交互式pfc升壓拓撲電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種交互式PFC升壓拓撲電路，包括由輸入電路、整流電路、PFC主電路和輸出電路構成的主回路，以及由采樣放大電路、MCU主控電路和PWM驅動電路構成的控制回路，PFC主電路由第四儲能電感、第四開關器件、第五開關器件、第六整流二極管和第三儲能電容構成，本實用新型PFC主電路的第四開關器件和第五開關器件在交替導通和關斷的過程中，共用一個由單個儲能電感、單個整流二極管和單個儲能電容組成的儲存和釋放能量的回路，共用一個由采樣放大電路、MCU主控電路和PWM驅動電路構成的控制回路。其電路結構簡單、所用元件少；交替導通和關斷信號穩定、可靠、一致性好。
【專利說明】交互式PFC升壓拓撲電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及ー種PFC (功率因數校正)拓撲電路，特別涉及ー種交互式PFC升壓拓撲電路。
【背景技術】
[0002]PFC技術在エ業中有著非常廣泛的應用。其目的是為了改善電網的效能，提高用電器的功率因數，降低電網的諧波。PFC電路分為固定邏輯式和軟件驅動式。軟件驅動式PFC由于其靈活性目前廣泛應用于變頻空調，大功率數字電源等場合，按照其驅動方式分為:單極式和交互式。
[0003]I)單極式
[0004]如圖1所示，單極式的特點是:結構簡単。
[0005]其中，全橋整流電路D2把交流電整流成脈動直流電，MCU (又稱單片微型計算機，下同)或DSP (又稱數字信號處理器，下同)根據交流電的過零信號，脈動直流電的瞬時電壓值，負載LOADl的輸出功率，ADCl前次采集到的電流值和VBUS的電壓值等，輸出適當的PWM方波到第一驅動器U1A，繼而驅動第一開關器件Ql (M0S管或IBGBT)。隨著第一開關器件Ql的導通，第一儲能電感LI儲能；隨著第一開關器件Ql的關斷，第一儲能電感LI所儲的磁能，通過第一整流二極管Dl泵到VBUS上并由第一儲能電容Cl貯存；第三電阻R3是電流檢測電阻，第四放大器U5A、第一電阻R1、第二電阻R2、第四電阻R4和第五電阻R5組成平衡式放大電路，第四放大器U5A的輸出端ADCl將所測得的第一開關器件Ql的過零電流值通過MCU或DSP的ADC輸入 管腳傳給MCU或DSP。
[0006]其存在的缺點是:功率不能太大。
[0007]2)、交互式
[0008]如圖2所示，交錯式PFC的特點是:輸出功率大。
[0009]全橋整流電路D4把交流電整流成脈動直流電，MCU或DSP根據交流電的過零信號，脈動直流電的瞬時電壓值，L0AD2的功率，ADC2或ADC3前次采集到的電流值和VBUS的電壓值等，交替輸出適當的PWM方波到第二驅動器U2A和第三驅動器U2B，繼而驅動第二開關器件Q2和第三開關器件Q3 (M0S管或IBGBT)與第二儲能電感L2、第三整流二極管D3和第三儲能電感L3、第五整流二極管D5輪流將所儲能量泵到VBUS上并由C2上貯存；第八電阻R8和第十三電阻R13是電流檢測電阻，第五放大器U6A、第六電阻R6、第七電阻R7、第九電阻R9、第十電阻RlO和第六放大器U6B、第十一電阻R11、第十二電阻R12、第十四電阻R14、第十五電阻R15組成兩路平衡式放大電路，第五放大器U6A和第六放大器U6B的輸出端ADC2和ADC3將所測得的第二開關器件Q2和第三開關器件Q3的過零電流值通過MCU或DSP的ADC輸入管腳傳給MCU或DSP。
[0010]其存在的缺點是:電路復雜，由于電感和電阻等元件參數的離散性，兩路驅動器電路性能一致性差，所輸出的PWM脈寬需要分別補償，軟件復雜性高。
【發明內容】
[0011]本實用新型要解決的技術問題是提供一種輸出功率高、結構簡單的交互式PFC升壓拓撲電路。
[0012]為了解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案為:
