PFC控制系统以及PFC控制方法
文献发布时间:2023-06-19 11:26:00
技术领域
本申请涉及UPS功率因素校正的技术领域,尤其是涉及PFC控制系统以及PFC控制方法。
背景技术
PFC意思是“功率因数校正”,功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系,也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。基本上功率因数可以衡量电力被有效利用的程度,当功率因数值越大,代表其电力利用率越高。功率因数是用来衡量用电设备用电效率的参数,低功率因数代表低电力效能。为了提高用电设备功率因数的技术就称为功率因数校正。
相关技术中,微型UPS在市电下进行PFC,搭建有功率因数校正电路。实现PFC时,市电输入需要满足标准的THDI(电流谐波总畸变率)。一般在市电为10V左右,才满足标准的THDI,即THDI<5%。
针对上述相关技术,发明人认为在满载情况下,市电输入满足标准的THDI的电压范围较小,导致市电输入电压不能全范围满足标准的THDI,造成了不便于进行PFC的缺陷。
发明内容
为了便于进行PFC,本申请提供了PFC控制系统以及PFC控制方法。
第一方面,本申请提供PFC控制系统,采用如下的技术方案:
PFC控制系统,包括电流采样电路、PFC控制电路和工作电路,所述工作电路的输入端与市电VIN电性连接,所述工作电路的输出端用于与负载LOAD电性连接;
所述电流采样电路的输入端与工作电路电性连接,所述电流采样电路的输出端接地,所述电流采样电路与PFC控制电路电性连接,用于将采集到的电流信息传输至PFC控制电路;
所述PFC控制电路与工作电路耦接,用于驱使市电输入电压全范围满足标准的THDI,所述标准的THDI是指THDI小于5%。
通过采用上述技术方案,电流采样电路的设置用于采集输入电流,传输至PFC控制电路,PFC控制电路根据市电VIN的变化进行功率因素校正,扩大适于进行PFC的市电电压范围,使得市电输入电压全范围满足THDI,从而便于进行PFC。
可选的,所述PFC控制电路包括UC3843芯片、UC3843外围电路、电阻R2、软件补偿信号端子和Vbus控制端子,所述UC3843芯片与UC3843外围电路耦接;
所述软件补偿信号端子与UC3843外围电路电性连接,用于输入与功率因数校正适配的补偿信号;
所述电阻R2电性连接于软件补偿信号端子和UC3843外围电路之间;
所述Vbus控制端子与UC3843外围电路电性连接,用于输入调控Vbus的控制信号;
所述UC3843外围电路与电流采样电路电性连接,用于接收由电流采样电路采集到的电流信息;
所述UC3843外围电路与工作电路电性连接。
通过采用上述技术方案,UC3843外围电路的设置有利于UC3843芯片正常工作,软件补偿信号端子和Vbus控制端子的设置有利于对功率因素校正进行控制,从而便于进行PFC。
可选的,所述工作电路包括电感L1、二极管D1、电容Cbus和开关管T1,所述电感L1的输入端与市电VIN的正极电性连接,所述电流采样电路耦接于市电VIN的正极和电感L1的输入端之间,所述电感L1的输出端与二极管D1的输入端、开关管T1的漏极电性连接,所述二极管D1的输出端与电容Cbus的输入端电性连接,所述开关管T1的栅极与UC3843芯片的第6引脚电性连接,所述开关管T1的源极与市电VIN的负极电性连接,所述电容Cbus的输出端与开关管T1的源极、市电VIN的负极电性连接,所述电容Cbus的输入端用于与负载LOAD的输入端电性连接,所述电容Cbus的输出端用于与负载LOAD的输出端电性连接。
