一种电压型COT控制的抑制PFC二倍工频纹波的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种电压型COT控制的抑制PFC二倍工频纹波的装置，包括反激变换器和Buck变换器；交流输入电压经过EMI和整流桥后接入反激变换器的输入绕组；反激变换器的输出绕组包括主功率绕组和辅助绕组；辅助绕组的直流输出电容C2与Buck变换器的输入端并联；主功率绕组的直流输出电容C1与Buck变换器的输出电容Cb串联后再与负载R并联，通过电压型COT控制Buck变换器的输出电压来补偿主功率绕组直流输出电容C1电压中的二倍工频纹波电压。本发明专利技术有效的减少了负载的直流输出电压纹波，并有效的减小了变换器整流滤波电路的输出电容，能够提高了系统的动态性能和效率。

A Voltage COT Controlled Device for Suppressing PFC Double Frequency Ripple

The invention discloses a voltage-type COT controlled device for suppressing double power frequency ripple of PFC, including flyback converter and Buck converter; AC input voltage is connected to the input winding of flyback converter after EMI and rectifier bridge; output winding of flyback converter includes main power winding and auxiliary winding; DC output capacitor C2 of auxiliary winding is parallel to the input end of Buck converter; The DC output capacitor C1 of the rate winding is connected in series with the output capacitor Cb of the Buck converter and then in parallel with the load R. The output voltage of the Buck converter is controlled by a voltage COT to compensate the double power frequency ripple voltage of the DC output capacitor C1 voltage of the main power winding. The invention effectively reduces the DC output voltage ripple of the load and the output capacitance of the rectifier filter circuit of the converter, thereby improving the dynamic performance and efficiency of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种电压型COT控制的抑制PFC二倍工频纹波的装置
本专利技术涉及开关变换器
，具体为电压型恒定导通时间（ConstantOnTime，COT）控制的FlybackPFC电路二倍工频纹波电压抑制装置。
技术介绍
近年来，随着电力电子技术的飞速发展，电源技术逐渐成为电力电子领域中的应用和研究热点。开关变换器以其高效率，高功率密度的优势而确立了其在电源领域中的主流地位，但在军事，工业，航天，商用和生活等领域当中，大部分的设备和仪器所需要的供电电源为直流电，而目前大部分地区可供直接取电的市电是110V或者220V交流电压。因此需要通过整流器将交流电压变换为直流电压。而传统的整流滤波电路是由四个二极管组成的全桥不可控整流电路和滤波电容组成的非线性电路。并且只有当输入电压大于滤波电容上的电压时，整流二极管才会有电流通过，导致输入电流呈尖脉冲形式，且含有大量的谐波分量，输入功率因数（PowerFactor,PF）很低（一般为0.45~0.75），对电网产生大量的谐波污染。谐波电流也会引起电路的“二次效应”，即电流流过线路阻抗引起的谐波压降反过来也会导致电网电压波形发生畸变；谐波电流还可能干扰其他用电设备，导致电容过流，过热而损坏，引起仪表仪器和装置的无动作等。随着开关变换器的大量使用，开关变换器产生的谐波电流已经成为电网最主要的谐波之一。针对谐波电流的危害，一些国家和国际学术组织开始颁布和实施电流谐波标准，如IEC555-2、IEEE519等。我国于1993年也颁布了国家标准GB/T14549-93《电能质量共用电网谐波》。抑制开关变换器产生谐波的方法主要有两种：一是被动法，即采用无源滤波或有源滤波电路来旁路或者消除谐波；二是主动发，即设计新型高性能整流器，它具有谐波含量低、输入电流为正弦波功率因数高等特点，即具有功率因数校正功能（PowerFactorCorrection,PFC）。功率因数校正控制集成电路负责检测变换器的工作状态，并产生脉冲信号驱动开关装置，调节传递给负载的能量以实现输出稳定，同时保证输入电流跟踪输入电压，使功率因数接近于1。但是由于传统有源功率因数校正电路固有的特性：实时变化的输入功率与恒定的输出功率不匹配导致直流输出电压/电流中含有二倍工频纹波，若二倍工频纹波电压/电流被引入功率因数校正电路的控制器中，会导致功率因数校正变换器的输入电流中产生三次谐波电流成分，降低功率因数校正变换器的功率因数。因此传统有源功率因数校正变换器的直流输出电压控制环截止频率低（一般仅为10~20Hz），这将严重影响功率因数变换器对负载变换的动态响应性能。传统的消除功率因数变换器输出端二倍工频纹波电压的办法是在输出端接一个容值很大的电容，同时后级还需要再接一个DC-DC变换器来提高负载直流输出电压的稳态精度和应对负载变化时的动态响应能力。但是两级级联结构的功率因数校正电路，由于能量通过两级变换器的传递，导致转换效率低、控制复杂，还增大了系统的体积，降低了功率密度，增加了变换器的设计成本。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种可有效的减少负载的直流输出电压纹波，并有效的减小变换器整流滤波电路的输出电容，能够提高系统的动态性能和效率的电压型COT控制的抑制PFC二倍工频纹波的装置。技术方案如下：一种电压型COT控制的抑制PFC二倍工频纹波的装置，包括反激变换器和Buck变换器；交流输入电压经过EMI和整流桥后接入反激变换器的输入绕组；反激变换器的输出绕组包括主功率绕组和辅助绕组；辅助绕组的直流输出电容C2与Buck变换器的输入端并联；主功率绕组的直流输出电容C1与Buck变换器的输出电容Cb串联后再与负载R并联，通过电压型COT控制Buck变换器的输出电压来补偿主功率绕组直流输出电容C1电压中的二倍工频纹波电压。进一步的，还包括所述反激变换器的控制器，所述反激变换器的控制器包括用于检测主功率绕组直流输出电容C1电压的电压检测电路VS1，检测到的主功率绕组直流输出电压vo1与基准电压Vref1通过误差运算放大器EA产生控制信号Vp，控制信号Vp与锯齿波产生器SG产生的锯齿波Vsaw分别输入到比较器CMP1的正向端和反向端，比较器CMP1的输出端通过隔离驱动器DR1连接到反激变换器输入绕组处的功率开关管S1的栅极，作为功率开关管S1的驱动脉冲信号；当Vp大于锯齿波Vsaw时，功率开关管S1导通，反之关断。更进一步的，还包括所述反激变换器的控制器，所述反激变换器的控制器包括用于检测主功率绕组直流输出电容C1电压的电压检测电路VS1，检测到的主功率绕组直流输出电压vo1与基准电压Vref1通过误差运算放大器EA产生控制信号Vp，控制信号Vp与锯齿波产生器SG产生的锯齿波Vsaw分别输入到比较器CMP1的正向端和反向端，比较器CMP1的输出端通过隔离驱动器DR1连接到与反激变换器输入绕组串联的功率开关管S1的栅极，为功率开关管S1提供驱动脉冲信号；当Vp大于锯齿波Vsaw时，功率开关管S1导通，反之关断。更进一步的，还包括Buck变换器的控制器，所述Buck变换器的控制器包括用于检测负载R上电压信号的电压检测电路VS2，检测到的负载的输出电压信号vo与基准电压信号Vref2分别输入到比较器CMP2的反向端和正向端，比较器CMP2的输出端连接到RS触发器的S端；RS触发器的Q端通过隔离驱动器DR2连接到辅助绕组输出端的功率开关管Sb的栅极，为功率开关管Sb提供驱动脉冲信号；Q非端连接到导通定时器ONG的输入端；导通定时器ONG的输出端连接到RS触发器的R端；当Vo小于Vref2时，功率开关管Sb导通，导通时间固定，导通期间输出电压Vo上升；当导通时间达到预设值Ton时，功率开关管Sb关断，输出电压Vo下降；继续检测输出电压，当检测到Vo小于Vref2时，再次导通。更进一步的，所述导通定时器ONG包括电流源gi和比较器CMP3，电容Ct和开关St并联于受控源电流源gi的输出端，受控源电流源gi的输出电压Vct和预设电压Vth分别输入到比较器CMP3的正向端和反向端；比较器CMP3的输出端连接到RS触发器的R端；RS触发器的Q非端控制开关St的启闭：当RS触发器的Q非端输出低电平时，关断开关St，受控源电流源gi向电容Ct充电，当电容Ct上的电压达到预设值Vth时，比较器CMP3输出高电平，使RS触发器复位，关断功率开关管Sb。本专利技术的有益效果是：1）与现有的功率因数校正变换器相比，采用本专利技术的准单级双绕组FlybackPFC变换器工作于稳态时，有效的减少了负载的直流输出电压纹波，能够有效的减小变换器整流滤波电路的输出电容；2）与现有的功率因数校正变换器相比，采用本专利技术的功率因数校正变换器可以提高输出电压反馈控制环路的截止频率，当负载发生变化时，Buck变换器可以快速的响应，以提高系统的动态性能；3）与传统的PWM电压型控制方法相比，本专利技术采用的电压型COT控制在负载发生变化时，输出电压的变化立即改变关断时间的大小，从而快速调节Buck变换器开关关断时间的长短，使Buck变换器具有更快的动态响应。并且本专利技术采用的控制在设计控制网络时更为简单方便，因为电压型COT控制不需要误差放大器，直接用输出电压与基准电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电压型COT控制的抑制PFC二倍工频纹波的装置，其特征在于，包括反激变换器和Buck变换器；交流输入电压经过EMI和整流桥后接入反激变换器的输入绕组；反激变换器的输出绕组包括主功率绕组和辅助绕组；辅助绕组的直流输出电容

