CN203691225U - 一种分段式有源功率因数校正的控制系统 - Google Patents

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杨浩然
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Abstract

本实用新型涉及电力电子领域，尤其涉及一种分段式有源功率因数校正的控制系统。控制芯片U1电连接多路复用器U2，多路复用器U2分别电连接电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻R7，且电阻R4并联连接电解电容C1；系统当输入电压较大时，输出电压分压比较大；当输入电压较小时，输出电压分压比较小。该控制系统通过分压比的改变，从而改变电压反馈值，达到调控控制芯片PWM占空比的值，实现输出电压根据输入电压的大小形成分段输出的目的。该控制系统结构简单、可靠性高，支持APFC专用芯片或可编程控制器在APFC系统中的使用。

Description

一种分段式有源功率因数校正的控制系统
技术领域
本实用新型涉及电力电子领域，尤其涉及一种分段式有源功率因数校正的控制系统。
背景技术
第五代开关电源技术提出了功率因数校正（PFC）和EMC（电磁兼容性）谐波的要求，使得APFC（有源功率因数校正）技术得到了快速的应用。APFC是将电源输入端口的不同交流电平转化为高压直流电平，供后续DC/DC电路使用。第五代开关电源要求输入85VAC~265VAC的宽电源，但只输出单一直流电压（如370V），其会造成低压输入时的电路转换效率偏低。为此现有技术中提出了分段式APFC，来提高电路转换效率。
发明人在实现本实用新型的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足：
现有技术中的分段式APFC的电路原理及结构复杂，对使用人员的要求较高，限制了实际应用中的范围；且可靠性较低，降低了产品的安全性。 
发明内容
鉴于现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种分段式有源功率因数校正的控制系统，该控制系统简化了电路的复杂性，提高了产品的安全性，适合于第五代开关电源系统的设计，实用新型为实现上述目的，所采用的技术方案是：一种分段式有源功率因数校正的控制系统，其特征在于：控制系统电路连接为，整流桥BD1的交流输入端1脚、3脚接交流电AC，整流桥BD1的直流输出端正极2脚接电阻R2、电阻R5、电阻R7、电容C1的一端及主开关管Q1的源极，整流桥BD1的直流输出端负极4脚接电阻R1的一端、升压电感L1的2引脚，升压电感L1的1引脚通过电阻R3接控制芯片U1的电流检测端IDET，4引脚接地，3引脚一路接主开关管Q1的漏极，另一路通过整流二极管D1接电解电容C1、电阻R4、电阻R6的一端，控制芯片U1的电压检测端VDET接电阻R1、电阻R2的另一端，输出端OUT接主开关管Q1的栅极，反馈端VFB接多路复用器U2的模拟输出端D，多路复用器U2的 模拟输入端S1接电阻R4、电阻R5的另一端，多路复用器U2的 模拟输入端S2接电阻R6、电阻R7的另一端，电阻R8、电阻R9串联后接交流电AC，电阻R8、电阻R9之间的串联端接有效值芯片电路U3的 输入端IN，有效值芯片电路U3的输出端OUT接电压比较器U4的反相输入端，电压比较器U4的同相输入端接电阻R10、电阻R11的一端，电阻R10的另一端接参考电压VREF，电阻R11的另一端接电压比较器U4的输出端及多路复用器U2的选通端C。
本实用新型的有益效果是：该控制系统通过分压比的改变，从而改变电压反馈值，达到调控控制芯片占空比的值，达到输出电压根据输入电压的大小形成分段的目的，即实现了当输入电压比较高时输出电压也比较高；输入电压比较低时输出电压也比较低，实现了分段式APFC。该控制系统结构简单、可靠性高，支持APFC专用芯片或可编程控制器在APFC系统中的使用，且该控制系统可靠性较高，提高了产品的安全性。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理图；
图2为本实用新型的控制系统的流程图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
参见图1，一种分段式有源功率因数校正的控制系统，控制系统电路连接为：控制系统接入的交流电AC经过整流桥BD1的整流后，输出整流波至电阻R1、电阻R2和升压电感L1，电阻R1和电阻R2电连接控制芯片U1（即APFC控制IC），控制芯片U1通过电阻R3上流过的电流实现对流过升压电感L1上电流的采样；升压电感L1分别电连接整流二极管D1和主开关管Q1；
控制芯片U1电连接多路复用器U2，多路复用器U2分别电连接电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻R7，且电阻R4并联连接电解电容C1；
