CN115085533B - 一种功率因数调整电路及使用其的高压集成电路 - Google Patents

一种功率因数调整电路及使用其的高压集成电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种功率因数调整电路及使用其的高压集成电路，属于半导体集成电路技术领域，功率因数调整电路包括：电压环电路模块与斜坡发生器电连接；电流环电路模块与斜坡发生器电连接；振荡器与PWM逻辑发生驱动电路模块电连接；斜坡发生器与PWM逻辑发生驱动电路模块电连接，PWM逻辑发生驱动电路模块的输出端用于向智能功率模块的三相驱动电路的IGBT1三极管输出对应的控制信号。高压集成电路包括：功率因数调整电路的输出端分别与高侧驱动电路模块的输入端和低侧驱动电路模块的输入端电连接。所述功率因数调整电路及使用其的高压集成电路解决了现有的功率因数调整电路容易与三相驱动电路互相干扰的问题。

Description

一种功率因数调整电路及使用其的高压集成电路
技术领域
本发明涉及半导体集成电路技术领域，特别是一种功率因数调整电路及使用其的高压集成电路。
背景技术
智能功率模块，即IPM（Intelligent Power Module），是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品，一般由高压集成电路和对应的驱动电路组成。智能功率模块把功率开关器件和高压集成电路集成在一起，并内藏有过电压、过电流和过热等故障检测电路。智能功率模块一方面接收MCU的控制信号，驱动后续电路工作，另一方面将系统的状态检测信号送回MCU。与传统分立方案相比，智能功率模块以其高集成度、高可靠性等优势赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器及各种逆变电源，是变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动和变频家电的一种理想电力电子器件。
高压集成电路，即HVIC(High Voltage Integrated Circuit)，是一种用于把MCU信号转换成驱动IGBT等开关管的驱动信号的集成电路产品。现有的高压集成电路一般集成有三相驱动电路和PFC功率因数调整电路，PFC功率因数调整电路需要外接PFC控制驱动电路才能实现功率因数调整，如此，PFC功率因数调整电路的工作频率比三相驱动电路的工作频率高，因此，PFC功率因数调整电路容易与三相驱动电路互相干扰。
发明内容
针对上述缺陷，本发明的一个目的在于提出一种功率因数调整电路，解决了现有的功率因数调整电路容易与三相驱动电路互相干扰的问题。
针对上述缺陷，本发明的另一个目的在于提出一种，解决了现有的功率因数调整电路容易与三相驱动电路互相干扰的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种功率因数调整电路，包括电压环电路模块、电流环电路模块、斜坡发生器、振荡器和PWM逻辑发生驱动电路模块；
所述电压环电路模块的输入端VDC-PFC与智能功率模块的三相驱动电路的PFC输出母线电压采集模块的采集输出端电连接，所述电压环电路模块的模数转换输出端与斜坡发生器的输入端电连接；所述电压环电路模块用于使PFC输出母线电压采集模块的采集输出端输出的采集电压保持恒定并从电压环电路模块的模数转换输出端输出该恒定电压；
所述电流环电路模块的输入端I-PFC与智能功率模块的三相驱动电路的PFC输出母线电流采集模块的采集输出端相连接，所述电流环电路模块的输出端与所述斜坡发生器的输入端电连接；所述电流环电路模块用于平均PFC输出母线电流采集模块采集到的电感电流并将平均后的电感电流从电流环电路模块的输出端输出；
所述振荡器的端口FREQ与电阻器R13的一端电连接，所述电阻器R13的另一端接地，所述振荡器的输出端与所述PWM逻辑发生驱动电路模块的第一输入端电连接；
所述斜坡发生器的输出端与所述PWM逻辑发生驱动电路模块的第二输入端电连接，所述斜坡发生器用于根据电压环电路模块的模数转换输出端输出的恒定电压和电流环电路模块的输出端输出的平均后的电感电流于斜坡发生器的输出端形成斜坡输出电压；
所述PWM逻辑发生驱动电路模块的输出端PFC OUT用于根据斜坡发生器的输出端的输出和振荡器的输出端的输出调节功率因数并从输出端PFC OUT向智能功率模块的三相驱动电路的IGBT1三极管输出对应的控制信号。
