一种功率因数校正电路及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种PFC电路的控制电路及控制方法。所述PFC电路具有包括至少一个功率开关的功率电路。所述控制电路基于PFC电路的输入电压和表征输出功率的输出电压来生成功率开关控制信号。其中，在断续电流模式下，所述功率开关的导通时长固定为第一固定时长，在连续电流模式下，所述功率开关的导通时长固定为第二时长，在临界电流模式下，所述功率开关的导通时长与输出功率成正比，与输入电压的有效值的平方成反比。本发明专利技术提出的PFC电路的控制电路和控制方法，电路结构比较简单，并且电路的功率因数较高，有效地提高了电路效率。

【技术实现步骤摘要】
一种功率因数校正电路及其控制方法
本专利技术涉及电子电路，具体涉及数字功率因数校正电路及其控制方法。
技术介绍
功率因数校正(PFC)电路被广泛应用于电源转换系统中，用于校正电流的相位，提高电路的功率因数，减少系统损耗。通常来讲，PFC电路的输入电压Vin为馒头波形，由正弦波形的市电经过整流后所得。为了实现PFC控制，输入电流Iin需跟随输入电压Vin的波形，并且两者的相位需要一致。如图1所示，输入电流平均电流Iin_avg的波形被控制呈正弦波形，以跟随输入电压Vin的波形和相位，从而提高电路的功率因数。在现有技术中，通常是基于PFC电路的电感电流峰值Ipk来生成PFC电路主开关的控制信号，从而实现PFC控制。该方法主要存在两个问题：首先，电感电流峰值Ipk的检测电路比较复杂；其次，通过该方法实现PFC控制后，其输入电流平均值Iin_avg的波形并不是完美的正弦波形，尤其是在断续电流模式下，从而导致PFC电路的功率因数较低，影响PFC电路的效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术的上述技术问题，提出一种基于PFC电路的输出功率实现PFC控制的电路和方法。本专利技术提出的PFC电路的控制电路和控制方法，电路结构比较简单，并且电路的功率因数较高，有效地提高了电路效率。根据本专利技术一实施例的功率因数校正(PFC)电路的控制方法，所述PFC电路具有包括至少一个功率开关的功率电路，所述控制方法包括：基于输入电压生成输入电压有效值；基于输出电压和输出电压基准信号生成误差补偿信号；基于误差补偿信号、输入电压有效值、第一固定时长和第二固定时长，输出导通时长信号；基于输入电压、输出电压、第一固定时长、输入电压有效值和误差补偿信号，输出导通延时信号；以及基于输入电压、输入电压有效值、误差补偿信号、第二固定时长和PFC电路的电感的电感值，输出关断电流信号；其中，所述第一固定时长对应于PFC电路处于断续电流模式和临界电流模式分界点时的输出功率，所述第二固定时长对应于PFC电路处于临界电流模式和连续电流模式分界点时的输出功率。根据本专利技术一实施例的功率因数校正(PFC)电路的控制方法，所述PFC电路具有包括至少一个功率开关的功率电路，所述控制方法包括：基于输入电压生成输入电压有效值；基于输出电压和输出电压基准信号生成误差补偿信号；基于误差补偿信号、输入电压有效值、临界上限误差补偿值和临界下限误差补偿值，输出导通时长信号；基于输入电压、输出电压、临界下限误差补偿值、输入电压有效值和误差补偿信号，输出导通延时信号；以及基于输入电压、输入电压有效值、误差补偿信号、临界下限误差补偿值和PFC电路的电感的电感值，输出关断电流信号；其中，所述临界下限误差补偿值对应于PFC电路处于断续电流模式和临界电流模式分界点时的输出功率，所述临界下限误差补偿值对应于PFC电路处于临界电流模式和连续电流模式分界点时的输出功率。根据本专利技术一实施例的PFC电路的控制电路，所述PFC电路具有功率开关，所述控制电路包括：模数转换电路，接收输入电压和输出电压，输出输入电压数字信号和输出电压数字信号；计算模块，基于输入电压数字信号和输出电压数字信号，输出导通时长信号、导通延时信号和关断电流信号；比较电路，基于关断电流信号和电感电流检测信号，输出比较信号；以及脉冲发生模块，基于比较信号和导通延时信号控制PFC电路的功率开关的导通，基于导通时长信号控制PFC电路的功率开关的关断；其中，所述导通时长信号的最小值被固定为第一固定时长，最大值被固定为第二固定时长。