采用開關(guān)周期最優(yōu)利用率控制的斷續(xù)升壓變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電能變換裝置的交流-直流變換器技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種采用開關(guān)周 期最優(yōu)利用率控制的斷續(xù)升壓變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 功率因數(shù)校正（PowerFactorCorrection,PFC)變換器可W減小輸入電流諧波， 提高輸入功率因數(shù)，已得到廣泛應(yīng)用。PFC變換器分為有源和無源兩種方式，相對于無源方 式來說，有源方式具有輸入功率因數(shù)高、體積小、成本低等優(yōu)點。
[0003] 有源PFC變換器可W采用多種電路拓和控制方法，其中BoostPFC變換器是常用 的幾種PFC變換器之一，根據(jù)電感電流連續(xù)與否，可將其分為S種工作模式，即電感電流連 續(xù)模式（ContinuousQirrentMode,CCM)，電感電流臨界連續(xù)模式（CriticalContinuous QirrentMode,CRM),電感電流斷續(xù)模式值iscontinuousQirrentMode,DCM)。
[0004] 其中電流斷續(xù)模式升壓功率因數(shù)校正變換器具有開關(guān)管零電流開通、二極管無反 向恢復(fù)和開關(guān)頻率恒定等優(yōu)點，但由于工作在斷續(xù)模式，能量的傳輸未占滿整個開關(guān)周期， 其電感電流峰值及有效值較大，開關(guān)管和二極管亦然，在加重功率器件電流應(yīng)力的同時，也 帶來導(dǎo)通損耗和開關(guān)管關(guān)斷損耗的增加，影響效率的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種采用開關(guān)周期最優(yōu)利用率控制的斷續(xù)升壓變換器，通 過一種新的開關(guān)周期最優(yōu)利用率控制，大大提高了臨界電感值，減小了電感電流峰值及有 效值。
[0006] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為；一種采用開關(guān)周期最優(yōu)利用率控制的斷續(xù) 升壓變換器，包括變換器主功率電路和控制電路；所述變換器主功率電路包括輸入電壓源 Vi。、EMI濾波器、二極管整流電路RB、Boost電感Lb、開關(guān)管斯、二極管Db、儲能電容C。、負載 Ru;其中輸入電壓源V1。與Effl濾波器的輸入端口連接，Effl濾波器的輸出端口與二極管整 流電路RB的輸入端口連接，二極管整流電路RB的輸出負極為參考電位零點，二極管整流電 路RB的輸出正極與Boost電感Lb的一端連接，Boost電感Lb的另一端分別與開關(guān)管Qb的 漏極及二極管Db的陽極連接，開關(guān)管Qb的源極與參考電位零點連接，二極管Db的陰極分別 與儲能電容C。的陽極及負載Ru的一端連接，儲能電容C。的陰極及負載Ru的另一端均與參 考電位零點連接；
[0007] 所述的控制電路包括第一分壓電路、減法電路、第二分壓電路、乘法器、誤差調(diào)節(jié) 電路、巧片UC3525A;其中第一分壓電路的輸入端與輸入電壓義樣點Vg即二極管整流電路 RB的輸出正極連接，第一分壓電路的輸出端A與減法電路的反相輸入端連接，第二分壓電 路的輸入端連接主功率電路的輸出電壓V。的正極，第二分壓電路的輸出端B分別與減法電 路的正相輸入端和乘法器的第二輸入端V,連接，減法電路的輸出端C與乘法器的第一輸入 端V,相連接，誤差調(diào)節(jié)電路的反相輸入端連接輸出電壓V。的正極，誤差調(diào)節(jié)電路的正相輸 入端連接電壓基準信號Vm，誤差調(diào)節(jié)電路的輸出端與乘法器的第=輸入端Vy連接，乘法器 的輸出端P與巧片UC3525A的輸入端連接。
[000引本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點是；（1)臨界電感值大幅增大，電感電流峰值 及有效值減小，主功率器件電流應(yīng)力降低，變換器的效率提高；（2)輸入電流諧波滿足IEC 61000-3-2ClassD標準要求；(3)輸出電壓紋波減小，尤其在輸入電壓較高時。若保持輸出 電壓最大紋波不變，則儲能電容值可分別減小為原先的48. 6%。
