功率因數校正電路以及電源電路的製作方法
2023-11-05 19:45:27
專利名稱：功率因數校正電路以及電源電路的製作方法
技術領域：
本發明實施例涉及功率因數技術，尤其涉及一種功率因數校正電路以及電源電路。
背景技術：
為提高電源電能利用率，通常需要對電源，特別是交流電源的輸出進行功率因數校正。在小功率不間斷電源(Uninterruptible Power System,UPS)中，因為電流比較小，通常為單相輸入單相輸出的方式，其中的功率因數校正電路通常採用單升壓(Boost)電路結構，而對大功率UPS而言，考慮到波紋抑制、電感設計、半導體器件的選擇以及實際配電情況等因素，通常是採用三相輸入三相輸出的方式，在這種大功率UPS中，需要採用雙Boost電路結構的功率因數校正電路，以主動對各相電路進行功率因數校正。
圖I為傳統三相功率因數校正電路的結構示意圖。如圖I所示,傳統三相功率因數校正電路是採用三個獨立的雙Boost電路結構，針對每相輸入電壓，均由一對Boost電路結構電路來對其進行功率因數校正，每個Boost電路結構均由二極體、電感、絕緣柵型電晶體(Insulated Gate BipolarTransistor, IGBT)和電容組成，具體地，如圖I中對A相電壓進行功率因數校正的電路包括Boost電路BI和Boost電路B2，其中，Boost電路BI包括由二極體D1、電感LI、二極體D21和電容Cl組成的串聯電路，以及與連接在電容Cl的輸出端與電感LI和二極體D21之間的IGBT ；Boost電路B2是與Boost電路BI對稱的電路結構，二個Boost電路中的二極體的電流方向剛好相反設置，這樣，電路BI就可以對正向輸入交流電壓進行功率因數校正，電路B2則可負向輸入交流電壓進行功率因數校正。在對A相電壓進行功率因數校正時，在A相電壓為正時，二極體Dl就會導通，A相電壓通過Boost電路BI進行功率因數校正，當A相電壓為負時，D4導通，A相電壓通過Boost電路B2進行功率因數校正，從而利用兩個Boost電路支路就可以主動實現對A相電壓的功率因數校正。同樣地，針對B相、C相電壓的功率因數校正與A相相同。可以看出，由於每相輸入電壓均由對應的一對Boost電路對其主動進行功率因數校正，因此，可有效提高電源的功率因數，提高電源電能利用率。但是，現有三相功率因數校正電路中，共有6個Boost電路支路，由於三相輸入電壓均為正弦波電壓，這樣每個Boost電路支路只有一半時間在工作，Boost電路支路的利用率低，導致功率因數校正電路所使用的器件多，成本高；同時，由於各Boost電路均是間隔工作，使得各Boost電路支路電流峰值大,不利於Boost電路支路中的電感設計。
發明內容
本發明實施例提供一種功率因數校正電路以及電源電路，在滿足對輸入電壓進行功率校正的同時，可提高功率因數校正電路中的校正電路的利用率，降低功率因數校正電路的成本。第一方面，本發明實施例提供一種功率因數校正電路，包括校正主電路和開關模塊，其中所述校正主電路包括用於對正向交流電壓進行功率因數校正的第一校正電路和第二校正電路，以及用於對負向交流電壓進行功率因數校正的第三校正電路和第四校正電路，所述第一校正電路、第二校正電路、第三校正電路和第四校正電路的輸出端電連接；所述開關模塊包括並聯連接在所述第一校正電路和第三校正電路的輸入端之間第一開關單元，以及並聯連接在所述第二校正電路和第四校正電路的輸入端之間的第二開關單兀；所述第一開關單元和第二開關單元均包括串聯連接的2個受控開關，且所述2個受控開關之間設置有連接交流輸入電壓的電壓輸入端。結合第一方面，在第一種可能的實現方式中，各校正電路均包括依次連接的電感、二極體和電容，以及連接在所述二極體和電容之間的開關器件。結合第一方面的第一種可能的實現方式，在第二種可能的實現方式中，所述第一校正電路和第二校正電路共用電容，和/或所述第三校正電路和第四校正電路共用電容。