CN208424195U - 一种功率因数校正芯片和开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种功率因数校正芯片和开关电源，该芯片包括供电端和脉冲产生模块，该芯片还包括：开关控制模块、第一采样模块和时序控制模块；开关控制模块的控制端，与供电端相连，用于当供电端的电压达到第一启动电压时控制开关控制模块导通；开关控制模块的输入端与芯片外接的第二采样模块相连，输出端与第一采样模块相连，第二采样模块通过处于导通状态的开关控制模块与第一采样模块相连；时序控制模块的输入端与开关控制模块的控制端相连，输出端与脉冲产生模块的输入端相连，当控制端的电压达到第二启动电压时，脉冲产生模块输出脉冲信号；第二启动电压大于第一启动电压。通过采用上述方案，降低了设备待机时开关电源的待机功耗。

Description

一种功率因数校正芯片和开关电源

技术领域

本实用新型实施例涉及电源技术领域，尤其涉及一种功率因数校正芯片和开关电源。

背景技术

随着全球能源越来越紧张，节能减排已成为人们共同追求的目标。节省开关电源的能耗显得尤为重要。

目前，在开关电源的设计中，滤波处理后的电压都要经过升压电路的升压处理，并且升压电路的输出端电压一般需设计在380V～400V之间。由于需要对升压电路输出端的电压进行采样，并将采样电压反馈到功率因数校正芯片中，因此，需要在升压电路的输出端与功率因数校正芯片的反馈引脚之间连接采样电阻。但是，这样设置则会使得采样电阻成为升压电路输出端的“死负载”，即在外接设备待机状态下，上述采样电阻依然作为负载使开关电源的待机功耗增加，从而增大了开关电源的能耗。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种功率因数校正芯片和开关电源，实现了外接设备待机时，降低开关电源的待机功耗。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种功率因数校正芯片，包括供电端和脉冲产生模块，该芯片还包括：开关控制模块、第一采样模块和时序控制模块；其中，

所述开关控制模块的控制端，与所述供电端相连，用于当所述供电端的电压达到第一启动电压时控制所述开关控制模块导通；

所述开关控制模块的输入端与所述芯片外接的第二采样模块相连，输出端与所述第一采样模块相连，所述第二采样模块通过处于导通状态的开关控制模块与所述第一采样模块相连；

所述时序控制模块的输入端与所述开关控制模块的控制端相连，输出端与所述脉冲产生模块的输入端相连，所述脉冲产生模块的输出端作为所述芯片的输出端，用于当所述控制端的电压达到第二启动电压时，在所述时序控制模块的控制下，输出产生的脉冲信号；

其中，所述第二启动电压大于第一启动电压。

进一步的，所述时序控制模块包括：比较器单元和开关控制单元；其中，

所述比较器单元的同向输入端，作为所述时序控制模块的输入端，与所述开关控制模块的控制端相连，所述比较器的反向输入端将所述第一启动电压作为参考电压；当所述开关控制模块控制端的电压大于所述参考电压时，所述比较器单元输出控制信号；

所述开关控制单元，与所述比较器单元相连，用于在所述控制信号的作用下导通并与所述脉冲产生模块相连，以使所述脉冲产生模块输出脉冲信号。

进一步的，所述第一采样模块包括第一电阻；相应的，所述开关控制模块包括第一MOS管；其中，

所述第一MOS管的控制端通过第三电阻与所述供电端相连；

所述第一MOS管的输入端作为所述芯片的反馈端，与所述芯片外接的第四电阻相连，所述第一MOS管的输出端与所述第一电阻相连；其中，所述第四电阻为所述第二采样模块中包含的电阻。

进一步的，所述第一采样模块还包括第二电阻；相应的所述开关控制模块还包括第二MOS管；其中，

所述第二MOS管的控制端通过所述第三电阻与所述供电端相连；

所述第二MOS管的输入端作为所述芯片的过压保护端，与所述芯片外接的第五电阻相连，所述第二MOS管的输出端与所述第二电阻相连；其中，所述第五电阻为所述第二采样模块中包含的电阻。

