过零信号处理电路、三相PFC电路及电源装置的制作方法

过零信号处理电路、三相pfc电路及电源装置
技术领域
[0001]
本实用新型涉及电源领域，特别涉及一种过零信号处理电路、三相pfc 电路及电源装置。


背景技术：

[0002]
三相电是我国工业供电的一种形式，是电能的一种输送形式，简称为三相电。三相交流电源，是由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120
°
的交流电势组成的电源。工业设备中多采用三相供电，供电时多采用三相维也纳拓扑进行处理，三相pfc电路本质是无桥式pfc，多种信号都是随正弦波输入的正负半周期而翻转极性，而单相pfc主控芯片只能适应正半周期输入，对于负半周期信号的极性逻辑是相反的，直接使用在三相维也纳拓扑中会造成失控。


技术实现要素：

[0003]
本实用新型的主要目的为提供一种过零信号处理电路、三相pfc电路及电源装置，能实现单相主控芯片控制三相pfc电路。
[0004]
本实用新型提出一种过零信号处理电路，包括：单相主控芯片、信号翻转电路、信号采集电路、周期检测电路、信号输入端、输入电压端；
[0005]
所述单相主控芯片与所述信号翻转电路的第一端连接，所述信号翻转电路的第二端与所述周期检测电路的第一端连接，所述信号采集电路的第一端与所述信号翻转电路的第二端连接，所述信号翻转电路的第三端与所述周期检测电路的第一端连接，所述周期检测电路的第二端与所述输入电压端连接，所述信号采集电路的第二端接地，所述信号采集电路的第三端与所述信号输入端连接。
[0006]
进一步地，所述信号采集电路包括电容、第一电阻、二极管；
[0007]
所述二极管的阳极接地，所述二极管的阳极作为所述信号采集电路的第二端，所述二极管的阴极与所述第一电阻的一端连接，所述二极管的阴极为所述信号采集电路的第一端，所述第一电阻的另一端与所述电容的一端连接，所述电容的另一端为所述信号采集电路的第三端。
[0008]
进一步地，所述信号翻转电路包括第二电阻、第三电阻、第一三极管；
[0009]
所述第二电阻的一端、第三电阻的一端与所述第一电阻的一端连接，所述第二电阻的一端为所述信号翻转电路的第二端，所述第二电阻的另一端通过所述周期检测电路连接于所述第一三极管的基极，所述第二电阻的另一端为所述信号翻转电路的第三端，所述第三电阻的另一端和所述单相主控芯片连接于所述第一三极管的集电极，所述第一三极管的集电极为所述信号翻转电路的第一端，所述第一三极管的发射极接地。
[0010]
进一步地，所述周期检测电路包括第一光耦、第二光耦、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二三极管；
[0011]
所述第一光耦包括第一发光二极管和第一光电三极管，所述第一光电三极管的集
电极与所述第二电阻的另一端连接，所述第一光电三极管为所述周期检测电路的第一端，所述第一光电三极管的发射极与所述第一三极管的栅极连接，所述第一发光二极管的阳极与所述第四电阻的一端连接，所述第一发光二极管的阴极与所述第二三极管的集电极连接，所述第二光耦包括第二发光二极管和第二光电三极管，所述第二光电三极管的集电极与外部电源连接，所述第二光电三极管的发射极与所述第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端连接于所述第一三极管的集电极，所述第二发光二极管的阳极连接于所述第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端与外部电源连接，所述第四电阻的另一端为所述周期检测电路的第二端，所述第二发光二极管的阴极连接于所述第二三极管的集电极，所述第二三极管的基极与所述第六电阻的一端连接，所述第六电阻的另一端与外部电路连接，所述第二三极管的发射极接地。
[0012]
进一步地，所述信号翻转电路还包括第七电阻，所述第七电阻连接于所述第一三极管的基极和发射极之间。
[0013]
进一步地，所述周期检测电路还包括第八电阻，所述第八电阻连接于所述第二三极管的基极和发射极之间。
