CN203026904U - 过流保护电路及具有该过流保护电路的pfc控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种过流保护电路及具有该过流保护电路的PFC控制电路，过流保护电路连接在有源PFC电路的采样电阻与IGBT驱动电路栅极之间，过流保护电路包括信号输入端、信号输出端及连接在信号输入端和信号输出端之间的比较电路；信号输入端连接采样电阻，信号输出端连接IGBT驱动电路的输入端，IGBT驱动电路的输出端连接在IGBT的栅极上；系统电流信号通过采样电阻转变为采样电压信号后，通过信号输入端输入，由比较电路输出高/低电平信号，控制IGBT驱动电路输出控制信号来控制IGBT的截止或导通，比较器可根据检测结果改变输出状态，所以对过流保护更加及时可靠；调试方便，简单快捷。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种过流保护电路，尤其涉及一种过流保护电路及具有该过流保护电路的PFC（Power Factor Correction，功率因数校正）控制电路。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，一些高端的家用电器也进入了寻常百姓家庭，如：液晶电视、电磁炉、变频空调等，而一些开关电源及大功率的感性负载由于本身的特性，其励磁功率会返回电网，使家用电器对电网的利用率降低，并且感性负载产生的谐波电流所带来的EMC（电磁兼容性）与THD（总谐波失真）问题，严重影响了家用电器的正常使用。
为此，目前提出了无源PFC控制方法和有源PFC控制方法，以提高家用电器的电网利用率。由无源器件组成的无源PFC虽然可靠性高，但功率因数低，对电网的利用率仍然较低；有源PFC通常由一些有源器件组成，比如：IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管），其功率因数较高，通常可达0.99，因此现在普遍采用如图1所示的BOOST（升压斩波）结构的PFC控制电路，但是，这种BOOST结构存在以下缺陷：当电器本身使用不当或保护不及时，很容易由于过流的原因而造成IGBT（如图1中所示的G1）损坏，使电器或设备无法正常使用，从而给用户的生产与生活带来很多不利影响；而当IGBT损坏后，整个电路就相当于无源PFC，但是如前所述，无源PFC功率因数低，所以对电网的利用率仍然低下。
而现有技术中通常用单片机的A/D口来检测PFC的电流值，如果一旦过流，单片机要通过一系列的运算来处理所检测到的电流，往往由于保护不及时而造成PFC的损坏，并且很多电器或设备电流正常了之后也不能自动恢复，需要重新上电才能开机或使用，此外，现有技术也有通过电流互感器来检测电流，但是电流互感器的精度不是很高，一般误差在0.5A左右，如果使用高精度的电流互感器，它的设计成本又很高，在一些家用电器领域是不太适宜的。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种能够及时保护PFC电路且简单快捷、可靠性高的过流保护电路及具有该过流保护电路的PFC控制电路。
为了达到上述目的，本实用新型提出一种过流保护电路，连接在有源PFC电路的采样电阻与IGBT驱动电路之间，过流保护电路包括信号输入端、信号输出端以及连接在所述信号输入端和信号输出端之间的比较电路；所述信号输入端连接在有源PFC电路中采样电阻与整流桥之间，所述信号输出端连接所述IGBT驱动电路的输入端，IGBT驱动电路的输出端连接在IGBT的栅极上；系统电流信号通过采样电阻转变为采样电压信号后，通过所述信号输入端输入，由所述比较电路输出高/低电平信号，控制IGBT驱动电路输出控制信号来控制IGBT的截止或导通。
