專利名稱：一種升壓型pfc控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率因數(shù)校正領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種升壓型PFC控制器。
背景技術(shù)：
為了減少電力電子裝置對電網(wǎng)造成的諧波污染，通常在其輸入側(cè)加入功率因數(shù)校正(PFC)電路。目前常采用有源功率因數(shù)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(shù)，從而減少諧波污染，目前有源 PFC電路常采用升壓型PFC電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在大功率應(yīng)用場合，連續(xù)導(dǎo)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(jìn)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(guān)管Sm、二極管D、輸入電容Cin和輸出電容Ctjut,其構(gòu)成一升壓型電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。所述控制電路采用電流環(huán)和電壓環(huán)的平均電流控制模式。電感電流采樣電路檢測到電感電流，并進(jìn)以平均化處理，得到表征電感電流平均值的采樣電壓信號Vsen，該米樣電壓信號Vsm被傳輸?shù)秸`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?zhàn)兞縑。 和經(jīng)整流后的輸入電壓vg。誤差放大器Wl對接收到的采樣電壓信號Vsm和參考信號\進(jìn)行比較和放大處理后，產(chǎn)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(jìn)行比較，產(chǎn)生控制功率開關(guān)管Sm的導(dǎo)通和關(guān)斷的信號，以調(diào)整輸入電流的波形跟隨輸入電壓波形變化，進(jìn)而達(dá)到功率因數(shù)校正的目的。在這種傳統(tǒng)的CCM升壓型PFC電路的PWM控制電路中，需內(nèi)置一振蕩器，以產(chǎn)生固定時鐘頻率的鋸齒波信號，因此功率開關(guān)管Sm恒定的開關(guān)頻率由內(nèi)置的時鐘信號決定的； 為了方便EMI測試，一般時鐘信號發(fā)生電路需要采用抖頻設(shè)計以隔離更寬頻率范圍內(nèi)的噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種新型的升壓型PFC控制器，所述PFC控制器無需內(nèi)部時鐘信號即可控制所述功率開關(guān)管的開關(guān)頻率，可根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)恒頻工作或變頻工作。依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一種升壓型PFC控制器，應(yīng)用于一交/直流變換器，包括: 關(guān)斷信號發(fā)生電路、導(dǎo)通信號發(fā)生電路和邏輯控制電路；其中，所述導(dǎo)通信號發(fā)生電路接收一表征電感電流的第一采樣信號，并將所述第一采樣信號與一第一基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，在所述交/直流變換器中功率開關(guān)管的關(guān)斷時間內(nèi)，所述第一采樣信號持續(xù)下降，當(dāng)所述第一采樣信號下降到所述第一基準(zhǔn)電壓時，產(chǎn)生導(dǎo)通信號;所述關(guān)斷信號發(fā)生電路將所述第一采樣信號與第二基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，在所述功率開關(guān)管的導(dǎo)通時間內(nèi)，所述第一采樣信號持續(xù)上升，當(dāng)所述第一采樣信號上升到所述第二基準(zhǔn)電壓時，產(chǎn)生關(guān)斷信號；其中所述第一基準(zhǔn)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(zhǔn)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(jīng)整流后的直流輸入電壓以及輸出電壓反饋?zhàn)兞靠刂?；所述第二控制信號與所述功率開關(guān)管的占空比和所述直流輸入電壓的乘積呈正比例關(guān)系，比例系數(shù)為第一比例系數(shù)；所述邏輯控制電路分別與所述導(dǎo)通信號發(fā)生電路和所述關(guān)斷信號發(fā)生電路連接， 當(dāng)所述導(dǎo)通信號有效時，控制所述功率開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)所述關(guān)斷信號有效時，控制所述功率開關(guān)管關(guān)斷。優(yōu)選的，所述第一比例系數(shù)恒定，以保證所述功率開關(guān)管的開關(guān)周期恒定。優(yōu)選的，所述第一比例系數(shù)是可調(diào)節(jié)的，以使所述功率開關(guān)管的開關(guān)周期是變化的。進(jìn)一步的，包括輸出電壓反饋回路，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?zhàn)兞?，所述輸出電壓反饋?zhàn)兞靠刂扑龅谝豢刂菩盘枺瑥亩ＷC所述輸出電壓維持恒定。進(jìn)一步的，包括電感電流采樣電路，用以采樣流過所述交/直流變換器中電感的電流，并產(chǎn)生所述第一采樣信號。