【附圖說明】
[0009] 圖1是BoostPFC變換器主電路。
[0010] 圖2是DCMBoostPFC變換器開關(guān)周期內(nèi)電感電流波形。
[0011] 圖3是半個工頻周期內(nèi)DCMBoostPFC變換器電感電流及其平均值和峰值波形。
[0012] 圖4是半個工頻周期內(nèi)標么化后的輸入電流波形。
[001引圖5是不同情況下的PF曲線圖。
[0014] 圖6是不同輸入電壓下的臨界電感值。
[0015] 圖7是半個工頻周期內(nèi)的開關(guān)周期利用率曲線。
[001引圖8是31/2和0角度附近開關(guān)周期內(nèi)的電感電流波形，其中（a)是31/2角度附 近開關(guān)周期內(nèi)的電感電流波形圖，化）是0角度附近開關(guān)周期內(nèi)的電感電流波形圖。
[0017] 圖9是臨界電感值與M和a的關(guān)系圖，其中（a)是曲面圖，化）是曲線圖。
[0018] 圖10是本發(fā)明采用開關(guān)周期最優(yōu)利用率控制的斷續(xù)升壓變換器的電路結(jié)構(gòu)圖。 [001引圖11是開關(guān)管驅(qū)動信號和電感電流波形圖，其中（a)是定占空比控制，化）是開 關(guān)周期最優(yōu)利用率控制（Lb2= 92UH)，（C)是開關(guān)周期最優(yōu)利用率控制（Lb2= 599UH)。
[0020] 圖12是半個工頻周期中的輸入電流波形。
[0021] 圖13是3、5、7次諧波與基波之比。
[0022] 圖14是3、5、7次諧波與功率之比。
[0023] 圖15是不同輸入電壓下的電感電流有效值。
[0024] 圖16是半個工頻周期中的電感電流峰值。
[00巧]圖17是半個工頻周期中的瞬時輸入功率標么值和輸出電壓波形。
[0026] 圖18是兩種控制方式下的輸出電壓紋波之比。
【具體實施方式】
[0027] 1DCMBoostPFC變換器的工作原理
[002引圖1是主電路。圖2給出了工作于DCM時的電感電流波形。圖3為半個工頻周期 內(nèi)，電感電流及其平均值和峰值波形。
[0029] 輸入交流電壓的表達式為：
[0030] V化=Vmsin?t (1)
[00扣工頻周期內(nèi)，當占空比Dy固定時，假設(shè)變換器的效率為100% (后同），[0-31]內(nèi)， 一個開關(guān)周期中電感電流峰值i^jk、電感電流平均值即輸入電流i1。、占空比Dy、電感 電流下降時間恥和功率因數(shù)PF分別為
【主權(quán)項】
1. 一種采用開關(guān)周期最優(yōu)利用率控制的斷續(xù)升壓變換器，其特征在于，包括變換器主 功率電路（1)和控制電路：所述變換器主功率電路（1)包括輸入電壓源Vin、EMI濾波器、二 極管整流電路RB、Boost電感Lb、開關(guān)管Qb、二極管Db、儲能電容C。、負載R u;其中輸入電壓 源vin與EMI濾波器的輸入端口連接，EMI濾波器的輸出端口與二極管整流電路RB的輸入 端口連接，二極管整流電路RB的輸出負極為參考電位零點，二極管整流電路RB的輸出正極 與Boost電感Lb的一端連接，Boost電感Lb的另一端分別與開關(guān)管Qb的漏極及二極管D b的 陽極連接，開關(guān)管Qb的源極與參考電位零點連接，二極管D b的陰極分別與儲能電容C。的陽 極及負載Ru的一端連接，儲能電容C。的陰極及負載Rw的另一端均與參考電位零點連接； 所述的控制電路包括第一分壓電路（2)、減法電路（3)、第二分壓電路（4)、乘法器（5)、 誤差調(diào)節(jié)電路（6)、芯片UC3525A(7);其中第一分壓電路（2)的輸入端與輸入電壓采樣點Vg即二極管整流電路RB的輸出正極連接，第一分壓電路（2)的輸出端A與減法電路（3)的反 相輸入端連接，第二分壓電路（4)的輸入端連接主功率電路（1)的輸出電壓V。的正極，第 二分壓電路（4)的輸出端B分別與減法電路（3)的正相輸入端和乘法器（5)的第二輸入端 Vz連接，減法電路⑶的輸出端C與乘法器（5)的第一輸入端Vx相連接，誤差調(diào)節(jié)電路（6) 的反相輸入端連接輸出電壓V。