种无桥功率因数校正软开关电路及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种无桥功率因数校正软开关电路，包括电源部、功率部和控制部，所述电源部与所述功率部连接以为所述功率部提供电能，所述功率部包括一路或多路交错功率因数校正电路，其中每路交错功率因数校正电路包括一个电感、一对开关元件、与每个开关元件并联的第一电容和至少一个第二电容，电感的一端与电源部连接，所述电感的另一端通过一对开关元件连接到每个第二电容的两端。控制部采样上桥臂开关元件的电流，当检测到流经上桥臂开关元件的电流为负电流并达到阈值时，关断上桥臂开关元件；在关断上桥臂开关元件后，采样每个开关元件的电流，当流经上桥臂开关元件或下桥臂开关元件的电流达到零或接近零时，闭合下桥臂开关元件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子电路领域，尤其涉及无桥功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)软开关电路及其控制方法。
技术介绍
目前无桥PFC电路取代传统的有桥PFC电路得到了广泛的应用。这里简单介绍现有无桥PFC电路的工作原理。如图1所示为现有的两路交错的PFC电路的结构示意图。两路交错的PFC电路，2个桥臂交错180°工作，开关元件可选MOSFET或IGBT。参考图2，以L1连接的桥臂为例，当开关元件Q2闭合时，电流回路流经L1、Q2，此时电感L1进行储能，流经电感L1的电流线性上升。在开关元件Q2的关断时间内，开关元件Q1导通，电流回路经过L1、Q1、电容C、二极管D1，此时电感L1释放能量，流经电感L1的电流会线性下降。直到电流下降为负电流，此时关断开关元件Q1。然后需要开通开关元件Q2。现在开通开关元件Q2一般有两种方法：方法一：固定死区时间的方法。计算极间电容与电感L1的谐振时间，按固定的输入电压，输出电压，电感初始电流值设置死区时间开通Q2。如图3所示,t1时刻关断Q1，在固定的时间间隔后，于t2时刻开通Q2。但是此方法有一定的不足，由于器件的离散性和温度，极间电压等影响，开关元件两端的电容很难精确估计，造成其与电感的谐振周期在实际应用中很难精确计算。如果谐振周期过长或过短，当Q2闭合时，其两端电压有可能很高，造成较大的损耗，丧失了该拓扑的优越性。其次，Q2两端电压达到谐振的最低值的时间与输入电压和母线电压及电感反向电流都有关系，输入电压低，母线电压高，电感反向电流小都会造成Q2两端电压达到谐振最低点的时间变长，若工作条件发生变化，Q2闭合时，其两端电压也有可能很高，造成较大的损耗。方法二：桥臂中点电压检测的方法。检测桥臂中点电压，当电压低于阈值电压时，开通开关元件Q2。如图4中所示，t1时刻开关元件Q1关断，开关元件两端电压不断下降，t2(t2’)时刻达到所设定的阈值电压U1时，开通开关元件Q2。此种方法也有一定的缺陷，因为Q2两端电压谐振的最低值与输入电压和母线电压及电感反向电流都有关系，输入电压高，母线电压低，电感反向电流小都会造成Q2两端电压谐振的最低点升高。所以为了在工作范围内实现损耗的优化，阈值电压不能设置很低。如图4中所示，根据虚线情况下设定阈值电压U1，这种电压条件下可以实现最低电压时闭合Q2。但是在其他电压条件下，此前设定的阈值电压U1并不是电容谐振时两端的最低电压，如图中实线所示，当电压下降到阈值电压U1时就开通了Q2，但此时电容两端电压未降到最低值，此时开通Q2造成的开关损耗较大。由此可以看出，此方法在大多数情况下并没有使开关损耗最小化，部分情况下仍有较大的开关损耗。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提出了一种无桥功率因数校正软开关电路及其控制方法，在无桥PFC电路中，当流经开关元件的电流为零时闭合开关元件，实现开关元件在零电压或最低电压时开通，最大化降低开关损耗。