一種升壓型pfc控制器的製作方法

2023-05-21 17:21:46

專利名稱：一種升壓型pfc控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及功率因數校正領域，更具體的說，涉及一種升壓型PFC控制器。
背景技術：
為了減少電力電子裝置對電網造成的諧波汙染，通常在其輸入側加入功率因數校正(PFC)電路。目前常採用有源功率因數校正電路來將電力電子裝置的輸入電流變換為與輸入電壓同相位的正弦波，以提高電力電子裝置的功率因數，從而減少諧波汙染，目前有源 PFC電路常採用升壓型PFC電路拓撲結構。在大功率應用場合，連續導電模式(CCM)的升壓型PFC電路更具有吸引力，下面參考圖I對典型的CCM升壓型PFC電路的進行闡述。參考圖I，所示為典型的CCM升壓型PFC電路圖，其包括一功率級電路和控制電路。 所述功率級電路包括電感L、功率開關管Sm、二極體D、輸入電容Cin和輸出電容Ctjut,其構成一升壓型電路拓撲結構。所述控制電路採用電流環和電壓環的平均電流控制模式。電感電流採樣電路檢測到電感電流，並進以平均化處理，得到表徵電感電流平均值的採樣電壓信號Vsen，該米樣電壓信號Vsm被傳輸到誤差放大器Wl的反相輸入端,誤差放大器Wl的同相輸入端接收乘法器輸出的參考信號\，乘法器的兩個輸入端分別接收輸出電壓反饋變量V。 和經整流後的輸入電壓vg。誤差放大器Wl對接收到的採樣電壓信號Vsm和參考信號\進行比較和放大處理後，產生一誤差信號ve。PWM控制電路將所述誤差信號Ve與一鋸齒波信號進行比較，產生控制功率開關管Sm的導通和關斷的信號，以調整輸入電流的波形跟隨輸入電壓波形變化，進而達到功率因數校正的目的。在這種傳統的CCM升壓型PFC電路的PWM控制電路中，需內置一振蕩器，以產生固定時鐘頻率的鋸齒波信號，因此功率開關管Sm恆定的開關頻率由內置的時鐘信號決定的； 為了方便EMI測試，一般時鐘信號發生電路需要採用抖頻設計以隔離更寬頻率範圍內的噪聲。

發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種新型的升壓型PFC控制器，所述PFC控制器無需內部時鐘信號即可控制所述功率開關管的開關頻率，可根據實際需要實現恆頻工作或變頻工作。依據本發明一實施例的一種升壓型PFC控制器，應用於一交/直流變換器，包括: 關斷信號發生電路、導通信號發生電路和邏輯控制電路；其中，所述導通信號發生電路接收一表徵電感電流的第一採樣信號，並將所述第一採樣信號與一第一基準電壓進行比較，在所述交/直流變換器中功率開關管的關斷時間內，所述第一採樣信號持續下降，當所述第一採樣信號下降到所述第一基準電壓時，產生導通信號;所述關斷信號發生電路將所述第一採樣信號與第二基準電壓進行比較，在所述功率開關管的導通時間內，所述第一採樣信號持續上升，當所述第一採樣信號上升到所述第二基準電壓時，產生關斷信號；其中所述第一基準電壓為第一控制信號與第二控制信號的差值，所述第二基準信號為所述第一控制信號與第二控制信號的和值；所述第一控制信號由所述交/直流變換器經整流後的直流輸入電壓以及輸出電壓反饋變量控制；所述第二控制信號與所述功率開關管的佔空比和所述直流輸入電壓的乘積呈正比例關係，比例係數為第一比例係數；所述邏輯控制電路分別與所述導通信號發生電路和所述關斷信號發生電路連接， 當所述導通信號有效時，控制所述功率開關管導通；當所述關斷信號有效時，控制所述功率開關管關斷。優選的，所述第一比例係數恆定，以保證所述功率開關管的開關周期恆定。優選的，所述第一比例係數是可調節的，以使所述功率開關管的開關周期是變化的。進一步的，包括輸出電壓反饋迴路，其接收所述交/直流變換器的輸出電壓，以獲得所述輸出電壓反饋變量，所述輸出電壓反饋變量控制所述第一控制信號，從而保證所述輸出電壓維持恆定。進一步的，包括電感電流採樣電路，用以採樣流過所述交/直流變換器中電感的電流，並產生所述第一採樣信號。