CN221081167U - 采样电路、功率因素校正电路及用电设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种采样电路、功率因素校正电路及用电设备，采样电路包括采样模块，采样模块用于采集功率因素校正电路的电感电流，并输出电感电流对应的采样信号；比较模块，用于接收采样信号和基准电信号，还用于向功率因素校正电路的控制器输出比较结果信号，以使控制器根据比较结果信号控制功率因素校正电路的功率管的开关状态，比较结果信号表征采样信号和基准电信号的大小比较结果。本申请实施例中，能够简单和准确地判断功率因素校正电路的电感电流。

Description

采样电路、功率因素校正电路及用电设备

技术领域

本申请涉及电子电路领域，尤其涉及一种采样电路、功率因素校正电路及用电设备。

背景技术

功率因素校正电路(Power Factor Correction，PFC)具有几种常见的工作模式，包括连续导通模式(Continuous Conduction Mode，CCM)、断续导通模式(DiscontinuousConduction Mode，DCM)和临界导通模式(Critical Conduction Mode，CRM)。其中临界导通模式要求控制器监控电感电流，一旦检测到电感电流等于0，则控制功率因素校正电路中的功率管动作，使电感电流提升。由此可知，在临界导通模式下，电感电流周期性变0，这样能够降低功率管的开关功耗，适于设备低负载运行的情况。

由此可知，临界导通模式的关键在于准确检测电感电流何时变成0，但是现有采用数字控制器的方案中难以判断电流是否已经下降到0，一方面如果加大电感电流的采样率，则加重数字控制器的运算负担，另一方面如果基于其他电路参数估算电感电流的下降时间，则容易受到多种电路参数和环境参数的影响，难以准确估算下降时间。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种采样电路、功率因素校正电路及用电设备，能够简单和准确地判断功率因素校正电路的电感电流。

本申请第一方面的实施例提供了一种采样电路，包括：

采样模块，所述采样模块用于采集功率因素校正电路的电感电流，并输出所述电感电流对应的采样信号；

比较模块，用于接收所述采样信号和基准电信号，还用于向所述功率因素校正电路的控制器输出比较结果信号，以使所述控制器根据所述比较结果信号控制所述功率因素校正电路的功率管的开关状态，所述比较结果信号表征所述采样信号和所述基准电信号的大小比较结果。

本申请第一方面实施例的采样电路，至少具有如下有益效果：通过采样模块得到电感电流对应的采样信号，采样信号经过比较模块与基准电信号进行比较，得到比较结果信号，功率因素校正电路的控制器根据比较结果信号，能够确定电感电流的变化情况，从而准确控制功率管的开闭。例如设备处于低负载的工况，功率因素校正电路执行临界导通模式，需要判断电感电流何时为0，利用本申请实施例的采样电路，控制器能够根据比较结果信号(如高电平或低电平)直接判断电感电流是否为0，进而控制功率管的开闭；相对于现有技术直接通过控制器判断电感电流的采样信号或者通过其他参数估算电感电流下降时间，本申请实施例降低了控制器的运算负担，也提高了电感电流的采样精度。

根据本申请的一些实施例，所述采样模块包括采样电阻，在所述功率因素校正电路的电感处于放电状态的情况下，所述采样电阻与所述电感串联。

根据本申请的一些实施例，所述采样模块还包括放大电路，所述放大电路与所述采样电阻连接，以对所述采样电阻的电压进行放大并输出所述采样信号。

根据本申请的一些实施例，所述比较模块包括第一比较器和分压电路，所述分压电路的分压点的电压作为所述基准电信号，与所述第一比较器的正相输入端连接，所述放大电路的输出端连接所述第一比较器的反相输入端，所述第一比较器的输出端用于连接所述控制器。

根据本申请的一些实施例，所述采样模块包括采样线圈，所述功率因素校正电路的电感与所述采样线圈构成一次侧和二次侧。

根据本申请的一些实施例，所述比较模块包括第二比较器，所述采样线圈的一个抽头连接所述第二比较器的正相输入端，另一个抽头接地，所述第二比较器的反相输入端连接正向偏置电压源作为所述基准电信号。

