CN110165883A - 一种无桥pfc电路及变频产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无桥PFC电路及变频产品，包括由四个整流二极管连接而成的桥式整流电路，在其中一个上桥整流二极管和与其连接的下桥整流二极管上分别并联有一个功率开关管，在两个下桥整流二极管的阳极之间连接有一采样电阻，在采样电阻与并联有功率开关管的下桥整流二极管的连接节点处设置电流信号采样点，控制电路根据交流输入电源的电压信号以及电流信号采样点的电流信号生成驱动信号控制两个功率开关管通断，使电流波形同步于交流输入电源的电压波形，达到功率因数校正的目的。本发明的PFC电路将功率因数校正电路与整流电路共用,省却了一个单独的PFC电路环节,减少了电路损耗,使得交直流电源转换效率明显提升。

Description

一种无桥PFC电路及变频产品

技术领域

本发明属于电源电路技术领域，具体地说，是涉及一种用于交流-直流转换过程中的功率因数校正电路。

背景技术

为了满足家电产品的节能要求，变频产品得到了快速发展。目前的变频产品，其电源电路大多需要经历从交流→直流→交流的电源转换过程，在转换过程中电流和电压之间的相位差会造成转换功率的损失，此时便需要功率因数校正电路来提高电源电路的功率因数。

功率因数校正电路，即PFC（Power Factor Correction）电路，其作用是对电流波形进行控制，使其同步于输入电压的波形。传统的PFC电路如图1所示，连接在由四个二极管D1-D4组成的整流桥与大容量的储能电容C1之间，包括电感L1、升压二极管D5、开关管Q1和驱动芯片等主要组成部分。其中，驱动芯片根据交流输入电源AC的电压变化，生成脉冲信号控制开关管Q1导通或关断。电感L1在开关管Q1导通的期间储存能量，在开关管Q1关断的期间将其储存的能量输出，通过升压二极管D5对大容量的充能电容C1充电，实现功率因数的补偿。

如图1可见，传统的PFC电路在实际应用过程中是需要外接整流桥的，交流输入电源AC首先通过整流桥进行交流-直流（AC-DC）的转换，然后将生成的直流电源传送至PFC电路进行功率因数校正过程。这种电路设计的缺点是AC-DC转换效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无需外接整流桥的PFC电路，通过控制交直流转换过程与功率因数校正过程同步进行，可以实现电源转换效率的明显提升。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一方面，本发明提出了一种无桥PFC电路，包括桥式整流电路、电感、采样电阻、交流检测电路和控制电路；其中，所述桥式整流电路的交流侧接收交流输入电源，直流侧连接直流输出端，包括两个上桥整流二极管和两个下桥整流二极管，在其中一个上桥整流二极管和与其相连的下桥整流二极管上分别并联有一个功率开关管，对应为上桥功率开关管和下桥功率开关管；所述电感串联在交流输入电源的传输线路中；所述采样电阻连接在两个下桥整流二极管的阳极之间，在采样电阻与并联有功率开关管的下桥整流二极管的连接节点处设置电流信号采样点；所述交流检测电路用于检测所述交流输入电源的电压信号；所述控制电路接收所述交流检测电路检测到的电压信号，在交流电压的正半周期间，关闭上桥功率开关管，控制下桥功率开关管通断，并在下桥功率开关管开通期间采集所述电流信号采样点的电流信号；在交流电压的负半周期间，关闭下桥功率开关管，控制上桥功率开关管通断，并在上桥功率开关管关闭期间采集所述电流信号采样点的电流信号；所述控制电路结合采集到的电流信号和电压信号，按照PFC控制算法进行PFC控制。

