高效低輸出電壓紋波的dcm反激pfc變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電能變換裝置的交流-直流變換器領(lǐng)域，特別是一種高效低輸出電壓 紋波的DCM反激PFC變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 功率因數(shù)校正（Power Factor Correction, PFC)變換器可以減小輸入電流諧波， 提高輸入功率因數(shù)，已得到廣泛應(yīng)用。PFC變換器分為有源和無源兩種方式，相對于無源方 式來說，有源方式具有輸入功率因數(shù)高、體積小、成本低等優(yōu)點。
[0003] 有源PFC變換器可以采用多種電路拓和控制方法，其中反激變換器是常用的幾種 PFC變換器之一，根據(jù)開關(guān)管關(guān)斷期間內(nèi)副邊二極管電流是否持續(xù)導(dǎo)通，可將其分為三種工 作模式，即電感電流連續(xù)模式（Continuous Current Mode, CCM)，電感電流臨界連續(xù)模式 (Critical Continuous Current Mode, CRM)，電感電流斷續(xù)模式（Discontinuous Current Mode, DCM)。
[0004] DCM反激PFC變換器一般應(yīng)用在中小功率場合，其優(yōu)點是開關(guān)管零電流開通、副邊 二極管無反向恢復(fù)和開關(guān)頻率恒定等。但由于工作在斷續(xù)模式，能量的傳輸未占滿整個開 關(guān)周期，其電感電流峰值及有效值較大，開關(guān)管和二極管亦然，在加重功率器件電流應(yīng)力的 同時，也帶來導(dǎo)通損耗和開關(guān)管關(guān)斷損耗的增加，影響效率的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種高效低輸出電壓紋波的DCM反激PFC變換器，通過提 出一種新的開關(guān)周期最優(yōu)利用率控制，增大了臨界電感值，降低主功率器件電流峰值及有 效值，提高了變換效率，同時也減小了輸出電壓紋波或輸出儲能電容。
[0006] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種高效低輸出電壓紋波的DCM反激PFC變 換器，包括主功率電路和控制電路，所述主功率電路包括輸入電壓源v in、EMI濾波器、二極 管整流電路RB、變壓器、開關(guān)管Qb、二極管Db、濾波電容C。和負(fù)載R u，其中輸入電壓源vin 與EMI濾波器的輸入端口連接，EMI濾波器的輸出端口與二極管整流電路RB的輸入端口 連接，二極管整流電路RB的輸出負(fù)極為參考電位零點，二極管整流電路RB的輸出正極與變 壓器的繞組N p的異名端連接，變壓器T i的繞組N p的同名端接入開關(guān)管Q b的漏極，開關(guān) 管Qb的源極與參考電位零點連接，變壓器!\的繞組Ns的同名端與二極管D b的陽極連接，二 極管Db的陰極分別與濾波電容C。的一端和負(fù)載Ru的一端連接，濾波電容C。的另一端和負(fù) 載的另一端均連接參考電位零點，負(fù)載R w兩端的電壓為輸出電壓V。；
[0007] 所述的控制電路包括鋸齒波比較及開關(guān)管驅(qū)動電路、第一分壓跟隨電路、第二分 壓放大電路、加法電路、乘法器、輸出電壓反饋電路；其中鋸齒波比較及開關(guān)管驅(qū)動電路的 輸出端與開關(guān)管Q b的門極連接；第一分壓跟隨電路的輸入端與輸入電壓采樣點V g即二極 管整流電路RB的輸出正極連接，第一分壓跟隨電路的輸出端A和加法電路的一個輸入端連 接；第二分壓放大電路的輸入端連接主功率電路的輸出電壓V。的正極，第二分壓放大電路 的輸出端B分別與加法電的另一個輸入端和乘法器的第二輸入端連接；加法電路的輸入端 分別與第一分壓跟隨電路的輸出端A和第二分壓放大電路的輸出端B連接，加法電路的輸 出端C與乘法器的第三輸入端連接；輸出電壓反饋電路的輸入端連接主功率電路的輸出電 壓V。的正極，輸出電壓反饋電路的輸出端與乘法器的第一輸入端連接；乘法器的輸出端P 與鋸齒波比較及開關(guān)管驅(qū)動電路的輸入端連接。
[0008] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點是：（1)在滿足IEC61000-3_2Class D標(biāo)準(zhǔn)的 前提下，增大了臨界電感值，降低了導(dǎo)通損耗和開關(guān)管關(guān)斷損耗，提高變換效率；(2)大幅 減小了輸出電壓紋波或輸出儲能電容。
【附圖說明】
[0009] 圖1是反激PFC變換器主電路示意圖。
[0010] 圖2是DCM反激PFC變換器的電感電流波形圖。
[0011]圖3是不同輸入電壓下的臨界電感值變化曲線圖。
[0012] 圖4是半個工頻周期內(nèi)開關(guān)周期利用率變化曲線圖。
[0013] 圖5是JI/2和0角度附近開關(guān)周期內(nèi)的電感電流波形圖，其中（a)角度為 JT /2,（b)角度為 0。
[0014] 圖6臨界電感值與M和a的關(guān)系曲線和曲面圖，其中（a)臨界電感值與M和a 的關(guān)系曲線圖，（b)臨界電感值與M和a的關(guān)系曲面圖。
[0015] 圖7是開關(guān)管驅(qū)動信號和電感電流波形圖，其中（a)定占空比控制，（b)開關(guān)周 期最優(yōu)利用率控制（L pl= 200uH)，（c)開關(guān)周期最優(yōu)利用率控制（Lpl= 275uH)。
[0016] 圖8是不同控制方式下的PF曲線圖。
[0017] 圖9是兩種控制方式下半個工頻周期內(nèi)輸入電流波形圖。
[0018]圖10是開關(guān)周期最優(yōu)利用率控制下3、5、7次諧波與基波之比的變化曲線圖。
[0019] 圖11是開關(guān)周期最優(yōu)利用率控制下3、5、7次諧波與功率之比的變化曲線圖。 [0020] 圖12是兩種控制方式下原邊電感電流有效值隨輸入電壓變化的曲線圖。
[0021] 圖13是兩種控制方式下副邊電感電流有效值隨輸入電壓變化的曲線圖。
[0022] 圖14是兩種控制方式下原邊電感電流峰值在半個工頻周期內(nèi)的變化曲線圖。
[0023]圖15是兩種控制方式下瞬時輸入功率標(biāo)幺值在半個工頻周期內(nèi)的變化曲線圖。
[0024] 圖16是兩種控制方式下輸出電壓紋波的變化曲線圖。
[0025] 圖17是本發(fā)明高效低輸出電壓紋波的DCM反激PFC變換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0027] 1 DCM反激（Flyback) PFC變換器的工作原理
[0028] 圖1是反激PFC變換器主電路。
[0029] 為了分析方便，先作如下假設(shè)：1.所有器件均為理想元件；2.輸出電壓紋波與其 直流量相比很小；3.開關(guān)頻率遠(yuǎn)高于輸入電壓頻率。
[0030] 不失一般性，定義輸入交流電壓的表達(dá)式為
[0031] vin= Vmsin?t ⑴其中Vm為輸入電壓峰值，《 = 2Jifline為輸入電壓角頻率， fliM為輸入電壓頻率。
[0032] 那么輸入整流后