CN103997199A - 一种带故障检测功能的有源功率因数校正电路 - Google Patents

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Abstract

本发明所述的一种带故障检测功能的有源功率因数校正电路，包括EMI滤波电路、整流桥、BOOST有源PFC电路、辅助电源和PFC控制电路，EMI滤波电路的输入端与市电相连，输出端与整流桥的输入端相连，整流桥的输出端与BOOST有源PFC电路的输入端相连，BOOST有源PFC电路的输出端外接负载，所述辅助电源的输入端与EMI滤波电路的输出端、整流桥的交流输入端相连，辅助电源的输出端与PFC控制电路的供电端相连，PFC控制电路的驱动输出端与BOOST有源PFC电路相连。本发明所述的电路简单，滤波效果好、抗干扰能力强、提高了用电的功率因数、减小了对电力系统的谐波污染。

Description

一种带故障检测功能的有源功率因数校正电路
 
技术领域
    本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种带故障检测功能的有源功率因数校正电路。
 
背景技术
近年来，开关电源以其成本低、效率高、体积小、重量轻等诸多优势获得迅速发展，其应用也遍布人们的日常生活，工业生产以及军用设备等领域。然而，开关电源也有其不足之处，如采用传统非控整流方式的开关电源，其功率因数极低，谐波含量很高，给电力系统带来了严重的谐波污染。较大的谐波污染，不仅会对其它用电设备的正常运行产生影响，还可能会导致用电安全隐患。为此，国际电工委员会在90年代初就制定了IEC1000-3-2标准，严格限定设备的功率因数必须接近于1。有源功率因数校正电路可以有效治理电网谐波污染，同时又可以提高开关电源的效率。但目前所采用的有源功率因数校正电路，具有电路复杂，维修检测不方便，抗干扰能力弱等缺点。
 
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种带故障检测功能的有源功率因数校正电路，该电路简单，滤波效果好、抗干扰能力强、提高了用电的功率因数、减小了对电力系统的谐波污染。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
    一种带故障检测功能的有源功率因数校正电路，包括EMI滤波电路、整流桥、BOOST有源PFC电路、辅助电源和PFC控制电路，所述EMI滤波电路的输入端与市电相连，其输出端与整流桥的输入端相连，整流桥的直流输出端与BOOST有源PFC电路的输入端相连，BOOST有源PFC电路的输出端外接负载，所述辅助电源的输入端与EMI滤波电路的输出端、整流桥的交流输入端相连，辅助电源的输出端与PFC控制电路的供电端相连，PFC控制电路的驱动输出端与BOOST有源PFC电路相连。
   所述BOOST有源PFC控制电路包括控制器、电压采样电路和故障检测电路，所述电压采样电路由第一电阻和第二电阻组成；故障检测电路通过第一电阻与控制器的连接，第一电阻与控制器之间的节点通过第二电阻接地。
    所述故障检测电路是由光电耦合器、两个电容、精密调节器和多个电阻组成；第三电阻的一端与第一电阻相连，另一端通过两个相互并联的第四电阻和第一电容接地；精密调节器的阳极和参考端分别连接在第一电容的接地端和另一端，其阴极依次通过第二电容、第五电阻与电源高电平连接，第六电阻并联在第二电容两端；光电耦合器的正向输入端连接在第五电阻与第六电阻之间，其反向输入端与精密调节器的阴极相连。
    所述控制器采用ICE1PCS02G芯片。
本发明的有益效果是：本发明提出的有源功率因数校正电路，其性能优越、调试简单、工作可靠并且保护功能齐全。通过应用有源功率因数校正电路，不但使输入储能电容器的容量减少了一半，而且还调整了系统的稳定性，当负载发生变化或输入电压在允许范围发生变化时，均不会影响直流回路的稳定性。除此之外，PFC控制电路中的故障检测电路对后级电路的可靠运行也提供了重要保障，使得整个电源的可靠性大大增强。
附图说明
图1为本发明的电路框图；
图2为本发明的EMI滤波电路；
图3为本发明BOOST有源PFC电路；
图4为本发明PFC控制电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
 一种带故障检测功能的有源功率因数校正电路，包括EMI滤波电路、整流桥、BOOST有源PFC电路、辅助电源和PFC控制电路，所述EMI滤波电路的输入端与市电相连，其输出端与整流桥的输入端相连，整流桥的直流输出端与Boost有源PFC电路的输入端相连，Boost有源PFC电路的输出端外接负载，辅助电源的输入端与EMI滤波电路的输出端、整流桥电路的交流输入端相连，辅助电源的输出端与PFC控制电路的供电端相连，PFC控制电路的驱动输出端与Boost有源PFC电路相连，Boost有源PFC电路的输出端可接DC/DC变换电路或其他负载电路。市电通过EMI滤波电路进行滤波，滤波后的市电通过整流桥将交流电转换成直流电，并通过Boost有源PFC电路和PFC控制电路实现功率因数校正，有源PFC控制电路对输入电压和输入电流进行采样，使输入电流跟随输入电压，从而实现功率因数校正目的，其中辅助电源主要用于给PFC控制电路供电。
有源功率因数校正电路中的功率开关管在高频下开通和关断会产生大幅度的电压和电流跳变，从而产生很强的电磁干扰。电磁干扰会对产品的正常工作产生影响，如干扰过大，甚至会导致控制电路的工作异常，因此必须要对电源的电磁干扰进行抑制。EMI滤波是抑制电磁干扰的有效手段，它不仅能够抑制电网的电磁干扰，同时还可以抑制电源本身的电磁干扰，以使电网不受污染。输入EMI滤波电路不仅能滤除差模干扰，还能滤除共模干扰。如图2所示，EMI滤波电路包括共模电感L1，四个电容C1、C2、C3和C4，电感L1的同名输入端分别接电网或市电，电容C1并联在电感L1的同名输入端，电感L1的输出端依次通过电容C2、两个相串联的电容C3、电容C4与整流桥的交流输入端相连，电容C3和C4的公共端与大地相连。
在单相输入开关电源的功率因数校正中，Boost有源PFC电路以其电路简单、效率高、适用功率高以及可实现DC/DC变换器输入预稳压等诸多优点获得广泛应用。图3即为Boost有源PFC电路的原理图，Boost有源PFC电路的主要工作原理是通过控制电路强迫输入电流跟随输入电压，从而实现单位功率因数，同时通过反馈输出电压实现PFC输出电压的预稳压。
有源PFC的控制电路大多采取基于“乘法器”的控制方式。通过对输入电压和输入电流进行采样，并迫使输入电流跟随输入电压，从而实现功率因数校正的目的。根据输入电流采样的不同，基于“乘法器”的控制又分为峰值电流控制、平均电流控制和滞环电流控制。本电源选用平均电流控制方式，采用平均电流控制方式具有开关频率恒定、不需要谐波补偿、对整流噪声的抗干扰能力强，可获得更好的输入电流波形等优点；其控制芯片采用ICE1PCS02G，该芯片具有输入欠压保护、输出过压保护和开环保护、软过流控制和峰值电流限制等优点；图4是基于控制芯片ICE1PCS02G的PFC控制电路。如图4所示，在PFC控制电路中加入PFC的故障检测电路，并采用光电耦合器隔离。当PFC电路故障时，通过光耦送出PFC故障信号给控制电路，使控制电路对后续连接的DC/DC变换电路关机，以达到保护后级电路的目的。控制芯片N1的管脚1GND和7VCC接供电电路，管脚2ICOMP通过用于电流补偿的电容C3接地；管脚4VINS外接输入欠压保护电路，管脚5VCOMP外接电压补偿电路，管脚6VSENSE与输出电压采样电路相连，输出电压采样由电阻R6和电阻R7组成，其中输出电压通过第一电阻R6与控制芯片N1连接，第一电阻R6与控制器N1之间的节点通过第二电阻R7接地。故障检测电路2是由光电耦合器N3、电容C7、电容C8、精密调节器N2和电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11组成；第三电阻R8的一端与第一电阻R6相连，另一端通过两个相互并联的第四电阻R9和第一电容C7接地；精密调节器N2的阳极和参考端分别连接在第一电容C7的接地端和另一端，其阴极依次通过第二电容C8、第五电阻R10与电源高电平连接，第六电阻R11并联在第二电容C8两端；光电耦合器N3的正向输入端连接在第五电阻R10与第六电阻R11之间，其反向输入端与精密调节器N2的负极相连。
本有源功率因数校正电路性能优越、调试简单、工作可靠并且保护功能齐全。通过应用有源功率因数校正电路，不但使输入储能电容器的容量减少了一半，而且还调整了系统的稳定性，当负载发生变化或输入电压在允许范围发生变化时，均不会影响直流回路的稳定性。除此之外，PFC控制电路中的故障检测电路对后级电路的可靠运行也提供了重要保障，使得整个电源的可靠性大大增强。