本专利技术的一种无桥功率因数校正软开关电路，其包含电源部，功率部和控制部。其中电源部与功率部连接在一起，电源部为功率部提供电能。功率部包含一路或者多路交错的PFC电路，其中每一路电路中含有一个电感，一对开关元件，开关元件两端并联的第一电容以及至少一个第二电容。电感的一端与电源部相连，另一端连接一对开关元件，功率部中上桥臂开关元件的另一端接电容的一端，功率部中下桥臂开关元件的另一端连接到电容的另一端。控制部包括电流采样元件和电流比较控制器，电流采样元件采样所述功率部中的上桥臂开关元件的电流；当检测到流经上桥臂开关元件的电流为负电流并达到阈值时，所述电流比较控制器关断所述上桥臂开关元件；在关断上桥臂开关元件后，电流采样元件采样所述功率部中的每个开关元件的电流，当流经上桥臂开关元件或下桥臂开关元件的电流达到零或接近零时，电流比较控制器闭合下桥臂开关元件。本专利技术的一种无桥功率因数校正软开关电路的控制方法,软开关电路包含电源部，功率部和控制部，其中电源部与功率部连接在一起，电源部为功率部提供电能。功率部包含一路或者多路交错的PFC电路，其中每一路电路中含有一个电感，一对开关元件，开关元件两端并联的第一电容以及至少一个第二电容。电感的一端与电源部相连，另一端连接一对开关元件，功率部中上桥臂开关元件的另一端接电容的一端，功率部中下桥臂开关元件的另一端连接到电容的另一端。所述控制方法包括：采样流经所述功率部中的所述上桥臂开关元件的电流，当检测到所述电流下降为负电流并达到阈值时，控制部关断上桥臂开关元件；在关断上桥臂开关元件后，采样流经功率部中的每个所述开关元件的电流，当检测到所述电流达到或接近零时，开通下桥臂开关元件。本专利技术采用电流检测的方法来控制开关元件的开通，能够实现开关元件的软开关，而且即便开关元件两端电容谐振时最低电压大于零，其两端存在电压，也能保证在最低电压时开通开关元件，最大化减小开关损耗。附图说明图1为现有的两路交错的PFC电路的结构图。图2为现有的两路交错的PFC电路中电感L1的电流波形以及Q1，Q2的驱动电压波形图。图3为现有的两路交错的PFC电路中采用固定死区时间方法的极间电容谐振时其两端电压的波形图。图4为现有的两路交错的PFC电路中桥臂中点电压检测方法的极间电容谐振时其两端电压的波形图。图5为根据本专利技术实施例的两路交错PFC电路的结构图。图6为根据本专利技术实施例的PFC电路中Q1关断，Q2开通时电流流向图。图7为根据本专利技术实施例的PFC电路中Q2关断，Q1未开通时电流流向图。图8为根据本专利技术实施例的PFC电路中Q2关断，Q1未开通时的等效电路图和电容C1，C2的电压波形图。图9为根据本专利技术实施例的PFC电路中Q1开通，Q2关断时正向电流流向图。图10为根据本专利技术实施例的PFC电路中Q1开通，Q2关断时负向电流流向图。图11为根据本专利技术实施例的PFC电路中Q1关断，Q2未开通时电流流向图。图12为根据本专利技术实施例的PFC电路中情况一时电容C2谐振的电压电流波形图。图13为根据本专利技术实施例的PFC电路中情况二时电容C2谐振的电压电流波形图。图14为根据本专利技术实施例的PFC电路中开关元件Q1和开关元件Q2的驱动波形以及电感L1的电流波形。图15为根据本专利技术实施例的N路交错的PFC电路的结构图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚，完整的描述，显然，所描述的实例是本专利技术的一部分实施例，而不是所有例。如图5所示，本专利技术的软开关电路包含电源部，功率部和控制部。其中电源部与功率部连接在一起，电源部为功率部提供电能。在功率部中，包括一路或多路交错的PFC电路。以一路交错PFC电路为例，如图5，其包含一个电感L1，一对开关元件(上桥臂开关元件Q1，下桥臂开关元件Q2)，以及至少一个电容C。