交流电AC还经过电阻R8和电阻R9接入有效值芯片电路U3，有效值芯片电路U3输出有效电压值至电压比较器U4，电压比较器U4还电连接电阻R10和电阻R11，
有效电压值和外接的参考电压（通过电阻R10接入电压比较器U4）进行比较，比较结果作为多路复用器U2的选择信号。
其中，电阻R1、电阻R2组成整流后电压的分压电路；
电阻R4、电阻R5组成输出电压的分压电路；
电阻R6、电阻R7组成输出电压的另一分压电路；
电阻R8、电阻R9组成交流输入信号的分压电路；
电阻R10、电阻R11和电压比较器3组成迟滞比较器；
多路复用器为2选1模拟数据选通器，选通信号C为高电平时，输出端D输出信号S1，选通信号C 为低电平时，输出端D输出信号S2。
具体实现时，输出电压的大小取决于分压反馈电路的设计（电阻R4和电阻R5或电阻R6和电阻R7），通过选择电阻R4和电阻R5的取值使得当只有电阻R4、电阻R5组成的分压反馈电路时，控制系统输出370V电压；通过选择电阻R6和电阻R7的取值使得当只有电阻R6、电阻R7组成的分压反馈电路时，控制系统输出310V电压。其中电阻R4、电阻R5电连接多路复用器U2的第一输入通道S1；电阻R6、电阻R7电连接多路复用器U2的第二输入通道S2。
下面结合图1和图2详细的分析该控制系统的电路原理：
交流电AC经过整流桥BD1的整流，变成整流波；整流波经电阻R1和电阻R2组成的分压电路后送至控制芯片U1进行采样；整流波流过升压电感L1感应至电阻R3，控制芯片U1通过采样流过电阻R3的电流完成对流过升压电感L1的电流采样，再经过整流二极管D1输出。
交流电AC经电阻R8和电阻R9组成的分压电路后接入有效值芯片电路U3，有效值芯片电路U3计算出有效值信号后送至电压比较器U4进行比较，比较结果作为多路复用器U2的选择信号送入多路复用器U2。
多路复用器U2根据选择信号选择输入通道，输入通道根据分压反馈电路输入的电压确定模拟多路复用器的输出电压，并将该输出电压送至APFC控制IC的输出电压采样端口。
控制芯片U1根据输入的前级采样电压、采样电流和后级采样输出电压，输出一定的PWM波形控制主开关管Q1的开关，使其完成由交流电AC到直流电的转换。通过上述处理使得控制芯片U1的输入电流与输入电压均为全波整流波形，并且相位相同，达到功率因数校正的效果。
例如：设置VREF=2.5V，配置电阻R10和电阻R11的值使得电压比较器U4的门限电压分别为VT1和VT2（VT2>VT1）。同时调整有效值芯片电路U3，使得在交流电AC等于110V时，输出的电压值大小为VT1；在交流电AC等于130V时，输出的电压值的大小为VT2。
当交流电AC输出电压小于110V时，交流电AC经电阻R8和电阻R9后将分压后电压送至有效值芯片电路U3，有效值芯片电路U3计算后将有效值送至迟滞比较器（由电阻R10、电阻R11和电压比较器U4组成），迟滞比较器输出VT1信号至多路复用器U2，多路复用器U2选择通道2输出，将后级输出电压送至控制芯片U1。
当交流电AC输出电压大于130V时，交流电AC经电阻R8和电阻R9后将分压后电压送至有效值芯片电路U3，有效值芯片电路U3计算后将有效值送至迟滞比较器（由电阻R10、第十一电阻和电压比较器U4组成），迟滞比较器输出VT2信号至多路复用器U2，多路复用器选择通道1输出，将后级输出电压送至控制芯片U1。
通过该控制系统实现了当输入电压比较高时（大于130V）输出电压也比较高（370V）；输入电压比较低时（小于110V）输出电压也比较低（310V），实现了分段式APFC。
本实用新型实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1. 一种分段式有源功率因数校正的控制系统，其特征在于：控制系统电路连接为，整流桥BD1的交流输入端1脚、3脚接交流电AC，整流桥BD1的直流输出端正极2脚接电阻R2、电阻R5、电阻R7、电容C1的一端及主开关管Q1的源极，整流桥BD1的直流输出端负极4脚接电阻R1的一端、升压电感L1的2引脚，升压电感L1的1引脚通过电阻R3接控制芯片U1的电流检测端IDET，4引脚接地，3引脚一路接主开关管Q1的漏极，另一路通过整流二极管D1接电解电容C1、电阻R4、电阻R6的一端，控制芯片U1的电压检测端VDET接电阻R1、电阻R2的另一端，输出端OUT接主开关管Q1的栅极，反馈端VFB接多路复用器U2的模拟输出端D，多路复用器U2的 模拟输入端S1接电阻R4、电阻R5的另一端，多路复用器U2的 模拟输入端S2接电阻R6、电阻R7的另一端，电阻R8、电阻R9串联后接交流电AC，电阻R8、电阻R9之间的串联端接有效值芯片电路U3的 输入端IN，有效值芯片电路U3的输出端OUT接电压比较器U4的反相输入端，电压比较器U4的同相输入端接电阻R10、电阻R11的一端，电阻R10的另一端接参考电压VREF，电阻R11的另一端接电压比较器U4的输出端及多路复用器U2的选通端C。
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