本發(fā)明是有關(guān)功率因數(shù)校正技術(shù)，且特別是有關(guān)于單級(jí)式功率因數(shù)變換裝置。

背景技術(shù)：

關(guān)于交流直流變換裝置，已知技術(shù)中通常使用這樣的技術(shù)方案，如圖1所示，包括整流電路11，前級(jí)DC-DC變換電路12和后級(jí)DC-DC變換電路13，所述整流電路11的輸入端子IN接收交流輸入AC，并對(duì)其進(jìn)行整流，將輸出提供至前級(jí)DC-DC變換電路12的輸入端端子MID1，前級(jí)DC-DC變換電路12的輸出連接至為后級(jí)DC-DC變換電路13的輸入端端子MID2，后級(jí)DC-DC變換電路13的輸出端為輸出端子OUT，提供輸出電壓Vout。前級(jí)DC-DC變換電路12實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，使端子MID1上的電流呈饅頭波，從而使輸入端子IN上的電流呈正弦，滿足功率因數(shù)校正的要求。前級(jí)DC-DC變換電路12一般選擇為升壓式(Boost)變換器，使輸出電壓為固定值Vmid2，輸入電流Imid1呈饅頭波。后級(jí)DC-DC變換電路13把輸入電壓Vmid2變換成所需要的電壓Vout或電流Iout。

已知技術(shù)中的交流直流變換裝置采用了兩級(jí)結(jié)構(gòu)，前級(jí)DC-DC變換電路12為硬開關(guān)電路，介于開關(guān)損耗和電路干擾，開關(guān)頻率不可以設(shè)置為很高的頻率，這大大限制了該級(jí)電路的功率密度，不利于實(shí)現(xiàn)電路小型化。而且兩級(jí)式的電路結(jié)構(gòu)采用器件較多，成本相對(duì)較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明正是思及于此，提供一種諧振式交流直流變換裝置及其控制方法，采用整流橋后施加諧振變換器的方案，這種單級(jí)結(jié)構(gòu)，簡化了電路，降低了成本，而且通過本發(fā)明的控制方法實(shí)現(xiàn)電路中開關(guān)器件的軟開關(guān)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

諧振式交流直流變換裝置，包括整流電路和諧振變換電路，所述整流電路的輸入端接收交流輸入，其輸出端和所述諧振變換電路的輸入端連接，所述整流電路實(shí)現(xiàn)交流直流變換，所述諧振變換電路實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正和調(diào)節(jié)輸出，所述諧振式交流直流變換裝置還包括：

一輸出控制電路，檢測(cè)所述諧振變換電路的輸出變量，計(jì)算出輸出誤差控制量；

一輸入電壓采樣電路，檢測(cè)所述諧振變換電路的輸入電壓，輸出輸入電壓采樣值；

一乘法電路，將所述輸出誤差控制量和所述輸入電壓采樣值相乘，并輸出輸入電流控制參考值；

一輸入控制電路，檢測(cè)所述諧振變換電路的輸入電流，并接收所述輸入電流控制參考值，計(jì)算出電流誤差控制量；

一驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生電路，接收所述電流誤差控制量，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制所述諧振變換電路中開關(guān)器件的開通和關(guān)斷。

本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施例中，所述整流電路為由開關(guān)器件二極管組成的全橋整流電路。

本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施例中，所述諧振變換電路為全橋LLC諧振變換電路。

本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施例中，所述諧振變換電路為半橋LLC諧振變換電路。

本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施例中，所述輸出控制電路包括輸出電壓采樣電路和電壓控制環(huán)，所述輸出電壓采樣電路采樣所述諧振變換電路的輸出電壓，并輸出輸出電壓采樣值，所述電壓控制環(huán)為一調(diào)節(jié)器，接收所述輸出電壓采樣值和輸出電壓控制參考值，計(jì)算出輸出誤差控制量。

本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施例中，所述輸出控制電路包括輸出電流采樣電路和第一電流控制環(huán)，所述輸出電流采樣電路采樣所述諧振變換電路的輸出電流，并輸出輸出電流采樣值，所述電流控制環(huán)為一調(diào)節(jié)器，接收所述輸出電流采樣值和輸出電流控制參考值，計(jì)算出輸出誤差控制量。

本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施例中，所述輸入控制電路包括輸入電流采樣電路和第二電流控制環(huán)，所述輸入電流采樣電路采樣所述諧振變換裝置的輸入電流，輸出輸入電流采樣值，所述第二電流控制環(huán)為一調(diào)節(jié)器，接收所述輸入電流控制參考值和所述輸入電流采樣值，計(jì)算出輸入誤差控制量。

本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施例中，所述調(diào)節(jié)器為比例積分調(diào)節(jié)器。

本發(fā)明還提供一種諧振式交流直流變換裝置的控制方法，所述諧振式交流直流變換裝置包括整流電路和諧振變換電路，所述整流電路的輸入端接收交流輸入，其輸出端和所述諧振變換電路的輸入端連接，所述控制方法包括：

