CN102412721B - 开关电源电路及其功率因数校正控制电路 - Google Patents

开关电源电路及其功率因数校正控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种开关电源电路及其PFC控制电路，其包括整流输入电路、PFC电路及过压和欠压保护电路，其中过压和欠压保护电路连接在整流输入电路与PFC电路之间，用于当整流输入电路中的第一分压电路的分压大于预定的过压门槛电压或者第二分压电路的分压低于预定的欠压门槛电压时使PFC电路关断，其中，过压门槛电压被设置为使得开关电源电路的输出电压比其输入电压整流后的电压大,欠压门槛电压用于防止低压输入时PFC电路输出最大负载而损坏PFC电路中的功率器件。该PFC控制电路可有效地避免当输出电压与输入电压整流后的电压值相近时或输入电压欠压时输出过载而损坏PFC电路中的功率元件的问题，且电路结构简单，成本低廉。

Description

开关电源电路及其功率因数校正控制电路
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种开关电源电路及其功率因数校正(PFC)控制电路。
背景技术
在开关电源电路中，通常使用PFC电路进行欠压和过压保护。目前一般的PFC电路都不会考虑开关电源电路的输出电压与其输入电压整流后的电压的压差接近于零的情况，而PFC电路要求开关电源电路的输出电压必须大于其输入电压整流后的电压，否则当二者电压值相近时很容易导致PFC电路中功率器件的损坏，从而影响电源的寿命。
申请号为02829625.7的中国专利公开了一种开关电源的PFC设备，在开关电源的输入信号与输出电压成比例时能确保PFC设备的安全，但是结构较为复杂，且不能满足开关电源的输出电压必须大于输入电压整流后的电压的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种开关电源电路及其PFC控制电路，以解决目前PFC电路不会考虑开关电源电路的输出电压与其输入电压整流后的电压的压差接近于零的情况下导致PFC电路中功率器件损坏的缺陷。
为了实现以上目的，本发明提供的PFC控制电路包括：整流输入电路，其包括用于对所述开关电源电路的输入交流电压进行整流的整流二极管及连接至整流二极管的并联的第一分压电路和第二分压电路；PFC电路，其用于对整流后的电压进行功率因数校正；过压和欠压保护电路，其连接在所述整流输入电路与所述PFC电路之间，用于当第一分压电路的分压大于预定的过压门槛电压或者第二分压电路的分压低于预定的欠压门槛电压时使所述PFC电路关断，其中，过压门槛电压被设置为使得所述开关电源电路的输出电压比其输入电压整流后的电压大，欠压门槛电压用于防止低压输入时所述PFC电路输出最大负载而损坏所述PFC电路中的功率器件。
优选的是，所述第一分压电路和第二分压电路为电阻分压电路。
优选的是，所述过压和欠压保护电路包括：开关电路，其用于控制所述PFC电路的导通和关断；过压保护电路，其用于当所述第一分压电路的分压大于所述过压门槛电压时向所述开关电路发送使所述开关电路关断的信号，以使所述PFC电路关断；欠压保护电路，其用于当所述第二分压电路的分压大于所述欠压门槛电压时向所述开关电路发送使所述开关电路关断的信号，以使所述PFC电路关断。
优选的是，所述PFC电路为交错式PFC控制芯片。
优选的是，所述交错式PFC控制芯片为R2A20104。
优选的是，所述第一分压电路包括串联连接的第一电阻和第二电阻，所述第二分压电路包括串联连接的第三电阻和第四电阻，并且所述过压保护电路包括：过压比较器，其同相输入端连接至第三电阻和第四电阻的串联节点，其反相输入端通过第五电阻连接至所述交错式PFC控制芯片的VREF脚，其输出端通过第一反馈电阻连接至其反相输入端，同时该输出端通过第六电阻连接至直流电源；第三二极管，其负极连接至过压比较器的输出端与第六电阻之间的节点，其正极连接至开关电路；所述欠压保护电路包括：欠压比较器，其反相输入端连接至第一电阻和第二电阻的串联节点，其同相输入端通过第七电阻连接至所述交错式PFC控制芯片的VREF脚，其输出端通过第二反馈电阻连接至其同相输入端，同时该输出端通过第八电阻连接至直流电源；第四二极管，其负极连接至欠压比较器的输出端与第八电阻之间的节点，其正极连接至开关电路。
