谐波互消并联控制的并联定开关频率CRM和DCM升压PFC变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种谐波互消并联控制的并联定开关频率CRM和DCM升压PFC变换器，包括主功率电路和控制电路，其中控制电路包括输入电压采样电路、输出电流采样电路、输出电压采样电路、DSP模块、隔离电路、L6561芯片和隔离驱动电路；DSP模块的ADC子模块采集输入电压、输出电流和输出电压数据，数据处理后生成电感电流峰值包络信号，最终控制第二开关管Q

【技术实现步骤摘要】
谐波互消并联控制的并联定开关频率CRM和DCM升压PFC变换器
本专利技术涉及电能变换装置的交流-直流变换器技术，特别是一种谐波互消并联控制的并联定开关频率CRM和DCM升压PFC变换器。
技术介绍
CRMBoostPFC变换器因其有开关管零电流开通，升压二极管无反向恢复，能实现单位功率因数等优势，在中小功率场合得到了广泛的应用。在传统定导通时间控制下，CRMBoostPFC变换器开关频率在工频周期内变化范围很大，不利于电感设计，也导致EMI频谱规律难以寻找，在设计EMI滤波器时往往需要多次仿真和反复的实验调试。为解决开关频率在工频周期内变化范围大的问题，论文《CriticalConductionModeBoostPFCConverterWithFixedSwitchingFrequencyControl》提出了一种准定开关频率控制CRMBoostPFC变换器，通过搭建前馈电路给出指定的基准电流包络形状，改变导通时间实现了开关频率的固定，但是定开关频率控制下输入电流中谐波含量较高，PF值低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种谐波互消并联控制的并联定开关频率CRM和DCM升压PFC变换器，变换器一条支路工作在定开关频率CRM模式，另一条支路工作在定占空比DCM模式，使变换器开关频率保持固定的同时，PF值接近于1。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种谐波互消并联控制的并联定开关频率CRM和DCM升压PFC变换器，包括主功率电路和控制电路，其中控制电路包括输入电压采样电路、输出电流采样电路、输出电压采样电路、DSP模块、隔离电路、L6561芯片和隔离驱动电路；所述主功率电路分别与输入电压采样电路、输出电流采样电路、输出电压采样电路、L6561芯片和隔离驱动电路连接，DSP模块分别与输入电压采样电路、输出电流采样电路、输出电压采样电路、隔离电路和隔离驱动电路连接，隔离电路与L6561芯片连接；DSP模块采集输入电压、输出电流和输出电压数据，并进行处理后输出电感电流峰值包络信号，经隔离电路隔离后送到L6561芯片，从而控制第二开关管Qb_CRM，使第二主电感Lb_CRM的电流工作在CRM模式、频率保持固定且流过的功率可控；由其ePWM模块输出占空比固定的PWM波，再由隔离驱动电路产生驱动信号控制第一开关管Qb_DCM，使第一主电感Lb_DCM的电流工作在DCM模式且开关信号占空比保持固定；最终通过控制第二支路的输出功率与总输出功率的比值，实现完全消去输入电流中三次谐波，达到在CRM工作模式下开关频率保持固定的同时实现高功率因数的目的。