无桥PFC电路的输入电流检测方法及装置

技术领域

本发明涉及输入电流检测方法及装置，更具体地说，涉及一种无桥PFC 电路的输入电流检测方法及装置。

背景技术

有源功率因素校正(APFC，Active Power Factor Correction)在通信电源 中应用广泛，APFC的控制中需要对交流输入电流进行采样，在无桥PFC电路 (特别是，图腾柱无桥PFC电路)中直接对交流输入电流采样比较困难。目 前尚无比较简单、方便和有效的针对工作在电流连续模式(CCM，Current Continuous Mode)下的无桥PFC电路的电流采样方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无桥PFC电路的输入电流检测装置，旨在解 决现有技术中在无桥PFC电路中直接对交流输入电流采样比较困难；目前尚 无比较简单、方便和有效的针对工作在电流连续模式下的无桥PFC电路的电 流采样方案等方面的问题。

本发明的目的还在于提供一种无桥PFC电路的输入电流检测方法，以更 好地解决现有技术中存在的上述问题。

为了实现发明目的，提供了一种无桥PFC电路的输入电流检测装置，所 述无桥PFC电路包括至少一个无桥PFC支路，所述输入电流检测装置包括用 于控制所述无桥PFC支路中各个开关管占空比的平均电流控制环路，所述输 入电流检测装置还包括：串联在所述无桥PFC支路的正半周回路中的正半周 分流器单元和串联在所述无桥PFC支路的负半周回路中的负半周分流器单元； 所述平均电流控制环路还用于分别检测所述正半周分流器单元和负半周分流 器单元两端的电压，从而计算出所述无桥PFC电路的输入电流。

优选的，所述无桥PFC电路包括并联连接的多个无桥PFC支路；在每个 无桥PFC支路的正半周回路中串联正半周分流器单元，及在每个无桥PFC支 路的负半周回路串联负半周分流器单元。

优选的，在每个无桥PFC支路的正半周回路中，正半周分流器单元串联 在无桥PFC支路的正半周整流单元和正半周单向导通器件之间；在每个无桥 PFC支路的负半周回路中，负半周分流器单元串联在无桥PFC支路的负半周 整流单元和负半周单向导通器件之间；

优选的，所述无桥PFC电路包括交错并联的多个无桥PFC支路；在正半 周回路中，各个PFC支路的正半周整流单元并联连接以形成正半周整流模块， 所述正半周分流器单元与所述正半周整流模块相串联；在负半周回路中，各个 PFC支路的负半周整流单元并联连接以形成负半周整流模块，所述负半周分流 器单元与所述负半周整流模块相串联。

优选的，所述正半周分流器单元连接在所述正半周整流模块和正半周单向 导通器件之间；所述负半周分流器单元连接在所述负半周整流模块和负半周单 向导通器件之间。

优选的，所述正半周分流器单元和负半周分流器单元均分别由一个分流器 构成、由多个分流器串联构成、或者由多个分流器并联构成。

优选的，所述分流器是分流电阻、电流互感器或者霍尔器件。

优选的，所述无桥PFC支路为图腾柱电路结构。

为了更好地实现发明目的，还提供了一种无桥PFC电路的输入电流检测 方法，所述无桥PFC电路包括至少一个无桥PFC支路，该方法包括以下步骤：

在所述无桥PFC支路的正半周回路中串联正半周分流器单元，且在所述 无桥PFC支路的负半周回路中串联负半周分流器单元；

分别检测所述正半周分流器单元和负半周分流器单元两端的电压，从而计 算出所述无桥PFC电路的输入电流。

优选的，所述无桥PFC电路包括并联连接的多个无桥PFC支路；在每个 无桥PFC支路的正半周回路中串联正半周分流器单元，及在每个无桥PFC支 路的负半周回路串联负半周分流器单元。

优选的，所述无桥PFC电路包括交错并联的多个无桥PFC支路；在正半 周回路中，各个PFC支路的正半周整流单元并联连接以形成正半周整流模块， 所述正半周分流器单元与所述正半周整流模块相串联；在负半周回路中，各个 PFC支路的负半周整流单元并联连接以形成负半周整流模块，所述负半周分流 器单元与所述负半周整流模块相串联。

实施本发明的无桥PFC电路的输入电流检测方法及装置，具有以下有益 效果：通过在PFC电路的正半周回路和负半周回路中分别串联正半周分流器 单元和负半周分流器单元，从而可通过检测正半周分流器单元和负半周分流器 单元两端的电压，以简单、方便和有效地计算出PFC电路中的电感电流，实 现对输入电流实时采样，降低了无桥PFC电路的输入电流的采样难度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1A是本发明无桥PFC电路的输入电流检测装置第一实施例的电路结构 示意图；

