开关电源电路的PFWM控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种开关电源电路的PFWM控制系统，对开关电源电路的输出电压、输出电流或输出功率进行控制，开关电源电路的PFWM控制系统包括占空比控制单元、频率控制单元和PFWM信号生成模块；开关电源电路包括Boost转换电路和DC‑DC转换器；占空比控制单元对DC‑DC转换器的输出电压、输出电流或输出功率进行采样，并根据采样结果计算开关电源电路的开关器件的工作占空比；频率控制单元对Boost转换电路的输入电压或输出电压进行采样，并根据采样结果计算开关电源电路的开关器件的工作频率；PFWM信号生成模块根据工作占空比和工作频率合成PFWM驱动信号；PFWM驱动信号驱动Boost转换电路和DC‑DC转换器的开关器件，以控制DC‑DC转换器提供给负载的输出电压、输出电流或输出功率。

PFWM control system of switching power supply circuit

The invention provides a PFWM control system of switching power supply circuit, which controls the output voltage, output current or output power of switching power supply circuit. The PFWM control system of switching power supply circuit includes duty cycle control unit, frequency control unit and PFWM signal generation module; and the switching power supply circuit includes a Boost conversion circuit. The duty cycle control unit sampled the output voltage, output current or output power of the DC/DC converter, and calculated the duty cycle of the switching device of the switching power supply circuit according to the sampling results; the frequency control unit sampled the input voltage or output voltage of the Boost converter circuit, and according to the sampling results. Sample results show that the switching frequency of the switching power supply circuit is calculated; the PFWM signal generating module synthesizes the PFWM driving signal according to the duty cycle and the working frequency; the PFWM driving signal drives the switching devices of the Boost converter circuit and the DC_DC converter to control the output voltage, the output current or the load supplied by the DC_DC converter. Output power.

