一种分段定导通时间控制的CRM降压-升降压变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种分段定导通时间控制的CRM降压‑升降压变换器。该变换器包括主功率电路和控制电路，控制电路包括输入电压前馈电路、第一乘法器、RS触发器和比较器、第一选通开关、切换信号产生电路、输出电压反馈电路、与门和非门、开关管驱动电路和输出电压采样电路；控制电路根据主功率电路的输入电压前馈和输出电压反馈产生控制信号，驱动主功率电路中的两个开关管工作，使得变换器在一个工频周期内工作在Buck阶段和Buck/Boost阶段的导通时间不同，使输入电流更接近与输入电压同相位的正弦波，在输入电压范围内将PF值提高。本发明专利技术提高了变换器的功率因数，并具有电感电流峰值小、开关管导通损耗小、所需二极管应力小的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种分段定导通时间控制的CRM降压-升降压变换器
本专利技术涉及电能变换装置的交流-直流变换器
，特别是CRM降压-升降压变换器的分段定导通时间控制方法。
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、成本低等优点。从80年代发展以来，各国学者从控制策略、电路拓扑、小信号建模等角度对有源功率因数校正技术(APFC)进行了深入的研究，并取得了一系列的研究成果。就目前而言，APFC技术新的一个研究热点是对PFC电路拓扑的研究。理论上任何一种DC/DC变流器拓扑都能作为PFC变换器的拓扑，但到目前为止，传统的有源PFC还是广泛采用Boost拓扑。虽然BoostPFC是一种提高功率因数、降低电流谐波的有效方式，但是在低压输入时的损耗较大，是制约其发展的瓶颈，而BuckPFC由于Buck电路自身降压的特性，使得输入输出电压较为接近，可以使其在整个输入电压范围内都能保持较高的效率，另外，BuckPFC输出电压低、共模EMI噪声小、无需浪涌限制器和主电感小等这些优点都使得BuckPFC逐渐成为功率因数校正技术的一个研究热点。但是BuckPFC变换器存在固有的死区即输入电压低于输出电压时电路不工作，限制了PF值的提高，所以提出了Buck-Buck/BoostPFC变换器，当输入电压低于输出电压时，Buck/Boost工作，当输入电压高于输出电压时，Buck工作。传统的CRMBuck-Buck/BoostPFC变换器每个开关周期的导通时间相同，虽然控制简单、二极管没有反向恢复问题，但是存在电感电流峰值大、EMI差模特性差、开关管导通损耗大，PF值在低压处较低的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电感电流峰值小、开关管导通损耗小、所需二极管应力小的分段定导通时间控制的CRM降压-升降压变换器，从而在整个90V～264VAC输入电压范围内将PF值提高至接近于1。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种分段定导通时间控制的CRM降压-升降压变换器，采用该控制方法的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、主电感L、第二开关管Qb/b、第一开关管Qb、二极管Dfw、输出电容Co、负载RL、第一电流采样电阻Rs_1和第二电流采样电阻Rs_2；所述输入电压源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的输出正极同时与主电感L的一端和二极管Dfw的一端连接，主电感L的另一端同时与第二开关管Qb/b、输出电容Co和负载RL的一端相连接，二极管Dfw的另一端同时与第一开关管Qb的一端、输出电容Co和负载RL的另一端连接，第一开关管Qb和第二开关管Qb/b的另一端分别与第一电流采样电阻Rs_1和第二电流采样电阻Rs_2连接，第一电流采样电阻Rs_1和第二电流采样电阻Rs_2的另一端为参考电位零点；所述控制电路包括输入电压前馈电路、第一乘法器、RS触发器和比较器、第一选通开关、切换信号产生电路、输出电压反馈电路、与门和非门、开关管驱动电路和输出电压采样电路，所述输入电压前馈电路包括第二～第五运算放大器A2、A3、A4、A5，第二选通开关、第二乘法器和第三乘法器；所述输出电压采样电路的第一电阻R1和第三电阻R3分别与主功率电路的输出负载RL的两端相连；输入电压前馈电路与主功率电路通过vg端连接，输入电压前馈电路与输出电压采样电路通过M端连接，输入电压前馈电路的第二选通开关的3引脚与第一乘法器的第一输入端vx相连，输入电压前馈电路的第二选通开关的4引脚与切换信号产生电路的L端连接；第一乘法器的第二输入端vy与输出电压反馈电路的I端连接，第一乘法器的输出端J与RS触发器和比较器的第一比较器comp1的同相输入端相连；RS触发器和比较器的第一比较器comp1的反相输入端与第一选通开关的9引脚相连，RS触发器和比较器的输出端Q与与门和非门的两个与门输入端相连；第一选通开关的7脚和10脚分别与主功率电路的采样电阻电压vRs_1和vRs_2相连，第一选通开关的8脚与切换信号产生电路的L端连接；切换信号产生电路与主功率电路通过vg端连接，切换信号产生电路的L端与与门和非门的非门输入端相连；开关管驱动电路接收来自与门和非门的驱动信号，来分别驱动第二开关管Qb/b和第一开关管Qb工作。