一种功率因素校正电路、开关电源及显示器的制作方法

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种功率因素校正电路、开关电源及显示器。

背景技术：

目前电视显示器中使用的PFC(Power Factor Correction，功率因素校正)电路大多采用Boost电路或者变压器来进行隔离升压，但是，在传统的Boost电路中，当输出电压大于10倍的输入电压时，电路效率很低且不能进行输出与输入隔离，进而电压输入范围比较小；当使用常用的拓扑进行变压器升压时，很难实现宽范围输入。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对现有功率因素校正电路的上述不足，提供一种功率因素校正电路、开关电源及显示器，实现宽电压范围的输入。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供了一种功率因数校正电路，包括：变换器，输入端作为所述功率因素校正电路的输入端；变压器，输入端与所述变换器的输出端连接，输出端作为所述功率因素校正电路的输出端；其中，所述变换器转换输入到所述变换器的输入电压为设定电压并输出至所述变压器，所述变压器对所述设定电压进行变压以得到输出电压。

其中，所述变换器包括所述第一开关管和第二开关管，通过控制所述第一开关管和第二开关管的工作状态来转换输入到所述变换器的输入电压为所述设定电压。

其中，所述输入电压与所述输出电压之间的关系满足如下公式：Vout＝Vin*Ns/(1-D)，Vin表示所述变换器的输入电压，Vout表示所述输出电压，Ns表示所述变压器的初级线圈与次级线圈的匝数比，D表示控制所述第一开关管和第二开关管的工作状态的驱动信号的占空比。

其中，所述第一开关管和所述第二开关管的工作状态包括：所述第一开关管和所述第二开关管均处于截止状态、所述第一开关管处于导通状态而所述第二开关管处于截止状态以及所述第一开关管处于截止状态而所述第二开关管处于导通状态。

其中，所述第一开关管与所述第二开关管串联连接。

其中，所述变换器还包括第一电容、第二电容、电感以及第三电容，其中，第一电容和第二电容相互串联连接，相互串联连接的所述第一电容和所述第二电容的一端与所述第一开关管的漏极连接、另一端连接参考地，所述第一电容与所述第二电容之间的节点与所述变压器的初级线圈的一端连接，所述电感的一端作为所述变换器的输入端、另一端与所述第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端与所述变压器的初级线圈的另一端连接，所述第一开关管的栅极与所述电感和所述第三电容之间的节点连接，所述第二开关管的栅极和源极与参考地连接。

为解决上述技术问题，本发明所采用的另一技术方案是提供了一种开关电源，包括：整流器，输入端与交流电连接；功率因素校正电路，输入端与所述整流器的输出端连接，输出端与负载连接；其中，所述功率因素校正电路包括变换器和变压器，所述变换器的输入端与所述整流器的输出端连接，所述变压器的输入端与所述变换器的输出端连接、输出端与负载连接；所述变换器转换输入到所述变换器的输入电压为设定电压并输出至所述变压器，所述变压器对所述设定电压进行变压以得到输出电压并输出至所述负载。

其中，所述变换器包括所述第一开关管和第二开关管；所述开关电源还包括控制电路，用于控制所述第一开关管和第二开关管的工作状态以使所述变换器转换输入到所述变换器的输入电压为所述设定电压。

其中，所述第一开关管和所述第二开关管的工作状态包括：所述第一开关管和所述第二开关管均处于截止状态、所述第一开关管处于导通状态而所述第二开关管处于截止状态以及所述第一开关管处于截止状态而所述第二开关管处于导通状态。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供了一种显示器，包括主板以及给主板提供电源的上述的开关电源。

本发明的有益效果有：PFC电路通过变换器将输入电压转换为设定电压，以及变压器对设定电压进行变压，实现宽电压范围输入，比现有的PFC电路的电压输入范围宽，转换效率高，例如，现有的PFC电路在输出电压为380V时，电压输入范围为65-230V，而本申请的PFC电路的电压输入范围为20-300V。

进一步地，通过串联连接的第一开关管和第二开关管来实现升压，相对于现有PFC电路，在实现相同范围的输入，第一开关管和第二开关管所要承受的电压应力小，从而本申请的PFC电路进一步实现宽电压范围输入。

附图说明

下面将结合附图及实施方式对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的功率因素校正电路实施例的结构示意图；

图2是本发明上述实施例的PFC电路的一种具体电路图；

图3a-3d是本发明上述实施例的PFC电路在不同时刻时的等效电路图；

图4是本发明的开关电源实施例的结构示意图；

图5是本发明上述实施例的开关电源的一种具体电路图；

图6是本发明的显示器实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细描述。

如图1所示，是本发明的功率因素校正电路实施例的结构示意图，该功率因素校正电路(以下简称PFC电路)100包括变换器110和变压器120，变压器120的输入端与变换器110的输出端连接，变换器110的输入端作为该PFC电路100的输入端，变压器120的输出端作为该PFC电路100的输出端，其中：

