一种安全无桥PFC电路及汽车 |
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| 申请号 | CN201710514709.7 | 申请日 | 2017-06-29 | 公开(公告)号 | CN107124097A | 公开(公告)日 | 2017-09-01 |
| 申请人 | 北京新能源汽车股份有限公司; | 发明人 | 阎交生; 庄启超; 李志猛; 肖胜然; 鲁卫申; 王云钊; 陈泓泽; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种安全无桥PFC 电路 及 汽车 ，其中，该安全无桥PFC电路包括无桥PFC电路、第一无桥PFC保护电路和第二无桥PFC保护电路；无桥PFC电路包括第一晶体管和第二晶体管；第一无桥PFC保护电路的第一端连接至第一晶体管的栅极，第二端连接至第一晶体管的负向驱动 电压 ；第二无桥PFC保护电路的第一端连接至第二晶体管的栅极，第二端连接至第二晶体管的负向驱动电压；在第一晶体管导通，第二晶体管截止时，第一无桥PFC保护电路的第一端和第二端处于断开状态，第二无桥PFC保护电路的第一端和第二端处于导通状态，从而保证了第一晶体管导通时，第二晶体管截止，避免了第一晶体管和第二晶体管同时导通，造成第一晶体管和第二晶体管的损坏。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种安全无桥PFC电路，其特征在于，包括无桥功率因数校正PFC电路、第一无桥PFC保护电路和第二无桥PFC保护电路； |
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| 说明书全文 | 一种安全无桥PFC电路及汽车技术领域[0001] 本发明涉及功率因数校正及电学领域，特别涉及一种安全无桥功率因数校正(Power Factor Correction，PFC)电路及汽车。 背景技术[0002] 车载充电机在电动汽车中为动力电池进行充电，其可靠性直接影响了电动汽车的性能。为了实现双向的功能，通常情况下采用金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor，MOS)管组成无桥PFC电路，对输入动力电池的电流进行整流，并对动力电池输出的电流进行整流。 [0003] 传统无桥PFC电路中交流电正极输入端连接MOS管组成的上下管。上下管中的其中一个MOS管导通过程中，会在另外一个MOS管处出现正尖峰，从而将另外一个MOS管也导通，造成上下管直通而损坏，降低车载充电器的整机可靠性。 发明内容[0004] 本发明提供了一种安全无桥PFC电路及汽车，用以解决现有技术中无桥PFC电路的上下管同时导通，造成上下管损坏，降低车载充电器的整机可靠性的问题。 [0005] 为了达到上述目的，依据本发明的实施例的一个方面，提供了一种安全无桥PFC电路，包括无桥PFC电路、第一无桥PFC保护电路和第二无桥PFC保护电路； [0006] 所述无桥PFC电路包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的源极与所述第二晶体管的漏极连接，所述第一晶体管的栅极通过第一电阻与所述第一晶体管的正向驱动电压连接；所述第二晶体管的栅极通过第二电阻与所述第二晶体管的正向驱动电压连接； [0007] 第一无桥PFC保护电路的第一端连接至所述第一晶体管的栅极，第二端连接至所述第一晶体管的负向驱动电压； [0008] 第二无桥PFC保护电路的第一端连接至所述第二晶体管的栅极，第二端连接至所述第二晶体管的负向驱动电压； [0009] 在所述第一晶体管导通，所述第二晶体管截止时，所述第一无桥PFC保护电路的第一端和第二端处于断开状态，所述第二无桥PFC保护电路的第一端和第二端处于导通状态； [0010] 在所述第一晶体管截止，所述第二晶体管导通时，所述第一无桥PFC保护电路的第一端和第二端处于导通状态，所述第二无桥PFC保护电路的第一端和第二端处于断开状态。 [0011] 进一步地，所述第一无桥PFC保护电路包括第一三极管； [0013] 所述第二无桥PFC保护电路包括第二三极管； [0014] 所述第二三极管的发射极与所述第二晶体管的栅极连接，所述第二三极管的集电极与所述第二晶体管的负向驱动电压连接，所述第二三极管的基极与所述第二三极管的正向驱动电压连接。 [0015] 进一步地，所述第一三极管和所述第二三极管均为PNP型三极管。 [0016] 进一步地，所述第一无桥PFC保护电路包括第一MOS管和第三电阻； [0017] 所述第一MOS管的漏极与所述第一晶体管的栅极连接，所述第一MOS管的源极与所述第一晶体管的负向驱动电压连接，所述第一MOS管的栅极通过所述第三电阻与所述第一MOS管的正向驱动电压连接； [0018] 所述第二无桥PFC保护电路包括第二MOS管和第四电阻； [0019] 所述第二MOS管的漏极与所述第二晶体管的栅极连接，所述第二MOS管的源极与所述第二晶体管的负向驱动电压连接，所述第二MOS管的栅极通过所述第四电阻与所述第二MOS管的正向驱动电压连接。 [0020] 进一步地，所述第一MOS管和第二MOS管均为N沟道增强型MOS管。 [0021] 进一步地，所述无桥PFC电路还包括：第一寄生电容、第二寄生电容、第三寄生电容、第四寄生电容、第五寄生电容和第六寄生电容； [0022] 所述第一寄生电容分别与所述第一晶体管的栅极和漏极连接，所述第二寄生电容分别与所述第一晶体管的漏极和源极连接，所述第三寄生电容分别与所述第一晶体管的栅极和源极连接，所述第一晶体管的源极与第一接地连接； [0023] 所述第四寄生电容分别与所述第二晶体管的栅极和漏极连接，所述第五寄生电容分别与所述第二晶体管的漏极和源极连接，所述第六寄生电容分别与所述第二晶体管的栅极和源极连接，所述第二晶体管的源极与第二接地连接。 [0024] 进一步地，所述无桥PFC电路还包括：第三晶体管、第四晶体管、电容和负载； [0025] 所述第三晶体管的漏极分别与所述第一晶体管的漏极、所述电容的第一端和所述负载的第一端连接，所述第三晶体管的源极与所述第四晶体管的漏极连接，所述第四晶体管的源极分别与所述第二晶体管的源极、所述电容的第二端和所述负载的第二端连接。 [0026] 进一步地，所述第三晶体管的源极通过第一电感与交流电源的负向输入端连接。 [0027] 进一步地，所述第一晶体管的源极通过第二电感与交流电源的正向输入端连接。 [0028] 依据本明实施例的另一个方面，提供了一种汽车，包括如上所述的安全无桥PFC电路。 [0029] 本发明的上述方案的有益效果如下： [0030] 上述技术方案中，第一晶体管导通，第二晶体管截止时，第一无桥PFC保护电路的第一端和第二端处于断开状态，第二无桥PFC保护电路的第一端和第二端处于导通状态。通过第二无桥PFC保护电路的第一端和第二端的导通，将第二晶体管的栅极和源极之间的电压钳位在第二晶体管的开启电压之下，使得第二晶体管的栅极和源极处的正向尖峰电压无法开启第二晶体管。第一晶体管截止，第二晶体管导通时，第一无桥PFC保护电路的第一端和第二端处于导通状态，第二无桥PFC保护电路的第一端和第二端处于截止状态。通过第一无桥PFC保护电路的第一端和第二端的导通，将第一晶体管的栅极和源极之间的电压钳位在第一晶体管的开启电压之下，使得第一晶体管的栅极和源极处的正向尖峰电压无法开启第一晶体管。通过第一无桥PFC保护电路和第二无桥PFC保护电路，保证了同一时刻只能导通第一晶体管和第二晶体管中的一个，避免了第一晶体管和第二晶体管同时导通，造成第一晶体管和第二晶体管损坏，降低车载充电器的整机可靠性的问题。附图说明 [0031] 图1为本发明实施例提供的一种安全无桥PFC电路的示意图之一； [0032] 图2为本发明实施例提供的一种安全无桥PFC电路中第一无桥PFC保护电路和第二无桥PFC保护电路的示意图之一； [0033] 图3为本发明实施例提供的一种安全无桥PFC电路中第一无桥PFC保护电路和第二无桥PFC保护电路的示意图之二； [0034] 图4为本发明实施例提供的一种安全无桥PFC电路中无桥PFC电路的示意图之一； [0035] 图5为本发明实施例提供的一种安全无桥PFC电路中无桥PFC电路的示意图之二； [0036] 图6为无桥PFC电路实际测量波形图； [0037] 图7为本发明实施例提供的一种安全无桥PFC电路的实际测量波形图。 [0038] 附图标记说明： [0039] 11-无桥PFC电路，12-第一无桥PFC保护电路，13-第二无桥PFC保护电路，Q1-第一晶体管，Q2-第二晶体管，Q3-第一三极管，Q4-第二三极管，Q5第一MOS管，Q6第二MOS管，Q7第三晶体管，Q8-第四晶体管，VCC1-第一晶体管的正向驱动电压，VCC2-第二晶体管的正向驱动电压，E1-第一晶体管的负向驱动电压，E2-第二晶体管的负向驱动电压，VCC3-第一三极管的正向驱动电压，VCC4-第二三极管的正向驱动电压连，VCC5-第一MOS管的正向驱动电压，VCC6-第二MOS管的正向驱动电压，R1-第一电阻，R2-第二电阻，R3-第三电阻，R4-第四电阻，R5-负载，C1-第一寄生电容，C2-第二寄生电容，C3-第三寄生电容，C4-第四寄生电容，C5-第五寄生电容，C6-第六寄生电容，C7-电容，GND1-第一接地，GND2-第二接地。 具体实施方式[0040] 下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。 [0041] 如图1所示，为本发明实施例提供的一种安全无桥PFC电路的示意图，包括：无桥PFC电路11、第一无桥PFC保护电路12和第二无桥PFC保护电路13； [0042] 无桥PFC电路11包括第一晶体管Q1和第二晶体管Q2，第一晶体管Q1的源极与第二晶体管Q2的漏极连接，第一晶体管Q1的栅极通过第一电阻R1与第一晶体管Q1的正向驱动电压VCC1连接；第二晶体管Q2的栅极通过第二电阻R2与第二晶体管Q2的正向驱动电压VCC2连接； [0043] 第一无桥PFC保护电路12的第一端连接至第一晶体管Q1的栅极，第二端连接至第一晶体管Q1的负向驱动电压E1； [0044] 第二无桥PFC保护电路13的第一端连接至第二晶体管Q2的栅极，第二端连接至第二晶体管Q2的负向驱动电压E2； [0045] 在第一晶体管Q1导通，第二晶体管Q2截止时，第一无桥PFC保护电路12的第一端和第二端处于断开状态，第二无桥PFC保护电路13的第一端和第二端处于导通状态； [0046] 在第一晶体管Q1截止，第二晶体管Q2导通时，第一无桥PFC保护电路12的第一端和第二端处于导通状态，第二无桥PFC保护电路13的第一端和第二端处于断开状态。 [0047] 应当说明的是，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2是无桥PFC电路11中的上下管，并且在第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的连接处通过第二电感接入正向的交流电源，也就是在第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的连接处通过第二电感连接交流电中的火线。第一晶体管Q1的导通，由第一晶体管Q1的正向驱动电压VCC1决定。第二晶体管Q2的导通，由第二晶体管Q2的正向驱动电压VCC2决定。 [0048] 本发明实施例中，第一晶体管Q1导通，第二晶体管Q2截止时，第一无桥PFC保护电路12的第一端和第二端处于断开状态，第二无桥PFC保护电路13的第一端和第二端处于导通状态。通过第二无桥PFC保护电路13的第一端和第二端的导通，将第二晶体管Q2的栅极和源极之间的电压钳位在第二晶体管Q2的开启电压之下，使得第二晶体管Q2的栅极和源极处的正向尖峰电压无法开启第二晶体管Q2。第一晶体管Q1截止，第二晶体管Q2导通时，第一无桥PFC保护电路12的第一端和第二端处于导通状态，第二无桥PFC保护电路13的第一端和第二端处于截止状态。通过第一无桥PFC保护电路12的第一端和第二端的导通，将第一晶体管Q1的栅极和源极之间的电压钳位在第一晶体管Q1的开启电压之下，使得第一晶体管Q1的栅极和源极处的正向尖峰电压无法开启第一晶体管Q1。通过第一无桥PFC保护电路12和第二无桥PFC保护电路13，保证了同一时刻只能导通第一晶体管Q1和第二晶体管Q2中的一个，避免了第一晶体管Q1和第二晶体管Q2同时导通，造成第一晶体管Q1和第二晶体管Q2损坏，降低车载充电器的整机可靠性的问题。 [0049] 如图2所示，为本发明实施例提供的一种安全无桥PFC电路中第一无桥PFC保护电路和第二无桥PFC保护电路的示意图。