CN203434855U - 一种应用于功率因数校正电路的控制电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种应用于功率因数校正电路的控制电路，其通过第一电路产生第一信号并将其输入主控芯片，主控芯片根据该第一信号和根据所述电压采样信号与反馈信号得到的基准信号控制第一开关管的关断；由于第一信号的斜率不会随PFC主电路输入电压的变换而变化，故在输入电压的峰值附近，主控芯片能保证第一开关管在开关周期内相对于现有技术具有更长的开通时间，使PFC主电路的输入电流更接近正弦波，从而避免了现有技术中越接近输入电压峰值，输入电流相对越低于正弦波的问题，降低了输入电流的谐波含量，提高了PFC电路的功率因数。

Description

一种应用于功率因数校正电路的控制电路

技术领域

本申请涉及电子电路控制技术领域，尤其涉及一种应用于功率因数校正电路的控制电路。

背景技术

为保证电网不被高频污染，要求开关电源具有较高的功率因数，因此，现有开关电源中通常采用具有功率因数校正（PFC）功能的功率电路，即PFC电路，该PFC电路包括主电路和控制电路。现有PFC电路的控制电路的控制原理为，将PFC主电路输入端的电压采样信号和输出端的反馈信号相乘得到一正弦波信号；进而以该正弦波信号为基准信号，与PFC主电路的开关管电流采样信号进行比较，根据比较结果控制该开关管的通断，实现对开关电源的功率因数校正，提高其功率因数。

对于输入回路通过电感续流的拓扑（如Boost、SEPIC或CUK等），上述控制电路能够使PFC主电路具有较高的功率因数和较低的谐波含量。但对于采用输入回路电流不续流的拓扑（如Flyback，Buck或Buck-Boost等）的PFC主电路，在上述控制电路的控制下，越接近输入电压的峰值，PFC主电路的输入电流相对越小于正弦波，即PFC主电路的输入电流谐波含量较高，从而使得PFC电路的功率因数较低。

实用新型内容

有鉴于此，本申请目的在于提供一种应用于功率因数校正电路的控制电路，以解决现有控制电路在控制采用输入回路电流不续流的拓扑的PFC主电路时，PFC电路输入电流畸变、谐波量高、功率因数低的问题。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种控制电路，应用于功率因数校正PFC电路，所述PFC电路至少包括一具有第一开关管的PFC主电路，包括：

生成第一信号的第一电路、对输入所述PFC主电路的整流电压进行采样得到电压采样信号的电压采样电路、产生并输出表征所述PFC主电路输出信号大小的反馈信号的输出反馈电路，以及根据所述电压采样信号与反馈信号得到一基准信号、并根据所述第一信号和基准信号生成控制所述第一开关管关断的开关控制信号的主控芯片；

所述第一电路包括一储能元件、对所述储能元件进行充电的辅助电源和控制所述储能元件充放电的开关电路；所述储能元件的一端接地，另一端连接于所述辅助电源和主控芯片。

优选的，所述储能元件包括一电容；所述开关电路至少包括开关状态与所述第一开关管的开关状态相反的第二开关管；

所述第二开关管的两个非控制端与所述电容的两端一一对应连接，且，所述第二开关管的导通方向与所述电容的放电电流方向一致。

优选的，所述开关电路还包括将所述开关控制信号进行反相并输出所述反相结果的反相电路；

所述反相电路的输入端输入所述开关控制信号，所述第一反相电路的输出端接于所述第二开关管的控制端连接。

优选的，所述反相电路包括由运算放大器实现的反相电路。

优选的，所述开关电路还包括：与所述PFC主电路的变压器或过零检测绕组耦合的辅助绕组，和根据所述辅助绕组两端的电压获取与所述第一开关管的开关状态信号逻辑相反的信号的逻辑控制电路；

所述逻辑控制电路的输入端输入所述辅助绕组两端的电压，所述逻辑控制电路的输出端接于所述第二开关管的控制端。

优选的，所述辅助电源包括直接与所述储能元件连接的电流源，和/或，通过一限流电阻与所述储能元件连接的电压源。

优选的，所述控制电路还包括一串接于所述电压采样电路和主控芯片之间的加法电路；

所述加法电路的第一输入端与所述电压采样电路的输出端连接，所述加法电路的第二输入端与一直流电源连接，所述加法电路的输出端与所述主控芯片连接。

优选的，所述加法电路包括第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的一端和第二电阻的一端共接，作为所述加法电路的输出端；所述第一电阻的另一端作为所述加法电路的第一输入端；所述第二电阻的另一端作为所述加法电路的第二输入端。

