多态图腾PFC电路制造技术

本发明专利技术提供一种多态图腾PFC电路，包括输入电源、整流电感和多态开关；所述整流电感的一端与输入电源连接，所述整流电感的另一端与多态开关连接；所述多态开关包括耦合电感及相互并联的至少第一开关桥臂和第二开关桥臂；所述耦合电感包括相互耦合的至少第一绕组和第二绕组，所述整流电感的另一端与所述第一绕组和第二绕组的一端连接；所述第一绕组的另一端与所述第一开关桥臂连接，所述第二绕组的另一端与所述第二开关桥臂连接；所述多态图腾PFC电路还包括磁平衡控制电路，所述磁平衡控制电路用于对所述耦合电感进行磁平衡控制。所述多态图腾PFC电路可以实现耦合电感的磁平衡控制，具有较高的效率。

【技术实现步骤摘要】
多态图腾PFC电路
本专利技术涉及功率变换
，尤其涉及一种多态图腾PFC电路。
技术介绍
在功率变换
，高效率和高功率密度一直是功率变换器追求的发展方向。为了提高功率模块的效率和功率密度，通常采用的方法是采用高频率的开关管来减小电容电感等无源器件的体积，采用高频率的开关管虽然减小了无源器件的体积和损耗，但增加了开关管的开关损耗，效率提高的效果不明显。最好的方法是在保持低开关频率的情况下使电感电容的频率增加，这样既可以减小开关损耗又可以减小电感电容的体积。多态开关技术的提出能够同时满足上述的条件，通过耦合电感实现交错并联的效果，保持低开关频率的情况下使电感电容无源器件的频率成倍增加，同时能降低开关的损耗和无源器件的体积，有效提高功率变换器的效率和功率密度。目前，在功率变换器的应用中，图腾功率因数校正(PowerFactorCorrection，PFC)电路是效率较高的单相PFC拓扑之一。因此，可以将多态开关技术与图腾PFC电路结合以进一步提升功率变换器的效率和功率密度。多态图腾PFC电路完全对称的情况下，由于耦合电感原副边绕组匝数相同，所以理论上具有自然均流的特性，但由于死区时间不同、开关速度不同、串联等效阻抗不同、反馈环路引入的噪声等因素的存在会在耦合电感绕组的电流中产生直流偏置。直流偏置会增加绕组和磁芯的损耗，使耦合电感发热严重，导致效率降低。当偏置超出磁芯允许的磁滞变化范围时耦合电感就会磁饱和，磁饱和会引起耦合电感的损坏、所连接的功率开关管的损坏等问题。在多态开关耦合电感的磁平衡控制中，常用的做法是通过增加磁芯的气隙，增大耦合电感的体积来避免饱和，无法满足提高功率密度的目的。因此，多态图腾PFC电路中的耦合电感的磁平衡控制是应用多态开关需要解决的一个问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种多态图腾PFC电路，以减小直流偏置，提高多态图腾PFC电路中耦合电感的磁平衡，尽量避免磁芯饱和，进而提升多态图腾PFC电路的效率和功率密度。本专利技术第一方面提供一种多态图腾PFC电路，包括输入电源、整流电感、多态开关、第一整流二极管和第二整流二极管；所述整流电感的一端与所述输入电源的一端连接，所述整流电感的另一端与所述多态开关连接；所述多态开关包括耦合电感及相互并联的至少第一开关桥臂和第二开关桥臂；所述耦合电感包括相互耦合的至少第一绕组和第二绕组，其中，所述整流电感的另一端与所述第一绕组和第二绕组的一端连接；所述第一开关桥臂包括相互串联的上开关管和下开关管，其中，所述第一开关桥臂的上开关管和下开关管之间存在第一节点；所述第二开关桥臂包括相互串联的上开关管和下开关管，其中，所述第二开关桥臂的上开关管和下开关管之间的存在第二节点；所述第一绕组的另一端与所述第一节点连接，所述第二绕组的另一端与所述第二节点连接；所述第一整流二极管的正极与所述输入电源的另一端连接，所述第一整流二极管的负极与所述第一开关桥臂和第二开关桥臂的一端连接；所述第二整流二极管的正极与所述第一开关桥臂和第二开关桥臂的另一端连接，所述第二整流二极管的负极与所述输入电源的另一端连接；所述多态图腾PFC电路还包括磁平衡控制电路，所述磁平衡控制电路包括依次连接的反馈控制模块、发波模块及磁平衡控制模块；所述反馈控制模块还与所述输入电源的两端连接，用于获取所述多态图腾PFC电路的输入电压采样值和输入电流采样值；所述反馈控制模块还与所述第一开关桥臂和第二开关桥臂的两端连接，用于获取所述多态图腾PFC电路的输出电压采样值；所述反馈控制模块还用于将所述输出电压采样值与所述输出电压参考值进行差值运算，进一步将差值运算的结果进行输出电