另一方面，本发明还提出了一种变频产品，包括储能电容、逆变电路、交流负载和无桥PFC电路；所述无桥PFC电路包括桥式整流电路、电感、采样电阻、交流检测电路和控制电路；其中，所述桥式整流电路的交流侧接收交流输入电源，直流侧连接直流输出端，包括两个上桥整流二极管和两个下桥整流二极管，在其中一个上桥整流二极管和与其相连的下桥整流二极管上分别并联有一个功率开关管，对应为上桥功率开关管和下桥功率开关管；所述电感串联在交流输入电源的传输线路中；所述采样电阻连接在两个下桥整流二极管的阳极之间，在采样电阻与并联有功率开关管的下桥整流二极管的连接节点处设置电流信号采样点；所述交流检测电路用于检测所述交流输入电源的电压信号；所述控制电路接收所述交流检测电路检测到的电压信号，在交流电压的正半周期间，关闭上桥功率开关管，控制下桥功率开关管通断，并在下桥功率开关管开通期间采集所述电流信号采样点的电流信号；在交流电压的负半周期间，关闭下桥功率开关管，控制上桥功率开关管通断，并在上桥功率开关管关闭期间采集所述电流信号采样点的电流信号；所述控制电路结合采集到的电流信号和电压信号，按照PFC控制算法进行PFC控制；所述储能电容与所述无桥PFC电路的直流输出端相并联，通过所述直流输出端输出的直流电源对所述储能电容充电，并传输至所述逆变电路；所述逆变电路将直流电源逆变成交流电源为所述交流负载供电。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

（1）本发明将整流电路与功率因数校正电路合二为一，形成无桥PFC电路，由此可以省却一个单独的PFC电路环节，从而减少了电路的损耗，简化了电路设计；

（2）本发明的无桥PFC电路在对交流输入电源进行交流-直流转换控制的过程中，可以同时完成功率因数校正过程，由此可以显著提升PFC电路的电源转换效率，减少功率损失，节约电能；

（3）本发明通过在两个下桥整流二极管的阳极之间连接采样电阻进行电流取样，由此可以在交流输入电源的正半周期获取到电感充电阶段的电流，并在交流输入电源的负半周期获取到续流阶段的电流，使得电流采样均在低压侧完成，从而实现了电流采样的简单化，便于与控制电路进行电路匹配；

（4）本发明将采样电阻布设在整流桥的低压侧，相比常见的在高压侧布设采样电阻或其他采样电路，无需考虑安规问题，只需选择常规的电阻器件且无需针对电阻器件增设高压保护措施，即可满足电路设计要求，从而可以显著降低硬件成本。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为传统PFC电路的原理图；

图2为本发明所提出的无桥PFC电路的一种实施例的电路原理框图；

图3为图2所示的无桥PFC电路工作在交流输入电源的正半周期间且电感充电过程的电流流向图；

图4为图2所示的无桥PFC电路工作在交流输入电源的正半周期间且电路续流过程的电流流向图；

图5为图2所示的无桥PFC电路工作在交流输入电源的负半周期间且电感充电过程的电流流向图；

图6为图2所示的无桥PFC电路工作在交流输入电源的负半周期间且电路续流过程的电流流向图；

图7为从电流信号采样点采集到的电流波形图；

图8为图2中的上桥驱动电路和下桥驱动电路的一种实施例的电路原理图；

图9为本发明所提出的变频产品的一种实施例的电路原理框图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语 “左”、“右”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

首先参照图2，对本实施例的无桥PFC电路的整体架构进行详细说明。

如图2所示，本实施例的无桥PFC电路包括四个整流二极管V103-V106、两个功率开关管V101、V102、电感L101、采样电阻Rs、交流检测电路和控制电路等主要组成部分。其中，整流二极管V103、V105为上桥整流二极管，连接PFC电路的直流输出端的正极P，分别定义为第一上桥整流二极管V103和第二上桥整流二极管V105；整流二极管V104、V106为下桥整流二极管，连接PFC电路的直流输出端的负极G，分别定义为第一下桥整流二极管V104和第二下桥整流二极管V106；两个功率开关管V101、V102分别与第一上桥整流二极管V103和第一下桥整流二极管V104对应并联，分别定义为上桥功率开关管V101和下桥功率开关管V102。

