CN213521663U - 一种无过零检测绕组pfc电源电路及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种无过零检测绕组PFC电源电路及电子设备，包括：整流单元和输出端；以及PFC电感、升压单元、隔离单元、PFC开关单元、PFC控制单元、输入电流检测单元和输出电压检测单元；PFC电感的一端分别连接整流单元和隔离单元的第一端，PFC电感的另一端连接升压单元的第一端和PFC开关单元的第一端，PFC开关单元的第二端连接PFC控制单元，升压单元的第二端连接输出端和隔离单元的第二端；输入电流检测单元连接整流单元和PFC控制单元，输出电压检测单元连接输出端与PFC控制单元。实施本实用新型能够简化PFC电感结构，降低电感成本，同时能够减少PCB板上的占用空间，以降低最终整机成本。

Description

一种无过零检测绕组PFC电源电路及电子设备
技术领域
本实用新型涉及电源电路，更具体地说，涉及一种无过零检测绕组PFC电源电路及电子设备。
背景技术
目前AC/DC电源各行业中广泛应用的功率因数校正方案都是类似L6562之类带ZCD绕组的临界模式芯片。这类方案的特点是PFC电感都带有ZCD绕组。当输入条件及负载条件不变的情况下，开关管的开通时间是固定的，每个开关周期中通过开关管的电流峰值会跟随输入线电压变化，只要确保每个开关周期都工作在临界模式，在每个周期通过PFC电感的电流平均值就跟随当前的输入线电压从而实现功率因数校正功能。它们通过ZCD绕组采集的电压来判定每个开关周期PFC的电感上的电流是否放电到零，从而开启开关管进入下一个周期充电过程。现在市场上小功率电源竞争十分激烈，成本优势的重要性可想而知。如何降低成本，减少了PCB板上的占用空间，其已经成为电源技术研究的重要方向。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述技术缺陷，提供一种无过零检测绕组PFC电源电路及电子设备。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种无过零检测绕组PFC电源电路，包括：用于接收交流电并将所述交流电整流为直流电压的整流单元，和用于提供高压电源输出的输出端；以及
PFC电感、升压单元、隔离单元、PFC开关单元、PFC控制单元、输入电流检测单元和输出电压检测单元；
所述PFC电感的一端分别连接所述整流单元和所述隔离单元的第一端，所述PFC电感的另一端连接所述升压单元的第一端和所述PFC开关单元的第一端，所述PFC开关单元的第二端连接所述PFC控制单元，所述升压单元的第二端连接所述输出端和所述隔离单元的第二端；
所述输入电流检测单元连接所述整流单元和所述PFC控制单元，所述输出电压检测单元连接所述输出端与所述PFC控制单元。
优选地，所述PFC控制单元包括PFC控制芯片U1、电阻R1、电容C3和电容C4；
所述PFC控制芯片U1的第一管脚经所述电容C3接地，所述电阻R1和所述电容C4串联连接后与所述电容C3并联连接，所述PFC控制芯片U1的第二管脚接地，所述PFC控制芯片U1的第三管脚连接所述输入电流检测单元，所述PFC控制芯片U1的第四管脚连接所述PFC开关单元，所述PFC控制芯片U1的第五管脚连接一个供电电源，所述PFC控制芯片U1的第六管脚连接所述输出电压检测单元。
优选地，所述PFC开关单元包括开关管Q1、二极管D2、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电容C7；
所述开关管Q1的栅极连接所述二极管D2的阳极，所述二极管D2的阴极将所述电阻R8连接所述PFC控制芯片U1的第四管脚，所述开关管Q1的栅极还经所述电阻R9连接所述PFC控制芯片U1的第四管脚，所述开关管Q1的栅极还经所述电阻R10接地，所述开关管Q1的源极接地，所述开关管Q1的漏极连接所述PFC电感。
优选地，所述输入电流检测单元包括取样电阻RS1、二极管D1、电容C5和电阻R2；所述取样电阻RS1的第一端连接所述整流单元，所述取样电阻RS1的第二端接地，所述二极管D1的阴极连接所述取样电阻RS1的第一端，所述二极管D1的阳极接地，所述取样电阻RS1的第一端还连接所述电阻R2的第一端，所述电阻R2的第二端连接所述PFC控制芯片U1的第三管脚，所述电阻R2的第二端经所述电容C5接地；和/或
