高功率因數(shù)電壓波形控制電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種高功率因數(shù)電壓波形控制電路，其驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路是對(duì)調(diào)寬式脈沖控制電路生成的PWM調(diào)寬式脈沖信號(hào)、電壓采樣電路輸入的交直流信號(hào)、正負(fù)極信號(hào)或續(xù)流信號(hào)以及電源信號(hào)進(jìn)行合成，生成合成信號(hào)（包括極性、交流、直流、調(diào)寬信號(hào)）；然后根據(jù)合成信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)分配，區(qū)分為VMOS開(kāi)關(guān)信號(hào)和VMOS續(xù)流信號(hào)；輸入電流采樣電路是對(duì)輸入電源輸入經(jīng)過(guò)續(xù)流電感的電流進(jìn)行采樣，生成采樣信號(hào)并將采樣信號(hào)提供給調(diào)寬式脈沖控制電路進(jìn)行處理。本發(fā)明解決了現(xiàn)有低壓新能源電源轉(zhuǎn)換器功耗高、效率低、可靠性差的問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高功率因數(shù)電壓波形控制電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高功率因數(shù)電壓波形控制電路，屬于電源轉(zhuǎn)換【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、蓄電池供電等交流低壓、直流低壓供電的可再生新能源系統(tǒng)被廣泛使用，提高低壓新能源供電系統(tǒng)的供電效率、供電質(zhì)量、供電可靠性勢(shì)在必行。
[0003]目前本領(lǐng)域公知電源轉(zhuǎn)換基本采用:
[0004]1、交流(AC)輸入，采用全波整流器把輸入交流(AC)電源整流為直流(DC)電源，再進(jìn)行DC/DC轉(zhuǎn)換為直流(DC)輸出。此種方案解決了較高輸入電壓交流電源和小功率電源的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。但在低電壓交流電源輸入和大功率電源轉(zhuǎn)換時(shí)，因?yàn)锳C/DC整流電路的電壓降較高，而產(chǎn)生很高的功耗，使電源轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率很低。
[0005]2、直流(DC)輸入，直接進(jìn)行DC/DC轉(zhuǎn)換為直流(DC)輸出。此種方案解決了固定設(shè)備供電問(wèn)題。但使用可靠性較低，尤其是在移動(dòng)性設(shè)備，經(jīng)常需要重新連接輸入電源的設(shè)備，一旦出現(xiàn)電源極性接反的情況，就會(huì)產(chǎn)生輸入短路事故。因此一些要求可靠性較高的設(shè)備，在轉(zhuǎn)換器輸入端加入直流定向整流電路。在低電壓直電源輸入和大功率電源轉(zhuǎn)換時(shí)，因?yàn)橹绷髯R(shí)別定向整流電路的電壓降較高，而產(chǎn)生很高的功耗，使電源轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率很低。
[0006]3、為了提高低壓供電效率、降低線路電流一般采用升壓式(BOOST)直流(DC)供電方式。升壓式(BOOST)直流(DC)供電當(dāng)輸出產(chǎn)生短路故障，輸出電壓低于輸入電壓時(shí)BOOST電路功能失效，輸入電源直接對(duì)負(fù)載短路，大電流(大功率)系統(tǒng)短路保護(hù)控制難度很大。
[0007]以常規(guī)整流(識(shí)別定向)電路在輸入為低壓新能源電源為例進(jìn)行說(shuō)明，輸入電壓Ui=IOV (AC、DC)，輸入電流Ii=20A，輸入功率Pi=10X20=200W，整流(識(shí)別定向)電路壓降Ud=2V,整流(識(shí)別定向)電路耗為:Pd=2 X 20=40W，輸出功率Po=200_40=160W，其整流(識(shí)別定向)效率為:E=160/200=0.8，由此可見(jiàn)常規(guī)整流(識(shí)別定向)電路在輸入為低壓新能源電源時(shí)，功耗很大，效率很低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供一種高功率因數(shù)電壓波形控制電路，主要解決了現(xiàn)有低壓新能源電源轉(zhuǎn)換器功耗高、效率低、可靠性差的問(wèn)題。
