CN113783413A

CN113783413A - 一种改变pfc输出电压的方法

Info

Publication number: CN113783413A
Application number: CN202111029644.XA
Authority: CN
Inventors: 钟太保; 杨新华
Original assignee: Zopoise Technology Zhuzhou Co Ltd
Current assignee: Zopoise Technology Zhuzhou Co Ltd
Priority date: 2021-09-03
Filing date: 2021-09-03
Publication date: 2021-12-10

Abstract

本发明公开了一种改变PFC输出电压的方法，其包括：输入电路、PFC电路、采样电路、PFC控制芯片U1、第一子模块以及第二子模块；所述输入电路与外部输入的交流电连接，所述采样电路与所述PFC电路连接，所述采样电路与第四电阻R4连接，所述第四电阻R4与第二三极管Q2连接，所述第二三极管Q2分别连接第一子模块以及第二子模块。所述第一子模块可以根据输入电压的大小来调节PFC的输出电压；而所述第二子模块可以根据输出电压来对应调节PFC的输出电压。本发明既能减少开关电源对电网的污染，同时提高PF值；也能提高下一级电路的效率，并且其节约了产品的应用成本以及缩减了产品的体积。

Description

一种改变PFC输出电压的方法

技术领域

本发明涉及PFC电路控制技术领域，特别是涉及一种改变PFC输出电压的方法。

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。在大多电源中，PFC只是作为其中的一级电路，后面还会有下一级稳压电路，比如常用的LLC电路、移相全桥、反激电路等。由于宽的输入电压和输出电压范围，为了提高PF值和电源的效率，经常需要通过改变PFC电压来使电源工作在一个最佳状态，从而使电源的成本更低、体积更小、效率最高。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。但上述的方案中整体的应用成本较高。此外，在另外一些数字电源中，也有通过采集输入电压和输出电压的方案。上述的方案中所设有的DSP芯片通过读取输入和输出电压进行调节PFC输出电压，但该类方法也存在整体成本较高的缺点。并且，其电路比较复杂，不仅需要DSP进行判断处理，还要电压采集电路和PFC电压调节电路。在一些模拟控制的电源中，大多没有PFC电压调节电路，这导致电源总体存在成本较高、体积更大的缺陷；并且，部分电源调节PFC电压的方法比较复杂，且准确度不高。

发明内容

基于此，有必要针对如何既能减少开关电源对电网的污染并提高PF值，也能提高下一级电路的效率，同时节约产品的成本和缩减产品体积的技术问题，提供一种改变PFC输出电压的方法。

本发明提供一种改变PFC输出电压的方法，其包括：输入电路、PFC电路、采样电路、PFC控制芯片U1、第一子模块以及第二子模块；所述输入电路与外部输入的交流电连接，所述输入电路具有滤波电感LF1、第四电容C4、整流桥BD1以及第一电容C1；所述滤波电感LF1与所述第四电容C4连接，所述整流桥BD1分别连接所述第四电容C4与所述第一电容C1；所述PFC电路与所述输入电路连接，所述PFC电路具有第一电感L1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一场效应管Q1以及第二电容C2；所述第一电感L1分别与所述第二二极管D2、第一场效应管Q1连接，所述第一二极管D1与所述第二二极管D2连接，所述第二电容C2与所述第一场效应管Q1连接；所述采样电路与所述PFC电路连接，所述采样电路具有第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第三电容C3；所述第一电阻R1分别连接第二电阻R2、第三电容C3，所述第二电阻R2与所述第三电阻R3连接；所述PFC控制芯片U1与所述采样电路连接；所述采样电路与第四电阻R4连接，所述第四电阻R4与第二三极管Q2连接，所述第二三极管Q2分别连接第一子模块以及第二子模块。

进一步的，所述第一子模块具有第三二极管D3、第四二极管D4、第七电阻R7、第六电容C6、第十电阻R10、第八电阻R8、第七电容C7、第九电阻R9、第五电容C5、第六电阻R6、第五电阻R5、以及第二比较器U2；所述第七电阻R7的一端分别连接所述第三二极管D3以及所述第四二极管D4，所述第七电阻R7的另一端分别连接第六电容C6、第十电阻R10以及第八电阻R8；所述第八电阻R8分别与所述第七电容C7以及第九电阻R9连接，所述第九电阻R9分别连接第五电容C5、第六电阻R6以及所述第二比较器U2的3脚；所述第六电阻R6分别连接所述第五电阻R5以及所述第二比较器U2的1脚。

