一种PFC电路模块及LLC谐振控制电路的制作方法

一种pfc电路模块及llc谐振控制电路
技术领域
1.本实用新型涉及一种pfc电路模块及llc谐振控制电路。


背景技术：

2.节能减排成为一种趋势，要求电源同时具备：高效率、高pf、低thd、高功率密度的特点，而llc谐振拓扑因其优异的性能成为业界发展方向；llc谐振原边功率管工作在zvs（零电压开关）模式，开关损耗小，效率高；同时llc谐振电路外围器件少，应用成本低，所以选用llc谐振电路成为工程师设计方案的首选拓扑；
3.但市场里通用的方案是采用：有源pfc（功率因数校正）电路与llc谐振电路组合，其中有源pfc部分的电路结构复杂，元器件数量多，这增加了方案应用的成本，同时增加了产品的故障率。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服以上所述的缺点，提供一种pfc电路模块及llc谐振控制电路。
5.为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下：
6.一种应用于llc谐振控制电路的pfc电路模块，连接在输入整流电路模块与llc谐振转换电路模块之间，包括电容c1、电容c2、电容c3、二极管d1和极性电容ec1，所述电容c1的一端连接在输入整流电路模块的一输入端上，所述电容c2的一端与输入整流电路模块的正输出端连接，所述电容c3和二极管d1并联后的一端与输入整流电路模块的正输出端相连，所述电容c1的另一端和电容c2的另一端相连后与llc谐振转换电路模块连接，所述电容c3和二极管d1并联后的另一端与极性电容ec1的正极、llc谐振转换电路模块电连接，且所述二极管d1的阴极与极性电容ec1的正极连接，所述电容c3形成llc谐振转换电路模块的谐振电容，所述极性电容ec1的负极接地。
7.本实用新型还提供了一种llc谐振控制电路，包括有输入整流电路模块、llc谐振转换电路模块、半桥ic驱动模块、输出整流电路模块、输出反馈电路模块以及如上述所述的pfc电路模块；
8.所述电容c3和二极管d1并联后的另一端还与半桥ic驱动模块电连接，所述llc谐振转换电路模块与输出整流电路模块、半桥ic驱动模块电连接，所述输出反馈电路模块与输出整流电路模块、半桥ic驱动模块电连接。
9.本实用新型进一步地，所述llc谐振转换电路模块包括有谐振电感l1、变压器t1、功率管q1、功率管q2、二极管d3、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、电阻r22，
10.所述谐振电感l1的一端与电容c1和电容c2的公共端连接，所述变压器t1的输入绕组的同名端与谐振电感l1的另一端连接，所述功率管q1的漏极与电容c3的另一端连接，所述功率管q2的漏极和功率管q1的源极相连后与半桥ic驱动模块电连接，所述功率管q2的源极接地，所述变压器t1的输入绕组的异名端与功率管q1的源极连接，所述电阻r19和电阻
r18的一端并联后与功率管q1的栅极连接，所述电阻r18的另一端与功率管q1的源极连接，所述电阻r19的另一端与半桥ic驱动模块电连接，所述电阻r16的一端与功率管q2的栅极连接，所述电阻r16的另一端与半桥ic驱动模块电连接，所述电阻r17的一端与功率管q2的栅极连接，所述电阻r17的另一端接地，所述二极管d3的阳极与变压器t1的原边辅助绕组的同名端连接，所述电阻r22的一端与二极管d3的阴极连接，所述电阻r22的另一端与半桥ic驱动模块电连接，所述变压器t1的原边辅助绕组的异名端接地。
11.本实用新型进一步地，所述llc谐振转换电路模块还包括有电流反馈单元，所述电流反馈单元包括电阻r20和电容c13，所述电阻r20和电容c13串联后的一端与电容c1和电容c2的公共端连接，所述电阻r20和电容c13串联后的另一端与半桥ic驱动模块电连接。
12.本实用新型进一步地，所述谐振电感l1集成于变压器t1内。
13.本实用新型进一步地，所述输出整流电路模块包括二极管d4、二极管d2、极性电容ec2、电阻r15，
14.所述二极二极管d4的阳极与变压器t1的输出绕组的同名端连接，所述二极管d2的阳极与变压器t1的副边辅助绕组的异名端连接，所述二极管d4的阴极与二极管d2管的阴极相连，所述极性电容ec2、电阻r15分别并联在变压器t1的输出绕组的同名端与异名端之间，且所述极性电容ec2的正极与二极管d4的阴极连接，所述变压器t1的输出绕组的异名端与其副边辅助绕组的同名端连接。
