CN103401412A - Pfc电路及包括该pfc电路的电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PFC电路及包括该PFC电路的电子设备,该PFC电路的IGBT模块包括多个相同且并联的IGBT管,IGBT管的发射极接地,IGBT管的集电极连接于电感模块与开关二极管模块之间,IGBT管的栅极连接驱动控制模块;驱动控制模块控制IGBT管的同时导通和同时截止。本发明的电子设备和PFC电路,通过控制多个并联的IGBT管同时导通,电感模块产生的电流过大时,多个IGBT管进行分流,即使IGBT管选用小电流的IGBT管时,也不会造成IGBT管烧坏,保证了电路的安全稳定的工作,不需要大电流大功率的IGBT管,降低了IGBT管的耗电量和电路成本。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域,特别涉及一种PFC电路及包括该PFC电路的电子设备。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高,一些高端的家用电器也进入了寻常百姓家庭,如:液晶电视、电磁炉、变频空调、除尘器等,另外,由于开关电源小巧,效率高,待机功耗小,还有在超出一定功率下,开关变压器价格比线性变压器更加便宜,所以开关电源以及大功率的感性负载在家电等领域被普遍使用。
但是,在人们享受高品质生活的同时,由于感性负载及其电源部分整流二极管的非线性,它的输入电流不能跟随它的电压波形,使电流波形畸变,因而电压与电流波形之间存在一定的相位差。由于这种相位差,使电网产生大量的谐波电流,谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗,降低了发电、输电及用电设备的效率,大量的3次谐波流过中性线时还会使线路过热甚至发生火灾。另外,谐波影响各种电气设备的正常工作, 谐波对电机的影响除引起附加损耗外,还会产生机械振动、噪声和过电压,使变压器局部严重过热。谐波还会使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短以至损坏。为解决电力电子装置和其它谐波源的谐波污染问题,在输入端增加有谐波改善功能的电路——就是所谓的PFC(Power Factor Correction,功率因数校正)电路。所以简单来说,PFC电路的作用就是减少电源产生的谐波,使电源的功率因数尽可能靠近1。
对于一些小功率、小电流的PFC电路,在整流桥与滤波电容之间加一个Boost(升压)斩波电路,如图1所示,该PFC电路由一个整流桥BD11、一个电感L11、一个IGBT管(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)G11、一个二极管D15和一个电解电容C11构成。该PFC电路可以使功率因素提高到0.95甚至以上。但是,对于一些大功率负载与电网电压低的国家与地区,在使用图1所示PFC电路,往往会造成流过IGBT管G11的电流过大而烧坏,不能安全稳定的工作;但是如果采用大电流、大功率的IGBT管,则IGBT管自身消耗的功率过大,耗电量大,同时由于大电流、大功率的IGBT管的工艺难度大,元器件成本高,增加了电路的成本。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种PFC电路,旨在解决现有的PFC电路在用于大功率负载与电网电压低的国家与地区时,不能安全稳定工作或耗电量大、成本高的问题,本发明还提出一种包括该PFC电路的电子设备。
本发明提出一种PFC电路,包括交流输入端、直流输出端、IGBT管模块、驱动控制模块以及依次串联在所述交流输入端与直流输出端之间的整流模块、电感模块和开关二极管模块,其中,
所述IGBT管模块包括多个相同且并联的IGBT管,所述IGBT管的发射极接地,所述IGBT管的集电极连接于所述电感模块与开关二极管模块之间,所述IGBT管的栅极连接所述驱动控制模块;所述驱动控制模块控制所述IGBT管的同时导通和同时截止。
