源的PFC电路，达到PFC的目的。

[0002]

实用新型内容

[0004] 本实用新型的目的是提供一种无源功率因数校正电路，解决现有的功率因素校正电路因为不能通过有效得控制输入电流的波形和输入电压的波形之间的接近程度，进而减小了输入电流的谐波失真，因此存在着电路的功率因数较高的问题。[0005] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无源功率因数校正电路，包括第一电容、第二电容、初级耦合电感、次级耦合电感、滤波电感、第一二极管和第二二极管；第一电容的两端分别和交流电压输入端的正负极相连；第二二极管的阴极和交流电压输入端的正极相连，第二二极管的阳极和第二电容的正极相连，第二电容的负极和交流电压输入端的负极相连；辅助电感的一端与第二二极管的阳极相连，另一端与第一二极管的阴极相连；第一二极管的阳极与次升压电感的同名端相连；次升压电感的另一端与主升压电感同名端相连，主升压电感的同名端和直流电源输出端的负极相连，另一端接第二电容的负极；第二二极管的阳极和直流电源输出端的正极相连。

[0006]

进一步，所述的第二电容为滤波电容，第一电容为缓冲电容。

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说 明 书

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优选的，所述的第一二极管为整流二极管，第二二极管为快速恢复二极管。[0008] 本实用新型的有益效果：工作过程中，初级耦合电感L1耦合至次级耦合电感L2的电流经第一二极管D5、滤波电感L3对第二电容C2充电，只要第二电容C2上的电压高于整流输出母线电压，第二二极管D9则导通，第二电容C2上的电荷就通过第二二极管D9给负载供电，扩展了整流二极管的导通脚，使输入电流的波形接近于输入电压的波形，大大的减小了输入电流的谐波失真，从而提高电路的功率因数。与现有技术相比，本发明提出的无源功率因数校正电路成本低、体积小、结构简单、效率高。该电路在最优情况下可将功率因数提高到0.99，较好地克服了普通无源功率因数校正电路功率因数不高的缺点。

[0009] 本实用新型有效解决现有的功率因素校正电路因为不能通过有效得控制输入电流的波形和输入电压的波形之间的接近程度，进而减小了输入电流的谐波失真，从而存在着电路的功率因数较高的问题，同时成本低、体积小、结构简单、效率高，能够广泛应用于功率因素校正电路领域。

[0010] 以下将结合附图和实施例，对本实用新型进行较为详细的说明。附图说明

[0011]

图1为本实用新型的结构原理图。

具体实施方式

[0012] 实施例，如图1所示的一种无源功率因数校正电路，包括第一电容C12、第二电容C2、初级耦合电感L1、次级耦合电感L2、滤波电感L3、第一二极管D5和第二二极管D9；第一电容C12的两端分别和交流电压输入端的正负极VIN+,VIN-相连；第二二极管D9的阴极和交流电压输入端的正极VIN+相连，第二二极管D9的阳极和第二电容C2的正极相连，第二电容C2的负极和交流电压输入端的负极VIN-相连；辅助电感L3的一端与第二二极管D9的阳极相连，另一端与第一二极管D5的阴极相连；第一二极管D5的阳极与次升压电感L2的同名端相连；次升压电感L2的另一端与主升压电感L1同名端相连，主升压电感L1的同名端和直流电源输出端的负极OUT-相连，另一端接第二电容C2的负极；第二二极管D9的阳极和直流电源输出端的正极OUT+相连。[0013] 所述的第二电容C2为缓冲电容，第一电容C12为滤波电容。[0014] 所述的第一二极管D5为整流二极管，第二二极管D9为快速恢复二极管。[0015] 功率因数(PF)定义为有功功率与视在功率的比值，如(1)式所示，其中Vin表示输入电压，I表示脉冲电流的有效值，In表示第n次谐波的有效值，I1表示基波电流的有效值，θ是基波电流I1与输入电压Vin的相差。

[0016]

[0017] 其中总谐波畸变因数(Total Harmonics Distortion,THD)定义为高次

谐波电流分量的总有效值与基波电流有效值的比值，如(2)式所示。

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说 明 书

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[0018]

功率因数与总谐波畸变因数的关系可用(3)式表示。当相差θ为0，且THD<5％时，功率因数可以控制在0.99以上。因此，功率因数的提高主要从降低谐波电流成分，减小输入基波电流与输入电压的相差这两个方面进行。

[0019] [0020]

在电力电子设备、电子仪器以及家电产品中，将220V的交流电网电源进行整流得

到直流电源，是一种应用极为广泛且最为基础的交流-直流(AC-DC)变换方案。在通常情况下，这种AC-DC变换由全桥整流电路实现，后接一个大的滤波电容，以得到波形较为平直的直流电压源。当输入交流电压的电位较低时，负载所需的电能由蓄能电容提供，交流电压源本身并不提供电流；当输入交流电压的电位较高时，交流电压源直接向储能电容充电。因此，尽管输入的交流电压是正弦波，但是输入的交流电流却呈脉冲状，波形畸变严重。这些脉冲状的输入电流中含有大量的谐波，如果大量的电流谐波分量倒流入电网，则一方面会使电网中的谐波噪声水平提高，造成电网的谐波“污染”，另一方面会产生“二次效应”，即电流流过线路阻抗形成谐波电压降，反过来使得电网电压(原正弦波)也发生畸变。这些效应严重时会造成电路故障，损坏变电设备。[0022] 如果整流桥后面没有并联储能电容，而直接是接上一个纯阻性的负载，那么很显然，电压和电流之间的相位差为零且没有谐波电流，功率因数为1。因此功率因数校正。

[0021]

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说 明 书 附 图

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图1

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