根据本申请的一些实施例，所述采样线圈的匝数不多于一匝。

本申请第二方面实施例提供了一种功率因素校正电路，包括电感，所述电感与第一方面的采样电路连接。

根据本申请的一些实施例，所述功率因素校正电路为图腾柱电路，所述图腾柱电路包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂和第二桥臂并联，所述第一桥臂的中间连接点通过所述电感连接交流电源的一端，所述第二桥臂的中间连接点连接所述交流电源的另一端。

根据本申请的一些实施例，所述第一桥臂包括串联连接的第一功率管和第二功率管，所述第二桥臂包括串联连接的第三功率管和第四功率管。

根据本申请的一些实施例，所述第三功率管和所述第四功率管为二极管，所述第三功率管和所述第四功率管的方向相同。

本申请第三方面实施例提供了一种用电设备，包括第一方面所述的采样电路和第二方面所述的功率因素校正电路。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1是本申请一个实施例提供的采样电路的电路示意图；

图2是本申请另一个实施例提供的采样电路的电路示意图；

图3是本申请另一个实施例提供的采样电路的电路示意图；

图4是本申请另一个实施例提供的采样电路的电路示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

在本申请的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

功率因素校正电路具有几种常见的工作模式，包括连续导通模式、断续导通模式和临界导通模式。其中临界导通模式要求控制器监控电感电流，一旦检测到电感电流等于0，则控制功率因素校正电路中的功率管动作，使电感电流提升。由此可知，在临界导通模式下，电感电流周期性变0，这样能够降低功率管的开关功耗，适于设备低负载运行的情况。

由此可知，临界导通模式的关键在于准确检测电感电流何时变成0，但是现有采用数字控制器的方案中难以判断电流是否已经下降到0，一方面如果加大电感电流的采样率，则加重数字控制器的运算负担，另一方面如果基于其他电路参数估算电感电流的下降时间，则容易受到多种电路参数和环境参数的影响，难以准确估算下降时间。

基于此，本申请实施例提供了一种采样电路、功率因素校正电路及用电设备，通过采样模块得到电感电流对应的采样信号，采样信号经过比较模块与基准电信号进行比较，得到比较结果信号，功率因素校正电路的控制器根据比较结果信号，能够确定电感电流的变化情况，从而准确控制功率管的开闭。例如设备处于低负载的工况，功率因素校正电路执行临界导通模式，需要判断电感电流何时为0，利用本申请实施例的采样电路，控制器能够根据比较结果信号(如高电平或低电平)直接判断电感电流是否为0，进而控制功率管的开闭；相对于现有技术直接通过控制器判断电感电流的采样信号或者通过其他参数估算电感电流下降时间，本申请实施例降低了控制器的运算负担，也提高了电感电流的采样精度。

下面结合附图，对本申请实施例作进一步阐述。

如图1所示，图1是本申请一个实施例提供的采样电路的电路示意图，采样电路包括：

采样模块100，采样模块100用于采集功率因素校正电路的电感电流，并输出电感电流对应的采样信号；

比较模块200，用于接收采样信号和基准电信号，还用于向功率因素校正电路的控制器输出比较结果信号，以使控制器根据比较结果信号控制功率因素校正电路的功率管的开关状态，比较结果信号表征采样信号和基准电信号的大小比较结果。

在一些实施例中，采样模块100与比较模块200连接，采样模块100用于采集功率因素校正电路的电感电流以输出电感电流对应的采样信号，比较模块200接收采样模块100发送的采样信号，并向功率因素校正电路的控制器输出用于表征采样信号以及基准电信号的大小比较结果的比较结果信号，以使控制器能够控制功率因素校正电路的功率管的开关状态，从而确定电感电流的变化情况，实现对功率管的精准控制，其中，基准电信号为人为设置的电信号，例如，基准电信号为一个已知的稳定电压信号、时钟信号、参考电流信号等等，本实施例不做具体限制。

