CN220291874U - 一种图腾柱无桥pfc电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种图腾柱无桥PFC电路，包括交流输入端、直流输出端、PFC电感、高频半桥和低频半桥，高频半桥包括两个高频开关管，低频半桥包括两个二极管和两个低频开关管；PFC电感的第一端接交流输入端的第一端，PFC电感的第二端接高频半桥的中点；交流输入端的第二端接低频半桥的中点，高频半桥的正极端和低频半桥的正极端接直流输出端的正极，高频半桥的负极端和低频半桥的负极端接直流输出端的负极；第一低频开关管与低频半桥的第一二极管并联，第二低频开关管与低频半桥的第二二极管并联。本实用新型通过第一低频开关管与第一二极管并联，第二低频开关管与第二二极管并联，可以降低低频半桥的功率损耗，提高图腾柱无桥PFC电路的效率。

Description

一种图腾柱无桥PFC电路

[技术领域]

本实用新型涉及PFC电路，尤其涉及一种图腾柱无桥PFC电路。

[背景技术]

图腾柱无桥PFC电路所用的半导体开关管数量少，在工作运行时动态损耗小，因此图腾柱无桥PFC电路是效率较高的功率因数校正变换电路。

如图1所示，传统图腾柱无桥PFC电路的结构和工作原理如下：主电路包括交流输入端VIN、直流输出端Vo、PFC电感L、高频半桥和低频半桥。高频半桥包括两个高频开关管即MOS管Q1和MOS管Q2，低频半桥包括两个二极管，即二极管D3和二极管D4PFC电感L的第一端(同名端)接交流输入端VIN的第一端VIN_L，PFC电感L(异名端)的第二端接高频半桥的中点。交流输入端VIN的第二端VIN_N接低频半桥的中点，高频半桥的正极端和低频半桥的正极端接直流输出端的正极Vo+，高频半桥的负极端和低频半桥的负极端接直流输出端的负极Vo-。

VIN为交流源的输入或者市电输入，在交流输出端VIN的上半周期，VIN_L为正，VIN_N为负时，VIN_L输出的电流经PFC电感L的同名端，从PFC电感L的异名端流出，再经过高频开关管Q2的漏极、源极、二极管D4的阳极、阴极回到交流源VIN_N，PFC电感L储存能量，完成一个整流过程。PFC电感L储存能量，整流过程完成后，高频开关管Q2关断，PFC电感L正向放电，电流从PFC电感L的异名端流出，经开关管Q1的源极、漏极、负载R1再到低频二极管D4的阳极、阴极、交流源的VIN-N,通过交流源到达VIN-L,回到PFC电感L的同名端，就完成PFC电感L的能量释放，达到升压的目的。

在交流输出端VIN的下半周期，VIN_L为负，VIN_N为正时，VIN_N输出的电流经低频二极管D3阳极、阴极，接到高频开关管Q1的漏极，从高频开关管Q1的源极再接到PFC电感L的异名端，经PFC电感L的同名端回到交流源VIN_L，PFC电感L储存能量，完成一个整流过程。PFC电感L储存能量，整流过程完成后，高频开关管Q1关断，PFC电感L反向放电，电流从PFC电感L的同名端流出，经VIN_L、VIN_N，低频二极管D3的阳极、阴极，负载R1再接到高频开关管Q2的源极,从Q2的漏极返回到PFC电感L的异名端。完成L能量的反射释放，达到升压的目的。

在VIN_L为正、VIN_N为负时的整流和升压过程中，电流都会经过低频二极管D4，二极管D4有一个比较大的正向导通压降，当电流较大时，在低频二极管D4上会有一个很大的功率损耗，对图腾柱无桥PFC电路的效率和温升都很不利。在VIN_L为负、VIN_N为正时的整流和升压过程中，电流都会经过低频二极管D3，二极管有一个比较大的正向导通压降，当电流较大时，在低频二极管D3上会有一个很大的功率损耗，对图腾柱无桥PFC电路的效率和温升都很不利。

[发明内容]

