一种智能嵌入式实现的功率因数校正器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种智能嵌入式实现的功率因数校正器，以嵌入式芯片为核心的PFC处理器，全波整流电路、过流保护电路、双限压控制电路、DC/DC转换电路、电感器L、二极管D、电容器C和功率开关管Q。本实用新型专利技术具备以下的优点：1）直接将占空比以数据的形式存储在芯片中来输出PWM控制波，省去了用传统的反馈电路的方法，简化了电路结构，减少了元器件的使用量，使得处理过程简单、方便。2）处理器可根据实际需求对程序进行实时调节，不需要频繁对硬件进行修改。3）实现电压恒定输出功能，满足负载需求。4）实现遥控调压功能，更加方便用户使用。5）实现电路的软启动和软关断，保护电路元器件。6）实现过流保护，确保电路安全。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

—种智能嵌入式实现的功率因数校正器
本专利技术属于功率因数校正(PFC)器电路拓扑，尤其涉及采用智能嵌入式实现的功 率因数校正(PFC)器。
技术介绍
现代电源的主要发展趋向之一是提高AC/DC变换器输入端功率因数，减少对电网 的谐波污染。目前研究和应用的功率因数校正(PFC)的控制方法比较多，如专利申请号为 200920175503. 7的新型数控电源PFC电路，实现电路如图5所示。其特征在于包括输入电 路和输出电路，所述输入电路和输出电路之间设置有二相交互BOOST拓扑变换器，输出电 路通过反馈电路连接DSP处理器，所述DSP处理器通过门驱动电路接入二相交互BOOST拓 扑变换器，所述DSP处理器包括PID运算模块、ADC模块和多个PWM模块，所述反馈电路通 过ADC模块接入PID运算模块，所述PID运算模块通过多个PWM模块接入门驱动电路。虽然该电路可以保持输入电流正弦，得到高的输入功率因数，具有抑制各种高频 谐波电流，能有效地改善电压波形畸变和电流尖峰的功能。但这种电路的最大缺点是电路 结构复杂，元器件数量多，尤其在中小功率场合应用时，很不经济。因而研究一种更简捷的 方法来实现功率因数校正(PFC)功能已成为很现实的要求。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种智能嵌入式实现的功率因数校正 器，解决了现有技术中电路结构复杂，元器件数量多，功能单一等不足，提高实用性能。技术方案一种智能嵌入式实现的功率因数校正器，其特征在于包括PFC处理器、全波整流 电路、过流保护电路、双限压控制电路、DC/DC转换电路和信号接收器；交流市电输入端顺 序联接全波整流电路、过流保护电路和DC/DC转换电路，然后输出直流信号；双限压控制电 路联接于DC/DC转换电路的输出端，将输出的直流信号比较后的结果作为反馈信号传给 PFC处理器，PFC处理器根据反馈信号来控制PWM波的输出，并以此PWM波调整DC/DC转换 电路的直流信号；所述PFC处理器包括CPU处理模块、并行I/O 口、可编程串行口、程序存储 器、定时器/计数器、PWM发生器和占空比数据存储单元；并行I/O 口、可编程串行口、程序 存储器、定时器/计数器、PWM发生器和占空比数据存储单元通过内部总线与CPU处理模块 进行数据交流；并行I/O 口接收输入的双限压控制电路的直流信号比较的电压采样信号， 并行I/O 口输出PWM脉冲；可编程串行口与在线编程端口进行信息交互。在PFC处理器的串口管脚COM上连接一个接收用户遥控信息的红外接收器。所述PFC处理器、全波整流电路、过流保护电路、双限压控制电路、DC/DC转换电路 和信号接收器的电路结构为市电的火线L与整流桥BD的交流输入端AC+连接；交流市电 的零线N与整流电路AC-端连接；电感器L的一端接整流桥BD的直流输入端DC+连接，另一端与功率开关管Q的漏极和二极管D的阳极相连；开关管Q的源极接过流保护电路的一端，开关管的栅极接PFC处理器的一个端口 I/O. O ;过流保护电路的另一端接整流桥BD的直流输出端DC-;电容器C 一端与二极管D阴极连接，另一端与过流保护电路的一端和整流桥BD的DC-端连接；电阻Ra与电阻Rb串联之后，Ra —端与电容器C和二极管D的阴极连接，Rb 一端与电感器C另一端、过流保护电路的一端和整流桥BD的DC-端连接；负载电阻 R—端与电阻Ra的一端、电容器的一端和二极管的阴极连接，R的另一端与电阻Rb的一端、 电容器C的另一端、过流保护电路的一端和整流桥的DC-端连接；比较器O和比较器I的负极接在Ra和Rb之间，正极分别接参考基准电压V1、V2，比较器O的输出口接在单片机的端口 I/O. 2管脚，比较器I的输出口接在单片机的端口 I/O.1管脚；串口管脚COM连接数据线接收外部信息。有益效果本专利技术提出的一种智能嵌入式实现的功率因数校正器，以嵌入式芯片为核心的 PFC处理器，此外还应用了市电、全波整流电路、过流保护电路、双限压控制电路、DC/DC转换电路、电感器L、二极管D、电容器C和功率开关管Q。本专利技术除了具备传统PFC电路的功能外还具备以下的优点1)直接将占空比以数据的形式存储在芯片中来输出PWM控制波， 省去了用传统的反馈电路的方法，简化了电路结构，减少了元器件的使用量，使得处理过程简单、方便。2)处理器可根据实际需求对程序进行实时调节，不需要频繁对硬件进行修改。3)实现电压恒定输出功能，满足负载需求。