可以理解的是，功率因素校正电路具有几种常见的工作模式，包括连续导通模式、断续导通模式和临界导通模式。

其中，连续导通模式为在一个开关周期内，电感电流从不会到0。或者说电感从不“复位”，意味着在开关周期内电感磁通从不回到0，功率管闭合时，线圈中还有电流流过。

断续导通模式为在开关周期内，电感电流总会到0，意味着电感被适当地“复位”，即功率开关闭合时，电感电流为零。

临界导通模式为控制器监控电感电流，一旦检测到电流等于0，功率开关立即闭合。控制器总是等电感电流“复位”来激活开关。如果电感值电流高，而截至斜坡相当平，则开关周期延长。

在一些实施例中，采样模块100包括采样电阻R1，在功率因素校正电路的电感L1处于放电状态的情况下，采样电阻R1与电感L1串联，从而能够采集功率因素校正电路在放电状态下的电感电流，实现对信号的测量和记录。

在一些实施例中，比较模块200包括第一比较器IC1和分压电路，分压电路的分压点的电压作为基准电信号，与第一比较器IC1的正相输入端连接，放大电路的输出端连接第一比较器IC1的反相输入端以接收采样信号，第一比较器IC1的输出端用于连接控制器以输出比较结果信号至控制器，便于控制器根据比较结果信号控制功率管的开关状态。

需要说明的是，在一些实施例中采样模块100包括第三比较器IC3、第二电阻R2和第三电阻R3，第三比较器IC3的正相输入端连接至参考地，第三比较器IC3的反相输入端与第二电阻R2连接，第三比较器IC3的输出端与第一比较器IC1的反相输入端连接，以实现对采样信号的放大以及传输，第三电阻R3与第三比较器IC3并联连接。

如图2所示，图2是本申请另一个实施例提供的采样电路的电路示意图；

在一些实施例中，采样模块100包括采样线圈，功率因素校正电路的电感L1与采样线圈构成一次侧和二次侧，以将电路中的电流或者电压转换为与之成正比的采样信号，便于后续对采样信号进行监测或者测量。

需要说明的是，本实施例中采样线圈的一次侧指的是电路中被采样的电流或电压所通过的那一侧，采样线圈的二次侧指的是经过采样线圈转换后的电压信号所输出的那一侧。其中，二次侧的电压信号可以通过电压放大器或其他电路进行处理，以得到需要的测量、控制或监测结果。

值得注意的是，在采样模块100为采样线圈的情况下，采样线圈与采样电阻R1连接。

在一些实施例中，比较模块200包括第二比较器IC2，采样线圈的一个抽头连接第二比较器IC2的正相输入端，另一个抽头接地，第二比较器IC2的反相输入端连接正向偏置电压源作为基准电信号，从而能够向功率因素校正电路的控制器输出比较结果信号。

需要说明的是，在采样模块100包括第三比较器IC3的情况下，当采样信号小于基准电信号，比较结果信号为高电平信号，比较模块200输出高电平的比较结果信号，控制器根据接收到的比较结果信号确定电感电流已经释放完毕，即，此时功率因素校正电路由连续导通模式进入不连续模式，例如，断续导通模式、临界导通模式。

当采样信号大于等于基准电信号，比较结果信号为低电平信号，比较模块200输出低电平的比较结果信号，控制器根据接收到的比较结果信号确定电感电流未完全释放。

在采样模块100包括采样线圈的情况下，当采样信号小于基准电信号，比较结果信号为低电平信号，比较模块200输出低电平的比较结果信号，控制器检测到低电平或下降时，可输出控制信号控制功率管导通，例如，当火线为正时，控制第二功率管导通；当零线为正时，控制第一功率管Q1导通等等。

在一些实施例中，采样线圈的匝数不多于一匝，例如，采样线圈的匝数为半匝、一匝等等，从而能够更快地响应电流或电压变化，降低响应时间，并且通过限制采样线圈的匝数来减少采样线圈的体积，减少空间占用面积，减少材料成本和制造成本。

此外，本实施例还提供了一种功率因素校正电路，包括电感L1，电感L1与如前述的采样电路连接。

在一些实施例中，功率因素校正电路为图腾柱电路，图腾柱电路包括第一桥臂300和第二桥臂400，第一桥臂300和第二桥臂400并联，第一桥臂300的中间连接点通过电感L1连接交流电源的一端，第二桥臂400的中间连接点连接交流电源的另一端，从而能够通过电流与电压的相位同步来减小无功功率的损耗。降低线路上的传输损耗，提高电力系统的能量转换效率，通过设置电感元件，校正电路中的无功功率，并与负载消耗的无功功率相抵消。

