CN106706995B - 一种无桥功率因数校正pfc电路中的电感电流检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种无桥功率因数校正PFC电路中的电感电流检测电路，其中：第一电流互感器的初级绕组P₁接入该无桥PFC电路中，第一磁复位电路与该第一电流互感器的次级绕组S₁并联连接，第一整流电路与该第一磁复位电路并联连接，采样电阻R_S与该第一整流电路并联连接，第一信号选通电路连接在该第一整流电路与该采样电阻R_S之间，该第一信号选通电路用于根据第一控制信号K₁的状态控制该第一整流电路与该采样电阻R_S连接或断开连接。通过本发明实施例可以完整、准确地检测出无桥PFC电路中电感电流的上升和下降变化。

Description

一种无桥功率因数校正PFC电路中的电感电流检测电路

技术领域

本发明涉及电源技术领域，具体涉及一种无桥PFC电路中的电感电流检测电路。

背景技术

目前，绿色、节能、高效已成为电源发展的必然趋势，这也使得高效、高密度的功率变换拓扑已经成为电源功率变换的主流技术。无桥升压(英文：boost)功率因素校正(英文：power factor correction，缩写：PFC)电路使用导通电阻较小的开关管替代传统有桥PFC电路中导通压降较高的整流桥，因而更适合应用在高效率、高功率密度的场景中。在无桥PFC电路的控制中，电流连续模式(英文：continuous current mode，缩写：CCM)控制方式由于其电感电流纹波小，总谐波失真(英文：total harmonic distortion，缩写：THD)、功率因素(英文：power factor，缩写：PF)和电磁干扰(英文：electromagnetic interference，缩写：EMI)等特性都优于电流断续模式(英文：discontinuous current mode，缩写：DCM)控制方式，因而被广泛采用。

在采用CCM控制方式的无桥PFC电路中，为使得输入电流的正弦变化跟踪输入电压的正弦变化，需要对电感电流的上升或下降变化趋势进行精确地采样。数字控制技术由于具有很强的控制灵活性、更强大的通讯功能和人机交互功能，因此数字控制技术早已进入电源控制领域，在数字控制中需要对模拟信号进行模拟量到数字量(英文：analog-to-digital，缩写：AD)转换，而通常情况下数字信号处理器(英文：digital signalprocessor，缩写：DSP)的采样端口只能采样大于0的信号电压，而无桥PFC电路中电感直接与交流输入电源相连，其电流是交流工频的，具有正值和负值。

如图1中右图所示，为现有技术提供的一种电感电流检测电路，可应用在如图1中左图所示的无桥PFC电路中，电流互感器的次级绕组感应到的电流为(I₁+I₂)/n，n为电流互感器初级绕组和次级绕组的匝数比，电流I₁、I₂和I₁+I₂的波形图如图2所示，在交流输入电源的正半周和负半周，(I₁+I₂)/n的绝对值均由小变大，即电流互感器的次级绕组上只能反映电感电流的上升变化，此外，由于在交流输入电源的负半周，(I₁+I₂)/n为负值，不能直接送到DSP的采样端口，导致采样电阻上只能反映交流输入电源处于正半周时电感电流的上升变化。可见，如何完整地检测无桥PFC电路中电感电流的变化情况已成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种无桥PFC电路中的电感电流检测电路，可以完整、准确地检测出无桥PFC电路中电感电流的上升和下降变化。

本发明实施例第一方面提供了一种无桥PFC电路中的电感电流检测电路，所述电感电流检测电路包括：第一电流互感器、第一磁复位电路、第一整流电路、第一信号选通电路和采样电阻R_S，其中：

所述第一电流互感器的初级绕组P₁接入所述无桥PFC电路中，所述第一电流互感器用于感应所述无桥PFC电路中电感电流的变化；

所述第一磁复位电路与所述第一电流互感器的次级绕组S₁并联连接，所述第一整流电路与所述第一磁复位电路并联连接，所述采样电阻R_S与所述第一整流电路并联连接，所述第一信号选通电路连接在所述第一整流电路与所述采样电阻R_S之间，所述第一磁复位电路用于在所述第一整流电路与所述采样电阻R_S断开连接时控制所述第一电流互感器的磁芯复位，所述第一整流电路用于将所述第一电流互感器感应到的电感电流整理成正方向的电流；

所述第一信号选通电路用于根据第一控制信号K₁的状态控制所述第一整流电路与所述采样电阻R_S连接或断开连接。

结合本发明实施例第一方面，在本发明实施例第一方面的第一种可能的实现方式中，所述电感电流检测电路还包括：第二电流互感器、第二磁复位电路、第二整流电路和第二信号选通电路，其中：

所述第二电流互感器的初级绕组P₂接入所述无桥PFC电路中，所述第二电流互感器用于感应所述无桥PFC电路中电感电流的变化；

所述第二磁复位电路与所述第二电流互感器的次级绕组S₂并联连接，所述第二整流电路与所述第二磁复位电路并联连接，所述采样电阻R_S与所述第二整流电路并联连接，所述第二信号选通电路连接在所述第二整流电路与所述采样电阻R_S之间，所述第二磁复位电路用于在所述第二整流电路与所述采样电阻R_S断开连接时控制所述第二电流互感器的磁芯复位，所述第二整流电路用于将所述第二电流互感器感应到的电感电流整理成正方向的电流；

