CN100593275C - 功率因数校正电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率因数校正电路，该电路包括接收输入交流电源电压的输入端，提供输出直流电源电压的输出端，连接至输入端的电源整流器，连接至电源整流器，将输出电压提供至输出端的降压电路，以及连接至该降压电路的开关。该电路还包括一电流源电路，其根据输出电压的大小产生一电流信号；连接至开关的检测电阻，其根据流过该开关的电流大小产生一电压信号；以及功率因数校正单元，其接收上述电压信号与电流信号，基于输入电压与输出电压间的关系来控制开关使降压电路选择性地工作或不工作。采用本发明的技术方案可以为开关电源提供较低的输入电压，更容易满足电气间隙和爬电距离的要求，并能够制作更小的元件，进一步降低成本。

Description

功率因数校正电路
技术领域
本发明涉及功率因数校正电路，特别是一种能够产生低直流电源交流电压的功率因数校正电路。
背景技术
在现有技术中，PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)功能通常产生大约400V的直流输出电压。该输出电压一般会作为PFC电路下一级的开关电源(SMPS)的输入电压。表面贴装(Surface Mount Technology，SMT)是一种直接在印刷电路板(Printed Circuit Boards，PCB)表面安装电子元件，以建立电路的技术。当作为SMT元件的开关电源被供给一高直流电压时，其初级与次级引脚之间的最大电压通常较高。由于SMT芯片初级与次级引脚间的高电压，大尺寸的SMT元件必须与其它元件分隔较远的距离。
为将初/次级引脚间的距离保持为较小，在使用SMT时需要一个低直流电压来满足EN60065标准的需要。EN60065标准规定了对应于直接在SMT元件初/次级引脚间测得的最大电压的电气间隙和爬电距离。因此，为最小化SMT元件的电气间隙和爬电距离，需要一个低直流电压来作为开关电源的输入电压。当开关电源的输入电压较低时，就更容易满足EN60065标准关于电气间隙和爬电距离的要求，从而使采用较为廉价的变压器技术成为可能。此外，因为初/次级引脚间的距离减小，可以制作更小的元件，能够进一步降低成本。
图1为现有技术中采用PFC控制单元的降压式调节器(稳压器)电路的电路图。该电路包括具有四个二极管1、2、3、4的电源(市电)整流器5、开关6、二极管7、电感8、电容9及PFC控制单元10。该PFC控制单元10用于控制降压式调整电路20，该降压式调整电路20的输入和输出电压如图2所示。其中，交流输入电压在PFC工作区域内被整流为直流电压，PFC的运作对应于图中的阴影部分。在两个临近的PFC工作区域之间还存在另一个区域，其中输出电压从PFC工作区域中固定的交流电压开始衰减。如图2所示，PFC工作区域的直流电压比电源输入电压的峰值更高。事实上，该直流电压是比较高的(约为400V)，很难满足EN60065的要求。因为PFC降压调节器的输出电压被供给开关电源，故开关电源的输出电压也很高。这将造成开关电源的SMT元件其初/次级引脚间产生峰值较高的电压。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种功率因数校正电路，特别是一种能够产生低电源交流电压的功率因数校正电路。
一种功率因数校正电路，该电路包括接收输入交流电源电压的输入端，提供输出直流电源电压的输出端，连接至输入端的电源整流器，连接至电源整流器，将输出直流电源电压提供至输出端的降压电路，以及连接至该降压电路的开关。该电路还包括一电流源电路，其根据所述输出直流电源电压的大小产生一电流信号；连接至上述开关的检测电阻，其根据流过该开关的电流大小产生一电压信号；以及功率因数校正单元，其接收上述电压信号与电流信号，基于输入交流电源电压与输出直流电源电压间的关系来控制开关使降压电路选择性地工作或不工作。
采用本发明的技术方案可以为开关电源提供较低的输入电压，更容易满足电气间隙和爬电距离的要求，可以使用较为廉价的变压器技术，并能够制作更小的元件，进一步降低成本。
附图说明
图1为现有采用PFC单元的降压调整电路的电路图。
图2为现有降压调整电路的输入及输出电压的示意图。
图3为本发明采用PFC单元的降压调整电路的电路图。
图4为本发明降压调整电路的输入及输出电压的示意图。
具体实施方式
请参阅图3，为本发明降压式调节器电路的电路图。该电路包括具有四个二极管101、102、103、104的电源(市电)整流器105、开关106、检测电阻111、具有二极管107、电感108、电容109的降压电路107、具有晶体管112及三个电阻113、114、115的电流源117。开关106与晶体管112可以为双极型晶体管或MOS管，在本实施例中，开关106为MOS管，晶体管112为双极型晶体管。
在该电路中，电感108的一端连接至二极管107的阴极，另一端连接至电容109的一端。电容109的另一端与二极管107的阳极均连接至开关106的漏极，二极管107的阴极同时还连接至电源整流器105的一端，PFC控制单元110的接地脚直接连接至电源整流器105的另一端。检测电阻111的一端连接至开关106的源极，另一端接地。开关106的栅极连接至PFC控制单元110的一端，其源极连接至PFC控制单元110的另一端，电压源电路117的晶体管112的集电极连接至PFC控制单元110的再一端。电阻113的一端连接至晶体管112的发射极，另一端连接至电阻114的一端。电阻114的另一端与电阻115的一端相连后连接至晶体管112的基极，电阻115的另一端接地。电阻114和电阻115两端的电压为输出直流电源电压。
本实施例与现有技术的一个不同之处在于开关106并不直接连接于输入电压。在现有技术中，开关6直接连接于输入电压，由于开关6的电位使其很难被PFC控制单元10所驱动。在本发明的实施例中，开关106连接于地与电源整流器105之间。
此外，检测电阻111输入端与开关106的节点处的电压被提供至PFC控制单元110，当开关106闭合时(开关打开)，该电压决定了流过电阻111的电流大小。换言之，检测电阻111使PFC控制单元110能够决定流过开关106的电流。
如上所述，包括晶体管112及三个电阻113、114、115的电流源117被连接至电压输出端，电流源117将输出端的电压转换为一相应的电流信号。换言之，直流电源输出电压在电流源117中被转换为相应的电流信号，并将该信号提供至PFC控制单元110。该与输出电压成比例的电流信号，被用于PFC控制单元110处以控制开关106的运作，即开关106的打开与闭合，以调整输出电压。
本发明的输入和输出电压如图4所示。在输入电压高于输出电压的期间内，开关106闭合，降压调整电路120开始工作。因此在该期间中降压调整电路120的输出电压变为直流电压，如图4中的阴影部分所示。另一方面，在输入电压低于输出电压的期间内，开关106打开使降压调整电路120停止工作。因此在该期间中输出电压开始衰减，直到输入电压再次高于输出电压，再次回到降压调整电路120的工作期间。这样就完成了降压调整电路120的一个工作循环。
如图4所示，PFC控制单元使电源输出电压远低于现有技术(图2)中的电源输出电压，并总是低于电源输入电压的峰值。因此SMT元件就可以被提供一较低的直流电压，例如200V的电压，使采用较廉价的变压器技术成为可能。同时由于初/次级引脚间的距离可以减小，也有可能制作更小的SMT元件。
但如图2和图4所示，在直流输出电压的大小与输出电容的电压纹波之间存在一定的平衡。当输出电压升高时，输出电容的电压纹波会有所降低。因此，本发明的降压电路116不能工作的时间会略长于现有技术中的PFC电路，这一差异降低了功率因数。同时，本发明的输出电压纹波会高于现有技术中PFC电路的输出电压纹波。尽管如此，本发明的直流输出电压要远高于现有技术的直流输出电压，并且本发明的输出电压纹波仍然处于可接收的范围之内。
本发明的降压调整电路还具有一些别的优点。该PFC电路可以应用于大范围的包括不同输入交流电源电压(从约400V到低于200V)的国家中。例如，本发明的PFC电路可以基于一个较宽的输入电压水平，提供125V左右的精准调整电压。而当检测到较低的输入交流电源电压时，即美国的110V，PFC电路能够被停止工作，而不像现有技术中的降压调节器电路。在电源电压较低时使PFC控制单元停止工作，由于避免了开关损耗，能够获得较高的效率。在高输入交流电源电压(310V～400V)的情况下，按照现有技术，在使用降压电路时必须加入额外的PFC或双重元件电路以获得的电源电压来满足开关电源的需求。另一方面，采用本发明的PFC电路时，整流后的电源电压可以被直接用作开关电源的直流输入电压。因此，在采用了本发明的技术方案以后，就能够在不加入PFC电路或双重元件的情况下设计出大范围应用的产品。
此外，由于本发明的PFC电路可以产生低直流电压，故更加容易满足EN60065标准关于爬电距离的要求，使采用廉价的变压器技术成为可能。因此，能够产生低直流电压对减少元件成本来说是一个巨大的进步。

