[发明专利]采用开关周期最优利用率控制的断续升压变换器

说明书

技术领域

本发明涉及电能变换装置的交流-直流变换器技术领域，特别是一种采用开关周期最优利用率控制的断续升压变换器。

背景技术

功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)变换器可以减小输入电流谐波，提高输入功率因数，已得到广泛应用。PFC变换器分为有源和无源两种方式，相对于无源方式来说，有源方式具有输入功率因数高、体积小、成本低等优点。

有源PFC变换器可以采用多种电路拓和控制方法，其中Boost PFC变换器是常用的几种PFC变换器之一，根据电感电流连续与否，可将其分为三种工作模式，即电感电流连续模式(Continuous Current Mode,CCM)，电感电流临界连续模式(Critical Continuous Current Mode,CRM)，电感电流断续模式(Discontinuous Current Mode,DCM)。

其中电流断续模式升压功率因数校正变换器具有开关管零电流开通、二极管无反向恢复和开关频率恒定等优点，但由于工作在断续模式，能量的传输未占满整个开关周期，其电感电流峰值及有效值较大，开关管和二极管亦然，在加重功率器件电流应力的同时，也带来导通损耗和开关管关断损耗的增加，影响效率的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用开关周期最优利用率控制的断续升压变换器，通过一种新的开关周期最优利用率控制，大大提高了临界电感值，减小了电感电流峰值及有效值。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种采用开关周期最优利用率控制的断续升压变换器，包括变换器主功率电路和控制电路：所述变换器主功率电路包括输入电压源v_in、EMI滤波器、二极管整流电路RB、Boost电感L_b、开关管Q_b、二极管D_b、储能电容C_o、负载R_Ld；其中输入电压源v_in与EMI滤波器的输入端口连接，EMI滤波器的输出端口与二极管整流电路RB的输入端口连接，二极管整流电路RB的输出负极为参考电位零点，二极管整流电路RB的输出正极与Boost电感L_b的一端连接，Boost电感L_b的 另一端分别与开关管Q_b的漏极及二极管D_b的阳极连接，开关管Q_b的源极与参考电位零点连接，二极管D_b的阴极分别与储能电容C_o的阳极及负载R_Ld的一端连接，储能电容C_o的阴极及负载R_Ld的另一端均与参考电位零点连接；

所述的控制电路包括第一分压电路、减法电路、第二分压电路、乘法器、误差调节电路、芯片UC3525A；其中第一分压电路的输入端与输入电压采样点V_g即二极管整流电路RB的输出正极连接，第一分压电路的输出端A与减法电路的反相输入端连接，第二分压电路的输入端连接主功率电路的输出电压V_o的正极，第二分压电路的输出端B分别与减法电路的正相输入端和乘法器的第二输入端v_z连接，减法电路的输出端C与乘法器的第一输入端v_x相连接，误差调节电路的反相输入端连接输出电压V_o的正极，误差调节电路的正相输入端连接电压基准信号V_og，误差调节电路的输出端与乘法器的第三输入端v_y连接，乘法器的输出端P与芯片UC3525A的输入端连接。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)临界电感值大幅增大，电感电流峰值及有效值减小，主功率器件电流应力降低，变换器的效率提高；(2)输入电流谐波满足IEC 61000-3-2Class D标准要求；(3)输出电压纹波减小，尤其在输入电压较高时。若保持输出电压最大纹波不变，则储能电容值可分别减小为原先的48.6％。

附图说明

图1是Boost PFC变换器主电路。

图2是DCM Boost PFC变换器开关周期内电感电流波形。

图3是半个工频周期内DCM Boost PFC变换器电感电流及其平均值和峰值波形。

图4是半个工频周期内标幺化后的输入电流波形。

图5是不同情况下的PF曲线图。

图6是不同输入电压下的临界电感值。