所述第二信号选通电路用于根据第二控制信号K₂的状态控制所述第二整流电路与所述采样电阻R_S连接或断开连接。

结合本发明实施例第一方面的第一种可能的实现方式，在本发明实施例第一方面的第二种可能的实现方式中，所述无桥PFC电路包括输入电源U、电感L、开关管Q₁、开关管Q₂、二极管D₁、二极管D₂、滤波电容C₁和负载电阻R₁，其中：

所述初级绕组P₁的同名端和所述初级绕组P₂的异名端均与所述电感L的第一端连接，所述电感L的第二端与所述输入电源U的正极连接；

所述初级绕组P₁的异名端与所述开关管Q₁的漏极连接，所述开关管Q₁的源极与所述滤波电容C₁的负极连接；

所述初级绕组P₂的同名端与所述开关管Q₂的源极连接，所述开关管Q₂的漏极与所述滤波电容C₁的正极连接；

所述二极管D₁的负极和所述二极管D₂的正极均与所述输入电源U的负极连接，所述二极管D₁的正极与所述滤波电容C₁的负极连接，所述二极管D₂的负极与所述滤波电容C₁的正极连接；

所述负载电阻R₁与所述滤波电容C₁并联连接；

所述开关管Q₁的开关状态由所述第一控制信号K₁控制，所述开关管Q₂的开关状态由所述第二控制信号K₂控制。

结合本发明实施例第一方面的第一种可能的实现方式，在本发明实施例第一方面的第三种可能的实现方式中，所述无桥PFC电路包括输入电源U、电感L和n个子电路，所述n个子电路之间串联连接，子电路k包括开关管Q_2k-1、开关管Q_2k、二极管D_2k-1、二极管D_2k、滤波电容C_k和负载电阻R_k，所述n为正整数，且n≥2，所述k为正整数，且1≤k≤n，所述开关管Q_2k-1的开关状态由控制信号K_2k-1控制，所述开关管Q_2k的开关状态由控制信号K_2k控制，其中：

若所述初级绕组P₁和所述初级绕组P₂同时接入所述n个子电路中k为1的子电路中，则所述初级绕组P₁的同名端和所述初级绕组P₂的异名端均与所述电感L的第一端连接，所述电感L的第二端与所述输入电源U的正极连接；

所述初级绕组P₁的异名端与开关管Q₁的漏极连接，所述开关管Q₁的源极与滤波电容C₁的负极连接；

所述初级绕组P₂的同名端与开关管Q₂的源极连接，所述开关管Q₂的漏极与所述滤波电容C₁的正极连接；

二极管D₁的正极与所述滤波电容C₁的负极连接，二极管D₂的负极与所述滤波电容C₁的正极连接；

负载电阻R₁与所述滤波电容C₁并联连接；

当2≤k≤n时，所述子电路k中所述开关管Q_2k-1的漏极和所述开关管Q_2k的源极均与子电路k-1中二极管D_2k-3的负极连接，子电路n中二极管D_2n-1的负极和二极管D_2n的正极均与所述输入电源U的负极连接，可以减小电感电流的纹波，减少电路中无用功的产生。

结合本发明实施例第一方面的第三种可能的实现方式，在本发明实施例第一方面的第四种可能的实现方式中，所述初级绕组P₁和所述初级绕组P₂同时接入所述n个子电路中的任一个。

结合本发明实施例第一方面的第一种可能的实现方式，在本发明实施例第一方面的第五种可能的实现方式中，所述无桥PFC电路包括输入电源U、电感L₁、电感L₂、开关管Q₁、开关管Q₂、二极管D₁、二极管D₂、滤波电容C₁和负载电阻R₁，所述第一电流互感器还包括初级绕组P₃，所述第二电流互感器还包括初级绕组P₄，其中：

所述初级绕组P₁的同名端和所述二极管D₁的正极均与所述电感L₁的第一端连接，所述电感L₁的第二端与所述输入电源U的正极连接，所述二极管D₁的负极与所述滤波电容C₁的正极连接；

所述初级绕组P₁的异名端与所述初级绕组P₂的同名端连接，所述初级绕组P₂的异名端与所述开关管Q₁的漏极连接，所述开关管Q₁的源极与所述滤波电容C₁的负极连接；

所述初级绕组P₃的同名端和所述初级绕组P₄的同名端均与所述电感L₂的第一端连接，所述电感L₂的第二端与所述输入电源U的负极连接，所述初级绕组P₃的异名端与所述二极管D₂的正极连接，所述二极管D₂的负极与所述滤波电容C₁的正极连接；

所述初级绕组P₄的异名端与所述开关管Q₂的漏极连接，所述开关管Q₂的源极与所述滤波电容C₁的负极连接；

所述负载电阻R₁与所述滤波电容C₁并联连接；

所述开关管Q₁的开关状态由第三控制信号K₃控制，所述开关管Q₂的开关状态由第四控制信号K₄控制，所述第一控制信号K₁与所述第二控制信号K₂反相，在所述输入电源U处于正半周时，所述第一控制信号K₁与所述第三控制信号K₃相同，在所述输入电源U处于负半周时，所述第一控制信号K₁与所述第四控制信号K₄相同。

