CN102957308A - 一种无桥功率因数校正电路 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种无桥功率因数校正PFC电路，具体包括：第一电感L1，第一桥臂、第二桥臂、和第一电容C1。应用本发明实施例所示的PFC电路，由于将现有技术中的MOS管S1和MOS管S2分别替换为一个MOS管和一个慢恢复二极管串联，然后再与一个快恢复二极管并联的结构，其解决了现有技术所示PFC电路的反向恢复问题，使得PFC电路可以工作在CCM状态下。快恢复二极管的工作频率与PFC电路的开关频率相同，慢恢复二极管的工作频率和PFC电路输入电源的频率相同。此外，在此基础上，将现有技术中的两个慢恢复二极管替换为两个MOS管，这两个MOS管的工作频率和PFC电路输入电源的频率相同，在输入电源的正负半周内交替导通，从而减小了整个电路的导通损耗。

Description

一种无桥功率因数校正电路
技术领域
本发明涉及功率因数校正(PFC)技术领域，特别涉及一种无桥功率因数校正电路。
背景技术
近年来由于提升电源效率的需求，无桥功率因数校正(PFC，Power FactorCorrection)的研究成为热点，如图1所示的无桥PFC电路逐渐成为高效率电源模块的流行拓扑，该电路中二极管D43以及二极管D44的作用是来抑制无桥PFC的共模噪声，也可以采用电容替代二极管D43以及D44来完成无桥PFC共模噪声的抑制。但是如图1所示的无桥PFC需要两个电感即第一电感L41和第二电感L42，而电感的利用率低并且体积大，因此限制了电源模块功率密度的提升。
图2是一种图腾柱无桥PFC电路，其少用了一个电感，因而极大地提升了电感的利用率，并且减小了体积。由于MOS管体内二极管的反向恢复问题，此电路在连续导通模式(CCM，Continuous Conduction Mode)下，高频工作损耗过高，因此，该电路不能工作在CCM状态下，限制了该电路的应用。
发明内容
本发明实施例提供了一种PFC电路，其可以工作在CCM状态下，避免了现有PFC电路的工作限制。
本发明实施例提供了一种无桥功率因数校正PFC电路，包括：
第一电感L1，第一桥臂、第二桥臂、和第一电容C1，其中
所述第一电感L1，所述第一电感的第一端连接电源的第一端，第一电感的第二端连接第一桥臂的中点A；
所述第一桥臂，包括第一上桥臂和第一下桥臂，其中，第一上桥臂的第一端与第一电容C1的第一端连接后作为所述PFC电路的第一输出端；第一上桥臂的第二端连接所述第一桥臂的中点A；第一下桥臂的第二端与第一电容C1的第二端连接后作为所述PFC电路的第二输出端；第一下桥臂的第一端连接所述第一桥臂的中点A；
其中，所述第一上桥臂包括：第一二极管、第三二极管和第一MOS管，其中，所述第一MOS管的源极与第三二极管的阳极连接，第三二极管的阴极和第一二极管的阳极分别连接至第一桥臂的中点A，第一二极管的阴极与第一MOS管的漏极连接，并作为所述第一上桥臂的第一端；所述第一下桥臂包括：第二二极管、第四二极管和第二MOS管，其中，所述第二MOS管的源极与第四二极管的阳极连接，第二二极管的阴极和第二MOS管的漏极分别连接至第一桥臂的中点A，第四二极管的阴极和第二二极管的阳极连接，并作为所述第一下桥臂的第二端；
所述第二桥臂，包括第二上桥臂和第二下桥臂，其中，第二上桥臂的第一端连接至第一上桥臂与第一电容C1相连第一端；第二上桥臂的第二端连接所述第二桥臂的中点B；第二下桥臂的第二端连接至第一下桥臂与第一电容C1的第二端相连的一端；第二下桥臂的第一端连接所述第二桥臂的中点B，所述第二桥臂的中点B还连接至电源的第二端。
其中，所述第一二极管和第二二极管为快恢复二极管，快恢复二极管的工作频率与PFC电路的开关频率相同；所述第三二极管和第四二极管为慢恢复二极管，慢恢复二极管的工作频率和PFC电路输入电源的频率相同。
其中，所述第二上桥臂和第二下桥臂分别为第三MOS管和第四MOS管，其中，所述第三MOS管的漏极作为所述第二上桥臂的第一端，所述第三MOS管的源极作为所述第二上桥臂的第二端；所述第四MOS管的漏极作为所述第二下桥臂的第一端，所述第四MOS管的源极作为所述第二下桥臂的第二端，所述第三MOS管和第四MOS管的工作频率为PFC电路输入电源的频率，在输入电源的正负半周内交替导通。
