[实用新型]插频模式级联离线PFC-PWM开关电源转换器控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及离线开关电源转换器技术，尤其是级联离线PFC-PWM开关电源转换器控制系统与方法。

背景技术

目前，开关电源转换器控制系统，特别是大功率开关电源转换器控制系统，广泛采用同步控制模式的级联PFC-PWM开关电源转换器控制系统，其控制环路简单、无须斜坡补偿和频率补偿、所需外围元器件少、方便客户使用。

如图1所示的同步控制模式级联PFC-PWM开关电源转换器控制系统包括两级电路，其中第一级为升压型功率因数调整电路，包括PFC模块(10)和PFC控制信号产生模块(12)，所述的PFC模块(10)包括电感L1、开关SW1、开关SW2、反相器(138)以及电容C1，所述的PFC控制信号产生模块(12)包括误差放大器(128)、振荡器(150)、比较器(130)、D触发器(132)；第二级为DC-DC转换电路，包括PWM模块(11)和PWM控制信号产生模块(13)，所述的PWM模块(11)包括电感L2、开关SW3、开关SW4、反相器140以及电容C2，所述的PWM控制信号产生模块(13)包括占空比限制器(134)和D触发器(136)。

第一级升压型功率因数调整电路采用上升沿调制技术，当系统时钟(即PFC控制信号产生模块的振荡器产生的时钟CLK)的上升沿来临时，开关SW1断开；当PFC控制信号产生模块的振荡器三角波上升到大于PFC控制信号产生模块的误差放大器输出电压VEAO时(如图2所示)，开关SW1导通。开关SW1、SW2的控制信号的占空比是变化的，以使得VOUT保持不变。

第二级DC-DC转换电路采用下降沿调整技术，即当系统时钟下降沿来临时，开关SW3导通；当PFC控制信号产生模块的振荡器三角波上升到大于PFC控制信号产生模块的误差放大器输出电压VEAO时，开关SW3断开。开关SW3、SW4的占空比通常是恒定的，只有当第二级的输入电压(即C1上的电压)变化时才变化。

如图1所示的同步控制模式级联PFC-PWM开关电源转换器控制系统使用同一系统时钟产生同步时序的控制信号控制开关SW1和SW3，如图3、4、5所示。

纹波电压可以用来衡量从交流电压窜入直流电压的量。对于附图1所示的同步控制模式级联PFC-PWM开关电源转换器控制系统来说，PFC输出级的纹波电压可以分为两个分量：第一分量是由于电容C1、C2上的等效电阻ESR导致的，第二分量是电容C1上电压的变化导致的。当PFC级和PWM级都工作在连续电流模式时，C1上的纹波电压大小为：

Vripple=(I2max-I3)×ESR+0.433×I2max-I3C1×fsw]]>(等式1)

流经开关SW2的最大电流I_2max为：

(等式2)

因为第一级转换器主要工作在电流模式，而电流频率受工频限制。所以第一级电压控制回路被设计成缓慢响应，以便电流能够跟随电压变化。这样第二级转换器就需要更快速和更精确的电压控制。

在系统启动时或负载瞬间变化时，系统需要一段时间才能到达它的最大负载能力。如果给予的时间小于这段时间，将导致第一级转换器关闭。因此，第一级转换器的输出电压受dc ok比较器监测。当第一级功率因数调节级的输出电压低于380伏直流电压时，第二级脉冲宽度调节级将被dc ok比较器关闭。一旦第一级输出电压高于380伏直流电压时，第二级脉冲宽度调节级将被开启。