优选地，所述比较电路包括一比较器和用于为所述比较器提供参考电压的参考电压电路；所述参考电压电路包括第一直流电源和第一上拉电阻；所述第一直流电源通过第一上拉电阻连接比较器的输出端；所述比较器的反相输入端连接所述信号输入端，所述比较器的同相输入端经过下拉电阻接地；所述比较器的同相输入端与输出端之间还连接有反馈电阻，所述第一直流电源经所述第一上拉电阻在所述反馈电阻和下拉电阻之间形成参考电压；所述比较电路输出的高/低电平信号决定所述参考电压的大小，随着所述比较器的输出端输出状态的翻转，参考电压会产生下限参考电压和上限参考电压，下限参考电压对应高电平信号输出，上限参考电压对应低电平信号输出。
优选地，该过流保护电路还包括分压电阻，所述分压电阻连接在所述比较器的反相输入端与所述信号输入端之间。
优选地，该过流保护电路还包括偏置电路，所述偏置电路包括第二直流电源及第二上拉电阻，所述第二直流电源经所述第二上拉电阻连接比较器的反相输入端；所述第二直流电源通过第二上拉电阻输出偏置电压，所述偏置电压与所述采样电压信号经所述分压电阻分压后的电压叠加，输入到所述比较器的反相输入端。
优选地，该过流保护电路还包括一滤波电容，所述滤波电容并联在所述反馈电阻的两端。
本实用新型还提出一种PFC控制电路，包括如上所述的过流保护电路。
本实用新型提出的一种过流保护电路及具有该过流保护电路的PFC控制电路，通过采样电阻将电流信号转变为电压信号后，通过迟滞比较器来检测该电压信号的大小，由于比较器的同相输入端高于或低于反相输入端的电压时，其输出状态将会立刻翻转，因此可以及时、可靠的进行过流保护。另外，保护电流的阈值可以通过改变电路的电阻来调整，调试方便，简单快捷。
附图说明
图1是现有的BOOST结构的PFC控制电路结构示意图；
图2是本实用新型较佳实施例的具有过流保护电路的PFC控制电路结构示意图；
图3是图2中过流保护电路的电路结构示意图；
图4是图3所示的过流保护电路中采样电压Vi与比较器的输出电压V0的传输特性图。
为了使本实用新型的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。
具体实施方式
参照图2和图3，图2是本实用新型较佳实施例的具有过流保护电路的PFC控制电路结构示意图，图3是图2中过流保护电路的电路结构示意图。
本实施例为了克服现有技术中，当电器使用不当或保护不及时，很容易由于过流等原因而造成IGBT损坏，使电器或设备无法正常使用，如图3所示，本实用新型提出一种过流保护电路，连接在图2所示的有源PFC电路的采样电阻R1与IGBT驱动电路之间，具体如图2所示，该过流保护电路10与IGBT驱动电路依次连接在图2中的A点和G点之间，所述A点为有源PFC电路中采样电阻R1与整流桥之间的节点，所述G点连接IGBT G1的栅极。
具体地，该过流保护电路10包括：接A点的信号输入端、信号输出端以及连接在所述信号输入端与信号输出端之间的比较电路1，所述信号输出端连接IGBT驱动电路2的输入端；所述IGBT驱动电路2的输出端连接G点，从而连接在IGBT G1的栅极上；采样电阻R1连接所述信号输入端系统电流信 号通过采样电阻R1转变为采样电压信号后，通过所述信号输入端输入，由所述比较电路1输出高/低电平信号，控制IGBT驱动电路2输出控制信号来控制IGBT G1的截止或导通。
所述比较电路1包括一比较器IC和用于为所述比较器IC提供参考电压的参考电压电路；所述参考电压电路包括一下拉电阻R3；所述比较器IC的输出端通过第一上拉电阻R5接一第一直流电源；所述比较器IC的反相输入端通过分压电阻R2连接所述信号输入端A，所述比较器IC的同相输入端经过下拉电阻R3接地；所述比较器IC的同相输入端与输出端之间还连接有反馈电阻R6，所述反馈电阻R6的两端还并联有滤波电容C1，所述第一直流电源经所述第一上拉电阻R5在所述反馈电阻R6和下拉电阻R3之间形成参考电压U。
进一步地，当信号输入端从A点处获得的采样电压信号比较微弱时，为了增强该采样电压信号，还可以增加一偏置电路3，所述偏置电路3包括一第二上拉电阻R4，所述比较器IC的反向输入端通过所述第二上拉电阻R4接一第二直流电源；所述第二直流电源通过第二上拉电阻R4输出偏置电压，所述偏置电压与所述采样电压信号经所述分压电阻R2分压后的电压叠加，输入到所述比较器IC的反相输入端。
