CN103887963B - 临界导通全负载高功率因素校正电路 - Google Patents

临界导通全负载高功率因素校正电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种临界导通全负载高功率因素校正电路，包括整流桥、可控升压电感、临界导通功率因素校正电路、负载判断电路、悬浮驱动电路，特征在于：输入电网电压与整流桥输入端连接，整流桥输出正端与可控升压电感输入端连接，可控升压电感输出端与临界导通功率因素电路连接，临界导通功率因素电路输出电压Vo，负载判断电路的输入端与临界导通功率因素校正电路连接，负载判断电路的输出与悬浮驱动电路输入连接，悬浮驱动电路的输出与可控升压电感控制端连接。本发明通过在不同的负载区间，改变临界导通模式功率因素校正电路的升压电感，实现从空载到满载都具有高功率因素和低谐波失真的功率因素校正。

Description

临界导通全负载高功率因素校正电路
技术领域
本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种从空载到满载范围都具有高效率、低失真的临界导通高功率因素校正电路。
背景技术
临界导通功率因素校正电路(CRM PFC)因可以实现开关管的零电流开通和二极管的零电流关断，在200W以下功率变换场合得到了广泛应用。目前各厂商的临界导通功率因素校正芯片控制的功率开关都工作在变频状态，致使该电路只能在50％-100％负载范围内实现高功率因素、高效率和低谐波失真；而当电源工作在空载至49％轻载范围内，因开关工作频率太高，输入电流波形失真严重，功率因素值较低。但很多功率变换产品大部分时间都工作在轻载状态，如直流变频电机、节能灯等。因此，提高轻载下的功率因素和效率是一项急待解决的问题。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提出一种临界导通全负载高功率因素校正电路，通过在不同负载区间，改变临界导通模式功率因素校正电路的升压电感，实现从空载到满载都具有高功率因素和低谐波失真的功率因素校正。
下面说明本发明所涉及的工作原理。
临界导通模式功率因素校正电路的原理图如图1所示。根据变换理论，功率开关S的开通时间TON和关断时间TOFF分别为：
式中m为输出升压Vo与输入电网电压峰值Vm之比，L为升压电感，Po为输出功率，η为校正电路的效率，ω为输入电网电压的角频率。
综合(1)、(2)式，可得功率开关S的开关频率f为：
从(3)式可以看出，在输出功率Po降低为满载的50％时，如果将升压电感L增加一倍，就可以获得在空载至49％负载范围与50％-100％负载范围相同的开关频率，从而实现在全负载范围内都具有高功率因素和高效率的目的。
根据上述思路，本发明采用的技术方案为：
包括整流桥、可控升压电感、临界导通功率因素校正电路、负载判断电路、悬浮驱动电路，特征在于：输入电网电压与整流桥输入端连接，整流桥输出正端与可控升压电感输入端连接，可控升压电感输出端与临界导通功率因素电路连接，临界导通功率因素电路输出电压尸。，负载判断电路的输入端与临界导通功率因素校正电路连接，负载判断电路的输出与悬浮驱动电路输入连接，悬浮驱动电路的输出与可控升压电感控制端连接，整流桥输出负端与悬浮驱动电路的接地端、负载判断电路的接地端、临界导通功率因素校正电路接地端汇接。
所述的可控升压电感包括第一升压电感L1、第二升压电感L2、MOS管T1，其特征在于：第一升压电感L1、第二升压电感L2绕在同一磁芯上，有两种实施方式。
所述的可控升压电感实施方式一的特征在于：第一升压电感L1的非同名端、MOS管T1的漏极D与整流桥输出正端汇接，第一升压电感L1的同名端与第二升压电感L2的非同名端、MOS管T1的源极S、悬浮驱动电路输出参考地VS汇接，第二升压电感L2的同名端与临界导通因素校正电路的升压二极管D1的阳极、临界导通因素校正电路的MOS管T2的漏极D汇接，MOS管T1的栅极G与悬浮驱动电路的输出端HO连接。
