一种无电流传感器无桥PFC电路的制作方法

本实用新型属于通信技术领域，具体涉及一种无电流传感器无桥pfc电路。

背景技术：

为了降低电能传输损耗，提高电能质量，越来越多的电子产品要求包含功率因数校正(pfc)功能。

功率因数校正技术能够实现电源输入端和输入电流跟踪交流输入电压，从而极大降低电网中的无功功率，减少电源对电网的污染。

现有的pfc电路存在的问题：传统的无桥pfc电路中，需要采样电感电流进行环路控制，从而保证交流输入电流跟随交流输入电压，实现功率因数校正功能。有电流传感器不仅成本高，而且因为需要有电流采集电路，因此电路也更加复杂。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种无电流传感器无桥pfc电路，具有良好的高功率应用潜力，交流侧和直流侧均只有两个电压传感器提供电压信息，无需采集电流信息，大大减小的电路复杂度，节省了电路成本。

一种无电流传感器无桥pfc电路，包括交流电源vs、电热丝，所述交流电源vs经二极管d3、电感l1连接至二极管d1的正极与mos管q1的漏极，所述mos管q1的源极再连接至交流电源vs构成回路；所述交流电源vs还经二极管d4、电感l2连接至二极管d2的负极与mos管q2的源极，所述mos管q2的漏极再连接至交流电源vs构成回路；所述二极管d1负极和二极管d2正极均连接至电热丝的一端，所述电热丝的另一端连接至交流电源vs构成回路。

优选的，还包括单片机，所述交流电源和电热丝均通过电压采集电路连接至单片机的adc端。

优选的，所述mos管q1和mos管q2均采用n沟道增强型mos管。

优选的，所述mos管q1和mos管q2的栅极连接至单片机的pwm输出端。

优选的，所述电感l1和电感l2的电感值均和等效电阻均相同。

优选的，所述二极管d1、二极管d2、二极管d3和二极管d4的正向导通电压与mos管q1、mos管q2的导通电压均相同。

本实用新型的有益效果为：本专利设计了一个无需电流传感器的pfc电路。此变换器拓扑结构具有良好的高功率应用潜力，交流侧和直流侧均只有两个电压传感器提供电压信息，无需采集电流信息，大大减小的电路复杂度，节省了电路成本，是一种有效的无电流传感器控制策略。此外，提出了一种等效的pfc变换器的单开关模型，为分析变换器的特性提供了一种有效的方法。

附图说明

图1为本实用新型实施例的电路原理图。

图2～5为本实用新型实施例中四种工作状态的电路原理图。

图中的箭头表示此时改电路在各个工作状态下的通路。

图6为本实用新型实施例的等效单刀双置开关模型图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

如图1所示，本发明实施例提供一种无电流传感器无桥pfc电路，包括交流电源vs(可使用家庭电路的交流电)、高功率的无极性负载，本实施例使用电热丝，所述交流电源vs经二极管d3、电感l1连接至二极管d1的正极与mos管q1的漏极，mos管q1的源极再连接至交流电源vs构成回路；交流电源vs还经二极管d4、电感l2连接至二极管d2的负极与mos管q2的源极，mos管q2的漏极再连接至交流电源vs构成回路；所述二极管d1负极和二极管d2正极均连接至电热丝的一端，所述电热丝的另一端连接至交流电源vs构成回路。

本实施例还包括单片机，单片机的adc端通过电压采集电路分别连接至交流电源和电热丝，用于采样交流电源的电压值以及电热丝两端的电压。

作为本实用新型的一种实施方式，mos管q1和mos管q2均采用n沟道增强型mos管，mos管q1和mos管q2的栅极均与单片机的pwm输出端相连。

作为本实用新型的一种实施方式，二极管d1、二极管d2、二极管d3和二极管d4的正向导通电压相同。且mos管q1和mos管q2的导通电压与上述二极管的正向导通电压相等。

作为本实用新型的一种实施方式，电感l1和电感l2的电感值和等效电阻均相同。

本实用新型的工作原理为：利用交流电源vs的特性，以及本电路的结构设计，在先条件为电感l1和电感l2的电感值和等效电阻均相等，所有二极管和mos管的导通电压相等，并在交流电源vs的电压的不断变动下，本电路会呈现出4中不同的状态，如图2～图5所示，图中的箭头表示此时改电路在各个工作状态下的通路，不在箭头路径内的为开路，分别为：

状态1：当vs>0，mos管q1导通时，mos管q2关断时，其电路原路图如图2所示。

状态2：当vs>0，mos管q1和mos管q2关断时，其电路原路图如图3所示。

状态3：当vs<0，mos管q2导通时，mos管q1关断时，其电路原路图如图4所示。

状态4：当vs<0，mos管q1和mos管q2关断时，其电路原路图如图5所示。

在各个状态下求出电感电压。

状态1：vl，p，on＝vs-isrl-2von；公式ⅰ

状态2：vl，p，off＝vs-isrl-2von-vo公式ⅱ

状态3：vl，n，on＝vs-isrl+2von；公式ⅲ

状态4：vl,n,off＝vs-isrl+2von+vo；公式ⅳ

其中vs为电源电压，is为流过电感的电流，rl为电感的等效电阻，von为二极管和mos管的导通电压，vo为电热丝两端电压(即输出电压)。

使用操作符sign(vs)表示电源电压的符号，

公式ⅰ-公式ⅳ的电感电压可表示为：

vl，on＝vs-isrl-2sign(vs)von；公式ⅵ

vl，off＝vs-isrl-2sign(vs)von-sign(vs)vo；公式ⅶ

依据上述公式vi和公式vii可将本实用新型实施例的电路原理图转化为等效单刀双置开关模型，具体如图6所示。

根据上述的模型，在一个开关周期内的导通时间和截止时间分别为dutyts和(1-duty)ts。由于开关频率fs远大于栅极频率f，所以在一个开关周期ts＝1/fs内电源电压vs可视为一个恒定值。电感电流在连续电流模式下工作。

依据电感器平均电压采用时间平均法：

<vl>＝[〈vs>-<is>rl-2sign(vs)von-sign(vs)vo(1-duty)]；公式viii

假设平均电感电流<is>由公式ix：给出，其中为电感电压峰值，ω为电网频率。

因为输入电压输入电流为正弦相位，则平均电感电压可进一步表示为：

最终得出：

上述公式xi中除了输出电压vo和电压电压vs外均为已知的数值，其中输出电压vo和交流电源电压vs由单片机的adc端通过电压采集电路进行采样，交流电源电压vs经过电压采集电路处理后连接至单片机的adc端，单片机采集到电压经过计算，还原出带有正负的电源电压vs代入公式xi中；电热丝经过电压采集电路后连接到单片机的adc端，单片机经计算后得出输出电压vo的大小(此处仅须知的输出电压的vo数值大小，忽略电压的正负方向)并代入公式xi中，最终在单片机中完成对占空比的计算，计算的结果用于单片机作为输出pwm波，向mos管q1和mos管q2输出pwm信号，用于控制mos管q1和mos管q2栅极的开关。

本实施例能够仅通过对电压的调节，将输入电压和输入电流调成同相位，并将输出电压vo调节至参考电压

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。