[发明专利]并联有源滤波器的高PF定开关频率升压变换器

权利要求书

1.一种并联有源滤波电路的高PF定开关频率升压变换器，其特征在于：包括主功率电路(1)、有源滤波电路(2)和控制电路，其中控制电路包括输入电压采样电路(3)、输入电压峰值采样电路(11)、输出电压采样电路(4)、输出电压反馈电路(10)、有源滤波电容电压反馈电路(17)、第一减法电路(6)、第二减法电路(12)、第一乘法器(5)、第二乘法器(7)、第三乘法器(13)、第四乘法器(14)、峰值电流比较电路(9)、平均电流反馈电路(16)、RS锁存器及驱动电路(8)和锯齿波比较器及驱动电路(15)；

所述主功率电路(1)分别与有源滤波电路(2)、输入电压采样电路(3)、输出电压采样电路(4)、RS锁存器及驱动电路(8)、峰值电流比较电路(9)和输出电压反馈电路(10)连接，有源滤波电路(2)分别与锯齿波比较器及驱动电路(15)、平均电流反馈电路(16)和有源滤波电容电压反馈电路(17)连接，输入电压采样电路(3)的输出端分别与第一乘法器(5)的第一输入端、第一减法电路(6)的第一输入端、输入电压峰值采样电路(11)的输入端、第二减法电路(12)的第一输入端和第三乘法器(13)的第一输入端连接，输出电压采样电路(4)的输出端与第一减法电路(6)的第二输入端连接，第一乘法器(5)的第二输入端、输出端分别与第一减法电路(6)的输出端、第二乘法器(7)的第一输入端连接，第二乘法器(7)的输出端、第二输入端分别与峰值电流比较电路(9)的同相输入端、输出电压反馈电路(10)的输出端连接，RS锁存器及驱动电路(8)的R端与峰值电流比较电路(9)的输出端连接，输出电压反馈电路(10)的输出端与第四乘法器(14)的第二输入端连接，输入电压峰值采样电路(11)的输出端与第二减法电路(12)的第一输入端连接，第二减法电路(12)的输出端与第三乘法器(13)的第二输入端连接，第三乘法器(13)的输出端与第四乘法器(14)的第一输入端连接，第四乘法器(14)的输出端与平均电流反馈电路(16)的第一输入端连接，锯齿波比较器及驱动电路(15)的输入端与平均电流反馈电路(16)的输出端连接，平均电流反馈电路(16)的第一输入端还与有源滤波电容电压反馈电路(17)的输出端连接；

使用前馈运算提供峰值电流控制和平均电流控制所需的峰值电流包络和平均电流基准，实行变导通时间的定开关频率控制方式对主功率电路进行控制及实行平均电流控制方式对有源滤波电路进行控制；

主功率电路(1)包括输入电压源v_in、EMI滤波器、整流桥RB、LC滤波器、升压电感L_b、升压开关管Q_b、升压二极管D_b、第一采样电阻R_s1、输出电容C_o和负载R_Ld；所述输入电压源v_in与EMI滤波器的输入端口连接，EMI滤波器的输出端口与整流桥RB的输入端口连接，整流桥RB的输出正端口与LC滤波器的输入正端口连接，整流桥RB的输出负端口与LC滤波器的输入负端口连接，LC滤波器的输出正端口分别与升压电感L_b的一端、有源滤波电路(2)和输入电压采样电路(3)连接，LC滤波器的输出负端口分别与第一采样电阻R_s1的一端、输出电容C_o的负端及负载R_Ld的负端连接，LC滤波器的输出负端口为参考电位零点，升压电感L_b的另一端分别与升压开关管Q_b的漏极端和升压二极管D_b的正端连接，升压开关管Q_b的源极端分别与第一采样电阻R_s1的另一端和峰值电流比较电路(9)的第二输入端连接，升压开关管Q_b的栅极端与RS锁存器及驱动电路(8)的输出端连接，升压二极管D_b的负端与输出电容C_o的正端和负载R_Ld的正端连接，负载R_Ld两端的电压为输出电压V_o，负载R_Ld的正端与输出电压采样电路(4)和输出电压反馈电路(10)连接；

有源滤波电路(2)包括有源滤波电感L_f、第一MOS管Q₁、第二MOS管Q₂、有源滤波电容C_f以及第二采样电阻R_s2；所述有源滤波电感L_f的一端与主功率电路(1)的LC滤波器的输出正端口连接，有源滤波电感L_f的另一端分别与第一MOS管Q₁的漏极端和第二MOS管Q₂的源极端连接，第一MOS管Q₁的源极端分别与有源滤波电容C_f的负端、第二采样电阻R_s2的一端和平均电流反馈电路(16)的第三输入端连接，第二MOS管Q₂的漏极端与有源滤波电容C_f的正端连接，第一MOS管Q₁和第二MOS管Q₂的栅极端分别与锯齿波比较器及驱动电路(15)的两个输出端连接，第二采样电阻R_s2的另一端与主功率电路(1)的LC滤波器的负端口连接，LC滤波器的负端口为参考电位零点，有源滤波电容C_f正端的电压为有源滤波电容电压v_Cf，有源滤波电容C_f正端与有源滤波电容电压反馈电路(17)的输入端连接；

