CN103166448A - 一种提高供电可靠性的电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高供电可靠性的电路，包括：整流电路、PFC电路、PFC备份电路；整流电路，用于将交流电源进行整流后，将直流电提供给PFC电路；PFC电路正常工作时，实现功率因数校正功能且输出电压稳定，将功率因数校正以后的电源提供给PFC备份电路，PFC备份电路为负载提供电流通路；PFC电路故障时，为PFC备份电路提供电流通路，PFC备份电路工作在电压转换状态，将稳定的输出电压提供给负载；PFC电路正常工作时的输出电压和PFC电路故障时PFC备份电路的输出电压的差值在预定范围内，以使负载在PFC电路正常工作时或者PFC电路故障时，工作状态不变，仍能够正常工作。

Description

一种提高供电可靠性的电路

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，特别涉及一种提高供电可靠性的电路。

背景技术

开关电源广泛应用于各种家用电器中，为家用电器提供合适的供电电源。

由于开关电源工作时将产生大量的谐波，这些谐波对于所有连接于电网的电器设备都有大小不等的危害，主要表现为产生谐波附加损耗，使得电器设备过载过热以及谐波过电压加速设备的绝缘老化等。因此，对于接入电网的电器设备的功率因数有一定的要求。

在开关电源中，为了提高功率因数，现有技术中一般在负载供电电源中设置有源功率因数校正电路(PFC电路)200来提高其功率因数，抑制电流谐波。PFC电路200正常工作时不仅提高了供电电源的功率因数而且PFC电路200的输出电压稳定。

如图1所示，PFC电路200一般通过整流电路直接与电网相连，因此电网里的浪涌或是雷击等因素容易造成PFC电路200故障。

当PFC电路200故障时，容易造成后级负载300不能正常工作，可分为以下两种情况：第一种情况，后级负载因PFC电路200的故障而断电造成不能工作；第二种情况，虽PFC电路200故障但仍能提供电流通路时，由于PFC电路200故障使得其输出电压不再稳定，而是跟随电网的波动而变化，造成负载300上的电压纹波过大，造成负载的工作性能差。

综上所述，现有技术中，当PFC电路200故障时，造成负载300不能正常工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种提高供电可靠性的电路，能够在前级PFC电路故障时，负载正常工作。

本发明实施例提供一种提高供电可靠性的电路，包括：整流电路、PFC电路、PFC备份电路；

所述整流电路，用于将交流电源进行整流后，将直流电提供给PFC电路；

所述PFC电路正常工作时，实现功率因数校正功能且输出电压稳定，将功率因数校正以后的电源提供给PFC备份电路，PFC备份电路为负载提供电流通路；

所述PFC电路故障时，为PFC备份电路提供电流通路，PFC备份电路工作在电压转换状态，将稳定的输出电压提供给负载；所述PFC电路正常工作时的输出电压和PFC电路故障时PFC备份电路的输出电压的差值在预定范围内，以使负载在PFC电路正常工作时或者PFC电路故障时，工作状态不变，仍能够正常工作。

