專利名稱：用于交錯(cuò)控制功率因數(shù)校正電路的均流方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是為一種用于交錯(cuò)控制功率因數(shù)校正電路的均流方法及裝置，尤指應(yīng)用于一種并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正電路均流的控制電路。
(2)背景技術(shù)傳統(tǒng)的升壓(BOOST)型功率因數(shù)校正裝置因它的簡(jiǎn)單，升壓特性，高效率而得到廣泛的應(yīng)用。隨著電源功率等級(jí)的不斷提高，常常需要將幾路這樣的模塊化裝置串、并聯(lián)使用，如在高電壓應(yīng)用場(chǎng)合，常采用三電位BOOST功率因數(shù)校正電路，使得開關(guān)元件的電壓應(yīng)力限制在輸出電壓的一半，而在大電流應(yīng)用場(chǎng)合，則常采用多個(gè)BOOST型變換器并聯(lián)使用，兩并聯(lián)功率因數(shù)校正裝置如圖1所示。
它由一橋式整流電路后接兩個(gè)BOOST單元組成。和傳統(tǒng)的BOOST型變換器相比較，兩路并聯(lián)交叉工作的BOOST型變換器具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)每個(gè)單元的電流等級(jí)可減小一半，(2)交流線電流和輸出電流的漣波可削弱。然而另一方面，這種線路架構(gòu)又有它的問題(1)線路比較復(fù)雜；(2)由于兩組元件的離散性，使得兩支路之間的電流不平衡，特別在整個(gè)裝置操作在電感電流連續(xù)模式時(shí)，這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。正因如此，對(duì)這種線路需尋求一種簡(jiǎn)單有效的控制方法，既能實(shí)現(xiàn)兩并聯(lián)支路之間的均流，又可以對(duì)總電感電流進(jìn)行控制，使其追蹤橋式整流電路的整流輸出電壓。
習(xí)知解決技術(shù)如下兩路并聯(lián)功率因數(shù)校正裝置，既要保證總電感電流iL與整流電壓保持一致，從而使交流線電流與交流輸入電壓保持同相位，又要保證兩路模塊之間的電流均衡(參見圖1)。這種裝置在控制實(shí)現(xiàn)上有一定的困難，首先是電流的取樣上，若取總電感電流iL，則可方便控制總電感電流，但難以保證每一路之間的電流均衡。
另一方面，若取樣每一支路的電感電流，雖然可實(shí)現(xiàn)均流控制，但若要保證總電感電流能與整流電壓同相位，尚需采取另外的措施。傳統(tǒng)的兩路并聯(lián)功率因數(shù)校正裝置控制實(shí)現(xiàn)方法，如″多路并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正裝置(中國(guó)專利號(hào)00130365)″，它取樣總電感電流，由功率因數(shù)控制電路UC3854加以控制，從而確保總電感電流與整流電壓同相位。與此同時(shí)，將UC3854的輸出控制信號(hào)兩分頻，得到相位差180°的兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)，分別控制兩路主功率元件，使兩路主功率元件分別交錯(cuò)導(dǎo)通。這種控制方法的特點(diǎn)是總電感電流得到了控制，使得交流線電流與交流輸入電壓同相位，且控制電路簡(jiǎn)化。但這種控制顯然沒有真正實(shí)現(xiàn)均流，由于兩支路元件間的離散性，(功率元件，BOOST電感，輸出二極管，控制線路分立元件等)，會(huì)造成兩支路電流不均衡，此控制方法并不能消除兩者之間的電流差。最后導(dǎo)致流過電流大的功率元件過熱，BOOST電感飽和，使系統(tǒng)效率下降，系統(tǒng)可靠性大大降低。
此外還有一種具有代表性的控制方法，(參見論文Laszlo Balogh and RichardRedl，″Power-Factor Correction With Interleaved Boost Converters inContinuous-Inductor-Current Mode″，Proceedings of APEC’93，pp.168-174)，用一塊UC3854控制總電感電流，同時(shí)檢測(cè)每一單元功率開關(guān)元件的電流，將兩路電流信號(hào)進(jìn)行差分放大，而差分放大器的輸出會(huì)影響兩路控制脈沖用的鋸齒波的斜率，從而實(shí)現(xiàn)電流均衡。這種控制發(fā)方法既要采樣總電感電流，又要檢測(cè)每支路的電流，而且需要產(chǎn)生交叉控制信號(hào)的外圍電路，使得整個(gè)控制線路因分立元件數(shù)目增多而變得復(fù)雜。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種用于交錯(cuò)控制功率因數(shù)校正電路的均流方法及裝置，分別取樣兩個(gè)并聯(lián)單元的電感電流，采用平均電流控制法，由兩片控制芯片分別控制兩個(gè)功率開關(guān)且兩個(gè)控制芯片共用同一個(gè)電流基準(zhǔn)，確保每路的電感電流基本相等，以實(shí)現(xiàn)均流。
