一种PFC过压保护电路及装置的制作方法

本实用新型涉及电源保护技术领域，特别涉及一种PFC过压保护电路及装置。

背景技术：

随着社会的发展，节能意识、维权意识越来越受到广大消费者的重视。科技的发展也将电视推向了智能化的前沿高地，智能电视搭载了高性能芯片和开发的智能操作系统，成为将家庭影音，娱乐、学习、生活辅助等功能集成为一体的视音频终端应用平台。而电视电源作为电视机的能量供应端，其稳定的运行是保证电视一切功能展现在用户面前的前提条件。

现有的PFC电源方案多采用NXP公司的PFC电源管理功能IC，该电源IC方案具有待机功耗低，运行稳定、外围电路简单、成本低的优势, 但是由于该电源IC方案的PFC IC和LLC IC是采用同一路电源电压供电，当发生过压时若后端反馈调节不及时，会造成LLC输入电压升高，影响LLC的正常运行，严重的会造成储能电解损坏和LLC电路的MOS开关管损坏，同时该方案的使用使得电路变得复杂，增加了电源成本和PCB的设计难度。

因而现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种PFC过压保护电路及装置，所述PFC过压保护电路能够有效的解决PFC电压过压时所带来的安全隐患，进而确保电源稳定运行，并且电路结构简单，降低电源成本。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种PFC过压保护电路，包括整流滤波模块、控制模块、PFC过压保护模块、PFC升压模块和储能模块，输入交流电源经所述整流滤波模块转换为直流电，所述控制模块控制PFC升压模块开启，所述直流电经所述PFC升压模块升压之后输出至储能模块储存；当所述PFC升压模块输出的电压大于第一预设电压时，所述PFC过压保护模块导通使得控制模块关闭，控制PFC升压模块停止工作。

所述的PFC过压保护电路中，所述PFC过压保护模块包括过压保护单元、LLC控制芯片和连接单元，当所述PFC升压模块输出的电压大于第一预设电压时，所述过压保护单元导通使得LLC控制芯片关闭，进而所述LLC控制芯片通过连接单元使得控制模块关闭。

所述的PFC过压保护电路中，所述控制模块包括PFC控制芯片，所述PFC控制芯片控制PFC升压模块的工作状态，并在LLC控制芯片关闭时同样切换为关闭状态控制PFC升压模块停止工作。

所述的PFC过压保护电路中，所述PFC升压模块包括升压单元、开关单元和整流单元，由所述PFC控制芯片控制开关单元的导通与关闭使得升压单元反复充放电完成所述直流电的升压过程，并由所述整流单元对所述直流电进行整流处理后输出至储能模块。

所述的PFC过压保护电路中，所述PFC升压模块还包括检测单元和稳压反馈单元，由检测单元检测升压单元的第一反馈电压并输入至PFC控制芯片，当第一反馈电压大于第二预设电压控制PFC控制芯片关闭，使PFC升压模块停止工作；由稳压反馈单元对整流单元的输出电压进行取样分压后输出第二反馈电压至PFC控制芯片，PFC控制芯片根据所述第二反馈电压调整PWM占空比，使得输出电压保持稳定。

所述的PFC过压保护电路中，所述过压保护单元包括第一二极管、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第二二极管、三极管和稳压二极管；所述第一二极管的正极、第二二极管的负极和第五电阻的一端连接PFC升压模块，所述第一二极管的负极、第一电容的一端、第一电阻的一端、第二电阻的一端连接三极管的发射极；第二二极管的正极、第二电容的一端、第三电阻的一端连接第六电阻的一端，第五电阻的另一端连接第七电阻的一端；所述第一电容的另一端、第一电阻的另一端、第二电容的另一端和第三电阻的另一端均接地，第二电阻的另一端和稳压二极管的负极连接三极管的基极，所述稳压二极管的正极连接第六电阻的另一端；所述第七电阻的另一端和第八电阻的一端均连接PFC控制模块，所述第八电阻的另一端接地；所述三极管的集电极连接第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接LLC控制芯片的第3脚。

所述的PFC过压保护电路中，所述连接单元包括第九电阻，所述第九电阻的一端连接LLC控制芯片的第16脚，所述第九电阻的另一端连接PFC控制模块。

所述的PFC过压保护电路中，所述升压单元包括PFC电感，所述PFC电感的第1脚连接开关单元和整流单元，所述PFC电感的第2脚连接整流滤波模块，所述PFC电感的第3脚连接PFC过压保护模块，所述PFC电感的第4脚接地。

