一种PFC开关电源的主控芯片电路和方法与流程

本发明涉及开关电源技术领域，是一种PFC开关电源的主控芯片电路和方法。

背景技术：

已有技术如单级反激和半桥及全桥功率因数校正(PFC)开关电源具有高功率因数(PF)、低谐波、高效率等特点，广泛应用于现代电子设备中。然而，在已有的单级反激PFC开关电源的主控芯片的应用电路中，MOS开关晶体管存在过高反向电压和尖峰反冲高压干扰的问题，且需要过零检测电路。而半桥或全桥PFC开关电源的电路过于复杂、成本高。已有的降压型有源PFC开关电源驱动芯片如上海晶丰明源半导体股份有限公司的BP2318等芯片，其PF值难于达到0.95，谐波值也难于符合大功率电源的国家相关标准。同时该类PFC开关电源驱动芯片还必须包含过零检测电路和乘法器等电路，结构复杂，芯片成本相对增加。

技术实现要素：

本发明的一种PFC开关电源主控芯片电路和方法。该芯片的主电路是专门改造的射极定时多谐压控振荡器电路。普通的射极定时多谐压控振荡器是仅对其定时电容CT的正向充电电流I(+)和反向充电电流I(-)的大小进行控制的调频(FM)电路。而本发明对I(+)和I(-)的大小和比值同时进行控制而改造成为调频(FM)加脉宽调制(PWM)电路，其控制信号来自MOS开关晶体管的瞬态电流，也是间接来自交流市电整流母线电压。当母线瞬态电压升高时，本芯片专门改造的射极定时多谐压控振荡器的输出开关信号的频率相应增加，而其脉宽相应减小。采用本芯片的开关电源的效率高达95％、PF高达0.98、谐波低并符合国家对大功率电源的相关标准、MOS开关晶体管的工作反压低且无尖峰反冲高压干扰、其内部电路结构特别简单、无需过零检测电路和乘法器等电路、可靠性高、成本低。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。该主控芯片由稳压电路1和专门改造的射极定时多谐压控振荡器电路2组成。该主控芯片可以为8管脚的集成电路，其中稳压电路1为常规稳压电路，管脚⑧是稳压电路1的正电源端输入端，稳压电路1稳压输出与专门改造的射极定时多谐压控振荡器电路2相连，给专门改造的射极定时多谐压控振荡器电路2提供低压直流电源。管脚④为专门改造的射极定时多谐压控振荡器电路2的控制信号VI输入端,它连接MOS开关晶体管TM的源极和电流采样电阻RSA的一端，管脚⑤为专门改造的射极定时多谐压控振荡器电路2的开关控制信号VO输出端,它与TM的栅极相连，管脚⑥和⑦为专门改造的射极定时多谐压控振荡器电路2的定时电容CT的外接端子，管脚②为专门改造的射极定时多谐压控振荡器电路2的功率因数(PF)的调整端子,它与外部电阻RPH的一端连接，管脚①为参考地(GND)端,管脚③为空置(NC)端。

该芯片的应用电路包括整流桥B1、高压滤波电容CH1～CH3、高压电源取电电阻RH1、MOS开关晶体管TM、快速恢复二极管DH、电感L1、同向串联的LED负载LED1～LEDN、电流采样电阻RSA、低压滤波电容CL1、定时电容CT、调节PF的电阻RPH。

其中B1的两个输入端连交流市电(AC)端，B1的负输出端接GND，B1的正输出端为高压VH，CH1的一端连VH，CH1另一端连GND，RH1的一端连VH，RH1另一端连管脚⑧和CL1的一端，CL1的另一端连GND，CT的两端分别连管脚⑥和管脚⑦，RPH的一端连管脚②，RPH的另一端连GND，DH的负极连VH，DH的正极连TM的漏极和L1的一端，L1的另一端连同向串联的LED1～LEDN中的LEDN的负极和CH2的负极以及CH3的一端，LED1正极和CH2的正极以及CH3的另一端连VH，TM的栅极连管脚⑤，TM的源极连管脚④和RSA的一端，RSA的另一端连GND。

