專利名稱：Pfc電路以及pfc變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種PFC電路和PFC變壓器。
背景技術(shù)：
在交流轉(zhuǎn)直流的電路中即AC-DC (交流變直流)的過(guò)程中，通常采用全橋整流電路對(duì)交流電進(jìn)行整流再經(jīng)過(guò)電容濾去高頻率的交流，為后續(xù)電路(如直流變壓裝置)提供直流電壓。首先電容是非線性電抗，導(dǎo)致電路中輸入的電壓和電流形成相位差，降低功率因素；其次，由于全橋整流電路利用的是二極管的單向?qū)ㄔ?，僅當(dāng)電容上的電壓低 于輸入電壓時(shí)，二極管才導(dǎo)通，這就造成成了電流波形的失真，同樣也降低了功率因素。上述兩個(gè)原因通常導(dǎo)致供電電路的諧波分量多，功率因素低下；功率因素通常維持在O. 5 O. 6之間。為了減少電網(wǎng)的干擾以及諧波分量的污染，通常用電設(shè)備都會(huì)在市電輸入經(jīng)全橋整流電路后，變壓器之前通過(guò)PFC(Power Factor Correction)電路進(jìn)行功率因素的校正。如圖I所示為現(xiàn)在常見的PFC變壓器，由PFC電路01和DC-DC直流變壓器02共同構(gòu)成。在PFC電路01中，市電輸入后整流單元中的整流電路VBl與電感LI和受控開關(guān)Vl串聯(lián)形成回路I ;同時(shí)，二極管VDl以及電容Cl與受控開關(guān)Vl并聯(lián)，同時(shí)電容與后續(xù)電路并聯(lián)，為后續(xù)電路提供直流電壓。當(dāng)受控開關(guān)在控制裝置的控制下導(dǎo)通時(shí)，市電輸入后在回路I中形成較大電流，電感LI將電能轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)能儲(chǔ)存起來(lái)；由于電路工作穩(wěn)定后，電容內(nèi)電荷累積電壓升高，此時(shí)電容電壓高于市電，而二級(jí)管VDl由于單向?qū)ㄌ匦裕藭r(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)，電容Cl對(duì)后續(xù)電路持續(xù)供電。通常狀況下電容輸出的電壓高于最高市電電壓的峰值。在通用線路輸入下，最高AC線路電壓往往達(dá)270V，通常電容輸出的直流電壓應(yīng)該滿足交流峰值A(chǔ)Cmax*⑵1/2的條件，故電容Cl輸出的電壓少是380V，通常都設(shè)置在400V以上。當(dāng)受控開關(guān)在控制裝置控制下斷開，由于LI放電與輸入電壓疊加與VB1-L1-VD1-C1形成通路對(duì)電容充電，最終由Cl將輸出直流電壓值變壓器。電容Cl輸出的電壓將大于市電的原因是，在Cl充電階段所受的電壓是電感LI與市電的疊加，在高頻率的控制裝置控制線，Cl間隔性充電，最終會(huì)形成Cl電壓大于市電且滿足電路設(shè)計(jì)要求，形成輸出的高壓直流。功率因素PF =有效功率/視在功率=VI1WOSAA^Irms = I^COSAArms，其中，Vi是有效電壓、I1為有效電流、Irms為基波電流，A為輸入電壓與回路中電流的的相位差，功率因素調(diào)整大的實(shí)現(xiàn)如下A、控制裝置通過(guò)電路連接獲取電容兩端的電路形成反饋；B、控制裝置根據(jù)反饋通過(guò)PFC分析比較模型的多重計(jì)算，控制開關(guān)管Vl的導(dǎo)通和閉合，使輸入電流跟隨輸入電壓，相位差為零，COSA = 1，同時(shí)使I·為正弦電以流消除諧波，使得I1Anos = 1，從而達(dá)到功率因素校正的目的。[0013]上述結(jié)構(gòu)為PFC升壓電路，技術(shù)相當(dāng)成熟，功率因素經(jīng)修正后可以達(dá)到O. 99，但是同時(shí)存在以下不足I、由于PFC升壓電路的輸出的直流電壓達(dá)400V，要求電容耐壓能力強(qiáng)，且必須能提供400V以上的電壓，電容選擇面較窄，且耐壓性強(qiáng)的電容成本高。2、同時(shí)電容Cl輸出的直流電壓為后續(xù)的裝置提供電壓，電壓高達(dá)400V，所以要求后續(xù)電路中的裝置同樣具有很強(qiáng)的耐壓性能，如圖I中所示的V2、V3、C2以及Tl均需要采用電壓應(yīng)力較高的器件，成本高
實(shí)用新型內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種對(duì)各用電元件耐壓性能要求低、成本低廉的PFC電路以及PFC變壓器。為達(dá)上述目的，本實(shí)用新型PFC電路包括整流單元，由依次連接的輸入交流電的兩輸入端、整流模塊以及兩輸出整流電壓的輸出端組成；串聯(lián)在所述整流單元兩輸出端的第一受控開關(guān)、電感以及電容；控制單元，與所述電容的正極電連接，提取反饋信號(hào)，用以根據(jù)反饋信號(hào)和內(nèi)置的PFC分析比較模型得出能提高功率因素的控制信號(hào)，從而控制所述第一受控開關(guān)的導(dǎo)通和斷開；單向?qū)ㄔ?，與所述電感以及所述電容串聯(lián)形成單向?qū)ǖ尼屇芑芈罚黄渲?，?dāng)所述第一受控開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，所述整流單元與所述電感以及所述電容串聯(lián)形成儲(chǔ)能回路，所述單向?qū)ㄔ刂?，所述電感將電能轉(zhuǎn)換并儲(chǔ)存為磁場(chǎng)能，所述電容去除輸入電流中的高頻分量；當(dāng)所述第一受控開關(guān)斷開時(shí)，所述整流單元開路，所述單向?qū)ㄔ?dǎo)通，所述電感，將儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為電能，通過(guò)所述單向?qū)ㄔ?duì)所述電容充電，同時(shí)對(duì)外輸出直流電壓。