進(jìn)一步的，包括功率前饋電路，其接收經(jīng)整流后的直流輸入電壓，并進(jìn)行峰值檢測，以產(chǎn)生峰值電壓信號；所述直流輸入電壓與所述輸出電壓反饋?zhàn)兞肯喑撕?，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?zhàn)兞颗c所述交/ 直流變換器的輸入功率呈正比例關(guān)系。進(jìn)一步的，包括第二控制信號發(fā)生電路，所述第二控制信號發(fā)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(guān)管的導(dǎo)通信號和關(guān)斷信號，以產(chǎn)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系數(shù)。優(yōu)選的，所述邏輯控制電路包括一 RS觸發(fā)器，所述RS觸發(fā)器的復(fù)位端與所述導(dǎo)通信號發(fā)生電路連接，置位端與所述關(guān)斷信號發(fā)生電路連接，輸出端輸出的開關(guān)控制信號用以控制所述功率開關(guān)管的開關(guān)動作。依照本發(fā)明的一種升壓型PFC控制器，通過內(nèi)部的控制電路而無需內(nèi)置時鐘信號即可實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管定頻工作或是抖頻工作，降低了 EMI濾波器的設(shè)計難度。另外，本發(fā)明通過輸入電壓前饋電路實(shí)現(xiàn)輸出電壓反饋?zhàn)兞颗c輸入功率相關(guān)而與輸入電壓無關(guān)，有利于全球電網(wǎng)電壓輸入設(shè)計要求。


圖I所示為現(xiàn)有的CCM升壓型PFC電路圖；圖2所示為依據(jù)本發(fā)明的一種升壓型PFC控制器的第一實(shí)施例的原理框圖；圖3所示為依據(jù)本發(fā)明的一種升壓型PFC控制器的第二實(shí)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(jù)本發(fā)明的一種升壓型PFC控制器的第三實(shí)施例的原理框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不僅僅限于這些實(shí)施例。本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中詳細(xì)說明了具體的細(xì)節(jié)，而對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。本發(fā)明中所述的一種升壓型PFC控制器應(yīng)用于交/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(shù)中已作介紹，下述各個實(shí)施例中的功率級電路中的各元件與背景技術(shù)中均相同。參考圖2，所示為依據(jù)本發(fā)明的一種升壓型PFC控制器的第一實(shí)施例的原理框圖， 所述升壓型PFC控制器包括導(dǎo)通信號發(fā)生電路201、關(guān)斷信號發(fā)生電路202和邏輯控制電路 203 ;所述功率開關(guān)管Sm的一個開關(guān)周期包括導(dǎo)通時間Tm和關(guān)斷時間Ttw ;其中，所述導(dǎo)通信號發(fā)生電路201接收一表征電感電流k的第一采樣信號，并將所述第一采樣信號與一第一基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，在所述交/直流變換器中功率開關(guān)管Sm的關(guān)斷時間內(nèi)，所述第一采樣信號持續(xù)下降，當(dāng)所述第一采樣信號下降到所述第一基準(zhǔn)電壓時，產(chǎn)生導(dǎo)通信號ON ；所述關(guān)斷信號發(fā)生電路202將所述第一采樣信號與第二基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，在所述功率開關(guān)管Sm的導(dǎo)通時間內(nèi)，所述第一采樣信號持續(xù)上升，當(dāng)所述第一采樣信號上升到所述第二基準(zhǔn)電壓時，產(chǎn)生關(guān)斷信號OFF ；其中所述第一基準(zhǔn)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(zhǔn)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(jīng)整流后的直流輸入電壓Vg以及輸出電壓反饋?zhàn)兞縑。控制；所述第二控制信號與所述功率開關(guān)管Sm的占空比D和所述直流輸入電壓Vg的乘積呈正比例關(guān)系，比例系數(shù)為第一比例系數(shù)1 ；所述邏輯控制電路203分別與所述導(dǎo)通信號發(fā)生電路201和所述關(guān)斷信號發(fā)生電路202連接，當(dāng)所述導(dǎo)通信號ON有效時，控制所述功率開關(guān)管Sm導(dǎo)通；當(dāng)所述關(guān)斷信號OFF 有效時，控制所述功率開關(guān)管Sm關(guān)斷。從上述可以看出，所述導(dǎo)通信號發(fā)生電路主要用于控制功率開關(guān)管的關(guān)斷持續(xù)時間，所述關(guān)斷信號發(fā)生電路主要用于控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通持續(xù)時間，并且，在此過程中， 若所述第一比例系數(shù)恒定，則所述功率開關(guān)管的開關(guān)周期維持恒定；若所述第一比例系數(shù)是可調(diào)節(jié)的，則所述功率開關(guān)管的開關(guān)周期是變化的。