进一步的，所述第二子模块具有第十二电阻R12、光耦U3、第十一电阻R11、第十五电阻R15、第四比较器U4A、第十三电阻R13以及第十四电阻R14；所述第十二电阻R12连接于所述光耦U3的一端，所述光耦U3的另一端分别连接所述第十一电阻R11、所述第十五电阻以及所述第四比较器U4A的1脚；所述第十五电阻分别连接所述第四比较器U4A的1脚以及3脚；所述第四比较器U4A的3脚分别连接所述第十三电阻R13以及所述第十四电阻R14。

综上所述，本发明一种改变PFC输出电压的方法分别设有第一子模块以及第二子模块。所述第一子模块可以根据输入的电压来对应调节所述PFC的输出电压，其有效地改善了当电路中高输入时的提高其PF值以及改善其电网谐波，该种电路结构简单，并且，其成本低廉，适于推广应用；同时，所述第一子模块的输入采样所采集的是第四电容C4上的电压，该电压不随负载大小而变化，故而其稳定性好，使得PFC输出电压不会随负载变化而改变。此外，所述第二子模块可以根据输出电压来对应调节所述PFC的输出电压，该种电路能够改善LLC电路的效率，并降低电源的设计成本，还可以扩宽电源输出电压范围；同时，该种模块简单，成本低廉，而且，该模块中还增加了回差电路，故而当输出存在轻微变化时，所述PFC的输出电压亦能保持稳定。

附图说明

图1为本发明一种改变PFC输出电压的方法的电路原理图。

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。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种改变PFC输出电压的方法，该方法既能减少开关电源对电网的污染，同时提高PF值；也能提高下一级电路的效率，并且其节约了产品的应用成本以及缩减了产品的体积。

本发明一种改变PFC输出电压的方法尤其适用于电压范围存在宽输入和宽输出特点的开关电源。例如，当所述开关电源的输入电压在90VAC～305VAC，即额定电压为100V～277V，且，电源工作在额定输入电压范围时；由于PFC电压必须大于277V*1.414＝392V，即PFC输出电压可以设定在400V。但是，当输入电压达到305V时，此时，则必须提高PFC输出电压，所述PFC输出电压的值需要大于305V*1.414＝431V，以便获得更高的PF值和减少对电网的污染。此外，当PFC还额外设有一级LLC电路时，由于LLC电路不太适合宽电压范围输出电源，因为当宽电压输出时，LLC电路在某些工作点效率变低，此时会导致产品的整体使用成本增加。因此，在该种方案中需要调节PFC的输出电压以保证LLC电路分别处于不同的输出电压时都工作在最佳点，依次降低LLC电路部分的使用成本。

具体的，图1为本发明一种改变PFC输出电压的方法的电路原理图，如图1所示：本改变PFC输出电压的方法包括输入电路、PFC电路、采样电路、PF C控制芯片U1、第一子模块以及第二子模块。所述输入电路与外部输入的交流电连接，所述输入电路包括滤波电感LF1、第四电容C4、整流桥BD1以及第一电容C1；所述滤波电感LF1与所述第四电容C4连接，所述整流桥BD1分别连接所述第四电容C4与所述第一电容C1。所述PFC电路与所述输入电路连接，所述PFC电路包括第一电感L1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一场效应管Q1以及第二电容C2；所述第一电感L1分别与所述第二二极管D2、第一场效应管Q1连接，所述第一二极管D1与所述第二二极管D2连接，所述第二电容C2与所述第一场效应管Q1连接。所述采样电路与所述PFC电路连接，所述采样电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第三电容C3；所述第一电阻R1分别连接第二电阻R2、第三电容C3，所述第二电阻R2与所述第三电阻R3连接。所述PFC控制芯片U1与所述采样电路连接；所述采样电路与第四电阻R4连接，所述第四电阻R4与第二三极管Q2连接，所述第二三极管Q2分别连接第一子模块以及第二子模块。具体的，图示标号L、N分别代表输入交流电的火线和零线，滤波电感LF1和第四电容C4连接组成输入滤波器。整流桥BD1可以把所输入的交流电转换成直流电，第一电容C1可以起到滤波的作用。第一电感L1、第二二极管D2、第一场效应管Q1以及第二电容C2连接组成PFC电路。图示标号VPFC表示PFC的输出电压。PFC控制芯片U1与所述PFC电路相连，并且所述PFC控制芯片U1可以控制所述PFC电路。第一电源VCC1分别给所述PFC控制芯片U1、第一比较器U2以及光耦U3进行供电。第二电源VCC2可以给第四比较器U4A进行供电。第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第三电容C3连接组成PFC输出电压的采样电路。其中，第一电阻R1与第二电阻R2以及第三电阻R3之和的比值决定了PFC输出电压的大小。其中，第一子模块可以根据输入电压的大小来调节PFC的输出电压；而第二子模块可以根据输出电压的大小来调节PFC的输出电压。