[0009]本發(fā)明的具體技術(shù)解決方案如下:
[0010]該高功率因數(shù)電壓波形控制電路，包括輸入電源，所述輸入電源的輸出端分別與續(xù)流電感的輸入端和輸入電流采樣電路的輸入端連接，續(xù)流電感的輸出端與VMOS開(kāi)關(guān)電路的輸入端連接，VMOS開(kāi)關(guān)電路的輸入端還與控制電路的輸出端連接，VMOS開(kāi)關(guān)電路的輸出端依次通過(guò)反向隔離電路、儲(chǔ)能濾波電路和輸出保護(hù)電路與負(fù)載連接；
[0011]所述控制電路包括調(diào)寬式脈沖控制電路、驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路、VMOS開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路和續(xù)流電壓采樣電路，調(diào)寬式脈沖控制電路的輸入端分別與輸入電流采樣電路的輸出端和輸出電流米樣電路的輸出端連接，調(diào)寬式脈沖控制電路的輸出端與驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路的輸入端連接，驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路的輸入端還與續(xù)流電壓采樣電路的輸出端連接，驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路的輸出端通過(guò)VMOS開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路與VMOS開(kāi)關(guān)電路的輸入端連接，續(xù)流電壓采樣電路的輸入端與VMOS開(kāi)關(guān)電路的輸出端連接；所述輸出電流采樣電路的輸入端與儲(chǔ)能濾波電路的輸出端連接；
[0012]所述續(xù)流電感是設(shè)置在輸入電源輸出端正端上的差模對(duì)稱電感；所述VMOS開(kāi)關(guān)電路包括兩個(gè)串聯(lián)的VMOS管組，輸入電源通過(guò)續(xù)流電感依次與兩個(gè)VMOS管組在反向隔離電路輸入端之前串聯(lián)；所述VMOS開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路包括兩個(gè)并聯(lián)的驅(qū)動(dòng)器，各驅(qū)動(dòng)器分別與兩個(gè)VMOS管組的輸入端連接；所述輸入電流采樣電路包括電流傳感器CS 1、電容C13、電阻R21，二極管D4，電流傳感器CSl與二極管D4串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)支路，電容C13、電阻R21分別與該支路并聯(lián)；所述反向隔離電路采用共陰極二極管；
[0013]所述輸出保護(hù)電路包括基準(zhǔn)電壓源、比較器A、比較器B、三極管NI和穩(wěn)壓管Z5 ；該輸出安全控制電路的輸入端接BOOST直流輸出電壓，輸出端接負(fù)載，所述輸入端和輸出端所在的主回路上串聯(lián)設(shè)置有VMOS管M5和限流電阻R24，其中，VMOS管M5的基極經(jīng)三極管NI接至所述輸出端的負(fù)端，三極管NI的基極接至所述基準(zhǔn)電壓源；所述輸出端并聯(lián)有一個(gè)濾波電容和一個(gè)反饋支路，該反饋支路上依次串聯(lián)有分壓電阻R14和RC電路；
[0014]比較器A的正相輸入端接入該反饋支路，經(jīng)分壓電阻R14接至所述輸出端的正端，比較器A的負(fù)相輸入端接基準(zhǔn)電壓，比較器A的輸出端依次經(jīng)串聯(lián)的電阻R13、電阻R27、電阻R22接至所述輸入端的負(fù)端；
[0015]比較器B的正相輸入端接入電阻R13、電阻R27和電阻R22所在的串聯(lián)支路，其接入節(jié)點(diǎn)位于電阻R27與電阻R22之間；比較器B的負(fù)相輸入端經(jīng)電阻R6接至所述輸出端的負(fù)端；比較器B的輸出端接至三極管NI的基極。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0017]本發(fā)明提供的高功率因數(shù)電壓波形控制電路有XC/DC擴(kuò)展(XC)形、無(wú)極性、多波形、寬頻率電源輸入，DC(直流)輸出，自動(dòng)極性識(shí)別定向、高轉(zhuǎn)換效率、高功率因數(shù)、高可靠性、高功率密度、低成本等優(yōu)勢(shì)。
