PFC的Vcc供电电压开启电路及应用其的开关电源

摘要

本发明涉及一种PFC的Vcc供电电压开启电路以及应用该开启电路的开关电源，该开启电路包括一交流电峰值采样端、一PFC输出电压采样端、电容C2、二极管D6、一运放OP1、晶体管Q2、晶体管Q3和七个电阻;所述的交流电峰值采样端与所述二极管D6的正端连接，所述二极管D6的负端与所述的电容C2一端以及电阻R2的一端连接；所述电容C2的另一端与所述电阻R3的一端接地，所述电阻R3、R2的另一端与所述运放OP1的负输入端连接；所述PFC输出电压采样端接电阻R4的一端，该电阻R4的另一端与所述运放OP1的正输入端以及电阻R5的一端连接；本发明的开启电路在快速开关条件下可阻止PFC升压电感饱和，避免传统开关电源由该饱和带来的PFC电路内部电子零件毁坏问题。

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，特别是一种PFC的Vcc供电电压开启电路及应用其的开关电源。

背景技术

请参见图1，图1为传统的具有功率因数校正电路（Power Factor Correction Circuit,简称：PFC电路，功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。 基本上功率因素可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因素值越大，代表其电力利用率越高。）的开关电源；图中市用交流电（90Vrms~264Vrms）从开关电源的L输入端（接电网的火线端）和N输入端（接电网的零线端）经过EMI滤波电路1进行EMI滤波后由桥式整流电路进行全波整流，该桥式整流电路包含：D1~D4二极管；全波整流后的电压经过功率因数校正电路（简称：PFC电路，包含:PFC升压电感L1、整流二极管D5、功率晶体管Q1、功率因数校正控制芯片U1、电流侦测电阻R1等电子零件）升压后，在高压大电容C1正端生成一电压约为400V左右的直流电，该400V左右的直流电提供给主电源转换电路2转换后，生成一低压直流电，如:24V直流电作为液晶面板灯管驱动电路3的供电输入端电压;该400V直流电提供给待机电源转换电路4转换后，生成另一低压直流电，如:5V直流电作为主基板图像处理电路5（Main Board circuit）的供电输入端电压;待机电源转换电路4内部的Vcc供电电路（图式未画出）将产生一Vcc供电电压，该电压除了提供给该待机电源转换电路内部的PWM控制芯片工作外，还输入到Vcc供电控制电路6，主基板图像处理电路5将输出一PS_on信号来控制Vcc供电控制电路6是否要输出该Vcc供电电压给功率因数校正控制芯片U1和主电源转换电路2中的PWM控制芯片供电。

当液晶显示产品需要进入待机模式时，主基板图像处理电路5将输出一PS_on 低电平信号（Low）来控制Vcc供电控制电路6停止输出Vcc供电电压给功率因数校正控制芯片U1和主电源转换电路2中的PWM控制芯片供电，以便让液晶显示产品在待机状态下更省电；当正常工作时，主基板图像处理电路5将输出一PS_on 高电平信号（High）来控制Vcc供电控制电路6输出Vcc供电电压给功率因数校正控制芯片U1和主电源转换电路2中的PWM控制芯片供电。请继续参照图1，图1所示的开关电源在输入交流电为较高电压，如：220Vrms以上且该开关电源在做快速开关（on/off）条件下,当交流输入端电压关断时（turn off），高压大电容C1的电压开始下掉，当掉到,如:                                                =80V时，待机电源转换电路4仍然能正常工作，Vcc供电控制电路6仍提供一Vcc供电电压给功率因数校正控制芯片U1，使得该控制芯片U1仍处于工作状态，此时，若该开关电源输入端电压再被快速打开（turn on）,与二极管D3/D4负端连接的电感L1的那一端瞬间可产生一最大电压值，如：310V以上的高压，使得电感L1两端产生一较大的电压差，如：230V以上的电压差，使得电感L1瞬间产生一大的冲击电流，如: =40A,其电流路径：L1电感D5二极管正端D5二极管负端高压大电容C1正端，使得电感L1瞬间处于完全饱和导通状态（当流过电感电流达到一定值后，电感磁芯中的磁通密度不再随着磁场强度成正比增加，此时电感就开始出现饱和导通状态，电感饱和导通时，电感量会讯速衰减，使得流过电感的电流讯速增加。），导致L1电感量瞬间讯速衰减并接近无感量状态，此时，若PFC MOS Q1被控制芯片U1 turn on时，电感L1两端将产生更大的电流，其电流路径：L1电感Q1 MOS管漏极Q1 MOS管源极R1功率电阻，最终导致Q1 MOS管，R1功率电阻及控制芯片U1被毁坏，故现有PFC芯片厂家都会建议工程师在设计时需要在二极管D3、D4负端到高压大电容C1正端之间增加一二极管D7,使得在该开关电源在快速开关时，通过二极管D7向高压大电容C1正端进行充电，以防止PFC电感L1产生饱和问题。

