[发明专利]H桥PFC电路及该电路中电感电流的下降沿采样方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种H桥PFC电路及该电路中电感电流的下降沿采样方法。

背景技术

高效、高功率密度及低成本已成为通信电源所追求的三个重要的指标，为应对三个目标，PFC的电路拓扑从传统的有桥、双升压(BOOST)无桥功率因数校正(Power Factor Correction，简称为PFC)、H桥PFC以及各种拓扑的交错并联技术不断的向前发展着。

为了提高效率，双BOOST无桥PFC被广泛采用，其电路示意图如图1所示。图1中由两个PFC电路构成。工频正半周时，电感L1、升压二极管D1及MOS管S1构成一个BOOST电路工作；工频负半周时，电感L2、升压二极管D2及MOS管S2构成一个BOOST电路进行工作；由于每个导通周期内，电感电流都只走两个半导体器件，比传统的有桥PFC电路减少一个，因此具有较高的效率。

双BOOST电路具有较高的效率，但是通过对工作原理进行分析可知，该拓扑中电感的利用率比较低，每个电感只工作半个周期，另半个周期只做回流支路，流过少量的工频电流。

图2(a)为H桥PFC电路的示意图，该拓扑在每个阶段也都只通过两个半导体器件，属于无桥PFC电路的类型，理论效率和双BOOST电路相当，同时也具有较高的电感利用率。该拓扑的主功率电路主要包括了：两个共S极的MOS管，组成了双向开关，其驱动信号一致；为实现方便，D1、D3设为升压二极管，D2、D4为慢二极管，作为回流二极管，以获得较好的EMC效果；电感L₁，供正负工频半周内用。图2(b)也是H桥PFC电路中的一种，把图2(a)中的二极管换成了MOS管，在该电路中，工频正半周时，S3和S6导通，S4和S5关断；工频负半周时，S4和S5导通，S3和S6关断；

工频正半周时，H桥PFC的工作示意图如图3(a)所示，工频负半周时，H桥PFC的工作示意图如图3(b)所示。以工频正半周为例，H桥PFC电路的工作原理简单分析如下：当MOS管道通时，输入电流通过MOS管S1及S2进行续流，电感电流上升；当MOS管关断，输入电流通过升压二极管D1及续流二极管D4进行续流，电感电流下降。

同时H桥电路还有其独特的工作特性，即在每个开关周期内存在着反向电流。参阅图3(c)，以工频正半周为例，当MOS管道通时，慢二极管D4会有一个较大的反向电流通过D3，然后再通过MOS管进行续流，因此当占空比较小时，和MOS管串联在一起的电流互感器会采样到该反向电流。

图4为两相H桥交错并联的拓扑结构：L1是第一相的升压电感，1S1、1S2分别为第一相电路主MOS管；1D1、1D3分别为正负工频半周的升压二极管，采用碳化硅二极管；L2是第二相的升压电感，2S1、2S2分别为第二相电路主MOS管；2D1、2D3分别为正负工频半周的升压二极管，采用碳化硅二极管；D2、D4为慢恢复二级管，为两相电路共用回流二极管，用于实现两相H桥PFC交错并联电路的回流作用，以减小H桥PFC电路的高频脉动电流产生的噪声。两相交错并联电路通常采用移相一定角度的控制算法，但每相电路中PFC的工作原理与单相电路相似。

在中大功率PFC电路中，一般采用CCM控制模式，该模式需要电感电流信号进行环路控制。单相H桥PFC的电感电流采样电路示意图如图5所示。图中的CT1和主MOS管串联在一起，用于采集电感电流上升阶段的电流信号；CT2和BUS电容的负端串联在一起，用于采集电感电流下降阶段的电流信号。

两相H桥PFC交错并联后，电感电流上升沿的采样可以沿用图5中CT1的采样位置与方法，把电流互感器和MOS管串联在一起，如图6所示。

由于两相间移相一定角度进行控制，流过BUS电容负端的电流有可能是两相电路电感电流下降段之和，因此每相电路中电感电流下降段的电流信号采集不能采用图5中CT2的位置方法。

为采集H桥PFC交错并联电路中完整的电感电流下降阶段信号，传统采样模式示意图如图7所示，图中CT12、CT22分别应对工频正半周内第一、二相电路电感电流下降沿的采样，CT13、CT23分别应对工频负半周内第一、二相电路电感电流下降沿的采样。因此这种电感电流下降沿采样方法需要4个电流互感器。这给功率密度及成本带来了较大的不利因素。

在多相交错并联电路中，考虑成本及功率密度，一般都不会用电流互感器采样电感电流的完整信号，而只采样电感电流的一部分信号，比如电感电流的上升沿或者是下降沿。