结合本发明实施例第一方面的第一种至第五种可能的实现方式中的任一种，在本发明实施例第一方面的第六种可能的实现方式中，所述第一整流电路为全桥整流电路和带中间抽头的整流电路中的任一种。

结合本发明实施例第一方面的第一种至第六种可能的实现方式中的任一种，在本发明实施例第一方面的第七种可能的实现方式中，所述第一信号选通电路与所述采样电阻R_S并联连接，或者，所述第一信号选通电路串联在所述第一整流电路与所述采样电阻R_S之间。

结合本发明实施例第一方面的第一种至第七种可能的实现方式中的任一种，在本发明实施例第一方面的第八种可能的实现方式中，所述第一磁复位电路包括电阻或者两个串联连接的稳压管。

结合本发明实施例第一方面的第一种至第八种可能的实现方式中的任一种，在本发明实施例第一方面的第九种可能的实现方式中，所述第一电流互感器为高频互感器，可以减小电感电流检测电路的体积。

本发明实施例中，电感电流检测电路包括第一电流互感器、第一磁复位电路、第一整流电路、第一信号选通电路和采样电阻R_S，该第一电流互感器的初级绕组P₁接入无桥PFC电路中，第一磁复位电路与该第一电流互感器的次级绕组S₁并联连接，第一整流电路与该第一磁复位电路并联连接，采样电阻R_S与该第一整流电路并联连接，第一信号选通电路连接在该第一整流电路与该采样电阻R_S之间，该第一信号选通电路用于根据第一控制信号K₁的状态控制该第一整流电路与该采样电阻R_S连接或断开连接，可以完整、准确地检测出无桥PFC电路中电感电流的上升和下降变化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术提供的一种电感电流检测电路结构示意图；

图2是图1提供的电感电流检测电路中的电流波形示意图；

图3是本发明实施例提供的一种电感电流检测电路结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种无桥PFC电路结构示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种电感电流检测电路结构示意图；

图6是图5提供的电感电流检测电路中的控制信号和电流波形示意图；

图7是本发明实施例提供的另一种无桥PFC电路结构示意图；

图8是本发明实施例提供的又一种电感电流检测电路结构示意图；

图9是本发明实施例提供的又一种无桥PFC电路结构示意图；

图10是本发明实施例提供的又一种电感电流检测电路结构示意图；

图11是图10提供的电感电流检测电路中的控制信号和电流波形示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中无桥PFC电路的控制方式可以为CCM，在CCM控制方式下，PFC电路中电感电流的绝对值始终不为零；开关管可以为三极管(英文：triode)、金属氧化物半导体管(英文：metal oxide semiconductor，缩写：MOS)管或绝缘栅双极型晶体管(英文：insulated gate bipolar transistor，缩写：IGBT)等。

本发明实施例中电流互感器为高频互感器，即绕组两端电压频率为开关频率的互感器，通常开关频率远大于工频频率(包括50Hz和60Hz两种频率)，一般为工频频率的100倍以上。

请参阅图3，为本发明实施例提供的一种电感电流检测电路结构示意图。本实施例中所描述的电感电流检测电路，包括：第一电流互感器、第一磁复位电路、第一整流电路、第一信号选通电路和采样电阻R_S，其中：

第一电流互感器包括初级绕组P₁和次级绕组S₁；

第一电流互感器的初级绕组P₁接入无桥PFC电路中，第一电流互感器用于感应无桥PFC电路中电感电流的变化；

第一整流电路和第一磁复位电路依次与采样电阻R_S并联连接，第一信号选通电路连接在第一整流电路与采样电阻R_S之间，第一磁复位电路与第一电流互感器的次级绕组S₁并联连接，第一整流电路用于将第一电流互感器感应到的电感电流整理成正方向的电流；

其中，第一信号选通电路与采样电阻R_S并联连接，或者，第一信号选通电路串联在第一整流电路与采样电阻R_S之间。

第一信号选通电路用于根据第一控制信号K₁的状态控制第一整流电路与采样电阻R_S连接或断开连接，第一磁复位电路用于在第一整流电路与采样电阻R_S断开连接时控制第一电流互感器的磁芯复位。

进一步的，电感电流检测电路还包括：第二电流互感器、第二磁复位电路、第二整流电路和第二信号选通电路，其中：

第二电流互感器包括初级绕组P₂和次级绕组S₂；

第二电流互感器的初级绕组P₂接入无桥PFC电路中，第二电流互感器用于感应无桥PFC电路中电感电流的变化；

第二整流电路和第二磁复位电路依次与采样电阻R_S并联连接，第二信号选通电路连接在第二整流电路与采样电阻R_S之间，第二磁复位电路与第二电流互感器的次级绕组S₂并联连接，第二整流电路用于将第二电流互感器感应到的电感电流整理成正方向的电流；