本实施例优选将第一上桥整流二极管V103的阴极连接至PFC电路的直流输出端的正极P，阳极通过电感L101连接交流输入电源AC，例如连接交流输入电源AC的火线L；将第二上桥整流二极管V105的阴极连接至PFC电路的直流输出端的正极P，阳极连接交流输入电源AC，例如连接交流输入电源AC的零线N；将第一下桥整流二极管V104的阴极通过电感L101连接交流输入电源AC，例如连接交流输入电源AC的火线L（即，第一下桥整流二极管V104的阴极连接第一上桥整流二极管V103的阳极），阳极通过采样电阻Rs连接第二下桥整流二极管V106的阳极，然后连接至PFC电路的直流输出端的负极G。将第二下桥整流二极管V106的阴极连接交流输入电源AC，例如连接交流输入电源AC的零线N（即，第二下桥整流二极管V106的阴极连接第二上桥整流二极管V105的阳极），阳极连接至PFC电路的直流输出端的负极G。

在本实施例中，四个整流二极管V103-V106连接形成桥式整流电路，使本实施例的PFC电路在使用时无需外接整流桥，因此，称本实施例的PFC电路为“无桥”PFC电路。在本实施例的无桥PFC电路中，第一上桥整流二极管V103、第一下桥整流二极管V104、上桥功率开关管V101和下桥功率开关管V102应选用具有同级别的高速开关特性的高频快速恢复二极管和高频功率开关器件，第二上桥整流二极管V105和第二下桥整流二极管V106可选用工频整流用的低频二极管。

为了在交直流转换的同时实现功率因数校正，本实施例在第一上桥整流二极管V103的两端并联一个上桥功率开关管V101，在第一下桥整流二极管V104的两端并联一个下桥功率开关管V102，两个功率开关管V101、V102可以选用IGBT或MOSFET等功率半导体开关器件。以IGBT功率开关管为例进行说明，将上桥功率开关管V101的集电极连接至第一上桥整流二极管V103的阴极，将上桥功率开关管V101的发射极连接至第一上桥整流二极管V103的阳极，使上桥功率开关管V101的开关通路与第一上桥整流二极管V103并联；同时，将上桥功率开关管V101的门极连接至控制电路，利用控制电路输出的上桥驱动信号Hi对上桥功率开关管V101进行通断控制。同理，将下桥功率开关管V102的集电极连接至第一下桥整流二极管V104的阴极，将下桥功率开关管V102的发射极连接至第一下桥整流二极管V104的阳极，使下桥功率开关管V102的开关通路与第一下桥整流二极管V104并联；同时，将下桥功率开关管V102的门极连接至控制电路，在控制电路输出的下桥驱动信号Li的控制下通断。

为了使电流波形能够同步于交流输入电源AC的电压波形，以提高电源的功率因数，本实施例在交流输入电源AC侧连接交流检测电路，检测交流输入电源AC的电压信号Vac，并发送至所述控制电路。并且，在采样电阻Rs与第一下桥整流二极管V104的连接节点处设置电流信号采样点A。所述控制电路根据交流输入电源AC的电压信号Vac，判断出交流电压的过零点及正负半周极性，并采集所述电流信号采样点A的电流信号Is。将电压信号和电流信号代入PFC控制算法，并最终生成上桥驱动信号Hi和下桥驱动信号Li，分别控制上桥功率开关管V101和下桥功率开关管V102通断，使得电流波形能够跟随交流输入电源AC的电压波形同步正弦变化，继而达到功率因数校正的目的。所述PFC控制算法为公知的经典PFC算法，这里不再敷述。

下面结合图3-图6，对本实施例的无桥PFC电路的工作原理进行详细阐述。

在实际应用过程中，在无桥PFC电路的直流输出端P、N并联大容量的储能电容C101，将负载连接在储能电容C101的后级，构成完整的系统电路。

在无桥PFC电路接通交流输入电源AC后，控制电路首先接收交流检测电路采集到的电压信号Vac，判断出交流电压的过零点及正负半周极性。

在交流电压的正半周期间，控制电路输出用于控制上桥功率开关管V101保持关断的上桥驱动信号Hi，以及用于控制下桥功率开关管V102不断通断的下桥驱动信号Li，例如下桥脉冲信号Li。其中，