进一步的，所述芯片还包括：

第一滤波模块，并联在所述第一采样模块的两端，用于进行滤波处理。

进一步的，所述芯片还包括：

稳压模块，连接在所述供电端和地之间，用于控制所述供电端的电压稳定。

进一步的，所述第一滤波模块包括：并联连接的第一电容和第六电阻；

所述第一电容的第一端与所述开关控制模块的控制端相连，所述第一电容的第二端接地。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种开关电源，包括整流模块、第二滤波模块、升压斩波模块、第二采样模块和变压器，还包括本实用新型任意实施例所提供的功率因数校正芯片；其中，

所述整流模块，用于将输入的交流电信号进行整流为直流电压信号；

所述第二滤波模块，与所述整流模块相连，用于对所述直流电压信号进行滤波处理；

所述升压斩波模块，与所述第二滤波模块相连，用于对滤波处理后的电压进行升压处理，并将升压处理后的电压输出到变压器；

所述第二采样模块，与所述升压斩波模块相连，用于对升压处理后的电压进行采样得到采样电压，并将采样电压反馈到所述功率因数校正芯片中；

所述功率因数校正芯片，连接在所述第二采样模块与所述升压斩波模块之间，用于根据所述采样电压产生所述脉冲信号，所述脉冲信号用于驱动所述升压斩波模块对滤波处理后的电压进行升压处理。

进一步的，所述升压斩波模块包括：电感、第三MOS管、二极管、第二电容和第七电阻；其中，

所述第三MOS管的控制端与所述脉冲产生模块的输出端相连，用于接收所述脉冲信号；

所述电感连接在所述第二滤波模块的第一端和所述第三MOS管的输入端之间；

所述第七电阻连接在所述第二滤波模块的第二端和所述第三MOS管的输出端之间；

所述二极管与所述第二电容串联后的电路连接在所述第三MOS管的输入端和输出端之间；

将所述二极管的阴极作为升压斩波模块的输出端，用于输出升压处理后的电压。

进一步的，所述整流模块为桥式整流电路。

本实用新型实施例提供了一种功率因数校正芯片和开关电源，其中，该功能因数校正芯片包括供电端和脉冲产生模块，还包括开关控制模块、第一采样模块和时序控制模块；其中，开关控制模块的控制端，与供电端相连，用于当供电端的电压达到第一启动电压时控制所述开关控制模块导通；开关控制模块的输入端与芯片外接的第二采样模块相连，输出端与第一采样模块相连，第二采样模块通过处于导通状态的开关控制模块与第一采样模块相连；时序控制模块的输入端与开关控制模块的控制端相连，输出端与脉冲产生模块的输入端相连，脉冲产生模块的输出端作为芯片的输出端，用于当控制端的电压达到第二启动电压时，在时序控制模块的控制下，输出产生的脉冲信号。通过采用上述技术方案，将功率因数校正芯片中的第一采样模块和该芯片外接的第二采样模块分别设置到芯片的内部和外部。在电器设备待机时，第一采样模块与第二采样模块断开，提高了待机效率，极大程度上降低了功能因数校正芯片的待机功耗，同时也简化了功率因数校正芯片的外围电路。此外，通过时序控制电路，并通过设置第二启动电压大于第一启动电压，可使得开关控制模块先导通，然后功率因数校正芯片开输出脉冲信号，保证了电路的正常运行，提高了电源系统的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的一种功率因数校正芯片的结构框图；

图2为本实用新型实施例二提供的一种功率因数校正芯片的电路示意图；

图3为本实用新型实施例二提供一种在开关电源中的功率因数校正芯片与升压斩波模块的示意图；

图4为本实用新型实施例三提供的一种开关电源的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的一种功率因数校正芯片的结构框图，该功率因数校正芯片可集成于开关电源中，该开关电源可用在电视、适配器、液晶显示器、投影仪、医疗器械或者军工业设备中。如图1所示，该功率因数校正芯片100包括供电端110、脉冲产生模块120、开关控制模块130、第一采样模块140和时序控制模块150。

