单控双级升压式PFC电路及浪涌抑制电路制造技术

本发明专利技术包含单控双级升压式PFC电路和浪涌抑制电路。该PFC电路采用一个控制芯片控制两级升压电路，且只需要一个功率电感。其前一级为子PFC，后一级为主PFC，后一级电路的功率输入来源于前一级升压电感的耦合电感。子PFC采用Cz电容网络替代传统的单电容滤波，为后一级提供更为灵活的输出电压。控制部分还通过调整功率电路的工作频率和工作占空比，实现PFC电路工作效率最优化，同时实现PFC电路和PFC后一级电路的整体效率达到一个动态最优化。另外，浪涌抑制电阻由传统串在主功率回路移至储能电容下端，与储能电容串联，同时采用晶体管延时短路，使其功耗大大降低，且不再需要继电器。且不再需要继电器。且不再需要继电器。

【技术实现步骤摘要】
单控双级升压式PFC电路及浪涌抑制电路


[0001]本专利技术涉及一种基于新型宽禁带半导体器件的单控双级升压式PFC电路及浪涌抑制电路。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术的发展，电能的质量问题已深入人心。在电源电路中，由于高容值储能电容的存在，导致整流桥导通角变小，交流输入侧的电流脉动成份高，电流峰值大，引入了丰富的谐波干扰，这严重影响了电能的质量。因此，功率因素矫正电路(PFC)被广泛用来矫正交流输入电流的波形，使之与交流输入电压一样成为较为完美的正弦波。常见的输入侧解决方案如图1所示，其中PFC解决方案如图3所示的单级升压结构。然而，采用一级升压拓扑电路，输出滤波电容尺寸大，输出电压约380V。一般情况下，该级电路输出电压越低，其工作效率越高。但后级电路正好相反，越高的PFC输出电压其工作效率越高。采用单级升压式PFC解决方案难以在PFC电路和PFC后一级电路之间做到最优化的设计，只能取一个折中的PFC输出电压值。因此，包含主PFC电路和子PFC电路的两级升压电路构成的PFC解决方案被提出，如图2和图4所示，前一级为主PFC，后一级为子PFC，主PFC电路的输出滤波电容的容值小，子PFC电路的输出滤波电容的容值大。起初，两级结构的设想仅仅是为了减小储能电容的尺寸，因为前一级能够扩展后一级电路的输入电压范围。然而，两级升压电路需要两个独立的控制芯片控制，这大大增加了电路的复杂性与成本。
[0003]另一方面，传统的浪涌抑制电路串联在桥式整流与储能电容之间，采用一个浪涌抑制限制电阻RT并联一个继电器，电路放置于位置A、B或者C处，该电路简单、驱动容易、成本低，控制亦不复杂，但继电器尺寸大，导通后的电阻也在50mΩ以上，工作损耗仍然偏大，不利于大功率高密度高效率电源的设计。RT常用热敏电阻抑制电源开机瞬间产生的浪涌电流，在电源正常工作后，由继电器将限流电流延时短路，以降低功耗，如图5所示。但是，由于继电器100毫欧左右的导通电阻仍然很大，而该浪涌抑制电路串联在主功率回路中，其导通电流很大，继电器产生的损耗仍然不容忽视，而且，继电器的尺寸还很大，不利于高功率密度电源的设计需要，继电器也需要额外的驱动和第三方供电，电路复杂、成本高。因此，如何简化电路并实现原有功效成为首要考虑的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种单控双级升压式PFC电路。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0006]一种单控双级升压式PFC电路，其特征在于包括：子PFC电路和主PFC电路，交流输入信号经整流电路整流后输入子PFC电路；
[0007]所述子PFC电路包括升压电路、Cz电容网络及电容C4，2
‑
8个电容串联并接地，然后与C4并联，共同构成Cz电容网络，所述升压电路与主PFC电路的电感耦合，升压电路由控制芯片控制；
[0008]所述主PFC电路包括电感LPFC：B、两个二极管DPFC2和DPFC3，以及电容C5，所述电感LPFC：B一端连接DPFC2的阳极，另一端连接到Cz电容网络的任一串联电容，DPFC2的阴极连接到电容C5的上端，DPFC3的阳极连接到升压电路，阴极同样连接到电容C5的上端，C4上端连接在升压电路与DPFC3的阳极之间，下端连接C5的下端且接地；
[0009]还包括输出电压监控模块和输出功率监控模块，对DPFC2和DPFC3的阴极输出的信号进行监测，监测信号输入控制芯片；
[0010]还包括输入功率监控模块，对交流输入信号进行监测，监测信号输入控制芯片。
[0011]优选的，所述升压电路包括电感LPFC：A、二极管DPFC1、开关管QPFC，以及开关管QPFC的驱动电路，所述电感LPFC：A与电感LPFC：B耦合，电感LPFC：A一端接入经整流电路整流后的交流输入信号，另一端连接二极管DPFC1的阳极，二极管DPFC1阴极连接DPFC2的阳极，所述开关管QPFC的正向端接入经整流电路整流后的交流输入信号且接地，负向端连接到二极管DPFC1的阳极，控制芯片通过驱动电路控制驱动QPFC。
