CN104953811B - 一种图腾无桥pfc电路的控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例中提供了一种图腾无桥PFC电路的控制电路，该图腾无桥PFC电路的控制电路在不需要采用绝对值电路以及极性判断电路的基础上对图腾无桥PFC电路中的串联的两个MOS管及时的进行驱动切换，从而降低了图腾无桥PFC电路的设计复杂度以及设计成本。

Description

一种图腾无桥PFC电路的控制电路

技术领域

本发明涉及电路设计领域，尤其涉及一种图腾无桥PFC电路的控制电路。

背景技术

目前，如图1所示在图腾PFC电路中，正电压输入时图腾PFC电路中的MOS管S1作为主开关管，MOS管S2作为续流二极管，负电压输入时S2作为主开关管，S1作为续流二极管，按照上述方法产生的驱动信号必须根据输入电压的极性进行切换，即：在正半周用来驱动S1管，在负半周驱动S2管。

图腾PFC电路分别在正负输入电压下最简单的控制实现方式：只控制主开关管，续流管的驱动信号为低，利用其体二极管续流。若要实现交流双极性电压的输入，必须增加图1中虚线框电路的极性判断和切换功能，该功能可以通过硬件电路实现，也可通过软件实现。图腾无桥PFC电路借助现有的普通Boost PFC电路的控制芯片或者数字控制器，按照图1就可以方便地实现PFC功能。

图1所示的图腾PFC电路有一明显的缺点：续流管驱动信号为低电平时，其体二极管处于导通状态，较大的导通损耗制约了图腾PFC电路效率的提高。为最好地发挥S1和S2的性能，提高图腾PFC电路效率，续流管应工作于同步整流模式，即除了给主开关管S1一个驱动信号之外，还给续流管S2提供一个与主开关管S1互补的驱动信号(如图2所示)。在图2的电路中S1和S2的驱动信号在正负半周要相互切换，必须增加图2中虚线框的控制电路来实现极性判断和切换功能，这样才能实现交流输入下的PFC功能。

但是，当前图腾无桥PFC电路的控制需要采用输入电压和输入电流的绝对值，并且具备极性判断和切换功能，这样提升了图腾无桥PFC电路的设计复杂度以及成本。

发明内容

本发明提供了一种图腾无桥PFC电路的控制电路，用于解决现有技术中图腾无桥PFC电路的控制电路的设计复杂度以及成本增加的较高的问题。

其具体的技术方案如下：

一种图腾无桥PFC电路的控制电路，所述图腾无桥PFC电路包括：串联的第一MOS管20、第二MOS管30与串联的第一二极管40a、第二二极管40b与电解电容50并联，电解电容50的阳极连接至第二MOS管30的漏极，阴极连接至第一MOS管20的源极，电源的一端串联电感10后连接至第一MOS管20与第二MOS管30之间，电源的另一端连接至第一二极管40a与第二二极管40b之间，控制电路包括：

电压检测电路60，一输入端与电源的一端连接，另一输入端与电源的另一端连接；

电流检测电路70，用于检测电源的输出电流；

电压控制电路80，一输入端连接至电压检测电路60的输出端，另一输入端连接至负载；

电流控制电路90，一输入端连接至电压控制电路80的输出端，另一输入端连接至电流检测电路70的输出端；

驱动信号发生器100，一输入端连接至电流控制电路90的输出端；

驱动电路110，一输入端连接至驱动信号发生器100的一个输出端，另一输入端连接至驱动信号发生器100的另一输出端，所述驱动电路110的一输出端连接至第一MOS管20，另一输出端连接至第二MOS管30。

可选的，所述电压检测电路60具体为差分器60a，所述差分器60a的一输入端连接至电源的一端，所述差分器60a的另一端连接至电源的另一端。

可选的，所述驱动信号发生器100包括：

比较器100a，一端连接至电流控制电路90的输出端，另一端连接至载波发生器；

反相器100b，连接至驱动信号发生器100的两个输出端之间。

一种图腾全桥PFC电路的控制电路，所述图腾全桥PFC电路包括：串联的第一MOS管20、第二MOS管30与串联的第三MOS管40a、第四MOS管40b与电解电容50并联，电解电容50的阳极连接至第二MOS管30的漏极，阴极连接至第一MOS管20的源极，电源的一端串联电感10后连接至第一MOS管20与第二MOS管30之间，电源的另一端连接至第三MOS管40a与第四MOS管40b之间，所述控制电路包括：