其中，所述电路还包括：
第二电感L2和第三桥臂，
其中，所述第二电感的一端连接至所述第一电感的第一端，所述第二电感的第二端连接至第三桥臂的中点C；
所述第三桥臂，包括第三上桥臂和第三下桥臂，其中，第三上桥臂的第一端连接至第一输出端；第三上桥臂的第二端连接所述第三桥臂的中点C；第三下桥臂的第二端连接至第二输出端；第三下桥臂的第一端连接所述第三桥臂的中点C；
其中，所述第三上桥臂包括：第五二极管、第七二极管和第五MOS管，其中，所述第五MOS管的源极与第七二极管的阳极连接，第七二极管的阴极和第五二极管的阳极分别连接至第三桥臂的中点C，第五二极管的阴极与第五MOS管的漏极连接，并作为所述第三上桥臂的第一端；所述第三下桥臂包括：第六二极管、第八二极管和第六MOS管，其中，所述第六MOS管的源极与第八二极管的阳极连接，第六二极管的阴极和第六MOS管的漏极分别连接至第三桥臂的中点C，第八二极管的阴极和第六二极管的阳极连接，并作为所述第三下桥臂的第二端。
其中，所述第五二极管和第六二极管为快恢复二极管，快恢复二极管的工作频率与PFC电路的开关频率相同；所述第七二极管和第八二极管为慢恢复二极管，慢恢复二极管的工作频率和PFC电路输入电源的频率相同。
应用本发明实施例所示的PFC电路，由于将现有技术中的MOS管S1和MOS管S2分别替换为一个MOS管和一个慢恢复二极管串联，然后再与一个快恢复二极管并联的结构，其解决了现有技术所示PFC电路的反向恢复问题，使得PFC电路可以工作在CCM状态下。快恢复二极管的工作频率与PFC电路的开关频率相同，慢恢复二极管的工作频率和PFC电路输入电源的频率相同。此外，在此基础上，将现有技术中的两个慢恢复二极管替换为两个MOS管，这两个MOS管的工作频率和PFC电路输入电源的频率相同，在输入电源的正负半周内交替导通，从而减小了整个电路的导通损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有一种无桥PFC电路；
图2是现有的另一种无桥PFC电路；
图3是根据本发明实施例的一种无桥PFC电路；
图4是图3所示电路在vin大于0状态下的工作波形图；
图5是根据本发明实施例的另一种无桥PFC电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使图2所示无桥PFC电路能够工作在CCM状态下，本发明实施例提供一种如图3所述PFC电路，该PFC电路和现有的图2所示PFC电路相比，有以下改进：将图2中的MOS管S1和MOS管S2分别替换为一个MOS管和一个慢恢复二极管串联，然后再与一个快恢复二极管并联的结构，这种结构解决了图2所示PFC电路的反向恢复问题，使得PFC电路可以工作在CCM状态下。快恢复二极管的工作频率与PFC电路的开关频率相同，慢恢复二极管的工作频率和PFC电路输入电源的频率相同。此外，在此基础上，将图2中的两个慢恢复二极管D1和D2替换为图3中的两个MOS管S3和MOS管S4，这两个MOS管的工作频率和PFC电路输入电源的频率相同，在输入电源的正负半周内交替导通，从而减小了整个电路的导通损耗。
下面对图3所示PFC电路再做详细说明。
参见图3，该PFC电路，包括：第一电感L1，第一桥臂、第二桥臂、和第一电容C1，其中，
所述第一电感L1，所述第一电感L1的第一端连接电源的第一端，第一电感L1的第二端连接第一桥臂的中点A；
所述第一桥臂，包括第一上桥臂和第一下桥臂，其中，第一上桥臂的第一端与第一电容C1的第一端连接后作为所述PFC电路的第一输出端；第一上桥臂的第二端连接所述第一桥臂的中点A；第一下桥臂的第二端与第一电容C1的第二端连接后作为所述PFC电路的第二输出端；第一下桥臂的第一端连接所述第一桥臂的中点A；
其中，所述第一上桥臂包括：第一二极管D1、第三二极管D3和第一MOS管S1，其中，所述第一MOS管S1的源极与第三二极管D3的阳极连接，第三二极管D3的阴极和第一二极管D1的阳极分别连接至第一桥臂的中点A，第一二极管D1的阴极与第一MOS管S1的漏极连接，并作为所述第一上桥臂的第一端；所述第一下桥臂包括：第二二极管D2、第四二极管D4和第二MOS管S2，其中，所述第二MOS管S2的源极与第四二极管D4的阳极连接，第二二极管D2的阴极和第二MOS管S2的漏极分别连接至第一桥臂的中点A，第四二极管D4的阴极和第二二极管D2的阳极连接，并作为所述第一下桥臂的第二端；
