本發(fā)明涉及電力電子變換技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于脈沖頻率調(diào)制的載波發(fā)生電路。

背景技術(shù)：

作為一種脈沖調(diào)制方法，脈沖頻率調(diào)制(PFM)在DC-DC電力變換中應(yīng)用廣泛，其主要思想是使得調(diào)制信號(hào)的頻率隨輸入信號(hào)的電壓幅值而變化，而占空比不變。采用脈沖頻率調(diào)制(PFM)可以提高輕負(fù)載的效率。

經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，關(guān)于脈沖頻率調(diào)制的研究主要集中在控制算法等方面。常昌遠(yuǎn)在2011年的《微電子學(xué)》上提出了一種帶紋波控制的全載高效率DC-DC變換器設(shè)計(jì)，采用帶電感電流峰值控制的PFM技術(shù)，顯著減小了輕載時(shí)的輸出電壓紋波，減小幅度最高達(dá)80％；黃建明等人在專利中提出了一種脈沖頻率調(diào)制和準(zhǔn)諧振雙模式調(diào)制的微型并網(wǎng)逆變器控制方法，在反擊時(shí)微型逆變器中，在電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)附近采用脈沖頻率調(diào)制模式控制，保持MOS管的開通時(shí)間固定，通過調(diào)節(jié)開關(guān)頻率Ts，保證了并網(wǎng)電流為正弦波。

在電力電子變換器的實(shí)際應(yīng)用中，截止目前，仍然很少采用數(shù)字控制器設(shè)計(jì)脈沖頻率調(diào)制技術(shù)進(jìn)行電磁干擾(EMI)抑制。單相功率因數(shù)校正器大都應(yīng)用在家用電器領(lǐng)域，家用電器設(shè)備對(duì)EMI的要求非常高，為此可以采用脈沖頻率調(diào)制技術(shù)，包括數(shù)字控制器或模擬控制器。當(dāng)采用模擬控制器時(shí)目前比較缺少一種產(chǎn)生脈沖頻率調(diào)制的載波發(fā)生電路的硬件實(shí)現(xiàn)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種單位功率因數(shù)校正領(lǐng)域的用于脈沖頻率調(diào)制的載波發(fā)生電路，該電路是一種脈沖頻率調(diào)制的硬件實(shí)現(xiàn)方法。

根據(jù)本發(fā)明提供的用于脈沖頻率調(diào)制的載波發(fā)生電路，包括恒流電路、整流電路、倒正弦波發(fā)生電路和載波發(fā)生電路，所述恒流電路提供一個(gè)恒定電流，整流電路首先對(duì)輸入交流電壓進(jìn)行整流，形成全波整流電壓，全波整流電壓經(jīng)由倒正弦波發(fā)生電路產(chǎn)生全波脈動(dòng)電流，并與恒定電流做減法計(jì)算后，在倒正弦波發(fā)生電路輸出端形成倒正弦波電壓，倒正弦波電壓接著輸入載波發(fā)生電路中產(chǎn)生載波電壓。

優(yōu)選地，所述恒流電路包括運(yùn)放OP1、電阻R1、電阻R2和三極管TR1。

具體地，電阻R1的一端接電壓Vr，電阻R1的另一端接入運(yùn)放OP1的同相輸入端，運(yùn)放OP1的反相輸入端分別與三極管TR1的發(fā)射極和電阻R2的一端相連，電阻R2的另一端接地，三極管TR1的基極與運(yùn)放OP1的輸出端相連。

優(yōu)選地，所述電壓Vr＝10V。

優(yōu)選地，所述整流電路包括電容C1、二極管D1和二極管D2。

具體地，電容C1并聯(lián)在輸入交流電壓兩端，二極管D1的陽極與電容C1的一端相連，二極管D2的陽極與電容C1的另一端相連，二極管D1和二極管D2的陰極相連。

優(yōu)選地，所述倒正弦波發(fā)生電路包括電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、三極管TR2、三極管TR3和電流互感器CT1。

具體地，電阻R3的一端分別與二極管D1的陰極和二極管D2的陰極的連接點(diǎn)相連，電阻R3的另一端分別與三極管TR2的集電極和基極以及電阻R5的一端相連，三極管TR2的發(fā)射極接電阻R4的一端，電阻R4的另一端接地，電阻R5的另一端接三極管TR3的基極，三極管TR3的集電極接電阻R7的一端，電阻R7的另一端接電壓V_A，三極管TR3的發(fā)射極接電阻R6的一端，電阻R6的另一端接三極管TR1的集電極，電流互感器CT1一次側(cè)的一端連接三極管TR1的集電極，電流互感器CT1一次側(cè)的另一端接電壓V_B。