电压检测电路60，一输入端与电源的一端连接，另一输入端与电源的另一端连接；

电流检测电路70，用于检测电源的输出电流；

电压控制电路80，一输入端连接至电压检测电路60的输出端，另一输入端连接至负载；

电流控制电路90，一输入端连接至电压控制电路80的输出端，另一输入端连接至电流检测电路70的输出端；

驱动信号发生器100，输入端连接至电流控制电路90的输出端；

驱动电路110，一输入端连接至驱动信号发生器100的一个输出端，另一输入端连接至驱动信号发生器100的另一输出端，所述驱动电路110的一输出端连接至第一MOS管20，另一输出端连接至第二MOS管30；

驱动信号发生器130，输入端接入电压检测电路60的输出端；

驱动电路140，该驱动电路140一个输入端连接至驱动发生器130的一个输出端，另一输入端连接至驱动信号发生器130的另一输出端，驱动电路140的一输出端连接至第三MOS管40a的栅极，另一输出端连接至第四MOS关40b的栅极。

可选的，所述电压检测电路60具体为差分器60a，所述差分器60a的一输入端连接至电源的一端，所述差分器60a的另一端连接至电源的另一端。

可选的，所述驱动信号发生器100包括：

比较器100a，一端连接至电流控制电路90的输出端，另一端连接至载波发生器；

反相器100b，连接至驱动信号发生器100的两个输出端之间。

可选的，所述驱动信号发生器130包括：

比较器130a，一输入端连接至所述电压检测电路60的输出端，另一输入端接地；

反相器130b，连接在所述驱动信号发生器130的两个输出端之间。

本发明实施例中提供了一种图腾无桥PFC电路的控制电路，该图腾无桥PFC电路的控制电路在不需要采用绝对值电路以及极性判断电路的基础上对图腾无桥PFC电路中的串联的两个MOS管及时的进行驱动切换，从而降低了图腾无桥PFC电路的控制电路的设计复杂度以及设计成本。

附图说明

图1为现有技术中一种图腾PFC电路的控制电路的示意图；

图2为现有技术中另一种图腾PFC电路的控制电路的示意图；

图3为本发明实施例中一种图腾无桥PFC电路的控制电路的示意图；

图4为本发明实施例中的图腾无桥PFC电路的控制电路的时序图；

图5为本发明实施例中另一种图腾无桥PFC电路的控制电路的示意图。

具体实施方式

针对目前的图腾无桥PFC电路都需要采用绝对值电路来对电流中的输入电压以及输入电流进行绝对值的处理，同时还需要采用极性判断电路来判断输入电压以及输入电流的极性，这样就使得图腾PEC电路的控制电路的设计复杂度增加，并且也增加了图腾无桥PFC电路的控制电路的设计成本。

为了解决上述技术问题，本发明实施例中提供了一种图腾无桥PFC电路的控制电路，该图腾无桥PFC电路的控制电路在不需要采用绝对值电路以及极性判断电路的基础上对图腾无桥PFC电路中的串联的两个MOS管及时的进行驱动切换，从而降低了图腾无桥PFC电路的设计复杂度以及设计成本。

下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解，本发明实施例以及实施例中的具体技术特征只是对本发明技术方案的说明而不是限定。

如图3所示为本发明实施例中一种图腾无桥PFC电路的控制电路的示意图，其中图腾无桥PFC电路包括：串联的第一MOS管20和第二MOS管30与串联的第一二极管40a、第二二极管40b、电解电容50并联，电解电容50的阳极连接至第二MOS管30的漏极，阴极连接至第一MOS管20的源极；电源的一端串联电感10后连接至串联的第一MOS管20与第二MOS管30之间，电源的另一端连接至第一二极管40a与第二二极管40b之间；

该控制电路还包括：

电压检测电路60，一输入端与电源的一端连接，另一输入端与电源的另一端连接；

电流检测电路70，用于检测电源的输出电流；

电压控制电路80，一输入端连接至电压检测电路60的输出端，另一输入端连接至负载；

电流控制电路90，一输入端连接至电压控制电路80的输出端，另一输入端连接至电流检测电路70的输出端；

驱动信号发生器100，输入端连接至电流控制电路90的输出端；

驱动电路110，一输入端连接至驱动信号发生器100的一个输出端，另一输入端连接至驱动信号发生器100的另一输出端，驱动电路110的一输出端连接至第一MOS管20，另一输出端连接至第二MOS管30。