从上述的技术方案可以看出，本申请将现有应用于PFC电路的控制电路中采集PFC主电路开关管（即第一开关管S1）的电流采样电路替换为第一电路，通过第一电路产生第一信号并将其输入主控芯片，主控芯片根据该第一信号和根据所述电压采样信号与反馈信号得到的基准信号控制第一开关管的通断；由于第一信号的斜率不会随PFC主电路输入电压的变换而变化，故在输入电压的峰值附近，主控芯片能保证第一开关管在开关周期内相对于现有技术具有更长的开通时间，使PFC主电路的输入电流更接近正弦波，从而避免了现有技术中越接近输入电压峰值，输入电流相对越低于正弦波的问题，降低了输入电流的谐波含量，提高了PFC电路的功率因数。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一提供的应用于PFC电路的控制电路的结构框图；

图2为本申请实施例二提供的应用于PFC电路的控制电路的结构框图；

图3为本申请实施例三提供的应用于PFC电路的控制电路的结构框图；

图4为本申请实施例四提供的应用于PFC电路的控制电路的结构框图；

图5（a）为本申请实施例提供的控制电路中辅助电源的一种结构图；

图5（b）为本申请实施例提供的控制电路中辅助电源的另一种结构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例公开了一种应用于功率因数校正电路的控制电路，以解决现有控制电路在控制采用输入回路电流不续流的拓扑的PFC主电路时，PFC电路输入电流畸变、谐波量高、功率因数低的问题。

本申请实施例一提供了一种应用于功率因数校正PFC电路的控制电路。参照图1，该PFC电路至少包括一具有第一开关管S1的PFC主电路101，且该PFC主电路101的输入回路在第一开关管S1关断期间不续流，具体拓扑形式可以为Flyback，Buck或Buck-Boost等。PFC主电路101的输入电压Vin为交流电压Vac经整流电路102整流后的直流电压。本实施例提供的控制电路包括第一电路110、电压采样电路120、输出反馈电路130和主控芯片140。其中，第一电路110包括储能元件111、辅助电源112和开关电路113。

上述控制电路中，开关电路113控制储能元件111的充放电；辅助电源112作为储能元件111的充电电源。储能元件111的一端接地，另一端分别接于辅助电源112和主控芯片140的电流采样引脚Ir，储能元件111两端的电压作为第一信号输出至主控芯片140的电流采样引脚Ir。

电压采样电路120对输入电压Vin进行采样，并将采样结果输出至主控芯片140的电压采样引脚Vr。

输出反馈电路130对PFC主电路101的输出信号（输出电压Vo和/或输出电流Io）进行采样，并将该采样结果与预设值进行比较，产生一表征输出信号大小的反馈信号，并将该反馈信号输出至主控芯片140的反馈引脚Fa。

主控芯片140通过参考地引脚GND接地。主控芯片140将电压采样引脚Vr接收的电压采样信号与反馈引脚Fa接收的反馈信号相乘（或者，将反馈引脚Fa接收的反馈信号经比例处理后与电压采样引脚Vr接收的电压采样信号相乘），得到一正弦波信号，并将该正弦波信号作为基准信号；进而，将电流采样引脚Ir接收到的第一信号与该基准信号进行比较，根据比较结果生成开关控制信号，并由其驱动引脚Dr输出至第一开关管S1，实现对第一开关管S1的开关控制。

由上述控制电路结构及工作原理可知，本申请实施例通过第一电路产生第一信号并将其输入主控芯片，主控芯片根据该第一信号和根据所述电压采样信号与反馈信号得到的基准信号控制第一开关管的通断；由于第一信号的斜率不会随PFC主电路输入电压的变换而变化，故在输入电压的峰值附近，主控芯片能保证第一开关管在开关周期内相对于现有技术具有更长的开通时间，使PFC主电路的输入电流更接近正弦波，从而避免了现有技术中越接近输入电压峰值，输入电流相对越低于正弦波的问题，降低了输入电流的谐波含量，提高了PFC电路的功率因数。