其中，开关控制模块130的控制端，与供电端110相连，用于当供电端110的电压达到第一启动电压时控制开关控制模块130导通。

开关控制模块130的输入端与芯片外接的第二采样模块160相连，输出端与第一采样模块140相连，第二采样模块160通过处于导通状态的开关控制模块130与第一采样模块140相连。

时序控制模块150的输入端与开关控制模块130的控制端相连，输出端与脉冲产生模块120相连，脉冲产生模块120输出端作为芯片的输出端，用于当控制端110的电压达到第二启动电压时，在所述时序控制模块的控制下，输出产生的脉冲信号。其中，第二启动电压大于第一启动电压。

本实施例中，通过将第一采样模块设置于功率因数校正芯片内部，并可通过开关控制模块来控制第一采样模块与第二采样模块的连通状态。

示例性的，当功率因数校正芯片不工作时，可通过控制开关控制模块不导通，从而使第一采样模块和第二采样模块断开，避免了第二采样模块和第二采样模块成为“死负载”。当外接电器设备处于待机状态时，第一采样模块和第二采样模块不存在对电能的损耗，降低了待机功耗。

需要注意的是，功率因数芯片上电时，为了保证系统的正常运行状态，需在确保开关控制模块导通后再启动功率因数校正芯片输出脉冲信号，否则会导致第二采样模块开路而导致系统异常。

为了保证开关控制模块先导通，然后功率因数校正芯片才输出驱动信号，本实施例的技术方案中，在功率因数校正芯片内部增加了时序控制电路。由于开关控制模块的控制端与芯片的供电端相连，开关控制模块的启动电压为第一控制电压，通过设置第一启动电压小于第二启动电压，当控制端的电压先达到第一启动电压时，使得开关控制模块导通。在开关控制模块导通后，当供电端的电压升高到第二启动电压时，控制端的电压达到了第二启动电压。由于开关控制模块的控制端与时序控制模块的输入端相连，此时，时序控制模块驱动脉冲产生模块工作，脉冲产生模块产生并输出脉冲信号，此时，功率因数校正芯片开始正常工作。

示例性的，本实施例中，开关控制模块可以为MOS管，第一采样模块和第二采样模块均可以为采样电阻，时序控制模块可以包括比较器和开关控制单元，通过比较器的输出信号控制开关控制单元的导通状态。当开关控制单元处于导通状态时，脉冲产生电路产生并输出脉冲信号。

本实施例提供了一种功率因数校正芯片，将功率因数校正芯片中的第一采样模块和该芯片外接的第二采样模块分别设置到芯片的内部和外部。在电器设备待机时，第一采样模块与第二采样模块断开，提高了待机效率，极大程度上降低了功能因数校正芯片的待机功耗，同时也简化了功率因数校正芯片的外围电路。此外，通过时序控制电路，并通过设置第二启动电压大于第一启动电压，可使得开关控制模块先导通，然后功率因数校正芯片再输出脉冲信号，保证了电路的正常运行，提高了电源系统的可靠性。

实施例二

图2为本实用新型实施例二提供的一种功率因数校正芯片的电路示意图，本实施例在上述实施例的基础上进行了优化，如图2所示，本实施例提供的功率因数校正芯片200包括：供电端210、脉冲产生模块220、开关控制模块230、第一采样模块240和时序控制模块250。

其中，第一采样模块240包括第一电阻R1，相应的，开关控制模块230包括第一MOS管Q1。

其中，第一MOS管Q1的控制端通过第三电阻R3与供电端210相连。第一MOS管Q1的输入端作为芯片200的反馈端FB，与芯片外接的第四电阻R4相连，第一MOS管Q1的输出端与第一电阻R1相连。其中，第四电阻R4为第二采样模块260中包含的电阻。