Claims (4)

1.一种带故障检测功能的有源功率因数校正电路，其特征在于：包括EMI滤波电路、整流桥、BOOST有源PFC电路、辅助电源和PFC控制电路，所述EMI滤波电路的输入端与市电相连，其输出端与整流桥的输入端相连，整流桥的直流输出端与BOOST有源PFC电路的输入端相连，BOOST有源PFC电路的输出端外接负载，所述辅助电源的输入端与EMI滤波电路的输出端、整流桥的交流输入端相连，辅助电源的输出端与PFC控制电路的供电端相连，PFC控制电路的驱动输出端与BOOST有源PFC电路相连。
2.根据权利要求1所述的一种带故障检测功能的有源功率因数校正电路，其特征在于：所述BOOST有源PFC控制电路包括控制器（N1）、电压采样电路（1）和故障检测电路（2），所述电压采样电路（1）由第一电阻(R6）和第二电阻（R7）组成；故障检测电路（2）通过第一电阻(R6）与控制器(N1)的连接，第一电阻(R6）与控制器(N1)之间的节点通过第二电阻（R7）接地。
3.根据权利要求2所述的一种带故障检测功能的有源功率因数校正电路，其特征在于：所述故障检测电路（2）是由光电耦合器（N3）、两个电容（C7、C8）、精密调节器（N2)和多个电阻（R8、R9、R10、R11）组成；第三电阻（R8）的一端与第一电阻（R6）相连，另一端通过两个相互并联的第四电阻（R9）和第一电容（C7）接地；精密调节器（N2）的阳极和参考端分别连接在第一电容（C7）的接地端和另一端，其阴极依次通过第二电容（C8）、第五电阻（R10）与电源高电平连接，第六电阻（R11）并联在第二电容（C8）两端；光电耦合器（N3）的正向输入端连接在第五电阻（R10）与第六电阻（R11）之间，其反向输入端与精密调节器（N2）的阴极相连。
4.根据权利要求2所述的一种带故障检测功能的有源功率因数校正电路，其特征在于：所述控制器采用ICE1PCS02G芯片。
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