15.本实用新型进一步地，所述输出反馈电路模块包括光电耦合器u1、稳压二极管u2、电阻r21、电阻r29、电阻r28、电阻r23、电阻r24、电容c15、电阻r27、电容c14，
16.所述电阻r21、电阻r29的一端并联后与极性电容的正极连接，所述电阻r21的另一端与光电耦合器u1的第一引脚连接，所述电阻r28的一端与电阻r29的另一端连接，所述电阻r24和电容c15串联后的一端与电阻r28的另一端连接，所述电阻r24和电容c15串联后的另一端与光电耦合器u1的第二引脚连接，所述电阻r23的两端分别与光电耦合器u1的第一引脚、第二引脚连接，所述电阻r27的一端与电阻r28的另一端连接，所述电阻r27的另一端接地，所述稳压二极管u2的参考端连接在电阻r28与电阻r27之间，所述稳压二极管u2的阳极接地，所述稳压二极管u2的阴极与光电耦合器u1的第二引脚连接，所述光电耦合器u1的第三引脚接地，所述电容c14的两端分别与光电耦合器u1的第三引脚、第四引脚连接，所述光电耦合器u1的第四引脚与半桥ic驱动模块连接。
17.本实用新型的有益效果为：本实用新型通过在pfc电路模块中设置电容c1，且将电容c1的两端分别连接输入整流电路模块的一输入端和llc谐振转换电路模块，从而能够对外界输入信号源的电压过零点位置进行有效补偿，改善输入整流电路模块参数差异所带来的性能不一致的现象，从而进一步提升pfc电路模块对整个电路的pf值调整，具有更高的pf值和更低的thd值优点，且结构简单，利于降低产品的故障率。
18.本实用新型通过在输入整流电路模块和llc谐振转换电路模块之间设置pfc电路模块，从而提高整个电路的pfc参数，同时利用电容c2构成llc谐振转换电路模块的谐振电容，从而能够利用llc谐振信号与pfc电路模块结合实现功率因数校正，整体电路结构的元器件数量更少，极大降低了电路应用成本。
附图说明
19.图1是本实用新型实施例一提供的电路原理图；
20.图2是本实用新型实施例一提供的pfc电路模块的电路图；
21.图3是本实用新型实施例一提供的llc谐振转换电路模块的电路图；
22.图4是本实用新型施例一提供的输出整流电路模块的电路图；
23.图5是本实用新型施例一提供的输出反馈电路模块的电路图；
24.图6是本实用新型施例一提供的在使用电容c1对外界输入信号源补偿时的测试图；
25.图7是本实用新型施例一提供的在未使用电容c1时外界输入信号源的测试图；
26.图8是本实用新型施例一提供的电容c2和电容c3的工作波形图；
27.图9是本实用新型施例二提供的电路原理图；
28.附图标记说明：100、输入整流电路模块；200、llc谐振转换电路模块；300、半桥ic驱动模块；400、输出整流电路模块；500、输出反馈电路模块；600、pfc电路模块。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明，并不是把本实用新型的实施范围局限于此。
30.实施例一：如图1至图8所示，本实施例提供了一种llc谐振控制电路，包括有输入整流电路模块100、llc谐振转换电路模块200、半桥ic驱动模块300、输出整流电路模块400、输出反馈电路模块500以及pfc电路模块600；
31.该pfc电路模块600连接在输入整流电路模块100与llc谐振转换电路模块200之间，包括电容c1、电容c2、电容c3、二极管d1和极性电容ec1，所述电容c1的一端连接在输入整流电路模块100的一输入端上，所述电容c2的一端与输入整流电路模块100的正输出端连接，所述电容c3和二极管d1并联后的一端与输入整流电路模块100的正输出端相连，所述电容c1的另一端和电容c2的另一端相连后与llc谐振转换电路模块200连接，所述电容c3和二极管d1并联后的另一端与极性电容ec1的正极、llc谐振转换电路模块200电连接，且所述二极管d1的阴极与极性电容ec1的正极连接，所述电容c3形成llc谐振转换电路模块200的谐振电容，所述极性电容ec1的负极接地；