通过对上述采样模块和开关控制模块进行细化，可将升压斩波模块输出的电压进行采样，并反馈到功率因数校正芯片中，从而调节升压斩波模块的输出电压保持稳定。其中，升压斩波模块是在开关电源中与功率因数校正芯片相连的模块，本实施例中后续内容有详细介绍。

进一步的，第一采样模块240还包括第二电阻R2；相应的，开关控制模块230还包括第二MOS管Q2；其中，

第二MOS管Q2的控制端通过第三电阻R3与供电端210相连。第二MOS管Q2的输入端作为芯片200的过压保护端OVP，与芯片外接的第五电阻R5相连。第二MOS管Q2的输出端与第二电阻R2相连。其中，第五电阻R5为第二采样模块260中包含的电阻。

通过对上述采样模块和开关控制模块进行再次细化，可将升压斩波模块输出的电压进行过压保护采样，并反馈到功率因数校正芯片中，从而调节升压斩波模块的输出电压保持正常运行状态。

进一步的，本实施例中，时序控制模块250包括：比较器单元M1和开关控制单元K1；其中，

比较器单元M1的同向输入端，作为时序控制模块的输入端，与开关控制模块230的控制端相连，比较器单元M1的反向输入端将第一启动电压作为参考电压。当开关控制模块230控制端的电压大于参考电压时，比较器单元M1输出高电平控制信号。

开关控制单元K1，与比较器单元M1相连，用于在高电平控制信号的作用下导通并与脉冲产生模块220相连，以使脉冲产生模块220产生并输出脉冲信号。

示例性的，脉冲产生模块220可包括PWM发生器(图2中未示出)，用于产生脉宽调制信号，即本实施例中的脉冲信号。进一步的，脉冲产生模块220还可包括施密特触发器(图2中未示出)，用于对PWM发生器输出的脉冲信号进行调整，输出矩形波信号。

进一步的，本实施例提供的功率因数校正芯片还包括第一滤波模块270，并联在第一采样模块230的两端，用于进行滤波处理。具体的，该第一滤波模块270包括：并联连接的第一电容C1和第六电阻R6。第一电容C1的第一端与开关控制模块230的控制端相连，第一电容C1的第二端接地。

进一步的，本实施例提供的功率因数校正芯片还包括稳压模块280，该稳压模块280可以为稳压二极管D1，连接在供电端和地之间，用于控制供电端电压的稳定。

示例性的，图3为本实用新型实施例二提供一种在开关电源中的功率因数校正芯片与升压斩波模块的示意图，如图3所示，升压斩波模块包括：电感L1、第三MOS管Q3、二极管D2、第二电容C2和第七电阻R7。其中，

第三MOS管Q3的控制端与脉冲产生模块220的输出端相连，用于接收脉冲信号。

电感L1连接在开关电源中的第二滤波模块C3的第一端和第三MOS管Q3的输入端之间。

第七电阻R7连接在第二滤波模块C3的第二端和第三MOS管Q3的输出端之间。

二极管D2与第二电容C2串联后的电路连接在第三MOS管Q3的输入端和输出端之间。

二极管D2的阴极作为升压斩波模块的输出端，用于输出升压处理后的电压V_OUT。

参照图3，下面对功率因数校正芯片的工作原理进行详细说明：

当功率因数校正芯片的供电端上电时，Q2和Q3的栅极电压开始上升，当Q2和Q3的栅极电压上升到MOS管的导通电压V_gth，即第一启动电压时，Q2和Q3导通。升压斩波模块的输出端V_out通过R1、R2、R4和R5电阻导通构成回路。当控制端电压大于第一启动电压时，比较器单元M1的同向端电压与反向端电压Vgth比较后输出高电平，从而使得开关单元K1导通。K1导通后，当供电端210的电压VCC上升达到第二启动电压时，功率因数校正芯片开始输出驱动信号OUT给第三MOS管Q3。此时，功率因数校正回路开始升压，并通过R1、R2、R4和R5电阻构成反馈回路，系统正常工作。当供电端电压VCC降低到第二启动电压时，功率因数校正芯片停止工作。此时，VCC继续降低到第一启动电压时，Q2和Q3关闭，R1、R2、R4和R5电阻构成的回路断开，不再消耗升压斩波模块输出模块V_out上的电能，降低了待机损耗。