优选地，所述PFC电路和PFC备份电路的主电路均采用boost电路拓扑。

优选地，所述PFC电路还包括第一二极管，所述第一二极管的阳极连接boost电路的正向输入端，所述第一二极管的阴极连接boost电路的正向输出端。

优选地，所述PFC电路的主电路boost电路的开关管和电感组成的串联回路中串联分断器件；

或，所述PFC电路的主电路boost电路的所述开关管所在的支路中串联分断器件；

或，所述PFC电路的主电路boost电路的电感所在的支路中串联分断器件；

当所述PFC电路故障时，所述分断器件断开所在的支路，所述PFC电路通过所述二极管为PFC备份电路提供电流通路，所述PFC备份电路工作在电压转换状态。

优选地，所述分断器件为保险丝、半导体开关器件或继电器。

优选地，当所述PFC电路正常工作时，所述PFC备份电路的主电路boost电路中的开关管始终断开，且其中的电感相当于导线，使得所述PFC备份电路用于提供电流通路；

当所述PFC电路故障时，所述PFC备份电路的主电路boost电路中的开关管在驱动信号的作用下正常通断，使得所述PFC备份电路工作在电压转换状态。

优选地，还包括第一检测电路和第一驱动电路；

所述第一检测电路，用于检测所述PFC电路的输出电压是否下降，当确认PFC电路的输出电压下降时，输出故障通知信号给所述第一驱动电路；

所述第一驱动电路，用于在接收到所述故障通知信号时输出驱动信号给所述PFC备份电路的主电路boost电路中的开关管的控制端，控制该开关管正常通断。

优选地，还包括第二检测电路和第二驱动电路；

所述第二检测电路，用于检测所述PFC电路的主电路boost电路中的开关管所在支路的电流是否为零，当确认电流持续为零时，输出故障通知信号给所述第二驱动电路；

所述第二驱动电路，用于在接收到所述故障通知信号时输出驱动信号给所述PFC备份电路的主电路boost电路中的开关管的控制端，控制该开关管正常通断。

优选地，所述PFC电路的输出电容只用于滤除高频开关信号，且所述PFC备份电路的输出电容的容量大于所述PFC电路的输出电容的容量时，则所述PFC备份电路工作在电压转换状态时能够提高功率因数。

优选地，还包括第二二极管，所述第二二极管的阳极连接所述PFC电路的正向输入端，所述第二二极管的阴极连接所述PFC备份电路的正向输出端。

优选地，所述负载为DC/DC电路。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的提高供电可靠性的电路，为PFC电路做了PFC备份电路；PFC电路和PFC备份电路串联；这样当PFC电路正常工作时，PFC电路用来实现功率因数校正功能，PFC备份电路仅用于提供电流通路；当PFC电路故障时，PFC电路仅用于提供电流通路，PFC备份电路用来稳定输出电压。这样PFC电路和PFC备份电路可以交替工作，为后级的负载提供电压稳定的电源。有效解决了现有技术中当PFC电路故障时，后级负载不能正常工作的问题，且保证了后级负载的工作性能不会受PFC电路故障的影响。

附图说明

图1是现有技术中提供的一种带有PFC电路的供电电路示意图；

图2是本发明提供的提高供电可靠性的电路实施例一示意图；

图3是本发明提供的提高供电可靠性的电路实施例二示意图；

图4是本发明提供的提高供电可靠性的电路实施例三示意图；

图5是本发明提供的提高供电可靠性的电路实施例四示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

参见图2，该图为本发明提供的提高供电可靠性的电路实施例一示意图。

本实施例提供的提高供电可靠性的电路，包括：整流电路100、PFC电路200、PFC备份电路200a和负载300；

所述整流电路100，用于将交流电源进行整流后，将直流电提供给PFC电路200；

所述PFC电路200正常工作时，其中的主开关管在驱动信号的作用下正常通断，从而实现功率因数校正功能且输出电压稳定，将功率因数校正以后的电源提供给PFC备份电路200a，PFC备份电路200a为负载300提供电流通路；

所述PFC电路200故障时，为PFC备份电路200a提供电流通路，PFC备份电路200a工作在电压转换状态，将稳定的输出电压提供给负载300；所述PFC电路200正常工作时的输出电压和PFC电路200故障时PFC备份电路200a的输出电压的差值在预定范围内，以使负载300在PFC电路200正常工作时或者PFC电路200故障时，工作状态不变，仍能够正常工作。

所述PFC电路200和PFC备份电路200a均有两种工作状态：状态1-电压转换状态(输出电压稳定)；状态2-提供电流通路的工作状态(不具备电压转换功能，输出电压不稳定)。

任一时刻，PFC电路200和PFC备份电路200a的工作状态相互交替，即当PFC电路200工作在状态1时，PFC备份电路200a工作在状态2；当PFC电路200工作在状态2时，PFC备份电路200a工作在状态1。

具体为：当PFC电路200正常工作，能够实现功率因数校正功能时，即为PFC电路200工作在状态1，其输出电压稳定，此时，PFC备份电路200a工作在状态2；当PFC电路200发生故障，不能实现功率因数校正功能时，即为PFC电路200工作在状态2，此时，PFC备份电路200a工作在状态1，实现输出电压稳定。

所述负载300可以是直流负载，比如LED或者开关电源类负载，所述开关电源类负载为DC/DC电路。

需要说明的是，现有技术中，当所述负载300为DC/DC电路时，会存在以下技术问题：第一种情况，后级DC/DC电路因PFC电路200的故障而断电造成不能工作；第二种情况，虽PFC电路200故障但仍能提供电流通路时，由于PFC电路200故障使得其输出电压不再稳定，而是跟随电网的波动而变化，造成DC/DC电路因不能工作在最佳状态(比如额定输入电压状态)而效率降低，甚至可能因为输入电压的波动超出其正常工作的输入电压范围而不能工作。

