[发明专利]一种PFC用的同步开关电路

说明书

技术领域

本发明涉及带PFC的开关电源，特别涉及后级存在多路变换器并联的系统中，对辅路使用的同步开关电路。

背景技术

随着国家标准对用电电器的功率因数的进一步要求，对消耗功率75W以上的交流供电的开关电源都有功率因数(PF)要求，即要求电路的工作电流波形基本和电压波形相同。

现已有功率因数校正电路解决这一问题，功率因数校正电路简称为PFC电路，是Power Factor Correction的缩写。

注：75W数据来源于中国国家标准GB17625.1-1998，名为《低压电气及电子设备发出的谐波电流限值(设备每相输入电流≤16A)》。

传统的BOOST功率因数校正器已经良好地解决了这一问题，其工作原理可以参见电子工业出版社的《开关电源的原理与设计》第190页、191页，该书ISBN号7-121-00211-6。

使用BOOST的PFC(Power Factor Correction)电路加上LLC变换器(LLC resonant converter)，可以让功率因数在0.95以上，并且变换效率可以高达96％。

图1示出了现有的采用PFC电路的优质两级方案的开关电源，包括由整流桥11和PFC电路12连接构成的单元10，由于其目的仍是获得较为平滑的直流电，同时获得很高的功率因数，这里把10所指的单元称为整流电路10，及连接于PFC电路12后级的负载20，负载20是一个主电源电路21，这里为LLC变换器。电容C_A为PFC电路12的输入滤波电容，作用为吸收PFC电路12的高频纹波电流，同时使得PFC电路的工作电流波形更接近工频电压波形；电容C_B为PFC电路12的输出滤波电容，俗称PFC输出电容。

家用、办公电脑，若主机选用80PLUS金牌电源，那么主电源电路21的LLC变换器效率很高，和前面的整流电路10级联后，在220VAC的U_AC输入下，输出为50％负载，效率高达92％，功率因数在0.90以上。由于显示器为独立供电，其电源为没有功率因数校正的普通反激式开关电源，功率较小，一般在40W以下，实测23吋的液晶显示器正常工作时耗电在16W至25W之间。给显示器供电的开关电源也是接在输入交流U_AC上的，会使得整个电脑系统的功率因数下降至0.80以下。

当然，解决的方法很容易联想到，把给显示器供电的开关电源中的整流电路删除，直接连接在图1中电容C_B两端，为了方便，图2示出了这种应用方式，其中，给显示器供电的开关电源为22，这里称为辅助电源电路22。

图2这种方式，适用在电脑或其它电子设备上工作，由于辅助电源电路22也是由PFC电路12供电，带来的好处是，PFC电路12的输出功率大了，那么其PF值会升高，改善了系统的PF值。

其不足之处是：当电脑关机时，PFC电路12停止工作，同时，其后级的主电源电路21也停止工作(这是全球各大公司推出的集成电路的固有功能)，但是，由于PFC电路12中，一般都带有充电D_B，为了防止充电电流过大，还会在D_B中串入NTC热敏电阻。这是因为PFC电路在首次上电时，PFC的输出电容C_B的端电压为零，为了防止PFC电路中的功率电感出现磁饱和，而烧了主功率开关管，设置D_B和限流用的NTC热敏电阻对电容C_B充电，这是目前极为流行的设计方法；另一方面，工业设备电源和电脑电源一样，需要一个5V的待机电源，这是标准规定，所以，当关断电脑电源时，电容C_B仍有310V左右的直流电压以便通过一个小功率的反激式开关电源给待机电源供电，而当开机时，电容C_B的端电压升至380V以上。

这就带来一个问题，图2电路中，显示器的供电电源22并没有随着主电源电路21停止工作而停止，仍在工作中，只是工作电压从380V下降至310V而已，但这并不影响由反激式开关电源拓扑组成的22电源的工作。即辅助电源电路22不能同步开关。

辅助电源电路22不能同步关断，其静态功耗不容忽视，由于要一直工作，也减少了辅助电源电路22的使用寿命。