根據(jù)本發(fā)明的一方面提供一種用于交錯(cuò)控制并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正電路均流的控制電路，該并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正電路包含一第一升壓電路以及一第二升壓電路，該控制電路包含一第一控制電路以及一第二控制電路；該第一控制電路，是利用該并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正電路的一輸出電壓、一前饋電壓與一輸入?yún)⒖茧妷寒a(chǎn)生一電流基準(zhǔn)，將該電流基準(zhǔn)送入該第一控制電路的電流控制回路輸入端，以產(chǎn)生一第一脈寬調(diào)變信號(hào)驅(qū)動(dòng)該第一升壓電路；以及，該第二控制電路，其電流控制回路輸入端接收該電流基準(zhǔn)，以產(chǎn)生一第二脈寬調(diào)變信號(hào)驅(qū)動(dòng)該第二升壓電路，其中該第一控制電路與該第二控制電路錯(cuò)開一特定相位同步交錯(cuò)獲得交錯(cuò)倍頻，并使該并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正電路均流。
根據(jù)本發(fā)明，所述的控制電路，其中該第一升壓電路包含一第一電感、一第一二極管與一第一電容串接所組成的該第一升壓電路，且一第一開關(guān)元件的一端連接在該第一電感與該第一二極管之間，該第一開關(guān)元件的另一端連接在該第一電容。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該第二升壓電路包含一第二電感、一第二二極管與一第二電容串接所組成的該第二升壓電路，且一第二開關(guān)元件的一端連接在該第二電感與該第二二極管之間，該第二開關(guān)元件的另一端連接在該第二電容。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該特定相位是為180度。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該控制電路還包含一同步脈沖信號(hào)產(chǎn)生器提供該第一控制電路與該第二控制電路錯(cuò)開一180度的同步交錯(cuò)信號(hào)。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該同步脈沖信號(hào)產(chǎn)生器利用兩同頻振蕩電壓信號(hào)，并用兩路相位錯(cuò)開180°的數(shù)字脈沖信號(hào)分別加到兩同頻振蕩電壓信號(hào)去同步，可得到相位錯(cuò)開180°的一第一鋸齒波信號(hào)與一第二鋸齒波信號(hào)分別作為該第一控制電路與該第二控制電路的周期信號(hào)。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該電流基準(zhǔn)與該第一控制電路的電流控制回路的反饋電感電流比較產(chǎn)生的信號(hào)，再與該第一鋸齒波信號(hào)比較產(chǎn)生該第一脈寬調(diào)變信號(hào)。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該電流基準(zhǔn)與該第二控制電路的電流控制回路的反饋電感電流比較產(chǎn)生的信號(hào)，再與該第二鋸齒波信號(hào)比較產(chǎn)生該第二脈寬調(diào)變信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明另一方面提供一種用于交錯(cuò)控制并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正電路均流的控制方法，該并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正電路包含一第一升壓電路以及一第二升壓電路，該控制方法包含利用該并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正電路的一輸出電壓、一前饋電壓與一輸入?yún)⒖茧妷寒a(chǎn)生一電流基準(zhǔn)；將該電流基準(zhǔn)送入一第一電流控制回路，以產(chǎn)生一第一脈寬調(diào)變信號(hào)驅(qū)動(dòng)該第一升壓電路；以及將該電流基準(zhǔn)送入一第二電流控制回路，以產(chǎn)生一第二脈寬調(diào)變信號(hào)驅(qū)動(dòng)該第二升壓電路，其中該第一電流控制回路與該第二電流控制回路錯(cuò)開一特定相位同步交錯(cuò)獲得交錯(cuò)倍頻，并使該并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正電路均流。