CN101557162B - 用于功率因数校正器中的过压保护电路及功率因数校正器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于功率因数校正器中的过压保护电路及功率因数校正器，过压保护电路包括：电流电压转换电路，用于将误差运算放大器输出的电流信号转换为第一电压信号，并输出至静态过压比较电路和动态过压比较电路；参考电流电压转换电路，用于将电流源的参考电流信号转换为第二电压信号，并输出至动态过压比较电路；静态过压比较电路，用于比较第一电压信号的电压值和静态过压比较电路的基准电压的电压值的大小，输出静态过压信号；动态过压比较电路，用于比较第一电压信号的电压值和第二电压信号的电压值，输出动态过压信号；过压合成电路，用于合成静态过压信号和动态过压信号，用于控制功率器件的关断，可实现快速关断功率器件。
Description
技术领域
本发明属于模拟集成电路领域，尤其涉及一种用于功率因数校正器中的过压保护电路及功率因数校正器。
背景技术
随着集成电路的高速发展，芯片面积越来越小。电源技术对整个芯片性能的影响也越来越重要。为了提高开关电源效率，减少电网污染，功率因数校正技术日益成为电源设计领域中的研究热点。
在开关电源变换器领域，任何使输入电网电流为非正弦，或者即使是正弦波但和正弦输入电压不同相位，或使输入电流具有谐波的电路结构都会降低功率因数从而产生功率损耗。在一般的应用中，桥式整流器后加电容滤波使输入端的电网电流严重畸变。图1和图2，所示为随时间t变化的输入电流信号Iin，其中图1为没有使用功率因数校正电路的输入信号的波形图，图2为使用功率因数校正电路的输入电流信号的波形图，图2中的虚线表示输入端为电网的桥式整流器的输出端的电压波形。在现有技术中功率因数校正器的目的就是要消除图1中的窄而陡的电流脉冲，以获得图2中实线部分的正弦电流信号波形。
然而目前，对于采用功率因数校正器的电源电路中，尚无对功率因数校正器的过压保护，因此，当电源启动后，功率因数校正器输出电压超过额定值时，由于采样电压误差过大、虚焊等问题，容易导致电源内部电子元器件的损坏，因此，在功率因数校正器输出电压超过额定值时，保护电源电路中的电子元器件不被损坏，为目前急需解决的技术难题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种用于功率因数校正器中的过压保护电路及功率因数校正器，解决了功率因数校正电路的过压保护的瞬态响应，通过实现快速关断功率因数校正器中的输出功率管，从而能够有效的保护功率因数校正器。
为了达到上述目的，本发明提供一种用于功率因数校正器中的过压保护电路，包括：电流电压转换电路、参考电流电压转换电路、静态过压比较电路、动态过压比较电路和过压合成电路，其中
所述电流电压转换电路，用于将误差运算放大器输出的电流信号转换为第一电压信号，并将所述第一电压信号输出至所述静态过压比较电路和所述动态过压比较电路；
所述参考电流电压转换电路，用于将电流源的参考电流信号转换为第二电压信号，并将所述第二电压信号输出至所述动态过压比较电路；
所述静态过压比较电路，用于比较所述第一电压信号的电压值和所述静态过压比较电路的基准电压的电压值的大小，当所述第一电压信号的电压值小于所述基准电压的电压值时，输出静态过压信号；
所述动态过压比较电路，用于比较所述第一电压信号的电压值和所述第二电压信号的电压值，当所述第一电压信号的电压值大于所述第二电压信号的电压值时，输出动态过压信号；
所述过压合成电路，用于合成所述静态过压信号和动态过压信号，合成后的信号用于控制所述功率因数校正器中的输出功率管的关断；
所述电流电压转换电路包括：第一运算放大器op1和第一电阻R1，其中所述第一运算放大器op1的正相输入端接所述误差运算放大器的第一输出端，所述第一运算放大器op1的反相输入端接所述误差运算放大器的第二输出端，所述第一运算放大器op1的反相输入端经由所述第一电阻R1耦接到所述第一运算放大器op1的输出端；
所述参考电流电压转换电路包括：第二运算放大器op2、第二电阻R2和电流源I1，其中所述第二运算放大器op2的正相输入端接所述误差运算放大器的第一输出端，所述第二运算放大器op2的反相输入端接所述电流源I1的正极，所述电流源I1的负极接地，所述第二运算放大器op2的输出端经由第二电阻R2耦接到所述第二运算放大器op2的反相输入端。