[0018]所加的輸出保護(hù)電路能夠保證BOOST輸出在負(fù)載短路時(shí)自動(dòng)調(diào)整，限流輸出，同時(shí)仍保證低功耗。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明電路原理框圖；
[0020]圖2為本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為輸入電源為Ac正弦波時(shí)的單周期波形圖。
[0022]圖4為本發(fā)明的輸出保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]該高功率因數(shù)電壓波形控制電路，包括輸入電源，所述輸入電源的輸出端分別與續(xù)流電感的輸入端和輸入電流采樣電路的輸入端連接，續(xù)流電感的輸出端與VMOS開(kāi)關(guān)電路的輸入端連接，VMOS開(kāi)關(guān)電路的輸入端還與控制電路的輸出端連接，VMOS開(kāi)關(guān)電路的輸出端依次通過(guò)反向隔離電路和儲(chǔ)能濾波電路與負(fù)載連接；所述控制電路包括調(diào)寬式脈沖控制電路、驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路、VMOS開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路和續(xù)流電壓采樣電路，調(diào)寬式脈沖控制電路的輸入端分別與輸入電流采樣電路的輸出端和輸出電流采樣電路的輸出端連接，調(diào)寬式脈沖控制電路的輸出端與驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路的輸入端連接，驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路的輸入端還與續(xù)流電壓采樣電路的輸出端連接，驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路的輸出端通過(guò)VMOS開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路與VMOS開(kāi)關(guān)電路的輸入端連接，續(xù)流電壓采樣電路的輸入端與VMOS開(kāi)關(guān)電路的輸出端連接；所述輸出電流采樣電路的輸入端與儲(chǔ)能濾波電路的輸出端連接；
[0024]續(xù)流電感是設(shè)置在輸入電源輸出端正端上的差模對(duì)稱電感；所述VMOS開(kāi)關(guān)電路包括兩個(gè)串聯(lián)的VMOS管組，輸入電源通過(guò)續(xù)流電感依次與兩個(gè)VMOS管組在反向隔離電路輸入端之前串聯(lián)；所述VMOS開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路包括兩個(gè)并聯(lián)的驅(qū)動(dòng)器，各驅(qū)動(dòng)器分別與兩個(gè)VMOS管組的輸入端連接；所述輸入電流采樣電路包括電流傳感器CS1、電容C13、電阻R21，二極管D4，電流傳感器CSl與二極管D4串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)支路，電容C13、電阻R21分別與該支路并聯(lián)；所述反向隔離電路采用共陰極二極管。
[0025]以下對(duì)各重要電路的功能進(jìn)行說(shuō)明:
[0026]續(xù)流 電感:利用電感特性對(duì)輸入電源進(jìn)行升壓；
[0027]VMOS開(kāi)關(guān)電路:VM0S開(kāi)關(guān)電路導(dǎo)通期間，續(xù)流電感中有電流通過(guò)；VM0S開(kāi)關(guān)電路關(guān)斷期間，續(xù)流電路導(dǎo)通，使續(xù)流電感中電流繼續(xù)導(dǎo)通，產(chǎn)生高壓，對(duì)儲(chǔ)能濾波電路進(jìn)行充電，充電后由儲(chǔ)能濾波電路對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電；