所述的PFC过压保护电路中，所述开关单元包括MOS管，所述MOS管的栅极连接PFC控制芯片的第1脚，所述MOS管的漏极连接整流单元和PFC电感的第1脚，所述MOS管的源极连接PFC控制芯片的第3脚。

一种PFC过压保护装置，包括如上所述的PFC过压保护电路。

相较于现有技术，本实用新型提供的PFC过压保护电路及装置，所述电路包括整流滤波模块、控制模块、PFC过压保护模块、PFC升压模块和储能模块，输入交流电源经所述整流滤波模块转换为直流电，所述控制模块控制PFC升压模块开启，所述直流电经所述PFC升压模块升压之后输出至储能模块储存；当所述PFC升压模块输出的电压大于第一预设电压时，所述PFC过压保护模块导通使得控制模块关闭，控制PFC升压模块停止工作，从而保证了PFC电压在安全余量范围内，有效地解决PFC电压过压时所带来的安全隐患，确保电源安全运行。

附图说明

图1 为本实用新型提供的PFC过压保护电路的结构框图；

图2 为本实用新型提供的PFC过压保护电路中控制模块和PFC过压保护模块的电路图；

图3为本实用新型提供的PFC过压保护电路中PFC升压模块、整流滤波模块和储能模块的电路图；

图4 为本实用新型提供的PFC过压保护电路中稳压反馈单元的电路图。

具体实施方式

本实用新型提供一种PFC过压保护电路及装置，通过所述PFC过压保护电路能够保证PFC电压在安全余量范围内，有效地解决PFC电压过压时所带来的安全隐患，确保电源稳定运行；并且电路结构简单，降低电源成本。

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供的一种PFC过压保护电路及装置可应用在多领域的不同电源上，例如电视机电源、电冰箱电源、空调、电脑以及安防产品等等领域，有效提高电源系统安全、稳定性，降低成本。

请参阅图1，本实用新型提供的PFC过压保护电路，包括整流滤波模块130、控制模块110、PFC过压保护模块100、PFC升压模块120和储能模块140，所述整流滤波模块130连接PFC升压模块120，所述PFC升压模块120连接储能模块140、PFC过压保护模块100和控制模块110，所述PFC过压保护模块100还连接控制模块110，具体实施时，输入交流电源经所述整流滤波模块130转换为直流电，所述控制模块110控制PFC升压模块120开启，所述直流电经所述PFC升压模块120升压之后输出至储能模块140储存；当所述PFC升压模块120输出的电压大于第一预设电压时，所述PFC过压保护模块100导通使得控制模块110关闭，控制PFC升压模块120停止工作。

所述PFC升压模块120在正常工作时，由所述控制模块110控制PFC升压模块120开启使得直流电的电压升高，之后所述PFC升压模块120将所述升压后的直流电输出至储存模块储存为后端电路供电，而当PFC升压模块120输出的电压大于第一预设电压时，则PFC过压保护模块100导通使得控制模块110关闭，进而控制PFC升压模块120停止工作来保证PFC电压在安全余量范围内，进而有效地解决PFC电压过压时所带来的安全隐患，确保电源稳定运行。优选地，所述第一预设电压为400V。

具体地，请参阅图2，所述PFC过压保护模块100包括过压保护单元101、LLC控制芯片U1和连接单元102，所述过压保护单元101连接PFC升压模块120、控制模块110和LLC控制芯片U1，所述LLC控制芯片U1通过连接单元102连接控制模块110。当所述PFC升压模块120输出的电压大于第一预设电压时，所述过压保护单元101导通使得LLC控制芯片U1关闭，进而所述LLC控制芯片U1通过连接单元102使得控制模块110关闭；具体为当PFC升压模块120输出的电压大于第一预设电压时，C点的电压也会升高，当C点电压足够高能够使过压保护单元101导通时，D点将产生一个高电平触发LLC控制芯片U1的第3脚使得LLC控制芯片U1停振，关闭工作，LLC控制芯片U1通过连接模块通讯控制控制模块110关闭，进而控制PFC升压模块120停止工作，实现PFC过压保护模块100的PFC过压保护功能，保证电源稳定运行。本实施例中，所述LLC控制芯片U1的型号为TEA88181T/1Y，当然也可选用其他具有相同功能的控制芯片，本实用新型对此不作限定。

优选地，所述控制模块110包括PFC控制芯片U2，所述PFC控制芯片U2的第8脚与所述过压保护单元101连接，所述PFC控制芯片U2的第5脚通过连接单元102与LLC控制芯片U1的第16脚连接。由所述PFC控制芯片U2控制PFC升压模块120的工作状态，并在LLC控制芯片U1关闭时同样切换为关闭状态控制PFC升压模块120停止工作，实现PFC控制芯片U2对PFC升压模块120工作状态的有效控制。本实施例中，所述PFC控制芯片U2的型号为TEA88182T/1J，当然也可选用其他具有相同功能的控制芯片，本实用新型对此不作限定。