其中，在本发明实施例中电压检测电路60可以为差分器60a，差分器60a的一输入端连接至电源的一端，另一输入端连接至电源的另一端。这样通过差分60a就能够得到具有极性的电压信号，从而带有极性的电压信号就被输入到电压控制电路80，这里电压检测电路60除了可以是通过差分器60a实现，当然也可以是通过运算放大器实现，还可以在数字信号处理器中使用软件实现，在本发明实施例中并不限定具体的实现方式。

进一步，在本发明实施例中驱动信号发生器100包括：

比较器100a，一端连接至电流控制电路90的输出端，另一端连接至载波发生器，该比较器100a用于将电流控制电路90生成的信号与载波发生器生生成的信号进行比较；

反相器110b，连接在驱动信号发生器100的两个输出端之间。

另外，在本发明实施例中驱动信号发生器100除了可以通过上述的电路结构实现之外，还可以是在数据信号处理器中由计数器和比较寄存器实现，也就是说驱动信号发生器100可以硬件实现也可以软件实现。

在本发明实施例图3中图腾无桥PFC电路的控制电路取消了电路中的绝对值电路，而是通过电压检测电路60直接采样具有极性的输入电压，并且通过电流采样电路70采样具有极性的输入电流，这样在电源的整个波形周期内电压检测电路70中的采集到的输入电压V_ac是双极性，电压控制电路80输出的基准电流I_ref必然也是双极性，这样电流控制电路90将基于基准电流I_ref生成对应的调制信号，当然该调制信号也是带有极性的(具体如图4所示)。电流控制电路90将生成的调制信号发送至驱动信号发生器100，驱动信号发生器100中的比较器100a接收将电流控制电路90输出的调制信号与载波发生器输出的载波信号进行比较，将比较结果发送至驱动电路110，从而驱动电路110根据比较结果分别向第一MOS管20以及第二MOS管30各自对应的驱动信号。

具体来讲，如图4所示为本发明实施例中图腾无桥PFC电路工频周期内的工作波形图。在输入电压处于正周期(即T1阶段)，第一MOS管20作为主开关管，第二MOS管30作为续流管，此时电压控制电路80中的输入电压V_ac与输出的基准电流I_ref均为正值，并且电流控制电路90的另一输入电流Ipfc也为正值，因此电流控制电路90输出T1时间段内的输出信号(即：图4中T1段的调制波Modulator)，该调制波Modulator被实时的输出至驱动信号发生器100中的比较器100a，同时载波发生器将载波信号信号(即：图4中的三角载波Carrier)输出至比较器100a，从而比较器100a将比较同一时刻调制波Modulator与三角载波Carrier之间的大小，并根据比较结果生成第一MOS管20以及第二MOS管30的驱动信号。

比如在图4中，当调制波Modulator大于三角载波Carrier时，则生成作为主开关管的第一MOS管20的驱动信号G_S1，此处的G_S1就作为主开关信号，并同时生成与第一MOS管20互补的驱动信号G_S2，此处的G_S2就作为续流信号，该驱动信号G_S2用于驱动第二MOS管30，从而使第二MOS管30处于同步整流模式，这样可以降低第二MOS管30中体二极管的导通损耗，提高PFC效率；当调制波Modulator小于三角载波Carrier时，则生成第二MOS管30的驱动信号G_S2，并同时生成与G_S2互补的驱动信号G_S1。

在输入电压处于负半周期(即T1阶段)，输入电压V_ac为负，因此电压控制电路80基于输入电压V_ac产生的基准电流I_ref也变为负值，同时电流控制电路90接收到的输入电流Ipfc也为负值，由于电流控制电路90中输入的基准电流I_ref以及输入电流Ipfc都为负值，也就是与T1阶段完全相反，因此电流控制电路90所产生的调制波Modulator也与T1阶段相反，由于调制波Modulator的反向，因此根据调制波Modulator与三角载波Carrier比较结果生成的驱动信号也发生改变，即：驱动信号G_S2与驱动信号G_S1发生了切换，即：G_S2作为主开关信号，G_S1作为续流信号。而G_S2是用于驱动第二MOS管30，G_S1是用于驱动第一MOS管20，因此G_S1与G_S2功能的切换就自然使得第一MOS管20与第二MOS管30之间的功能切换，即：第二MOS管30作为主开关管，第一MOS管20作为续流管。

