升降压型功率因数校正电路的控制电路及其控制方法技术

本发明专利技术涉及功率因数校正电路，旨在提供一种升降压型功率因数校正电路的控制电路及其控制方法。该控制电路中，输出反馈电路接受功率因数校正电路的输出反馈信号，产生第一误差信号；模拟除法器电路接收第一误差信号后，产生第二误差信号；电流峰值控制电路接收第二误差信号后得到峰值电流给定信号，产生功率开关控制信号并传送给功率因数校正电路以实现功率因素校正。本发明专利技术使得峰值电流控制的CRM升降压PFC变换器的理论输入电流为正弦，大大改善了其输入功率因数和谐波；所增加的模拟除法器电路结构简单，只需要一个乘法器，成本低；控制电路设计简单，理论功率因数不随输入电压和负载的变化而变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功率因数校正电路，特别涉及升降压型功率因数校正电路的控制电路及其控制方法。
技术介绍
功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)变换器可以减小输入谐波，提高功率因数，目前已得到了广泛的应用。PFC变换器可分为有源和无源两种方式，有源功率因数校正(Active Power Factor Correction,APFC)变换器以其输入功率因数高、成本低、体积小等优点，受到越来越多的关注。有源PFC变换器可以采用多种电路拓扑和控制方式，其中升降压式PFC由于其输出电压可高于输入电压，也可低于输入电压，在中小功率场合得到广泛应用。升降压PFC电路，通常以非隔离型的Buck-Boost电路或者隔离型的Flyback电路，Flyback电路与Buck-Boost电路工作原理完全一致，是Buck-Boost的隔离型。其中Flyback PFC以其拓扑简单、原副边隔离和效率高等优点，在需要输入输出隔离的场合，成为最广泛应用的PFC电路拓扑之一。根据反激PFC变换器激磁电感电流是否连续，可将其分成三种工作模式：即电感电流连续模式(Continuous Current Mode,CCM)，电感电流临界连续模式(Critical Conduction Mode,CRM)，电感电流断续模式(Discontinuous Current Mode,DCM)。临界连续模式(CRM)以其控制方式简单，原边开关管可实现ZVS和副边二极管可实现ZCS，广泛应用于Buck-Boost或者Flyback PFC变流器。CRM Flyback变换器一般应用于中小功率场合，峰值电流控制方式为最常见的控制方式之一。该控制方式通过给定原边峰值电感电流参考信号，使其跟随输入电压波形信号，达到功率因数校正的目的。对于传统峰值电流控制的CRM Flyback PFC变流器，不同于传统的Boost(升压)PFC，电感电流的平均值不是输入电流平均值，输入电流平均值不仅与电感峰值电流有关，还取决于电路瞬时的占空比，在理论上，输入电流平均值就不是正弦，因此谐波较大。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是，克服现有技术中的不足，提供一种升降压型功率因数校正电路的控制电路及其控制方法。本专利技术针对临界断续模式升降压PFC电路的不足，进一步降低其电流畸变，使得理论输入电流为完全正弦。为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：提供一种升降压型功率因数校正电路的控制电路，包括分别与功率因数校正电路相接的输出反馈电路和电流峰值控制电路；还包括模拟除法器电路；其中，输出反馈电路接受功率因数校正电路的输出反馈信号，产生第一误差信号；模拟除法器电路接收第一误差信号后，产生第二误差信号；电流峰值控制电路接收第二误差信号，并与功率因数校正电路的输入电压采样信号相乘得到峰值电流给定信号；然后基于峰值电流给定信号产生功率开关控制信号，并传送给功率因数校正电路以实现功率因素校正。本专利技术中，所述输出反馈信号是指功率因数校正电路的输出电压反馈信号、或输出电流反馈信号、或输出功率反馈信号。本专利技术中，所述模拟除法器电路由第一模拟开关S1、第二模拟开关S2、低通滤波器和第二运算放大器A2组成；其中，第二运算放大器A2的正向输入端接受第一误差信号，其反向输入端与低通滤波器的一端相接；低通滤波器另一端之间接有第一模拟开关S1和模拟开关S2的连接端；第一模拟开关S1的一端与第二运算放大器A2的输出端相接，其另一端则通过第二模拟开关S2接地。本专利技术中，所述的低通滤波器由并联的电阻和电容组成；其中，电容的两端连接第二运算放大器A2的输出端和反向输入端；电阻的一端连接第一模拟开关S1和第二模拟开关S2的中点，另一端连接运算放大器A2的反向输入端。本专利技术中，所述第一模拟开关S1和第二模拟开关S2在一个开关周期内互补导通；假设第一模拟开关S1的导通占空比为d(t)，则第二模拟开关S2的导通占空比为1-d(t)；所述第一模拟开关S1的导通占空比与所述功率开关控制信号一致。本专利技术中，所述第二误差信号的数值乘以第一模拟开关S1的导通占空比d(t)，即等于第一误差信号的数值。本专利技术中，还包括接于输出反馈电路和模拟除法器电路之间的光耦隔离电路。