在下桥功率开关管V102受控导通期间，电路电流的流通路径如图3所示：从交流输入电源AC的火线L端出发，经电感L101、下桥功率开关管V102、采样电阻Rs、第二下桥整流二极管V106回到交流输入电源AC的零线N端。采集流电流信号采样点A的电流信号Is，发送至控制电路。在此期间，电感L101短路充电，直到下桥功率开关管V102受控关断，进入续流过程。

在下桥功率开关管V102关断期间，电路电流的流通路径如图4所示：从交流输入电源AC的火线L端出发，经电感L101、第一上桥整流二极管V103、储能电容C101和负载、第二下桥整流二极管V106回到交流输入电源AC的零线N端。由于电流不经过采样电阻Rs，因此电流信号Is=0。在此期间，电感L101向后级释放能量。

如此，控制电路在交流电压的正半周期间不断地控制下桥功率开关管V102导通、关断，进而不断地对电感L101进行充放电控制，直到交流电压的正半周结束，进入交流电压的负半周控制。

在交流电压的负半周期间，控制电路输出用于控制下桥功率开关管V102保持关断的下桥驱动信号Li，以及用于控制上桥功率开关管V101不断通断的上桥驱动信号Hi，例如上桥脉冲信号Hi。其中，

在上桥功率开关管V101受控导通期间，电路电流的流通路径如图5所示：从交流输入电源AC的零线N端出发，经第二上桥整流二极管V105、上桥功率开关管V101、电感L101回到交流输入电源AC的火线L端。由于电流不经过采样电阻Rs，因此电流信号Is=0。在此期间，电感L101短路充电，直到上桥功率开关管V101受控关断，进入续流过程。

在上桥功率开关管V101关断期间，电路电流的流通路径如图6所示：从交流输入电源AC的零线N端出发，经第二上桥整流二极管V105、储能电容C101和负载、采样电阻Rs、第一下桥整流二极管V104、电感L101回到交流输入电源AC的火线L端。采集电流信号采样点A的电流信号Is，发送至控制电路。在此期间，电感L101向后级负载释放能量。

如此，控制电路在交流电压的负半周期间不断地控制上桥功率开关管V101导通、关断，进而不断地对电感L101进行充放电控制，直到交流电压的负半周结束，再次进入交流电压的正半周控制。

图7为交流电压在一个周期内变化时，电流信号采样点A的电流波形。由图7可见，在交流电压的正半周期间，经过电流信号采样点A的电流是充电电流，所以单个电流脉冲波形中电流是逐渐增大的；在交流电压的负半周期间，经过电流信号采样点A的电流是续流电流，所以单个电流脉冲波形中电流是逐渐减小的。设计控制电路提取出每一个采样时段的中间时刻（如图7中的t1、t2、t3、k1、k2、k3等时刻）所对应的电流值，作为PFC控制算法的输入信号，以与交流输入电源AC的电压信号相匹配，进而调整脉冲信号Hi、Li的周期和/或占空比，以使得电流波形能够同步于交流输入电源AC的电压波形，如图7中虚线所示的正弦波形。

为了对电流信号Is实现更好地检测，可以将电流信号Is经放大电路进行适当地放大处理后，再传送到所述控制电路。

由于在下桥功率开关管V102导通期间，电路电流流经采样电阻Rs，因此控制电路可以根据电流信号Is判断流过下桥功率开关管V102的电流是否过高，并在检测到电流信号Is超过设定阈值时，通过停止输出下桥驱动信号Li，以控制下桥功率开关管V102关断，实现对下桥功率开关管V102的过流保护。

而对于上桥功率开关管V101而言，由于在上桥功率开关管V101导通期间，采样电阻Rs上是无电流流过的，为了避免上桥功率开关管V101发生过流损坏，本实施例在PFC电路中增加上桥电流取样装置，利用上桥电流取样装置采集流过上桥功率开关管V101的电流Isw，并传送至控制电路。所述控制电路在检测到流过上桥功率开关管V101的电流大于设定阈值时，可以控制上桥功率开关管V101关断，以达到过流保护、提高PFC电路可靠性的目的。

