CN114499153A - Pfc输出缓起动电路和pfc输出缓起动时序控制方法 - Google Patents

Pfc输出缓起动电路和pfc输出缓起动时序控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种PFC输出缓起动电路和PFC输出缓起动时序控制方法，其电路包括PFC模块和延时控制模块，PFC模块包括预启动电压输出端、功率电压正相输出端、功率电压负相输出端和可带载信号输出端；预启动电压输出端依次通过浪涌抑制电阻和蓄能电容连于功率电压负相输出端，功率电压正相输出端通过蓄能电容连于功率电压负相输出端，延时控制模块连于可带载信号输出端；功率电压正相输出端依次连接有缓启电阻和缓启开关，缓启电阻远离缓启开关的一端和缓启开关远离缓启电阻的一端通过短路开关相连；功率电压负相输出端通过缓启电容连接于缓启开关。本申请具有解除可带载信号驱动能力的限制的优点。

Description

PFC输出缓起动电路和PFC输出缓起动时序控制方法
技术领域
本申请涉及功率控制的领域，尤其是涉及一种PFC输出缓起动电路和PFC输出缓起动时序控制方法。
背景技术
对于大部分将市电作为输入电源的开关电源装置，由于在对市电进行整流平滑从而转换为直流电压之后，需要DC-DC转换器对其进行开关控制，因此输入电流容易变得不连续而偏离正弦波形。为了防止由此产生的高次谐波电流所引起的故障，需要进行根据用途和输入功率等对电子设备的电源进行分类的高次谐波电流限制。
为了产生该限制，在电子设备的电源中附加被称为PFC(功率因数改善电路)转换器的电路以进行高次谐波电流抑制。如图1所示，图1为常用的PFC模块应用电路框图，PFC模块输入220V市电并转换成稳定的390V直流电输出，然后给后级DC/DC模块供电。该PFC模块由于内部自带浪涌抑制功能，如果带载启动将会导致浪涌抑制部分烧毁，因此后级DC/DC模块需要接收到PFC的可带载信号输出端给出的可带载信号（即外部带载EN信号）后才可以启动输出带载。
但是在实际使用中发现，后级带的DC/DC模块需要接收PFC模块的可带载信号才能开机，增加了前后级模块连接线，但是由于可带载信号驱动能力限制，后级进行多模块使用时还需要增加后级模块控制电路。
发明内容
为了解除可带载信号驱动能力的限制，本申请提供一种PFC输出缓起动电路和PFC输出缓起动时序控制方法。
第一方面，本申请提供的一种PFC输出缓起动电路，采用如下的技术方案：
一种PFC输出缓起动电路，包括PFC模块和延时控制模块，所述PFC模块包括预启动电压输出端、功率电压正相输出端、功率电压负相输出端和可带载信号输出端；
所述预启动电压输出端依次通过浪涌抑制电阻和蓄能电容连于功率电压负相输出端，所述功率电压正相输出端通过所述蓄能电容连于功率电压负相输出端，所述延时控制模块连于所述可带载信号输出端以接收可带载信号；
所述功率电压正相输出端依次连接有缓启电阻和缓启开关，且缓启开关远离缓启电阻的一端作为所述PFC输出缓起动电路的正相输出端，所述缓启电阻远离缓启开关的一端和所述缓启开关远离缓启电阻的一端通过短路开关相连；
所述功率电压负相输出端作为所述PFC输出缓起动电路的负相输出端，并通过缓启电容连接于所述PFC输出缓起动电路的正相输出端；
所述延时控制模块连于缓启开关的使能端以控制缓启开关的通断，还连于短路开关的使能端以控制短路开关的通断。
通过采用上述技术方案， PFC模块上市电并整流，经过预启动电压输出端输出预启动电流，该电流为整流输出的高压直流电，预启动电流经过浪涌抑制电阻后对蓄能电容充能直至预启动电流稳定后，PFC模块内部的可控硅导通以短接浪涌抑制电阻。然后可带载信号输出端给出可带载信号，延时控制模块接受到可带载信号先导通缓启开关，功率电流通过缓启电阻对缓启电容充电，缓启电容两端电压缓慢充电上升，稍作延迟后控制延时模块导通短路开关，短路开关将缓启电阻短路，稍作延时后，后级的DC/DC模块才开始带载启动输出，整个启动过程不再需要将可带载信号给到后级DC/DC模块。整个开机过程的关键在于缓启开关和短路开关闭合时序，以及两个关键延迟时间，第一个延迟时间是Q2与Q1闭合时序，第二个延迟时间是Q2与Q1闭合延时时间和后级DC/DC模块启机延迟时间。由上可得，后级DC/DC模块不需要接收PFC的可带载信号才能开机，只需要输入正和输入负线直接连接到PFC后级输出电压就可使用，对后面所带模块数量无限制，同时简化了后级DC/DC模块外围电路。