进一步地，请一并参阅图3，所述PFC升压模块120包括升压单元121、开关单元122和整流单元123，所述PFC升压模块120连接整流滤波模块130、过压保护单元101、开关单元122和整流单元123，所述开关单元122连接PFC控制芯片U2的第1脚和PFC控制芯片U2的第3脚，所述整流模块连接储能模块140，所述储能模块140两端并联负载RL1。由所述PFC控制芯片U2控制开关单元122的导通与关闭使得升压单元121反复充放电完成所述直流电的升压过程，并由所述整流单元123对所述直流电进行整流处理后输出至储能模块140。具体地，当PFC控制芯片U2控制开关单元122关闭时，经整流滤波模块130整流滤波得到的直流电输出至升压单元121，升压单元121处于充电状态储存电能；当PFC控制芯片U2控制开关导通时，所述升压单元121放电至储能模块140存储，使得经PFC升压模块120输出的电压高于输入电压，即B点的电压高于A点的电压，如此反复，进而完成所述直流电的升压过程，再由储能模块140为负载RL1供电。

优选地，所述PFC升压模块120还包括检测单元124和稳压反馈单元125，所述开关单元122还经检测单元124连接储能模块140，所述稳压反馈单元125连接整流单元123。由检测单元124检测升压单元121的第一反馈电压并输入至PFC控制芯片U2，当第一反馈电压大于第二预设电压控制PFC控制芯片U2关闭，使PFC升压模块120停止工作；由稳压反馈单元125对整流单元123的输出电压进行取样分压后输出第二反馈电压至PFC控制芯片U2，PFC控制芯片U2根据所述第二反馈电压调整PWM占空比，使得输出电压保持稳定。具体地，当存在电流流过检测单元124，形成的第一反馈电压大于第二预设电压时，所述第一反馈电压能够直接被PFC控制芯片U2的第3脚检测到，进而由PFC控制芯片U2控制PFC升压模块120停止工作，形成PFC过流保护，从而实现PFC升压过程中的过压过流双重保护功能。优选地，所述第二预设电压为0.4V。并且，由所述稳压反馈单元125对整流单元123的输出电压进行取样分压后输出第二反馈电压经PFC控制芯片U2的第5脚输入至PFC控制芯片U2，结合PFC控制芯片U2内部的PWM控制回路进行电压反馈比较，进而调整PWM占空比使得输出电压稳定。

更进一步地，请继续参考图2，所述过压保护单元101包括第一二极管D1、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第二二极管D2、三极管Q1和稳压二极管ZD1；所述第一二极管D1的正极、第二二极管D2的负极和第五电阻R5的一端连接升压单元121，所述第一二极管D1的负极、第一电容C1的一端、第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端连接三极管Q1的发射极；第二二极管D2的正极、第二电容C2的一端、第三电阻R3的一端连接第六电阻R6的一端，第五电阻R5的另一端连接第七电阻R7的一端；所述第一电容C1的另一端、第一电阻R1的另一端、第二电容C2的另一端和第三电阻R3的另一端均接地，第二电阻R2的另一端和稳压二极管ZD1的负极连接三极管Q1的基极，所述稳压二极管ZD1的正极连接第六电阻R6的另一端；所述第七电阻R7的另一端和第八电阻R8的一端均连接PFC控制芯片U2的第8脚，所述第八电阻R8的另一端接地；所述三极管Q1的集电极连接第四电阻R4的一端，所述第四电阻R4的另一端连接LLC控制芯片U1的第3脚；具体地，当检测到C点电压足够高时，通过第一二极管D1使得三极管Q1导通，使得D点的电压高于LLC控制芯片U1第3脚的正常工作电压进而触发LLC控制芯片U1的第3脚使得LLC控制芯片U1停振，关闭工作。优选地，所述LLC控制芯片U1第3脚的正常工作电压为3.5V，其中，本实用新型中可通过调节第一电阻R1、第二电阻R2和第四电阻R4的阻值来调整分压，进而灵活改变D点的电压以更加符合用户的预期保护点的要求。即通过PFC过压单元有效的实现PFC过压保护功能的同时增加了PFC过压保护单元101调节的灵活性。