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該第一升壓電路包含一第一電感、一第一二極管與一第一電容串接所組成的該第一升壓電路，且一第一開關(guān)元件的一端連接在該第一電感與該第一二極管之間，該第一開關(guān)元件的另一端連接在該第一電容。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該第二升壓電路包含一第二電感、一第二二極管與一第二電容串接所組成的該第二升壓電路，且一第二開關(guān)元件的一端連接在該第二電感與該第二二極管之間，該第二開關(guān)元件的另一端連接在該第二電容。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該特定相位是為180度。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該控制方法還包含一同步脈沖信號(hào)產(chǎn)生方法提供該第一電流控制回路與該第二電流控制回路錯(cuò)開一180度的同步交錯(cuò)信號(hào)。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該同步脈沖信號(hào)產(chǎn)生方法利用兩同頻振蕩電壓信號(hào)，并用兩相位錯(cuò)開180°的數(shù)字脈沖信號(hào)分別加到兩同頻振蕩電壓信號(hào)去同步，可得到相位錯(cuò)開180°的一第一鋸齒波信號(hào)與一第二二鋸齒波信號(hào)分別作為該第一電流控制回路與該第二電流控制回路的周期信號(hào)。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該電流基準(zhǔn)與該第一電流控制回路的反饋電感電流比較產(chǎn)生的信號(hào)，再與該第一鋸齒波信號(hào)比較產(chǎn)生該第一脈寬調(diào)變信號(hào)。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該電流基準(zhǔn)與該第二電流控制回路的反饋電感電流比較產(chǎn)生的信號(hào)，再與該第二鋸齒波信號(hào)比較產(chǎn)生該第二脈寬調(diào)變信號(hào)。
本發(fā)明得藉由以下列附圖與詳細(xì)說明，而可獲得一更深入的了解。
(4)
圖1是為一典型的兩并聯(lián)功率因數(shù)校正裝置電路示意圖；圖2是為本發(fā)明較佳實(shí)施例利用兩個(gè)控制芯片共用同一個(gè)電流基準(zhǔn)的電路示意圖；圖3是為本發(fā)明較佳實(shí)施例同步脈沖信號(hào)產(chǎn)生示意圖；圖4是為本發(fā)明較佳實(shí)施例的相位錯(cuò)開180°的鋸齒波信號(hào)示意圖；圖5是為本發(fā)明較佳實(shí)施例的電流控制回路示意圖；以及圖6是為本發(fā)明較佳實(shí)施例的主電路和控制電路的并聯(lián)交錯(cuò)功率因數(shù)校正電路示意圖。
(5)具體實(shí)施方式
本發(fā)明采取的控制方案為分別取樣兩個(gè)并聯(lián)單元的電感電流，采用平均電流控制法，由兩片控制芯片(如UC3854)分別控制兩個(gè)功率開關(guān)。與前述均流方法不同的是，這里的兩個(gè)控制芯片共用同一個(gè)電流基準(zhǔn)IMUL，如圖2所示。
兩控制芯片共用一個(gè)電流基準(zhǔn)可確保每路的電感電流基本相等，實(shí)現(xiàn)均流的目的。采用常見的控制芯片UC3854控制以后，每路的電感電流可以很好地跟蹤整流電壓，且兩路的電感電流平均值相同，所以總的電感電流也能很好地跟蹤整流電壓，以確保高的功率因數(shù)。與此同時(shí)，兩片UC3854采用兩路錯(cuò)開180°的交錯(cuò)信號(hào)去同步，使各自的輸出控制脈沖相位錯(cuò)開180°以獲得精確的交錯(cuò)倍頻效果。
為得到兩路錯(cuò)開180°的交叉信號(hào)，采用了模擬信號(hào)和數(shù)字脈沖相結(jié)合的方法。如圖3所示，用一數(shù)字同步脈沖信號(hào)VSYNC加到控制芯片振蕩器的電容電壓波形VCT上，同步脈沖迅速將該電容電壓提高至控制芯片內(nèi)部PWM比較器的上限值之上，這將改變振蕩電路的充放電狀態(tài)，然后振蕩器放電周期就與同步脈沖信號(hào)的周期相同。
