[发明专利]一种低输出纹波的并联功率因数校正变换控制方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种低输出纹波高效率PFC变换器设计方法及其装置。

背景技术

近年来，电力电子技术迅速发展，作为电力电子领域重要组成部分的电源技术逐渐成为应用和研究的热点。开关电源以其效率高、功率密度高而确立了其在电源领域中的主流地位，但其通过整流器接入电网时会存在一个致命的弱点：功率因数较低(一般仅为0.45～0.75)，且在电网中会产生大量的电流谐波和无功功率而污染电网。抑制开关电源产生谐波的方法主要有两种：一是被动法，即采用无源滤波或有源滤波电路来旁路或消除谐波；二是主动法，即设计新一代高性能整流器，它具有输入电流为正弦波、谐波含量低以及功率因数高等特点，即具有功率因数校正功能。开关电源功率因数校正研究的重点，主要是功率因数校正电路拓扑的研究和功率因数校正控制集成电路的开发。现有Buck、Boost、Buck-Boost、反激变换器等多种功率因数校正电路拓扑结构。功率因数校正控制集成电路负责检测变换器的工作状态，并产生脉冲信号控制开关装置，调节传递给负载的能量以稳定输出；同时保证开关电源的输入电流跟踪电网输入电压，实现接近于1的功率因数。控制集成电路的结构和工作原理由开关电源采用的控制方法决定。对于同一功率电路拓扑，采用不同的控制方法会对开关电源的稳态精度及动态性能等方面产生影响。

传统的有源功率因数校正变换器直流输出电压/电流包含有二倍工频纹波，若二倍工频输出电压/电流纹波被引入功率因数校正控制器中，会使功率因数校正变换器的输入电流含有三次谐波电流成分，降低了功率因数校正变换器的输入功率因数。因此传统有源功率因数校正变换器的直流输出电压反馈控制环截止频率低(一般仅为10～20Hz)，这严重影响功率因数校正变换器对负载变化的动态响应能力。此外，由于有源功率因数校正变换器的直流输出电压纹波较大，需在功率因数校正变换器输出端接一个电容值很大的输出电容后，还需要再接一个DC/DC变换器来提高负载直流输出电压的稳态精度和对负载变化的动态响应能力，使变换器设计成本高、效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种低输出纹波的并联功率因数校正变换控制方法，采用该方法可使单相PFC变换器输出电压/电流纹波减小，并且其动态响应性能好，效率高，抗干扰能力强，适用于各种拓扑结构的单相PFC变换器。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是：低输出纹波的并联功率因数校正变换控制方法，其具体作法是：

单相功率因数校正变换器的输出端与DC/DC变换器的输出端相并联，同时给负载提供能量。单相PFC变换器输出的正端与DC/DC变换器输出的正端相连接形成“Vo+”端，“Vo+”端同时接在负载的正端；单相PFC变换器输出的负端与DC/DC变换器输出的负端相连接形成“Vo-”端，“Vo-”端同时接在负载的负端。DC/DC变换器的输入电源是辅助电源，辅助电源的输入源是直接来自整流桥的输出或者由单相PFC变换器产生。当辅助电源的输入源是直接来自整流桥的输出时，辅助源具有功率因数校正的功能。

这样，当整个开关电源系统为恒定输出电压的电源时，单相PFC变换器和DC/DC变换器使用同样的输出电压采样电路，此输出电压采样电路检测负载两端的电压；当整个开关电源系统为恒定输出电流的电源时，单相PFC变换器和DC/DC变换器使用不同的输出电流采样电路，两个变换器的输出电流采样电路串联后再与负载相串联，单相PFC变换器的输出电流同时流过两个输出电流采样电路和负载，DC/DC变换器(DC-DC)的输出电流只流过自身的电流采样电路和负载。单相功率因数校正变换器采用经典的PFC控制策略(峰值电流模式控制、平均电流模式控制、电压模式控制)得到功率因数校正变换器的控制信号。由于经典的功率因数校正控制环路带宽很低，单相功率因数校正变换器的输出能量有很大的二倍工频脉动，DC/DC变换器的输出与单相PFC变换器的输出相并联，采用DC/DC变换器高带宽的控制环路，使DC/DC变换器的输出能量将补偿PFC变换器输出能量的二倍工频脉动，从而消除了传统单相PFC变换器的二倍工频输出纹波，使开关电源系统实现低输出电压/电流纹波。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：