图1B是本发明无桥PFC电路的输入电流检测装置第二实施例的电路结构 示意图；

图2A是本发明无桥PFC电路的输入电流检测装置第三实施例的电路结构 示意图；

图2B是本发明无桥PFC电路的输入电流检测装置第四实施例的电路结构 示意图；

图3A是本发明无桥PFC电路的输入电流检测装置第五实施例的电路结构 示意图；

图3B是本发明无桥PFC电路的输入电流检测装置第六实施例的电路结构 示意图；

图4是本发明无桥PFC电路的输入电流检测方法的第一实施例的流程图；

图5是本发明无桥PFC电路的输入电流检测方法的第二实施例的流程图；

图6是本发明无桥PFC电路中电感电流和输入的交流电压的波形图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的无桥PFC电路的输入电流检测装置主要包括两个部分，分别是： 电流检测部分和计算控制部分。

该无桥PFC电路连接在交流电源和负载之间。为了检测该无桥PFC电路 中的输入电流，即检测无桥PFC电路中的电感电流，本发明通过分别在该无 桥PFC电路的正半周回路和负半周回路中分别串联正半周分流器单元和负半 周分流器单元以作为电流检测部分，从而使得在正半周回路中，正半周分流器 单元与电感形成串联关系，同时在负半周回路中，负半周分流器单元与电感也 形成串联关系。由此即可通过检测正半周分流器单元和负半周分流器单元两端 的电压值，再分别除以正半周分流器单元和负半周分流器单元的电阻值，从而 分别得到通过正半周分流器单元和负半周分流器单元的电流值，最后由负半周 分流器单元的电流值减轻正半周分流器单元的电流值得到电感电流值，即交流 电源的输入电流值。

其中，对于该电流值的计算是由作为计算控制部分的平均电流控制环路执 行。最后该平均电流控制环路通过平均电流控制法，并根据计算出的电感电流 值，对无桥PFC电路中的各个开关管的控制端进行信号输出，由此调节各个 开关管的占空比，最终使得电感电流和交流输入电压的波形保持一致，实现输 入电流跟踪交流输入电压。

图1A示出本发明无桥PFC电路的输入电流检测装置的第一实施例，其中， 该无桥PFC电路仅仅包括一个无桥PFC支路，该无桥PFC支路连接在交流电 源Vac和负载RL之间。

在无桥PFC支路和负载RL之间还连接有电平筘位电容Cb。

该无桥PFC支路包括电感Ls、MOSFET管S1、MOSFET管S2、二极管 D1和二极管D2。

电感Ls、MOSFET管S1和二极管D1顺次连接在交流电源Vac的正母线 和负母线之间构成正半周回路，其中，MOSFET管S1作为正半周整流单元， 提供整流功能。二极管D1作为单向导通器件，以引导电流的流通路径。

二极管D2、MOSFET管S2和电感Ls顺次连接在交流电源Vac的负母线 和正母线之间构成负半周回路，其中，二极管D2作为单向导通器件，以引导 电流的流通路径。MOSFET管S2作为负半周整流单元，提供整流功能。

在正半周回路中，串联一正半周分流器单元11，使得该正半周分流器单 元11与电感Ls形成串联关系；优选的，将正半周分流器单元11连接在 MOSFET管S1和二极管D1之间，具体地是连接在负母线和二极管D1之间。

在负半周回路中，串联一负半周分流器单元12，使得该负半周分流器单 元12与电感Ls形成串联关系；优选的，将负半周分流器单元12连接在二极 管D2和MOSFET管S2之间，具体地是连接在正母线和二极管D2之间。

平均电流控制环路2分别检测正半周分流器单元11和负半周分流器单元 12两端的电压，再根据电压、电流和电阻的关系，得到通过正半周分流器单 元11和负半周分流器单元12的电流大小，即得到通过电感Ls的电流。

平均电流控制环路2根据Ls上的电流通过向MOSFET管S1和MOSFET 管S2的栅极发送控制信号，以调节MOSFET管S1和MOSFET管S2的占空 比，最终实现输入电流和交流输入电压的波形保持一致，即实现输入电流跟踪 交流输入电压。

可以理解的，该正半周分流器单元11和负半周分流器单元12均可分别由 一个分流器构成、或多个分流器串联而成、再或者由多个分流器并联而成。该 分流器可选用分流电阻、电流互感器或霍尔器件。

