[發明專利]開關電源電路的PFWM控制系統

有效

• 申請號: 201810372935.0
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108539984B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 李韌紅;沈卓
• 申請（專利權）人: 上海推拓科技有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/08
• 代理公司: 上海思捷知識產權代理有限公司 31295
• 代理人: 王宏婧

本發明提供了一種開關電源電路的PFWM控制系統，對開關電源電路的輸出電壓、輸出電流或輸出功率進行控制，開關電源電路的PFWM控制系統包括占空比控制單元、頻率控制單元和PFWM信號生成模塊；開關電源電路包括Boost轉換電路和DC?DC轉換器；占空比控制單元對DC?DC轉換器的輸出電壓、輸出電流或輸出功率進行采樣，并根據采樣結果計算開關電源電路的開關器件的工作占空比；頻率控制單元對Boost轉換電路的輸入電壓或輸出電壓進行采樣，并根據采樣結果計算開關電源電路的開關器件的工作頻率；PFWM信號生成模塊根據工作占空比和工作頻率合成PFWM驅動信號；PFWM驅動信號驅動Boost轉換電路和DC?DC轉換器的開關器件，以控制DC?DC轉換器提供給負載的輸出電壓、輸出電流或輸出功率。

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，特別涉及一種開關電源電路的PFWM控制系統。

背景技術

Boost升壓電路與單端、雙端型DC-DC轉換器(反激Fly-back、Buck-Boost、正激式Forward、Buck-Boost、推挽式、SEPIC或Zeta)組合的開關電源電路，可以實現升壓再轉換輸出，以及交流功率因數校正的功能。

電器設備連接于交流電網的AC-DC電源，需滿足IEC61000-3-2的對電流諧波的強制要求。針對不同的設備和應用，IEC61000-3-2提出了Class A，Class B，Class C，Class D的電流諧波的限制標準。

當前的開關式穩壓電源技術，主要依靠以下方案來應對：ClassA：80W以下電源，無需措施就能滿足；80～120W電源，使用被動元件(電感，電阻)的被動式PFC(功率因數校正)電路；80W～以上電源都可以使用主動式PFC電路(傳統Boost電路)。Class B：100W以下電源，無需措施就能滿足；100～150W電源，使用被動元件(電感，電阻)的被動式PFC電路；100W～以上電源使用主動式PFC電路(傳統Boost電路)。Class C：主動式PFC電路(傳統Boost電路)。Class D：主動式PFC電路(傳統Boost電路)。

實現功率因數校正的PFC電路，分為主動式和被動式，以下是其性能比較：電阻被動式PFC實現方式簡單，極低成本，但損耗很大，溫度高，功率因數低，不適合大功率電源，不適合Class C，Class D設備。電感被動式簡單，低成本，但損耗略大，功率因數低，不適合大功率電源，不適合Class C，Class D設備。Boost升壓電路(主動式PFC電路)功率因數高，效率高，可設計滿足Class C，Class D設備要求，適合大中小功率，為獲得最佳的電流諧波抑制效果，當前的開關式穩壓電源技術，主要采用主動式功率因數校正電路(active powerfactor correction或active PFC)來應對。但電路復雜，元件數量多，成本高，體積大。如圖1所示的主動式PFC(Boost升壓電路)是效果最好的功率因素校正電路。

傳統的含主動式功率校正電路的開關式穩壓電源，由整流電路500，Boost-PFC電路400和DC-DC轉換器300組成。實際電路拓撲如圖1，其中DC-DC轉換器300可為反激或正激，Boost-PFC電路400和DC-DC轉換器300各自獨立工作，由分別的PFC反饋PWM控制單元100和DC-DC反饋PWM控制單元200控制。Boost-PFC電路的原理是：1)Q200導通，電感L100被交流輸入到C100的電壓勵磁儲能。2)Q200截止，L100上的感生電壓和交流輸入到C100上的電壓疊加，對C200充電。如此，C200上的電壓永大于交流輸入電壓，故Boost是升壓拓撲。Q200的占空比由PFC反饋PWM控制單元控制，以達到C200上穩定的電壓輸出(一般為380Vdc)。上述傳統的電路方式中，能實現很高的功率因數，能夠滿足IEC61000-3-2的要求，但會產生以下的問題：(1)需要復雜的PFC PWM控制回路以提高功率因數；(2)需要供電電路給PFC PWM控制回路；(3)需要獨立的開關器件及驅動電路，以及電流取樣電阻R100；(4)需要比較大的基板空間，電路設計困難；(5)元件多，成本高；