本发明提供的提高供电可靠性的电路，为PFC电路200做了PFC备份电路200a；PFC电路200和PFC备份电路200a串联；这样当PFC电路200正常工作时，PFC电路200用来实现功率因数校正功能，PFC备份电路200a仅用于提供电流通路；当PFC电路200故障时，PFC电路200仅用于提供电流通路，PFC备份电路200a用来提供稳定的输出电压。这样PFC电路200和PFC备份电路200a可以交替工作，为后级的负载300提供电压稳定的电源。有效解决了现有技术中当PFC电路200故障时，因断电或输入电压波动范围太大导致后级负载300不能正常工作的问题。比如，当所述负载300为DC/DC电路时，本发明涉及的电路有效解决了现有技术中当PFC电路200故障时，因断电或者输入电压波动范围太大导致DC/DC电路不工作或者工作效率降低的问题。又如，当所述负载300为LED时，本发明涉及的电路有效解决了现有技术中当PFC电路200故障时，因断电或输入电压波动范围太大导致LED灭灯或者闪烁的问题。

以下实施例都以负载300是DC/DC电路为例进行说明，但并不限定以下实施例中的负载只能为DC/DC电路，也可以是LED等直流负载。

参见图3，该图为本发明提供的提高供电可靠性的电路实施例二示意图。

本实施例提供的电路中，所述PFC电路200和PFC备份电路200a的主电路均采用boost电路拓扑，如图3所示。

PFC电路200中的boost电路包括第一电感L1、二极管D1、第一开关管S1、第一电容C1以及保险丝F1。

PFC备份电路200a中的boost电路包括第二电感L2、二极管D2、第二开关管S2、第二电容C2。

由于PFC备份电路200a是用于代替故障的PFC电路200，给后级的DC/DC电路300提供输入功率，为了使DC/DC电路300能够不做任何改变的正常工作，若两者在电路拓扑上相同，便于PFC备份电路200a能够等效替换PFC电路200。

需要说明的是，所述PFC电路工作在电压转换状态时和所述PFC备份电路工作在电压转换状态时，DC/DC电路的输入电压基本不变，从而保证所述PFC电路的故障不会影响DC/DC电路的工作效率。

如果，PFC电路200的主电路采用boost电路，其输出电压V2大于整流电路100的输出电压V1，而PFC备份电路200a采用buck电路，其输出电压V3小于整流电路100的输出电压V1。当PFC电路200故障时，DC/DC电路300的输入电压从原来boost电路的输出电压V2降为buck电路的输出电压V3，并不能确保此时DC/DC电路300的输入电压还能满足其正常工作的输入电压范围，可能导致DC/DC电路300出现不能正常工作的情况。

本实施例中，所述PFC电路200还包括第一二极管D3，所述第一二极管D3的阳极连接boost电路的正向输入端(即连接至所述第一电感L1的电流输入端)，所述第一二极管D3的阴极连接boost电路的正向输出端(即连接至所述二极管D1的阴极)。

需要说明的是，所述PFC电路200的主电路boost电路的开关管S1和电感L1组成的串联回路中串联分断器件；

或，所述PFC电路200的主电路boost电路的所述开关管S1所在的支路中串联分断器件；

或，所述PFC电路200的主电路boost电路的电感L1所在的支路中串联分断器件；

当所述PFC电路200故障时，所述分断器件断开所在的支路，所述PFC电路200主要通过所述第一二极管D3为PFC备份电路200a提供电流通路，所述PFC备份电路200a工作在电压转换状态。

需要说明的是，所述分断器件可以为保险丝、半导体开关器件或继电器。

优选地，所述半导体开关器件可以为三极管、MOS管或IGBT管。

下面以PFC电路200的主电路boost电路中S1所在的支路串联的分断器件为保险丝为例说明本发明提供的电路的工作原理。

参见图3，PFC电路200中的boost电路正常工作时，其输出电压V2大于输入电压V1，因此，D3不导通，故D3不会影响该boost电路的正常工作，即PFC电路200工作在状态1。

由于S1所在支路中串接有保险丝F1，当boost电路中有器件短路或断路引起PFC电路200故障时，S1所在支路都会断开，D3提供电流通路，即PFC电路200故障时会自动从状态1切换到状态2。

下面分类说明当PFC电路200的主电路boost电路中有器件短路或断路引起PFC电路200故障时，S1所在支路均会断开的情况：

(1)S1断开引起故障；

(2)当S1短路引起故障时，短路的S1和L1直接把输入电压V1短路导致保险丝F1断开；

(3)当D1短路引起故障时，S1处于开关过程中的导通状态时，导通的S1把C1的两端直接短路，短路电流过大致使F1断开或S1炸断，从而导致S1所在支路断开；

(4)当D1断开引起故障时，且S1处于开关过程中的关断状态时，L1的电流瞬间降为0，导致L1两端有一个很大的反向压降和V1一起加在S1的两端，致使F1断开或S1炸断，从而导致S1所在支路断开。

