CN103825447A - 一种防浪涌无桥功率因数校正电路 - Google Patents

一种防浪涌无桥功率因数校正电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防浪涌无桥功率因数校正(PFC)电路，包括依次连接在交流电源和负载之间的无桥PFC电路和升压电容；所述防浪涌无桥PFC电路还包括：防护单元、开关单元和控制单元；当浪涌串入交流电源输入时，控制单元控制开关单元导通，以通过防护单元、升压电容和开关单元形成回流，泄放浪涌能量，可保护无桥PFC电路免受雷击等浪涌的影响。

Description

一种防浪涌无桥功率因数校正电路
技术领域
本发明涉及防浪涌技术，尤其涉及一种防浪涌无桥功率因数校正(PFC，Power Factor Correction)电路。
背景技术
随着无桥PFC电路拓扑应用的日益广泛，为提高开关电源效率，越来越多的产品倾向于选择无桥PFC电路作为功率因数校正的解决方案。为避免输入端过大的浪涌电流会损坏开关管及升压二极管，这就需要对无桥PFC电路进行浪涌保护。
现有技术中，无桥PFC电路中释放浪涌能量的电路单元通常没有开关单元或采用二极管构成的开关单元，存在以下问题：如果没有开关单元，释放浪涌时的回流电流通过另外一路PFC电感回流，如此，增加了另外一路PFC电感的损耗和电磁兼容(EMC，Electromagnetic Compatibility)干扰，工作效率低且杂声大，很难应用到现实产品中；如果采用由二极管组成的开关单元，释放浪涌时的回流电流是通过开关单元的二极管回流，造成二极管的损耗大，工作效率低，不能满足绿色节能要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种防浪涌无桥PFC电路，解决现有防浪涌技术存在的器件损耗较大、工作效率低的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明公开了一种防浪涌无桥功率因数校正PFC电路，包括依次连接在交流电源和负载之间的无桥PFC电路和升压电容；所述防浪涌无桥PFC电路还包括：防护单元、开关单元和控制单元；其中，
所述防护单元的第一端子、第二端子，对应连接交流电源的第一输出、第二输出，对应连接无桥PFC电路的第一输入、第二输入，并对应连接开关单元的第一端子、第二端子；防护单元的第三端子连接升压电容的第一极板、无桥PFC电路的高压输出端；
所述控制单元的第一端子、第二端子对应连接开关单元的第三端子、第四端子；
所述开关单元的第五端子连接升压电容的第二极板、无桥PFC电路的低压输出端；
所述控制单元控制开关单元在交流电流输入的正负半周均处于导通状态，当浪涌串入交流电源的输入时，所述防护单元、升压电容和开关单元形成回流，泄放浪涌能量。
上述方案中，所述防护单元包括：第一防护子单元和第二防护子单元；其中，
所述第一防护子单元的第一端子和第二防护子单元的第一端子，对应连接交流电源的第一输出、第二输出，对应连接无桥PFC电路的第一输入、第二输入，并对应连接开关单元的第一端子、第二端子；
所述第一防护子单元的第二端子和第二防护子单元的第二端子短接，并连接升压电容的第一极板、无桥PFC电路的高压输出端；
所述第一防护子单元只在浪涌串入交流电源输入的正半周时处于导通状态，所述第二防护子单元只在浪涌串入交流电源输入的负半周时处于导通状态。
上述方案中，所述开关单元包括第一开关子单元和第二开关子单元；其中，
所述第一开关子单元的第一端子和第二开关子单元的第一端子，对应连接交流电源第一输出、第二输出，并对应连接无桥PFC电路的第一输入、第二输入；
所述第一开关子单元的第二端子和第二开关子单元的第二端子，对应连接控制单元的第一端子、第二端子；
所述第一开关子单元的第三端子和第二开关子单元的第三端子短接，并连接升压电容的第二极板、无桥PFC电路的低压输出端；