变压器110转换输入到变换器110的输入电压Vin为设定电压Vp，并输出到变压器120。变压器对设定电压Vp进行变压以得到输出电压。

通过上述实施例，通过变换器将输入电压转换为设定电压，变压器对设定电压进行变压，实现PFC电路的宽电压范围输入，例如，相对于现有的PFC电路，输出电压为380V时，电压输入范围由65-230V变成20-300V，转换效率高，可适用于特殊环境的需求。

具体地，参考图1和图2，变换器110包括第一开关管S1和第二开关管S2，通过控制第一开关管S1和第二开关管S2的工作状态，转换输入到变换器110的输入电压Vin为设定电压Vp，并输出至变压器120，以使变压器120对该设定电压Vp进行变压，进而变压器120输出相应的输出电压Vout。

进一步地，通过控制第一开关管S1和第二开关管S2，变换器110的输入电压Vin与设定电压Vp之间的关系满足如下公式：Vp＝Vin/(1-D)，D表示控制第一开关管S1和第二开关管S2的工作状态的驱动信号Qs的占空比。进而变压器120对该设定电压Vp进行变压后，设定电压Vp与变压器120所输出的输出电压Vout之间的关系为Vout＝Vp*Ns，Ns表示变压器120的初级线圈与次级线圈的匝数比，由于变换器110的输入端作为PFC电路100的输入端，变压器120的输出端作为PFC电路100的输出端，则该PFC电路100的输入电压Vin与输出电压Vout的关系为Vout＝Vin*Ns/(1-D)。

具体地，第一开关管S1和第二开关管S2的工作状态包括：第一开关管S1和第二开关管S2均处于截止状态、第一开关管S1处于导通状态而第二开关管S2处于截止状态以及第一开关管S1处于截止状态而第二开关管S2处于导通状态。

下面结合一具体电路来对上述实施例的PFC电路进行详细说明。

参考图2，第一开关管S1和第二开关管S2分别为P沟道场效应管，第一开关管S1与第二开关管S2串联连接，即第一开关管S1的源极与第二开关管S2的漏极连接，第二开关管S2的源极连接参考地。驱动信号Qs包括第一驱动信号Qs1和第二驱动信号Qs2，第一驱动信号Qs1输入至第一开关管S1的栅极，第二驱动信号Qs2输入至第二开关管S2的栅极，即第一驱动信号Qs1控制第一开关管S1的工作状态，第二驱动信号Qs2控制第二开关管S2的工作状态，此时，通过控制串联连接的第一开关管S1和第二开关管S2的工作状态来实现变换器110将输入电压Vin转换为设定电压Vp并输出至变压器120。

本实施例中，该驱动信号Qs的周期内包括第一时间段和第二时间段。在第一时间段内，第一驱动信号Qs1与第二驱动信号Qs2同为截止电信号，以使第一开关管S1和第二开关管S2处于截止状态；在第二时间段内，第一驱动信号Qs1与第二驱动信号Qs2互补，其中，第一驱动信号Qs1与第二驱动信号Qs2互补表示第一驱动信号Qs1与第二驱动信号Qs2的相位差为180°，这样，第一开关管S1和第二开关管S2不能同时处于导通状态或者截止状态，进而当第一开关管S1和第二开关管S2其中一个处于导通状态时另一个处于截止状态。

进一步地，参考图2，变换器110还包括第一电容C1、第二电容C2、电感L1以及第三电容C3，其中，第一电容C1和第二电容C2相互串联连接，相互串联连接的第一电容C1和第二电容C2的一端与第一开关管S1的漏极连接、另一端连接参考地，第一电容C1与第二电容C2之间的节点与变压器120的初级线圈的一端连接，电感L1的一端作为变换器110的输入端，与输入电压Vin连接、电感L1的另一端与第三电容C3的一端连接，第三电容C3的另一端与变压器120的初级线圈的另一端连接，第一开关管S1的栅极与电感L1和第三电容C3之间的节点连接，第二开关管S2的栅极和源极与参考地连接。

在本实施例中，变换器110通过串联连接的第一开关管S1和第二开关管S2来实现升压，相对于现有PFC电路中的Boost电路，在实现相同范围的输入，第一开关管S1和第二开关管S2所要承受的电压应力小，从而本实施例的PFC电路进一步实现宽电压范围输入。

为了保护第一开关管S1和第二开关管S2，变换器110还包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5，其中，第一开关管S1的栅极经过第一电阻R1与电感L1连接，第一驱动信号Qs1经过第二电阻R2输入至第一开关管S1的栅极，第二开关管S2的栅极经过第三电阻R3连接参考地，第二驱动信号Qs2经过第四电阻R4输入到第二开关管S2的栅极，第二开关管S2的源极经过第五电阻R5连接参考地。当然，为了保障变压器输出的输出电压Vout稳定，变压器的次级线圈经过整流电路，进而得到输出电压Vout，该整流电路包括整流二极管和整流电容，在本实施例中并不作限定。