进一步地，Buck开关管Qb和Buck/Boost开关管Qb/b的导通时间tonb、tonb/b之间的关系满足：其中，L为主电感，Vo为输出电压，Po为输出功率，Vm为输入电压峰值，t为时间，ω为输入电压角频率，Vbou为切换变换器工作阶段的边界电压；在定Vm下，第一开关管Qb导通时间tonb的最优解tonb_optimal为：进一步地，为了能够用模拟电路去实现最优的导通时间，使Buck开关管Qb和Buck/Boost开关管Qb/b的导通时间tonb、tonb/b之间的比值满足下式：进一步地，所述输入电压前馈电路中，第二运算放大器A2构成电压跟随器，其同相输入端与主功率电路的二极管整流电路RB整流后的电压vg经第五分压电阻R5和第六分压电阻R6后连接，第二运算放大器A2的输出信号经峰值采样后的采样电压峰值信号同时与第三乘法器的两个输入端、第四运算放大器A4构成的加法电路的反相输入端连接；第三运算放大器A3构成减法电路，其同相输入端与第三乘法器的输出端连接，其反相输入端与第四运算放大器A4构成的加法电路的输出端连接；第二乘法器的第一输入端vx与第二运算放大器A2的输出端连接，第二乘法器的第二输入端vy与第三运算放大器A3的输出端连接，第二乘法器的输出信号与第二选通开关的输入2引脚相连，第二选通开关的输入5引脚与第五运算放大器A5构成的减法电路的输出端连接。进一步地，通过前馈电路使得送进第二乘法器第一输入端vx的电压vH满足下式：其中kvg为分压系数。进一步地，所述RS触发器和比较器，选用L6561或L6562型号的集成IC电路，RS触发器和比较器的第一比较器comp1将同相端第一乘法器的输出信号和反相端第一选通开关的输出信号进行比较，产生的信号再送入RS触发器的R端，控制第一选通开关中开关管的关断；RS触发器的S端与由主功率电路的主电感L的辅助绕组和电阻RZCD构成的过零检测电路的输出端连接，控制第一选通开关中开关管的开通。进一步地，所述切换信号产生电路的第二比较器comp2同相端与主功率电路的二极管整流电路RB整流后的电压vg经第二十二分压电阻R22和第二十三分压电阻R23后连接，反相端与给定的边界电压Vboundary连接，第二比较器comp2的输出信号送入与门和非门的输入端和输入电压前馈电路的第二选通开关的4引脚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分段定导通时间控制的CRM降压-升降压变换器，其特征在于，采用该控制方法的变换器包括主功率电路(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】
1.一种分段定导通时间控制的CRM降压-升降压变换器，其特征在于，采用该控制方法的变换器包括主功率电路(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、主电感L、第二开关管Qb/b、第一开关管Qb、二极管Dfw、输出电容Co、负载RL、第一电流采样电阻Rs_1和第二电流采样电阻Rs_2；所述输入电压源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的输出正极同时与主电感L的一端和二极管Dfw的一端连接，主电感L的另一端同时与第二开关管Qb/b、输出电容Co和负载RL的一端相连接，二极管Dfw的另一端同时与第一开关管Qb的一端、输出电容Co和负载RL的另一端连接，第一开关管Qb和第二开关管Qb/b的另一端分别与第一电流采样电阻Rs_1和第二电流采样电阻Rs_2连接，第一电流采样电阻Rs_1和第二电流采样电阻Rs_2的另一端为参考电位零点；
所述控制电路包括输入电压前馈电路(2)、第一乘法器(6)、RS触发器和比较器(7)、第一选通开关(8)、切换信号产生电路(9)、输出电压反馈电路(10)、与门和非门(11)、开关管驱动电路(12)和输出电压采样电路(13)，所述输入电压前馈电路(2)包括第二～第五运算放大器A2、A3、A4、A5，第二选通开关(3)、第二乘法器(4)和第三乘法器(5)；所述输出电压采样电路(13)的第一电阻R1和第三电阻R3分别与主功率电路(1)的输出负载RL的两端相连；输入电压前馈电路(2)与主功率电路(1)通过vg端连接，输入电压前馈电路(2)与输出电压采样电路(13)通过M端连接，输入电压前馈电路(2)的第二选通开关(3)的3引脚与第一乘法器(6)的第一输入端vx相连,输入电压前馈电路(2)的第二选通开关(3)的4引脚与切换信号产生电路(9)的L端连接；第一乘法器(6)的第二输入端vy与输出电压反馈电路(10)的I端连接，第一乘法器(6)的输出端J与RS触发器和比较器(7)的第一比较器comp1的同相输入端相连；RS触发器和比较器(7)的第一比较器comp1的反相输入端与第一选通开关(8)的9引脚相连，RS触发器和比较器(7)的输出端Q与与门和非门(11)的两个与门输入端相连；第一选通开关(8)的7脚和10脚分别与主功率电路(1)的采样电阻电压vRs_1和vRs_2相连，第一选通开关(8)的8脚与切换信号产生电路(9)的L端连接；切换信号产生电路(9)与主功率电路(1)通过vg端连接，切换信号产生电路(9)的L端与与门和非门(11)的非门输入端相连；开关管驱动电路(12)接收来自与门和非门(11)的驱动信号，来分别驱动第二开关管Qb/b和第一开关管Qb工作。


2.根据权利要求1所述的分段定导通时间控制的CRM降压-升降压变换器，其特征在于，Buck开关管Qb和Buck/Boost开关管Qb/b的导通时间tonb、tonb/b之间的关系满足：



其中，L为主电感，Vo为输出电压，Po为输出功率，Vm为输入电压峰值，t为时间，ω为输入电压角频率，Vbou为切换变换器工作阶段的边界电压；
在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈杰楠，姚凯，马春伟，张震，邬程健，管婵波，李凌格，方斌，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32