所述控制电路包括峰值电流包络前馈运算电路、平均电流基准前馈运算电路、有源滤波电容电压反馈电路(17)、峰值电流比较电路(9)、平均电流反馈电路(16)、RS锁存器及驱动电路(8)和锯齿波比较器及驱动电路(15)，其中峰值电流包络前馈运算电路包括输入电压采样电路(3)、输出电压采样电路(4)、第一减法电路(6)、第一乘法器(5)、输出电压反馈电路(10)以及第二乘法器(7)，平均电流基准前馈运算电路包括输入电压峰值采样电路(11)、第二减法电路(12)、第三乘法器(13)、第四乘法器(14)；

所述峰值电流包络前馈运算电路中的输入电压采样电路(3)信号输入端A经第一电阻R₁与主功率电路(1)中LC滤波器的正端口的电压v_g连接，输入电压采样电路的输出端B分别与第一减法电路(6)及第一乘法器(5)的第一输入端连接；输出电压采样电路(4)信号输入端C经第三电阻R₃与主功率电路(1)中负载R_Ld正端上的电压V_o连接，输出电压采样电路(4)的输出端D与第一减法电路(6)的第二输入端相连，第一减法电路(6)的输出端E与第一乘法器(5)的第二输入端连接，第一乘法器(5)的输出端F与第二乘法器(7)的第一输入端相连；输出电压反馈电路(10)的反相输入端G经第十电阻R₁₀与主功率电路(1)中负载R_Ld正端上的电压V_o连接，输出电压反馈电路(10)的同相输入端与输出电压基准V_{ref_1}连接，输出电压反馈电路(10)的输出端I与第二乘法器(7)的第二输入端连接，第二乘法器(7)的输出端H与峰值电流比较电路(9)的同相输入端连接；

所述峰值电流比较电路(9)的同相输入端与第二乘法器(7)的输出端H连接；反相输入端与升压开关管Q_b的源极端连接，峰值电流比较电路(9)的输出端与RS锁存器及驱动电路(8)的R端连接；

所述RS锁存器及驱动电路(8)的R端与峰值电流比较电路(9)的输出端连接，RS锁存器及驱动电路(8)的S端与限流电阻R_z的一端连接，限流电阻R_z的另一端与辅助电感L_z的一端相连，辅助绕组的另一端连接参考电位零点，RS锁存器及驱动电路(8)的输出端与升压开关管驱动电阻R_d的一端连接，升压开关管驱动电阻R_d的另一端与升压开关管Q_b的栅极端连接；

所述平均电流基准前馈运算电路中的输入电压峰值电压采样电路(11)的输入端a与输入电压采样电路(3)的输出端B连接，输入电压峰值电压采样电路(11)的输出端b与第二减法电路(12)的第一输入端连接，第二减法电路(12)的第二输入端与输入电压采样电路(3)的输出端B连接，第二减法电路(12)的输出端c与第三乘法器(13)的第二输入端v_y连接，第三乘法器(13)的第一输入端v_x与输入电压采样电路(3)的输出端B连接，第三乘法器(13)的输出端d与第四乘法器(14)的第一输入端v_x连接，第四乘法器(14)的第二输入端v_y与输出电压采样电路(10)的输出端I连接，第四乘法器(14)的输出端e经第二十电阻R₂₀与平均电流反馈电路(16) 的第一输入端f连接；

所述有源滤波电容电压反馈电路(17)的反相输入端g经第二十二电阻R₂₂与有源滤波电路(2)中有源滤波电容正端上的电压v_Cf连接，有源滤波电容电压反馈电路(17)的同相输入端与有源滤波电容电压基准V_{ref_2}连接，有源滤波电容电压反馈电路(17)的输出端h经第二十四电阻R₂₄与平均电流反馈电路(16)的输入端f连接；

所述平均电流反馈电路(16)的另一输入端与有源滤波电容C_f的负端和第二采样电阻R_s2的一端相连，平均电流反馈电路(16)的输出端与锯齿波比较器及驱动电路(15)的输入端连接；

所述锯齿波比较器及驱动电路(15)的两路输出分别与第一MOS管驱动电阻R_d1和第二MOS管驱动电阻R_d2的一端连接，第一MOS管驱动电阻R_d1和第二MOS管驱动电阻R_d2的另一端分别与第一MOS管Q₁和第二MOS管Q₂的栅极端连接。