CN108494242B - 一种抗雷击浪涌的单级pfc变换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗雷击浪涌的单级PFC变换器，包括：滤波电路，连接在电源的输出端；整流电路，与所述滤波电路的输出端连接；单级PFC电路，与所述整流电路的输出端连接；以及瞬时浪涌吸收电路，包括采样单元以及与所述采样单元电连接的吸收单元，所述采样单元与所述吸收单元连接，所述采样单元包括二极管、电解电容、电容和稳压二极管，所述瞬时浪涌吸收电路包括功率管，所述功率管的源极接地。本发明能检测单级PFC交换电路中异常高压情况，及时吸收浪涌并断开单级PFC电路，有效防止高压击穿，提高电路稳定性能，使低成本的单级PFC电路达到吸收8KV高电压的能力，大大降低电路成本。

Description

一种抗雷击浪涌的单级PFC变换器

技术领域

本发明涉及防浪涌技术，具体涉及一种抗雷击浪涌的单级PFC变换器。

背景技术

单级PFC(Power Factor Correction功率因数校正)拓扑这种结构电路比较简单，并且可以达到较高的PFC值，但是电路中取消了在原本电源开关电路中常见的电解电电容，取而代之的是小电容值的高压电容。正是由于没有了这个大电解电容，后级电路直接暴露在电网中，导致了单级PFC结构电路的防雷击能力大幅降低。虽然可以在交流输入部分并联压敏电阻，但也非常难通过较高级别的防雷要求。我们知道，不同的雷击浪涌电流流过相同压敏电压的压敏电阻时，电流越大残压越高。例如在230V交流市网中可以选择14D471压敏电阻，但在浪涌电流达1000A时其残压达1KV以上，对于没有大电解电容吸收的单级PFC电路无疑是致命的。因此通常只能适用于低级别要求的室内产品，无法满足较为恶劣的户外雷电自然环境。

发明内容

基于此，有必要针对较为恶劣的户外雷电自然环境，抗雷击浪涌的单级PFC变换器抗雷击浪涌能力弱的缺陷问题，提供一种抗雷击浪涌的单级PFC变换器。

一种抗雷击浪涌的单级PFC变换器，包括：

滤波电路，连接在电源的输出端；

整流电路，与所述滤波电路的输出端连接；

单级PFC电路，与所述整流电路的输出端连接；以及

瞬时浪涌吸收电路，包括采样单元以及与所述采样单元电连接的吸收单元，所述采样单元包括二极管、电解电容、电容和稳压二极管，所述二极管与所述整流电路的输出端连接，所述电解电容的正极与所述二极管负极连接且负极接地，所述电容的一端与所述二极管负极连接，所述稳压二极管连接于所述电容的另一端连接，所述吸收单元与所述采样单元的输出端连接，且所述吸收单元的输出端与所述单级PFC电路连接，所述瞬时浪涌吸收电路包括功率管，所述功率管的源极接地。

在其中一个实施例中，所述二极管包括第一二极管以及第二二极管，所述第一二极管与所述第二二极管并联。

在其中一个实施例中，所述采样单元还包括第二电阻，第二电阻与所述第一二极管以及所述第二二极管并联。

在其中一个实施例中，所述采样单元的稳压二极管包括第一稳压二极管、第二稳压二极管以及第三稳压二极管，所述采样单元还包括第一电阻、第三电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻以及第十三电阻，所述第十一电阻和第十二电阻并联且与所述第一稳压二极管正极连接，所述第一稳压二级管负极连接所述第三电阻一端，所述第三电阻另一端接地；所述第十三电阻与所述第二稳压二极管并联，所述第二稳压二极管负极连接于所述第十一电阻和第十二电阻之间且正极接地；所述第一电阻、第九电阻以及第十电阻依次串联，所述第三稳压二级管负极与所述第十电阻连接且正极接地。

在其中一个实施例中，所述功率管包括第一功率管、第二功率管以及第三功率管，所述第一功率管源极与所述第三功率管漏极连接，所述第三功率管栅极与所述第二功率管漏极连接。

在其中一个实施例中，所述功率管为MOS管。

在其中一个实施例中，所述吸收单元还包括第四电容、第三功率管、光耦输入端、第十六电阻、第十七电阻以及第四稳压二极管，所述第四电容一端与所述第三功率管栅极，另一端接地；所述第三功率管源极接整流电路的地，漏极接单级电路的地；所述第十七电阻一端与所述第三功率管源极连接，另一端与所述第三功率管漏极连接；所述第四稳压二极管负极连接于所述第十七电阻与所述第三功率管漏极之间，正极与所述第十六电阻连接；所述第十六电阻一端与所述第四稳压二极管正极连接，另一端与所述光耦输入端连接；所述光耦输入端一端连接于所述第十七电阻与所述第三功率管源极之间，另一端与所述第十六电阻连接。