其中，第二信号选通电路与采样电阻R_S并联连接，或者，第二信号选通电路串联在第二整流电路与采样电阻R_S之间。

第二信号选通电路用于根据第二控制信号K₂的状态控制第二整流电路与采样电阻R_S连接或断开连接，第二磁复位电路用于在第二整流电路与采样电阻R_S断开连接时控制第二电流互感器的磁芯复位。

其中，本实施例提供的电感电流检测电路具体可应用在图4所示的无桥PFC电路中，无桥PFC电路包括：输入电源U、电感L、开关管Q₁、开关管Q₂、二极管D₁、二极管D₂、滤波电容C₁和负载电阻R₁，其中：

初级绕组P₁的同名端和初级绕组P₂的异名端均与电感L的第一端连接，电感L的第二端与输入电源U的正极连接；

初级绕组P₁的异名端与开关管Q₁的漏极连接，开关管Q₁的源极与滤波电容C₁的负极连接；

初级绕组P₂的同名端与开关管Q₂的源极连接，开关管Q₂的漏极与滤波电容C₁的正极连接；

二极管D₁的负极和二极管D₂的正极均与输入电源U的负极连接，二极管D₁的正极与滤波电容C₁的负极连接，二极管D₂的负极与滤波电容C₁的正极连接；

负载电阻R₁与滤波电容C₁并联连接；

开关管Q₁的开关状态由第一控制信号K₁控制，开关管Q₂的开关状态由第二控制信号K₂控制。

具体实现中，第一信号选通电路、开关管Q₁均由第一控制信号K₁控制，第二信号选通电路、开关管Q₂均由第二控制信号K₂控制，第一控制信号K₁与第二控制信号K₂反相，开关管Q₁和开关管Q₂交替导通，第一信号选通电路和第二信号选通电路也交替导通。

在输入电源U处于正半周时，电流I₁、I₂均为非负值，第一控制信号K₁控制开关管Q₁导通，第二控制信号K₂控制开关管Q₂关断，电感L储存能量，电流I₂为0，电流I₁即为流过电感L的电流，且为电感L电流的上升阶段，然后，第一控制信号K₁控制开关管Q₁关断，第二控制信号K₂控制开关管Q₂导通，电感L释放能量，电流I₁为0，电流I₂即为流过电感L的电流，且为电感L电流的下降阶段。开关管Q₁导通时，第一信号选通电路导通，第二信号选通电路关断，第一电流互感器的次级绕组S₁流过的电流经过第一整流电路后流过采样电阻R_S，此时电感电流检测电路即可检测到电感L电流的上升变化。开关管Q₂导通时，第二信号选通电路导通，第一信号选通电路关断，第二电流互感器的次级绕组S₂流过的电流经过第二整流电路后流过采样电阻R_S，此时电感电流检测电路即可检测到电感L电流的下降变化。

在输入电源U处于负半周时，电流I₁、I₂均为非正值，第一控制信号K₁控制开关管Q₁关断，第二控制信号K₂控制开关管Q₂导通，电感L储存能量，电流I₁为0，电流I₂即为流过电感L的电流，且为电感L电流绝对值的上升阶段，然后，第一控制信号K₁控制开关管Q₁导通，第二控制信号K₂控制开关管Q₂关断，电感L释放能量，电流I₂为0，电流I₁即为流过电感L的电流，且为电感L电流绝对值的下降阶段。开关管Q₂导通时，第二信号选通电路导通，第一信号选通电路关断，第二电流互感器的次级绕组S₂流过的电流经过第二整流电路后流过采样电阻R_S，此时电感电流检测电路即可检测到电感L电流的上升变化。开关管Q₁导通时，第一信号选通电路导通，第二信号选通电路关断，第一电流互感器的次级绕组S₁流过的电流经过第一整流电路后流过采样电阻R_S，此时电感电流检测电路即可检测到电感L电流的下降变化。

需要说明的是，第一电流互感器初级绕组P₁的同名端和异名端在图4所示的无桥PFC电路中的位置可以互换，第二电流互感器初级绕组P₂的同名端和异名端在图4所示的无桥PFC电路中的位置也可以互换。

本发明实施例中，在输入电源U处于正半周时，第一电流互感器可感应电感电流的上升变化，第二电流互感器可感应电感电流的下降变化，在输入电源U处于负半周时，第一电流互感器可感应电感电流绝对值的下降变化，第二电流互感器可感应电感电流绝对值的上升变化，从而可感应到电感电流在整个工频周期内的上升和下降变化。由第一整流电路将第一互感器次级绕组S₁感应到的电感电流整流成正值，第二整流电路将第二互感器次级绕组S₂感应到的电感电流整流成正值，便于处理器的采样。在第一控制信号K₁控制开关管Q₁关断时，第二信号选通电路导通，第一信号选通电路关断，此时第一磁复位电路将第一电流互感器的磁芯复位，同样的，在第二控制信号K₂控制开关管Q₂关断时，第一信号选通电路导通，第二信号选通电路关断，此时第二磁复位电路将第二电流互感器的磁芯复位，从而第一电流互感器和第二电流互感器均可采用高频互感器，大大减小了电感电流检测电路的体积，可见本实施例中的电感电流检测电路可以完整、准确地检测出无桥PFC电路中电感电流的上升和下降变化，并具备较小的体积。

