最优频率变化范围的CRM Boost PFC变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种最优频率变化范围的CRM Boost PFC变换器，包括主功率电路、CRM控制和驱动电路、电压前馈电路、第一乘法器、第二乘法器和输出电压反馈电路，所述输入电压前馈电路如下：第一分压跟随电路的输出端分别与第一乘法器的两个输入端和第二乘法器的一个输入端连接；第二分压峰值取样电路的输出端与第一乘法器的另一个输入端连接；第三分压跟随电路的输出端与减法电路的一个输入端连接；减法电路的输出端与第二乘法器的第二输入端连接；第一乘法器的输出端接入减法电路的另一个输入端，第二乘法器的输出接入CRM控制和驱动电路的一个输入端。本发明专利技术实现了开关频率变化范围的最优化。

【技术实现步骤摘要】
最优频率变化范围的CRM Boost PFC变换器
本专利技术涉及电能变换装置的交流-直流变换器领域，特别是一种最优频率变化范 围的CRM BoostPFC变换器。
技术介绍
功率因数校正（Power Factor Correction, PFC)变换器可以减小输入电流谐波， 提高输入功率因数，已得到广泛应用。PFC变换器分为有源和无源两种方式，相对于无源方 式来说，有源方式具有输入功率因数高、体积小、成本低等优点。 有源PFC变换器可以采用多种电路拓和控制方法，其中Boost PFC变换器是常用 的几种PFC变换器之一，根据电感电流连续与否，可将其分为三种工作模式，即电感电流连 续模式（Continuous Current Mode，CCM)，电感电流临界连续模式（Critical Continuous Current Mode，CRM)，电感电流断续模式（Discontinuous Current Mode，DCM)。 CRM Boost PFC变换器一般应用在中小功率场合，其优点是开关管零电流开通、升 压二极管无反向恢复、PF高等。但是其开关频率随输入电压和负载的变化而变化，电感和 EMI滤波器的设计较复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种最优频率变化范围的CRM Boost PFC变换器，通过引 入电压前馈，将工频周期内开关频率的变化范围降为最低。 实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种最优频率变化范围的CRM Boost PFC变 换器，包括主功率电路和控制电路，所述主功率电路包括输入电压源vin、EMI滤波器、二极 管整流电路RB、电感L b、开关管Qb、二极管Db、滤波电容C。和负载Ru，其中输入电压源v in与 EMI滤波器的输入端口连接，EMI滤波器的输出端口与二极管整流电路RB的输入端口连接， 二极管整流电路RB的输出负极为参考电位零点，二极管整流电路RB的输出正极与电感L b 的一端连接，电感Lb另一端分别接入开关管Qb的漏极和二极管Db的阳极，二极管D b的阴极 分别与滤波电容C。的一端和负载Rw的一端连接，滤波电容C。的另一端和负载R w的另一端 均连接参考电位零点，负载Ru两端的电压为输出电压V。； 所述的控制电路包括CRM控制和驱动电路、第一分压跟随电路、第二分压峰值取 样电路、第一乘法器、第三分压跟随电路、减法电路、第二乘法器、输出电压反馈电路；其中 CRM控制和驱动电路的输出端与开关管Qb的门极连接；第一分压跟随电路的输入端与输入 电压采样点V g即二极管整流电路RB的输出正极连接，第一分压跟随电路的输出端A分别 与第一乘法器的两个输入端和第二乘法器的输入端'连接；第二分压峰值取样电路的输入 端与第一分压跟随电路的输出端连接，第二分压峰值取样电路的输出端C与第一乘法器的 第三输入端v z连接；第三分压跟随电路输入端连接主功率电路的输出电压V。的正极，第三 分压放大电路的输出端D与减法电路的一个输入端连接；减法电路的另一个输入端连接第 一乘法器的输出端E，减法电路的输出端与第二乘法器的输入端v y连接；第二乘法器的输 出端G与CRM控制和驱动电路的乘法器的一个输入端连接；输出电压反馈电路的输入端连 接主功率电路的输出电压V。的正极，输出电压反馈电路的输出端连接CRM控制和驱动电路 的乘法器的另一输入端。 本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：（1)将工频周期内开关频率的变化范围 降为最低，在176VAC、220VAC、264VAC输入电压下，工频周期内的开关频率最大值与最小值 之比分别从2. 