從圖2所示的實(shí)施例可以看出，采用依據(jù)本發(fā)明的升壓型PFC控制器，通過內(nèi)部的控制電路而無需內(nèi)置時鐘信號即可實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管定頻工作或抖頻工作，降低了 EMI濾波器的設(shè)計難度。參考圖3，所示為依據(jù)本發(fā)明的一種升壓型PFC控制器的第二實(shí)施例的原理框圖。 在圖2所示實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例具體描述了導(dǎo)通信號發(fā)生電路201、關(guān)斷信號發(fā)生電路202和邏輯控制電路203的一種實(shí)現(xiàn)方法，并進(jìn)一步包括輸出電壓反饋回路301、電感電流采樣電路302和第二控制信號發(fā)生電路303。所述輸出電壓反饋回路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?zhàn)兞縑。，所述直流輸入電壓Vg和輸出電壓反饋?zhàn)兞縑。進(jìn)行乘積運(yùn)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?zhàn)兞縑?？刂扑龅谝?br> 5控制信號Vrfrt，從而保證所述輸出電壓Mout維持恒定。所述電感電流采樣電路302用以采樣流過所述交/直流變換器中電感的電流Iy 并產(chǎn)生所述第一采樣信號Vsm ;具體應(yīng)用中，所述電感電流采樣電路302可以通過采樣電阻對采樣的電流信號進(jìn)行平均化處理，以形成表征電感電流平均值的第一采樣信號Vsm ；所述第二控制信號發(fā)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(guān)管的導(dǎo)通信號和關(guān)斷信號，以產(chǎn)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系數(shù)K1,即Vsl = K1^vg0在本實(shí)施例中，所述平均值電路包括串聯(lián)連接的第一開關(guān)S1和第二開關(guān)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(guān)S1的第一端接收所述第一電壓源Vsl，所述第二開關(guān)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(guān)S1和第二開關(guān)S2的公共連接點(diǎn)，另一端與所述第一電容C1串聯(lián)后接地。其中，所述第一開關(guān)S1的開關(guān)狀態(tài)與所述功率開關(guān)管Sm的開關(guān)狀態(tài)相同，所述第二開關(guān)S2的開關(guān)狀態(tài)與所述功率開關(guān)管Sm的開關(guān)狀態(tài)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(jīng)所述第一開關(guān)S1和第二開關(guān)S2斬波后再經(jīng)RC濾波電路進(jìn)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?jīng)Q定Vctr2 =ν^ = Κλν^(O
IsIs所述導(dǎo)通信號發(fā)生電路包括比較器304，其反相輸入端接收所述第一采樣信號 Vsm，其同相輸入端接收第一基準(zhǔn)電壓Vrefl，以輸出所述導(dǎo)通信號0Ν，其中所述第一基準(zhǔn)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(guān)斷信號發(fā)生電路包括比較器305，其同相輸入端接收所述第一采樣信號 Vsm，其反相輸入端接收第二基準(zhǔn)電壓Vref2，以輸出所述關(guān)斷信號0FF，其中所述第二基準(zhǔn)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(fā)器306，其復(fù)位端R端與所述導(dǎo)通信號發(fā)生電路連接，接收所述導(dǎo)通信號0Ν，其置位端S端與所述關(guān)斷信號發(fā)生電路連接，接收所述關(guān)斷信號 0FF，其反相輸出端即&端與所述功率開關(guān)管Sm的控制端連接，其輸出信號用以控制所述功率開關(guān)管Sm的開關(guān)動作。下面結(jié)合該實(shí)施例中各電路的功能及圖4所示的工作波形圖以詳細(xì)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(dāng)所述功率開關(guān)管Sm處于關(guān)斷狀態(tài)時，所述第一采樣信號Vsm持續(xù)下降，當(dāng)所述第一采樣信號Vsen下降到所述第一基準(zhǔn)電壓Vrefl時，所述比較器304產(chǎn)生導(dǎo)通信號0N，所述RS觸發(fā)器308接收所述導(dǎo)通信號ON進(jìn)行復(fù)位動作，其&端輸出高電平控制控制所述功率開關(guān)管Sm導(dǎo)通；當(dāng)所述功率開關(guān)管Sm處于導(dǎo)通狀態(tài)時，所述第一采樣信號Vsm持續(xù)上升，當(dāng)所述第一采樣信號Vsen上升到所述第二基準(zhǔn)電壓VMf2時，所述比較器305輸出所述關(guān)斷信號OFF。 所述RS觸發(fā)器306接收所述關(guān)斷信號OFF進(jìn)行置位動作，其&端輸出低電平控制控制所述功率開關(guān)管Sm關(guān)斷。由于開關(guān)頻率較高，因此所述第二基準(zhǔn)電壓與所述第一基準(zhǔn)電壓的差值近似為所述功率開關(guān)管Sm導(dǎo)通時，所述電感電流采樣信號的上升值即
權(quán)利要求
