功率轉換電路、交流-直流電源變換器及其控制方法

2023-09-22 03:18:50

功率轉換電路、交流-直流電源變換器及其控制方法
【專利摘要】本發明揭示了一種用於交流-直流電源變換器的控制方法，該方法包括：所述交流-直流電源變換器的輸入電流經濾波電容和功率轉換電路分為第一支路電流和第二支路電流；所述功率轉換電路接收一反饋信號和三角波信號，根據所述反饋信號產生一第一導通時間，以使所述功率轉換電路具有一第一轉換電流；根據所述三角波信號產生一第二導通時間，以使所述功率轉換電路具有一第二轉換電流；其中，所述三角波信號為根據所述第一支路電流來確定，使得所述第二轉換電流與所述第一支路電流大小相等，方向相反，從而減小或消除濾波電容對輸入電流造成的諧波影響，效果顯著。本發明還揭示了一種使用上述方法的功率轉換電路以及交流-直流電源變換器。
【專利說明】功率轉換電路、交流-直流電源變換器及其控制方法【技術領域】
[0001] 本發明涉及交流-直流電源變換器【技術領域】，特別是涉及一種功率轉換電路、交流-直流電源變換器及其控制方法。
【背景技術】
[0002]交流-直流電源變換器是將一交流輸入轉換成一直流輸出的一種電源裝置，具有體積小，效率高的優點，因此被廣泛應用於手機充電器和筆記本電腦適配器等場合。在所有類型的交流-直流電源變換器中，由於反激式交流-直流電源變換器的電路簡單，輸出電壓易調節，所以反激式交流-直流電源變換器是最通用的。
[0003]請參考圖1，圖1為現有技術中交流-直流電源變換器的電路圖。在交流-直流電源變換器中，整流電路102用來對交流輸入電源101的交流輸入電壓執行整流處理。在整流電路102後,具有一濾波電容105,濾波電容105 —方面執行濾波處理,另一方面,在交流輸入電源101欠壓時，提供能量給功率轉換電路10。濾波電容105與功率轉換電路10並聯連接，這樣所述電源變換器的輸入電流Iin經濾波電容105和功率轉換電路10分為第一支路電流L和第二支路電流If，其中，所述第一支路電流L為所述濾波電容105的電流，所述第二支路電流If為所述功率轉換電路10的電流，並且有:Iin=Ie+IF。這裡，所述功率轉換電路10以反激式功率級電路為例，其包括有一變壓器120和一功率開關器件125，所述變壓器120包括初級繞組LI和次級繞組L2，所述初級繞組LI接入第二支路電流If並將信號感應至次級繞組L2，所述次級繞組L2將感應到的電壓信號傳輸給整流濾波電路170，經整流濾波處理後產生直流輸出V0UT。直流輸出VOUT可經由反饋電路140的信號處理，以產生反饋信號至開關控制電路130，開關控制電路130還接受表徵所述直流輸出VOUT的期望輸出值的基準電壓信號VMf，開關控制電路130輸出一控制信號至功率開關器件125，以控制功率開關器件125的通斷。
[0004]偏置電壓產生電路190用來根據輔助繞組L3的感應電流產生偏置電壓信號供應至開關控制電路130。
[0005]在現有技術中，反激式功率轉換電路中的第二支路電流If—般為正弦波，如圖2所示為現有技術中第二支路電流的波形示意圖，其中，縱坐標表示電流(A)，橫坐標表示時間t (ms)，圖中表示一個工頻周期(一般為20ms)內的波形示意圖。圖3為現有技術中第一支路電流的波形示意圖，其中，縱坐標表示電流(A)，橫坐標表示時間t (ms)，圖中表示一個工頻周期(一般為20ms)內的波形示意圖。從圖3可以看出，由於濾波電容105的充放電影響，第一支路電流L的波形會產生一個突變，所以，輸入電流Iin的波形為非正弦波，如圖4所示。尤其在所述電源變換器的負載較輕時，第一支路電流I。佔到輸入電流Iil^大的比例，此時對輸入電流Iin的影響更為顯著，導致輸入電流Iin的諧波大，系統功率因數低。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在於，提供一種功率轉換電路、交流-直流電源變換器及其控制方法，可以減小或消除濾波電容對輸入電流造成的諧波影響。
