一种有源功率因数校正电路及其启动方法与流程

本发明涉及功率因数校正技术领域，尤其涉及一种有源功率因数校正电路及其启动方法。

背景技术：

传统的有源功率因数校正电路(Active Power Factor Corrector，APFC)通常由整流模块11、升压模块12、采样模块13及控制器14组成，如图1所示，其工作原理为：通过采样模块13对所述升压模块12的输出电压信号和电流信号进行采样，得到采样电压信号和采样电流信号并输出给所述控制器14；所述控制器14根据所述采样电压信号和采样电流信号计算驱动信号的占空比，并输出所述驱动信号至所述升压模块12，从而控制所述升压模块12的开关管Q₁的导通或截止以使所述升压模块12的输入电流相位追踪输入电压的变化，从而抑制谐波电流，提高功率因数值。传统的APFC电路的软启动方式主要是采取控制驱动信号的占空比由小逐渐变大的方式或者高频率启动方式。

然而，发明人在实施本发明的过程中，发现现有的APFC电路的软启动方式至少存在以下问题：在启动的瞬间，PFC输出电压尚未建立，由于要对大电容充电，通过PFC电感的电流相对比较大；如果电源开关接通的瞬间是在正弦波的峰值处，此时PFC输出电压非常接近电源峰值电压，导致PFC电感的反向电动势电压非常小，无法实现磁复位，因此，几个工作周期后PFC电感直流叠加严重甚至饱和，流过PFC开关管的电流就会失去限制，从而经常损坏开关管。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种有源功率因数校正电路，通过控制有源功率因数校正电路启动期间的脉冲输出时刻，避免启动期间的瞬间大电流对开关器件的损坏，从而有效提高电路的安全性。

本发明提供一种有源功率因数校正电路，包括：整流模块、升压模块、采样模块、过零检测模块及控制器；

所述整流模块用于对输入的交流电进行整流滤波以获得直流电，并将获得的所述直流电输出至所述升压模块；

所述采样模块用于对所述升压模块的输出信号进行实时采样以得到采样信号；

所述过零检测模块用于实时检测所述交流电的瞬时值，并在检测到所述交流电的瞬时值的绝对值小于一预设的第一阈值时，生成一开关信号并输出至所述控制器；

所述控制器，用于在所述有源功率因数校正电路启动期间，接收到所述开关信号及接收到所述采样模块发送的采样信号达到一预设的第二阈值时，根据所述采样信号生成驱动信号输出至所述升压模块，以控制所述升压模块的工作模式；其中，所述工作模式包括充电模式和放电模式。

上述方案中，通过在所述有源功率因数校正电路启动期间，检测输入的交流电，控制所述控制器的驱动输出时刻为所述交流电的瞬时值的绝对值小于一预设的第一阈值的区间，避免所述有源功率因数校正电路在所述交流电的峰值电压处启动，导致所述升压模块中的电感电流瞬间增大甚至达到饱和而损坏所述升压模块的开关管，因此，能够有效提高所述有源功率因数校正电路的安全性。

优选的，所述采样模块包括电压采样电路和电流采样电路；

所述电压采样电路，用于对所述升压模块的输出电压信号进行实时采样以得到采样电压信号；

所述电流采样电路，用于对所述升压模块的输出电流信号进行实时采样以得到采样电流信号。

本优选方案中，根据所述升压模块的输出电压和输出电流的反馈值控制用于控制所述升压模块的开关管的通断的驱动信号的占空比，使所述升压模块的输入电流相位跟踪输入电压变化，从而抑制谐波电流，提高功率因数值。

优选的，所述第二阈值包括第二电压阈值和第二电流阈值；

所述控制器具体用于：

在所述有源功率因数校正电路启动期间，接收到所述过零检测模块发送的所述开关信号及接收到所述电压采样电路发送的采样电压信号达到第二电压阈值且所述电流采样电路发送的采样电流信号达到第二电流阈值时，根据所述采样电压信号和采样电流信号计算驱动信号的占空比，并生成所述驱动信号输出至所述升压模块，以控制所述升压模块的工作模式。

本优选方案中，控制所述控制器的驱动输出时刻为所述交流电的瞬时值的绝对值小于一预设的第一阈值的区间，避免所述有源功率因数校正电路在所述交流电的峰值电压处启动，导致所述升压模块中的电感电流瞬间增大甚至达到饱和而损坏所述升压模块的开关管。