[0014]
本申请还提供一种三相pfc电路，包括：输入电感电路、维也纳电路、以及上述任一项所述的过零信号处理电路；
[0015]
交流电源的每一相输出端连接一所述输入电感电路的一端，每一所述输入电感电路的另一端与一所述过零信号处理电路的信号输入端连接，且与所述维也纳电路的任一相输入端连接。
[0016]
进一步地，所述维也纳电路包括：三相整流桥、双向开关和电解电容，所述三相整流桥包括三个桥臂，三个所述桥臂并联，三个所述桥臂的一端通过一所述电解电容接地，三个所述桥臂的另一端通过一所述电解电容接地，所述维也纳电路的每一相输入端连接一所述桥臂中点和一双向开关的一端，所述双向开关的另一端接地。
[0017]
进一步地，所述双向开关包括第一mos管、第二mos管，所述第一 mos管的漏极连接所对应的所述维也纳电路的一相输入端，所述第一mos 管的源极与所述第二mos管的源极连接，所述第二mos管的漏极接地，所述第一mos管和所述第二mos管的栅极与外部控制电路连接。
[0018]
本实用新型还提供一种电源装置，包括上述任一项所述的三相pfc电路。
[0019]
本实用新型提供的过零信号处理电路、三相pfc电路及电源装置，根据输入正弦波电压的正负半周期自动调整电感电流过零信号的极性，正半周期让过零信号直接输出到单相主控芯片，负半周期把过零信号极性翻转再输出到单相主控芯片，进而使得单相主控芯片可以控制三相pfc电路。
附图说明
[0020]
图1为本实用新型一个实施例的过零信号处理电路的结构示意图；
[0021]
图2为本实用新型一个实施例的三相pfc电路的结构示意图。
[0022]
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0023]
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0024]
参照图1，本实用新型一实施例提供一种过零信号处理电路，包括：单相主控芯片40、信号翻转电路20、信号采集电路10、周期检测电路30、信号输入端、输入电压端；
[0025]
所述单相主控芯片40与所述信号翻转电路20的第一端连接，所述信号翻转电路20的第二端与所述周期检测电路30的第一端连接，所述信号采集电路10的第一端与所述信号翻转电路20的第二端连接，所述信号翻转电路 20的第三端与所述周期检测电路30的第一端连接，所述周期检测电路30的第二端与所述输入电压端连接，所述信号采集电路10的第二端接地，所述信号采集电路10的第三端与所述信号输入端连接。
[0026]
本实施例中，信号输入端流入的电流是随正弦波正负半周期交变的高频载波电流，过零信号是交流幅值为零(正负转换)的那一时间的信号，过零信号输入到单相主控芯片40中，单相主控芯片40通过过零信号控制与其连接的开关的导通或关断。周期检测电路30检测输入电压正弦波的周期状态，即检测当前输入电压正弦波是处于正半周期还是处于负半周期，根据检测结果控制周期检测电路30导通或截止，当输入电压正弦波为正半周期时，周期检测电路30截止，当输入电压正弦波为负半周期时，周期检测电路30导通。信号采集电路10采集过零信号，信号翻转电路20在输入电压正弦波在负半周期时切换过零信号的极性后再输入到单相主控芯片40中，从而使得单相主控芯片40也能控制三相pfc电路。
[0027]
具体的，所述信号采集电路10包括电容c1、第一电阻r1、二极管z1；
[0028]
所述二极管z1的阳极接地，二极管z1的阳极作为所述信号采集电路10 的第二端，所述二极管z1的阴极与所述第一电阻r1的一端连接，所述二极管z1的阴极为所述信号采集电路10的第一端，所述第一电阻r1的另一端与所述电容c1的一端连接，所述电容c1的另一端为所述信号采集电路10的第三端。
[0029]
具体的，所述信号翻转电路20包括第二电阻r2、第三电阻r3、第一三极管q1；
[0030]
