CN220359033U - 电源转换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了电源转换电路，采样主电路耦合在输入电容的正极端和地之间，采样支电路一端连接采样主电路的采样点，采样点连接至PFC控制器的反馈输入端；应用控制器的控制端电耦合光耦发射元件，用于向光耦发射元件发送低电平信号、脉冲驱动信号或高电平驱动信号；光耦接收电路连接PFC电源电路，用于驱动或不驱动PFC电源电路输出PFC电源；光耦接收电路连接电压转换电路，用于驱动电压转换电路；电压转换电路用于驱动采样开关导通或断开以改变PFC反馈电路的采样比率；PFC控制器的控制端电耦合PFC开关，用于根据PFC反馈电路提供的反馈电压驱动PFC开关。

Description

电源转换电路

技术领域

本实用新型涉及电源领域，具体涉及电源转换电路。

背景技术

电源转换电路是交流-直流变换电路中的常见电路。在交流-直流变换电路中，首先需要通过整流电路将交流电压整流为直流电压并输出至母线，然后直流-直流变换单元将母线上的电压变换为所需要的目标电压。

为了提高电源转换电路的功率因数，和/或降低谐波含量，需要增加功率因数校正电路，即PFC电路，例如，利用PFC控制器对母线上的电压进行升压。

现有技术中，为了提高PFC控制的效率，出现了根据交流输入电压的高低而进行分段式PFC控制的方案，以及跟随式PFC控制的方案，但是，上述PFC控制电路往往比较复杂。

实用新型内容

本实用新型提供了一种电路更加简单的电源转换电路，以实现PFC控制。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种电源转换电路，包括PFC控制器、PFC开关、输入电容和直流-交流转换电路，所述输入电容用于向所述直流-交流转换电路提供直流电源，还包括应用控制器、PFC电源电路、光耦发射元件、光耦接收电路、电压转换电路和PFC反馈电路；所述PFC反馈电路包括输入电压采样电路，所述输入电压采样电路包括采样主电路和采样支电路，所述采样支电路包括采样开关，所述采样主电路耦合在所述输入电容的正极端和地之间，所述采样支电路一端连接所述采样主电路的采样点，所述采样点连接至所述PFC控制器的反馈输入端；所述应用控制器的控制端电耦合光耦发射元件，用于向所述光耦发射元件发送低电平信号、脉冲驱动信号或高电平驱动信号；所述光耦接收电路连接所述PFC电源电路，用于驱动或不驱动所述PFC电源电路输出PFC电源；所述光耦接收电路连接所述电压转换电路，用于驱动所述电压转换电路；所述电压转换电路用于驱动所述采样开关导通或断开以改变所述PFC反馈电路的采样比率；所述PFC控制器的控制端电耦合所述PFC开关，用于根据所述PFC反馈电路提供的反馈电压驱动所述PFC开关。

优选地，所述的电源转换电路还包括开机输入电压检测电路，所述直流-交流转换电路包括变压器；所述变压器的原边用于与所述输入电容耦合，所述开机输入电压检测电路耦合在所述变压器的副边；所述开机输入电压检测电路用于检测上电后所述输入电容的电压。

优选地，所述光耦接收电路包括光耦接收元件、滤波电路；所述PFC电源电路包括第一开关电路和第二开关电路；所述滤波电路的电压输出端用于控制所述第一开关电路的导通或断开，所述第一开关电路用于控制所述第二开关电路的导通或断开，所述PFC控制器的电源输入端通过所述第二开关电路连接PFC电源。

优选地，所述电压转换电路包括稳压二极管，所述稳压二极管的阳极耦合至所述PFC反馈电路，阴极连接至所述滤波电路电压输出端。

优选地，所述采样主电路包括第一主采样电阻和第二主采样电阻，所述第一主采样电阻和第二主采样电阻依次串联在所述输入电容的正极端和地之间。

优选地，所述采样支电路还包括支采样电阻，所述采样点依次通过所述支采样电阻和采样开关接地。

优选地，所述电压转换电路还包括采样开关驱动电阻，所述稳压二极管的阳极通过所述采样开关驱动电阻接地；所述采样支电路包括支电路电阻，所述采样点通过所述支电路电阻和采样开关接地，所述采样开关的控制端连接所述稳压二极管的阳极。

