CN109039052A - 基于pfc电路和谐振电路的单芯片控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于PFC电路和谐振电路的单芯片控制电路,该控制电路包括控制芯片、谐振电路以及PFC电路,控制芯片分别检测谐振电路、PFC电路的状态信号,且控制芯片向谐振电路、PFC电路发出控制信号以控制谐振电路、PFC电路的工作,PFC电路包括第一PFC电路以及第二PFC电路,第一PFC电路与第二PFC电路并联。本发明的基于PFC电路和谐振电路的单芯片控制电路适用于离线隔离的中等功率电源应用,并且采用单芯片的数字控制,使得应用比较灵活,使用范围比较广,可扩展性比较强,且成本较低。
Description
【技术领域】
本发明涉及电子技术领域,具体的,涉及一种基于PFC电路和谐振电路的单芯片控制电路。
【背景技术】
PFC的英文全称为“PowerFactorCorrecTIon”,意思是“功率因数校正”,作用是对输入电流波形进行控制,使其同步输入电压波形;LLC含有电感、电容和电阻元件的单口网络,在某些工作频率上,出现端口电压和电流波形相位相同的情况时,称电路发生谐振。能发生谐振的电路,称为谐振电路。
在市面上,比较常见的有单独的模拟交错式PFC控制芯片和单路PFC+半桥LLC的控制芯片。所以对于中等功率电源来讲,基本都是单个模拟芯片控制的单路PFC+LLC的方案,或者是一个PFC芯片控制PFC电路加上一个LLC芯片控制LLC电路的方案。总体来说,系统模块固化,不够灵活,延展性不高,且成本较高,维护调试不方便。
例如,在现有的离线式电源(100W至500W)基本是模拟芯片控制的有桥PFC+半桥LLC的方案,该模拟方案的电路不灵活,无法灵活按照要求进行调节,并且对于各个元器件参数的计算要求精确度高。然而,采用数字控制的PFC+LLC的方案一般都采用两个MCU控制芯片来控制,PFC电路和LLC电路分开控制,进一步地增加了系统成本。
【发明内容】
为了克服现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种基于PFC电路和谐振电路的单芯片控制电路,该控制电路适用于离线隔离的中等功率电源应用,并且采用单芯片的数字控制,使得应用比较灵活,使用范围比较广,以及可扩展性比较强,且成本较低。
为了解决上述问题,本发明所采用的技术方案如下:
基于PFC电路和谐振电路的单芯片控制电路,其包括控制芯片、谐振电路以及PFC电路,控制芯片分别检测谐振电路、PFC电路的状态信号,且控制芯片向谐振电路、PFC电路发出控制信号以控制谐振电路、PFC电路的工作;PFC电路包括第一PFC电路以及第二PFC电路,第一PFC电路与第二PFC电路并联;谐振电路包括变压器、第一整流桥、第一开关管以及第二开关管,第一开关管的栅极、第二开关管的栅极均与控制芯片电连接,第一开关管、第二开关管与变压器的初级线圈之间连接有第一电感,变压器的辅助线圈与第一整流桥电连接。
进一步的方案是,PFC电路还包括交流输入端、第二整流桥以及电解电容,交流输入端与第二整流桥电连接,电解电容分别与第一PFC电路的输出端、第二PFC电路输出端电连接。
更进一步的方案是,第一PFC电路包括第三开关管、第二电感以及第一二极管,第三开关管的栅极与控制芯片电连接,第二电感与第一二极管的正极电连接。
更进一步的方案是,第二PFC电路包括第四开关管、第三电感以及第二二极管,第四开关管的栅极与控制芯片电连接,第三电感与第二二极管电连接。
更进一步的方案是,谐振电路还包括第一电容、第二电容、第三二极管、第四二极管,第一电容与第二电容电连接,变压器的第一次级线圈与第三二极管的正极电连接,变压器的第二次级线圈与第四二极管的正极电连接。
更进一步的方案是,谐振电路还包括第一电阻,第一电阻与第二开关管的源极电连接。
更进一步的方案是,变压器与控制芯片之间还连接有电流传感器。
更进一步的方案是,控制芯片为MCU控制芯片。
