一種高功率因數(shù)的降壓式功率因數(shù)校正變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高功率因數(shù)的降壓式功率因數(shù)校正變換器，屬于電能變換裝置技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 功率因數(shù)校正（PowerFactorCorrection，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(wú)源兩種方式，相對(duì)于無(wú)源方 式來(lái)說(shuō)，有源方式具有輸入功率因數(shù)高、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 有源功率因數(shù)校正技術(shù)（APFC)從80年代發(fā)展以來(lái)，各國(guó)學(xué)者從控制策略、電路拓 撲、小信號(hào)建模等角度進(jìn)行了深入的研宄，并取得了一系列的研宄成果。就目前而言，APFC 技術(shù)新的一個(gè)研宄熱點(diǎn)是對(duì)PFC電路拓?fù)涞难绣?。理論上任何一種DC/DC變流器拓?fù)涠寄?作為PFC變換器的拓?fù)?，但就目前為止，傳統(tǒng)的有源PFC還是廣泛采用Boost(升壓式變換 電路）拓?fù)?，雖然BoostPFC是一種提高功率因數(shù)、降低電流諧波的有效方式，但是在低壓 輸入時(shí)的損耗大也是制約其發(fā)展的瓶頸，而B(niǎo)uckPFC由于Buck(降壓式變換電路）電路自 身降壓的特性，使得輸入輸出電壓較為接近，可以使其在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)都能保持較 高的效率，另外，BuckPFC輸出電壓低、共模EMI噪聲小、無(wú)需浪涌限制器和主電感小等，這 些優(yōu)點(diǎn)都使得BuckPFC逐漸成為功率因數(shù)校正技術(shù)的一個(gè)研宄熱點(diǎn)。
[0004] 但是，傳統(tǒng)基于DCM(電感電流斷續(xù)模式）下的BuckPFC變換器每個(gè)開(kāi)關(guān)周期的 占空比相同，開(kāi)關(guān)周期也是恒定的，雖然具有控制簡(jiǎn)單、電感小、二極管沒(méi)有反向恢復(fù)的優(yōu) 點(diǎn)，但是存在以下缺點(diǎn)，電感電流峰值大、EMI差模特性差、開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通損耗大、效率得不到 優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的克服傳統(tǒng)的DCM模式下BuckPFC變換器，電感電流峰值大、EMI差 模特性差、開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通損耗大、效率得不到優(yōu)化的問(wèn)題。本發(fā)明的高功率因數(shù)的降壓式功率 因數(shù)校正變換器，具有輸入功率因數(shù)高，輸出電壓紋波小、開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通損耗小、所需二極管 應(yīng)力減小等優(yōu)點(diǎn)，采用變占空比控制后，可使電感量增大，電感電流紋波明顯減小，電感電 流有效值明顯降低，還會(huì)使開(kāi)關(guān)管的電流有效值相應(yīng)降低，變換器的導(dǎo)通損耗減小，變換器 的效率提尚，具有良好的應(yīng)用如景。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種高功率因數(shù)的降壓式功率因數(shù)校正變換器，其特征在于：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vin、EMI濾波器、二極管整流電路RB、Buck電感 Lb、開(kāi)關(guān)管Qb、二極管Db、輸出電容C。、負(fù)載Rw，所述輸入電壓源vin與EMI濾波器的輸入端 相連接，所述EMI濾波器的輸出端與二極管整流電路RB的輸入端相連接，所述二極管整流 電路RB的負(fù)輸出端為參考電位零點(diǎn)，所述二極管整流電路RB的正輸出端與開(kāi)關(guān)管Qb的漏 極相連接，所述開(kāi)關(guān)管Qb的源極分別與二極管Db的負(fù)極和Buck電感Lb的一端相連接，所 述Buck電感Lb的另一端分別與輸出電容C。和負(fù)載Rw的一端連接，所述二極管Db的正極、 輸出電容C。和負(fù)載Ru的另一端為參考電位零點(diǎn)；所述開(kāi)關(guān)管Qb的柵極作為主功率電路的 控制輸入端，與控制電路的占空比輸出信號(hào)端相連接；所述負(fù)載兩端主功率電路的輸出 電壓V。；