基于上述原理，兩同頻的振蕩電壓信號(hào)VCT1，VCT2用兩路相位錯(cuò)開180°的脈沖信號(hào)VSYSNC1，VSYSNC2去同步，就可得到相位錯(cuò)開180°的兩路鋸齒波信號(hào)COMBINED VCT1，COMBINED VCT2，如圖4所示。用這兩個(gè)信號(hào)作為兩塊控制芯片的周期信號(hào)，就可保證兩塊UC3854的輸出脈沖錯(cuò)開180°。
通常控制芯片(如UC3854)的電流基準(zhǔn)由反饋電壓，前饋電壓，乘法器的輸入電流(與輸入電壓瞬時(shí)值成正比)三者共同決定。在兩路并聯(lián)功率因數(shù)校正裝置中，前饋電壓，輸入電壓瞬時(shí)值，反饋電壓(僅有一個(gè)輸出電壓)都是一致的。為避免兩電流基準(zhǔn)值由元件的離散性引起偏差，在本控制方案中，只使用一片控制芯片內(nèi)的模擬乘法/除法器單元，而另一片控制芯片中的單元不用，如圖5所示。這樣，只有一片UC3854有電流基準(zhǔn)(Imul)輸出，而另一片UC3854沒有電流基準(zhǔn)信號(hào)輸出，將Imul同時(shí)送到兩片控制芯片的電流控制回路的同相輸入端，作為共同的電流基準(zhǔn)信號(hào)，就可實(shí)現(xiàn)兩支路電感電流同時(shí)跟蹤單一電流基準(zhǔn)。
請(qǐng)參閱圖6，圖6所示的主電路和控制電路架構(gòu)是該控制方案在兩路并聯(lián)交錯(cuò)工作功率因數(shù)校正電路中的應(yīng)用，屬于本發(fā)明的范疇。其中整流部分可以采用一個(gè)整流單元或采用兩個(gè)整流單元分別作為兩個(gè)單元的輸入。其中(1)同步脈沖產(chǎn)生器(Sync pulse generator)可采用TLC494，MCU，DSP或其他分頻器電路產(chǎn)生。
(2)多路(3路或更多的單元)并聯(lián)交錯(cuò)工作的功率因數(shù)校正電路也屬于本發(fā)明的實(shí)施例。
(3)本發(fā)明不排除三相交流電源輸入的功率因數(shù)校正電路并聯(lián)交錯(cuò)工作應(yīng)用場(chǎng)合。
(4)本發(fā)明是針對(duì)并聯(lián)交錯(cuò)工作方式的變換器的一種通用的均流方法，對(duì)于電流斷續(xù)模式工作的變換器仍然有效。
權(quán)利要求
1.一種用于交錯(cuò)控制并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正電路均流的控制電路，該并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正電路包含一第一升壓電路以及一第二升壓電路，該控制電路包含一第一控制電路，利用該并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正電路的一輸出電壓、一前饋電壓與一輸入?yún)⒖茧妷寒a(chǎn)生一電流基準(zhǔn)，將該電流基準(zhǔn)送入該第一控制電路的電流控制回路輸入端，以產(chǎn)生一第一脈寬調(diào)變信號(hào)驅(qū)動(dòng)該第一升壓電路；以及一第二控制電路，其電流控制回路輸入端接收該電流基準(zhǔn)，以產(chǎn)生一第二脈寬調(diào)變信號(hào)驅(qū)動(dòng)該第二升壓電路，其中該第一控制電路與該第二控制電路錯(cuò)開一特定相位同步交錯(cuò)獲得交錯(cuò)倍頻，并使該并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正電路均流。
2.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于該第一升壓電路包含一第一電感、一第一二極管與一第一電容串接所組成的該第一升壓電路，且一第一開關(guān)元件的一端連接在該第一電感與該第一二極管之間，該第一開關(guān)元件的另一端連接在該第一電容。
3.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于該第二升壓電路包含一第二電感、一第二二極管與一第二電容串接所組成的該第二升壓電路，且一第二開關(guān)元件的一端連接在該第二電感與該第二二極管之間，該第二開關(guān)元件的另一端連接在該第二電容。
4.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于該特定相位是為180度。