进一步地，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、LC滤波器、第一主电感Lb_DCM、第二主电感Lb_CRM、零电流检测绕组Lz、零电流检测电阻Rz、第一开关管Qb_DCM、第二开关管Qb_CRM、开关管电流采样电阻Rs、第一二极管Db_DCM、第二二极管Db_CRM、输出电容Co、输出电流采样电阻Rso、和负载RL；所述输入电压源vin与EMI滤波器输入端口连接，EMI滤波器输出端口与整流桥RB的输入端口连接，整流桥RB的输出负端口与LC滤波器的输入负端口相连，整流桥RB的输出正端口与LC滤波器的输入正端口相连，LC滤波器的输出正端口与第一主电感Lb_DCM的一端和第二主电感Lb_CRM的一端相连，LC滤波器的输出负端口与开关管电流采样电阻Rs、第一开关管Qb_DCM、输出电容Co和负载RL的一端连接，LC滤波器的负端口为参考电位零点；第一主电感Lb_DCM的另一端与第一开关管Qb_DCM的另一端和第一二极管Db_DCM的阳极连接，第二主电感Lb_CRM的另一端与第二开关管Qb_CRM的一端和第二二极管Db_CRM的阳极连接，零电流检测绕组Lz与第二主电感Lb_CRM同向绕在同一磁芯上，零电流检测绕组Lz一端与参考电位零点相连，零电流检测绕组Lz另一端与零电流检测电阻Rz的一端相连，第二开关管Qb_CRM的另一端与开关管电流采样电阻Rs的另一端相连，第一二极管Db_DCM的阴极与第二二极管Db_DCM的阴极、输出电容Co的另一端和输出电流采样电阻Rso的一端相连，输出电流采样电阻Rso的另一端与负载RL的另一端相连；所述主功率电路的输入电压源vin的两端与输入电压采样电路连接，主功率电路的输出电流采样电阻Rso的两端与输出电流采样电路连接，主功率电路的负载RL的两端与输出电压采样电路连接，主功率电路的零电流检测电阻Rz的一端、第二开关管Qb_CRM的门极端和开关管电流采样电阻Rs的一端均与L6561芯片连接，主功率电路的第一开关管Qb_DCM的门极端与隔离驱动电路连接。进一步地，所述控制电路包括输入电压采样电路、输出电流采样电路、输出电压采样电路、DSP模块、隔离电路、L6561芯片和隔离驱动电路；所述输入电压采样电路的两输入端口分别与主功率电路的电压源vin两端口相连；输出电流采样电路的两输入端口分别与主功率电路的输出电流采样电阻Rso两端口相连；输出电压采样电路的两输入端口分别与主功率电路的负载RL两端口相连。输入电压采样电路的输出端口和DSP模块的第一模数转换模块ADC1相连；输出电流采样电路的输出端口和DSP模块的第二模数转换模块ADC2相连；输出电压采样电路的输出端口和DSP模块的第三模数转换模块ADC3相连；DSP模块的输出端口DAC与隔离电路的输入端口相连；DSP模块的输出端口ePWM与隔离驱动电路的输入端口相连；隔离电路的输出端口与L6561芯片的端口MULT相连；L6561芯片的端口ZCD与零电流检测电阻Rz相连；L6561芯片的端口COMP与+3V电压源相连；L6561芯片的端口CS与开关管电流采样电阻Rs和第二开关管Qb_CRM的连接的一端相连；L6561芯片的端口GD与第二开关管Qb_CRM的门极端相连；隔离驱动电路的输出端与第一开关管Qb_DCM的门极端相连。进一步地，所述DSP模块包括第一模数转换模块ADC1、第二模数转换模块ADC2、第三模数转换模块ADC3、第一低通滤波模块、第二低通滤波模块、第三低通滤波模块、幅值计算模块、CRM支路电感电流峰值包络参考值viLb_CRM_pk_ref计算模块、数字PI模块、锁相环模块、数模转换模块DAC和增强型脉宽调制模块ePWM；所述第一模数转换模块ADC1与输入电压采样电路和第一低通滤波模块连接，第一低通滤波模块与幅值计算模块和锁相环模块连接，数模转换模块DAC与锁相环模块和隔离电路连接，第二模数转换模块ADC2与输出电流采样电路和第二低通滤波模块连接，CRM支路电感电流峰值包络参考值viLb_CRM_pk_ref计算模块与幅值计算模块、第二低通滤波模块、第三低通滤波模块和锁相环模块连接，第三模数转换模块ADC3与输出电压采样电路和第三低通滤波