专利名称：开关电源电路及其功率因数校正控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种开关电源电路及其功率因数校正 (PFC)控制电路。
背景技术：
在开关电源电路中，通常使用PFC电路进行欠压和过压保护。目前一般的PFC电路都不会考虑开关电源电路的输出电压与其输入电压整流后的电压的压差接近于零的情况， 而PFC电路要求开关电源电路的输出电压必须大于其输入电压整流后的电压，否则当二者电压值相近时很容易导致PFC电路中功率器件的损坏，从而影响电源的寿命。申请号为02829625. 7的中国专利公开了一种开关电源的PFC设备，在开关电源的输入信号与输出电压成比例时能确保PFC设备的安全，但是结构较为复杂，且不能满足开关电源的输出电压必须大于输入电压整流后的电压的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种开关电源电路及其PFC控制电路，以解决目前PFC电路不会考虑大功率开关电源电路的输出电压与其输入电压整流后的电压的压差接近于零的情况下导致PFC电路中功率器件损坏的缺陷。为了实现以上目的，本发明提供的PFC控制电路包括整流输入电路，其包括用于对所述开关电源电路的输入交流电压进行整流的整流二极管和分压电路；PFC电路，其用于对整流后的电压进行功率因数校正；过压和欠压保护电路，其连接在所述整流输入电路与所述PFC电路之间，用于当分压电路的分压大于预定的过压门槛电压或者低于预定的欠压门槛电压时使所述PFC电路关断，其中，过压门槛电压被设置为使得开关电源电路的输出电压比其输入电压整流后的电压大，欠压门槛电压用于防止低压输入时所述PFC电路输出最大负载而损坏所述PFC电路中的功率器件。优选的是，所述分压电路为电阻分压电路。优选的是，所述过压和欠压保护电路用单片机实现。优选的是，所述分压电路包括第一分压电路和第二分压电路，所述过压和欠压保护电路包括开关电路，其用于控制所述PFC电路的导通和关断；过压保护电路，其用于当所述第一分压电路的分压大于所述过压门槛电压时向所述开关电路发送使所述开关电路关断的信号，以使所述PFC电路关断；欠压保护电路，其用于当所述第二分压电路的分压大于所述欠压门槛电压时向所述开关电路发送使所述开关电路关断的信号，以使所述PFC电路关断。优选的是，所述PFC电路为交错式PFC控制芯片。优选的是，所述交错式PFC控制芯片为R2A20104。优选的是，所述第一分压电路包括串联连接的第一电阻和第二电阻，所述第二分压电路包括串联连接的第三电阻和第四电阻，并且所述过压保护电路包括过压比较器，其同相输入端连接至第三电阻和第四电阻的串联节点，其反相输入端通过第五电阻连接至所述交错式PFC控制芯片的VREF脚，其输出端通过第一反馈电阻连接至其反相输入端，同时该输出端通过第六电阻连接至直流电源，并连接至开关电路；所述欠压保护电路包括欠压比较器，其反相输入端连接至第一电阻和第二电阻的串联节点，其同相输入端通过第七电阻连接至所述交错式PFC控制芯片的VREF脚，其输出端通过第二反馈电阻连接至其同相输入端，同时该输出端通过第八电阻连接至直流电源，并连接至开关电路。优选的是，所述开关电路包括第三二极管，其正极连接至过压比较器和欠压比较器的输出端，其负极连接至所述交错式PFC控制芯片的SS脚。优选的是，所述开关电路包括555定时器，其使能端连接至过压比较器和欠压比较器的输出端；第三二极管，其正极连接至定时器的输出端，其负极连接至所述交错式PFC 控制芯片的SS脚。另外，本发明提供一种开关电源电路，其包括上述PFC控制电路。本发明提供的PFC控制电路中设置了过压和欠压保护电路，以用于对开关电源电路的输入电压整流后的电压进行实时检测和控制，以使得在过压或欠压时及时PFC电路关断。通过这种过压和欠压保护电路，有效地避免了在过压或欠压时由于没有及时关断PFC 电路而导致当输出电压与输入电压整流后的电压值相近时或者输入电压欠压时输出过载而损坏PFC电路中的功率元件的问题。此外，本发明提供的PFC控制电路结构简单，成本低廉
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图1示出本发明的第一实施例的PFC控制电路的电路图；图2示出本发明的第二实施例的PFC控制电路的电路图；图3示出本发明的第三实施例的PFC控制电路的电路图。
