高效低输出电压纹波的dcm反激pfc变换器的制造方法
【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，特别是一种高效低输出电压 纹波的DCM反激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。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PFC变换器可以采用多种电路拓和控制方法，其中反激变换器是常用的几种 PFC变换器之一，根据开关管关断期间内副边二极管电流是否持续导通，可将其分为三种工 作模式，即电感电流连续模式（Continuous Current Mode, CCM)，电感电流临界连续模式 (Critical Continuous Current Mode, CRM)，电感电流断续模式（Discontinuous Current Mode, DCM)。
[0004] DCM反激PFC变换器一般应用在中小功率场合，其优点是开关管零电流开通、副边 二极管无反向恢复和开关频率恒定等。但由于工作在断续模式，能量的传输未占满整个开 关周期，其电感电流峰值及有效值较大，开关管和二极管亦然，在加重功率器件电流应力的 同时，也带来导通损耗和开关管关断损耗的增加，影响效率的提高。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种高效低输出电压纹波的DCM反激PFC变换器，通过提 出一种新的开关周期最优利用率控制，增大了临界电感值，降低主功率器件电流峰值及有 效值，提高了变换效率，同时也减小了输出电压纹波或输出储能电容。
[0006] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种高效低输出电压纹波的DCM反激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v in、EMI滤波器、二极 管整流电路RB、变压器、开关管Qb、二极管Db、滤波电容C。和负载R u，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的输出正极与变 压器的绕组N p的异名端连接，变压器T i的绕组N p的同名端接入开关管Q b的漏极，开关 管Qb的源极与参考电位零点连接，变压器!\的绕组Ns的同名端与二极管D b的阳极连接，二 极管Db的阴极分别与滤波电容C。的一端和负载Ru的一端连接，滤波电容C。的另一端和负 载的另一端均连接参考电位零点，负载R w两端的电压为输出电压V。；
[0007] 所述的控制电路包括锯齿波比较及开关管驱动电路、第一分压跟随电路、第二分 压放大电路、加法电路、乘法器、输出电压反馈电路；其中锯齿波比较及开关管驱动电路的 输出端与开关管Q b的门极连接；第一分压跟随电路的输入端与输入电压采样点V g即二极 管整流电路RB的输出正极连接，第一分压跟随电路的输出端A和加法电路的一个输入端连 接；第二分压放大电路的输入端连接主功率电路的输出电压V。的正极，第二分压放大电路 的输出端B分别与加法电的另一个输入端和乘法器的第二输入端连接；加法电路的输入端 分别与第一分压跟随电路的输出端A和第二分压放大电路的输出端B连接，加法电路的输 出端C与乘法器的第三输入端连接；输出电压反馈电路的输入端连接主功率电路的输出电 压V。的正极，输出电压反馈电路的输出端与乘法器的第一输入端连接；乘法器的输出端P 与锯齿波比较及开关管驱动电路的输入端连接。
[0008] 本发明与现有技术相比，其显著优点是：（1)在满足IEC61000-3_2Class D标准的 前提下，增大了临界电感值，降低了导通损耗和开关管关断损耗，提高变换效率；(2)大幅 减小了输出电压纹波或输出储能电容。
【附图说明】
[0009] 图1是反激PFC变换器主电路示意图。
[0010] 图2是DCM反激PFC变换器的电感电流波形图。
[0011]图3是不同输入电压下的临界电感值变化曲线图。
[0012] 图4是半个工频周期内开关周期利用率变化曲线图。
[0013] 图5是JI/2和0角度附近开关周期内的电感电流波形图，其中（a)角度为 JT /2,（b)角度为 0。
[0014] 图6临界电感值与M和a的关系曲线和曲面图，其中（a)临界电感值与M和a 的关系曲线图，（b)临界电感值与M和a的关系曲面图。
[0015] 图7是开关管驱动信号和电感电流波形图，其中（a)定占空比控制，（b)开关周 期最优利用率控制（L pl= 200uH)，（c)开关周期最优利用率控制（Lpl= 275uH)。
[0016] 图8是不同控制方式下的PF曲线图。
[0017] 图9是两种控制方式下半个工频周期内输入电流波形图。
[0018]图10是开关周期最优利用率控制下3、5、7次谐波与基波之比的变化曲线图。
[0019] 图11是开关周期最优利用率控制下3、5、7次谐波与功率之比的变化曲线图。 [0020] 图12是两种控制方式下原边电感电流有效值随输入电压变化的曲线图。
[0021] 图13是两种控制方式下副边电感电流有效值随输入电压变化的曲线图。
[0022] 图14是两种控制方式下原边电感电流峰值在半个工频周期内的变化曲线图。
[0023]图15是两种控制方式下瞬时输入功率标幺值在半个工频周期内的变化曲线图。
[0024] 图16是两种控制方式下输出电压纹波的变化曲线图。
[0025] 图17是本发明高效低输出电压纹波的DCM反激PFC变换器的电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0027] 1 DCM反激（Flyback) PFC变换器的工作原理
[0028] 图1是反激PFC变换器主电路。
[0029] 为了分析方便，先作如下假设：1.所有器件均为理想元件；2.输出电压纹波与其 直流量相比很小；3.开关频率远高于输入电压频率。
[0030] 不失一般性，定义输入交流电压的表达式为
[0031] vin= Vmsin?t ⑴其中Vm为输入电压峰值，《 = 2Jifline为输入电压角频率， fliM为输入电压频率。
[0032] 那么输入整流后