一种碳化硅功率因数校正电路

1.本实用新型涉及功率因数校正电路领域，具体涉及了一种碳化硅功率因数校正电路。


背景技术：

2.现有的功率因数校正电路普遍采用碳mos管作为开关管，开关频率较低、开关损耗大、且不适用于高温高压的工作场合。
3.随着电力电子技术的发展，传统半导体器件需要不断更新换代才能够满足电机驱动系统对功率密度越来越高的要求。碳化硅(sic)材料因其具有宽禁带、高反向击穿电压、高电子饱和漂移速率、高开关频率以及耐高温等性能优势，渐渐成为第三代半导体功率器件。碳化硅mos管尤其是对能量效率和空间尺寸要求较高的一些场合，比如照明驱动系统、充电桩、智能电网、轨道交通等。
4.与普通碳mos管的不同之处在于，碳化硅mos管对驱动电压要求过高，驱动高电平普遍高于传统的硅器件。但是s碳化硅mos管的阈值电压较低，容易在门极产生震荡，造成器件开关误导通，因此，需要给碳化硅mos管设计一个可靠的驱动电路，为其提供负压关断来避免门极震荡带来的开关误导通问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本实用新型提供一种降低碳化硅mos管的开关损耗，提高电源功率因数的碳化硅功率因数校正电路。
6.本实用新型的一种碳化硅功率因数校正电路，采用以下技术特征：其包括mc33262芯片、碳化硅mos管q1、变压器t1、三极管q2，直流电压负极接地，直流电压正极分别接入电阻r12和电阻r6一端，电阻r12另一端连接所述mc33262芯片的引脚8，电阻r6另一端连接电阻r5一端，所述电阻r5另一端分别连接mc33262芯片的引脚3和电阻r4一端，所述电阻r4另一端通过电容c7连接mc33262芯片的引脚3，电阻r4另一端连接电容 c9一端，所述电容c9另一端连接mc33262芯片的引脚2，电容c9另一端连接电容c10一端，所述电容c10另一端分别连接mc33262芯片的引脚1和电阻r7一端，电阻r4另一端通过电阻r11连接电阻r7一端，所述电阻r7另一端连接第一输出端，电阻r4另一端连接电解电容c8的负极，电解电容c8的正极连接mc33262芯片的引脚8，电阻r4另一端接地，mc33262芯片的引脚6接地；电解电容c8的正极连接二极管d4阳极，二极管阴极d4 连接电阻r13一端，电阻r13另一端连接mc33262芯片的引脚4，电阻r13另一端接地；
7.直流电压正极接入变压器t1副边一端，变压器t1副边另一端连接二极管d2的阳极，所述二极管d2阴极连接第一输出端，二极管d2阴极连接电解电容c12正极，所述电解电容c12负极接地，变压器t1副边另一端连接所述碳化硅mos管q1的漏极，碳化硅mos管 q1的源极接地，碳化硅mos管q1的源极连接mc33262芯片的引脚4，mc33262芯片的引脚 7连接电阻r9一端，所述电阻r9另一端分别连接二极管d7的阳极和电阻r10一端，电阻 r10另一端接
地，所述二极管d7的阴极分别连接碳化硅mos管q1的栅极和所述三极管q2 的发射极，三极管q2的集电极连接mc33262芯片的引脚4，三极管q2的基极连接电阻r10 一端，变压器t1原边一端连接二极管d1阳极，所述二极管d1阴极通过电容c6接地，二极管d1阴极连接电阻r2一端，所述电阻r2另一端连接第二输出端，电阻r2另一端连接电解电容c14正极，所述电解电容c14负极接地，电阻r2另一端通过电容c13接地，变压器t1原边一端分别连接二极管d6阳极和电阻r8一端，所述二极管d6阴极连接mc33262 芯片的引脚8，所述电阻r8另一端连接mc33262芯片的引脚5，变压器t1原边另一端接地。
8.进一步，其还包括负压关断电路，所述负压关断电路包括电容c11、稳压二极管d3以及电阻r3，所述电阻r13另一端分别连接所述电容c11一端和稳压二极管阴极，电容c11 另一端和稳压二极管阳极通过电阻r3接地，电容c11另一端和稳压二极管阳极连接 mc33262芯片的引脚4。
9.进一步，所述直流电压由交流电经过emi滤波电路和桥式整流电路得到。
10.进一步，所述交流电的电压范围为190～250v。
11.进一步，所述电容c6的容值为0.33μf，所述电容c7的容值为10nf，所述电解电容 c8的容值为100μf，所述电容c9的容值为0.68μf，所述电容c10的容值为10nf，所述电解电容c12的容值为150μf，所述电容c13的容值为104μf，所述电解电容c14的容值为220μf。
12.进一步，所述电阻r2的阻值为510ω，所述电阻r4的阻值为12kω，所述电阻r5的阻值为620kω，所述电阻r6的阻值为680kω，所述电阻r7的阻值为1560kω，所述电阻 r8和r9的阻值均为22kω，所述电阻r10的阻值为51kω，所述电阻r11的阻值为10kω，所述电阻r12的阻值为60kω，所述电阻r13的阻值为2.2kω。