本发明实施例中，第一无桥PFC保护电路12包括第一三极管Q3； [0050] 第一三极管Q3的发射极与第一晶体管Q1的栅极连接，第一三极管Q3的集电极与第一晶体管Q1的负向驱动电压E1连接，第一三极管Q3的基极与第一三极管Q3的正向驱动电压VCC3连接； [0051] 第二无桥PFC保护电路13包括第二三极管Q4； [0052] 第二三极管Q4的发射极与第二晶体管Q2的栅极连接，第二三极管Q4的集电极与第二晶体管Q2的负向驱动电压E2连接，第二三极管Q4的基极与第二三极管Q4的正向驱动电压连VCC4连接。 [0053] 应当说明的是，在第一晶体管Q1导通，第二晶体管Q2截止的情况下，第一三极管Q3的正向驱动电压VCC3，保证第一三极管Q3截止。由于第一三极管Q3是否导通，由基极和发射极的电压共同决定。较佳的，第一三极管Q3的正向驱动电压VCC3可以与第一晶体管Q1的正向驱动电压VCC1相同。当然也可以将第一三极管Q3的基极与第一晶体管Q1的正向驱动电压VCC1连接。 [0054] 并且在第一晶体管Q1导通，第二晶体管Q2截止的情况下，第二三极管Q4的正向驱动电压VCC4，保证第二三极管Q4导通。通过第二三极管Q4的导通，保证将第二晶体管Q2的栅极与源极的电压钳位为第一安全电压，其中该第一安全电压为第二三极管Q4发射极到集电极的压降与第二晶体管Q2的负向驱动电压E2之和。该第一安全电压远远小于第二晶体管Q2的开启电压，从而保证了第一晶体管Q1导通，第二晶体管Q2截止时，第二晶体管Q2的栅极与源极的正向尖峰电压小于第二晶体管Q2的开启电压。由于第二三极管Q4是否导通，由基极和发射极的电压共同决定。较佳的，第二三极管Q4的正向驱动电压VCC4可以与第二晶体管Q2的正向驱动电压VCC2相同。当然也可以将第二三极管Q4的基极与第二晶体管Q2的正向驱动电压VCC2连接。 [0055] 同样的，在第一晶体管Q1截止，第二晶体管Q2导通的情况下，第一三极管Q3的正向驱动电压VCC3，保证第一三极管Q3导通。第二三极管Q4的正向驱动电压VCC4，保证第二三极管Q4截止。通过第一三极管Q3的导通，保证将第一晶体管Q1的栅极与源极的电压钳位为第二安全电压，其中该第二安全电压为第一三极管Q3发射极到集电极的压降与第一晶体管Q1的负向驱动电压E1之和。该第二安全电压远远小于第一晶体管Q1的开启电压，从而保证了第一晶体管Q1截止，第二晶体管Q2导通时，第一晶体管Q1的栅极与源极的正向尖峰电压小于第一晶体管Q1的开启电压。较佳的，第一三极管Q3和第二三极管Q4均为PNP型三极管。 [0056] 如图3所示，为本发明实施例提供的一种安全无桥PFC电路中第一无桥PFC保护电路和第二无桥PFC保护电路的示意图。本发明实施例中，第一无桥PFC保护电路12包括第一MOS管Q5和第三电阻R3； [0057] 第一MOS管Q5的漏极与第一晶体管Q1的栅极连接，第一MOS管Q5的源极与第一晶体管Q1的负向驱动电压E1连接，第一MOS管Q5的栅极通过第三电阻R3与第一MOS管Q5的正向驱动电压VCC5连接； [0058] 第二无桥PFC保护电路13包括第二MOS管Q6和第四电阻R4； [0059] 第二MOS管Q6的漏极与第二晶体管Q2的栅极连接，第二MOS管Q6的源极与第二晶体管Q2的负向驱动电压E2连接，第二MOS管Q6的栅极通过第四电阻R4与第二MOS管Q6的正向驱动电压VCC6连接。 [0060] 应当说明的是，在第一晶体管Q1导通，第二晶体管Q2截止的情况下，第一MOS管Q5的正向驱动电压VCC5，保证第一MOS管Q5截止。由于第一MOS管Q5是否导通，由栅极和源极的电压共同决定。较佳的，将第一MOS管Q5的源极与第一晶体管Q1的负向驱动电压E1连接。第一MOS管Q5的栅极通过第三电阻R3与第一MOS管Q5的正向驱动电压VCC5连接。 [0061] 并且在第一晶体管Q1导通，第二晶体管Q2截止的情况下，第二MOS管Q6的正向驱动电压VCC6，保证第二MOS管Q6导通。通过第二MOS管Q6的导通，保证将第二晶体管Q2的栅极与源极的电压钳位为第三安全电压，其中该第三安全电压为第二MOS管Q6漏极到源极的压降与第二晶体管Q2的负向驱动电压E2之和。