[0013]本實用新型的交互式PFC升壓拓撲電路，包括由輸入電路、整流電路、PFC主電路和輸出電路構成的主回路，以及由采樣放大電路、MCU主控電路和PWM驅動電路構成的控制回路，所述PFC主電路由第四儲能電感、第四開關器件、第五開關器件、第六整流ニ極管和第三儲能電容構成，其中，第四儲能電感輸入端與所述整流電路相接，其輸出端與第四開關器件的漏極、第五開關器件的漏極和第六整流ニ極管的正極共接，第四開關器件的源極和第五開關器件的源極均接地，第四開關器件與第五開關器件的柵極均與PWM驅動電路相接，第六整流ニ極管的負極通過第三儲能電容與負載的關聯接地。
[0014]所述采樣放大電路為電流檢測電路、VBUS電壓檢測電路和交流電壓檢測電路。
[0015]所述電流檢測電路由電流采樣電阻、電壓比較放大器、第十六電阻、第十七電阻、第十九電阻和第二十電阻構成，其中，電壓比較放大器的正向輸入端通過第十七電阻與電流采樣電阻的一端、第五開關器件的源極共接并接地，同時，通過第十六電阻、第二十二電阻接往供電電源，電流采樣電阻的另一端接于整流電路，電壓比較放大器的反向輸入端通過第十九電阻接于整流電路，電壓比較放大器的輸出端接于所述的MCU主控電路。
[0016]所述第四開管器件和第五開管器件均為MOS管或IBGBT管。
[0017]所述第四開管器件和第五開管器件交替導通和關斷。
[0018]與現有技術相比，本實用新型采用結構簡單且由第四儲能電感、第四開關器件、第五開關器件、第六整流ニ極管和第三儲能電容構成的PFC主電路，使得第四開關器件和第五開關器件在交替導通和關斷的過程中，共用ー個由單個儲能電感、單個整流ニ極管和單個儲能電容組成的儲存和釋放能量的回路，共用一個由采樣放大電路、MCU主控電路和PWM驅動電路構成的控制回路。由此，使得本實用新型較現有技術中的交互式PFC升壓拓撲電路結構簡單、所用元件少；由于所述控制回路共用ー個，因此，本實用新型PWM脈寬調制信號輸出穩定，第四開關器件和第五開關器件接收到的交替導通和關斷信號穩定、可靠、一致性好。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為現有技術中單極式PFC升壓拓撲電路圖。
[0020]圖2為現有技術中交互式PFC升壓拓撲電路圖。
[0021]圖3為本實用新型的交互式PFC升壓拓撲電路圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結構附圖對本實用新型作進ー步的詳細說明。
[0023]如圖3所示，本實用新型的交互式PFC升壓拓撲電路，包括由輸入電路、全橋整流電路(下稱整流電路)、PFC主電路和輸出電路構成的主回路，以及由采樣放大電路、MCU (或DSP)主控電路和PWM驅動電路構成的控制回路。
[0024]所述PFC主電路由第四儲能電感L4、第四開關器件Q4、第五開關器件Q5、第六整流ニ極管D6和第三儲能電容C3構成，其中，第四儲能電感L4輸入端與所述整流電路相接，其輸出端與第四開關器件Q4的漏極、第五開關器件Q5的漏極和第六整流ニ極管D6的正極共接，第四開關器件Q4的源極和第五開關器件Q5的源極均接地，第四開關器件Q4與第五開關器件Q5的柵極均與PWM驅動電路相接，第六整流ニ極管D6的負極通過第三儲能電容C3與負載的關聯接地。
[0025]所述采樣放大電路為電流檢測電路、VBUS電壓檢測電路和交流電壓檢測電路和過零檢測電路，其中，過零檢測電路，VBUS電壓檢測電路和交流電壓檢測電路均為現有技術。
[0026]電流檢測電路的作用是:實現對流過第四開關器件Q4與第五開關器件Q5的電流檢測和用于MCU (或DSP)調整控制第四開關器件Q4與第五開關器件Q5導通的脈沖寬度。
[0027]VBUS電壓檢測電路是:通過電阻分壓電路，用MCU的ADC采集PFC電路的輸出母線電壓，實現對輸出直流電壓的監控。