所述的可控升压电感实施方式二的特征在于：第二升压电感L2的非同名端、MOS管T1的漏极D与整流桥输出正端汇接，第一升压电感L1的非同名端与MOS管T1的源极S、悬浮驱动电路的输出参考地VS汇接，第一升压电感L1的同名端与第二升压电感L2的同名端、临界导通因素校正电路的升压二极管D1的阳极汇接，MOS管T1的栅极G与悬浮驱动电路的输出端HO连接。
本发明的一种临界导通全负载高功率因素校正电路，通过控制MOS管T1的通断使得临界导通功率因素校正电路空载至49％负载范围的升压电感为50％-100％负载范围的升压电感一倍，从而使得空载至49％负载范围与50％-100％负载范围具有相同的开关频率，与背景技术相比实现了临界导通功率因素校正电路从空载到满载都具有高功率因素和低谐波失真的目的。
附图说明
图1为临界导通功率因素校正电路的原理图。
图2是本发明的方框示意图。
图3是本发明的实施方式一的电路连接图。
图4是本发明的实施方式二的电路连接图。
图2、图3、图4中：1、整流桥，2、可控升压电感，3、临界导通功率因素校正电路，4、负载判断电路，5、悬浮驱动电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图2所示，本发明的一种临界导通全负载高功率因素校正电路包括整流桥(1)、可控升压电感(2)、临界导通功率因素校正电路(3)、负载判断电路(4)、悬浮驱动电路(5)，特征在于：输入电网电压与整流桥(1)输入端连接，整流桥(1)输出正端与可控升压电感(2)输入端连接，可控升压电感(2)输出端与临界导通功率因素电路(3)连接，临界导通功率因素电路(3)输出电压V o，负载判断电路(4)的输入端与临界导通功率因素校正电路(3)连接，负载判断电路(4)的输出与悬浮驱动电路(5)输入连接，悬浮驱动电路(5)的输出与可控升压电感(2)控制端连接，整流桥(1)输出负端与悬浮驱动电路(5)的接地端、负载判断电路(4)的接地端、临界导通功率因素校正电路(3)接地端汇接。
如图3所示，为本发明的一种临界导通全负载高功率因素校正电路第一种具体实施方式，可控升压电感(2)包括第一升压电感L1、第二升压电感L2、MOS管T1，其特征在于：第一升压电感L1、第二升压电感L2绕在同一磁芯上，第一升压电感L1的非同名端、MOS管T1的漏极D与整流桥输出正端汇接，第一升压电感L1的同名端与第二升压电感L2的非同名端、MOS管T1的源极S、悬浮驱动电路输出参考地VS汇接，第二升压电感L2的同名端与临界导通因素校正电路的升压二极管D1的阳极、临界导通因素校正电路的MOS管T2的漏极D汇接，MOS管T1的栅极G与悬浮驱动电路的输出端HO连接；临界导通功率因素校正电路(3)包括升压二极管D1、滤波电容E1、MOS管T2、电流检测电阻R1和PFC控制器，升压二极管D1的阳极与MOS管T2的漏极D连接，MOS管T2的源极S与电流检测电阻R1的上端连接，PFC控制器的输出与MOS管T2的栅极G连接，升压二极管的阴极与滤波电容E1的上端连接，滤波电容E1的下端与电流检测电阻R1的下端汇接接地；负载判断电路(4)包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1与比较器U，电阻R2的右端与电阻R1的上端连接，电阻R2的左端与电容C1的上端、比较器U的正端汇接，电阻R4的上端与电阻R3的左端、比较器U的负端汇接，电阻R3的右端与电源VCC连接；悬浮驱动电路(5)包括高压悬浮驱动芯片IR2117、电容C2、电容C3、自举二极管D2，高压悬浮驱动芯片IR2117的输入脚IN与负载判断电路(4)比较器U的输出连接，电容C2的左端与自举二极管D2的下端、电源VCC汇接，高压悬浮驱动芯片IR2117的COM脚接地，自举二极管D2的上端与高压悬浮驱动芯片IR2117的VB脚、电容C3的左端汇接，高压悬浮驱动芯片IR2117的输出脚HO与可控升压电感(2)的MOS管T1的栅极G连接，电容C3的右端与高压悬浮驱动芯片IR2117的输出参考地VS连接。