通过采用上述技术方案,当UC3843芯片的第6脚输出高电压时,开关管T1导通,利用电感的特性,市电的能量转换到电感里面并由电感存储能量,负载LOAD由Cbus供电;当UC3843的第6脚输出低电平时,开关管T1关断,利用电感的特性,释放能量与市电经过二极管D1提供负载LOAD和对电容Cbus充电。
可选的,所述电流采样电路包括电流互感器CT1和电阻RS,所述电流互感器CT1一次侧的输入端与市电VIN的正极电性连接,所述电流互感器CT1一次侧的输出端与电感L1的输入端电性连接,所述电流互感器CT1二次侧的输入端与电阻RS的其中一端电性连接,所述电流互感器CT1二次侧的输出端与UC3843外围电路电性连接。
通过采用上述技术方案,电流互感器CT1的设置有利于将电路中的大电流转换为一定比例的小电流,以便于测量。
可选的,所述UC3843外围电路包括斜率补偿电路、滤波电路、稳定电路、震荡电路和反馈电路,所述斜率补偿电路、滤波电路、稳定电路、震荡电路和反馈电路分别与UC3843芯片电性连接,所述电阻R2的输出端与斜率补偿电路电性连接,所述Vbus控制端子与反馈电路电性连接。
通过采用上述技术方案,有利于UC3843芯片正常工作,且有利于实现对PFC进行控制,从而便于进行PFC。
可选的,所述斜率补偿电路包括NPN三极管Q1、电阻R3和电阻R5,所述NPN三极管Q1的基极与UC3843芯片的第4引脚电性连接,所述NPN三极管Q1的集电极与UC3843芯片的第8引脚电性连接,所述NPN三极管Q1的发射极与电阻R3的输入端电性连接,所述电阻R3的输出端与电阻R5的输入端电性连接,所述电阻R5的输出端与滤波电路电性连接;
所述电阻R2的输出端与电阻R3的输出端、电阻R5的输入端电性连接。
通过采用上述技术方案,有利于更好地进行斜率补偿,且软件补偿信号端子通过电阻R2与电阻R5电性连接,进而有利于软件补偿信号的接入,从而便于进行PFC。
可选的,所述反馈电路包括电阻R4、电阻R7和电容C5,所述Vbus控制端子与电阻R4的输入端电性连接,所述电阻R4的输出端与电容C5的输入端电性连接,所述电容C5的输出端接地,所述电阻R7的输入端与电容C5的输入端、稳定电路电性连接,所述电阻R7的输出端接地。
通过采用上述技术方案,电阻R4和电阻R7的设置有利于进行分压,电容C5的设置有利于进行滤波,也有利于Vbus控制端子接入电路中,从而便于进行PFC。
第二方面,本申请提供PFC控制方法,采用如下的技术方案:
PFC控制方法,适用于上述任一项中的PFC控制系统包括:
获取PFC控制系统的电路信息;
根据电路信息,得到关于市电电压与可调参数的等式;所述可调参数的等式适用于上述任一项中的PFC控制系统;
基于等式,根据市电电压的大小,对可调参数进行调节,用于驱使市电输入电压全范围满足标准的THDI,所述标准的THDI是指THDI小于5%。
通过采用上述技术方案,电路信息用于分析出关于市电电压与可调参数的等式,该等式有利于对可调参数进行调节准确的调节,从而便于进行PFC。
可选的,所述可调参数的等式为:
所述Vbus的大小通过Vbus控制端子进行调节,所述Vc的大小通过软件补偿信号端子进行调节。
通过采用上述技术方案,可调参数的等式的设置有利于更加准确地控制PFC,且有利于通过软件补偿信号端子和Vbus控制端子输入信号,使得市电输入电压全范围满足THDI,从而便于进行PFC。
可选的,所述基于等式,根据市电电压的大小,对可调参数进行调节,用于驱使市电输入电压全范围满足标准的THDI,包括:
A1,当市电电压的电压值为220V时,将满足等式的母线电压Vbus和补偿点Vc电压作为基准;此时,母线电压Vbus的大小记录为A,补偿点Vc电压的大小记录为B;
A2,判断市电电压的电压值是否小于或大于220V,若市电电压的电压值小于220V,则进入A3;若市电电压的电压值大于220V,则进入A4;
