单控双级升压式PFC电路及浪涌抑制电路的制作方法

本发明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。

背景技术：

1、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。

2、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

1、本发明的目的在于提供一种单控双级升压式pfc电路。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、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；

4、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；

5、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；

6、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；

7、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。

8、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。

9、优选的，所述c4为高压电解电容。

10、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。

11、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。

12、本发明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。

13、本发明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。

14、本发明的有益效果如下：

15、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。

16、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。

17、3、该电路只需一个耦合电感和一个控制芯片，控制简单。

18、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。

19、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。

技术特征：

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；

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，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。

3.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c4为高压电解电容。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的单控双级升压式pfc电路，其特征在于：所述场效应晶体管为第三代宽禁带半导体功率mosfet或hemt。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的单控双级升压式pfc电路，其特征在于：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。

6.一种浪涌抑制电路，与权利要求1-5中任一项所述的单控双级升压式pfc电路配合使用，其特征在于包括开关管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。

技术总结
本发明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。

技术研发人员：周祥兵,高潮,郭慧,韩佳乐,顾裕谭,汪瑞
受保护的技术使用者：扬州江新电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14