请复参阅图1，所述第一子模块具有第三二极管D3、第四二极管D4、第七电阻R7、第六电容C6、第十电阻R10、第八电阻R8、第七电容C7、第九电阻R9、第五电容C5、第六电阻R6、第五电阻R5、以及第二比较器U2。所述第七电阻R7的一端分别连接所述第三二极管D3以及所述第四二极管D4，所述第七电阻R7的另一端分别连接第六电容C6、第十电阻R10以及第八电阻R8；所述第八电阻R8分别与所述第七电容C7以及第九电阻R9连接，所述第九电阻R9分别连接第五电容C5、第六电阻R6以及所述第二比较器U2的3脚；所述第六电阻R6分别连接所述第五电阻R5以及所述第二比较器U2的1脚。具体的，所述第一子模块中，图示标号ACL以及CAN是指输入的交流电压。所述的交流电压通过第三二极管D3以及第四二极管D4的全波整流后转换变成了馒头波。所述馒头波的电压经过第七电阻R7与第十电阻R10所组成的分压电路后得到一个较低电压。第六电容C6为滤波电容，上述的电压通过第八电阻R8、第七电容C7、第九电阻R9以及第五电容C5所组成的两级RC滤波后变成了稳定的直流信号，所述直流信号给到第二比较器U2的正输入端。第二比较器U2的负输入端为一个固定的基准电压。第六电阻R6为反馈电阻，第五电阻R5为第二三极管Q2的驱动电阻。当所述第二比较器U2中3脚的电压低于2脚的电压时，所述第二比较器U2的1脚输出低电平，第二三级管Q2截止，PFC输出电压只与第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3有关；当所述第二比较器U2中3脚的电压高于2脚的电压时，所述第二比较器U2的1脚输出高电平，第二三级管Q2导通，第四电阻R4与第三电阻R3并联后接地，此时PFC输出的电压大小还与第四电阻R4的大小有关，即，此时PFC输出电压会升高。所以当输入电压高于预设值时，PFC电压会升高，当输入电压低于预设值时，PFC电压就会降低。考虑到交流电网的波动，为了防止PFC输出电压一直处于不断的调节状态，需要增加一个回差，所以，第六电阻R6正是为解决这一问题而增加的，所述第六电阻R6的大小决定了其回差的大小。同时本发明一种改变PFC输出电压的方法的输入交流采样取的是整流桥BD1之前的电压，即，第四电容C4上的电压，并不是第一电容C1上的电压。目前市面上大多具有PFC输出电压调节的电路都采样第一电容C1上的电压，所述第一电容C1上的电压随着负载变化的而变化，其波动较大，即其空载与带满载的情况相差较大。而第四电容C4上的电压不会跟随负载的大小变化而变化，其只与输入电压有关，因此，其确保了PFC输出电压调节的一致性。