在其中一个实施例中，所述吸收单元还包括第一功率管、第七电阻、第八电阻、第三电容以及光耦输出端，所述第七电阻一端与所述光耦输出端连接，另一端与所述单级PFC电路连接；所述光耦输出端一端与所述第七电阻连接，一端与所述第八电阻连接；所述第八电阻一端与所述光耦输出端连接，另一端与所述第三功率管漏极连接；所述第三电容一端连接于所述光耦输出端和所述第八电阻之间，另一端与所述第三功率管漏极连接；所述第一功率管栅极连接于所述光耦输出端和所述第八电阻之间，所述第一功率管源极接所述单级PFC电路的地，漏极与所述单级PFC电路连接。

本发明的抗雷击浪涌的单级PFC变换器，能检测单级PFC交换电路中异常高压情况，及时吸收浪涌并断开单级PFC电路，有效防止高压击穿，提高电路稳定性能，使低成本的单级PFC电路达到吸收8KV高电压的能力，大大降低电路成本。

附图说明

图1为本发明一实施例的抗雷击浪涌的单级PFC变换器电路图；

图2为图1的抗雷击浪涌的单级PFC变换器电路的瞬时浪涌吸收电路的放大图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，图1为本发明一实施例的抗雷击浪涌的单级PFC变换器电路图。

所述抗雷击浪涌的单级PFC变换器包括滤波电路10、整流电路20、单级PFC电路30以及瞬时浪涌吸收电路40。

滤波电路10连接在电源的输出端，用于将滤去电源输入电压中允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率信号成分通过。

整流电路20与所述滤波电路的输出端连接，用于将输入交流电整流为直流电输出，并且该直流输出与输入电压相对应，即输入电压变大时，直流输出相应变大，输入电压变小时，直流输出相应变小。

单级PFC电路30与所述整流电路的输出端连接，用于对输入电流波形进行控制，使其同步输入电压波形。

瞬时浪涌吸收电路40包括采样单元410以及与所述采样单元410电连接的吸收单元420，所述采样单元410包括二极管、电解电容、电容和稳压二极管，所述二极管与所述整流电路20的输出端连接，所述电解电容的正极与所述二极管的输出端连接且负极接地，所述电容的一端与所述二极管的输出端连接，所述稳压二极管连接于所述电容的另一端连接，所述吸收单元420与所述采样单元410的输出端连接，且所述吸收单元420的输出端与所述单级PFC电路30连接，所述瞬时浪涌吸收电路40包括功率管，所述功率管的源极S接地。

可选地，所述功率管包括第一功率管Q1、第二功率管Q2以及第三功率管Q3，所述第一功率管Q1源极S与所述第三功率管Q3漏极D连接，所述第三功率管Q3栅极G与所述第二功率管Q2漏极D连接。在一个实施例中，所述功率管为MOS管。