主控芯片内部电路由稳压电路1和专门改造的射极定时多谐压控振荡器电路2组成，其内部电路如下。稳压电路1由电阻R1、NPN晶体管T1、同向串联的二极管D1～D6、稳压管W1组成，其中R1的一端连T1的集电极和管脚⑧,R1的另一端连T1的基极和D1的正极,D6的负极连W1的负极,W1的正极连GND,T1的发射极为稳压电源的内部输出V+端,管脚①为GND端。专门改造的射极定时多谐压控振荡器电路2由NPN晶体管T2～T13、电阻R2～R15、二极管D7和D8、横向PNP晶体管Q1～Q3、稳压二极管W2和W3组成，其中R4的一端和R5的一端接V+，D7正极和D8正极接V+，R4的另一端连D7的负极并连T2的集电极以及T3的基极和T9的基极，R5的另一端连D8的负极并连T3的集电极以及T2的基极和T8的基极、T2的发射极与T4的集电极同时连管脚⑦，T3的发射极与T5的集电极同时连管脚⑥，T4的基极连T5的基极并连R2的一端和R3的一端，T4的发射极连R6的一端，T5的发射极连R7的一端和T7的集电极，R2的另一端连V+，R3和R6和R7的另一端连GND，T6的发射极连T7的发射极并连R10的一端以及管脚②，T6的基极连R8的一端和R9的一端，T6的集电极连R8的另一端同时连V+，T7的基极连管脚④，R9的另一端和R10的另一端连GND，T8的发射极连W2的负极，T8的集电极连V+，T9的发射极连W3的负极，T9的集电极连V+，W2的正极连T11的基极以及R12的一端，R12的另一端连GND，W3的正极连T10的基极以及R13的一端，R13的另一端连GND，T10的发射极连T11的发射极同时连R14的一端，R14的另一端接GND，T10的集电极连V+，T11的集电极连T12的基极同时连R11的一端，R11的另一端连V+，T12的发射极连GND，T12的集电极连Q2的集电极和T13的基极以及Q3的基极，Q1的发射极连V+，Q1的基极和集电极短接同时连Q2的基极和R15的一端，R15的另一端连GND，Q2的发射极接V+，Q3的发射极连T13的发射极同时连管脚⑤，Q3的集电极连GND,T13的集电极连V+，管脚③为空置(NC)端。

附图说明

图1是本发明中主控芯片及其外围电路的电路原理图；

图2是本发明中主控芯片的内部电路原理图。

具体实施方式

实施例1，如图1所示，该主控芯片由稳压电路1和专门改造的射极定时多谐压控振荡器电路2组成。该主控芯片可以为8管脚的集成电路，其中稳压电路1为常规稳压电路，管脚⑧是稳压电路1的正电源端输入端，稳压电路1稳压输出与专门改造的射极定时多谐压控振荡器电路2相连，给专门改造的射极定时多谐压控振荡器电路2提供低压直流电源。管脚④为专门改造的射极定时多谐压控振荡器电路2的控制信号VI输入端,它连接MOS开关晶体管TM的源极和电流采样电阻RSA的一端，管脚⑤为专门改造的射极定时多谐压控振荡器电路2的开关控制信号VO输出端,它与TM的栅极相连，管脚⑥和⑦为专门改造的射极定时多谐压控振荡器电路2的定时电容CT的外接端子，管脚②为专门改造的射极定时多谐压控振荡器电路2的功率因数(PF)的调整端子,它与外部电阻RPH的一端连接，管脚①为参考地(GND)端,管脚③为空置(NC)端。

该芯片的应用电路包括整流桥B1、高压滤波电容CH1～CH3、高压电源取电电阻RH1、MOS开关晶体管TM、快速恢复二极管DH、电感L1、同向串联的LED负载LED1～LEDN、电流采样电阻RSA、低压滤波电容CL1、定时电容CT、调节PF的电阻RPH。

其中B1的两个输入端连交流市电(AC)端，B1的负输出端接GND，B1的正输出端为高压VH，CH1的一端连VH，CH1另一端连GND，RH1的一端连VH，RH1另一端连管脚⑧和CL1的一端，CL1的另一端连GND，CT的两端分别连管脚⑥和管脚⑦，RPH的一端连管脚②，RPH的另一端连GND，DH的负极连VH，DH的正极连TM的漏极和L1的一端，L1的另一端连同向串联的LED1～LEDN中的LEDN的负极和CH2的负极以及CH3的一端，LED1正极和CH2的正极以及CH3的另一端连VH，TM的栅极连管脚⑤，TM的源极连管脚④和RSA的一端，RSA的另一端连GND。

