高功率因数校正控制电路及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种高功率因数校正控制电路及装置。本发明中高功率因数校正控制电路的调节环模块的输入端接输出信号反馈网络的输出端，调节环模块的输出端接加法器的一个输入端和乘法器的一个输入端；低通滤波器的输出端接加法器的另一个输入端；积分电路的一个输入端接加法器的输出端，另一输入端接驱动脉冲产生模块的一个输出端；开关周期检测模块的输入端接驱动脉冲产生模块的另一个输出端，其输出端接乘法器的另一个输入端。本发明可以实现全输入范围内输入电流的高功率因数和低总谐波畸变，性能远优于传统恒导通时间下的临界连续模式控制。
【专利说明】高功率因数校正控制电路及装置
【技术领域】
[0001]本发明属于电力电子【技术领域】中的开关电源技术，涉及一种工作在电流临界导通模式(Boundary Conduct1n Mode,以下简称BCM)条件下的变导通时间的高功率因数校正电路及装置。
【背景技术】
[0002]目前，大多数用电设备在接入电网时输入交流电流无法随输入电压波形呈正弦变化，因而波形畸变严重，存在功率因数(Power Factor，简称PF)很低，谐波干扰严重甚至影响周围其它用电设备的正常工作的问题。国际电工委员会(IEC)制定了 IEC61000-3-2谐波电流限制的标准用以限制谐波干扰可能造成的不利问题。为有效减少谐波对电网造成的污染，通常采用功率因数校正(Power Factor Correct1n，简称PFC)技术。特别是有源功率因数校正(Active Power Factor Correct1n,简称APFC)技术,被广泛应用于开关电源中。
[0003]单级式反激式变换器由于其电路结构简单，能实现电气隔离等特点，在开关电源的中小功率领域具有广阔的应用前景。与此同时，当反激式变换器工作于BCM，具有效率高，控制简单等优点。常用的控制芯片有L6562和FAN7527等。其中FAN7527控制的原理框图如图1所示。然而，当反激式变换器或升降压变换器应用于交流-直流功率变换时，采用传统的恒导通时间(Constant On-Time,简称COT)控制BCM反激式PFC变换器时，由于该控制电路方式固有的缺陷，导致变换器功率因数(Power factor，简称PF)低和总谐波畸变(Total Harmonic Distort1n,简称THD)较高。当作用于90Vac~265Vac全范围输入电压的设计时，随着输入电压的升高，PF和THD都会受到严重的影响，使得反激式变换器难以应用于对PF和THD具有更高 要求的应用场合。
[0004]传统反激式变换器的输入电流平均值，即为反激式变压器原边绕组输入电流的平均值，因而其表达式如(I)所示。
[0005]I =去?(I)
,NV0[?)
[0006]NV。+ 故 |sin(-)|
[0007]其中，Ipk表示反激式变换器输入峰值电流，d表示反激式变换器的占空比，为导通时间与开关周期的比值，N是变压器的原副边匝比，Va。表示输入交流电压的有效值。同时，在变换器稳定工作条件下，开关管的导通时间为恒定值。因而，输入峰值电流可如表达式(3)所示。
τ V2K, sin(故)，1、
[0008]Ipk = Nt!m、3、
[0009]其中，Lp表示变压器原边绕组的电感量。将(2)和(3)代入表达式(I)中，因而输入电流平均值如(4)所示。
【权利要求】
1.高功率因数校正控制电路，包括调节环模块、低通滤波器、加法器、积分电路、乘法器、比较器、过零检测模块、RS触发器、开关周期检测模块和驱动模块，其特征在于: 调节环模块，其输入端接收主电路传送过来的输出信号反馈网络的反馈信号(FB)； 低通滤波器，其输入端接收主电路开关管的电流信号(CS)； 加法器，其第一输入端接调节环模块的输出端，其第二输入端接低通滤波器的输出端; 积分电路，其第一输入端接所述加法器的输出端； 乘法器，其第一输入端接调节环模块的输出端； 比较器，其正输入端接所述积分电路的输出端，其负输入端接所述乘法器的输出端；过零检测模块，其输入端接收主电路传送过来的反映输出二极管电流过零的信号(ZCD)； RS触发器，其复位端(R端)接所述比较器的输出端，其置位端(S端)接过零检测模块的输出端，其反相输出端接所述积分电路的第二输入端； 开关周期检测模块，其输入端接所述RS触发器的同相输出端，其输出端接乘法器的第二输入端； 驱动模块，其输入 端接所述RS触发器的同相输出端，其输出端(Vg)接主电路的开关管的控制端。