進一步的，包括功率前饋電路，其接收經整流後的直流輸入電壓，並進行峰值檢測，以產生峰值電壓信號；所述直流輸入電壓與所述輸出電壓反饋變量相乘後，其與所述峰值電壓信號平方的比值作為所述第一控制信號，以保證所述輸出電壓反饋變量與所述交/ 直流變換器的輸入功率呈正比例關係。進一步的，包括第二控制信號發生電路，所述第二控制信號發生電路包括一平均值電路，其分別接收第一電壓源、所述功率開關管的導通信號和關斷信號，以產生所述第二控制信號，其中所述第一電壓源與所述直流輸入電壓的比值為所述第一比例係數。優選的，所述邏輯控制電路包括一 RS觸發器，所述RS觸發器的復位端與所述導通信號發生電路連接，置位端與所述關斷信號發生電路連接，輸出端輸出的開關控制信號用以控制所述功率開關管的開關動作。依照本發明的一種升壓型PFC控制器，通過內部的控制電路而無需內置時鐘信號即可實現功率開關管定頻工作或是抖頻工作，降低了 EMI濾波器的設計難度。另外，本發明通過輸入電壓前饋電路實現輸出電壓反饋變量與輸入功率相關而與輸入電壓無關，有利於全球電網電壓輸入設計要求。


圖I所示為現有的CCM升壓型PFC電路圖；圖2所示為依據本發明的一種升壓型PFC控制器的第一實施例的原理框圖；圖3所示為依據本發明的一種升壓型PFC控制器的第二實施例的原理框圖；圖4所示為圖3所示PFC控制器的的工作波形圖；圖5所示為依據本發明的一種升壓型PFC控制器的第三實施例的原理框圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的優選實施例進行詳細描述，但本發明並不僅僅限於這些實施例。本發明涵蓋任何在本發明的精髓和範圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對本發明有徹底的了解，在以下本發明優選實施例中詳細說明了具體的細節，而對本領域技術人員來說沒有這些細節的描述也可以完全理解本發明。本發明中所述的一種升壓型PFC控制器應用於交/直流變換器中，所述交/直流變換器還包括一功率級電路，其在背景技術中已作介紹，下述各個實施例中的功率級電路中的各元件與背景技術中均相同。參考圖2，所示為依據本發明的一種升壓型PFC控制器的第一實施例的原理框圖， 所述升壓型PFC控制器包括導通信號發生電路201、關斷信號發生電路202和邏輯控制電路 203 ;所述功率開關管Sm的一個開關周期包括導通時間Tm和關斷時間Ttw ;其中，所述導通信號發生電路201接收一表徵電感電流k的第一採樣信號，並將所述第一採樣信號與一第一基準電壓進行比較，在所述交/直流變換器中功率開關管Sm的關斷時間內，所述第一採樣信號持續下降，當所述第一採樣信號下降到所述第一基準電壓時，產生導通信號ON ；所述關斷信號發生電路202將所述第一採樣信號與第二基準電壓進行比較，在所述功率開關管Sm的導通時間內，所述第一採樣信號持續上升，當所述第一採樣信號上升到所述第二基準電壓時，產生關斷信號OFF ；其中所述第一基準電壓為第一控制信號與第二控制信號的差值，所述第二基準信號為所述第一控制信號與第二控制信號的和值；所述第一控制信號由所述交/直流變換器經整流後的直流輸入電壓Vg以及輸出電壓反饋變量V。控制；所述第二控制信號與所述功率開關管Sm的佔空比D和所述直流輸入電壓Vg的乘積呈正比例關係，比例係數為第一比例係數1 ；所述邏輯控制電路203分別與所述導通信號發生電路201和所述關斷信號發生電路202連接，當所述導通信號ON有效時，控制所述功率開關管Sm導通；當所述關斷信號OFF 有效時，控制所述功率開關管Sm關斷。從上述可以看出，所述導通信號發生電路主要用於控制功率開關管的關斷持續時間，所述關斷信號發生電路主要用於控制功率開關管的導通持續時間，並且，在此過程中， 若所述第一比例係數恆定，則所述功率開關管的開關周期維持恆定；若所述第一比例係數是可調節的，則所述功率開關管的開關周期是變化的。