[发明专利]一种基于功率因素校正的高效调功装置

摘要

本发明公开了一种基于功率因素校正的高效调功装置，包括：前端功率因素校正电路、后端功率调节电路和微控制器。通过相位捕获模块捕获从电网获得的正弦电压Uac的过零点，通过采样模块获得整流后的直流电压Ui、电流Ii及储能电容两端的电压Uc和绝缘栅双极型晶体管Q1、Q4或Q2、Q3导通时的输出电流Ic；然后输出脉冲触发信号J，控制前端功率因素校正电路中金属氧化物半导体场效应管的通断，输出脉冲触发信号J1、J4分别给绝缘栅双极型晶体管Q1、Q4，输出在时序上比脉冲触发信号J1、J4延迟1/2Tc，占空比相同的脉冲触发信号J2、J3分别给绝缘栅双极型晶体管Q2、Q3，控制绝缘栅双极型晶体管Q1～4的通断，最终使高效调功装置在输出负载所需较大功率的同时，保证近似为1的功率因数和极低的谐波分量。

主权项

1.一种基于功率因素校正的高效调功装置，包括：一前端功率因素校正电路；前端功率因素校正电路包括全桥整流电路、储能电感、金属氧化物半导体场效应管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)，二极管以及储能电容；从电网获得的正弦电压Uac经过全桥整流电路后，输出直流电压Ui，然后，经储能电感一路输给二极管正端，再从二极管负端输出给储能电容正端，储能电容的负端接地，另一路输出到金属氧化物半导体场效应管的漏极，金属氧化物半导体场效应管的源极接地；其特征在于，还包括：一后端功率调节电路；后端功率调节电路包括四只绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)Q_1～4和变压器；储能电容的正端分别接两只绝缘栅双极型晶体管Q₁、Q₂的集电极，然后这两只绝缘栅双极型晶体管Q₁、Q₂的发射极分别接另两只绝缘栅双极型晶体管Q₃、Q₄的集电极并同时分别接变压器的初级两端，另两只绝缘栅双极型晶体管Q₃、Q₄的发射极接地，变压器的次级输出给用电设备；一微控制器；微控制器中包括相位捕获模块、采样模块；相位捕获模块用于捕获从电网获得的正弦电压Uac的过零点，采样模块用于采集整流后的直流电压Ui、电流Ii及储能电容两端的电压Uc和绝缘栅双极型晶体管Q₁、Q₄或Q₂、Q3导通时的输出电流Ic；微控制器输出脉冲触发信号J给前端功率因素校正电路中金属氧化物半导体场效应管的栅极，其占空比为：其中：Ts＝Ti/N，式(1)中，Ts表示金属氧化物半导体场效应管完成一次通断操作的控制周期，Ti表示从电网获得的正弦电压Uac的相邻两次过零点间的时间间隔，N为每一个Ti时间间隔内对金属氧化物半导体场效应管的控制次数，Uim是上一个时间间隔Ti采集直流电压Ui计算得到的幅值，Ucset为储能电容两端的电压Uc的期望值，为根据设计确定的一个常量，n表示Ui过零点后的第n个控制周期，相应的D(n)表示第n个控制周期内脉冲触发信号的占空比，Ii(n)表示第n个控制周期开始时刻采样模块采集的整流后的直流电流Ii的值，Iset为设定电流的幅值，Pset是输出功率设定值，Uirms为整流后的直流电压Ui的有效值，Kp、Kpp为比例控制参数、Ki、Kip为积分控制参数，Ucavg为储能电容两端的电压Uc在一个Ti时间间隔内的平均值；式(1)中，表示：对整流后的直流电流Ii每个时间间隔Ti内的第n个控制周期的设定电流值与采集值的差值进行累加，式(1)中表示：对储能电容两端的电压Uc每个时间间隔Ti内期望值Ucset与平均值Ucavg_m的差值进行累加；其中：t为调功装置本次运行已经持续的时间；为取小于t/Ti的最大整数；微控制器输出还输出脉冲触发信号J_1～4分别给四只绝缘栅双极型晶体管Q_1～4的栅极，其中脉冲触发信号J₁、J₄相同，其占空比为：Dc=12PsetUc×Ic,]]>且小于1/2        (2)脉冲触发信号J₂、J₃相同，其占空比与脉冲触发信号J₁、J₄相同，但在时序上比脉冲触发信号J₁、J₄延迟1/2Tc，Tc为脉冲触发信号J_1～4的周期。