所述第二桥臂，包括第二上桥臂和第二下桥臂，其中，第二上桥臂的第一端连接至第一上桥臂与第一电容C1相连第一端，即第二上桥臂的第一端连接至所述PFC电路的第一输出端；第二上桥臂的第二端连接所述第二桥臂的中点B；第二下桥臂的第二端连接至第一下桥臂与第一电容C1的第二端相连的一端，即第二下桥臂的第二端连接至所述PFC电路的第二输出端；第二下桥臂的第一端连接所述第二桥臂的中点B，所述第二桥臂的中点B还连接至电源的第二端。
所述第二上桥臂和第二下桥臂分别为第三MOS管S3和第四MOS管S4，其中，所述第三MOS管S3的漏极作为所述第二上桥臂的第一端，所述第三MOS管S3的源极作为所述第二上桥臂的第二端；所述第四MOS管S4的漏极作为所述第二下桥臂的第一端，所述第四MOS管S4的源极作为所述第二下桥臂的第二端，所述第三MOS管和第四MOS管的工作频率为PFC电路输入电源的频率，在输入电源的正负半周内交替导通。
上述第一二极管和第二二极管为快恢复二极管，快恢复二极管的工作频率与PFC电路的开关频率相同；所述第三二极管和第四二极管为慢恢复二极管，慢恢复二极管的工作频率和PFC电路输入电源的频率相同。
根据上述描述可以理解，图3所示PFC电路的电源为交流电，第一输出端和第二输出端之间连接负载。
下面对图3所示实施例的电路工作原理再做说明。
在输入电源为正半周期时，图3所示电路拓扑的工作波形如图4所示。此时，输入电压Vin大于0，
S4一直导通，S3截止。
在t0～t1时刻，开关管S2与二极管D4开通，S1关断，电感储能，电流流向为：L1、S2、D4、S4、AC电源。
在t1～t2时刻，开关管S2关断，电感经D1释放能量。电流流向为L1、D1、Load、S4、AC电源。
t2时刻，开关管S2与二极管D4开通，S1关断，电感储能，下一周期开始。
在输入电压负半周时，S3一直导通，S4截止。其工作过程与正半周类似，只是S1变为主开关管，D2成为续流管。其余类似，不再重复说明。
应用图3所示PFC电路，由于将图2中的MOS管S1和MOS管S2分别替换为一个MOS管和一个慢恢复二极管串联，然后再与一个快恢复二极管并联的结构，其解决了图2所示PFC电路的反向恢复问题，使得PFC电路可以工作在CCM状态下。快恢复二极管的工作频率与PFC电路的开关频率相同，慢恢复二极管的工作频率和PFC电路输入电源的频率相同。此外，在此基础上，将图2中的两个慢恢复二极管D1和D2替换为图3中的两个MOS管S3和MOS管S4，这两个MOS管的工作频率和PFC电路输入电源的频率相同，在输入电源的正负半周内交替导通，从而减小了整个电路的导通损耗。
参见图5，其是根据本发明实施例的另一种PFC电路。该电路在图3的基础上，还包括第二电感L2和第三桥臂，
其中，所述第二电感L2的一端连接至所述第一电感的第一端，所述第二电感的第二端连接至第三桥臂的中点C；
所述第三桥臂，包括第三上桥臂和第三下桥臂，其中，第三上桥臂的第一端连接至所述PFC电路的第一输出端；第三上桥臂的第二端连接所述第三桥臂的中点C；第三下桥臂的第二端连接至所述PFC电路的第二输出端；第三下桥臂的第一端连接所述第三桥臂的中点C；
其中，所述第三上桥臂包括：第五二极管D5、第七二极管D7和第五MOS管S5，其中，所述第五MOS管S5的源极与第七二极管D7的阳极连接，第七二极管D7的阴极和第五二极管D5的阳极分别连接至第三桥臂的中点C，第五二极管D5的阴极与第五MOS管S5的漏极连接，并作为所述第三上桥臂的第一端；所述第三下桥臂包括：第六二极管D6、第八二极管D8和第六MOS管S6，其中，所述第六MOS管S6的源极与第八二极管D8的阳极连接，第六二极管D6的阴极和第六MOS管S6的漏极分别连接至第三桥臂的中点C，第八二极管D8的阴极和第六二极管D6的阳极连接，并作为所述第三下桥臂的第二端。
上述第五二极管和第六二极管为快恢复二极管，快恢复二极管的工作频率与PFC电路的开关频率相同；所述第七二极管和第八二极管为慢恢复二极管，慢恢复二极管的工作频率和PFC电路输入电源的频率相同。
对于图5所示实施例，第一桥臂(即左侧桥臂)和第三桥臂(即右侧桥臂)的开关时序错向180度工作，第二桥臂(即中间桥臂)为共用桥臂。从而相当于两个图3所示PFC电路交错并联。