優(yōu)選地，所述控制單元包括依次連接的反饋檢測(cè)子單元、PFC分析比較子單元以及控制電平輸出子單元；所述反饋檢測(cè)子單元一端連接在所述電容的正極，根據(jù)所述電容輸出的電壓輸出反饋信號(hào)；所述PFC分析比較子單元，接收所述反饋檢測(cè)子單元輸出的反饋信號(hào)，并根據(jù)接收的反饋信號(hào)和內(nèi)置的PFC分析比較模型，生成并輸出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)；所述控制電平輸出子單元，接收所述驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)生成所述控制信號(hào)；其中所述控制信號(hào)為控制電平；當(dāng)所述控制電平為高電平時(shí)所述受控開關(guān)導(dǎo)通，當(dāng)所述控制電平為低電平時(shí)所述受控開關(guān)斷開。優(yōu)選地，所述反饋檢測(cè)子單元包括電阻R5、R6、低壓直流電源、晶閘管以及光耦合器；所述電阻R5與R6串聯(lián)后與所述電容并聯(lián)；所述晶閘管的A極和G極分別連接在所述電阻R6兩端；所述晶閘管的K極與所述低壓直流電源正極相連；所述光耦合器的發(fā)光部分連接在由所述低壓直流電源和晶閘管串聯(lián)而成的回路中；所述光耦合器的受光部分與所述PFC分析比較子單元相連；[0029]當(dāng)所述電容的電壓超過(guò)額定電壓，所述晶閘管的導(dǎo)通，所述光耦合器的受光部分根據(jù)其發(fā)光部分發(fā)光的光信號(hào)輸出電流；所述輸出電流為所述反饋信號(hào)。優(yōu)選地，所述反饋檢測(cè)子單元包括一用于根據(jù)所述電容兩端電壓輸出電流的電流傳感器；所述電流傳感器的輸出電流輸入到所述PFC分析比較子單元；所述PFC分析比較子單元根據(jù)所述電流傳感器輸出的電流生成驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。優(yōu)選地，所述控制電平輸出子單元為PWM電平輸出裝置，所述控制電平為低電平時(shí)，輸出的電壓值為零；所述PWM電平輸出裝置根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，調(diào)整控制電平的占空比。優(yōu)選地，所述整流單元兩輸入端或兩輸出端上串聯(lián)有一保險(xiǎn)絲； 所述PFC電路還包括并聯(lián)在所述電容兩端的短路保護(hù)回路，當(dāng)所述受控開關(guān)異常持續(xù)導(dǎo)通致使所述電容兩端的電壓超過(guò)額定電壓，則所述短路保護(hù)回路導(dǎo)通與所述整流單元的兩輸出端串聯(lián)形成低阻抗導(dǎo)通回路，產(chǎn)生大電流致使所述保險(xiǎn)絲熔斷。優(yōu)選地，所述短路保護(hù)回路分為導(dǎo)通控制子回路以及串聯(lián)子回路；所述導(dǎo)通控制子回路包括一個(gè)電壓比較模塊，所述串聯(lián)子回路為一個(gè)并聯(lián)在所述電容兩端的第二受控開關(guān)；所述電壓比較模塊第一輸入端連接在所述電容的正極，第二輸入端輸入一個(gè)預(yù)設(shè)電壓；當(dāng)所述電容的輸出的電壓值大于所述預(yù)設(shè)電壓時(shí)，所述電壓比較模塊輸出一個(gè)正向電壓給所述第二受控開關(guān)，所述第二受控開關(guān)導(dǎo)通；當(dāng)所述電容的輸出的電壓值等于或小于所述預(yù)設(shè)電壓時(shí)，所述電壓比較模塊輸出一個(gè)負(fù)向電壓給所述第二受控開關(guān)，所述第二受控開關(guān)斷開以使所述串聯(lián)子回路斷開。優(yōu)選地，所述第一受控開關(guān)可為三極管或MOSET管；所述三極管的發(fā)射極和集電極串聯(lián)在所述儲(chǔ)能回路和所述釋能回路中，所述三極管的基極連接在所述控制回路中；所述MOSET的漏極和源極串聯(lián)在所述儲(chǔ)能回路和所述釋能回路中，所述MOSET的門極連接在所述控制回路中。優(yōu)選地，所述第一受控開關(guān)，串聯(lián)在所述電感以及所述電容的后端，與所述整流單元的輸出端的負(fù)極相連。為達(dá)上述目的，本實(shí)用新型PFC變壓器，包括交流電輸入模塊、PFC電路模塊以及DC-DC變壓模塊就，其特征在于，所述PFC電路模塊為上述PFC電路，所述交流電輸入模塊接收市電輸入，為所述PFC電路提供交流電壓；所述PFC電路為所述DC-DC變壓模塊提供輸入的直流電壓。本實(shí)用新型PFC電路以及PFC變壓器的有益效果I、本實(shí)用新型PFC電路以及PFC變壓器，改變了傳統(tǒng)的PFC電路以及PFC變壓器采用升壓電路來(lái)實(shí)現(xiàn)功率因素調(diào)整的狀況，由控制單元輸出提升功率因素的控制信號(hào)，控制第一受控開關(guān)的導(dǎo)通和斷開，同樣可以提升功率因素，減少電網(wǎng)對(duì)包含有PFC電路或PFC變壓器的用電設(shè)備干擾和諧波污染。2、本實(shí)用新型PFC電路以及PFC變壓器，采用降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，儲(chǔ)能回路導(dǎo)通時(shí)，電感和電容串聯(lián)分壓，電容輸出的電壓低于輸入的交流電壓；在儲(chǔ)能回路斷開由釋能回路導(dǎo)通時(shí)，電感和電容共同為后續(xù)電路提供電能，輸出電壓依然低于輸入電壓。