【技术实现步骤摘要】
开关电源电路的PFWM控制系统
本专利技术涉及电力电子
，特别涉及一种开关电源电路的PFWM控制系统。
技术介绍
Boost升压电路与单端、双端型DC-DC转换器(反激Fly-back、Buck-Boost、正激式Forward、Buck-Boost、推挽式、SEPIC或Zeta)组合的开关电源电路，可以实现升压再转换输出，以及交流功率因数校正的功能。电器设备连接于交流电网的AC-DC电源，需满足IEC61000-3-2的对电流谐波的强制要求。针对不同的设备和应用，IEC61000-3-2提出了ClassA，ClassB，ClassC，ClassD的电流谐波的限制标准。当前的开关式稳压电源技术，主要依靠以下方案来应对：ClassA：80W以下电源，无需措施就能满足；80～120W电源，使用被动元件(电感，电阻)的被动式PFC(功率因数校正)电路；80W～以上电源都可以使用主动式PFC电路(传统Boost电路)。ClassB：100W以下电源，无需措施就能满足；100～150W电源，使用被动元件(电感，电阻)的被动式PFC电路；100W～以上电源使用主动式PFC电路(传统Boost电路)。ClassC：主动式PFC电路(传统Boost电路)。ClassD：主动式PFC电路(传统Boost电路)。实现功率因数校正的PFC电路，分为主动式和被动式，以下是其性能比较：电阻被动式PFC实现方式简单，极低成本，但损耗很大，温度高，功率因数低，不适合大功率电源，不适合ClassC，ClassD设备。电感被动式简单，低成本，但损耗略大，功率因数低，不适合大功率电源，不适合ClassC，ClassD设备。Boost升压电路(主动式PFC电路)功率因数高，效率高，可设计满足ClassC，ClassD设备要求，适合大中小功率，为获得最佳的电流谐波抑制效果，当前的开关式稳压电源技术，主要采用主动式功率因数校正电路(activepowerfactorcorrection或activePFC)来应对。但电路复杂，元件数量多，成本高，体积大。如图1所示的主动式PFC(Boost升压电路)是效果最好的功率因素校正电路。传统的含主动式功率校正电路的开关式稳压电源，由整流电路500，Boost-PFC电路400和DC-DC转换器300组成。实际电路拓扑如图1，其中DC-DC转换器300可为反激或正激，Boost-PFC电路400和DC-DC转换器300各自独立工作，由分别的PFC反馈PWM控制单元100和DC-DC反馈PWM控制单元200控制。Boost-PFC电路的原理是：1)Q200导通，电感L100被交流输入到C100的电压励磁储能。2)Q200截止，L100上的感生电压和交流输入到C100上的电压叠加，对C200充电。如此，C200上的电压永大于交流输入电压，故Boost是升压拓扑。Q200的占空比由PFC反馈PWM控制单元控制，以达到C200上稳定的电压输出(一般为380Vdc)。上述传统的电路方式中，能实现很高的功率因数，能够满足IEC61000-3-2的要求，但会产生以下的问题：(1)需要复杂的PFCPWM控制回路以提高功率因数；(2)需要供电电路给PFCPWM控制回路；(3)需要独立的开关器件及驱动电路，以及电流取样电阻R100；(4)需要比较大的基板空间，电路设计困难；(5)元件多，成本高；这种Boost升压电路和DC-DC转换电路的组合，性能优异，但由于有两个独立的电路构成，有各自的功率开关元件，有各自的反馈控制和驱动回路，成本高，体积大。于是技术上出现了单级PFC电路，或称反激PFC电路，对交流输入的电压全波整流后直接用反激转换输出(图2)。这种电路只有一个反馈控制单元，只有一个功率开关元件，大大降低了成本，减小了体积。但由于输入PFC电容C1需要极小才能达到良好的PFC效果，所以没有储能电容效果，不能达到较长的掉电输出保持时间(Holduptime)，不能满足工业，医疗，通讯绝大多数的电源应用，也不能满足电压瞬断(voltagedip，IEC61000-4-11)的强制性抗电网波动的EMC要求。又因为其对PFC电容C1上的交流输入的全波整流波形进行反馈控制稳压，与具备很大储能电容输出稳定电压的BoostactivePFC电路相比，纹波很大。单级PFC电路仅限用于小于30W的照明等电源中，因其输出含很大的工频纹波，对眼睛视力不利，有被淘汰的趋势。技术的更新，出现了单管Boost和DC-DC转换电路组合的开关电源电路(图3)。这种由单管(开关元件)Q1同时实现Boost和DC-DC的转换，可以实现提高功率因数，减少电流谐波，又能减少元件数量，减少成本，减小电源体积。由此，新的二合一控制方法将代替传统的独立的Boost和DC-DC的PWM控制方法。单管Boost和DC-DC转换电路组合，如果采用传统DC-DCPWM控制方法来控制(如图4所示)，工作原理如下：DC-DC转换电路采用PWM控制，对DC-DC的输出参数如电压，电流，功率进行监视反馈，通过自动控制方法(如PID，零极点法)运算出PWM的占空比Duty，在预设(一般通过控制芯片设定)的固定频率f下，形成PWM驱动波形，控制开关元件Q2的导通和截止。如图3，当Q1导通时，储能电容C2，开关元件Q2，变压器T1构成DC-DC的初级侧反激功率回路，T1储存DC-DC转换的能量。同时，PFC电容C1，开关元件Q2，Boost电感L1构成Boost回路，L1储存Boost的能量。当Q1截止时，T1储存的能量释放到次级侧，对负载输出能量，完成反激转换。Boost电感L1储存的能量感生电压，与Boost电容C1的输入整流电压叠加，形成升压，通过T1的初级线圈Np，对储能电容C2充电，完成Boost升压。利用DC-DC转换器的PWM控制方式控制开关元件Q1，使DC-DC转换电路可以如传统方式一样工作，通过脉冲宽度占空比调节输出；Boost部分则没有反馈控制的过程，其PWM驱动完全跟DC-DC一致。然而DC-DC转换器的PWM控制，都有最大占空比限制，反激类最大一般为80％，正激类，半桥类，全桥类，推挽类一般小于50％，如此，Boost电路的占空比也受到限制，不能达到传统Boost电路的100％，不能在交流输入的电压接近零附近，以接近100％的占空比实现能量转换；同时，Boost放电回路有一部份能量通过主变压器T1传输给输出，以致在储能电容C2上的电压，可能出现小于输入交流电压波峰的状态，这样，在输入电压的波峰时，出现经过整流元件D1直接对储能电容C2充电的尖峰电流，造成输入电流波形的畸变，谐波电流的抑制不足够的缺陷，这种缺陷一般发生在低输入交流的条件下(如图5所示)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种开关电源电路的PFWM控制系统，以解决现有的Boost升压电路的由于占空比受到限制而引起Boost转换能量不够，造成PFC电路输入电流畸变的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种开关电源电路的PFWM控制系统，所述开关电源电路的PFWM控制系统对开关电源电路的输出电压、输出电流或输出功率进行控制，所述开关电源电路的PFWM控制系统包括占空比控制单元、频率控制单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关电源电路的PFWM控制系统，所述开关电源电路的PFWM控制系统对开关电源电路的输出电压、输出电流或输出功率进行控制，其特征在于，所述开关电源电路的PFWM控制系统包括占空比控制单元、频率控制单元和PFWM信号生成模块；所述开关电源电路包括Boost转换电路和DC‑DC转换器；所述占空比控制单元对所述DC‑DC转换器的输出电压、输出电流或输出功率进行采样，并根据采样结果计算所述开关电源电路的开关器件的工作占空比；所述频率控制单元对所述Boost转换电路的输入电压或输出电压进行采样，并根据采样结果计算所述开关电源电路的开关器件的工作频率；所述PFWM信号生成模块根据所述工作占空比和所述工作频率合成PFWM驱动信号；所述PFWM驱动信号驱动所述Boost转换电路和所述DC‑DC转换器的开关器件，以控制所述DC‑DC转换器提供给负载的输出电压、输出电流或输出功率。