[0028]交流電壓檢測電路是:通過電阻分壓電路，用MCU的ADC采集交流電通過整流橋整流后脈動直流電電壓的信息，計算出輸入交流電的電壓有效值。其作用是得到交流電的電壓作為調整PWM脈寬的參數之一。
[0029]過零檢測電路用于檢測交流電的頻率和過零點。
[0030]所述電流檢測電路由電流采樣電阻R18、電壓比較放大器U7A、第十六電阻R16、第十七電阻R17、第十九電阻R19和第二十電阻R20構成，其中，電壓比較放大器U7A的正向輸入端通過第十七電阻R17與電流采樣電阻R18的一端、第五開關器件Q5的源極共接并接地，同時，通過第十六電阻R16、第二十二電阻R22接往供電電源VCC，電流采樣電阻R18的另一端接于整流電路，電壓比較放大器U7A的反向輸入端通過第十九電阻R19接于整流電路，電壓比較放大器U7A的輸出端接于所述的MCU主控電路。
[0031]如圖3所示，當第四開關器件Q4或第五開關器件Q5導通時，流過電流采樣電阻R18的電流會產生微弱電壓，將該電壓輸入到電壓比較放大器U7A的正向輸入端，再由電壓比較放大器U7A的輸出端將該信號送往MCU主控電路的ADC端，從而檢測出流過第四開關器件Q4或第五開關器件Q5的電流值。
[0032]所述第四開關器件Q4和第五開關器件Q5均為MOS管或IBGBT管。
[0033]工作吋，交流電通過端子L和N輸入到全橋整流電路D7，整流后的脈動直流電經所述的PFC主電路儲能和釋放，傳輸給負載L0AD3。
[0034]工作過程:
[0035]當PWM驅動電路發出令第四開關器件Q4導通、第五開關器件Q5關斷的信號時，第四儲能電感L4由于流過電流而儲能，PWM驅動電路發出令第四開關器件Q4關斷的信號，由于電感電流不能突變的特性，當第四開關器件Q4關斷后(此時，第五開關器件Q5仍處于關斷狀態)，在其兩端產生感應電動勢，該電動勢的方向迫使第六整流ニ極管D6導通，由此接通輸出回路，此時，存儲于第四儲能電感L4的磁能轉為電能提供給第三儲能電容C3和負載L0AD3 ;當PWM驅動電路發出令第五開關器件Q5導通、第四開關器件Q4關斷的信號時，第四儲能電感L4由于流過電流而儲能，PWM驅動電路發出令第五開關器件Q5關斷的信號，由于電感電流不能突變的特性，當第五開關器件Q5關斷后(此時，第四開關器件Q4仍處于關斷狀態)，在其兩端產生感應電動勢，該電動勢的方向迫使第六整流ニ極管D6導通，由此接通輸出回路，此時，存儲于第四儲能電感L4的磁能轉為電能提供給第三儲能電容C3和負載L0AD3。以此形式循環，使得第四開關器件Q4和第五開關器件Q5交替導通、關斷，而第四儲能電感L4處于儲能、釋能的工作過程中。
[0036]本實用新型可以在共用ー個儲能電感(即第四儲能電感L4)、ー個PFC 二極管(SP第六整流二極管D6，也可以多個二極管并聯，串聯)和兩個開關器件(即第四開關器件Q4和第五開關器件Q5)的PFC主電路的情況下，完成交互式PFC的工作任務。
[0037]本實用新型中的MCU主控電路會根據檢測得到的交流電源的過零信號、加載到負載L0AD3上的電壓大小VBUS、通過電壓比較放大器U7A采集的流過第四開關器件Q4或第五開關器件Q5的電流信息和負載L0AD3消耗的功率等信息，通過MCU主控電路輸出適當占空比的方波信號到PWM驅動電路，再由PWM驅動電路輸出驅動能力更高的方波驅動功率管第四開關器件Q4和第五開關器件Q5。由于第四開關器件Q4和第五開關器件Q5交替導通和關斷，所以可以共用以上所述的電壓泵電路和電流檢測電路，簡化了電路和軟件。