所述第一开关子单元受控制单元控制，只在交流电源输入的负半周处于导通状态；所述第二开关子单元受控制单元控制，只在交流电源输入的正半周处于导通状态。
上述方案中，
当浪涌串入交流电源输入的正半周时，所述控制单元控制第二开关子单元导通，所述第一防护子单元、升压电容和第二开关子单元形成回流，泄放浪涌能量；
当浪涌串入交流电源输入的负半周时，所述控制单元控制第一开关子单元导通，所述第二防护子单元、升压电容和第一开关子单元形成回流，泄放浪涌能量。
上述方案中，所述防护单元采用包括二极管器件的拓扑。
上述方案中，所述开关单元采用包括金属氧化物半导体管(MOSFET，MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)或继电器的拓扑。
本发明所提供的防浪涌无桥PFC电路，在浪涌发生时，控制单元控制开关单元在交流电流输入的正负半周均处于导通状态，当浪涌串入交流电源的输入时，由防护单元、升压电容和开关单元形成回流，泄放浪涌能量，且所述开关单元采用包括MOSFET、IGBT或继电器的拓扑，释放浪涌时对所述器件损耗小且工作效率高。
附图说明
图1为本发明防浪涌无桥PFC电路的组成结构示意图；
图2为本发明防浪涌无桥PFC电路一实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
图1为本发明防浪涌无桥PFC电路的组成结构示意图，如图1所示，该防浪涌无桥PFC电路包括依次连接在交流电源和负载之间的无桥PFC电路14和升压电容；其中，所述无桥PFC电路14和升压电容为现有无桥PFC电路拓扑；
结合图2所示，无桥PFC电路14包括：升压电感L1、L2，升压二极管VD3、VD4，升压开关管VT1、VT2；其中，
升压二极管VD3的阳极连接升压电感L1的第二端子、升压开关管VT1的漏极；升压二极管VD3的阴极连接升压二极管VD4的阴极、升压电容C1的第一极板、无桥PFC电路14的高压输出端Vdc+；
升压二极管VD4的阳极连接升压电感L2的第二端子、升压开关管VT2的漏极；
升压电感L1的第一端子与交流电源的第一输出连接；
升压电感L2的第一端子与交流电源的第二输出连接；
升压开关管VT1和VT2的源级均连接升压电容C1的第二极板、无桥PFC电路14的低压输出端Vdc-。
所述防浪涌无桥PFC电路还包括：防护单元11、控制单元12和开关单元13；其中，
防护单元11的第一端子、第二端子，对应连接交流电源的第一输出、第二输出，对应连接无桥PFC电路14的第一输入、第二输入，并对应连接开关单元13的第一端子、第二端子；防护单元11的第三端子连接升压电容的第一极板、无桥PFC电路14的高压输出端Vdc+；
控制单元12的第一端子、第二端子对应连接开关单元13的第三端子、第四端子；
开关单元13的第五端子连接升压电容的第二极板、无桥PFC电路14的低压输出端Vdc-；并且，
控制单元12控制开关单元13在交流电流输入的正负半周处于导通状态，当浪涌串入交流电源的输入时，通过防护单元11、升压电容和开关单元13形成回流，以泄放浪涌能量。
这里，所述防护单元11包括：第一防护子单元111和第二防护子单元112；其中，
第一防护子单元111的第一端子和第二防护子单元112的第一端子，对应连接交流电源的第一输出、第二输出，对应连接无桥PFC电路14的第一输入、第二输入，并对应连接开关单元13的第一端子、第二端子；
所述第一防护子单元111的第二端子和第二防护子单元112的第二端子短接，并连接升压电容C1的第一极板、无桥PFC电路14的高压输出端Vdc+；
并且，
第一防护子单元111只在浪涌串入交流电源输入的正半周时处于导通状态，第二防护子单元112只在浪涌串入交流电源输入的负半周时处于导通状态。
这里，所述开关单元13包括第一开关子单元131和第二开关子单元132；其中，
第一开关子单元131的第一端子和第二开关子单元132的第一端子，对应连接交流电源第一输出、第二输出，并对应连接无桥PFC电路14的第一输入、第二输入；