如图4所示，为本发明的一种临界导通全负载高功率因素校正电路第二种具体实施方式，可控升压电感(2)包括第一升压电感L1、第二升压电感L2、MOS管T1，其特征在于：第一升压电感L1、第二升压电感L2绕在同一磁芯上，第二升压电感L2的非同名端、MOS管T1的漏极D与整流桥输出正端汇接，第一升压电感L1的非同名端与MOS管T1的源极S、悬浮驱动电路的输出参考地VS汇接，第一升压电感L1的同名端与第二升压电感L2的同名端、临界导通因素校正电路的升压二极管D1的阳极汇接，MOS管T1的栅极G与悬浮驱动电路的输出端HO连接；临界导通功率因素校正电路(3)包括升压二极管D1、滤波电容E1、MOS管T2、电流检测电阻R1和PFC控制器，升压二极管D1的阳极与MOS管T2的漏极D连接，MOS管T2的源极S与电流检测电阻R1的上端连接，PFC控制器的输出与MOS管T2的栅极G连接，升压二极管的阴极与滤波电容E1的上端连接，滤波电容E1的下端与电流检测电阻R1的下端汇接接地；负载判断电路(4)包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1与比较器U，电阻R2的右端与电阻R1的上端连接，电阻R2的左端与电容C1的上端、比较器U的正端汇接，电阻R4的上端与电阻R3的左端、比较器U的负端汇接，电阻R3的右端与电源VCC连接；悬浮驱动电路(5)包括高压悬浮驱动芯片IR2117、电容C2、电容C3、自举二极管D2，高压悬浮驱动芯片IR2117的输入脚IN与负载判断电路(4)比较器U的输出连接，电容C2的左端与自举二极管D2的下端、电源VCC汇接，高压悬浮驱动芯片IR2117的COM脚接地，自举二极管D2的上端与高压悬浮驱动芯片TR2117的VB脚、电容C3的左端汇接，高压悬浮驱动芯片IR2117的输出脚HO与可控升压电感(2)的MOS管T1的栅极G连接，电容C3的右端与高压悬浮驱动芯片IR2117的输出参考地VS连接。
本发明的工程过程是：
如图3、图4所示，当电阻R1检测的电流在50％-100％范围时，负载判断电路(4)中的比较器U输出高电平，悬浮驱动电路(5)高压悬浮驱动芯片IR2117的输出也为高电平，可控升压电感(2)的MOS管T1导通，此时，图3中只有第二升压电感L2接入功率因素校正电路，图4中第一升压电感L1、第二升压电感并联接入功率因素校正电路；当电阻R1检测的电流在空载至49％范围时，负载判断电路(4)中的比较器U输出低电平，悬浮驱动电路(5)高压悬浮驱动芯片IR2117的输出也为低电平，可控升压电感(2)的MOS管T1关断，此时，图3中第一升压电感L1和第二升压电感L2串联后接入功率因素校正电路，图4中只有第二升压电感L2接入功率因素校正电路。
需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种临界导通全负载高功率因素校正电路，包括整流桥、可控升压电感、临界导通功率因素校正电路、负载判断电路、悬浮驱动电路，特征在于：输入电网电压与整流桥输入端连接，整流桥输出正端与可控升压电感输入端连接，可控升压电感输出端与临界导通功率因素电路连接，临界导通功率因素电路输出电压Vo，负载判断电路的输入端与临界导通功率因素校正电路连接，负载判断电路的输出与悬浮驱动电路输入连接，悬浮驱动电路的输出与可控升压电感控制端连接，整流桥输出负端与悬浮驱动电路的接地端、负载判断电路的接地端、临界导通功率因素校正电路接地端汇接；所述的可控升压电感包括第一升压电感L1、第二升压电感L2、MOS管T1，第一升压电感L1、第二升压电感L2绕在同一磁芯上，第一升压电感L1的非同名端、MOS管T1的漏极D与整流桥输出正端汇接，第一升压电感L1的同名端与第二升压电感L2的非同名端、MOS管T1的源极S、悬浮驱动电路输出参考地VS汇接，第二升压电感L2的同名端与临界导通因素校正电路的升压二极管D1的阳极、临界导通因素