高功率因数校正的非隔离型开关电源的制作方法
【专利说明】高功率因数校正的非隔离型开关电源
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及电子电路领域，具体地，涉及一种高功率因数校正的非隔离型开关电源。
【背景技术】
[0003]目前家用电器的功率前级多采用二极管全桥整流方式，这会造成电网谐波污染，功率因数下降，无功分量主要为高次谐波，其中三次谐波幅度约为基波幅度的95%，五次谐波幅度约为基波幅度的70%.七次谐波幅度约为基波幅度的45%。高次谐波会对电网造成危害，使用电设备的输入端功率因数下降，而且产生很强的电磁干扰(EMI)，对电网和其他用电设备的安全运行造成潜在危害。高功率因数校正的非隔离型开关电源(Active PowerFactor Corrector, APFC)可将电源的输入电流变换为与输入市电同相位的正弦波,从而提高电器设备的功率因数，减少对电网的谐波污染。理论上，降压式(Buck)、升压式(Boost)、升/降压式(Boost-Buck)以及反激式(Flyback)等变换器拓扑都可作为APFC的主电路。其中，Boost APFC是简单电流型控制，功率因数值高，总谐波失真小，效率高，但输出电压高于输入电压，适用于75?2 000 W功率电源，应用广泛。
[0004]升压式APFC的电感电流连续，储能电感可作为滤波器抑制射频干扰(RFI)和EMI噪声，并防止电网对主电路的高频瞬态冲击.电路有升压斩波电路，输出电压大于输入电压峰值，电源允许的输入电压范围扩大，通常可达90?270 V，提高电源的适应性，且升压式APFC控制简单，适用的功率范围宽。
【发明内容】
[0005]为实现一种高功率因数的开关电源，本发明公开了一种高功率因数校正的非隔离型开关电源。
[0006]本发明所述高功率因数校正的非隔离型开关电源，用于开关电源拓扑结构，包括输入电压米样电路、输出电压米样电路、输入电压误差放大器、输出电压误差放大器、乘法器和PffM比较器，所述输入电压采样电路连接在电源输入端和乘法器第一输入端之间，输出电压采样电路连接在电源输出端和输出电压误差放大器之间，所述输出电压误差放大器的输出端连接乘法器第二输入端，所述乘法器的输出端和电源输入端分别连接输入电压误差放大器的两个输入端，所述输入电压误差放大器的输出端连接PWM比较器的输入端，所述PWM比较器的另一输入端和输出端分别连接三角波发生器和开关电源拓扑中功率管的控制端。
[0007]优选的，所述输入电压采样电路的反相输入端和输出端之间还连接有补偿电容。
[0008]优选的，所述输出电压采样电路的反相输入端和输出端之间还连接有补偿电容。
[0009]具体的，输入电压采样电路和/或输出电压采样电路为连接在采样点和地之间的分压电阻串。
[0010]具体的，所述开关电源拓扑结构为BOOST、BUCK或BUCK-B00ST中任意一种。
[0011]本发明所述高功率因数校正的非隔离型开关电源，采用电压电流双闭环的平均电流控制模式原理，能够实现电器设备的功率因数校正，系统的功率因数明显提高。同时，系统的EMC指标也得到改善。本发明也适用于其他同类型APFC控制器件的电路实现，具有广泛的工程参考价值。
【附图说明】
[0012]图1是本发明一种【具体实施方式】示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0014]本发明所述高功率因数校正的非隔离型开关电源，用于开关电源拓扑结构，包括输入电压米样电路S1、输出电压米样电路S2、输入电压误差放大器CA、输出电压误差放大器VA、乘法器M和PffM比较器，所述输入电压采样电路连接在电源输入端和乘法器第一输入端之间，输出电压采样电路连接在电源输出端和输出电压误差放大器之间，所述输出电压误差放大器的输出端连接乘法器第二输入端，所述乘法器的输出端和电源输入端分别连接输入电压误差放大器的两个输入端，所述输入电压误差放大器的输出端连接PWM比较器的输入端，所述PWM比较器的另一输入端和输出端分别连接三角波发生器TR和开关电源拓扑中功率管的控制端。