优选的是，所述开关电路包括：光耦合器，其基极连接至第三二极管的正极和第四二极管的正极，并通过第九电阻连接至直流电源，其集电极连接至所述交错式PFC控制芯片的SS脚，并通过第十电阻连接至直流电源，其发射极接地。
优选的是，所述开关电路包括：MOS管，其栅极连接至第三二极管的正极和第四二极管的正极，并通过第九电阻连接至直流电源，其漏极连接至所述交错式PFC控制芯片的SS脚，并通过第十电阻连接至直流电源，其源极接地。
另外，本发明提供一种开关电源电路，其包括上述PFC控制电路。
本发明提供的PFC控制电路中设置了过压和欠压保护电路，以用于对开关电源电路的输入电压整流后的电压进行实时检测和控制，以使得在过压或欠压时及时PFC电路关断。通过这种过压和欠压保护电路，有效地避免了在过压或欠压时由于没有及时关断PFC电路而导致当输出电压与输入电压整流后的电压值相近时或者输入电压欠压时输出过载而损坏PFC电路中的功率元件的问题。此外，本发明提供的PFC控制电路结构简单，成本低廉。
附图说明
图1示出本发明的第一实施例的PFC控制电路的电路图；
图2示出本发明的第二实施例的PFC控制电路的电路图。
具体实施方式
以下，将参照附图和实施例对本发明进行详细描述。
总的来讲，本发明所提供的用于开关电源电路的PFC控制电路包括整流输入电路、PFC电路及过压和欠压保护电路。其中，所述整流输入电路用于对开关电源电路的输入交流电压(具体地，从开关电源电路的交流输入电路输入的交流电压)进行整流，包括整流二极管及连接至整流二极管的并联的第一分压电路和第二分压电路。所述PFC电路用于提高整流后电压的功率因数，目前已有一些成熟的交错式PFC控制芯片，例如R2A20104。所述过压和欠压保护电路连接在所述整流输入电路与所述PFC电路之间，用于当第一分压电路的分压大于预定的过压门槛电压或者第二分压电路的分压低于预定的欠压门槛电压时使所述PFC电路关断，其中，过压门槛电压被设置为使得开关电源电路的输出电压比其输入电压整流后的电压大，欠压门槛电压用于防止低压输入时PFC电路输出最大负载而损坏PFC电路中的功率器件。由此可见，本发明所提供的PFC控制电路相比于现有的PFC电路的改进之处在于增加了一个过压和欠压保护电路，以用于对从交流输入电路输入的电压整流后的电压进行实时检测和控制，以使得在过压或欠压时及时PFC电路关断。
(第一实施例)
图1示出本发明的第一实施例的PFC控制电路的电路图。在本实施例中，利用交错式PFC控制芯片R2A20104(在图1中示为U3)作为PFC电路；过压和欠压保护电路包括并联的过压保护电路和欠压保护电路以及连接在过压保护电路和欠压保护电路与交错式PFC控制芯片之间的开关电路，其中，过压保护电路连接在第一分压电路与开关电路之间，用于当第一分压电路的分压大于过压门槛电压时向开关电路发送使开关电路关断的信号，以使PFC电路关断，欠压保护电路连接在第二分压电路与开关电路之间，用于当第二分压电路的分压低于欠压门槛电压时向开关电路发送使开关电路关断的信号，以使PFC电路关断；开关电路中利用光耦合器作为开关，以用于控制PFC电路的导通和关断。其中，交错式PFC控制芯片R2A20104为公知电路，因此，本文省略其详细描述。
以下，将参照图1对本实施例的PFC控制电路进行详细描述。
如图1所示，本实施例的整流输入电路由第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4构成，其中，第一二极管D1和第二二极管D2的正极分别连接至交流输入电路的正极和负极，由第一电阻R1和第二电阻R2串接而成的串接电阻(第二分压电路)与由第三电阻R3和第四电阻R4串接而成的串接电阻(第一分压电路)并联，第一电阻R1和第三电阻R3的并联节点接至第一二极管D1和第二二极管D2的负极的并联节点，第二电阻R2和第四电阻R4的并联节点接地。