具体地，所述电压环电路模块包括比较器C104、比较器C105、RS触发器RS200和sigma-delta ADC模数转换器，所述比较器C104的正相输入端、所述比较器C105的反相输入端和所述sigma-delta ADC模数转换器的输入端并联后作为所述电压环电路模块的输入端VDC-PFC，所述比较器C104的反相输入端作为参考电压VF3端，所述比较器C105的正相输入端作为参考电压VF4端，所述比较器C104的输出端与所述RS触发器RS200的S输入端电连接，所述比较器C105的输出端与RS触发器的R输入端电连接，所述RS触发器的Q输出端作为所述电压环电路模块的逻辑输出端，所述sigma-delta ADC模数转换器的输出端作为电压环电路模块的模数转换输出端。
值得说明的是，所述电流环电路模块包括运算放大器A0802、反馈电阻R0801和比较器C0803，所述运算放大器A0802的反相输入端作为所述电流环电路模块的输入端I-PFC，所述运算放大器A0802的正相输入端与高压集成电路的VSS端电连接，所述反馈电阻R0801的一端与所述运算放大器A0802的反相输入端电连接，所述反馈电阻R0801的另一端与运算放大器A0802的输出端电连接，所述运算放大器A0802的输出端与所述比较器C0803的正相输入端电连接，所述比较器C0803的反相输入端作为参考电压VF端，所述比较器C0803的输出端作为所述电流环电路模块的输出端。
具体地，所述斜坡发生器包括运算放大器A300、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电容C300、二极管D31和二极管D32；所述斜坡发生器的输入端与所述电阻R31的一端电连接，所述电阻R31的另一端与所述电阻R32的一端电连接，所述电阻R32的另一端与所述运算放大器A300的反相输入端电连接；所述二极管D31的阴极和所述二极管D32的阳极并联后与所述电阻R31的另一端电连接，所述二极管D31的阳极和所述二极管D32的阴极均接地；所述运算放大器A300的正相输入端通过所述电阻R34接地；所述运算放大器A300的输出端与所述电阻R35的一端电连接，所述电阻R35的另一端作为所述斜坡发生器的输出端；所述电阻R35的另一端还与所述电容C300的一端电连接，所述电容C300的另一端与所述运算放大器A300的反相输入端电连接；所述电阻R35的另一端还与电阻R33的一端电连接，所述电阻R33的另一端与所述电阻R31的一端电连接。
优选地，所述功率因数调整电路还包括故障逻辑处理电路模块，所述故障逻辑处理电路模块包括与门，所述与门的第一输入端与电压环电路模块的逻辑输出端电连接，所述与门的第二输入端与所述电流环电路模块的输出端电连接，所述与门的输出端与所述PWM逻辑发生驱动电路模块的第三输入端电连接。
值得说明的是，所述功率因数调整电路还包括交流电压检测处理电路模块，所述交流电压检测处理电路模块包括比较器C72、比较器C73和RS触发器RS100；所述比较器C72的正相输入端和所述比较器C73的反相输入端并联后作为所述交流电压检测处理电路模块的输入端VAC-PFC，所述比较器C72的反相输入端与参考电压VF1端电连接，所述比较器C73的正相输入端与参考电压VF2端电连接；所述比较器C72的输出端与RS触发器RS100的R输入端电连接，所述比较器C73的输出端与RS触发器RS100的S输入端电连接，所述RS触发器RS100的Q输出端作为所述交流电压检测处理电路模块的输出端，所述交流电压检测处理电路模块的输出端与所述故障逻辑处理电路模块的与门的第三输入端电连接。
具体地，所述功率因数调整电路还包括非线性补偿电路模块，所述非线性补偿电路模块的第一输入端与所述电压环电路模块的模数转换输出端电连接，所述非线性补偿电路模块的第二输入端与所述电流环电路模块的输出端电连接，所述非线性补偿电路模块的第三输入端与所述振荡器的输出端电连接，所述非线性补偿电路模块的输出端与所述电流环电路模块的参考电压VF端电连接；
所述非线性补偿电路模块用于根据电压环电路模块的模数转换输出端输出的恒定电压、电流环电路模块的输出端输出的平均后的电感电流和振荡器的输出端提供的开关频率在非线性补偿电路模块的输出端形成补偿控制信号并调节电流环电路模块的输入端I-PFC接收到的电感电流的幅度。
值得说明的是，一种高压集成电路，使用所述功率因数调整电路，所述功率因数调整电路内置于所述高压集成电路内；
所述高压集成电路包括高侧驱动电路模块和低侧驱动电路模块，所述功率因数调整电路中的故障逻辑处理电路模块的输出端分别与高侧驱动电路模块的输入端和低侧驱动电路模块的输入端电连接。
具体地，所述高侧驱动电路模块和低侧驱动电路模块之间电连接有互锁与死区电路。
