TWM625144U

TWM625144U - 功率因素校正電路

Info

Publication number: TWM625144U
Application number: TW110213550U
Authority: TW
Inventors: 凌學友; 周俊
Original assignee: 大陸商昂寶電子（上海）有限公司
Priority date: 2021-07-20
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2022-04-01
Also published as: CN215956267U

Abstract

提供了一種功率因素校正電路，包括輸入整流濾波電路、輸出恒壓控制電路、功率傳輸電感、以及輸出整流濾波電路，其中：輸入整流濾波電路的第一端子、輸出恒壓控制電路的第一端子、功率傳輸電感的第一端子、以及輸出整流濾波電路的第一端子連接在一起，輸入整流濾波電路的第二端子、輸出恒壓控制電路的第二端子、以及輸出整流濾波電路的第二端子連接在一起，輸出恒壓控制電路的第三端子、功率傳輸電感的第二端子、以及輸出整流濾波電路的第三端子連接在一起。根據本創作實施例的功率因素校正電路可以即時檢測輸入電壓並根據輸入電壓動態調整輸出電壓，同時可以提高整個輸入電壓範圍內的系統效率。

Description

功率因素校正電路

本創作涉及電路領域，尤其涉及一種功率因素校正電路。

目前，功率因素校正電路需要向晶片自供電和跟隨輸入電壓動態調整輸出電壓的方向發展，現有方案普遍採用輸入寬電壓範圍、輸出固定電壓的模式。在低輸入電壓條件下，現有的功率因素校正電路存在系統效率低、晶片溫升高等問題。同時，現有的功率因素校正電路需要由外部提供工作電壓或者需要增加額外的供電電路提供工作電壓，這又導致系統電路的週邊器件數量多、控制晶片工作方式複雜等問題。

鑒於上述一個或多個問題，本創作提供了一種功率因素校正電路。

根據本創作實施例的功率因素校正電路，包括輸入整流濾波電路、輸出恒壓控制電路、功率傳輸電感、以及輸出整流濾波電路，其中：輸入整流濾波電路的第一端子、輸出恒壓控制電路的第一端子、功率傳輸電感的第一端子、以及輸出整流濾波電路的第一端子連接在一起，輸入整流濾波電路的第二端子、輸出恒壓控制電路的第二端子、以及輸出整流濾波電路的第二端子連接在一起，輸出恒壓控制電路的第三端子、功率傳輸電感的第二端子、以及輸出整流濾波電路的第三端子連接在一起。

根據本創作實施例的功率因素校正電路可以即時檢測輸入電壓並根據輸入電壓動態調整輸出電壓，同時可以提高整個輸入電壓範圍內的系統效率。

100:功率因素校正電路

102:輸入整流濾波電路

104:輸出恒壓控制電路

106:功率傳輸電感

108:輸出整流濾波電路

C1:濾波電容

C2:輸出濾波電容

C3:晶片供電電容

C4:輸出恒壓設置網路濾波電容

C5:輸入電壓取樣網路濾波電容

CS,DRAIN,GND,INV,VAC,VDD:引腳

D1、D2、D3、D4:整流二極體

D5:防浪湧二極體

D6:輸出整流二極體

F1:保險絲

L1:電感

M1,M2:功率電力MOS場效電晶體

R1,R2,R3:輸出恒壓設置網路設置電阻

R4,R5:晶片啟動電阻

R6,R7,R8:輸入電壓取樣網路取樣電阻

R9:輸出電流設置電阻

U1:恒壓開關控制晶片

VIN:直流輸入電壓

從下面結合圖式對本創作的具體實施方式的描述中可以更好地理解本創作，

其中：

圖1示出了根據本創作實施例的功率因素校正電路的示例框圖。

圖2示出了圖1所示的恒壓開關控制晶片U1的示例框圖。

下面將詳細描述本創作的各個方面的特徵和示例性實施例。在下面的詳細描述中，提出了許多具體細節，以便提供對本創作的全面理解。但是，對於本領域技術人員來說很明顯的是，本創作可以在不需要這些具體細節中的一些細節的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本創作的示例來提供對本創作的更好的理解。本創作決不限於下面所提出的任何具體配置，而是在不脫離本創作的精神的前提下覆蓋了元素和部件的任何修改、替換和改進。在圖式和下面的描述中，沒有示出公知的結構和技術，以便避免對本創作造成不必要的模糊。另外，需要說明的是，這裡使用的用語“A與B連接”可以表示“A與B直接連接”也可以表示“A與B經由一個或多個其他元件間接連接”。

基於現有的功率因素校正電路存在的一個或多個問題，提出了一種跟隨式功率因素校正電路，該電路可以即時檢測輸入電壓並根據輸入電壓動態調整輸出電壓，同時可以提高整個輸入電壓範圍內的系統效率、降低晶片溫度。

