CN202160104U - 一种pfc电路及应用该电路的空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种PFC电路及应用该电路的空调器，包括整流器、电感、开关管、二极管和PFC控制芯片；所述PFC控制芯片为平均电流型PFC控制芯片，通过整流器整流输出的直流电压经第一分压网络分压后传输至PFC控制芯片的乘法器输入脚；通过直流电源输出端输出的直流电压经第二分压网络分压后传输至PFC控制芯片的电压误差放大器输入脚；在整流器的直流侧还连接有电流采样电路，传输采样值至PFC控制芯片的电流误差放大器输入脚，进而通过PFC控制芯片产生PWM信号输出至开关管的控制极。采用本实用新型的PFC电路可以使功率因数达到0.99以上，适合应用在空调器室外机的电源电路设计中，使空调器符合谐波标准要求。

Description

一种PFC电路及应用该电路的空调器

技术领域

本实用新型属于功率因数校正技术领域，具体地说，是涉及一种功率因数校正电路的结构设计以及采用所述功率因数校正电路设计的空调器。

背景技术

近年来由于电网中大量非线性负载的接入，功率因数校正技术有了长足的发展。功率因数校正PFC是英文“Power Factor Correction”的简称，指的是有效功率与视在功率之间的关系，也就是有效功率除以视在功率的比值。基本上，功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，功率因数值越大，代表其电能的利用效率越高。

目前，功率因数校正的方法主要分为无源功率因数校正（也称为被动式PFC）和有源功率因数校正（也称为主动式PFC）两种。其中，无源PFC电路一般采用电感补偿的方式使交流输入的基波电流和电压之间相位差减小，以此来提高功率因数。无源PFC电路的结构简单，便于实现，但是校正后的功率因数不高，只能达到07-0.8。而有源PFC电路则由电感、电容及大功率开关管等电子元器件组成，总谐波失真小，可以得到很高的功率因数，能够在较宽的电压范围内工作，并且具有低损耗和高可靠性等优点，因此，已经成为目前提高电源功率因数的首选方法。

在目前变频空调器的电源电路设计中，尤其是室外机的电源电路设计中，PFC技术得到了广泛的应用。本实用新型正是提供了一种适用于空调器的PFC电路设计方式，以实现空调器的功率因数达到0.99以上，使其符合国家对电器设备谐波标准的要求。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种平均电流型PFC电路，以提高电器设备的电能利用率。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种PFC电路，包括整流器、电感、开关管、二极管和PFC控制芯片；所述整流器的交流侧连接交流电源输入端，直流侧通过电感分别与所述开关管和二极管的阳极相连接，所述二极管的阴极连接直流电源输出端；所述PFC控制芯片为平均电流型PFC控制芯片，通过整流器整流输出的直流电压经第一分压网络分压后，传输至PFC控制芯片的乘法器输入脚；通过所述直流电源输出端输出的直流电压经第二分压网络分压后，传输至PFC控制芯片的电压误差放大器输入脚；在所述整流器的直流侧还连接有用于检测所述电感中流经电流大小的电流采样电路，其采样值传输至PFC控制芯片的电流误差放大器输入脚，进而通过所述PFC控制芯片产生PWM信号，输出至所述开关管的控制极。

进一步的，在所述电流采样电路中包含有一采样电阻，连接在所述整流器直流侧的负极与开关管之间，将采集到的电流值转换成电压值传输至所述PFC控制芯片的电流误差放大器输入脚。

又进一步的，所述电流误差放大器输入脚为PFC控制芯片中电流误差放大器的正相输入脚，在所述电流误差放大器的反相输入脚与输出脚之间连接有环路补偿网络。

再进一步的，在所述环路补偿网络中包含有两个电容和一个电阻，其中一个电容与所述电阻串联后，与另外一个电容相并联，所形成的并联支路连接在所述电流误差放大器的反相输入脚与输出脚之间。