【技术特征摘要】
1.一种开关电源电路的PFWM控制系统，所述开关电源电路的PFWM控制系统对开关电源电路的输出电压、输出电流或输出功率进行控制，其特征在于，所述开关电源电路的PFWM控制系统包括占空比控制单元、频率控制单元和PFWM信号生成模块；所述开关电源电路包括Boost转换电路和DC-DC转换器；所述占空比控制单元对所述DC-DC转换器的输出电压、输出电流或输出功率进行采样，并根据采样结果计算所述开关电源电路的开关器件的工作占空比；所述频率控制单元对所述Boost转换电路的输入电压或输出电压进行采样，并根据采样结果计算所述开关电源电路的开关器件的工作频率；所述PFWM信号生成模块根据所述工作占空比和所述工作频率合成PFWM驱动信号；所述PFWM驱动信号驱动所述Boost转换电路和所述DC-DC转换器的开关器件，以控制所述DC-DC转换器提供给负载的输出电压、输出电流或输出功率。2.如权利要求1所述的开关电源电路的PFWM控制系统，其特征在于，所述占空比控制单元包括依次连接的第一参数检测电路、第一反馈处理模块、PWM控制模块，其中：所述第一参数检测电路对所述DC-DC转换器的输出电压、输出电流或输出功率进行采样，形成所述DC-DC转换器输出电压、输出电流或输出功率的采样结果，并将所述DC-DC转换器输出电压、输出电流或输出功率的采样结果和相应的设定值提供至所述第一反馈处理模块；所述第一反馈处理模块比较所述DC-DC转换器输出电压、输出电流或输出功率的采样结果和所述相应的设定值，并根据所述DC-DC转换器输出电压、输出电流或输出功率的采样结果和所述相应的设定值的比较结果计算自动控制的占空比值；所述PWM控制模块将所述占空比值提供至所述PFWM信号生成模块。3.如权利要求1所述的开关电源电路的PFWM控制系统，其特征在于，所述频率控制单元包括依次连接的第二参...

【专利技术属性】
技术研发人员：李韧红，沈卓，
申请(专利权)人：上海推拓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31