專利名稱：Ac/dc變換器控制電路以及應用其的ac/dc變換器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及電子電路中交/直流變換電路領域，具體地說，是涉及一種AC/DC變換器控制電路以及應用其的AC/DC變換器。
背景技術(shù)：
THD (total harmonic distortion,總諧波失真),是指用信號源輸入時,輸出信號比輸入信號多出的額外諧波成分，由于所在系統(tǒng)不是完全線性造成的，通常用百分數(shù)表示。目前,常用的交/直流變換電路中具有PFC功能(Power Factor Correction,功率因數(shù)校正，以使輸入電流能夠跟隨交流輸入電壓的波形，從而提高交/直流變換電路的功率因數(shù)，但仍不能有 效減少總諧波失真。現(xiàn)有技術(shù)中，交/直流變換電路通常包括功率級電路102，一個輸出濾波裝置(如輸出電容Cqut)和一開關控制電路103。功率級電路102可以為任何形式的拓撲結(jié)構(gòu)，例如降壓型，升壓型或者反激式。功率級電路102至少包括一個功率開關。外部輸入的交流電壓\c通過整流橋101的整流，轉(zhuǎn)換成直流輸入電壓VDC，作為后續(xù)功率級電路102的輸入電源。所述功率開關用于將直流輸入電壓VD。交替地耦合和解耦到負載。所述輸出濾波裝置連接在直流輸入電壓和負載之間，用于對功率開關的輸出進行濾波處理，進而提供一輸出電壓Vwt或者輸出電流Iwt ;開關控制電路103例如脈沖寬度調(diào)節(jié)器(PWM)、頻率脈沖調(diào)節(jié)器等)用于根據(jù)交/直流變換電路的輸出電信號來產(chǎn)生一定的控制信號來控制所述功率開關的開關動作，從而保證輸出電壓Vtjut或者輸出電流Itjut維持基本恒定。具體的，為了實現(xiàn)這種恒壓或者恒流控制，通常采樣當前的輸出電壓Vrat或者輸出電流Iwt，然后將其與期望輸出電壓VMf或者期望輸出電信號Iref通過誤差運算放大器104計算兩者之間的誤差，得到一誤差信號。所述誤差信號通過由電阻Rc和電容Cc組成的補償電路進行補償后，生成一補償信號，輸入至開關控制電路103。開關控制電路103根據(jù)補償信號Vramp生成相應的控制信號，所述控制信號的占空比由補償信號Vcotp確定。通過這種反饋控制，維持輸出電壓Vtjut或者輸出電流Iwt與期望輸出電壓VMf或者期望輸出電信號Iref 一致。但是，采用這種實現(xiàn)方式，補償信號V_p跟隨直流輸入電壓Vdc的變化，由于直流輸入電壓成正弦半波形狀，因此，補償信號Vcotp的波動較大，使得交/直流變換電路的總諧波失真THD較大，影響了交/直流變換電路的功率因數(shù)校正性能，對電網(wǎng)造成污染。因此，如何減少交/直流變換電路中的總諧波失真，便成為亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種AC/DC變換器控制電路，以解決交/直流變換電路中的總諧波失真問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種AC/DC變換器控制電路，應用于一 AC/DC變換器中，包括，補償信號發(fā)生電路和控制信號發(fā)生電路；其中，所述補償信號發(fā)生電路接收所述AC/DC變換器的輸出電信號和期望輸出電信號，基于所述AC/DC變換器的輸入交流電源的周期，在每一半周期的第一時間區(qū)間內(nèi)，所述補償信號跟隨所述功率級電路的輸出電信號和期望輸出電信號之間的誤差；在每一半周期的剩余時間區(qū)間內(nèi)，所述補償信號維持為一恒定值；所述控制信號發(fā)生電路，用于根據(jù)接收到的所述補償信號，產(chǎn)生相應的控制信號，來控制所述AC/DC變換器的輸出電信號與所述期望輸出電信號維持一致。進一步地，所述補償信號發(fā)生電路包括誤差運算電路，RC補償電路和采樣保持電路；其中，所述誤差運算電路用于根據(jù)接收到的所述功率級電路的輸出電信號和期望輸出電信號之間的誤差，生成一誤差信號；所述RC補償電路用于對接收到的所述誤差信號進行補償運算，以獲得一運算信號;所述采樣保持電路用于接收所述第一補償信號，在所述第一時間區(qū)間內(nèi)，所述補償信號與所述運算信號維持一致，在所述剩余時間區(qū)間內(nèi)，所述補償信號維持為所述運算信號在所述第一時間區(qū)間末的數(shù)值。進一步地，所述誤差運算電路包括一運算放大器，其第一輸入端接收所述輸出電信號，第二輸入端接收所述期望輸出電信號，輸出端的信號作為所述誤差信號。