所述输出电压检测单元包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电容C6；所述电阻R4、所述电阻R5、所述电阻R6和所述电阻R7依次级联连接后一端连接所述输出端，另一端接地，所述电容C6、所述电阻R3和所述电阻R4并联连接后一端连接所述PFC控制芯片U1的第六管脚、另一端接地。
优选地，所述整流单元包括整流管BD1和滤波单元；
所述整流管BD1的第二端连接所述交流电的N端，所述整流管BD1的第三端连接所述交流电的L端，所述整流管BD1的第一端连接所述滤波单元的第一端，所述滤波单元的第二端连接所述PFC电感，所述整流管BD1的第四端经所述电阻R2连接所述PFC控制芯片U1的第三管脚。
优选地，所述滤波单元包括电容CB1、电容CB2和电感L1；
所述电容CB1的第一端连接所述整流管BD1的第一端和所述电感L1的第一端，所述电容CB1的第二端接地，所述电容CB2的第一端连接所述电感L1的第二端和所述PFC电感。
优选地，所述PFC电感包括电感L2，所述电感L2的第一管脚连接所述滤波单元，所述电感L2的第二管脚连接所述升压单元和所述开关管Q1的漏极。
优选地，所述升压单元包括升压二极管D3和电容CE1，所述升压二极管D3的阳极连接所述电感L2的第二管脚，所述升压二极管D3的阴极经所述电容CE1接地，所述升压二极管D3的阴极还连接所述输出端。
优选地，所述隔离单元包括二极管D4，所述二极管D4的阳极连接所述电感L2的第一管脚，所述二极管D4的阴极连接所述升压二极管D3的阴极。
另本实用新型还构造一种电子设备，包括如上面任意一项所述的无过零检测绕组PFC电源电路。
实施本实用新型的一种无过零检测绕组PFC电源电路及电子设备，具有以下有益效果：简化PFC电感结构，降低电感成本，同时能够减少PCB板上的占用空间，以降低最终整机成本。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型一种无过零检测绕组PFC电源电路一实施例的逻辑框图；
图2是本实用新型一种无过零检测绕组PFC电源电路一实施例的电路原理图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
如图1所示，在本实用新型的一种无过零检测绕组PFC电源电路第一实施例中，包括：用于接收交流电并将交流电整流为直流电压的整流单元110，和用于提供高压电源输出的输出端190；以及PFC电感120、升压单元130、隔离单元140、PFC开关单元150、PFC控制单元160、输入电流检测单元170和输出电压检测单元180；PFC电感120的一端分别连接整流单元110和隔离单元140的第一端，PFC电感120的另一端连接升压单元130的第一端和PFC开关单元150的第一端，PFC开关单元150的第二端连接PFC控制单元160，升压单元130的第二端连接输出端190和隔离单元140的第二端；输入电流检测单元170连接整流单元110和PFC控制单元160，输出电压检测单元180连接输出端190与PFC控制单元160。具体的，整流单元110的输入端用于输入交流电，交流电经整流单元110处理后在其输出端190输出直流电压。当整流单元110的输入条件和输出端190连接的负载输出条件稳定后，每个开关周期中PFC控制单元160生成控制电平，该控制电平驱动PFC开关单元150导通，交流输入通过整流单元110变换后的输出电压对PFC电感120进行充电，根据公式Ipk＝VAC/L*TON(其中IPK为电感每个开关周期的峰值电流；L为PFC电感120的感量；TON为每个开关周期的PFC开关单元150的开通时间，VAC为当前开关周期的线电压)，输入电流检测单元170检测整流单元110的输出电流并输出一个线性增大的负电压信号至PFC控制单元160。经过一个固定的时间后，控制单元发出控制电平使PFC开关单元150关断，此时PFC电感120电流开始通过升压单元130给输出端190中电容电路如大电容充电，PFC电感120此时会进行放电，通过输入电流检测单元170检测整流单元110的输出电流并输出一个线性减小的负电压信号。当PFC电感120电流减小到零时，放电结束，PFC控制单元160输出控制电平使得PFC开关单元150导通，下一个开关周期开始。
