專利名稱：一種變占空比控制的功率因數(shù)校正電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及開關(guān)電源領(lǐng)域的單相功率因數(shù)校正電路，特別涉及一種變占空比 控制的功率因數(shù)校正電路。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)AC-DC變換電路運行時，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)一般都為0. 6^0. 7左右，并且會產(chǎn)生大 量諧波電流，對電網(wǎng)造成嚴重危害。為滿足高功率因數(shù)、抑制諧波產(chǎn)生的要求，通常都要加 入有功率因數(shù)校正功能的PFC級。PFC級是加在整流器和負載之間的一個DC/DC開關(guān)變換 器，應(yīng)用電壓電流反饋技術(shù)，使輸入電流的波形接近正弦波，達到提高功率因數(shù)的目的。根 據(jù)不同負載對電壓大小的不同要求，通常需要在PFC級和負載之間加入DC/DC級以調(diào)節(jié)電 壓大小。DCM Boost PFC變換器具有開關(guān)管零電流開通和升壓二極管無反向恢復(fù)的優(yōu)點， 而且開關(guān)頻率恒定。但是該變換器開關(guān)管開通期間電感電流隨輸入電壓變化，平均值為正 弦形式，但開關(guān)管關(guān)斷期間電感電流平均值為非正弦形式，因而在一個開關(guān)周期內(nèi)的電感 電流平均值也為非正弦形式，其PF值相對較低，尤其在高壓輸入時。傳統(tǒng)的控制方法都是在定占空比控制的，應(yīng)用于DCM Boost PFC變換器的常用控 制方法是峰值電流控制，由于輸入電流波形隨Um/u。的增大而使THD增大，需要在比較器輸 入端加諧波補償。另外一種新型注入三次諧波的控制方法，由于所注入的三次諧波含量與 輸入電壓有關(guān)，需要在線調(diào)節(jié)注入諧波量，實現(xiàn)方式過于復(fù)雜。傳統(tǒng)實現(xiàn)控制策略的電路都是用占空比信號與鋸齒波信號比較得到，當占空比表 達式比較復(fù)雜時，則需要復(fù)雜運算電路或者數(shù)字擬合簡化才能得到，這樣勢必增加了模擬 電路的負載程度或者降低了控制精度。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種變占空比控制的功率因數(shù)校正電路，采用沖量面積 相等原理，獲得可以實現(xiàn)高功率因數(shù)的變占空比控制序列，解決了傳統(tǒng)PFC控制方法復(fù)雜、 精度不高的問題，在提高功率因數(shù)的同時還獲得較小的輸出電壓紋波和較高的效率。本實 用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)—種變占空比控制的功率因數(shù)校正電路，包括Boost升壓變換器的電路拓撲結(jié) 構(gòu)和實現(xiàn)變占空比序列的控制電路，實現(xiàn)變占空比序列的控制電路包括輸入電壓檢測電 路、輸出電壓檢測電路、模擬運算電路和脈沖調(diào)節(jié)驅(qū)動器；所述輸入電壓檢測電路的輸入 電壓取樣電阻連接在輸入濾波電容Cin兩端，輸入電壓檢測電路的輸入電壓取樣電阻為 串聯(lián)的第一電阻和第二電阻，所述第一電阻和第二電阻之間是第一取樣點，第一取樣點與 模擬運算電路中減法器的一個輸入端連接；所述輸出電壓檢測電路的輸出電壓取樣電阻 連接在Boost升壓變換器的電路拓撲結(jié)構(gòu)中二極管的陰極和地之間，輸出電壓檢測電路 的輸出電壓取樣電阻為串聯(lián)的第三電阻和第四電阻，所述第三電阻和第四電阻之間是第二取樣點，第二取樣點與模擬運算電路中減法器的另一個輸入端以及除法器的一個輸入 端連接；所述模擬運算電路包括減法器、除法器、乘法器、鋸齒波信號發(fā)生器和比較器，其 中，減法器的輸出端與除法器的另一個輸入端連接，除法器的輸出端與比較器的一個輸 入端連接；鋸齒波信號與乘法器的兩個輸入端連接以計算平方值(乘法器的常數(shù)項K為1/4 ^Γ)，乘法器的輸出端接比較器的另一個輸入端，比較器的輸出端與脈沖調(diào)節(jié)驅(qū)動的輸入端連接。所述Boost升壓變換器的電路拓撲結(jié)構(gòu)包括電感、開關(guān)管和二極管，所述電感的 一端與單相二極管不控整流橋的正輸出端連接，電感的另一端與開關(guān)管的漏極連接，開關(guān) 管的源極與單相二極管不控整流橋的負輸出端連接，開關(guān)管的門極與脈寬調(diào)節(jié)驅(qū)動器的輸 出端連接；同時，電感的另一端與二極管陽極連接，二極管的陰極經(jīng)輸出濾波電感與DC/DC 級連接。