根据本专利技术一实施例的PFC电路，包括前述控制电路，还包括：功率电路，具有输入端和输出端，所述输入端接收输入电压，所述输出端提供输出电压，所述功率电路包括至少一个功率开关。附图说明图1示出了PFC电路工作在不同的电流模式下的输入电流Iin的波形；图2示出了现有的PFC控制电路20的模块示意图；图3示出了根据本专利技术一实施例的PFC电路30的电路结构示意图；图4示出了根据本专利技术一实施例的PFC控制电路的各控制信号Tdly、Ton和Ivalley的波形示意图；图5示出了根据本专利技术一实施例的临界电流模式下，功率开关控制信号G1与导通时长信号Ton的关系；图6示出了根据本专利技术一实施例的断续电流模式下，功率开关控制信号G1与导通时长Ton和导通延时信号Tdly的关系；图7示出了根据本专利技术一实施例的连续电流模式下，功率开关控制信号G1与导通时长Ton和关断电流信号Ivalley的关系；图8示出了根据本专利技术一实施例的计算模块80的模块结构示意图；图9示出了根据本专利技术一实施例的计算模块90的模块结构示意图；图10示出了根据本专利技术一实施例的PFC电路的控制方法100；图11示出了根据本专利技术一实施例的PFC电路的控制方法110。具体实施方式下面将详细描述本专利技术的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本专利技术。在以下描述中，为了提供对本专利技术的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本专利技术。在其他实例中，为了避免混淆本专利技术，未具体描述公知的电路、材料或方法。在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本专利技术至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“连接到”或“耦接到”另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。图1示出了PFC电路工作在不同的电流模式下的输入电流Iin的波形。由图1可见，PFC电路的控制电路需要决定PFC电路的导通延时信号Tdly、导通时长信号Ton和关断电流信号Ivalley。其中，导通延时信号Tdly表征PFC电路工作于断续电流模式(DCM)时的PFC电路的主开关关断后电流过零到再次开通之间的时长。导通时长信号Ton表征PFC电路主开关在一个开关周期内的导通时长。关断电流Ivalley表征PFC电路输入电流的最小值。在断续电流模式下，主开关的导通时长信号Ton和导通延时信号Tdly为主开关控制信号的控制变量。在临界电流模式(CRM)下，主开关的导通时长信号Ton为主开关控制信号的控制变量。在连续电流模式(CCM)下，主开关的导通时长信号Ton和关断电流信号Ivalley为主开关控制信号的控制变量。图2示出了现有的PFC控制电路20的模块示意图。如图2所示，PFC控制电路20包括：延时计算模块201、导通时长计算模块202和关断电流计算模块203。其中，延时计算模块201基于电感电流峰值信号Ipk、电流基准信号Iref和模式指示信号MI确定导通延时信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率因数校正(PFC)电路的控制方法，所述PFC电路具有包括至少一个功率开关的功率电路，所述控制方法包括：基于输入电压生成输入电压有效值；基于输出电压和输出电压基准信号生成误差补偿信号；基于误差补偿信号、输入电压有效值、第一固定时长和第二固定时长，输出导通时长信号；基于输入电压、输出电压、第一固定时长、输入电压有效值和误差补偿信号，输出导通延时信号；以及基于输入电压、输入电压有效值、误差补偿信号、第二固定时长和PFC电路的电感的电感值，输出关断电流信号；其中，所述第一固定时长对应于PFC电路处于断续电流模式和临界电流模式分界点时的输出功率，所述第二固定时长对应于PFC电路处于临界电流模式和连续电流模式分界点时的输出功率。