优选地，所述高侧驱动电路模块内设有高侧欠压保护电路和自举电路。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：在功率因数调整电路中，电压环电路模块、电流环电路模块、斜坡发生器和振荡器形成的PFC控制驱动电路内置于所述功率因数调整电路内，从而不必外接其他PFC控制驱动电路就能实现功率因数调整，避免出现由于外接PFC控制驱动电路而导致功率因数调整电路的工作频率比三相驱动电路的工作频率高，从而解决了PFC功率因数调整电路容易与三相驱动电路互相干扰的问题。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的功率因数调整电路的电路框图；
图2是本发明的一个实施例的高压集成电路的电路框图；
图3是本发明的一个实施例的智能功率模块的电路图；
图4是本发明的一个实施例的电流环电路模块的电路图；
图5是本发明的一个实施例的斜坡发生器的电路图；
图6是本发明的一个实施例的故障逻辑处理电路模块的电路图；
图7是本发明的一个实施例的交流电压检测处理电路模块的电路图；
图8是本发明的一个实施例的电压环电路模块的电路图；
图9是图3虚线框A的放大示意图；
图10是图3虚线框B的放大示意图；
图11是图3虚线框C的放大示意图；
图12是图3虚线框D的放大示意图；
其中：1电压环电路模块；2电流环电路模块；3斜坡发生器；4振荡器；5PWM逻辑发生驱动电路模块；6故障逻辑处理电路模块；7交流电压检测处理电路模块；8非线性补偿电路模块；10功率因数调整电路；20高侧驱动电路模块；30低侧驱动电路模块；40互锁与死区电路；50高侧欠压保护电路；60自举电路。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合图1至图12，描述本发明实施例的一种功率因数调整电路，包括电压环电路模块1、电流环电路模块2、斜坡发生器3、振荡器4和PWM逻辑发生驱动电路模块5；
所述电压环电路模块1的输入端VDC-PFC与智能功率模块的三相驱动电路的PFC输出母线电压采集模块的采集输出端电连接，所述电压环电路模块1的模数转换输出端与斜坡发生器3的输入端电连接；所述电压环电路模块1用于使PFC输出母线电压采集模块的采集输出端输出的采集电压保持恒定并从电压环电路模块1的模数转换输出端输出该恒定电压；在本实施例中，智能功率模块的三相驱动电路的PFC输出母线电压采集模为现有的为了采集智能功率模块的三相驱动电路的PFC输出母线电压而设置的元器件组合，如图3和图12所示，其由采样电阻R10和分压电阻R9组成，所述分压电阻R9的一端与PFC输出母线电连接，所述分压电阻R9的另一端与所述采样电阻R10的一端电连接，所述采样电阻R10的另一端接地，所述采样电阻R10的一端与输入端VDC-PFC电连接；电压环电路模块1采用数字集成，对智能功率模块的三相驱动电路的PFC输出母线电压VOUT进行监控，以进行控制PFC输出母线电压VOUT、过压保护和开环保护。PFC输出母线电压采集模块的采集输出端连接电压环电路的输入端VDC-PFC，引脚VDC-PFC是sigma-delta ADC的输入，其内部参考电压为2.5V，采样率为3.5kHz，根据PFC母线电压采样电路采集到电压实现PFC输出母线电压VOUT控制调节，实现保持输出电压恒定。电压环电路设有VOP电路和OLP电路，PFC输出母线电压采集模采集到电压，输入故障逻辑处理电路模块6，实现过电压保护和开环保护。
所述电流环电路模块2的输入端I-PFC与智能功率模块的三相驱动电路的PFC输出母线电流采集模块的采集输出端相连接，所述电流环电路模块2的输出端与所述斜坡发生器3的输入端电连接；所述电流环电路模块2用于平均PFC输出母线电流采集模块采集到的电感电流并将平均后的电感电流从电流环电路模块2的输出端输出；在本实施例中，智能功率模块的三相驱动电路的PFC输出母线电流采集模块为现有的为了采集智能功率模块的三相驱动电路的PFC输出母线电流而设置的元器件组合，如图3和图10所示，于电阻R6所在的回路引出一回路与输入端I-PFC电连接，此时与输入端I-PFC电连接的回路与电阻R6所在的回路并联；其中，电阻R7和电容C2组成滤波电路。电流环电路模块2的输入端I-PFC检测智能功率模块的三相驱动电路的PFC输出母线的实时电流。所述电流环电路模块2对流经电阻R6的电感电流产生的I-PFC引脚处的电流进行平均。将平均后的电感电流的波形与斜坡发生器3和PWM逻辑发生驱动电路模块5中的内部斜坡进行比较。一旦斜坡穿过平均后的电感电流的波形，比较器C10通过PWM逻辑发生驱动电路模块5开启驱动级。