优选的，所述开关管为IGBT功率管，所述IGBT功率管的发射极一方面通过所述采样电阻连接整流器直流侧的负极，另一方面连接系统地；IGBT功率管的集电极连接所述电感，栅极接收所述PFC芯片输出的PWM信号。

为了使PFC控制芯片输出PWM信号，所述PFC控制芯片的振荡频率设定脚通过一电容接地，并通过一电阻连接PFC控制芯片的参考电压设定脚，通过所述电阻和电容组成振荡器，产生锯齿波。

更进一步的，所述整流器整流输出的直流电压通过限流电阻传输至所述PFC控制芯片的启动电压输入引脚，为PFC控制芯片提供启动电压；所述PFC控制芯片的输出电路电源引脚连接外接电源，在PFC控制芯片启动后，转由外接电源供电。

优选的，所述整流器为单相桥式整流器；在所述整流器的直流侧并联有滤波电容；在所述二极管的阴极与系统地之间连接有电解电容。 

基于上述PFC电路结构，本实用新型还提供了一种采用所述PFC电路设计的空调器，包括电源电路，在所述电源电路中设置有PFC电路，在所述PFC电路中包括整流器、电感、开关管、二极管和PFC控制芯片；所述整流器的交流侧连接交流电源输入端，直流侧通过电感分别与所述开关管和二极管的阳极相连接，所述二极管的阴极连接直流电源输出端；所述PFC控制芯片为平均电流型PFC控制芯片，通过整流器整流输出的直流电压经第一分压网络分压后，传输至PFC控制芯片的乘法器输入脚；通过所述直流电源输出端输出的直流电压经第二分压网络分压后，传输至PFC控制芯片的电压误差放大器输入脚；在所述整流器的直流侧还连接有用于检测所述电感中流经电流大小的电流采样电路，其采样值传输出至PFC控制芯片的电流误差放大器输入脚，进而通过所述PFC控制芯片产生PWM信号，输出至所述开关管的控制极。

 优选的，所述电源电路设置于空调器的室外机中，输出室外机中压缩机模块所需的直流工作电压。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型采用平均电流型PFC控制芯片设计PFC电路，可以使得功率因数达到0.99以上，尤其适合应用在4匹变频空调器室外机的电源电路设计中，以使空调产品能够满足国家对电器设备谐波标准的要求。

附图说明

图1是本实用新型所提出的PFC电路的一种实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

实施例一，本实施例的PFC电路是平均电流控制的升压PFC电路，采用平均电流型PFC控制芯片对PFC电路中的开关管进行通断控制，并采用了电压和电流双闭环反馈环路设计。其中，电压反馈环路可以使得通过PFC电路输出的直流电压更加稳定；电流反馈环路是通过调节电路中直流变换器的占空比使电感电流很好的跟踪输入电压的变化，进而实现功率因数的校正。

参见图1所示，本实施例的PFC电路主要由整流器B1、电感L1、开关管V1、二极管D1和PFC控制芯片IC1等部分组成。对于单相交流供电来说，所述整流器B1可以采用集成的单相整流硅桥进行电路设计，将其交流侧连接到交流电源输入端Vin，直流侧通过电感L分别与开关管V1和二极管D1的阳极相连接，二极管D1的阴极连接直流电源输出端Vout。所述开关管V1可以采用IGBT、MOS等大功率开关管实现，将其控制极连接到PFC控制芯片IC1的输出脚，利用PFC控制芯片输出的PWM信号控制其通断，进而使流过电感L1的电流波形能够很好的跟踪整流器B1整流输出的直流电压的波形变化，使得电流谐波大为减少，以达到提高功率因数的目的。

本实施例以IGBT功率管为例进行说明，将IGBT功率管V1的集电极连接电感L，发射极连接整流器B1直流侧的负极，并与系统地相连接，栅极接收PFC控制芯片IC1输出的PWM信号。

