低输出电压纹波的DCM Boost PFC变换器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种低输出电压纹波的DCM?Boost?PFC变换器，包括主功率电路和控制电路，控制电路中第一分压电路的输出端A分别接入峰值取样电路、第一乘法器和减法电路的输入端，峰值取样电路的输出端B与第一乘法器的第三输入端连接，第二分压电路的输出端C分别接入第一乘法器的第一输入端、第二乘法器的第三输入端，第一乘法器的输出端D接入加法电路的一个输入端，减法电路的输出端E与加法电路的另一个输入端相接，加法电路的输出端F与第二乘法器的第一输入端连接，误差调节电路的输出端与第二乘法器的第二输入端连接，第二乘法器的输出端P依次经PWM?IC芯片、开关管驱动接入主功率电路开关管Qb的门极。本发明不仅减小了输出电压纹波，还可以使临界电感值增大，提高变换效率。
【专利说明】低输出电压纹波的DCM Boost PFC变换器
【技术领域】
[0001]本发明涉及电能变换装置的交流-直流变换器领域，特别是一种低输出电压纹波的DCM Boost PFC变换器。【背景技术】
[0002]?功率因数校正(Power factor correction, 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，DCM Boost PFC变换器具有开关管零电流开通、二极管无反向恢复和开关频率恒定等优点，但是当在半个输入周期内占空比恒定时，输入电流谐波含量较大。输入电流主要含有与基波电流相位相差η的三次谐波，不仅功率因数较低，且使输入功率脉动变大，因而输出电压纹波高，需要更大的输出储能电容。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了保持DCM Boost PFC变换器PF值随输入电压的变化规律基本不变的前提下，减小输出电压纹波或输出储能电容。
[0004]实现本发明目的的技术解决方案为:一种低输出电压纹波的DCM Boost PFC变换器，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、Boost电感Lb、开关管Qb、二极管Db、储能电容C。、负载Ru，其中输入电压源Vin与EMI滤波器的输入端口连接，EMI滤波器的输出端口与二极管整流电路RB的输入端口连接，二极管整流电路RB的输出负极为参考电位零点，二极管整流电路RB的输出正极与Boost电感Lb的一端连接，Boost电感Lb的另一端分别接入开关管Qb的漏极和二极管Db的阳极，开关管Qb的源极与参考电位零点连接，二极管Db的阴极分别接入储能电容C。的阳极和负载Ru的一端，储能电容C。的阴极和负载Ru的另一端均与参考电位零点连接，负载RLd的两端电压为输出电压V。；所述的控制电路包括第一分压电路、峰值取样电路、第二分压电路、第一乘法器、减法电路、加法电路、误差调节电路、第二乘法器、PWM IC芯片、开关管驱动，其中第一分压电路的输出端A分别接入峰值取样电路的输入端、第一乘法器的第二输入端Vy和减法电路的输入端，峰值取样电路的输出端B与第一乘法器的第三输入端Vz连接，第二分压电路的输出端C分别接入第一乘法器的第一输入端Vx、第二乘法器的第三输入端Vz，第一乘法器的输出端D与加法电路的一个输入端相连接,减法电路的输出端E与加法电路的另一个输入端相连接，加法电路的输出端F与第二乘法器的第一输入端Vx连接，误差调节电路的输出端vEA与第二乘法器的第二输入端Vy相连接，第二乘法器的输出端P与PWM IC芯片的输入端相连接，PWM IC芯片的输出端与开关管驱动的输入端连接，开关管驱动的输出端与开关管Qb的门极连接。
[0005]本发明与现有技术相比，其显著优点是:(1)在保持整个输入电压范围内PF值的变化规律基本不变的前提下，减小了输出电压纹波或输出储能电容；(2)能够降低导通损耗，提高变换效率。【专利附图】
【附图说明】:
[0006]图1是Boost PFC变换器主电路示意图。
[0007]图2是DCM Boost PFC变换器的电感电流波形图。
[0008]图3是半个工频周期内标么化后的输入电流波形图。
[0009]图4是功率因数PF的曲线图。
[0010]图5是基波和3次谐波的瞬时输入功率波形图。
[0011]图6是功率因数PF值与a和y0的关系曲面图。
[0012]图7是f’ (a)与f(a)曲线对比图。
[0013]图8是DCM Boost PFC变换器的电路结构示意图。
[0014]图9是3、5、7次谐波与基波之比的曲线图。
[0015]图10是定变占空比控制方式下的瞬时输入功率标幺值曲线图。
[0016]图11是定变占空比控制方式下的输出电压纹波之比曲线图。
[0017]图12是不同输入电压下的临界电感值曲线图。
[0018]图13是定空占空比控制方式下的电感电流有效值之比曲线图。
【具体实施方式】
[0019]IDCM Boost PFC变换器的工作原理
[0020]图1是Boost PFC变换器主电路。图2给出了工作在DCM的电感电流波形。
[0021]输入交流电压vin⑴的表达式为:
[0022]vin (t) = Vmsin ω? (I)
[0023]在一个工频周期内，当占空比Dy固定时，假设变换器的效率为100%，一个开关周期内输入电流的平均值iin、占空比Dy和功率因数PF分别为:
【权利要求】
