一种两级输入自匹配PFC开关电源电路的制作方法

一种两级输入自匹配pfc开关电源电路
技术领域
1.本实用新型涉及电源控制领域，尤其涉及一种两级输入自匹配pfc开关电源电路。


背景技术：

2.pfc(power factor correction)意为“功率因素校正”，功率因素指的是有效功率与视在功率之间的比值，基本上功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电力利用率越高。开关电源是一种电容输入型电路，其电流和电压之间的相位差会造成交换功率的损失，此时便需要pfc电路提高功率因数。
3.现有pfc电源电路的全输入电压范围通常是在：最小交流输入电压至280伏特交流输入电压(vinac(min)—280vac)这个范围，由此可知，与之匹配的最大输出直流电压应在390vdc左右，pfc电感工作在高电压差的状态下，pfc电感的无功功耗会增加，除pfc电感外，防反二极管及开关mos管也工作在高电压差的状态下，无功功耗也会增加，电源的效率降低，发热增加，产品的可靠性也会降低
4.因此，有必要提供一种新的，能针对不同输入电压进行自动调解输出电压大小的pfc电源电路来解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种两级输入自匹配pfc开关电源电路，涉及电源控制领域。所述两级输入自匹配pfc开关电源电路包括：交流电源输入单元、整流滤波单元、电压检测单元、控制单元、pfc电压设置单元和直流电源输出单元；交流电源输入单元的负温度系数热敏电阻能抑制浪涌，熔断器的设置能防止电路过载受损，压敏电阻可以抑制电路中出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害；电压检测单元通过电压检测电阻和两个分级设置的三极管就实现了不同电压的分区识别，结构简单，实用性高；通过pfc电压设置单元和控制单元实现了pfc的两级自动升压，在提高开关电源低输入电压时电源效率，减少发热，降低功率器件上的电应力的同时，还提高了电源的可靠性与稳定性，减小了emi电磁干扰。
6.本用新型提供的一种两级输入自匹配pfc开关电源电路，包括：交流电源输入单元、整流滤波单元、电压检测单元、控制单元、pfc电压设置单元和直流电源输出单元。
7.具体的，所述交流电源输入单元分别与零线输入端n和火线输入端l连接，所述交流电源输入单元的输出端与整流滤波单元的输入端电性连接，整流滤波单元的输出端接入到电压检测单元上，电压检测单元和控制单元电性连接，与控制单元电性连接的还有pfc电压设置单元和直流电源输出单元。
8.作为更加具体的解决方案，所述交流电源输入单元包括：负温度系数热敏电阻ntc1、熔断器fu1和压敏电阻rv1。
9.具体的，火线输入端l通过串联负温度系数热敏电阻ntc1和熔断器fu1接出成为交流电源输入单元的火线输出端，压敏电阻rv1跨接在零线输入端n和火线输入端的负温度系
数热敏电阻ntc1与熔断器fu1点之间，且跨接后的零线输入端n接出成为交流电源输入单元的零线输出端。
10.作为更加具体的解决方案，所述整流滤波单元包括：共模电感lf1、桥式整流器bd1、无极性电容cx1、第一电容c1、第一电感器l1、第二电容c2、第一泄放电阻rx1和第二泄放电阻rx2。
11.具体的，所述共模电感lf1的第一输入端接入到交流电源输入单元的零线输出端上，共模电感lf1的第二输入端接入到交流电源输入单元的火线输出端上，共模电感lf1的第三输入端接在桥式整流器bd1的上交流输入端子处，共模电感lf1的第四输入端接在桥式整流器bd1的下交流输入端子处，无极性电容cx1跨接在共模电感lf1的第三输入端与第四输入端之间，第一泄放电阻rx1与第二泄放电阻rx2串联并跨接在共模电感lf1的第三输入端与第四输入端之间，桥式整流器bd1的负极输出端接地，用于去除交流噪声的第一电容c1一端接地，另一端接在桥式整流器bd1的输出端上，与桥式整流器bd1的正极输出端相接的还有第一电感器l1，第一电感器l1的另一端通过与第二电容c2串联，第一电感器l1与第二电容c2的公共点作为整流滤波单元的整流滤波输出端。
12.作为更加具体的解决方案，所述控制单元包括：控制芯片u1和控制芯片引脚。