第一开关子单元131的第二端子和第二开关子单元132的第二端子，对应连接控制单元12的第一端子、第二端子；
第一开关子单元131的第三端子和第二开关子单元132的第三端子短接，并连接升压电容的第二极板、无桥PFC电路14的低压输出端Vdc-；并且，
第一开关子单元131受控制单元12控制，只在交流电源输入的负半周处于导通状态；所述第二开关子单元132受控制单元12控制，只在交流电源输入的正半周处于导通状态。
这里，当浪涌串入交流电源输入的正半周时，所述控制单元12控制第二开关子单元132导通，以通过第一防护子单元111、升压电容和第二开关子单元132形成回流，泄放浪涌能量；
当浪涌串入交流电源输入的负半周时，所述控制单元12控制第一开关子单元131导通，以通过第二防护子单元112、升压电容和第一开关子单元131形成回流，泄放浪涌能量。
其中，防护单元11采用包括二极管器件的拓扑。
其中，开关单元13中的第一开关子单元131和第二开关子单元132采用包括金属氧化物半导体管(MOSFET，Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)或继电器的拓扑，其中，所述拓扑采用一个或多个上述器件；
当所述开关子单元采用单个MOSFET拓扑时，所述开关子单元的第一端子为MOSFET的漏极，开关子单元的第二端子为MOSFET的栅极，开关子单元的第三端子为MOSFET的源级；
当所述开关子单元采用单个IGBT拓扑时，所述开关子单元的第一端子为IGBT的集电极，开关子单元的第二端子为IGBT的栅极，开关子单元的第三端子为IGBT的发射极；
当所述开关子单元采用单个继电器拓扑时，所述开关子单元的第一端子为继电器的第一功率触点，开关子单元的第二端子为继电器的功率线圈的控制电路，开关子单元的第三端子为继电器的第二功率触点。
当所述开关子单元采用多个MOSFET的并联拓扑时，所述开关子单元的第一端子为并联MOSFET的共漏极，开关子单元的第二端子为并联MOSFET的共栅极，开关子单元的第三端子为并联MOSFET的共源级；
当所述开关子单元采用多个IGBT的并联拓扑时，所述开关子单元的第一端子为并联IGBT的共集电极，开关子单元的第二端子为并联IGBT的共栅极，开关子单元的第三端子为并联IGBT的共发射极；
当所述开关子单元采用多个继电器的并联拓扑时，所述开关子单元的第一端子为并联继电器的共第一功率触点，开关子单元的第二端子为并联继电器功率线圈的共控制电路，开关子单元的第三端子为继电器的共第二功率触点。
图2为本发明防浪涌无桥PFC电路一实施例的电路原理图，如图2所示，所述防浪涌无桥PFC电路包括：依次连接在交流电源和负载之间的无桥PFC电路14和升压电容C1；所述防浪涌无桥PFC电路还包括：防护单元11、控制单元12和开关单元13；其中，
防护单元11包括：升压二极管VD1、VD2；并且，升压二极管VD1的阳极连接交流电源的第一输出、开关K1的第一端子、升压电感L1的第一端子；升压二极管VD1的阴极连接升压二极管VD2、VD3、VD4的阴极、升压电容C1的第一极板，并连接到无桥PFC电路14的高压输出端Vdc+；
升压二极管VD2的阳极连接交流电源的第二输出、开关K2的第一端子、升压电感L2的第一端子；并且，
升压二极管VD1只在浪涌串入交流电源输入的正半周时导通，升压二极管VD2只在浪涌串入交流电源输入的负半周时导通。
本实施例中，防护单元11中的第一防护子单元111和第二防护子单元112分别采用单个二极管VD1、VD2的拓扑，相应的，也可以采用多个二极管串联或并联的拓扑。
开关单元13包括：开关K1、K2；并且，开关K1的第一端子连接交流电源的第一输入、升压二极管VD1的阳极、升压电感L1的第一端子；开关K1的第二端子连接控制单元12的第一端子；开关K1的第三端子连接开关K2的第三端子，升压开关管VT1、VT2的源级、升压电容C1的第二极板，并连接到无桥PFC电路14的低压输出端Vdc-；
