CN208522648U - 一种高功率pfc电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种高功率PFC电路，涉及电力电子技术领域，包括控制芯片和多级PFC电路，所述的控制芯片分别连接PFC电路的控制端，所述的多级PFC电路并联交错连接；所述的多级PFC电路，各PFC电路结构相同，均包括：一个电感、第一二极管、第二二极管、一个功率MOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻；采用单个芯片就实现了3级APFC控制，提高了系统的可靠性；3级CCM模式有效的减小了开关管电流应力，同时能减小电磁干扰；实现了5KW大功率PFC，功率因数达到99％，具有功率密度大；采用单片机可以对很好的对控制芯片外围电路故障进行隔离，提高了系统安全性。

Description

一种高功率PFC电路
技术领域
本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种高功率PFC电路。
背景技术
传统单级有桥APFC有其自身特定优势：结构简单，器件数量少，成本低，交流输入电压范围宽等等。但并不适用于大功率应用场合，因为单级PFC中开关器件会承受非常高的电流应力，带来巨大损耗和严重的散热问题。除去严重的开关、导通损耗外，在二极管反向恢复，开关管导通期间，输出滤波电容跟地有短暂的短路过程，短路电流会引起附加的导通损耗和巨大的di/dt。这些不良影响会随着开关频率和输出功率等级的升高而显著增加。
实用新型内容
本实用新型针对背景技术的问题提供一种高功率PFC电路，有效的减小了开关管电流应力，同时能减小电磁干扰，实现了5KW大功率PFC，功率因数达到99％，具有功率密度大；采用单片机可以对很好的对控制芯片外围电路故障进行隔离，提高了系统安全性；
为了实现上述目的，本实用新型提出一种高功率PFC电路，包括控制芯片和多级PFC电路，所述的控制芯片分别连接PFC电路的控制端，所述的多级PFC电路并联交错连接。
优选地，所述的多级PFC电路，各PFC电路结构相同，均包括：一个电感、第一二极管、第二二极管、一个功率MOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻；
所述的电感的一端作为多级PFC电路的第一并联端，电感的另一端共同连接功率MOS管的源极、第一二极管的阳极和第二二极管的阳极；第一二极管的阴极和第二二极管的阴极连接作为多级PFC电路的第二并联端；功率MOS管的栅极连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端共同连接第二电阻的一端、第三电阻的一端、第四电阻的一端、第五电阻的一端和第六电阻的一端，第二电阻的另一端共同连接第三电阻的另一端、第四电阻的另一端、第五电阻的另一端、第六电阻的另一端和第七电阻的一端，并作为多级PFC电路的第三并联端。
优选地，所述的功率MOS管的栅极还连接控制芯片的驱动电路。
优选地，所述的第二电阻，其另一端连接控制芯片的第一选片端正极。
优选地，所述的第七电阻，其另一端连接控制芯片的第一选片端负极。
优选地，所述的多级PFC电路还包括第一电容和第二电容，所述的第一电容与第二电容并联形成并联电路，该并联电路设置于多级PFC电路的第一并联端与第三并联端之间。
优选地，所述的多级PFC电路还包括第三电容、第四电容、第五电容和第六电容，所述的第三电容、第四电容、第五电容和第六电容并联形成并联电路，该并联电路设置于多级PFC电路的第二并联端与第三并联端之间。
优选地，所述的多级PFC电路还包括第三二极管，所述的第三二极管的阴极连接多级PFC电路的第二并联端，第三二极管的阳极连接多级PFC电路的第三并联端。
优选地，所述的多级PFC电路还包括第四二极管和第五二极管，所述的第四二极管阳极与第五二极管阳极相连且连接多级PFC电路的第一并联端，第四二极管阴极和第五二极管阴极相连且连接多级PFC电路的第二并联端。
优选地，所述的多级PFC电路的第二并联端和多级PFC电路的第三并联端作为电路输出端。
并联APFC的出现较好地解决了单相有源功率因数校正大功率化的问题，两级或多级APFC模块相互交错一定的相位角度后并联可以有效地降低开关管的电流应力，提高系统开关频率，简化开关器件的选型和系统的散热处理。电感电流的均衡交错也大大减小了输入电流高频纹波，降低了输入EMI滤波器的差模电感值，简化电感设计。通过灵活地切换交错并联PFC中一级或几级PFC模块的工作和停止，可以有效地拓宽其带载范围。