上述高輸入功率因數(shù)的PFC電路的控制原理采用Boost升壓變換器的電路拓撲 結(jié)構(gòu)，根據(jù)沖量面積相等原理，用變占空比控制序列來控制電力電子開關(guān)的通斷，進行高頻 有源功率因數(shù)校正，使輸入電感電流與正弦半波電流在每個開關(guān)周期內(nèi)的沖量面積相等， 從而實現(xiàn)輸入電流的正弦化，使輸入功率因數(shù)接近于1。所述變占空比控制序列是根據(jù)沖量面積相等原理得出的，具體包括將每半個交 流側(cè)輸入電流周期等分成η個小時間段，每個時間段的寬度為開關(guān)周期I；，對每個開關(guān)周期時間段，使電感電流波形的積分面積^D等于標準正弦半波在該時間段的積分面積實ta，即^ = Sk,其中
權(quán)利要求1.一種變占空比控制的功率因數(shù)校正電路，其特征在于包括Boost升壓變換器的電路 拓撲結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)變占空比序列的控制電路，實現(xiàn)變占空比序列的控制電路包括輸入電壓檢 測電路(2)、輸出電壓檢測電路(3)、模擬運算電路(4)和脈沖調(diào)節(jié)驅(qū)動器(5)；所述輸入電 壓檢測電路(2 )的輸入電壓取樣電阻連接在輸入濾波電容Cin兩端，輸入電壓檢測電路(2 ) 的輸入電壓取樣電阻為串聯(lián)的第一電阻(R1)和第二電阻(R2),所述第一電阻(R1)和第二電 阻( )之間是第一取樣點(a)，第一取樣點(a)與模擬運算電路(4)中減法器的一個輸入端 連接；所述輸出電壓檢測電路(3)的輸出電壓取樣電阻連接在Boost升壓變換器的電路拓 撲結(jié)構(gòu)(1)中二極管(D)的陰極和地之間，輸出電壓檢測電路(3)的輸出電壓取樣電阻為串 聯(lián)的第三電阻(R3)和第四電阻(R4),所述第三電阻(R3)和第四電阻(R4)之間是第二取樣點 (b)，第二取樣點(b)與模擬運算電路(4)中減法器的另一個輸入端以及除法器的一個輸入 端連接；所述模擬運算電路(4)包括減法器、除法器、乘法器、鋸齒波信號發(fā)生器和比較器， 其中，減法器的輸出端與除法器的另一個輸入端連接，除法器的輸出端與比較器的一個輸 入端連接；鋸齒波信號發(fā)生器與乘法器的兩個輸入端連接；乘法器的輸出端接比較器的另 一個輸入端，比較器的輸出端與脈沖調(diào)節(jié)驅(qū)動器(5)的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變占空比控制的功率因數(shù)校正電路，其特征在于所述 Boost升壓變換器的電路拓撲結(jié)構(gòu)(1)包括電感(L)、開關(guān)管(Q)和二極管(D)，所述電感 (L)的一端與單相二極管不控整流橋(B)的正輸出端連接，電感(L)的另一端與開關(guān)管(Q) 的漏極連接，開關(guān)管(Q)的源極與單相二極管不控整流橋(B)的負輸出端連接，開關(guān)管(Q) 的門極與脈寬調(diào)節(jié)驅(qū)動器(5)的輸出端連接；同時，電感(L)的另一端與二極管(D)陽極連 接，二極管(D)的陰極經(jīng)輸出濾波電感(L。)與DC/DC級連接。
專利摘要本實用新型提供一種變占空比控制的功率因數(shù)校正電路，該電路中的Boost升壓變換器的電路拓撲結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)變占空比序列的控制電路共同構(gòu)成了常用LED驅(qū)動電源的PFC級，PFC級的前級經(jīng)輸入濾波電容與單相二極管不控整流橋的輸出端連接，PFC級的后級經(jīng)輸出濾波電感和輸出濾波電容與常用LED驅(qū)動電源的DC/DC級連接。本實用新型根據(jù)沖量面積相等原理控制開關(guān)管通斷，使輸入電感電流與正弦半波電流在每個開關(guān)周期內(nèi)的沖量面積相等，以實現(xiàn)高功率因數(shù)(PF)，并且開關(guān)頻率越高，PF值越接近于1。本實用新型不僅能實現(xiàn)很高的輸入功率因數(shù)，還能減小輸出電壓紋波，且控制電路簡單易于模擬電路實現(xiàn)，有利于大規(guī)模集成。
文檔編號H02M1/42GK201839200SQ20102058774
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月2日
發(fā)明者丘東元, 巢時斌, 張桂東, 張波, 張雪霽, 眭永明, 肖文勛 申請人:華南理工大學