PFC电源模块的制作方法

pfc电源模块
技术领域
1.本实用新型涉及电力电子学领域，更具体地说，涉及一种pfc电源模块。


背景技术：

2.现有技术中pfc(功率因数校正)电源模块的主功率电路如图1所示，多采用二极管做整流桥的整流器件(图1中的d1,d2,d3,d4)，同时，在图1中还使用浪涌抑制电阻r1，浪涌开关q3实现浪涌防护功能。在这种pfc电源模块的电路启动时，输入端的交流电压通过二极管整流桥(d1,d2,d3,d4)，旁路二极管d5给输出大电容c1充电,开机过程中浪涌开关q3处于断开状态，将浪涌抑制电阻r1与输出大电容c1进行串联以达到限流的目的；待浪涌抑制完成后，作为控制单元的微控制器(一些情况下，控制单元也可以是分离元件构成的、实现相同功能的硬件电路)输出控制信号，闭合浪涌开关q3，将浪涌抑制电阻r1短路屏蔽，从而进入环路控制阶段(即通常的电源工作状态)。但是，现有的技术方案在实际使用过程中，由于浪涌开关q3处于一个高压通断的状态，导致其容易被击穿；而且，浪涌开关q3一般采用mos管实现，通常具有寄生电阻和寄生电容，这在一定程度上将影响pfc电路的性能，导致电流畸变严重，功率因数降低。此外，上述方案中，若发生过流或输出短路故障，由于采用二极管整流的原因，整流部分依然会输出直流电压，所以并不能切断交流输入电压，短路产生的高温将直接导致电感漆包线熔化，造成匝间短路，从而将导致模块电源损坏。


技术实现要素：

3.本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述元器件容易损坏、电流畸变较大的缺陷，提供一种元器件不易损坏、电流畸变较小的pfc电源模块。
4.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种pfc电源模块，其特征在于，包括受控的输入整流单元、辅助电源、控制单元、输入电压采集电路、输出电压采集电路、第一电容和预充电支路；所述控制单元在该 pfc电源模块启动时输出整流控制信号使得该pfc电源模块进入浪涌抑制模式，使所述受控的输入整流单元对交流输入整流以输出直流电压或断开不输出直流电压，同时，不输出开关控制信号，使得所述pfc电源模块的开关器件不工作；所述预充电支路由交流输入端或所述受控的整流单元的输出端取得电压并对所述第一电容充电；所述第一电容并接在所述pfc电源模块的输出端上，在所述pfc电源模块处于浪涌抑制模式时为所述辅助电源提供电源电压；所述输入电压采集电路和输出电压采集电路分别采集所述pfc电源模块的输入电压和输出电压并传输到所述控制单元，所以控制单元依据所述采集到的输入电压和输出电压分别输出整流控制信号或开关控制信号控制所述受控的输入整流单元和所述pfc电源模块的开关器件，使所述pfc电源模块停留在所述浪涌抑制模式或进入工作模式。
5.更进一步地，所述预充电支路包括第一支路和第二支路，所述第一支路一端连接在所述pfc电源模块的交流输入端，另一端连接在所述pfc电源模块的输出正端；所述第二支路一端连接在所述受控的整流单元的输出端，另一端连接在所述pfc电源模块的输出正
端。
6.更进一步地，所述第一支路通过二极管由所述交流输入端取得第一电压，所述第一电压通过启动芯片为调整管控制单元供电，调整管在所述调整管控制单元的作用下将由所述第一电压引出到所述第一电容并对所述第一电容进行恒流充电；所述调整管包括mos管。
7.更进一步地，所述第二支路包括旁路二极管，所述旁路二极管的阳极连接在所述受控的整流单元的输出端，其阴极连接在所述pfc电源模块的输出正端。