所述第二电阻r2的一端、第三电阻r3的一端与所述第一电阻r1的一端连接，所述第二电阻r2的一端为所述信号翻转电路20的第二端，所述第二电阻r2的另一端通过所述周期检测电路30连接于所述第一三极管q1的基极，所述第二电阻r2的另一端为所述信号翻转电路20的第三端，所述第三电阻r3的另一端和所述单相主控芯片40连接于所述第一三极管q1的集电极，所述第一三极管q1的集电极为所述信号翻转电路20的第一端，所述第一三极管q1的发射极接地。所述信号翻转电路20还包括第七电阻r7，所述第七电阻r7连接于所述第一三极管q1的基极和发射极之间。
[0031]
具体的，所述周期检测电路30包括第一光耦ic1、第二光耦ic2、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第二三极管q2；
[0032]
所述第一光耦ic1包括第一发光二极管和第一光电三极管，所述第一光电三极管的集电极与所述第二电阻r2的另一端连接，所述第一光电三极管为所述周期检测电路30的第一端，所述第一光电三极管的发射极与所述第一三极管q1的栅极连接，所述第一发光二极管的阳极与所述第四电阻r4的一端连接，所述第一发光二极管的阴极与所述第二三极管q2的集电极连接，所述第二光耦ic2包括第二发光二极管和第二光电三极管，所述第二光电三极管的集电极与外部电源连接，所述第二光电三极管的发射极与所述第五电阻r5 的一
端连接，所述第五电阻r5的另一端连接于所述第一三极管q1的集电极，所述第二发光二极管的阳极连接于所述第四电阻r4的一端，所述第四电阻 r4的另一端与外部电源连接，所述第四电阻r4的另一端为所述周期检测电路30的第二端，所述第二发光二极管的阴极连接于所述第二三极管q2的集电极，所述第二三极管q2的基极与所述第六电阻r6的一端连接，所述第六电阻r6的另一端与外部电路连接，所述第二三极管q2的发射极接地。在一实施例中，所述周期检测电路30还包括第八电阻r8，所述第八电阻r8连接于所述第二三极管q2的基极和发射极之间。
[0033]
本实施例中，信号翻转电路20的第一端连接单相主控芯片40的过零信号检测端口。周期检测单元对输入电压进行检测：当输入电压正弦波处于正半周期时，cycle-control(循环控制)端输出低电平，第二三极管q2 截止，进而两个光耦ic1和ic2都截止。第一三极管q1也处于截止状态，二极管z1上的低电平/高电平信号只有一个通路沿着第三电阻r3输入到单相主控芯片40中。
[0034]
当输入电压正弦波处于负半周期时，cycle-control输出高电平，第二三极管q2导通，电流从输入电压端vcc经第四电阻r4限流到达两个光耦ic1和ic2内部发光二极管的阳极，驱动光耦导通，进而光耦的集电极和发射极导通。
[0035]
1)当二极管z1上为低电平且电压过低时，无法通过第二电阻r2、第一光耦ic1的集电极和发射极去驱动第一三极管q1，故第一三极管q1截止。 vcc经过第二光耦ic2的集电极和发射极，发射极约等于vcc电压，经第三电阻r3和第五电阻r5分压，输出高电平信号到单相主控芯片40中。
[0036]
2)当二极管z1上为高电平时，高电平经第二电阻r2到ic1的集电极和发射极加载到第一三极管q1的基极，第一三极管q1导通，输出低电平信号到单相主控芯片40中。通过本实施例提供的过零信号处理电路，输入电压正弦波处于正半周期的时候，过零信号不改变极性直接加载到单相主控芯片40，当输入电压正弦波处于负半周期的时候，过零信号翻转电平极性后再加载到单相主控芯片40。从而使得单相主控芯片40也能在三相pfc电路中接受正确的逻辑输入信号。
[0037]
本实用新型一实施例还提供一种三相pfc电路，包括：输入电感电路、维也纳电路、以及上述任一项所述的过零信号处理电路；
[0038]
交流电源的每一相输出端连接一所述输入电感电路的一端，所述输入电感电路的另一端与一所述过零信号处理电路的信号输入端连接，且与所述维也纳电路的任一相输入端连接。
[0039]
具体的，所述维也纳电路包括：三相整流桥、双向开关和电解电容，所述三相整流桥包括三个桥臂，三个所述桥臂并联，三个所述桥臂的一端通过一所述电解电容接地，三个所述桥臂的另一端通过一所述电解电容接地，所述维也纳电路的每一相输入端连接一桥臂中点和一双向开关的一端，所述双向开关的另一端接地。
[0040]