A3,通过Vbus控制端子和软件补偿信号端子减小A和B,且使得等式成立;
A4,通过Vbus控制端子和软件补偿信号端子增大A和B,且使得等式成立。
通过采用上述技术方案,以市电电压为220V时,A和B的取值作为基准,A和B均满足等式,然后根据市电电压变化,调节A和B的取值,使得等式一直成立即可,从而更快地完成调节,以便于进行PFC。
综上所述,本申请包括以下至少一种有益技术效果:
1.电流采样电路的设置用于采集输入电流,传输至PFC控制电路,PFC控制电路根据市电VIN的变化进行功率因素校正,扩大适于进行PFC的市电电压范围,使得市电输入电压全范围满足THDI,从而便于进行PFC。
2.当UC3843芯片的第6脚输出高电压时,开关管T1导通,利用电感的特性,市电的能量转换到电感里面并由电感存储能量,负载LOAD由Cbus供电;当UC3843的第6脚输出低电平时,开关管T1关断,利用电感的特性,释放能量与市电经过二极管D1提供负载LOAD和对电容Cbus充电。
3.电路信息用于分析出关于市电电压与可调参数的等式,该等式有利于对可调参数进行调节准确的调节,从而便于进行PFC。
附图说明
图1是本申请实施例的PFC控制系统的电路连接示意图。
图2是本申请实施例的UC3843芯片和UC3843外围电路的连接示意图。
图3是本申请另一实施例的PFC控制方法的方法流程图。
图4是图3中步骤S120的具体方法流程图。
附图标记说明:1、电流采样电路;2、PFC控制电路;21、UC3843芯片;22、UC3843外围电路;221、斜率补偿电路;222、滤波电路;223、稳定电路;224、震荡电路;225、反馈电路;23、软件补偿信号端子;24、Vbus控制端子;3、工作电路。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图1-4及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
一般的,微型UPS在市电下进行PFC,PFC即功率因数校正,功率因数是指交流输入有功功率与输入视在功率的比值。在UPS满载情况下,市电输入满足标准的THDI(电流谐波总畸变率)的范围较小,基本要在8V至12V之间,才能实现PFC。要实现正常的PFC,市电输入需要满足标准的THDI,即THDI小于5%。但是市电输入的满足标准THDI范围太小,导致不便于进行PFC。
参照图1,本申请实施例公开的PFC控制系统,PFC控制系统包括电流采样电路1、PFC控制电路2和工作电路3,工作电路3的输入端与市电VIN电性连接,工作电路3的输出端用于与负载LOAD电性连接。电流采样电路1的输入端与工作电路3电性连接,电流采样电路1的输出端接地,电流采样电路1与PFC控制电路2电性连接,用于将采集到的电流信息传输至PFC控制电路2。PFC控制电路2与工作电路3耦接,用于驱使市电输入电压全范围满足标准的THDI。
参照图1和图2,PFC控制电路2包括UC3843芯片21、UC3843外围电路22、电阻R2、软件补偿信号端子23和Vbus控制端子24,UC3843芯片21与UC3843外围电路22耦接,电路连接关系如图2所示。UC3843外围电路22与电流采样电路1电性连接,用于接收由电流采样电路1采集到的电流信息;UC3843外围电路22与工作电路3电性连接。软件补偿信号端子23与UC3843外围电路22电性连接,用于输入与功率因数校正适配的补偿信号;电阻R2电性连接于软件补偿信号端子23和UC3843外围电路22之间。Vbus控制端子24与UC3843外围电路22电性连接,用于输入调控Vbus的控制信号。