進一步地，所述RC補償電路包括串聯(lián)連接在所述誤差運算電路的輸出端和地電位之間的補償電阻和補償電容。進一步地，所述采樣保持電路包括連接與所述RC補償電路連接的可控開關，以及與所述可控開關連接的充電電容，所述充電電容兩端的電壓作為所述補償信號。進一步地，所述采樣保持電路還包括一開關控制電路，用于根據(jù)所述輸入交流電源的周期產(chǎn)生一開關控制信號，以來控制所述可控開關的開關狀態(tài)。進一步地，所述開關控制電路包括第一比較電路，所述第一比較電路接收所述輸出電信號和第一基準值，當所述輸出電信號小于所述第一基準值時，所述開關控制信號控制所述可控開關閉合，當所述輸出電信號大于所述第一基準值時，所述開關控制信號控制所述可控開關斷開。進一步地，所述開關控制電路包括第二比較電路，所述第二比較電路接收所述交流電流的絕對值和第二基準值，當所述交流電流的絕對值小于所述第二基準值時，所述開關控制信號控制所述可控開關閉合，當所述交流電流的絕對值大于所述第二基準值時，所述開關控制信號控制所述可控開關斷開。 進一步地，所述AC/DC變換器控制電路，還包括，功率級電路，其中，所述功率級電路用于接收一正弦半波輸入電壓，所述正弦半波輸入電壓由外部的輸入交流電源通過一整流電路進行整流后獲得；進一步地，所述功率級電路為隔離型或者非隔離型拓撲結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的一種AC/DC變換器控制電路以及應用其的AC/DC變換器，達到了如下效果:1、本發(fā)明AC/DC變換器控制電路，通過對誤差放大信號的采樣控制，在保證輸出恒流控制的前提下， 有效減少了交/直流變換電路中的總諧波失真現(xiàn)象，獲得了較高的功率因數(shù)。
2、本發(fā)明AC/DC變換器控制電路，結(jié)構(gòu)簡易，穩(wěn)定性高，制造成本低，有很高的實用性。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中具有PFC功能的交/直流變換電路的原理框圖；圖2所示為依據(jù)本發(fā)明一實施例的AC/DC變換器控制電路的原理框圖；圖3所示為圖2所示的依據(jù)本發(fā)明實施例的AC/DC變換器控制電路中補償信號發(fā)生電路101的原理框圖；圖4所示為依據(jù)本發(fā)明另一實施例的AC/DC變換器控制電路的原理框圖；圖5所示為依據(jù)本發(fā)明一實施例的具有圖2所示的AC/DC變換器控制電路的AC/DC變換器原理框
圖6所示為圖5所示的的AC/DC變換器的工作波形圖。
具體實施例方式如在說明書及權(quán)利要求當中使用了某些詞匯來指稱特定組件。本領域技術(shù)人員應可理解，硬件制造商可能會用不同名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權(quán)利要求并不以名稱的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區(qū)分的準則。如在通篇說明書及權(quán)利要求當中所提及的“包含”為一開放式用語，故應解釋成“包含但不限定于”?！按笾隆笔侵冈诳山邮艿恼`差范圍內(nèi)，本領域技術(shù)人員能夠在一定誤差范圍內(nèi)解決所述技術(shù)問題，基本達到所述技術(shù)效果。此外，“耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電性耦接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表所述第一裝置可直接電性耦接于所述第二裝置，或通過其他裝置或耦接手段間接地電性耦接至所述第二裝置。說明書后續(xù)描述為實施本發(fā)明的較佳實施方式，然所述描述乃以說明本發(fā)明的一般原則為目的，并非用于限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的保護范圍當視所附權(quán)利要求所界定者為準。以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明，但不作為對本發(fā)明的限定。實施例一如圖2所示，依據(jù)本發(fā)明的AC/DC變換器控制電路10與功率級電路相連接以組成一 AC/DC變換器。