优选的，所述升压模块包括一电感、一开关管、一二极管及一电容；

所述升压模块具有电流输入端、第一正输出端、第一负输出端及信号输入端；

所述电感的一端为所述升压模块的电流输入端，所述电感的另一端连接所述开关管的输出端及所述二极管的阳极；所述开关管的公共端连接所述电容的负极，所述二极管的阴极连接所述电容的正极；所述电容的正极为所述升压模块的第一正输出端，所述电容的负极为所述升压模块的第一负输出端，所述开关管的控制端为所述升压模块的信号输入端。

优选的，所述电压采样电路由串联连接的第一电阻和第二电阻组成；

所述电压采样电路具有第一正输入端、第一负输入端及第一输出端；

所述第一电阻和第二电阻的公共端为所述电压采样电路的第一输出端；所述第一电阻的另一端为所述电压采样电路的第一正输入端，连接所述升压模块的第一正输出端；所述第二电阻的另一端为所述电压采样电路的第一负输入端，连接所述升压模块的第一负输出端。

优选的，所述电流采样电路包括第三电阻；

所述电流采样电路具有第二输入端及第二输出端；

所述第三电阻的一端为所述电流采样电路的第二输入端，连接所述升压模块的第一负输出端；所述第三电阻的另一端为所述电流采样电路的第二输出端。

优选的，所述过零检测模块具有第一交流输入端、第二交流输入端及第三输出端；

所述过零检测模块的第一交流输入端和第二交流输入端之间连接交流电源；所述过零检测模块经所述第三输出端输出所述开关信号至所述控制器。

优选的，所述控制器具有电压采样端、电流采样端、第四输入端及第四输出端；

所述控制器的电压采样端连接所述电压采样电路的第一输出端；所述控制器的电流采样端连接所述电流采样电路的第二输出端；所述控制器的第四输入端连接所述过零检测模块的第三输出端；所述控制器的第四输出端连接所述升压模块的信号输入端。

优选的，所述整流模块包括由四个相互并联的二极管组成的全桥整流器；

所述全桥整流器具有第三交流输入端、第四交流输入端、第二正输出端及第二负输出端；

所述全桥整流器的第三交流输入端和第四交流输入端之间连接所述交流电源；所述全桥整流器的第二正输出端连接所述升压模块的电流输入端；所述全桥整流器的第二负输出端连接所述电流采样电路的第二输出端。

本发明还提供一种有源功率因数校正电路的启动方法，包括如下步骤：

对输入的交流电进行整流滤波以获得直流电，并将获得的所述直流电输出至有源功率因数校正电路的升压模块；

对所述升压模块的输出信号进行实时采样以得到采样信号；

实时检测所述交流电的瞬时值，并在检测到所述交流电的瞬时值的绝对值小于一预设的第一阈值时，生成一开关信号；

在生成所述开关信号及实时得到的所述采样信号达到一预设的第二阈值时，根据所述采样信号生成驱动信号输出至所述升压模块，以控制所述升压模块的工作模式；其中，所述工作模式包括充电模式和放电模式。

本发明提供的有源功率因数校正电路及其启动方法，具有如下有益效果：通过在所述有源功率因数校正电路启动期间，检测输入的交流电，控制所述控制器的驱动输出时刻为所述交流电的瞬时值的绝对值小于一预设的第一阈值的区间，避免所述有源功率因数校正电路在所述交流电的峰值电压处启动，导致所述升压模块中的电感电流瞬间增大甚至达到饱和而损坏所述升压模块的开关管，因此，能够有效提高所述有源功率因数校正电路的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的传统的有源功率因数校正电路的电路图。

图2是本发明提供的有源功率因数校正电路的一个实施例的结构示意图。

图3是本发明提供的有源功率因数校正电路的一个实施例的电路图。

图4是本发明实施例提供的有源功率因数校正电路的工作时序图。

图5，是本发明提供的有源功率因数校正电路的启动方法的一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2，是本发明提供的有源功率因数校正电路的一个实施例的结构示意图。

本发明实施例提供一种有源功率因数校正电路20，包括：整流模块21、升压模块22、采样模块23、过零检测模块24及控制器25；具体如下：

所述整流模块21用于对输入的交流电AC进行整流滤波以获得直流电，并将获得的所述直流电输出至所述升压模块22。

所述采样模块23用于对所述升压模块22的输出信号进行实时采样以得到采样信号。

所述过零检测模块24用于实时检测所述交流电AC的瞬时值，并在检测到所述交流电AC的瞬时值的绝对值小于一预设的第一阈值时，生成一开关信号并输出至所述控制器25。

所述控制器25，用于在所述有源功率因数校正电路20启动期间，接收到所述开关信号及接收到所述采样模块23发送的采样信号达到一预设的第二阈值时，根据所述采样信号生成驱动信号输出至所述升压模块22，以控制所述升压模块22的工作模式；其中，所述工作模式包括充电模式和放电模式。