优选地,所述开关二极管模块包括多个相同且并联的开关二极管,所述电感模块与IGBT管模块连接的一端与所述开关二极管的正极连接,所述开关二极管的负极连接所述直流输出端。
优选地,所述整流模块包括多个相同且并联的整流桥。
优选地,还包括多个第一电阻,所述第一电阻与所述IGBT管一一对应,所述IGBT管的栅极还经对应的第一电阻接地。
优选地,所述驱动控制模块包括多个相同且并联的驱动子模块,所述驱动子模块与IGBT管一一对应,所述驱动子模块的输出端连接对应的IGBT管的栅极,所述驱动子模块的输入端连接同一外部驱动信号端。
优选地,所述驱动子模块包括NPN型三极管、PNP型三极管、第二电阻、第三电阻及第四电阻,其中,所述NPN型三极管的集电极连接电源,所述NPN型三极管的发射极经所述第二电阻连接所述PNP型三极管的发射极,所述第三电阻并联在所述第二电阻的两端,所述PNP型三极管的发射极还连接对应的IGBT管的栅极,所述NPN型三极管的基极和PNP型三极管的基极经所述第四电阻连接所述外部驱动信号端,所述PNP型三极管的集电极接地。
优选地,还包括电容模块,所述直流输出端经所述电容模块接地。
优选地,所述电容模块为电解电容,所述电解电容的正极与所述直流输出端连接,所述电解电容的负极接地。
优选地,所述电感模块为串联在所述整流模块与开关二极管模块之间的第一电感。
本发明还提出一种电子设备,包括如上所述的PFC电路。
本发明的电子设备和PFC电路,通过驱动控制模块控制多个IGBT管同时导通,IGBT管导通后相当于一个阻值极小的线性电阻,该电阻的阻值与其两端的电压降和流过的电流符合欧姆定律的关系,即电流大压降就大,电流小压降就小,多个IGBT管并联,同时导通后,即相当于多个线性电阻并联在一起,各个IGBT管进行分流,在应用于大功率负载或电网电压低的国家与地区,电感模块产生的电流过大时,由于多个IGBT管进行分流,所以流过每个IGBT管上的电流不会很大,所以即使IGBT管选用小电流小功率型号的IGBT管时,也不会造成IGBT管烧坏,保证了PFC电路的安全稳定的工作,不需要选用大电流、大功率的IGBT管,降低了IGBT管的耗电量,降低了电路的成本。
附图说明
图1是传统的PFC电路的电路图;
图2是本发明PFC电路较佳实施例的电路结构示意图;
图3是本发明PFC电路较佳实施例的电路图;
图4是本发明PFC电路较佳实施例中驱动控制模块的电路图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图2所示,图2为本发明PFC电路较佳实施例的电路结构示意图,该实施例提出的PFC电路,包括交流输入端ACIN、直流输出端DCOUT、IGBT管模块10、驱动控制模块20以及依次串联在交流输入端ACIN与直流输出端DCOUT之间的整流模块30、电感模块40和开关二极管模块50,其中,
IGBT管模块10包括多个相同且并联的IGBT管G1,IGBT管G1的发射极接地, IGBT管G1的集电极连接于电感模块40与开关二极管模块50之间,IGBT管G1的栅极K1连接驱动控制模块20;驱动控制模块20控制IGBT管G1的同时导通和同时截止。应当说明的是,本实施例优选两个IGBT管G1为例,对本实施例PFC电路的工作原理进行细述,IGBT管G1的数量并不限定与此,还可以为3、4、5个等等。
本实施例提出的PFC电路,通过驱动控制模块20控制多个IGBT管G1同时导通,IGBT管G1导通后相当于一个阻值极小的线性电阻,该电阻的阻值与其两端的电压降和流过的电流符合欧姆定律的关系,即电流大压降就大,电流小压降就小,多个IGBT管G1并联,同时导通后,即相当于多个线性电阻并联在一起,各个IGBT管G1进行分流,在应用于大功率负载或电网电压低的国家与地区,电感模块40产生的电流过大时,由于多个IGBT管G1进行分流,所以流过每个IGBT管G1上的电流不会很大,所以即使IGBT管G1选用小电流小功率型号的IGBT管G1时,也不会造成IGBT管G1烧坏,保证了PFC电路的安全稳定的工作,不需要选用大电流、大功率的IGBT管G1,降低了IGBT管G1的耗电量,降低了电路的成本。
