[发明专利]用于支持有源功率因数校正负载的控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明一般涉及电源技术领域，尤其涉及用于支持有源功率因数校正(APFC，Active Power Factor Correction)负载的控制方法及系统。

背景技术

目前，电源装置通常用于保障各种用电设备停电之后继续工作一段时间，以使用户能够进行紧急处理，例如在计算机领域中，用户能够及时的保存数据，使用户不会因为停电而影响工作或丢失数据。电源装置在计算机系统、网络和通信系统等各种实际应用中，可以作为应急电源来使用，防止突然断电而影响正常工作，给系统造成损害。

随着各式各样电力电子产品的广泛使用，电源谐波问题及功率因数劣化问题也越来越严重，为了提高供电品质及能源使用效率，对于电力电子产品所产生谐波及功率因数，各个组织均制定了标准来加以规范。改善功率因数的方法，主要可分为无源式和有源式两种。无源式顾名思义即是电路中只使用无源元件来提高功率因数如电感或变压器等，虽具有较小电磁干扰及设计简单等优点，但功率因数改善效果相当有限。有源式功率因数校正电路即是使用有源元件如功率元件、二极管等，除可调整输出电压，也可以大幅提高功率因数，然而由于电路复杂度增加，因此需配合良好的控制以维持系统平衡。

由于逆变器工作在高频开关状态，这种有源功率因数校正技术具有体积小、重量轻、效率高、功率因数接近1等优点。有源功率因数校正的基本思想是：将输入交流电压进行全波整流，在整流电路与滤波电容之间加入DC/DC变换，通过适当控制(即脉宽调制PWM)使输入电流的波形自动跟随输入电压的波形，即将输入电流校正为输入电压同相位的正弦波，使输入阻抗呈纯阻性，从而实现稳压输出和单位功率因数输入，使PF提高到近似为1.0。APFC技术适应了电力电子技术的发展方向。

目前广泛使用的离线式电源装置，例如离线式不间断电源(UPS，Uninterrupted Power Supply)广泛应用于各个领域。当市电存在时，离线式电源装置的充电器对蓄电池充电并浮充。市电掉电时，离线式电源装置的输出转换开关断开电网，接通逆变器，继续向负载供电。此时逆变器工作，由它将直流电压(电池供给)变成符合负载要求的交流电压。

图1是现有技术中方波电源装置的示意图。所述方波电源装置包括：继电器、电池以及逆变器。当市电正常供电时，继电器保持正常与市电线路线路I/P-L的连接，通过市电输入线路I/P-L和I/P-N对负载进行供电。同时，在市电正常供电时，对方波电源装置中的电池进行充电，以使得在市电故障时能够由电池对负载进行供电。当市电掉电、或市电故障时，继电器断开与市电线路线路I/P-L的连接，并与逆变器的输出端INV-L相连，电池输出电能至逆变器，逆变器输出方波，并通过线路INV-L和INV-N对负载进行供电。逆变器的输出如INV O/P的方波波形所示。

图2是现有技术中另一种方波电源装置的示意图。所述方波电源装置包括：继电器、电池、逆变器以及变压器。当市电正常供电时，继电器保持正常与市电线路线路I/P-L的连接，通过市电输入线路I/P-L和I/P-N对负载进行供电。同时，在市电正常供电时，对方波电源装置中的电池进行充电，以使得在市电故障时能够由电池对负载进行供电。当市电掉电、或市电故障时，继电器断开与市电线路线路I/P-L的连接，并与逆变器的输出端INV-L相连，电池输出电能至逆变器，逆变器通过变压器进行电压调节并输出方波，由通过线路INV-L和INV-N对负载进行供电。逆变器的输出如INV O/P的方波波形所示。

但是，在现有技术中，当从市电模式切换到电池模式的最初周期(例如，第一周期)通常会出现如下问题：

1.第一周期电压有效值过低。现有方波UPS在转到电池模式的第一个周期输出电压是通过设定固定的标准输出方波宽度。在带APFC载转到电池模式时，实际输出电压会因峰值电压拉低，造成有效输出电压远小于额定值电压，导致不能很好地支持APFC电源工作。

2.第一周期脉宽过小。当前，方波UPS转到电池模式的第一个周期时输出电压零点以市电电压零点作为参考，在市电的不同角度断电情况下，输出方波实际打开的宽度不一致，输出电压差异较大。其中有些角度断电时，UPS有效输出电压会明显偏小，在带APFC LOAD转换时，会因UPS有效输出电压明显偏小，导致不能很好地支持APFC电源工作。