圖1示出了根據本創作實施例的功率因素校正電路100的示例電路圖。如圖1所示，功率因素校正電路100包括輸入整流濾波電路102、輸出恒壓控制電路104、功率傳輸電感106、以及輸出整流濾波電路108，其中：輸入整流濾波電路102的第一端子、輸出恒壓控制電路104的第一端子、功率傳輸電感106的第一端子、以及輸出整流濾波電路108的第一端子連接在一起，輸入整流濾波電路102的第二端子、輸出恒壓控制電路104的第二端子、以及輸出整流濾波電路108的第二端子連接在一起，輸出恒壓控制電路104的第三端子、功率傳輸電感106的第二端子、以及輸出整流濾波電路108的第三端子連接在一起。

如圖1所示，在一些實施例中，輸入整流濾波電路102包括保險絲F1，整流二極體D1、D2、D3、D4，以及濾波電容C1，用於對普通交流電輸入進行整流濾波處理。

如圖1所示，在一些實施例中，輸出恒壓控制電路104包括恒壓開關控制晶片U1，該恒壓開關控制晶片U1包括以下引腳中的至少一個引腳：晶片供電輸入引腳(VDD腳)、內部電力MOS場效電晶體(例如，(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)MOSFET)汲極引腳(DRAIN腳)、輸出電流設定引腳(CS腳)、輸出電壓設定引腳(INV腳)、輸入電壓取樣輸入引腳(VAC腳)、以及晶片基準地引腳(GND腳)。

如圖1所示，在一些實施例中，輸出恒壓控制電路104還包括輸出電流設置電阻R9，其中，輸出恒壓控制晶片U1的輸出電流設定引腳(CS腳)經由輸出電流設置電阻R9接地。

如圖1所示，在一些實施例中，輸出恒壓控制電路104還包括輸出恒壓設置網路設置電阻R1、R2、R3、輸出恒壓設置網路濾波電容C4，其中，輸出恒壓控制晶片U1的輸出電壓設定引腳(INV腳)經由輸出恒壓設置網路設置電阻R1和R2連接到輸出恒壓控制電路104的第三端子、並且經由相互並聯的輸出恒壓設置網路設置電阻R3和輸出恒壓設置網路濾波電容C4連接到輸出恒壓控制電路104的第二端子。

如圖1所示，在一些實施例中，輸出恒壓控制電路104還包括晶片啟動電阻R4、R5和晶片供電電容C3，其中，輸出恒壓控制晶片U1的晶片供電輸入引腳(VDD腳)經由晶片啟動電阻R4和R5連接到輸出恒壓控制電路104的第一端子、並且經由晶片供電電容C3連接到輸出恒壓控制電路104的第二端子。

如圖1所示，在一些實施例中，輸出恒壓控制電路104還包括輸入電壓取樣網路取樣電阻R6、R7、R8、輸入電壓取樣網路濾波電容C5，其中，輸出恒壓控制晶片U1的輸入電壓取樣輸入引腳(VAC腳)經由輸入電壓取樣網路取樣電阻R6和R7連接到輸出恒壓控制電路104的第一端子，輸入電壓取樣網路取樣電阻R8和輸入電壓取樣網路濾波電容C5並聯連接在輸出恒壓控制晶片U1的輸入電壓取樣輸入引腳(VAC腳)和晶片基準地引腳(GND腳)之間並且連接到輸出恒壓控制電路104的第二端子。

如圖1所示，在一些實施例中，輸出恒壓控制晶片U1的內部電力MOS場效電晶體汲極引腳(DRAIN腳)連接到輸出恒壓控制電路104的第三端子。

如圖1所示，在一些實施例中，功率傳輸電感106包括電感L1。

如圖1所示，在一些實施例中，輸出整流濾波電路108包括防浪湧二極體D5，輸出整流二極體D6，以及輸出濾波電容C2。

圖2示出了圖1所示的恒壓開關控制晶片U1的示例框圖。下面結合圖2，對恒壓開關控制晶片U1的引腳和內部功能模組進行說明。如圖2所示，恒壓開關控制晶片U1包括功率電力MOS場效電晶體M1和M2、晶片供電模組、輸入電壓檢測模組、邏輯控制模組、以及電力MOS場效電晶體驅動模組。

如圖2所示，在一些實施例中，功率電力MOS場效電晶體M1的汲極連接到內部電力MOS場效電晶體汲極引腳(DRAIN腳)、柵極連接到晶片供電模組的第一輸出端、源極連接到晶片供電模組的第二輸出端；功率電力MOS場效電晶體M2的汲極連接到晶片供電模組的第二輸出端、柵極連接到電力MOS場效電晶體驅動模組的輸出端、源極連接到輸出電流設定引腳(CS腳)；邏輯控制模組的第一輸入端連接到輸出電流設定引腳(CS腳)、第二輸入端連接到輸出電壓設定引腳(INV腳)、輸出端連接到電力MOS場效電晶體驅動模組的輸入端；輸入電壓檢測模組的輸入端連接到輸入電壓取樣輸入引腳(VAC腳)、輸出端連接到邏輯控制模組的第三輸入端。