通过上述的实施例中对输入电压V_ac以及电流Ipfc的大小以及极性都进行采样，因此电流控制电路90所生成的调制波Modulator会基于输入电压以及电流的极性进行自动的调整，由此产生的驱动信号G_S1与G_S2之间的切换，适应了第一MOS管20与第二MOS管30之间的功能切换，进而避免了图腾无桥PFC电路中通电压以及电流的正负值来实时进行正负半周切换，简化了电路的设计，降低了图腾无桥PFC电路的控制电路的设计成本。

这里需要说明的是，在本发明实施例中提供了具体的电路来实现图腾无桥PFC电路的控制，在实际的应用过程中，可以将实际的电路转换为软件实现，也就说对图特无桥PFC电路的控制过程可以完全通过软件实现。

实施例二：

在本发明实施例中为了减小图4所示的图腾无桥PFC电路中第一二极管40a以及第二二极管40b的导通损耗，因此在本发明实施例中还提供了一种图腾全桥PFC电路的控制电路，如图5所示为本发明实施例中一种图腾全桥PFC电路的控制电路，该图腾全桥PFC电路包含了图腾无桥PFC电路，因此对于与图3相同的电路部分在此就不再赘述。

在图5的图腾全桥PFC电路中，有第三MOS管40a取代了原来的第一二极管40a，并且用第四MOS管40b取代了原来的第二二极管40b，第三MOS管40a与第四MOS管40b串联，第三MOS管40a的漏极与第二MOS管30的漏极连接，第四MOS管40b的源极与第一MOS管20的源极连接。

为了使得第三MOS管40a以及第四MOS关40b根据输入电压的极性来导通以及关闭，图5中的控制电路与图4中的控制电路并不相同，在图5中的控制电路包括了：

电压检测电路60，一输入端与电源的一端连接，另一输入端与电源的另一端连接；

电流检测电路70，用于检测电源的输出电流；

电压控制电路80，一输入端连接至电压检测电路60的输出端，另一输入端连接至负载；

电流控制电路90，一输入端连接至电压控制电路80的输出端，另一输入端连接至电流检测电路70的输出端；

驱动信号发生器100，输入端连接至电流控制电路90的输出端；

驱动电路110，一输入端连接至驱动信号发生器100的一个输出端，另一输入端连接至驱动信号发生器100的另一输出端，所述驱动电路110的一输出端连接至第一MOS管20，另一输出端连接至第二MOS管30；

驱动信号发生器130，输入端接入电压检测电路60的输出端；

驱动电路140，该驱动电路140一个输入端连接至驱动发生器130的一个输出端，另一输入端连接至驱动信号发生器130的另一输出端，驱动电路140的一输出端连接至第三MOS管40a的栅极，另一输出端连接至第四MOS关40b的栅极。

其中，在本发明实施例中电压检测电路60可以为差分器60a，差分器60a的一输入端连接至电源的一端，另一输入端连接至电源的另一端。这样通过差分器60a就能够得到具有极性的电压信号，从而带有极性的电压信号就被输入到电压控制电路70，这里电压检测电路60除了可以是通过差分器60a实现，当然也可以是通过运算放大器实现，还可以在数字信号处理器中使用软件实现，在本发明实施例中并不限定具体的实现方式。

具体的，在本发明实施例中驱动信号发生器100包括：

比较器100a，一端连接至电流控制电路90的输出端，另一端连接至载波发生器，该比较器100a用于将电流控制电路90生成的信号与载波发生器生生成的信号进行比较；

反相器110c，连接在驱动信号发生器100的两个输出端之间。

另外，在本发明实施例中驱动信号发生器100除了可以通过上述的电路结构实现之外，还可以是在数据信号处理器中由计数器和比较寄存器实现，也就是说驱动信号发生器100可以硬件实现也可以软件实现。

具体的，驱动信号发生器130包括：

比较器130a，一输入端连接至电压检测电路60的输出端，另一输入端接地；

反相器140b，连接在驱动信号发生器130的两个输出端之间。

当然，驱动信号发生器130也同样可以通过数据信号处理器实现软件处理过程。

在实施例二中对第一MOS管20以及第二MOS管30的驱动过程与实施例一中的驱动过程完全相同，此处就不再赘述。

另外，在实施例二中由于差分器60a输出的电压包含了正负半周，因此比较器130a输出的将是方波信号，这样驱动电路140将基于比较器130a所输出的比较结果，生成第三MOS管40a和第四MOS管40b的驱动信号，这样就实现了第三MOS管40a以及第四MOS关40b根据输入电压的极性来导通以及关闭。