作为控制电路的一种优选设计方案，本实施例的控制电路优选包括主控芯片、上桥驱动电路和下驱动电路等组成部分，如图2所示。其中，主控芯片用于接收交流检测电路检测到的电压信号Vac以及电流信号采样点A的电流信号Is，并利用常规的PFC控制算法计算生成上桥控制信号Hin和下桥控制信号Lin，分别传输至上桥驱动电路和下驱动电路，进而通过上桥驱动电路生成上桥驱动信号Hi对上桥功率开关管V101进行通断控制，通过下桥驱动电路生成下桥驱动信号Li，对下桥功率开关管V102进行通断控制。

如图8所示，本实施例的上桥驱动电路和下桥驱动电路主要包括接口单元、控制单元、上桥驱动单元、过流保护单元和下桥驱动单元等组成部分。其中，上桥驱动单元包括两个超级结MOS管Q103、Q104、两个上拉电阻R101、R102、一个RS触发器N104和一个输出驱动电路Q105。将RS触发器N104的触发端S和复位端R分别通过上拉电阻R101、R102连接至上桥驱动电路的直流供电端VC，并分别通过超级结两个MOS管Q103、Q104进行开关信号控制。接口单元连接主控芯片，接收主控芯片输出的上桥控制信号Hin和下桥控制信号Lin，进而通过控制单元转换生成两路上桥脉冲信号Hin_1、Hin_2和两路下桥脉冲信号Lin_1、Lin_2。其中，两路上桥脉冲信号Hin_1、Hin_2分别控制两个超级结MOS管Q103、Q104通断，进而通过RS触发器N104的输出端Q产生与上桥驱动信号Hi保持一致的开关控制信号，进而通过输出驱动电路Q105输出上桥驱动信号Hi至上桥功率开关管V101的门极，对所述上桥功率开关管V101进行通断控制。下桥驱动单元主要包括RS触发器N105和输出驱动电路Q106。其中，RS触发器N105的触发端S和复位端R分别接收控制单元输出的两路下桥脉冲信号Lin_1、Lin_2，输出与下桥驱动信号Li保持一致的开关控制信号，进而通过输出驱动电路Q106输出下桥驱动信号Li至下桥功率开关管V102的门极，对所述下桥功率开关管V102进行通断控制。

为了对流过上桥功率开关管V101的电流进行采样，本实施例选用带有镜像取样支路的IGBT或MOSFET功率半导体器件作为所述的上桥功率开关管V101。根据功率半导体器件的原理可知，上桥功率开关管V101的主体器件从E2点流过电流Io时，镜像取样支路从E1点流过电流Iws，Io与Iws的比值为固定值n，且n为大于0的常数。在电流取样装置中设置取样电阻Rsw，连接在E1点与上桥参考基准点VS（上桥功率开关管V101与电感L101的连接节点）之间，用于将采样电流Iws转换成采样电压Vb。

以上桥参考基准点VS为参考点，E1点的电压为Vb，则有：Vb=Rsw×Io/n。设Io的过电流保护值为Io1，即设定阈值，则Vref2= Rsw×Io1/n。当电流Io大于Io1时，则Vb>Vref2，关断上桥功率开关管V101，执行过电流保护。

为了在流过上桥功率开关管V101的电流Io大于设定阈值Io1时，能够及时关断上桥功率开关管V101，本实施例在过流保护单元中设置有第一比较器N103、与门102、延时电路、保护信号生成模块等主要组成部分。其中，将采样电压Vb传输至第一比较器N103的同相输入端+，将第一参考电压Vref2传输至第一比较器N103的反相输入端-，将第一比较器N103的输出端连接至与门N102的其中一个输入端，与门N102的另外一个输入端接收RS触发器N104输出的开关控制信号，与门N102的输出端连接延时电路和保护信号生成模块。