8.更进一步地，所述受控的整流单元包括由晶闸管构成的桥式整流电路，所述晶闸管的控制极连接在所述控制单元的晶闸管控制信号输出端上，所述晶闸管由所述控制单元输出的控制信号控制其是否接入所述桥式整流电路中参与整流。
9.更进一步地，所述桥式整流电路的两个桥臂的上管为晶闸管，两个桥臂的下管为二极管，两个所述晶闸管的阴极连接到所述桥式整流电路的输出正端，两个所述晶闸管的阳极分别与其所在桥臂上的二极管的阴极连接，并分别与两个交流输入端连接。
10.更进一步地，所述两个晶闸管的控制极由所述控制单元输出的同一个晶闸管控制信号控制。
11.更进一步地，所述pfc电源模块的开关器件包括mos管，所述mos管的栅极与所述控制单元的开关信号输出端电连接，所述mos管的源极接地电位，其漏极通过电感与所述桥式整流的输出正端连接，并通过一个整流二极管连接到所述pfc电源模块的输出端上。
12.更进一步地，所述输出电压采集电路包括分压模块，所述分压模块包括两个串联后并接在所述pfc电源模块输出端上的电阻，所述控制单元由所述两个电阻的连接点处取得所述输出电压的采样值。
13.更进一步地，所述输入电压采集电路采用霍尔电压传感器，隔离地由所述交流输入端取得表示交流输入电压的直流电压值，得到输入电压值。
14.实施本实用新型的pfc电源模块，具有以下有益效果：由于使用可控的输入整流单元，且使用预充电支路和第一电容为辅助电源提供能量来源，使得在整个pfc模块没有工作的情况下，也能够使得控制单元工作，从而使得上述可控的输入整流单元在存在浪涌时断开或断续接入该pfc电源模块的电压变换通道中，也就是在输入浪涌存在时整个pfc电源模块是断开的、不进行电源电压转换的，这就能够避开或大幅度减少上述浪涌对于整个pfc电源模块的影响。同时，这种结构中并不存在现有技术中的浪涌开关。因此，其元器件不易损坏、电流畸变较小。
附图说明
15.图1是现有技术中pfc电源模块的浪涌抑制结构示意图；
16.图2是本实用新型pfc电源模块实施例的电路原理图；
17.图3是所述实施例中第一支路的电路图；
18.图4是所述实施例中pfc电源模块的交流输入电压和输入整流的输出电压的波形示意图。
具体实施方式
19.下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步说明。
20.如图2所示，在本实用新型的pfc电源模块实施例中，该pfc电源模块包括受控的输入整流单元1、辅助电源2、控制单元3、输入电压采集电路4、输出电压采集电路5、第一电容c1和预充电支路6；所述控制单元3在该pfc 电源模块启动时输出整流控制信号使得该pfc电源模块进入浪涌抑制模式，使所述受控的输入整流单元1对交流输入整流断开不输出直流电压，同时，不输出开关控制信号，使得所述pfc电源模块的开关器件不工作；也就是说，当pfc电源模块上电开始工作时，在多数情况下，是存在输入的浪涌电压或电流的。为了避开或抑制这种浪涌，在本实施例中，通过采用受控的输入整流单元1，并通过控制单元3使得该受控的输入整流单元1不工作，也就是将其由整个pfc电源模块的转换通道上断开，使得其不输出整流电压，同时，该控制单元3也不输出开关控制信号，这就使得该pfc电源模块的主开关器件也不工作，即整个pfc电源模块进入浪涌抑制模式，使得浪涌电压或电流对该pfc电源模块的冲击降到最低，从而实现对输入浪涌的抑制。在这种情况下，该pfc电源模块是没有电压输出的，但是为了维持对上述受控的输入整流单元1和开关器件的控制(例如，保持断开状态并在适当的时候使其开始工作)，又必须维持控制单元3的工作，于是，在本实施例中设置预充电支路6 和辅助电源2，在上述浪涌抑制模式下，辅助电源2为控制单元提供电源供应，维持控制单元3的正常运转。