功率因数校正pfc电路的过流保护装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及家用电器技术领域，特别涉及一种PFC(PowerFactorCorrection，功 率因数校正）电路的过流保护装置和一种PFC电路的过流保护方法。
【背景技术】
[0002] 目前，很多具有节能效果的白色家电如变频空调、冰箱等都需要直流供电，因此需 要将电网提供的单相或三相交流电经整流电路转换为直流电。而为了减少用电设备产生的 电流谐波和无功功率，提高电网电能质量，PFC电路成为必不可少的一个环节。
[0003] 在家电设备中，PFC电路通常为Boost型PFC电路，该电路主要包括电感、快恢复 二极管和IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘概双极型晶体管），其中，IGBT 是实现升压功能和功率因数校正功能的重要器件，并且IGBT价格昂贵，在过流或过压的情 况下容易损坏，因此对IGBT的保护极为重要。
[0004] 通常，对IGBT的保护主要分为硬件保护和软件保护。其中，硬件保护主要是通过 比较电路，将通过IGBT的当前电流与电流阈值（最大允许通过的电流值）进行比较，如果 当前电流超过电流阈值，则比较电路输出保护信号以关断PFC电路。软件保护是通过采样 的PFC电路的输入电流与设定的最大电流值进行比较，当采样的当前输入电流超过最大电 流值时，通过设置IGBT的导通占空比为零来关断PFC电路。
[0005] 但是上述方法存在两个问题，一是未辨别电流是否流经过IGBT，即只要当前输入 电流超过电流阈值（一般为IGBT允许流过的最大电流值）就进行保护，但实际上PFC电路 中其他元器件的额定电流是超过该电流阈值的，当IGBT处于关断状态时不一定需要进行 保护；其次，当PFC电路开启时，通常是在PFC电路的电流已经达到或超过电流阈值时才进 行保护，因此存在一定的滞后，有可能IGBT已经发生损坏才进行保护。因此，需要对IGBT 的保护方法进行改进。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的 一个目的在于提出一种能够提高过流保护响应速度，进而提高PFC电路可靠性的PFC电路 的过流保护装置。
[0007]本发明的另一个目的在于提出一种PFC电路的过流保护方法。
[0008] 为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种PFC电路的过流保护装置，包 括：第一电压检测模块，所述第一电压检测模块用于检测所述PFC电路的输入电压；电流检 测模块，所述电流检测模块用于检测所述PFC电路的输入电流；第二电压检测模块，所述第 二电压检测模块用于检测所述PFC电路的输出电压；电流过流保护模块，所述电流过流保 护模块分别与所述第一电压检测模块、所述电流检测模块和所述第二电压检测模块相连， 所述电流过流保护模块在所述输入电流小于或等于预设的最大允许电流且所述输入电压 小于或等于所述输出电压时生成第一保护信号；PFC控制模块，所述PFC控制模块与所述电 流过流保护模块相连，所述PFC控制模块在接收到所述电流过流保护模块发送的所述第一 保护信号时计算所述PFC电路在下一开关周期的占空比，并计算所述PFC电路在所述下一 开关周期的最大允许占空比，以及根据所述PFC电路在下一开关周期的占空比和所述最大 允许占空比对所述PFC电路进行控制。
[0009] 根据本发明实施例的PFC电路的过流保护装置，通过第一电压检测模块检测PFC 电路的输入电压，并通过电流检测模块检测PFC电路的输入电流，以及通过第二电压检测 模块检测PFC电路的输出电压，电流过流保护模块在输入电流小于或等于预设的最大允许 电流且输入电压小于或等于输出电压时生成第一保护信号，PFC控制模块在接收到电流过 流保护模块发送的第一保护信号时计算PFC电路在下一开关周期的占空比，并计算PFC电 路在下一开关周期的最大允许占空比，以及根据PFC电路在下一开关周期的占空比和最大 允许占空比对PFC电路进行控制。因此，本发明实施例的PFC电路的过流保护装置通过对 PFC电路中开关管在下一个开关周期的最大允许占空比进行预测以对开关管的占空比进行 限制，避免开关管过流损坏，从而提高了过流保护的响应速度，进而提高了PFC电路的可靠 性。
[0010] 根据本发明的一个实施例，所述PFC控制模块根据以下公式计算所述PFC电路在 下一开关周期的占空比：
[0011]
[0012] 其中，AIinS当前开关周期内所述PFC电路的输入电流与下一开关周期内所述 PFC电路的目标输入电流之差，d为所述PFC电路在下一开关周期的占空比，f为所述PFC 电路的开关频率，L为PFC电感值，Vin为所述PFC电路的输入电压。