另外，此处需要说明的上述实施例中载波Carrier为双极性载波，但是实际应用中也可以采用单极性载波，若是采用单极性载波，则电流检测电路80中输出的调制波Modulator就相应的调整为单极性，最终生成的驱动信号G_S1和G_S2与双极性载波时完全相同，载波的形式不会对PFC电路的PFC功能造成影响，因此在本实施例中包括了所有形式的载波，比如双极性、单极性、三角波、锯齿波等。

这里需要说明的是，在本发明实施例中提供了具体的电路来实现图腾无桥PFC电路的控制，在实际的应用过程中，可以将实际的电路转换为软件实现，也就说对图特无桥PFC电路的控制过程可以完全通过软件实现

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种图腾无桥PFC电路的控制电路，所述图腾无桥PFC电路包括：串联的第一MOS管20、第二MOS管30与串联的第一二极管40a、第二二极管40b与电解电容50并联，电解电容50的阳极连接至第二MOS管30的漏极，阴极连接至第一MOS管20的源极，电源的一端串联电感10后连接至第一MOS管20与第二MOS管30之间，电源的另一端连接至第一二极管40a与第二二极管40b之间，其特征在于，控制电路包括：

电压检测电路60，一输入端与电源的一端连接，另一输入端与电源的另一端连接；

电流检测电路70，用于检测电源的输出电流；

电压控制电路80，一输入端连接至电压检测电路60的输出端，另一输入端连接至负载；

电流控制电路90，一输入端连接至电压控制电路80的输出端，另一输入端连接至电流检测电路70的输出端；

驱动信号发生器100，一输入端连接至电流控制电路90的输出端；

驱动电路110，一输入端连接至驱动信号发生器100的一个输出端，另一输入端连接至驱动信号发生器100的另一输出端，所述驱动电路110的一输出端连接至第一MOS管20，另一输出端连接至第二MOS管30。

2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述电压检测电路60具体为差分器60a，所述差分器60a的一输入端连接至电源的一端，所述差分器60a的另一端连接至电源的另一端。

3.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述驱动信号发生器100包括：

比较器100a，一端连接至电流控制电路90的输出端，另一端连接至载波发生器；

反相器100b，连接至驱动信号发生器100的两个输出端之间。

4.一种图腾全桥PFC电路的控制电路，所述图腾全桥PFC电路包括：串联的第一MOS管20、第二MOS管30与串联的第三MOS管40a、第四MOS管40b与电解电容50并联，电解电容50的阳极连接至第二MOS管30的漏极，阴极连接至第一MOS管20的源极，电源的一端串联电感10后连接至第一MOS管20与第二MOS管30之间，电源的另一端连接至第三MOS管40a与第四MOS管40b之间，其特征在于，所述控制电路包括：

电压检测电路60，一输入端与电源的一端连接，另一输入端与电源的另一端连接；

电流检测电路70，用于检测电源的输出电流；

电压控制电路80，一输入端连接至电压检测电路60的输出端，另一输入端连接至负载；

电流控制电路90，一输入端连接至电压控制电路80的输出端，另一输入端连接至电流检测电路70的输出端；

驱动信号发生器100，输入端连接至电流控制电路90的输出端；

驱动电路110，一输入端连接至驱动信号发生器100的一个输出端，另一输入端连接至驱动信号发生器100的另一输出端，所述驱动电路110的一输出端连接至第一MOS管20，另一输出端连接至第二MOS管30；

驱动信号发生器130，输入端接入电压检测电路60的输出端；

驱动电路140，该驱动电路140一个输入端连接至驱动发生器130的一个输出端，另一输入端连接至驱动信号发生器130的另一输出端，驱动电路140的一输出端连接至第三MOS管40a的栅极，另一输出端连接至第四MOS关40b的栅极。

5.如权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述电压检测电路60具体为差分器60a，所述差分器60a的一输入端连接至电源的一端，所述差分器60a的另一端连接至电源的另一端。

6.如权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述驱动信号发生器100包括：

比较器100a，一端连接至电流控制电路90的输出端，另一端连接至载波发生器；

反相器100b，连接至驱动信号发生器100的两个输出端之间。

7.如权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述驱动信号发生器130包括：

比较器130a，一输入端连接至所述电压检测电路60的输出端，另一输入端接地；

反相器130b，连接在所述驱动信号发生器130的两个输出端之间。