请复参阅图1，所述第二子模块具有第十二电阻R12、光耦U3、第十一电阻R11、第十五电阻R15、第四比较器U4A、第十三电阻R13以及第十四电阻R14。所述第十二电阻R12连接于所述光耦U3的一端，所述光耦U3的另一端分别连接所述第十一电阻R11、所述第十五电阻以及所述第四比较器U4A的1脚；所述第十五电阻分别连接所述第四比较器U4A的1脚以及3脚；所述第四比较器U4A的3脚分别连接所述第十三电阻R13以及所述第十四电阻R14。具体的，所述第二子模块中，图示标号Vo表示电源输出电压，通过分压电阻第十三电阻R13与第十四电阻R14后得到一个定值给到第四比较器U4A的正输入端，即所述第四比较器U4A的3脚处。图示标号VOREF是指基准电压，该VORE F连接在所述第四比较器U4A的负输入端，即其2脚处。第十五电阻R15的两端分别接在所述第四比较器U4A的3脚以及1脚，所述第四比较器U4A的1脚接在所述光耦U3的1脚处。所述光耦U3的2脚通过第十一电阻R11接地，并且，所述光耦U3的输出端通过第十二电阻R12接到第二三极管Q2的基极。当输出电压Vo高于预设电压时，此时所述第四比较器U4A的3脚电压大于其2脚电压，其1脚输出高电平，然后所述第二三极管Q2导通。此时，第四电阻R4与第三电阻R3并联后决定PFC输出电压，即PFC的输出电压会升高；反之，当输出电压Vo低于预设电压时，此时，第四比较器U4A的3脚电压小于其2脚电压，其1脚输出低电平，所述第二三极管Q2截止；此时PFC的输出电压只与第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3相关。此外，其输出电压会存在纹波，并且，当负载发生动态变化时，用户不希望PFC的输出电压发生改变。此时，则需要在所述第四比较器U4A的电路中增加一个回差，即所述第十五电阻R15越大，其回差越小；反之，若第十五电阻R15越小，则其回差越大。所述回差的大小需要根据实际电路进行设计，但是，回差一定不能设置过小，否则所述PFC的输出电压则会一直处于不断变化的状态。

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

1.一种改变PFC输出电压的方法，其特征在于，其包括：输入电路、PFC电路、采样电路、PFC控制芯片U1、第一子模块以及第二子模块；所述输入电路与外部输入的交流电连接，所述输入电路具有滤波电感LF1、第四电容C4、整流桥BD1以及第一电容C1；所述滤波电感LF1与所述第四电容C4连接，所述整流桥BD1分别连接所述第四电容C4与所述第一电容C1；所述PFC电路与所述输入电路连接，所述PFC电路具有第一电感L1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一场效应管Q1以及第二电容C2；所述第一电感L1分别与所述第二二极管D2、第一场效应管Q1连接，所述第一二极管D1与所述第二二极管D2连接，所述第二电容C2与所述第一场效应管Q1连接；所述采样电路与所述PFC电路连接，所述采样电路具有第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第三电容C3；所述第一电阻R1分别连接第二电阻R2、第三电容C3，所述第二电阻R2与所述第三电阻R3连接；所述PFC控制芯片U1与所述采样电路连接；所述采样电路与第四电阻R4连接，所述第四电阻R4与第二三极管Q2连接，所述第二三极管Q2分别连接第一子模块以及第二子模块。

2.根据权利要求1所述的一种改变PFC输出电压的方法，其特征在于：所述第一子模块具有第三二极管D3、第四二极管D4、第七电阻R7、第六电容C6、第十电阻R10、第八电阻R8、第七电容C7、第九电阻R9、第五电容C5、第六电阻R6、第五电阻R5、以及第二比较器U2；所述第七电阻R7的一端分别连接所述第三二极管D3以及所述第四二极管D4，所述第七电阻R7的另一端分别连接第六电容C6、第十电阻R10以及第八电阻R8；所述第八电阻R8分别与所述第七电容C7以及第九电阻R9连接，所述第九电阻R9分别连接第五电容C5、第六电阻R6以及所述第二比较器U2的3脚；所述第六电阻R6分别连接所述第五电阻R5以及所述第二比较器U2的1脚。

3.根据权利要求1所述的一种改变PFC输出电压的方法，其特征在于：所述第二子模块具有第十二电阻R12、光耦U3、第十一电阻R11、第十五电阻R15、第四比较器U4A、第十三电阻R13以及第十四电阻R14；所述第十二电阻R12连接于所述光耦U3的一端，所述光耦U3的另一端分别连接所述第十一电阻R11、所述第十五电阻以及所述第四比较器U4A的1脚；所述第十五电阻分别连接所述第四比较器U4A的1脚以及3脚；所述第四比较器U4A的3脚分别连接所述第十三电阻R13以及所述第十四电阻R14。