开关K2的第一端子连接交流电源的第二输入、升压电感L2的第一端子、升压二极管VD2的阳极；开关K2的第二端子连接控制单元12的第二端子；并且，
开关K1受控制单元12的控制，在交流电源输入的负半周导通；开关K2受控制单元12的控制，在交流电源输入的正半周导通；具体的，
当浪涌串入交流电源输入的正半周时，控制单元12控制开关K2导通，以通过升压二极管VD1、升压电容C1和开关K2形成回流，泄放浪涌能量；
当浪涌串入交流电源输入的负半周时，所述控制单元12控制开关K1导通，以通过升压二极管VD2、升压电容C1和开关K1形成回流，泄放浪涌能量。
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。

Claims (6)

1.一种防浪涌无桥功率因数校正PFC电路，包括依次连接在交流电源和负载之间的无桥PFC电路和升压电容；其特征在于，所述防浪涌无桥PFC电路还包括：防护单元、开关单元和控制单元；其中，
所述防护单元的第一端子、第二端子，对应连接交流电源的第一输出、第二输出，对应连接无桥PFC电路的第一输入、第二输入，并对应连接开关单元的第一端子、第二端子；防护单元的第三端子连接升压电容的第一极板、无桥PFC电路的高压输出端；
所述控制单元的第一端子、第二端子对应连接开关单元的第三端子、第四端子；
所述开关单元的第五端子连接升压电容的第二极板、无桥PFC电路的低压输出端；
所述控制单元控制开关单元在交流电流输入的正负半周均处于导通状态，当浪涌串入交流电源的输入时，所述防护单元、升压电容和开关单元形成回流，泄放浪涌能量。
2.根据权利要求1所述的防浪涌无桥PFC电路，其特征在于，所述防护单元包括：第一防护子单元和第二防护子单元；其中，
所述第一防护子单元的第一端子和第二防护子单元的第一端子，对应连接交流电源的第一输出、第二输出，对应连接无桥PFC电路的第一输入、第二输入，并对应连接开关单元的第一端子、第二端子；
所述第一防护子单元的第二端子和第二防护子单元的第二端子短接，并连接升压电容的第一极板、无桥PFC电路的高压输出端；
所述第一防护子单元只在浪涌串入交流电源输入的正半周时处于导通状态，所述第二防护子单元只在浪涌串入交流电源输入的负半周时处于导通状态。
3.根据权利要求2所述的防浪涌无桥PFC电路，其特征在于，所述开关单元包括第一开关子单元和第二开关子单元；其中，
所述第一开关子单元的第一端子和第二开关子单元的第一端子，对应连接交流电源第一输出、第二输出，并对应连接无桥PFC电路的第一输入、第二输入；
所述第一开关子单元的第二端子和第二开关子单元的第二端子，对应连接控制单元的第一端子、第二端子；
所述第一开关子单元的第三端子和第二开关子单元的第三端子短接，并连接升压电容的第二极板、无桥PFC电路的低压输出端；
所述第一开关子单元受控制单元控制，只在交流电源输入的负半周处于导通状态；所述第二开关子单元受控制单元控制，只在交流电源输入的正半周处于导通状态。
4.根据权利要求1、2或3所述的防浪涌无桥PFC电路，其特征在于，
当浪涌串入交流电源输入的正半周时，所述控制单元控制第二开关子单元导通，所述第一防护子单元、升压电容和第二开关子单元形成回流，泄放浪涌能量；
当浪涌串入交流电源输入的负半周时，所述控制单元控制第一开关子单元导通，所述第二防护子单元、升压电容和第一开关子单元形成回流，泄放浪涌能量。
5.根据权利要求1、2或3所述的防浪涌无桥PFC电路，其特征在于，所述防护单元采用包括二极管器件的拓扑。
6.根据权利要求1、2或3所述的防浪涌无桥PFC电路，其特征在于，所述开关单元采用包括金属氧化物半导体管MOSFET、绝缘栅双极型晶体管IGBT或继电器的拓扑。
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