[发明专利]一种零电压PFC变换器

说明书

本发明提供一种零电压PFC变换器，包括主功率单元101、输出电压检测单元102、误差放大单元103、逻辑控制单元104、驱动单元105、负电流检测单元106，驱动单元105的第一输出端SW1与主功率单元中的主开关管的栅极连接，控制所述主开关管的开通与关断，驱动单元105的第二输出端SW2与主功率单元中的同步整流管的栅极连接，控制所述同步整流管的开通与关断；负电流检测单元106检测所述电感负向电流达到设定电流阈值时，关断所述的同步整流管。在交流输入的不同瞬时输入电压条件下，主开关管的导通为固定时间，实现PFC功能。本发明在高压输入条件下，仍然能够实现零电压开通和PFC功能，有利于提升产品高压输入时效率，也更有利于实现产品高频化和小型化。

技术领域

本发明涉及开关变换器领域，特别涉及AC-DC的前级PFC技术。

背景技术

电力电子技术的迅猛发展，开关电源应用的越来越广泛。AC-DC变换器作为电力网与电力电子装备的接口，是大多数电子设备电源的一个至关重要的单元。交流电到直流电的转换大多通过二极管整流桥实现，并在整流桥输出端并联电容，这种方式将导致电网侧电流波形呈脉冲形，包含大量大幅度谐波。为限制谐波电流对电网的污染，保证电网质量，一些国家和国际性组织制定了一系列的谐波标准。

为减小和消除谐波，应进行功率因数校正(PFC)，以提高设备的功率因数。目前主流的功率因数校正技术主要分为无源校正技术(以下简称无源PFC)和有源校正技术(以下简称有源PFC)。无源PFC技术是用电感、电容等无源器件组成的网络来滤除部分阶次的谐波。无源PFC电路的优点是简单、成本低、可靠性好，但是校正效果比较差，难以得到很高的功率因数，并且体积庞大，目前已经较小使用。有源PFC电路体积小，可以得到非常高的功率因数以及非常低的电流谐波失真，目前广泛引用于各种开关电源当中。

有源BOOST_PFC技术为目前常规且成熟的技术，以工作在临界模式的有源BOOST_PFC为例，其控制框图如图1所示。有源BOOST_PFC电路通常包括如下几个部分:整流网络101、BOOST变换器102、过零检测网络103、电流采样网络104、驱动网络105、输出电压采样网络106及PFC控制芯片IC。

PFC控制IC引脚功能通常如下：

ZCD：零电流检测引脚

MULT:芯片内部乘法器的输入引脚

VCC:芯片的供电引脚

GND:芯片的参考地引脚

COMP:芯片电压环的补偿引脚

INV:输出电压的反馈引脚

GATE:芯片的驱动引脚

CS：电流采样引脚

该电路方案通过INV引脚的基准电压V_ref与输出电压采样网络106使BOOST变换器的输出电压稳定在固定电压值。电感电流为零时刻，电感开始与开关管结电容以初始电感电流为零开始谐振，经一个延迟时间后，控制芯片的GATE引脚输出高电平，开关管导通。电流采样网络104采样电阻R2上电压与控制芯片内部乘法器输出的类正弦信号进行比较，使输入电流基本与输入电压同相位，从而获得较高的功率因数值。电感电流波形在工频周期内示图如图2所示。

电感与开关管电容存在短暂谐振过程，有利于降低开关管开通时刻对应的漏源极电压应力。但由于谐振的电压幅度受输入电压影响，当2Vin≤Vo时(Vin为输入电压、Vo为输出电压)，开关管的漏源极电压能够谐振至零，在合适的时刻开通开关管，可实现开关管的零电压开通；而当2Vin＞Vo时，开关管的漏源极电压无法谐振至零，如图3所示。这将使得开关管开通时刻存在一部分的开通损耗。当输入电压较高，开关频率较大时该部分损耗显著增加，产品效率降低，这也将不利于产品的高频化和小型化。

发明内容