其中，AC/DC變換器控制電路10包括補償信號發(fā)生電路101和控制信號發(fā)生電路102 ;其中，所述補償信號發(fā)生電路101分別與所述控制信號發(fā)生電路102和功率級電路相耦接，用于根據(jù)接收的所述功率級電路的輸出電信號和期望輸出電信號生成補償信號，發(fā)送至所述控制信號發(fā)生電路102 ;基于所述AC/DC變換器的輸入交流電源的周期，在每一半周期的第一時間區(qū)間內(nèi)，所述補償信號跟隨所述功率級電路的輸出電信號和期望輸出電信號之間的誤差；在每一半周期的剩余時間區(qū)間內(nèi)，所述補償信號維持為一恒定值。所述控制信號發(fā)生電路102分別與所述補償信號發(fā)生電路101和功率級電路相耦接，用于根據(jù)接收到的所述補償信號產(chǎn)生相對應的控制信號，發(fā)送至所述功率級電路，以控制所述功率級電路的輸出電信號與所述期望輸出電信號維持一致。具體地，如圖3所示，所述補償信號發(fā)生電路101進一步包括誤差運算電路1011、RC補償電路1012以及采樣保持電路1013 ;其中，
所述誤差運算電路1011，與所述功率級電路和RC補償電路1012相耦接，用于根據(jù)接收到的所述功率級電路的輸出電信號和期望輸出電信號生成誤差信號，并發(fā)送至所述RC補償電路1012 ；所述RC補償電路1012，與所述誤差運算電路1011和采樣保持電路1013相耦接，用于對接收到的所述誤差信號進行補償運算生成運算信號，并發(fā)送至所述采樣保持電路1013 ；所述采樣保持電路1013，用于接收所述RC補償電路1012發(fā)送的運算信號，生成所述補償信號發(fā)送至所述控制信號發(fā)生電路102 ;在所述第一時間區(qū)間內(nèi)，所述補償信號與所述運算信號維持一致，在所述剩余時間區(qū)間內(nèi)，所述補償信號維持為所述運算信號在所述第一時間區(qū)間末的數(shù)值。實施例二如圖4所示，所述誤差運算電路1011包括一運算放大器EA，其第一輸入端接收功率級電路103的輸出電信號(如可以是輸出電信號1ut-fb或者輸出電壓Vout-fb)，第二輸入端接收期望輸出電信號(與之對應的分別為期望輸出電信號Iref或者期望輸出電壓Vref ),輸出端的信號作為所述誤差信號Verror。所述RC補償電 路1012包括串聯(lián)連接在所述誤差運算電路的輸出端和地電位之間的補償電阻Re和補償電容Ce，以對誤差信號Verror進行補償運算，從而在補償電容Ce和誤差運算電路的輸出端的公共連接端處生成運算信號Vcomp I。所述采樣保持電路1013包括與所述RC補償電路1012連接的可控開關Qs和與所述可控開關Qs連接的充電電容Csh，所述充電電容Csh兩端的電壓作為所述補償信號Vcomp20在圖4中可見，所述采樣保持電路1013還包括一與所述可控開關相連的開關控制電路401，用于根據(jù)所述輸入交流電源的周期產(chǎn)生一開關控制信號Vs，以控制所述可控開關Qs的開關狀態(tài)。本實施例中的信號傳輸過程如下:交流電源Vac經(jīng)過一整流橋整流后輸出正弦半波輸入電壓VDC，功率級電路103用于接收一正弦半波輸入電壓Vdc,以在其輸出端產(chǎn)生輸出電壓Vout或輸出電信號1ut ；開關控制電路401用于用于根據(jù)交流電源Vac的周期產(chǎn)生一開關控制信號，以來控制可控開關Qs的開關狀態(tài)。基于交流電源Vac的周期，在每一半周期的第一時間區(qū)間內(nèi)，可控開關Qs處于閉合狀態(tài)，補償信號Vcompl與運算信號Vcompl保持一致，同時運算信號Vcompl對充電電容Csh進行充電。在每一半周期的剩余時間區(qū)間內(nèi)，可控開關Qs處于斷開狀態(tài)，由于充電電容Csh的保持作用，補償信號Vcomp2維持為一恒定值，并且，所述恒定值為運算信號vcompl在所述第一時間區(qū)間末的數(shù)值。以下結(jié)合具體實施例，詳細說明AC/DC變換器控制電路10在采用反激式拓撲結(jié)構(gòu)的AC/DC變換器中的具體應用實施例。如圖5所示，AC/DC變換器的功率級電路103為隔離型的反激式拓撲結(jié)構(gòu)，包括由原邊繞組Wp和副邊繞組Ws組成的變壓器T、與原邊繞組Wp串聯(lián)連接的功率開關Qt、與副邊繞組Ws連接的輸出二極管DO以及輸出電容Cout。