結合第一方面或第一方面的第一或第二種可能的實現方式，在第三種可能的實現方式中，所述開關模塊包括3個並聯連接的所述第一開關單元和3個並聯連接的所述第二開關單元，一個所述第一開關單元和一個所述第二開關單元形成一對輸入電壓控制開關組；每對輸入電壓控制開關組上的電壓輸入端分別用於連接三相交流輸入電壓中不同相的交流輸入電壓。結合第一方面或第一方面的第一或第二或第三種可能的實現方式，在第四種可能的實現方式中，所述受控開關為晶閘管。第二方面，本發明實施例提供一種電源電路，包括上述本發明實施例提供的功率因數校正電路；所述功率因數校正電路中的開關模塊連接有交流電源，所述交流電源用於提供交流輸入電壓。結合第二方面，在第一種可能的實現方式中，所述的電源電路還包括供應直流電壓的直流電源，所述直流電源通過開關器件掛接在所述電源電路中，用於在所述交流電源故障時提供直流電壓。結合第二方面的第一種可能的實現方式，在第二種可能的實現方式中，所述直流電源掛接在所述開關模塊的輸入端和/或輸出端。結合第二方面的第一種可能的實現方式，在第三種可能的實現方式中，所述交流電源的三相輸出端中，至少兩相輸出端與N線之間分別通過開關器件掛接有所述直流電源。結合第二方面的第一種可能的實現方式，在第四種可能的實現方式中，所述交流電源的三相輸出端中，任一兩相輸出端之間通過開關器件掛接有所述直流電源。結合第二方面的第一種可能的實現方式，在第五種可能的實現方式中，所述交流電源的三相輸出端中，至少一相輸出端與所述第三校正電路和第四校正電路的輸入端之間掛接有所述直流電源，且所述直流電源與所述至少一相輸出端之間，以及所述直流電源與所述第三校正電路或第四校正電路的輸入端之間分別連接有開關器件。
結合第二方面的第一種可能的實現方式，在第六種可能的實現方式中，所述第一校正電路或第二校正電路的輸入端，與所述第三校正電路或第四校正電路的輸入端之間通過開關器件掛接有所述直流電源。結合第二方面的第一種可能的實現方式，在第七種可能的實現方式中，所述第一校正電路和第二校正電路的輸入端，與所述第三校正電路和第四校正電路的輸入端之間掛接有所述直流電源，且所述直流電源與所述第一校正電路、第二校正電路、第三校正電路和第四校正電路的輸入端之間均連接有開關器件。結合第二方面的第一種可能的實現方式，在第八種可能的實現方式中，所述第一校正電路和/或第二校正電路的輸入端與N線之間，以及所述第三校正電路和/或第四校正電路的輸入端與N線之間分別通過開關器件掛接有所述直流電源。結合第二方面的第一種可能的實現方式，在第九種可能的實現方式中，所述交流電源的三相輸出端中至少一相輸出端與N線之間，以及所述第一校正電路、第二校正電路、第三校正電路或第四校正電路與N線之間，分別通過開關器件連接有所述直流電源。本發明實施例提供的功率因數校正電路以及電源電路，通過設置的開關模塊，對輸入電壓與各校正電路之間的導通或斷開進行控制，使得對輸入電壓進行功率因數校正時，可有效利用各校正電路，使得各校正電路可被充分利用，提高各校正電路的利用率，降低功率因數校正電路的成本。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為傳統三相功率因數校正電路的結構示意圖；圖2A為本發明實施例一提供的功率因數校正電路的結構示意圖；圖2B為圖2A中開關模塊的結構示意圖；圖3為本發明實施例二提供的功率因數校正電路的結構示意圖；圖4為本發明實施例三提供的功率因數校正電路的結構示意圖；圖5為本發明實施例中三相輸入電壓的示意圖；圖6為本發明實施例四提供的功率因數校正電路結構示意圖；圖7為本發明實施例五提供的電源電路的示意圖；圖8為本發明實施例六提供的電源電路的示意圖；圖9為本發明實施例七提供的電源電路的示意圖；圖10為本發明實施例八提供的電源電路的示意11為本發明實施例九提供的電源電路的示意圖；圖12為本發明實施例十提供的電源電路的示意圖；·