可见，应用图5所示实施例，同样使得PFC电路可以工作在CCM状态下，而且减小了整个电路的导通损耗。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种无桥功率因数校正PFC电路，其特征在于，包括：
第一电感L1，第一桥臂、第二桥臂、和第一电容C1，其中
所述第一电感L1，所述第一电感的第一端连接电源的第一端，第一电感的第二端连接第一桥臂的中点A；
所述第一桥臂，包括第一上桥臂和第一下桥臂，其中，第一上桥臂的第一端与第一电容C1的第一端连接后作为所述PFC电路的第一输出端；第一上桥臂的第二端连接所述第一桥臂的中点A；第一下桥臂的第二端与第一电容C1的第二端连接后作为所述PFC电路的第二输出端；第一下桥臂的第一端连接所述第一桥臂的中点A；
其中，所述第一上桥臂包括：第一二极管、第三二极管和第一MOS管，其中，所述第一MOS管的源极与第三二极管的阳极连接，第三二极管的阴极和第一二极管的阳极分别连接至第一桥臂的中点A，第一二极管的阴极与第一MOS管的漏极连接，并作为所述第一上桥臂的第一端；所述第一下桥臂包括：第二二极管、第四二极管和第二MOS管，其中，所述第二MOS管的源极与第四二极管的阳极连接，第二二极管的阴极和第二MOS管的漏极分别连接至第一桥臂的中点A，第四二极管的阴极和第二二极管的阳极连接，并作为所述第一下桥臂的第二端；
所述第二桥臂，包括第二上桥臂和第二下桥臂，其中，第二上桥臂的第一端连接至第一上桥臂与第一电容C1相连第一端；第二上桥臂的第二端连接所述第二桥臂的中点B；第二下桥臂的第二端连接至第一下桥臂与第一电容C1的第二端相连的一端；第二下桥臂的第一端连接所述第二桥臂的中点B，所述第二桥臂的中点B还连接至电源的第二端。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一二极管和第二二极管为快恢复二极管，快恢复二极管的工作频率与PFC电路的开关频率相同；所述第三二极管和第四二极管为慢恢复二极管，慢恢复二极管的工作频率和PFC电路输入电源的频率相同。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二上桥臂和第二下桥臂分别为第三MOS管和第四MOS管，其中，所述第三MOS管的漏极作为所述第二上桥臂的第一端，所述第三MOS管的源极作为所述第二上桥臂的第二端；所述第四MOS管的漏极作为所述第二下桥臂的第一端，所述第四MOS管的源极作为所述第二下桥臂的第二端，所述第三MOS管和第四MOS管的工作频率为PFC电路输入电源的频率，在输入电源的正负半周内交替导通。
4.根据权利要求1-3任一所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：
第二电感L2和第三桥臂，
其中，所述第二电感的一端连接至所述第一电感的第一端，所述第二电感的第二端连接至第三桥臂的中点C；
所述第三桥臂，包括第三上桥臂和第三下桥臂，其中，第三上桥臂的第一端连接至第一输出端；第三上桥臂的第二端连接所述第三桥臂的中点C；第三下桥臂的第二端连接至第二输出端；第三下桥臂的第一端连接所述第三桥臂的中点C；
其中，所述第三上桥臂包括：第五二极管、第七二极管和第五MOS管，其中，所述第五MOS管的源极与第七二极管的阳极连接，第七二极管的阴极和第五二极管的阳极分别连接至第三桥臂的中点C，第五二极管的阴极与第五MOS管的漏极连接，并作为所述第三上桥臂的第一端；所述第三下桥臂包括：第六二极管、第八二极管和第六MOS管，其中，所述第六MOS管的源极与第八二极管的阳极连接，第六二极管的阴极和第六MOS管的漏极分别连接至第三桥臂的中点C，第八二极管的阴极和第六二极管的阳极连接，并作为所述第三下桥臂的第二端。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第五二极管和第六二极管为快恢复二极管，快恢复二极管的工作频率与PFC电路的开关频率相同；所述第七二极管和第八二极管为慢恢复二极管，慢恢复二极管的工作频率和PFC电路输入电源的频率相同。
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