由此可见,本发明提供的基于PFC电路和谐振电路的单芯片控制电路由两路交错的PFC电路、LLC半桥谐振电路和MCU控制部分组成,其中,MCU控制芯片通过对PFC电路和谐振电路一些状态量的检测,来实现对PFC电路和谐振电路工作过程的控制;两路交错的PFC电路可以根据功率等级确定选择单路或者两路,并且采用连续电流模式控制,可以降低MOS管的电流应力,减小输入电流和输出电压纹波;谐振电路通过对变压器增加一个辅助绕组,使辅助绕组电压与输出电压成比例,通过检测辅助绕组电压可以得到输出电压,对于输出电流检测,可以有效做到隔离。所以,本发明的单芯片控制电路适用于离线隔离的中等功率电源应用,并且采用单芯片的数字控制,使得应用比较灵活,使用范围比较广,以及可扩展性比较强,且成本较低。
【附图说明】
图1是本发明基于PFC电路和谐振电路的单芯片控制电路实施例的电路原理图。
【具体实施方式】
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不限用于本发明。
参见图1,本发明的基于PFC电路和谐振电路的单芯片控制电路包括控制芯片10、谐振电路20以及PFC电路30,控制芯片10分别检测谐振电路20、PFC电路30的状态信号,且控制芯片10向谐振电路20、PFC电路30发出控制信号以控制谐振电路20、PFC电路30的工作。优选的,控制芯片10为MCU控制芯片10。
其中,PFC电路30包括第一PFC电路以及第二PFC电路,第一PFC电路与第二PFC电路并联。可见,PFC电路30为两路交错的PFC电路,可以根据功率等级来确定选择单路或者两路,并且采用CCM(连续电流模式)控制,不仅可以降低MOS管的电流应力,而且可以减小输入电流和输出电压纹波。
第一PFC电路包括开关管Q2、电感L1以及二极管D1,开关管Q2的栅极与控制芯片10电连接,电感L1与二极管D1的正极电连接;第二PFC电路包括开关管Q3、电感L2以及二极管D2,开关管Q3的栅极与控制芯片10电连接,电感L2与二极管D2电连接。其中,控制芯片10发送第一PWM信号至开关管Q2的栅极,控制芯片10发送第二PWM信号至开关管Q3的栅极,开关管Q2的漏极连接在电感L4和二极管D1之间,开关管Q3的漏极连接在电感L1和二极管D2之间,第三开关管Q2的源极和开关管Q3的源极均接地。
在本实施例中,PFC电路30还包括交流输入端5、整流桥V1以及电解电容C1,交流输入端5与整流桥V1电连接,电解电容C1分别与第一PFC电路的输出端、第二PFC电路输出端电连接。具体地,电解电容C1的一端与二极管D1、二极管D2电连接,电解电容C1的另一端接地。
谐振电路20包括变压器T1、整流桥V2、开关管Q4以及开关管Q5,开关管Q4的栅极、开关管Q5的栅极均与控制芯片10电连接,开关管Q4、开关管Q5与变压器T1的初级线圈之间连接有电感L4,变压器T1的辅助线圈与整流桥V2电连接。其中,控制芯片10发送第三PWM信号至开关管Q4,控制芯片10发送第四PWM信号至开关管Q5,开关管Q4的源极与开关管Q5的漏极电连接,并且通过在变压器T1上增加一个辅助绕组,使辅助绕组电压与输出电压成比例,通过检测辅助绕组电压得到输出电压,且通过控制芯片10检测该输出电压。所以,在LLC半桥谐振电路中,通过对于变压器T1设计,增加一个辅助绕组,使辅助绕组电压与输出电压成比例,通过检测辅助绕组电压得到输出电压。此外,对于控制芯片10对输出电流的检测,是通过霍尔器件执行,可以有效做到隔离。并且,由于对于输出电压、电流都进行了检测,对于LLC工作模式既可以是恒压模式,也可以是恒流模式,或者是恒功率模式。由于LLC半桥谐振电路的输出电流是通过隔离器件检测,输出电压是间接检测,所以整个系统可以做到输入输出的隔离。
优选的,本实施例中所提到的开关管Q4、开关管Q5、第三开关管Q2以及开关管Q3均为MOS场效应管。
