专利名称：一种高输入功率因数的pfc控制方法及其控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及开关电源领域的单相功率因数校正电路，特别涉及一种高输入功率因 数的PFC控制方法及其控制电路。
背景技术：
传统AC-DC变换电路运行时，网侧功率因数一般都为0. 6^0. 7左右，并且会产生大 量谐波电流，对电网造成严重危害。为满足高功率因数、抑制谐波产生的要求，通常都要加 入有功率因数校正功能的PFC级。PFC级是加在整流器和负载之间的一个DC/DC开关变换 器，应用电压电流反馈技术，使输入电流的波形接近正弦波，达到提高功率因数的目的。根 据不同负载对电压大小的不同要求，通常需要在PFC级和负载之间加入DC/DC级以调节电 压大小。DCM Boost PFC变换器具有开关管零电流开通和升压二极管无反向恢复的优点， 而且开关频率恒定。但是该变换器开关管开通期间电感电流随输入电压变化，平均值为正 弦形式，但开关管关断期间电感电流平均值为非正弦形式，因而在一个开关周期内的电感 电流平均值也为非正弦形式，其PF值相对较低，尤其在高压输入时。传统的控制方法都是在定占空比控制的，应用于DCM Boost PFC变换器的常用控 制方法是峰值电流控制，由于输入电流波形随Um/u。的增大而使THD增大，需要在比较器输 入端加谐波补偿。另外一种新型注入三次谐波的控制方法，由于所注入的三次谐波含量与 输入电压有关，需要在线调节注入谐波量，实现方式过于复杂。传统实现控制策略的电路都是用占空比信号与锯齿波信号比较得到，当占空比表 达式比较复杂时，则需要复杂运算电路或者数字拟合简化才能得到，这样势必增加了模拟 电路的负载程度或者降低了控制精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种高输入功率因数的PFC控制方法，采用冲量面积相等原 理，获得可以实现高功率因数的变占空比控制序列，解决了传统PFC控制方法复杂、精度不 高的问题，在提高功率因数的同时还获得较小的输出电压纹波和较高的效率。本发明通过 以下技术方案实现
一种高输入功率因数的PFC控制方法，采用Boost升压变换器的电路拓扑结构，根据冲 量面积相等原理，用变占空比控制序列来控制电力电子开关的通断，进行高频有源功率因 数校正，使输入电感电流与正弦半波电流在每个开关周期内的冲量面积相等，从而实现输 入电流的正弦化，使输入功率因数接近于1。上述的PFC控制方法，所述Boost升压变换器的电路拓扑结构包括电感、开关管和 二极管，所述电感的一端与单相二极管不控整流桥的正输出端连接，电感的另一端与开关 管的漏极连接，开关管的源极与单相二极管不控整流桥的负输出端连接，开关管的门极与 脉宽调节驱动器的输出端连接；同时，电感的另一端与二极管阳极连接，二极管的阴极经输出滤波电感与DC/DC级连接。上述的PFC控制方法，所述变占空比控制序列是根据冲量面积相等原理得出的， 具体包括将每半个交流侧输入电流周期等分成η个小时间段，每个时间段的宽度为开关
周期,对每个开关周期时间段，
使电感电流波形的积分面积昇等于标准正弦半波在该时间段的积分面积，即昇= , 其中
权利要求
一种高输入功率因数的PFC控制方法，其特征在于，采用Boost升压变换器的电路拓扑结构，根据冲量面积相等原理，用变占空比控制序列来控制电力电子开关的通断，进行高频有源功率因数校正，使输入电感电流与正弦半波电流在每个开关周期内的冲量面积相等，从而实现输入电流的正弦化，使输入功率因数接近于1。
2.如权利要求1所述的一种高输入功率因数的PFC控制方法，其特征在于所述Boost 升压变换器的电路拓扑结构(1)包括电感(L)、开关管(Q)和二极管(D)，所述电感(L)的一 端与单相二极管不控整流桥(B)的正输出端连接，电感(L)的另一端与开关管(Q)的漏极连 接，开关管(Q)的源极与单相二极管不控整流桥(B)的负输出端连接，开关管(Q)的门极与 脉宽调节驱动器(5)的输出端连接；同时，电感(L)的另一端与二极管(D)阳极连接，二极管 (D)的阴极经输出滤波电感(L。)与DC/DC级连接。