请参见图2，图2为现有应用在大尺寸液晶显示产品上一具有功率校正因数电路（简称：PFC电路）的开关电源实例。该PFC电路中D7二极管通常采用，如 ：1N5408型号二极管，其采用DO-201AD的封装方式，该1N5408二极管通常需要将正负极两边引脚弯成90度后再插入电源板中使用，由于该DO-201AD封装的引脚较粗，当厂家在加工成型时，容易因本体受力而出现本体内部受到轻微的损伤，且较难被100%的发现，若该有问题的二极管被装到电源板中使用，在后期的工作当中容易造反向漏电流大幅度的增大，使得该二极管D7本体温度上升，而温度上升会导致反向漏电流续继增大，造成恶性循环不断增大，使该二极管D7本体产生高温，另，由于该PFC电路属于升压电路，即：在工作时PFC电路的输出端（D5二极管的负端）电压总是大于PFC输入端（D3、D4二极管负端），故在PFC电路工作时，二极管D7会长时间处在反向状态，若电源板上二极管D7本身零件原材料不良出现反向漏电流偏大，也会使得该二极管D7本体温度上升，而温度上升会导致反向漏电流续继增大，造成恶性循环不断增大，使该二极管D7本体产生高温，使得该二极管D7周边的零件及PCB板被高温碳化，最终引起电源板烧板问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种PFC的Vcc供电电压开启电路，该电路能在快速开关条件下可阻止PFC升压电感饱和，能消除上述因使用D7 二极管而造成的电源板出现烧板问题。

本发明采用以下方案实现：一种PFC的Vcc供电电压开启电路,其特征在于：包括一交流电峰值采样端、一PFC输出电压采样端、电容C2、二极管D6、一运放OP1、晶体管Q2、晶体管Q3、电阻R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8;所述的交流电峰值采样端与所述二极管D6的正端连接，所述二极管D6的负端与所述的电容C2一端以及电阻R2的一端连接；所述电容C2的另一端与所述电阻R3的一端接地，所述电阻R3、R2的另一端与所述运放OP1的负输入端连接；所述PFC输出电压采样端接电阻R4的一端，该电阻R4的另一端与所述运放OP1的正输入端以及电阻R5的一端连接；所述电阻R5的另一端和该运放OP1的地端接地；所述运放OP1的输出端接所述电阻R6的一端，该电阻R6的另一端与所述晶体管Q2的基极连接；所述晶体管Q2的发射极接地，该晶体管Q2的集电极与电阻R8的一端连接，所述电阻R8的另一端与晶体管Q3的基极以及电阻R7的一端连接，所述电阻R7另一端与晶体管Q3的发射极以及运放OP1的供电输入端连接；所述晶体管Q3的集电极作为该电路的供电输出端，该晶体管Q3的发射极作为外部Vcc供电电压的输入端。

在本发明一实施例中，所述的晶体管Q2为NPN型晶体管，所述晶体管Q3为PNP型晶体管;另本发明中所述的地均指的是开关电源中的初级侧地，也即为开关电源内部的变压器一次侧地。

