[發明專利]總諧波失真優化電路、方法、驅動控制器及開關電源系統

在審

• 申請號: 201710257287.X
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN106953508A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 郜小茹;孫順根
• 申請（專利權）人: 上海晶豐明源半導體股份有限公司
• 主分類號: H02M1/12
• 分類號: H02M1/12;H02M1/42
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙)31218
• 代理人: 翟羽,趙娟娟

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，尤其涉及適用于AC/DC開關電源系統的總諧波失真優化電路、方法、驅動控制器及開關電源系統。

背景技術

功率因數(PF)是電力電子系統的一個重要的技術數據，是衡量電力電子設備效率高低的一個系數，越來越多的電力電子設備要求較高的功率因數。功率因數PF和總諧波失真THD有如下關系：

其中，為輸入電壓和輸入電流之間的相移，在相移因數不變時，降低總諧波失真THD可以提高功率因數。

高功率因數AC/DC開關電源，一般采用峰值電流控制，或者恒定導通時間控制，兩者本質上是一樣的。

參考圖1-圖2，其中，圖1為現有典型的BUCK架構的恒定導通時間控制電路示意圖，圖2為圖1所示電路的輸入電流隨時間變化的波形圖。

驅動控制器11控制功率管M0導通與關斷。由于BUCK架構的固有特點，功率管M0導通期間AC輸入端有電流流入后級，當功率管M0關斷后，AC輸入端不再有電流流入后級，也就是說AC端輸入電流為脈沖電流。一個開關周期內AC輸入電流Iin為：

其中，Ipk為電感峰值電流，Ton為功率管導通時間，T為開關周期。

臨界導通模式電感峰值電流Ipk以及占空比Ton/T的計算如下：

將式(2)和(3)代入(1)得：

其中，Vin為輸入電壓，Vo為輸出電壓，L為電感L0的感值，θ是輸入電壓正弦波的相角。

根據式(4)，AC端輸入電流Iin隨時間t變化的波形如圖2所示，其中，橫坐標為時間t(單位：毫秒)，豎坐標為輸入電壓Vin(單位：毫安)。由圖2可以看出，在設定的輸入電壓Vin和輸出電壓Vo下，其輸入電流Iin并非理想的正弦波，存在較大的總諧波失真。

因此，亟需提供一種總諧波失真優化方式，使得輸入電流更接近理想正弦波，減小開關電源的總諧波失真，提高功率因數值，從而提高開關電源的效率。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種總諧波失真優化電路、方法、驅動控制器及開關電源系統，通過采樣電感峰值電流來改變功率管導通時間，使得輸入電流更接近理想正弦波，實現減小開關電源的總諧波失真，提高功率因數值，從而提高開關電源的效率。

為實現上述目的，本發明提供了總諧波失真優化電路，適用于開關電源系統，所述開關電源系統包括：電感以及功率管；所述電路包括：補償電流生成單元以及斜坡電壓產生單元；所述補償電流生成單元，耦接至所述電感，用于在所述功率管的每個開關周期內，接收采樣所述電感的電流獲取的采樣電壓，從而根據所述電感的峰值電流獲取峰值電壓以生成總諧波失真補償電流；所述斜坡電壓產生單元，用于根據所述總諧波失真補償電流以及一基準電流，生成斜坡電壓，以進一步調節所述功率管的導通時間；其中，所述電感的峰值電流越高，總諧波失真補償電流越大，所述功率管的導通時間也越長，從而降低開關電源系統的總諧波失真。

為實現上述目的，本發明還提供了一種驅動控制器，適用于開關電源系統，所述開關電源系統包括：電感以及功率管；所述驅動控制器包括：跨導放大器、電壓比較器、邏輯單元、驅動電路、信號反相器以及本發明所述的總諧波失真優化電路；所述跨導放大器，正輸入端用于接收基準電壓，負輸入端用于接收采樣所述電感的電流獲取的采樣電壓，輸出端通過一補償電容接浮動地端，用于所述將基準電壓和所述采樣電壓的差值轉換成電流注入到所述補償電容上產生補償電壓；所述電壓比較器，正輸入端用于接收所述總諧波失真優化電路生成的斜坡電壓，負輸入端用于接收所述補償電壓，輸出端輸出功率管的關斷脈沖；所述邏輯單元，用于接收所述關斷脈沖，經過邏輯運算后輸出控制功率管導通的邏輯信號；所述驅動電路，用于接收所述邏輯信號，驅動所述功率管導通；所述信號反相器，用于接收所述邏輯信號，經過反相后反饋至所述總諧波失真優化電路；其中，所述電感的峰值電流越高，總諧波失真補償電流越大，所述功率管的導通時間也越長，從而降低開關電源系統的總諧波失真。