实际应用中，上述第一电路的具体结构可能有多种，本申请实施例二提供了一种控制电路，其第一电路以电容为储能元件。如图2所示，该控制电路亦应用于一种PFC电路，该PFC电路至少包括一具有第一开关管S1的PFC主电路201，且该PFC主电路201的输入回路在第一开关管S1关断期间不续流。该控制电路包括第一电路210、电压采样电路220、输出反馈电路230和主控芯片240。其中，第一电路210包括电容C、辅助电源212和具有第二开关管S2的开关电路。

上述控制电路中，第二开关管S2与电容C并联，即第二开关管S2的两个非控制端与电容C的两端一一对应连接；第二开关管S2的控制端接收一控制信号，使第二开关管S2的开关状态与第一开关管S1的开关状态在任意时刻都相反，即当第一开关管S1导通时，第二开关管S2关断，辅助电源212为电容C充电，使得输出至主控芯片240的电流采样引脚Ir的比较信号（即电容C两端的电压）逐渐增加；当第一开关管S1关断时，第二开关管S2导通，且第二开关管S2的导通方向与电容C的放电电流方向一致，即电容C通过第二开关管S2放电，使得上述比较信号（即电容C两端的电压）逐渐减小。

电压采样电路120对输入电压Vin进行采样，并将采样结果输出值主控芯片240的电压采样引脚Vr。

输出反馈电路230对PFC主电路201的输出信号（输出电压Vo或输出电流Io）进行采样，并将该采样结果与预设值进行比较，产生一表征输出信号大小的反馈信号，并将该反馈信号输出至主控芯片240的反馈引脚Fa。

主控芯片240通过参考地引脚GND接地。主控芯片240将电压采样引脚Vr接收的电压采样信号与反馈引脚Fa接收的反馈信号相乘，得到一正弦波信号，并将该正弦波信号作为基准信号；进而，将电流采样引脚Ir接收到的比较信号与该基准信号进行比较，根据比较结果生成开关控制信号，并由其驱动引脚Dr输出至第一开关管S1，实现对第一开关管S1的开关控制。

由上述控制电路结构及工作原理可知，本申请实施例将现有应用于PFC电路的控制电路中采集PFC主电路的第一开关管的电流采样电路替换为一第一电路，该第一电路包括一电容及开关状态与第一开关管的开关状态相反、控制该电容充放电的第二开关管，并将该电容两端的电压作为第一信号输出至主控芯片；主控芯片将该第一信号与基准信号进行比较，生成第一开关管的开关控制信号；由于该第一信号的变化率不随输入电压Vin瞬时值的变化而变化，从而保证了PFC主电路在输入电压Vin的峰值处具有较高的输出电流Iin，从而降低了输出电流Iin谐波含量，提高了PFC电路的功率因数，解决了现有技术问题。

对于上述实施例二，控制第二开关管的开关状态与第一开关管的开关状态相反的方式有多种，本申请优选图3所示的方式。

如图3所示，本申请实施例三提供的应用于PFC电路的控制电路包括第一电路310、电压采样电路320、输出反馈电路330和主控芯片340。其中，第一电路310包括电容C、辅助电源312和开关电路；开关电路包括第二开关管S2和反相电路3131。

上述控制电路中，电压采样电路320、输出反馈电路330和主控芯片340的工作原理可参考上文实施例，在此不再赘述。反相电路3131的输入端接于主控芯片340的驱动引脚Dr，以接收主控芯片340产生的开关控制信号；进而反相电路3131对该开关控制信号进行反相处理，并将该反相结果输出至第二开关管S2的控制端，从而使得第二开关管S2的开关状态与PFC主电路301中的第一开关管S1的开关状态相反。

具体的，上述反相电路3131可采用由运算放大器实现的反相电路。

另外，本申请实施例中第二开关管的开关状态控制还可通过如下方式实现：第一电路的开关电路，除第二开关管外，还包括一辅助绕组和逻辑控制电路。该辅助绕组与PFC主电路中的变压器或过流检测绕组耦合，上述逻辑控制电路的输入端输入所述辅助绕组两端的电压，输出端接于所述第二开关管的控制端连接。由于在第一开关管的开通/关断两种不同开关状态下，变压器绕组和过流检测绕组上的电压产生相应的变化，从而与其耦合的辅助绕组上的电压也随之变化；逻辑控制电路根据该辅助绕组上的电压获取与第一开关管的开关状态信号逻辑相反的信号，并输出至第二开关管S2的控制端，从而使得第二开关管S2的开关状态与PFC主电路301中的第一开关管S1的开关状态相反。