本发明的另一目的是提供一种应用上述的PFC的Vcc供电电压开启电路的开关电源。

本发明采用以下方案实现：应用所述的PFC的Vcc供电电压开启电路的开关电源，包括：一EMI滤波电路、一桥式整流电路、一PFC电路、一高压大电容C1、一主电源转换电路、一待机电源转换电路以及一Vcc供电控制电路；市用交流电（90Vrms~264Vrms）从开关电源的L输入端（接电网的火线端）和N输入端（接电网的零线端）经过EMI滤波电路1进行EMI滤波后由桥式整流电路进行全波整流后作为PFC电路的输入电压，该电压经PFC电路升压后输出一约为400V左右的直流电，所述PFC电路的输出端电压经所述主电源转换电路进行电压转换后输出一直流电压作为一液晶面板灯管驱动电路供电输入电压，所述PFC电路输出端经待机电源转换电路进行电压转换后输出另一直流电压作为一主基板图像处理电路供电输入电压,所述的待机电源转换电路由内部Vcc供电电路输出一Vcc供电电压并提供给Vcc供电控制电路；所述的高压大电容C1的正端连接与所述PFC电路的输出端和主电源转换电路输入端之间，另一端接地；其特征在于：还包括上述的Vcc供电电压开启电路，该Vcc供电电压开启电路的交流电峰值采样端连接所述EMI滤波电路输出端的N端（连接电网零线端的那一端）或L端（连接电网火线端的那一端）的任一端；所述PFC输出电压采样端连接所述高压大电容C1的正端；所述供电输出端为所述PFC电路和主电源转换电路提供Vcc供电电压；所述的Vcc供电控制电路的输出端与所述外部Vcc电压输入端连接。

在本发明一实施例中：所述PFC电路包括一PFC升压电感L1、整流二极管D5、功率晶体管Q1、一PFC控制芯片以及一电流侦测电阻R1；所述的供电输出端与所述PFC控制芯片的Vcc输入端连接；所述PFC控制芯片的CS端（电流检测引脚）与所述电流侦测电阻R1的一端连接，所述电流侦测电阻R1的另一端接地；所述功率晶体管Q1的栅极与所述PFC控制芯片的OUT端（PFC控制芯片的PWM信号输出引脚）连接，源极与所述电流侦测电阻R1的一端连接，漏极与所述PFC升压电感L1的一端以及整流二极管D5的正端连接；所述PFC升压电感L1的另一端与所述桥式整流电路的输出端连接，所述整流二极管D5的负端与所述主电源转换电路和待机电源转换电路的输入端以及高压大电容C1正端连接。

本发明的开启电路在快速开关条件下可阻止PFC升压电感饱和，避免如图1所示的传统开关电源在快速开关条件下PFC电感产生饱合引起PFC MOS管等电子零件毁坏问题，以及避免如图2所示的传统开关电源由于二极管D7零件加工成型造成二极管D7的反向漏电流偏大或二极管D7电子零件本身原材料不良造成反向漏电流偏大，使得在长时间工作时，二极管D7本体温度持续上升，最终导至电源板被二极管D7高温碳化及烧板问题。应用该开启电路的开关电源，不仅保证了电源的使用寿命，而且提高了系统的稳定性，具有较好的实用价值。

附图说明

图1是早期PFC开关电源电路原理框图。

图2是现有在图1 PFC电路的输入端与输出端增加一二极管D7的开关电源电路原理框图。

图3是本发明实施例PFC的Vcc供电电压开启电路。

图4是本发明实施例应用Vcc供电电压开启电路的开关电源。

其中，1为EMI滤波电路；2为主电源转换电路；3为液晶面板灯管驱动电路；4为待机电源转换电路；5为主基板图像处理电路；6为Vcc供电控制电路；7为Vcc供电电压开启电路。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

如图3所示，本实施例提供一种PFC的Vcc供电电压开启电路,其特征在于：包括一交流电峰值采样端CY1、一PFC输出电压采样端CY2、电容C2、二极管D6、一运放OP1、晶体管Q2、晶体管Q3、电阻R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8;所述的交流电峰值采样端与所述二极管D6的正端连接，所述二极管D6的负端与所述的电容C2的一端以及电阻R2的一端连接；所述电容C2的另一端与所述电阻R3的一端接地，所述电阻R3、R2的另一端与所述运放OP1的负输入端连接；所述PFC输出电压采样端接电阻R4的一端，该电阻R4的另一端与所述运放OP1的正输入端以及电阻R5的一端连接；所述电阻R5的另一端和该运放OP1的地端接地；所述运放OP1的输出端接所述电阻R6的一端，该电阻R6的另一端与所述晶体管Q2的基极连接；所述晶体管Q2的发射极接地，该晶体管Q2的集电极与电阻R8的一端连接，所述电阻R8另一端与晶体管Q3的基极以及电阻R7的一端连接，所述电阻R7另一端与晶体管Q3的发射极以及运放OP1的供电输入端连接；所述晶体管Q3的集电极作为该电路的供电输出端Uo，该晶体管Q3的发射极作为外部Vcc电压输入端。