32.所述电容c3和二极管d1并联后的另一端还与半桥ic驱动模块300电连接，所述llc谐振转换电路模块200与输出整流电路模块400、半桥ic驱动模块300电连接，所述输出反馈电路模块500与输出整流电路模块400、半桥ic驱动模块300电连接。
33.实际使用时，输入整流电路模块100将外界输入信号源进行整流后输出脉动的直流电压信号至pfc电路模块600上，pfc电路模块600对输入整流电路模块100输出的直流电压信号进行功率因数校正后输出至llc谐振转换电路模块200上，然后llc谐振转换电路模块200将校正后的电压信号输出至输出整流电路模块400上，输出整流电路模块400对电压信号进行整流滤波后向外界负载输出所需的电压，同时输出反馈电路模块500对输出整流电路模块400的输出电压进行反馈至半桥ic驱动模块300上，以便半桥ic驱动模块300控制输出整流电路模块400的输出功率。
34.具体地，输入整流电路模块100采用四个二极管构成的全桥整流电路实现，同时
pfc电路模块600的电容c1对外界输入信号源的电压过零点位置进行补偿，改善输入整流电路模块100中的二极管参数的差异，如功率因数pf值和电流谐波thd，以解决输入整流电路模块100中的二极管之间性能不一致的现象，有助于提升输入整流电路模块100特性的一致性和生产可行性，如图6和图7所示，从而进一步提升pfc电路模块600的功率因数校正，使得整个电路的pf值更趋近于1以及thd值更小，在输入整流电路模块100的输出电压高于ec1两端的电压时，二极管d1导通，输入整流电路模块100直接给极性电容ec1充电，为llc谐振转换电路模块200供电和为半桥ic驱动模块300供电；而当输入整流电路模块100的输出电压低于极性电容ec1的电压时,此时输入整流电路模块100在llc谐振转换电路模块200为低电平时给谐振电容c2充电，二极管d1关断，电容c3与谐振电容c2串联，闭环了llc谐振环路，输入整流电路模块100在llc谐振转换电路模块200为高电平时，谐振电容c2将输入整流电路模块100的输出电压的电平抬高，使得输入整流电路模块100无法向pfc电路模块600输出电压信号，而二极管d1导通，谐振电容c2为极性电容ec1充电，如图8所示，图8中的ch2为电容c2的电压波形图，图8中的ch3为电容c3的电压波形图，图8中的ch4为电容c2的电流波形图；
35.当llc谐振转换电路模块200产生高频振荡信号时，输入整流电路模块100将高频振荡信号断续地为极性电容ec1充电，从而增加了输入整流电路模块100为极性电容ec1充电的时间，进而提高了pfc参数。
36.本实施例通过在pfc电路模块600中设置电容c1，且将电容c1的两端分别连接输入整流电路模块100的一输入端和llc谐振转换电路模块200，从而能够对外界输入信号源的电压过零点位置进行有效补偿，改善输入整流电路模块100参数差异所带来的性能不一致的现象，从而进一步提升pfc电路模块600对整个电路的pf值调整，具有更高的pf值和更低的thd值优点，且结构简单，利于降低产品的故障率。
37.本实施例通过在输入整流电路模块100和llc谐振转换电路模块200之间设置pfc电路模块600，从而提高整个电路的pfc参数，同时利用电容c2构成llc谐振转换电路模块200的谐振电容，从而能够利用llc谐振信号与pfc电路模块600结合实现功率因数校正，整体电路结构更为简单，极大降低了电路应用成本。
38.基于上述实施例的基础上，进一步地，所述llc谐振转换电路模块200包括有谐振电感l1、变压器t1、功率管q1、功率管q2、二极管d3、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、电阻r22；所述谐振电感l1的一端与电容c1和电容c2的公共端连接，所述变压器t1的输入绕组的同名端与谐振电感l1的另一端连接，所述功率管q1的漏极与电容c3的另一端连接，所述功率管q2的漏极和功率管q1的源极相连后与半桥ic驱动模块300电连接，所述功率管q2的源极接地，所述变压器t1的输入绕组的异名端与功率管q1的源极连接，所述电阻r19和电阻r18的一端并联后与功率管q1的栅极连接，所述电阻r18的另一端与功率管q1的源极连接，所述电阻r19的另一端与半桥ic驱动模块300电连接，所述电阻r16的一端与功率管q2的栅极连接，所述电阻r16的另一端与半桥ic驱动模块300电连接，所述电阻r17的一端与功率管q2的栅极连接，所述电阻r17的另一端接地，所述二极管d3的阳极与变压器t1的原边辅助绕组的同名端连接，所述电阻r22的一端与二极管d3的阴极连接，所述电阻r22的另一端与半桥ic驱动模块300电连接，所述变压器t1的原边辅助绕组的异名端接地。