根據本創作實施例的功率因素校正電路100的工作過程可以分為以下四個階段：

第一階段：交流(Alternate Current，AC)輸入電壓經過輸入整流濾波電路102的整流濾波變為直流輸入電壓VIN；直流輸入電壓VIN通過防浪湧二極體D5給輸出濾波電容C2充電(D5→C2回路可以抑制AC輸入電壓的尖峰電壓)，並通過晶片啟動電阻R4、R5給晶片供電電容C3充電；當晶片供電電容C3上的電壓達到恒壓開關控制晶片U1的開啟電壓時，恒壓開關控制晶片U1開始工作；恒壓開關控制晶片U1工作以後的供電是由其內部的自供電模組提供，不需要外部再提供額外的供電。

第二階段：恒壓開關控制晶片U1控制其內部的功率電力MOS場效電晶體(例如，MOSFET)導通；直流輸入電壓VIN通過回路C1→L1→ DRAIN(U1)→CS(U1)→R9→GND(U1)→C1給功率傳輸電感L1儲能；恒壓開關控制晶片U1通過檢測INV腳處的電壓控制其內部的功率電力MOS場效電晶體的導通時間，從而控制功率傳輸電感L1存儲的能量；恒壓開關控制晶片U1通過其內部的環路調節電路實現系統寬電壓輸入。

第三階段：功率傳輸電感L1存儲的能量通過回路L1→D6→C2→C1→L1釋放到輸出濾波電容C2；恒壓開關控制晶片U1通過其內部的檢測電路檢測到功率傳輸電感L1的儲能釋放結束後，重新開始第二階段工作。功率因素校正電路100在第二階段和第三階段迴圈工作，確保恒壓開關控制晶片U1的INV腳處的平均電壓維持在恒壓開關控制晶片U1的內部設定閾值，從而保持輸出濾波電容C2兩端恒定的輸出電壓。在此期間，隨著直流輸入電壓VIN或者輸出負載電流的改變，恒壓開關控制晶片U1會通過INV腳取樣輸出電壓，控制其內部的功率電力MOS場效電晶體的導通時間變化，動態調節當前系統的工作狀態，確保輸出濾波電容C2兩端的輸出電壓在直流輸入電壓VIN一定的情況下保持恒定。同時，恒壓開關控制晶片U1會通過VAC腳即時取樣當前的直流輸入電壓VIN，動態調整輸出濾波電容C2兩端的輸出電壓，確保輸出濾波電容C2兩端的輸出電壓跟隨直流輸入電壓VIN的改變動態變化，實現輸出電壓跟隨輸入電壓的功能，該功能對比常見的固定輸出電壓的功率因素校正方案，能降低恒壓開關控制晶片U1的工作溫度並提高系統整體效率。同時，恒壓開關控制晶片U1內部限制輸出電流設置電阻R9兩端的電壓上限閾值，限制系統輸出的最大功率，防止系統過功率損壞。

第四階段：當恒壓開關控制晶片U1的VDD腳處的外部供電電壓降低，交流輸入電壓關斷使得直流輸入電壓VIN下降，或者恒壓開關控制晶片U1觸發保護從而強制關斷內部供電時，恒壓開關控制晶片U1的內部供電電壓降低；當恒壓開關控制晶片U1的內部供電電壓低於其最低工作電壓閾值時，恒壓開關控制晶片U1停止工作；當恒壓開關控制晶片U1的VDD腳處的外部供電電壓升高，交流輸入電壓再次接通，或者恒壓開關控制晶片U1的保護重定解除時，功率因素校正電路100重新返回第一階段工作。功率因素校正電路100在第一階段到第四階段迴圈工作。

在本實施例中，恒壓開關控制晶片U1無需外部供電即可實現穩定的工作，在拓展了應用範圍的同時將功率電力MOS場效電晶體和環路補償電路集成到恒壓開關控制晶片U1內部，無需外置環路補償和外置MOSFET方案用於驅動MOSFET的相關電路。晶片內部檢測技術無需額外的功率電感退磁檢測電路，功率電感可以做到最簡化。

本創作可以以其他的具體形式實現，而不脫離其精神和本質特徵。當前的實施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本創作的範圍由所附請求項而非上述描述定義，並且落入請求項的含義和等同物的範圍內的全部改變都被包括在本創作的範圍中。

