[发明专利]计算正弦电压波形峰值或有效值的电路

说明书

本发明涉及信号计算电路，特别是一种包含在电源电路中的应用于功率因素增强电路的信号传感及计算电路，电源电路工作于提供正弦或近似正弦电压波形的交流线路中。

直接脱开交流线路工作的电源一般包括一输入整流器，它转换输入的交流线电压为直流电压。该直流电压一般加给电储存电容器，该电容连接到DC/DC转换器的输入端，该转换器在其输入端转换此直流电压为另一电平的直流电压。整流器和储存电容器的固有工作特性改变了整流器输入端上的输入电流波形。该波形的畸变产生谐波被反馈到交流线路上，进而引起严重的电磁干扰IEMI)发射，以及在交流配电网中不必要的电力损失。

其它应用中，电源可以直接脱开交流线路工作，来驱动一个变频器以提供与交流线路不同频率的信号。输入波形可能畸变引起上述问题。

输入电流波形的畸变可利用有源功率因数控制器和变换器得到控制，变换器如升压变换器设置在整流器和存储电容器之间，以便有效地控制输入电流波形。有源转换装置受监控输入电压波形的控制电路的控制。控制装置在比交流线路频率高的高频上调制传导周期，以便迫使输入电流的波形与输入电压的波形一致，或与输入电压波形的基频正弦波形一致。

有源功率因数控制网络一般感受电源电路的输入和输出信号参数，并利用响应这些信号参数的有选择性地通断电源开关或调制的脉冲宽度，来迫使输入电源与要求的电流波形一致。在美国专利4,412,277中公开的一个具体装置中，被整流的输入电压波形与表示输出电压与标准电压偏差的误差电压相乘。产生的控制信号被适当换算用于控制驱动电源开关的调制脉冲，以提供要求的输入电流波形。在美国专利4,677,366中公开的更复杂的功率因数控制器中，增加前馈控制器为了改变输入交流有效值的快速变化。这通常被用于由输入电压有效值的平方逆换算设定的输入电流。

现有方案中的缺陷是存在可感受的电波形中的纹波影响，它在控制电路操作中具有不希望有的影响，结果导致设定输入电流波形的不精确测定。目前处理纹波电流的技术是延长功率因数补偿电路的响应时间，结果引起输入电压中大量瞬变信号，除非使用大的输出电荷储存电容器。

在产生校正电流波形方面控制器的成功取决于导出或计算出输入电压Vrms²值或等效Vpeak²值使用的速度和精度，因为在控制升压变换器的有源电源开关中使用该控制器。该参考一般通过全波整流输入的交流正弦波，滤波已整流正弦波再自乘已滤波信号而得到。此项技术具有电路和其固有操作简单的优点的同时，具有这样的缺陷，要求设计要在所得到的平方电压中的纹波和电路能够响应输入电压动态变化所具有的速度之间，作出折衷的选择。

一种用于计算或导出线电压Vac的Vrms²和Vpeark²值的计算电路，由于利用了其输出跟踪输入电压波形基波的受控谐波振荡器，该电路提供了这些信号的快速响应时间和完全无纹波数值。两个异相(相位相差π/2)正弦波信号从输入正弦波中得出，这两个异相信号被平方再相加，以快速响应时间导出或计算要求的正弦波形峰值平方。

根据本发明实施例的计算电路包括两个积分器，具有增益，被串联连接成全闭合回路。第二积分器的输出与检测的交流(AC)线路正弦波电压Vac相加然后反馈到至少两个积分器之一的输入端。每单个积分器的输出都是一个电压正弦波，它与另一积分器的输出在相位上相差π/2，与输入实质上为正弦波的电压Vac同步。积分器的每个输出都被一个相关的平方律电路平方。两个平方律电路之一的每一个输入与另一平方律电路的输出相加，产生要求的Vpeak²或Vrms²的数值。

对于在特定领域工作设计的整流器，交流线路频率是精确已知的，通常为50Hz或60Hz，上述计算电路同时也是在先技术。然而对于为工作于无电路调节的不确定线路频率的应用场合而设计的计算电路，根据本发明一个合适的反馈回路可以加到计算电路，以适应不同或变化的线路频率。

根据本发明，该计算电路包含在功率因数调节系统的控制装置中，并被用来产生控制输入参数(Vpeak²和信号频率)的实质上无纹波的计算，由于利用实质上无纹波信号控制一个升压、反向、SEPIC或其他相关型的变换器，使得在输入端到直接脱开交流线路驱动的整流电路提高了功率因数。另外，积分器的输出与输入交流电压同相位，它也能被用作控制输入信号，精确表示理想交流输入电压波形特征，控制功率因数调节器减少输入谐波以便减少经整流器的输入交流线电压的失真。