采用定频控制的临界连续升压变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种采用定频控制的临界连续升压变换器，包括主功率电路和控制电路，控制电路包括输入第一分压电路、第二分压电路、减法电路、乘法器、误差调节电路、CRM控制和驱动电路，第一分压电路的输入端与输入电压采样点连接、输出端分别与减法电路的反相输入端和乘法器单元的第一输入端连接，第二分压电路的输入端连接主功率电路的输出电压的正极、输出端与减法电路的正相输入端连接，减法电路的输出端与乘法器单元的第二输入端连接，误差调节电路的反相输入端连接输出电压的正极、正相输入端连接电压基准信号、输出端与CRM控制和驱动电路的一个输入端连接，乘法器单元的输出端与CRM控制和驱动电路的另一个输入端连接。该变换器的开关频率在工频周期内保持恒定，频率变化范围小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电能变换装置的交流-直流变换器
，特别是一种采用定频控制的临界连续升压变换器。
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)。其中CRM Boost PFC变换器具有开关管零电流开通、升压二极管无反向恢复、PF高等优点。但是其开关频率在工频周期内是变化的，且随输入电压的变化而变化，电感和EMI滤波器的设计较复杂，一般在中小功率场合应用比较广泛，但是CRM boost PFC变换器开关频率是变化，不利于EMI滤波器的设计。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采用定频控制的临界连续升压变换器，通过一种新的定频控制，使CRM Boost PFC变换器的开关频率在工频周期内保持恒定，且在整个输入电压范围内频率变化范围很小，有利于变换器频谱的诊断和滤波器的设计。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种采用定频控制的临界连续升压变换器，包括变换器主功率电路和控制电路：所述变换器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、Boost电感Lb、开关管Qb、二极管Db、储能电容Co、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Boost电感Lb的一端连接，Boost电感Lb的另一端分别与开关管Qb的漏极及二极管Db的阳极连接，开关管Qb的源极与参考电位零点连接，二极管Db的阴极分别与储能电容Co的阳极及负载RLd的一端连接，储能电容Co的阴极及负载RLd的另一端均与参考电位零点连接，负载RLd两端的电压为输出电压Vo；所述的控制电路包括输入第一分压电路、减法电路、第二分压电路、乘法器单元、误差调节电路、CRM控制和驱动电路；其中第一分压电路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，第一分压电路的输出端A分别与减法电路的反相输入端和乘法器单元的第一输入端vx连接，第二分压电路的输入端连接主功率电路的输出电压Vo的正极，第二分压电路的输出端B与减法电路的正相输入端连接，减法电路的输出端C与乘法器单元的第二输入端vy相连接，误差调节电路的反相输入端连接输出电压Vo的正极，误差调节电路的正相输入端连接电压基准信号Vog，误差调节电路的输出端与CRM控制和驱动电路的乘法器的一个输入端连接，乘法器单元的输出端G与CRM控制和驱动电路的乘法器的另一个输入端连接。本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：(1)使CRM Boost PFC变换器的开关频率在工频周期内保持恒定，且在整个输入电压范围内频率变化范围很小，有利于变换器频谱的诊断和滤波器的设计；(2)具有输入功率因数高、体积小、成本低的优点。附图说明图1是Boost PFC变换器主电路。图2是CRM Boost PFC变换器的电感电流波形。图3是半个工频周期内CRM Boost PFC变换器的电感电流波形。图4是两种控制下的临界电感值。图5是半个工频内不同电压下的开关频率。图6是不开关频率随输入电压变化曲线。图7是定频控制时PF曲线。图8是3、5、7次谐波与基波之比。图9是3、5、7次谐波与功率之比。图10是本专利技术采用定频控制的临界连续升压变换器的电路结构示意图。具体实施方式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，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 Boost PFC变换器在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Lb两端的电压为vg，其电流iLb由零开始以vg/Lb的斜率线性上升。当Qb关断时，iLb在输入电压vg和输出电压Vo的共同作用下，从其峰值iLb_pk开始线性下降。由于变换器工作在CRM模式，因此在iLb下降到零时，开关管开通，重新开始新的开关周期。令输入交流电压的表达式为vin＝Vmsinωt         (1)其中Vm和ω分别为输入交流电压的幅值和角频率。那么整流后的电压为vg＝Vm|sinωt|         (2)在一个开关周期内，电感电流峰值iLb_pk为iLb_pk=vgLbton=Vm|sinωt|Lbton---(3)]]>其中ton为Qb的导通时间。由伏秒平衡得Qb的关断时间为toff=iLb_pk(Vo-vg)/Lb=Vm|sinωt|Vo-Vm|sinωt|ton---(4)]]>每个开关周期内，整流后的输入电流ig,即电感电流的平均值ilb_av为其峰值的一半，所以由式(3)可得ig=iLb_av=Vm|sinωt|2Lbton---(5)]]>由式(5)可知，如果在一个工频周期内，ton是固定的，那么电感电流的平均值为正弦形式，即输入功率因数为1。