在一些可行的实施方式中，本实施例中的电感电流检测电路的具体电路结构可以如图5所示，其中：

第一磁复位电路、第二磁复位电路均为一个电阻R₀，分别并联在第一电流互感器的次级绕组S₁和第二电流互感器的次级绕组S₂的两端，实现在信号选通电路关断时将相应电流互感器的磁芯复位，从而第一电流互感器和第二电流互感器可采用高频互感器。第一整流电路和第二整流电路均为全桥整流电路，第一信号选通电路和第二信号选通电路均分别由两个开关管串联组成。

需要说明的是，本发明实施例中的磁复位电路(包括第一磁复位电路、第二磁复位电路)还可以是两个稳压管串联后再与互感器的次级绕组并联的形式，本发明实施例中的整流电路(包括第一整流电路、第二整流电路)还可以是带中间抽头的整流电路，对此本发明实施例均不做限定。

在一些可行的实施方式中，电流I₁、I₂、第一控制信号K₁、第二控制信号K₂和采样电阻R_S上电流的波形图可以如图6所示，可见采样电阻R_S上的电流可反映出PFC电路中电感电流在整个工频周期内的上升和下降变化。

在一些可行的实施方式中，本实施例中的无桥PFC电路还可以是如图7所示的级联形式，图7所示的无桥PFC电路包括输入电源U、电感L和n个子电路，n个子电路之间串联连接，子电路k包括开关管Q_2k-1、开关管Q_2k、二极管D_2k-1、二极管D_2k、滤波电容C_k和负载电阻R_k，第一电流互感器包括初级绕组P₁和次级绕组S₁，第二电流互感器包括初级绕组P₂和次级绕组S₂，n为正整数，且n≥2，k为正整数，且1≤k≤n，开关管Q_2k-1的开关状态由控制信号K_2k-1控制，开关管Q_2k的开关状态由控制信号K_2k控制，其中：

需要说明的是，初级绕组P₁和初级绕组P₂可以同时接入n个子电路中的任意一个。

若初级绕组P₁和初级绕组P₂同时接入n个子电路中k为1的子电路中，则初级绕组P₁的同名端和初级绕组P₂的异名端均与电感L的第一端连接，电感L的第二端与输入电源U的正极连接；

初级绕组P₁的异名端与开关管Q₁的漏极连接，开关管Q₁的源极与滤波电容C₁的负极连接；

初级绕组P₂的同名端与开关管Q₂的源极连接，开关管Q₂的漏极与滤波电容C₁的正极连接；

二极管D₁的正极与滤波电容C₁的负极连接，二极管D₂的负极与滤波电容C₁的正极连接；

负载电阻R₁与滤波电容C₁并联连接；

当2≤k≤n时，子电路k中开关管Q_2k-1的漏极和开关管Q_2k的源极均与子电路k-1中二极管D_2k-3的负极连接，子电路n中二极管D_2n-1的负极和二极管D_2n的正极均与输入电源U的负极连接。

需要说明的是，第一电流互感器初级绕组P₁的同名端和异名端在图7所示的无桥PFC电路中的位置可以互换，第二电流互感器初级绕组P₂的同名端和异名端在图7所示的无桥PFC电路中的位置也可以互换。

本发明实施例中，无桥PFC电路还可采用级联的形式，能够减少电感电流中的高次谐波分量，从而减小电感电流的纹波，同时还可以减少电路中无用功的产生。

请参阅图8，为本发明实施例提供的又一种电感电流检测电路结构示意图。本实施例中所描述的电感电流检测电路，包括：第一电流互感器、第一磁复位电路、第一整流电路、第一信号选通电路和采样电阻R_S，其中：

第一电流互感器包括初级绕组P₁、初级绕组P₃和次级绕组S₁；

第一电流互感器的初级绕组P₁、P₃接入无桥PFC电路中，第一电流互感器用于感应无桥PFC电路中电感电流的变化；

第一整流电路和第一磁复位电路依次与采样电阻R_S并联连接，第一信号选通电路连接在第一整流电路与采样电阻R_S之间，第一磁复位电路与第一电流互感器的次级绕组S₁并联连接，第一整流电路用于将第一电流互感器感应到的电感电流整理成正方向的电流；

其中，第一信号选通电路与采样电阻R_S并联连接，或者，第一信号选通电路串联在第一整流电路与采样电阻R_S之间。

第一信号选通电路用于根据第一控制信号K₁的状态控制第一整流电路与采样电阻R_S连接或断开连接，第一磁复位电路用于在第一整流电路与采样电阻R_S断开连接时控制第一电流互感器的磁芯复位。

进一步的，电感电流检测电路还包括：第二电流互感器、第二磁复位电路、第二整流电路和第二信号选通电路，其中：

第二电流互感器包括初级绕组P₂、初级绕组P₄和次级绕组S₂；

第二电流互感器的初级绕组P₂、P₄接入无桥PFC电路中，第二电流互感器用于感应无桥PFC电路中电感电流的变化；

第二整流电路和第二磁复位电路依次与采样电阻R_S并联连接，第二信号选通电路连接在第二整流电路与采样电阻R_S之间，第二磁复位电路与第二电流互感器的次级绕组S₂并联连接，第二整流电路用于将第二电流互感器感应到的电感电流整理成正方向的电流；