[0028]儲(chǔ)能濾波電路:VM0S開(kāi)關(guān)電路關(guān)斷期間充電并對(duì)負(fù)載供電；
[0029]VMOS開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路:對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路生成的VMOS開(kāi)關(guān)信號(hào)和VMOS續(xù)流信號(hào)進(jìn)行放大處理；
[0030]驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路:對(duì)調(diào)寬式脈沖控制電路生成的PWM調(diào)寬式脈沖信號(hào)、電壓采樣電路輸入的交直流信號(hào)、正負(fù)極信號(hào)或續(xù)流信號(hào)以及電源信號(hào)進(jìn)行合成，生成合成信號(hào)(包括極性、交流、直流、調(diào)寬信號(hào));然后根據(jù)合成信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)分配，區(qū)分為VMOS開(kāi)關(guān)信號(hào)和VMOS續(xù)流信號(hào)；
[0031]調(diào)寬式脈沖控制電路:根據(jù)輸入采樣電路和/或輸出采樣電路輸入的電流采樣信號(hào)生成PWM調(diào)寬式脈沖信號(hào)；
[0032]續(xù)流電壓采樣電路:對(duì)VMOS開(kāi)關(guān)電路和續(xù)流電路的電流信號(hào)進(jìn)行采樣，產(chǎn)生交直流信號(hào)、正負(fù)極信號(hào)或續(xù)流信號(hào)，并將上述信號(hào)輸入至驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路；
[0033]輸入電流采樣電路:對(duì)輸入電源輸入經(jīng)過(guò)續(xù)流電感的電流進(jìn)行采樣,生成采樣信號(hào)并將采樣信號(hào)提供給調(diào)寬式脈沖控制電路進(jìn)行處理；
[0034]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳述:
[0035]ICl (UCC28084或其它同類(lèi)器件)，為標(biāo)準(zhǔn)雙端交替輸出PWM控制器，通過(guò)器件I端(OC)控制PWM調(diào)寬輸出，輸出交替PWM波形P1、P2。
[0036]町、!?5、(:12、24對(duì)續(xù)流波形？4進(jìn)行檢測(cè)整形，形成波形？3。其中，穩(wěn)壓管Z4保持P3的電壓穩(wěn)定，電容C12用以濾波，使得在PA出現(xiàn)高電平時(shí)能夠使P3持續(xù)高電平。
[0037]1?4、1?3、(:11、23對(duì)續(xù)流波形？8進(jìn)行檢測(cè)整形，形成波形？4。其中，穩(wěn)壓管Z3保持P4的電壓穩(wěn)定，電容Cll用以濾波，使得在PB出現(xiàn)高電平時(shí)能夠使P4持續(xù)高電平。
[0038]IC2(CD4071或其它同類(lèi)器件)，為標(biāo)準(zhǔn)2輸入或門(mén)，其中:Αο=Α1+Α2、Βο=Β1+Β2、Co=Cl+C2、Do=Dl+D2，對(duì)PU P2、P3、P4進(jìn)行邏輯合成后形成交錯(cuò)輸出PWM控制波形。
[0039]IC3、IC4 (IR442或其它同類(lèi)器件)，為標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)器，其中:Ao=A1、Bo=Bi，對(duì)VMOS進(jìn)行高速大電流驅(qū)動(dòng)，以降低VMOS開(kāi)關(guān)功耗提高轉(zhuǎn)換效率。
[0040]CS 1、CS2、D4、D5、R21、C13組成電流傳感、鑒別、檢測(cè)電路，自動(dòng)檢測(cè)出PWM開(kāi)通時(shí)電源高端VMOS通過(guò)的電流波形。同時(shí)超其電路具有很低的功耗，采用電流傳感系數(shù)< 100、采樣控制電壓< 0.5V，控制功耗Pe < 0.5X10X0.01=0.005X10 (10為導(dǎo)通電流)，當(dāng)IO為 20A 時(shí):Pe < 0.05X20=0.1ff0
[0041]C7、C8、C9主要用于進(jìn)一步消除噪聲(窄脈沖)。