从式(4)可以看出，toff是随输入电压瞬时值变化的，即一个工频周期中开关频率不断变化。图3给出了在半个输入周期内电感电流、峰值包络线和平均值的波形。由式(5)可得iin=Vmsinωt2Lbton---(6)]]>假设变换器的输出功率为Po，效率为1，由输入输出功率平衡可得由式(7)可得ton=4LbPoVm2---(8)]]>将式(8)代入式(4)可得toff=4LbPoVm2Vm|sinωt|Vo-Vm|sinωt|---(9)]]>所以结合式(8)和式(9)得fs=1ton+toff=Vm24LbPoVo-Vm|sinωt|Vo---(10)]]>通过式(10)可知，工频周期中开关频率最大和最小的时刻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用定频控制的临界连续升压变换器，其特征在于，包括变换器主功率电路(1)和控制电路：所述变换器主功率电路(1)包括输入电压源vin、EMI滤波器、二极管整流电路RB、Boost电感Lb、开关管Qb、二极管Db、储能电容Co、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Boost电感Lb的一端连接，Boost电感Lb的另一端分别与开关管Qb的漏极及二极管Db的阳极连接，开关管Qb的源极与参考电位零点连接，二极管Db的阴极分别与储能电容Co的阳极及负载RLd的一端连接，储能电容Co的阴极及负载RLd的另一端均与参考电位零点连接，负载RLd两端的电压为输出电压Vo；所述的控制电路包括第一分压电路(2)、减法电路(3)、第二分压电路(4)、乘法器单元(5)、误差调节电路(6)、CRM控制和驱动电路(7)；其中第一分压电路(2)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，第一分压电路(2)的输出端A分别与减法电路(3)的反相输入端和乘法器单元(5)的第一输入端vx连接，第二分压电路(4)的输入端连接主功率电路(1)的输出电压Vo的正极，第二分压电路(4)的输出端B与减法电路(3)的正相输入端连接，减法电路(3)的输出端C与乘法器单元(5)的第二输入端vy相连接，误差调节电路(6)的反相输入端连接输出电压Vo的正极，误差调节电路(6)的正相输入端连接电压基准信号Vog，误差调节电路(6)的输出端与CRM控制和驱动电路(7)的乘法器的一个输入端连接，乘法器单元(5)的输出端G与CRM控制和驱动电路(7)的乘法器的另一个输入端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种采用定频控制的临界连续升压变换器，其特征在于，包括变换器主功率电
路(1)和控制电路：所述变换器主功率电路(1)包括输入电压源vin、EMI滤波器、二极管
整流电路RB、Boost电感Lb、开关管Qb、二极管Db、储能电容Co、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Boost电感Lb的一端连接，Boost电感Lb的另一端分别与开关管Qb的
漏极及二极管Db的阳极连接，开关管Qb的源极与参考电位零点连接，二极管Db的阴
极分别与储能电容Co的阳极及负载RLd的一端连接，储能电容Co的阴极及负载RLd的
另一端均与参考电位零点连接，负载RLd两端的电压为输出电压Vo；
所述的控制电路包括第一分压电路(2)、减法电路(3)、第二分压电路(4)、乘法器单
元(5)、误差调节电路(6)、CRM控制和驱动电路(7)；其中第一分压电路(2)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，第一分压电路(2)的输出端A
分别与减法电路(3)的反相输入端和乘法器单元(5)的第一输入端vx连接，第二分压电路
(4)的输入端连接主功率电路(1)的输出电压Vo的正极，第二分压电路(4)的输出端B与减
法电路(3)的正相输入端连接，减法电路(3)的输出端C与乘法器单元(5)的第二输入端vy相连接，误差调节电路(6)的反相输入端连接输出电压Vo的正极，误差调节电路(6)的正
相输入端连接电压基准信号Vog，误差调节电路(6)的输出端与CRM控制和驱动电路(7)
的乘法器的一个输入端连接，乘法器单元(5)的输出端G与CRM控制和驱动电路(7)的乘
法器的另一个输入端连接。
2.根据权利要求1所述的采用定频控制的临界连续升压变换器，其特征在于，所
述的第一分压电路(2)包括第一运算放大器A1、第一电阻R1、第二电阻R2；输入电压采
样点vg与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端分别与第一运算放大器A1的正
相输入端和第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端与参考电位零点连接，第一
运算放大器A1的反向输入端与输出端A直接连接，构成同相电压跟随器。
3.根据权利要求1所述的采用定频控制的临界连续升压变换器，其特征在于，所
述减法电路(3)包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第二运算放
大器A2，其中第三电阻R3的一端与第一分压电路(2)的输出端A连接、另一端连接到第
二运算...

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，姚凯，孟庆赛，毕晓鹏，付晓勇，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32