專利名稱：一種低輸出紋波的并聯(lián)功率因數(shù)校正變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電カ控制設(shè)備，尤其是低輸出紋波高效率PFC變換器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，電カ電子技術(shù)迅速發(fā)展，作為電カ電子領(lǐng)域重要組成部分的電源技術(shù)逐漸成為應(yīng)用和研究的熱點。開關(guān)電源以其效率高、功率密度高而確立了其在電源領(lǐng)域中的主流地位，但其通過整流器接入電網(wǎng)時會存在ー個致命的弱點功率因數(shù)較低(一般僅為O. 45 O. 75)，且在電網(wǎng)中會產(chǎn)生大量的電流諧波和無功功率而污染電網(wǎng)。抑制開關(guān)電源產(chǎn)生諧波的方法主要有兩種一是被動法，即采用無源濾波或有源濾波電路來旁路或消除諧波；ニ是主動法，即設(shè)計新一代高性能整流器，它具有輸入電流為正弦波、諧波含量低以及功率因數(shù)高等特點，即具有功率因數(shù)校正功能。開關(guān)電源功率因數(shù)校正研究的重點，主要是功率因數(shù)校正電路拓?fù)涞难芯亢凸β室驍?shù)校正控制集成電路的開發(fā)?，F(xiàn)有BucKBoost、Buck-Boost、反激變換器等多種功率因數(shù)校正電路拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)。功率因數(shù)校正控制集成電路負(fù)責(zé)檢測變換器的工作狀態(tài)，并產(chǎn)生脈沖信號控制開關(guān)裝置，調(diào)節(jié)傳遞給負(fù)載的能量以穩(wěn)定輸出；同時保證開關(guān)電源的輸入電流跟蹤電網(wǎng)輸入電壓，實現(xiàn)接近于I的功率因數(shù)。控制集成電路的結(jié)構(gòu)和工作原理由開關(guān)電源采用的控制方法決定。對于同一功率電路拓?fù)?，采用不同的控制方法會對開關(guān)電源的穩(wěn)態(tài)精度及動態(tài)性能等方面產(chǎn)生影響。傳統(tǒng)的有源功率因數(shù)校正變換器直流輸出電壓/電流包含有二倍エ頻紋波，若ニ倍エ頻輸出電壓/電流紋波被引入功率因數(shù)校正控制器中，會使功率因數(shù)校正變換器的輸入電流含有三次諧波電流成分，降低了功率因數(shù)校正變換器的輸入功率因數(shù)。因此傳統(tǒng)有源功率因數(shù)校正變換器的直流輸出電壓反饋控制環(huán)截止頻率低(一般僅為10 20Hz)，這嚴(yán)重影響功率因數(shù)校正變換器對負(fù)載變化的動態(tài)響應(yīng)能力。此外，由于有源功率因數(shù)校正變換器的直流輸出電壓紋波較大，需在功率因數(shù)校正變換器輸出端接ー個電容值很大的輸出電容后，還需要再接ー個DC-DC變換器來提高負(fù)載直流輸出電壓的穩(wěn)態(tài)精度和對負(fù)載變化的動態(tài)響應(yīng)能力，使變換器設(shè)計成本高、效率低。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為實現(xiàn)低輸出紋波高效率PFC變換器控制方法提供予以實現(xiàn)的設(shè)備。本實用新型技術(shù)方案是一種低輸出紋波的并聯(lián)功率因數(shù)校正變換器，由単相PFC變換器、DC/DC變換器(DC-DC)、整流電路(REC)和輔助電源(AP)組成；單相功率因數(shù)校正變換器的輸出端與DC/DC變換器的輸出端相并聯(lián)，同時給負(fù)載提供能量。単相PFC變換器輸出的正端與DC/DC變換器輸出的正端相連接形成“Vo+”端，“Vo+”端同時接在負(fù)載的正端；單相PFC變換器輸出的負(fù)端與DC/DC變換器輸出的負(fù)端相連接形成“Vo_”端，“Vo_”端同時接在負(fù)載的負(fù)端。這樣，DC/DC變換器的輸入電源是輔助電源，輔助電源的輸入源是直接來自整流橋的輸出或者由単相PFC變換器產(chǎn)生。當(dāng)輔助電源的輸入源是直接來自整流橋的輸出時，輔助源具有功率因數(shù)校正的功能。