優(yōu)選地，所述V_A＝10V和/或V_B＝15V。

優(yōu)選地，所述載波發(fā)生電路包括電容C2、逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET1、逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET2、電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12、電阻R13和運(yùn)放OP2。

具體地，電容C2的一端分別連接電流互感器CT1二次側(cè)的一端、逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET1的漏極和電阻R12的一端，電流互感器CT1二次側(cè)的另一端接地，電容C2的另一端接地，電阻R8的一端接電壓V_B，電阻R8的另一端分別接電阻R9、電阻R10和電阻R11的一端，電阻R9的另一端接逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET2的漏極，電阻R11的另一端接地，運(yùn)放OP2的同相輸入端與電阻R12的另一端相連，運(yùn)放OP2的反相輸入端與電阻R10的另一端相連，運(yùn)放OP2的輸出端接電阻R13的一端，電阻R13的另一端分別接逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET1的門極和逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET2的門極，逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET1的源極和逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET2的源極分別接地。電容C2的兩端電壓作為整個(gè)載波發(fā)生電路的輸出端。

優(yōu)選地，所述V_B＝15V。

本發(fā)明的工作過程及工作原理為：整流電路首先對(duì)輸入交流電壓進(jìn)行整流，變?yōu)槿ㄕ麟妷海又?jīng)由三極管TR2和三極管TR3轉(zhuǎn)換為全波脈動(dòng)電流，并接入恒流電路中，由基爾霍夫電流定律可得，通過電流互感器CT1一次側(cè)的電流為具有倒正弦波形式的電流，電流互感器CT1的二次側(cè)也獲得倒正弦波形式的電流，并對(duì)電容C2充電，電容C2兩端的電壓逐漸上升，當(dāng)其上升到超過電阻R8和電阻R11的分壓時(shí)，運(yùn)放OP2輸出正向電壓，逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET1和逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET2的門極被導(dǎo)通，電容C2被接地，電壓迅速下降，與此同時(shí)，電阻R9被接入電路，電阻R11和電阻R9并聯(lián)，與電阻R8分壓，運(yùn)放OP2的反相輸入端參考電壓下降，當(dāng)電容C2兩端電壓下降到比運(yùn)放OP2的反相輸入端電壓更低時(shí)，運(yùn)放OP2輸出為0，逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET1和逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET2的門極關(guān)斷，電阻R9從電路中切除，電容C2開始充電，如此循環(huán)往復(fù)，就形成了具有倒正弦波規(guī)律的鋸齒載波。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明采用硬件搭建了脈沖頻率調(diào)制的載波發(fā)生電路，與一般的用微控制器產(chǎn)生同樣的載波相比，節(jié)約了硬件成本和算法設(shè)計(jì)開銷；

2、使用倒正弦波產(chǎn)生載波，在電壓高時(shí)開關(guān)頻率低，損耗小。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明提供的實(shí)施例的電路原理圖。

圖2為全波整流電路末端電壓波形圖。

圖3為電流互感器二次側(cè)電流波形圖。

圖4為電容C2兩端電壓波形圖。

圖1中，1為整流電路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

根據(jù)本發(fā)明提供的用于脈沖頻率調(diào)制的載波發(fā)生電路，包括恒流電路、整流電路、倒正弦波發(fā)生電路和載波發(fā)生電路，所述恒流電路提供一個(gè)恒定的電流(i₁)，整流電路首先對(duì)輸入交流電壓進(jìn)行整流，形成全波整流電壓，經(jīng)由倒正弦波發(fā)生電路的兩個(gè)三極管產(chǎn)生全波脈動(dòng)電流，并與恒定電流做減法計(jì)算，在倒正弦波發(fā)生電路輸出端形成倒正弦波電壓，接著輸入載波發(fā)生電路中產(chǎn)生載波電壓。

優(yōu)選地，所述恒流電路包括運(yùn)放OP1、電阻R1、電阻R2和三極管TR1。

具體地，電阻R1的一端接10V電壓Vr，電阻R1的另一端接入運(yùn)放OP1的同相輸入端，運(yùn)放OP1的反相輸入端分別與三極管TR1的發(fā)射極和電阻R2的一端相連，電阻R2的另一端接地，三極管TR1的基極與運(yùn)放OP1的輸出端相連。