需要说明的是，参见图3，当所述PFC电路正常工作时(所述PFC电路中的开关管在驱动信号的作用下正常通断)，所述PFC备份电路的主电路boost电路中的开关管始终断开，且其中的电感相当于导线，使得所述PFC备份电路用于提供电流通路；

当所述PFC电路故障时(跨接在所述PFC电路的正向输入端和正向输出端之间的第一二极管D3提供电流通路)，所述PFC备份电路的主电路boost电路中的开关管S2在驱动信号的作用下正常通断，使得所述PFC备份电路工作在电压转换状态。

参见图4，该图为本发明提供的提高供电可靠性的电路实施例三示意图。

本实施例提供的提高供电可靠性的电路，还包括检测电路200b和驱动电路200c；

需要说明的是，本实施例提供的检测电路200b和驱动电路200c有两种实现方式，分别为第一检测电路和第一驱动电路；第二检测电路和第二驱动电路，下面分别进行工作原理的说明。

第一检测电路，用于检测所述PFC电路200的输出电压是否下降，当确认PFC电路200的输出电压下降时，输出故障通知信号给第一驱动电路；

第一驱动电路，用于在接收到所述故障通知信号时输出驱动信号给所述PFC备份电路200a的主电路boost电路中的开关管S2的控制端，控制该开关管S2正常通断。

由于所述PFC电路200的主电路boost电路正常工作时，其输出电压V2大于输入电压V1，若boost电路故障时，PFC电路200的输出电压V2为其输入电压V1减去D3的压降，因此，第一检测电路可以通过检测PFC电路200的输出电压V2是否下降来判断PFC电路200是否故障。

另一个实施例中，第二检测电路还可以通过检测所述PFC电路200的主电路boost电路中的开关管S1所在支路的电流持续为零，当确认电流持续为零时，输出故障通知信号给第二驱动电路；

第二驱动电路，用于在接收到所述故障通知信号时输出驱动信号给所述PFC备份电路200a的主电路boost电路中的开关管S2的控制端，控制该开关管S2正常通断。

由于所述PFC电路200的主电路boost电路故障时，其仅提供电流通路，S1所在支路电流持续为零，可能是开关管S1的断开造成的，或是开关管S1所在支路中的保险丝F1的断开造成的，再或者是所述分断器件断开造成S1所在支路即使有支路也没有电流，因此，第二检测电路可以通过检测开关管S1所在支路的电流是否为零来判断PFC电路200是否故障。

需要说明的是，以上实施例中，所述驱动电路200c只有在接收到检测电路200b发送的故障通知信号时，才会输出驱动信号用于驱动S2的通断(即PFC备份电路200a工作在状态1)，否则，所述驱动电路200c不输出驱动信号给S2(即PFC备份电路工作在状态2)，使得S2一直处于断开状态。因此，PFC备份电路200a能够依据PFC电路200状态的变化而切换自身工作状态。

需要说明的是，以上所有实施例中，所述整流电路可以为整流桥，整流桥的输入端连接电网。

需要说明的是，以上所有实施例中，当PFC电路200故障而PFC备份电路200a工作在电压转换状态时，依据PFC电路200的输出电容C1大小，可分为以下两种情况：

第1种情况下，当PFC电路200的所述输出电容C1的容量足够大，使得DC/DC电路300的输入电压稳定时，本发明提供的电路的功率因数较低，但该大电容C1结合跨接在PFC电路200的正向输入端和正向输出端之间的第一二极管D3能够起到一定的防雷击作用，且此时，要求PFC备份电路200a的输出电容C2的容量只要能够滤除高频开关信号即可；

第2种情况下，当PFC电路200的所述输出电容C1的容量大小只用于滤除PFC电路200中的高频开关信号，PFC备份电路200a能够显著提高本发明所提供的电路的功率因数，此时应当设置所述PFC备份电路200a的输出电容C2的容量大于所述PFC电路的输出电容C1的容量，使得DC/DC电路300的输入电压稳定。

基于上述第2种情况，进一步的，本发明提供的提高供电可靠性的电路还包括一个第二二极管，该第二二极管的阳极连接所述PFC电路的正向输入端，该第二二极管的阴极连接所述PFC备份电路的正向输出端。