檢測(cè)所述諧振變換電路的輸出變量，計(jì)算出輸出誤差控制量；

所述輸出誤差控制量與諧振變換電路的輸入電壓采樣值相乘，所得乘積作為輸入電流控制參考值；

檢測(cè)所述諧振變換電路的輸入電流，得到輸入電流采樣值；

使用輸入電流控制參考值和輸入電流采樣值計(jì)算產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)；

使用所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制所述諧振變換裝置中開關(guān)器件的開通和關(guān)斷。

本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施例中，所述輸出變量為輸出電流或輸出電壓。

有益效果，本發(fā)明通過單級(jí)諧振變換電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流直流變換裝置的功率因數(shù)校正和輸出變量控制，電路結(jié)構(gòu)簡單，本發(fā)明設(shè)計(jì)的控制方法實(shí)現(xiàn)了諧振變換電路中開關(guān)器件的軟開關(guān)，從而可以進(jìn)一步提高開關(guān)器件的開關(guān)頻率，進(jìn)而減小變壓器或電感等磁芯元件的體積，達(dá)到縮小整個(gè)裝置體積的目的，提高裝置的功率密度，形成輕薄的外觀。

為讓發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附圖式作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

圖1為已知技術(shù)中交流直流變換裝置的電路示意圖。

圖2為本發(fā)明技術(shù)方案電路示意圖。

圖3為本發(fā)明技術(shù)方案控制電路示意圖。

圖4為本發(fā)明控制電路一具體實(shí)施例圖。

圖5為本發(fā)明控制電路另一具體實(shí)施例圖。

圖6為本發(fā)明整流電路和諧振變換電路一具體實(shí)施例圖。

圖7為本發(fā)明整流電路和諧振變換電路另一具體實(shí)施例圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的和技術(shù)方案更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；谒枋龅谋景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在無需創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明中所述的“第一”、“第二”、“第三”等(如果存在)用于在類似要素之間進(jìn)行區(qū)別，并且不一定是描述特定的次序或者按時(shí)間的順序。要理解，這樣使用的這些術(shù)語在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下是可互換的，使得在此描述的主題的實(shí)施例如是能夠以與那些說明的次序不同的次序或者以在此描述的另外的次序來進(jìn)行操作。另外，凡可能之處，在圖示及實(shí)施方式中使用相同標(biāo)號(hào)的組件/構(gòu)件/步驟，系代表相同或類似部件。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種諧振式交流直流變換裝置及其控制方法，使用單級(jí)諧振變換電路連接在整流電路之后，同時(shí)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正和輸出變量調(diào)節(jié)，簡化了電路結(jié)構(gòu)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)諧振變換電路中開關(guān)器件的軟開關(guān)。

如圖2所示為本發(fā)明技術(shù)方案電路框圖，所述諧振式交流直流變換裝置包括整流電路21和諧振變換電路22，所述整流電路的輸入端子IN接收交流輸入電壓Vin，進(jìn)行AC-DC整流變換后，提供直流電Vmid至所述諧振變換電路的輸入端子MID，諧振變換電路22接收直流電Vmid，進(jìn)行功率因數(shù)校正和輸出調(diào)節(jié)后提供輸出Vout至輸出端子OUT，諧振變換電路22保證端子MID上的電流Imid呈饅頭波，使得端子IN上的電流Iin呈正弦，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。

圖3為本發(fā)明控制電路方框示意圖，如圖3所示，在圖2的電路中加入了控制電路34，所述控制電路包括：

一輸出控制電路341，檢測(cè)所述諧振變換電路32的輸出端子OUT上的輸出變量，計(jì)算出輸出誤差控制量S1；

一輸入電壓采樣電路342，檢測(cè)所述諧振變換電路32的輸入端子MID上的電壓Vmid，輸出輸入電壓采樣值S2；

一乘法電路343，將所述輸出誤差控制量和所述輸入電壓采樣值相乘，并輸出輸入電流控制參考值S3；

一輸入控制電路344，所述輸出控制電路344包括輸入電流采樣電路3441檢測(cè)所述諧振變換電路的輸入電流，輸出輸入電流采樣值S4，還包括一電流控制環(huán)3442，所述電流控制環(huán)3442接收所述輸入電流控制參考值S3和所述輸入電流采樣值S4，計(jì)算出電流誤差控制量S5；

一驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生電路345，接收所述電流誤差控制量S5，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM控制所述諧振變換電路中開關(guān)器件的開通和關(guān)斷。

本發(fā)明優(yōu)選的，所述電流控制環(huán)3442為一調(diào)節(jié)器，更具體的說，是比例積分調(diào)節(jié)器，但是本發(fā)明并不以此為限，任何具有調(diào)節(jié)計(jì)算的調(diào)節(jié)器均可在此應(yīng)用。