本实用新型要解决的技术问题是提供一种效率较高的图腾柱无桥PFC电路。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，一种图腾柱无桥PFC电路，包括主电路和控制电路，主电路包括交流输入端、直流输出端、PFC电感、高频半桥和低频半桥，高频半桥包括两个高频开关管，低频半桥包括两个二极管和两个低频开关管；PFC电感的第一端接交流输入端的第一端，PFC电感的第二端接高频半桥的中点；交流输入端的第二端接低频半桥的中点，高频半桥的正极端和低频半桥的正极端接直流输出端的正极，高频半桥的负极端和低频半桥的负极端接直流输出端的负极；第一低频开关管与低频半桥的第一二极管并联，第二低频开关管与低频半桥的第二二极管并联。

以上所述的图腾柱无桥PFC电路，控制电路包括两个低频开关管保护电路，低频开关管保护电路包括电流互感器、整流电路、分压电路和低频开关管保护信号输出端，电流互感器副边绕组的两端分别接整流电路的两个输入端，整流电路输出端的正极接分压电路的第一端，整流电路输出端的负极和分压电路的第二端接模拟地；分压电路的电压信号输出端接低频开关管保护信号输出端；低频开关管保护信号输出端接控制电路对应的低频开关管保护信号输入端；第一低频开关管保护电路电流互感器的原边绕组与第一高频开关管串接在高频半桥的上桥臂中，第二低频开关管保护电路电流互感器的原边绕组与第二高频开关管串接在高频半桥的下桥臂中。

以上所述的图腾柱无桥PFC电路，低频开关管保护电路包括分流电阻和滤波电容，所述的整流电路为二极管全波整流电路，分流电阻接在整流电路输出端的正极与负极之间，滤波电容接在分压电路的电压信号输出端与模拟地之间。

以上所述的图腾柱无桥PFC电路，低频开关管保护电路包括磁复位电路和输出电压箝位电路，磁复位电路与电流互感器的副边绕组并接；输出电压箝位电路包括双串联开关二极管，双串联开关二极管的阳极接模拟地，阴极接单片机电源，中间引脚接低频开关管保护信号输出端。

以上所述的图腾柱无桥PFC电路，主电路包括EMI电路，PFC电感的第一端通过EMI电路接交流输入端的第一端，低频半桥的中点通过EMI电路接交流输入端的第二端。

以上所述的图腾柱无桥PFC电路，PFC电感的第一端为同名端，所述的高频开关管为MOS管；第一低频开关管保护电路电流互感器原边绕组的同名端接直流输出端的正极，异名端接第一MOS管的漏极，第一MOS管的源极接高频半桥的中点；第二低频开关管保护电路电流互感器原边绕组的同名端接高频半桥的中点，异名端接第二MOS管的漏极，第二MOS管的源极接直流输出端的负极。

以上所述的图腾柱无桥PFC电路，所述的两个低频开关管包括第三MOS管和第四MOS管，第一二极管的阴极接直流输出端的正极，阳极接低频半桥的中点；第二二极管的阴极接低频半桥的中点，阳极接直流输出端的负极；第三MOS管与第一二极管并联，第四MOS管与第二二极管并联。

本实用新型通过第一低频开关管与第一二极管并联，第二低频开关管与第二二极管并联，可以降低低频半桥的功率损耗和温升，提高图腾柱无桥PFC电路的效率。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是现有技术图腾柱无桥PFC电路主电路的电路图。

图2是本实用新型实施例图腾柱无桥PFC电路主电路的电路图。

图3是本实用新型实施例低频开关管保护电路的电路图。

[具体实施方式]

本实用新型实施例图腾柱无桥PFC电路包括主电路和控制电路。主电路的结构和原理如图2所示，包括交流输入端、直流输出端、EMI电路、PFC电感L1-A、高频半桥和低频半桥。