所述振荡器4的端口FREQ与电阻器R13的一端电连接，所述电阻器R13的另一端接地，所述振荡器4的输出端与所述PWM逻辑发生驱动电路模块5的第一输入端电连接；振荡器4是一种能量转换装置，能将直流电能转换为具有一定频率的交流电能，所述振荡器4为石英晶体振荡器。所述振荡器4能实现PFC的PWM频率设置，所述振荡器4提供外部开关频率，并通过外部的电阻器R13和通过端口FREQ的外部脉冲信号进行在线同步。频率设置时，振荡器4的开关频率可以将外部的电阻器R13设置在端口FREQ端口FREQ的电压通常为3V。振荡器4相应的电容器集成在高压集成电路中，频率可以通过改变外部的电阻器R13的阻值来得到不同的频率，振荡器4的工作频率范围为21kHz至250kHz。
所述斜坡发生器3的输出端与所述PWM逻辑发生驱动电路模块5的第二输入端电连接，所述斜坡发生器3用于根据电压环电路模块1的模数转换输出端输出的恒定电压和电流环电路模块2的输出端输出的平均后的电感电流于斜坡发生器3的输出端形成斜坡输出电压；具体地，所述斜坡发生器3为积分电路，斜坡发生器3的输出端的斜坡输出电压为一斜坡，给PWM逻辑发生驱动电路模块5提供适合斜坡。
所述PWM逻辑发生驱动电路模块5的输出端PFC OUT用于根据斜坡发生器3的输出端的输出和振荡器4的输出端的输出调节功率因数并从输出端PFC OUT向智能功率模块的三相驱动电路的IGBT1三极管输出对应的控制信号。在本实施例中，所以PWM逻辑发生驱动电路模块5为PWM逻辑发生驱动电路，为集成芯片SG3525构成PWM发生器。
在所述功率因数调整电路10中，所述电压环电路模块1、电流环电路模块2、斜坡发生器3和振荡器4形成的PFC控制驱动电路内置于所述功率因数调整电路10内，从而不必外接其他PFC控制驱动电路就能实现功率因数调整，避免出现由于外接PFC控制驱动电路而导致功率因数调整电路10的工作频率比三相驱动电路的工作频率高，从而解决了PFC功率因数调整电路10容易与三相驱动电路互相干扰的问题。
一些实施例中，如图8所示，所述电压环电路模块1包括比较器C104、比较器C105、RS触发器RS200和sigma-delta ADC模数转换器，所述比较器C104的正相输入端、所述比较器C105的反相输入端和所述sigma-delta ADC模数转换器的输入端并联后作为所述电压环电路模块1的输入端VDC-PFC，所述比较器C104的反相输入端作为参考电压VF3端，所述比较器C105的正相输入端作为参考电压VF4端，所述比较器C104的输出端与所述RS触发器RS200的S输入端电连接，所述比较器C105的输出端与RS触发器的R输入端电连接，所述RS触发器的Q输出端作为所述电压环电路模块1的逻辑输出端，所述sigma-delta ADC模数转换器的输出端作为电压环电路模块1的模数转换输出端。其中，所述参考电压VF3端用于输入参考电压VF3，所述参考电压VF4端用于输入参考电压VF4,所述比较器C104利用反相输入端的参考电压VF3与正相输入端的输入做比较,所述比较器C105利用正相输入端的参考电压VF4与反相输入端的输入做比较。
一些实施例中，如图4所示，所述电流环电路模块2包括运算放大器A0802、反馈电阻R0801和比较器C0803，所述运算放大器A0802的反相输入端作为所述电流环电路模块2的输入端I-PFC，所述运算放大器A0802的正相输入端与高压集成电路的VSS端电连接，所述反馈电阻R0801的一端与所述运算放大器A0802的反相输入端电连接，所述反馈电阻R0801的另一端与运算放大器A0802的输出端电连接，所述运算放大器A0802的输出端与所述比较器C0803的正相输入端电连接，所述比较器C0803的反相输入端作为参考电压VF端，所述比较器C0803的输出端作为所述电流环电路模块2的输出端。其中，参考电压VF端用于输入参考电压VF。所述比较器C0803利用反相输入端的参考电压VF与正相输入端的输入做比较。
一些实施例中，如图5所示，所述斜坡发生器3包括运算放大器A300、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电容C300、二极管D31和二极管D32；所述斜坡发生器3的输入端与所述电阻R31的一端电连接，所述电阻R31的另一端与所述电阻R32的一端电连接，所述电阻R32的另一端与所述运算放大器A300的反相输入端电连接；所述二极管D31的阴极和所述二极管D32的阳极并联后与所述电阻R31的另一端电连接，所述二极管D31的阳极和所述二极管D32的阴极均接地；所述运算放大器A300的正相输入端通过所述电阻R34接地；所述运算放大器A300的输出端与所述电阻R35的一端电连接，所述电阻R35的另一端作为所述斜坡发生器3的输出端；所述电阻R35的另一端还与所述电容C300的一端电连接，所述电容C300的另一端与所述运算放大器A300的反相输入端电连接；所述电阻R35的另一端还与电阻R33的一端电连接，所述电阻R33的另一端与所述电阻R31的一端电连接。