优选地，所述第一开关电路包括开关管；所述第二开关电路包括晶体三极管、第一电源电阻和第二电源电阻，所述晶体三极管的射极和集电极分别连接PFC电源和PFC控制器的电源输入端，所述第一电源电阻跨接在所述晶体三极管的射极和基极之间，所述晶体三极管的基极通过第二电源电阻连接所述开关管的漏极，所述开关管的源极接地、栅极连接滤波电路的电压输出端。

优选地，所述的电源转换电路还包括输出电容，所述输出电容一端耦合至所述变压器的副边的第一端、另一端接地；所述开机输入电压检测电路包括第一二极管、第二二极管、检测电容和分压电路；所述第一二极管的阴极连接所述变压器的副边的第二端、阳极耦合至地；所述检测电容的第一端与所述第一二极管的阳极连接，第二端通过所述分压电路耦合至所述应用控制器的电压检测端；所述第二二极管的阳极与所述第一二极管的阴极连接、阴极与所述检测电容的第二端连接。

优选地，所述分压电路包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述检测电容的第二端依次通过第一分压电阻和第二分压电阻接地，所述第一分压电阻和第二分压电阻的公共端连接所述应用控制器的电压检测端。

通过上述方案，本电源转换电路能够以更简单的电路实现PFC控制。例如，在电源转换电路的上述电路基础上，应用控制器IC1可以灵活地通过输出低电平、脉冲驱动信号或高电平，从而使PFC控制器IC2不工作，或者在工作时以PFC反馈电路不同的采样比率得到的反馈电压，驱动PFC开关Q1产生不同的动作。

在更优选的实施例中，上述开机输入电压检测电路可以很小的功耗准确检测到交流输入电压。

本实用新型的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。

附图说明

以下将参照附图对本实用新型的优选实施方式进行描述。图中：

图1为本实用新型一种实施例的交流-直流变换电路的示意图。

具体实施方式

以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1是本实用新型一种实施例的交流-直流变换电路，其包括输入整流电路和电源转换电路，电源转换电路包括PFC电路、PFC控制器IC2、PFC反馈电路、输入电容EC1、直流-交流转换电路、应用控制器IC1、PFC电源电路、光耦发射元件U1A、光耦接收电路、电压转换电路、检测电路、输出电容EC3。其中，PFC电路包括PFC开关Q1，应用控制器IC1的控制端电耦合光耦发射元件U1A，PFC控制器IC2的控制端电耦合PFC开关Q1。

输入整流电路的输入端用于输入交流电，输入整流电路用于对输入的交流电压进行整流得到直流电压并将直流电压提供给母线。输入整流电路可以是全桥整流或者半桥整流等整流电路。

PFC控制器IC2通过控制PFC电路中的PFC开关Q1的动作，控制PFC电路的工作。当PFC电路被控制工作时，PFC电路将整流电压进行升压并输出至输入电容EC1，因此输入电容EC1上得到一个PFC电压。当PFC电路被控制停止工作时，输入电容EC1上的电压即等于整流电压。例如，PFC电路包括PFC开关Q1、二极管D1和电感，通过控制PFC开关Q1按一定占空比或频率导通即可以使得输入电容EC1上得到一个PFC电压。

输入电容EC1用于向直流-交流转换电路提供直流电源，直流-交流转换电路将输入电容EC1上的直流电压转换为交流电压；输出整流电路将该交流电压进行整流，并通过输出电容EC3的滤波后，在输出电容EC3上形成稳定的输出直流电压Vout。

检测电路用于检测输出整流电路的电路参数，应用控制器IC1根据这些电路参数，并可以进一步结合其他预设参数，控制光耦发射元件U1A的发光动作；光耦接收电路根据该发光动作，控制PFC电源电路输出或不输出PFC电源VCC至PFC控制器IC2，以及通过控制电压转换电路以控制PFC反馈电路动作，从而使得PFC控制器IC2产生对PFC电路的控制动作。

PFC反馈电路包括输入电压采样电路，输入电压采样电路包括采样主电路和采样支电路，采样支电路包括采样开关Q5，采样主电路耦合在输入电容EC1的正极端和地之间，采样支电路一端连接采样主电路的采样点，采样点连接至PFC控制器IC2的反馈输入端Vfb；当电压转换电路产生的第一范围电压数值为零时，采样开关Q5被控制断开，以控制采样支电路不接入采样主电路，这样，输入电压采样电路以第一采样比率对输入电容EC1的电压进行采样；当电压转换电路产生的第二范围电压时，采样开关Q5被控制导通，以控制采样支电路接入采样主电路，这样，输入电压采样电路以第二采样比率对输入电容EC1的电压进行采样。可以采用多个采样支电路，实现以更多不同采样比率对输入电容EC1的电压进行采样，从而可以配合应用控制器IC1更多、更灵活的对PFC的控制策略。

