CN107086769A - 一种配网电源低视在功耗电路 - Google Patents

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Abstract

一种配网电源低视在功耗电路，涉及一种配网电源低视在功耗电路改进方面。解决现有电源稳态工作输出时，矫正输入端的PF值较低的技术问题，整流电路包括有分别与EMC滤波电路交流输出端连接的功率模块整流电路和PFC模块整流电路；所述功率模块整流电路直流输出端直接连接所述PWM控制电路，用于电源拉载瞬时峰值功率时，提供功率转换级能量；所述PFC模块整流电路的直流输出端经PFC电路后再连接所述PWM控制电路，用于电源处于轻载稳态工作时，提供PFC电路进行功率因数校正所需PFC级能量。提升电源模块在轻载稳态时的功率因数，使得轻载稳态时输入的视在功耗大大降低，输入谐波电流对电网的污染很小。

Description

一种配网电源低视在功耗电路
技术领域
本发明属于配网电源领域，特别涉及一种配网电源低视在功耗电路改进方面。
背景技术
配网电源在应用的环境中所面临的负载特点是：1.核心单元电路和通信设备，功耗比较稳定，通常功率一般在15W以内；2.需要补充蓄电池的电能，在充电时会有比较稳定的电能需求，电池充满电后所需电能很少，但需要对蓄电池实现冲放电管理；3.弹簧操作开关，开关在分合闸是瞬态功率比较大，通常达到500W左右，开关不动作时，没有功耗。国网公司规定电源在稳态工作带载核心单元和通信设备时的视在功耗不能超过30VA。
按照通用电源电路设计的方式目前市面上有两种形式的电源，如图1、图2所示：其中图1所示是传统的电源的制作形式，主要满足峰值功率要求能拖动弹簧操作开关，主要包括1、EMC滤波电路；2、高压整流电路；3、PWM控制电路；4、功率转换电路；5、输出整流滤波电路；6、输出检测保护电路； 7、电池管理模块等。这种形式的电源由于没有输入功率因数校正功能，谐波电流对电网的污染严重，而且不能满足配电终端设备（FTU/DTU）配套供电电源在稳态工作时视在功耗的要求，输入端的功率因数即PF值只有0.5左右，电源按照80%的效率计算，输出端带载15W，计算得出视在功耗S=15/0.8/0.5=37.5VA,实测稳态工作时的视在功耗为49VA。对现有技术原理电路的一种产品进行实际测试，电源轻载15W输出时输入视在功耗为49.4VA。
另一种形式的电源是在图1的基础上增加PFC（功率因数校正）电路，如图2所示，增加用于功率因数校正的PFC电路的目的是根据功率三角形中视在功率S=有功功率P/功率因数PF值，只有当PF值提升以后才能降低视在功率的要求；此类电源由于要满足瞬态峰值功率的要求，一般PFC电路的功率也需要做到500W左右，此时PFC级的拓扑形式一般采用电流CCM模式的PFC电路，电源在峰值功率时的功率因数即PF值达0.95以上，而当电源稳态工作输出15W功率时由于输入端的电流很小，PFC电路工作时的占空比较小，电压与电流的跟随性不好，导致矫正输入端的PF值只有0.7左右，电源按照80%的效率计算，输出端带载15W，计算得出视在功耗S=15/0.8/0.7=26.78VA，实测稳态工作时的视在功耗为28.2VA。然而此类电源由于增加同等级峰值功率的PFC电路使得成本上大大增加，而且稳态工作时视在功耗接近标准要求的限值 ，批量生产时由于元器件的离散性很难保证电源在稳态工作时视在功耗不超标的现象。
发明内容
综上所述，本发明的目的在于解决现有电源稳态工作输出时，矫正输入端的PF值较低，同等级峰值功率的PFC电路使得成本上大大增加，以及批量生产时由于元器件的离散性很难保证电源在稳态工作时视在功耗不超标的技术问题，而提出一种配网电源低视在功耗电路。
为解决本发明所提出的技术问题，采用的技术方案为：一种配网电源低视在功耗电路，包括EMC滤波电路、整流电路、PWM控制电路、功率转换电路、输出整流滤波电路、输出检测保护电路及电池管理模块；所述的EMC滤波电路连接交流电输入端，EMC滤波电路输出端依次经所述整流电路、PWM控制电路、功率转换电路、输出整流滤波电路及输出检测保护电路连接操作设备；所述输出整流滤波电路经电池管理模块连接电池，电池管理模块还连接PWM控制电路；其特征在于：所述的整流电路包括有分别与EMC滤波电路交流输出端连接的功率模块整流电路和PFC模块整流电路；所述功率模块整流电路直流输出端直接连接所述PWM控制电路，用于电源拉载瞬时峰值功率时，提供功率转换级能量；所述PFC模块整流电路的直流输出端经PFC电路后再连接所述PWM控制电路，用于电源处于轻载稳态工作时，提供PFC电路进行功率因数校正所需PFC级能量。
作为本发明进一步限定的技术方案包括有：
所述的PFC电路包括有PFC控制芯片，以及分别与PFC控制芯片连接的用于功率因数校正的功率因数补偿电路，用于对功率因数补偿电路进行电流检测及过流保护的过功率保护电路，及用于对所述功率模块整流电路直流输出端进行输出电压采样的输出电压取样电路。
所述的PFC控制芯片采用型号为FAN7930C的PFC控制芯片。
所述的功率因数补偿电路为由电感L5构成的主动式PFC电路。
所述的过功率保护电路包括有由PFC控制芯片驱动控制所述的功率因数补偿电路开启或关闭的MOS管Q27，以及用于对MOS管Q27流经的电流进行采样为PFC控制芯片提供电源采样信号的MOS电流检测电路。