[0012]优选的，所述C4为高压电解电容。
[0013]优选的，所述场效应晶体管为第三代宽禁带半导体功率MOSFET或HEMT。
[0014]优选的，还包括第二输出功率监控模块，对后一级电路的输出功率进行监测，并将监测信号输入控制芯片。
[0015]本专利技术还公开了一种浪涌抑制电路，与上述的单控双级升压式PFC电路配合使用，包括开关管Qr、开关管Qr的控制与驱动电路、二极管Din和浪涌抑制电阻RT，所述Qr的负向端与C5的下端连接，Qr的正向端连接到QPFC的正向端且接地，控制与驱动电路连接到Qr以实现对Qr的控制与驱动，所述RT并联在Qr的正向端与负向端之间，整流电路的输出端与Din的阳极连接，Din的阴极与C5的上端连接。
[0016]本专利技术涉及一种新型宽禁带半导体器件的电路应用，包含双级升压式功率因素矫正(PFC)电路和浪涌抑制电路。该PFC电路采用一个控制芯片控制两级升压电路，且只需要一个功率电感。其前一级为子PFC，后一级为主PFC，后一级电路的功率输入来源于前一级升压电感的耦合电感。子PFC采用Cz电容网络替代传统的单电容滤波，为后一级提供更为灵活的输出电压。控制部分还通过调整功率电路的工作频率和工作占空比，实现PFC电路工作效率最优化，同时实现PFC电路和PFC后一级电路的整体效率达到一个动态最优化。另外，浪涌抑制电阻由传统串在主功率回路移至储能电容下端，与储能电容串联，同时采用晶体管延时短路，使其功耗大大降低，且不再需要继电器。该解决方案电路简单、控制容易、成本低。
[0017]本专利技术的有益效果如下：
[0018]1、主+子双升压拓扑电路结构，但与传统方案不同，该结构前一级为子PFC，后一级为主PFC(传统方案前一级为主PFC，后一级为子PFC)，控制主体在后一级。
[0019]2、子PFC采用Cz电容网络替代传统的单电容滤波，为后一级提供更为灵活的输出电压。
[0020]3、该电路只需一个耦合电感和一个控制芯片，控制简单。
[0021]4、加入效率优化智能控制，通过调整功率电路的工作频率和工作占空比，实现PFC电路工作效率最优化，同时实现PFC电路和PFC后一级电路的整体效率达到动态最优化。
[0022]5、浪涌抑制电阻由传统串在主功率回路移至储能电容下端，与储能电容串联，同时采用晶体管延时短路，使其功耗大大降低，且不再需要继电器。
附图说明
[0023]图1为电源输入侧单PFC解决方案示意图。
[0024]图2为电源输入侧双PFC解决方案示意图。
[0025]图3为传统单级升压式PFC解决方案。
[0026]图4为传统双级升压式PFC解决方案。
[0027]图5为传统浪涌抑制解决方案。
[0028]图6为本专利技术的单控双级升压式PFC电路示意图。
[0029]图7为本专利技术的单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单控双级升压式PFC电路，其特征在于包括：子PFC电路和主PFC电路，交流输入信号经整流电路整流后输入子PFC电路；所述子PFC电路包括升压电路、Cz电容网络，2
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8个电容串联并接地，然后与C4并联，共同构成Cz电容网络，所述升压电路与主PFC电路的电感耦合，升压电路由控制芯片控制；所述主PFC电路包括电感LPFC：B、两个二极管DPFC2和DPFC3，以及电容C5，所述电感LPFC：B一端连接DPFC2的阳极，另一端连接到Cz电容网络的任一串联电容，DPFC2的阴极连接到电容C5的上端，DPFC3的阳极连接到升压电路，阴极同样连接到电容C5的上端，C4上端连接在升压电路与DPFC3的阳极之间，下端连接C5的下端且接地；还包括输出电压监控模块和输出功率监控模块，对DPFC2和DPFC3的阴极输出的信号进行监测，监测信号输入控制芯片；还包括输入功率监控模块，对交流输入信号进行监测，监测信号输入控制芯片。2.根据权利要求1所述的单控双级升压式PFC电路，其特征在于：所述升压电路包括电感LPFC：A、二极管DPFC1、开关管QPFC，以及开关管QPFC的驱动电路，所述电感LPFC：A与电感LPFC：B耦合，电感LPFC：A一端接入经整流电路整流后的交流输入信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：周祥兵，高潮，郭慧，韩佳乐，顾裕谭，汪瑞，
申请(专利权)人：扬州江新电子有限公司，
类型：发明
国别省市：