[0008] 所述控制電路包括輸出電壓反饋控制電路、輸入電壓前饋電路、第一乘法器、鋸齒 波比較及開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路，
[0009] 所述輸出電壓反饋控制電路的反向輸入端經(jīng)分壓電阻網(wǎng)絡(luò)與主功率電路的輸出 電壓V。相連接，所述輸出電壓反饋控制電路的同向輸入端與基準(zhǔn)電壓VMf相連接，所述輸出 電壓反饋控制電路的輸出端J與乘法器的第一輸入端Vy相連接；
[0010] 所述輸入電壓前饋電路的第一信號(hào)輸入端A與二極管整流電路RB的正輸出端vg 相連接，所述輸入電壓前饋電路的第二信號(hào)輸入端E與負(fù)載Ru的正電壓端相連接，所述輸 入電壓前饋電路的第一信號(hào)輸出端I與第一乘法器的第二輸入端vx相連接，所述輸入電壓 前饋電路的第二信號(hào)輸出端F與第一乘法器的第三輸入端\相連接；
[0011] 所述第一乘法器的輸出端與鋸齒波比較及開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路的輸出端相連接，所述 鋸齒波比較及開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路的輸出端變化規(guī)律，
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高功率因數(shù)的降壓式功率因數(shù)校正變換器，其特征在于：包括主功率電路（1) 和控制電路，所述主功率電路（1)包括輸入電壓源vin、EMI濾波器、二極管整流電路RB、Buck 電感Lb、開(kāi)關(guān)管Qb、二極管Db、輸出電容C。、負(fù)載Rw，所述輸入電壓源vin與EMI濾波器的輸 入端相連接，所述EMI濾波器的輸出端與二極管整流電路RB的輸入端相連接，所述二極管 整流電路RB的負(fù)輸出端為參考電位零點(diǎn)，所述二極管整流電路RB的正輸出端與開(kāi)關(guān)管Qb 的漏極相連接，所述開(kāi)關(guān)管Qb的源極分別與二極管Db的負(fù)極和Buck電感Lb的一端相連接， 所述Buck電感Lb的另一端分別與輸出電容C。和負(fù)載Rw的一端連接，所述二極管Db的正 極、輸出電容C。和負(fù)載Ru的另一端為參考電位零點(diǎn)；所述開(kāi)關(guān)管Qb的柵極作為主功率電 路⑴的控制輸入端，與控制電路的占空比輸出信號(hào)端相連接；所述負(fù)載兩端主功率電 路⑴的輸出電壓V。； 所述控制電路包括輸出電壓反饋控制電路（2)、輸入電壓前饋電路（3)、第一乘法器 (5)、鋸齒波比較及開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路（6)， 所述輸出電壓反饋控制電路（2)的反向輸入端經(jīng)分壓電阻網(wǎng)絡(luò)與主功率電路（1)的輸 出電壓V。相連接，所述輸出電壓反饋控制電路（2)的同向輸入端與基準(zhǔn)電壓VMf相連接，所 述輸出電壓反饋控制電路（2)的輸出端J與乘法器（5)的第一輸入端vy相連接； 所述輸入電壓前饋電路（3)的第一信號(hào)輸入端A與二極管整流電路RB的正輸出端vg 相連接，所述輸入電壓前饋電路（3)的第二信號(hào)輸入端E與負(fù)載Ru的正電壓端相連接，所 述輸入電壓前饋電路（3)的第一信號(hào)輸出端I與第一乘法器（5)的第二輸入端vjg連接， 所述輸入電壓前饋電路（3)的第二信號(hào)輸出端F與第一乘法器（5)的第三輸入端vz相連 接； 所述第一乘法器（5)的輸出端與鋸齒波比較及開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路（6)的輸出端相連接， 所述鋸齒波比較及開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路（6)的輸出端變化規(guī)律》
旳占 空比輸出信號(hào)給主功率電路（1)內(nèi)的驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管Qb，其中，V。為主功率電路（1)的輸出電 V 壓、vm為主功率電路（1)的輸入電壓峰值、y(lSvm的最小值和輸出電壓V。之比、=
