[發明專利]分段定占空比控制的DCM降壓-升降壓PFC變換器

有效

• 申請號: 201910347170.X
• 申請日: 2019-04-28
• 公開（公告）號: CN111865117B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 姚凱;鄔程健;管嬋波;李凌格;陳杰楠;馬春偉;張震
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M3/158;H02M1/42
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

1.一種分段定占空比控制的DCM降壓-升降壓PFC變換器，其特征在于，包括主功率電路(1)和控制電路，其中控制電路包括輸出電壓差分采樣電路、輸出電壓反饋電路、峰值采樣電路、第一減法電路、第二減法電路、除法器、輸入電壓比較電路、選通電路、乘法器、鋸齒波比較及驅動信號生成電路和驅動信號切換處理及驅動電路；使用輸入電壓前饋電路、輸入電壓比較電路和選通控制電路，按照變換器在Buck工作階段和在Buck/Boost工作階段不同的占空比，實行分段定占空比的控制方式對變換器進行控制；

主功率電路(1)包括輸入電壓源v_in、EMI濾波器、二極管整流橋RB、LC濾波器、主電路電感L、第一開關管Q_b、第二開關管Q_b/b、續流二極管D_fw、第一二極管D_sk、輸出電容C_o和負載R_L；所述輸入電壓源v_in與EMI濾波器的輸入端口連接，EMI濾波器的輸出端口與整流橋RB的輸入端口連接，整流橋RB的輸出負極與LC濾波器的輸入負端口相連，整流橋RB的輸出正端口與LC濾波器的輸入正端口相連，LC濾波器的輸出正端口與主電路電感L的一端和續流二極管D_fw的負極相連，LC濾波器的輸出負端口與第一開關管Q_b和第二開關管Q_b/b的一端連接，LC濾波器的負端口為參考電位零點；主電路電感L的另一端與第二開關管Q_b/b的另一端連接，并且與輸出電容C_o的正極和負載R_L的一端相連；輸出電容C_o的負極與負載R_L的另一端、第一二極管D_sk的正極和續流二極管D_fw的正極相連，第一二極管D_sk的負極與第一開關管Q_b的另一端相連；

所述控制電路包括輸出電壓差分采樣電路(2)、輸出電壓反饋電路(3)、輸入電壓前饋電路、選通控制電路、鋸齒波比較及驅動信號生成電路(11)、驅動信號切換處理及驅動電路(12)、第二二極管D₁和第三二極管D₂，其中輸入電壓前饋電路包括峰值采樣電路(4)、第一減法電路(5)、第二減法電路(6)和除法器(7)，選通控制電路包括輸入電壓比較電路(8)、選通電路(9)和乘法器(10)；所述輸出電壓差分采樣電路(2)的正向輸入端與主功率電路(1)的輸出電壓正極經第十二分壓電阻R₁₂、第十三分壓電阻R₁₃后相連，輸出電壓差分采樣電路(2)的負向輸入端與主功率電路(1)的輸出電壓負極經第十一分壓電阻R₁₁后相連，輸出電壓差分采樣電路(2)的輸出端口G與輸出電壓反饋電路(3)的反相輸入端連接，輸出電壓反饋電路(3)的同相輸入端與基準電壓V_ref連接，輸出電壓反饋電路(3)的輸出端F與乘法器(10)的輸入端v_EA相連；輸入電壓前饋電路中的峰值采樣電路(4)信號輸入端H經第一分壓電阻R₁與主功率電路(1)中二極管整流橋RB整流后的電壓v_g連接，峰值采樣電路(4)信號輸出端A分別與第一減法電路(5)、第二減法電路(6)的一端相連，第一減法電路(5)的輸出端C和第二減法電路(6)的輸出端B分別與除法器(7)的輸入端v_x和輸入端v_y連接，除法器(7)的輸出端v_k與選通電路(9)的輸入端5相連；輸入電壓比較電路(8)的輸入端I與主功率電路(1)中二極管整流橋RB整流后的電壓v_g連接，輸入電壓比較電路(8)的輸出端D與選通電路(9)的輸入端4相連，并且與驅動信號切換處理及驅動電路(12)的輸入端V_bou相連；選通電路(9)的輸入端2與1V電壓相連，選通電路(9)的輸出端3與乘法器(10)的輸入端v_z相連，乘法器(10)的輸出端v_p與鋸齒波比較及開關管驅動電路(11)的輸入端2連接，鋸齒波比較及開關管驅動電路(11)的輸出端14、11分別與第二二極管D₁、第三二極管D₂的正極相連，第二二極管D₁和第三二極管D₂的負極相連，并且與驅動信號切換處理及驅動電路(12)的輸入端J、K相連，驅動信號切換處理及驅動電路(12)的輸出端與第一開關管Q_b、第二開關管Q_b/b相連；

將電壓閉環的輸出電壓輸入至乘法器(10)，根據Buck和Buck/Boost兩個工作區域，將閉環輸出電壓分別與占空比比值和單位電壓相乘用于形成不同的調制波，并將調制波與鋸齒波相交截，從而在兩個區域內形成不同的占空比，達到分段定占空比控制的目的；

所述第一開關管Q_b的占空比D_Qb和第二開關管Q_b/b的占空比D_Qb/b之間的關系為：

其中L為變換器主電路電感，f_s為變換器開關頻率，P_o為輸出功率，V_m為輸入電壓幅值，V_o為輸出電壓，θ₀為工作區域切換角度；t為時間；ω為輸入電壓角頻率；

在定V_m下，解出一個最優的D_Qb，使得PF值在該輸入電壓幅值V_m下取得最大值，該最優的D_Qb值為：

所述輸入電壓前饋電路中，峰值采樣電路(4)包括第一射極跟隨器IC1和第二射極跟隨器IC2，第一減法電路(5)包括第一減法器IC3，第二減法電路(6)包括第二減法器IC4；所述第一射極跟隨器IC1的同相輸入端為輸入電壓前饋電路的輸入端H，其與主功率電路(1)中二極管整流橋RB整流后的電壓v_g經第一分壓電阻R₁后連接，第一射極跟隨器IC1的輸出信號經峰值采樣后的采樣電壓峰值信號與第二射極跟隨器IC2的同相輸入端連接，第二射極跟隨器IC2的輸出端分別經第五電阻R₅、第十電阻R₁₀與第一減法器IC3和第二減法器IC4的同相輸入端連接，第一減法器IC3和第二減法器IC4的負輸入端分別通過第四電阻R₄、第九電阻R₉與5V電壓相連；第一減法器IC3的同相輸入端通過第七電阻R₇與參考電位零點相連，第一減法器IC3的負輸入端通過第六電阻R₆與第一減法器IC3的輸出端相連，第一減法電路IC3的輸出端與除法器(7)的輸入端v_x連接；第二減法電路IC4的同相輸入端通過第十五電阻R₁₅與參考電位零點相連，第二減法電路IC4的負輸入端通過電阻R₈與第二減法電路IC4的輸出端相連，第二減法電路IC4的輸出端與除法器(7)的v_y連接；

所述選通控制電路中，輸入電壓比較電路(8)包括比較器Comp；所述比較器Comp的正輸入端通過第十六分壓電阻R₁₆與主功率電路(1)中二極管整流橋RB整流后的電壓v_g連接，并且通過第十七分壓電阻R₁₇與參考電位零點相連；比較器Comp的負輸入端與基準電壓相連；比較器Comp的輸出端D與選通電路(9)的輸入端4相連，選通電路(9)的輸入端2與1V電壓相連，選通電路(9)的輸出端3與乘法器(10)的輸入端v_z相連。