[發明專利]圖騰柱式功率因數校正轉換器的驅動電路裝置及驅動方法

在審

• 申請號: 202310211841.6
• 申請日: 2023-02-28
• 公開（公告）號: CN115987067A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 于啟學;竇坤
• 申請（專利權）人: ABB瑞士股份有限公司
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08;H02M1/42;H02M1/00;G01R19/175;G01R19/14
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 李輝;周志明

本發明涉及一種用于圖騰柱式功率因數校正轉換器(PFC)的驅動電路裝置，其包括：控制器，被配置為控制轉換器的開關管的初始驅動電平；電流判斷電路，被配置為判斷轉換器的電感電流是否過零；選擇器，被配置為對轉換器的電源電壓與0進行比較，并且基于所述比較的結果，選擇電流判斷電路的輸出電平與預設邏輯電平中的一個作為中間控制電平予以輸出；運算器，被配置為將中間控制電平與初始驅動電平進行邏輯運算，并產生用于驅動開關管的目標驅動電平。通過采用根據本發明的用于圖騰柱式功率因數校正轉換器的驅動電路裝置，可以避免PFC轉換器在DCM模式下出現電感電流過零反向的不利狀態，消除由此引起的額外損耗，提高功率因數。

技術領域

本發明涉及圖騰柱式功率因數校正轉換器領域，確切地說，涉及一種用于圖騰柱式功率因數校正轉換器的驅動電路裝置、一種具有該驅動電路裝置的圖騰柱式功率因數校正轉換器、以及一種用于圖騰柱式功率因數校正轉換器的驅動方法。

背景技術

近年來出現了以碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)為代表的新型半導體材料，這種新型半導體材料相比于傳統的半導體材料硅在熱特性與電特性方面具有諸多優勢，因而廣泛地應用于功率開關，作為第三代半導體器件。采用碳化硅(SiC)或氮化鎵(GaN)的這種第三代半導體器件屬于寬帶隙半導體器件(比如SiC?MOS管或GaN?FET管)，它們相較于Si開關管有很多優點，其中一點就是它們的體二極管(或等效體二極管)反向恢復很快(對于SiC?MOS管)或者沒有反向恢復(對于GaN?FET管)。這一特點為固定開關頻率連續導通模式(CCM)的圖騰柱式功率因數校正(PFC，Power?Factor?Correction)轉換器的廣泛應用提供了前提。

固定開關頻率CCM的圖騰柱式PFC轉換器是真正的無橋PFC拓撲，它效率高，控制簡單，有利于EMI(Electromagnetic?Interference，電磁干擾)濾波器的設計。圖騰柱式PFC轉換器在工作時，采用以高頻(數十kHz至數百kHz)工作的寬帶隙半導體器件(比如SiC?MOS管或GaN?FET管)和以工頻(50Hz/60Hz)工作的二極管或開關管，并帶有電感、電容和電阻。用于大功率范圍的PFC轉換器多以固定頻率的連續導通模式(CCM，Continuous?ConductionMode)工作，即流經電感的電流是連續的。然而，在輕負載情況下，在輸入電壓過零點附近的區域中，PFC轉換器會以DCM(DCM，Discontinuous?Conduction?Mode)模式運行，即斷續導通模式。隨著負載的進一步減輕，這個區域會逐漸擴大，直至最后完全覆蓋整個工頻循環周期(參見文獻J.Sebastian,J.A.Cobos,J.M.Lopera,“The?determination?of?theboundaries?between?continuous?and?discontinuous?conduction?modes?in?PWM?DC-to-DC?converters?used?as?power?factor?preregulators”,IEEE?Trans.On?PoweElectronics,vol.10,no.5,Sept.1995.)。理想情況下，在DCM模式下，流經電感的電流到達零后，在接下來的一段時間內持續地保持為零，經過這段時間后才又增大，使得電流呈現斷續狀態。PFC轉換器還有一種介于CCM模式與DCM模式之間的臨界模式，此時，流經電感的電流在到達零后，隨即開始增大。

在轉換器進入DCM模式時，由于圖騰柱式PFC中的兩個高頻開關管的驅動電壓通常互補地設計(忽略死區時間)，當電感電流下降至零后，因續流開關管的驅動電壓仍然存在，使得其繼續導通，導致電感電流反向，引起額外損耗，造成功率因數(PF，Power?Factor)值降低。

發明內容

本發明的目的在于，提出一種用于圖騰柱式功率因數校正轉換器的驅動電路裝置，其解決了現有技術中的前述問題。