具体的，所述双向开关包括第一mos管、第二mos管，所述第一mos 管的漏极连接所对应的所述维也纳电路的一相输入端，所述第一mos管的源极与所述第二mos管的源极连接，所述第二mos管的漏极接地，所述第一 mos管和所述第二mos管的栅极与外部控制电路连接。
[0041]
本实施例中，参见图1和图2，交流电源为三相电，每一相定义为l1、 l2、l3。
[0042]
下面以第一相l1进行说明，单相主控芯片40工作前，信号输入端相对于参考地gnd处于高电压状态，电容c1被预充电，过零信号呈周期性变换，具体如下：
[0043]
首先，当单相主控芯片40开始工作通过pwm(pulse width modulation，脉冲宽度调制)信号驱动双向开关导通时，信号输入端通过双向开关接地 gnd，电容c1通过双向开关、二极管z1以及第一电阻r1开始放电，在二极管z1的阴极产生低电平信号。
[0044]
然后，当单相主控芯片40通过pwm信号控制双向开关关闭时，电源端 l1经过第一电感给电容c1充电，经过电容c1和第一电阻r1进行降压，再经过二极管z1把高电压进行削减限压，在二极管z1阴极上产生高电平信号。
[0045]
当经过第一电感的电流释放完毕，电容c1的充电电流也变为0，二极管 z1阴极上随之变为低电平信号，完成一个周期。
[0046]
当输入电压vcc正弦波处于正半周期时，cycle-control端输出低电平，第二三极管q2截止，进而两个光耦ic1和ic2都截止。第一三极管q1也处于截止状态，二极管z1上的低电平/高电平信号只有一个通路沿着第三电阻r3输入到单相主控芯片40中。
[0047]
当输入电压正弦波处于负半周期时，cycle-control输出高电平，第二三极管q2导通，电流从vcc经第四电阻r4限流到达两个光耦ic1和ic2 内部发光二极管z1的阳极，驱动光耦导通，进而光耦的集电极和发射极导通。
[0048]
1)当二极管z1上为低电平且电压过低时，无法通过第二电阻r2、第一光耦ic1的集电极和发射极去驱动第一三极管q1，故第一三极管q1截止。 vcc经过第二光耦ic2的集电极和发射极，发射极约等于vcc电压，经第三电阻r3和第五电阻r5分压，输出高电平信号到单相主控芯片40中。
[0049]
2)当二极管z1上为高电平时，高电平经第二电阻r2到ic1的集电极和发射极加载到第一三极管q1的基极，第一三极管q1导通，输出低电平信号到单相主控芯片40中。
[0050]
通过本实施例提供的三相pfc电路，能够根据输入正弦波电压的正负半周期自动调整过零信号的极性，正半周期让过零信号直接输出到单相主控芯片40，负半周期把过零信号极性翻转再输出到单相主控芯片40，使得单相主控芯片40也能控制三相pfc电路。
[0051]
一种电源装置，包括上述任一实施例所述的三相pfc电路。
[0052]
本实施例中提供的电源装置包括上述三相pfc电路，该三相pfc电路的结构可参照上述实施例，在此不再赘述。理所应当地，由于本实施例的电源装置采用了上述三相pfc电路的技术方案，因此该电源装置具有上述三相 pfc电路所有的有益效果。
[0053]
综上所述，本实用新型提供的过零信号处理电路、三相pfc电路及电源装置，周期检测电路30检测输入电压正弦波的周期状态，即检测当前输入电压正弦波是处于正半周期还是处于负半周期，根据检测结果控制周期检测电路30导通或截止，当输入电压正弦波为正半周期时，周期检测电路30截止，当输入电压正弦波为负半周期时，周期检测电路30导通。信号采集电路10 采集过零信号，信号翻转电路20在输入电压正弦波在负半周期时切换过零信号的极性后再输入到单相主控芯片40中，从而使得单相主控芯片40也能控制三相pfc电路。
[0054]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有
的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。
[0055]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。