5.如權(quán)利要求4所述的控制電路，其特征在于該控制電路還包含一同步脈沖信號(hào)產(chǎn)生器提供該第一控制電路與該第二控制電路錯(cuò)開一180度的同步交錯(cuò)信號(hào)，而該同步脈沖信號(hào)產(chǎn)生器利用兩同頻振蕩電壓信號(hào)，并用兩路相位錯(cuò)開180°的數(shù)位脈沖信號(hào)分別加到兩同頻振蕩電壓信號(hào)去同步，以得到相位錯(cuò)開180°的一第一鋸齒波信號(hào)與一第二鋸齒波信號(hào)分別作為該第一控制電路與該第二控制電路的周期信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的控制電路，其特征在于該電流基準(zhǔn)與該第一控制電路的電流控制回路的反饋電感電流比較產(chǎn)生的信號(hào)，再與該第一鋸齒波信號(hào)比較產(chǎn)生該第一脈寬調(diào)變信號(hào)；及/或該電流基準(zhǔn)與該第二控制電路的電流控制回路的反饋電感電流比較產(chǎn)生的信號(hào)，再與該第二鋸齒波信號(hào)比較產(chǎn)生該第二脈寬調(diào)變信號(hào)。
7.一種用于交錯(cuò)控制并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正電路均流的控制方法，該并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正電路包含一第一升壓電路以及一第二升壓電路，該控制方法包含利用該并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正電路的一輸出電壓、一前饋電壓與一輸入?yún)⒖茧妷寒a(chǎn)生一電流基準(zhǔn)；將該電流基準(zhǔn)送入一第一電流控制回路，以產(chǎn)生一第一脈寬調(diào)變信號(hào)驅(qū)動(dòng)該第一升壓電路；以及將該電流基準(zhǔn)送入一第二電流控制回路，以產(chǎn)生一第二脈寬調(diào)變信號(hào)驅(qū)動(dòng)該第二升壓電路，其中該第一電流控制回路與該第二電流控制回路錯(cuò)開一特定相位同步交錯(cuò)獲得交錯(cuò)倍頻，并使該并聯(lián)升壓式功率因數(shù)校正電路均流。
8.如權(quán)利要求7所述的控制方法，其特征在于該第一升壓電路包含一第一電感、一第一二極管與一第一電容串接所組成的該第一升壓電路，且一第一開關(guān)元件的一端連接在該第一電感與該第一二極管之間，該第一開關(guān)元件的另一端連接在該第一電容。
9.如權(quán)利要求7所述的控制方法，其特征在于該第二升壓電路包含一第二電感、一第二二極管與一第二電容串接所組成的該第二升壓電路，且一第二開關(guān)元件的一端連接在該第二電感與該第二二極管之間，該第二開關(guān)元件的另一端連接在該第二電容。
10.如權(quán)利要求7所述的控制方法，其特征在于該特定相位是為180度。
11.如權(quán)利要求10所述的控制方法，其特征在于該控制方法還包含一同步脈沖信號(hào)產(chǎn)生方法提供該第一電流控制回路與該第二電流控制回路錯(cuò)開一180度的同步交錯(cuò)信號(hào)，而該同步脈沖信號(hào)產(chǎn)生方法利用兩同頻振蕩電壓信號(hào)，并用兩相位錯(cuò)開180°的數(shù)字脈沖信號(hào)分別加到兩同頻振蕩電壓信號(hào)去同步，以得到相位錯(cuò)開180°的一第一鋸齒波信號(hào)與一第二鋸齒波信號(hào)分別作為該第一電流控制回路與該第二電流控制回路的周期信號(hào)。
12.如權(quán)利要求11所述的控制電路，其特征在于該電流基準(zhǔn)與該第一電流控制回路的反饋電感電流比較產(chǎn)生的信號(hào)，再與該第一鋸齒波信號(hào)比較產(chǎn)生該第一脈寬調(diào)變信號(hào)；及/或該電流基準(zhǔn)與該第二電流控制回路的反饋電感電流比較產(chǎn)生的信號(hào)，再與該第二鋸齒波信號(hào)比較產(chǎn)生該第二脈寬調(diào)變信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于交錯(cuò)控制功率因數(shù)校正電路的均流方法及裝置，分別取樣兩個(gè)并聯(lián)單元的電感電流，采用平均電流控制法，由兩片控制芯片分別控制兩個(gè)功率開關(guān)且兩個(gè)控制芯片共用同一個(gè)電流基準(zhǔn)，確保每路的電感電流基本相等，實(shí)現(xiàn)均流的目的。
文檔編號(hào)H02M1/14GK1592063SQ03157759
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2003年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月28日
發(fā)明者張慶友, 邱愛斌, 應(yīng)建平, 曾劍鴻 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司