一种高功率因数DCM降压-升降压PFC变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种高功率因数的DCM降压‑升降压PFC变换器。该变换器包括主功率电路、分压电路和控制电路，其中控制电路包括输入电压前馈电路、第一输出电压反馈控制电路、第二输出电压反馈控制电路、第一乘法器和锯齿波比较及开关管驱动电路。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第一开关管和第二开关管工作，使得变换器的占空比在一个工频周期按照一定的规律变化，使PF值在整个90V～264V AC输入电压范围内提高至接近于1。本发明专利技术提高了DCM Buck‑Buck/Boost PFC变换器的功率因数，并具有总谐波失真低、主功率器件传导损耗小、效率高的优点。

A high power factor DCM buck buck boost PFC converter

【技术实现步骤摘要】
一种高功率因数DCM降压-升降压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
，特别是一种高功率因数DCM降压-升降压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，但就目前为止，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。然而Buck变换器存在输入电流死区，导致功率因数较低，因此提出了Buck-Buck/BoostPFC变换器，在Buck死区的时候让Buck/Boost变换器工作，可以有效的消除输入电流死区，提高功率因数。传统的DCMBuck-Buck/BoostPFC变换器每个开关周期的占空比相同，开关周期也是恒定的，虽然控制电路设计简单，但是存在电感电流有效值大、低压处功率因数低、效率低的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种总谐波失真低、主功率器件传导损耗小、效率高、可在整个90V～264VAC输入电压范围内将PF值提高至接近于1的高功率因数DCM降压-升降压PFC变换器。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种高功率因数DCM降压-升降压PFC变换器，包括主功率电路、分压电路和控制电路；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、电感L、第一开关管Qb、第二开关管Qb/b、续流二极管Dsk、输出电容Co和负载RL；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的输入端口连接，二极管整流电路的输出负极为参考电位零点，与第一开关管Qb和第二开关管Qb/b的一端连接；二极管整流电路的输出正极同时与二极管Dfw和电感L的一端相连接，电感L的另一端同时与输出电容Co的一端、负载RL的一端和第二开关管Qb/b的另一端连接，二极管Dfw的另一端同时与输出电容Co的另一端、负载RL的另一端和第一开关管Qb的另一端连接；所述控制电路包括输入电压前馈电路、第一输出电压反馈控制电路、第二输出电压反馈控制电路、第一乘法器和锯齿波比较及开关管驱动电路；所述第一输出电压反馈控制电路和第二输出电压反馈控制电路的反相输入端经分压电路与主功率电路的输出电压Vo连接，第一输出电压反馈控制电路和第二输出电压反馈控制电路的同相输入端与基准电压Vref连接，第一输出电压反馈控制电路的输出端与第一乘法器的第二输入端vy相连；输入电压前馈电路的两个信号输入端分别与主功率电路的二极管整流电路整流后的电压vg和分压电路的输出端连接，输入电压前馈电路的第二信号输出端F和第一信号输出端E分别与第一乘法器的第一输入端vx和第三输入端vz连接，第一乘法器的输出端、输出电压反馈控制电路的输出端分别与锯齿波比较及开关管驱动电路的两个输入端连接，锯齿波比较及开关管驱动电路的输出端的信号为控制电路的输出信号，两个输出信号分别与主功率电路中的第一开关管Qb和第二开关管Qb/b的门极相连，从而驱动第一开关管Qb和第二开关管Qb/b工作。进一步地，所述第一开关管Qb采用变化规律为的变占空比的输出信号驱动，所述第二开关管Qb/b采用大小为D0的定占空比的输出信号驱动，其中Vo为主功率电路(1)的输出电压，Vm为主功率电路(1)的输入电压峰值，D0和D1由电源的功率决定，其中t为时间；ω为输入电压角频率。