更具体的，采样主电路包括第一主采样电阻R7和第二主采样电阻R8，采样支电路包括支采样电阻R9和采样开关Q5，电压转换电路还包括采样开关驱动电阻R10，输入电容EC1的正极端依次通过第一主采样电阻R7和第二主采样电阻R8接地，第一主采样电阻R7和第二主采样电阻R8的公共端即上述采样点，采样点依次通过支采样电阻R9和采样开关Q5接地，采样开关Q5的控制端连接稳压二极管ZD1的阳极，且通过采样开关驱动电阻R10接地。

具体而言，例如当应用控制器IC1根据上述电路参数判断不需要进行功率因数校正时(例如，当输出功率小于功率阈值时，此时，功率因数和谐波往往满足规定的要求)，应用控制器IC1的控制端不向光耦发射元件U1A发送驱动信号(例如低电平)，可以使光耦发射元件U1A不产生光信号，光耦接收电路在没有接收到光信号下，PFC电源电路被控制不输出PFC电源VCC至PFC控制器IC2，因此PFC控制器IC2停止工作。

例如当应用控制器IC1根据上述电路参数判断需要进行第一等级功率因数校正时(例如，当输出功率大于功率阈值、且开机时输入电容EC1的初始电压小于电压阈值)，应用控制器IC1的控制端向光耦发射元件U1A发送脉冲驱动信号，可以驱动光耦发射元件U1A发射脉冲光信号；光耦接收电路接收到脉冲光信号后，驱动PFC电源电路输出PFC电源VCC，并驱动电压转换电路产生第一范围电压，第一范围电压控制PFC反馈电路以第一采样比率对输入电容EC1的电压进行采样，PFC控制器IC2根据PFC反馈电路提供的反馈电压，驱动PFC开关Q1产生第一动作；

例如当应用控制器IC1根据上述电路参数判断需要进行第二等级功率因数校正时(例如，当输出功率大于功率阈值、且开机时输入电容EC1的初始电压大于电压阈值)，应用控制器IC1的控制端向光耦发射元件U1A发送高电平驱动信号，可以驱动光耦发射元件U1A发射持续光信号；光耦接收电路接收到持续光信号后，驱动PFC电源电路输出PFC电源VCC，并驱动电压转换电路产生第二范围电压，第二范围电压电路控制PFC反馈电路以第二采样比率对输入电容EC1的电压进行采样，PFC控制器IC2根据PFC反馈电路提供的反馈电压，驱动PFC开关Q1产生第二动作。

通过上述方案，本电源转换电路能够以更简单的电路实现PFC控制。例如，在电源转换电路的上述电路基础上，应用控制器IC1可以灵活地通过输出低电平、脉冲驱动信号或高电平，从而使PFC控制器IC2不工作，或者在工作时以PFC反馈电路不同的采样比率得到的反馈电压，驱动PFC开关Q1产生不同的动作，这样，在不同状况下输入电容EC1的电压工作各自合适高效的电压区间，并且能够满足功率因数和谐波要求。

在一个实施例中，直流-交流转换电路包括变压器，还可以包括主开关Q2，从而可以构成反激型的直流-交流转换电路；上述检测电路可以包括开机输入电压检测电路，变压器的原边用于与输入电容EC1耦合，开机输入电压检测电路耦合在变压器的副边；在应用控制器IC1上电后，不向光耦发射元件U1A发送驱动信号，开机输入电压检测电路用于检测此时输入电容EC1的电压，之后应用控制器IC1再根据输入电容EC1的电压，确定不向光耦发射元件U1A发送驱动信号、向光耦发射元件U1A发送脉冲驱动信号还是向光耦发射元件U1A发送高电平驱动信号。这样，开机输入电压检测电路检测到的输入电压的初始电压是在PFC电路尚未工作时的电压，未受PFC电路影响，该初始电压能够反映交流电源的真实电压水平，一旦应用控制器IC1获得该初始电压后，在后续控制中即可根据该初始电压以及其他参数，对PFC电路进行相对应的控制操作。