[0007]為解決上述技術問題，本發明提供一種用於交流-直流電源變換器的控制方法，所述交流-直流電源變換器包含有並聯的濾波電容和功率轉換電路，包括:
[0008]所述交流-直流變換器接收一交流輸入，所述交流輸入提供一輸入電流；
[0009]所述輸入電流經所述濾波電容和所述功率轉換電路分為第一支路電流和第二支路電流，其中，所述第一支路電流為所述濾波電容的電流；所述第二支路電流為所述功率轉換電路的電流；
[0010]所述功率轉換電路接收一表徵所述功率轉換電路的輸出電信號的反饋信號和一三角波信號，並且，
[0011]根據所述反饋信號產生一第一導通時間，以使所述功率轉換電路具有一第一轉換電流；
[0012]根據所述三角波信號產生一第二導通時間，以使所述功率轉換電路具有一第二轉換電流；
[0013]所述功率轉換電路的導通時間為第一導通時間和第二導通時間之和；所述第二支路電流為所述第一轉換電流和所述第二轉換電流之和；
[0014]其中，所述三角波信號為根據所述第一支路電流來確定，以使得所述第二轉換電流與所述第一支路電流大小相等、方向相反。
[0015]進一步的，在所述的控制方法中，還包括:
[0016]計算所述反饋信號與一第一基準電壓信號的誤差，並對誤差結果進行補償，以獲得一第一補償信號，其中，所述第一基準電壓信號為表徵所述功率轉換電路的輸出電信號的期望輸出值；
[0017]將所述第一補償信號與所述三角波信號相疊加，以產生一第二補償信號；
[0018]根據所述第二補償信號產生一控制信號，所述控制信號用以控制所述功率轉換電路中功率開關器件的開關動作。
[0019]進一步的，在所述的控制方法中，還包括:
[0020]根據所述第一支路電流的大小和所述第一轉換電流的計算公式獲得所述第二導通時間的函數；
[0021]對所述第二導通時間的函數進行擬合以獲得表徵所述三角波信號的期望信號；
[0022]根據所述期望信號產生所述三角波信號。
[0023]依據本發明的一種功率轉換電路，用於交流-直流電源變換器中，所述交流-直流電源變換器還包含有與所述功率轉換電路並聯的濾波電容，所述交流-直流電源變換器的輸入電流經所述濾波電容和所述功率轉換電路分為第一支路電流和第二支路電流，其中，所述第一支路電流為所述濾波電容的電流；所述第二支路電流為所述功率轉換電路的電流，所述功率轉換電路包括:
[0024]補償電路，對接收的表徵所述功率轉換電路的輸出電信號的反饋信號和第一基準電壓信號進行誤差計算，並對誤差結果進行補償以產生一第一補償信號，其中，所述第一基準電壓信號為表徵所述功率轉換電路的輸出電信號的期望輸出值；
[0025]三角波信號產生電路，用於輸出一三角波信號；
[0026]疊加電路，用以將所述第一補償信號和所述三角波信號進行疊加，以產生一第二補償信號；
[0027]驅動控制電路，接收所述第二補償信號以產生一控制信號，所述控制信號控制所述功率轉換電路中功率開關器件的開關動作；
[0028]在每一開關周期內，根據所述反饋信號產生一第一導通時間，以使所述功率轉換電路具有一第一轉換電流；
[0029]根據所述三角波信號產生一第二導通時間，以使所述功率轉換電路具有一第二轉換電流；
[0030]所述功率轉換電路的導通時間為第一導通時間和第二導通時間之和；所述第二支路電流為所述第一轉換電流和所述第二轉換電流之和；
[0031]其中，所述三角波信號為根據所述第一支路電流來確定，以使得所述第二轉換電流與所述第一支路電流大小相等、方向相反。
[0032]進一步的，所述三角波信號產生電路包括充放電電路和第一比較器，
