CN113765360A - 一种改善交错式pfc轻载效率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善交错式PFC轻载效率的方法，该方法中整流桥BD1可以将交流电转换成直流电；所述整流桥BD1与滤波电容C1连接；所述整流桥BD1、所述滤波电容C1与交错式PFC电路连接；所述交错式PFC电路与输出电容C2连接；所述交错式PFC电路与交错式PFC电路控制芯片U1连接；所述交错式PFC电路控制芯片U1的5脚分别连接第四电容C4以及第五电容C5，所述第四电容C4连接第一电阻R1后接地，所述交错式PFC电路控制芯片U1的4脚与5脚连接。本发明一种改善交错式PFC轻载效率的方法不仅提高了产品在轻载或者空载时的效率、节约了电网电能损耗；而且能够还可以提高产品的可靠性。

Description

一种改善交错式PFC轻载效率的方法
技术领域
本发明涉及PFC电路控制技术领域，特别是涉及一种改善交错式PFC轻载效率的方法。
背景技术
在开关电源中，PFC(Power Factor Correction)是其重要的组成部分。所述PFC能改善开关电源污染电网的情况，进而提高电源的有功功率。所述PFC广泛应用于灯、空调以及电机等产品的电路控制技术中。基于此，中国专利CN211240163U公开了一种舞台灯光电子镇流器，其包括用于对交流输入进行滤波的EMI滤波整流电路，所述EMI滤波整流电路用于对滤波后交流电的功率因数进行校正并产生稳定直流电的PFC功率因数校正电路。上述的电子镇流器所采用的PFC功率因数校正电路为交错临界导电模式PFC，其可以把整流过的直流电通过PFC电流输出稳定400V直流电压；为后级DC-DC及BUCK驱动电路提供稳定电源。同时，其采用交错临界导电模式PFC，两个180度异相控制驱动系统，可以实现最小体积最高输出功率。
然而，在中大功率的电源中，交错式PFC电路作为其中的一部分，其有效地提高了电源的效率，并降低了电网的谐波污染，同时其还有利于产品的散热，并且能缩减产品的设计尺寸。但当电源处于空载或者轻载时，所述两路的PFC均处于工作的状态，因此，其会影响产品的效率，并浪费了电源的能耗。所以，为了提高交错式PFC电路在轻载或者空载的效率，需要对其中的一路进行关闭，并且，关闭其中一路PFC后不会影响后级电路的正常工作。目前，大多数的交错式PFC控制芯片均含有一个使能脚，这个使能脚能够关闭其中一路PFC。上述的使能脚的输入可以由高低电平进行控制。所述高低电平由外部电路产生。目前常用的方法是通过单片机来控制上述的使能脚。所述单片机需要检测输出电流或输出功率，然后，再通过一个外部电路来控制上述交错式PFC控制芯片的使能脚。该方法需要额外引用使用一个较贵的单片机和额外的复杂的外部控制电路，并且，还需要针对性写入较复杂的软件逻辑来控制其工作，由此，大大提高了产品的制造成本和使用成本。
发明内容
基于此，有必要针对如何提高产品在空载或轻载时的效率的技术问题，提供一种改善交错式PFC轻载效率的方法。
本发明提供一种改善交错式PFC轻载效率的方法，该方法具体如下：
整流桥BD1可以将交流电转换成直流电；所述整流桥BD1与滤波电容C1连接；所述整流桥BD1、所述滤波电容C1与交错式PFC电路连接；所述交错式PFC电路与输出电容C2连接；所述交错式PFC电路与交错式PFC电路控制芯片U1连接；所述交错式PFC电路控制芯片U1的5脚分别连接第四电容C4以及第五电容C5，所述第四电容C4连接第一电阻R1后接地。
进一步的，所述交错式PFC电路包括第一电感L1、第一二极管D1、第一三极管Q1、第二电感L2、第二二极管D2以及第二三极管Q2；所述第一电感L1分别连接所述第一二极管D1以及第一三极管Q1；所述第一三极管Q1连接所述交错式PFC电路控制芯片U1的11脚；所述第一电感L1与所述第二电感L2交错并联；所述第二电感分别连接所述第二二极管D2以及所述第二三极管Q2；所述第二三极管Q2连接所述交错式PFC电路控制芯片U1的14脚。