具体实施例方式以下，将参照附图和实施例对本发明进行详细描述。总的来讲，本发明所提供的用于开关电源电路的PFC控制电路包括整流输入电路、PFC电路及过压和欠压保护电路。其中，所述整流输入电路用于对开关电源电路的输入电压(具体地，从开关电源电路的交流输入电路输入的交流电压)进行整流，包括整流二极管及连接至整流二极管的分压电路。所述PFC电路用于提高整流后电压的功率因数，目前已有一些成熟的交错式PFC控制芯片，例如R2A20104。所述过压和欠压保护电路连接在所述整流输入电路与所述PFC电路之间，用于当分压电路的分压大于预定的过压门槛电压或者低于预定的欠压门槛电压时使所述PFC电路关断，其中，过压门槛电压被设置为使得开关电源电路的输出电压比其输入电压整流后的电压大，欠压门槛电压用于防止低压输入时 PFC电路输出最大负载而损坏PFC电路中的功率器件。由此可见，本发明所提供的PFC控制电路相比于现有的PFC电路的改进之处在于增加了一个过压和欠压保护电路，以用于对从交流输入电路输入的电压整流后的电压进行实时检测和控制，以使得在过压或欠压时及时 PFC电路关断。(第一实施例)
图1示出本发明的第一实施例的PFC控制电路的电路图。在本实施例中，利用交错式PFC控制芯片R2A20104(在图1中示为U3)作为PFC电路；过压和欠压保护电路用AD 单片机实现。其中，交错式PFC控制芯片R2A20104为公知电路，因此，本文省略其详细描述。以下，将参照图1对本实施例的PFC控制电路进行详细描述。如图1所示，本实施例的整流输入电路由第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻 R1、第二电阻R2构成，其中，第一二极管Dl和第二二极管D2的正极分别连接至交流输入电路的正极和负极；第一电阻Rl —端串接至第一二极管Dl的负极和第二二极管D2的的负极的并联节点，其另一端与第二电阻R2 —端串接，第二电阻R2另一端接地。用作过压和欠压保护电路的AD单片机的输入端连接至第一电阻Rl和第二电阻R2 的串联节点，其输出端连接至交错式PFC控制芯片的SS脚。关于图1中的其余部分电路，属于公知技术，因此，这里省略其描述。以下，对图1所示PFC控制电路的工作原理进行描述。当交流输入电路的输入电压整流后的输入电压大于预定的过压门槛电压(如 265v)时，AD单片机给予交错式PFC控制芯片的SS脚一高电平，以使SS脚置高，从而使交错式PFC控制芯片不工作。当交流输入电路的输入电压整流后的输入电压低于预定的欠压门槛电压(如 175v)时，AD单片机也给予交错式PFC控制芯片的SS脚一高电平，以使SS脚置高，从而使交错式PFC控制芯片不工作。通过上述过压保护，确保了整个开关电源电路的输出电压大于其输入电压整流后的电压，避免了整个开关电源电路的输出电压与其输入电压整流后的电压的压差接近于零而损坏PFC电路中的功率器件的情况。通过上述欠压保护，防止了低压输入时PFC电路输出最大负载而损坏PFC电路中的功率器件。因此，通过这样的过压和欠压保护，确保了整个开关电源电路中的整流桥、MOS管GDl和GD2及二极管的安全，保护动作发生时电流互感器 CTl和CT2的输出电流为零。此外，本实施例利用单片机高速、可编程的特点，可以做到精确的电压波形跟随采样，能够及时地对电路控制采取措施，实现过压和欠压保护。(第二实施例)图2示出本发明的第二实施例的PFC控制电路的电路图。在本实施例中，与第一实施例相同，利用交错式PFC控制芯片R2A20104 (在图2中示为U3)作为PFC电路；过压和欠压保护电路包括并联的过压保护电路和欠压保护电路以及连接在过压保护电路和欠压保护电路与交错式PFC控制芯片之间的开关电路，其中，过压保护电路连接在第一分压电路与开关电路之间，用于当第一分压电路的分压大于过压门槛电压时向开关电路发送使开关电路关断的信号，以使PFC电路关断，欠压保护电路连接在第二分压电路与开关电路之间， 用于当第二分压电路的分压低于欠压门槛电压时向开关电路发送使开关电路关断的信号， 以使PFC电路关断；开关电路中利用二极管作为开关，以用于控制PFC电路的导通和关断。以下，将参照图2对本实施例的PFC控制电路进行详细描述。如图2所示，本实施例的整流输入电路由第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻 R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4构成，其中，第一二极管Dl和第二二极管D2的正极分别连接至交流输入电路的正极和负极，由第一电阻Rl和第二电阻R2串接而成的串