[0033]所述充放電電路包括直流電源、第一電容和第一開關，所述第一電容和第一開關並聯連接後，與所述直流電源串聯連接，所述直流電源對所述第一電容進行充電，所述第一比較器的輸出端輸出的信號控制所述第一開關的開關動作以控制所述第一電容的放電動作；
[0034]所述第一比較器的第一輸入端接收所述第一電容的兩端電壓，第二輸入端接收一第二基準電壓信號，其輸出端輸出一比較信號；
[0035]所述第一電容的兩端電壓作為所述三角波信號；
[0036]其中，所述直流電源、第一電容和第二基準電壓信號的值根據所述期望信號來確定。
[0037]進一步的，所述疊加電路包括一加法器。
[0038]依據本發明的一種交流-直流電源變換器，用於將交流輸入轉換為直流輸出，所述電源變換器包括一功率轉換電路和一濾波電容，所述功率轉換電路和濾波電容並聯連接，所述功率轉換電路為上述的功率轉換電路。
[0039]進一步的，所述電源變換器還包括一整流電路，所述整流電路對所述交流輸入進行整流處理以產生直流輸入。
[0040]與現有技術相比，本發明提供的功率轉換電路、交流-直流電源變換器及其控制方法具有以下優點:
[0041]在本發明提供的控制方法中，接收一根據第一支路電流產生的三角波信號，並據此控制使所述功率開關器件產生一第二導通時間，從而使得所述功率轉換電路增加一第二轉換電流，所述第二轉換電流與所述第一支路電流大小相等，方向相反，這樣，其在輸入電流的計算公式中可相互抵消，使得所述輸入電流的波形與所述第一轉換電流的波形相同，呈正弦變化，從而減小或消除濾波電容對輸入電流造成的諧波影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1為現有技術中交流-直流電源變換器的電路圖；
[0043]圖2為現有技術中第二支路電流的波形示意圖；
[0044]圖3為現有技術中第一支路電流的波形示意圖；[0045]圖4為現有技術中輸入電流的波形示意圖；
[0046]圖5為本發明一實施例中所述第二導通時間的函數示意圖；
[0047]圖6為本發明一實施例中表徵所述三角波信號的期望信號示意圖；
[0048]圖7為本發明一實施例中交流-直流電源變換器的電路圖；
[0049]圖8為本發明一實施例中三角波信號產生電路的電路結構圖；
【具體實施方式】[0050]正如【背景技術】中所述，現有技術的交流-直流電源變換器中，所述濾波電容會對輸入電流造成一定的諧波影響。本領域技術人員知道:
[0051]在交流-直流電源變換器中，以反激式功率級電路為例，一般地，為得到較好的功率因數和減小損耗，常採用準諧振控制模式，在這種控制模式下，所述第二支路電流If即所述功率轉換電路的電流，在時間t下的表達式為:
【權利要求】
1.一種用於交流-直流電源變換器的控制方法，所述交流-直流電源變換器包含有並聯的濾波電容和功率轉換電路，其特徵在於，包括: 所述交流-直流電源變換器接收一交流輸入，所述交流輸入提供一輸入電流； 所述輸入電流經所述濾波電容和所述功率轉換電路分為第一支路電流和第二支路電流，其中，所述第一支路電流為所述濾波電容的電流；所述第二支路電流為所述功率轉換電路的電流； 所述功率轉換電路接收一表徵所述功率轉換電路的輸出電信號的反饋信號和一三角波信號，並且， 根據所述反饋信號產生一第一導通時間，以使所述功率轉換電路具有一第一轉換電流； 根據所述三角波信號產生一第二導通時間，以使所述功率轉換電路具有一第二轉換電流； 所述功率轉換電路的導通時間為所述第一導通時間和所述第二導通時間之和；所述第二支路電流為所述第一轉換電流和所述第二轉換電流之和； 其中，所述三角波信號為根據所述第一支路電流來確定，以使得所述第二轉換電流與所述第一支路電流大小相等、方向相反。
