一種新穎的高頻開關電源功率因數校正裝置製造方法
2023-07-30 13:52:51 1
一種新穎的高頻開關電源功率因數校正裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型屬於電力電子【技術領域】，具體涉及的是一種新穎的高頻開關電源功率因數校正裝置，它包括輸入瞬間電壓保護電路、TMS320F28035PAGT型DSP系統、PWM控制電路、Boost升壓電路，此裝置是採用數位訊號處理器DSP系統進行處理和控制，他可以實時對系統進行監控，並採集輸入電壓、輸入電流、母線電壓，而且採用電壓外環電流內環雙閉環的控制方式，非常有效的提高了功率因數，同時硬體上保證了系統的抗幹擾性和高可靠性。由於此裝置能夠實時確保電力設備良好的功率因數，從而減少了供電系統中的電壓損失，可以使負載電壓更穩定，更好的改善了電能的質量。本裝置適用於電力、電信、國防及家電等領域的開關電源系統的開發應用。
【專利說明】一種新穎的高頻開關電源功率因數校正裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於電力電子【技術領域】，具體涉及的是一種新穎的高頻開關電源功率因數校正裝置。
【背景技術】
[0002]功率因數是衡量電氣設備效率高低的一個係數，功率因數低，說明電路用於交變磁場轉換的無功功率大，從而降低了設備的利用率，增加了線路供電損失。通過改善功率因數，減少了線路中總電流和供電系統中的電氣元件，如變壓器、電器設備、導線等的容量，因此不但減少了投資費用，而且降低了本身電能的損耗。如何提高功率因數，是需要科技界業內人士長期以來一直需要解決的問題，如果大量高次諧波電流重新回饋進電網，必然使電網受到汙染，國際電工委員會IEC組織制定了關於限制高次諧波統一的國際標準，對於不符合諧波標準的高頻開關電源不允許接入電網。為此，高效高頻開關電源在設計時需要結合功率因數PFC的校正功能，同時滿足最大諧波失真度THD的指標要求。本實用新型適用於電力、電信、航天、國防及家電等領域的開關電源系統的開發應用。
【發明內容】
[0003]本實用新型設計的一種新穎的高頻開關電源功率因數校正裝置，就是為了獲得良好的功率因數，減少供電系統中的電壓損失，使負載電壓更穩定，減少電網汙染，從而提高和改善電能的質量。
[0004]為達到上述目的，本實用新型一種新穎的高頻開關電源功率因數校正裝置，包括輸入瞬間電壓保護電路、TMS320F28035PAGT型DSP系統、PWM控制電路、Boost升壓電路，其特徵是輸入瞬間電壓保護電路分別與TMS320F28035PAGT型DSP系統和Boost升壓電路電信號連接，PWM控制器分別與TMS320F28035PAGT型DSP系統和Boost升壓電路電信號連接。
[0005]本實用新型能夠實時使交流輸入電流跟隨交流輸入電壓，使輸入電流與輸入電壓同相位，並接近正弦，同時也減少電流諧波分量。該功率因數校正電路同時引入電壓和電流反饋，構成一個雙環控制系統，具有整流和穩壓功能，即整流要求輸入功率因數為0.99以上，實現輸入電流整形，使之成為與電壓同相位的標準正弦波，穩壓要求輸出電壓穩定。本實用新型採用DSP系統控制，能夠實時採集輸入電壓、輸入電流、母線電壓，並採用電壓外環電流內環雙閉環的控制方式，非常有效的提高了功率因數，同時硬體上保證了系統的抗幹擾性和高可靠性。由於此裝置能夠實時確保電力設備良好的功率因數，從而減少了供電系統中的電壓損失，可以使負載電壓更穩定，更好的改善了電能的質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1為本實用新型輸入瞬間電壓保護電路原理圖1 ;
[0007]圖2為本實用新型輸入瞬間電壓保護電路原理圖2 ；
[0008]圖3為本實用新型Boost升壓電路原理圖；[0009]圖4為本實用新型PWM控制器電路原理圖；
[0010]圖5為本實用新型TMS320F28035PAGT型DSP系統電路原理圖；
[0011]圖6為本實用新型電壓外環和電流內環PFC控制方法原理框圖；
[0012]圖7為本實用新型系統原理框圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本實用新型作進一步的詳細的說明:
[0014]一種新穎的高頻開關電源功率因數校正裝置，是由輸入瞬間電壓保護電路、TMS320F28035PAGT型DSP系統、PWM控制電路、Boost升壓電路組成的，輸入瞬間電壓保護電路分別與TMS320F28035PAGT型DSP系統和Boost升壓電路電信號連接，PWM控制器分別與TMS320F28035PAGT型DSP系統和Boost升壓電路電信號連接。此裝置是採用數位訊號處理器DSP系統進行處理和控制，數位訊號處理器DSP的型號是TMS320F28035PAGT型，他可以實時對系統進行監控，並採集輸入電壓、輸入電流、母線電壓，而且採用電壓外環電流內環雙閉環的控制方式，非常有效的提高了功率因數，同時硬體上保證了系統的抗幹擾性和高可靠性。由於此裝置能夠實時確保電力設備良好的功率因數，從而減少了供電系統中的電壓損失，可以使負載電壓更穩定，更好的改善了電能的質量。