[0042]L1、D3、C14組成BOOST升壓電路的LDC，為了適應(yīng)輸入電源的不對(duì)稱性，例如單極性直流、單極性方波、單極性三角波等，LI采用差模對(duì)稱式，也可僅在輸入回路的正端或負(fù)端設(shè)置電感作為L(zhǎng)I。
[0043]PWM控制電路(I CI)的Ao端口和Bo端口交替輸出控制信號(hào)P1、P2，且P1、P2之間總保持一個(gè)用于續(xù)流的間隔時(shí)間(對(duì)應(yīng)于PA波形的高電平)。P3、P4由輸入回路中的PA、PB波形分壓所得。PU P2、P3、P4接入觸發(fā)信號(hào)合成電路(IC2)的輸入端口，進(jìn)行如前所述的或邏輯運(yùn)算后，再分別經(jīng)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器IC3、IC4驅(qū)動(dòng)將觸發(fā)信號(hào)分別加至兩個(gè)VMOS開(kāi)關(guān)電路組(Ml、M2 ;M3、M4)，D3具有兩個(gè)輸入端，分別接至輸入回路的正端和負(fù)端，正向電流經(jīng)反向隔離電路D3對(duì)C14充電。
[0044]Ml與M2并聯(lián)交替工作，M3與M4并聯(lián)交替工作(每一個(gè)VMOS開(kāi)關(guān)本身具有與之并聯(lián)的二極管)。
[0045]在輸入交流在波形正半周或輸入直流為上正下負(fù)，當(dāng)PWM控制電路(ICl)輸出的控制信號(hào)Pl和P2之一處于高電平時(shí)，該XC/DC自動(dòng)定向BOOST電路處于PWM導(dǎo)通狀態(tài)，電流在輸入回路中從正端依次流經(jīng)第一組VMOS開(kāi)關(guān)電路組(Ml、M2 )、第二組VMOS開(kāi)關(guān)電路組(M3、M4)，然后流回負(fù)端；由于D3起反向隔離作用，C14上的儲(chǔ)能不會(huì)反向流回輸入回路。
[0046]當(dāng)PWM控制電路(ICl)輸出的控制信號(hào)P1、P2均為低電平時(shí)，則Ml、M2上沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)，因此M1、M2不導(dǎo)通，但由于續(xù)流電感LI的存在，且M3、M4中的二極管能夠形成自地端至輸入回路負(fù)端的導(dǎo)通回路，從而使電路中因續(xù)流電感產(chǎn)生的續(xù)流自輸入回路的正端經(jīng)D3對(duì)C14充電，并且同時(shí)經(jīng)由輸出回路的負(fù)載、第二組VMOS開(kāi)關(guān)電路組(M3、M4)，然后流回負(fù)端。實(shí)際上，一旦電路中存在上述續(xù)流，即PA為高電平、PB為低電平，從而使得P1、P2、P3、P4進(jìn)行或邏輯運(yùn)算后產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，使M3、M4導(dǎo)通，由于M3、M4的電阻很小，因此，在續(xù)流過(guò)程中產(chǎn)生的功耗仍然很小。而且，升壓輸出本身能夠降低線路損耗。比如，Ui=IO(V),升壓后Uo=50 (V)，則根據(jù)P=U2/R可知，線路損耗僅為原來(lái)的1/5.[0047]舉例說(shuō)明本發(fā)明的低功耗:電路中采用Rds=0.001 Ω低導(dǎo)通電阻N溝道VMOS管，在PWM開(kāi)通期間Ml、M2交錯(cuò)導(dǎo)通，VMOS導(dǎo)通電阻Rds=0.001 Ω，M3、M4雙管并聯(lián)交錯(cuò)導(dǎo)通，VMOS導(dǎo)通電阻Rds=0.001 Ω /2=0.0005 Ω，若還是輸入20A電流，則導(dǎo)通電壓為:U1=0.001X20=0.02V，U2=0.0005X20=0.0lV,識(shí)別定向功耗為:Pe=20X (0.02+0.01)=0.6W ;在PWM關(guān)斷期間Ml、M2截止關(guān)斷，M3、M4雙管并聯(lián)交錯(cuò)導(dǎo)通續(xù)流，VMOS導(dǎo)通電阻Rds=0.001 Ω /2=0.0005 Ω，若是20A續(xù)流電流，則導(dǎo)通電壓為:U2=0.0005X20=0.01V，識(shí)別定向功耗為:Pe=20X0.01=0.2W。較之于現(xiàn)有技術(shù)的整流識(shí)別定向電路40W的功耗，本發(fā)明的XC/DC自動(dòng)識(shí)別定向BOOST電路功耗顯著降低。[0048]若反向隔離電路D3也采用同步的VMOS開(kāi)關(guān)電路(其觸發(fā)信號(hào)與PA和PB的波形同步)，則可利用VMOS開(kāi)關(guān)電路電阻小的特性進(jìn)一步降低線路損耗。尤其在BOOST輸出較低時(shí)轉(zhuǎn)換效率的提高更為顯著。
