CRM图腾柱PFC变换器母线电压尖峰抑制电路和方法技术

本发明专利技术公开了一种CRM图腾柱PFC变换器母线电压尖峰抑制电路和方法，该方案通过设计一种三电平驱动电路来改变MOSFET工作模态；三电平驱动电路包括两驱动电源、隔离驱动芯片、开关管和两个二极管，一二极管与一驱动电源串联后与开关管的源极连接，形成电源一组，另一二极管与另一驱动电源串联后与开关管的漏极连接，形成电源二组，第一隔离驱动芯片输出侧供电管脚与开关管的源极相连，输出端与工频开关管的栅极相连，并对MOSFET的工作模态进行切换，使工频桥臂的MOSFET在输入电压过零附近先工作在饱和状态，限制母线电容的放电电流，随后切换到开关状态减小导通损耗，进而对母线电压尖峰进行有效抑制的同时，不影响系统效率。不影响系统效率。

CRM totem pole PFC converter bus voltage spike suppression circuit and method

【技术实现步骤摘要】
CRM图腾柱PFC变换器母线电压尖峰抑制电路和方法


[0001]本专利技术公开了一种通过MOSFET（开关管）混合控制来抑制CRM图腾柱PFC母线电压尖峰的方法，属于电力电子变换器


技术介绍

[0002]在“碳中和”和“碳达峰”目标的驱使下，电动汽车V2G(Vehicle to grid)技术成为趋势。这源于V2G技术不仅能实现电动汽车和电网的双向互动，同时也是未来智能电网不可或缺的重要发展方向之一。随之而来的，作为实现电动汽车V2G技术的关键，电动汽车双向充电机的性能至关重要。CRM图腾柱无桥PFC(Power Factor Correction)因为具有效率高、成本低和具有双向功能等优点，因此被广泛应用。
[0003]当CRM图腾柱的输入电压在零附近时电感电流很小，此时用于电感电流过零检测的比较器两端的电压差相应也很小，因此就会出现电感电流过零检测信号丢失或错误的情况，这会导致电感电流产生尖峰。为了避免电感电流过零检测信号出错，在输入电压过零附近需要设置一段工频死区时间，在这段时间内高频管和工频管都将处于关闭状态，此时MOSFET漏源极电压基本不变。当工频死区时间结束，工频桥臂的MOSFET开始导通，其结电容两端的电压会发生变化，此时母线电容需要给结电容进行充电来满足KVL定律。因此在母线电容给工频管结电容充电的时候会与线路上的寄生电感产生震荡从而导致直流母线电压产生尖峰。由于该尖峰含有高频分量且会叠加在母线电压的二次纹波之上，后级DC/DC变化器只能对二次纹波起到抑制作用，对于该尖峰束手无策，因此该尖峰会通过DC/DC变换器传输到负载端，在一些敏感设备应用上是不允许的，需要对其进行抑制。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决现有技术中存在的问题，提供一种对MOSFET的工作模态进行切换来抑制尖峰的方法。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提出的技术方案为：一种CRM图腾柱PFC变换器母线电压尖峰抑制电路，包括主功率电路和驱动电路；所述主功率电路包括EMI滤波器、升压电感、高频开关管S1、高频开关管S2、工频开关管S3、工频开关管S4、输出母线电容和负载；工频开关管S3的源极和工频开关管S4的漏极相连，构成工频桥臂；所述EMI滤波器输出端分别与升压电感的一端和工频桥臂中点相连；升压电感的另一端分别与高频开关管S1源极和高频开关管S2漏极相连；高频开关管S1漏极与工频开关管S3的漏极相连，高频开关管S2源极与工频开关管S4的源极相连；输出母线电容的两端分别与负载的两端和工频桥臂的两端连接；所述驱动电路包括高频管驱动电路和三电平驱动电路；所述高频管驱动电路与高频开关管的栅极相连；所述三电平驱动电路包括驱动电源v1、驱动电源v2、第一隔离驱动芯片、开关管Q1和两个二极管，所述驱动电源v1电压小于驱动电源v2电压，一二极管与驱动电源v1串联后与开关管Q1的源极连接，形成电源一组，另一二极管与驱动电源v2串联后与开关
管Q1的漏极连接，形成电源二组，所述第一隔离驱动芯片输出侧供电管脚与开关管Q1的源极相连，输出端与工频开关管的栅极相连。
[0006]对上述技术方案的进一步设计为：还包括控制电路，所述控制电路包括输入PWM调制电路、输入电压差分采样电路、电感电流过零检测电路和输出母线电压采样电路；所述PWM调制电路包括数/模转换器和数字控制器，数/模转换器的输入端与数字控制器相连，输出端与驱动电路连接；所述电压差分采样电路输入端与EMI滤波器输入端连接，输出端与数字控制器连接；所述电感电流过零检测电路包括迟滞比较器和采样电阻，迟滞比较器的输入端连接在采样电阻的两端，输出端与数字控制器连接；所述输出母线电压采样电路输入端连接负载两端，输出端与数字控制器连接。
[0007]所述高频管驱动电路包括高频管驱动电源和第二隔离驱动芯片，高频管驱动电源与第二隔离驱动芯片的输出侧供电管脚相连，输出端与高频开关管的栅极相连，第二隔离驱动芯片输入侧的信号输入端与数/模转换器的输出端相连。
[0008]所述第一隔离驱动芯片输出端与工频开关管的栅极之间设有驱动电阻。