13.具体的，所述控制芯片引脚包括：电压比较器输出端comp、误差放大器的反相输入端inv、电流检测输入端cs、内部乘法器输入端mult、门驱动输出端dr、零电流检测输入端zcd、供电电压端和接地端；控制芯片u1的供电电压端接vcc，控制芯片u1的接地端与地相接，供电电压端与vcc之间还设置有滤交结构，滤交结构包括成并联设置在vcc与地之间的第一极性电容cd1与第七电容c7，其中，第一极性电容cd1的正极接在vcc上。
14.作为更加具体的解决方案，所述电压检测单元包括：输入电压检测电阻、第一三极管q2、第二三极管q、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、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第十七电阻r17、第十八电阻r18和第十九电阻r19；
15.具体的，所述输入电压检测电阻包括：上偏电阻和下偏电阻，所述上偏电阻和下偏电阻串联在vdd与地之间，第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3串联组成上偏电阻，第四电阻r4和第五电阻r5串联组成下偏电阻；所述内部乘法器输入端mult接在上偏电阻与下偏电阻的串联点处，与下偏电阻并联的还有第五电容c5，第五电容c5的另一端与地连接；第一三极管q2的基极通过串联第十五电阻r15与内部乘法器输入端mult相接，第一三极管q2的集电极与vcc相连，第一三极管q2的发射极通过第十六电阻r16与第十八电阻r18串接在第二三极管q3的基极处，第十七电阻r17在与第三极性电容cd3并联后，一端接地，另一端接在第十六电阻r16与第十八电阻r18的端点处，第二三极管q3的集电极通过第十九电阻r19与第十四电阻r14串联接地，第二三极管q3的发射极与地相连，第四电容c4设置在电压比较器输出端comp和误差放大器的反相输入端inv之间，第三电容c3和第六电阻r6串联后再与第四电容c4并联，且与第十九电阻r19与第十四电阻r14串联的串联点电性连接。
16.作为更加具体的解决方案，所述pfc电压设置单元包括：pfc电感l2、开关管q1、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13和第十四电阻r14、第六电容c6、第二二极管d2。
17.具体的，所述pfc电感l2的第一输入端通过第七电阻r7串接到零电流检测输入端
zcd，pfc电感l2的第一输出端与地相接，pfc电感l2的第二输入端接在开关管q1的漏极上，开关管q1的栅极通过第八电阻r8接到门驱动输出端dr上，开关管q1的栅极与源极之间还设置有第九电阻r9，所述第九电阻r9通过第十一电阻r11串联接地，电流检测输入端cs通过第六电容c6与地相接，在电流检测输入端cs与九电阻r9和第十一电阻r11之间还设置有第十电阻r10，开关管q1的漏极接在pfc电感l2的第二输入端上，与pfc电感l2的第二输入端相接的还有第二二极管d2的正极端,第二二极管d2的负极端串接第十二电阻r12、第十三电阻r13和第十四电阻r14，第十四电阻r14的另一端与地相连。
18.作为更加具体的解决方案，所述直流电源输出单元包括：第一二极管d1、第八电容c8和第二极性电容cd2。
19.具体的，第一二极管d1正极端与pfc电感l2的第二输出端相接，第八电容c8和第二极性电容cd2成并联结构串接在第一二极管d1的负极端与地之间，第一二极管d1的负极端接在第二二极管d2与第十二电阻r12的公共节点上，其中，第一二极管d1、第二二极管d2与第十二电阻r12的公共节点作为直流电源输出单元的电源输出端。
20.作为更加具体的解决方案，所述控制芯片u1为pfc有源功率因数校正器，所述开关管q1为n型mos开关管。
21.与相关技术相比较，本实用新型提供的用一种两级输入自匹配pfc开关电源电路具有如下有益效果：
22.1、本实用新型在交流输入前端设置有交流电源输入单元，交流电源输入单元的负温度系数热敏电阻ntc1能抑制浪涌，熔断器fu1的设置能防止电路过载受损，压敏电阻rv1可以抑制电路中出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害；
23.2、本实用新型还设置了整流滤波单元，整流滤波单元中设置的泄放电阻保证了电源掉电后cx1上的冗余电能够迅速释放，多重滤交结构，保证交流噪声足够小。
24.3、本实用新型通的电压检测单元通过电压检测电阻和两个分级设置的三极管就实现了不同电压的分区识别，结构简单，实用性高。