过压保护电路包括用作过压保护的过压比较器和第三二极管D3。其中，过压比较器为一个迟滞比较器(利用电阻R9和R6引进迟滞作用，以抑制信号毛刺噪声的影响)，其同相输入端连接至第三电阻R3和第四电阻R4的串联节点，其反相输入端通过第五电阻R5连接至交错式PFC控制芯片的VREF脚，其输出端通过第一反馈电阻R9连接至其反相输入端，同时该输出端通过第六电阻R6连接至直流电源VCC。第三二极管D3的负极连接至过压比较器的输出端与第六电阻R6之间的节点，其正极连接至开关电路。
欠压保护电路包括用于欠压保护的欠压比较器和第四二极管D4。其中，欠压比较器的反相输入端连接至第一电阻R1和第二电阻R2的串联节点，其同相输入端通过第七电阻R7连接至交错式PFC控制芯片的VREF脚，其输出端通过第二反馈电阻R10连接至其同相输入端，同时该输出端通过第八电阻R8连接至直流电源VCC。第四二极管D4的负极连接至欠压比较器的输出端与第八电阻R8之间的节点，其正极连接至开关电路。
开关电路包括光耦合器D5，其基极连接至第三二极管D3的正极和第四二极管D4的正极，并通过第九电阻R11连接至直流电源VCC，其集电极连接至交错式PFC控制芯片的SS脚，并通过第十电阻R12连接至直流电源VCC，其发射极接地。交错式PFC控制芯片的SS脚通过第三电容C3接地。
关于图1中的其余部分电路，属于公知技术，因此，这里省略其描述。
以下，对图1所示PFC控制电路的工作原理进行描述。
当交流输入电路的输入电压整流后的电压大于预定的过压门槛电压(如265V)时，第三电阻R3和第四电阻R4的分压大于过压比较器的过压门槛电压，从而使过压比较器发生反转，输出为高电平，此时第三二极管D3导通，光耦合器D5截止，进而使VCC的电压加在PFC芯片的SS端(即，使PFC控制芯片的SS脚置高)，从而关闭PFC芯片。当过压发生后，此时的过压比较器反转的门槛电压变为VREF电压通过第五电阻R5和第一反馈电阻R9的分压值，第三电阻R3和第四电阻R4的分压必须小于这个值，才能让过压比较器的输出端为高电平，从而再次激活PFC控制芯片。
当交流输入电路的输入电压整流后的电压低于预定的欠压门槛电压(如175V)时，第一电阻R1和第二电阻R2的分压大于欠压比较器的欠压门槛电压，从而使欠压比较器发生反转，输出为高电平，此时第四二极管D4导通，光耦合器D5截止，进而使VCC的电压加在PFC芯片的SS端(即，使PFC控制芯片的SS脚置高)，从而关闭PFC芯片。当欠压发生后，此时的欠压比较器反转的门槛电压变为VREF电压通过第七电阻R7和第二反馈电阻R10的分压值，第一电阻R1和第二电阻R2的分压必须小于这个值，才能让欠压比较器的输出端为高电平，从而再次激活PFC控制芯片。
从以上描述可看出，在过压保护和欠压保护过程中，过压比较器和欠压比较器均执行两次门限比较。以过压比较器为例，R3与R4组成的分压电路的分压与Vref值进行第一次门限比较；当R3和R4的分压第一次大于Vref时，此时引起过压比较器反转，输出高电平，此时，过压保护的比较电压变为VREF电压通过第五电阻R5和第一反馈电阻R9的分压(第二次门限比较)，其值与VREF有压差，利用此差值进而实现噪声信号的抑制，避免保护动作反复进行，使得保护更可靠。
通过上述过压保护，确保了整个开关电源电路的输出电压大于其输入电压整流后的电压，避免了整个开关电源电路的输出电压与其输入电压整流后的电压的压差接近于零而损坏PFC电路中的功率器件的情况。通过上述欠压保护，防止了低压输入时PFC电路输出最大负载而损坏PFC电路中的功率器件。因此，通过这样的过压和欠压保护，确保了整个开关电源电路中的整流桥、MOS管GD1和GD2及二极管的安全，保护动作发生时电流互感器CT1和CT2的输出电流为零。
(第二实施例)
图2示出本发明的第二实施例的PFC控制电路的电路图。对比图2与图1可见，本实施例与第一实施例的不同之处在于，代替光耦合器D5，开关电路中利用MOS管D5作为开关。MOS管D5的栅极连接至第三二极管D3的正极和第四二极管D4的正极，并通过第九电阻R11连接至直流电源VCC，其漏极连接至交错式PFC控制芯片U3的SS脚，并通过第十电阻R12连接至直流电源VCC，其源极接地。