电感L1的第一端与电源部分相连，L1的第二端通过开关元件Q1连接到电容C的一端；L1的第二端再通过开关元件Q2连接到电容C的另一端。同时开关元件Q1，Q2两端还分别并联一个电容，此电容与开关元件的输出电容可合并看作C1，C2。开关元件(Q1，Q2)是绝缘栅型双极型晶体管IGBT或金属氧化物半导体场效应官MOSFET。在电源部中，电源(交流电源)一端通过一对二极管分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无桥功率因数校正软开关电路，其特征在于，包括电源部、功率部和控制部，所述电源部与所述功率部连接以为所述功率部提供电能，所述功率部包括一路或多路交错功率因数校正电路，其中每路交错功率因数校正电路包括一个电感、一对开关元件、与每个所述第一开关元件并联的第一电容和至少一个第二电容，所述一对开关元件包括上桥臂开关元件和下桥臂开关元件，所述电感的一端与所述电源部连接，所述电感的另一端通过所述一对开关元件连接到每个所述第二电容的两端，所述一对开关元件之间为串联关系，且分别并联有体二极管，所述上桥臂开关元件的源极与下桥臂开关元件的漏极连接，所述下桥臂开关元件的漏极与所述至少一个第二电容和所述电源部连接，所述上桥臂开关元件的源极与所述至少一个第二电容和所述电源部连接，所述控制部包括电流采样元件和电流比较控制器，电流采样元件采样所述功率部中的上桥臂开关元件的电流，当检测到流经上桥臂开关元件的电流为负电流并达到阈值时，所述电流比较控制器关断所述上桥臂开关元件，在关断所述上桥臂开关元件后，电流采样元件采样所述功率部中的每个所述开关元件的电流，当流经所述上桥臂开关元件或下桥臂开关元件的电流达到零或接近零时，所述电流比较控制器闭合所述下桥臂开关元件。...

【技术特征摘要】
1.一种无桥功率因数校正软开关电路，其特征在于，包括电源部、功率部和控制部，所述电源部与所述功率部连接以为所述功率部提供电能，所述功率部包括一路或多路交错功率因数校正电路，其中每路交错功率因数校正电路包括一个电感、一对开关元件、与每个所述第一开关元件并联的第一电容和至少一个第二电容，所述一对开关元件包括上桥臂开关元件和下桥臂开关元件，所述电感的一端与所述电源部连接，所述电感的另一端通过所述一对开关元件连接到每个所述第二电容的两端，所述一对开关元件之间为串联关系，且分别并联有体二极管，所述上桥臂开关元件的源极与下桥臂开关元件的漏极连接，所述下桥臂开关元件的漏极与所述至少一个第二电容和所述电源部连接，所述上桥臂开关元件的源极与所述至少一个第二电容和所述电源部连接，所述控制部包括电流采样元件和电流比较控制器，电流采样元件采样所述功率部中的上桥臂开关元件的电流，当检测到流经上桥臂开关元件的电流为负电流并达到阈值时，所述电流比较控制器关断所述上桥臂开关元件，在关断所述上桥臂开关元件后，电流采样元件采样所述功率部中的每个所述开关元件的电流，当流经所述上桥臂开关元件或下桥臂开关元件的电流达到零或接近零时，所述电流比较控制器闭合所述下桥臂开关元件。2.根据权利要求1所述的无桥功率因数校正软开关电路，其特征在于，所述至少一个第二电容包括多个并联电容。3.根据权利要求1所述的无桥功率因数校正软开关电路，其特征在于，所述电流采样元件中的电流采样部分与所述开关元件串联以采样所述开关元件的电流，所述电流采样元件的采样输出信号与所述电流比较控制器的输入端相连，所述电流比较控制器的输出端与每个开关元件的栅极连接。4.根据权利要求1所述的无桥功率因数校正软开关电路，其特征在于，所述电流采样元件包括电阻或电流互感器CT或...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨锡旺，宋冲，
申请(专利权)人：江苏由甲申田新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32