3.如权利要求1或2所述的一种高输入功率因数的PFC控制方法，其特征 在于所述变占空比控制序列是根据冲量面积相等原理得出的，具体包括将每 半个交流侧输入电流周期等分成η个小时间段，每个时间段的宽度为开关周期？；，对每个开关周期时间段，使电感电流波形的积分面积^等于标准正弦半波在该时间段 的积分面积S淑，即S0 = S办，其中1Fm Ism m\ VT2 ,=D^Ts= 1 广路(1)fW2 L ？fTρ^ = I^w L — ^Yt = sm(卞)|sm ^T3 |sm 成|(2)是电感电流峰值，^是电感电流断续模式下各开关周期的导通占空比，Dm是断续模式下各开关周期中电感电流下降时间占空比、是单相二极管不控整流桥(B)的输出电压，G是PFC级的输出电压，、是Boost升压变换器的电路拓扑结构(1)中电感(L)的感抗值，&是输入电压峰值f是输入电压角频率，L是理想输入正弦输入电流幅值，碼是标准正弦半波在各开关周期时间段的中间弧度值，巧是输出功率，由(1)、(2)式相等 得BiJ 嘛;U(3)(3)式就是根据冲量相等原理得到的关于占空比序列的平方的表达式；对(3)式作以 下变换(JLbPe(Ve-Vs) _ ^V _ Fg-vg[ ) TJJ^ 一 ^iP0Ti V0这样，在每个开关周期内，对时间t计时，直到某一时刻(4)式成立，这时即为关断开关 管的时刻。
4.实现权利要求1所述控制方法的控制电路，其特征在于包括输入电压检测电路(2)、输出电压检测电路(3)、模拟运算电路(4)和脉冲调节驱动器(5)；所述输入电压检测电路 (2)的输入电压取样电阻连接在输入滤波电容Cin两端，输入电压检测电路(2)的输入电压 取样电阻为串联的第一电阻(R1)和第二电阻(R2),所述第一电阻(R1)和第二电阻(R2)之间 是第一取样点(a)，第一取样点(a)与模拟运算电路(4)中减法器的一个输入端连接；所述 输出电压检测电路(3)的输出电压取样电阻连接在Boost升压变换器的电路拓扑结构(1) 中二极管(D)的阴极和地之间，输出电压检测电路(3)的输出电压取样电阻为串联的第三 电阻(R3)和第四电阻(R4),所述第三电阻(R3)和第四电阻(R4)之间是第二取样点(b)，第二 取样点(b)与模拟运算电路(4)中减法器的另一个输入端以及除法器的一个输入端连接； 所述模拟运算电路(4)包括减法器、除法器、乘法器、锯齿波信号发生器和比较器，其中，减 法器的输出端与除法器的另一个输入端连接，除法器的输出端与比较器的一个输入端连 接；锯齿波信号发生器与乘法器的两个输入端连接以计算平方值，乘法器的常数项(K)为WJ ；乘法器的输出端接比较器的另一个输入端，比较器的输出端与脉冲调节驱动器(5)的输入端连接。
5.如权利要求4所述的控制电路，其特征在于模拟运算电路(4)中的锯齿波信号为能 周期清零的时钟信号，时钟信号斜率在数值上等于〔，周期为7；，使得锯齿波信号发生器产生的信号表达式为，并且每个周期清零一次。
全文摘要
本发明提供一种高输入功率因数的PFC控制方法及其控制电路。所述方法根据冲量面积相等原理控制开关管通断，使输入电感电流与正弦半波电流在每个开关周期内的冲量面积相等，以实现高功率因数(PF)，并且开关频率越高，PF值越接近于1。所述控制电路中，Boost升压变换器的电路拓扑结构与实现变占空比序列的控制电路共同构成了常用LED驱动电源的PFC级，PFC级的前级经输入滤波电容与单相二极管不控整流桥的输出端连接，PFC级的后级经输出滤波电感和输出滤波电容与常用LED驱动电源的DC/DC级连接。本发明不仅能实现很高的输入功率因数，还能减小输出电压纹波，且控制电路简单易于模拟电路实现，有利于大规模集成。
文档编号H02M1/14GK101986542SQ201010528529
公开日2011年3月16日 申请日期2010年11月2日 优先权日2010年11月2日
发明者丘东元, 巢时斌, 张桂东, 张波, 张雪霁, 眭永明, 肖文勋 申请人:华南理工大学