[發明專利]基于集成控制器的Buck型高功率因數變換器

無效

• 申請號: 201410129690.0
• 申請日: 2014-04-01
• 公開（公告）號: CN103944425A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 高靜;朱萌;徐江濤;史再峰;姚素英
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M3/155;H02M1/42
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明涉及電源管理領域，尤其涉及功率因數校正電路的研究及其控制芯片的設計，適用于輸入部分與輸出部分沒有公共參考點的降壓型電路。具體講，涉及基于集成控制器的Buck型高功率因數變換器。

技術背景

在開關電源電路中，傳統的外部電源常常采用兩級的結構來獲得穩定的直流總線電壓和大范圍輸入電壓下的高效率。這對前端PFC變換器來說是一大挑戰。在低功耗應用條件下，工作在臨界模式（BCM）下的升壓（Boost）變換器是一個節約成本的選擇。然而升壓型功率因數變換器（PFC）在低輸入電壓條件下的效率比高輸入電壓條件下低約2.5％。Boost變換器的高輸出電壓（典型值380V或400V）對前端PFC的開關與后級的直流變換器的一次側開關的開關損耗有不利影響。此外，由于Boost型變換器在輸出端使用了大的儲能電容，因此需要增加額外的元件來避免電流涌入的問題。相比之下，降壓（Buck）型轉換器有很多引人注目的優點。首先，采用Buck拓撲可以在整個輸入電壓范圍內獲得很高的效率。另外，Buck型轉換器開關的電壓應力很低。但是由于Buck型拓撲在輸入電壓低于輸出電壓的時間內存在電流為零的情況，如圖1。因此，這一拓撲作為PFC變換器時總是不能獲得高的功率因數。

正是因為以上原因，基于Buck型變換器的控制芯片相對于其它類型變換器的芯片數量可謂是冰山一角。在如今的PFC電路中普遍使用開關技術，即在整流橋和濾波電容之間使用功率因數控制器，從電源獲取一個準正弦波電流，與線電壓同步，可以獲得很好的功率因數。目前廣泛應用于PFC控制的方法有兩種：固定頻率的平均電流模式和固定導通時間的臨界模式。第一種模式控制方法較為復雜，需要精密的控制芯片，并且需要很多的外圍元器件。

發明內容

為克服現有技術的不足，提出一種基于集成控制器的Buck型高功率因數變換器，實現高功率因數。為此，本發明采取的技術方案是，基于集成控制器的Buck型高功率因數變換器，包括：

外圍電路：由四個二極管組成的整流橋，整流橋后并聯一個由兩個電阻串聯組成的分壓結構；交流輸入電源經整流橋后，正輸出端連接到一個二極管的負極，負輸出端經過電流檢測電阻與MOS開關連接，MOS開關的另一端連接二極管的正極；二極管的正極連接降壓電感的一端，輸出電容并聯在降壓電感的另一端與二極管的負極之間；輸出負載并聯一個差分分壓結構：兩個電阻串聯后并聯在輸出端，兩電阻的中間節點連接到一個P型三級管的基極，高電平端經發射極電阻后連接到次三極管的發射極，集電極經過集電極電阻后連接到地，集電極與電阻之間的節點為輸出電壓反饋信號；

集電極電阻電壓為INV，INV連接誤差放大器的正輸入端，固定直流電壓連接誤差放大器的負輸入端，誤差放大器的輸出端連接乘法器的一個輸入端，乘法的另一個輸入端連接整流橋后分壓電阻的輸出；乘法器的輸出端連接到一個比較器的正輸入端，電流檢測電阻與MOS開關之間的節點連接到這一比較器的負輸入端；降壓電感的耦合電感一端接地，另一端經電阻后連接到另一個比較器的負輸入端，這一比較器的正輸入端經電容連接到地；第一個比較器的輸出端連接到RS觸發器的復位端，第二個比較器的輸出端連接到RS觸發器的置位端；RS觸發器的輸出連接到MOS開關的控制端。

輸入電壓V_in由電阻分壓后得到MULT，輸出電壓經過電阻分壓得到INV，INV連接到誤差放大器的反相輸入端，與基準電壓V_ref的誤差信號經過誤差放大器放大后的信號作為乘法器的一個輸入信號；乘法器的另一個輸入信號為MULT，因此，乘法器的輸出的波形的包絡是正弦波；乘法器的輸出作為電流比較器的參考信號，電流比較器的另一輸入信號為CS，因此能夠使輸入電流的包絡為正弦；電流比較器輸出到RS觸發器的置位端，控制開關Q每個周期的峰值電流；當通過電感的電壓反向時，零電流檢測（ZCD）模塊輸出到RS觸發器的復位端，控制開通外部Q，使電路工作在電流臨界模式；每個開關周期開始時MOS開關導通，電感電流線性增加；然后將電感電流的檢測信號與參考信號進行對比，當電感電流檢測值等于電感電流參考值時，MOS開關關斷，電感電流減小；當電感電流降為零時，MOS開關再導通，周而復始。

本發明的技術特點與效果：