本实施例在上述实施例的基础上进行了细化，将电阻R1和R2集成到功率因数芯片内部，功率因数芯片通过外接R4和R5即可控制反馈电压和过压保护电压，提升了用户使用的便利性，降低了电器设备的待机功耗。

实施例三

图4为本实用新型实施例三提供的一种开关电源的结构框图。如图4所示，该开关电源300包括：整流模块310、第二滤波模块320、升压斩波模块330、第二采样模块340、变压器350和上述任意实施例所提供的功率因数校正芯片360。

其中，所述整流模块310，用于将输入的交流电信号进行整流为直流电压信号；

第二滤波模块320，与整流模块310相连，用于对直流电压信号进行滤波处理；

升压斩波模块330，与第二滤波模块320相连，用于对滤波处理后的电压进行升压处理，并将升压处理后的电压输出到变压器350；

第二采样模块340，与升压斩波模块330相连，用于对升压处理后的电压进行采样得到采样电压，并将采样电压反馈到功率因数校正芯片360中；

功率因数校正芯片360，连接在第二采样模块340与升压斩波模块330之间，用于根据采样电压产生脉冲信号，脉冲信号用于驱动升压斩波模块330对滤波处理后的电压进行升压处理。

示例性的，本实施例中，整流模块为桥式整流电路。滤波模块可以为滤波电容，还可以为EMI(Electromagnetic Interference，电磁干扰)滤波电路，用于滤出交流电信号中的差模干扰和共模干扰。

需要说明的是，对于功率因数较高的电子产品，本实用新型实施例所提供的功率因数校正芯片可以将整流后的电压信号直接连接到变压器，然后通过功率因数芯片进行功率因数校正，以提高电子产品的功率因数值。

示例性的，本实施例中，升压斩波模块为boost升压斩波电路。

本实施例提供了一种开关电源，该开关电源整流模块、第二滤波模块、升压斩波模块、第二采样模块、变压器和上述任意实施例所提供的功率因数校正芯片。通过整流模块，可将输入的交流电信号进行整流为直流电压信号。通过第二滤波模块，可用于对直流电压信号进行滤波处理。通过升压斩波模块，可用于对滤波处理后的电压进行升压处理，并将升压处理后的电压输出到变压器。通过第二采样模块，可用于对升压处理后的电压进行采样得到采样电压，并将采样电压反馈到功率因数校正芯片中。通过功率因数校正芯片，可用于根据采样电压产生脉冲信号，所述脉冲信号用于驱动升压斩波模块对滤波处理后的电压进行升压处理。此外，通过采样功率因数校正芯片，在提高了电源的功率因数的同时，可使变压器输出恒定电压。该功率因数芯片的应用，也能达到减小电源体积、节约成本的效果。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种功率因数校正芯片，包括供电端和脉冲产生模块，其特征在于，所述芯片还包括：开关控制模块、第一采样模块和时序控制模块；其中，

所述开关控制模块的控制端，与所述供电端相连，用于当所述供电端的电压达到第一启动电压时控制所述开关控制模块导通；

所述开关控制模块的输入端与所述芯片外接的第二采样模块相连，输出端与所述第一采样模块相连，所述第二采样模块通过处于导通状态的开关控制模块与所述第一采样模块相连；

所述时序控制模块的输入端与所述开关控制模块的控制端相连，输出端与所述脉冲产生模块的输入端相连，所述脉冲产生模块的输出端作为所述芯片的输出端，用于当所述控制端的电压达到第二启动电压时，在所述时序控制模块的控制下，输出产生的脉冲信号；