優(yōu)選地，所述整流電路包括電容C1、二極管D1和二極管D2。

具體地，電容C1并聯(lián)在輸入交流電壓兩端，二極管D1的陽極與電容C1的一端相連，二極管D2的陽極與電容C1的另一端相連，二極管D1和二極管D2的陰極相連。

優(yōu)選地，所述倒正弦波發(fā)生電路包括電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、三極管TR2、三極管TR3和電流互感器CT1。

具體地，電阻R3的一端分別與二極管D1的陰極和二極管D2的陰極的連接點(diǎn)相連，電阻R3的另一端分別與三極管TR2的集電極和基極以及電阻R5的一端相連，三極管TR2的發(fā)射極接電阻R4的一端，電阻R4的另一端接地，電阻R5的另一端接三極管TR3的基極，三極管TR3的集電極接電阻R7的一端，電阻R7的另一端接10V電壓V_A，三極管TR3的發(fā)射極接電阻R6的一端，電阻R6的另一端接三極管TR1的集電極，電流互感器CT1一次側(cè)的一端連接三極管TR1的集電極，電流互感器CT1一次側(cè)的另一端接15V電壓V_B。

優(yōu)選地，所述載波發(fā)生電路包括電容C2、逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET1、逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET2、電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12、電阻R13和運(yùn)放OP2。

具體地，電容C2的一端分別連接電流互感器CT1二次側(cè)的一端、逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET1的漏極和電阻R12的一端，電流互感器CT1二次側(cè)的另一端接地，電容C2的另一端接地，電阻R8的一端接15V電壓V_B，電阻R8的另一端分別接電阻R9、電阻R10和電阻R11的一端，電阻R9的另一端接逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET2的漏極，電阻R11的另一端接地，運(yùn)放OP2的同相輸入端與電阻R12的另一端相連，運(yùn)放OP2的反相輸入端與電阻 R10的另一端相連，運(yùn)放OP2的輸出端接電阻R13的一端，電阻R13的另一端分別接逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET1的門極和逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET2的門極，逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET1的源極和逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET2的源極分別接地。電容C2的兩端電壓作為整個(gè)載波發(fā)生電路的輸出端。

本發(fā)明的工作過程及工作原理為：整流電路首先對(duì)輸入交流電壓進(jìn)行整流，變?yōu)槿ㄕ麟妷?，接著?jīng)由三極管TR2和三極管TR3轉(zhuǎn)換為全波脈動(dòng)電流，并接入恒流電路中，由基爾霍夫電流定律可得，通過電流互感器CT1一次側(cè)的電流為具有倒正弦波形式的電流，電流互感器CT1的二次側(cè)也獲得倒正弦波形式的電流，并對(duì)電容C2充電，電容C2兩端的電壓逐漸上升，當(dāng)其上升到超過電阻R8和電阻R11的分壓時(shí)，運(yùn)放OP2輸出正向電壓，逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET1和逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET2的門極被導(dǎo)通，電容C2被接地，電壓迅速下降，與此同時(shí)，電阻R9被接入電路，電阻R11和電阻R9并聯(lián)，與電阻R8分壓，運(yùn)放OP2的反相輸入端參考電壓下降，當(dāng)電容C2兩端電壓下降到比運(yùn)放OP2的反相輸入端電壓更低時(shí)，運(yùn)放OP2輸出為0，逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET1和逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET2的門極關(guān)斷，電阻R9從電路中切除，電容C2開始充電，如此循環(huán)往復(fù)，就形成了具有倒正弦波規(guī)律的鋸齒載波。

本發(fā)明搭建硬件電路實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)生鋸齒載波功能，與一般使用微控制器相比節(jié)省了成本，同時(shí)采用倒正弦波的設(shè)計(jì)也使得電壓高時(shí)開關(guān)管頻率降低，減小了開關(guān)管損耗。

本實(shí)施例中，所述的用于脈沖頻率調(diào)制的載波發(fā)生電路，包括電容C1-C2、電阻R1-R13、運(yùn)放OP1-OP2、三極管TR1-TR3、二極管D1-D2、電流互感器CT1、逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET1和FET2，采用交流電源Us、直流電壓源V_A、V_B和Vr，其中：

交流電源Us兩端并聯(lián)電容C2，二極管D1和二極管D2的陽極分別與電容C1的一端相連，二極管D1和二極管D2的陰極相連之后與電阻R3的一端相連；

電阻R1的一端連接電壓源Vr，運(yùn)放OP1的同相輸入端與電阻R1的另一端相連，運(yùn)放OP1的反相輸入端分別與電阻R2的一端和三極管TR1的發(fā)射極相連，電阻R2的另一端接地；