优选的，所述采样模块23包括电压采样电路231和电流采样电路232；

所述电压采样电路231，用于对所述升压模块22的输出电压信号进行实时采样以得到采样电压信号；

所述电流采样电路232，用于对所述升压模块22的输出电流信号进行实时采样以得到采样电流信号。

因此，所述第二阈值包括第二电压阈值和第二电流阈值；

所述控制器25具体用于：

在所述有源功率因数校正电路20启动期间，接收到所述过零检测模块24发送的所述开关信号及接收到所述电压采样电路231发送的采样电压信号达到第二电压阈值且所述电流采样电路232发送的采样电流信号达到第二电流阈值时，根据所述采样电压信号和采样电流信号计算驱动信号的占空比，并生成所述驱动信号输出至所述升压模块22，以控制所述升压模块22的工作模式。

其中，所述第二电压阈值和第二电流阈值为触发所述控制器25生成驱动信号的有效条件，这些可根据实际需要进行设置，本发明不作限制。

需要说明的是，所述控制器25可通过适当调大所述驱动信号的占空比，使所述升压模块22快速建立稳定的输出电压，可缩短产品的电源建立时间，尤其针对有启机时间要求的产品。

可以理解的是，所述过零检测模块24可通过一开关器件连接到所述控制器25；在所述有源功率因数校正电路启动期间，也即所述升压模块22建立稳定的输出电压之前，接通所述开关器件使所述过零检测模块24与所述控制器25建立连接，而在所述升压模块22建立稳定的输出电压后，断开它们之间的连接。

请一并参阅图3，在本发明一个实施例中，所述升压模块22包括一电感L₁、一开关管Q₁、一二极管VD₁及一电容C₁；

所述升压模块22具有电流输入端、第一正输出端、第一负输出端及信号输入端；

所述电感L₁的一端为所述升压模块22的电流输入端，所述电感L₁的另一端连接所述开关管Q₁的输出端及所述二极管VD₁的阳极；所述开关管Q₁的公共端连接所述电容C₁的负极，所述二极管VD₁的阴极连接所述电容C₁的正极；所述电容C₁的正极为所述升压模块22的第一正输出端，所述电容C₁的负极为所述升压模块22的第一负输出端，所述开关管Q₁的控制端为所述升压模块22的信号输入端。

在具体实施当中，所述开关管Q1可以是三极管、场效应管、IGBT、晶闸管等三端控制器件或其派生器件。其中，开关管Q1的控制端、公共端及输出端，可以分别对应于三极管的基极、发射极、集电极，场效应管的栅极、源极、漏极、IGBT的栅极、发射极、集电极，单向晶闸管的栅极、阴极、阳极，双向晶闸管的栅极、端口1、端口2。

进一步的，所述电压采样电路231由串联连接的第一电阻R₁和第二电阻R₂组成；

所述电压采样电路231具有第一正输入端、第一负输入端及第一输出端；

所述第一电阻R₁和第二电阻R₂的公共端为所述电压采样电路231的第一输出端；所述第一电阻R₁的另一端为所述电压采样电路231的第一正输入端，连接所述升压模块22的第一正输出端；所述第二电阻R₂的另一端为所述电压采样电路231的第一负输入端，连接所述升压模块22的第一负输出端。

在具体实施当中，所述第一电阻R₁和第二电阻R₂组成分压电阻，从所述升压模块22的输出电压取一部分电压输出至所述控制模块25以做参考。

进一步的，所述电流采样电路232包括第三电阻R₃；

所述电流采样电路232具有第二输入端及第二输出端；

所述第三电阻R₃的一端为所述电流采样电路232的第二输入端，连接所述升压模块22的第一负输出端；所述第三电阻R₃的另一端为所述电流采样电路232的第二输出端。

在具体实施当中，在所述升压模块22的回路中串联所述第三电阻R₃，通过检测所述第三电阻R₃所在回路的电流，作为所述升压模块22的输出电流输出至所述控制器25以做参考。

进一步的，所述过零检测模块24具有第一交流输入端、第二交流输入端及第三输出端；

所述过零检测模块24的第一交流输入端和第二交流输入端之间连接交流电源；所述过零检测模块24经所述第三输出端输出所述开关信号至所述控制器25。

进一步的，所述控制器25具有电压采样端、电流采样端、第四输入端及第四输出端；

所述控制器25的电压采样端连接所述电压采样电路231的第一输出端；所述控制器25的电流采样端连接所述电流采样电路232的第二输出端；所述控制器25的第四输入端连接所述过零检测模块24的第三输出端；所述控制器25的第四输出端连接所述升压模块22的信号输入端。