6接电阻(第二分压电路)与由第三电阻R3和第四电阻R4串接而成的串接电阻(第一分压电路)并联，第一电阻Rl和第三电阻R3的并联节点接至第一二极管Dl和第二二极管D2 的负极的并联节点，第二电阻R2和第四电阻R4的并联节点接地。过压保护电路包括用作过压保护的过压比较器。其中，过压比较器为一个迟滞比较器(利用电阻R9和R6引进迟滞作用，以抑制信号毛刺噪声的影响)，其同相输入端连接至第三电阻R3和第四电阻R4的串联节点，其反相输入端通过第五电阻R5连接至交错式 PFC控制芯片的VREF脚，其输出端通过第一反馈电阻R9连接至其反相输入端，同时该输出端通过第六电阻R6连接至直流电源VCC，并连接至开关电路。欠压保护电路包括用于欠压保护的欠压比较器。其中，欠压比较器的反相输入端连接至第一电阻Rl和第二电阻R2的串联节点，其同相输入端通过第七电阻R7连接至交错式PFC控制芯片的VREF脚，其输出端通过第二反馈电阻RlO连接至其同相输入端，同时该输出端通过第八电阻R8连接至直流电源VCC，并连接至开关电路。开关电路包括二极管D3，其正极连接至过压比较器和欠压比较器的输出端，其负极连接至交错式PFC控制芯片的SS脚。交错式PFC控制芯片的SS脚通过第三电容C接地。以下，对图2所示PFC控制电路的工作原理进行描述。当交流输入电路的输入电压整流后的电压大于预定的过压门槛电压(如时，第三电阻R3和第四电阻R4的分压大于过压比较器的过压门槛电压，从而使过压比较器发生反转，输出为高电平，此时第三二极管D3导通，给交错式PFC控制芯片的SS脚一个高电平，从而使交错式PFC控制芯片不工作。当过压发生后，此时的过压比较器反转的门槛电压变为VREF电压通过第五电阻R5和第一反馈电阻R9的分压值，第三电阻R3和第四电阻 R4的分压必须小于这个值，才能让过压比较器的输出端为高电平，从而再次激活PFC控制
-H-· I I心片。当交流输入电路的输入电压整流后的电压低于预定的欠压门槛电压(如175V) 时，第一电阻Rl和第二电阻R2的分压大于欠压比较器的欠压门槛电压，从而使欠压比较器发生反转，输出为高电平，此时第三二极管D3导通，给交错式PFC控制芯片的SS脚一个高电平，从而使交错式PFC控制芯片不工作。当欠压发生后，此时的欠压比较器反转的门槛电压变为VREF电压通过第七电阻R7和第二反馈电阻RlO的分压值，第一电阻Rl和第二电阻 R2的分压必须小于这个值，才能让欠压比较器的输出端为高电平，从而再次激活PFC控制
-H-· I I心片。从以上描述可看出，在过压保护和欠压保护过程中，过压比较器和欠压比较器均执行两次门限比较。以过压比较器为例，R3与R4组成的分压电路的分压与Vref值进行第一次门限比较；当R3和R4的分压第一次大于Vref时，此时引起过压比较器反转，输出高电平，此时，过压保护的比较电压变为VREF电压通过第五电阻R5和第一反馈电阻R9的分压 (第二次门限比较)，其值与VREF有压差，利用此差值进而实现噪声信号的抑制，避免保护动作反复进行，使得保护更可靠。本实施例的技术效果与第一实施例相同，因此，省略其描述。(第三实施例)图3示出本发明的第三实施例的PFC控制电路的电路图。对比图3与图2可见， 本实施例与第二实施例的不同之处在于，开关电路中除了第三二极管D3之外，还增加了一个555定时器。555定时器的使能端连接至过压比较器和欠压比较器的输出端，第三二极管 D3的正极连接至555定时器的输出端，其负极连接至交错式PFC控制芯片的SS脚。以下，将参照图3对本实施例的PFC控制电路的工作原理进行描述。当交流输入电路的输入电压整流后的电压大于预定的过压门槛电压(如时，第三电阻R3和第四电阻R4的分压大于过压比较器的过压门槛电压，从而使过压比较器发生反转，输出为低电平，激活555定时器，555定时器输出高电平使第三二极管D3导通，给交错式PFC控制芯片的SS脚一高电平，从而使交错式PFC控制芯片不工作。当交流输入电路的输入电压整流后的电压低于预定的欠压门槛电压(如175V) 时，第一电阻Rl和第二电阻R2的分压大于欠压比较器的欠压门槛电压，从而使欠压比较器发生反转，输出为高电平，给555定时器的使能端，激活555定时器，使其输出高电平，第三二极管D3导通，给交错式PFC控制芯片的SS脚一高电平，从而使交错式PFC控制芯片不工作。本实施例的技术效果与第一实施例相同，因此，省略其描述。以上已参照附图和实施例对本发明进行了详细描述，但是，应该理解，本发明并不限于以上所公开的示例性实施例。应该给予权利要求以最广泛的解释，以涵盖所公开的示例性实施例的所有变型、等同结构和功能。