圖13為本發明實施例i^一提供的電源電路的示意圖；圖14為本發明實施例十二提供的電源電路的示意圖；圖15為本發明實施例十三提供的電源電路的示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。本發明實施例提供的功率因數校正電路，包括校正主電路和開關模塊，其中，校正主電路包括用於對正向交流電壓進行功率因數校正的第一校正電路和第二校正電路，以及用於對負向交流電壓進行功率因數校正的第三校正電路和第四校正電路，第一校正電路、第二校正電路、第三校正電路和第四校正電路的輸出端電連接；開關模塊包括並聯連接在第一校正電路和第三校正電路的輸入端之間第一開關單元，以及並聯連接在第二校正電路和第四校正電路的輸入端之間的第二開關單元；第一開關單元和第二開關單元均包括串聯·連接的2個受控開關，且2個受控開關之間設置有連接交流輸入電壓的電壓輸入端。本實施例功率因數校正電路可主動對三相輸入電壓或單相輸入電壓進行功率因數校正，具體實現將在後面實施例分別進行說明。圖2A為本發明實施例一提供的功率因數校正電路的結構示意圖；圖28為圖2A中開關模塊的結構示意圖。如圖2A所示，本實施例功率因數校正電路包括開關模塊10和校正主電路20，該校正主電路20包括第一校正電路21、第二校正電路22、第三校正電路23和第四校正電路24，其中，第一校正電路21和第二校正電路22用於對正向交流電壓進行功率因數校正，第三校正電路23和第四校正電路24用於對負向交流電壓進行功率因數校正，該4個校正電路的輸出端電連接；開關模塊10與各校正電路的輸入端連接，用於導通或斷開交流輸入電壓與各校正電路之間的電連接。本實施例中，通過開關模塊10可對交流輸入電壓與各校正電路之間的導通或斷開進行控制，使得交流輸入電壓的正向交流電壓可通過第一校正電路21和/或第二校正電路22進行功率因數校正，負向交流電壓可通過第三校正電路23和/或第四校正電路24進行功率因數校正，從而可實現對交流輸入電壓的功率因數校正，提高電源電能利用率。本實施例中，如圖2B所示，上述的開關模塊10具體可包括第一開關單元101和第二開關單元102，其中第一開關單元101並聯連接在第一校正電路21和第四校正電路24的輸入端之間；第二開關單元102並聯連接在第二校正電路22和第三校正電路23的輸入端之間；第一開關單元101和第二開關單元102均由兩個串聯的受控開關組成，且2個受控開關之間均設置有連接輸入電壓的電壓輸入端。本實施例中，為對三相交流輸入電壓進行功率因數校正，如圖2B所示，第一開關單元101和第二開關單元102的數量均為3個，其中一個第一開關101和一個第二開關單元102形成一個輸入電壓控制開關組，每對輸入電壓控制開關組上的電壓輸入端分別用於連接不同相輸入電壓，如圖2B所示的A相電壓、B相電壓和C相電壓分別連接到不同的輸入電壓控制開關組，這樣，通過對各開關單元中的各受控開關進行控制，就可以控制不同時刻各相交流輸入電壓連接到不同的校正電路。本領域技術人員可以理解，圖2B中的N表示的是零線，而A相、B相、C相均為火線。本實施例中，通過設置的開關模塊對交流輸入電壓與校正電路之間的通斷進行控制，可在交流輸入電壓為正時利用對正向交流電壓進行功率因數校正的校正電路進行校正，在交流輸入電壓為負時利用對負向交流電壓進行功率因數校正的校正電路進行校正，從而在對三相交流輸入電壓進行功率因數校正時，通過對各相交流輸入電壓與各校正電路之間的電連接控制，就可以充分利用4個校正電路對三相交流輸入電壓進行校正，可有效提高各校正電路的利用率，減少校正電路的數量，減少校正電路的成本。綜上，本實施例提供的功率因數校正電路，通過設置開關模塊，可控制輸入電壓與各校正電路之間的導通或斷開，使得對輸入電壓進行功率因數校正時，可有效利用各校正電路，使得各校正電路可被充分利用，提高各校正電路的利用率，降低功率因數校正電路的成本。圖3為本發明實施例二提供的功率因數校正電路的結構示意圖。