[0038]其工作原理是:第二十一電阻R21、第四電容C4和第二十二電阻R22組成的分壓電路給電壓比較放大器U7A提供所需的偏置電壓，當MCU主控電路使第四開關器件Q4導通，第五開關器件Q5關斷時，電壓比較放大器U7A、第十六電阻R16、第十七電阻R17、第十九電阻R19、第二十電阻R20和電流采樣電阻R18組成的電流放大器給MCU主控電路提供通過第四開關器件Q4的電流量，第四儲能電感L4由于流過一定的電流而儲存了能量，當MCU主控電路使第四開關器件Q4關斷時，第四儲能電感L4儲存的能量通過第六整流二極管D6泵到第三儲能電容C3儲存和供應普通負載L0AD3 ;當MCU主控電路使第五開關器件Q5導通，第四開關器件Q4關斷吋，電壓比較放大器U7A、第十六電阻R16、第十七電阻R17、第十九電阻R19、第二十電阻R20和電流采樣電阻R18組成的電流放大器給MCU主控電路的ADC輸入端提供通過第五開關器件Q5電流量，第四儲能電感L4由于流過一定的電流而儲存了能量，當MCU主控電路使第五開關器件Q5關斷時，第四儲能電感L4儲存的能量通過第六整流二極管D6泵到第三儲能電容C3儲存和供應負載L0AD3。由于只有ー個第四儲能電感L4和一個PFC整流二極管，所以可以共用ー個電流檢測電路。
[0039]這里MCU主控電路和PWM驅動電路也可以用專用的PFC芯片取代，利用本專利上述原理實現交互式PFC的功能。在這里交流電過零檢測電路、VBUS電壓檢測電路和交流電電壓檢測電路的原理比較簡單，這里不一一贅述了。
[0040]以上內容是結合具體的優選實施方式，對本實用新型所作的進ー步詳細說明，不能認定本實用新型的具 體實施只局限于這些說明。在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本實用新型由所提交的權利要求書確定的專利保護范圍。
【權利要求】
1.ー種交互式PFC升壓拓撲電路，包括由輸入電路、整流電路(D7)、PFC主電路和輸出電路構成的主回路，以及由采樣放大電路、MCU主控電路和PWM驅動電路構成的控制回路，其特征在于:所述PFC主電路由第四儲能電感(L4)、第四開關器件(Q4)、第五開關器件(Q5)、第六整流ニ極管(D6)和第三儲能電容(C3)構成，其中，第四儲能電感(L4)輸入端與所述整流電路(D7)相接，其輸出端與第四開關器件(Q4)的漏極、第五開關器件(Q5)的漏極和第六整流ニ極管(D6)的正極共接，第四開關器件(Q4)的源極和第五開關器件(Q5)的源極均接地，第四開關器件(Q4)與第五開關器件(Q5)的柵極均與PWM驅動電路相接，第六整流ニ極管(D6)的負極通過第三儲能電容(C3)與負載(L0AD3)的關聯接地。
2.根據權利要求1所述的交互式PFC升壓拓撲電路，其特征在于:所述采樣放大電路為電流檢測電路、VBUS電壓檢測電路和交流電壓檢測電路。
3.根據權利要求2所述的交互式PFC升壓拓撲電路，其特征在于:所述電流檢測電路由電流采樣電阻(R18)、電壓比較放大器(U7A)、第十六電阻(R16)、第十七電阻(R17)、第十九電阻(R19)和第二十電阻(R20)構成，其中，電壓比較放大器(U7A)的正向輸入端通過第十七電阻(R17)與電流采樣電阻(R18)的一端、第五開關器件(Q5)的源極共接并接地，同時，通過第十六電阻(R16)、第二十二電阻(R22)接往供電電源(VCC)，電流采樣電阻(R18)的另一端接于整流電路(D7)，電壓比較放大器(U7A)的反向輸入端通過第十九電阻(R19)接于整流電路(D7)，電壓比較放大器(U7A)的輸出端接于所述的MCU主控電路。
4.根據權利要求1所述的交互式PFC升壓拓撲電路，其特征在于:所述第四開管器件(Q4)和第五開管器件(Q5)均為MOS管或IBGBT管。
5.根據權利要求1所述的交互式PFC升壓拓撲電路，其特征在于:所述第四開管器件(Q4)和第五開管器件(Q5)交替導通和關斷。
【文檔編號】H02M1/42GK203457043SQ201320551092
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年9月5日 優先權日:2013年9月5日
【發明者】蘆愛妹 申請人:蘆愛妹