CS,DRAIN,GND,INV,VAC,VDD:引腳

M1,M2:功率電力MOS場效電晶體

GATE:內部功率電力MOS場效電晶體閘極

SW:內部功率電力MOS場效電晶體源極

Claims

一種功率因素校正電路，其特徵在於，包括輸入整流濾波電路、輸出恒壓控制電路、功率傳輸電感、以及輸出整流濾波電路，其中：所述輸入整流濾波電路的第一端子、所述輸出恒壓控制電路的第一端子、所述功率傳輸電感的第一端子、以及所述輸出整流濾波電路的第一端子連接在一起，所述輸入整流濾波電路的第二端子、所述輸出恒壓控制電路的第二端子、以及所述輸出整流濾波電路的第二端子連接在一起，所述輸出恒壓控制電路的第三端子、所述功率傳輸電感的第二端子、以及所述輸出整流濾波電路的第三端子連接在一起。
如請求項1所述的功率因素校正電路，其特徵在於，所述輸出恒壓控制電路包括輸出恒壓控制晶片，所述輸出恒壓控制晶片包括以下引腳中的至少一個引腳：晶片供電輸入引腳、內部電力MOS場效電晶體汲極引腳、輸出電流設定引腳、輸出電壓設定引腳、輸入電壓取樣輸入引腳、以及晶片基準地引腳。
如請求項2所述的功率因素校正電路，其中，所述輸出恒壓控制電路還包括輸出電流設置電阻，其中，所述輸出恒壓控制晶片的輸出電流設定引腳經由所述輸出電流設置電阻接地。
如請求項2所述的功率因素校正電路，其特徵在於，所述輸出恒壓控制電路還包括輸出恒壓設置網路，所述輸出恒壓設置網路包括第一電阻、第二電阻、以及第一電容，所述輸出恒壓控制晶片的輸出電壓設定引腳經由所述第一電阻連接到所述輸出恒壓控制電路的第三端子、並且經由相互並聯的所述第二電阻和所述第一電容連接到所述輸出恒壓控制電路的第二端子。
如請求項2所述的功率因素校正電路，其特徵在於，所述輸出恒壓控制電路還包括晶片啟動電阻和晶片供電電容，其中，所述輸出恒壓控制晶片的晶片供電輸入引腳經由所述晶片啟動電阻連接到所述輸出恒壓控制電路的第一端子、並且經由所述晶片供電電容連接到所述輸出恒壓控制電路的第二端子。
如請求項2所述的功率因素校正電路，其特徵在於，所述輸出恒壓控制電路還包括輸入電壓取樣網路，所述輸入電壓取樣網路包括第三電阻、第四電阻、以及第二電容，其中，所述輸出恒壓控制晶片的輸入電壓取樣輸入引腳經由所述第三電阻連接到所述輸出恒壓控制電路的第一端子，所述第四電阻和所述第二電容並聯連接在所述輸出恒壓控制晶片的輸入電壓取樣輸入引腳和晶片基準地引腳之間並且連接到所述輸出恒壓控制電路的第二端子。
如請求項2所述的功率因素校正電路，其特徵在於，所述輸出恒壓控制晶片的內部電力MOS場效電晶體汲極引腳連接到所述輸出恒壓控制電路的第三端子。
如請求項2所述的功率因素校正電路，其特徵在於，所述輸出恒壓控制晶片包括內部電力MOS場效電晶體汲極引腳、輸出電流設定引腳、第一功率電力MOS場效電晶體、第二功率電力MOS場效電晶體、邏輯控制模組、晶片供電模組、以及電力MOS場效電晶體驅動模組，其中：所述第一功率電力MOS場效電晶體的汲極連接到所述內部電力MOS場效電晶體汲極引腳、柵極連接到所述晶片供電模組的第一輸出端、源極連接到所述晶片供電模組的第二輸出端，所述第二功率電力MOS場效電晶體的汲極連接到所述晶片供電模組的第二輸出端、柵極連接到所述電力MOS場效電晶體驅動模組的輸出端、源極連接到所述輸出電流設定引腳，並且所述邏輯控制模組的第一輸入端連接到所述輸出電流設定引腳、輸出端連接到所述電力MOS場效電晶體驅動模組的輸入端。
如請求項8所述的功率因素校正電路，其特徵在於，所述輸出恒壓控制晶片還包括輸出電壓設定引腳，其中，所述邏輯控制模組的第二輸入端連接到所述輸出電壓設定引腳。
如請求項8所述的功率因素校正電路，其特徵在於，所述輸出恒壓控制晶片還包括輸入電壓取樣輸入引腳和輸入電壓檢測模組，其中，所述輸入電壓檢測模組的輸入端連接到所述輸入電壓取樣輸入引腳、輸出端連接到所述邏輯控制模組的第三輸入端。