请参见图4，图4是应用上述Vcc供电电压开启电路的开关电源，其包括一EMI滤波电路、一桥式整流电路、一PFC电路、一高压大电容C1、一主电源转换电路、一待机电源转换电路以及一Vcc供电控制电路；市用交流电（90Vrms~264Vrms）从开关电源的L输入端（接电网的火线端）和N输入端（接电网的零线端）经过EMI滤波电路1进行EMI滤波后由桥式整流电路（二极管D1、D2、D3、D4）进行全波整流后作为PFC电路的输入电压，该电压经PFC电路升压后输出一约为400V左右的直流电，所述PFC电路的输出端电压经所述主电源转换电路进行电压转换后输出一直流电压作为一液晶面板灯管驱动电路供电输入电压，所述PFC电路输出端经待机电源转换电路进行电压转换后输出另一直流电压作为一主基板图像处理电路供电输入电压，,所述的待机电源转换电路由内部Vcc供电电路（图式未画出）输出一Vcc供电电压并提供给Vcc供电控制电路；所述的高压大电容C1的正端连接与所述PFC电路的输出端和主电源转换电路输入端之间，负端接地；其特征在于：还包括上述的Vcc供电电压开启电路，该Vcc供电电压开启电路的交流电峰值采样端连接所述EMI滤波电路输出端的N端（连接电网零线端的那一端）或L端（连接电网火线端的那一端）的任一端；所述PFC输出电压采样端连接所述高压大电容C1的正端；所述供电输出端为所述PFC电路和主电源转换电路提供Vcc供电电压；所述的Vcc供电控制电路的输出端与所述外部Vcc电压输入端连接。

请继续参照图4，从图中可以看出，该电路取消了图2中的D7二极管，同时增加一PFC的 Vcc供电电压开启电路，以确保在开关电源在快速开关时，电感L1在PFC开始工作时不会出现任何电感饱和问题(电感L1饱和时，由于电感量讯速衰减，使得流过Q1 MOS漏极与源极之间的电流异常增大，容易导致Q1 MOS、功率电阻R1、控制芯片U1毁坏问题) 。本实施例中，该开启电路通过D6二极管，（该D6二极管可选价格低廉的，如：FR107或1N4007型号的二极管）及电容C2来采样输入交流电的峰值电压，使得电容C2两端电压为（假设输入电为220Vrms）,此时还需要满足: t=(R2+R3)*C2??1/50,即:一个充放电常数要远大于输入交流电的一个周期时间，故一般R2、R3电阻需要选择MΩ级以上的电阻，使得运放OP1的负输入端电压得到一固定电压为。该开启电路通过R4、R5电阻来采样高压大电容C1正端的电压，使得运放OP1的正输入端侦测到C1两端电压为。此外，设置 R3/(R2+R3)的比值需要稍小于 R5/(R4+R5)比值，使得在该开关电源在快速的开关机时，高压大电容C1的电压充电到与交流输入电压的最高点（如：310V）相当或是稍低电压（如：300V）时，运放OP1的输出端才送出一高电平信号使得Q2 NPN晶体管导通，从而使Q3PNP晶体管导通，此时PFC控制芯片U1的供电端(U1的Vcc供电输入引脚)才接收到Vcc供电控制电路6输出的Vcc供电电压，使PFC开始正常工作，在PFC电路开始工作之前，由于高电大电容C1上的电压与交流输入端电压最高值基本相等，即：交流输入端电流经过电感L1及二极管D5向C1电容充电基本结束，流过电感L1上的电流已经很小，使得在PFC电路开始工作时电感不会处于饱和的工作状态，避免了如图1所示的传统开关电源在快速开关条件下PFC电感产生饱和引起PFC MOS管等电子零件毁坏问题，以及避免如图2所示的传统开关电源由于二极管D7零件加工成型造成二极管D7的反向漏电流偏大或二极管D7电子零件本身原材料不良造成反向漏电流偏大，使得在长时间工作时，二极管D7本体温度持续上升，最终导致电源板被二极管D7高温碳化及烧板问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。