由此，通过采样电压与偏置电压的叠加，采样电压信号微弱的变化可以使比较器IC的反相输入端接收到变化较大的输入电压，从而可以提高保护和检测的精度。
本实施例中，第一直流电源优选为+5V直流电源, 第二直流电源优选为+5V直流电源，比较器IC优选为LM293电压比较器，以下详细阐述本实施例的工作原理：
由图3可知，比较器IC同相输入端的电压即为参考电压U，参考电压U为第一直流电源通过上述参考电压电路产生，比较器IC的输出端输出的高/低电平信号决定参考电压U的大小，因此随着比较器IC的输出端输出状态的翻转，参考电压U会产生下限参考电压UL和上限参考电压UH，其中，下限参考电压UL对应高电平信号输出，上限参考电压UH对应低电平信号输出。系统电流I经采样电阻R1转变为采样电压Vi后，通过信号输出端A输入到过流保护电路中。
由图2及图3中箭头所示的系统电流I和第二直流电源产生的电流方向可知，由系统电流I通过采样电阻R1转变而来的采样电压Vi为一负电压信号，并且系统电流I越大，采样电压Vi的数值越小，采样电压Vi与偏置电压叠加后输入到比较器IC反相输入端的电压为U，随着系统电流I的增大，采样电压Vi的数值将逐渐减小，同时U也将逐渐减小，当系统电流I大于一定值时，反相输入端电压U小于同相输入端的下限参考电压UL，则比较器IC的输出端输出高电平信号，使连接在比较器IC的输出端上的IGBT驱动电路2驱动IBGT G1截止，从而达到在电流过大时保护IGBT G1的目的，同时，当IGBT G1截止时，由于电感L1中存储的磁能转化为电能继续给负载供电，并且电感L1的输出电压等于电网电压加电感L1的反向电动势，相当于抬高了二极管D1阳极的电压，使电流跟随输入电压的时间加长，因此提高了功率因数；随着系统电流I的减小，采样电压Vi将逐渐增大，同时U_也将逐渐增大，当系统电流I恢复到设定正常值时，反相输入端电压U_大于同相输入端的上限参考电压UH，比较器IC的输出端输出低电平信号，使连接在比较器IC的输出端上的IGBT驱动电路2驱动IBGT G1栅极导通，使PFC电路正常工作，此时电网给电感L1储能。
具体的，如图2所示，本实施例中比较器IC型号优选为LM293，本实施例中，若设定分压电阻R2=20K，下拉电阻R3=1K，第二上拉电阻R4=125K，第一上拉电阻R5=5.1K，反馈电阻R6=100K，滤波电容C1=10PF，由A点的采样电压为Vi，则根据图2中电路图，可知LM293的反相输入端电压U_为 ，当系统电流I大于一定值时，反相输入端电压U_小于此时同相输入端的下限参考电压UL，而下限参考电压UL= 0，因此由 可推算出Vi<-0.8V，如果检测电阻R1的阻值为20mΩ，则Vi= -0.02I<-0.8，可推算出I>40A，即系统电流I大于40A时，LM293输出端输出高电平信号，使连接在LM293的输出端上的IGBT驱动电路2驱动IGBT G1截止，从而达到在电流过大时保护IGBT G1的目的，同时，当IGBT G1截止时，由于电感L1中存储的磁能转化为电能继续给负载供电，并且电感L1的输出电压等于电网电压加电感L1的反向电动势，相当于抬高了二极管D1阳极的电压，使电流跟随输入电压的时间加长，因此提高了功率因数。
随着系统电流I的减小，采样电压Vi将逐渐增大，同时U_也将逐渐增大， 当系统电流I恢复到设定正常值以下时，反相输入端电压U_大于此时同相输入端的上限参考电压UH，而上限参考电压
，因此由
可推算出Vi>-0.74V，如果检测电阻R1的阻值为20mΩ，则Vi= -0.02I>-0.74，可推算出I<37A，即是当系统电流I恢复到设定正常值37A以下时，LM293的输出端输出低电平信号，使连接在比较器IC的输出端上的IGBT驱动电路2驱动IBGT G1导通，电网给电感L1储能。
也就是说，如果检测电阻R1的阻值为20mΩ，当流过检测电阻R1的电流大于40A时，IGBT驱动电路2驱动IGBT G1截止，从而达到在电流过大时保护IGBT的目的；当电流小于37A时，IGBT驱动电路2驱动IBGT G1导通，系统恢复正常工作。