当流过上桥功率开关管V101的电流Io≤Io1时，Vb≤Vref2，第一比较器N103输出低电平（无效的过流检测信号），此时无论RS触发器N104输出的开关控制信号为高电平还是低电平，与门N102均输出低电平，保护信号生成模块不输出过流保护信号Iover。此时，控制单元正常运行，根据接收到的上桥控制信号Hin生成两路上桥脉冲信号Hin_1、Hin_2，经由上桥驱动单元正常输出上桥驱动信号Hi，控制上桥开关管V101正常通断。

反之，当流过上桥功率开关管V101的电流Io>Io1时，Vb>Vref2，第一比较器N103输出高电平（有效的过流检测信号）。此时，当RS触发器N104输出的开关控制信号为高电平时（上桥功率开关管V101在桥驱动信号Hi为高电平时导通），与门N102输出高电平，一方面发送至保护信号生成模块，另一方面传输至延时电路。所述延时电路在与门N102输出高电平的持续时间达到设定时间时，生成过流有效信号发送至保护信号生成模块。保护信号生成模块在接收到所述过流有效信号且与门N102保持输出高电平的情况下，输出过流保护信号Iover至控制单元。此时，控制单元停止输出上桥脉冲信号Hin_1、Hin_2，使上桥驱动信号Hi为低电平，关断上桥开关管V101，实现过流保护。同时，控制单元可以对外输出过电流告警信号。

本实施例在过流保护单元中设置延时电路，其作用是在PFC电路受到干扰导致与门N102短时间输出高电平时，可以有效阻止保护信号生成模块输出过流保护信号Iover，继而消除干扰影响，提高PFC电路工作的可靠性。

作为所述延时电路的一种优选设计方案，本实施例在延时电路中设置有恒流源A101、第二比较器N101和电容C102。所述恒流源A101连接与门N102的输出端，在与门N102输出高电平时输出恒定电流为电容C102充电。将电容C102连接在第二比较器N101的同相输入端+与上桥参考基准点VS之间，第二比较器N101的反相输入端-接收第二参考电压Vref1。在与门N102持续输出高电平时，恒流源A101持续输出恒定电流为电容C102充电，设置恒流源A101在持续输出恒定电流的时间达到所述设定时间时，电容C102上的充电电压超过第二参考电压Vref1，此时第二比较器N101输出高电平有效的过流有效信号至保护信号生成模块。本实施例的保护信号生成模块可以采用单片机或者与非门等集成或分立器件实现，在接收到高电平有效的过流有效信号并且与门N102输出高电平时，输出过流保护信号Iover至控制单元。在所述保护信号生成模块与控制单元之间还可以进一步连接PMOS管Q101和开关管Q102，如图8所示，以用于过流保护信号Iover从高压到低压的转换。

由于上桥驱动电路在工作过程中存在某些电子器件需要直流供电的情况，为了保证上桥驱动电路可靠运行，本实施例在PFC电路中还设置有自举二极管V201和电容C201，如图8所示。其中，将自举二极管V201的阳极连接至直流电源VD，所述直流电源VD可由外部提供，将自举二极管V201的阴极连接至上桥驱动电路的直流供电端VC，上桥驱动电路中需要直流供电的电子器件或电子线路可以连接至所述直流供电端VC，以获取直流电源。将电容C201的正极连接至上桥驱动电路的直流供电端VC，负极连接至上桥功率开关管V101与下桥功率开关管V102的连接节点处，即上桥参考基准点VS的位置。

当交流输入电源AC的电压处于正半周时，上桥功率开关管V101不工作，在下桥功率开关管V102导通期间，电容C201的负极经下桥功率开关管V102连接到参考地（PFC电路的负极G连接参考地）。此时，直流电源VD通过自举二极管V201给电容C201充电，并为上桥驱动电路提供所需的直流电源。在下桥功率开关管V102关断期间，电容C201负极处的电压抬升，自举二极管V201关断，实现上桥驱动电路的直流供电端VC与直流电源VD之间的隔离，此时，电容C201放电，为上桥驱动电路提供所需的直流电源。