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率因數(shù)的降壓式功率因數(shù)校正變換器，其特征在 于：所述輸入電壓前饋電路（3)包括兩個(gè)射極跟隨器IC1、IC2,兩個(gè)減法電路IC3、IC4、第 二乘法器⑷和反相比例電路IC5,第一射極跟隨器IC1的同相輸入端為輸入電壓前饋電路 (3)的第一信號(hào)輸入端A，第一射極跟隨器IC1輸出信號(hào)端的輸出信號(hào)經(jīng)峰值采樣后的采樣 電壓峰值信號(hào)與第二射極跟隨器IC2的同相輸入端連接，第二個(gè)射極跟隨器IC2的輸出端 與第一減法電路IC3的反向輸入端相連接，第一減法電路IC3的同相輸入端為輸入電壓前 饋電路（3)的第二個(gè)信號(hào)輸入端E，第一射極跟隨器IC1的輸出信號(hào)端還與第二乘法器（4) 的第一輸入端vA相連接，第二射極跟隨器IC2的同相輸入端與第二乘法器（4)的第二輸入 端％相連接，第一減法電路IC3的同相輸入端與第二乘法器（4)的第三輸入端V()f連接，第 二乘法器⑷的輸出端G與反相比例電路IC5的反相輸入端連接，反相比例電路IC5的輸 出端與第二減法電路IC4的反向輸入端相連接，第二減法電路IC4的同向輸入端與第一減 法電路IC3的輸出端經(jīng)分壓電阻相連接，，第二減法電路IC4的輸出端作為輸入電壓前饋電 路⑶的第一信號(hào)輸出端I與第一乘法器（5)的第二輸入端vx相連接，第一減法電路IC3 的輸出端還作為輸入電壓前饋電路（3)的第二信號(hào)輸出端F與第一乘法器（5)的第三輸入 端vjg連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率因數(shù)的降壓式功率因數(shù)校正變換器，其特征在 于：所述鋸齒波比較及開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路（6)采用UC3843、UC3844或UC3525型號(hào)的集成芯 片。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高功率因數(shù)的降壓式功率因數(shù)校正變換器，其特征 在于：所述射極跟隨器IC1、IC2,減法電路IC3、IC4,反相比例電路IC5,輸出電壓反饋控制 電路（2)內(nèi)的運(yùn)算放大器IC6,均采用TL074、TL072、LM358或者LM324型號(hào)的運(yùn)算放大器。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高功率因數(shù)的降壓式功率因數(shù)校正變換器，包括主功率電路和控制電路，所述控制電路包括輸出電壓反饋控制電路、輸入電壓前饋電路、第一乘法器、鋸齒波比較及開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路，鋸齒波比較及開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路的輸出端輸出周期性的占空比輸出信號(hào)給主功率電路內(nèi)的驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管。本發(fā)明引入輸入電壓前饋和輸出電壓反饋，使得變換器的占空比在工頻周期按照正弦規(guī)律變化，使輸入電流接近為與輸入電壓同相位的正弦波，將功率因數(shù)值提高至接近于1，與定占空比控制相比，具有輸出電壓紋波小、開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通損耗小、所需二極管應(yīng)力減小，還會(huì)使開(kāi)關(guān)管的電流有效值相應(yīng)降低，變換器的導(dǎo)通損耗減小，變換器的效率提高，具有良好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】H02M1-42, H02M1-12
【公開(kāi)號(hào)】CN104617761
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510028105
【發(fā)明人】姚凱, 周旭峰, 薄煜明, 吳建明, 陳新龍, 李育宜, 孫東, 胡文斌, 呂建國(guó), 許明玉
【申請(qǐng)人】江蘇銀河電子股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月21日