更进一步的，方案一为：所述交错式PFC电路控制芯片U1的4脚与5脚连接。
更进一步的，方案二为：输出电流IO通过第三电阻R3接在比较器U2A的正输入端，所述比较器U2A的负输入端连接基准电压，所述比较器U2A的输出端连接在光耦U3的1脚，第二电阻R2连接在比较器U2A的正输入端与输出端之间，所述光耦U3的2脚通过第五电阻R5接地，所述光耦U3的3脚连接到所述交错式PFC电路控制芯片U1的15脚，所述光耦U3的4脚通过第四电阻R4连接到所述交错式PFC电路控制芯片U1的4脚。
更进一步的，方案三为：所述子模块包括LLC主电路以及控制电路；所述LLC主电路包括第二三极管Q2、第三三极管Q3、第三电感L3、第一变压器T1以及第六电容C6；所述第二三极管Q2分别与所述第一二极管D1、所述第二二极管D2以及所述输出电容C2连接；所述第二三极管Q2分别与所述第三电感L3、第三三极管Q3连接；所述第三电感L3与所述第一变压器T1连接，所述第三三极管Q3与所述第六电容C6连接，所述第六电容C6分别与所述第一变压器T1以及电流采样电路连接；所述电流采样电路与LLC控制芯片U2的6脚连接；所述LLC控制芯片U2的5脚接在输出端反馈上，并且，所述LLC控制芯片U2的5脚通过第四电阻R4连接在所述交错式PFC电路控制芯片U1的4脚。
上述的改善交错式PFC轻载效率的方法中，其中方案一所提供的改善PFC控制电路的方法最简单且易于实现，在该种方案中直接把作为控制脚的4脚连接在该芯片的5脚上；方案二中的控制方法只与输出电流有关，由输出电流的大小来控制交错式PFC相数；方案三中的控制信号来自LLC控制芯片U2的5脚电压，对于电流型LLC控制芯片的该脚电压只与输出功率成正比，所以能够很好的控制PFC相数。本发明一种改善交错式PFC轻载效率的方法不仅提高了产品在轻载或者空载时的效率、节约了电网电能损耗；而且能够还可以提高产品的可靠性。
附图说明
图1为一种交错式PFC电路的原理图；
图2为一种常用的控制PFC相数电路的原理图；
图3为本发明一种改善交错式PFC轻载效率的方法的电路原理图；
图4为本发明另一实施例的电路原理图；
图5为本发明另一实施例的电路原理图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明提供了一种改善交错式PFC轻载效率的方法，该方法有效提高了产品在空载或者轻载时的效率，大大节约了输入电网的电能。
具体的，图1为一种交错式PFC电路的原理图，如图1所示：本交错式PF C电路原理图中，L与N表示输入交流电。BD1是整流桥，所述整流桥BD1可以把输入的交流电转换成直流电。C1为滤波电容，所述整流桥BD1与滤波电容C1连接。第一电感L1、第一三极管Q1、第一二极管D1与第二电感L2、第二三极管Q2、第二二极管D2组成了交错式PFC电路；所述整流桥BD1、所述滤波电容C1与交错式PFC电路连接。C2是输出电容，所述交错式PFC电路与输出电容C2连接。U1为交错式PFC电路控制芯片，所述交错式PFC电路与交错式PFC电路控制芯片U1连接。所述交错式PFC电路控制芯片U1的4脚，即PHB脚为相位控制脚，其可以控制所述交错式PFC电路控制芯片U1的11脚，即GDB脚，从而其可以控制第一三极管Q1的开关。所述交错式PFC电路控制芯片U1的5脚，即COMP脚为电压换输出脚。所述交错式PFC电路控制芯片U1的5脚的电压大小与输出功率成正比，第四电容C4、第一电阻R1以及第五电容C5为标准的II型补偿网络。另外GDA脚与GDB脚为所述交错式PFC电路控制芯片U1的驱动输出脚，两者的相位相差180度。如图1所示，所述交错式PFC电路控制芯片U1的4脚接在其15脚上。由于15脚是6V基准电压，所以4脚是高电平。所述交错式PFC电路控制芯片U1中定义4脚电压高于1V时，GDB导通；当4脚电压低于1V时，GDB则关断，此时交错式PFC不管处于空载还是轻载，GDB都不受4脚控制，两路PFC均在工作。故而可知PFC在轻载或者空载时其工作效率较低，从而浪费了输入电能。