对于平均电流控制环路2，其可使用现有的可执行平均电流控制法环路的 电路结构。由于本发明未对该平均电流控制环路2进行改进，因此对其硬件结 构和相关的工作原理的细节不作进一步展开。另外，对于各个无桥PFC支路 可设计为图腾柱的电路结构形式。

图2A示出本发明无桥PFC电路的输入电流检测装置的第二实施例，其中， 该无桥PFC电路也仅仅包括一个无桥PFC支路。该第二实施例与第一实施例 的不同点在于，在第二实施例中，正半周分流器单元11实施为仅由一个分流 电阻R2构成，负半周分流器单元12也实施为仅由一个分流电阻R1构成。

另外，本发明的无桥PFC电路可由多个无桥PFC支路构成。当使用多个 无桥PFC支路时，多个无桥PFC支路可相互并联，形成该无桥PFC电路。也 可以是多个无桥PFC支路交错并联，形成该无桥PFC电路。

在交错并联的无桥PFC支路中，所有无桥PFC支路的正半周回路中共用 一个单向导通器件，所有无桥PFC支路的负半周回路中也共用一个单向导通 器件。也就是说，在交错并联的无桥PFC电路中，当增加无桥PFC支路时， 只需增加作为整流单元的MOSFET管的数量，而不需要增加二极管的数量。 即不管由多少个无桥PFC支路交错并联构成该无桥PFC电路，其中，在正半 周回路和负半周回路中均分别只有一个二极管作为单向导通器件。

图2A示出本发明无桥PFC电路的输入电流检测装置的第三实施例，其中， 该无桥PFC电路由两个无桥PFC支路并联而成，该无桥PFC电路连接在交流 电源Vac和负载RL之间，在无桥PFC电路和负载RL之间还连接有电平筘位 电容Cb。

其中，电感Ls1、MOSFET管S1、MOSFET管S2、二极管D1和二极管 D2构成第一无桥PFC支路。电感Ls2、MOSFET管S3、MOSFET管S4、二 极管D3和二极管D4构成第二无桥PFC支路。

电感Ls1、MOSFET管S1和二极管D1构成第一无桥PFC支路的正半周 回路，在该第一无桥PFC支路的正半周回路中串联一个正半周分流器单元11， 优选的，该正半周分流器单元11串联在MOSFET管S1和二极管D1之间。

二极管D2、MOSFET管S2和电感Ls1构成第一无桥PFC支路的负半周 回路，在该第一无桥PFC支路的负半周回路中串联一个负半周分流器单元12， 优选的，该负半周分流器单元12串联在二极管D2和MOSFET管S2之间。

平均电流控制环路2分别检测正半周分流器单元11和负半周分流器单元 12两端的电压，再根据电压、电流和电阻的关系，得到通过正半周分流器单 元11和负半周分流器单元12的电流大小，即得到通过电感Ls1的电流。

接着，平均电流控制环路2通过向MOSFET管S1和MOSFET管S2的栅 极发送控制信号，以调节MOSFET管S1和MOSFET管S2的占空比，最终实 现输入电流和交流输入电压的波形保持一致，即实现输入电流跟踪交流输入电 压。

电感Ls2、MOSFET管S3和二极管D3构成第二无桥PFC支路的正半周 回路，在该第二无桥PFC支路的正半周回路中串联一个正半周分流器11，优 选的，该正半周分流器11串联在MOSFET管S3和二极管D3之间。二极管 D4、MOSFET管S4和电感Ls2构成第二无桥PFC支路的负半周回路，在该 第二无桥PFC支路的负半周回路中串联一个负半周分流器单元12，优选的， 该负半周分流器单元12串联在二极管D4和MOSFET管S4。

同样，平均电流控制环路2分别检测正半周分流器单元11和负半周分流 器单元12两端的电压，再根据电压、电流和电阻的关系，得到通过正半周分 流器单元11和负半周分流器单元12的电流大小，即得到通过电感Ls2的电流。

接着，平均电流控制环路2通过向MOSFET管S3和MOSFET管S4的栅 极发送控制信号，以调节MOSFET管S3和MOSFET管S4的占空比，最终实 现输入电流和交流输入电压的波形保持一致，即实现输入电流跟踪交流输入电 压。

由此可见，当无桥PFC电路是由两个无桥PFC支路并联而成时，其一共 具有两个正半周回路和两个负半周回路，并且需要串联四个分流器单元。以此 类推，当无桥PFC电路时由N个无桥PFC支路并联而成，其一共具有N个正 半周回路和N个负半周回路，并且需要串联2N个分流器单元。