13.进一步，所述二极管d1、二极管d4和二极管d6的型号均为uf4007，所述二极管d7 的型号为1n4148。
14.进一步，所述电容的容值为10μf，电阻r3的阻值为0.6ω。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
16.1、采用碳化硅mos管的特性，结合功率因数控制芯片mc33262，降低碳化硅mos管的开关损耗，提高电源功率因数，电压与电流谐波系数小，有效地抑制电网污染，提升电网的能量利用率；
17.2、采用负压关断电路，使得碳化硅mos管输入脉冲信号为低电平的情况下能够关断，减小碳化硅mos管的损耗，提升电网能量利用率，同时极大地简化了驱动电路且节约了空间和成本。
附图说明
18.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，在附图中：
19.图1为本实用新型的碳化硅mos管驱动电路框图；
20.图2为本实用新型的碳化硅mos管负压关断电路；
21.图3为mc33262内部结构图；
22.图4为碳化硅mos管用数字示波器测量的工作波形；
23.图5为本实用新型的整体工作电路结构图；
24.图6为本实用新型的不同输入电压与功率因数、效率的关系。
具体实施方式
25.参见图5所示，实施例一种碳化硅功率因数校正电路，其包括mc33262芯片、碳化硅mos管q1、变压器t1、三极管q2、负压关断电路，直流电压负极接地，直流电压正极分别接入电阻r12和电阻r6一端，电阻r12另一端连接所述mc33262芯片的引脚8，电阻 r6另一端连接电阻r5一端，所述电阻r5另一端分别连接mc33262芯片的引脚3和电阻 r4一端，所述电阻r4另一端通过电容c7连接mc33262芯片的引脚3，电阻r4另一端连接电容c9一端，所述电容c9另一端连接mc33262芯片的引脚2，电容c9另一端连接电容 c10一端，所述电容c10另一端分别连接mc33262芯片的引脚1和电阻r7一端，电阻r4 另一端通过电阻r11连接电阻r7一端，所述电阻r7另一端连接第一输出端，电阻r4另一端连接电解电容c8的负极，电解电容c8的正极连接mc33262芯片的引脚8，电阻r4另一端接地，mc33262芯片的引脚6接地；电解电容c8的正极连接二极管d4阳极，二极管阴极d4连接电阻r13一端，所述负压关断电路包括电容c11、稳压二极管d3以及电阻r3，所述电阻r13另一端分别连接所述电容c11一端和稳压二极管阴极，电容c11另一端和稳压二极管阳极通过电阻r3接地，电容c11另一端和稳压二极管阳极连接mc33262芯片的引脚4。
26.直流电压正极接入变压器t1副边一端，变压器t1副边另一端连接二极管d2的阳极，所述二极管d2阴极连接第一输出端，二极管d2阴极连接电解电容c12正极，所述电解电容c12负极接地，变压器t1副边另一端连接所述碳化硅mos管q1的漏极，碳化硅mos管 q1的源极接地，碳化硅mos管q1的源极连接mc33262芯片的引脚4，mc33262芯片的引脚 7连接电阻r9一端，所述电阻r9另一端分别连接二极管d7的阳极和电阻r10一端，电阻 r10另一端接地，所述二极管d7的阴极分别连接碳化硅mos管q1的栅极和所述三极管q2 的发射极，三极管q2的集电极连接mc33262芯片的引脚4，三极管q2的基极连接电阻r10 一端，变压器t1原边一端连接二极管d1阳极，所述二极管d1阴极通过电容c6接地，二极管d1阴极连接电阻r2一端，所述电阻r2另一端连接第二输出端，电阻r2另一端连接电解电容c14正极，所述电解电容c14负极接地，电阻r2另一端通过电容c13接地，变压器t1原边一端分别连接二极管d6阳极和电阻r8一端，所述二极管d6阴极连接mc33262 芯片的引脚8，所述电阻r8另一端连接mc33262芯片的引脚5，变压器t1原边另一端接地。
27.进一步，所述直流电压由交流电经过emi滤波电路和桥式整流电路得到。
28.进一步，所述交流电的电压范围为190～250v。
29.进一步，所述电容c6的容值为0.33μf，所述电容c7的容值为10nf，所述电解电容 c8的容值为100μf，所述电容c9的容值为0.68μf，所述电容c10的容值为10nf，所述电解电容c12的容值为150μf，所述电容c13的容值为104μf，所述电解电容c14的容值为220μf。
30.进一步，所述电阻r2的阻值为510ω，所述电阻r4的阻值为12kω，所述电阻r5的阻值为620kω，所述电阻r6的阻值为680kω，所述电阻r7的阻值为1560kω，所述电阻 r8和r9的阻值均为22kω，所述电阻r10的阻值为51kω，所述电阻r11的阻值为10kω，所述电阻r12的阻值为60kω，所述电阻r13的阻值为2.2kω。
31.进一步，所述二极管d1、二极管d4和二极管d6的型号均为uf4007，所述二极管d7 的型号为1n4148。