可选的，所述延时控制模块基于可带载信号依次输出缓启控制信号和短路控制信号，所述缓启开关基于缓启控制信号导通，所述短路开关基于短路控制信号导通。
可选的，所述缓启控制信号和所述短路控制信号的输出间隔时间为第一预设时长，所述第一预设时长基于充电常数
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
设定，其中，充电常数
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
=缓启电阻的电阻值×缓启电容的电容值。
可选的，所述第一预设时长为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
。
通过采用上述技术方案，由于缓启电容的充电速度与缓启电阻的阻值相关，也和缓启电容的电容值相关，也就是说，缓启开关和短路开关闭合延迟时间由缓启电阻和缓启电容的充电常数TC=RC决定，一般设置时间为5倍充电常数时间。
可选的，所述缓启开关为可控硅。
可选的，所述短路开关为可控硅。
通过采用上述技术方案，可控硅是一种大功率电器元件，也称晶闸管。它具有体积小、效率高、寿命长等优点。在自动控制系统中，可作为大功率驱动器件，实现用小功率控件控制大功率设备。
第二方面，本申请提供的一种PFC应用电路，采用如下的技术方案：
一种PFC应用电路，包括如上述的PFC输出缓起动电路，还包括DC/DC模块，所述DC/DC模块的正相输入端连于PFC输出缓起动电路的正相输出端，所述DC/DC模块的负相输入端连于PFC输出缓起动电路的负相输出端。
通过采用上述技术方案，后级DC/DC模块不需要接收PFC的可带载信号即可开机，只需要输入正和输入负线直接连接到PFC后级输出电压就可使用
可选的，所述DC/DC模块的启动时间点位于所述短路控制信号的输出时间点之后。
可选的，所述DC/DC模块的启动时间点与所述缓启控制信号输出时间点的间隔为第二预设时长，所述第二预设时长大于等于
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
。
通过采用上述技术方案，后级DC/DC模块启动延时时间设置理论上大于Q1和Q2闭合延迟时间即可，但是实际考虑余量，一般设置大于等于2倍Q1和Q2闭合延迟时间。
第三方面，本申请提供的一种PFC输出缓起动时序控制方法，采用如下的技术方案：
一种PFC输出缓起动时序控制方法，用于上述的PFC应用电路，包括以下步骤：
控制PFC模块接收市电并整流；
控制预启动电压输出端输出预启动电流，预启动电流经过浪涌抑制电阻后对蓄能电容充能直至预启动电流稳定；
控制PFC模块短接浪涌抑制电阻并输出可带载信号；
控制延时模块基于可带载信号输出缓启控制信号以导通缓启开关；
控制PFC模块输出功率电流，功率电流经过缓启电阻和缓启开关以对缓启电容充电，充电时长为第一预设时长；
控制延时模块输出短路控制信号以导通短路开关；
延时启动DC/DC模块，延时启动时间点位于所述短路控制信号的输出时间点之后。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：具有防浪涌电流功能；输出电压恒定；输出电压上升平缓，单调性好；后级DC/DC模块不需要接收PFC模块的可带载信号即可开机，只需要输入正线和输入负线直接连接到PFC后级输出电压就可使用，对后面所带模块数量无限制；简化了后级DC/DC模块外围电路；PFC模块故障后，后级无高压电输出，提高了线路安全性。
附图说明
图1是相关技术中PFC模块应用电路的电路图。
图2是本申请某一实施例中一种PFC应用电路的电路图。
具体实施方式
以下结合附图，对本申请作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在以下描述中，为了解释的目的，阐述了很多具体细节，以便提供对发明构思的彻底理解。作为本说明书的一部分，本公开的附图中的一些附图以框图形式表示结构和设备，以避免使所公开的原理复杂难懂。为了清晰起见，实际具体实施的并非所有特征都有必要进行描述。此外，本公开中所使用的语言已主要被选择用于可读性和指导性目的，并且可能没有被选择为划定或限定本发明的主题，从而诉诸于所必需的权利要求以确定此类发明主题。在本公开中对“一个具体实施”或“具体实施”的提及意指结合该具体实施所述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个具体实施中，并且对“一个具体实施”或“具体实施”的多个提及不应被理解为必然地全部是指同一具体实施。
