一种高功率因数的降压式功率因数校正变换器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高功率因数的降压式功率因数校正变换器，属于电能变换装置技 术领域。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 有源功率因数校正技术（APFC)从80年代发展以来，各国学者从控制策略、电路拓 扑、小信号建模等角度进行了深入的研宄，并取得了一系列的研宄成果。就目前而言，APFC 技术新的一个研宄热点是对PFC电路拓扑的研宄。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(升压式变换 电路）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 输入时的损耗大也是制约其发展的瓶颈，而BuckPFC由于Buck(降压式变换电路）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宄热点。
[0004] 但是，传统基于DCM(电感电流断续模式）下的BuckPFC变换器每个开关周期的 占空比相同，开关周期也是恒定的，虽然具有控制简单、电感小、二极管没有反向恢复的优 点，但是存在以下缺点，电感电流峰值大、EMI差模特性差、开关管导通损耗大、效率得不到 优化。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的克服传统的DCM模式下BuckPFC变换器，电感电流峰值大、EMI差 模特性差、开关管导通损耗大、效率得不到优化的问题。本发明的高功率因数的降压式功率 因数校正变换器，具有输入功率因数高，输出电压纹波小、开关管导通损耗小、所需二极管 应力减小等优点，采用变占空比控制后，可使电感量增大，电感电流纹波明显减小，电感电 流有效值明显降低，还会使开关管的电流有效值相应降低，变换器的导通损耗减小，变换器 的效率提尚，具有良好的应用如景。
[0006] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0007] -种高功率因数的降压式功率因数校正变换器，其特征在于：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、Buck电感 Lb、开关管Qb、二极管Db、输出电容C。、负载Rw，所述输入电压源vin与EMI滤波器的输入端 相连接，所述EMI滤波器的输出端与二极管整流电路RB的输入端相连接，所述二极管整流 电路RB的负输出端为参考电位零点，所述二极管整流电路RB的正输出端与开关管Qb的漏 极相连接，所述开关管Qb的源极分别与二极管Db的负极和Buck电感Lb的一端相连接，所 述Buck电感Lb的另一端分别与输出电容C。和负载Rw的一端连接，所述二极管Db的正极、 输出电容C。和负载Ru的另一端为参考电位零点；所述开关管Qb的栅极作为主功率电路的 控制输入端，与控制电路的占空比输出信号端相连接；所述负载两端主功率电路的输出 电压V。；
[0008] 所述控制电路包括输出电压反馈控制电路、输入电压前馈电路、第一乘法器、锯齿 波比较及开关管驱动电路，
[0009] 所述输出电压反馈控制电路的反向输入端经分压电阻网络与主功率电路的输出 电压V。相连接，所述输出电压反馈控制电路的同向输入端与基准电压VMf相连接，所述输出 电压反馈控制电路的输出端J与乘法器的第一输入端Vy相连接；
[0010] 所述输入电压前馈电路的第一信号输入端A与二极管整流电路RB的正输出端vg 相连接，所述输入电压前馈电路的第二信号输入端E与负载Ru的正电压端相连接，所述输 入电压前馈电路的第一信号输出端I与第一乘法器的第二输入端vx相连接，所述输入电压 前馈电路的第二信号输出端F与第一乘法器的第三输入端\相连接；
[0011] 所述第一乘法器的输出端与锯齿波比较及开关管驱动电路的输出端相连接，所述 锯齿波比较及开关管驱动电路的输出端变化规律，
【主权项】