25.4、本实用新型通过pfc电压设置单元和控制单元实现了pfc的两级自动升压，在提高开关电源低输入电压时电源效率，减少发热，降低功率器件上的电应力的同时，还提高了电源的可靠性与稳定性，减小了emi电磁干扰。
附图说明
26.图1为本实用新型提供的一种两级输入自匹配pfc开关电源电路框图；
27.图2为本实用新型提供的一种两级输入自匹配pfc开关电源电路图。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明。
29.如图1至图2所示，一种两级输入自匹配pfc开关电源电路，包括：交流电源输入单元、整流滤波单元、电压检测单元、控制单元、pfc电压设置单元和直流电源输出单元；所述交流电源输入单元分别与零线输入端n和火线输入端l连接，所述交流电源输入单元的输出端与整流滤波单元的输入端电性连接，整流滤波单元的输出端接入到电压检测单元上，电压检测单元和控制单元电性连接，与控制单元电性连接的还有pfc电压设置单元和直流电
源输出单元。
30.作为本实施例更进一步的解决方案，所述交流电源输入单元包括：负温度系数热敏电阻ntc1、熔断器fu1和压敏电阻rv1；火线输入端l通过串联负温度系数热敏电阻ntc1和熔断器fu1接出成为交流电源输入单元的火线输出端，压敏电阻rv1跨接在零线输入端n和火线输入端的负温度系数热敏电阻ntc1与熔断器fu1点之间，且跨接后的零线输入端n接出成为交流电源输入单元的零线输出端。
31.需要说明的是：负温度系数热敏电阻ntc1的作用主要是抑制浪涌，断器fu1的设置能防止电路过载受损，压敏电阻rv1可以抑制电路中出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害
32.作为本实施例更进一步的解决方案，所述整流滤波单元包括：共模电感lf1、桥式整流器bd1、无极性电容cx1、第一电容c1、第一电感器l1、第二电容c2、第一均压电阻rx1和第二均压电阻rx2；所述共模电感lf1的第一输入端接入到交流电源输入单元的零线输出端上，共模电感lf1的第二输入端接入到交流电源输入单元的火线输出端上，共模电感lf1的第三输入端接在桥式整流器bd1的上交流输入端子处，共模电感lf1的第四输入端接在桥式整流器bd1的下交流输入端子处，无极性电容cx1跨接在共模电感lf1的第三输入端与第四输入端之间，第一泄放电阻rx1与第二泄放电阻rx2串联并跨接在共模电感lf1的第三输入端与第四输入端之间，桥式整流器bd1的负极输出端接地，用于去除交流噪声的第一电容c1一端接地，另一端接在桥式整流器bd1的输出端上，与桥式整流器bd1的正极输出端相接的还有第一电感器l1，第一电感器l1的另一端通过与第二电容c2串联，第一电感器l1与第二电容c2的公共点作为整流滤波单元的整流滤波输出端。
33.需要说明的是：整流滤波单元主要是将交流输入初步整合为直流输入并对其进行滤波降噪。
34.作为本实施例更进一步的解决方案，所述控制单元包括：控制芯片ui和控制芯片引脚；所述控制芯片引脚包括：电压比较器输出端comp、误差放大器的反相输入端inv、电流检测输入端cs、内部乘法器输入端mult、门驱动输出端dr、零电流检测输入端zcd、供电电压端和接地端；控制芯片u1的供电电压端接vcc，控制芯片u1的接地端与地相接，供电电压端与vcc之间还设置有滤交结构，滤交结构包括成并联设置在vcc与地之间的第一极性电容cd1与第七电容c7，其中，第一极性电容cd1的正极接在vcc上。
35.作为本实施例更进一步的解决方案，所述电压检测单元包括：输入电压检测电阻、第一三极管q2、第二三极管q、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、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第十七电阻r17、第十八电阻r18和第十九电阻r19；所述输入电压检测电阻包括：上偏电阻和下偏电阻，所述上偏电阻和下偏电阻串联在vdd与地之间，第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3串联组成上偏电阻，第四电阻r4和第五电阻r5串联组成下偏电阻；所述内部乘法器输入端mult接在上偏电阻与下偏电阻的串联点处，与下偏电阻并联的还有第五电容c5，第五电容c5的另一端与地连接；第一三极管q2的基极通过串联第十五电阻r15与内部乘法器输入端mult相接，第一三极管q2的集电极与vcc相连，第一三极管q2的发射极通过第十六电阻r16与第十八电阻r18串接在第二三极管q3的基极处，第十七电阻r17在与第三极性电容cd3并联后，一端接地，另一端接在第十六电阻r16与第十八电阻r18的端点处，
