CN102480221B - 一种PFC控制器在Buck电路中的应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种PFC控制器在Buck电路中的应用方法，Buck电路中的主功率回路中串联连接有开关管和续流电感TR2，将PFC控制器的MULT端上连接有基准电压源，利用PFC控制器的ZCD端检测续流电感TR2的电流，PFC控制器的GD端驱动开关管的通断。本发明中使用PFC控制器芯片来实现控制高压Buck电路，解决了Buck型谐振软开关电路实现成本高，谐振软开关效果不好，以及开关管电压应力高等问题，本发明实现电路结构很简单，谐振效果好，且是同时实现零电压开通和关断。

Description

一种PFC控制器在Buck电路中的应用方法

技术领域

本发明公开一种PFC控制器的应用方法，特别是一种PFC控制器在Buck电路中的应用方法。

背景技术

Buck电路即降压式变换电路，是一种常用在开关电源中的开关电路。在Buck电路中实现谐振软开关功能，需要很多辅助元件，请参看附图2、附图3和附图4，附图2、附图3和附图4为目前三种常见的Buck型谐振软开关电路，这三种电路设计复杂，需要增加许多辅助元件，实现成本高。而且上述的谐振软开关电路的效果并不好，只能实现零电压开通或者零电压关断，而且其谐振过程会使得开关管电压应力或电流应力过高。目前没有专门用于Buck电路在不增加辅助元件的情况下实现谐振软开关的芯片，可以实现这一功能的芯片一般都是电流型移相全桥芯片或DSP处理器，但是这种芯片价格比较高，而且使用起来复杂。目前L6562芯片主要用于PFC（即功率因数校正）电路，其电路拓扑结构主要是boost电路中，其一般的应用电路请参看附图1。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的Buck型谐振软开关电路设计复杂、实现成本高的缺点，本发明克服了现有技术中的技术偏见，选用主要用于boost电路中的PFC控制器芯片，利用PFC控制器芯片控制Buck电路中的MOS管的通断，解决上述问题。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种PFC控制器在Buck电路中的应用方法，Buck电路中的主功率回路中串联连接有输入滤波模块、开关管、续流电感TR2和输出滤波模块，输出滤波模块包括滤波电容C28，主功率回路中还包括一端均连接在开关管Q1与电感TR2之间、另一端均接地的电容C3和二极管D1，将PFC控制器的MULT端上连接有基准电压源，利用PFC控制器的ZCD端检测续流电感TR2的电流，PFC控制器的GD端驱动开关管的通断。

本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的PFC控制器的ZCD端上连接有延时电路，续流电感TR2的电流经过延时电路延时后输入PFC控制器的ZCD端。

所述的延时电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R2、电容C17、稳压管Z1和稳压管Z2，其中电阻R3、电阻R5、电阻R4和电阻R2依次串联连接，电阻R3与PFC控制器的ZCD端连接，电阻R2与续流电感TR2的检测脚连接，电容C17连接在PFC控制器的ZCD端和地之间，稳压管Z1和稳压管Z2反向串联连接，稳压管Z1的正极与稳压管Z2的正极连接，稳压管Z2的负极连接在电阻R3和电阻R5的公共节点处，稳压管Z1的负极接地。

所述的稳压管Z1与稳压管Z2采用5.1V稳压管。

所述的基准电压源采用串联连接的电阻R38和电阻R53分压形成。

所述的PFC控制器的GD端通过隔离驱动模块驱动开关管的通断。

所述的隔离驱动模块包括三极管FG1、三极管FG2和变压器TR1，三极管FG1和三极管FG2串联连接，串联连接的三极管FG1和三极管FG2一端与辅助供电模块连接，另一端接地，主控制模块分别与三极管FG1和三极管FG2的基极连接，三极管FG1和三极管FG2的公共端与变压器TR1连接，经过变压器TR1驱动开关管。