优选的，所述控制器25可采用TMS320F28023芯片，提供所需的多个功能端口，实现信号的处理及传输。当然，所述控制器25还可以采用本领域技术人员公知的其他方法，这些均在本发明的保护范围之内，在此不作限制。

进一步的，所述整流模块21包括由四个相互并联的二极管组成的全桥整流器B₁；

所述全桥整流器B₁具有第三交流输入端、第四交流输入端、第二正输出端及第二负输出端；

所述全桥整流器B₁的第三交流输入端和第四交流输入端之间连接所述交流电源；所述全桥整流器B₁的第二正输出端连接所述升压模块22的电流输入端；所述全桥整流器B₁的第二负输出端连接所述电流采样电路232的第二输出端。

具体实施时，由于所述交流电AC(假设为正弦波)处于相位角90度和270度的两点分别为正振幅与负振幅最大的点，而0度(或360度)和180度均为零电压点。在接上所述交流电源的瞬间，所述交流电AC的相位角度有可能是0度～360度的任意一点。若在所述交流电源的峰值电压处接通，由于接通瞬间所述升压模块22的输出电压尚未建立，先对所述升压模块22的滤波电容C₁充电，此时所述升压模块22的输出电压非常接近峰值电压，导致当所述升压模块22的开关管Q₁截止时电感L₁的反向电动势电压非常小，无法实现所述电感L₁的磁复位，从而使得当所述开关管Q₁导通时所述电感L₁的电流叠加严重甚至饱和；在所述电感L₁磁饱和的情况下，流过所述开关管Q₁的电流就会失去限制，进而容易损坏开关管Q₁。

请一并参阅图4，为避免所述有源功率因数校正电路20启动期间的瞬间大电流对所述开关管Q₁的损坏，通过所述过零检测模块24先检测所述交流电AC，当检测所述交流电AC的瞬时值的绝对值小于所述第一阈值及接收到所述电压采样电路231发送的采样电压信号达到第二电压阈值且所述电流采样电路232发送的采样电流信号达到第二电流阈值时，所述控制器25生成驱动信号输出至所述开关管Q₁，则所述电感L₁的反向电动势电压为V_OUT-V_IN，而此时V_IN为很小的电压，甚至接近于零电压，因此，所述电感L₁的反向电动势电压足够大，可有效地保证所述电感L₁磁复位，从而避免所述电感L₁的瞬间大电流对所述开关管Q₁的损坏，有效提高了所述有源功率因数校正电路20的安全性。

需要说明的是，所述第一阈值为接近于零的数值，比如0.5V、1V、1.5V等，这些可根据实际的需要进行设置，本发明不做具体限制。

进一步地，本发明还提供一种有源功率因数校正电路的启动方法。

请参阅图5，是本发明提供的有源功率因数校正电路的启动方法的一个实施例的流程示意图。

本发明实施例提供一种有源功率因数校正电路的启动方法，包括步骤S51～S54，具体如下：

S51，对输入的交流电进行整流滤波以获得直流电，并将获得的所述直流电输出至有源功率因数校正电路的升压模块。

S52，对所述升压模块的输出信号进行实时采样以得到采样信号。

S53，实时检测所述交流电的瞬时值，并在检测到所述交流电的瞬时值的绝对值小于一预设的第一阈值时，生成一开关信号。

S54，在生成所述开关信号及实时得到的所述采样信号达到一预设的第二阈值时，根据所述采样信号生成驱动信号输出至所述升压模块，以控制所述升压模块的工作模式。

其中，所述工作模式包括充电模式和放电模式。

优选的，所述有源功率因数校正电路为图1所示的实施例描述的有源功率因数校正电路20，因此，本发明实施例的有源功率因数校正电路的启动方法的所有流程可由图1所示的实施例描述的有源功率因数校正电路20来执行，本发明实施例在此不做赘述。

本发明提供的有源功率因数校正电路及其启动方法，具有如下有益效果：通过所述有源功率因数校正电路启动期间，检测输入的交流电，控制所述控制器的驱动输出时刻为所述交流电的瞬时值的绝对值小于一预设的第一阈值的区间，避免所述有源功率因数校正电路在所述交流电的峰值电压处启动，导致所述升压模块中的电感电流瞬间增大甚至达到饱和而损坏所述升压模块的开关管，因此，能够有效提高所述有源功率因数校正电路的安全性。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。