一些实施例中，如图1和图6所示，还包括故障逻辑处理电路模块6，所述故障逻辑处理电路模块6包括与门，所述与门的第一输入端与电压环电路模块1的逻辑输出端电连接，所述与门的第二输入端与所述电流环电路模块2的输出端电连接，所述与门的输出端与所述PWM逻辑发生驱动电路模块5的第三输入端电连接。
所述故障逻辑处理电路模块6用于通过其自身的第一输入端获取电压环电路模块1的逻辑输出端输出的电压，用于通过其自身的第二输入端获取电流环电路模块2的输出端输出的平均后的电压，还用于通过其自身的输出端向所述PWM逻辑发生驱动电路模块5的第三输入端反馈监控电压环电路模块1的逻辑输出端输出的电压的结果和反馈监控电流环电路模块2的输出端输出的平均后的电感电流的结果。
故障逻辑处理电路模块6对输入电压断电保护、峰值电流限制保护、开环保护和首次过电压保护进行逻辑处理，实现功率因数调整电路10的保护。电流环电路模块2和电压环电路模块1除了上述调节控制功率因数调整电路10的稳定运行，还其保护作用，当功率因数调整电路10出现特殊情况，如出现过流、过压或欠压的情况，电流环电路模块2和电压环电路模块1会输出信号给故障逻辑处理电路模块6，通过故障逻辑处理电路模块6保护功率因数调整电路10不受损坏。
值得说明的是，如图1和图7所示，还包括交流电压检测处理电路模块7，所述交流电压检测处理电路模块7包括比较器C72、比较器C73和RS触发器RS100；所述比较器C72的正相输入端和所述比较器C73的反相输入端并联后作为所述交流电压检测处理电路模块7的输入端VAC-PFC，所述比较器C72的反相输入端与参考电压VF1端电连接，所述比较器C73的正相输入端与参考电压VF2端电连接；所述比较器C72的输出端与RS触发器RS100的R输入端电连接，所述比较器C73的输出端与RS触发器RS100的S输入端电连接，所述RS触发器RS100的Q输出端作为所述交流电压检测处理电路模块7的输出端，所述交流电压检测处理电路模块7的输出端与所述故障逻辑处理电路模块6的与门的第三输入端电连接。其中，所述参考电压VF1端用于输入参考电压VF1，所述比较器C72利用反相输入端的参考电压VF1与正相输入端的输入做比较；所述参考电压VF2端用于输入参考电压VF2，所述比较器C73利用正相输入端的参考电压VF2与反相输入端的输入做比较。
所述交流电压检测处理电路模块7的输入端VAC-PFC与三相驱动电路的220VAC电源的采集电压输出端电连接，所述交流电压检测处理电路模块7的输出端与所述故障逻辑处理电路模块6的与门的第三输入端电连接；所述交流电压检测处理电路模块7的输入端VAC-PFC采样电压超过参考电压VF1端时，将开启高压集成电路,所述交流电压检测处理电路模块7的输入端VAC-PFC采样电压低于参考电压VF2端时，高压集成电路进入故障模式。RS触器防止系统在正常和故障模式之间振荡。所述交流电压检测处理电路模块7用于监控三相驱动电路的220VAC电源的电压并反馈到故障逻辑处理电路模块6；所述故障逻辑处理电路模块6还用于通过其自身的输出端向所述PWM逻辑发生驱动电路模块5的第三输入端反馈监控三相驱动电路的220VAC电源的电压的结果。所述交流电压检测处理电路模块7的输入端VAC-PFC与三相驱动电路的220VAC电源的采集电压输出端电连接，实时监控交流电源的输入。如图3和图11所示，交流电压采样电路的电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、二极管D1和二极管D2，可以直接感应220VAC电源的电压。220VAC电源的火线接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极与电阻R2电连接，通过电阻R2、电阻R4和电阻R5进行分压，220VAC电源的零线接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极与电阻R1连接，通过电阻R1、电阻R3和电阻R5进行分压，再经过电容C1滤波后输入到端口VAC-PFC。当输入端VAC-PFC处的电压超过参考电压VREG1时，该值将开启PFC逻辑驱动输出。当VAC-PFC低于参考电压VREG2时，进入故障模式。
可选地，还包括非线性补偿电路模块8，所述非线性补偿电路模块8的第一输入端与所述电压环电路模块1的模数转换输出端电连接，所述非线性补偿电路模块8的第二输入端与所述电流环电路模块2的输出端电连接，所述非线性补偿电路模块8的第三输入端与所述振荡器4的输出端电连接，所述非线性补偿电路模块8的输出端与所述电流环电路模块2的参考电压VF端电连接；