其中，第二信号选通电路与采样电阻R_S并联连接，或者，第二信号选通电路串联在第二整流电路与采样电阻R_S之间。

第二信号选通电路用于根据第二控制信号K₂的状态控制第二整流电路与采样电阻R_S连接或断开连接，第二磁复位电路用于在第二整流电路与采样电阻R_S断开连接时控制第二电流互感器的磁芯复位。

其中，本实施例提供的电感电流检测电路具体可应用在图9所示的无桥PFC电路中，无桥PFC电路包括：输入电源U、电感L₁、电感L₂、开关管Q₁、开关管Q₂、二极管D₁、二极管D₂、滤波电容C₁和负载电阻R₁，其中：

初级绕组P₁的同名端和二极管D₁的正极均与电感L₁的第一端连接，电感L₁的第二端与输入电源U的正极连接，二极管D₁的负极与滤波电容C₁的正极连接；

初级绕组P₁的异名端与初级绕组P₂的同名端连接，初级绕组P₂的异名端与开关管Q₁的漏极连接，开关管Q₁的源极与滤波电容C₁的负极连接；

初级绕组P₃的同名端和初级绕组P₄的同名端均与电感L₂的第一端连接，电感L₂的第二端与输入电源U的负极连接，初级绕组P₃的异名端与二极管D₂的正极连接，二极管D₂的负极与滤波电容C₁的正极连接；

初级绕组P₄的异名端与开关管Q₂的漏极连接，开关管Q₂的源极与滤波电容C₁的负极连接；

负载电阻R₁与滤波电容C₁并联连接；

开关管Q₁的开关状态由第三控制信号K₃控制，开关管Q₂的开关状态由第四控制信号K₄控制，第一控制信号K₁与第二控制信号K₂反相，在输入电源U处于正半周时，第一控制信号K₁与第三控制信号K₃相同，在输入电源U处于负半周时，第一控制信号K₁与第四控制信号K₄相同。

具体实现中，第一信号选通电路由第一控制信号K₁控制，第二信号选通电路由第二控制信号K₂控制，开关管Q₁由第三控制信号K₃控制，开关管Q₂由第四控制信号K₄控制。

在输入电源U处于正半周时，电流I₃为0，第三控制信号K₃控制开关管Q₁导通，第四控制信号K₄控制开关管Q₂导通，电感L₁和电感L₂储存能量，电流I₁与电流I₂相同，电流I₁即为流过电感L₁的电流(也即流过电感L₂的电流)，且为电感L₁电流的上升阶段，然后，第三控制信号K₃控制开关管Q₁关断，第四控制信号K₄控制开关管Q₂导通，电感L₁和电感L₂释放能量，电流I₁、I₂均为0，电流I₄即为流过电感L₁的电流(也即流过电感L₂的电流)，且为电感L₁电流绝对值的下降阶段。开关管Q₁导通时，第一信号选通电路导通，第二信号选通电路关断，第一电流互感器的次级绕组S₁流过的电流经过第一整流电路后流过采样电阻R_S，此时电感电流检测电路即可检测到电感L₁电流的上升变化。开关管Q₁关断时，第二信号选通电路导通，第一信号选通电路关断，第二电流互感器的次级绕组S₂流过的电流经过第二整流电路后流过采样电阻R_S，此时电感电流检测电路即可检测到电感L电流的下降变化。

在输入电源U处于负半周时，第三控制信号K₃控制开关管Q₁导通，第四控制信号K₄控制开关管Q₂导通，电感L₁和电感L₂储存能量，电流I₃为0，电流I₁与电流I₂相同，电流I₁即为流过电感L₁的电流(也即流过电感L₂的电流)，且为电感L₁电流绝对值的上升阶段，然后，第三控制信号K₃控制开关管Q₁导通，第四控制信号K₄控制开关管Q₂关断，电感L₁和电感L₂释放能量，电流I₄为0，电流I₁与电流I₂相同，电流I₂即为流过电感L₁的电流(也即流过电感L₂的电流)，且为电感L₁电流绝对值的下降阶段。开关管Q₂导通时，第一信号选通电路导通，第二信号选通电路关断，第一电流互感器的次级绕组S₁流过的电流经过第一整流电路后流过采样电阻R_S，此时电感电流检测电路即可检测到电感L₁电流的上升变化。开关管Q₂关断时，第二信号选通电路导通，第一信号选通电路关断，第二电流互感器的次级绕组S₂流过的电流经过第二整流电路后流过采样电阻R_S，此时电感电流检测电路即可检测到电感L电流的下降变化。