除非明确限定，否则术语“一个”、“一种”和“该”并非旨在指代单数实体，而是包括其特定示例可以被用于举例说明的一般性类别。因此，术语“一个”或“一种”的使用可以意指至少一个的任意数目，包括“一个”、“一个或多个”、“至少一个”和“一个或不止一个”。术语“或”意指可选项中的任意者以及可选项的任何组合，包括所有可选项，除非可选项被明确指示是相互排斥的。短语“中的至少一者”在与项目列表组合时是指列表中的单个项目或列表中项目的任何组合。所述短语并不要求所列项目的全部，除非明确如此限定。
参照图1，图1为常用的PFC模块应用电路框图，由市电输入，并经PFC模块转换成稳定的390V直流电输出，然后给后级DC/DC模块供电。PFC模块因为自带浪涌抑制功能，所以不能带载启动，这是因为带载启动将会在启动瞬间产生大电流，大电流容易烧毁浪涌抑制电阻。因此，后级DC/DC模块需要接收到PFC模块给出的外部带载EN信号后才可以启动输出带载，否则容易造成浪涌抑制电阻R1发生损坏而无输出。
但是这个电路存在下列一些缺点：
a. 输出电压的上升阶段分为整流和升压两段，单调性不好；
b. 即使PFC不给可带载EN信号（或PFC故障），后级依然会输出整流桥整流后的电压；
c.后级带的DC/DC模块需要接收PFC的可带载信号才能开机，增加了前后级模块连接线，受EN信号驱动能力限制，后级多模块使用还会增加后级模块控制电路；
d. PFC模块在高压输出后端无短路保护，启动时输出短路会烧浪涌抑制电阻。
对于一般使用环境以及应用要求，常用的PFC应用电路可以满足使用需求，但是在一些特殊情况下，比如PFC后端连接的模块较多，连接线路多的情况下，需要减小后级错综复杂的线路连接，这时就需要取消对后级模块的开机控制线路。因此，本申请实施例公开一种PFC应用电路。参照图2，该PFC应用电路包括PFC输出缓起动电路和DC/DC模块。
PFC输出缓起动电路包括PFC模块和延时控制模块。PFC模块包括预启动电压输出端、功率电压正相输出端、功率电压负相输出端和可带载信号输出端。
预启动电压输出端R依次通过浪涌抑制电阻R1和蓄能电容C2连于功率电压负相输出端V0+，功率电压正相输出端V0+通过蓄能电容C2连于功率电压负相输出端V0-，延时控制模块连于可带载信号输出端以接收可带载信号。具体的，可带载信号输出端包括EN端和AUX端，AUX端通过第二电阻R2连于控制延时模块，EN端直接连于控制延时模块。
功率电压正相输出端V0+依次连接有缓启电阻R3和缓启开关Q1，且缓启开关Q1远离缓启电阻R3的一端作为PFC输出缓起动电路的正相输出端，缓启电阻R3远离缓启开关的Q1一端和缓启开关Q2远离缓启电阻R3的一端通过短路开关Q2相连。在本实施例中，缓启开关Q1和短路开关Q2均为可控硅。
具体的，延时控制模块连于缓启开关Q1的使能端以控制缓启开关Q1的通断，还连于短路开关Q2的使能端以控制短路开关Q2的通断。延时控制模块基于可带载信号依次输出缓启控制信号和短路控制信号，缓启开关基于缓启控制信号导通，短路开关基于短路控制信号导通。缓启控制信号和短路控制信号的输出间隔时间为第一预设时长，第一预设时长基于充电常数
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
设定，其中，充电常数
Figure DEST_PATH_IMAGE003A
=缓启电阻的电阻值×缓启电容的电容值。由于缓启电容的充电速度与缓启电阻的阻值相关，也和缓启电容的电容值相关，也就是说，缓启开关和短路开关闭合延迟时间由缓启电阻和缓启电容的充电常数TC=RC决定，一般设置时间为5倍充电常数时间。
功率电压负相输出端V0-作为PFC输出缓起动电路的负相输出端，并通过缓启电容C4连接于PFC输出缓起动电路的正相输出端。而DC/DC模块的正相输入端连于PFC输出缓起动电路的正相输出端，DC/DC模块的负相输入端连于PFC输出缓起动电路的负相输出端。具体的，DC/DC模块的启动时间点位于所述短路控制信号的输出时间点之后。在本实施例中，DC/DC模块的启动时间点与所述缓启控制信号输出时间点的间隔为第二预设时长，虽然后级DC/DC模块启动延时时间设置理论上大于Q1和Q2闭合延迟时间即可，但是实际考虑余量，一般设置第二预设时长大于等于2倍Q1和Q2闭合延迟时间，即第二预设时长大于等于