所述非线性补偿电路模块8用于根据电压环电路模块1的模数转换输出端输出的恒定电压、电流环电路模块2的输出端输出的平均后的电感电流和振荡器4的输出端提供的开关频率在非线性补偿电路模块8的输出端形成补偿控制信号并调节电流环电路模块2的输入端I-PFC接收到的电感电流的幅度。
所述非线性补偿电路模块8为现有的用于非线性补偿控制（Nonlinearcompensation control）的非线性补偿电路，由运算放大器和比较器组成。所述非线性补偿电路模块8用于控制调节电感电流的幅度。非线性补偿电路的输入是电压环电路模块1、电流环电路模块2和振荡器4。非线性补偿电路旨在降低电压回路对输入电压的依赖性，以支持宽输入电压范围（一般为85VAC-265VAC），非线性补偿电路模块8是控制功率因数调整电路10内的电感电流。非线性补偿电路模块8会根据电流环电路模块2检测智能功率模块的三相驱动电路的PFC输出母线而得到的实时电流，向电流环电路模块2反馈补偿信号。
振荡器4是决定功率因数调整电路10驱动PWM的频率，不能调节功率因数调整电路10内的电感电流。
高压集成电路通电期间，振荡器4通过端口FREQ接电阻器R13，输出一个PWM波给PWM逻辑发生驱动电路模块5，驱动智能功率模块的三相驱动电路的IGBT1三极管，驱动电路开始工作，电流环电路模块2对三相驱动电路电流进行采样，电压环电路模块1对三相驱动电路的输出电压进行采样，电流回路控制平均输入电流的正弦曲线。
功率因数调整电路利用PWM占空比对线路输入电压的依赖性来确定相应的输入电流。这意味着，只要设备在连续模式下的平均电流控制方案（CCM）中工作，平均输入电流就会跟随输入电压。在轻负载条件下，根据扼流圈电感，系统可能会进入不连续传导模式（DCM），导致高次谐波，但仍符合IEC 1000-3-2的D级要求。
外部电压回路控制输出大容量电压，集成在集成电路中。根据负载条件，内部非线增益电路补偿输出被转换为适当的直流电压，该直流电压控制平均输入电流的幅度。
具体地，如图3、4和9所示，所述电流环电路模块2中的比较器C0803的输出端还作为所述电流环电路模块2的ICOMP端口，所述ICOMP端口与电容C5的一端电连接，所述电容C5的另一端接地。电流环电路模块2的补偿在ICOMP端口上实现。ICOMP端口接一个电容C5，在正常工作模式下，该ICOMP端口提供的电压与平均后的电感电流成正比。在待机模式下，该ICOMP端口内部短路至参考电压VREG端口。
本实施例中，高压集成电路采用连续模式下的平均电流控制方案（CCM）来实现功 率因数校正。假设电压回路工作且输出电压保持恒定，平均电流控制方案下的功率因数调 整电路10的关占空比
Figure 704505DEST_PATH_IMAGE001
如下所示：
Figure 901131DEST_PATH_IMAGE002
；根据上述公式，
Figure 248936DEST_PATH_IMAGE001
与
Figure 408784DEST_PATH_IMAGE003
成正比，其中，
Figure 463327DEST_PATH_IMAGE003
为功率因数调整电路 10的输入电压，
Figure 299696DEST_PATH_IMAGE004
为功率因数调整电路10的输出电压。
电流回路的目标是调节平均后的电感电流，使其与关闭占空比
Figure 806901DEST_PATH_IMAGE001
成比例，从而 与输入电压
Figure 613183DEST_PATH_IMAGE003
成比例。PWM通过驱动PWM波的斜坡信号与端口ICOMP处的平均后的电感电流 相交来执行。PWM周期从IGBT1三极管的栅极关闭开始，持续时间为
Figure 912446DEST_PATH_IMAGE005
（典型值为 600ns），在
Figure 778771DEST_PATH_IMAGE005
到期后，驱动PWM波的斜坡信号的坡道允许上升。IGBT1三极管的关断时间 在驱动PWM波的斜坡信号和平均电流波形的交点处结束。这导致了平均后的电感电流和关 占空比
Figure 648638DEST_PATH_IMAGE001
落差之间的比例关系。
PWM逻辑发生驱动电路模块5对输入其的控制输入信号进行优先级排序，并生成最 终逻辑信号以开启驱动级。PWM逻辑发生驱动电路模块5中的逻辑门的速度以及复位脉冲持 续时间
Figure 258611DEST_PATH_IMAGE005
的宽度设计为在65kHz的工作频率以下，在门输出时满足95%的最大占空比
Figure 22168DEST_PATH_IMAGE006
。
在高输入电流导致峰值电流限制的情况下，IGBT1三极管的栅极将立即关闭，并在 当前PWM周期内保持在关闭状态。持续时间
Figure 954001DEST_PATH_IMAGE005