本发明实施例中，在输入电源U处于正半周时，第一电流互感器可感应电感电流的上升变化，第二电流互感器可感应电感电流的下降变化，在第三控制信号K₃控制开关管Q₁导通时，第一信号选通电路导通，第二信号选通电路关断，此时第二磁复位电路将第二电流互感器的磁芯复位，在第三控制信号K₃控制开关管Q₁关断时，第二信号选通电路导通，第一信号选通电路关断，此时第一磁复位电路将第一电流互感器的磁芯复位；在输入电源U处于负半周时，第一电流互感器可感应电感电流的上升变化，第二电流互感器可感应电感电流的下降变化，在第四控制信号K₄控制开关管Q₂导通时，第一信号选通电路导通，第二信号选通电路关断，此时第二磁复位电路将第二电流互感器的磁芯复位，在第四控制信号K₄控制开关管Q₂关断时，第二信号选通电路导通，第一信号选通电路关断，此时第一磁复位电路将第一电流互感器的磁芯复位，从而采样电阻R_S上流过的电流可反映电感电流在整个工频周期内的上升和下降变化，第一电流互感器和第二电流互感器均可采用高频互感器，大大减小了电感电流检测电路的体积。从而可见本实施例中的电感电流检测电路可以完整、准确地检测出无桥PFC电路中电感电流的上升和下降变化，并具备较小的体积。

在一些可行的实施方式中，本实施例中的电感电流检测电路的具体电路结构可以如图10所示，其中：

第一磁复位电路、第二磁复位电路均为一个电阻R₀，分别并联在第一电流互感器的次级绕组S₁和第二电流互感器的次级绕组S₂的两端，实现在信号选通电路关断时将相应电流互感器的磁芯复位，从而第一电流互感器和第二电流互感器可采用高频互感器。第一整流电路和第二整流电路均为全桥整流电路，第一信号选通电路和第二信号选通电路均分别由两个开关管串联组成。

需要说明的是，本发明实施例中的磁复位电路(包括第一磁复位电路、第二磁复位电路)还可以是两个稳压管串联后再与互感器的次级绕组并联的形式，本发明实施例中的整流电路(包括第一整流电路、第二整流电路)还可以是带中间抽头的整流电路，对此本发明实施例均不做限定。

在一些可行的实施方式中，电流I₁、I₄、第一控制信号K₁、第二控制信号K₂、第三控制信号K₃、第四控制信号K₄和采样电阻R_S上电流的波形图可以如图11所示，可见采样电阻R_S上的电流可反映出无桥PFC电路中电感电流在整个工频周期内的上升和下降变化。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存取存储器(Random AccessMemory，简称RAM)等。

以上对本发明实施例所提供的一种无桥PFC电路中的电感电流检测电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (20)

1.一种无桥功率因数校正PFC电路中的电感电流检测电路，其特征在于，所述电感电流检测电路包括：第一电流互感器、第一磁复位电路、第一整流电路、第一信号选通电路和采样电阻R_S，其中：

所述第一电流互感器的初级绕组P₁接入所述无桥PFC电路中，所述第一电流互感器用于感应所述无桥PFC电路中电感电流的变化；

所述第一磁复位电路与所述第一电流互感器的次级绕组S₁并联连接，所述第一整流电路与所述第一磁复位电路并联连接，所述采样电阻R_S与所述第一整流电路并联连接，所述第一信号选通电路连接在所述第一整流电路与所述采样电阻R_S之间，所述第一磁复位电路用于在所述第一整流电路与所述采样电阻R_S断开连接时控制所述第一电流互感器的磁芯复位，所述第一整流电路用于将所述第一电流互感器感应到的电感电流整理成正方向的电流；

所述第一信号选通电路用于根据第一控制信号K₁的状态控制所述第一整流电路与所述采样电阻R_S连接或断开连接；

其中，所述电感电流检测电路还包括：第二电流互感器、第二磁复位电路、第二整流电路和第二信号选通电路，其中：

所述第二电流互感器的初级绕组P₂接入所述无桥PFC电路中，所述第二电流互感器用于感应所述无桥PFC电路中电感电流的变化；

所述第二磁复位电路与所述第二电流互感器的次级绕组S₂并联连接，所述第二整流电路与所述第二磁复位电路并联连接，所述采样电阻R_S与所述第二整流电路并联连接，所述第二信号选通电路连接在所述第二整流电路与所述采样电阻R_S之间，所述第二磁复位电路用于在所述第二整流电路与所述采样电阻R_S断开连接时控制所述第二电流互感器的磁芯复位，所述第二整流电路用于将所述第二电流互感器感应到的电感电流整理成正方向的电流；

所述第二信号选通电路用于根据第二控制信号K₂的状态控制所述第二整流电路与所述采样电阻R_S连接或断开连接。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述无桥PFC电路包括输入电源U、电感L、开关管Q₁、开关管Q₂、二极管D₁、二极管D₂、滤波电容C₁和负载电阻R₁，其中：

所述初级绕组P₁的同名端和所述初级绕组P₂的异名端均与所述电感L的第一端连接，所述电感L的第二端与所述输入电源U的正极连接；

所述初级绕组P₁的异名端与所述开关管Q₁的漏极连接，所述开关管Q₁的源极与所述滤波电容C₁的负极连接；

所述初级绕组P₂的同名端与所述开关管Q₂的源极连接，所述开关管Q₂的漏极与所述滤波电容C₁的正极连接；

所述二极管D₁的负极和所述二极管D₂的正极均与所述输入电源U的负极连接，所述二极管D₁的正极与所述滤波电容C₁的负极连接，所述二极管D₂的负极与所述滤波电容C₁的正极连接；

