[发明专利]隔离型单电感两级式功率因素校正变换器及其控制方法

权利要求书

1.隔离型单电感两级式功率因素校正变换器，其特征在于，包括：

AC交流电源，该AC交流源具有带有滤波装置；

单向桥式整流电路，该单向桥式整流电路连接AC交流电源并整流输出；

桥式结构，该桥式结构包括作为第一级电路的FLYBACK变换器电路和作为第二级电路的BUCK变换器电路、BOOST变换器电路或BUCK-BOOST变换器电路，第二级电路利用FLYBACK变换器的变压器L的二次绕组Ns作为电感；所述FLYBACK变换器电路由开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、变压器L、电容C1及二极管D8连接而成，开关管Q1、开关管Q2和开关管Q3分别由信号G1、信号G2和信号G3驱动控制，BUCK变换器电路与FLYBACK变换器电路共用开关管Q2、开关管Q3和绕组Ns且还包括电容C2和二极管D7，开关管Q1和二极管D5串联于变压器L的一次绕组Np与单向桥式整流电路之间，开关管Q2串联于电容C1与绕组Ns之间，二极管D7的阳极连接电容C1的阳极、阴极连接开关管Q2的集电极；开关管Q3与绕组Ns连接，电阻Rcs与D8串联后连接于开关管Q3与电容C1之间；电阻R与电容C2并联后与二极管D6串联的电路并联于电阻Rcs和D8两侧；电容C2与电阻R构成输出端，输出电压为Uout，电容C2的负极接地。

2.如权利要求1所述的隔离型单电感两级式功率因素校正变换器，其特征在于，其第一衍生结构如下：在变压器L的二次侧，将绕组Ns、电容C1、电阻Rcs、开关管Q3和开关管Q2依次连接为回路；电阻R与电容C2并联后与二极管D6串联的电路并联于电阻Rcs和开关管Q3，以形成升压型输出的拓扑结构。

3.如权利要求1所述的隔离型单电感两级式功率因素校正变换器，其特征在于，其第二衍生结构如下：在变压器L的二次侧，将开关管Q4替换二极管D8，以形成升降压型输出的拓扑结构。

4.如权利要求1-3之一所述的隔离型单电感两级式功率因素校正变换器，其特征在于，单向桥式整流电路由二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4组成。

5.如权利要求4所述的隔离型单电感两级式功率因素校正变换器，其特征在于，在变压器二次侧还设有绕组Nt，绕组Nt与采样电路相连，通过采样绕组Nt两端的电压Ut，反映绕组Np，绕组Ns上的电压状态，以通过信号G1、G2和G3调理电路产生相应的控制信号。

6.如权利要求1-3之一所述的隔离型单电感两级式功率因素校正变换器，其特征在于，采用临界导通模式和采样电阻Rcs两端的电压Ucs过零点检测的方法，采样电容C1和C2上进行电压电压模控制的方法如下：

步骤1、对电容C1的电压Ubus进行采样，其值与参考值之差通过PI调节为误差电压Ue1；

步骤2：对电容C2的电压Uout进行采样，其值与参考值之差通过PI调节为误差电压Ue2；

步骤3：对变压器L的二次绕组Nt电压Ut进行采样，其值进行信号调理提取过零信号，产生过零信号Z1；

步骤4：对电阻Rcs两端的电压Ucs进行采样，其值进行信号调理提取过零信号，产生过零信号Z2；

步骤5：过零信号Z1使锯齿波SW1置零且开始上升，过零信号Z2使锯齿波SW2置零且开始上升；

步骤6：将步骤1得到的误差电压Ue1与锯齿波SW1进行比较；当两者的值相等的时候，产生一个峰值信号P1；

步骤7：将步骤2得到的误差电压Ue1与锯齿波SW2进行比较；当两者的值相等的时候，产生一个峰值信号P2；

步骤8：过零信号Z1产生时，开关管Q1，开关管Q3跳变，G1＝1，G3＝0；开关管Q2保持上一个状态；

步骤9：峰值信号P1产生时，开关管Q1，开关管Q2，开关管Q3跳变，G1＝0，G2＝1，G3＝1；

步骤10：峰值信号P2产生时，开关管Q2跳变，G2＝0，开关管Q1，开关管Q3保持上一个状态；

步骤11：当过零信号Z1再次产生时，进入步骤8。

7.如权利要求1-3之一所述的隔离型单电感两级式功率因素校正变换器，其特征在于，在断续导通模式下电压模的控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1：对电容C1的电压Ubus进行采样，其值与参考值之差通过PI调节为误差电压Ue1；

步骤2：对电容C2的电压Uout进行采样，其值与参考值之差通过PI调节为误差电压Ue2；

步骤3：对电阻Rcs两端的电压Ucs进行采样，其值进行信号调理提取过零信号，产生过零信号ZCD；

步骤4：时钟CLK的上升沿使锯齿波SW1开始上升，过零信号ZCD使锯齿波SW2开始上升；

步骤5：将步骤1得到的误差电压Ue1与锯齿波SW1进行比较，当两者的值相等的时候，产生一个峰值信号P1；

步骤6：将步骤2得到的误差电压Ue1与锯齿波SW2进行比较；当两者的值相等的时候，产生一个峰值信号P2；相应的开关的驱动信号及电感电流波形图通过以下步骤获得：

步骤7：时钟CLK上升沿时，开关管Q1，开关管Q3跳变，G1＝1，G3＝0；开关管Q2保持上一个状态，Np绕组电流ip从零开始上升；

步骤8：峰值信号P1产生时，开关管Q1，开关管Q2，开关管Q3跳变，G1＝0，G2＝1，G3＝1；此时，Np绕组电流ip从峰值IP突变为0，Ns绕组电流is从0突变为IS1，且准备开始下降；其中IP/IS1＝Ns/Np；

步骤9：峰值信号P2产生时，开关管Q2跳变，G2＝0，开关管Q1，开关管Q3保持上一个状态；此时，Ns绕组电流iS已下降到负方向的峰值IS2，准备开始上升；

步骤10：Ns绕组电流iS上升到零，开关管保持上一个状态不变，电感电流保持为零；当下一个时钟CLK上升沿到来，进入步骤7。