補償信號發(fā)生電路101中的所述誤差運算電路1011、RC補償電路1012以及采樣保持電路1013的連接關系與實施例二中一致，在此不再描述；不同的是，所述采樣保持電路1013中的開關控制電路包括第一比較電路。所述第一比較電路501接收輸出電信號1ut或者表征輸出電信號1ut的輸出電信號反饋信號1ut-fb和預置的第一基準值Ilmt,輸出端的輸出信號作為開關控制信號Vs。運算放大器EA的同相輸入端接收表征期望輸出電信號的電流基準Iref,反相輸入端接收輸出電信號反饋信號1ut-fb。通過誤差運算后，得到一誤差信號，該誤差信號，經(jīng)過由電阻Rc和電容Cc組成的所述RC補償電路1012進行補償后，生成一運算信號Vrampl。結(jié)合圖6所示的圖5所示的AC/DC變換器的工作波形圖來詳細說明其工作原理?；诮涣麟娫碫ac的周期，在每一半周期(如時刻tl至時刻t3)的第一時間區(qū)間(如時刻tl至時刻t2)內(nèi)，所述輸出電信號反饋信號1ut-fb小于所述第一基準值Ilw時，此時開關控制信號Vs為高電平，可控開關Qs處于閉合狀態(tài)，補償信號Vcomp2與運算信號Vcompl保持一致；而在剩余時間區(qū)間內(nèi)(如時刻t2至時刻t3)，所述輸出電信號反饋信號1ut-fb大于所述第一基準值Ilmt時，開關控制信號Vs變?yōu)榈碗娖?，可控開關Qs處于斷開狀態(tài)，補償信號Vcomp2維持為運算信號Vcompl在第一時間區(qū)間末(如時刻t2)的數(shù)值?？刂菩盘柊l(fā)生電路102根據(jù)補償信號Vcomp2產(chǎn)生相應的控制信號Ve以控制所述功率開關屮的導通和斷開，從而控制輸出電信號與期望輸出電信號保持一致；同時由于補償信號Vcomp2的波動很小，因此有效減小了交/直流變換電路的總諧波失真THD，提高了交/直流變換電路的功率因數(shù)校正性能。以上實施例中，根據(jù)所述輸入交流電源的周期產(chǎn)生的開關控制信號是通過與輸入交流電源的頻率一致的運算信號來實現(xiàn)的。但是，本領域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的教導，也可以推導出其他的實現(xiàn)方 式，例如，直接利用輸入交流電源vA?；蛘呃弥绷鬏斎腚妷篤D。。通過一比較電路比較交流電流的絕對值和一基準值，當交流電流的絕對值小于所述基準值時，開關控制信號控制所述可控開關閉合，當所述交流電流的絕對值大于所述第二基準值時，所述開關控制信號控制所述可控開關斷開。另外，依據(jù)本發(fā)明的AC/DC變換器，其功率級電路的拓撲結(jié)構(gòu)可以為隔離型或者非隔離型拓撲結(jié)構(gòu)，例如，反激式，降壓式，升壓式或者升壓-降壓式等拓撲結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述的一種AC/DC變換器控制電路以及應用其的AC/DC變換器，達到了如下效果:1、本發(fā)明AC/DC變換器控制電路，通過對誤差放大信號的采樣控制，在保證輸出恒流控制的前提下，有效減少了交/直流變換電路中的總諧波失真現(xiàn)象，獲得了較高的功率因數(shù)。2、本發(fā)明AC/DC變換器控制電路，結(jié)構(gòu)簡易，穩(wěn)定性高，制造成本低，有很高的實用性。上述說明示出并描述了本發(fā)明的若干優(yōu)選實施例，但如前所述，應當理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導或相關領域的技術(shù)或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種AC/DC變換器的控制電路，應用于一AC/DC變換器中，其特征在于，包括，補償信號發(fā)生電路和控制信號發(fā)生電路；其中， 所述補償信號發(fā)生電路接收所述AC/DC變換器的輸出電信號和期望輸出電信號，基于所述AC/DC變換器的輸入交流電源的周期，在每一半周期的第一時間區(qū)間內(nèi)，所述補償信號跟隨所述AC/DC變換器的輸出電信號和期望輸出電信號之間的誤差；在每一半周期的剩余時間區(qū)間內(nèi)，所述補償信號維持為一恒定值； 所述控制信號發(fā)生電路，用于根據(jù)接收到的所述補償信號，產(chǎn)生相應的控制信號，來控制所述輸出電信號與所述期望輸出電信號維持一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AC/DC變換器的控制電路，其特征在于，所述補償信號發(fā)生電路包括誤差運算電路，RC補償電路和采樣保持電路；其中， 所述誤差運算電路用于根據(jù)接收到的所述輸出電信號和所述期望輸出電信號之間的誤差，生成 一誤差信號; 