一种恒定开关频率的CRM升压-降压PFC变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种恒定开关频率的CRM升压‑降压PFC变换器，包括主功率电路和控制电路，其中控制电路包括辅助绕组整流电路、CRM驱动信号生成电路、两个分压跟随电路、加法电路、乘法器和反馈误差调节电路；主电路电感的副助绕组的同名端分别与整流电路和CRM驱动信号生成电路连接，整流电路接入第一分压跟随电路，CRM驱动信号生成电路与开关管的门极连接，第一分压跟随电路的输出端分别与加法电路和乘法器连接，第二分压跟随电路的输出端与加法电路连接，加法电路的输出端与乘法器连接，乘法器的输出端接入CRM驱动信号生成电路，反馈误差调节电路接入乘法器。本发明专利技术采用变导通时间控制，实现了开关频率在工频周期内为恒定值，减小了输出电压纹波。

A constant switching frequency CRM boost buck PFC converter

【技术实现步骤摘要】
一种恒定开关频率的CRM升压-降压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
，特别是一种恒定开关频率的CRM升压-降压PFC变换器。
技术介绍
功率因数校正(PowerFactorCorrection,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、成本低的优点。因此，有源功率因数校正(activepowerfactorcorrection,APFC)技术获得越来越广泛的应用。有源PFC变换器可以采用多种电路拓和控制方法，其中Buck-BoostPFC变换器是最常用的几种APFC变换器之一。根据反激PFC变换器开关管关断期间内副边二极管电流是否持续导通，可将其分为三种工作模式，即电感电流连续模式(ContinuousCurrentMode,CCM)、电感电流临界连续模式(CriticalContinuousCurrentMode,CRM)和电感电流断续模式(DiscontinuousCurrentMode,DCM)。CRMBuck-BoostPFC变换器一般应用于中小功率场合，其优点是成本低、结构简单、开关管损耗低。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恒定开关频率的CRM升压-降压(Buck-Boost)PFC变换器，采用变导通时间控制，使得工频周期内开关频率为恒定值。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种恒定开关频率的CRM升压-降压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Lb、开关管Qb、采样电阻Rd、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的输出正极与开关管Qb的源极连接，电感Lb的绕组Lb的同名端接入开关管Qb的漏极，采样电阻Rd与驱动信号生成电路连接，电感Lb的辅助绕组Lz的异名端与参考电位零点连接，电感Lb的绕组Lb的同名端与二极管Db的阳极连接，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辅助绕组整流电路、CRM驱动信号生成电路、第一分压跟随电路、第二分压跟随电路、加法电路、乘法器和反馈误差调节电路；其中辅助绕组整流电路的输出端A与第一分压跟随电路的一个输入端连接，CRM驱动信号生成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出端B分别与加法电路的一个输入端和乘法器的第一输入端vx连接，第二分压跟随电路的输出端C与加法电路的另一个输入端连接，加法电路的输出端D与乘法器的第三输入端vz连接，乘法器的输出端vp接入CRM驱动信号生成电路的输入端，反馈误差调节电路的输出端与乘法器的第二输入端vy连接。进一步地，所述的控制电路采用导通时间变化规律为KT/(1+Vm|sinωt|/Vo)的输出信号驱动开关管Qb，其中：Vm和ω分别为输入交流电压的幅值和角频率，Po为输出功率，Lb为电感。进一步地，所述的辅助绕组整流电路包括第一二极管D1、第一电容C1；第一二极管D1的正极与主功率电路的输出电压Vo的正极连接，第一电容C1的一端与第一二极管D1的负极连接、另一端接参考电位零点，第一电容C1与第一二极管D1的公共端即整流电路的输出端A接入第一分压跟随电路。进一步地，所述的CRM驱动信号生成电路包括过零检测、RS触发器、驱动、第一运算放大器A1；过零检测的输入端与电感Lb的辅助绕组Lz的异名端连接，过零检测的输出端与RS触发器的S端连接，RS触发器的R端与第一运算放大器A1的输出端连接，RS触发器的Q端与驱动的输入端连接，第一运算放大器A1的正向输入端与采样电阻Rd连接，第一运算放大器A1的反向输入端即CRM驱动信号生成电路的输入端与乘法器的输出端vp连接。进一步地，所述第一分压跟随电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第二运算放大器A2；其中第一电阻R1的一端与辅助绕组整流电路的输出端A连接，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2一端连接且公共端接入第二运算放大器A2的正向输入端，第二电阻R2的另一端与参考电位零点连接，第二运算放大器A2的反向输入端与输出端B直接连接，构成同相电压跟随器。进一步地，所述第二分压跟随电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第三运算放大器A3；其中第三电阻R3的一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，第三电阻R3的另一端与第四电阻R4一端连接且公共端接入第二运算放大器A3的正向输入端，第四电阻R4的另一端与参考电位零点连接，第三运算放大器A3的反向输入端与输出端C直接连接，构成同相电压跟随器。进一步地，所述加法电路包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第四运算放大器A4；其中第七电阻R7一端与第二分压跟随电路的输出端C连接、另一端接入第四运算放大器A4的正向输入端，第八电阻R8的一端与第一分压跟随电路的输出端B连接、另一端接入第四运算放大器A4的正向输入端，第九电阻R9一端与第十一电阻R11的一端连接且公共端接入第四运算放大器A4的反向输入端、另一端接入参考电位零点，第十电阻R10一端接入第四运算放大器A4的正向输入端、另一端接入参考电位零点，第十一电阻R11接入第四运算放大器A4的反向输入端和输出端D之间。进一步地，所述反馈误差调节电路包括第五电阻R5、第六电阻R6、第十二电阻R12、第二电容C2、第五运算放大器A5；其中第五电阻R5的一端与主功率电路的输出电压Vo的正极连接、另一端接入第五运算放大器A5的反相输入端，第六电阻R6的一端接入第五运算放大器A5的反向输入端、另一端接入参考电位零点，第十二电阻R12与第二电容C2串联后接入第五运算放大器A5的反向输入端和输出端之间，第五运算放大器A5的正向输入端与输入电压参考点Vref连接。本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：(1)将工频周期内变化的开关频率变为恒定的开关频率，在90VAC、175VAC、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16.55、11.31、6.30降至1；(2)输出电压纹波减小，在90VAC、175VAC、265VAC输入电压下，输出电压纹波分别降至原先的58.3％、46.2％、38.5％。附图说明图1是Buck-BoostPFC变换器主电路示意图。图2是CRMBuck-BoostPFC变换器的电感电流波形图。图3是变导通时间控制时开关频率随输入电压的变化曲线图。图4是两种控制方式下PF值与V本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种恒定开关频率的CRM升压-降压PFC变换器，其特征在于，包括主功率电路(1)和控制电路；/n所述主功率电路(1)包括输入电压源v