故對(duì)電容以及后續(xù)電路元件(如PFC變壓器中的DC-DC變壓模塊一直流變壓模塊中的用電元件)的耐壓性能要求降低，故各元件的成本降低，相對(duì)于傳統(tǒng)的PFC電路以及PFC變壓器成本低，經(jīng)濟(jì)效益好。3、本實(shí)用新型PFC電路以及PFC變壓器，采用降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，輸出的直流電壓可控制在80V左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的PFC電路以及PFC變壓器中輸出的直流電壓是400V，以使后續(xù)的DC-DC變壓模塊中的變壓器繞組匝數(shù)減少，因而變壓器的體積減小，當(dāng)所述PFC電路以及PFC變壓器應(yīng)用在用電設(shè)備的供電裝置中時(shí)，進(jìn)一步縮小了供電裝置的體積，降低了供電裝置成本的同時(shí)，提高了該用電設(shè)備與同類產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。4、本實(shí)用新型PFC電路以及PFC變壓器，采用短路保護(hù)回路，當(dāng)PFC電路或PFC變壓器中的受控開關(guān)異常持續(xù)導(dǎo)通時(shí)，短路保護(hù)回路將與整流單元形成低阻抗導(dǎo)通回路，產(chǎn)生大電流致使所述整流電路中的保險(xiǎn)絲熔斷，從而中斷供電，保護(hù)用電設(shè)備以及供電網(wǎng)絡(luò)中其他的原件。5、本實(shí)用新型PFC電路以及PFC變壓器，采用短路保護(hù)回路，避免了電容被擊穿引起火災(zāi)的的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)用在用電設(shè)備或用電網(wǎng)絡(luò)中可以提高用電設(shè)備和用電網(wǎng)絡(luò)的安全性倉(cāng)泛。6、本實(shí)用新型PFC電路以及PFC變壓器，將儲(chǔ)能回路中第一受控開關(guān)設(shè)置電感以及電容之后與整流單元的負(fù)極相連，第一受控開關(guān)連接的電壓較低，這樣控制單元可以通過(guò)一個(gè)較小的電壓就可以簡(jiǎn)便的實(shí)現(xiàn)對(duì)第一受控開關(guān)管的控制，控制簡(jiǎn)便。7、本實(shí)用新型PFC電路以及PFC變壓器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用范圍廣，可應(yīng)用于較大功率的直流用電設(shè)備中，打破了過(guò)去傳統(tǒng)的升壓式PFC電路和升壓式PFC變壓器壟斷功率因素校正應(yīng)用的局面，提供了更多更優(yōu)的應(yīng)用選擇。

圖I是傳統(tǒng)升壓式PFC變壓器；圖2A是本實(shí)用新型PFC電路實(shí)施例一、實(shí)施例二、實(shí)施例三、實(shí)施例四以及實(shí)施例五中所述結(jié)構(gòu)示意圖；圖2B是圖I所述PFC電路的受控開關(guān)導(dǎo)通的等效電路圖；圖2C是圖I所述PFC電路的受控開關(guān)斷開的等效電路圖；圖3是本實(shí)用新型PFC電路實(shí)施例三中所述控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型PFC電路實(shí)施例四中反饋檢測(cè)子單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實(shí)用新型PFC電路實(shí)施例五中反饋檢測(cè)子單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例六中所述的PFC電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本實(shí)用新型實(shí)PFC變壓器實(shí)施例八中所述結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的描述。實(shí)施例一如圖2A所示,本實(shí)施例PFC電路包括[0065]整流單元，用以對(duì)輸入電壓和輸入電流進(jìn)行整流；整流單元采用二極管全橋整流，串聯(lián)在所述整流電路兩輸出端的第一受控開關(guān)、電感LI'以及電容Cl'；控制單元，與所述電容的正極電連接，提取反饋信號(hào)，用以根據(jù)反饋信號(hào)和內(nèi)置的PFC分析比較模型得出能提高功率因素的控制信號(hào)，從而控制所述受控開關(guān)的導(dǎo)通和斷開；所述的PFC分析比較模型可以沿用傳統(tǒng)的升壓式PFC電路中的系統(tǒng)模型；與所述電感Lr以及所述電容Cr串聯(lián)的單向?qū)ㄔ?；本?shí)施例中采用的單向?qū)ㄔ槎O管VDl'；其中，當(dāng)所述第一受控開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，所述整流單元與所述儲(chǔ)能回路串聯(lián)形成通路，所述單向?qū)ㄔO管VDl'正向?qū)ǘ说碾妷盒∮诜聪蚪刂苟说碾妷汗侍幱诮刂範(fàn)顟B(tài)，此時(shí)電路等效于圖2B中所示的電路；所述電感LI'將電能轉(zhuǎn)換并儲(chǔ)存為磁場(chǎng)能，所述 電容cr去除輸入電流中的高頻分量；輸出的直流電壓的大小等于電容cr兩端的電壓 大??