可选地，所述二极管包括第一二极管D1以及第二二极管D2，所述第一二极管D1与所述第二二极管D2并联。

如图2所示，图2为本发明图1瞬时浪涌吸收电路电路图。

所述瞬时浪涌吸收电路40，用于吸收瞬时浪涌高电压，包括采样单元410，吸收单元420。所述采样单元410与所述吸收单元420连接。

所述采样单元410包括整流电路输出端HV、第一二极管D1、第二二极管D2、第一稳压二级管ZD1、第二稳压二级管ZD2、第三稳压二级管ZD3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二阻R12、第十三电阻R13、第二功率管Q2、第一电解电容E1和第一电容C1。所述整流电路输出端HV通过所述第一电阻R1、所述第九电阻R9和所述第十电阻R10与所述第二功率管Q2漏极D连接，所述第二功率管Q2源极S接整流电路20的地，所述第一电阻R1、所述第九电阻R9和所述第十电阻R10依次串联。所述整流电路输出端HV通过所述第一二极管D1、所述第二二极管D2和所述第二电阻R2与所述第一电解电容E1正极连接，所述第一电解电容E1负极接地。所述第一电容C1一端与所述第一二极管D1负极、所述第二二极管D2负极和所述第二电阻R2连接于所述第一电解电容E1之间，另一端与所述第三电阻R3连接。所述第三电阻R3一端与所述第一电容C1连接，另一端接地。所述第一稳压二极管ZD1负极连接于所述第一电容C1和第三电阻R3之间，正极连接于所述第十一电阻R11和所述第十二电阻R12之间。所述第十一电阻R11与所述第十二电阻R12并联。所述第十三电阻R13一端与与所述第二功率管Q2栅极G连接，另一端接地。所述第二稳压二极管ZD2负极与所述第二功率管Q2栅极G连接，正极接地。所述第三稳压二极管ZD3负极连接于所述第十电阻R10和所述第二功率管Q2之间，正极接地。

所述第一电容C1用于脉冲高电压时，将所述第一稳压二极管ZD1导通。

所述吸收单元420包括第四电容C4、第三功率管Q3、第七电阻R7、第八电阻R8以及光耦输出端U1A。所述第四电容C4一端与所述第三功率管Q3栅极G，另一端接地。所述第三功率管Q3源极S接整流电路20的地，漏极D接单级PFC电路30的地。所述第十七电阻R17一端与所述第三功率管Q3源极S连接，另一端与所述第三功率管Q3漏极D连接。所述第四稳压二极管ZD4负极连接于所述第十七电阻R17与所述第三功率管Q3漏极D之间，正极与所述第十六电阻R16连接。所述第十六电阻R16一端与所述第四稳压二极管ZD4正极连接，另一端与所述光耦输入端U1B连接。所述光耦输入端U1B一端连接于所述第十七电阻与所述第三功率管Q3源极S之间，另一端与所述第十六电阻R16连接。

所述吸收单元还包括第一功率管Q1、第七电阻R7、第八电阻R8、第三电容C3以及光耦输出端U1A，所述第七电阻R7一端与所述光耦输出端U1A连接，另一端与所述单级PFC电路30连接。所述光耦输出端U1A一端与所述第七电阻R7连接，一端与所述第八电阻R8连接。所述第八电阻R8一端与所述光耦输出端U1A连接，另一端与所述第三功率管Q3漏极D连接。所述第三电容C3一端连接于所述光耦输出端U1A和所述第八电阻R8之间，另一端与所述第三功率管Q3漏极D连接。所述第一功率管Q1栅极G连接于所述光耦输出端U1A和所述第八电阻R8之间，所述第一功率管Q1源极S接单级PFC电路30的地。

所述瞬时浪涌吸收电路40一端与所述单级PFC电路30连接，另一端与所述整流电路20连接。具体地，所述瞬时浪涌吸收电路40中的所述第七电阻R7与所述单级PFC电路30中的VCC1端连接，所述第一功率管Q1漏极D与所述单级PFC电路30中的PWM端连接。

所述抗雷击浪涌的单级PFC变换器工作原理分析如下：

当电路中出现瞬时浪涌高电压时，整流后处于直流电压状态的所述第一电解电容E1，吸收一部分浪涌电压后，剩余浪涌会在所述第一电解电容E1正极端及整流回路中形成一个高电压尖峰，所述第一电解电容E1正极端高电压通过电容通交阻直的特性，电压尖峰通过所述第一电容C1，并在尖峰电压时间范围内将所述第一稳压二极管ZD1导通。当电压浪涌小于等于预设值，不导通所述第一稳压二级管ZD1；当电压浪涌大于预设值，导通所述第一稳压二级管ZD1。

所述第一稳压二极管ZD1导通后，在所述第二功率管Q2的栅极G形成瞬时高电平，所述第二功率管Q2漏极D和源极S对地导通，栅极G电压降低，处于导通状态的所述第三功率管Q3因栅极G(所述第二功率管Q2栅极G电压)低电平而瞬时断开；此时电源整流回路瞬时通过并联在所述第三功率管Q3源极S和漏极D的第十七电阻R17组成回路，所述第十七电阻R17设置较大的阻抗，可以短时间吸收整流回路中的浪涌高电压；同时通过所述第十七电阻两端的电压降导通并联其上的光耦输入端U1B；导通光耦输出端U1A使所述第一功率管Q1栅极G处于高电平，所述第一功率管Q1源极S和漏极D导通，将单级PFC电路30中的第五功率管Q5短时间内关断，切断电源回路保护电源各个器件，最终达到单级PFC交换电路吸收浪涌的效果,在雷雨天气也可正常工作。