模块连接，数字PI模块与第三低通滤波模块和增强型脉宽调制模块ePWM连接，增强型脉宽调制模块ePWM与隔离驱动电路连接；第一模数转换模块ADC1将采集到的输入电压信号、第二模数转换模块ADC2将采集到的输出电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种谐波互消并联控制的并联定开关频率CRM和DCM升压PFC变换器，其特征在于：包括主功率电路(1)和控制电路，其中控制电路包括输入电压采样电路(2)、输出电流采样电路(3)、输出电压采样电路(4)、DSP模块(5)、隔离电路(6)、L6561芯片(7)和隔离驱动电路(8)；所述主功率电路(1)分别与输入电压采样电路(2)、输出电流采样电路(3)、输出电压采样电路(4)、L6561芯片(7)和隔离驱动电路(8)连接，DSP模块(5)分别与输入电压采样电路(2)、输出电流采样电路(3)、输出电压采样电路(4)、隔离电路(6)和隔离驱动电路(8)连接，隔离电路(6)与L6561芯片(7)连接；/nDSP模块(5)采集输入电压、输出电流和输出电压数据，并进行处理后输出电感电流峰值包络信号，经隔离电路(6)隔离后送到L6561芯片(7)，从而控制第二开关管Q

【技术特征摘要】
1.一种谐波互消并联控制的并联定开关频率CRM和DCM升压PFC变换器，其特征在于：包括主功率电路(1)和控制电路，其中控制电路包括输入电压采样电路(2)、输出电流采样电路(3)、输出电压采样电路(4)、DSP模块(5)、隔离电路(6)、L6561芯片(7)和隔离驱动电路(8)；所述主功率电路(1)分别与输入电压采样电路(2)、输出电流采样电路(3)、输出电压采样电路(4)、L6561芯片(7)和隔离驱动电路(8)连接，DSP模块(5)分别与输入电压采样电路(2)、输出电流采样电路(3)、输出电压采样电路(4)、隔离电路(6)和隔离驱动电路(8)连接，隔离电路(6)与L6561芯片(7)连接；
DSP模块(5)采集输入电压、输出电流和输出电压数据，并进行处理后输出电感电流峰值包络信号，经隔离电路(6)隔离后送到L6561芯片(7)，从而控制第二开关管Qb_CRM，使第二主电感Lb_CRM的电流工作在CRM模式、频率保持固定且流过的功率可控；由其ePWM模块输出占空比固定的PWM波，再由隔离驱动电路(8)产生驱动信号控制第一开关管Qb_DCM，使第一主电感Lb_DCM的电流工作在DCM模式且开关信号占空比保持固定；最终通过控制第二支路的输出功率与总输出功率的比值，实现完全消去输入电流中三次谐波，达到在CRM工作模式下开关频率保持固定的同时实现高功率因数的目的。


2.根据权利要求1谐波互消并联控制的并联定开关频率CRM和DCM升压PFC变换器，其特征在于：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、LC滤波器、第一主电感Lb_DCM、第二主电感Lb_CRM、零电流检测绕组Lz、零电流检测电阻Rz、第一开关管Qb_DCM、第二开关管Qb_CRM、开关管电流采样电阻Rs、第一二极管Db_DCM、第二二极管Db_CRM、输出电容Co、输出电流采样电阻Rso、和负载RL；所述输入电压源vin与EMI滤波器输入端口连接，EMI滤波器输出端口与整流桥RB的输入端口连接，整流桥RB的输出负端口与LC滤波器的输入负端口相连，整流桥RB的输出正端口与LC滤波器的输入正端口相连，LC滤波器的输出正端口与第一主电感Lb_DCM的一端和第二主电感Lb_CRM的一端相连，LC滤波器的输出负端口与开关管电流采样电阻Rs、第一开关管Qb_DCM、输出电容Co和负载RL的一端连接，LC滤波器的负端口为参考电位零点；第一主电感Lb