本發(fā)明當(dāng)輸入電壓Vin從峰值向過零點(diǎn)附近減小時(shí)，PFC功能恰好要求輸入電流也相應(yīng)減小過零，利用并聯(lián)諧振在小電流情況下的高增益特性，可以通過降低開關(guān)頻率,提高輸入和輸出間的升壓比，從而維持輸出電壓的恒定。

如圖4所示為本發(fā)明輸入控制電路的另一具體實(shí)施例圖，本實(shí)施例中，其他部件與圖3所示的電路相同，輸出控制電路441包括輸出電流采樣電路4411和電流控制環(huán)4412，所述電流采樣電路4411采樣諧振變換電路42輸出端OUT的輸出電流，輸出輸出電流采樣值S02，所述電流控制環(huán)4412接收輸出電流采樣值S02和輸出電流參考值Iref，計(jì)算出輸出誤差控制量S1。

本發(fā)明優(yōu)選的，所述電流控制環(huán)4412為一調(diào)節(jié)器，更具體的說，是比例積分調(diào)節(jié)器，但是本發(fā)明并不以此為限，任何具有調(diào)節(jié)計(jì)算的調(diào)節(jié)器均可在此應(yīng)用。

如圖5所示為本發(fā)明輸入控制電路的一具體實(shí)施例圖，本實(shí)施例中，其他部件與圖3所示的電路相同，輸出控制電路541包括輸出電壓采樣電路5411和電壓控制環(huán)5412，所述電壓采樣電路5411采樣諧振變換電路52輸出端OUT的輸出電壓，輸出輸出電壓采樣值S01，所述電壓控制環(huán)5412接收輸出電壓采樣值S01和輸出電壓參考值Vref，計(jì)算出輸出誤差控制量S1。

本發(fā)明優(yōu)選的，所述電壓控制環(huán)5412為一調(diào)節(jié)器，更具體的說，是比例積分調(diào)節(jié)器，但是本發(fā)明并不以此為限，任何具有調(diào)節(jié)計(jì)算的調(diào)節(jié)器均可在此應(yīng)用。

如圖6所示，為本發(fā)明整流電路和諧振電路的一具體實(shí)施例，本實(shí)施例中，輸入電壓Vin為工頻交流輸入，一般為電網(wǎng)電壓，連接在輸入端子IN，為整流電路61提供輸入，整流電路61為整流橋D_R1～D_R4實(shí)現(xiàn)AC-DC變換；整流電路61和諧振變換電路62通過端子MID串聯(lián)連接，諧振變換電路62為一半橋諧振變換電路，其中電感L_r，電容C_r和電感L_m構(gòu)成LLC諧振環(huán)節(jié)；開關(guān)S₁，S₂和電容C₁，C₂構(gòu)成高頻逆變電路，把直流電壓變?yōu)楦哳l交流量；二極管DF1、DF2和電容CF1、CF2構(gòu)成諧振電路的半橋式整流電路，把通過諧振網(wǎng)絡(luò)的高頻交流電整流成端子OUT所需直流。輸出端子OUT上并聯(lián)連接有輸出濾波電容Co和負(fù)載Ro。在工頻半波期間內(nèi)，當(dāng)輸入電壓Vin從峰值向過零點(diǎn)附近減小時(shí)，PFC功能恰好要求輸入電流也相應(yīng)減小過零，利用并聯(lián)諧振在小電流情況下的高增益特性，可以通過降低開關(guān)頻率,提高輸入和輸出間的升壓比，從而維持輸出電壓的恒定。

如圖7所示，為本發(fā)明整流電路和諧振電路的另一具體實(shí)施例，本實(shí)施例中，輸入電壓Vin為工頻交流輸入，一般為電網(wǎng)電壓，連接在輸入端子IN，為整流電路71提供輸入，整流電路71為二極管DR1～DR4構(gòu)成的全橋整流電路實(shí)現(xiàn)AC-DC變換；整流電路71和諧振變換電路72通過端子MID串聯(lián)連接，諧振變換電路72為全橋諧振變換電路，其中電感Lr，電容Cr和變壓器T，構(gòu)成LLC諧振環(huán)節(jié)；S1，S2，S3，S4構(gòu)成高頻逆變電路，把直流電壓變?yōu)楦哳l交流量；DF1，DF2，DF3，DF4構(gòu)成諧振電路的半橋式整流電路，把通過諧振網(wǎng)絡(luò)的高頻交流電整流成端子OUT所需直流。輸出端子OUT上并聯(lián)連接有輸出濾波電容Co和負(fù)載Ro。

本發(fā)明具有非常好的效果：采用諧振變換器直接實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正和輸出調(diào)節(jié)的功能。可以應(yīng)用在交流輸入、直流輸出的電源變換中，特別是要求體積小、效率高的電源、充電器和相關(guān)產(chǎn)品中。例如需要電動(dòng)車充電器等；或者大功率工業(yè)電源中，如電解電鍍電源等。

雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤飾，故本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的申請(qǐng)專利范圍所界定者為準(zhǔn)。