在系统电流I变化过程中，如图4所示，图4是本实用新型较佳实施例的过流保护电路中采样电压Vi与LM293的输出电压V0的传输特性图。当Vi<-0.8V，即I>40A时，LM293的输出电压V0=5V, 使连接在LM293的输出端上的IGBT驱动电路2驱动IBGT G1栅极截止，从而保护IGBT G1；当Vi>-0.74V，即I<37A时, LM293的输出电压V0=0V, 使连接在比较器IC的输出端上的IGBT驱动电路2驱动IBGT G1正常工作，此时IBGT G1导通。
相比现有技术，现有的有源PFC电路当电器本身使用不当或保护不及时，很容易由于过流等原因而造成IGBT损坏，使电器或设备无法正常使用，从而给用户的生产与生活带来很多不利影响。
本实施例的过流保护电路，其外围电路简单，通过由比较器LM293构成的迟滞比较器来检测系统电流I，当系统电流I达到电路的保护阈值，迟滞比较器的输出将立刻翻转，从而控制IGBT G1的导通与截止，而且这种翻转的时间在纳秒级，比用单片机的A/D口来检测过流要快一个数量级，进而及时保护IGBT G1不受损坏。当IGBT G1导通时，电网给电感L1储能，当IGBT G1截止时，由于电感L1中存储的磁能转化为电能继续给负载供电，并且电感L1的输出电压等于电网电压加电感L1的反向电动势，相当于抬高了二极管D1阳极的电压，使电流跟随输入电压的时间加长，相比无源PFC，提高了功率因数。
另外，本实用新型较佳实施例的过流保护电路中保护电流的阈值可以通 过电路的电阻来调整，所述参考电压U的大小取决于+5V直流电源在第一上拉电阻R5、反馈电阻R6和下拉电阻R3上的分配，因此在使用中可以通过调整第一上拉电阻R5、反馈电阻R6和下拉电阻R3的大小来更改参考电压U的大小，也可通过调整采样电阻R1大小来调整采样电压Vi的大小，从而设定保护电流的参数，简单快捷，可靠性高，且调试方便。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种过流保护电路，连接在有源PFC电路的采样电阻与IGBT驱动电路之间，其特征在于，包括信号输入端、信号输出端以及连接在所述信号输入端和信号输出端之间的比较电路；所述信号输入端连接在有源PFC电路中采样电阻与整流桥之间，所述信号输出端连接IGBT驱动电路的输入端，IGBT驱动电路的输出端连接在IGBT的栅极上；系统电流信号通过采样电阻转变为采样电压信号后，通过所述信号输入端输入，由所述比较电路输出高/低电平信号，控制IGBT驱动电路输出控制信号来控制IGBT的截止或导通。
2.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述比较电路包括一比较器和用于为所述比较器提供参考电压的参考电压电路；所述参考电压电路一下拉电阻；所述比较器的输出端通过第一上拉电阻接一第一直流电源；所述比较器的反相输入端连接所述信号输入端，所述比较器的同相输入端经过所述下拉电阻接地；所述比较器的同相输入端与输出端之间还连接有反馈电阻，所述第一直流电源经所述第一上拉电阻在所述反馈电阻和下拉电阻之间形成参考电压；所述比较电路输出的高/低电平信号决定所述参考电压的大小，随着所述比较器的输出端输出状态的翻转，参考电压会产生下限参考电压和上限参考电压，下限参考电压对应高电平信号输出，上限参考电压对应低电平信号输出。
3.根据权利要求2所述的过流保护电路，其特征在于，还包括分压电阻，所述分压电阻连接在所述比较器的反相输入端与所述信号输入端之间。
4.根据权利要求3所述的过流保护电路，其特征在于，还包括偏置电路，所述偏置电路包括一第二上拉电阻，所述比较器的反向输入端通过所述第二上拉电阻接一第二直流电源；所述第二直流电源通过第二上拉电阻输出偏置电压，所述偏置电压与所述采样电压信号经所述分压电阻分压后的电压叠加，输入到所述比较器的反相输入端。
5.根据权利要求4所述的过流保护电路，其特征在于，还包括一滤波电容，所述滤波电容并联在所述反馈电阻的两端。
6.一种PFC控制电路，其特征在于，包括权利要求1-5中任一项所述的过流保护电路。
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