由于IGBT管G1的电流越大、功率越大,则IGBT管G1制作的工艺高,成本很高,所以,一个大功率的IGBT管G1的功耗及成本都远超过两个或三个的IGBT管G1的功耗及成本,且大功率IGBT管G1导通时等效的线性电阻也更大。例如,一个最大电流为50A的IGBT管G1和两个并联的最大电流为25A的IGBT管G1,它们的功耗分别为:50A的IGBT管G1功耗为50A×50A×50A的IGBT管G1导通时的电阻阻值,而两个25A的IGBT管G1的功耗和为2×25A×25A×25A的IGBT管G1导通的电阻阻值,由上面可以看出,50A的IGBT管G1的功耗远大于两个25A的IGBT管G1的功耗和。
本实施例的相同的IGBT管G1指的是IGBT管G1的各个参数都一致,为了保证各个IGBT管G1的导通特性都一样,实现并联的IGBT管G1能够同时导通,防止有的IGBT管G1先导通而被烧坏,造成电路失效。
进一步地,参照图1和图3,为了解决传统的PFC电路中的采用一个开关二极管D15而容易造成流过开关二极管D15的电流过大而烧坏开关二极管D15,本实施例的PFC电路中,开关二极管模块50包括多个相同且并联的开关二极管D9,电感模块40与IGBT管模块10连接的一端与开关二极管D9的正极连接,开关二极管D9的负极连接直流输出端DCOUT。本实施例中采用多个相同且并联的开关二极管D9,使得各个开关二极管D9同时导通,进行分流,使得流过每个开关二极管D9上的电流减小,从而有效的保护了开关二极管D9。本实施例优选两个相同且并联的开关二极管D9为例进行说明,开关二极管D9还可以为更多个。
同样的,为了解决传统的PFC电路中的采用一个整流桥BD11而容易造成整流桥BD11中的电流过大而烧坏整流桥BD11的问题,本实施例中,整流模块30采用多个相同的整流桥BD12并联的方式,避免整流桥BD12被过大电流烧坏。当然,本实施例仅仅是优选两个整流桥BD12并联为例,并不限定整流桥BD12的数量。
进一步地,传统的PFC电路在IGBT管G11的栅极配备一个电阻R11接地,用于防止IGBT管G11在外部干扰或静电等情况下误触发IGBT管G11导通,而影响电路的稳定性和安全性,本实施例的PFC电路还包括多个第一电阻R1,第一电阻R1与IGBT管G1一一对应,IGBT管G1的栅极K1还经对应的第一电阻R1接地。每个IGBT管G1的栅极K1都经一个第一电阻R1接地,本实施例中设置第一电阻R1与传统PFC电路的电阻R11的作用相同。
进一步地,参照图4,驱动控制模块20包括多个相同且并联的驱动子模块21,驱动子模块21与IGBT管G1一一对应,驱动子模块21的输出端连接对应的IGBT管G1的栅极K1,驱动子模块21的输入端连接同一外部驱动信号端PWM。本实施例采用相同且并联的驱动子模块21,同样是出于保证各个IGBT管G1同时导通而考虑的。本实施例优选两个驱动子模块21为例,驱动子模块21的数量并不限于此,还可以更多个,一一对应IGBT管G1的数量设置。本实施例中,图4中的IGBT管G1的栅极K1与图3中的IGBT管G1的栅极K1一一对应连接。
具体的,驱动子模块21包括NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2 、第二电阻R3、第三电阻R4及第四电阻R5 ,其中,NPN型三极管Q1的集电极连接电源,NPN型三极管Q1的发射极经第二电阻R3连接PNP型三极管Q2的发射极,第三电阻R4并联在第二电阻R3的两端,PNP型三极管Q2的发射极还连接对应的IGBT管G1的栅极K1,NPN型三极管Q1的基极和PNP型三极管Q2的基极经第四电阻R5连接外部驱动信号端PWM,PNP型三极管Q2的集电极接地。