；此時(shí)電感LI'與電容Cl'是屬于串聯(lián)連接的，兩元件的電壓之和等于輸入電壓的大小，如若輸入的是市電則輸出的電壓值小于市電峰值，電感LI'相對(duì)于電容Cl'的電壓起到了一個(gè)分壓降壓的作用，通常電容Cl，兩端電壓值的大小可以根據(jù)用電設(shè)備要求而設(shè)置，受控開關(guān)關(guān)反復(fù)導(dǎo)通斷開之后，電容Cl'兩端的電壓小于等于額定電壓且趨于穩(wěn)定，故輸出的是一個(gè)小于輸入市電峰值的直流電壓；當(dāng)所述第一受控開關(guān)斷開時(shí)，所述整流單元以及所述儲(chǔ)能回路均斷開，所述電感LI'將儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為電能并釋放，所述單項(xiàng)導(dǎo)通元件二極管VDl'導(dǎo)通，所述電感Lli對(duì)所述電容Cr充電，同時(shí)對(duì)外輸出直流電壓，此時(shí)的電路結(jié)構(gòu)等效于圖2C所示，受控開關(guān)在控制單元的控制下斷開，相對(duì)于整流單元處于開路狀態(tài)下。為了保證向后端負(fù)載或DC-DC變壓器提供連續(xù)電源輸出，此時(shí)電感LI/將其儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換成電能通過(guò)二極管VDl響電容Cl'充電，保持電容Cl'兩端的電壓不變，同時(shí)向外輸出直流電壓，直流電壓的大小等于電容CP兩端的電壓的大小。本實(shí)施例所述的PFC電路相對(duì)傳統(tǒng)的升壓式PFC電路或升壓式PFC變壓器，在元器件種類沒(méi)有進(jìn)行更換的情況下，變化各元器件的連接關(guān)系，從而可以以降壓方式實(shí)現(xiàn)功率因素的提升、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)各元器件的耐壓性能要求低，造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)效益好。功率因素的提升包括兩個(gè)方面一是通過(guò)調(diào)整輸入電壓和輸入電流之間的相位差，相位差越小，功率因素越高；二是盡量的降低輸入電流的諧波分量使輸入電流呈現(xiàn)正弦波。PFC分析比較模型通過(guò)分析比較等多步驟的計(jì)算使輸入電流跟隨輸入電壓變化達(dá)到縮小相位差，同時(shí)使輸入電流呈正弦波狀可以消除諧波干擾，從而提升功率因素，減少電網(wǎng)的干擾以及諧波分量的污染。實(shí)施例二 如圖2A所示，在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例所述的第一受控開關(guān)工作在電流不連續(xù)模式下；通常狀態(tài)下升壓電路或降壓電路中的受控開關(guān)的工作模式有兩種。所述第一受控開關(guān)，導(dǎo)通一次持續(xù)的時(shí)間為導(dǎo)通周期；斷開一次持續(xù)的時(shí)間為斷開周期，相鄰導(dǎo)通周期和斷開周期共同形成一次開關(guān)周期；當(dāng)電感在第一受控開關(guān)的作用下，斷開周期內(nèi)放電直至電流下降到零，在導(dǎo)通周期內(nèi)流經(jīng)電感的電流從零上升到峰值，則稱所述受控開關(guān)工作在不連續(xù)模式下；如第一受控開關(guān)在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)沒(méi)有電流為零的點(diǎn)則第一受控開關(guān)工作在電流連續(xù)模式下。[0076]兩種工作模式下都能起到功率因素調(diào)節(jié)的作用，但是在功率大于300瓦的用電設(shè)備中一般采用電流不連續(xù)模式。所述第一受控開關(guān)可以是三極管，控制單元向三極管的基極和集電極之間加載一個(gè)高電平，當(dāng)所述高電平大于三極管的偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，三極管的發(fā)射極和集電極之間導(dǎo)通，儲(chǔ)能回路導(dǎo)通，電感LI'儲(chǔ)能。當(dāng)控制單元向三極管的基極和集電極之間加載一個(gè)低電平，當(dāng)所述低電平為零或小于三極管的偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，三極管的發(fā)射極和集電極之間相當(dāng)于開路，儲(chǔ)能回路截止，釋能回路導(dǎo)通電感LI'通過(guò)單向?qū)ㄔ屇?。所述第一受控開關(guān)可以是MOSET管，控制單元向MOSET管的門極和源極之間加載一個(gè)高電平，當(dāng)所述高電平大于MOSET管的偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，MOSET管的漏極和源極之間導(dǎo)通，儲(chǔ)能回路導(dǎo)通，電感LI'儲(chǔ)能。當(dāng)控制單元向MOSET管的門極和源極之間加載一個(gè)低電平，當(dāng)所述低電平為零或小于MOSET管的偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，MOSET管的漏極和源極之間相當(dāng)于開路，儲(chǔ)能回路截止，釋能回路導(dǎo)通電感LI'通過(guò)單向?qū)ㄔ屇?。本?shí)施PFC電路優(yōu)選MOSET 管。