其中，所述第二启动电压大于第一启动电压。

2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述时序控制模块包括：比较器单元和开关控制单元；其中，

所述比较器单元的同向输入端，作为所述时序控制模块的输入端，与所述开关控制模块的控制端相连，所述比较器单元的反向输入端将所述第一启动电压作为参考电压；当所述开关控制模块控制端的电压大于所述参考电压时，所述比较器单元输出控制信号；

所述开关控制单元，与所述比较器单元相连，用于在所述控制信号的作用下导通并与所述脉冲产生模块相连，以使所述脉冲产生模块输出脉冲信号。

3.根据权利要求1或2所述的芯片，其特征在于，所述第一采样模块包括第一电阻；相应的，所述开关控制模块包括第一MOS管；其中，

所述第一MOS管的控制端通过第三电阻与所述供电端相连；

所述第一MOS管的输入端作为所述芯片的反馈端，与所述芯片外接的第四电阻相连，所述第一MOS管的输出端与所述第一电阻相连；其中，所述第四电阻为所述第二采样模块中包含的电阻。

4.根据权利要求3所述的芯片，其特征在于，所述第一采样模块还包括第二电阻；相应的，所述开关控制模块还包括第二MOS管；其中，

所述第二MOS管的控制端通过所述第三电阻与所述供电端相连；

所述第二MOS管的输入端作为所述芯片的过压保护端，与所述芯片外接的第五电阻相连，所述第二MOS管的输出端与所述第二电阻相连；其中，所述第五电阻为所述第二采样模块中包含的电阻。

5.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述芯片还包括：

第一滤波模块，并联在所述第一采样模块的两端，用于进行滤波处理。

6.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述芯片还包括：

稳压模块，连接在所述供电端和地之间，用于控制所述供电端的电压稳定。

7.根据权利要求5所述的芯片，其特征在于，所述第一滤波模块包括：并联连接的第一电容和第六电阻；

所述第一电容的第一端与所述开关控制模块的控制端相连，所述第一电容的第二端接地。

8.一种开关电源，包括整流模块、第二滤波模块、升压斩波模块、第二采样模块和变压器，其特征在于，还包括如权利要求1-7任一所述的功率因数校正芯片；其中，

所述整流模块，用于将输入的交流电信号进行整流为直流电压信号；

所述第二滤波模块，与所述整流模块相连，用于对所述直流电压信号进行滤波处理；

所述升压斩波模块，与所述第二滤波模块相连，用于对滤波处理后的电压进行升压处理，并将升压处理后的电压输出到变压器；

所述第二采样模块，与所述升压斩波模块相连，用于对升压处理后的电压进行采样得到采样电压，并将采样电压反馈到所述功率因数校正芯片中；

所述功率因数校正芯片，连接在所述第二采样模块与所述升压斩波模块之间，用于根据所述采样电压产生所述脉冲信号，所述脉冲信号用于驱动所述升压斩波模块对滤波处理后的电压进行升压处理。

9.根据权利要求8所述的开关电源，其特征在于，所述升压斩波模块包括：电感、第三MOS管、二极管、第二电容和第七电阻；其中，

所述第三MOS管的控制端与所述脉冲产生模块的输出端相连，用于接收所述脉冲信号；

所述电感连接在所述第二滤波模块的第一端和所述第三MOS管的输入端之间；

所述第七电阻连接在所述第二滤波模块的第二端和所述第三MOS管的输出端之间；

所述二极管与所述第二电容串联后的电路连接在所述第三MOS管的输入端和输出端之间；

将所述二极管的阴极作为升压斩波模块的输出端，用于输出升压处理后的电压。

10.根据权利要求8所述的开关电源，其特征在于，所述整流模块为桥式整流电路。