下面结合图3a-3d等效电路图对图2中的PFC电路的工作原理进行详细说明。

如图3a所示，从时刻t0开始，PFC电路开始工作，此时，第一开关管S1和第二开关管S2截止，电感L的电流i_L以及变压器的电流ip如图所示，直到时刻t1，其中，时刻t0至时刻t1即为第一时间段。

如图3b所示，在时刻t1时，变压器的等效电感Lr开始起作用，此时，控制第二开关管S2导通，一段时间后，在时刻t2时，变压器的电流ip开始减少，方向保持不变，如图3c所示，直到时刻t3时，变压器的电流ip减小到0，此时，第二电容C2经过变压器开始放电，变压器的电流ip的方向相反，如图3d所示，一段时间后，在时刻t4时，变压器的等效电感Lr开始起作用，此时，控制第一开关管S1导通，产生零电压导通条件，损耗小，一段时间后，从时刻t5开始，第一开关管S1导通的过程与上述第二开关管S2导通的过程相同，其中，时刻t1-时刻t5表示第二时间段。其中，可以看出，通过串联连接的第一开关管S1和第二开关管S2来实现升压，开关管可实现零电压导通，损耗小。

如图4所示，是本发明的开关电源实施例的结构示意图，该开关电源包括整流器410和PFC电路420，其中，整流器410的输入端与交流电连接，PFC电路420的输入端与整流器410的输出端连接、输出端与负载430连接。

该整流器410可以是桥式整流，由两个或者四个二极管组成的整流器件。在本实施例中，整流器410由四个二极管组成。

PFC电路420包括变换器110和变压器120，变压器120的输入端与变换器110的输出端连接，变换器110的输入端作为该PFC电路420的输入端，变压器120的输出端作为该PFC电路420的输出端，与负载430连接，其中：

变换器110转换输入到变换器110的输入电压Vin为设定电压Vp并输出至变压器120，变压器120对设定电压Vp进行变压以得到输出电压Vout并输出至负载430。

通过上述实施例，通过变换器将输入电压转换为设定电压，变压器对设定电压进行变压，实现PFC电路的宽电压范围输入，进而实现开关电源的宽电压范围输入，例如，相对于现有的PFC电路，输出电压为380V时，电压输入范围由65-230V变成20-300V，转换效率高，可适用于特殊环境的需求。

参考图4，该开关电源还包括控制电路450，同时参考图5，变换器110包括第一开关管S1和第二开关管S2，控制电路450控制第一开关管S1和第二开关管S2的工作状态，以使变换器110转换输入到变换器110的输入电压为设定电压。具体地，参考图5，第一开关管S1与第二开关管S2串联连接，即第一开关管S1的源极与第二开关管S2的漏极连接，第二开关管S2的源极连接参考地。该控制电路450与第一开关管S1和第二开关管S2的栅极连接，用于输出驱动信号Qs以控制第一开关管S1和第二开关管S2的工作状态，驱动信号Qs包括第一驱动信号Qs1和第二驱动信号Qs2，第一驱动信号Qs1输入至第一开关管S1的栅极，第二驱动信号Qs2输入至第二开关管S2的栅极，即第一驱动信号Qs1控制第一开关管S1的工作状态，第二驱动信号Qs2控制第二开关管S2的工作状态，此时，通过控制串联连接的第一开关管S1和第二开关管S2的工作状态来实现变换器110将输入电压Vin转换为设定电压Vp并输出至变压器120。

在本实施例中，PFC电路420已在上述实施例中进行详细说明，请参见上述实施例，在此不再赘述。

进一步地，参考图4，该开关电源400还包括滤波电路440，该滤波电路440连接于整流器410的输出端与PFC电路420的输入端之间，同时参考图5，该滤波电路440包括并联的第一滤波电容C6和第二滤波电容C7，其中，并联的第一滤波电容C6与第二滤波电容C7的一端连接参考地、另一端与整流器410的输出端和电感L1的另一端连接。

需要说明的是，控制电路450包括电压采样部分、比较器等，具体电路在本实施例中不作限定，其仅在同一时刻控制第一开关管S1和第二开关管S2的工作状态不同。另外，为了保障输入至负载的输出电压Vout稳定，变压器的次级线圈的输出需要经过整流部分，进而得到输出电压Vout，例如，参考图5，该整流部分包括整流二极管D1、D2和整流电容C4、C5，在本实施例中并不作限定。

如图6所示，是本发明的显示器实施例的结构示意图，该显示器600包括主板610和开关电源620，其中，主板610与开关电源620的输出端连接，开关电源620的输入端连接交流电，例如家用220V。开关电源620已在上述实施例中作详细说明，请参考上述实施例，而需要说明的是，上述实施例中的开关电源620对显示器600进行供电，除了显示器600的主板，还可以对显示器600内的背光模组进行供电。在本实施例中，对主板610的结构不作限定，可以采用任何结构的主板610。

通过上述实施例，显示器可在宽范围的输入电压内进行工作，适用于特殊的环境。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明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，均同理包括在本发明的专利保护范围。