压补偿运算，得到输出电流参考值的幅值，再进一步将所述输入电流参考值的幅值与所述输入电压采样值相乘，并除以所述输入电压采样值的平方，计算得到输入电流补偿值；所述发波模块还与所述第一开关桥臂连接，用于将所述输入电流补偿值作为调制波，生成第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号，所述第一脉宽调制信号用于驱动所述第一开关桥臂的上开关管，所述第二脉宽调制信号用于驱动所述第一开关桥臂下开关管，其中，所述第一脉宽调制信号与所述第二脉宽调制信号互补，且二者之间存在一定的死区时间，从而可以通过所述第一脉宽调制信号与所述第二脉宽调制信号驱动所述第一开关桥臂的上开关管和下开关管交替导通；所述磁平衡控制模块还与所述第二开关桥臂连接，用于将所述第一脉宽调制信号相移预设角度得到与所述第一脉宽调制信号占空比相同的第三脉宽调制信号，并将所述第二脉宽调制信号相移预设角度得到与所述第二脉宽调制信号占空比相同的第四脉宽调制信号，所述第三脉宽调制信号用于驱动所述第二开关桥臂的上开关管，所述第四脉宽调制信号用于驱动所述第二开关桥臂的下开关管，同样，所述第三脉宽调制信号与所述第四脉宽调制信号互补，且二者之间存在一定的死区时间，从而可以通过所述第三脉宽调制信号与所述第四脉宽调制信号驱动所述第二开关桥臂的上开关管和下开关管交替导通。所述多态图腾PFC电路通过所述磁平衡控制模块将所述第一脉宽调制信号相移预设角度得到占空比相同的第三脉宽调制信号，并将所述第二脉宽调制信号相移预设角度得到占空比相同的第四脉宽调制信号，从而使得所述第一开关桥臂的上开关管的驱动信号占空比与所述第二开关桥臂的上开关管的驱动信号占空比相同，以及使得所述第一开关桥臂的下开关管的驱动信号占空比与所述第二开关桥臂的下开关管的驱动信号占空比相同，从而可以有效降低所述耦合电感的第一绕组和第二绕组中的差模电流大小，保证所述耦合电感的磁链平衡，降低耦合电感的磁芯损耗，提升所述多态图腾电路的效率。结合第一方面，需要说明的是，所述反馈控制模块包括依次连接的第一差值运算器、输出电压补偿器、参考电流计算器、第二差值运算器及输入电流补偿器；所述第一差值运算器用于将所述输出电压采样值与所述输出电压参考值进行差值运算；所述输出电压补偿器用于对所述第一差值运算器的输出进行输出电压补偿运算，得到输入电流参考值的幅值；所述参考电流计算器用于将所述输入电流参考值的幅值与所述输入电压采样值相乘，并除以所述输入电压采样值的平方，得到输入电流参考值；所述第二差值运算器用于将所述输入电流参考值与所述输入电流采样值进行差值运算；所述输入电流补偿器用于对所述第二差值运算器的输出进行输入电流补偿运算，得到输入电流补偿值。进一步地，所述参考电流计算器包括增益运算器、平方运算器、乘法器和除法器，所述增益运算器用于对所述输入电压采样值进行增益运算，得到所述输入电压采样值的增益值；所述平方运算器用于对所述输入电压采样值进行平方运算，得到所述输入电压采样值的平方；所述乘法器用于计算所述输入电压采样值的增益值和所述输入电流参考值的幅值的乘积；所述除法器用于将所述输入电压采样值的增益值和所述输入电流参考值的幅值的乘积除以所述输入电压采样值的平方，得到所述输入电流参考值。结合第一方面，需要说明的是，所述发波模块包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端用于输出所述第一脉宽调制信号，所述第二输出端用于输出所述第二脉宽调制信号；所述磁平衡控制模块包括第一延时器和第二延时器；所述第一延时器与所述第一输出端连接，用于将所述第一脉宽调制信号相移预设角度得到占空比相同的第三脉宽调制信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多态图腾功率因数校正PFC电路，其特征在于，包括输入电源、整流电感、多态开关、第一整流二极管和第二整流二极管；所述整流电感的一端与所述输入电源的一端连接；所述多态开关包括耦合电感及相互并联的至少第一开关桥臂和第二开关桥臂；所述耦合电感包括相互耦合的至少第一绕组和第二绕组；所述第一开关桥臂包括相互串联的上开关管和下开关管，其中，所述第一开关桥臂的上开关管和下开关管之间存在第一节点；所述第二开关桥臂包括相互串联的上开关管和下开关管，其中，所述第二开关桥臂的上开关管和下开关管之间的存在第二节点