本实施例的PFC控制芯片IC1采用平均电流型PFC控制芯片，例如FA5502等。为了实现电压和电流的双闭环反馈控制，本实施例在PFC电路中设计了电压采样电路和电流采样电路，如图1所示。其中，在电压采样电路中设置有两个分压网络：第一分压网络由两个电阻R2、R5连接而成，一端连接整流器B1直流侧的正极，另一端接地，分压节点连接PFC控制芯片IC1的乘法器输入脚VDET；第二分压网络由另外两个电阻R3、R8连接而成，一端连接直流电源输出端Vout，另一端接地，分压节点连接PFC控制芯片IC1的电压误差放大器输入脚VIN-。电流采样电路用于对流经电感L的电流进行检测，可以采用一颗采样电阻R10连接在整流器B1直流侧的负极与IGBT功率管V1的发射极之间，如图1所示，将整流器B1直流侧的电流值转换成电压值，经电阻R4传输至PFC控制芯片IC1的电流误差放大器输入脚，比如电流误差放大器的正相输入脚IDET。

PFC控制芯片IC1的启动电压由整流器B1整流后，经限流电阻R1提供，传输至PFC控制芯片IC1的启动电压输入脚VCC，如图1所示。PFC控制芯片IC1启动后，通过外接电源+15V为其供电。所述外接电源+15V可以利用电路板上的其他电源提供，通过二极管D2和限流电阻R9传输至PFC控制芯片IC1的输出电路电源引脚VC，维持PFC控制芯片IC1持续工作。

PFC控制芯片IC1的开启可以由系统中的控制器（比如单片机）来控制，通过其使能脚ON/OFF接收单片机输出的开关控制信号。当流过电感L的电流超过设定的电流值时，单片机控制PFC控制芯片IC1进入工作状态；当流过电感L的电流小于设定值或处于待机状态时，控制PFC电路停止工作，以减小系统的功耗。

在电压反馈环路中，通过直流电源输出端Vout输出的直流电压经分压电阻R3、R8分压后，输出至PFC控制芯片IC1内部的电压误差放大器与参考电压进行比较，产生的电压反馈信号输入到乘法器。通过整流器B1整流输出的直流电压经分压电阻R2、R5分压后，输出至PFC控制芯片IC1与所述电压误差放大器输出的电压反馈信号经过乘法器相乘后，通过内部一电阻产生电流基准信号，送到电流误差放大器。

在电流反馈环路中，通过采样电阻R10检测到的流过电感L的电流，与所述基准电流信号进行比较，其差值通过电流误差放大器和连接在PFC控制芯片IC1的电流误差放大器输出脚IFB与电流误差放大器反相输入脚IIN-之间的环路补偿网路进行运算处理后，产生一个信号电压，与由电阻R11和电容C5组成的振荡器产生的锯齿波进行比较，进而生成PWM信号，通过PFC控制芯片IC1的输出脚OUT脚输出，以控制IGBT功率管V1通断，最终使电感电流能够跟随整流电压的波形变化，从而提高系统的功率因数。

在本实施例中，所述环路补偿网路可以采用两个电容C2、C3和一个电阻R6连接形成，如图1所示。其中，电容C2与电阻R6串联后，与电容C3相并联，然后连接在PFC控制芯片IC1内部电流误差放大器的输出脚IFB与反相输入脚IIN-之间，用于对采样电流进行运算处理。由电阻R11和电容C5组成的振荡器连接在PFC控制芯片IC1的振荡频率设定脚CT和参考电压设定脚REF之间，其中，PFC控制芯片IC1的振荡频率设定脚CT一方面通过电容C5接地，另一方面通过电阻R11连接PFC控制芯片IC1的参考电压设定脚REF，通过改变电阻R11和电容C5的参数值，可以改变振荡器的振荡频率以及参考电压的幅值。