所述的续流电感TR2的输出电流经过软开关信号检测模块反馈至PFC控制器的CS端。

所述的软开关信号检测模块为电阻R54，续流电感TR2的输出电流经输出地回流至电阻R54处，经电阻R54反馈给主控制模块。

所述的PFC控制器采用型号为L6562的PFC芯片。

本发明的有益效果是：本发明中使用PFC控制器芯片来实现控制高压Buck电路，解决了Buck型谐振软开关电路实现成本高，谐振软开关效果不好，以及开关管电压应力高等问题，本发明实现电路结构很简单，谐振效果好，且是同时实现零电压开通和关断。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为L6562芯片常用电路的电路原理图。

图2为现有技术中常用的第一种谐振软开关的电路原理图。

图3为现有技术中常用的第二种谐振软开关的电路原理图。

图4为现有技术中常用的第三种谐振软开关的电路原理图。

图5为本发明应用电路方框图。

图6为应用本发明的开关电源电路原理图。

图7为本发明实测开关管波形图。

具体实施方式

本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。

本发明利用L6562芯片的电感退磁检测功能，检测Buck续流电感TR2的电流流动情况，然后加入适当的延时，可以在合适时刻打开开关管Q2，减小开关损耗。本发明使用L6562芯片时，将L6562芯片的第3脚（即MULT引脚）电压固定，即给L6562芯片的第3脚施加一个基准电压源，这样，L6562芯片就变成了电流型PWM芯片。本实施例中，L6562芯片的各个引脚功能如下表：

INV	反馈输入引脚
		COMP	反馈输出引脚
MULT	乘法器输入引脚
		CS	电流检测引脚
VCC	正电源引脚
		GD	驱动输出引脚
GND	接地引脚
		ZCD	电感电流过零检测引脚

请参看附图5和附图6，本实施例中，主控制芯片U2采用型号为L6562的FPC芯片，主控制芯片U2的INV端与COMP端之间连接有电容C24和电阻R60，电容C24和电阻R60并联连接，主控制芯片U2的MULT端上连接有基准电压源，将主控制芯片U2作为电流型PWM芯片使用，本实施例中，基准电压源由有辅助供电电源进行供电，辅助供电电源通过电阻R38和电阻R53分压得到基准电压源。主控制芯片U2的CS端与地之间连接有电容C8，主控制芯片U2的CS端与信号地之间连接有电阻R52，地与信号地之间连接有电阻R11，与电阻R11并联连接有电阻R54。主控制芯片U2的ZCD端连接有电流检测延时电路（即软开关信号检测模块），请参看附图6中C部分，本实施例中，电流检测延时电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R2、电容C17、稳压管Z1和稳压管Z2，其中电阻R3、电阻R5、电阻R4和电阻R2依次串联连接，电阻R3与L6562芯片的引脚5（即电感电流过零检测脚）连接，电阻R2与检测线圈（即续流电感TR2的第1脚，本实施例中，续流电感TR2采用变压器）连接，电容C17连接在L6562芯片的引脚5和地之间，稳压管Z1和稳压管Z2反向串联连接，稳压管Z1的正极与稳压管Z2的正极连接，稳压管Z2的负极连接在电阻R3和电阻R5的公共节点处，稳压管Z1的负极接地，本实施例中，稳压管Z1与稳压管Z2选用5.1V稳压管。