如图2所示，在一实施例中，PFC控制单元160包括PFC控制芯片U1、电阻R1、电容C3和电容C4；PFC控制芯片U1的第一管脚经电容C3接地，电阻R1和电容C4串联连接后与电容C3并联连接，PFC控制芯片U1的第二管脚接地，PFC控制芯片U1的第三管脚连接输入电流检测单元170，PFC控制芯片U1的第四管脚连接PFC开关单元150，PFC控制芯片U1的第五管脚连接一个供电电源，PFC控制芯片U1的第六管脚连接输出电压检测单元180。具体的，PFC控制单元160包括PFC控制芯片U1，PFC控制芯片U1的第一管脚即COMP管脚通过电容C3接地，同时还经过串联连接的电阻R1和电容C4接地；PFC控制芯片U1的第二管脚即GND管脚直接接地；PFC控制芯片U1的第三管脚也为CS管脚或ZCD管脚，其直接连接输入电流检测单元170用于获取整流单元110的输出电流以得到对应的检测电压值；PFC控制芯片U1的第四管脚即GD管脚连接PFC开关单元150，用于输出控制电平控制PFC开关单元150的导通或关断；PFC控制芯片U1的第五管脚用来输入电源，其还可以通过连接到地的电容C1和电容C2对该电源输入滤波处理；PFC控制芯片U1的第六管脚即FB管脚为反馈信号输入管脚，其用来连接输出电压检测单元180以获取输出端190的输出电压以进行输出电压的控制。在一实施例中，PFC控制芯片U1可以采用QB6566L。
在一实施例中，PFC开关单元150包括开关管Q1、二极管D2、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电容C7；开关管Q1的栅极连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极将电阻R8连接PFC控制芯片U1的第四管脚，开关管Q1的栅极还经电阻R9连接PFC控制芯片U1的第四管脚，开关管Q1的栅极还经电阻R10接地，开关管Q1的源极接地，开关管Q1的漏极连接PFC电感120。具体的，电阻R8、电阻R9、和二极管D2从PFC控制芯片U1的第四管脚引出控制电平，连接至开关管Q1的G脚驱动开关管Q1进行动作。该开关管Q1可以为MOS管，其开关管Q1的栅极经电阻R8连接PFC控制芯片U1输出的控制电平，以根据该控制电平导通或关断。当开关管Q1接收PFC控制芯片U1的控制电平关断时，PFC电感120的输出端190经开关管Q1连接升压单元130，PFC电感120开始通过升压单元130升压后并通过输出端190中输出电压，当开关管Q1接收PFC控制芯片U1的控制电平导通时，PFC电感120的输出端190经开关管Q1接地，交流输入通过整流单元110变换后的输出电压对PFC电感120进行充电。
在一实施例中，输入电流检测单元170包括取样电阻RS1、二极管D1、电容C5和电阻R2；取样电阻RS1的第一端连接整流单元110，取样电阻RS1的第二端接地，二极管D1的阴极连接取样电阻RS1的第一端，二极管D1的阳极接地，取样电阻RS1的第一端还连接电阻R2的第一端，电阻R2的第二端连接PFC控制芯片U1的第三管脚，电阻R2的第二端经电容C5接地；具体的，采样电阻RS1一端接地，另一端连接至整流单元110的负输出端190。钳压二极管D1与采样电阻RS1并联，钳压二极管D1的阳极接于地网络，钳压二极管D1阴极接于整流单元110的负输出端190。电阻R2一端连接于采样电阻RS1与整流单元110的负输出端190之间，另一端连接至PFC控制芯片U1的CS检测脚，用于检测通过开关管Q1和升压电路的电流，也即对应从整流电路输出的输出电流以得到对应的电压检测值。在一些实施例中，当输入电流检测单元170检测到电压信号通过电阻R2和电容C5组成的前沿消隐RC电路传输到PFC控制芯片U1的CS脚时会存在一定的延时，其可以配置PFC控制芯片U1的CS脚对应负10mV的阈值电压，当对PFC电感120输出的电流减小至-10mV时，PFC控制芯片U1驱动发出高电平开始下一个开关周期。