校正电路的MOS管T2的漏极D汇接，MOS管T1的栅极G与悬浮驱动电路的输出端HO连接；临界导通功率因素校正电路包括升压二极管D1、滤波电容E1、MOS管T2、电流检测电阻R1和PFC控制器，升压二极管D1的阳极与MOS管T2的漏极D连接，MOS管T2的源极S与电流检测电阻R1的上端连接，PFC控制器的输出与MOS管T2的栅极G连接，升压二极管的阴极与滤波电容E1的上端连接，滤波电容E1的下端与电流检测电阻R1的下端汇接接地；负载判断电路包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1与比较器U，电阻R2的右端与电阻R1的上端连接，电阻R2的左端与电容C1的上端、比较器U的正端汇接，电阻R4的上端与电阻R3的左端、比较器U的负端汇接，电阻R3的右端与电源VCC连接；悬浮驱动电路包括高压悬浮驱动芯片IR2117、电容C2、电容C3、自举二极管D2，高压悬浮驱动芯片IR2117的输入脚IN与负载判断电路比较器U的输出连接，电容C2的左端与自举二极管D2的下端、电源VCC汇接，高压悬浮驱动芯片IR2117的COM脚接地，自举二极管D2的上端与高压悬浮驱动芯片IR2117的VB脚、电容C3的左端汇接，高压悬浮驱动芯片IR2117的输出脚HO与可控升压电感的MOS管T1的栅极G连接，电容C3的右端与高压悬浮驱动芯片IR2117的输出参考地VS连接。
2.一种临界导通全负载高功率因素校正电路，包括整流桥、可控升压电感、临界导通功率因素校正电路、负载判断电路、悬浮驱动电路，特征在于：输入电网电压与整流桥输入端连接，整流桥输出正端与可控升压电感输入端连接，可控升压电感输出端与临界导通功率因素电路连接，临界导通功率因素电路输出电压Vo，负载判断电路的输入端与临界导通功率因素校正电路连接，负载判断电路的输出与悬浮驱动电路输入连接，悬浮驱动电路的输出与可控升压电感控制端连接，整流桥输出负端与悬浮驱动电路的接地端、负载判断电路的接地端、临界导通功率因素校正电路接地端汇接；所述的可控升压电感包括第一升压电感L1、第二升压电感L2、MOS管T1，第一升压电感L1、第二升压电感L2绕在同一磁芯上，第二升压电感L2的非同名端、MOS管T1的漏极D与整流桥输出正端汇接，第一升压电感L1的非同名端与MOS管T1的源极S、悬浮驱动电路的输出参考地VS汇接，第一升压电感L1的同名端与第二升压电感L2的同名端、临界导通因素校正电路的升压二极管D1的阳极汇接，MOS管T1的栅极G与悬浮驱动电路的输出端HO连接；临界导通功率因素校正电路包括升压二极管D1、滤波电容E1、MOS管T2、电流检测电阻R1和PFC控制器，升压二极管D1的阳极与MOS管T2的漏极D连接，MOS管T2的源极S与电流检测电阻R1的上端连接，PFC控制器的输出与MOS管T2的栅极G连接，升压二极管的阴极与滤波电容E1的上端连接，滤波电容E1的下端与电流检测电阻R1的下端汇接接地；负载判断电路包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1与比较器U，电阻R2的右端与电阻R1的上端连接，电阻R2的左端与电容C1的上端、比较器U的正端汇接，电阻R4的上端与电阻R3的左端、比较器U的负端汇接，电阻R3的右端与电源VCC连接；悬浮驱动电路包括高压悬浮驱动芯片IR2117、电容C2、电容C3、自举二极管D2，高压悬浮驱动芯片IR2117的输入脚IN与负载判断电路比较器U的输出连接，电容C2的左端与自举二极管D2的下端、电源VCC汇接，高压悬浮驱动芯片IR2117的COM脚接地，自举二极管D2的上端与高压悬浮驱动芯片IR2117的VB脚、电容C3的左端汇接，高压悬浮驱动芯片IR2117的输出脚HO与可控升压电感的MOS管T1的栅极G连接，电容C3的右端与高压悬浮驱动芯片IR2117的输出参考地VS连接。
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