电压调节电路制造技术

本发明专利技术提供一种电压调节电路，用于调节功率因数校正电路的母线电压，其特征在于，所述电压调节电路根据所述功率因数校正电路后级电路的控制信号产生调节信号，将所述调节信号叠加在所述功率因数校正电路的母线电压采样反馈端；本发明专利技术提供的电压调节电路对功率因数校正电路输出母线电压进行调整，进而实现对后级电路特性的改善，尤其改善含有谐振直流／直流变换器的后级电路性能，在后级电路输出电压较低时降低功率因数校正电路的母线电压，后级电路输出电压较高时提高功率因数校正电路的母线电压，可优化功率因数校正电路后级电路的性能，提高效率，成本低廉，性能稳定，使磁性器件易于设计，易于推广使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基本电子电路领域，特别涉及电压调节电路。技术背景现有的有源功率因数校正技术应用电流反馈技术，使输入端电流波形跟踪交流输入正弦电压波形，可以使电流接近正弦，从而使输入端电流THD得到优化， 而功率因数可以才是高到O. 99甚至更高。THD (Total Harmonic Distortion )是用 电器源电流谐波含量占基波电流含量百分比。从原理上说，任何一种直流/直流变换器(即DC/DC变换器)拓朴，如Buck、 Boost、 flyback等，都可以用作有源功率因数校正的主电路。但是，由于Boost 变换器的特殊优点，应用于功率因数校正电路更广泛。一般有源功率因数校正电路采用UC3854、 L4981等功率因数校正专用控制芯 片实现输入电流对交流输入正弦电压的^艮踪，j旦传统功率因凄W交正芯片控制芯片 存在一个问题，即控制芯片的电压环基准均为固定值，即功率因数校正电路输出 母线电压为固定值，在此将功率因数校正电路的输出电压称之为功率因数校正电 路母线电压；而功率因数校正电路的后级电路一般接直流/直流变换器(DC/DC 变换器)，或者直流/交流变换器(DC/AC变换器)，在一些情况下，需要改变功率 因数校正电路母线电压，来解决后级拓朴特定输出情况下出现的问题。 一般直流 /直流变换器可采用谐振变换器、移相全桥变换器、正激变换器等。以串联谐振变换器为例，串联谐振直流/直流变换器采用谐振变换技术，由 于谐振元件工作在正弦谐振状态，开关管上的电压自然过零，可以实现零电压开 通，电源损耗很小。这种拓朴通常采用变频调制(Pulse frequency modulation, 简称PFM)方式，通过改变工作频率来稳定输出电压。图1为半桥SRC串联谐振直 流/直流变换器的基本形式，在对该电路采用变频调制控制时，两个开关管S1、 S2互补对称驱动，各导通50% (此为理想值，如考虑死区的设置应为略小于50" 的开关周期。电源输出电压增益M与工作频率f的关系为(1)<formula>formula see original document page 5</formula>其中，Vo与Vin分别为输出、输入电压，f为工作频率，(3) "。 ， fr为谐振频率，Lr为谐振电感值，Cr为谐振电容值，Po为输出功率。从式(l)中可以发现，当工作频率f大于谐振频率fr时，工作频率越高，电 压增益M越低；同理，当工作频率f小于谐振频率fr时，工作频率越低，电压增益 M越低。串联谐振拓朴控制频率f与输出电压Vo的关系曲线如图2所示。由图2可以 发现，串联谐振变换器一个主要的难点问题在于轻载和空载条件下输出电压难以 稳定。当控制频率大于谐振频率fr，串联谐振拓朴的输出电压随着控制频率的升 高而降低，当负栽减小至轻载状态时，输出电压趋于平緩，这样为了稳定电压， 工作频率需要升得很高，但是工作频率范围过宽会带来磁性器件难以优化的问 题。同时，工作频率越高，电路损耗也越大。如图3所示，为串联谐振变换器工 作频率等于谐振频率时的驱动信号与电流波形图。从图中可以看出，开关管关断 电流很小。而工作频率高于谐振频率时，如图4所示，关断电流迅速增大，并且 工作频率也比等于谐振频率时要高。这会导致开关管开关损耗迅速上升，从而带 来可靠性问题。此外，当负载接近空载，因为工作频率过高及寄生参数谐振的原因，输出电 压反而有可能会上升，导致无法进行负反馈控制。因此在电源行业中，有人在输 出端加上固定的负载，利用这种方法在轻载和空载条件下稳定输出电压，但这样 会增加空载损耗，降低电源效率。