本实用新型提出一种高功率PFC电路，采用单个芯片就实现了3级APFC控制，提高了系统的可靠性；3级CCM模式有效的减小了开关管电流应力，同时能减小电磁干扰；实现了5KW大功率PFC，功率因数达到99％，具有功率密度大；采用单片机可以对很好的对控制芯片外围电路故障进行隔离，提高了系统安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本实用新型一种实施例中高功率PFC电路整体示意图；
图2为本实用新型一种实施例中三级PFC电路原理图；
图3为本实用新型一种实施例中控制芯片电路原理图；
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
本实用新型提出一种高功率PFC电路；
本实用新型一种优选实施例中，如图1所示，包括控制芯片和三级PFC电路，所述的控制芯片分别连接PFC电路的控制端，所述的三级PFC电路并联交错连接。
本实施例采用3级CCM APFC。利用单片控制芯片FAN9673，提供了三级交错PFC硬件电路设计，拓宽了APFC的设计思路。
FAN9673是一款用于控制PFC预调节器的32-引脚，连续导通模式(CCM)功率因数校正(PFC)控制器IC。FAN9673包括平均电流和升压型功率因数校正，使电源完全符合IEC1000-3-2规范。TriFault Detect功能帮助减少外部元件，并为反馈环路提供全面保护，如过压。当发生负载突然下降时，过压比较器关断PFC级。RDY信号可用于通电序列控制。通道管理(CM)功能可以分别启用/禁用每个通道。FAN9673也包括PFC软启动、峰值电流限制和输入电压导通/欠压保护。
整个系统由三个并联的升压PFC级组成，如图1所示，因此PFC级的输入功率可由下式计算：
Pin＝Pout/η
其中，η是PFC级的组合效率；
PFC级输出电流可由下式计算：
Iout＝Pout/VPFC
VPFC为功率因数校正电压；
每个升压级的输出电流可由下式计算：
Iout＝Pout/(VPFC*Nchannel)
Nchannel为通道级数(本实用新型为3级)
本实用新型一种优选实施例中，如图2所示，三级PFC电路，各PFC电路结构相同，其包括：电感L3(L4、L5)、第一二极管D1(D3、D5)、第二二极管D2(D4、D6)、一个功率MOS管Q2(Q6、Q12)、第一电阻R26(R40、R65)、第二电阻R28(R45、R67)、第三电阻R20(R32、R41)、第四电阻R21(R33、R42)、第五电阻R27(R34、R43)、第六电阻R30(R37、R44)和第七电阻R31(R49、R71)；
本实施例中，PFC电感取值设计如下：
峰值线路电压时升压开关的占空比DL可由下式确定：
DL＝(VPFC-1.414*VLINE)/VPFC
VLINE为输入线电压；
最小AC线路电压峰值时升压电感的最大电流纹波ΔIL可由下式确定：
ΔIL＝(VPFC-1.414*VLINE)*1.414*VLINE/VPFC*LPFC*fSW
LPFC为PFC电感的电感量；fSW为开关频率；
最小AC输入的峰值线路电压时一个开关周期内升压电感的平均电流IL-AVG可由下式确定：
IL-AVG＝1.414*Pout)/VLINE*η
对于给定的电流纹波系数(KRF＝IL/ILAVG)，升压电感值LPFC可由下式获得：
LPFC＝(VPFC-1.414*VLINE)*1.414*VLINE/VPFC*KRF*IL-AVG*fSW
以第一PFC电路为例，如图2所示，电感L3的一端作为三级PFC电路的第一并联端，电感L3的另一端共同连接功率MOS管Q2的源极、第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阳极；第一二极管D1的阴极和第二二极管D2的阴极连接作为三级PFC电路的第二并联端；功率MOS管Q2的栅极连接第一电阻R26的一端，第一电阻R26的另一端共同连接第二电阻R28的一端、第三电阻R20的一端、第四电阻R21的一端、第五电阻R27的一端和第六电阻R30的一端，第二电阻R28的另一端共同连接第三电阻R20的另一端、第四电阻R21的另一端、第五电阻R27的另一端、第六电阻R30的另一端和第七电阻R31的一端，并作为三级PFC电路的第三并联端。
以第一PFC电路为例，如图2所示，所述的功率MOS管Q2的栅极还连接控制芯片的驱动电路DRV1。
以第一PFC电路为例，如图2和图3所示，所述的第二电阻R28，其另一端连接控制芯片的第一选片端正极CS1+。
以第一PFC电路为例，如图2和图3所示，所述的第七电阻R31，其另一端连接控制芯片的第一选片端负极CS1-。
本实用新型一种优选实施例，如图2所示，所述的三级PFC电路还包括第一电容C5和第二电容C7，所述的第一电容C5和第二电容C7并联形成并联电路，该并联电路设置于三级PFC电路的第一并联端与第三并联端之间。