；所述整流电感的另一端与所述第一绕组和第二绕组的一端连接；所述第一绕组的另一端与所述第一节点连接，所述第二绕组的另一端与所述第二节点连接；所述第一整流二极管的正极与所述输入电源的另一端连接，所述第一整流二极管的负极与所述第一开关桥臂和第二开关桥臂的一端连接；所述第二整流二极管的正极与所述第一开关桥臂和第二开关桥臂的另一端连接，所述第二整流二极管的负极与所述输入电源的另一端连接；所述多态图腾PFC电路还包括磁平衡控制电路，所述磁平衡控制电路包括依次连接的反馈控制模块、发波模块及磁平衡控制模块；所述反馈控制模块还与所述输入电源的两端连接，用于获取所述多态图腾PFC电路的输入电压采样值和输入电流采样值；所述反馈控制模块还与所述第一开关桥臂和第二开关桥臂的两端连接，用于获取所述多态图腾PFC电路输出电压采样值；所述反馈控制模块还用于根据所述输入电压采样值、输入电流采样值及输出电压采样值，并结合输出电压参考值，计算输入电流补偿值；所述发波模块还与所述第一开关桥臂连接，用于将所述输入电流补偿值作为调制波，生成第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号，所述第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号用于驱动所述第一开关桥臂的上开关管和下开关管交替导通；所述磁平衡控制模块还与所述第二开关桥臂连接，用于将所述第一脉宽调制信号相移预设角度得到占空比相同的第三脉宽调制信号，并将所述第二脉宽调制信号相移预设角度得到占空比相同的第四脉宽调制信号，所述第三脉宽调制信号和第四脉宽调制信号用于驱动所述第二开关桥臂的上开关管和下开关管交替导通。...

【技术特征摘要】
1.一种多态图腾功率因数校正PFC电路，其特征在于，包括输入电源、整流电感、多态开关、第一整流二极管和第二整流二极管；所述整流电感的一端与所述输入电源的一端连接；所述多态开关包括耦合电感及相互并联的至少第一开关桥臂和第二开关桥臂；所述耦合电感包括相互耦合的至少第一绕组和第二绕组；所述第一开关桥臂包括相互串联的上开关管和下开关管，其中，所述第一开关桥臂的上开关管和下开关管之间存在第一节点；所述第二开关桥臂包括相互串联的上开关管和下开关管，其中，所述第二开关桥臂的上开关管和下开关管之间的存在第二节点；所述整流电感的另一端与所述第一绕组和第二绕组的一端连接；所述第一绕组的另一端与所述第一节点连接，所述第二绕组的另一端与所述第二节点连接；所述第一整流二极管的正极与所述输入电源的另一端连接，所述第一整流二极管的负极与所述第一开关桥臂和第二开关桥臂的一端连接；所述第二整流二极管的正极与所述第一开关桥臂和第二开关桥臂的另一端连接，所述第二整流二极管的负极与所述输入电源的另一端连接；所述多态图腾PFC电路还包括磁平衡控制电路，所述磁平衡控制电路包括依次连接的反馈控制模块、发波模块及磁平衡控制模块；所述反馈控制模块还与所述输入电源的两端连接，用于获取所述多态图腾PFC电路的输入电压采样值和输入电流采样值；所述反馈控制模块还与所述第一开关桥臂和第二开关桥臂的两端连接，用于获取所述多态图腾PFC电路输出电压采样值；所述反馈控制模块还用于根据所述输入电压采样值、输入电流采样值及输出电压采样值，并结合输出电压参考值，计算输入电流补偿值；所述发波模块还与所述第一开关桥臂连接，用于将所述输入电流补偿值作为调制波，生成第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号，所述第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号用于驱动所述第一开关桥臂的上开关管和下开关管交替导通；所述磁平衡控制模块还与所述第二开关桥臂连接，用于将所述第一脉宽调制信号相移预设角度得到占空比相同的第三脉宽调制信号，并将所述第二脉宽调制信号相移预设角度得到占空比相同的第四脉宽调制信号，所述第三脉宽调制信号和第四脉宽调制信号用于驱动所述第二开关桥臂的上开关管和下开关管交替导通。2.