32.进一步，所述电容的容值为10μf，电阻r3的阻值为0.6ω。
33.本实用新型的工作原理：
34.参见图1所示，在驱动电路部分增加负压关断，使得碳化硅mos管在输入脉冲信号为低电平的情况下能够关断，减小碳化硅mos管的损耗，提升电网能量利用率。
35.参见图2所示，为了使碳化硅mos管能正常工作，开关管的栅极和源极的电压需满足
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10v～+25v的要求，本设计在碳化硅mos管的源极间加入一个由电容、电阻和稳压二极管组成的负压关断电路。
36.参见图3和图4所示，利用示波器测量碳化硅mos管获得相关参数如下：
37.电压最大值vmax＝10.0v，电压最小值vmin＝-15.6v，电压峰峰值vpp＝25.6v；
38.波形顶端电压值vtop＝8.4v，波形底端电压值vbase＝-7.62v，波形幅度值vamp＝16.0v；
39.电压平均值vavg＝-2.23v，电压均方根值vrms＝7.95v；
40.预控制电压vvor＝19.8％，预处理电压vpre＝2.4％；
41.周期prd＝30.00μs，频率preq＝33.33khz；
42.上升时间rise＜1.200μs，下降时间fall＜800.0μs；
43.正脉宽宽度+wid＝10.00μs，负脉宽宽度-wid＝20.00μs；
44.正占空比+duty＝33.3％，负占空比-duty＝66.7％。
45.即当所述mc33262的零电流检测信号输入端引脚5检测到电感t1的电流为零时，驱动信号输出端引脚7输出高电平，即q1的栅极输入高电平，碳化硅mos管导通，电感t1 充电储存能量。当碳化硅mos管的电流值大于乘法器输出的电流值时，过电流比较器输出电平反转，rs触发器置“0”，驱动信号输出端引脚7输出低电平，即碳化硅mos管的栅极输入低电平，栅极电压为零。源极电压由mc33262输出vcc电压12v，为了防止源极电流过大对vcc造成影响，在vcc和电阻之间串联一个二极管，vcc经电容充电，在稳压管的作用下，源极电压箝位在4.7v左右，栅源极之间产生负压4.7v，满足碳化硅mos管栅源极驱动电压的要求，于是碳化硅mos管被顺利关断。当碳化硅mos管关断后，栅极等待下一个脉冲信号的高电平来临时，碳化硅mos管再次导通，循环上述过程。
46.参见图5所示，220v交流输入电压经过emi滤波器和整流器后得到直流电，电流通过电阻r12向电容c8充电，当mc33262控制芯片的vcc电压达到12v时开始工作。整流后的直流电压在r4上的分压作为取样信号，经芯片的引脚3输入到乘法器输入端。直流输出电压在r11上的分压经芯片的引脚1输入到误差放大器的反向输入端，与基准参考电压比较放大后输出一个误差信号，输入到乘法器的另一端。在源极电阻r3上转换为电压信号，输入至芯片的引脚4，与乘法器的输出电压进行比较：当碳化硅mos管的电流值大于乘法器输出的电流值时，过电流比较器输出电平反转，将rs触发器置“0”，由引脚7输出低电平，经过负压关断电路，关断碳化硅mos管。因此，乘法器的输出电流即通过碳化硅mos管的电流门限值，该门限值随输入电压的变化而近似呈正弦规律变化。当碳化硅mos 管关断后，变压器t1一次侧的电流逐渐减小，当此电流接近零时，又导致零电流检测电路的输出翻转，将rs触发器置“1”，引脚7输出高电平，碳化硅mos管导通，重复以上过程。
47.为了确保碳化硅mos管能顺利工作，在碳化硅mos管的栅极、mc33262的电流检测信号输入端和驱动信号输出端之间加入一个pnp型三极管，起到电流放大的作用。
48.经实验验证，在交流输入电压190～250v范围内，工作频率在33khz左右，电路能够驱动sic器件较稳定地工作，且具有负压关断的作用，符合碳化硅mos管的驱动特性。实验测
试了相同输入电压、不同输出功率情况下，pfc电路的测试数据如下表1所示：
49.表1 相同输入电压、不同输出功率之间的比较
[0050][0051]
从表可以看出，当输出功率从200w增加到250w时，效率有逐渐上升的趋势，且输出功率越大，效率越稳定。电压谐波系数在3％～3.4％范围内波动，当输出功率达到250w时，电流谐波系数最小，有效抑制电网的污染。
[0052]
实验测得不同输入电压190～250v，相同输出功率235w条件下，pfc电路的功率因数及效率如图6所示。pfc电路的功率因数最低为0.997，当输入电压在210～220v的范围内，功率因数最大，达到0.999，在国家规定电压10％波动时，满足iec6100-3-2要求。效率则随着输入电压的不断增大而增大，且均大于93％。这说明该电路在190～250v范围内能够稳定输出，并且效率较高。
[0053]
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。