本實施例中，如圖3所示，第一校正電路21、第二校正電路22、第三校正電路23和第四校正電路24均包括依次連接的電感、二極體和電容，以及連接在二極體和電容之間的開關管，本實施例中為絕緣柵雙極型電晶體(Insulated GateBipolar Transistor, IGBT),且第一校正電路21和第二校正電路22中的二極體和IGBT的電流導通方向允許正電流通過，以使得第一校正電路 21和第二校正電路22可對正向交流電壓進行功率因數校正，該第一校正電路21和第二校正電路22可稱為整流正電路；類似地，第三校正電路23和第四校正電路24中的二極體和IGBT的電流導通方向允許負向電流通過，以使得第三校正電路23和第四校正電路24可對負向交流電壓進行功率因數校正，該第三校正電路23和第四校正電路24也稱為整流負電路。本領域技術人員可以理解，上述的開關管除了可以是IGBT外，也可以是其他可以控制電路導通的開關管；上述允許正向電流通過的校正電路中，連接的電容可為正向電容，連接的二極體也可稱為正向二極體；上述的校正電路具體為Boost電路，具體工作過程與傳統Boost電路相同或類似。本實施例中，通過開關模塊10可將交流輸入電壓中的正向交流電壓連接到第一校正電路21和/或第二校正電路22，此時，可控制第一校正電路21和第二校正電路22中的IGBT的通斷，對交流輸入電壓中的正向交流電壓進行功率因數補償，類似地，通過開關模塊10可將交流輸入電壓中的負向交流電壓連接到第三校正電路23和/或第四校正電路24，對負向交流電壓部分進行功率因數補償，其原理與傳統功率因數校正電路相同，在此不再贅述。本實施例中，所述的第一校正電路21、第二校正電路22、第三校正電路23和第四校正電路24均為Boost電路，其中，第一校正電路21和第四校正電路24可組成一個雙Boost電路結構，第二校正電路22和第三校正電路23可組成一個雙Boost電路結構，從而可利用兩個雙Boost結構對交流輸入電壓進行功率因數校正，交流輸入電壓可以是三相輸入電壓或單相輸入電壓。本實施例中，各校正電路中各電子元件的型號選擇可相同，只是對正向交流輸入電壓進行功率因數校正的第一校正電路和第二校正電路中的二極體和IGBT均是正嚮導通的連接方式，電容也是可對正向電壓進行存儲的正向連接方式連接。相反的，對負向交流輸入電壓進行功率因數校正的第三校正電路和第四校正電路中的二極體、IGBT、電容的連接方向與第一校正電路相反，從而可對負向交流輸入電壓進行功率因數校正。圖4為本發明實施例三提供的功率因數校正電路的結構示意圖。與上述圖3所示實施例中的校正電路不同的是，本實施例中，第一校正電路21和第二校正電路22可共用電容，第三校正電路23和第四校正電路24可共用電容，這樣，可減少電容的使用數量。本領域技術人員可以理解，實際應用中也可只有第一校正電路21和第二校正電路22共用，而第三校正電路和第四校正電路不共用，在此並不做特別限制。為便於對本發明實施例技術方案的理解，下面對利用本實施例對三相輸入電壓的功率因數校正控制過程進行說明。圖5為本發明實施例中三相輸入電壓的示意圖。如圖5所示,其中，橫坐標表示電壓的相位，縱坐標表不不同相位時的電壓大小，在每一時刻，即如圖5中對應的每一相位，總是兩個相位的電壓為正，一個相位的電壓為負，因此，在每一時刻，只要控制各相輸入電壓與各校正電路的電連接進行控制，就可利用該4個校正電路對三相輸入電壓進行功率因數校正。具體地，可根據各相電壓的電壓正負切換點，按照相位區間，將功率因數校 正電路的工作模態分成六個模態，分別為模態I :模態
權利要求
1.一種功率因數校正電路，其特徵在於，包括校正主電路和開關模塊，其中 所述校正主電路包括用於對正向交流電壓進行功率因數校正的第一校正電路和第二校正電路，以及用於對負向交流電壓進行功率因數校正的第三校正電路和第四校正電路，所述第一校正電路、第二校正電路、第三校正電路和第四校正電路的輸出端電連接； 所述開關模塊包括並聯連接在所述第一校正電路和第三校正電路的輸入端之間第一開關單元，以及並聯連接在所述第二校正電路和第四校正電路的輸入端之間的第二開關單元; 所述第一開關單元和第二開關單元均包括串聯連接的2個受控開關，且所述2個受控開關之間設置有連接交流輸入電壓的電壓輸入端。