可选的，输出电压检测单元180包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电容C6；电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻R7依次级联连接后一端连接输出端190，另一端接地，电容C6、电阻R3和电阻R4并联连接后一端连接PFC控制芯片U1的第六管脚、另一端接地。具体的，电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻R7串并联与PFC电源电路的输出与地之间，其通过电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻R7组成的电路分压分压后连接至PFC控制芯片U1的FB脚以得到PFC电源电路的输出端190的输出电压采样。
可选的，整流单元110包括整流管BD1和滤波单元；整流管BD1的第二端连接交流电的N端，整流管BD1的第三端连接交流电的L端，整流管BD1的第一端连接滤波单元的第一端，滤波单元的第二端连接PFC电感120，整流管BD1的第四端经电阻R2连接PFC控制芯片U1的第三管脚。具体的，整流桥BD1的共阴极连接滤波单元并经滤波单元连接PFC电感120，整流桥BD1的共阳极连接采样电阻RS1。
可选的，滤波单元包括电容CB1、电容CB2和电感L1；电容CB1的第一端连接整流管BD1的第一端和电感L1的第一端，电容CB1的第二端接地，电容CB2的第一端连接电感L1的第二端和PFC电感120。具体的，滤波单元为电容CB1、电容CB2和电感L1组成的π形滤波电路，对整流管BD1的输出进行滤波。
可选的，PFC电感120包括电感L2，电感L2的第一管脚连接滤波单元，电感L2的第二管脚连接升压单元130和开关管Q1的漏极。具体的，电感L2的一端经滤波单元连接于整流桥BD1的共阴极，另一端连接至开关管Q1的漏极D脚
可选的，升压单元130包括升压二极管D3和电容CE1，升压二极管D3的阳极连接电感L2的第二管脚，升压二极管D3的阴极经电容CE1接地，升压二极管D3的阴极还连接输出端190。具体的，升压二极管D3的阳极连接到开关管Q1的漏极，升压二极管D3阴极连接大电容CE1的正极。开关管Q1的源极、大电容CE1的负极与PFC控制芯片U1的地同网络连接。开关管Q1的源极直接连接于地网络，采样电阻RS1的第二端同时连接开关管Q1的额源极和大电容CE1的负极，第一端连接到PFC控制芯片U1，这种连接方式可以同时检测通过开关管Q1和升压二极管D3的电流，并根据该电流传输到PFC控制芯片U1一个负的电压信号，以完成输入端的电压检测。
可选的，隔离单元140包括二极管D4，二极管D4的阳极连接电感L2的第一管脚，二极管D4的阴极连接升压二极管D3的阴极。具体的，其通过二极管D4实现输入与输出的隔离，当电路上电的一瞬间，PFC控制单元160还没有工作时，可通过二极管D4向输出端190输出电压，当PFC控制单元160完全工作后，输出端190的电压高于输入电压时，二极管D4将进入截止状态。
另，本实用新型提供的一种电子设备，包括上面任意一项的无过零检测绕组PFC电源电路，其通过可以不设置辅助绕组电路以通过该电压进行过零检测，减小整机成本。其可以为LED驱动设备以及电源适配器。
可以理解的，以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种无过零检测绕组PFC电源电路，其特征在于，包括：用于接收交流电并将所述交流电整流为直流电压的整流单元，和用于提供高压电源输出的输出端；以及
PFC电感、升压单元、隔离单元、PFC开关单元、PFC控制单元、输入电流检测单元和输出电压检测单元；
所述PFC电感的一端分别连接所述整流单元和所述隔离单元的第一端，所述PFC电感的另一端连接所述升压单元的第一端和所述PFC开关单元的第一端，所述PFC开关单元的第二端连接所述PFC控制单元，所述升压单元的第二端连接所述输出端和所述隔离单元的第二端；
