[發明專利]一種高功率因數低輸出紋波無源功率因數校正變換器

在審

• 申請號: 202110014166.9
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112803747A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 楊平;孫義杰;彭宇圣;劉湘;許建平
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02M1/42
• 分類號: H02M1/42;H02M3/07;H02M3/335;H02M1/14
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 舒啟龍

1.一種高功率因數低輸出紋波無源功率因數校正變換器，其特征在于，包括功率因數校正PFC部分，諧振隔離LLC部分以及控制系統；

所述功率因數校正PFC部分包括整流橋、電荷泵電容網絡與后級母線電容；

供電系統經EMI濾波輸入連接整流橋，正輸入端與二極管節點A，即D1陽極與D4陰極連接，負輸入端與二極管節點B，即D2陽極與D3陰極連接；整流橋的正負輸出節點分別記為節點C與節點D；整流橋正輸出節點C與后級母線電容C_B正端相連，整流橋負輸出節點D與后級母線電容C_B負端相連；

電荷泵電容網絡由四條支路組成，四條支路相互并聯，并連接于節點B與節點D之間；第一條支路為泵電容C_p1；第二條支路為節點B連接泵電容C_p2的一端，泵電容C_p2的另一端連接功率器件開關管M2的漏極，開關管M2的源極連接節點D；第三條支路為節點B連接泵電容C_p3的一端，泵電容C_p3的另一端連接功率器件開關管M3的漏極，開關管M3的源極連接節點D；第四條支路為節點B連接泵電容C_p4的一端，泵電容C_p4的另一端連接功率器件開關管M4的漏極，開關管M4的源極連接節點D；

所述諧振隔離LLC部分包括兩個功率器件開關管M1a與M1b、諧振槽路和半橋整流結構；諧振槽路由變壓器勵磁電感L_m，諧振電容C_r與諧振電感L_r構成；

M1a的源極與M1b的漏極相連，M1a的漏極與母線電容C_B正端相連，M1b的源極與母線電容C_B負端相連接地；M1a源極與M1b漏極的相連節點依次連接諧振電感L_r、變壓器勵磁電感L_m和諧振電容C_r，然后連接節點B；諧振槽路中的變壓器副邊為半橋整流結構，接輸出電容與負載R_L；

所述控制系統包括主電路控制系統與電容網絡控制系統；

主電路控制系統通過電流檢測模塊對輸出電流I_O進行采樣，并與參考電流I_ref比較，產生信號發送給控制電路模塊；控制模塊根據檢測信號判斷電路工作狀態，向驅動電路模塊發送信號；驅動電路模塊根據控制電路模塊輸出的信號產生驅動電壓，加載于諧振隔離LLC部分的開關管M1a與M1b的柵極；

電容網絡控制系統通過電壓檢測模塊采樣母線電容C_B電壓v_CB，電壓比較器將電壓采樣信號與參考值相比較，向驅動電路模塊發送信號，驅動電路模塊根據控制電路模塊輸出的信號，產生變換器工作在不同輸入電壓下的驅動電壓，加載于電容網絡各支路中的開關管M2、M3和M4的柵極。

2.根據權利要求1所述的一種高功率因數低輸出紋波無源功率因數校正變換器，其特征在于，所述電容網絡控制系統還包括電壓滯環比較器，保證電壓在切換點附近波動時，電容網絡開關管不會反復開斷。

3.根據權利要求1所述的一種高功率因數低輸出紋波無源功率因數校正變換器的控制方法，其特征在于，當供電系統和負載處于正常工作時，主電路控制系統通過采樣輸出電流對輸出電流進行跟蹤，當輸出電流I_O變化時，控制模塊根據信號改變開關管M1a與M1b的工作頻率，使變換器輸出保持恒定，實現恒流輸出；

當輸入電壓變化時，母線電容上的電壓同時發生變化，通過對母線電容上的電壓進行采樣比較，電容網絡控制系統控制電容網絡中對應電容支路的開關管M2、M3和M4，改變接入電路中的泵電容的值，使電路滿足功率因數校正的條件，最終使變換器在寬輸入電壓范圍內都能實現功率因數校正。