复位（最高优先级，覆盖其他输入信号）电 流限制锁存器和
Figure 435798DEST_PATH_IMAGE007
锁存器。
优选的，一种高压集成电路，使用所述功率因数调整电路10，所述功率因数调整电路10内置于所述高压集成电路内；
所述高压集成电路包括高侧驱动电路模块20和低侧驱动电路模块30，所述功率因数调整电路10中的故障逻辑处理电路模块6的输出端分别与高侧驱动电路模块20的输入端和低侧驱动电路模块30的输入端电连接。
所述高侧驱动电路模块20和低侧驱动电路模块30为现有的电路结构，通过从输入通道输入PWM控制信号来产生对应的驱动信号来驱动能功率模块的驱动电路对应的IGBT三极管。其中，所述故障逻辑处理电路模块6的输出端输出高低电平信号，所述高侧驱动电路模块20的输入端输入PWM波信号，所述低侧驱动电路模块30的输入端输入PWM波信号。
一些实施例中，所述高侧驱动电路模块20和低侧驱动电路模块30之间电连接有互锁与死区电路40。如此，实现互锁和死区功能。互锁与死区电路40中的死区电路，为现有的电路结构，死区电路主要用于产生死区时间，在功率开关PWM控制信号翻转时避免发生误触发。高压集成电路控制三相逆变功率元件，其反馈电流或电压信号，常常会被功率器件开关时产生的噪声所影响，导致输入芯片内部的信号叠加了一些由导线寄生电感和芯片寄生电容引起的spike噪声，这些spike噪声会导致芯片内部产生误触发，输出错误的PWM控制信号。为了避免spike噪声的影响，在PWM控制信号翻转后到反馈信号稳定的一端时间内，对反馈信号的运算电路进行屏蔽，这段时间就是死区时间。也就是同一桥臂的上下开关器件（如IGBT管和MOS管等）的导通和关断错开一定的时间，即死区时间，以保证同一桥臂的上下IGBT管总是先关断后导通。死区电路为RC充电延时电路，即充电速度缓慢，放电速度很快。使脉冲的上升沿变缓，下降沿不变。这就是死区的产生原理，通过调整R,C的值可以修改死区时间。
值得说明的是，所述高侧驱动电路模块20内设有高侧欠压保护电路50和自举电路60。高侧欠压保护电路50和自举电路60为现有的电路结构。所述高侧欠压保护电路50实现高侧驱动电路模块20的高侧驱动欠压保护功能，所述自举电路60实现高侧驱动电路模块20的自举供电功能。
根据本发明实施例的一种功率因数调整电路及使用其的高压集成电路的其他构成等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施实施进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种功率因数调整电路，其特征在于：包括电压环电路模块、电流环电路模块、斜坡发生器、振荡器和PWM逻辑发生驱动电路模块；
所述电压环电路模块的输入端VDC-PFC与智能功率模块的三相驱动电路的PFC输出母线电压采集模块的采集输出端电连接，所述电压环电路模块的模数转换输出端与斜坡发生器的输入端电连接；所述电压环电路模块用于使PFC输出母线电压采集模块的采集输出端输出的采集电压保持恒定并从电压环电路模块的模数转换输出端输出恒定电压；
所述电流环电路模块的输入端I-PFC与智能功率模块的三相驱动电路的PFC输出母线电流采集模块的采集输出端相连接，所述电流环电路模块的输出端与所述斜坡发生器的输入端电连接；所述电流环电路模块用于平均PFC输出母线电流采集模块采集到的电感电流并将平均后的电感电流从电流环电路模块的输出端输出；
所述振荡器的端口FREQ与电阻器R13的一端电连接，所述电阻器R13的另一端接地，所述振荡器的输出端与所述PWM逻辑发生驱动电路模块的第一输入端电连接；
所述斜坡发生器的输出端与所述PWM逻辑发生驱动电路模块的第二输入端电连接，所述斜坡发生器用于根据电压环电路模块的模数转换输出端输出的恒定电压和电流环电路模块的输出端输出的平均后的电感电流于斜坡发生器的输出端形成斜坡输出电压；
所述PWM逻辑发生驱动电路模块的输出端PFC OUT用于根据斜坡发生器的输出端的输出和振荡器的输出端的输出调节功率因数并从输出端PFC OUT向智能功率模块的三相驱动电路的IGBT1三极管输出对应的控制信号；
所述电压环电路模块包括比较器C104、比较器C105、RS触发器RS200和sigma-deltaADC模数转换器，所述比较器C104的正相输入端、所述比较器C105的反相输入端和所述sigma-delta ADC模数转换器的输入端并联后作为所述电压环电路模块的输入端VDC-PFC，所述比较器C104的反相输入端作为参考电压VF3端，所述比较器C105的正相输入端作为参考电压VF4端，所述比较器C104的输出端与所述RS触发器RS200的S输入端电连接，所述比较器C105的输出端与RS触发器的R输入端电连接，所述RS触发器的Q输出端作为所述电压环电路模块的逻辑输出端，所述sigma-delta ADC模数转换器的输出端作为电压环电路模块的模数转换输出端。