4)实现遥控调压功能，更加方便用户使用。 5)实现电路的软启动和软关断，保护电路元器件。6)实现过流保护，确保电路安全。附图说明图1:本专利技术电路的总体框图；图2 :本专利技术电路中PFC处理器内部主要模块的框图；图3 :本专利技术基于升压型转换器实现的实施实例电路原理图；图4 :为实施实例输入电压Vin、输入电流Iin和输出电压Vout的仿真结果；图5 :为现有技术中新型数控电源PFC电路原理框图。具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述参见图3，依据本案构想并基于BOOST升压型转换器实现的实施实例主要包括交流市电输入、全波整流桥BD、过流保护电路、双限压控制电路、电感器L、功率开关管Q、二极管D、电容器C、负载电阻R以及PFC处理器。市电的火线L与整流桥BD的交流输入端AC+ 连接；市电的零线N与整流电路AC-端连接；电感器L的一端接整流桥BD的直流输入端DC+ 连接，另一端与功率开关管Q的漏极和二极管D的阳极相连；开关管Q的源极接过流保护电路的一端，开关管的栅极接PFC处理器的一个端口 1/0.0 ;过流保护电路的另一端接整流桥 BD的直流输出端DC-；电容器C 一端与二极管D阴极连接，另一端与过流保护电路的一端和整流桥BD的DC-端连接；电阻Ra与电阻Rb串联之后，Ra —端与电容器C和二极管D的阴极连接，Rb 一端与电感器C另一端、过流保护电路的一端和整流桥BD的DC-端连接；负载电阻R —端与电阻Ra的一端、电容器的一端和二极管的阴极连接，R的另一端与电阻Rb的一端、电容器C的另一端、过流保护电路的一端和整流桥的DC-端连接；比较器O和比较器 I的负极接在Ra和Rb之间，正极分别接参考基准电压V1、V2，比较器O的输出口接在单片机的端口 I/O. 2管脚，比较器I的输出口接在单片机的端口 I/O.1管脚；串口管脚COM连接红外接收器接收用户遥控信息。所述的PFC处理器由常用单片机实现，主要结构包括程序存储器、数据存储器、 CPU、定时器/计数器、PWM发生器(可由定时器实现)、I/O 口、COM 口。PFC处理器作为本专利技术的核心部分，其具体控制方法如下市电经过整流后，变成频率为交流市电两倍的直流信号。在一个直流信号周期内取N个等分的时刻点，再通过占空比计算公式￡> = 1-[^01(_^)取得电路中控制？丽脉冲输出的占空比数据。其中η=0，1，…，N-1，K由电路的输入电压、电感、电容、负载以及输出电压等系统参数决定，N则是根据开关频率和电网电压频率确定的所需占空比数据数目。将该组占空比数据Dn (其中n=0，I，…，N_l)存入PFC处理器中，通过编程输出与这组占空比相对应的PWM脉冲控制信号。具体编程方法为用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能嵌入式实现的功率因数校正器，其特征在于包括PFC处理器、全波整流电路、过流保护电路、双限压控制电路、DC/DC转换电路和信号接收器；交流市电输入端顺序联接全波整流电路、过流保护电路和DC/DC转换电路，然后输出直流信号；双限压控制电路联接于DC/DC转换电路的输出端，将输出的直流信号比较后的结果作为反馈信号传给PFC处理器，PFC处理器根据反馈信号来控制PWM波的输出，并以此PWM波调整DC/DC转换电路的直流信号；所述PFC处理器包括CPU处理模块、并行I/O口、可编程串行口、程序存储器、定时器/计数器、PWM发生器和占空比数据存储单元；并行I/O口、可编程串行口、程序存储器、定时器/计数器、PWM发生器和占空比数据存储单元通过内部总线与CPU处理模块进行数据交流；并行I/O口接收输入的双限压控制电路的直流信号比较的电压采样信号，并行I/O口输出PWM脉冲；可编程串行口与在线编程端口进行信息交互。

【技术特征摘要】
1.一种智能嵌入式实现的功率因数校正器，其特征在于包括PFC处理器、全波整流电路、过流保护电路、双限压控制电路、DC/DC转换电路和信号接收器；交流市电输入端顺序联接全波整流电路、过流保护电路和DC/DC转换电路，然后输出直流信号；双限压控制电路联接于DC/DC转换电路的输出端，将输出的直流信号比较后的结果作为反馈信号传给PFC 处理器，PFC处理器根据反馈信号来控制PWM波的输出，并以此PWM波调整DC/DC转换电路的直流信号；所述PFC处理器包括CPU处理模块、并行I/O 口、可编程串行口、程序存储器、 定时器/计数器、PWM发生器和占空比数据存储单元；并行I/O 口、可编程串行口、程序存储器、定时器/计数器、PWM发生器和占空比数据存储单元通过内部总线与CPU处理模块进行数据交流；并行I/O 口接收输入的双限压控制电路的直流信号比较的电压采样信号，并行 I/O 口输出PWM脉冲；可编程串行口与在线编程端口进行信息交互。2.根据权利要求1所述的智能嵌入式实现的功率因数校正器，其特征在于在PFC处理器的串口管脚COM上连接一个接收用户遥控信息的红外接收器。3.根据权利要求1或2所述的智能嵌入式实现的功率因数校正器，其特征在于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺宏锟，石雷，王林博，阳金金，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：实用新型
国别省市：