高频半桥包括两个高频开关管即MOS管Q1和MOS管Q2，低频半桥包括两个二极管和两个低频开关管，即二极管D3、二极管D4和MOS管Q3、MOS管Q4。PFC电感L1-A的第一端(同名端)通过EMI电路接交流输入端的第一端VIN_L，PFC电感L1-A的第二端(异名端)接高频半桥的中点。交流输入端的第二端VIN_N通过EMI电路接低频半桥的中点，高频半桥的正极端和低频半桥的正极端接直流输出端的正极VPFC，高频半桥的负极端和低频半桥的负极端接直流输出端的负极(地)。第一低频开关管(MOS管)Q3与低频半桥的第一二极管D3并联，第二低频开关管(MOS管)Q4与低频半桥的第二二极管D4并联。

控制电路包括单片机和两个低频开关管保护电路，两个低频开关管保护电路的结构相同，现以第一低频开关管保护电路为例进行说明。

第一低频开关管保护电路包括电流互感器CT1、整流电路、电阻分压电路、分流电阻、滤波电容、磁复位电路、输出电压箝位电路和低频开关管保护信号输出端CS_OPP。整流电路为两个双串联开关二极管D1和D2组成的全波整流电路，分流电阻由电阻R3和电阻R4并接组成，电阻分压电路由电阻R5和电阻R6串接组成，括磁复位电路由电容C1和电阻R2串接组成，输出电压箝位电路采用双串联开关二极管D5。

电流互感器副边绕组CT1-B的两端分别接全波整流电路的两个输入端，全波整流电路输出端的正极接电阻分压电路的第一端，全波整流电路输出端的负极和电阻分压电路的第二端接模拟地AGND。电阻分压电路的电压信号输出端(电阻R5和电阻R6的连接点)接低频开关管保护信号输出端CS_OPP。低频开关管保护信号输出端CS_OPP接控制电路单片机对应的低频开关管保护信号输入端。

分流电阻接在全波整流电路输出端的正极与负极之间，滤波电容C3接在电阻分压电路的电压信号输出端与模拟地AGND之间。

磁复位电路与电流互感器的副边绕组CT1-B并接。输出电压箝位电路的双串联开关二极管D5的阳极接模拟地AGND，阴极接单片机电源PMCU_3.3V，双串联开关二极管D5中间引脚接低频开关管保护信号输出端CS_OPP。

第一低频开关管保护电路电流互感器的原边绕组CT1_B与第一高频开关管Q1串接在高频半桥的上桥臂中，第二低频开关管保护电路电流互感器的原边绕组CT2_B与第二高频开关管Q2串接在高频半桥的下桥臂中。

第一低频开关管保护电路电流互感器原边绕组CT1_B的同名端接直流输出端的正极VPFC，异名端接第一MOS管Q1的漏极，第一MOS管Q1的源极接高频半桥的中点。第二第一低频开关管保护电路电流互感器原边绕组CT2_B的同名端接高频半桥的中点，异名端接第二MOS管Q2的漏极，第二MOS管Q2的源极接直流输出端的负极(地)。

在低频半桥中，第一二极管D3的阴极接直流输出端的正极VPFC，阳极接低频半桥的中点。第二二极管D4的阴极接低频半桥的中点，阳极接直流输出端的负极(地)。第三MOS管Q3与第一二极管D3并联，第四MOS管Q4与第二二极管D4并联。

本实用新型以上实施例的图腾柱无桥PFC电路当流过高频半桥上桥臂和低频半桥上桥臂的电流过大时，第一低频开关管保护电路电流互感器的原边绕组CT1_A产生较大的电流和电压，通过电阻分压电路分压和滤波电容C3滤波后，在第一低频开关管保护信号输出端CS_OPP输出较高的电压，当CS_OPP输出的电压超过设定的阈值时，单片机关闭第三MOS管Q3，从而实现对第三MOS管Q3的保护。

本实用新型以上实施例的图腾柱无桥PFC电路通过第一低频开关管Q3与第一二极管D3并联，第二低频开关管Q4与第二二极管D4并联，可以降低低频半桥的功率损耗和温升，提高图腾柱无桥PFC电路的效率。