权利要求
1.一种用于开关电源电路的功率因数校正控制电路，包括整流输入电路，其包括用于对所述开关电源电路的输入交流电压进行整流的整流二极管和分压电路；功率因数校正电路，其用于对整流后的电压进行功率因数校正；过压和欠压保护电路，其连接在所述整流输入电路与所述功率因数校正电路之间，用于当分压电路的分压大于预定的过压门槛电压或者低于预定的欠压门槛电压时使所述功率因数校正电路关断，其中，过压门槛电压被设置为使得所述开关电源电路的输出电压比其输入电压整流后的电压大，欠压门槛电压用于防止低压输入时所述功率因数校正电路输出最大负载而损坏所述功率因数校正电路中的功率器件。
2.根据权利要求1所述的功率因数校正控制电路，其特征在于，所述分压电路为电阻分压电路。
3.根据权利要求1所述的功率因数校正控制电路，其特征在于，所述过压和欠压保护电路用单片机实现。
4.根据权利要求1所述的功率因数校正控制电路，其特征在于，所述分压电路包括第一分压电路和第二分压电路，所述过压和欠压保护电路包括开关电路，其用于控制所述功率因数校正电路的导通和关断；过压保护电路，其用于当所述第一分压电路的分压大于所述过压门槛电压时向所述开关电路发送使所述开关电路关断的信号，以使所述功率因数校正电路关断；欠压保护电路，其用于当所述第二分压电路的分压大于所述欠压门槛电压时向所述开关电路发送使所述开关电路关断的信号，以使所述功率因数校正电路关断。
5.根据权利要求4所述的功率因数校正控制电路，其特征在于，所述功率因数校正电路为交错式功率因数校正控制芯片。
6.根据权利要求5所述的功率因数校正控制电路，其特征在于，所述交错式功率因数校正控制芯片为R2A20104。
7.根据权利要求6所述的功率因数校正控制电路，其特征在于，所述第一分压电路包括串联连接的第一电阻和第二电阻，所述第二分压电路包括串联连接的第三电阻和第四电阻，并且所述过压保护电路包括过压比较器，其同相输入端连接至第三电阻和第四电阻的串联节点，其反相输入端通过第五电阻连接至所述交错式功率因数校正控制芯片的VREF脚，其输出端通过第一反馈电阻连接至其反相输入端，同时该输出端通过第六电阻连接至直流电源，并连接至开关电路；所述欠压保护电路包括欠压比较器，其反相输入端连接至第一电阻和第二电阻的串联节点，其同相输入端通过第七电阻连接至所述交错式功率因数校正控制芯片的VREF脚，其输出端通过第二反馈电阻连接至其同相输入端，同时该输出端通过第八电阻连接至直流电源，并连接至开关电路。
8.根据权利要求7所述的功率因数校正控制电路，其特征在于，所述开关电路包括第三二极管，其正极连接至过压比较器和欠压比较器的输出端，其负极连接至所述交错式功率因数校正控制芯片的SS脚。
9.根据权利要求7所述的功率因数校正控制电路，其特征在于，所述开关电路包括 555定时器，其使能端连接至过压比较器和欠压比较器的输出端；第三二极管，其正极连接至定时器的输出端，其负极连接至所述交错式功率因数校正控制芯片的SS脚。
10.一种开关电源电路，其特征在于，包括权利要求1-9中的任何一个所述的功率因数校正控制电路。
全文摘要
本发明提供一种开关电源电路及其PFC控制电路。所述PFC控制电路包括整流输入电路、PFC电路及过压和欠压保护电路，其中过压和欠压保护电路连接在整流输入电路与PFC电路之间，用于当整流输入电路中的分压电路的分压大于预定的过压门槛电压或者低于预定的欠压门槛电压时使PFC电路关断，其中，过压门槛电压被设置为使得大功率开关电源电路的输出电压比其输入电压整流后的电压大，欠压门槛电压用于防止低压输入时PFC电路输出最大负载而损坏PFC电路中的功率器件。本发明的PFC控制电路可有效地避免当输出电压与输入电压整流后的电压值相近时或者输入电压欠压时输出过载而损坏PFC电路中的功率元件的问题，而且电路结构简单，成本低廉。
文档编号H02M1/42GK102412720SQ201110431338
公开日2012年4月11日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者朱得亚 申请人:奇瑞汽车股份有限公司