[0049]VMOS開(kāi)關(guān)在觸發(fā)信號(hào)作用下，能夠根據(jù)所加電壓極性實(shí)現(xiàn)正向或反向?qū)?，基于此特性，在輸入交流在波形?fù)半周或輸入直流為上負(fù)下正時(shí)，該XC/DC自動(dòng)定向BOOST電路的工作過(guò)程與上述導(dǎo)通、續(xù)流過(guò)程原理相同，且由于第一組VMOS開(kāi)關(guān)電路組(Ml、M2)與第二組VMOS開(kāi)關(guān)電路組(M3、M4)采用對(duì)稱電路結(jié)構(gòu)，在Ui負(fù)半周VMOS導(dǎo)通和續(xù)流是完全可逆的。如，當(dāng)PWM控制電路(ICl)輸出的控制信號(hào)P1、P2均為低電平時(shí)，則M3、M4上沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)，因此M3、M4不導(dǎo)通，而由第一組VMOS開(kāi)關(guān)電路組(Ml、M2)實(shí)現(xiàn)續(xù)流過(guò)程。
[0050]可見(jiàn)，該BOOST電路能夠自動(dòng)完成對(duì)雙極性電源(交流正玄波、方波、三角波，交流工頻、中頻、低頻、超低頻)的自動(dòng)識(shí)別定向；及對(duì)單極性電源(直流、直流方波、直流三角波等)的自動(dòng)識(shí)別定向，交流雙極性電源及直流單極性電源可以不分正負(fù)任意接入。
[0051]另外，在負(fù)載前加入的輸出安全控制電路，包括基準(zhǔn)電壓源、比較器A、比較器B、三極管NI和穩(wěn)壓管Z5 ;該輸出安全控制電路的輸入端接BOOST直流輸出電壓，輸出端接負(fù)載，所述輸入端和輸出端所在的主回路上串聯(lián)設(shè)置有VMOS管M5和限流電阻R24，其中，VMOS管M5的基極經(jīng)三極管NI接至所述輸出端的負(fù)端，三極管NI的基極接至所述基準(zhǔn)電壓源；所述輸出端并聯(lián)有一個(gè)濾波電容和一個(gè)反饋支路，該反饋支路上依次串聯(lián)有分壓電阻R14和RC電路；
[0052]比較器A的正相輸入端接入該反饋支路，經(jīng)分壓電阻R14接至所述輸出端的正端，比較器A的負(fù)相輸入端接基準(zhǔn)電壓，比較器A的輸出端依次經(jīng)串聯(lián)的電阻R13、電阻R27、電阻R22接至所述輸入端的負(fù)端；
[0053]比較器B的正相輸入端接入電阻R13、電阻R27和電阻R22所在的串聯(lián)支路，其接入節(jié)點(diǎn)位于電阻R27與電阻R22之間；比較器B的負(fù)相輸入端經(jīng)電阻R6接至所述輸出端的負(fù)端；比較器B的輸出端接至三極管NI的基極。
[0054]在VMOS管M5的基極與三極管NI的漏極之間引出一個(gè)支路至VMOS管M5的源極，該支路上設(shè)置有穩(wěn)壓管Zl。
[0055]所述基準(zhǔn)電壓由與所述基準(zhǔn)電壓源串聯(lián)的2.5V穩(wěn)壓管提供。
[0056]比較器B的正相輸入端的接入節(jié)點(diǎn)還通過(guò)濾波電容接至所述輸出端的負(fù)端。
[0057]比較器A和比較器B構(gòu)成一個(gè)雙封裝比較器。
[0058]該雙封裝比較器優(yōu)選LH2903、LM2903或其它同類(lèi)器件。
[0059]IC5為標(biāo)準(zhǔn)高速比較器電路(雙比較器)，比較器B、N1、M5組成恒流控制電路。B-端電壓V3=0V，B+端電壓為:
[0060]V2=R22 X Vl/(R22+R27)-Us
[0061]上式中，Us=IsXRs=IsXR24
[0062]Vl電壓受比較器A控制，A-端電壓VR=2.5V, A+端電壓為:
[0063]VL=ULXR7/(R7+R14) =RLX Is。
[0064]1、限流啟動(dòng)
[0065]電路啟動(dòng)(上電)時(shí)，VL < 2.5V，比較器A輸出低，則R13接入分壓。
[0066]其中:R13< < R25、R13 < < R27、VR=2.5V;[0067]Vl ^ VRXR13/(R13+R25) =2.5XR13/(R13+R25)