优选的，所述误差运算放大器包括：第一输出端和第二输出端，其中所述第一输出端的输出电流值为所述第二输出端的输出电流值的两倍。
优选的，所述静态过压比较电路为第一比较器comp1，所述第一比较器comp1的正相输入端接所述基准电压Vref2，所述第一比较器comp1的反相输入端接所述第一运算放大器op1的输出端。
优选的，所述动态过压比较电路为第二比较器comp2，所述第二比较器comp2的正相输入端接所述第二运算放大器op2的输出端，所述第二比较器comp2的反相输入端接所述第一运算放大器op1的输出端。
优选的，所述过压合成电路为或门G1，所述或门G1的第一输入端接所述第一比较器comp1的输出端，所述或门G1的第二输出端接所述第二比较器comp2的输出端，所述或门G1的输出端为过压保护电路的输出端。
本发明还提供一种功率因数校正器，包括：电流电压转换电路、参考电流电压转换电路、静态过压比较电路、动态过压比较电路和过压合成电路，其中
所述电流电压转换电路，用于将误差运算放大器输出的电流信号转换为第一电压信号，并将所述第一电压信号输出至所述静态过压比较电路和所述动态过压比较电路；
所述参考电流电压转换电路，用于将电流源的参考电流信号转换为第二电压信号，并将所述第二电压信号输出至所述动态过压比较电路；
所述静态过压比较电路，用于比较所述第一电压信号的电压值和所述静态过压比较电路的基准电压的电压值的大小，当所述第一电压信号的电压值小于所述基准电压的电压值时，输出静态过压信号；
所述动态过压比较电路，用于比较所述第一电压信号的电压值和所述第二电压信号的电压值，当所述第一电压信号的电压值大于所述第二电压信号的电压值时，输出动态过压信号；
所述过压合成电路，用于合成所述静态过压信号和动态过压信号，合成后的信号用于控制所述功率因数校正器中的输出功率管的关断；
所述电流电压转换电路包括：第一运算放大器op1和第一电阻R1，其中所述第一运算放大器op1的正相输入端接所述误差运算放大器的第一输出端，所述第一运算放大器op1的反相输入端接所述误差运算放大器的第二输出端，所述第一运算放大器op1的反相输入端经由所述第一电阻R1耦接到所述第一运算放大器op1的输出端；
所述参考电流电压转换电路包括：第二运算放大器op2、第二电阻R2和电流源I1，其中所述第二运算放大器op2的正相输入端接所述误差运算放大器的第一输出端，所述第二运算放大器op2的反相输入端接所述电流源I1的正极，所述电流源I1的负极接地，所述第二运算放大器op2的输出端经由第二电阻R2耦接到所述第二运算放大器op2的反相输入端。
上述技术方案中的至少一个技术方案具有如下有益效果：根据过压保护电路采样到的误差运算放大器的输出电压的变化，或误差运算放大器的输出端的输出电流的变化，通过静态过压保护(SOVP)和动态过压保护(DOVP)相结合，使关断电路瞬态响应提高，从而能够更加有效的保护功率因数校正电路。
附图说明
图1为没有使用功率因数校正器的输入电流信号的波形图；
图2为使用功率因数校正器的输入电流信号的波形图；
图3为本发明中过压保护电路的方框图；
图4为本发明中过压保护电路的原理图；
图5为本发明中静态过压和动态过压的波形图；
图6为本发明中具有过压保护电路的功率因数校正器的电路图。
具体实施方式
在本实施例中，过压保护电路根据获取的误差运算放大器的输出电压的变化，或者误差运算放大器的输出端的输出电流的变化，来实现快速关断功率器件，具体方式为：当功率因数校正器的输出电压高于设定的纹波电压时，过压保护电路中的静态过压比较电路会将功率因数校正器的输出功率管关断；而当流入误差运算放大器中的电流大于所设定的参考电流时，过压保护电路中的动态过压比较电路会将功率因数校正器的输出功率管关断，通过将静态过压保护和动态过压保护相结合，使关断电路的瞬态响应提高，从而能够更加有效的保护功率因数校正器。
为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
参见图3，为本发明中过压保护电路的方框图，该过压保护电路包括：电流电压转换电路10、参考电流电压转换电路12、静态过压比较电路11、动态过压比较电路13和过压合成电路14，其中
电流电压转换电路10，用于将误差运算放大器(参见图4)的输出端的电流信号转换为第一电压信号，并将第一电压信号输出至静态过压比较电路11和动态过压比较电路13；