所述RC補償電路用于對接收到的所述誤差信號進行補償運算，以獲得一運算信號； 所述采樣保持電路用于接收所述第一補償信號，在所述第一時間區(qū)間內(nèi)，所述補償信號與所述運算信號維持一致，在所述剩余時間區(qū)間內(nèi)，所述補償信號維持為所述運算信號在所述第一時間區(qū)間末的數(shù)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的AC/DC變換器的控制電路，其特征在于，所述誤差運算電路包括一運算放大器，其第一輸入端接收所述輸出電信號，第二輸入端接收所述期望輸出電信號，輸出端的信號作為所述誤差信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的AC/DC變換器的控制電路，其特征在于，所述RC補償電路包括串聯(lián)連接在所述誤差運算電路的輸出端和地電位之間的補償電阻和補償電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的AC/DC變換器的控制電路，其特征在于，所述采樣保持電路包括連接與所述RC補償電路連接的可控開關，以及與所述可控開關連接的充電電容，所述充電電容兩端的電壓作為所述補償信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的AC/DC變換器的控制電路，其特征在于，所述采樣保持電路還包括一開關控制電路，用于根據(jù)所述輸入交流電源的周期產(chǎn)生一開關控制信號，以來控制所述可控開關的開關狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的AC/DC變換器的控制電路，其特征在于，所述開關控制電路包括第一比較電路，所述第一比較電路接收所述輸出電信號和第一基準值，當所述輸出電信號小于所述第一基準值時，所述開關控制信號控制所述可控開關閉合，當所述輸出電信號大于所述第一基準值時，所述開關控制信號控制所述可控開關斷開。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的AC/DC變換器的控制電路，其特征在于，所述開關控制電路包括第二比較電路，所述第二比較電路接收所述交流電流的絕對值和第二基準值，當所述交流電流的絕對值小于所述第二基準值時，所述開關控制信號控制所述可控開關閉合，當所述交流電流的絕對值大于所述第二基準值時，所述開關控制信號控制所述可控開關斷開。
9.一種具有減小的總諧波失真的AC/DC變換器，其特征在于，包括，權(quán)利要求1至8中所述的任一項AC/DC變換器的控制電路，還包括，功率級電路，其中， 所述AC/DC變換器的控制電路根據(jù)所述功率級電路的輸出電信號和期望輸出電信號之間的誤差生成一控制信號；所述功率級電路用于接收一正弦半波輸入電壓和所述控制信號，所述正弦半波輸入電壓由外部的輸入交流電源通過一整流橋進行整流后獲得，以保證所述輸出電信號和所述期望輸出電信號一致，并且，所述AC/DC變換器具有減小的總諧波失真。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的AC/DC變換器，其特征在于，所述功率級電路為隔離型或者非隔離型拓撲結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種AC/DC變換器控制電路，應用于一AC/DC變換器中，包括，補償信號發(fā)生電路和控制信號發(fā)生電路；其中，所述補償信號發(fā)生電路接收所述AC/DC變換器的輸出電信號和期望輸出電信號，基于所述AC/DC變換器的輸入交流電源的周期，在每一半周期的第一時間區(qū)間內(nèi)，所述補償信號跟隨所述功率級電路的輸出電信號和期望輸出電信號之間的誤差；在每一半周期的剩余時間區(qū)間內(nèi)，所述補償信號維持為一恒定值；所述控制信號發(fā)生電路，用于根據(jù)接收到的所述補償信號，產(chǎn)生相應的控制信號，來控制所述AC/DC變換器的輸出電信號與所述期望輸出電信號維持一致。本發(fā)明有效減少了交/直流變換電路中的總諧波失真，并且結(jié)構(gòu)簡易，穩(wěn)定性高，制造成本低，有很高的實用性。
文檔編號H02M7/12GK103219901SQ20131013882
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者陳偉, 徐孝如, 黃秋凱 申請人:矽力杰半導體技術(shù)(杭州)有限公司