在本实施例中，所述预充电支路6由交流输入端或所述受控的整流单元1的输出端取得电压并对所述第一电容c1充电，使得第一电容c1上存在一定的电压；由于所述第一电容c1并接在所述pfc电源模块的输出端上，其一端与所述辅助电源2的输入端连接，另一端接地或等电位，因此可以在所述pfc电源模块处于浪涌抑制模式时为所述辅助电源2 提供电源电压；所述输入电压采集电路4和输出电压采集电路5分别采集所述 pfc电源模块的输入电压和输出电压并传输到所述控制单元3，控制单元3依据所述采集到的输入电压和输出电压分别输出整流控制信号或开关控制信号控制所述受控的输入整流单元1和所述pfc电源模块的开关器件(图2中的 mos管q1)，使所述pfc电源模块停留在所述浪涌抑制模式或进入工作模式。
21.值得一提的是，在本实施例中，一些情况下，上述控制单元3可以是微控制器，通过存储在其内部的程序来实现上述功能；而在另外一些情况下，上述控制单元3也可以是由硬件搭建的，例如，可以是由比较器、门电路或波形延迟电路等功能模块构成的，只要能够实现开机时和正常工作时的控制信号输出即可，在现有技术中有很多这种由分离元件搭建为一个控制单元的例子。在另外一个方面，上述控制单元3的模式转换，可以是根据采集到的输入输出信号来判断进而实现模式转换，也可以是通过一定的逻辑设置来实现，例如，开机时维持一定时间的浪涌抑制模式，然后再自动转换为工作模式，此时，采集的输入和输出电压也可以通过比较器和设定的电压比较，实现信号电平的转换，从而将上述采集的输入和输出电压成为转换的条件或参数，依据这些信号的电平转换和逻辑运算，实现对可控整流器件和开关器件的控制。
22.在本实施例中，如图2所示，为了保证在上电时以及上电后一段时间内对于上述控制单元3的供电，所述预充电支路6包括第一支路和第二支路，所述第一支路一端连接在所述pfc电源模块的交流输入端，另一端连接在所述pfc 电源模块的输出正端；也就是说，上述第一支路直接由交流输入端取得电压并未所述第一电容c1充电；而所述第二支路一端连
接在所述受控的整流单元1 的输出端，另一端连接在所述pfc电源模块的输出正端；上述第二支路用于在上述受控的输入整流单元1具有整流输出而整个pfc电源模块还不存在直流输出时，为所述第一电容c1充电，以保证辅助电源在开机浪涌抑制期间的电源供应。
23.具体而言，在本实施例中，如图3所示，所述第一支路通过二极管由所述交流输入端取得第一电压，所述第一电压通过启动芯片为调整管控制单元(图 3中的运算放大器)供电，调整管(图3中的q3)在所述调整管控制单元的作用下将由所述第一电压引出到所述第一电容并对所述第一电容进行恒流充电；所述调整管包括mos管。即所述第一支路通过两个小电流二极管d7， d8和功率整流二极管d3，d4形成整流电路(图3中的d3和d4就是图2中的d3和d4)，从交流输入取电。第一电压是上述二极管d7和二极管d8的连接点的电压；第一支路的参考地为主电路输出正端，为悬浮端。上电之后，由启动芯片产生供电给运放供电，这样，上述第一支路按照设定的恒流小电流给输出端大电容充电，建立上电过程。若主电路输出短路或者正常工作之后，输出端电压高于整流电压，启动芯片都无法产生供电电压给运放，充电mos 管q3(即调整管)都处于截止状态。上述启动芯片是能够以较宽范围的电压作为输入电压，并在主电源开始工作前提供设定的电压为控制器等器件供电的集成电路，例如，scm9601a等；所述第二支路包括旁路二极管d5，所述旁路二极管d5的阳极连接在所述受控的整流单元1的输出端，其阴极连接在所述pfc电源模块的输出正端，也就是连接在上述第一电容c1的一端，当上述受控的整流单元1具有整流输出时，其整流输出的电压通过上述旁路二极管 d5对上述第一电容c1进行充电；而在上述受控的整流单元1不具有整流输出时，也可以通过上述第一支路直接由交流输入端取得电压，对上述第一电容 c1进行充电。