进一步地，所述输入电压前馈电路包括第一射极跟随器IC1、第二射极跟随器IC2、第三射极跟随器IC3、第一减法电路IC4、第二减法电路IC5和第二乘法器；所述第一射极跟随器IC1的同相输入端为输入电压前馈电路的第一信号输入端，其与主功率电路的二极管整流电路整流后的电压vg经第一分压电阻R1和第二分压电阻R2后连接，第一射极跟随器IC1的输出信号经峰值采样后的采样电压峰值信号经过第三分压电阻R3后与第二射极跟随器IC2的同相输入端连接，第二射极跟随器IC2的输出端经过第五分压电阻R5和第六分压电阻R6后与第一减法电路IC4的同相输入端连接；第三射极跟随器IC3的输入端与分压电路的输出端连接，第三射极跟随器IC3的输出端经过第七分压电阻R7和第八分压电阻R8后与第一减法电路IC4的反相输入端连接，第一减法电路IC4的输出端经过第十一分压电阻R11和第十二分压电阻R12后与第二减法电路IC5的同相输入端连接；第一射极跟随器IC1的输出端与第二乘法器的第四输入端vA连接，第二射极跟随器IC2的输出端与第二乘法器的第五输入端vB连接，第三射极跟随器IC3的输出端与第二乘法器的第六输入端vC连接，第二乘法器的输出端经过第九分压电阻R9和第十分压电阻R10后与第二减法电路IC5的反相输入端连接，第二减法电路IC5的输出端作为输入电压前馈电路的第二信号输出端F与第一乘法器的第一输入端vx连接，第一减法电路IC4的输出端作为输入电压前馈电路的第一信号输出端E与第一乘法器的第三输入端vz连接。进一步地，所述锯齿波比较及开关管驱动电路选用UC3843、UC3844或UC3525型号的集成IC电路。进一步地，所述第一射极跟随器IC1、第二射极跟随器IC2、第三射极跟随器IC3、第一减法电路IC4、第二减法电路IC5、第一输出电压反馈控制电路和第二输出电压反馈控制电路中使用的运算放大器选用TL074、TL072、LM358或LM324型号的运算放大器。进一步地，第二乘法器和第一乘法器采用集成IC电路或分立器件组成。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)能够在整个90V～264VAC输入电压范围内将PF值提高至接近于1，提高了输入功率因数，降低了总谐波失真；(2)减小了主功率器件传导损耗，提高了变换器的效率。附图说明图1是Buck-Buck/BoostPFC变换器的电路结构示意图。图2是本专利技术实施例中一个开关周期内DCMBuckPFC变换器的电感电流、开关管电流波形图。图3是本专利技术实施例中一个开关周期内DCMBuck/BoostPFC变换器的电感电流、开关管电流波形图。图4是本专利技术实施例中半个工频周期内的输入电流波形。图5是本专利技术实施例中PF值随V本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高功率因数DCM降压-升降压PFC变换器，其特征在于，包括主功率电路(1)、分压电路(2)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】
1.一种高功率因数DCM降压-升降压PFC变换器，其特征在于，包括主功率电路(1)、分压电路(2)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、电感L、第一开关管Qb、第二开关管Qb/b、续流二极管Dsk、输出电容Co和负载RL；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的输入端口连接，二极管整流电路的输出负极为参考电位零点，与第一开关管Qb和第二开关管Qb/b的一端连接；二极管整流电路的输出正极同时与二极管Dfw和电感L的一端相连接，电感L的另一端同时与输出电容Co的一端、负载RL的一端和第二开关管Qb/b的另一端连接，二极管Dfw的另一端同时与输出电容Co的另一端、负载RL的另一端和第一开关管Qb的另一端连接；
所述控制电路包括输入电压前馈电路(3)、第一输出电压反馈控制电路(4)、第二输出电压反馈控制电路(5)、第一乘法器(7)和锯齿波比较及开关管驱动电路(8)；所述第一输出电压反馈控制电路(4)和第二输出电压反馈控制电路(5)的反相输入端经分压电路(2)与主功率电路(1)的输出电压Vo连接，第一输出电压反馈控制电路(4)和第二输出电压反馈控制电路(5)的同相输入端与基准电压Vref连接，第一输出电压反馈控制电路(4)的输出端与第一乘法器(7)的第二输入端vy相连；输入电压前馈电路(3)的两个信号输入端分别与主功率电路(1)的二极管整流电路整流后的电压vg和分压电路(2)的输出端连接，输入电压前馈电路(3)的第二信号输出端F和第一信号输出端E分别与第一乘法器(7)的第一输入端vx和第三输入端vz连接，第一乘法器(7)的输出端、输出电压反馈控制电路(5)的输出端分别与锯齿波比较及开关管驱动电路(8)的两个输入端连接，锯齿波比较及开关管驱动电路(8)的输出端的信号为控制电路的输出信号，两个输出信号分别与主功率电路(1)中的第一开关管Qb和第二开关管Qb/b的门极相连，从而驱动第一开关管Qb和第二开关管Qb/b工作。


2.根据权利要求1所述的高功率因数DCM降压-升降压PFC变换器，其特征在于，所述第一开关管Qb采用变化规律为的变占空比的输出信号驱动，所述第二开关管Qb/b采用大小为D0的定占空比的输出信号驱动，其中Vo为主功率电路(1)的输出电压，Vm为主功率电路(1)的输入电压峰值，D0和D1由电源的功率决定，其中t为时间；ω为输入电压角频率。


3.根据权利要求1所述的...

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