图2是一种常用的控制PFC相数电路的原理图，如图2所示，该电路需要单片机和一个较复杂的控制电路。因此，该电路的成本较高，进而增加了产品复杂程度。
图3为本发明一种改善交错式PFC轻载效率的方法的电路原理图；如图3所示，本发明提供了一种非常简单的相数控制电路。在该种相数控制电路中可以直接把所述交错式PFC电路控制芯片U1的4脚连接在所述交错式PFC电路控制芯片U1的5脚上。由于5脚电压受输出功率控制，所以，该电路在空载或者轻载时，所述5脚处的电压相对较低。通常情况下该5脚处的电压会低于1V，而此时4脚的电压也是小于1V，因此所述交错式PFC电路控制芯片U1的GD B是关闭的，则所述第一三极管Q1也一直处于关闭状态。此时，该电路中只有第二电感L2、第二三极管Q2以及第二二极管D2的这一路在工作，这时PFC电路效率会比较高。此后，随着输出功率的增加，5脚电压也会慢慢增加，当5脚电压高于1V时，此时4脚电压也高于1V，所述交错式PFC电路控制芯片U1的GDB脚不再受4脚控制，这时两路均在工作，所以能够均分输出功率。
图4为本发明另一实施例的电路原理图；如图4所示，该种相数控制电路由产品的输出电流进行控制。以Io表示输出电流的大小，VOREF为基准电压，U2A为比较器，U3是光耦，起隔离作用；输出电流IO通过第三电阻R3接在比较器U2A的正输入端，所述比较器U2A的负输入端连接基准电压，所述比较器U2A的输出端连接在光耦U3的1脚，第二电阻R2连接在比较器U2A的正输入端与输出端之间，所述光耦U3的2脚通过第五电阻R5接地，所述光耦U3的3脚连接到所述交错式PFC电路控制芯片U1的15脚，所述光耦U3的4脚通过第四电阻R4连接到所述交错式PFC电路控制芯片U1的4脚，该四脚即为相数控制脚。当输出电流Io为零或者比较低时，所述比较器U2A正输入端电压小于负输入端电压，则此时比较器U2A的输出端为低电平，此时所述光耦U3不导通，所以所述交错式PFC电路控制芯片U1的4脚为低电平，使得所述交错式PFC电路控制芯片U1的11脚，即GDB脚被关闭。则第一电感L1、第一三极管Q1以及第一二极管D1这一路不工作。反之，当输出电流逐渐增加到所述比较器U2A的3脚电压大于其4脚电压时，所述比较器U2A的输出端变成高电平，则此时所述光耦U3工作，使得所述交错式PFC电路控制芯片U1的4脚电压变成高电平，所以所述交错式PFC电路控制芯片U1能够正常控制两路输出。第二电阻R2是一个正反馈电阻，其能起到增强干扰的能力，同时能增加回差，即当输出电流有微小变化时，所述比较器U2A的输出端不会发生变化。
图5为本发明另一实施例的电路原理图；如图5所示，本发明提出了另一种相数控制电路，其中子模块包含LLC主电路和控制电路，第二三极管Q2、第三三极管Q3、第三电感L3、第一变压器T1以及第六电容C6组成了常见的半桥LLC电路。即所述第二三极管Q2分别与所述第一二极管D1、所述第二二极管D2以及所述输出电容C2连接；所述第二三极管Q2分别与所述第三电感L3、第三三极管Q3连接；所述第三电感L3与所述第一变压器T1连接，所述第三三极管Q3与所述第六电容C6连接，所述第六电容C6分别与所述第一变压器T1以及电流采样电路连接；所述电流采样电路与LLC控制芯片U2的6脚连接；所述LLC控制芯片U2的5脚接在输出端反馈上，并且，所述LLC控制芯片U2的5脚通过第四电阻R4连接在所述交错式PFC电路控制芯片U1的4脚。电流采样电路一端接在C6上，另一端接在所述LLC控制芯片U2的6脚，该电路采集谐振电容C6的电流，所述LLC控制芯片U2的5脚接在输出端反馈上，接受来自产品副边的输入信号，该脚的大小与输出功率相关。另外所述LLC控制芯片U2的5脚通过第四电阻R4连接在所述交错式PFC电路控制芯片U1的4脚，即相数控制脚。所以所述交错式PFC电路控制芯片U1的4脚的电压受输出功率大小控制，从而由此可以控制交错式PFC电路。具体的，如果U2为电流型LLC控制芯片，U2的5脚电压基本只与输出功率有关；若所述LLC控制芯片U2为电压型LLC控制芯片，其5脚电压不仅与输出功率有关，在宽范围输出电源中，不同的输出电压该脚电压也会有区别。所对于所述LLC控制芯片U2是电压型LLC控制芯片的产品，在不同输出电压时，交错式PFC电路控制点会有点不一样，而对于所述LLC控制芯片U2为电流型LLC控制芯片的电源，该引脚基本与输出功率成正比，所以能够准确的控制交错式PFC电路。