需要说明的是，第一桥臂300的响应速度大于第二桥臂400的响应速度。

在一些实施例中，第一桥臂300包括串联连接的第一功率管Q1和第二功率管Q2，第二桥臂400包括串联连接的第三功率管Q3和第四功率管Q4，从而减少电力系统中的无功功率，避免了电力资源的浪费，提高了电力系统的可持续利用。

需要说明的是，本实施例中的第一功率管Q1和第二功率管Q2为开关响应速度较快的开关管，第三功率管Q3和的第四功率管Q4为开关响应速度较慢的开关管，从而节约成本。

值得注意的是，采样电路中通过采样模块100中的第三比较器IC3或者采样线圈对电感电流进行放大处理，输出与电感电流对应的采样信号，经过放大的采样信号输入至比较模块200中的第一比较器IC1或者第二比较器IC2，以使第一比较器IC1或者第二比较器IC2对采样信号和基准电信号的大小进行比较，输出比较结果信号，其中，当采样信号小于等于基准电信号，第一比较器IC1或者第二比较器IC2输出高电平，控制器接收到高电平的比较结果信号后可感知电感电流已经释放完毕，控制器根据比较结果信号控制功率校正电路中的第一功率管Q1、第二功率管Q2、第三功率管Q3以及第四功率管Q4的导通。

在一些实施例中，在火线为正、零线为负的情况下，导通第一功率管Q1以及第四功率管Q4，并阻断第二功率管Q2以及第三功率管Q3，此时功率因素校正电路的电感L1处于放电状态；阻断第一功率管Q1以及第三功率管Q3，并且导通第二功率管Q2以及第四功率管Q4，此时功率因素校正电路的电感L1处于充电状态。

在火线为负、零线为正的情况下，导通第二功率管Q2以及第三功率管Q3，并阻断第一功率管Q1以及第四功率管Q4，此时功率因素校正电路的电感L1处于放电状态；阻断第二功率管Q2以及第四功率管Q4，并且导通第一功率管Q1以及第三功率管Q3，此时功率因素校正电路的电感L1处于充电状态。

在一些实施例中，第一功率管Q1、第二功率管Q2、第三功率管Q3、第四功率管Q4可以为MOS管，例如，PMOS管或者NMOS管；本实施例以及附图以第一功率管Q1、第二功率管Q2、第三功率管Q3、第四功率管Q4均为NMOS管进行举例说明，在第一功率管Q1至第四功率管Q4均为NMOS管的情况下，第一功率管Q1的漏极与电压输出端连接，第一功率管Q1的源极与第二功率管Q2的漏极连接，第二功率管Q2的源极与第四功率管Q4的源极连接，电感L1一端连接于第一功率管Q1与第二功率管Q2的连接处，另一端连接火线，第三功率管Q3的漏极与电压输出端连接，第三功率管Q3的源极与第四功率管Q4的漏极连接，第四功率管Q4的源极与第二功率管Q2的源极连接。

如图3所示，图3是本申请另一个实施例提供的采样电路的电路示意图；

在一些实施例中，第三功率管Q3和第四功率管Q4为二极管，第三功率管Q3和第四功率管Q4的方向相同，例如，第三功率管Q3为第一二极管D1，第四功率管Q4为第二二极管D2。

其中，在第一功率管Q1和第二功率管Q2为NMOS管，第三功率管Q3为第一二极管D1，第四功率管Q4为第二二极管D2，并且采样模块100包括第三比较器IC3的情况下，第一功率管Q1的漏极与电压输出端连接，第一功率管Q1的源极与第二功率管Q2的漏极连接，第二功率管Q2的源极与第二二极管D2的正极连接，第一二极管D1的正极与第二二极管D2的负极连接，第一二极管D1的负极与电压输出端连接，采样电阻R1分别与第二二极管D2的正极和第二功率管Q2的源极连接，第三比较器IC3的正相输入端连接至参考地，第三比较器IC3的反相输入端通过第二电阻R2与第二二极管D2的正极连接。