【技术特征摘要】
1.一种功率因数校正(PFC)电路的控制方法，所述PFC电路具有包括至少一个功率开关的功率电路，所述控制方法包括：基于输入电压生成输入电压有效值；基于输出电压和输出电压基准信号生成误差补偿信号；基于误差补偿信号、输入电压有效值、第一固定时长和第二固定时长，输出导通时长信号；基于输入电压、输出电压、第一固定时长、输入电压有效值和误差补偿信号，输出导通延时信号；以及基于输入电压、输入电压有效值、误差补偿信号、第二固定时长和PFC电路的电感的电感值，输出关断电流信号；其中，所述第一固定时长对应于PFC电路处于断续电流模式和临界电流模式分界点时的输出功率，所述第二固定时长对应于PFC电路处于临界电流模式和连续电流模式分界点时的输出功率。2.如权利要求1所述的控制方法，其中基于误差补偿信号、输入电压有效值、第一固定时长和第二固定时长，输出导通时长信号包括：基于公式(1)输出导通时长信号，其中，当计算所得的导通时长信号小于第一固定时长时，导通时长信号被固定为第一固定时长，当计算所得的导通时长信号大于第二固定时长时，导通时长信号被固定为第二固定时长。3.如权利要求1所述的控制方法，其中基于输入电压、输出电压、第一固定时长、输入电压有效值和误差补偿信号，输出导通延时信号包括：基于公式(2)输出导通延时信号Tdly；其中，导通延时信号Tdly的最小值被固定为零。4.如权利要求1所述的控制方法，其中基于输入电压、输入电压有效值、误差补偿信号、第二固定时长和PFC电路的电感的电感值，输出关断电流信号包括：基于公式(3)输出关断电流信号Ivalley；其中，关断电流信号Ivalley的最小值被固定为零。5.如权利要求1所述的控制方法，还包括：基于导通时长信号确定PFC电路的电流模式；其中：在导通时长小于等于第一固定时长时，使PFC电路工作在断续电流模式下；在导通时长大于等于第二固定时长时，使PFC电路工作在连续电流模式下；以及在导通时长大于第一固定时长并且小于第二固定时长时，使PFC电路工作在临界电流模式下。6.一种功率因数校正(PFC)电路的控制方法，所述PFC电路具有包括至少一个功率开关的功率电路，所述控制方法包括：基于输入电压生成输入电压有效值；基于输出电压和输出电压基准信号生成误差补偿信号；基于误差补偿信号、输入电压有效值、临界上限误差补偿值和临界下限误差补偿值，输出导通时长信号；基于输入电压、输出电压、临界下限误差补偿值、输入电压有效值和误差补偿信号，输出导通延时信号；以及基于输入电压、输入电压有效值、误差补偿信号、临界下限误差补偿值和PFC电路的电感的电感值，输出关断电流信号；其中，所述临界下限误差补偿值对应于PFC电路处于断续电流模式和临界电流模式分界点时的输出功率，所述临界下限误差补偿值对应于PFC电路处于临界电流模式和连续电流模式分界点时的输出功率。7.如权利要求6所述的控制方法，其中基于误差补偿信号、输入电压有效值、临界上限误差补偿值和临界下限误差补偿值，输出导通时长信号包括：基于公式(1)输出导通时长信号，其中，导通时长信号的下限值保持为临界下限误差补偿值对应的导通时长值不变，导通时长信号的上限值保持为临界上限误差补偿值对应的导通时长值不变。8.如权利要求6所述的控制方法，其中基于输入电压、输出电压、临界下限误差补偿值、输入电压有效值和误差补偿信号，输出导通延时信号包括：基于公式(2)输出导通延时信号Tdly；其中，导通延时信号Tdly的最小值被固定为零。9.如权利要求6所述的控制方法，其中基于输入电压、输入电压有效值、误差补偿信号、临界下限误差补偿值和PFC电路的电感的电感值，输出关断电流信号包括：基于公式(3)输出关断电流信...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆文斌，
申请(专利权)人：成都芯源系统有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51