實(shí)施例三如圖2A、圖2B、圖2C以及圖3所示，本實(shí)施例PFC電路包括整流單元，采用二極管全橋整流，包括兩個(gè)輸入交流點(diǎn)的輸入端、整流模塊以及兩輸出整流電壓的輸出端串聯(lián)在所述整流電路兩輸出端之間的第一受控開關(guān)、電感LI'以及電容Cl'；包括控制單元，與所述電容的正極電連接，提取反饋信號(hào)，用以根據(jù)反饋信號(hào)和內(nèi)置的PFC分析比較模型得出能提高功率因素的控制信號(hào)，從而控制所述第一受控開關(guān)的導(dǎo)通和斷開；所述的PFC分析比較模型可以沿用傳統(tǒng)的升壓式PFC電路中的系統(tǒng)模型，可以實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例所需的各項(xiàng)功能；釋能回路，包括相互串聯(lián)的所述電感LI'、所述電容Cl'以及單向?qū)ㄔ?；本?shí)施例中采用的單向?qū)ㄔ槎O管VDl'；其中，當(dāng)所述第一受控開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，所述整流單元與所述電感LI，以及電容Cl，串聯(lián)形成儲(chǔ)能回路，所述單向?qū)ㄔO管VDl'正向?qū)ǘ说碾妷盒∮诜聪蚪刂苟说碾妷汗侍幱诮刂範(fàn)顟B(tài)，此時(shí)電路等效于圖2B中所示的電路；所述電感LI'將電能轉(zhuǎn)換并儲(chǔ)存為磁場(chǎng)能，所述電容Cl'去除輸入電流中的高頻分量；輸出的直流電壓的大小等于電容Cl'兩端的電壓大?。凰龅谝皇芸亻_關(guān)斷開時(shí)，所述整流單元以及所述電感LI'以及所述電容Cl'均斷開，所述電感LI'將儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為電能并釋放，所述單項(xiàng)導(dǎo)通元件二極管VDl'導(dǎo)通，所述電感LI'對(duì)所述電容Cl'充電，同時(shí)對(duì)外輸出直流電壓，此時(shí)的電路結(jié)構(gòu)等效于圖2C所示，受控開關(guān)在控制單元的控制下斷開，相對(duì)于整流單元處于開路狀態(tài)下。所述控制回路中的控制單元又分為3個(gè)子單元為依次連接的反饋檢測(cè)子單元、PFC分析比較子單元以及控制電平子單元.所述PFC分析比較子單元包括了所述PFC分析比較模型。反饋檢測(cè)子單元一端連接在電容Cl'的正極,一端連接在PFC分析比較子單元的出入端，將其從電容Cl'中提取的反饋電壓生成PFC分析比較子單元能識(shí)別的電信號(hào)，并將所述電信號(hào)輸入到所述PFC分析比較子單元。所述PFC分析比較子單元根據(jù)接收的電信號(hào)與其內(nèi)部預(yù)設(shè)的數(shù)值進(jìn)行比較運(yùn)算、乘法運(yùn)算等多種運(yùn)算后得出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，輸出到所述控制電平子單元，由控制電平子單元根據(jù)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)輸出控制信號(hào)，所述控制信號(hào)為控制電平，由于控制受控開關(guān)，如實(shí)施例二種所述的三級(jí)管或MOSET管。所述控制回路采用三個(gè)子單元既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路降壓的功能，同時(shí)也簡(jiǎn)便的實(shí)現(xiàn)了調(diào)整功率因素PF(Power Factor)大小的功能。實(shí)施例四在實(shí)施例三中所述的反饋檢測(cè)子單元有多種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，如圖2A和圖4所示，本實(shí)施例在實(shí)施例三的基礎(chǔ)上具體化了反饋檢測(cè)子單元。所述反饋檢測(cè)子單元包括兩個(gè)串聯(lián)的電阻R5、R6、低壓直流電源Vdd、晶閘管以及光耦合器N2 ;所述電阻R5、R6與所述電容Cl'并聯(lián)；所述晶閘管N3的A極2和G極I兩個(gè)輸入端并聯(lián)在電阻R6兩端；所述晶閘管的K極3連接在光耦合器N2的發(fā)光部分的引腳2上，并通過(guò)光耦合器N2的引腳I連接到低壓直流電源Vdd上；所述光耦合器N2的發(fā)光部分連接在由所述低壓直流電源和晶閘管串聯(lián)而成的回路中，當(dāng)晶閘管N3中A極2與G極I兩端的電壓大于O時(shí)，所述的晶閘管N2導(dǎo)通， 則所述的光耦合器N2的放光部發(fā)光，再由光耦合器N2的受光部將生產(chǎn)的反饋信號(hào)輸入到所述PFC分析比較子單元；當(dāng)晶閘管中A極2與G極I兩端的電壓小于O時(shí)，晶閘管N3斷開，光耦合器N2的發(fā)光部呈現(xiàn)暗狀態(tài)，光耦合器N2的受光部無(wú)反饋信號(hào)FB輸出。在斷開周期內(nèi)，當(dāng)電容Cl'輸出的電壓作用于串聯(lián)電阻R5和電阻R6之上，R6分的電壓小于晶閘管G極的預(yù)設(shè)電壓時(shí)，說(shuō)明此時(shí)電感放電完畢，電容的電壓下降到了最低值，需要對(duì)導(dǎo)通所述受控開關(guān)，對(duì)電感和電容充電，而受控開關(guān)的的導(dǎo)通時(shí)間可以是在每一輸入電壓經(jīng)整流后電壓變化周期內(nèi)的固定值，時(shí)間到了則受控開關(guān)斷開，當(dāng)電容的電壓下降到最低值或最低值以下時(shí)，則受控開關(guān)導(dǎo)通。本實(shí)施例PFC電路采用光耦合器以及晶閘管等原件實(shí)現(xiàn)了對(duì)PFC電路的反饋信號(hào)的提取，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、結(jié)果精確。實(shí)施例五在實(shí)施例三中所述的反饋檢測(cè)子單元有多種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，如圖2A和圖4所示，本實(shí)施例在實(shí)施例三的基礎(chǔ)上具體化了反饋檢測(cè)子單元。