优选地，所述连接单元102包括第九电阻R9，所述第九电阻R9的一端连接LLC控制芯片U1的第16脚，所述第九电阻R9的另一端连接PFC控制模块110，通过第九电阻R9的通讯作用，实现LLC控制芯片U1对PFC控制芯片U2的有效控制；同时，因第九电阻R9的连接作用，为 LLC控制芯片U1和PFC控制芯片U2的分开调试提供了方便。

进一步地，所述升压单元121包括PFC电感L1，所述PFC电感L1的第1脚连接开关单元122和整流单元123，所述PFC电感L1的第2脚连接整流滤波模块130，所述PFC电感L1的第3脚连接第一二极管D1的正极，所述PFC电感L1的第4脚接地，其中，所述PFC电感L1设计了辅助绕组，因此，当PFC电感L1有电压通过时，副边绕组会产生相应的耦合电压。由PFC控制芯片U2控制开关单元122的开关使得PFC电的反复充放电导致电压升高，也就是使得经PFC升压模块120输出的电压高于输入电压，即B点的电压高于A点的电压，完成PFC升压过程。

优选地，所述开关单元122包括MOS管Q2，所述MOS管Q2的栅极连接PFC控制芯片U2的第1脚，所述MOS管Q2的漏极连接整流单元123和PFC电感L1的第1脚，所述MOS管Q2的源极连接PFC控制芯片U2的第3脚，由PFC控制芯片U2通过控制MOS管Q2的导通与关断，完成对PFC电感L1的反复充电，进而实现PFC升压模块120的升压过程。

优选地，所述整流单元123包括第三二极管D3，所述第三二极管D3的正极连接PFC电感L1的第1脚，所述第三二极管D3的负极连接储能模块140，由所述第三二极管D3将升压后的输出电压进行整流后输出至储能模块140，有效地提高输出电压的稳定性。

优选地，所述检测单元124包括第十电阻R10，所述第十电阻R10的一端连接PFC控制芯片U2的第3脚和MOS管Q2的源极，所述第十电阻R10的另一端连接地，通过第十电阻R10检测PFC升压模块120中的反馈电流，形成第一反馈电压，当第一反馈电压大于第二预设电压时，可由PFC控制芯片U2的第3脚直接检测到后由PFC控制芯片U2控制PFC升压模块120停止工作，实现PFC升压过程中的过流、过压双重保护。

优选地，请一并参阅图4，所述稳压反馈单元125包括第十一电阻R11和第十二电阻R12，所述第十一电阻R11的一端连接第三二极管D3的负极，所述第十一电阻R11的另一端和第十二电阻R12的一端均连接PFC控制芯片U2的第5脚，所述第十二电阻R12的另一端接地，由所述第十一电阻R11和第十二电阻R12构成的稳压反馈单元125对第三二极管D3整流输出的电压进行取样分压后得到第二反馈电压经PFC控制芯片U2的第5脚输入至PFC控制芯片U2，结合PFC控制芯片U2内部的PWM控制回路进行电压反馈比较，通过调整PWM占空比使得输出电压更加稳定。

优选地，所述储能模块140包括第三电容C3和第四电容C4，所述第三电容C3的一端连接第三二极管D3的负极，所述第三电容C3的另一端接地，所述第四电容C4并联在第三电容C3的两端，当PFC控制芯片U2控制MOS管Q2导通时，由PFC电感L1对第三电容C3和第四电容C4进行放电，存储电能为负载RL1供电。

进一步地，所述整流滤波模块130包括整流桥131、第一电感LF1、第二电感LF2、第三电感LF3、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、保险管F1和瞬态二极管TVS1，所述整流桥131的正极输出端连接第五电容C5的一端和PFC电感L1的第2脚，所述整流桥131的负极输出端和第五电容C5的另一端均接地，所述整流桥131的第一输入端连接第一电感LF1的第4脚，所述整流桥131的第二输入端连接第一电感LF1的第1脚；所述第六电容C6的一端连接第一电感LF1的第3脚、第七电容C7的一端和第二电感LF2的第4脚，所述第六电容C6的另一端连接第一电感LF1的第2脚、第八电容C8的一端和第二电感LF2的第1脚；第七电容C7的另一端和第八电容C8的另一端均接地；所述第九电容C9的一端连接第二电感LF2的第3脚、第十三电阻R13的一端、第十五电阻R15的一端、第十电容C10的一端和第三电感LF3的第4脚，所述第九电容C9的另一端连接第二电感LF2的第2脚、第十四电阻R14的一端、第十六电阻R16的一端、第十一电容C11的一端和第三电感LF3的第1脚；第十三电阻R13的另一端、第十四电阻R14的另一端、第十五电阻R15的另一端均连接第十六电阻R16的另一端；所述第十电容C10另一端和第十一电容C11的另一端均接地；所述瞬态二极管TVS1的一端连接第三电感LF3的第3脚和保险管的一端，所述瞬态二极管TVS1的另一端连接第三电感LF3的第2脚和AC电源CN1，所述保险管F1的另一端连接AC电源CN1，通过整流滤波模块130将AC电源CN1输出的交流电转化为稳定有效的直流电，具体地，本实施例中，当AC输入电压为220V时，经整流滤波单元得到频率为100HZ的馒头波电压，幅值为311V，即A点电压为311V。进一步地，当PFC电感L1正常工作时，可以调节反馈得到需要的输出电压，假若需要的输出电压为390V，即B点的电压为390V，那么此时PFC电感L1上的电压为VL=390V-311V=78V。