Claims (9)

1.一种功率因数校正电路，包括：
接收输入交流电源电压的输入端；
提供输出直流电源电压的输出端；
连接至所述输入端的电源整流器；
连接至所述电源整流器的降压电路，其将所述输出直流电源电压提供至所述输出端；
连接至所述降压电路的开关，所述电源整流器的一输出端连接至所述降压电路，所述开关连接至地与所述电源整流器的另一输出端之间；
其特征在于，所述功率因数校正电路还包括：
电流源电路，其根据所述输出直流电源电压的大小产生一电流信号；
连接至所述开关的检测电阻，其根据流过所述开关的电流大小产生一电压信号；
功率因数校正单元，其接收所述电压信号与电流信号，基于所述输入交流电源电压与所述输出直流电源电压间的关系来控制所述开关使所述降压电路选择性地工作或不工作，以将所述降压电路的输出直流电源电压保持至低于所述输入交流电源电压的有效电压。
2.如权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述降压电路包括二极管、电感及电容。
3.如权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述开关为一三极管。
4.如权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述电流源包括一三极管及三个电阻。
5.如权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述功率因数校正单元利用相应于流过开关电流大小的电压信号来控制所述开关，以将所述降压电路的输出直流电源电压保持至低于所述输入交流电源电压的有效电压。
6.如权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述功率因数校正单元利用相应于输出直流电源电压大小的电流信号来控制所述开关，以将所述降压电路的输出电压保持至低于所述输入交流电源电压的有效电压。
7.如权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，当所述输出直流电源电压高于所述输入交流电源电压时，所述功率因数校正单元使所述降压电路不工作。
8.一种产生低直流电源电压的方法，所述方法包括以下步骤：
从输入端接收输入交流电源电压；
从所述输入交流电源电压中产生整流信号；
从所述整流信号中产生降压电压以将输出直流电源电压提供至输出端；
根据所述输出直流电源电压的大小，从所述降压电压中产生电流信号；
根据检测电阻中的电流大小，产生电压信号，所述检测电阻与用于控制所述降压电压产生或不产生的开关连接；
根据所述电流信号及电压信号，来控制所述开关使所述降压电压选择性地产生或不产生，以将所述输出直流电源电压保持至低于所述输入交流电源电压的有效电压。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：当所述输出直流电源电压高于所述输入交流电源电压时，不产生所述降压电压。
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