[0009]所述高频开关管和工频开关管的两端均连接有开关管寄生电容。
[0010]所述数字控制器采用TMS320F280049C芯片。
[0011]一种CRM图腾柱PFC变换器母线电压尖峰抑制方法，该方法采用上述电路，包括以下步骤：步骤一、通过数字控制器分别采样EMI滤波器之前的输入电压信号以及负载两端的输出母线电压信号,得到输入电压v
ac
,和母线电压v
o
；步骤二、将采样得到的母线电压v
o
与母线电压基准v
ref
进行比较得到误差信号v
err
,误差信号通过PI控制器生成定导通T
onact
；步骤三、将定导通T
onact
与数字控制器计算得到的变导通时间T
onvar
相加得到高频开关管的导通时间T
on
，将T
on
设定为调制波利用数学控制器生成PWM信号输入第二隔离驱动芯片来控制高频开关管的开通与关断；步骤四、通过输入电压差分采样电路采样得到的输入电压v
ac
得到输入电压的相位信息θ；步骤五、在数字控制器中将输入电压相位信息与零相比较，得到工频开关管的PWM信号，该信号输入第一隔离驱动芯片；步骤六、将工频开关管PWM信号滞后一个中断周期得到的信号和工频开关管PWM信号进行与运算，得到电源二组中开关管Q1的驱动信号，该信号经过PWM调制电路输出与电源二组中开关管Q1的栅极相连；步骤七、当工频开关管导通时，驱动电压供电首先为驱动电源一组中的电源，经过一个中断周期后将驱动电压供电切换到驱动电源二组中的电源。
[0012]本专利技术与现有技术相比具有的有效增益效果为：1、本专利技术通过三电平驱动电路可以使工频开关管的工作模态在开通时的一段时间内工作在饱和区，限制母线电容的放电电流，从而对母线电压尖峰进行有效的抑制，随后再切换到开关状态，降低阻抗减小系统损耗，提升系统效率。
[0013]2、本专利技术所提出的母线电压尖峰抑制方法无需改变拓扑结构，只用更改驱动电路无需增加吸收电路，对于不同的数字和模拟控制芯片该方法同样适用。
[0014]3、本专利技术提出的线电压尖峰抑制方法，适用于所有工作模式下的图腾柱PFC，电网频率50
‑
60Hz的场合都可以有效抑制。
附图说明
[0015]图1为CRM图腾柱PFC变换器的主功率电路；图2为对工频开关管工作模态进行切换的三电平驱动电路；图3为工频开关管三电平驱动电路时序图；图4为使用三电平驱动电路来抑制母线电压尖峰与未使用三电平驱动电路来抑制母线电压尖峰的对比波形图；上述图中：v
ac
‑
输入电压，i
ac
‑
输入电流，i
L
‑
电感电流，L
‑
升压电感，S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CRM图腾柱PFC变换器母线电压尖峰抑制电路，其特征在于：包括主功率电路和驱动电路；所述主功率电路包括EMI滤波器、升压电感、高频开关管S1、高频开关管S2、工频开关管S3、工频开关管S4、输出母线电容和负载；工频开关管S3的源极和工频开关管S4的漏极相连，构成工频桥臂；所述EMI滤波器输出端分别与升压电感的一端和工频桥臂中点相连；升压电感的另一端分别与高频开关管S1源极和高频开关管S2漏极相连；高频开关管S1漏极与工频开关管S3的漏极相连，高频开关管S2源极与工频开关管S4的源极相连；输出母线电容的两端分别与负载的两端和工频桥臂的两端连接；所述驱动电路包括高频管驱动电路和三电平驱动电路；所述高频管驱动电路与高频开关管的栅极相连；所述三电平驱动电路包括驱动电源v1、驱动电源v2、第一隔离驱动芯片、开关管Q1和两个二极管，所述驱动电源v1电压小于驱动电源v2电压，一二极管与驱动电源v1串联后与开关管Q1的源极连接，形成电源一组，另一二极管与驱动电源v2串联后与开关管Q1的漏极连接，形成电源二组，所述第一隔离驱动芯片输出侧供电管脚与开关管Q1的源极相连，输出端与工频开关管的栅极相连。2.根据权利要求1所述CRM图腾柱PFC变换器母线电压尖峰抑制电路，其特征在于：还包括控制电路，所述控制电路包括输入PWM调制电路、输入电压差分采样电路、电感电流过零检测电路和输出母线电压采样电路；所述PWM调制电路包括数/模转换器和数字控制器，数/模转换器的输入端与数字控制器相连，输出端与驱动电路连接；所述电压差分采样电路输入端与EMI滤波器输入端连接，输出端与数字控制器连接；所述电感电流过零检测电路包括迟滞比较器和采样电阻，迟滞比较器的输入端连接在采样电阻的两端，输出端与数字控制器连接；所述输出母线电压采样电路输入端连接负载两端，输出端与数字控制器连接。3.根据权利要求2所述CRM图腾柱PFC变换器母线电压尖峰抑制电路，其特征在于：所述高频管驱动电路包括高频管驱动电源和第二隔离驱动芯片，高频管驱动电源与第二隔离驱动芯片的输出侧供电管脚相连，输出端与高频开关管的栅极相连，第二隔离驱动芯片输入侧的信号输入端与数/模转换器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：任小永，李梦睿，王生东，黄帆，吴岳哲，张之梁，陈乾宏，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：