当交流输入电源AC的电压处于负半周时，下桥功率开关管V102不工作，在上桥功率开关管V101导通期间，自举二极管V201关断，利用电容C201输出的电能为上桥驱动电路供电。在上桥功率开关管V101关断期间，第一下桥整流二极管V104处于续流状态，此时电容C201的负极与参考地连通，直流电源VD通过自举二极管V201给电容C201充电，并向上桥驱动电路提供直流供电。

如此，便可维持直流供电端VC的电压稳定，为上桥驱动电路提供稳定的直流电源。

为了减少自举二极管V201的冲击电流，本实施例优选采用内部等效于集成有一个串联且阻值小于200Ω的限流电阻的二极管作为所述的自举二极管V201，以进一步提高PFC电路工作的可靠性。

对于下桥功率开关管V102的过流保护，本实施例利用主控芯片检测电流信号采样点A的电流信号Is是否超过设定阈值，若超过设定阈值，则主控芯片可以停止输出下桥控制信号Lin，以控制所述控制单元停止输出下桥脉冲信号Lin_1、Lin_2，进而控制下桥驱动单元关断下桥功率开关管V102，进入过流保护状态。

下桥驱动电路中电子器件或电子线路所需的直流供电可以由直流电源VD提供。

将本实施例的PFC电路应用在变频产品中，例如变频空调、变频冰箱等家电产品，此时，可以在PFC电路的直流输出端P、G并联大容量的储能电容C101，如图9所示。利用本实施例的PFC电路对交流输入电源AC进行交直流转换及功率因数校正后，输出直流电源对储能电容C101充电，进而生成稳定的直流电源Vdc传输至变频产品中的逆变电路，利用逆变电路将直流电源Vdc逆变成所需频率和相位的三相交流电源U、V、W，为变频产品中的交流负载（例如压缩机等）供电，以进一步提升变频产品的节能效果。

当然，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种无桥PFC电路，其特征在于，包括：

桥式整流电路，其交流侧接收交流输入电源，直流侧连接直流输出端，包括两个上桥整流二极管和两个下桥整流二极管，在其中一个上桥整流二极管和与其相连的下桥整流二极管上分别并联有一个功率开关管，对应为上桥功率开关管和下桥功率开关管；

电感，其串联在交流输入电源的传输线路中；

采样电阻，其连接在两个下桥整流二极管的阳极之间，在采样电阻与并联有功率开关管的下桥整流二极管的连接节点处设置电流信号采样点；

交流检测电路，其用于检测所述交流输入电源的电压信号；

控制电路，其接收所述交流检测电路检测到的电压信号，在交流电压的正半周期间，关闭上桥功率开关管，控制下桥功率开关管通断，并在下桥功率开关管开通期间采集所述电流信号采样点的电流信号；在交流电压的负半周期间，关闭下桥功率开关管，控制上桥功率开关管通断，并在上桥功率开关管关闭期间采集所述电流信号采样点的电流信号；所述控制电路结合采集到的电流信号和电压信号，按照PFC控制算法进行PFC控制。

2.根据权利要求1所述的无桥PFC电路，其特征在于，所述控制电路将采集到的所述电流信号和电压信号代入常规PFC控制算法，生成上桥驱动信号和下桥驱动信号，分别控制所述上桥功率开关管和下桥功率开关管通断，使电流波形同步于交流电源的电压波形。

3.根据权利要求1所述的无桥PFC电路，其特征在于，

所述两个上桥整流二极管分别为：

第一上桥整流二极管，其阳极通过所述电感连接交流输入电源的火线，阴极连接直流输出端的正极；

第二上桥整流二极管，其阳极连接所述交流输入电源的零线，阴极连接直流输出端的正极；

所述两个下桥整流二极管分别为：

第二下桥整流二极管，其阴极连接所述交流输入电源的零线，阳极连接直流输出端的负极；

第一下桥整流二极管，其阴极通过所述电感连接所述交流输入电源的火线，阳极通过所述采样电阻连接所述第二下桥整流二极管的阳极后，连接至所述直流输出端的负极；

其中，所述上桥功率开关管与第一上桥整流二极管并联；所述下桥功率开关管与第一下桥整流二极管并联；所述第一上桥整流二极管、第一下桥整流二极管和两个功率开关管具有同级别的高速开关特性，所述第二上桥整流二极管和第二下桥整流二极管为工频整流用低频二极管。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的无桥PFC电路，其特征在于，还包括上桥电流取样装置，其采集流过所述上桥功率开关管的电流，并传送至所述控制电路；所述控制电路在检测到流过上桥功率开关管的电流大于设定阈值时，控制所述上桥功率开关管关断，执行过流保护。