所述反饋檢測(cè)子單元包括一用于根據(jù)所述電容兩端電壓輸出電流的電流傳感器N4 ;所述電流傳感器的輸出電流輸入到所述PFC分析比較子單元；所述PFC分析比較子單元根據(jù)所述電流傳感器輸出的電流生成驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。所述控制電平輸出子單元為PWM (脈沖調(diào)制)電平輸出裝置，所述控制電平為低電平時(shí)，輸出的電壓值為零；所述PWM電平輸出裝置根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，調(diào)整控制電平的占空比。當(dāng)受控開關(guān)為三極管或MOSET管時(shí)，控制單元可以通過(guò)調(diào)整向受控開關(guān)輸入的電平的高低控制儲(chǔ)能回路的導(dǎo)通和斷開。只要控制電平輸出子單元輸出的電壓大于三極管或MOSET管的偏向電壓即可導(dǎo)通，否則斷開。而在導(dǎo)通周期內(nèi)滿足電壓在大于偏向電壓時(shí)的波形變化可以隨意，在斷開周期內(nèi)可以有電壓也可以是低于偏向電壓的電壓任意值或反向電壓，波形的變化也隨意。而本實(shí)施例所述的控制電平輸出子單元采用PWM電平輸出裝置，輸出的經(jīng)調(diào)制后的方波電壓，通過(guò)控制占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)受控開關(guān)的導(dǎo)通和斷開，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，調(diào)整精確。實(shí)施例六如圖6所不,本實(shí)施例是實(shí)施例一所述PFC電路的一種變形。相對(duì)于實(shí)施例一，本實(shí)施例，將儲(chǔ)能回路中的第一受控開關(guān)設(shè)置在所述電感LI'以及所述電容Cl'的后端，與所述整流單元的低壓輸出端相連。這樣設(shè)置使得所述第一受控開關(guān)連接在儲(chǔ)能回路兩端的電壓較低，在控制單元通過(guò)高低電平對(duì)其實(shí)現(xiàn)控制時(shí)，只需輸入一個(gè)較小的電壓就可以實(shí)現(xiàn)控制，控制更加簡(jiǎn)便。實(shí)施例七圖7所示的為本實(shí)用新型PFC變壓器結(jié)構(gòu)示意圖之一其中標(biāo)號(hào)1、2以及3所組成的電路為本實(shí)施例中所述PFC電路。本實(shí)施例PFC電路包括整流單元1，用以對(duì)輸入電壓和輸入電流進(jìn)行整流；串聯(lián)在所述整流電路兩整流電壓輸出端的第一受控開關(guān)、電感以及電容，當(dāng)所述 第一受控開關(guān)導(dǎo)通時(shí)形成儲(chǔ)能回路，包括控制單元，與所述電容的正極電連接，提取反饋信號(hào)，用以根據(jù)反饋信號(hào)和內(nèi)置的PFC分析比較模型得出能提高功率因素的控制信號(hào)，從而控制所述受控開關(guān)的導(dǎo)通和斷開；單向?qū)ㄔc所述電感以及所述電容串聯(lián)形成釋能回路3，其中，當(dāng)所述第一受控開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，所述整流單元與所述儲(chǔ)能回路串聯(lián)形成通路，所述單向?qū)ㄔ刂梗鲭姼袑㈦娔苻D(zhuǎn)換并儲(chǔ)存為磁場(chǎng)能，所述電容去除輸入電流中的高頻分量；所述整流單元的輸出端或輸入端還包括一個(gè)保險(xiǎn)絲；當(dāng)所述第一受控開關(guān)斷開時(shí)，所述整流單元以及所述儲(chǔ)能回路均斷開，所述電感將儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為電能并釋放，所述單項(xiàng)導(dǎo)通元件導(dǎo)通，所述電感對(duì)所述電容充電，同時(shí)對(duì)外輸出直流電壓。短路保護(hù)回路，當(dāng)所述第一受控開關(guān)異常持續(xù)導(dǎo)通致使所述電容兩端的電壓超過(guò)額定電壓，則所述短路保護(hù)回路導(dǎo)通與所述整流電路串聯(lián)形成低阻抗導(dǎo)通回路，產(chǎn)生大電流致使所述整流電路中的保險(xiǎn)絲FUSE熔斷。其中標(biāo)號(hào)2代表PFC電路中降壓以及功率因素調(diào)整的電路構(gòu)成，而標(biāo)號(hào)I則是對(duì)輸入電壓Vin進(jìn)行整流的電路構(gòu)成。當(dāng)出現(xiàn)第一受控開關(guān)異常持續(xù)導(dǎo)通，如圖7中所示的的MOSET管Vl的漏極2和源極3短路，則電容Cl將持續(xù)累加電壓，電壓最將超過(guò)額定值被擊穿，由于擊穿瞬間將冒出火花，此類現(xiàn)象在用電設(shè)備中將是致命傷，在使用過(guò)程中可能造成用電災(zāi)難，故本實(shí)施例中設(shè)計(jì)了短路保護(hù)回路規(guī)避此類現(xiàn)象。此外本實(shí)施例還提供一種短路保護(hù)回路具體結(jié)構(gòu),如標(biāo)號(hào)3所示。