其中整流桥B1型号为DB157S，高压滤波电容CH1为1uF/630V,CH2为1000uF/200V，CH3为0.47uF/200V，低压滤波电容CL1为2.2uF/25V，定时电容CT为1nF/10V，高压电源取电电阻RH1为300K/0.5W，MOS开关晶体管TM型号为8N60，快速恢复二极管DH型号为MUR8100，电感L1为2mH/2A，同向串联的LED1～LEDN(N＝30)为3V/3W的蓝光或白光LED，电流采样电阻RSA为0.5Ω/1W，调节PF电阻RPH为100K/0.25W，该PFC开关电源的主控芯片为合肥云杉光电科技有限公司的产品，型号为YS81。

该应用电路典型参数为：输出功率100W±5％(AC 160～260V)，电源转换效率≥95％，功率因数(PF)≥0.98,谐波符合中国CCC、欧盟CE等标准对大功率开关电源的谐波限值要求。

实施例2，如图2所示，主控芯片内部电路由稳压电路1和专门改造的射极定时多谐压控振荡器电路2组成，其内部电路如下。稳压电路1由电阻R1、NPN晶体管T1、同向串联的二极管D1～D6、稳压管W1组成，其中R1的一端连T1的集电极和管脚⑧,R1的另一端连T1的基极和D1的正极,D6的负极连W1的负极,W1的正极连GND,T1的发射极为稳压电源的内部输出V+端,管脚①为GND端。专门改造的射极定时多谐压控振荡器电路2由NPN晶体管T2～T13、电阻R2～R15、二极管D7和D8、横向PNP晶体管Q1～Q3、稳压二极管W2和W3组成，其中R4的一端和R5的一端接V+，D7正极和D8正极接V+，R4的另一端连D7的负极并连T2的集电极以及T3的基极和T9的基极，R5的另一端连D8的负极并连T3的集电极以及T2的基极和T8的基极、T2的发射极与T4的集电极同时连管脚⑦，T3的发射极与T5的集电极同时连管脚⑥，T4的基极连T5的基极并连R2的一端和R3的一端，T4的发射极连R6的一端，T5的发射极连R7的一端和T7的集电极，R2的另一端连V+，R3和R6和R7的另一端连GND，T6的发射极连T7的发射极并连R10的一端以及管脚②，T6的基极连R8的一端和R9的一端，T6的集电极连R8的另一端同时连V+，T7的基极连管脚④，R9的另一端和R10的另一端连GND，T8的发射极连W2的负极，T8的集电极连V+，T9的发射极连W3的负极，T9的集电极连V+，W2的正极连T11的基极以及R12的一端，R12的另一端连GND，W3的正极连T10的基极以及R13的一端，R13的另一端连GND，T10的发射极连T11的发射极同时连R14的一端，R14的另一端接GND，T10的集电极连V+，T11的集电极连T12的基极同时连R11的一端，R11的另一端连V+，T12的发射极连GND，T12的集电极连Q2的集电极和T13的基极以及Q3的基极，Q1的发射极连V+，Q1的基极和集电极短接同时连Q2的基极和R15的一端，R15的另一端连GND，Q2的发射极接V+，Q3的发射极连T13的发射极同时连管脚⑤，Q3的集电极连GND,T13的集电极连V+，管脚③为空置(NC)端。

其中T1～T13为通用双极型NPN晶体管，Q1～Q3为横向双极型PNP晶体管，D1～D8为基极和集电极短接的正向使用NPN晶体管，W1～W3为基极和集电极短接的反向使用NPN晶体管，R1＝200K，R2＝120K，R3＝100K，R4＝30K，R5＝30K，R6＝100K，R7＝200K，R8＝200K，R9＝10K，R10＝100K，R11＝200K，R12＝100K，R13＝100K，R14＝30K，R15＝100K。该芯片的主要参数为：工作电压范围12V～18V，静态电流范围0.5mA～0.7mA，芯片的输出开关信号FM频率范围为2KHz～100KHz，PWM脉宽占空比范围为2/3～1/20，工作温度范围-55℃～125℃。