5.根据权利要求4所述的无桥PFC电路，其特征在于，所述控制电路包括：

主控芯片，其接收所述交流检测电路检测到的电压信号以及采集所述电流信号采样点的电流信号，并根据PFC控制算法生成上桥控制信号和下桥控制信号；

上桥驱动电路，其接收所述主控芯片输出的上桥控制信号，进而生成上桥驱动信号控制所述上桥功率开关管导通或关断；所述上桥驱动电路连接所述上桥电流取样装置，在检测到流过所述上桥功率开关管的电流大于设定阈值时，将上桥驱动信号切换至控制所述上桥功率开关管关断的电平状态；

下桥驱动电路，其接收所述主控芯片输出的下桥控制信号，进而生成下桥驱动信号控制所述下桥功率开关管导通或关断；所述主控芯片在交流输入电源的正半周期间，若采集到所述电流信号采样点的电流信号值超过设定阈值，则将下桥控制信号的电平状态从当前控制所述下桥功率开关管导通的电平状态跳变至控制所述下桥功率开关管关断的电平状态。

6.根据权利要求5所述的无桥PFC电路，其特征在于，所述上桥驱动电路包括：

第一比较器，其连接所述上桥电流取样装置，所述上桥电流取样装置采集流过所述上桥功率开关管的电流，并转换成采样电压输出至所述第一比较器与第一参考电压进行比较，输出高电平有效的过流检测信号；

与门，其接收所述第一比较器输出的过流检测信号并与上桥驱动信号进行与运算，所述上桥驱动信号在驱动上桥功率开关管导通时的电平状态为高电平；

延时电路，其连接所述与门的输出端，在与门输出高电平的持续时间达到设定时间时，生成过流有效信号；

保护信号生成模块，其连接所述与门的输出端和所述延时电路，在接收到所述过流有效信号且与门保持输出高电平时，输出过流保护信号；

控制单元，其接收主控芯片输出的上桥控制信号，根据上桥控制信号控制驱动单元生成所述上桥驱动信号；所述控制单元在接收到所述过流保护信号时，控制所述驱动单元关闭上桥功率开关管。

7.根据权利要求6所述的无桥PFC电路，其特征在于，所述延时电路包括：

恒流源，其连接所述与门的输出端，在所述与门输出高电平时，输出恒定电流；

电容，其连接所述恒流源，接收所述恒流源输出的恒定电流进行充电，并在恒流源持续输出恒定电流达到所述设定时间时，电容电压超过第二参考电压；

第二比较器，其连接所述电容，将电容电压与所述第二参考电压进行比较，并在所述电容电压超过第二参考电压时，输出所述过流有效信号至所述保护信号生成模块。

8.根据权利要求5所述的无桥PFC电路，其特征在于，还包括：

自举二极管，其阳极连接外部的直流电源，阴极连接上桥驱动电路的直流供电端，所述上桥驱动电路从所述直流供电端获取其运行所需的直流电源；

电容，其一端连接所述上桥驱动电路的直流供电端，另一端连接所述上桥功率开关管与下桥功率开关管的连接节点。

9.根据权利要求8所述的无桥PFC电路，其特征在于，所述自举二极管为内部等效于集成有一个串联且阻值小于200Ω的限流电阻的二极管。

10.一种变频产品，其特征在于，包括储能电容、逆变电路、交流负载和如权利要求1至9中任一项所述的无桥PFC电路；所述储能电容与所述无桥PFC电路的直流输出端相并联，通过所述直流输出端输出的直流电源对所述储能电容充电，并传输至所述逆变电路；所述逆变电路将直流电源逆变成交流电源为所述交流负载供电。