【技术特征摘要】
1.一种恒定开关频率的CRM升压-降压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、采样电阻Rd、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的输出正极与开关管Qb的源极连接，电感Lb的绕组Lb的同名端接入开关管Qb的漏极，采样电阻Rd与驱动信号生成电路连接，电感Lb的辅助绕组Lz的异名端与参考电位零点连接，电感Lb的绕组Lb的同名端与二极管Db的阳极连接，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辅助绕组整流电路(2)、CRM驱动信号生成电路(3)、第一分压跟随电路(4)、第二分压跟随电路(5)、加法电路(6)、乘法器(7)和反馈误差调节电路(8)；其中辅助绕组整流电路(2)的输出端A与第一分压跟随电路(4)的一个输入端连接，CRM驱动信号生成电路(3)的输出端与开关管Qb的门极连接，第一分压跟随电路(4)的输出端B分别与加法电路(6)的一个输入端和乘法器(7)的第一输入端vx连接，第二分压跟随电路(5)的输出端C与加法电路(6)的另一个输入端连接，加法电路(6)的输出端D与乘法器(7)的第三输入端vz连接，乘法器(7)的输出端vp接入CRM驱动信号生成电路(3)的输入端，反馈误差调节电路(8)的输出端与乘法器(7)的第二输入端vy连接。


2.根据权利要求1所述的恒定开关频率的CRM升压-降压PFC变换器，其特征在于，所述的控制电路采用导通时间变化规律为KT/(1+Vm|sinωt|/Vo)的输出信号驱动开关管Qb，其中：



Vm和ω分别为输入交流电压的幅值和角频率，Po为输出功率，Lb为电感。


3.根据权利要求1或2所述的恒定开关频率的CRM升压-降压PFC变换器，其特征在于，所述的辅助绕组整流电路(2)包括第一二极管D1、第一电容C1；第一二极管D1的正极与主功率电路(1)的输出电压Vo的正极连接，第一电容C1的一端与第一二极管D1的负极连接、另一端接参考电位零点，第一电容C1与第一二极管D1的公共端即整流电路(2)的输出端A接入第一分压跟随电路(4)。


4.根据权利要求1或2所述的恒定开关频率的CRM升压-降压PFC变换器，其特征在于，所述的CRM驱动信号生成电路(3)包括过零检测、RS触发器、驱动、第一运算放大器A1；过零检测的输入端与电感Lb的辅助绕组Lz的...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐焕奇，姚凯，李垒，冒春艳，陈恺立，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32