综上所述，本发明一种改善交错式PFC轻载效率的方法提供了三种有效的实施例，其中，方案一所提供的改善PFC控制电路的方法最简单且易于实现，在该种方案中直接把作为控制脚的4脚连接在该芯片的5脚上；方案二中的控制方法只与输出电流有关，由输出电流的大小来控制交错式PFC相数；方案三中的控制信号来自LLC控制芯片U2的5脚电压，对于电流型LLC控制芯片的该脚电压只与输出功率成正比，所以能够很好的控制PFC相数。本发明一种改善交错式PFC轻载效率的方法不仅提高了产品在轻载或者空载时的效率、节约了电网电能损耗；而且能够还可以提高产品的可靠性。
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 (5)

1.一种改善交错式PFC轻载效率的方法，其特征在于：整流桥BD1可以将交流电转换成直流电；所述整流桥BD1与滤波电容C1连接；所述整流桥BD1、所述滤波电容C1与交错式PFC电路连接；所述交错式PFC电路与输出电容C2连接；所述交错式PFC电路与交错式PFC电路控制芯片U1连接；所述交错式PFC电路控制芯片U1的5脚分别连接第四电容C4以及第五电容C5，所述第四电容C4连接第一电阻R1后接地。
2.根据权利要求1所述的一种改善交错式PFC轻载效率的方法，其特征在于：所述交错式PFC电路包括第一电感L1、第一二极管D1、第一三极管Q1、第二电感L2、第二二极管D2以及第二三极管Q2；所述第一电感L1分别连接所述第一二极管D1以及第一三极管Q1；所述第一三极管Q1连接所述交错式PFC电路控制芯片U1的11脚；所述第一电感L1与所述第二电感L2交错并联；所述第二电感分别连接所述第二二极管D2以及所述第二三极管Q2；所述第二三极管Q2连接所述交错式PFC电路控制芯片U1的14脚。
3.根据权利要求1所述的一种改善交错式PFC轻载效率的方法，其特征在于：所述交错式PFC电路控制芯片U1的4脚与5脚连接。
4.根据权利要求1所述的一种改善交错式PFC轻载效率的方法，其特征在于：输出电流IO通过第三电阻R3接在比较器U2A的正输入端，所述比较器U2A的负输入端连接基准电压，所述比较器U2A的输出端连接在光耦U3的1脚，第二电阻R2连接在比较器U2A的正输入端与输出端之间，所述光耦U3的2脚通过第五电阻R5接地，所述光耦U3的3脚连接到所述交错式PFC电路控制芯片U1的15脚，所述光耦U3的4脚通过第四电阻R4连接到所述交错式PFC电路控制芯片U1的4脚。
5.根据权利要求1所述的一种改善交错式PFC轻载效率的方法，其特征在于：本改善交错式PFC轻载效率的方法还包括子模块，所述子模块包括LLC主电路以及控制电路；所述LLC主电路包括第二三极管Q2、第三三极管Q3、第三电感L3、第一变压器T1以及第六电容C6；所述第二三极管Q2分别与所述第一二极管D1、所述第二二极管D2以及所述输出电容C2连接；所述第二三极管Q2分别与所述第三电感L3、第三三极管Q3连接；所述第三电感L3与所述第一变压器T1连接，所述第三三极管Q3与所述第六电容C6连接，所述第六电容C6分别与所述第一变压器T1以及电流采样电路连接；所述电流采样电路与LLC控制芯片U2的6脚连接；所述LLC控制芯片U2的5脚接在输出端反馈上，并且，所述LLC控制芯片U2的5脚通过第四电阻R4连接在所述交错式PFC电路控制芯片U1的4脚。
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