從圖2所示的實施例可以看出，採用依據本發明的升壓型PFC控制器，通過內部的控制電路而無需內置時鐘信號即可實現功率開關管定頻工作或抖頻工作，降低了 EMI濾波器的設計難度。參考圖3，所示為依據本發明的一種升壓型PFC控制器的第二實施例的原理框圖。 在圖2所示實施例的基礎上，本實施例具體描述了導通信號發生電路201、關斷信號發生電路202和邏輯控制電路203的一種實現方法，並進一步包括輸出電壓反饋迴路301、電感電流採樣電路302和第二控制信號發生電路303。所述輸出電壓反饋迴路301接收所述交/直流變換器的輸出電壓Vrat,以獲得所述輸出電壓反饋變量V。，所述直流輸入電壓Vg和輸出電壓反饋變量V。進行乘積運算，其輸出信號作為所述第一控制信號Vctrl』即Vrfrt = VgVc ;所述輸出電壓反饋變量V。控制所述第一
5控制信號Vrfrt，從而保證所述輸出電壓Mout維持恆定。所述電感電流採樣電路302用以採樣流過所述交/直流變換器中電感的電流Iy 並產生所述第一採樣信號Vsm ;具體應用中，所述電感電流採樣電路302可以通過採樣電阻對採樣的電流信號進行平均化處理，以形成表徵電感電流平均值的第一採樣信號Vsm ；所述第二控制信號發生電路303包括一平均值電路，其分別接收第一電壓源Vsl、 所述功率開關管的導通信號和關斷信號，以產生所述第二控制信號，其中所述第一電壓源Vsl與所述直流輸入電壓Vg的比值為所述第一比例係數K1,即Vsl = K1^vg0在本實施例中，所述平均值電路包括串聯連接的第一開關S1和第二開關S2,以及由第一電阻R1和第一電容C1組成的RC濾波電路；其中，所述第一開關S1的第一端接收所述第一電壓源Vsl，所述第二開關S2的第二端接地；所述第一電阻R1的一端連接至所述第一開關S1和第二開關S2的公共連接點，另一端與所述第一電容C1串聯後接地。其中，所述第一開關S1的開關狀態與所述功率開關管Sm的開關狀態相同，所述第二開關S2的開關狀態與所述功率開關管Sm的開關狀態相反。所述第一電容C1上的電壓作為所述第二控制信號V&2。所述第一電壓源Vsl經所述第一開關S1和第二開關S2斬波後再經RC濾波電路進行平均化處理，得到所述第二控制信號Vcto2，則所述第二控制信號V&2由下式決定Vctr2 =ν^ = Κλν^(O
IsIs所述導通信號發生電路包括比較器304，其反相輸入端接收所述第一採樣信號 Vsm，其同相輸入端接收第一基準電壓Vrefl，以輸出所述導通信號0Ν，其中所述第一基準電壓Vrefl為所述第一控制信號Vrtrt與第二控制信號v&2的差值，即Vrefl = υ&2。所述關斷信號發生電路包括比較器305，其同相輸入端接收所述第一採樣信號 Vsm，其反相輸入端接收第二基準電壓Vref2，以輸出所述關斷信號0FF，其中所述第二基準電壓Vm2為所述第一控制信號Vrtrt與第二控制信號V&2的和值，即Vref2 = UV。#所述邏輯控制電路包括RS觸發器306，其復位端R端與所述導通信號發生電路連接，接收所述導通信號0Ν，其置位端S端與所述關斷信號發生電路連接，接收所述關斷信號 0FF，其反相輸出端即&端與所述功率開關管Sm的控制端連接，其輸出信號用以控制所述功率開關管Sm的開關動作。下面結合該實施例中各電路的功能及圖4所示的工作波形圖以詳細說明所述PFC 控制器的工作過程和工作原理由圖4可以看出，當所述功率開關管Sm處於關斷狀態時，所述第一採樣信號Vsm持續下降，當所述第一採樣信號Vsen下降到所述第一基準電壓Vrefl時，所述比較器304產生導通信號0N，所述RS觸發器308接收所述導通信號ON進行復位動作，其&端輸出高電平控制控制所述功率開關管Sm導通；當所述功率開關管Sm處於導通狀態時，所述第一採樣信號Vsm持續上升，當所述第一採樣信號Vsen上升到所述第二基準電壓VMf2時，所述比較器305輸出所述關斷信號OFF。 所述RS觸發器306接收所述關斷信號OFF進行置位動作，其&端輸出低電平控制控制所述功率開關管Sm關斷。由於開關頻率較高，因此所述第二基準電壓與所述第一基準電壓的差值近似為所述功率開關管Sm導通時，所述電感電流採樣信號的上升值即