为进一步提高PFC电路的功率因数，本申请实施例四提供的应用于PFC电路的控制电路，在上述实施例所述的控制电路的基础上增加一加法电路。

如图4所示，本实施例四提供的控制电路包括第一电路410、电压采样电路420、输出反馈电路430、主控芯片440和加法电路450。

其中，第一电路410产生的比较信号输出至主控芯片440的电流采样引脚Ir；输出反馈电路430产生的表征输出信号大小的反馈信号输出至主控芯片440的反馈引脚Fa。

加法电路450的第一输入端接于电压采样电路420的输出端，第二输入端接入以直流电压Vc，输出端接于主控芯片440的电压采样引脚Vr。即，加法电路将电压采样电路420对输入电压Vin的采样结果与该直流电压Vc相加，并将相加结果作为电压采样信号输入主控芯片440的电压采样引脚Vr，从而使电压采样信号与反馈信号的乘积增加，从而以该乘积为基准信号的控制下，输入电流Iin更加接近正弦波，进而使得PFC主电路401的功率因数进一步提高。

具体的，该加法电路450包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1和第二电阻R2具有一公共端，接于电压采样引脚Vr，第一电阻R1的另一端接于电压采样电路420的输出端，第二电阻R2的另一端接于直流电源Vc。

另外，本申请实施例第一电路中的辅助电源可采用直接与储能元件连接的电流源Is，如图5（a）；或，通过一限流电阻R3与储能元件连接的电压源Vs，如图5（b）。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种控制电路，应用于功率因数校正PFC电路，所述PFC电路至少包括一具有第一开关管的PFC主电路，其特征在于，包括：

生成第一信号的第一电路、对输入所述PFC主电路的整流电压进行采样得到电压采样信号的电压采样电路、产生并输出表征所述PFC主电路输出信号大小的反馈信号的输出反馈电路，以及根据所述电压采样信号与反馈信号得到一基准信号、并根据所述第一信号和基准信号生成控制所述第一开关管关断的开关控制信号的主控芯片；

所述第一电路包括一储能元件、对所述储能元件进行充电的辅助电源和控制所述储能元件充放电的开关电路；所述储能元件的一端接地，另一端连接于所述辅助电源和主控芯片。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述储能元件包括一电容；所述开关电路至少包括开关状态与所述第一开关管的开关状态相反的第二开关管；

所述第二开关管的两个非控制端与所述电容的两端一一对应连接；所述第二开关管的导通方向与所述电容的放电电流方向一致。

3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述开关电路还包括将所述开关控制信号进行反相并输出所述反相结果的反相电路；

所述反相电路的输入端输入所述开关控制信号，所述第一反相电路的输出端接于所述第二开关管的控制端连接。

4.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述反相电路包括由运算放大器实现的反相电路。

5.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述开关电路还包括：与所述PFC主电路的变压器或过零检测绕组耦合的辅助绕组，和根据所述辅助绕组两端的电压获取与所述第一开关管的开关状态信号逻辑相反的信号的逻辑控制电路；

所述逻辑控制电路的输入端输入所述辅助绕组两端的电压，所述逻辑控制电路的输出端接于所述第二开关管的控制端。

6.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述辅助电源包括直接与所述储能元件连接的电流源，和/或，通过一限流电阻与所述储能元件连接的电压源。

7.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，还包括一串接于所述电压采样电路和主控芯片之间的加法电路；

所述加法电路的第一输入端与所述电压采样电路的输出端连接，所述加法电路的第二输入端与一直流电源连接，所述加法电路的输出端与所述主控芯片连接。

8.根据权利要求7所述的控制电路，其特征在于，所述加法电路包括第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的一端和第二电阻的一端共接，作为所述加法电路的输出端；所述第一电阻的另一端作为所述加法电路的第一输入端；所述第二电阻的另一端作为所述加法电路的第二输入端。

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