24.在本实施例中，所述受控的整流单元1包括由晶闸管构成的桥式整流电路，所述晶闸管的控制极连接在所述控制单元3的信号输出端，即晶闸管控制信号输出端上，所述晶闸管由所述控制单元3输出的控制信号控制其是否接入所述桥式整流电路中参与整流。请参见图2，在本实施例中，所述桥式整流电路的两个桥臂的上管为晶闸管，两个桥臂的下管为二极管，两个所述晶闸管的阴极连接到所述桥式整流电路的输出正端，两个所述晶闸管的阳极分别与其所在桥臂上的二极管的阴极连接，并分别与两个交流输入端连接。在图2中，晶闸管 t1和二极管d3构成一个桥臂，晶闸管t2和二极管d4构成另外一个桥臂，输入的交流电压分别由上述两个桥臂的两个器件的连接点输入。在一个桥臂中，与整流输出端连接的器件为上管，与地电位或等电位连接的器件为下管。例如，在一个桥臂中，晶闸管t1为上管，二极管d3为下管。在图2中，当上述晶闸管的控制极的电平为低电平，晶闸管不会工作，不管施加到晶闸管两端的电压为何种状态，晶闸管的两端之间都呈现高阻状态，相当于由电路中断开。只有在上述晶闸管的控制信号为高电平时，该晶闸管才会表现出二极管的特性。即施加正向电压时导通，施加反向电压时截止，也就是说，只有在上述晶闸管的控制极电平为高信号，该晶闸管才作为单向导通元件参与输入整流，上述受控的输入整流单元1才会由整流电压输出。值得一提的是，本实施例中，输入的是交流电压，所以在每个交流周期上，上述晶闸管控制极上的电压都要保持高电平，该晶闸管才会在该周期中作为单向导通元件参与输入整流。
25.此外，在本实施例中，所述两个晶闸管的控制极由所述控制单元输出的同一个晶闸管控制信号控制。也就是说，图2中的两个晶闸管的控制信号是同一个信号，所以对于图2中的两个晶闸管而言，是同步参与或退出输入整流的。
26.在本实施例中，上述所述输出电压采集电路5包括分压模块，所述分压模块包括两个串联后并接在所述pfc电源模块输出端上的电阻，所述控制单元3 由所述两个电阻的连接点处取得所述输出电压的采样值。在本实施例中，上述输出电压的采样值直接传送到上述控制单元3，由于上述分压模块的分压比(即两个分压电阻之间的比值)是确定的，因此在直接输入的情况下，只要在上述控制单元3中按照与所述分压比对应的值将输入的采样值扩大，就能还原得到输出的电压值。在本实施例中，输入电压是交流电压，因此，采用隔离的电压传感器将输入的交流电压转换为直流电压，并得到输入电压值。例如，可以通过使用霍尔电压传感器来取得输入电压值，在取得表示输入交流电压的直流电压时，使得取得的直流电压的输出端和交流电压端隔离。
27.如图2所示，在本实施例中，所述pfc电源模块的开关器件包括mos管 q1，所述mos管q1的栅极与所述控制单元3的开关信号输出端电连接，所述mos管q1的源极接地电位或等电位(即图2中标注为
‑
vo的节点)，其漏极通过电感l1与所述桥式整流的输出正端连接，并通过一个整流二极管d6 连接到所述pfc电源模块的输出端(即图2中标注为+vo的节点)上。
28.图4示出了在本实施例中输入波形和整流的输出波形的对应关系，可以清楚第看到，在图4中，随着时间的增加，整流输出的波形中的电压值逐渐升高，也就是具体对于交流输入来讲，随着时间的增加，每个交流周期对应的整流输入逐渐增加，这种对输入整流的控制是通过对一个交流周期中的受控的输入整流单元的接入时间的控制实现的。这样的控制使得开机瞬间的浪涌电压或电流得到较好的抑制。
29.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。