在一个实施例中，光耦接收电路包括光耦接收元件U1B、滤波电路；PFC电源电路包括第一开关电路和第二开关电路；滤波电路的电压用于控制第一开关电路的导通或断开，第一开关电路用于控制第二开关电路的导通或断开，PFC控制器IC2的电源输入端VDD通过第二开关电路连接PFC电源VCC；当光耦接收元件U1B没有接收到光信号时断开，滤波电路上的电压V2为零，并控制第一开关电路断开，从而控制第二开关电路断开；当光耦接收元件U1B接收到脉冲驱动光信号时间断导通，滤波电路上的电压V2为第一范围滤波电压，并控制第一开关电路导通，从而控制第二开关电路导通；当光耦接收元件U1B接收到持续光信号时持续导通，滤波电路上的电压V2为第二范围滤波电压，并控制第一开关电路导通，从而控制第二开关电路导通。

更具体的，该第一开关电路包括开关管Q3，第二开关电路包括晶体三极管Q4、第一电源电阻R5和第二电源电阻R6，晶体三极管Q4的射极和集电极分别连接PFC电源VCC和PFC控制器IC2的电源输入端VDD，第一电源电阻R5跨接在晶体三极管Q4的射极和基极之间，晶体三极管Q4的基极通过第二电源电阻R6连接开关管Q3的漏极，开关管Q3的源极接地，栅极连接滤波电路的电压输出端。光耦接收元件U1B的集电极通过电阻R3连接PFC电源VCC，射极连接滤波电路的电压输出端。

在一个实施例中，电压转换电路包括稳压二极管ZD1，稳压二极管ZD1的阳极耦合至PFC反馈电路，阴极耦合至滤波电路上的电压输出端(即耦合至其输出的电压V2)；当滤波电路上的电压V2为第一范围滤波电压时，稳压二极管ZD1不击穿，电压转换电路产生的第一范围电压数值为零，第一范围电压控制PFC反馈电路以第一采样比率对输入电容EC1的电压V进行采样；当滤波电路上的电压V2为第二范围滤波电压时，稳压二极管ZD1击穿，电压转换电路产生的第二范围电压，第二范围电压控制PFC反馈电路以第二采样比率对输入电容EC1的电压V进行采样。如前所述，滤波电路上的电压V2为第一范围滤波电压和第二范围滤波电压都导致开关管Q3导通，从而使得晶体三极管Q4导通，PFC电源VCC都将提供至PFC控制器IC2的电源输入端VDD。滤波电路可以包括并联的电阻R4和电容C2，其并联的一端作为电压输出端，并联的另一端接地。

在一个实施例中，输出电容EC3一端耦合至变压器的副边的第一端、另一端接地；开机输入电压检测电路包括第一二极管D3、第二二极管D2、检测电容C1和分压电路；第一二极管D3的阴极连接变压器的副边的第二端、阳极耦合至地；检测电容C1的第一端与第一二极管D3的阳极连接，第二端通过分压电路耦合至应用控制器IC1的电压检测端Vsen；第二二极管D2的阳极与第一二极管D3的阴极连接、阴极与检测电容的第二端连接。当电源转换电路上电后，输入电容EC1上的电压为输入整流电路输出的电压，通过主开关Q2的动作，在变压器的原边上产生交流电压，从而引起副边产生相应的交流电压；当副边的第一端的电压为正时，电流从副边第一端流出对输出电容EC3进行充电，电流经过第一二极管D3回到副边的第二端；当副边的第二端的电压为正时，电流从副边的第二端流出，经过第二二极管D2对检测电容C1进行充电，电流继续经过输出电容EC3回到副边的第一端，此过程输出电容EC3进行放电，由于输出电容EC3远远大于检测电容C1，因此，输出电容EC3的上述放电过程不会导致电量被放空，且经过几个周期以内的时间检测电容C1即被充满，此时V1＝(V*NS/NP-VD2)，其中，V为输入电容EC1上的电压，VD2为第二二极管D2的压降，NS和NP分别为变压器T次级线圈和初级线圈的匝数。在本实施例中，第一二极管D3除了作为开机输入电压检测电路的一部分，还作为输出整流电路的部分参与输出整流。

更具体的，分压电路包括第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，检测电容C1的第二端依次通过第一分压电阻R1和第二分压电阻R2接地，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的公共端连接应用控制器IC1的电压检测端Vsen。

通过上述开机输入电压检测电路，可以很小的功耗准确检测到交流输入电压。

另外，检测电路还可以包括电流检测电阻RS1，其可以串联在第一二极管D3的阳极和地之间，应用控制器IC1通过检测电流检测电阻RS1上的电压，从而检测得到流过的电流。