的正極，誤差調(diào)節(jié)電路（6)的正相輸入端連接電壓基準信號 Vtjg，誤差調(diào)節(jié)電路（6)的輸出端與乘法器（5)的第三輸入端Vy連接，乘法器（5)的輸出端P 與芯片UC3525A(7)的輸入端連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用開關(guān)周期最優(yōu)利用率控制的斷續(xù)升壓變換器，其特征在 于，所述的第一分壓電路（2)包括第一運算放大器A1、第一電阻R1、第二電阻R2;輸入電壓采 樣點Vg與第一電阻R :的一端連接，第一電阻R:的另一端分別與第一運算放大器A i的正相 輸入端和第二電阻R2的一端連接，第二電阻1?2的另一端與參考電位零點連接，第一運算放 大器4的反向輸入端與輸出端A直接連接，構(gòu)成同相電壓跟隨器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用開關(guān)周期最優(yōu)利用率控制的斷續(xù)升壓變換器，其特征在 于，所述減法電路（3)包括第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R 6、第二運算放 大器A2，其中第三電阻馬一端與第一分壓電路（2)的輸出端A連接，另一端連接到第二運 算放大器A2的反相輸入端，第六電阻R 6串接于第二運算放大器A 2的反相輸入端和輸出端 之間，第四電阻R4-端連接到第二分壓電路（4)的輸出端B，第四電阻1?4的另一端分別與 第一運算放大器A2的正相輸入端和第五電阻R 5的一端連接，第五電阻R 5的另一端與參考 電位零點連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用開關(guān)周期最優(yōu)利用率控制的斷續(xù)升壓變換器，其特征在 于，所述的第二分壓電路（4)包括第三運算放大器A3、第七電阻R7、第八電阻R8;輸出電壓V。 正極與第七電阻R7的一端連接，第七電阻R 7的另一端分別與第三運算放大器A 3的正相輸 入端和第八電阻R8的一端連接，第八電阻R 8的另一端與參考電位零點連接，第三運算放大 器^的反向輸入端與輸出端A直接連接，構(gòu)成同相電壓跟隨器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用開關(guān)周期最優(yōu)利用率控制的斷續(xù)升壓變換器，其特征在 于，所述誤差調(diào)節(jié)電路（6)包括第九電阻R9、第十電阻Rltl、第十一電阻Rn、第一電容(^、第四 運算放大器A4;其中第九電阻R9-端與第二分壓電路（4)的輸出端B連接，另一端分別與 第四運算放大器A4的反相輸入端、第十電阻Rltl的一端、第十一電阻R11的一端連接，第十電 阻Rltl的另一端與參考點位零點連接，第十一電阻R n的另一端與第一電容C廣端連接，第 一電容C1的另一端與第四運算放大器A4的輸出端連接，第四運算放大器A4的正相輸入端 連接電壓基準信號Vtjg。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用開關(guān)周期最優(yōu)利用率控制的斷續(xù)升壓變換器，其特征在 于，所述芯片UC3525A(7)由TI公司生產(chǎn)，包括第五運算放大器、、第六放大器A6、PWM Latch 電路和分頻器，該芯片是一種電壓型PWM集成控制器，集成了進行脈寬調(diào)制所需的功能。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用開關(guān)周期最優(yōu)利用率控制的斷續(xù)升壓變換器，包括主功率電路和控制電路，控制電路結(jié)構(gòu)如下：第一分壓電路的輸入端與輸入電壓采樣點連接，第一分壓電路的輸出端與減法電路的反相輸入端連接，第二分壓電路的輸入端連接主功率電路的輸出電壓正極，第二分壓電路的輸出端分別與減法電路的正相輸入端和乘法器的第二輸入端連接，減法電路的輸出端與乘法器的第一輸入端vx相連接，誤差調(diào)節(jié)電路的反相輸入端連接輸出電壓的正極，誤差調(diào)節(jié)電路的正相輸入端連接電壓基準信號，誤差調(diào)節(jié)電路的輸出端與乘法器的第三輸入端連接，乘法器的輸出端與芯片UC3525A的輸入端連接。本發(fā)明增大了臨界電感值，提高了變換效率，同時也減小了輸出電壓紋波或輸出儲能電容。
【IPC分類】H02M1-14, H02M7-217
【公開號】CN104836461
【申請?zhí)枴緾N201510126637
【發(fā)明人】姚凱, 李強, 周旭峰, 王祎, 李輝
【申請人】南京理工大學
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年3月20日