[0015]图1中，检测到电感电流iL，则得到信号iLRl，将该信号送入电流误差放大器CA中，电流基准值由乘法器输出z，乘法器有两个输入，一个为X，是输出电压Vo/H与基准电压Vref之间的误差信号；另一个输入y，为电压DC的检测值VDC/K，VDC为输入正弦电压的全波整流值。
[0016]根据功率要求，功率电路的功率器件选择如下:Boost电感L2取值470 μ H;开关管VQl为IRFP460，其主要参数为:漏-源极最小击穿电压500 V，漏-源极的最大导通电阻为0.27 Ω，最大导通电流20 A ;整流二极管VDl选取肖特基二极管STFA806，其主要参数为:反向工作电压600 V，正向平均工作电流8 A0输出电容C14取值2 200 μ F / 450 V。
[0017]平均电流法的电流环调节输入电流平均值，使其与输入整流电压同相位，接近正弦波形。输入电流信号被直接检测，与基准电流比较后.其高频分量的变化通过电流误差放大器，被平均化处理。放大后的平均电流误差与锯齿波斜坡比较后，给开关Tr驱动信号，并决定其占空比，从而迅速而精确地校正电流误差。由于电流环具有较高的增益一带宽(gain-banelwidth)，使跟踪误差产生的畸变小于1%，容易实现接近于I的功率因数。
[0018]如上所述，可较好的实现本发明。
【主权项】
1.高功率因数校正的非隔离型开关电源，用于开关电源拓扑结构，其特征在于，包括输入电压采样电路、输出电压采样电路、输入电压误差放大器、输出电压误差放大器、乘法器和PffM比较器，所述输入电压采样电路连接在电源输入端和乘法器第一输入端之间，输出电压采样电路连接在电源输出端和输出电压误差放大器之间，所述输出电压误差放大器的输出端连接乘法器第二输入端，所述乘法器的输出端和电源输入端分别连接输入电压误差放大器的两个输入端，所述输入电压误差放大器的输出端连接PWM比较器的输入端，所述PWM比较器的另一输入端和输出端分别连接三角波发生器和开关电源拓扑中功率管的控制端。2.根据权利要求1所述的高功率因数校正的非隔离型开关电源，其特征在于，所述输入电压采样电路的反相输入端和输出端之间还连接有补偿电容。3.根据权利要求1所述的高功率因数校正的非隔离型开关电源，其特征在于，所述输出电压采样电路的反相输入端和输出端之间还连接有补偿电容。4.根据权利要求1所述的高功率因数校正的非隔离型开关电源，其特征在于，输入电压采样电路和/或输出电压采样电路为连接在采样点和地之间的分压电阻串。5.根据权利要求1所述的高功率因数校正的非隔离型开关电源，其特征在于，所述开关电源拓扑结构为BOOST、BUCK或BUCK-B00ST中任意一种。
【专利摘要】本发明所述高功率因数校正的非隔离型开关电源，用于开关电源拓扑结构，包括输入电压采样电路、输出电压采样电路、输入电压误差放大器、输出电压误差放大器、乘法器和PWM比较器，所述输入电压采样电路连接在电源输入端和乘法器第一输入端之间，所述输入电压误差放大器的输出端连接PWM比较器的输入端，所述PWM比较器的另一输入端和输出端分别连接三角波发生器和开关电源拓扑中功率管的控制端。本发明能够实现电器设备的功率因数校正，系统的功率因数明显提高。同时，系统的EMC指标也得到改善。本发明也适用于其他同类型APFC控制器件的电路实现，具有广泛的工程参考价值。
【IPC分类】H02M3/155, H02M1/42
【公开号】CN105515373
【申请号】CN201410552376
【发明人】曾庆东
【申请人】曾庆东
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2014年10月19日