本发明的有益效果为：本发明在原有电源设计的理念上提供一种新的思路，整流电路包括有功率模块整流电路和PFC模块整流电路；功率模块整流电路用于电源拉载瞬时峰值功率时，提供功率转换级能量；所述PFC模块整流电路用于电源处于轻载稳态工作时，提供PFC电路进行功率因数校正所需PFC级能量；既不受配电终端设备（FTU/DTU）配套供电电源在瞬态峰值功率的限制，又能满足稳态工作时提升PF值的要求，进而达到视在功耗的标准，且电路简单，成本低廉，适合大规模生产、测试应用。
与现有技术对比将大大提升电源模块在轻载稳态时的功率因数，使得轻载稳态时输入的视在功耗大大降低，输入谐波电流对电网的污染很小，谐波分量可以通过EN61000-3-2中的CLASS C等级，电路上虽说增加了功率模块整流，但整个PFC的功率可以做到很小，元器件在选型上大大降低了成本，整个电路控制方便，成熟可靠。与现有技术相比较，本发明具有以下优点：能够大大降低国网标准的低功耗要求，电路成熟，可靠，成本低廉，通用性强，电路实施容易，适合大规模生产及应用。
附图说明
图1是现有技术的一种电源原理框图；
图2是现有技术的另一种电源原理框图；
图3是本发明提供的电源原理框图；
图4实例的低功耗部分的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和本发明优选的具体实施例对本发明的结构作进一步地说明。
参照图3和图4中所示，本发明配网电源低视在功耗电路，包括EMC（电磁兼容性）滤波电路、整流电路、PWM控制电路、功率转换电路、输出整流滤波电路、输出检测保护电路及电池管理模块。
所述的EMC滤波电路连接交流电输入端，输入交流电经过EMC滤波电路进行EMC抑制后输出至整流电路。图4中F1为输入保险丝；压敏电阻VR1、电容CY1、电容CY2、电容CX1、电感L1、热敏电阻NTC组成输入EMC滤波电路，电阻R1、电阻R2、电阻R3为电容CX1的泄放电阻。
本发明的整流电路包括有分别与EMC滤波电路交流输出端连接的功率模块整流电路BRG1和PFC模块整流电路BD1；所述功率模块整流电路BRG1直流输出端经PFC+端直接连接所述PWM控制电路，功率模块整流电路BRG1用于电源拉载瞬时峰值功率时，提供功率转换级能量；所述PFC模块整流电路BD1的直流输出端经PFC电路后再经PFC+端连接所述PWM控制电路，PFC模块整流电路BD1用于电源处于轻载稳态工作时，提供PFC电路进行功率因数校正所需PFC级能量。
所述的PFC电路包括有型号为FAN7930C的PFC控制芯片U1，以及分别与PFC控制芯片U1连接的用于功率因数校正的功率因数补偿电路，用于对功率因数补偿电路进行电流检测及过流保护的过功率保护电路，及用于对所述功率模块整流电路直流输出端进行输出电压采样的输出电压取样电路。所述的功率因数补偿电路为由电感L5构成的主动式PFC电路。所述的过功率保护电路包括有受PFC控制芯片U1驱动，用于控制所述的功率因数补偿电路开启或关闭的MOS管Q27，以及用于对MOS管Q27流经的电流进行采样为PFC控制芯片U1提供电源采样信号的MOS电流检测电路。MOS电流检测电路由电阻R6、电阻R9及电容C4构成。所述的输出电压取样电路由电阻R10、电阻R11、电阻R12及电阻R 14构成。
PFC电路工作过程为：当电源处于轻载稳态输出时，输入交流电经过PFC模块整流电路BD1整流流至PFC级，PFC控制芯片U1驱动MOS管Q27导通，功率因数补偿电路正常工作，此时输入端功率因数得到校正，PF值达到0.97以上；当负载出现瞬态峰值功率时，PFC控制芯片U1检测到MOS管Q27流过大电流并进行过功率保护，PFC控制芯片U1驱动MOS管Q27断开，此时关闭输入端功率因数得校正输出；此时输出瞬态峰值功率将由功率模块整流电路BRG1整流后提供；当电源再次进入轻载稳态输出时，PFC控制芯片U1检测输出电压电流无过压过流信号，PFC控制芯片U1将重新驱动MOS管Q27导通，功率因数补偿电路正常工作。
本发明为了提高电源在轻载稳态时提高功率因数可将PFC电路的功率做到几十瓦以内，满足正常稳态的功率及补充电池充电时所需的功率即可，电源的PWM控制，功率转换，输出整流滤波、输出检测保护、电池管理模块等可不做更改，也即是PWM控制电路经功率转换电路、输出整流滤波电路及输出检测保护电路连接操作设备；所述输出整流滤波电路经电池管理模块连接电池，电池管理模块还连接PWM控制电路。当电源处于轻载稳态工作时，PFC功率校正处于正常工作状态，提高PF值达到0.97以上，当电源拉载瞬时峰值功率时，此时已远远超过PFC电路的输出功率了，这时PFC电路处于过流保护的状态，功率转换级的能量将从功率模块整流后提供，当瞬态峰值功率过渡到轻载稳态时，PFC电路将重新启动正常工作，这样既满足了瞬态峰值功率不受影响又能满足轻载稳态输出是低视在功耗的要求。
与现有技术对比将大大提升电源模块在轻载稳态时的功率因数，使得轻载稳态时输入的视在功耗大大降低，输入谐波电流对电网的污染很小，谐波分量可以通过EN61000-3-2中的CLASS C等级，电路上虽说增加了功率模块整流，但整个PFC的功率可以做到很小，元器件在选型上大大降低了成本，通用性强，整个电路控制方便，成熟可靠，4、电路实施容易，适合大规模生产及应用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的如何简单修改、等同变化及修饰，均乃属于本发明技术方案保护范围内。