[0068]V2=R22XVl/(R22+R27)_Us=R22 X (2.5XR13/(R13+R25))/(R22+R27)-Us
[0069]=2.5XR22XR13/((R13+R25) (R22+R27))-1sXRs
[0070]設(shè):cl=2.5XR22XR13/((R13+R25) (R22+R27))
[0071]BP:V2=cl-RsXIs
[0072]當(dāng)V2=cl_RsXIs ^ 0時(shí)，比較器B、N1、M5限流輸出，限流值為:Is=cl/Rs。
[0073]即能夠保證BOOST輸出以限流(Is=cI/Rs)啟動(dòng)。
[0074]VL=UL X R7/ (R7+R14) =RL XIs=ClX RL/Rs
[0075]因此，只需要配置相應(yīng)的阻值，使得BOOST負(fù)載阻抗較小(短路)時(shí)，VL < 2.5V，工作在安全限流狀態(tài)下。比如，根據(jù)Is=cl/Rs，設(shè)置Is在常規(guī)值1/4-1/10之間。
[0076]2、運(yùn)行中的常規(guī)限流
[0077]當(dāng)BOOST負(fù)載阻抗無(wú)故障VL ^ 2.5V時(shí)比較器A輸出高(開(kāi)路)，則R13脫離分壓，V2=2.5 X R22/(R22+R27+R25)-Us ；
[0078]設(shè):c2=2.5 X R22/ ( R22+R27+R25)
[0079]BP:V2=c2-RsXIL
[0080]當(dāng)V2=c2_RsXIL ^ 0時(shí)，比較器B、N1、M5限流輸出，限流值為:IL=c2/Rs，
[0081]即能夠保證BOOST輸出以限流(IL=c2/Rs)工作。
[0082]因此，只需要配置相應(yīng)的電阻阻值，使IL大于正常工作電流，且使VMOS限制在電流、功率的安全范圍內(nèi)。通常，IL設(shè)置為常規(guī)值的1.1倍至1.5倍之間。
[0083]3、正常工作的低功耗
[0084]BOOST輸出正常工作時(shí)，輸出電流小于IL，比較器(A、B)輸出高(開(kāi)路)，P溝道VMOS (M5)工作在超低導(dǎo)通電阻(Rds=0.005 Ω )狀態(tài)下。
[0085]例如:輸出功率200W輸出電壓50V，則輸出電流為:1=200/50=4A，
[0086]VMOS (M5)上壓降為:4Χ0.005=0.02，
[0087]VMOS (Μ5)控制功耗為:Pe=0.02X4=0.08W，可以看出，正常運(yùn)行時(shí)的控制功耗很低。
[0088]4、短路保護(hù)
[0089]若BOOST電路工作過(guò)程中若發(fā)生輸出短路等故障，導(dǎo)致VL < 2.5V，則比較器A輸出低，使比較器B、N1、M5限流輸出(參見(jiàn)前述第I種情況)，電路重新進(jìn)入安全啟動(dòng)(Is)狀態(tài)，當(dāng)故障消除后，BOOST自動(dòng)恢復(fù)正常輸出。
[0090]上述實(shí)施例是本發(fā)明的最佳實(shí)施例，采用這種交錯(cuò)PWM控制方式使Ml、M2交錯(cuò)導(dǎo)通，每個(gè)VMOS開(kāi)關(guān)工作頻率為1/2電路頻率，能夠使VMOS開(kāi)關(guān)在較低開(kāi)關(guān)頻率下工作，大幅降低開(kāi)關(guān)功耗；相應(yīng)地，電路中L、C器件的工作頻率為2倍VMOS管頻率，較高的電路工作頻率降低了對(duì)LC電路中電感(L)量和電容(C)的要求，降低了成本及工藝難度。實(shí)際上，基于本發(fā)明的導(dǎo)通、續(xù)流的基本原理，也可以考慮每個(gè)VMOS開(kāi)關(guān)電路組只采用一個(gè)VMOS開(kāi)關(guān)，也足以體現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)效果。比如只保留M1、M3，同樣也能夠在輸入交流在波形正半周或輸入直流為上正下負(fù)時(shí)，由Ml、M3實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通回路，由M3實(shí)現(xiàn)續(xù)流回路；在輸入交流在波形負(fù)半周或輸入直流為上負(fù)下正時(shí)，由M1、M3實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通回路，由Ml實(shí)現(xiàn)續(xù)流回路。當(dāng)然，在此方案下，也可以嘗試讓每個(gè)VMOS開(kāi)關(guān)的工作頻率減半，但這就需要成倍地增大續(xù)流電感、儲(chǔ)能電容，以滿足續(xù)流的要求，從而導(dǎo)致成本較高、元器件體積較大、功率密度降低。