本实用新型以上实施例的图腾柱无桥PFC电路当流过高频半桥下桥臂和低频半桥下桥臂的电流过大时，第二低频开关管保护电路电流互感器的原边绕组CT2_A(图中未示出)产生较大的电流和电压，通过电阻分压电路分压和滤波电容滤波后，在第二低频开关管保护信号输出端输出较高的电压，当第二低频开关管保护信号输出端输出的电压超过设定的阈值时，单片机关闭第四MOS管Q4，从而实现对第四MOS管Q4的保护。

本实用新型以上实施例的图腾柱无桥PFC电路结构简单，能够实现对低频开关管的保护，电路工作稳定，效率高，元器件温升较低。

Claims (7)

1.一种图腾柱无桥PFC电路，包括主电路和控制电路，主电路包括交流输入端、直流输出端、PFC电感、高频半桥和低频半桥，高频半桥包括两个高频开关管，低频半桥包括两个二极管；PFC电感的第一端接交流输入端的第一端，PFC电感的第二端接高频半桥的中点；交流输入端的第二端接低频半桥的中点，高频半桥的正极端和低频半桥的正极端接直流输出端的正极，高频半桥的负极端和低频半桥的负极端接直流输出端的负极；其特征在于，低频半桥包括两个低频开关管，第一低频开关管与低频半桥的第一二极管并联，第二低频开关管与低频半桥的第二二极管并联。

2.根据权利要求1所述的图腾柱无桥PFC电路，其特征在于，控制电路包括两个低频开关管保护电路，低频开关管保护电路包括电流互感器、整流电路、分压电路和低频开关管保护信号输出端，电流互感器副边绕组的两端分别接整流电路的两个输入端，整流电路输出端的正极接分压电路的第一端，整流电路输出端的负极和分压电路的第二端接模拟地；分压电路的电压信号输出端接低频开关管保护信号输出端；低频开关管保护信号输出端接控制电路对应的低频开关管保护信号输入端；第一低频开关管保护电路电流互感器的原边绕组与第一高频开关管串接在高频半桥的上桥臂中，第二低频开关管保护电路电流互感器的原边绕组与第二高频开关管串接在高频半桥的下桥臂中。

3.根据权利要求2所述的图腾柱无桥PFC电路，其特征在于，低频开关管保护电路包括分流电阻和滤波电容，所述的整流电路为二极管全波整流电路，分流电阻接在整流电路输出端的正极与负极之间，滤波电容接在分压电路的电压信号输出端与模拟地之间。

4.根据权利要求2所述的图腾柱无桥PFC电路，其特征在于，低频开关管保护电路包括磁复位电路和输出电压箝位电路，磁复位电路与电流互感器的副边绕组并接；输出电压箝位电路包括双串联开关二极管，双串联开关二极管的阳极接模拟地，阴极接单片机电源，中间引脚接低频开关管保护信号输出端。

5.根据权利要求2所述的图腾柱无桥PFC电路，其特征在于，主电路包括EMI电路，PFC电感的第一端通过EMI电路接交流输入端的第一端，低频半桥的中点通过EMI电路接交流输入端的第二端。

6.根据权利要求2所述的图腾柱无桥PFC电路，其特征在于，PFC电感的第一端为同名端，所述的高频开关管为MOS管；第一低频开关管保护电路电流互感器原边绕组的同名端接直流输出端的正极，异名端接第一MOS管的漏极，第一MOS管的源极接高频半桥的中点；第二低频开关管保护电路电流互感器原边绕组的同名端接高频半桥的中点，异名端接第二MOS管的漏极，第二MOS管的源极接直流输出端的负极。

7.根据权利要求1所述的图腾柱无桥PFC电路，其特征在于，所述的两个低频开关管包括第三MOS管和第四MOS管，第一二极管的阴极接直流输出端的正极，阳极接低频半桥的中点；第二二极管的阴极接低频半桥的中点，阳极接直流输出端的负极；第三MOS管与第一二极管并联，第四MOS管与第二二极管并联。