1.一種升壓型PFC控制器，應(yīng)用于一交/直流變換器，其特征在于，包括關(guān)斷信號發(fā)生電路、導(dǎo)通信號發(fā)生電路和邏輯控制電路；其中，所述導(dǎo)通信號發(fā)生電路接收一表征電感電流的第一采樣信號，并將所述第一采樣信號與一第一基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，在所述交/直流變換器中功率開關(guān)管的關(guān)斷時間內(nèi)，所述第一采樣信號持續(xù)下降，當(dāng)所述第一采樣信號下降到所述第一基準(zhǔn)電壓時，產(chǎn)生導(dǎo)通信號；所述關(guān)斷信號發(fā)生電路將所述第一采樣信號與第二基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，在所述功率開關(guān)管的導(dǎo)通時間內(nèi)，所述第一采樣信號持續(xù)上升，當(dāng)所述第一采樣信號上升到所述第二基準(zhǔn)電壓時，產(chǎn)生關(guān)斷信號；其中所述第一基準(zhǔn)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(zhǔn)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(jīng)整流后的直流輸入電壓以及輸出電壓反饋?zhàn)兞靠刂疲凰龅诙刂菩盘柵c所述功率開關(guān)管的占空比和所述直流輸入電壓的乘積呈正比例關(guān)系，比例系數(shù)為第一比例系數(shù)；所述邏輯控制電路分別與所述導(dǎo)通信號發(fā)生電路和所述關(guān)斷信號發(fā)生電路連接，當(dāng)所述導(dǎo)通信號有效時，控制所述功率開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)所述關(guān)斷信號有效時，控制所述功率開關(guān)管關(guān)斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的升壓型PFC控制器，其特征在于，所述第一比例系數(shù)恒定，以保證所述功率開關(guān)管的開關(guān)周期恒定。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的升壓型PFC控制器，其特征在于，所述第一比例系數(shù)是可調(diào)節(jié)的，以使所述功率開關(guān)管的開關(guān)周期是變化的。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的升壓型PFC控制器，其特征在于，進(jìn)一步包括輸出電壓反饋回路，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?zhàn)兞?，所述輸出電壓反饋?zhàn)兞靠刂扑龅谝豢刂菩盘?，從而保證所述輸出電壓維持恒定。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的升壓型PFC控制器，其特征在于，進(jìn)一步包括電感電流采樣電路，用以采樣流過所述交/直流變換器中電感的電流，并產(chǎn)生所述第一采樣信號。
6.據(jù)權(quán)利要求I所述的升壓型PFC控制器，其特征在于，進(jìn)一步包括功率前饋電路，其接收經(jīng)整流后的直流輸入電壓，并進(jìn)行峰值檢測，以產(chǎn)生峰值電壓信號；所述直流輸入電壓與所述輸出電壓反饋?zhàn)兞肯喑撕?，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?zhàn)兞颗c所述交/直流變換器的輸入功率呈正比例關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的升壓型PFC控制器，其特征在于，進(jìn)一步包括第二控制信號發(fā)生電路，所述第二控制信號發(fā)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(guān)管的導(dǎo)通信號和關(guān)斷信號，以產(chǎn)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系數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的升壓型PFC控制器，其特征在于，所述邏輯控制電路包括一 RS觸發(fā)器，所述RS觸發(fā)器的復(fù)位端與所述導(dǎo)通信號發(fā)生電路連接，置位端與所述關(guān)斷信號發(fā)生電路連接，輸出端輸出的開關(guān)控制信號用以控制所述功率開關(guān)管的開關(guān)動作。
全文摘要
依據(jù)本發(fā)明的一種升壓型PFC控制器，通過導(dǎo)通信號發(fā)生電路和關(guān)斷信號發(fā)生電路來控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，且所述PFC控制器無需內(nèi)部時鐘信號即可控制所述功率開關(guān)管的開關(guān)頻率，可根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)恒頻工作或變頻工作。降低了EMI濾波器的設(shè)計難度。另外，本發(fā)明通過輸入電壓前饋電路實(shí)現(xiàn)輸出電壓反饋?zhàn)兞颗c輸入功率相關(guān)而與輸入電壓無關(guān)，有利于全球電網(wǎng)電壓輸入設(shè)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(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者姚杰, 趙晨 申請人:杭州矽力杰半導(dǎo)體技術(shù)有限公司