本专利技术进一步提供了利用前述电路实现升降压型功率因数校正电路控制的方法，包括以下步骤：(1)输出反馈电路接受功率因数校正电路的输出反馈信号，将输出反馈信号与基准信号进行比较后，得到第一误差信号并输出至模拟除法器电路；(2)模拟除法器电路基于开关控制信号得到第二误差信号，并输出到电流峰值控制电路；(3)电流峰值控制电路将第二误差信号与输入电压采样信号相乘，得到峰值电流给定信号；然后将峰值电流给定信号与电感电流采样信号比较，得到功率电路开关的开关控制信号；功率因数校正电路根据开关控制信号控制功率电路开关的通断，进而控制电感电流大小以实现功率因素校正：当电感电流采样信号达到给定信号时关断功率电路开关，使得电感电流下降；当电感电流下降到零时，开通功率电路开关。本专利技术中，所述模拟除法器电路的运行方式为：所述模拟除法器电路由第一模拟开关S1、第二模拟开关S2、低通滤波器和第二运算放大器A2组成；其中，第二运算放大器A2的正向输入端接受第一误差信号，其反向输入端与低通滤波器的一端相接；低通滤波器另一端之间接有第一模拟开关S1和模拟开关S2的连接端；第一模拟开关S1的一端与第二运算放大器A2的输出端相接，其另一端则通过第二模拟开关S2接地；第一模拟开关S1在一个开关周期内占空比为d(t)，第二模拟开关S2在同一开关周期内占空比为1-d(t)；第一模拟开关S1的通断状态与功率电路开关的通断状态一致，第二模拟开关S2的通断状态与所述第一模拟开关S1的通断状态互补。与现有技术相比，本专利技术的显著优点是：(1)使得峰值电流控制的CRM升降压PFC变换器的理论输入电流为正弦，大大改善了其输入功率因数和谐波；(2)所增加的模拟除法器电路结构简单，只需要一个乘法器，成本低；(3)控制电路设计简单，理论功率因数不随输入电压和负载的变化而变化。附图说明图1是基于输出电压反馈的传统峰值电流控制的CRM Flyback PFC变换器的示意图。图2是传统的峰值电流控制的CRM Flyback PFC变换器的原边电感电流波形图。图3是基于输出电流反馈的传统峰值电流控制的CRM Flyback PFC变换器的示意图。图4是本专利技术的改进型峰值电流控制的CRM Flyback PFC变换器的示意图。图5是本专利技术的改进型峰值电流控制的CRM Flyback PFC变换器的原边电感电流波形图。图6是本专利技术的改进型峰值电流控制的CRM Buck-Boost PFC变换器的示意图。图中的附图标记：1升降压PFC功率电路(Flyback或Buck-Boost)；2输出反馈电路；3光耦隔离电路；4模拟除法器电路；5电流峰值控制电路。具体实施方式由于升降压PFC电路中的Buck-Boost PFC与Flyback PFC电路原理完全一致，一个输入和输出不隔离，一个具有输入和输出的隔离(变压器隔离)，对本领域技术人员而言，两个电路可以完全等价。因此，为简单起见，在以下分析中，以Flyback PFC作为代表进行阐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种升降压型功率因数校正电路的控制电路，包括分别与功率因数校正电路相接的输出反馈电路和电流峰值控制电路；其特征在于，还包括模拟除法器电路；其中，输出反馈电路接受功率因数校正电路的输出反馈信号，产生第一误差信号；模拟除法器电路接收第一误差信号后，产生第二误差信号；电流峰值控制电路接收第二误差信号，并与功率因数校正电路的输入电压采样信号相乘得到峰值电流给定信号；然后基于峰值电流给定信号产生功率开关控制信号，并传送给功率因数校正电路以实现功率因素校正。

【技术特征摘要】
1.一种升降压型功率因数校正电路的控制电路，包括分别与功率因数校正电路相接的输出反馈电路和电流峰值控制电路；其特征在于，还包括模拟除法器电路；其中，输出反馈电路接受功率因数校正电路的输出反馈信号，产生第一误差信号；模拟除法器电路接收第一误差信号后，产生第二误差信号；电流峰值控制电路接收第二误差信号，并与功率因数校正电路的输入电压采样信号相乘得到峰值电流给定信号；然后基于峰值电流给定信号产生功率开关控制信号，并传送给功率因数校正电路以实现功率因素校正。2.根据权利要求1所述升降压型功率因数校正电路控制电路，其特征在于，所述输出反馈信号是指功率因数校正电路的输出电压反馈信号、或输出电流反馈信号、或输出功率反馈信号。3.根据权利要求1所述升降压型功率因数校正电路控制电路，其特征在于，所述模拟除法器电路由第一模拟开关S1、第二模拟开关S2、低通滤波器和第二运算放大器A2组成；其中，第二运算放大器A2的正向输入端接受第一误差信号，其反向输入端与低通滤波器的一端相接；低通滤波器另一端之间接有第一模拟开关S1和模拟开关S2的连接端；第一模拟开关S1的一端与第二运算放大器A2的输出端相接，其另一端则通过第二模拟开关S2接地。4.根据权利要求3所述升降压型功率因数校正电路控制电路，其特征在于，所述的低通滤波器由并联的电阻和电容组成；其中，电容的两端连接第二运算放大器A2的输出端和反向输入端；电阻的一端连接第一模拟开关S1和第二模拟开关S2的中点，另一端连接运算放大器A2的反向输入端。5.根据权利要求3所述升降压型功率因数校正电路控制电路，其特征在于，所述第一模拟开关S1和第二模拟开关S2在一个开关周期内互补导通；假设第一模拟开关S1的导通占空比为d(t)，则第二模拟开关S2的导通占空比为1-d(t)；所述第一模拟开关S1的导通占空比与所述功率开关控制信号一致。6.根据权利要求3所述升...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军明，赵成冬，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33