權利要求
1.一種升壓型PFC控制器，應用於一交/直流變換器，其特徵在於，包括關斷信號發生電路、導通信號發生電路和邏輯控制電路；其中，所述導通信號發生電路接收一表徵電感電流的第一採樣信號，並將所述第一採樣信號與一第一基準電壓進行比較，在所述交/直流變換器中功率開關管的關斷時間內，所述第一採樣信號持續下降，當所述第一採樣信號下降到所述第一基準電壓時，產生導通信號；所述關斷信號發生電路將所述第一採樣信號與第二基準電壓進行比較，在所述功率開關管的導通時間內，所述第一採樣信號持續上升，當所述第一採樣信號上升到所述第二基準電壓時，產生關斷信號；其中所述第一基準電壓為第一控制信號與第二控制信號的差值，所述第二基準信號為所述第一控制信號與第二控制信號的和值；所述第一控制信號由所述交/直流變換器經整流後的直流輸入電壓以及輸出電壓反饋變量控制；所述第二控制信號與所述功率開關管的佔空比和所述直流輸入電壓的乘積呈正比例關係，比例係數為第一比例係數；所述邏輯控制電路分別與所述導通信號發生電路和所述關斷信號發生電路連接，當所述導通信號有效時，控制所述功率開關管導通；當所述關斷信號有效時，控制所述功率開關管關斷。
2.根據權利要求I所述的升壓型PFC控制器，其特徵在於，所述第一比例係數恆定，以保證所述功率開關管的開關周期恆定。
3.根據權利要求I所述的升壓型PFC控制器，其特徵在於，所述第一比例係數是可調節的，以使所述功率開關管的開關周期是變化的。
4.根據權利要求I所述的升壓型PFC控制器，其特徵在於，進一步包括輸出電壓反饋迴路，其接收所述交/直流變換器的輸出電壓，以獲得所述輸出電壓反饋變量，所述輸出電壓反饋變量控制所述第一控制信號，從而保證所述輸出電壓維持恆定。
5.根據權利要求I所述的升壓型PFC控制器，其特徵在於，進一步包括電感電流採樣電路，用以採樣流過所述交/直流變換器中電感的電流，並產生所述第一採樣信號。
6.據權利要求I所述的升壓型PFC控制器，其特徵在於，進一步包括功率前饋電路，其接收經整流後的直流輸入電壓，並進行峰值檢測，以產生峰值電壓信號；所述直流輸入電壓與所述輸出電壓反饋變量相乘後，其與所述峰值電壓信號平方的比值作為所述第一控制信號，以保證所述輸出電壓反饋變量與所述交/直流變換器的輸入功率呈正比例關係。
7.根據權利要求I所述的升壓型PFC控制器，其特徵在於，進一步包括第二控制信號發生電路，所述第二控制信號發生電路包括一平均值電路，其分別接收第一電壓源、所述功率開關管的導通信號和關斷信號，以產生所述第二控制信號，其中所述第一電壓源與所述直流輸入電壓的比值為所述第一比例係數。
8.根據權利要求I所述的升壓型PFC控制器，其特徵在於，所述邏輯控制電路包括一 RS觸發器，所述RS觸發器的復位端與所述導通信號發生電路連接，置位端與所述關斷信號發生電路連接，輸出端輸出的開關控制信號用以控制所述功率開關管的開關動作。
全文摘要
依據本發明的一種升壓型PFC控制器，通過導通信號發生電路和關斷信號發生電路來控制功率開關管的導通和關斷，且所述PFC控制器無需內部時鐘信號即可控制所述功率開關管的開關頻率，可根據實際需要實現恆頻工作或變頻工作。降低了EMI濾波器的設計難度。另外，本發明通過輸入電壓前饋電路實現輸出電壓反饋變量與輸入功率相關而與輸入電壓無關，有利於全球電網電壓輸入設計要求。
文檔編號H02M3/10GK102594135SQ201210048989
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月29日 優先權日2012年2月29日
發明者姚傑, 趙晨 申請人:杭州矽力傑半導體技術有限公司