【技术特征摘要】
1.一种电压型COT控制的抑制PFC二倍工频纹波的装置，其特征在于，包括反激变换器和Buck变换器；交流输入电压经过EMI和整流桥后接入反激变换器的输入绕组；反激变换器的输出绕组包括主功率绕组和辅助绕组；辅助绕组的直流输出电容C2与Buck变换器的输入端并联；主功率绕组的直流输出电容C1与Buck变换器的输出电容Cb串联后再与负载R并联，通过电压型COT控制Buck变换器的输出电压来补偿主功率绕组直流输出电容C1电压中的二倍工频纹波电压。2.根据权利要求1所述的电压型COT控制的抑制PFC二倍工频纹波的装置，其特征在于，还包括所述反激变换器的控制器，所述反激变换器的控制器包括用于检测主功率绕组直流输出电容C1电压的电压检测电路VS1，检测到的主功率绕组直流输出电压vo1与基准电压Vref1通过误差运算放大器EA产生控制信号Vp，控制信号Vp与锯齿波产生器SG产生的锯齿波Vsaw分别输入到比较器CMP1的正向端和反向端，比较器CMP1的输出端通过隔离驱动器DR1连接到与反激变换器输入绕组串联的功率开关管S1的栅极，为功率开关管S1提供驱动脉冲信号；当Vp大于锯齿波Vsaw时，功率开关管S1导通，反之关断。3.根据权利要求2所述的电压型COT控制的抑制PFC二倍工频纹波的装置，其特征在于，还包括Buck变换器的控制器，所述Buck变换器...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨平，曹琎，刘晁瑞，陈曦，吴松荣，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51