本实用新型一种优选实施例，如图2所示，所述的三级PFC电路还包括第三电容C3、第四电容C4、第五电容C8和第六电容C9，所述的第三电容C3、第四电容C4、第五电容C8和第六电容C9并联形成并联电路，该并联电路设置于三级PFC电路的第二并联端与第三并联端之间。
本实用新型实施例中，选择PFC输出电容时，应考虑输出电压纹波。根据给定的输出纹波规格，输出电容值可通过下式计算：
Cout>Iout/2*Pi*fLINE*VPFC-RIPPLE
其中，Iout是升压PFC级的标称输出电流，VPFC-RIPPLE是峰间输出电压纹波；Pi即为π，fLINE为输入线电压的频率；
本实用新型一种优选实施例，如图2所示，所述的三级PFC电路还包括第三二极管D8，所述的第三二极管D8的阴极连接三级PFC电路的第二并联端，第三二极管D8的阳极连接三级PFC电路的第三并联端。
本实用新型一种优选实施例，如图2所示，所述的三级PFC电路还包括第四二极管D9和第五二极管D7，所述的第四二极管D9阳极与第五二极管D7阳极相连且连接三级PFC电路的第一并联端，第四二极管D9阴极和第五二极管D7阴极相连且连接三级PFC电路的第二并联端。
本实用新型一种优选实施例，如图2所示，所述的三级PFC电路的第二并联端和三级PFC电路的第三并联端作为电路输出端OUT+和OUT-。
首次将AC输入与升压PFC转换器连接时，请注意浪涌电流。建议使用NTC和并联继电器电路来减少浪涌电流。
在PFC启动时，加一个旁路二极管DPB提供电流通道来解决浪涌电流问题。
通常使用PFC级为下游DC-DC或逆变级供电。若PFC输出电压已经达到接近给定稳定状态值的电平，建议使能下游功率级以便在满载时工作。
PVO功能用于改变PFC的输出电压VPFC；VPFC应该保持至少比VIN高25V。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种高功率PFC电路，其特征在于，包括控制芯片和多级PFC电路，所述的控制芯片分别连接PFC电路的控制端，所述的多级PFC电路并联交错连接。
2.根据权利要求1所述的高功率PFC电路，其特征在于，所述的多级PFC电路，各PFC电路结构相同，均包括：一个电感、第一二极管、第二二极管、一个功率MOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻；
所述的电感的一端作为多级PFC电路的第一并联端，电感的另一端共同连接功率MOS管的源极、第一二极管的阳极和第二二极管的阳极；第一二极管的阴极和第二二极管的阴极连接作为多级PFC电路的第二并联端；功率MOS管的栅极连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端共同连接第二电阻的一端、第三电阻的一端、第四电阻的一端、第五电阻的一端和第六电阻的一端，第二电阻的另一端共同连接第三电阻的另一端、第四电阻的另一端、第五电阻的另一端、第六电阻的另一端和第七电阻的一端，并作为多级PFC电路的第三并联端。
3.根据权利要求2所述的高功率PFC电路，其特征在于，所述的功率MOS管的栅极还连接控制芯片的驱动电路。
4.根据权利要求2所述的高功率PFC电路，其特征在于，所述的第二电阻，其另一端连接控制芯片的第一选片端正极。
5.根据权利要求2所述的高功率PFC电路，其特征在于，所述的第七电阻，其另一端连接控制芯片的第一选片端负极。
6.根据权利要求2所述的高功率PFC电路，其特征在于，所述的多级PFC电路还包括第一电容和第二电容，所述的第一电容与第二电容并联形成并联电路，该并联电路设置于多级PFC电路的第一并联端与第三并联端之间。
7.根据权利要求2所述的高功率PFC电路，其特征在于，所述的多级PFC电路还包括第三电容、第四电容、第五电容和第六电容，所述的第三电容、第四电容、第五电容和第六电容并联形成并联电路，该并联电路设置于多级PFC电路的第二并联端与第三并联端之间。
8.根据权利要求2所述的高功率PFC电路，其特征在于，所述的多级PFC电路还包括第三二极管，所述的第三二极管的阴极连接多级PFC电路的第二并联端，第三二极管的阳极连接多级PFC电路的第三并联端。
9.根据权利要求2所述的高功率PFC电路，其特征在于，所述的多级PFC电路还包括第四二极管和第五二极管，所述的第四二极管阳极与第五二极管阳极相连且连接多级PFC电路的第一并联端，第四二极管阴极和第五二极管阴极相连且连接多级PFC电路的第二并联端。
10.根据权利要求2所述的高功率PFC电路，其特征在于，所述的多级PFC电路的第二并联端和多级PFC电路的第三并联端作为电路输出端。
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