[發(fā)明專利]一種功率因數(shù)校正方法及電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 02115134.2
• 申請(qǐng)日: 2002-04-19
• 公開（公告）號(hào): CN1383256A
• 公開（公告）日: 2002-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阮世良;向華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司
• 主分類號(hào): H02M1/12
• 分類號(hào): H02M1/12;H02M7/12
• 代理公司: 深圳市中知專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 江耀純

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種功率因數(shù)校正(PFC)方法及電路，用于通信電源、不間斷電源(UPS)等市電輸入的開關(guān)電源設(shè)備中，減小輸入電流諧波和提高功率因數(shù)。

背景技術(shù)：

功率因數(shù)校正電路(PFC)被廣泛應(yīng)用于通信電源、UPS等市電輸入的開關(guān)電源設(shè)備中，以實(shí)現(xiàn)使輸入電流滿足IEC的相關(guān)諧波標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)使功率因數(shù)近似為1。

如圖1所示，傳統(tǒng)的功率因數(shù)校正電路的工作原理如下：

輸入電壓(V_IN)為市電正弦波電壓經(jīng)過整流后的電壓；其波形為正弦波電壓的絕對(duì)值波形；

①通過控制功率開關(guān)S1的開通與關(guān)斷，使輸入電流跟蹤輸入電壓，使輸入電流為正弦波，同時(shí)與輸入電壓同相位，使輸入電流滿足IEC的相關(guān)諧波標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)使功率因數(shù)近似為1。

②當(dāng)S1導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓加在電感Lm兩端，給Lm充電儲(chǔ)能，Lm電流上升，此時(shí)續(xù)流二極管D反向截止；

③當(dāng)S1關(guān)斷時(shí)，由于Lm電感電流不能突變，續(xù)流二極管D導(dǎo)通，市電電壓與電感Lm串聯(lián)，電流經(jīng)續(xù)流二極管D1給輸出電容與負(fù)載供電，電感Lm電流下降。

上述傳統(tǒng)的功率因數(shù)校正電路存在著如下的問題：

當(dāng)S1關(guān)斷時(shí)，續(xù)流二極管D導(dǎo)通，流過正向?qū)娏鳌．?dāng)S1導(dǎo)通時(shí)，D承受反向電壓，由于二極管存在著反向恢復(fù)效應(yīng)，D并不會(huì)立刻截止，而會(huì)有電流反向流過D，形成反向恢復(fù)電流。反向恢復(fù)電流與Lm一起流過功率開關(guān)S1，從而增加了S1的開通損耗和D的損耗。當(dāng)輸出電壓越高時(shí)，由于高壓二極管的反向恢復(fù)時(shí)間更長(zhǎng)，使上述問題更加嚴(yán)重。S1的開關(guān)頻率越高，則反向恢復(fù)電流造成的損耗越大；上述電路特有的問題限制了電路工作頻率的提高。

為了解決上述問題，普遍采用的方法是采用一個(gè)輔助電感Ls與續(xù)流二極管D串聯(lián)來(lái)減少反向恢復(fù)電流。

輔助電感Ls只能用來(lái)減少反向恢復(fù)電流，并不能減小反向恢復(fù)電流所帶來(lái)的損耗。要減小這一損耗，還需要增加一個(gè)儲(chǔ)能電容Cb來(lái)儲(chǔ)存反向恢復(fù)能，直到S1重新導(dǎo)通后再把儲(chǔ)存的能量送回輸出電容。

但儲(chǔ)能電容的引入為電感Lm電路上的電流提供了第二支路，在Lm電流較大時(shí)，由于儲(chǔ)能電容Cb所儲(chǔ)存的反向恢復(fù)能量是一個(gè)不大的數(shù)值，它不足以保證在S1關(guān)斷期間使第二支路的電流全部轉(zhuǎn)移到續(xù)流二極管D所在的支路上。這樣，輔助電感Ls不能完全發(fā)揮作用。

為此，理論上講可以設(shè)計(jì)出更復(fù)雜的電路，以增加儲(chǔ)能，以便使S1關(guān)斷期間第二支路的電流全部轉(zhuǎn)移到續(xù)流二極管D所在的支路上。但是，增加儲(chǔ)能會(huì)帶來(lái)以下負(fù)面效應(yīng)：當(dāng)市電電壓在過零點(diǎn)附近時(shí)，電路工作在DCM(不連續(xù)電流控制)方式，在此工作方式時(shí)存在若干開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)在S1關(guān)斷的時(shí)間內(nèi)，電容Cb上存貯的能量有可能不能全部轉(zhuǎn)移至輸出電容，從而形成累積，造成電容Cb上電壓泵升，電壓緩沖器的能量越大，電容Cb上電壓泵升幅度越大，從而在續(xù)流二極管上造成較大的電壓尖峰應(yīng)力，增加了對(duì)續(xù)流二極管的耐壓要求，選用更高電壓額度的二極管，從而增加了二極管損耗。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的就是為了解決以上問題，提供一種功率因數(shù)校正方法及電路，減小反向恢復(fù)電流造成的損耗，且不會(huì)影響輔助電感發(fā)揮作用，也不會(huì)造成儲(chǔ)能電容上電壓泵升，從而減小在續(xù)流二極管上的電壓尖峰應(yīng)力。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種功率因數(shù)校正方法及電路。

所述功率因數(shù)校正方法通過控制功率開關(guān)(S1)的開通與關(guān)斷，使輸入電流跟蹤輸入市電正弦波電壓的波形及相位，從而提高功率因數(shù)，其特征是通過以下步驟來(lái)減小反向恢復(fù)電流損耗：1)在功率開關(guān)(S1)導(dǎo)通后，儲(chǔ)能電容儲(chǔ)存反向恢復(fù)能量的同時(shí)，儲(chǔ)能電容還從輸入電壓(VIN)獲得一份正比于Vin²的能量，其中Vin為輸入電壓(VIN)的瞬間值；2)在功率開關(guān)(S1)關(guān)斷后的續(xù)流過程中，將儲(chǔ)存的反向恢復(fù)能和正比于Vin²的能量轉(zhuǎn)移到輸出電容(Co)。

所述功率因數(shù)校正電路包括：功率開關(guān)(S1)、輸出電容(Co)；其特征是，還包括：儲(chǔ)能電容(Cb、Cs)，用于接收反向恢復(fù)能量和一份正比于Vin²的能量，并在功率開關(guān)(S1)關(guān)斷后將該反向恢復(fù)能傳遞到輸出電容(Co)，其中Vin為輸入電壓(VIN)的瞬間值。