Claims (5)

1.一种配网电源低视在功耗电路，包括EMC滤波电路、整流电路、PWM控制电路、功率转换电路、输出整流滤波电路、输出检测保护电路及电池管理模块；所述的EMC滤波电路连接交流电输入端，EMC滤波电路输出端依次经所述整流电路、PWM控制电路、功率转换电路、输出整流滤波电路及输出检测保护电路连接操作设备；所述输出整流滤波电路经电池管理模块连接电池，电池管理模块还连接PWM控制电路；其特征在于：所述的整流电路包括有分别与EMC滤波电路交流输出端连接的功率模块整流电路和PFC模块整流电路；所述功率模块整流电路直流输出端直接连接所述PWM控制电路，用于电源拉载瞬时峰值功率时，提供功率转换级能量；所述PFC模块整流电路的直流输出端经PFC电路后再连接所述PWM控制电路，用于电源处于轻载稳态工作时，提供PFC电路进行功率因数校正所需PFC级能量。
2.根据权利要求1所述的一种配网电源低视在功耗电路，其特征在于：所述的PFC电路包括有PFC控制芯片，以及分别与PFC控制芯片连接的用于功率因数校正的功率因数补偿电路，用于对功率因数补偿电路进行电流检测及过流保护的过功率保护电路，及用于对所述功率模块整流电路直流输出端进行输出电压采样的输出电压取样电路。
3.根据权利要求2所述的一种配网电源低视在功耗电路，其特征在于：所述的PFC控制芯片采用型号为FAN7930C的PFC控制芯片。
4.根据权利要求2所述的一种配网电源低视在功耗电路，其特征在于：所述的功率因数补偿电路为由电感L5构成的主动式PFC电路。
5.根据权利要求2所述的一种配网电源低视在功耗电路，其特征在于：所述的过功率保护电路包括有由PFC控制芯片驱动控制所述的功率因数补偿电路开启或关闭的MOS管Q27，以及用于对MOS管Q27流经的电流进行采样为PFC控制芯片提供电源采样信号的MOS电流检测电路。
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