该第三安全电压远远小于第二晶体管Q2的开启电压，从而保证了第一晶体管Q1导通，第二晶体管Q2截止时，第二晶体管Q2的栅极与源极的正向尖峰电压小于第二晶体管Q2的开启电压。由于第二MOS管Q6是否导通，由栅极和源极的电压共同决定。较佳的，将第二MOS管Q6的源极与第二晶体管Q2的负向驱动电压E2连接。第二MOS管Q6的栅极通过第四电阻R4与第二MOS管Q6的正向驱动电压VCC6连接。 [0062] 同样的，在第一晶体管Q1截止，第二晶体管Q2导通的情况下，第一MOS管Q5的正向驱动电压VCC5，保证第一MOS管Q5导通。第二MOS管Q6的正向驱动电压VCC6，保证第一MOS管Q5截止。通过第一MOS管Q5的导通，保证将第一晶体管Q1的栅极与源极的电压钳位为第四安全电压，其中该第四安全电压为第一MOS管Q5漏极到源极的压降与第一晶体管Q1的负向驱动电压E1之和。该第四安全电压远远小于第一晶体管Q1的开启电压，从而保证了第一晶体管Q1截止，第二晶体管Q2导通时，第一晶体管Q1的栅极与源极的正向尖峰电压小于第一晶体管Q1的开启电压。较佳的，第一MOS管Q5和第二MOS管Q6均为N沟道增强型MOS管。 [0063] 如图4所示，为本发明实施例提供的一种安全无桥PFC电路的示意图。本发明实施例中，无桥PFC电路还包括：第一寄生电容C1、第二寄生电容C2、第三寄生电容C3、第四寄生电容C4、第五寄生电容C5和第六寄生电容C6； [0064] 第一寄生电容C1分别与第一晶体管Q1的栅极和漏极连接，第二寄生电容C2分别与第一晶体管Q1的漏极和源极连接，第三寄生电容C3分别与第一晶体管Q1的栅极和源极连接，第一晶体管Q1的源极与第一接地GND1连接； [0065] 第四寄生电容C4分别与第二晶体管Q2的栅极和漏极连接，第五寄生电容C5分别与第二晶体管Q2的漏极和源极连接，第六寄生电容C6分别与第二晶体管Q2的栅极和源极连接，第二晶体管Q2的源极与第二接地GND2连接。 [0066] 如图5所示，为本发明实施例提供的一种安全无桥PFC电路的示意图。本发明实施例中，无桥PFC电路还包括：第三晶体管Q7、第四晶体管Q8、电容C7和负载R5； [0067] 第三晶体管Q7的漏极分别与第一晶体管Q1的漏极、电容C7的第一端和负载R5的第一端连接，第三晶体管Q7的源极与第四晶体管Q8的漏极连接，第四晶体管Q8的源极分别与第二晶体管Q2的源极、电容C7的第二端和负载R5的第二端连接。第三晶体管Q7的源极通过第一电感与交流电源的负向输入端连接。 [0068] 如图6所示，为在无桥PFC电路中测试第一晶体管处的电压波形示意图，图7为本发明实施例提供的安全无桥PFC电路中测试第一晶体管处的电压波形示意图，并且可以得出图6中第一晶体管处的正向尖峰电压值为3伏特左右，图7中第一晶体管处的正向尖峰电压值接近0伏特，即使随着第一晶体管的工作时间增长，第一晶体管的开启电压下降，但是也不会接近0伏特。因此本发明实施例提供的一种安全无桥PFC电路，可以保证同一时刻无桥PFC电路的第一晶体管与第二晶体管中只能导通一个。 [0069] 依据本明实施例的另一个方面，提供了一种汽车，包括如上所述的安全无桥PFC电路。 [0070] 本发明实施例提供的汽车中的安全无桥PFC电路，在第一晶体管导通，第二晶体管截止时，第一无桥PFC保护电路的第一端和第二端处于断开状态，第二无桥PFC保护电路的第一端和第二端处于导通状态。通过第二无桥PFC保护电路的第一端和第二端的导通，将第二晶体管的栅极和源极之间的电压钳位在第二晶体管的开启电压之下，使得第二晶体管的栅极和源极处的正向尖峰电压无法开启第二晶体管。第一晶体管截止，第二晶体管导通时，第一无桥PFC保护电路的第一端和第二端处于导通状态，第二无桥PFC保护电路的第一端和第二端处于截止状态。通过第一无桥PFC保护电路的第一端和第二端的导通，将第一晶体管的栅极和源极之间的电压钳位在第一晶体管的开启电压之下，使得第一晶体管的栅极和源极处的正向尖峰电压无法开启第一晶体管。通过第一无桥PFC保护电路和第二无桥PFC保护电路，保证了同一时刻只能导通第一晶体管和第二晶体管中的一个，避免了第一晶体管和第二晶体管同时导通，造成第一晶体管和第二晶体管损坏，降低车载充电器的整机可靠性的问题。 |
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