2.如權利要求1所述的控制方法，其特徵在於，包括: 計算所述反饋信號與一第一基準電壓信號的誤差，並對誤差結果進行補償，以獲得一第一補償信號，其中，所述第一基準`電壓信號為表徵所述功率轉換電路的輸出電信號的期望輸出值； 將所述第一補償信號與所述三角波信號相疊加，以產生一第二補償信號； 根據所述第二補償信號產生一控制信號，所述控制信號用以控制所述功率轉換電路中功率開關器件的開關動作。
3.如權利要求1所述的控制方法，其特徵在於，包括， 根據所述第一支路電流的大小和所述第一轉換電流的計算公式獲得所述第二導通時間的函數； 對所述第二導通時間的函數進行擬合以獲得表徵所述三角波信號的期望信號； 根據所述期望信號產生所述三角波信號。
4.一種功率轉換電路，用於交流-直流電源變換器中，所述交流-直流電源變換器還包含有與所述功率轉換電路並聯的濾波電容，所述交流-直流電源變換器的輸入電流經所述濾波電容和所述功率轉換電路分為第一支路電流和第二支路電流，其中，所述第一支路電流為所述濾波電容的電流；所述第二支路電流為所述功率轉換電路的電流，其特徵在於，所述功率轉換電路包括: 補償電路，對接收的表徵所述功率轉換電路的輸出電信號的反饋信號和一第一基準電壓信號進行誤差計算，並對誤差結果進行補償以產生一第一補償信號，其中，所述第一基準電壓信號為表徵所述功率轉換電路的輸出電信號的期望輸出值； 三角波信號產生電路，用於輸出一三角波信號； 疊加電路，用以將所述第一補償信號和所述三角波信號進行疊加，以產生一第二補償信號；驅動控制電路，接收所述第二補償信號以產生一控制信號，所述控制信號控制所述功率轉換電路中功率開關器件的開關動作； 在每一開關周期內，根據所述反饋信號產生一第一導通時間，以使所述功率轉換電路具有一第一轉換電流； 根據所述三角波信號產生一第二導通時間，以使所述功率轉換電路具有一第二轉換電流； 所述功率轉換電路的導通時間為第一導通時間和第二導通時間之和；所述第二支路電流為所述第一轉換電流和所述第二轉換電流之和； 其中，所述三角波信號為根據所述第一支路電流來確定，以使得所述第二轉換電流與所述第一支路電流大小相等、方向相反。
5.如權利要求4所述的功率轉換電路，其特徵在於， 根據所述第一支路電流的大小和所述第一轉換電流的計算公式獲得所述第二導通時間的函數； 對所述第二導通時間的函數進行擬合以獲得表徵所述三角波信號的期望信號； 根據所述期望信號產生所述三角波信號。
6.如權利要求5所述的功率轉換電路，其特徵在於，所述三角波信號產生電路包括一充放電電路和一第一比較器， 所述充放電電路包括直流電源、第一電容和第一開關，所述第一電容和第一開關並聯連接後，與所述直流電源串聯連接，所述直流電源對所述第一電容進行充電，所述第一比較器的輸出端輸出的信號控制所述第一開關的開關動作以控制所述第一電容的放電動作； 所述第一比較器的第一輸入端接收所述第一電容的兩端電壓，第二輸入端接收一第二基準電壓信號，其輸出端輸出一比較信號； 所述第一電容的兩端電壓作為所述三角波信號； 其中，所述直流電源、第一電容和第二基準電壓信號的值為根據所述期望信號來確定。
7.如權利要求4所述的功率轉換電路，其特徵在於，所述疊加電路包括一加法器。
8.一種交流-直流電源變換器，用於將交流輸入轉換為直流輸出，所述電源變換器包括一功率轉換電路和一濾波電容，所述功率轉換電路和所述濾波電容並聯連接，其特徵在於，所述功率轉換電路為如權利要求4-7中任意一項所述的功率轉換電路。
9.如權利要求8所述的交流-直流電源變換器，其特徵在於，所述電源變換器還包括一整流電路，所述整流電路對所述交流輸入進行整流處理以產生直流輸入。
【文檔編號】H02M1/12GK103501107SQ201310446626
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】黃曉冬 申請人:矽力傑半導體技術(杭州)有限公司