参考电流电压转换电路12，用于将电流源的参考电流信号转换为第二电压信号，并将第二电压信号输出至动态过压比较电路13；
静态过压比较电路11，用于比较第一电压信号的电压值和静态过压比较电路11的基准电压Vref2的电压值的大小，当第一电压信号的电压值小于基准电压Vref2的电压值时，输出静态过压信号；
动态过压比较电路13，用于比较第一电压信号的电压值和第二电压信号的电压值，当第一电压信号的电压值大于第二电压信号的电压值时，输出动态过压信号；
过压合成电路14，用于合成静态过压信号和动态过压信号，合成后的信号用于控制功率因数校正器中的输出功率管的关断。由上述技术方案可知，通过将静态过压保护和动态过压保护相结合，可有效地解决功率因数校正器的过压保护的瞬态响应问题，实现快速关断功率器件，更有效地保护了功率因数校正器。
下面结合图3和图4来对本实施例中的过压保护电路进行详细的说明。在本实施例中，图3中的电流电压转换电路10包括：第一运算放大器op1和第一电阻R1，其中第一运算放大器op1的正相输入端接误差运算放大器E1的第一输出端，第一运算放大器op1的反相输入端接误差运算放大器E1的第二输出端，第一运算放大器op1的反相输入端经由第一电阻R1耦接到第一运算放大器op1的输出端。上述误差运算放大器E1的第一输出端的电流为误差运算放大器E1的第二输出端的电流的两倍，且误差运算放大器E1的反相输入端接功率因数校正器的输出电压Vo，而误差运算放大器E1的正相输入端接基准电压Vref1(例如可选用2.5V的基准电压)，该误差运算放大器E1的反相输入端经由补偿电容器C1耦接到误差运算放大器E1的第一输出端。
图3中的参考电流电压转换电路12包括：第二运算放大器op2、第二电阻R2和电流源I1，其中第二运算放大器op2的正相输入端接误差运算放大器E1的第一输出端，第二运算放大器op2的反相输入端接电流源I1的正极，电流源I1的负极接地，第二运算放大器op2的输出端经由第二电阻R2耦接到第二运算放大器op2的反相输入端。
图3中的静态过压比较电路11和动态过压比较电路13可以分别选用第一比较器comp1和第二比较器comp2，其中第一比较器comp1的正相输入端接基准电压Vref2(例如可选用2.35V的基准电压)，第一比较器comp1的反相输入端接第一运算放大器op1的输出端。而第二比较器comp2的正相输入端接第二运算放大器op2的输出端，第二比较器comp2的反相输入端接第一运算放大器op1的输出端。
最后，过压合成电路14可以选用或门G1，或门G1的第一输入端接第一比较器comp1的输出端，或门G1的第二输出端接第二比较器comp2的输出端，此时或门G1的输出端为过压保护电路的输出端(例如可至接功率因数校正器中的驱动电路)。通过将静态过压信号和动态过压信号相结合，使得关断电路的瞬态响应提高，从而能够更加有效的保护功率因数校正电路。
在功率因数校正器的稳态工作下，根据图3和图4可推导出电流电压转换电路10的输出电压为：
Vop1＝VE+iR1×RR1 其中，
Vop1为第一运算放大器op1的输出电压；VE为误差运算放大器E1的第一输出端的电压；iR1为流过第一电阻R1的电流值；RR1为第一电阻R1的电阻值。
同样可推到出参考电流电压转换电路12的输出电压为：
Vop2＝VE+II1×RR2 其中，
Vop2为第二运算放大器op2的输出电压；II1为电流源I1的输出电流值；RR2为第二电阻R2的电阻值；
流过误差运算放大器E1的补偿补偿电容器C1的电流和第一电阻R1的关系为：iC1＝1/2×iR1。
在静态下，功率因数校正器的输出电压Vo的变化非常缓慢，因此没有电流流过误差运算放大器E1的补偿电容器C1，所以此时电压电流转换电路10的输出电压Vop1和误差运算放大器E1的输出电压相等。当误差运算放大器E1的输出电压低于静态比较电路11的基准电压Vref2时，静态比较电路11的状态发生变化，此时发生静态过压。
当功率因数校正器的输出电压Vo变化的较快时，则有电流流过误差运算放大器E1的补偿电容C1，该动态电流iC1将会通过电流电压转换电路10按比例地转换为电压，送入动态过压比较电路13中，与将电流源I1输出的参考电流转化后的电压信号进行比较，当流入误差运算放大器E1的电压大于经设定的参考电流Iref转换后的电压信号时，动态过压比较电路13将发生状态变化，此时发生动态过压。图5为静态过压信号和动态过压信号的波形图。