_DCM的另一端与第一开关管Qb_DCM的另一端和第一二极管Db_DCM的阳极连接，第二主电感Lb_CRM的另一端与第二开关管Qb_CRM的一端和第二二极管Db_CRM的阳极连接，零电流检测绕组Lz与第二主电感Lb_CRM同向绕在同一磁芯上，零电流检测绕组Lz一端与参考电位零点相连，零电流检测绕组Lz另一端与零电流检测电阻Rz的一端相连，第二开关管Qb_CRM的另一端与开关管电流采样电阻Rs的另一端相连，第一二极管Db_DCM的阴极与第二二极管Db_DCM的阴极、输出电容Co的另一端和输出电流采样电阻Rso的一端相连，输出电流采样电阻Rso的另一端与负载RL的另一端相连；所述主功率电路(1)的输入电压源vin的两端与输入电压采样电路(2)连接，主功率电路(1)的输出电流采样电阻Rso的两端与输出电流采样电路(3)连接，主功率电路(1)的负载RL的两端与输出电压采样电路(4)连接，主功率电路(1)的零电流检测电阻Rz的一端、第二开关管Qb_CRM的门极端和开关管电流采样电阻Rs的一端均与L6561芯片(7)连接，主功率电路(1)的第一开关管Qb_DCM的门极端与隔离驱动电路(8)连接。


3.根据权利要求1谐波互消并联控制的并联定开关频率CRM和DCM升压PFC变换器，其特征在于：所述输入电压采样电路(2)的两输入端口分别与主功率电路(1)的电压源vin两端口相连；输出电流采样电路(3)的两输入端口分别与主功率电路(1)的输出电流采样电阻Rso两端口相连；输出电压采样电路(4)的两输入端口分别与主功率电路(1)的负载RL两端口相连。输入电压采样电路(2)的输出端口和DSP模块(5)的第一模数转换模块ADC1相连；输出电流采样电路(3)的输出端口和DSP模块(5)的第二模数转换模块ADC2相连；输出电压采样电路(4)的输出端口和DSP模块(5)的第三模数转换模块ADC3相连；DSP模块(5)的输出端口DAC与隔离电路(6)的输入端口相连；DSP模块(5)的输出端口ePWM与隔离驱动电路(8)的输入端口相连；隔离电路(6)的输出端口与L6561芯片(7)的端口MULT相连；L6561芯片(7)的端口ZCD与零电流检测电阻Rz相连；L6561芯片(7)的端口COMP与+3V电压源相连；L6561芯片(7)的端口CS与开关管电流采样电阻Rs和第二开关管Qb_CRM的连接的一端相连；L6561芯片(7)的端口GD与第二开关管Qb_CRM的门极端相连；隔离驱动电路(8)的输出端与第一开关管Qb_DCM的门极端相连。


4.根据权利要求1谐波互消并联控制的并联定开关频率CRM和DCM升压PFC变换器，其特征在于：所述DSP模块(5)包括第一模数转换模块ADC1、第二模数转换模块ADC2、第三模数转换模块ADC3、第一低通滤波模块、第二低通滤波模块、第三低通滤波模块、幅值计算模块、CRM支路电感电流峰值包络参考值viLb_CRM_pk_ref计算模块、数字PI模块、锁相环模块、数模转换模块DAC和增强型脉宽调制模块ePWM；所述第一模数转换模块ADC1与输入电压采样电路(2)和第一低通滤波模块连接，第一低通滤波模块与幅值计算模块和锁相环模块连接，数模转换模块DAC与锁相环模块和隔离电路(6)连接，第二模数转换模块ADC2与输出电流采样电路(3)和第二低通滤波模块连接，CRM支路电感电流峰值包络参考值viLb_CRM_pk_ref计算模块与幅值计算模块、第二低通滤波模块、第三低通滤波模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：李家镇，姚凯，高阳，杨坚，刘劲滔，刘乐，王泽松，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32