1. 一种高功率因数的降压式功率因数校正变换器，其特征在于：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、Buck 电感Lb、开关管Qb、二极管Db、输出电容C。、负载Rw，所述输入电压源vin与EMI滤波器的输 入端相连接，所述EMI滤波器的输出端与二极管整流电路RB的输入端相连接，所述二极管 整流电路RB的负输出端为参考电位零点，所述二极管整流电路RB的正输出端与开关管Qb 的漏极相连接，所述开关管Qb的源极分别与二极管Db的负极和Buck电感Lb的一端相连接， 所述Buck电感Lb的另一端分别与输出电容C。和负载Rw的一端连接，所述二极管Db的正 极、输出电容C。和负载Ru的另一端为参考电位零点；所述开关管Qb的栅极作为主功率电 路⑴的控制输入端，与控制电路的占空比输出信号端相连接；所述负载两端主功率电 路⑴的输出电压V。； 所述控制电路包括输出电压反馈控制电路（2)、输入电压前馈电路（3)、第一乘法器 (5)、锯齿波比较及开关管驱动电路（6)， 所述输出电压反馈控制电路（2)的反向输入端经分压电阻网络与主功率电路（1)的输 出电压V。相连接，所述输出电压反馈控制电路（2)的同向输入端与基准电压VMf相连接，所 述输出电压反馈控制电路（2)的输出端J与乘法器（5)的第一输入端vy相连接； 所述输入电压前馈电路（3)的第一信号输入端A与二极管整流电路RB的正输出端vg 相连接，所述输入电压前馈电路（3)的第二信号输入端E与负载Ru的正电压端相连接，所 述输入电压前馈电路（3)的第一信号输出端I与第一乘法器（5)的第二输入端vjg连接， 所述输入电压前馈电路（3)的第二信号输出端F与第一乘法器（5)的第三输入端vz相连 接； 所述第一乘法器（5)的输出端与锯齿波比较及开关管驱动电路（6)的输出端相连接， 所述锯齿波比较及开关管驱动电路（6)的输出端变化规律》
旳占 空比输出信号给主功率电路（1)内的驱动开关管Qb，其中，V。为主功率电路（1)的输出电 V 压、vm为主功率电路（1)的输入电压峰值、y(lSvm的最小值和输出电压V。之比、=
2. 根据权利要求1所述的一种高功率因数的降压式功率因数校正变换器，其特征在 于：所述输入电压前馈电路（3)包括两个射极跟随器IC1、IC2,两个减法电路IC3、IC4、第 二乘法器⑷和反相比例电路IC5,第一射极跟随器IC1的同相输入端为输入电压前馈电路 (3)的第一信号输入端A，第一射极跟随器IC1输出信号端的输出信号经峰值采样后的采样 电压峰值信号与第二射极跟随器IC2的同相输入端连接，第二个射极跟随器IC2的输出端 与第一减法电路IC3的反向输入端相连接，第一减法电路IC3的同相输入端为输入电压前 馈电路（3)的第二个信号输入端E，第一射极跟随器IC1的输出信号端还与第二乘法器（4) 的第一输入端vA相连接，第二射极跟随器IC2的同相输入端与第二乘法器（4)的第二输入 端％相连接，第一减法电路IC3的同相输入端与第二乘法器（4)的第三输入端V()f连接，第 二乘法器⑷的输出端G与反相比例电路IC5的反相输入端连接，反相比例电路IC5的输 出端与第二减法电路IC4的反向输入端相连接，第二减法电路IC4的同向输入端与第一减 法电路IC3的输出端经分压电阻相连接，，第二减法电路IC4的输出端作为输入电压前馈电 路⑶的第一信号输出端I与第一乘法器（5)的第二输入端vx相连接，第一减法电路IC3 的输出端还作为输入电压前馈电路（3)的第二信号输出端F与第一乘法器（5)的第三输入 端vjg连接。
3. 根据权利要求1所述的一种高功率因数的降压式功率因数校正变换器，其特征在 于：所述锯齿波比较及开关管驱动电路（6)采用UC3843、UC3844或UC3525型号的集成芯 片。
4. 根据权利要求1或2所述的一种高功率因数的降压式功率因数校正变换器，其特征 在于：所述射极跟随器IC1、IC2,减法电路IC3、IC4,反相比例电路IC5,输出电压反馈控制 电路（2)内的运算放大器IC6,均采用TL074、TL072、LM358或者LM324型号的运算放大器。
【专利摘要】本发明公开了一种高功率因数的降压式功率因数校正变换器，包括主功率电路和控制电路，所述控制电路包括输出电压反馈控制电路、输入电压前馈电路、第一乘法器、锯齿波比较及开关管驱动电路，锯齿波比较及开关管驱动电路的输出端输出周期性的占空比输出信号给主功率电路内的驱动开关管。本发明引入输入电压前馈和输出电压反馈，使得变换器的占空比在工频周期按照正弦规律变化，使输入电流接近为与输入电压同相位的正弦波，将功率因数值提高至接近于1，与定占空比控制相比，具有输出电压纹波小、开关管导通损耗小、所需二极管应力减小，还会使开关管的电流有效值相应降低，变换器的导通损耗减小，变换器的效率提高，具有良好的应用前景。
【IPC分类】H02M1-42, H02M1-12
【公开号】CN104617761
【申请号】CN201510028105
【发明人】姚凯, 周旭峰, 薄煜明, 吴建明, 陈新龙, 李育宜, 孙东, 胡文斌, 吕建国, 许明玉
【申请人】江苏银河电子股份有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月21日