第二三极管q3的集电极通过第十九电阻r19与第十四电阻r14串联接地，第二三极管q3的发射极与地相连，第四电容c4设置在电压比较器输出端comp和误差放大器的反相输入端inv之间，第三电容c3和第六电阻r6串联后再与第四电容c4并联，且与第十九电阻r19与第十四电阻r14串联的串联点电性连接。
36.作为本实施例更进一步的解决方案，所述pfc电压设置单元包括：pfc电感l2、开关管q1、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13和第十四电阻r14、第六电容c6、第二二极管d2；所述pfc电感l2的第一输入端通过第七电阻r7串接到零电流检测输入端zcd，pfc电感l2的第一输出端与地相接，pfc电感l2的第二输入端接在开关管q1的漏极上，开关管q1的栅极通过第八电阻r8接到门驱动输出端dr上，开关管q1的栅极与源极之间还设置有第九电阻r9，所述第九电阻r9通过第十一电阻r11串联接地，电流检测输入端cs通过第六电容c6与地相接，在电流检测输入端cs与九电阻r9和第十一电阻r11之间还设置有第十电阻r10，开关管q1的漏极接在pfc电感l2的第二输入端上，与pfc电感l2的第二输入端相接的还有第二二极管d2的正极端,第二二极管d2的负极端串接第十二电阻r12、第十三电阻r13和第十四电阻r14，第十四电阻r14的另一端与地相连。
37.作为本实施例更进一步的解决方案，所述直流电源输出单元包括：第一二极管d1、第八电容c8和第二极性电容cd2；第一二极管d1正极端与pfc电感l2的第二输出端相接，第八电容c8和第二极性电容cd2成并联结构串接在第一二极管d1的负极端与地之间，第一二极管d1的负极端接在第二二极管d2与第十二电阻r12的公共节点上，其中，第一二极管d1、第二二极管d2与第十二电阻r12的公共节点作为直流电源输出单元的电源输出端。
38.作为本实施例更进一步的解决方案，所述控制芯片u1为pfc有源功率因数校正器，所述开关管q1为n型mos开关管。
39.作为本实施例的一种情况：当交流输入在85v～170vac段时，交流输入经桥式整流器bd1整流后，第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3构成输入电压检测电阻的上偏电阻，第四电阻r4和第五电阻r5构成下偏电阻，输入电压经过上下偏电阻分压检测后经第十五电阻r15输入给第一三极管q2的基极，此时第一三极管q2基极电压小于0.7v，不能触发第一三极管q2的导通，第一三极管q2,第二三极管q3均处于关闭，pfc电压经上偏电阻r12,r13及下偏电阻r14设置在240vdc。
40.作为本实施例的另一种情况：当交流输入在170v～275vac段时，交流输入经桥式整流器bd1整流后，第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3构成输入电压检测电阻的上偏电阻，第四电阻r4和第五电阻r5构成下偏电阻，输入电压经过上下偏电阻分压检测后经第十五电阻r15输入给第一三极管q2的基极，此时第一三极管q2基极电压超过0.7v，第一三极管q2触发导通，第一三极管q2导通后，vcc电压经第一三极管q2,r16上偏电阻，r17下偏电阻分压后超过0.7v，使第二三极管q3饱和导通，此时第十九电阻r19对地短路，第十四r14,第十九r19两只电阻并联形成pfc电压设置点的下偏电阻，上偏电阻仍然是第十二r12和第十三r13串联不变，此时下偏电阻并联后阻值减小，此时pfc电压设置为390vdc。
41.作为本实施例的又一种情况：输入电压在170vac两端输入电压不断跳动时，整个控制电路亦可灵活自动切换形成不同的pfc电压。
42.以上所描述的实施例仅仅是示意性的，若涉及到作为分离部件说明的单元，其可
以是或者也可以不是物理上分开的；若涉及到作为单元显示的部件，其可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
43.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
44.本实用新型不局限于上述可选的实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。