2.根据权利要求1所述的功率因数调整电路，其特征在于：所述电流环电路模块包括运算放大器A0802、反馈电阻R0801和比较器C0803，所述运算放大器A0802的反相输入端作为所述电流环电路模块的输入端I-PFC，所述运算放大器A0802的正相输入端与高压集成电路的VSS端电连接，所述反馈电阻R0801的一端与所述运算放大器A0802的反相输入端电连接，所述反馈电阻R0801的另一端与运算放大器A0802的输出端电连接，所述运算放大器A0802的输出端与所述比较器C0803的正相输入端电连接，所述比较器C0803的反相输入端作为参考电压VF端，所述比较器C0803的输出端作为所述电流环电路模块的输出端。
3.根据权利要求2所述的功率因数调整电路，其特征在于：所述斜坡发生器包括运算放大器A300、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电容C300、二极管D31和二极管D32；所述斜坡发生器的输入端与所述电阻R31的一端电连接，所述电阻R31的另一端与所述电阻R32的一端电连接，所述电阻R32的另一端与所述运算放大器A300的反相输入端电连接；所述二极管D31的阴极和所述二极管D32的阳极并联后与所述电阻R31的另一端电连接，所述二极管D31的阳极和所述二极管D32的阴极均接地；所述运算放大器A300的正相输入端通过所述电阻R34接地；所述运算放大器A300的输出端与所述电阻R35的一端电连接，所述电阻R35的另一端作为所述斜坡发生器的输出端；所述电阻R35的另一端还与所述电容C300的一端电连接，所述电容C300的另一端与所述运算放大器A300的反相输入端电连接；所述电阻R35的另一端还与电阻R33的一端电连接，所述电阻R33的另一端与所述电阻R31的一端电连接。
4.根据权利要求3所述的功率因数调整电路，其特征在于：所述功率因数调整电路还包括故障逻辑处理电路模块，所述故障逻辑处理电路模块包括与门，所述与门的第一输入端与电压环电路模块的逻辑输出端电连接，所述与门的第二输入端与所述电流环电路模块的输出端电连接，所述与门的输出端与所述PWM逻辑发生驱动电路模块的第三输入端电连接。
5.根据权利要求4所述的功率因数调整电路，其特征在于：所述功率因数调整电路还包括交流电压检测处理电路模块，所述交流电压检测处理电路模块包括比较器C72、比较器C73和RS触发器RS100；所述比较器C72的正相输入端和所述比较器C73的反相输入端并联后作为所述交流电压检测处理电路模块的输入端VAC-PFC，所述比较器C72的反相输入端与参考电压VF1端电连接，所述比较器C73的正相输入端与参考电压VF2端电连接；所述比较器C72的输出端与RS触发器RS100的R输入端电连接，所述比较器C73的输出端与RS触发器RS100的S输入端电连接，所述RS触发器RS100的Q输出端作为所述交流电压检测处理电路模块的输出端，所述交流电压检测处理电路模块的输出端与所述故障逻辑处理电路模块的与门的第三输入端电连接。
6.根据权利要求5所述的功率因数调整电路，其特征在于：所述功率因数调整电路还包括非线性补偿电路模块，所述非线性补偿电路模块的第一输入端与所述电压环电路模块的模数转换输出端电连接，所述非线性补偿电路模块的第二输入端与所述电流环电路模块的输出端电连接，所述非线性补偿电路模块的第三输入端与所述振荡器的输出端电连接，所述非线性补偿电路模块的输出端与所述电流环电路模块的参考电压VF端电连接；
所述非线性补偿电路模块用于根据电压环电路模块的模数转换输出端输出的恒定电压、电流环电路模块的输出端输出的平均后的电感电流和振荡器的输出端提供的开关频率在非线性补偿电路模块的输出端形成补偿控制信号并调节电流环电路模块的输入端I-PFC接收到的电感电流的幅度。
7.一种高压集成电路，其特征在于：使用权利要求6所述的功率因数调整电路，所述功率因数调整电路内置于所述高压集成电路内；
所述高压集成电路包括高侧驱动电路模块和低侧驱动电路模块，所述功率因数调整电路中的故障逻辑处理电路模块的输出端分别与高侧驱动电路模块的输入端和低侧驱动电路模块的输入端电连接。
8.根据权利要求7所述的高压集成电路，其特征在于：所述高侧驱动电路模块和低侧驱动电路模块之间电连接有互锁与死区电路。
9.根据权利要求8所述的高压集成电路，其特征在于：所述高侧驱动电路模块内设有高侧欠压保护电路和自举电路。
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