短路保護(hù)回路分為導(dǎo)通控制子回路以及串聯(lián)子回路；所述導(dǎo)通控制子回路包括一個(gè)電壓比較模塊，所述電壓比較模塊如圖7中標(biāo)號(hào)3所示，包括一比較器V4，所述串聯(lián)子回路為一個(gè)并聯(lián)在所述電容兩端的第二受控開關(guān)，所述第二受控開關(guān)為晶閘管VSl ;所述比較器V4第一輸入端連接在所述電容Cl的正極，第二輸入端輸入一個(gè)預(yù)設(shè)電壓；所述的預(yù)設(shè)電壓為電阻R2兩端電壓值，由于Vddl是直流恒壓源，而電阻Rl和電阻R2分壓后，R2兩端的電壓穩(wěn)定，而并聯(lián)在電容兩端輸入的是PFC-Vout電壓的R3和R4兩端的電壓與PFC-Vout電壓成正比，將預(yù)設(shè)電壓與R4兩端的電壓比較，再通過(guò)V2的管腳I輸出一個(gè)比較后的電平值，當(dāng)輸出的是高電平導(dǎo)通，晶閘管VSl導(dǎo)通時(shí)整流單元與串聯(lián)子回路導(dǎo)通，即經(jīng)過(guò)VSl形成低阻抗回路，輸出大電流，此時(shí)當(dāng)滿足晶閘管I2t大于保險(xiǎn)絲I2t就可以將FUSE熔斷，造成整個(gè)電路的開路。晶閘管VSl即所述的受控開關(guān)。當(dāng)在晶閘管VSl上形成大電流后，輸入電流隨之增大，超過(guò)保險(xiǎn)絲的所能承載的跡象就會(huì)出現(xiàn)FUSE的熔斷，形成開路，阻止事故發(fā)生。所述晶閘管也可以用三極管或MOSET管代替。實(shí)施例八如圖7所示，本實(shí)施例PFC變壓器，包括交流電輸入模塊、PFC電路模塊以及DC-DC變壓模塊就，所述PFC電路模塊實(shí)施例一至實(shí)施例六中任一種述PFC電路，所述交流電輸入模塊接收市電輸入，為所述PFC電路提供交流電壓；所述PFC電路為所述DC-DC變壓模塊提供輸入的直流電壓。本實(shí)施例中，交流電經(jīng)過(guò)所述交流電輸入模塊后，經(jīng)由PFC電路模塊的整流單元I整流后變成了成周期性變化的直流電壓，經(jīng)由標(biāo)號(hào)2所代表的電路即儲(chǔ)能回路和釋能回路降壓調(diào)整功率因素后從電容Cl兩端輸出的是穩(wěn)定的直流電壓。4代表的即所述的DC-DC直流變壓模塊其中包括直流變壓器Tl，以及控制變壓系數(shù)的半球控制單元以及受控開關(guān)V2和V3。本實(shí)施例PFC變壓器采用了本實(shí)用新型所述的PFC變壓電路，PFC-Vout電壓可以設(shè)置在80V左右，相對(duì)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中400V的電壓大大降低了。故而變壓器Tl的繞組匝數(shù)也可以大大的降低，從而減小了 PFC變壓器的體積，當(dāng)組裝到如液晶電視，等離子電視、冰箱、空調(diào)大型電器中時(shí)，占用的空間更小，布局更加靈活，特別是現(xiàn)有的液晶電視發(fā)展趨勢(shì)為越來(lái)越薄，對(duì)其內(nèi)部的元器件也提出體積要求，應(yīng)更兼容性更強(qiáng)，產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)。以上，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種PFC電路，其特征在于，所述PFC電路包括 整流單元，由依次連接的輸入交流電的兩輸入端、整流模塊以及兩輸出整流電壓的輸出端組成； 串聯(lián)在所述整流單元兩輸出端的第一受控開關(guān)、電感以及電容； 控制單元，與所述電容的正極電連接，提取反饋信號(hào)，用以根據(jù)反饋信號(hào)和內(nèi)置的PFC分析比較模型得出能提高功率因素的控制信號(hào)，從而控制所述第一受控開關(guān)的導(dǎo)通和斷開； 單向?qū)ㄔ?，與所述電感以及所述電容串聯(lián)形成單向?qū)ǖ尼屇芑芈罚? 其中，當(dāng)所述第一受控開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，所述整流單元與所述電感以及所述電容串聯(lián)形成儲(chǔ)能回路，所述單向?qū)ㄔ刂?，所述電感將電能轉(zhuǎn)換并儲(chǔ)存為磁場(chǎng)能，所述電容去除輸入電流中的高頻分量； 當(dāng)所述第一受控開關(guān)斷開時(shí)，所述整流單元開路，所述單向?qū)ㄔ?dǎo)通，所述電感，將儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為電能，通過(guò)所述單向?qū)ㄔ?duì)所述電容充電，同時(shí)對(duì)外輸出直流電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PFC電路，其特征在于，所述控制單元包括依次連接的反饋檢測(cè)子單元、PFC分析比較子單元以及控制電平輸出子單元； 所述反饋檢測(cè)子單元一端連接在所述電容的正極，根據(jù)所述電容輸出的電壓輸出反饋信號(hào); 所述PFC分析比較子單元，接收所述反饋檢測(cè)子單元輸出的反饋信號(hào)，并根據(jù)接收的反饋信號(hào)和內(nèi)置的PFC分析比較模型，生成并輸出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)； 所述控制電平輸出子單元，接收所述驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)生成所述控制信號(hào)；其中所述控制信號(hào)為控制電平；當(dāng)所述控制電平為高電平時(shí)所述受控開關(guān)導(dǎo)通，當(dāng)所述控制電平為低電平時(shí)所述受控開關(guān)斷開。