当串联谐振变换器输出电压较高时，又要求工作频率较低，这样，对于串联 谐振变换器，额定输出就不能设计在工作频率等于谐振频率处，额定状态下的效 率得不到最优化设计；并且，；磁性器件设计要依照最低频率来算磁通密度，因此， 磁性器件的体积相应也按照最低工作频率设计，磁性器件难以优化。综上所述，对带有功率因数校正电路的整流器电路进行单纯的变频控制会导致工作频率范围过宽甚至失效，带来磁性元件难以优化和电路损耗过大的问题， 以及反馈控制难以设计的问题，所以简单的调频控制无法满足轻载或空栽时输出 稳压的要求。上面以半桥串联谐振电路为例说明了调频控制方式存在的缺陷，同样的，全 桥串联谐振电路的现象与半桥串联谐振现象是完全相同的。从理论上讲，所有的 调频控制的谐振电路都存在类似的问题。再以移相全桥电路为例，其额定输出一般希望设计在等效占空比接近满占空比(不考虑占空比丢失)的情况下，才能使有效值电流减小，从而在使用MOSFET 的情况下获得额定输出情况下的较高效率。但是，对于宽输出范围的移相全桥电 路来讲，还要考虑能够输出额定电压之上的最高电压，因此，只能将额定电压输 出的占空比设计在小于电路允许的最大占空比之下，这样开关管损耗得不到最优 化设计。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供电压调节电路，对调节功率因数校正电路的母线电压 进行调节。本专利技术提供的电压调节电路，用于调节功率因数校正电路的母线电压，电压 调节电路根据功率因数校正电路后级电路的控制信号产生调节信号，将调节信号 叠加在功率因数校正电路的母线电压采样反馈端。该电压调节电路包括产生方波 信号的方波发生器和对方波信号滤波形成调节信号的滤波器，方波发生器接收功 率因数校正电路后级电路的控制信号，产生的方波信号经滤波器形成调节信号输 出。优选的，方波发生器为单片机或数字信号处理器，单片机或数字信号处理器根据功率因数校正电路后级电路的控制信号调节方波信号的占空比；或采用含有波形发生器功能的微处理器，或采用硬件电路实现，或采用脉宽调制器件、555 定时器和/或普通运算放大器/比较器。优选的，滤波器是滤除交流成分，输出直 流成分的有源滤波器或无源滤波器。滤波器包括第一三极管、第一电阻、第二电 阻和第一电容，第一三极管的基极通过第一电阻连接到方波发生器输出端，集电 极连接供电电源，发射极通过第二电阻和第 一 电容与功率因数校正电路的母线电 压采样反馈端连接。上述电压调节电路优选的包括运算器，根据功率因数校正电 路后级电路的控制信号，对控制信号运算形成调节信号输出。上述控制信号为模拟电压，运算器对控制信号的运算包括检测、分压和/或放大；而调节信号以函 数关系方式叠加在功率因数校正电路的母线电压采样反馈端，函数关系方式包括 相加、相减、相乘和/或相除。优选的，上述功率因数校正电路和直流/直流变换 器电路串接形成整流器电路，电压调节电路串接在功率因数校正电路和直流/直 流变换器电路之间；直流/直流变换器电路包括全桥串/并联谐振电路、半桥串/ 并联谐振电路或LLC谐振电路及其变形拓朴，或移相全桥、正激、反激或全桥/ 半桥硬开关整流器及其变形拓朴。本专利技术提供的电压调节电路，对功率因数校正电路输出母线电压进行调整， 进而实现对后级电路特性的改善，尤其改善含有谐振直流/直流变换器的后级电 路性能，在后级电路输出电压较低时降低功率因数校正电路的母线电压，后级电 路输出电压较高时提高功率因数校正电路的母线电压，可优化功率因数校正电路 后级电路的性能，提高效率，成本低廉，性能稳定，使磁性器件易于设计，易于 推广使用。附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压调节电路，用于调节功率因数校正电路的母线电压，其特征在于，所述电压调节电路根据所述功率因数校正电路后级电路的控制信号产生调节信号，将所述调节信号叠加在所述功率因数校正电路的母线电压采样反馈端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志宇，柳树渡，蔡志开，潘诗峰，
申请(专利权)人：艾默生网络能源系统有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]