[0015]具體實施例的工作過程
[0016]1、輸入瞬間電壓保護電路如附圖1、附圖2所示，為了防止輸入端受雷電、電感性開關等外界因素的影響，採用金屬氧化物壓敏電阻R311，其型號是S20K625E3K1型，將其接到交流輸入端，實現對瞬態電壓進行抑制。當高壓尖峰瞬間加到壓敏電阻上，它的阻抗減小，瞬態能量消耗在壓敏電阻上，濾除尖峰電壓，使輸入電壓在安全範圍以內。採用2級電磁幹擾EMI濾波以及相應的X電容和Y電容，交流母線上設置2個保險裝置FlOl、F102，保險裝置的參數是500V/25A。電路通過4個二極體組成全橋整流電路，使輸入的交流信號變成都是正向的饅頭波形，輸出的交流電壓信號Vac經過電阻分壓，3.3V穩壓鉗位，最後輸入至IJ DSP核心控制器的AD部分。交流輸入端有控制通斷的繼電器，繼電器使用統一的驅動，由DSP核心控制器輸出一高低電平控制，繼電器控制部分起到保護後端電路的作用，如果系統出現故障報警，R112熱敏電阻在溫度達到一定時，內部燒斷，切斷輸入電源，從而保護了電路。
[0017]2、Boost升壓電路如附圖3所示，本裝置是採用的Boost升壓單相有源PFC，RC吸收電路由8個51歐電阻串並聯成的100歐姆電阻和一個IOOpF電容組成，分別並聯在6個二極體的兩端。雙向開關採用2個MOS管反向串聯組成，MOS管採用Infineon的SPW47N60C3。每個MOS管的吸收電路由多個電阻串並聯和多個電容串並聯組成，吸收電阻均採用1206的封裝。
[0018]3、PWM控制電路如附圖4所示，用光耦和DSP核心控制器與PWM控制電路的輸出端隔離，然後通過一個雙通道PWM波驅動集成電路IC同時控制一個雙向開關裡的2個MOS管。驅動集成電路IC選用MIC4424型，隔離光耦選用HCPL0601型，此光耦與以前經常使用的6N137為同一型號，光耦輸入前的接地端取子PFC核心控制器的接地端，光耦後的接地取雙向開關兩個反向串聯的MOS管的源極。
[0019]4、電壓外環和電流內環PFC控制方法如附圖5、附圖6所示，此裝置採用數位訊號處理器DSP系統控制，DSP的型號是TMS320F28035PAGT型，它能夠實時採集輸入交流電壓、輸入電流、母線電壓，通過在DSP控制器內部實現PFC控制算法。PFC算法電流型控制採用電壓外環和電流內環的雙環控制，乘法器實現電流給定的計算，同時達到恆功率輸入的目標。因此運算的核心包括雙環調節計算和電流給定的乘法器計算，雙環都採用較為簡潔的PI算法。
[0020]5、此裝置的具體工作程序是在系統上電後，所有元器件受電開始工作，DSP系統進入工作狀態，繼電器吸合，開關電源進入軟啟動狀態，DSP會定時進入中斷發波程序，中斷函數中首先是執行電壓外環閉環PI調節，此環路的輸出與相電壓、乘法器係數做乘法運算，輸出量作為電流內環的給定值，與DSP採集的相電流做電流環內環PI調節，環路的輸出賦值給PWM的比較寄存器，控制了 MOS管SPW47N60C3的脈衝寬度。
[0021]本實用新型解決了高頻開關電源模塊中高頻，高效，高功率密度，高功率因數，高可靠性的要求，採用單相有源功率因數校正電路，採用PI雙閉環控制方法將有更小的的輸入電流紋波，並且可以有效降低開關器件能量損耗，並可減小變換過程中產生的EMI。
【權利要求】
1.一種新穎的高頻開關電源功率因數校正裝置，包括輸入瞬間電壓保護電路、TMS320F28035PAGT型DSP系統、PWM控制電路、Boost升壓電路，其特徵是輸入瞬間電壓保護電路分別與TMS320F28035PAGT型DSP系統和Boost升壓電路電信號連接，PWM控制器分別與TMS320F28035PAGT型DSP系統和Boost升壓電路電信號連接。
2.根據權利要求1所述的一種新穎的高頻開關電源的功率因數校正裝置，其特徵在於所述的輸入瞬間電壓保護電路採用的金屬氧化物壓敏電阻其型號是S20K625E3K1型。
3.根據權利要求1所述的一種新穎的高頻開關電源的功率因數校正裝置，其特徵在於所述的輸入瞬間電壓保護電路採用的保險裝置的參數是500V/25A。
【文檔編號】H02M1/42GK203691226SQ201320861602
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月25日 優先權日:2013年12月25日
【發明者】吳天柱, 劉富利, 朱巖, 韋健 申請人:哈爾濱九洲電氣股份有限公司