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PFC電路，其特征在于，所述反饋檢測(cè)子單元包括電阻R5、R6、低壓直流電源、晶閘管以及光耦合器；所述電阻R5與R6串聯(lián)后與所述電容并聯(lián)；所述晶閘管的A極和G極分別連接在所述電阻R6兩端；所述晶閘管的K極與所述低壓直流電源正極相連；所述光耦合器的發(fā)光部分連接在由所述低壓直流電源和晶閘管串聯(lián)而成的回路中；所述光耦合器的受光部分與所述PFC分析比較子單元相連； 當(dāng)所述電容的電壓超過(guò)額定電壓，所述晶閘管的導(dǎo)通，所述光耦合器的受光部分根據(jù)其發(fā)光部分發(fā)光的光信號(hào)輸出電流；所述輸出電流為所述反饋信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PFC電路，其特征在于，所述反饋檢測(cè)子單元包括一用于根據(jù)所述電容兩端電壓輸出電流的電流傳感器；所述電流傳感器的輸出電流輸入到所述PFC分析比較子單元；所述PFC分析比較子單元根據(jù)所述電流傳感器輸出的電流生成驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PFC電路，其特征在于，所述控制電平輸出子單元為PWM電平輸出裝置，所述控制電平為低電平時(shí)，輸出的電壓值為零；所述PWM電平輸出裝置根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，調(diào)整控制電平的占空比。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PFC電路，其特征在于，所述整流單元兩輸入端或兩輸出端上串聯(lián)有一保險(xiǎn)絲；所述PFC電路還包括并聯(lián)在所述電容兩端的短路保護(hù)回路，當(dāng)所述受控開關(guān)異常持續(xù)導(dǎo)通致使所述電容兩端的電壓超過(guò)額定電壓，則所述短路保護(hù)回路導(dǎo)通與所述整流單元的兩輸出端串聯(lián)形成低阻抗導(dǎo)通回路，產(chǎn)生大電流致使所述保險(xiǎn)絲熔斷。
7.根據(jù)權(quán)利要求6述的PFC電路，其特征在于，所述短路保護(hù)回路分為導(dǎo)通控制子回路以及串聯(lián)子回路； 所述導(dǎo)通控制子回路包括一個(gè)電壓比較模塊， 所述串聯(lián)子回路為一個(gè)并聯(lián)在所述電容兩端的第二受控開關(guān)； 所述電壓比較模塊第一輸入端連接在所述電容的正極，第二輸入端輸入一個(gè)預(yù)設(shè)電壓； 當(dāng)所述電容的輸出的電壓值大于所述預(yù)設(shè)電壓時(shí)，所述電壓比較模塊輸出一個(gè)正向電 壓給所述第二受控開關(guān)，所述第二受控開關(guān)導(dǎo)通； 當(dāng)所述電容的輸出的電壓值等于或小于所述預(yù)設(shè)電壓時(shí)，所述電壓比較模塊輸出一個(gè)負(fù)向電壓給所述第二受控開關(guān)，所述第二受控開關(guān)斷開以使所述串聯(lián)子回路斷開。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PFC電路，其特征在于，所述第一受控開關(guān)可為三極管或MOSET 管； 所述三極管的發(fā)射極和集電極串聯(lián)在所述儲(chǔ)能回路和所述釋能回路中，所述三極管的基極連接在所述控制回路中； 所述MOSET的漏極和源極串聯(lián)在所述儲(chǔ)能回路和所述釋能回路中，所述MOSET的門極連接在所述控制回路中。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PFC電路，其特征在于，所述第一受控開關(guān)，串聯(lián)在所述電感以及所述電容的后端，與所述整流單元的輸出端的負(fù)極相連。
10.一種PFC變壓器，包括交流電輸入模塊、PFC電路模塊以及DC-DC變壓模塊就，其特征在于，所述PFC電路模塊為權(quán)利要求I所述PFC電路，所述交流電輸入模塊接收市電輸入，為所述PFC電路提供交流電壓；所述PFC電路為所述DC-DC變壓模塊提供輸入的直流電壓。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種PFC電路以及PFC變壓器，為解決現(xiàn)有PFC電路和PFC變壓器輸出的電壓高，對(duì)各應(yīng)用元器件要求耐壓性高，造成電路成本高以及經(jīng)濟(jì)效益差等問(wèn)題而設(shè)計(jì)。本實(shí)用新型PFC電路包括整流單元、電感、第一受控開關(guān)、電容、控制單元、單向?qū)ü埽凰隹刂茊卧?，與所述電容的正極相連，提取反饋信號(hào)，控制第一受控開關(guān)的導(dǎo)通與斷開；單向?qū)ü転殡姼嗅尫烹娔芴峁┞窂?。第一受控開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電感將電能轉(zhuǎn)換并儲(chǔ)存為磁場(chǎng)能，并對(duì)外輸出直流電壓；第一受控開關(guān)斷開時(shí)，電感將儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為電能并釋放，電感對(duì)所述電容充電，同時(shí)對(duì)外輸出直流電壓。本實(shí)用新型PFC變壓器包括上述PFC電路，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，使用方便功率因素高等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M1/42GK202652062SQ201220335790
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者郝衛(wèi), 辛?xí)怨?申請(qǐng)人:青島海信電器股份有限公司