Figure DEST_PATH_IMAGE007A
。
本申请实施例还公开一种PFC输出缓起动时序控制方法，用于上述的PFC应用电路，包括以下步骤：
S1.控制PFC模块接收市电并整流；
S2.控制预启动电压输出端输出预启动电流，预启动电流经过浪涌抑制电阻后对蓄能电容充能直至预启动电流稳定；
S3.控制PFC模块短接浪涌抑制电阻并输出可带载信号；
S4.控制延时模块基于可带载信号输出缓启控制信号以导通缓启开关；
S5.控制PFC模块输出功率电流，功率电流经过缓启电阻和缓启开关以对缓启电容充电，充电时长为第一预设时长；
S6.控制延时模块输出短路控制信号以导通短路开关；
S7.延时启动DC/DC模块，延时启动时间点位于所述短路控制信号的输出时间点之后。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种PFC输出缓起动电路，其特征在于，包括PFC模块和延时控制模块，所述PFC模块包括预启动电压输出端、功率电压正相输出端、功率电压负相输出端和可带载信号输出端；
所述预启动电压输出端依次通过浪涌抑制电阻和蓄能电容连于功率电压负相输出端，所述功率电压正相输出端通过所述蓄能电容连于功率电压负相输出端，所述延时控制模块连于所述可带载信号输出端以接收可带载信号；
所述功率电压正相输出端依次连接有缓启电阻和缓启开关，且缓启开关远离缓启电阻的一端作为所述PFC输出缓起动电路的正相输出端，所述缓启电阻远离缓启开关的一端和所述缓启开关远离缓启电阻的一端通过短路开关相连；
所述功率电压负相输出端作为所述PFC输出缓起动电路的负相输出端，并通过缓启电容连接于所述PFC输出缓起动电路的正相输出端；
所述延时控制模块连于缓启开关的使能端以控制缓启开关的通断，还连于短路开关的使能端以控制短路开关的通断。
2.根据权利要求1所述的PFC输出缓起动电路，其特征在于，所述延时控制模块基于可带载信号依次输出缓启控制信号和短路控制信号，所述缓启开关基于缓启控制信号导通，所述短路开关基于短路控制信号导通。
3.根据权利要求2所述的PFC输出缓起动电路，其特征在于，所述缓启控制信号和所述短路控制信号的输出间隔时间为第一预设时长，所述第一预设时长基于充电常数
Figure DEST_PATH_IMAGE002
设定，其中，充电常数
Figure DEST_PATH_IMAGE003
=缓启电阻的电阻值×缓启电容的电容值。
4.根据权利要求3所述的PFC输出缓起动电路，其特征在于，所述第一预设时长为
Figure DEST_PATH_IMAGE005
。
5.根据权利要求1所述的PFC输出缓起动电路，其特征在于，所述缓启开关为可控硅。
6.根据权利要求1所述的PFC输出缓起动电路，其特征在于，所述短路开关为可控硅。
7.一种PFC应用电路，其特征在于，包括如权利要求1-6任意一项所述的PFC输出缓起动电路，还包括DC/DC模块，所述DC/DC模块的正相输入端连于PFC输出缓起动电路的正相输出端，所述DC/DC模块的负相输入端连于PFC输出缓起动电路的负相输出端。
8.根据权利要求7所述的PFC应用电路，其特征在于，所述DC/DC模块的启动时间点位于所述短路控制信号的输出时间点之后。
9.根据权利要求8所述的PFC应用电路，其特征在于，所述DC/DC模块的启动时间点与所述缓启控制信号输出时间点的间隔为第二预设时长，所述第二预设时长大于等于
Figure DEST_PATH_IMAGE007
。
10.一种PFC输出缓起动时序控制方法，其特征在于，用于如权利要求7-9任意一项所述的PFC应用电路，包括以下步骤：
控制PFC模块接收市电并整流；
控制预启动电压输出端输出预启动电流，预启动电流经过浪涌抑制电阻后对蓄能电容充能直至预启动电流稳定；
控制PFC模块短接浪涌抑制电阻并输出可带载信号；
控制延时模块基于可带载信号输出缓启控制信号以导通缓启开关；
控制PFC模块输出功率电流，功率电流经过缓启电阻和缓启开关以对缓启电容充电，充电时长为第一预设时长；
控制控制延时模块输出短路控制信号以导通短路开关；
延时启动DC/DC模块，延时启动时间点位于所述短路控制信号的输出时间点之后。
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