39.在上述电路中，功率管q1、功率管q2、谐振电感l1、谐振电容c2变压器t1以及输入整流电路模块100构成llc谐振环路，功率管q1、功率管q2均采用nmos管，并利用半桥ic驱动
模块300对llc谐振环路中的功率管q1、功率管q2直接驱动控制，省去了功率管的驱动变压器，提高了电路的响应速度的同时，也使得llc谐振环路能够工作在更高的频率，进而可缩小外围电感和电容的尺寸，有效降低应用成本。本实施例的谐振电感l1和变压器t1采用分体式设计。
40.基于上述实施例的基础上，进一步地，所述llc谐振转换电路模块200还包括有电流反馈单元，所述电流反馈单元包括电阻r20和电容c13，所述电阻r20和电容c13串联后的一端与电容c1和电容c2的公共端连接，所述电阻r20和电容c13串联后的另一端与半桥ic驱动模块300电连接。本实施例通过设置电流反馈单元对llc谐振回路的电流信号进行采集，通过电阻r20和电容13将llc谐振环路的电流信号转换电压信号反馈至半桥ic驱动模块300中，以便半桥ic驱动模块300调整输出整流电路模块400的输出功率。
41.基于上述实施例的基础上，进一步地，所述输出整流电路模块400包括二极管d4、二极管d2、极性电容ec2和电阻r15；
42.所述二极二极管d4的阳极与变压器t1的输出绕组的同名端连接，所述二极管d2的阳极与变压器t1的副边辅助绕组的异名端连接，所述二极管d4的阴极与二极管d2管的阴极相连，所述极性电容ec2、电阻r15分别并联在变压器t1的输出绕组的同名端与异名端之间，且所述极性电容ec2的正极与二极管d4的阴极连接，所述变压器t1的输出绕组的异名端与其副边辅助绕组的同名端连接。本实施例利用二极管d2和二极管d4对llc谐振转换电路模块200的输出信号进行整流，通过极性电容ec2和电阻r15对整流的输出信号进行滤波后向外界负载输出。
43.基于上述实施例的基础上，进一步地，所述输出反馈电路模块500包括光电耦合器u1、稳压二极管u2、电阻r21、电阻r29、电阻r28、电阻r23、电阻r24、电容c15、电阻r27、电容c14，所述电阻r21、电阻r29的一端并联后与极性电容的正极连接，所述电阻r21的另一端与光电耦合器u1的第一引脚连接，所述电阻r28的一端与电阻r29的另一端连接，所述电阻r24和电容c15串联后的一端与电阻r28的另一端连接，所述电阻r24和电容c15串联后的另一端与光电耦合器u1的第二引脚连接，所述电阻r23的两端分别与光电耦合器u1的第一引脚、第二引脚连接，所述电阻r27的一端与电阻r28的另一端连接，所述电阻r27的另一端接地，所述稳压二极管u2的参考端连接在电阻r28与电阻r27之间，所述稳压二极管u2的阳极接地，所述稳压二极管u2的阴极与光电耦合器u1的第二引脚连接，所述光电耦合器u1的第三引脚接地，所述电容c14的两端分别与光电耦合器u1的第三引脚、第四引脚连接，所述光电耦合器u1的第四引脚与半桥ic驱动模块300连接。
44.本实施例中的半桥ic驱动模块300中的半桥驱动ic芯片采用l6599，也可以采用rsc6105s，也可以是其他半桥驱动ic芯片，均为现有技术，这里不再详细描述，本实施例的半桥ic驱动模块300以半桥驱动ic芯片l6599为例、以及芯片l6599配合的外围电路组成，对功率管q1、功率管q2进行驱动控制，以及对采集到的llc谐振环路的电流信号进行处理以及对输出反馈电路模块500采集的信号进行处理，以控制输出整流电路模块400的输出功率。
45.实施例二，如图9所示，本实施例与实施例一的区别在于，所述谐振电感l1集成于变压器t1内；其余电路结构与实施例一相同，这里不再赘述。本实施例的工作原理与实施例一相同，本实施例通过将谐振电感l1集成在变压器t1内，减少元器件的数量，结构更为可靠。
46.以上所述仅是本实用新型的一个较佳实施例，故凡依本实用新型专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，包含在本实用新型专利申请的保护范围内。