【權(quán)利要求】
1.一種高功率因數(shù)電壓波形控制電路，其特征在于:包括輸入電源，所述輸入電源的輸出端分別與續(xù)流電感的輸入端和輸入電流采樣電路的輸入端連接，續(xù)流電感的輸出端與VMOS開(kāi)關(guān)電路的輸入端連接，VMOS開(kāi)關(guān)電路的輸入端還與控制電路的輸出端連接，VMOS開(kāi)關(guān)電路的輸出端依次通過(guò)反向隔離電路、儲(chǔ)能濾波電路和輸出保護(hù)電路與負(fù)載連接； 所述控制電路包括調(diào)寬式脈沖控制電路、驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路、VMOS開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路和續(xù)流電壓采樣電路，調(diào)寬式脈沖控制電路的輸入端分別與輸入電流采樣電路的輸出端和輸出電流采樣電路的輸出端連接，調(diào)寬式脈沖控制電路的輸出端與驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路的輸入端連接，驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路的輸入端還與續(xù)流電壓采樣電路的輸出端連接，驅(qū)動(dòng)信號(hào)合成電路的輸出端通過(guò)VMOS開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路與VMOS開(kāi)關(guān)電路的輸入端連接，續(xù)流電壓采樣電路的輸入端與VMOS開(kāi)關(guān)電路的輸出端連接；所述輸出電流采樣電路的輸入端與儲(chǔ)能濾波電路的輸出端連接； 所述續(xù)流電感是設(shè)置在輸入電源輸出端正端上的差模對(duì)稱電感；所述VMOS開(kāi)關(guān)電路包括兩個(gè)串聯(lián)的VMOS管組，輸入電源通過(guò)續(xù)流電感依次與兩個(gè)VMOS管組在反向隔離電路輸入端之前串聯(lián)；所述VMOS開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路包括兩個(gè)并聯(lián)的驅(qū)動(dòng)器，各驅(qū)動(dòng)器分別與兩個(gè)VMOS管組的輸入端連接；所述輸入電流采樣電路包括電流傳感器CS 1、電容C13、電阻R21，二極管D4，電流傳感器CSl與二極管D4串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)支路，電容C13、電阻R21分別與該支路并聯(lián)；所述反向隔離電路采用共陰極二極管； 所述輸出保護(hù)電路包括基準(zhǔn)電壓源、比較器A、比較器B、三極管NI和穩(wěn)壓管Z5 ;該輸出安全控制電路的輸入端接BOOST直流輸出電壓，輸出端接負(fù)載，所述輸入端和輸出端所在的主回路上串聯(lián)設(shè)置有VMOS管M5和限流電阻R24，其中，VMOS管M5的基極經(jīng)三極管NI接至所述輸出端的負(fù)端，三極管NI的基極接至所述基準(zhǔn)電壓源；所述輸出端并聯(lián)有一個(gè)濾波電容和一個(gè)反饋支路，該反饋支路上依次串聯(lián)有分壓電阻R14和RC電路； 比較器A的正相輸入端接入該反饋支路，經(jīng)分壓電阻R14接至所述輸出端的正端，t匕較器A的負(fù)相輸入端接基準(zhǔn)電壓，比較器A的輸出端依次經(jīng)串聯(lián)的電阻R13、電阻R27、電阻R22接至所述輸入端的負(fù)端； 比較器B的正相輸入端接入電阻R13、電阻R27和電阻R22所在的串聯(lián)支路，其接入節(jié)點(diǎn)位于電阻R27與電阻R22之間；比較器B的負(fù)相輸入端經(jīng)電阻R6接至所述輸出端的負(fù)端；比較器B的輸出端接至三極管NI的基極。
【文檔編號(hào)】H02M1/088GK103856017SQ201210516431
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月30日
【發(fā)明者】胡家培, 胡民海 申請(qǐng)人:西安智海電力科技有限公司