本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本实用新型的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本实用新型的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种电源转换电路，包括PFC控制器、PFC开关、输入电容和直流-交流转换电路，所述输入电容用于向所述直流-交流转换电路提供直流电源，其特征在于，还包括应用控制器、PFC电源电路、光耦发射元件、光耦接收电路、电压转换电路和PFC反馈电路；

所述PFC反馈电路包括输入电压采样电路，所述输入电压采样电路包括采样主电路和采样支电路，所述采样支电路包括采样开关，所述采样主电路耦合在所述输入电容的正极端和地之间，所述采样支电路一端连接所述采样主电路的采样点，所述采样点连接至所述PFC控制器的反馈输入端；

所述应用控制器的控制端电耦合光耦发射元件，用于向所述光耦发射元件发送低电平信号、脉冲驱动信号或高电平驱动信号；所述光耦接收电路连接所述PFC电源电路，用于驱动或不驱动所述PFC电源电路输出PFC电源；所述光耦接收电路连接所述电压转换电路，用于驱动所述电压转换电路；

所述电压转换电路用于驱动所述采样开关导通或断开以改变所述PFC反馈电路的采样比率；所述PFC控制器的控制端电耦合所述PFC开关，用于根据所述PFC反馈电路提供的反馈电压驱动所述PFC开关。

2.根据权利要求1所述的电源转换电路，其特征在于，

还包括开机输入电压检测电路，所述直流-交流转换电路包括变压器；

所述变压器的原边用于与所述输入电容耦合，所述开机输入电压检测电路耦合在所述变压器的副边；所述开机输入电压检测电路用于检测上电后所述输入电容的电压。

3.根据权利要求1所述的电源转换电路，其特征在于，

所述光耦接收电路包括光耦接收元件、滤波电路；所述PFC电源电路包括第一开关电路和第二开关电路；

所述滤波电路的电压输出端用于控制所述第一开关电路的导通或断开，所述第一开关电路用于控制所述第二开关电路的导通或断开，所述PFC控制器的电源输入端通过所述第二开关电路连接PFC电源。

4.根据权利要求3所述的电源转换电路，其特征在于，

所述电压转换电路包括稳压二极管，所述稳压二极管的阳极耦合至所述PFC反馈电路，阴极连接至所述滤波电路电压输出端。

5.根据权利要求4所述的电源转换电路，其特征在于，

所述采样主电路包括第一主采样电阻和第二主采样电阻，所述第一主采样电阻和第二主采样电阻依次串联在所述输入电容的正极端和地之间。

6.根据权利要求5所述的电源转换电路，其特征在于，

所述采样支电路还包括支采样电阻，所述采样点依次通过所述支采样电阻和采样开关接地。

7.根据权利要求6所述的电源转换电路，其特征在于，

所述电压转换电路还包括采样开关驱动电阻，所述稳压二极管的阳极通过所述采样开关驱动电阻接地；

所述采样支电路包括支电路电阻，所述采样点通过所述支电路电阻和采样开关接地，所述采样开关的控制端连接所述稳压二极管的阳极。

8.根据权利要求3所述的电源转换电路，其特征在于，

所述第一开关电路包括开关管；

所述第二开关电路包括晶体三极管、第一电源电阻和第二电源电阻，所述晶体三极管的射极和集电极分别连接PFC电源和PFC控制器的电源输入端，所述第一电源电阻跨接在所述晶体三极管的射极和基极之间，所述晶体三极管的基极通过第二电源电阻连接所述开关管的漏极，所述开关管的源极接地、栅极连接滤波电路的电压输出端。

9.根据权利要求2所述的电源转换电路，其特征在于，

还包括输出电容，所述输出电容一端耦合至所述变压器的副边的第一端、另一端接地；

所述开机输入电压检测电路包括第一二极管、第二二极管、检测电容和分压电路；

所述第一二极管的阴极连接所述变压器的副边的第二端、阳极耦合至地；

所述检测电容的第一端与所述第一二极管的阳极连接，第二端通过所述分压电路耦合至所述应用控制器的电压检测端；

所述第二二极管的阳极与所述第一二极管的阴极连接、阴极与所述检测电容的第二端连接。

10.根据权利要求9所述的电源转换电路，其特征在于，

所述分压电路包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述检测电容的第二端依次通过第一分压电阻和第二分压电阻接地，所述第一分压电阻和第二分压电阻的公共端连接所述应用控制器的电压检测端。