主控制芯片U2的GD端与连接三极管FG1和三极管FG2的基极连接。主功率回路为附图3中的方框A部分，其中，输入滤波模块为一个输入接口CN1，输入接口CN1的正负极输出线上跨接有滤波电容C2，输入滤波模块的正极输出线连接在功率变换主模块上，本实施例中，功率变换主模块包括开关管Q1和电感TR2，输入滤波模块的正极输出线连接在开关管Q1上，经过开关管Q1与电感TR2连接，电感TR2输出端连接在输出滤波模块上，本实施例中，开关管Q1的控制端与隔离驱动模块连接。开关管Q1与电感TR2之间还连接有电容C3，电容C3一端连接在开关管Q1与电感TR2之间，电容C3另一端接地，二极管D1和二极管D10串联连接，二极管D1负极接地，二极管D1的正极与二极管D10的负极连接，二极管D10的正极连接在开关管Q1与电感TR2之间。本实施例中，输出滤波模块为一个输出接口CN2，输出接口CN2的正负极输入线间跨接有滤波电容C28。请参看附图6的E部分，开关管Q1的控制端通过依次串联连接的二极管D6、电容C7和电阻R23连接在变压器TR1的次级线圈上，变压器TR1的次级线圈另一端连接在开关管Q1与电感TR2之间，变压器TR1的初级线圈一端通过串联的电阻R10和电容C5与三极管FG2和三极管FG1的发射极连接，变压器TR1的初级线圈另一端接地。三极管FG2的集电极接16V电源，三极管FG2的发射极和集电极之间连接有二极管，三极管FG1的集电极接地，三极管FG1的发射极和集电极之间连接有二极管，二极管采用保护二极管D5。开关管Q1的G端和S端连接有三极管FG3，三极管FG3的基极连接在开关管Q1与电感TR2之间。本实施例中，输入输出电压比较模块实质为一个差分放大器，请参看附图6中的D部分，本实施例中，输入电源经过依次串联连接的电阻R43、电阻R39、电阻R40、电阻R41、电阻R42、电阻R16和电阻R45与电阻R28的分压后输入比较器的反向输入端，输出电源经过依次串联连接的电阻R17、电阻R18、电阻R31、电阻R46和电阻R11与电阻R29的分压后输入比较器的同向输入端，比较器的输出端连接在主控制芯片U2的INV端上。比较器的输出端与反向输入端之间连接有电容C16，与电容C16并联连接有电阻R27和电容C18，电阻R27和电容C18串联连接，与电容C18并联连接有电容C4。请参看附图6中的B部分，本实施例中的辅助供电电路从主功率回路中的续流电感TR2中获取能量，经整流滤波以后供给主控制模块和三极管FG1与三极管FG2。本实施例中，从续流电感TR2的次级线圈上分别引出两个电源线，分别经过二极管D3和二极管D9的整流滤波后形成直流电，然后经过三极管Q2和二极管D2后输出16V电源，给主控制模块和三极管FG1与三极管FG2，本实施例中，为了提高辅助供电电源对容性负载的驱动能力，供电电路采用带中心抽头的全波整流，保证在驱动大电容负载启动是不会打嗝。同时，本实施例中，辅助供电电源还通过串联连接的电阻R14、电阻R9、电阻R12、电阻R13和电阻R14从输入接口处取电，以保证上电时即有电源给主控制模块供电。