以图5所示实施例为例进行说明，电容C1为用于滤除高频开关信号的小电容，因此当PFC备份电路200a工作在状态2时，电感L2相当于导线，电容C2为用于稳定DC/DC电路的输入电压的大电容，第二二极管D4跨接在PFC电路200的正向输入端和PFC备份电路200a的正向输出端，由于PFC电路200和PFC备份电路200a的主电路采用boost电路，则PFC备份电路200a的输出电压V3大于PFC电路200的输入电压V1，D4不导通，当电网中有雷击电压大于PFC备份电路200a的输出电压V3时，D4导通，将雷击电压灌入大电容C2中，防止雷击破坏电路中的其他器件。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种提高供电可靠性的电路，其特征在于，包括：整流电路、PFC电路、PFC备份电路；

所述整流电路，用于将交流电源进行整流后，将直流电提供给PFC电路；

所述PFC电路正常工作时，实现功率因数校正功能且输出电压稳定，将功率因数校正以后的电源提供给PFC备份电路，PFC备份电路为负载提供电流通路；

所述PFC电路故障时，为PFC备份电路提供电流通路，PFC备份电路工作在电压转换状态，将稳定的输出电压提供给负载；所述PFC电路正常工作时的输出电压和PFC电路故障时PFC备份电路的输出电压的差值在预定范围内，以使负载在PFC电路正常工作时或者PFC电路故障时，工作状态不变，仍能够正常工作。

2.根据权利要求1所述的提高供电可靠性的电路，其特征在于，所述PFC电路和PFC备份电路的主电路均采用boost电路拓扑。

3.根据权利要求2所述的提高供电可靠性的电路，其特征在于，所述PFC电路还包括第一二极管，所述第一二极管的阳极连接boost电路的正向输入端，所述第一二极管的阴极连接boost电路的正向输出端。

4.根据权利要求3所述的提高供电可靠性的电路，其特征在于，所述PFC电路的主电路boost电路的开关管和电感组成的串联回路中串联分断器件；

或，所述PFC电路的主电路boost电路的所述开关管所在的支路中串联分断器件；

或，所述PFC电路的主电路boost电路的电感所在的支路中串联分断器件；

当所述PFC电路故障时，所述分断器件断开所在的支路，所述PFC电路通过所述二极管为PFC备份电路提供电流通路，所述PFC备份电路工作在电压转换状态。

5.根据权利要求4所述的提高供电可靠性的电路，其特征在于，所述分断器件为保险丝、半导体开关器件或继电器。

6.根据权利要求2所述的提高供电可靠性的电路，其特征在于，当所述PFC电路正常工作时，所述PFC备份电路的主电路boost电路中的开关管始终断开，且其中的电感相当于导线，使得所述PFC备份电路用于提供电流通路；

当所述PFC电路故障时，所述PFC备份电路的主电路boost电路中的开关管在驱动信号的作用下正常通断，使得所述PFC备份电路工作在电压转换状态。

7.根据权利要求6所述的提高供电可靠性的电路，其特征在于，还包括第一检测电路和第一驱动电路；

所述第一检测电路，用于检测所述PFC电路的输出电压是否下降，当确认PFC电路的输出电压下降时，输出故障通知信号给所述第一驱动电路；

所述第一驱动电路，用于在接收到所述故障通知信号时输出驱动信号给所述PFC备份电路的主电路boost电路中的开关管的控制端，控制该开关管正常通断。

8.根据权利要求6所述的提高供电可靠性的电路，其特征在于，还包括第二检测电路和第二驱动电路；

所述第二检测电路，用于检测所述PFC电路的主电路boost电路中的开关管所在支路的电流是否为零，当确认电流持续为零时，输出故障通知信号给所述第二驱动电路；

所述第二驱动电路，用于在接收到所述故障通知信号时输出驱动信号给所述PFC备份电路的主电路boost电路中的开关管的控制端，控制该开关管正常通断。

9.根据权利要求2-8任一项所述的提高供电可靠性的电路，其特征在于，所述PFC电路的输出电容只用于滤除高频开关信号，且所述PFC备份电路的输出电容的容量大于所述PFC电路的输出电容的容量时，则所述PFC备份电路工作在电压转换状态时能够提高功率因数。

10.根据权利要求9所述的提高供电可靠性的电路，其特征在于，还包括第二二极管，所述第二二极管的阳极连接所述PFC电路的正向输入端，所述第二二极管的阴极连接所述PFC备份电路的正向输出端。

11.根据权利要求2-10任一项所述的提高供电可靠性的电路，其特征在于，所述负载为DC/DC电路。

Images