2.根据权利要求1所述的高功率因数校正控制电路，其特征在于: 调节环模块由输入电阻Rfb、误差放大器Uf、补偿网络和基准信号VMf组成；其中输入电阻Rfb的一端接输出信号反馈网络的输出端(FB)，输入电阻Rfb的另一端接误差放大器Uf的负输入端，误差放大器Uf的正输入端接基准信号VMf，补偿网络跨接在误差放大器Uf的负输入端和输出端之间； 低通滤波器的输入端接主电路变压器T1原边绕组上采样电阻Rs的一端(CS);将主电路变压器T1原边绕组输出的输入峰值电流输入低通滤波器，经滤波后得到Iin avgRs,并将产生的信号输入加法器的另一端； 加法器的一端输入误差放大器Uf的输出v_p,另一端接低通滤波器的输出端,输出端接积分电路的输入端； 积分电路由压控电流源uvccs、电容C1和开关S1组成；其中压控电流源Uvccs的一个输入端接加法器的输出端，另一个输入端接地，压控电流源Uvccs的一个输出端接电容C1、开关S1的一端和比较器Uci的正相输入端,压控电流源Uvccs的另一个输出端、电容C1和开关S1的另一端接地，开关S1的控制端接驱动脉冲模块的反相输出端；积分电路在主电路开关管的导通期间对调节环模块输出Vramp和采样电阻Rs上电压Iin avgRs之和进行积分；在主电路开关管的关断周期产生低电平；最终产生随输入信号变化的锯齿波输出信号Vsawl ； 开关周期检测模块由D触发器、正电源VDD、直流电流源Id。、运算放大器Utjp、电阻R1、电容C2、C3、开关S2以及二极管D1组成；其中D触发器的时钟信号输入端接驱动脉冲产生模块的正相输出端，D触发器的输入端与反相输出端相连，并接开关S2的控制端；其中正电源VDD、直流电流源Id。、电容C2和开关S2构成锯齿波发生电路；恒流源Id。的一端接正电源VDD，直流电流源Id。的另一端接电容C2和开关S2的一端，并将产生的锯齿波信号Vsaw2输入运算放大器Uop的正相输入端，电容C2和开关S2的另一端接地；其中运算放大器Utjp、二极管Dp电容C3和电阻R1组成了峰值检波电路；运算放大器Utjp的反相输入端和输出端相接并且接到二极管D1的阳极，二极管D1的阴极接乘法器的一个输入端，以及电容C3和电阻R1的一端，电容C3和电阻R1的另一端接地；通过D触发器的分频功能获得开关管的开关周期变化信号，并且通过锯齿波发生电路和峰值检波电路获取对应的开关周期变化信号％; 乘法器的一个输入端接调节环模块的输出端Vramp，另一个输入端接开关周期检测模块的输出端&，并将乘积输入到比较器Ua的反相输入端，作为比较器的基准信号； 比较器Ua的正相输入端接积分电路的输出端Vsawl，反相输入端接乘法器的输出端VcompVls，比较器的输出端接驱动脉冲产生模块的复位输入端；比较器对乘法器输出端的信号和积分电路产生的锯齿波信号Vsawl进行比较，当积分电路产生的锯齿波信号上升到与乘法器的输出信号相等时，比较器输出从低电平翻转为高电平，产生复位信号关闭开关管； 过零检测模块由比较器Uc2构成，其中比较器Uc2的反相输入端接主电路变压器T1中过零检测绕组的输出端(ZCD)，比较器Uc2的同相输入端接地，比较器Uc2的输出端接驱动脉冲产生模块的置位输入端；当输反相输入端的电压信号从高电压下降到零电压以下时，比较器Uc2的输出从低电平翻转为高电平，产生置位信号开通开关管； 驱动脉冲产生模块由RS触发器构成，RS触发器的复位输入端接比较器Ua的输出端，置位输入端接过零检测模块的输出端，RS触发器的正相输出端输出驱动信号输入驱动模块的输入端，同时连接到开关周期检测电路中的D触发器的时钟信号输入端，而反相输出端接积分电路中开关管 S1的控制端； 驱动模块的输入端接驱动脉冲产生模块的正相输出端，驱动模块的输出经驱动端(Vg)接主电路开关管的门极。
3.一种反激式高功率因数校正装置，包括如权利要求2所述的高功率因数控制电路，其特征在于:主电路为反激式变换器主电路。
4.一种升降压型高功率因数校正装置，包括如权利要求2所述的高功率因数控制电路，其特征在于:主电路为升降压变换器主电路。
【文档编号】H02M1/42GK104038045SQ201410263742
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】谢小高, 董汉菁, 李江松, 彭坤生 申请人:杭州电子科技大学