在本实施例中,谐振电路20还包括电容C2、电容C3、二极管D4、二极管D5、电阻R1,电容C2与电容C3电连接,变压器T1的第一次级线圈与二极管D4的正极电连接,变压器T1的第二次级线圈与二极管D5的正极电连接,电阻R1与开关管Q5的源极电连接。优选的,变压器T1与控制芯片10之间还连接有电流传感器MT3、电容C4。
由此可见,本发明提供的基于PFC电路和谐振电路的单芯片控制电路由两路交错的PFC电路30、LLC半桥谐振电路和MCU控制部分组成,其中,MCU控制芯片10通过对PFC电路30和谐振电路20一些状态量的检测,来实现对PFC电路30和谐振电路20工作过程的控制;两路交错的PFC电路30可以根据功率等级确定选择单路或者两路,并且采用连续电流模式控制,可以降低MOS管的电流应力,减小输入电流和输出电压纹波;谐振电路20通过对变压器T1增加一个辅助绕组,使辅助绕组电压与输出电压成比例,通过检测辅助绕组电压可以得到输出电压,对于输出电流检测,可以有效做到隔离。所以,本发明的单芯片控制电路适用于离线隔离的中等功率电源应用,并且采用单芯片的数字控制,使得应用比较灵活,使用范围比较广,以及可扩展性比较强,且成本较低。
需要说明的是,以上仅为本发明的优选实施例,但发明的设计构思并不局限于此,凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改,也均落入本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.基于PFC电路和谐振电路的单芯片控制电路,包括控制芯片、谐振电路以及PFC电路,其特征在于:
所述控制芯片分别检测所述谐振电路、所述PFC电路的状态信号,且所述控制芯片向所述谐振电路、所述PFC电路发出控制信号以控制所述谐振电路、所述PFC电路的工作;
所述PFC电路包括第一PFC电路以及第二PFC电路,所述第一PFC电路与所述第二PFC电路并联;
所述谐振电路包括变压器、第一整流桥、第一开关管以及第二开关管,所述第一开关管的栅极、所述第二开关管的栅极均与所述控制芯片电连接,所述第一开关管、所述第二开关管与所述变压器的初级线圈之间连接有第一电感,所述变压器的辅助线圈与所述第一整流桥电连接。
2.根据权利要求1所述的基于PFC电路和谐振电路的单芯片控制电路,其特征在于:
所述PFC电路还包括交流输入端、第二整流桥以及电解电容,所述交流输入端与所述第二整流桥电连接,所述电解电容分别与所述第一PFC电路的输出端、第二PFC电路输出端电连接。
3.根据权利要求2所述的基于PFC电路和谐振电路的单芯片控制电路,其特征在于:
所述第一PFC电路包括第三开关管、第二电感以及第一二极管,所述第三开关管的栅极与所述控制芯片电连接,所述第二电感与所述第一二极管的正极电连接。
4.根据权利要求3所述的基于PFC电路和谐振电路的单芯片控制电路,其特征在于:
所述第二PFC电路包括第四开关管、第三电感以及第二二极管,所述第四开关管的栅极与所述控制芯片电连接,所述第三电感与所述第二二极管电连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的基于PFC电路和谐振电路的单芯片控制电路,其特征在于:
所述谐振电路还包括第一电容、第二电容、第三二极管、第四二极管,所述第一电容与所述第二电容电连接,所述变压器的第一次级线圈与所述第三二极管的正极电连接,所述变压器的第二次级线圈与所述第四二极管的正极电连接。
6.根据权利要求1至4任一项所述的基于PFC电路和谐振电路的单芯片控制电路,其特征在于:
所述谐振电路还包括第一电阻,所述第一电阻与所述第二开关管的源极电连接。
7.根据权利要求1至4任一项所述的基于PFC电路和谐振电路的单芯片控制电路,其特征在于:
所述变压器与所述控制芯片之间还连接有电流传感器。
8.根据权利要求1至4任一项所述的基于PFC电路和谐振电路的单芯片控制电路,其特征在于:
所述控制芯片为MCU控制芯片。
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