65、4. 50、15. 01降至1. 24、4. 50、1. 59 ;(2)输出电压纹波减小，在176VAC、 220VAC、264VAC输入电压下，输出电压纹波分别降至原先的76. 0%、66. 4%、55. 3%。 【附图说明】 图1是Boost PFC变换器主电路示意图。 图2是CRM Boost PFC变换器的电感电流波形图。 图3是半个工频周期内CRM Boost PFC变换器的电感电流波形图。 图4是开关频率变化范围与Vm/V。和的关系曲面图。 图5是最优3次谐波及其标准限值与输入电压的关系曲线图。 图6是3次电流谐波取不同值时仁在半个工频周期内的变化曲线图，其中（a)输 入电压为176V，（b)输入电压为220V，（c)输入电压为264V。 图7是不同输入电压下的临界电感值变化曲线图。 图8是仁在半个工频周期内的变化曲线图，其中（a)定导通时间控制，（b)变导通 时间控制。 图9是两种控制方式下最大与最小开关频率之比随输入电压的变化曲线图。 图10是两种控制方式下瞬时输入功率标么值在半个工频周期内的变化曲线图。 图11是两种控制方式下输出纹波之比的变化曲线图。 图12是本专利技术最优频率变化范围的CRM Boost PFC变换器的电路结构示意图。 【具体实施方式】 下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。 1CRM Boost PFC变换器的工作原理 图1是Boost PFC变换器主电路。 为了分析方便，先作如下假设：1.所有器件均为理想元件；2.输出电压纹波与其 直流量相比很小；3.开关频率远高于输入电压频率。 图2给出了 CRM时一个开关周期中的电感电流波形。当Qb导通时，Db截止，升压 电感L b两端的电压为vg,其电流L由零开始以vg/Lb的斜率线性上升。当Q b关断时,;^通 过Db续流，此时Lb两端的电压为vg-V。，込以（V。-^) /Lb的斜率下降。由于Boost变换器工 作在CRM模式，因此在込下降到零时，开关管Qb开通，开始新的开关周期。 不失一般性，定义输入交流电压vin的表达式为 vin = Vmsinc〇t (1) 其中和ω分别为输入交流电压的幅值和角频率。 那么输入电压整流后的电压为 vg = Vm · Ιβ?ηω? (2) 在一个开关周期内，电感电流峰值为 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种最优频率变化范围的CRM Boost PFC变换器，其特征在于，包括主功率电路(1)和控制电路，所述主功率电路(1)包括输入电压源vin、EMI滤波器、二极管整流电路RB、电感Lb、开关管Qb、二极管Db、滤波电容Co和负载RLd，其中输入电压源vin与EMI滤波器的输入端口连接，EMI滤波器的输出端口与二极管整流电路RB的输入端口连接，二极管整流电路RB的输出负极为参考电位零点，二极管整流电路RB的输出正极与电感Lb的一端连接，电感Lb另一端分别接入开关管Qb的漏极和二极管Db的阳极，二极管Db的阴极分别与滤波电容Co的一端和负载RLd的一端连接，滤波电容Co的另一端和负载RLd的另一端均连接参考电位零点，负载RLd两端的电压为输出电压Vo； 所述的控制电路包括CRM控制和驱动电路(2)、第一分压跟随电路(3)、第二分压峰值取样电路(4)、第一乘法器(5)、第三分压跟随电路(6)、减法电路(7)、第二乘法器(8)、输出电压反馈电路(9)；其中CRM控制和驱动电路(2)的输出端与开关管Qb的门极连接；第一分压跟随电路(3)的输入端与输入电压采样点Vg即二极管整流电路RB的输出正极连接，第一分压跟随电路(3)的输出端A分别与第一乘法器(5)的两个输入端和第二乘法器(8)的输入端vx连接；第二分压峰值取样电路(4)的输入端与第一分压跟随电路(3)的输出端连接，第二分压峰值取样电路(4)的输出端C与第一乘法器(5)的第三输入端vz连接；第三分压跟随电路(6)输入端连接主功率电路(1)的输出电压Vo的正极，第三分压放大电路(6)的输出端D与减法电路(7)的一个输入端连接；减法电路(7)的另一个输入端连接第一乘法器(5)的输出端E，减法电路(7)的输出端与第二乘法器(8)的输入端vy连接；第二乘法器(8)的输出端G与CRM控制和驱动电路(2)的乘法器的一个输入端连接；输出电压反馈电路(9)的输入端连接主功率电路(1)的输出电压Vo的正极，输出电压反馈电路(9)的输出端连接CRM控制和驱动电路(2)的乘法器的另一输入端。...