當(dāng)整個開關(guān)電源系統(tǒng)為恒定輸出電壓的電源時，単相PFC變換器和DC/DC變換器使用同樣的輸出電壓采樣電路，此輸出電壓采樣電路檢測負(fù)載兩端的電壓；當(dāng)整個開關(guān)電源系統(tǒng)為恒定輸出電流的電源吋，単相PFC變換器和DC/DC變換器使用不同的輸出電流采樣電路，兩個變換器的輸出電流采樣電路串聯(lián)后再與負(fù)載相串聯(lián)，單相PFC變換器的輸出電流同時流過兩個輸出電流采樣電路和負(fù)載，DC/DC變換器(DC-DC)的輸出電流只流過自身的電流采樣電路和負(fù)載。単相功率因數(shù)校正變換器的拓 撲結(jié)構(gòu)可以采用Boost變換器、Buck變換器、Buck-Boost變換器、全橋變換器、反激變換器等隔離型與非隔離型PFC變換拓?fù)?；單相功率因?shù)校正變換器采用經(jīng)典的PFC控制策略(峰值電流模式控制、平均電流模式控制、電壓模式控制)得到功率因數(shù)校正變換器的控制信號；DC/DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以采用Buck變換器、Boost變換器等變換器；DC/DC變換器可以采用峰值電流模式控制、電壓模式控制等經(jīng)典控制方式得到DC/DC變換器的控制信號，DC/DC變換器的環(huán)路帶寬遠(yuǎn)高于單相PFC變換器的帶寬。可見，采用以上裝置可以方便可靠地實現(xiàn)本實用新型以上方法。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進ー步詳細(xì)的說明。

圖I為本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本實用新型實施例一的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實用新型實施例一的輸入電流和輸入電壓關(guān)系的仿真結(jié)果圖。圖4為本實用新型實施例一的輸出電流波形。圖5為本實用新型實施例ニ的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
實施案例圖2示出，本實用新型的ー種具體實施方式
為，一種恒流源開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法，其具體作法是交流輸入電源經(jīng)過C1、C2、L1、L2的LC濾波網(wǎng)絡(luò)連接在由D1、D2、D3、D4組成的整流橋上，整流橋輸出VREC信號作為反激變換器的輸入，反激變換器的變壓器Tl有4個繞組N12，N34, N56和N78，N12是原邊繞組；N34是給反激功率因數(shù)控制器提供電源的輔助繞組，經(jīng)過D5，C4生成VDD電壓給反激功率因數(shù)控制器提供電源；N56是反激變換器的主輸出繞組，N56繞組經(jīng)過D6，C5生成VO+給負(fù)載提供一部分能量；N78是反激變換器的另ー組輸出繞組，N78經(jīng)過D7和C7生成輔助電源VAUX’輔助電源VAUX給后級小功率DC/DC Buck變換器提供能量。DC/DC Buck變換器由Q2、D8、L3、C6和Buck變換器控制器組成，DC/DC Buck變換器將輔助電源VAUX轉(zhuǎn)變?yōu)閂o，給負(fù)載提供另一部分能量。R3采樣反激功率因數(shù)校正變換器給負(fù)載提供的電流，轉(zhuǎn)化為VFB-F電壓信號，反激功率因數(shù)校正變換器控制器將VFB-F作為反饋信號與控制器內(nèi)部的基準(zhǔn)信號相比較，運用經(jīng)典的峰值電流控制或者電壓模式控制等控制方法，并且控制反激變換器工作在斷續(xù)模式或者臨界連續(xù)模式，環(huán)路的帶寬控制在20Hz以內(nèi)，以此實現(xiàn)功率因數(shù)校正功能。R2采樣流過負(fù)載的電流，轉(zhuǎn)化為VFB信號，包括Buck變換器和反激變換器提供給負(fù)載的電流，Buck變換器用VFB信號作為控制的反饋信號與Buck控制器內(nèi)部的基準(zhǔn)信號比較，運用經(jīng)典的峰值電流控制或者電壓模式控制等控制方法，環(huán)路的帶寬遠(yuǎn)大于エ頻的頻率，以此提高整個恒流源開關(guān)電源的響應(yīng)速度，消除流過負(fù)載的エ頻電流紋波。圖3和圖4是利用SIMetrix/SIMPLIS仿真軟件得到的仿真波形。從圖3可以看到輸入電流很好的跟蹤了輸入電壓的波形，該電源具有很高的功率因數(shù)。從圖4可以看出流過負(fù)載的電流平均值被精確的控制在1A，且電流紋波為3. 9mA。圖5示出，本實用新型的ー種具體實施方式