三極管TR1的基極與運(yùn)放OP1的輸出端相連，三極管TR1的集電極分別與電流互感器CT1一次側(cè)的一端和電阻R6的一端相連；

三極管TR2的基極與集電極、電阻R3的另一端和電阻R5的一端相連，三極管TR2的發(fā)射極連接電阻R4的一端，電阻R4的另一端接地，電阻R5的另一端連接三極管TR3的基極，三極管TR3的集電極與電阻R7的一端相連，電阻R7的另一端連接電壓源V_A，三極管TR3的發(fā)射極連接電阻R6的另一端；

電流互感器CT1一次側(cè)的另一端連接電壓源V_B和電阻R8的一端，電流互感器CT1二次側(cè)的一端接地，電流互感器CT1二次側(cè)的另一端分別連接電容C2的一端、電阻R12的一端和逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET1的漏極，電容C2的另一端接地；

電阻R8的另一端分別連接電阻R9、電阻R10和電阻R11的一端，運(yùn)放OP2的反相輸入端連接電阻R10的另一端，運(yùn)放OP2的同相輸入端連接電阻R12的另一端，運(yùn)放OP2的輸出端連接電阻R13的一端；

電阻R9的另一端連接逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET2的漏極，電阻R11的另一端接地；

電阻R13的另一端分別連接逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET1和逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET2的門極，逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET1和逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET2的源極分別接地。

本實(shí)例中上述各個(gè)元器件的選型，可以優(yōu)選為：

輸入交流電壓Us：220V；

直流電壓源Vr：10V；

直流電壓源V_A：10V；

直流電壓源V_B：15V；

二極管D1-D2：600V，1A/100℃；

電容C1：275V，1.0μF，用于濾波；

三極管TR1-TR3：NPN型，50V；

電阻R1：5kΩ；

電阻R2：5kΩ；

電阻R3：300kΩ；

電阻R4：5kΩ；

電阻R5：2kΩ；

電阻R6：5kΩ；

電阻R7：5kΩ；

電阻R8：10kΩ；

電阻R9：5kΩ；

電阻R10：1kΩ；

電阻R11：5kΩ；

電阻R12：1kΩ；

電阻R13：2kΩ；

電容C2：50V，10nF；

逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET1-FET2：50V，1A/100℃；

電流互感器：50V，匝比1∶5；

運(yùn)放OP1-OP2：LM358。

整個(gè)電路具體工作時(shí)：

如圖1所示，整流電路首先對(duì)輸入交流電壓(U_s)進(jìn)行整流，變?yōu)槿ㄕ麟妷?U_i)，如圖2所示。接著經(jīng)由三極管TR2和三極管TR3轉(zhuǎn)換為全波脈動(dòng)電流(i₃)，并接入恒流電路中，由基爾霍夫電流定律可得，通過電流互感器CT1一次側(cè)的電流(i₂)為具有倒正弦波形式的電流，電流互感器CT1的二次側(cè)也獲得倒正弦波形式的電流(i₄)，如圖3所示。該電流(i₄)對(duì)電容C2充電，電容C2兩端的電壓(U_o)逐漸上升，當(dāng)其上升到超過電阻R8和電阻R11的分壓時(shí)，運(yùn)放(放大器)OP2輸出正向電壓，逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET1和逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET2的門極被導(dǎo)通，電容C2被接地，電壓迅速下降，與此同時(shí)，電阻R9被接入電路，電阻R11和電阻R9并聯(lián)，與電阻R8分壓，運(yùn)放OP2的反相輸入端參考電壓下降，當(dāng)電容C2兩端電壓下降到比運(yùn)放OP2的反相輸入端電壓更低時(shí)，運(yùn)放OP2輸出為0，逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET1和逆導(dǎo)型開關(guān)器件FET2門極關(guān)斷，電阻R9從電路中切除，電容C2開始充電，如此循環(huán)往復(fù)，就形成了具有倒正弦波規(guī)律的鋸齒載波，如圖4所示。

本發(fā)明完全采用硬件電路形成了脈沖頻率調(diào)制所需要的鋸齒載波，無須使用微控制器以及相應(yīng)的算法編程，減少設(shè)計(jì)人員負(fù)擔(dān)的同時(shí)也減少了購買控制器花費(fèi)的成本和編寫控制程序的調(diào)試成本，同時(shí)，采用倒正弦波使得在輸入電壓高時(shí)脈沖頻率降低，減小了兩個(gè)開關(guān)器件的損耗。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例和實(shí)施例中的特征可以任意相互組合。