【技术特征摘要】
1. 一种最优频率变化范围的CRM Boost PFC变换器，其特征在于，包括主功率电路（1) 和控制电路，所述主功率电路（1)包括输入电压源vin、EMI滤波器、二极管整流电路RB、电感 L b、开关管Qb、二极管Db、滤波电容C。和负载Ru，其中输入电压源v in与EMI滤波器的输入端 口连接，EMI滤波器的输出端口与二极管整流电路RB的输入端口连接，二极管整流电路RB 的输出负极为参考电位零点，二极管整流电路RB的输出正极与电感L b的一端连接，电感Lb 另一端分别接入开关管Qb的漏极和二极管Db的阳极，二极管Db的阴极分别与滤波电容C。 的一端和负载R u的一端连接，滤波电容C。的另一端和负载Ru的另一端均连接参考电位零 点，负载Rw两端的电压为输出电压V。； 所述的控制电路包括CRM控制和驱动电路（2)、第一分压跟随电路（3)、第二分压峰值 取样电路⑷、第一乘法器（5)、第三分压跟随电路（6)、减法电路（7)、第二乘法器（8)、输出 电压反馈电路（9);其中CRM控制和驱动电路（2)的输出端与开关管Q b的门极连接；第一 分压跟随电路（3)的输入端与输入电压采样点Vg即二极管整流电路RB的输出正极连接， 第一分压跟随电路（3)的输出端A分别与第一乘法器（5)的两个输入端和第二乘法器（8) 的输入端\连接；第二分压峰值取样电路（4)的输入端与第一分压跟随电路（3)的输出端 连接，第二分压峰值取样电路（4)的输出端C与第一乘法器（5)的第三输入端v z连接；第 三分压跟随电路（6)输入端连接主功率电路（1)的输出电压V。的正极，第三分压放大电路 (6)的输出端D与减法电路（7)的一个输入端连接；减法电路（7)的另一个输入端连接第 一乘法器（5)的输出端E，减法电路（7)的输出端与第二乘法器⑶的输入端v y连接；第二 乘法器（8)的输出端G与CRM控制和驱动电路（2)的乘法器的一个输入端连接；输出电压 反馈电路（9)的输入端连接主功率电路（1)的输出电压V。的正极，输出电压反馈电路（9) 的输出端连接CRM控制和驱动电路（2)的乘法器的另一输入端。2. 根据权利要求1所述的最优频率变化范围的CRM Boost PFC变换器，其特征在于，所 述的CRM控制和驱动电路⑵包括电感Lz、电阻Rz、电阻R t、电阻Rd、过零检测、RS触发器、 驱动、乘法器、第一运算放大器4 ;电感Lz的一端连接参考点电位零点、另一端连接电阻Rz 的一端，其中电感Lz连接参考电位零点的一端与电感Lb连接二极管整流电路RB输出正极 的一端为同名端，过零检测的输入端连接电阻R z的另一端，过零检测的输出端与RS触发器 的S端连接，第二乘法器（8)的输出端G和输出电压反馈电路（9)的输出端分别连接CRM 控制和驱动电路（2)中乘法器的两个输入端，CRM控制和驱动电路（2)中乘法器的输出端 与第一运算放大器4的同相输入端连接，电阻R t -端连接参考电位零点、另一端连接开关 管Qb的源极，其中电阻Rt连接开关管Q b源极的一端与第一运算放大器4的反相输入端连 接，第一运算放大器4的输出端与RS触发器的R端连接，RS触发器的Q端通过驱动与电阻 R d串联后接入开关管Qb的门极。3. 根据权利要求1所述的最优频率变化范围的CRM Boost PFC变换器，其特征在于，所 述的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚凯，王祎，周旭峰，李辉，王小平，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32