[發明專利]一種基于功率因素校正的高效調功裝置

無效

• 申請號: 201010537163.5
• 申請日: 2010-11-10
• 公開（公告）號: CN101976958A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 程玉華;白利兵;周科;陳凱
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02M1/42
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術領域

本發明屬于功率調節技術領域，更為具體地講，涉及一種基于功率因素校正的高效調功裝置。

背景技術

在節能環保倍受關注的今天，電力作為一種清潔方便的能源獲得了越來越廣泛的應用。但是，這并不是說只要以電力驅動，就節能環保，用電設備自身是否具有理想的功率因數，是否會對電網產生污染等因素對這一目標的實現有著決定性影響，所以要節能環保，就必須保證用電設備具有電網友好的特性。因用電設備自身的某些特性難以改變，所以設計合理的調功裝置，使其在實現功率調節的同時對用電設備加以補償就成了最有效的途徑。

傳統的調功裝置具有一些明顯的缺陷，如諧波分量高(如移相調功)、功率因數低(如飽和電抗器調功)，使其不能很好的滿足節能環保的要求。二十世紀八十年代出現的功率因數校正(PFC)技術，不僅可以使功率因數近似為1，而且還可以有效的抑制諧波，是實現節能環保的最理想選擇，但其對大功率高頻全控開關器件的需求，極大的限制了它的普及，目前仍只在少量小功率設備中有所應用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于功率因素校正的高效調功裝置，以適用于較大功率設備的需求。

為實現上述目的，本發明基于功率因素校正的高效調功裝置，包括：

一前端功率因素校正電路；前端功率因素校正電路包括全橋整流電路、儲能電感、金屬氧化物半導體場效應管(Metal?Oxide?Semiconductor?Field?Effect?Transistor，MOSFET)，二極管以及儲能電容；從電網獲得的正弦電壓Uac經過全橋整流電路后，輸出直流電壓Ui，然后，經儲能電感一路輸給二極管正端，再從二極管負端輸出給儲能電容正端，儲能電容的負端接地，另一路輸出到金屬氧化物半導體場效應管的漏極，金屬氧化物半導體場效應管的源極接地；

其特征在于，還包括：

一后端功率調節電路；后端功率調節電路包括四只絕緣柵雙極型晶體管(Insulated?Gate?Bipolar?Transistor，IGBT)Q_1～4和變壓器；儲能電容的正端分別接兩只絕緣柵雙極型晶體管Q₁、Q₂的集電極，然后這兩只絕緣柵雙極型晶體管Q₁、Q₂的發射極分別接另兩只絕緣柵雙極型晶體管Q₃、Q₄的集電極并同時分別接變壓器的初級兩端，另兩只絕緣柵雙極型晶體管Q₃、Q₄的發射極接地，變壓器的次級輸出給用電設備；

一微控制器；微控制器中包括相位捕獲模塊、采樣模塊；相位捕獲模塊用于捕獲從電網獲得的正弦電壓Uac的過零點，采樣模塊用于采集整流后的直流電壓Ui、電流Ii及儲能電容兩端的電壓Uc和絕緣柵雙極型晶體管Q₁、Q₄或Q₂、Q3導通時的輸出電流Ic；

微控制器輸出脈沖觸發信號J給前端功率因素校正電路中金屬氧化物半導體場效應管的柵極，其占空比為：

其中：

Ts＝Ti/N，

式(1)中，Ts表示金屬氧化物半導體場效應管完成一次通斷操作的控制周期，Ti表示從電網獲得的正弦電壓Uac的相鄰兩次過零點間的時間間隔，N為每一個Ti時間間隔內對金屬氧化物半導體場效應管的控制次數，Uim是上一個時間間隔Ti采集直流電壓Ui計算得到的幅值，Ucset為儲能電容兩端的電壓Uc的期望值，為根據設計確定的一個常量，n表示Ui過零點后的第n個控制周期，相應的D(n)表示第n個控制周期內脈沖觸發信號的占空比，Ii(n)表示第n個控制周期開始時刻采樣模塊采集的整流后的直流電流Ii的值，Iset為設定電流的幅值，Pset是輸出功率設定值，Uirms為整流后的直流電壓Ui的有效值，Kp、Kpp為比例控制參數、Ki、Kip為積分控制參數，Ucavg為儲能電容兩端的電壓Uc在一個Ti時間間隔內的平均值；

式(1)中，表示：

對整流后的直流電流Ii每個時間間隔Ti內的第n個控制周期的設定電流值與采集值的差值進行累加，

式(1)中表示：

對儲能電容兩端的電壓Uc每個時間間隔Ti內期望值Ucset與平均值Ucavg_m的差值進行累加；

其中：

t為調功裝置本次運行已經持續的時間；

取小于t/Ti的最大整數；