2.根據權利要求I所述的功率因數校正電路，其特徵在於，各校正電路均包括依次連接的電感、二極體和電容，以及連接在所述二極體和電容之間的開關器件。
3.根據權利要求2所述的功率因數校正電路，其特徵在於，所述第一校正電路和第二校正電路共用電容，和/或所述第三校正電路和第四校正電路共用電容。
4.根據權利要求1-3任一所述的功率因數校正電路，其特徵在於，所述開關模塊包括3個並聯連接的所述第一開關單元和3個並聯連接的所述第二開關單元，一個所述第一開關單元和一個所述第二開關單元形成一對輸入電壓控制開關組； 每對輸入電壓控制開關組上的電壓輸入端分別用於連接三相交流輸入電壓中不同相的交流輸入電壓。
5.根據權利要求1-4任一所述的功率因數校正電路，其特徵在於，所述受控開關為晶閘管。
6.一種電源電路，其特徵在於，包括權利要求I所述的功率因數校正電路； 所述功率因數校正電路中的開關模塊連接有交流電源，所述交流電源用於提供交流輸入電壓。
7.根據權利要求6所述的電源電路，其特徵在於，還包括供應直流電壓的直流電源，所述直流電源通過開關器件掛接在所述電源電路中，用於在所述交流電源故障時提供直流電壓。
8.根據權利要求7所述的電源電路，其特徵在於，所述直流電源掛接在所述開關模塊的輸入端和/或輸出端。
9.根據權利要求7所述的電源電路，其特徵在於，所述交流電源的三相輸出端中，至少兩相輸出端與N線之間分別通過開關器件掛接有所述直流電源。
10.根據權利要求7所述的電源電路，其特徵在於，所述交流電源的三相輸出端中，任一兩相輸出端之間通過開關器件掛接有所述直流電源。
11.根據權利要求7所述的電源電路，其特徵在於，所述交流電源的三相輸出端中，至少一相輸出端與所述第三校正電路和第四校正電路的輸入端之間掛接有所述直流電源，且所述直流電源與所述至少一相輸出端之間，以及所述直流電源與所述第三校正電路或第四校正電路的輸入端之間分別連接有開關器件。
12.根據權利要求7所述的電源電路，其特徵在於，所述第一校正電路或第二校正電路的輸入端，與所述第三校正電路或第四校正電路的輸入端之間通過開關器件掛接有所述直流電源。
13.根據權利要求7所述的電源電路，其特徵在於，所述第一校正電路和第二校正電路的輸入端，與所述第三校正電路和第四校正電路的輸入端之間掛接有所述直流電源，且所述直流電源與所述第一校正電路、第二校正電路、第三校正電路和第四校正電路的輸入端之間均連接有開關器件。
14.根據權利要求7所述的電源電路，其特徵在於，所述第一校正電路和/或第二校正電路的輸入端與N線之間，以及所述第三校正電路和/或第四校正電路的輸入端與N線之間分別通過開關器件掛接有所述直流電源。
15.根據權利要求7所述的電源電路，其特徵在於，所述交流電源的三相輸出端中至少一相輸出端與N線之間，以及所述第一校正電路、第二校正電路、第三校正電路或第四校正電路與N線之間，分別通過開關器件連接有所述直流電源。
全文摘要
本發明提供一種功率因數校正電路以及電源電路。該功率因數校正電路包括校正主電路和開關模塊，校正主電路包括用於對正向交流電壓進行功率因數校正的第一校正電路和第二校正電路，以及用於對負向交流電壓進行功率因數校正的第三校正電路和第四校正電路；開關模塊包括並聯連接在第一校正電路和第三校正電路的輸入端之間第一開關單元，以及並聯連接在第二校正電路和第四校正電路的輸入端之間的第二開關單元；第一開關單元和第二開關單元均包括串聯連接的2個受控開關。本發明實施例提供的功率因數校正電路，可通過開關模塊來控制各校正電路與輸入電壓之間的導通或斷開，提高各校正電路的利用率，降低功率因數校正電路的成本。
文檔編號H02J9/04GK102931829SQ20121044734
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月9日 優先權日2012年11月9日
發明者程洋, 王偉峰, 姚曉鋒 申請人:華為技術有限公司