為，一種恒流源 開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法，其具體作法是交流輸入電源經(jīng)過Cl、C2、LI、L2的LC濾波網(wǎng)絡(luò)連接在由Dl、D2、D3、D4組成的整流橋上，整流橋輸出VREC信號作為反激變換器的輸入，變壓器Tl有3個繞組N12，N34和N56，N12繞組作為Buck-Boost的電感使用，N12經(jīng)過D6，C4生成Vo+給負(fù)載提供一部分能量；N34經(jīng)過D5，C7生成輔助電源VAUX’輔助電源VAUX給后級小功率DC/DC Boost變換器提供能量；N56經(jīng)過D8，C6生成VDD電壓給Buck-Boost功率因數(shù)控制器提供電源。DC/DCBoost變換器由L3，Q2，D7和Boost變換器控制器組成，DC/DC Boost變換器將輔助電源VAUX轉(zhuǎn)變?yōu)閂o，給負(fù)載提供另一部分能量。R3采樣Buck-Boost功率因數(shù)校正變換器給負(fù)載提供的電流，經(jīng)過采樣變換電路，轉(zhuǎn)化為VFB-Main電壓信號，Buck-Boost功率因數(shù)校正變換器控制器將VFB-Main作為反饋信號與控制器內(nèi)部的基準(zhǔn)信號相比較，運用經(jīng)典的峰值電流控制或者電壓模式控制等控制方法，并且控制Buck-Boost變換器工作在斷續(xù)模式或者臨界連續(xù)模式，環(huán)路的帶寬控制在20Hz以內(nèi)，以此實現(xiàn)功率因數(shù)校正功能。R2采樣流過負(fù)載的電流，轉(zhuǎn)化為VFB_Aux信號，包括Boost變換器和Buck-Boost變換器提供給負(fù)載的電流，Boost變換器用VFB_Aux信號作為控制的反饋信號與Boost控制器內(nèi)部的基準(zhǔn)信號比較，運用經(jīng)典的峰值電流控制或者電壓模式控制等控制方法，環(huán)路的帶寬遠(yuǎn)大于エ頻的頻率，以此提高整個恒流源開關(guān)電源的響應(yīng)速度，消除流過負(fù)載的エ頻電流紋波。
權(quán)利要求1.一種低輸出紋波的并聯(lián)功率因數(shù)校正變換器，其特征在干，由単相PFC變換器、DC/DC變換器DC-DC、整流電路REC和輔助電源AP組成；單相PFC變換器TD輸出的正端與DC/DC變換器DC-DC輸出的正端相連接形成“Vo+”端，“Vo+”端同時接在負(fù)載LD的正端；單相PFC變換器TD輸出的負(fù)端與DC/DC變換器DC-DC輸出的負(fù)端相連接形成“No-，，端，“No-，，端同時接在負(fù)載LD的負(fù)端。
2.如權(quán)利要求I所述的低輸出紋波的并聯(lián)功率因數(shù)校正變換器，其特征在干，単相PFC變換器TD的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以采用Boost變換器、Buck變換器、Buck-Boost變換器、全橋變換器、反激變換器等隔離型與非隔離型PFC變換拓?fù)洹?br> 3.如權(quán)利要求I所述的低輸出紋波的并聯(lián)功率因數(shù)校正變換器，其特征在干，DC/DC變換器DC-DC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以采用Buck變換器、Boost變換器。
專利摘要本實用新型公開了一種低輸出紋波的并聯(lián)功率因數(shù)校正變換器，單相PFC變換器(TD)的輸出端與DC/DC變換器(DC-DC)的輸出端相并聯(lián)，同時給負(fù)載提供能量；單相PFC變換器輸出的正端與DC/DC變換器輸出的正端相連接形成“Vo+”端，“Vo+”端同時接在負(fù)載的正端；單相PFC變換器輸出的負(fù)端與DC/DC變換器輸出的負(fù)端相連接形成“Vo-”端，“Vo-”端同時接在負(fù)載的負(fù)端；DC/DC變換器的輸入電源是輔助電源；輔助電源的輸入源可以直接來整流電路(REC)的輸出，也可以由單相PFC變換器(TD)產(chǎn)生。本實用新型消除了傳統(tǒng)單相PFC變換器的二倍工頻輸出紋波，同時提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，克服了傳統(tǒng)兩級功率因數(shù)校正變換器效率低、成本高的問題。
文檔編號H02M1/14GK202444413SQ201220010070
公開日2012年9月19日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者張婓, 許建平, 閻鐵生, 高建龍 申請人:西南交通大學(xué)