参见图6为本发明中具有过压保护电路的功率因数校正器的电路图。
本发明实施例，简化了设计，减小了静态功耗和动态功耗，缩小了集成电路芯片的有效面积，降低了生成成本，能更好的满足集成电路产业化生产的需要。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于功率因数校正器中的过压保护电路，其特征在于，包括：电流电压转换电路、参考电流电压转换电路、静态过压比较电路、动态过压比较电路和过压合成电路，其中
所述电流电压转换电路，用于将误差运算放大器输出的电流信号转换为第一电压信号，并将所述第一电压信号输出至所述静态过压比较电路和所述动态过压比较电路；
所述参考电流电压转换电路，用于将电流源的参考电流信号转换为第二电压信号，并将所述第二电压信号输出至所述动态过压比较电路；
所述静态过压比较电路，用于比较所述第一电压信号的电压值和所述静态过压比较电路的基准电压的电压值的大小，当所述第一电压信号的电压值小于所述基准电压的电压值时，输出静态过压信号；
所述动态过压比较电路，用于比较所述第一电压信号的电压值和所述第二电压信号的电压值，当所述第一电压信号的电压值大于所述第二电压信号的电压值时，输出动态过压信号；
所述过压合成电路，用于合成所述静态过压信号和动态过压信号，合成后的信号用于控制所述功率因数校正器中的输出功率管的关断；
所述电流电压转换电路包括：第一运算放大器op1和第一电阻R1，其中所述第一运算放大器op1的正相输入端接所述误差运算放大器的第一输出端，所述第一运算放大器op1的反相输入端接所述误差运算放大器的第二输出端，所述第一运算放大器op1的反相输入端经由所述第一电阻R1耦接到所述第一运算放大器op1的输出端；
所述参考电流电压转换电路包括：第二运算放大器op2、第二电阻R2和电流源I1，其中所述第二运算放大器op2的正相输入端接所述误差运算放大器的第一输出端，所述第二运算放大器op2的反相输入端接所述电流源I1的正极，所述电流源I1的负极接地，所述第二运算放大器op2的输出端经由第二电阻R2耦接到所述第二运算放大器op2的反相输入端。
2.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述误差运算放大器包括：第一输出端和第二输出端，其中所述第一输出端的输出电流值为所述第二输出端的输出电流值的两倍。
3.根据权利要求2所述的过压保护电路，其特征在于，所述静态过压比较电路为第一比较器comp1，所述第一比较器comp1的正相输入端接所述基准电压Vref2，所述第一比较器comp1的反相输入端接所述第一运算放大器op1的输出端。
4.根据权利要求3所述的过压保护电路，其特征在于，所述动态过压比较电路为第二比较器comp2，所述第二比较器comp2的正相输入端接所述第二运算放大器op2的输出端，所述第二比较器comp2的反相输入端接所述第一运算放大器op1的输出端。
5.根据权利要求4所述的过压保护电路，其特征在于，所述过压合成电路为或门G1，所述或门G1的第一输入端接所述第一比较器comp1的输出端，所述或门G1的第二输出端接所述第二比较器comp2的输出端，所述或门G1的输出端为过压保护电路的输出端。
6.一种功率因数校正器，其特征在于，包括：电流电压转换电路、参考电流电压转换电路、静态过压比较电路、动态过压比较电路和过压合成电路，其中
所述电流电压转换电路，用于将误差运算放大器输出的电流信号转换为第一电压信号，并将所述第一电压信号输出至所述静态过压比较电路和所述动态过压比较电路；
所述参考电流电压转换电路，用于将电流源的参考电流信号转换为第二电压信号，并将所述第二电压信号输出至所述动态过压比较电路；
所述静态过压比较电路，用于比较所述第一电压信号的电压值和所述静态过压比较电路的基准电压的电压值的大小，当所述第一电压信号的电压值小于所述基准电压的电压值时，输出静态过压信号；
所述动态过压比较电路，用于比较所述第一电压信号的电压值和所述第二电压信号的电压值，当所述第一电压信号的电压值大于所述第二电压信号的电压值时，输出动态过压信号；
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20110615 Termination date: 20150311 |
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