参照图1和图2,工作电路3包括电感L1、二极管D1、电容Cbus和开关管T1,开关管T1为N沟道型MOS管,电感L1的输入端与市电VIN的正极电性连接,电流采样电路1耦接于市电VIN的正极和电感L1的输入端之间,电感L1的输出端与二极管D1的输入端、开关管T1的漏极电性连接,二极管D1的输出端与电容Cbus的输入端电性连接,开关管T1的栅极与UC3843芯片21的第6引脚电性连接,开关管T1的源极与市电VIN的负极电性连接,电容Cbus的输出端与开关管T1的源极、市电VIN的负极电性连接,电容Cbus的输入端用于与负载LOAD的输入端电性连接,电容Cbus的输出端用于与负载LOAD的输出端电性连接。
参照图2,当UC3843芯片21的第6脚输出高电压时,开关管T1导通,市电的能量转换到电感内并由电感存储能量,负载LOAD由Cbus供电;当UC3843的第6脚输出低电平时,开关管T1关断,利用电感的特性,释放能量与市电经过二极管D1提供负载LOAD和对电容Cbus充电。
参照图1和图2,电流采样电路1包括电流互感器CT1和电阻RS,电流互感器CT1一次侧的输入端与市电VIN的正极电性连接,电流互感器CT1一次侧的输出端与电感L1的输入端电性连接,电流互感器CT1二次侧的输入端与电阻RS的其中一端电性连接,电流互感器CT1二次侧的输出端与UC3843外围电路22电性连接。
参照图2,UC3843外围电路22包括斜率补偿电路221、滤波电路222、稳定电路223、震荡电路224和反馈电路225,斜率补偿电路221、滤波电路222、稳定电路223、震荡电路224和反馈电路225分别与UC3843芯片21电性连接,电阻R2的输出端与斜率补偿电路221电性连接,Vbus控制端子24与反馈电路225电性连接。滤波电路222与电流互感器CT1二次侧的输出端电性连接。
参照图2,斜率补偿电路221包括NPN三极管Q1、电阻R3和电阻R5,NPN三极管Q1的基极与UC3843芯片21的第4引脚电性连接,NPN三极管Q1的集电极与UC3843芯片21的第8引脚电性连接,NPN三极管Q1的发射极与电阻R3的输入端电性连接,电阻R3的输出端与电阻R5的输入端电性连接,电阻R5的输出端与滤波电路222电性连接。电阻R2的输出端与电阻R3的输出端、电阻R5的输入端电性连接。
参照图2,滤波电路222包括电阻R9和电容C6,电阻R9的输入端与电流互感器CT1二次侧的输出端电性连接,电阻R9的输出端与电容C6的输入端、UC3843芯片21的第3引脚电性连接,电容C6的输出端接地。
参照图2,稳定电路223包括电容C2、电容C3、电容C4和电阻R6,电容C3两端分别电性连接于UC3843芯片21的第1引脚和第2引脚,电容C4的两端分别与电容C3的两端电性连接。电阻R6的输入端与反馈电路225、电容C4的输入端电性连接,电阻R6的输出端与电容C2的输入端电性连接,电容C2的输出端与电容C4的输出端电性连接。
参照图2,反馈电路225包括电阻R4、电阻R7和电容C5,Vbus控制端子24与电阻R4的输入端电性连接,电阻R4的输出端与电容C5的输入端电性连接,电容C5的输出端接地,电阻R7的输入端与电容C5的输入端、电阻R6的输入端电性连接,电阻R7的输出端接地。
参照图1,对UPS的输入功率进行功率因素校正,输入和输出的关系为:
D(t)为开关管T1的占空比, Vin*sin(wt)为市电输入电压,Vbus为输出母线BUS电压。
参照图1和图2,其工作原理为:电阻R1和电容C1组成UC3843芯片21的震荡频率,其震荡频率为:
Tc为电容C1充电时间,Td为电容C1放电时间,Fz为UC3843芯片21的震荡频率,Ton为UC3843芯片21第6脚输出导通时间,D(t)为UC3843芯片21第6脚输出导通占空比。三极管Q1、电阻R3和电阻R5组成UC3843芯片21对第3引脚的斜率补偿。电阻R9和电容C6组成对采样电流Icurrent滤波电路222。经过电阻R4和电阻R7分压,电容C5滤波后给UC3843芯片21反馈至第1引脚。