请参看附图5，本发明工作过程如下：开关管Q1（又称为场效应管，或功率管）打开后，使续流电感TR2的3脚电压接近输入电压VIN，续流电感TR2的初级线圈内的电流开始上升，其电流大小可以通过电阻R54检测。当电流达到一定值，开关管Q1关断，此时，由于电容C3的电压不能突变，所以实现了开关管Q1的零电压关断。开关管Q1关断以后，电容C3的电压逐渐下降接近零，此时二极管D1导通，使续流电感TR2的初级线圈内的电流逐渐下降到零，此时电容C3的电压仍然接近零伏，所以电流开始从电容C28经过续流电感TR2的初级线圈向电容C3充电，进入续流电感TR2与电容C3的谐振状态。谐振中，续流电感TR2的第3脚电压存在最大值（续流电感TR2的第3脚电压的最大值由VOUT/VIN决定，如果VOUT>VIN/2（即VOUT>VIN的1/2）时，则谐振中的电压最大值由开关管Q1内的体二极管钳位，如果VOUT<VIN/2（即VOUT<VIN的1/2）时，则谐振中的最大电压为2*VOUT）。当在续流电感TR2的第3脚电压的最大值时打开开关管Q1，则可以实现零电压开通或接近零电压开通。

为实现更好的软开关效果，本实施例中，在电路中加入了电流检测延时电路，本实施例中的电流检测延时电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C17、稳压管Z1和稳压管Z2，其中电阻R3、电阻R4、电阻R5依次串联连接，电阻R3与L6562芯片的引脚5（即电感零电流检测脚）连接，电阻R5与检测线圈（即续流电感TR2的第1脚）连接，电容C17连接在L6562芯片的引脚5和地之间，稳压管Z1和稳压管Z2反向串联连接，稳压管Z1的正极与稳压管Z2的正极连接，稳压管Z2的负极连接在电阻R3和电阻R4的公共节点处，稳压管Z1的负极接地。由于输入输出电压不同，检测线圈（即续流电感TR2的第1脚）的输出电压也不同，这样L6562芯片的引脚5（即电感零电流检测脚）的电压变为零的时间会随输入输出电压的高低而变化，从而导致从电感TR1的电流变为零到开关管Q1打开的延迟会随工作电压变化而变化，然而电感TR1与电容C3的谐振周期是固定的，所以会导致零电压打开时刻不好控制，本实施例中，使用稳压二极管Z1和稳压二极管Z2来限制电阻R3输入端的电压，使得不论检测线圈输出电压为多少，电阻R3的输入电压基本上为稳压二极管的电压，所以通过调节延时电路中的RC值可以灵活改变打开的延时时间而且不受工作电压影响，以实现更准确的开通开关管Q1。

请参看附图7，由图7中的实测高压高效等比降压电路开关管Q1的输出管脚波形的，可以发现电压都是缓慢上升、下降，实现了开关管Q1的零电压开通和零电压关断。

本发明中使用PFC控制器芯片来实现控制高压Buck电路实现软开关，解决了Buck型谐振软开关电路实现成本高，谐振软开关效果不好，以及开关管电压应力高等问题，本发明实现电路结构很简单，谐振效果好，且是同时实现零电压开通和关断。

Claims (9)

1.一种PFC控制器在Buck电路中的应用方法，Buck电路中的主功率回路中串联连接有输入滤波模块、开关管、续流电感TR2和输出滤波模块，所述输出滤波模块包括滤波电容C28，其特征是：所述的方法为将PFC控制器的MULT端上连接有基准电压源，利用PFC控制器的ZCD端检测续流电感TR2的电流，PFC控制器的GD端通过隔离驱动模块驱动开关管的通断，所述主功率回路中还包括一端均连接在开关管Q1与电感TR2之间、另一端均接地的电容C3和二极管D1。

2.根据权利要求1所述的PFC控制器在Buck电路中的应用方法，其特征是：所述的PFC控制器的ZCD端上连接有延时电路，续流电感TR2的电流经过延时电路延时后输入PFC控制器的ZCD端。

3.根据权利要求2所述的PFC控制器在Buck电路中的应用方法，其特征是：所述的延时电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R2、电容C17、稳压管Z1和稳压管Z2，其中电阻R3、电阻R5、电阻R4和电阻R2依次串联连接，电阻R3与PFC控制器的ZCD端连接，电阻R2与续流电感TR2的检测脚连接，电容C17连接在PFC控制器的ZCD端和地之间，稳压管Z1和稳压管Z2反向串联连接，稳压管Z1的正极与稳压管Z2的正极连接，稳压管Z2的负极连接在电阻R3和电阻R5的公共节点处，稳压管Z1的负极接地。

4.根据权利要求3所述的PFC控制器在Buck电路中的应用方法，其特征是：所述的稳压管Z1与稳压管Z2采用5.1V稳压管。

5.根据权利要求1所述的PFC控制器在Buck电路中的应用方法，其特征是：所述的基准电压源采用串联连接的电阻R38和电阻R53分压形成。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的PFC控制器在Buck电路中的应用方法，其特征是：所述的隔离驱动模块包括三极管FG1、三极管FG2和变压器TR1，三极管FG1和三极管FG2串联连接，串联连接的三极管FG1和三极管FG2一端与辅助供电模块连接，另一端接地，PFC控制器分别与三极管FG1和三极管FG2的基极连接，三极管FG1和三极管FG2的公共端与变压器TR1连接，经过变压器TR1驱动开关管。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的PFC控制器在Buck电路中的应用方法，其特征是：所述的续流电感TR2的输出电流经过软开关信号检测模块反馈至PFC控制器的CS端。

8.根据权利要求7所述的PFC控制器在Buck电路中的应用方法，其特征是：所述的软开关信号检测模块为电阻R54，续流电感TR2的输出电流经输出地回流至电阻R54处，经电阻R54反馈给PFC控制器。

9.根据权利要求1至5中任意一项所述的PFC控制器在Buck电路中的应用方法，其特征是：所述的PFC控制器采用型号为L6562的PFC芯片。