如权利要求1所述的多态图腾PFC电路，其特征在于，所述反馈控制模块包括依次连接的第一差值运算器、输出电压补偿器、参考电流计算器、第二差值运算器及输入电流补偿器；所述第一差值运算器用于将所述输出电压采样值与所述输出电压参考值进行差值运算；所述输出电压补偿器用于对所述第一差值运算器的输出进行输出电压补偿运算，得到输入电流参考值的幅值；所述参考电流计算器用于将所述输入电流参考值的幅值与所述输入电压采样值相乘，并除以所述输入电压采样值的平方，得到输入电流参考值；所述第二差值运算器用于将所述输入电流参考值与所述输入电流采样值进行差值运算；所述输入电流补偿器用于对所述第二差值运算器的输出进行输入电流补偿运算，得到输入电流补偿值。3.如权利要求1或2所述的多态图腾PFC电路，其特征在于，所述发波模块包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端用于输出所述第一脉宽调制信号，所述第二输出端用于输出所述第二脉宽调制信号；所述磁平衡控制模块包括第一延时器和第二延时器；所述第一延时器与所述第一输出端连接，用于将所述第一脉宽调制信号相移预设角度得到占空比相同的第三脉宽调制信号；所述第二延时器与所述第二输出端连接，用于将所述第二脉宽调制信号相移预设角度得到占空比相同的第四脉宽调制信号。4.如权利要求1至3任一所述的多态图腾PFC电路，其特征在于，所述多态开关包括相互并联的N个开关桥臂，所述耦合电感包括相互耦合的N个绕组，所述N个绕组分别与所述N个开关桥臂一一对应连接，相邻两个开关桥臂的驱动信号之间相移360/N度，其中，N为大于或等于2的整数。5.一种多态图腾PFC电路，其特征在于，包括输入电源、整流电感、多态开关、第一整流二极管和第二整流二极管；所述整流电感的一端与所述输入电源的一端连接；所述多态开关包括耦合电感及相互并联的至少第一开关桥臂和第二开关桥臂；所述耦合电感包括相互耦合的至少第一绕组和第二绕组；所述第一开关桥臂包括相互串联的上开关管和下开关管，其中，所述第一开关桥臂的上开关管和下开关管之间存在第一节点；所述第二开关桥臂包括相互串联的上开关管和下开关管，其中，所述第二开关桥臂的上开关管和下开关管之间的存在第二节点；所述整流电感的另一端与所述第一绕组和第二绕组的一端连接；所述第一绕组的另一端与所述第一节点连接，所述第二绕组的另一端与所述第二节点连接；所述第一整流二极管的正极与所述输入电源的另一端连接，所述第一整流二极管的负极与所述第一开关桥臂和第二开关桥臂的一端连接；所述第二整流二极管的正极与所述第一开关桥臂和第二开关桥臂的另一端连接，所述第二整流二极管的负极与所述输入电源的另一端连接；所述多态图腾PFC电路还包括磁平衡控制电路，所述磁平衡控制电路包括依次连接的反馈控制模块、发波模块及磁平衡控制模块；所述反馈控制模块还与所述输入电源的两端连接，用于获取所述多态图腾PFC电路的输入电压采样值和输入电流采样值；所述反馈控制模块还与所述第一开关桥臂和第二开关桥臂的两端连接，用于获取所述多态图腾PFC电路的输出电压采样值；所述反馈控制模块还用于根据所述输入电压采样值、输入电流采样值及输出电压采样值，并结合输出电压参考值，计算输入电流补偿值；所述发波模块用于将所述输入电流补偿值作为调制波，生成第一脉宽调制信号、第二脉宽调制信号、第三脉宽调制信号和第四脉宽调制信号；所述磁平衡控制模块包括依次连接的差模电流补偿子模块、调节量计算子模块及占空比调节子模块；所述差模电流补偿子模块还与所述第一绕组和第二绕组连接，用于获取所述第一绕组和第二绕组的差模电流采样值，并结合差模电流参考值，计算差模电流补偿值；所述调节量计算子模块还与所述反馈控制模块连接，用于根据所述差模电流采样值的方向、所述输入电压采样值的正负及所述差模电流补偿值，计算所述第一开关桥臂或/和第二开关桥臂中每个开关管的占空比调节量；所述占空比调节子模块还与所述发波模块、所述第一开关桥臂和所述第二开关桥臂连接，用于将所述第一开关桥臂的每个开关管的占空比调节量分别叠加到所述第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号上，以驱动所述第一开关桥臂的上开关管和下开关管交替导通；或/和将所述第二开关桥臂中每个开关管的占空比调节量分别叠加到所述第三脉宽调制信号和第四脉宽调制信号上，以驱动所述第二开关桥臂的上开关管和下开关管交替导通。6.如权利要求5所述的多态图腾PFC电路，其特征在于，所述反馈控制模块包...

【专利技术属性】
技术研发人员：武志贤，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44