1.一种低输出电压纹波的DCM Boost PFC变换器，其特征在于，包括主功率电路(I)和控制电路，所述主功率电路(I)包括输入电压源vin、EMI滤波器、二极管整流电路RB、Boost电感Lb、开关管Qb、二极管Db、储能电容C。、负载RLd,其中输入电压源Vin与EMI滤波器的输入端口连接，EMI滤波器的输出端口与二极管整流电路RB的输入端口连接，二极管整流电路RB的输出负极为参考电位零点，二极管整流电路RB的输出正极与Boost电感Lb的一端连接，Boost电感Lb的另一端分别接入开关管Qb的漏极和二极管Db的阳极，开关管Qb的源极与参考电位零点连接，二极管Db的阴极分别接入储能电容C。的阳极和负载Ru的一端，储能电容C。的阴极和负载Ru的另一端均与参考电位零点连接，负载Ru的两端电压为输出电压V。；所述的控制电路包括第一分压电路(2)、峰值取样电路(3)、第二分压电路(4)、第一乘法器(5)、减法电路(6)、加法电路(7)、误差调节电路⑶、第二乘法器(9)、PWM IC芯片(10)、开关管驱动(11)，其中第一分压电路(2)的输出端A分别接入峰值取样电路(3)的输入端、第一乘法器(5)的第二输入端Vy和减法电路(6)的输入端，峰值取样电路(3)的输出端B与第一乘法器(5)的第三输入端Vz连接，第二分压电路(4)的输出端C分别接入第一乘法器(5)的第一输入端Vx、第二乘法器(9)的第三输入端Vz,第一乘法器(5)的输出端D与加法电路(7)的一个输入端相连接，减法电路(6)的输出端E与加法电路(7)的另一个输入端相连接，加法电路(7)的输出端F与第二乘法器(9)的第一输入端Vx连接，误差调节电路(8)的输出端vEA与第二乘法器(9)的第二输入端Vy相连接，第二乘法器(9)的输出端P与PWM IC芯片(10)的输入端相连接，PWM IC芯片(10)的输出端与开关管驱动(11)的输入端连接，开关管驱动(11)的输出端与开关管Qb的门极连接。
2.根据权利要求1所述的低输出电压纹波的DCMBoost PFC变换器，其特征在于，所述的第一分压电路(2)包括第一运算放大器A1、第一电阻R1、第二电阻R2 ;第一电阻1^的一端与输入电压采样点Vg即二极管整流电路RB的输出正极连接，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2—端连接且公共端接入第一运算放大器A1的正向输入端，第二电阻R2的另一端与参考电位零点连接，第一运算放大器A1的反向输入端与输出端A直接连接，构成同相电压跟随器。
3.根据权利要求1所述的低输出电压纹波的DCMBoost PFC变换器，其特征在于，所述峰值取样电路(3)包括第三电阻R`3、第一二极管D1、第一电容C1、第四电阻R4、第二运算放大器八2 ;其中第三电阻R3的一端与第一分压电路(2)的第一运算放大器A1的输出端A连接，第三电阻R3的另一端与第一二极管D1正极串联后经第一二极管D1的负极接入第二运算放大器A2的正相输入端,第一电容C1与第四电阻R4并联后一端与第二运算放大器A2的正相输入端相连、另一端接参考点位零点，第二运算放大器A2的反相输入端与输出端B直接连接。
4.根据权利要求1所述的低输出电压纹波的DCMBoost PFC变换器，其特征在于，所述第二分压电路(4)包括第五电阻R5和第六电阻R6，其中第五电阻&的一端与主功率电路(I)的输出电压V。正极连接，第五电阻R5的另一端与第六电阻R6的一端连接且其公共端为第二分压电路(4)的输出端C，第六电阻R6的另一端接入参考点位零点。
5.根据权利要求1所述的低输出电压纹波的DCMBoost PFC变换器，其特征在于，所述减法电路(6)包括第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第四运算放大器A4 ;其中第十五电阻R15 —端与输出电压V。正极连接，另一端连接到第四运算放大器A4的正向输入端，第十三电阻R13—端连接到第四运算放大器A4的正向输入端、第十三电阻R13的另一端与参考电位零点连接，第十二电阻R12—端与第一分压电路(2)的输出端A连接、第十二电阻R12的另一端与第四运算放大器A4的反向输入端连接，第十四电阻R14连接到第四运算放大器A4的反向输入端与输出端E之间。
6.根据权利要求1所述的低输出电压纹波的DCMBoost PFC变换器，其特征在于，加法电路⑵包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻Rltl、第十一电阻Rn、第三运算放大器A3;其中第十电阻Rltl—端与第一乘法器(5)的输出端D相连接、另一端接入第三运算放大器A3的正向输入端，第十一电阻R11—端与减法电路(7)输出端E连接、另一端接入第三运算放大器A3的正向输入端，第九电阻R9 —端与第三运算放大器A3的正向输入端连接、另一端接入参考点位零点，第七电阻R7—端接入第三运算放大器A3的反向输入端、另一端接入参考点位零点，第八电阻R8接入第三运算放大器A3的反向输入端和输出端E之间。
7.根据权利要求1所述的低输出电压纹波的DCMBoost PFC变换器，其特征在于，所述误差调节电路(8)包括第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第二电容C2、第五运算放大器A5 ;其中第十六电阻R16 —端与输出电压V。正极连接、另一端与第五运算放大器A5的反向输入端连接，第十七电阻R17—端与第五运算放大器A5的反向输入端连接、另一端接入参考点位零点，第十八电阻R18与第二电容C2串联后接入第五运算放大器A5的反向输入端和输出端之间，第五运算放大器A5的正向输入端与输入电压参考点Vtjg连接。
【文档编号】H02M1/42GK103490601SQ201310424284
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月17日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】姚凯, 李强, 阮新波, 胡文斌, 毕晓鹏, 付晓勇, 孟庆赛 申请人:南京理工大学