在本实施例的PFC控制芯片IC1内部同时还具有过压限制比较器和过流限制比较器，当电感电流或输出的直流电压出现异常时，能够迅速停止PFC电路的工作，保护电路中的元器件不被损坏，从而提高了系统运行的可靠性。

作为一种优选设计方案，在整流器B1直流侧的两端还可以进一步并联滤波电容C1；在直流电源输出端Vout与系统地之间还可以进一步连接电解电容E1，如图1所示，以提高PFC电路输出电压的稳定性。

本实施例采用平均电流型PFC控制芯片设计具有电压和电流双闭环反馈环路的PFC电路，系统总谐波失真小，功率因数高。将其应用在变频空调器室外机的电源电路设计中，为室外机中的压缩机模块提供其工作所需的直流电压，可以使空调器的功率因数达到0.99以上，从而满足了国家对空调产品谐波标准的设计要求。

当然，本实施例所提出的PFC电路同样适用于除空调器以外的其他需要使用PFC电路的电子产品的电源电路设计中。

需要指出的是，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种PFC电路，包括整流器、电感、开关管、二极管和PFC控制芯片；所述整流器的交流侧连接交流电源输入端，直流侧通过电感分别与所述开关管和二极管的阳极相连接，所述二极管的阴极连接直流电源输出端；其特征在于：所述PFC控制芯片为平均电流型PFC控制芯片，通过整流器整流输出的直流电压经第一分压网络分压后，传输至PFC控制芯片的乘法器输入脚；通过所述直流电源输出端输出的直流电压经第二分压网络分压后，传输至PFC控制芯片的电压误差放大器输入脚；在所述整流器的直流侧还连接有用于检测所述电感中流经电流大小的电流采样电路，其采样值传输至PFC控制芯片的电流误差放大器输入脚，进而通过所述PFC控制芯片产生PWM信号，输出至所述开关管的控制极。

2.根据权利要求1所述的PFC电路，其特征在于：在所述电流采样电路中包含有一采样电阻，连接在所述整流器直流侧的负极与开关管之间，将采集到的电流值转换成电压值传输至所述PFC控制芯片的电流误差放大器输入脚。

3.根据权利要求2所述的PFC电路，其特征在于：所述电流误差放大器输入脚为PFC控制芯片中电流误差放大器的正相输入脚，在所述电流误差放大器的反相输入脚与输出脚之间连接有环路补偿网络。

4.根据权利要求3所述的PFC电路，其特征在于：在所述环路补偿网络中包含有两个电容和一个电阻，其中一个电容与所述电阻串联后，与另外一个电容相并联，所形成的并联支路连接在所述电流误差放大器的反相输入脚与输出脚之间。

5.根据权利要求2所述的PFC电路，其特征在于：所述开关管为IGBT功率管，所述IGBT功率管的发射极一方面通过所述采样电阻连接整流器直流侧的负极，另一方面连接系统地；IGBT功率管的集电极连接所述电感，栅极接收所述PFC芯片输出的PWM信号。

6.根据权利要求1所述的PFC电路，其特征在于：所述PFC控制芯片的振荡频率设定脚通过一电容接地，并通过一电阻连接PFC控制芯片的参考电压设定脚，所述电阻和电容组成振荡器。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的PFC电路，其特征在于：所述整流器整流输出的直流电压通过限流电阻传输至所述PFC控制芯片的启动电压输入引脚；所述PFC控制芯片的输出电路电源引脚连接外接电源。

8.根据权利要求7所述的PFC电路，其特征在于：所述整流器为单相桥式整流器；在所述整流器的直流侧并联有滤波电容；在所述二极管的阴极与系统地之间连接有电解电容。

9.一种空调器，包括电源电路，其特征在于：在所述电源电路中设置有如权利要求1至8中任一项权利要求所述的PFC电路。

10.根据权利要求9所述的空调器，其特征在于：所述电源电路设置于空调器的室外机中，输出室外机中压缩机模块所需的直流工作电压。