为更好的理解本实用新型，以下结合图2至图4，举具体应用实施例对本实用新型提供的PFC过压保护电路的工作过程进行详细说明：

设AC输入电压为X变量，当X=264V时，经过整流滤波模块130后电压变为幅值为373V的直流电压，假设我们需要的B点电压为390V，那么PFC电感L1L2上的电压VL=17V，因PFC电感L1上设计了辅助绕组，那么C点也会感应出相应的电压。

优选地，假设另一实施例中所需要的输出电压为400V即为第一预设电压，即B点电压为400V。具体地，当PFC控制芯片U2控制MOS管Q2关闭时，经整流滤波模块130整流滤波得到的直流电为PFC电感L1充电，若此时输入的交流电为90V时，经整流滤波后，PFC电感L1电压VL1=90V*1.414，副边绕组电压VL1'=VIN/n即VL1'=90V*1.414/n；若此时输入的交流电为264V时，经整流滤波后，PFC电感L1电压VL2=VIN=264 V *1.414，副边绕组电压VL2'=VIN/n即VL2'=264V*1.414/n。当PFC控制芯片U2控制MOS管Q2导通时，所述PFC电感L1为放电状态，若此时输入的交流电为90V时，PFC电感L1电压VL3=400V-90V*1.414，副边绕组电压VL3'=（400V-90V*1.414）/n；若此时输入的交流电为264V时，PFC电感L1电压VL4=400V-264V*1.414，副边绕组电压VL4'=(400V-264V*1.414)/n。根据电感的磁平衡原理，当AC输入电压90V时：VL1*Ton+VL3*Toff=0，当AC输入电压264V时，VL2*Ton+VL4*Toff=0；综合以上得出D=（400V-Vin）/400，其中所述Vin为输入的直流电电压，Ton为MOS管Q2的导通时间，Toff为MOS管Q2的关闭时间，D为占空比。

由此可见，当在电源的全范围输入电压内（AC：90V~264V），不论输入电压是多少，输入电压的正负周期，PFC电感L1都能直接通过副边检测到PFC电压，PFC直接输出电压与电感的匝比无关系，且可以利用稳压反馈单元125结合PFC控制芯片U2中的PWM控制回路通过调整占空比D使输出电压保持稳定。

而当所述输出电压大于第一预设电压时，即发生过压，根据VL=400-Vin则直接导致PFC电感L1上承受的电压上升，同时副边绕组上的电压也会上升，即C点的电压上升。优选地，当设置PFC电压的保护点为1.08倍保护时，那么当B点的电压达到432V时，此时C点将检测到足够高的电压进而通过第一二极管D1使得三极管Q1导通，使得D点的电压高于LLC控制芯片U1第3脚的正常工作电压进而触发LLC控制芯片U1的第3脚使得LLC控制芯片U1停振，关闭工作，同时通过第十电阻R10的通讯作用，控制PFC控制芯片U2停止工作，从而由PFC控制芯片U2控制PFC升压模块120停止工作，实现PFC过压保护功能，保证电源安全运行。

本实用新型还相应提供了一种PFC过压保护装置，包括PFC过压保护电路，由于上文已对PFC过压保护电路进行了详细描述，此处不再赘述。

综上所述，本实用新型提供的PFC过压保护电路及装置，所述电路包括整流滤波模块、控制模块、PFC过压保护模块、PFC升压模块和储能模块，输入交流电源经所述整流滤波模块转换为直流电，所述控制模块控制PFC升压模块开启，所述直流电经所述PFC升压模块升压之后输出至储能模块储存；当所述PFC升压模块输出的电压大于第一预设电压时，所述PFC过压保护模块导通使得控制模块关闭，控制PFC升压模块停止工作，从而保证了PFC电压在安全余量范围内，有效地解决PFC电压过压时所带来的安全隐患，确保电源安全运行。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。