所述负载电阻R₁与所述滤波电容C₁并联连接；

所述开关管Q₁的开关状态由所述第一控制信号K₁控制，所述开关管Q₂的开关状态由所述第二控制信号K₂控制。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述无桥PFC电路包括输入电源U、电感L和n个子电路，所述n个子电路之间串联连接，子电路k包括开关管Q_2k-1、开关管Q_2k、二极管D_2k-1、二极管D_2k、滤波电容C_k和负载电阻R_k，所述n为正整数，且n≥2，所述k为正整数，且1≤k≤n，所述开关管Q_2k-1的开关状态由控制信号K_2k-1控制，所述开关管Q_2k的开关状态由控制信号K_2k控制，其中：

若所述初级绕组P₁和所述初级绕组P₂同时接入所述n个子电路中k为1的子电路中，则所述初级绕组P₁的同名端和所述初级绕组P₂的异名端均与所述电感L的第一端连接，所述电感L的第二端与所述输入电源U的正极连接；

所述初级绕组P₁的异名端与开关管Q₁的漏极连接，所述开关管Q₁的源极与滤波电容C₁的负极连接；

所述初级绕组P₂的同名端与开关管Q₂的源极连接，所述开关管Q₂的漏极与所述滤波电容C₁的正极连接；

二极管D₁的正极与所述滤波电容C₁的负极连接，二极管D₂的负极与所述滤波电容C₁的正极连接；

负载电阻R₁与所述滤波电容C₁并联连接；

当2≤k≤n时，所述子电路k中所述开关管Q_2k-1的漏极和所述开关管Q_2k的源极均与子电路k-1中二极管D_2k-3的负极连接，子电路n中二极管D_2n-1的负极和二极管D_2n的正极均与所述输入电源U的负极连接。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，

所述初级绕组P₁和所述初级绕组P₂同时接入所述n个子电路中的任一个。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述无桥PFC电路包括输入电源U、电感L₁、电感L₂、开关管Q₁、开关管Q₂、二极管D₁、二极管D₂、滤波电容C₁和负载电阻R₁，所述第一电流互感器还包括初级绕组P₃，所述第二电流互感器还包括初级绕组P₄，其中：

所述初级绕组P₁的同名端和所述二极管D₁的正极均与所述电感L₁的第一端连接，所述电感L₁的第二端与所述输入电源U的正极连接，所述二极管D₁的负极与所述滤波电容C₁的正极连接；

所述初级绕组P₁的异名端与所述初级绕组P₂的同名端连接，所述初级绕组P₂的异名端与所述开关管Q₁的漏极连接，所述开关管Q₁的源极与所述滤波电容C₁的负极连接；

所述初级绕组P₃的同名端和所述初级绕组P₄的同名端均与所述电感L₂的第一端连接，所述电感L₂的第二端与所述输入电源U的负极连接，所述初级绕组P₃的异名端与所述二极管D₂的正极连接，所述二极管D₂的负极与所述滤波电容C₁的正极连接；

所述初级绕组P₄的异名端与所述开关管Q₂的漏极连接，所述开关管Q₂的源极与所述滤波电容C₁的负极连接；

所述负载电阻R₁与所述滤波电容C₁并联连接；

所述开关管Q₁的开关状态由第三控制信号K₃控制，所述开关管Q₂的开关状态由第四控制信号K₄控制，所述第一控制信号K₁与所述第二控制信号K₂反相，在所述输入电源U处于正半周时，所述第一控制信号K₁与所述第三控制信号K₃相同，在所述输入电源U处于负半周时，所述第一控制信号K₁与所述第四控制信号K₄相同。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的电路，其特征在于，

所述第一整流电路为全桥整流电路和带中间抽头的整流电路中的任一种。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的电路，其特征在于，

所述第一信号选通电路与所述采样电阻R_S并联连接，或者，所述第一信号选通电路串联在所述第一整流电路与所述采样电阻R_S之间。

8.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，

所述第一信号选通电路与所述采样电阻R_S并联连接，或者，所述第一信号选通电路串联在所述第一整流电路与所述采样电阻R_S之间。

9.根据权利要求1～5中任一项所述的电路，其特征在于，

所述第一磁复位电路包括电阻或者两个串联连接的稳压管。

10.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，

所述第一磁复位电路包括电阻或者两个串联连接的稳压管。

11.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，

所述第一磁复位电路包括电阻或者两个串联连接的稳压管。

12.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，

所述第一磁复位电路包括电阻或者两个串联连接的稳压管。

13.根据权利要求1～6中任一项所述的电路，其特征在于，

所述第一电流互感器为高频互感器。

14.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，

所述第一电流互感器为高频互感器。

15.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，

所述第一电流互感器为高频互感器。

16.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，

所述第一电流互感器为高频互感器。

17.根据权利要求9所述的电路，其特征在于，

所述第一电流互感器为高频互感器。

18.根据权利要求10所述的电路，其特征在于，

所述第一电流互感器为高频互感器。

19.根据权利要求11所述的电路，其特征在于，

所述第一电流互感器为高频互感器。

20.根据权利要求12所述的电路，其特征在于，

所述第一电流互感器为高频互感器。