如图4所示，图4是本申请另一个实施例提供的采样电路的电路示意图；

在第一功率管Q1和第二功率管Q2为NMOS管，第三功率管Q3为第一二极管D1，第四功率管Q4为第二二极管D2，并且采样模块100包括采样线圈的情况下，第一功率管Q1的漏极与电压输出端连接，第一功率管Q1的源极与第二二极管D2的漏极连接，第二功率管Q2的源极与第二二极管D2的正极连接，第一二极管D1的正极与第二二极管D2的负极连接，第一二极管D1的负极与电压输出端连接，采样线圈与电感L1连接。

本申请实施例还提供了一种用电设备，包括前述的采样电路和包括前述的功率因素校正电路。

需要说明的是，本实施例提供的用电设备具有如前述的采样电路和前述功率因素校正电路所带来的有益效果，本实施例对此不再赘述。

本实用新型所提供的各产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络节点上。示例性地，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。

以上是对本申请的较佳实施进行了具体说明，但本申请并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (11)

1.一种采样电路，其特征在于，包括：

采样模块，所述采样模块用于采集功率因素校正电路的电感电流，并输出所述电感电流对应的采样信号；所述采样模块包括采样电阻，在所述功率因素校正电路的电感处于放电状态的情况下，所述采样电阻与所述功率因素校正电路的电感串联；

比较模块，用于接收所述采样信号和基准电信号，还用于向所述功率因素校正电路的控制器输出比较结果信号，以使所述控制器根据所述比较结果信号控制所述功率因素校正电路的功率管的开关状态，所述比较结果信号表征所述采样信号和所述基准电信号的大小比较结果。

2.根据权利要求1所述的采样电路，其特征在于，所述采样模块还包括放大电路，所述放大电路与所述采样电阻连接，以对所述采样电阻的电压进行放大并输出所述采样信号。

3.根据权利要求2所述的采样电路，其特征在于，所述比较模块包括第一比较器和分压电路，所述分压电路的分压点的电压作为所述基准电信号，与所述第一比较器的正相输入端连接，所述放大电路的输出端连接所述第一比较器的反相输入端，所述第一比较器的输出端用于连接所述控制器。

4.一种采样电路，其特征在于，包括：

采样模块，所述采样模块用于采集功率因素校正电路的电感电流，并输出所述电感电流对应的采样信号；所述采样模块包括采样线圈，所述功率因素校正电路的电感与所述采样线圈构成一次侧和二次侧；

比较模块，用于接收所述采样信号和基准电信号，还用于向所述功率因素校正电路的控制器输出比较结果信号，以使所述控制器根据所述比较结果信号控制所述功率因素校正电路的功率管的开关状态，所述比较结果信号表征所述采样信号和所述基准电信号的大小比较结果。

5.根据权利要求4所述的采样电路，其特征在于，所述比较模块包括第二比较器，所述采样线圈的一个抽头连接所述第二比较器的正相输入端，另一个抽头接地，所述第二比较器的反相输入端连接正向偏置电压源作为所述基准电信号。

6.根据权利要求5所述的采样电路，其特征在于，所述采样线圈的匝数不多于一匝。

7.一种功率因素校正电路，其特征在于，包括电感，所述电感与权利要求1至6任一所述的采样电路连接。

8.根据权利要求7所述的功率因素校正电路，其特征在于，所述功率因素校正电路为图腾柱电路，所述图腾柱电路包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂和第二桥臂并联，所述第一桥臂的中间连接点通过所述电感连接交流电源的一端，所述第二桥臂的中间连接点连接所述交流电源的另一端。

9.根据权利要求8所述的功率因素校正电路，其特征在于，所述第一桥臂包括串联连接的第一功率管和第二功率管，所述第二桥臂包括串联连接的第三功率管和第四功率管。

10.根据权利要求9所述的功率因素校正电路，其特征在于，所述第三功率管和所述第四功率管为二极管，所述第三功率管和所述第四功率管的方向相同。

11.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求1至6任一所述的采样电路和如权利要求7至10任一所述的功率因素校正电路。