本实施例的PFC控制电路的工作原理与第一实施例相同，因此，省略其描述。
以上已参照附图和实施例对本发明进行了详细描述，但是，应该理解，本发明并不限于以上所公开的示例性实施例。应该给予权利要求以最广泛的解释，以涵盖所公开的示例性实施例的所有变型、等同结构和功能。例如，除了电阻分压电路之外，还可采用其它类型的分压电路；除了交错式PFC控制芯片R2A20104之外，还可采用其它常见的PFC电路；除了比较器电路之外，还可采用其它判断机制来判断第一分压电路的分压是否大于过压门槛电压和第二分压电路的分压是否低于欠压门槛电压以及何时关断PFC控制芯片。

Claims (5)

1.一种用于开关电源电路的功率因数校正控制电路，包括：整流输入电路，其包括用于对所述开关电源电路的输入交流电压进行整流的整流二极管，所述整流二极管包括第一二极管和第二二极管；功率因数校正电路，其用于对整流后的电压进行功率因数校正；其特征在于， 
所述整流输入电路还包括连接至整流二极管的并联的第一分压电路和第二分压电路； 
所述功率因数校正控制电路还包括过压和欠压保护电路，其连接在所述整流输入电路与所述功率因数校正电路之间，用于当第一分压电路的分压大于预定的过压门槛电压或者第二分压电路的分压低于预定的欠压门槛电压时使所述功率因数校正电路关断，其中，过压门槛电压被设置为使得所述开关电源电路的输出电压比其输入电压整流后的电压大，欠压门槛电压用于防止低压输入时所述功率因数校正电路输出最大负载而损坏所述功率因数校正电路中的功率器件；
所述过压和欠压保护电路包括： 
开关电路，其用于控制所述功率因数校正电路的导通和关断； 
过压保护电路，其用于当所述第一分压电路的分压大于所述过压门槛电压时向所述开关电路发送使所述开关电路关断的信号，以使所述功率因数校正电路关断； 
欠压保护电路，其用于当所述第二分压电路的分压低于所述欠压门槛电压时向所述开关电路发送使所述开关电路关断的信号，以使所述功率因数校正电路关断； 
所述功率因数校正电路为交错式功率因数校正控制芯片； 
具体地，所述第一分压电路包括串联连接的第一电阻和第二电阻，所述第二分压电路包括串联连接的第三电阻和第四电阻，并且 
所述过压保护电路包括： 
过压比较器，其同相输入端连接至第三电阻和第四电阻的串联节点，其反相输入端通过第五电阻连接至所述交错式功率因数校正控制 芯片的VREF脚，其输出端通过第一反馈电阻连接至其反相输入端，同时该输出端通过第六电阻连接至直流电源； 
第三二极管，其负极连接至过压比较器的输出端与第六电阻之间的节点，其正极连接至开关电路； 
所述欠压保护电路包括： 
欠压比较器，其反相输入端连接至第一电阻和第二电阻的串联节点，其同相输入端通过第七电阻连接至所述交错式功率因数校正控制芯片的VREF脚，其输出端通过第二反馈电阻连接至其同相输入端，同时该输出端通过第八电阻连接至直流电源； 
第四二极管，其负极连接至欠压比较器的输出端与第八电阻之间的节点，其正极连接至开关电路。 
2.根据权利要求1所述的功率因数校正控制电路，其特征在于，所述交错式功率因数校正控制芯片为R2A20104。 
3.根据权利要求1或2所述的功率因数校正控制电路，其特征在于，所述开关电路包括： 
光耦合器，其基极连接至第三二极管的正极和第四二极管的正极，并通过第九电阻连接至直流电源，其集电极连接至所述交错式功率因数校正控制芯片的SS脚，并通过第十电阻连接至直流电源，其发射极接地。 
4.根据权利要求1或2所述的功率因数校正控制电路，其特征在于，所述开关电路包括： 
MOS管，其栅极连接至第三二极管的正极和第四二极管的正极，并通过第九电阻连接至直流电源，其漏极连接至所述交错式功率因数校正控制芯片的SS脚，并通过第十电阻连接至直流电源，其源极接地。 
5.一种开关电源电路，其特征在于，包括权利要求1-4中的任 何一个所述的功率因数校正控制电路。 
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