所述输入电流检测单元连接所述整流单元和所述PFC控制单元，所述输出电压检测单元连接所述输出端与所述PFC控制单元。
2.根据权利要求1所述的无过零检测绕组PFC电源电路，其特征在于，所述PFC控制单元包括PFC控制芯片U1、电阻R1、电容C3和电容C4；
所述PFC控制芯片U1的第一管脚经所述电容C3接地，所述电阻R1和所述电容C4串联连接后与所述电容C3并联连接，所述PFC控制芯片U1的第二管脚接地，所述PFC控制芯片U1的第三管脚连接所述输入电流检测单元，所述PFC控制芯片U1的第四管脚连接所述PFC开关单元，所述PFC控制芯片U1的第五管脚连接一个供电电源，所述PFC控制芯片U1的第六管脚连接所述输出电压检测单元。
3.根据权利要求2所述的无过零检测绕组PFC电源电路，其特征在于，所述PFC开关单元包括开关管Q1、二极管D2、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电容C7；
所述开关管Q1的栅极连接所述二极管D2的阳极，所述二极管D2的阴极将所述电阻R8连接所述PFC 控制芯片U1的第四管脚，所述开关管Q1的栅极还经所述电阻R9连接所述PFC控制芯片U1的第四管脚，所述开关管Q1的栅极还经所述电阻R10接地，所述开关管Q1的源极接地，所述开关管Q1的漏极连接所述PFC电感。
4.根据权利要求2所述的无过零检测绕组PFC电源电路，其特征在于，所述输入电流检测单元包括取样电阻RS1、二极管D1、电容C5和电阻R2；所述取样电阻RS1的第一端连接所述整流单元，所述取样电阻RS1的第二端接地，所述二极管D1的阴极连接所述取样电阻RS1的第一端，所述二极管D1的阳极接地，所述取样电阻RS1的第一端还连接所述电阻R2的第一端，所述电阻R2的第二端连接所述PFC控制芯片U1的第三管脚，所述电阻R2的第二端经所述电容C5接地；和/或
所述输出电压检测单元包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电容C6；所述电阻R4、所述电阻R5、所述电阻R6和所述电阻R7依次级联连接后一端连接所述输出端，另一端接地，所述电容C6、所述电阻R3和所述电阻R4并联连接后一端连接所述PFC控制芯片U1的第六管脚、另一端接地。
5.根据权利要求4所述的无过零检测绕组PFC电源电路，其特征在于，所述整流单元包括整流管BD1和滤波单元；
所述整流管BD1的第二端连接所述交流电的N端，所述整流管BD1的第三端连接所述交流电的L端，所述整流管BD1的第一端连接所述滤波单元的第一端，所述滤波单元的第二端连接所述PFC电感，所述整流管BD1的第四端经所述电阻R2连接所述PFC控制芯片U1的第三管脚。
6.根据权利要求5所述的无过零检测绕组PFC电源电路，其特征在于，所述滤波单元包括电容CB1、电容CB2和电感L1；
所述电容CB1的第一端连接所述整流管BD1的第一端和所述电感L1的第一端，所述电容CB1的第二端接地，所述电容CB2的第一端连接所述电感L1的第二端和所述PFC电感。
7.根据权利要求5所述的无过零检测绕组PFC电源电路，其特征在于，所述PFC电感包括电感L2，所述电感L2的第一管脚连接所述滤波单元，所述电感L2的第二管脚连接所述升压单元和所述开关管Q1的漏极。
8.根据权利要求7所述的无过零检测绕组PFC电源电路，其特征在于，所述升压单元包括升压二极管D3和电容CE1，所述升压二极管D3的阳极连接所述电感L2的第二管脚，所述升压二极管D3的阴极经所述电容CE1接地，所述升压二极管D3的阴极还连接所述输出端。
9.根据权利要求8所述的无过零检测绕组PFC电源电路，其特征在于，所述隔离单元包括二极管D4，所述二极管D4的阳极连接所述电感L2的第一管脚，所述二极管D4的阴极连接所述升压二极管D3的阴极。
10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的无过零检测绕组PFC电源电路。
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