本发明的抗雷击浪涌的单级PFC变换器，能检测单级PFC交换电路中异常高压情况，及时吸收浪涌并断开单级PFC电路，有效防止高压击穿，提高电路稳定性能，使低成本的单级PFC电路30达到吸收8KV高电压的能力，大大降低电路成本。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种抗雷击浪涌的单级PFC变换器，其特征在于，包括：

滤波电路，连接在电源的输出端；

整流电路，与所述滤波电路的输出端连接；

单级PFC电路，与所述整流电路的输出端连接；以及

瞬时浪涌吸收电路，包括采样单元以及与所述采样单元电连接的吸收单元，所述采样单元包括二极管、电解电容、电容和稳压二极管，所述二极管与所述整流电路的输出端连接，所述电解电容的正极与所述二极管负极连接且负极接地，所述电容的一端与所述二极管负极连接，所述稳压二极管连接于所述电容的另一端，所述吸收单元与所述采样单元的输出端连接，且所述吸收单元的输出端与所述单级PFC电路连接，所述瞬时浪涌吸收电路包括功率管，所述功率管的源极接地；所述二极管包括第一二极管以及第二二极管，所述第一二极管与所述第二二极管并联；

所述采样单元的稳压二极管包括第一稳压二极管、第二稳压二极管以及第三稳压二极管，所述采样单元还包括第一电阻、第三电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻以及第十三电阻，所述第十一电阻和第十二电阻并联且与所述第一稳压二极管正极连接，所述第一稳压二极管负极连接所述第三电阻一端，所述第三电阻另一端接地；所述第十三电阻与所述第二稳压二极管并联，所述第二稳压二极管负极连接于所述第十一电阻和第十二电阻之间且正极接地；所述第一电阻、第九电阻以及第十电阻依次串联，所述第三稳压二极管负极与所述第十电阻连接且正极接地。

2.根据权利要求1所述的抗雷击浪涌的单级PFC变换器，其特征在于，所述采样单元还包括第二电阻，第二电阻与所述第一二极管以及所述第二二极管并联。

3.根据权利要求1所述的抗雷击浪涌的单级PFC变换器，其特征在于，所述功率管包括第一功率管、第二功率管以及第三功率管，所述第一功率管源极与所述第三功率管漏极连接，所述第三功率管栅极与所述第二功率管漏极连接。

4.根据权利要求1所述的抗雷击浪涌的单级PFC变换器，其特征在于，所述功率管为MOS管。

5.根据权利要求1所述的抗雷击浪涌的单级PFC变换器，其特征在于，所述吸收单元还包括第四电容、第三功率管、光耦输入端、第十六电阻、第十七电阻以及第四稳压二极管，所述第四电容一端与所述第三功率管栅极连接，另一端接地；所述第三功率管源极接整流电路的地，漏极接单级电路的地；所述第十七电阻一端与所述第三功率管源极连接，另一端与所述第三功率管漏极连接；所述第四稳压二极管负极连接于所述第十七电阻与所述第三功率管漏极之间，正极与所述第十六电阻连接；所述第十六电阻一端与所述第四稳压二极管正极连接，另一端与所述光耦输入端连接；所述光耦输入端一端连接于所述第十七电阻与所述第三功率管源极之间，另一端与所述第十六电阻连接。

6.根据权利要求1所述的抗雷击浪涌的单级PFC变换器，其特征在于，所述吸收单元还包括第一功率管、第七电阻、第八电阻、第三电容以及光耦输出端，所述第七电阻一端与所述光耦输出端连接，另一端与所述单级PFC电路连接；所述光耦输出端一端与所述第七电阻连接，一端与所述第八电阻连接；所述第八电阻一端与所述光耦输出端连接，另一端与第三功率管漏极连接；所述第三电容一端连接于所述光耦输出端和所述第八电阻之间，另一端与所述第三功率管漏极连接；所述第一功率管栅极连接于所述光耦输出端和所述第八电阻之间，所述第一功率管源极接所述单级PFC电路的地，漏极与所述单级PFC电路连接。