[發(fā)明專利]H橋PFC電路及該電路中電感電流的下降沿采樣方法

有效

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• 申請日: 2011-12-02
• 公開（公告）號: CN103138557A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設計）人: 劉瑋;羅勇;金亮亮
• 申請（專利權）人: 中興通訊股份有限公司
• 主分類號: H02M1/42
• 分類號: H02M1/42
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;梁麗超

技術領域

本發(fā)明涉及通信領域，具體而言，涉及一種H橋PFC電路及該電路中電感電流的下降沿采樣方法。

背景技術

高效、高功率密度及低成本已成為通信電源所追求的三個重要的指標，為應對三個目標，PFC的電路拓撲從傳統(tǒng)的有橋、雙升壓(BOOST)無橋功率因數(shù)校正(Power?Factor?Correction，簡稱為PFC)、H橋PFC以及各種拓撲的交錯并聯(lián)技術不斷的向前發(fā)展著。

為了提高效率，雙BOOST無橋PFC被廣泛采用，其電路示意圖如圖1所示。圖1中由兩個PFC電路構成。工頻正半周時，電感L1、升壓二極管D1及MOS管S1構成一個BOOST電路工作；工頻負半周時，電感L2、升壓二極管D2及MOS管S2構成一個BOOST電路進行工作；由于每個導通周期內(nèi)，電感電流都只走兩個半導體器件，比傳統(tǒng)的有橋PFC電路減少一個，因此具有較高的效率。

雙BOOST電路具有較高的效率，但是通過對工作原理進行分析可知，該拓撲中電感的利用率比較低，每個電感只工作半個周期，另半個周期只做回流支路，流過少量的工頻電流。

圖2(a)為H橋PFC電路的示意圖，該拓撲在每個階段也都只通過兩個半導體器件，屬于無橋PFC電路的類型，理論效率和雙BOOST電路相當，同時也具有較高的電感利用率。該拓撲的主功率電路主要包括了：兩個共S極的MOS管，組成了雙向開關，其驅動信號一致；為實現(xiàn)方便，D1、D3設為升壓二極管，D2、D4為慢二極管，作為回流二極管，以獲得較好的EMC效果；電感L₁，供正負工頻半周內(nèi)用。圖2(b)也是H橋PFC電路中的一種，把圖2(a)中的二極管換成了MOS管，在該電路中，工頻正半周時，S3和S6導通，S4和S5關斷；工頻負半周時，S4和S5導通，S3和S6關斷；

工頻正半周時，H橋PFC的工作示意圖如圖3(a)所示，工頻負半周時，H橋PFC的工作示意圖如圖3(b)所示。以工頻正半周為例，H橋PFC電路的工作原理簡單分析如下：當MOS管道通時，輸入電流通過MOS管S1及S2進行續(xù)流，電感電流上升；當MOS管關斷，輸入電流通過升壓二極管D1及續(xù)流二極管D4進行續(xù)流，電感電流下降。

同時H橋電路還有其獨特的工作特性，即在每個開關周期內(nèi)存在著反向電流。參閱圖3(c)，以工頻正半周為例，當MOS管道通時，慢二極管D4會有一個較大的反向電流通過D3，然后再通過MOS管進行續(xù)流，因此當占空比較小時，和MOS管串聯(lián)在一起的電流互感器會采樣到該反向電流。

圖4為兩相H橋交錯并聯(lián)的拓撲結構：L1是第一相的升壓電感，1S1、1S2分別為第一相電路主MOS管；1D1、1D3分別為正負工頻半周的升壓二極管，采用碳化硅二極管；L2是第二相的升壓電感，2S1、2S2分別為第二相電路主MOS管；2D1、2D3分別為正負工頻半周的升壓二極管，采用碳化硅二極管；D2、D4為慢恢復二級管，為兩相電路共用回流二極管，用于實現(xiàn)兩相H橋PFC交錯并聯(lián)電路的回流作用，以減小H橋PFC電路的高頻脈動電流產(chǎn)生的噪聲。兩相交錯并聯(lián)電路通常采用移相一定角度的控制算法，但每相電路中PFC的工作原理與單相電路相似。

在中大功率PFC電路中，一般采用CCM控制模式，該模式需要電感電流信號進行環(huán)路控制。單相H橋PFC的電感電流采樣電路示意圖如圖5所示。圖中的CT1和主MOS管串聯(lián)在一起，用于采集電感電流上升階段的電流信號；CT2和BUS電容的負端串聯(lián)在一起，用于采集電感電流下降階段的電流信號。

兩相H橋PFC交錯并聯(lián)后，電感電流上升沿的采樣可以沿用圖5中CT1的采樣位置與方法，把電流互感器和MOS管串聯(lián)在一起，如圖6所示。

由于兩相間移相一定角度進行控制，流過BUS電容負端的電流有可能是兩相電路電感電流下降段之和，因此每相電路中電感電流下降段的電流信號采集不能采用圖5中CT2的位置方法。

為采集H橋PFC交錯并聯(lián)電路中完整的電感電流下降階段信號，傳統(tǒng)采樣模式示意圖如圖7所示，圖中CT12、CT22分別應對工頻正半周內(nèi)第一、二相電路電感電流下降沿的采樣，CT13、CT23分別應對工頻負半周內(nèi)第一、二相電路電感電流下降沿的采樣。因此這種電感電流下降沿采樣方法需要4個電流互感器。這給功率密度及成本帶來了較大的不利因素。

在多相交錯并聯(lián)電路中，考慮成本及功率密度，一般都不會用電流互感器采樣電感電流的完整信號，而只采樣電感電流的一部分信號，比如電感電流的上升沿或者是下降沿。