[0013] 根据本发明的一个实施例，所述PFC控制模块根据以下公式计算所述最大允许占 空比：
[0014]
[0015] 其中，(1_为所述最大允许占空比，I_为所述预设的最大允许电流，min{}为取小 值，△I。为预设的最大电流增量，f为所述PFC电路的开关频率，L为PFC电感值，Vin为所 述PFC电路的输入电压，4为当前开关周期内所述PFC电路的输入电流。
[0016] 根据本发明的一个实施例，所述PFC控制模块根据所述PFC电路在下一开关周期 的占空比和所述最大允许占空比对所述PFC电路进行控制时，其中，当所述PFC电路在下一 开关周期的占空比大于或等于所述最大允许占空比时，所述PFC控制模块根据所述最大允 许占空比对所述PFC电路中的开关管进行控制；当所述PFC电路在下一开关周期的占空比 小于所述最大允许占空比时，所述PFC控制模块根据所述PFC电路在下一开关周期的占空 比对所述PFC电路中的开关管进行控制。
[0017] 根据本发明的一个实施例，当所述输入电流大于所述预设的最大允许电流或所述 输入电压大于所述输出电压时，所述电流过流保护模块输出第二保护信号至所述PFC控制 模块，以使所述PFC控制模块输出到所述PFC电路的占空比为0。
[0018] 为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种PFC电路的过流保护方法， 包括以下步骤：检测所述PFC电路的输入电压和输入电流，并检测所述PFC电路的输出电 压；当所述输入电流小于或等于预设的最大允许电流且所述输入电压小于或等于所述输出 电压时，电流过流保护模块输出第一保护信号至PFC控制模块；所述PFC控制模块在接收到 所述电流过流保护模块发送的所述第一保护信号时计算所述PFC电路在下一开关周期的 占空比，并计算所述PFC电路在所述下一开关周期的最大允许占空比，以及根据所述PFC电 路在下一开关周期的占空比和所述最大允许占空比对所述PFC电路进行控制。
[0019] 根据本发明实施例的PFC电路的过流保护方法，实时检测PFC电路的输入电压、 输入电流和输出电压，当输入电流小于或等于预设的最大允许电流且输入电压小于或等于 输出电压时，电流过流保护模块输出第一保护信号至PFC控制模块，PFC控制模块在接收到 电流过流保护模块发送的第一保护信号时计算PFC电路在下一开关周期的占空比，并计算 PFC电路在下一开关周期的最大允许占空比，以及根据PFC电路在下一开关周期的占空比 和最大允许占空比对PFC电路进行控制。因此，本发明实施例的PFC电路的过流保护方法 通过对PFC电路中开关管在下一个开关周期的最大允许占空比进行预测以对开关管的占 空比进行限制，避免开关管过流损坏，从而提高了过流保护的响应速度，进而提高了PFC电 路的可靠性。
[0020] 根据本发明的一个实施例，根据以下公式计算所述PFC电路在下一开关周期的占 空比：
[0021]
[0022] 其中，AIinS当前开关周期内所述PFC电路的输入电流与下一开关周期内所述 PFC电路的目标输入电流之差，d为所述PFC电路在下一开关周期的占空比，f为所述PFC 电路的开关频率，L为PFC电感值，Vin为所述PFC电路的输入电压。
[0023] 根据本发明的一个实施例，根据以下公式计算所述最大允许占空比：
[0024]
[0025] 其中，(1_为所述最大允许占空比，I_为所述预设的最大允许电流，min{}为取小 值，△I。为预设的最大电流增量，f为所述PFC电路的开关频率，L为PFC电感值，Vin为所 述PFC电路的输入电压，4为当前开关周期内所述PFC电路的输入电流。
[0026] 根据本发明的一个实施例，所述PFC控制模块根据所述PFC电路在下一开关周期 的占空比和所述最大允许占空比对所述PFC电路进行控制，具体包括：当所述PFC电路在下 一开关周期的占空比大于或等于所述最大允许占空比时，所述PFC控制模块根据所述最大 允许占空比对所述PFC电路中的开关管进行控制；当所述PFC电路在下一开关周期的占空 比小于所述最大允许占空比时，所述PFC控制模块根据所述PFC电路在下一开关周期的占 空比对所述PFC电路中的开关管进行控制。
[0027] 根据本发明的一个实施例，上述的PFC电路的过流保护方法，还包括：当所述输入 电流大于所述预设的最大允许电流或所述输入电压大于所述输出电压时，所述电流过流保 护模块输出第二保护信号至所述PFC控制模块，以使所述PFC控制模块输出到所述PFC电 路的占空比为0。
【附图说明】
[0028]图1是根据本发明一个实施例的PFC电路的过流保护装置的电路结构示意图。
[0029] 图2是根据本发明的一个实施例的开关