图2B示出本发明无桥PFC电路的输入电流检测装置的第四实施例，其中， 该无桥PFC电路也是由两个无桥PFC支路并联而成。该第四实施例与图2A 的区别在于，在第四实施例中，第一无桥PFC支路的正半周回路中的正半周 分流器单元11实施为仅由一个分流电阻R2构成。第一无桥PFC支路的负半 周回路中的负半周分流器单元12实施为仅由一个分流电阻R1构成。第二无 桥PFC支路的正半周回路中的正半周分流器单元11实施为仅由一个分流电阻 R3构成。第二无桥PFC支路的负半周回路中的负半周分流器单元12实施为 仅有一个分流电阻R4构成。

图3A示出本发明无桥PFC电路的输入电流检测装置的第五实施例，其中， 该无桥PFC电路由两个无桥PFC支路交错并联而成。

在该两个无桥PFC支路的正半周回路中共用二极管D1和电感Ls2。

在该两个无桥PFC支路的正半周回路中共用二极管D2和电感Ls1。

MOSFET管S1作为第一无桥PFC支路的正半周回路的正半周整流单元， MOSFET管S3作为第二无桥PFC支路的正半周回路的正半周整流单元，由此 第一无桥PFC支路的正半周整流单元和第二无桥PFC支路的正半周整流单元 并联构成正半周整流模块，从而在正半周回路中，仅需串联一个正半周分流器 单元11与正半周整流模块串联，即可使得两个无桥PFC支路的正半周回路共 用该正半周分流器单元11，从而使得该正半周分流器单元11与电感Ls2串联。

同理，MOSFET管S2作为第一无桥PFC支路的负半周回路的负半周整流 单元，MOSFET管S4作为第二无桥PFC支路的负半周回路的负半周整流单元， 由此，第一无桥PFC支路的负半周整流单元和第二无桥PFC支路的负半周整 流单元并联构成负半周整流模块，从而在负半周回路中，仅需串联一个负半周 分流器单元12与负半周整流模块串联，即可使得该两个无桥PFC支路的负半 周回路共用该负半周分流器单元12，从而使得该负半周分流器单元12与电感 Ls1串联。

平均电流控制环路2分别检测正半周分流器单元11和负半周分流器单元 12两端的电压，再根据电压、电流和电阻的关系，得到通过正半周分流器单 元11和负半周分流器单元12的电流大小，即得到通过电感Ls2和电感Ls1的 电流。接着，平均电流控制环路2通过向MOSFET管S1、MOSFET管S2、 MOSFET管S3和MOSFET管S4的栅极发送控制信号，以调节MOSFET管 S1、MOSFET管S2、MOSFET管S3和MOSFET管S4的占空比，最终实现 输入电流和交流输入电压的波形保持一致，即实现输入电流跟踪交流输入电 压。

图3B示出本发明无桥PFC电路的输入电流检测装置的第六实施例，其中， 该无桥PFC电路由两个无桥PFC支路交错并联而成。该第六实施例与图3A 的区别点在于，在第六实施例中，正半周分流器单元11实施为仅由一个分流 电阻R2构成。负半周分流器单元12实施为仅由一个分流电阻R1构成。

图4示出了本发明第一实施例的无桥PFC电路的输入电流检测方法的流 程，该方法流程基于图1A～3B任意其中之一所示的系统结构，具体过程如下：

S41：在无桥PFC支路的正半周回路中串联正半周分流器单元，且在无桥 PFC支路的负半周回路中串联负半周分流器单元；

S42：平均电流控制环路分别检测正半周分流器单元和负半周分流器单元 两端的电压，从而根据电压、电流和电阻之间的关系，计算出无桥PFC电路 的电感电流，即输入电流。

图5示出了本发明第二实施例的无桥PFC电路的输入电流检测方法的流 程，该方法流程基于图1A～3B任意其中之一所示的系统结构，具体过程如下：

S51：在无桥PFC支路的正半周回路中串联正半周分流器单元，且在无桥 PFC支路的负半周回路中串联负半周分流器单元；

S52：平均电流控制环路分别检测正半周分流器单元和负半周分流器单元 两端的电压，从而根据电压、电流和电阻之间的关系，计算出无桥PFC电路 的电感电流，即输入电流。

S53：平均电流控制环路根据计算出的电感电流，向无桥PFC电路中的所 有开关管的控制端发送控制信号，以调节所有开关管的占空比，从而使得输入 电流的波形与交流输入电压的波形保持一致，实现了输入电流跟踪交流输入电 压。如图6所示无桥PFC电路中电感电流和输入的交流电压的波形图，其中， 黑色粗线表示交流输入电压的波形图，黑色细线表示电感电流即输入电流的波 形图，从中可看出两者的波形走向保持高度的一致性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。