电阻R6、电容C2、电容C4和电容C3组成稳定电路223。电阻R8为UC3843芯片21第6引脚PWM驱动限流电阻。
Vt为斜率补偿经过三极管后的电压:
Tt为补偿斜率线性上升时间,同时也是UC3843芯片21的第6引脚输出高电平时间。
当UC3843芯片21的第6引脚输出高电压时,开关管T1导通,利用电感的特性,市电的能量装换到电感里面并有电感存储能量,负载LOAD由Cbus提供;当UC3843芯片21的第6引脚输出低电平时,开关管T1关断,利用电感的特性,释放能量与市电经过二极管D1提供负载LOAD和对电容Cbus充电。
依据上述原理,未设置软件补偿信号端子23和电阻R2时,针对于UC3843芯片21的第3引脚的电压可推导为以下等式:
Vcomp为UC3843芯片21的第1脚电压。
简化得到:
代入
进一步整理得:
当
从而
由于a1、a3、a4为常数,则输入电流Is跟随输入电压的波形,从而实现了PFC的效果。
加入软件补偿信号端子23和电阻R2后,根据UC3843芯片21的第3引脚的电压,推导出关系式:
对关系式进行整理得到:
其中,
将
当
其中
参照图3,本申请中一个实施例公开的PFC控制方法,包括:
S100,获取PFC控制系统的电路信息。
具体的,获取PFC控制系统的电路连接图信息;获取PFC控制系统中各个电子元件的参数信息。
其中,PFC控制系统的电路连接图信息由摄像头对PFC控制系统进行拍摄而获得,也可以由用户直接输入。对电路连接图信息进行图像处理,识别出各个电子元件的种类,然后通过网络得到PFC控制系统中各个电子元件的参数信息,参数信息也可以由用户直接输入获得。
S110,根据电路信息,得到关于市电电压与可调参数的等式。
具体的,根据电路连接图信息和各个电子元件的参数信息,推导出市电电压与可调参数的数学关系;根据市电电压与可调参数的数学关系,得到关于市电电压与可调参数的等式。
可调参数的等式为:
所述Vbus的大小通过Vbus控制端子进行调节,所述Vc的大小通过软件补偿信号端子进行调节。
S120,基于等式,根据市电电压的大小,对可调参数进行调节,用于驱使市电输入电压全范围满足标准的THDI。
参照图3和图4,具体的,基于等式,根据市电电压的大小,对可调参数进行调节,用于驱使市电输入电压全范围满足标准的THDI,包括以下步骤:
A1,当市电电压的电压值为220V时,将满足等式的母线电压Vbus和补偿点Vc电压作为基准;此时,母线电压Vbus的大小记录为A,补偿点Vc电压的大小记录为B。
A2,判断市电电压的电压值是否小于或大于220V,若市电电压的电压值小于220V,则进入A3;若市电电压的电压值大于220V,则进入A4。
A3,通过Vbus控制端子和软件补偿信号端子减小A和B,且使得等式成立;
A4,通过Vbus控制端子和软件补偿信号端子增大A和B,且使得等式成立。
以市电电压为220V时,A和B的取值作为基准,A和B均满足等式,然后根据市电电压变化,调节A和B的取值,使得等式一直成立即可,从而更快地完成调节,以便于进行PFC。
以上均为本申请的较佳实施例,并非依此限制本申请的保护范围,本说明书(包括摘要和附图)中公开的任一特征,除非特别叙述,均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即,除非特别叙述,每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
- PFC信号生成电路、使用PFC信号生成电路的PFC控制系统以及PFC控制方法
- PFC信号生成电路、使用PFC信号生成电路的PFC控制系统、以及PFC控制方法