本实施例的驱动子模块21的工作原理为:1、在外部驱动信号端PWM输出的是高电平时,通过第四电阻R5进行限流,使NPN型三极管Q1导通,电源依次通过NPN型三极管集电极、NPN型三极管发射极、第二电阻R3和第三电阻R4对相应的IGBT管G1的栅极K1与发射极之间的结电容充电,当IGBT管G1栅极K1与发射极之间的电压达到IGBT管G1的导通阈值电压时,各个IGBT管G1同时导通开启。2、在外部驱动信号端PWM输出的是低电平时,PNP型三极管Q2导通,各个IGBT管G1断开,各个IGBT管G1的栅极K1与发射极之间的结电容存储的电量通过PNP型三极管Q2快速泄放掉,以保证IGBT管G1在外部驱动信号端PWM输出的下一个高电平来时,可以迅速可靠的导通。
进一步地,本实施例的PFC电路还包括电容模块60,直流输出端DCOUT经电容模块60接地。具体的,本实施例中,电容模块60为电解电容C12,电解电容C12的正极与直流输出端DCOUT连接,电解电容C12的负极接地。电感模块40为串联在整流模块30与开关二极管模块50之间的第一电感L1。
本发明还提出一种电子设备,包括PFC电路,该PFC电路可包括前述图2至图4所示实施例中所有技术方案,其详细结构可参照前述实施例,在此不做赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种PFC电路,其特征在于,包括交流输入端、直流输出端、IGBT模块、驱动控制模块以及依次串联在所述交流输入端与直流输出端之间的整流模块、电感模块和开关二极管模块,其中,
所述IGBT模块包括多个相同且并联的IGBT管,所述IGBT管的发射极接地,所述IGBT管的集电极连接于所述电感模块与开关二极管模块之间,所述IGBT管的栅极连接所述驱动控制模块;所述驱动控制模块控制所述IGBT管的同时导通和同时截止。
2.根据权利要求1所述的PFC电路,其特征在于,所述开关二极管模块包括多个相同且并联的开关二极管,所述电感模块与IGBT模块连接的一端与所述开关二极管的正极连接,所述开关二极管的负极连接所述直流输出端。
3.根据权利要求1所述的PFC电路,其特征在于,所述整流模块包括多个相同且并联的整流桥。
4.根据权利要求1所述的PFC电路,其特征在于,还包括多个第一电阻,所述第一电阻与所述IGBT管一一对应,所述IGBT管的栅极还经对应的第一电阻接地。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的PFC电路,其特征在于,所述驱动控制模块包括多个相同且并联的驱动子模块,所述驱动子模块与IGBT管一一对应,所述驱动子模块的输出端连接对应的IGBT管的栅极,所述驱动子模块的输入端连接同一外部驱动信号端。
6.根据权利要求5所述的PFC电路,其特征在于,所述驱动子模块包括NPN型三极管、PNP型三极管、第二电阻、第三电阻及第四电阻,其中,
所述NPN型三极管的集电极连接电源,所述NPN型三极管的发射极经所述第二电阻连接所述PNP型三极管的发射极,所述第三电阻并联在所述第二电阻的两端,所述PNP型三极管的发射极还连接对应的IGBT管的栅极,所述NPN型三极管的基极和PNP型三极管的基极经所述第四电阻连接所述外部驱动信号端,所述PNP型三极管的集电极接地。
7.根据权利要求1所述的PFC电路,其特征在于,还包括电容模块,所述直流输出端经所述电容模块接地。
8.根据权利要求7所述的PFC电路,其特征在于,所述电容模块为电解电容,所述电解电容的正极与所述直流输出端连接,所述电解电容的负极接地。
9.根据权利要求1所述的PFC电路,其特征在于,所述电感模块为串联在所述整流模块与开关二极管模块之间的第一电感。
10.一种电子设备,其特征在于,包括如权利要求1-9中任一项所述的PFC电路。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20131120 |