[发明专利]功率因数校正装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源领域，尤其涉及一种功率因数校正装置及方法。

背景技术

近年来，性能优越的开关电源已经取代线性电源，成为电子系统中主要动力设备。在典型的开关电源中，交流电网经过整流桥后一般直接并联大电容，以获得波形较为平直的直流电压。这种传统的整流器虽然可以获得比较平直的直流电压，但它是一种非线性元件和储能元件的组合，只在输入交流电压的峰值部分才有输入电流，因此，输入电流发生严重畸变，呈现脉冲状。这种脉冲状的输入电流含有大量的谐波，严重污染了电网。为了减少开关电源输入谐波电流对电网产生的谐波污染，保证电网供电质量，提高电网可靠性；同时也提高输入端功率因数，以达到有效利用电能的目的，必须限制开关电源输入端的电流谐波含量。

传统的功率校正技术（PFC）由电感和电容构成。在二极管整流桥后添加一个滤波电感和滤波电容结合的无源网络使得输入电流满足谐波限制要求，虽然能使电路的功率因数提高到0.7-0.8，电流谐波含量降到40%以下，但滤波电感和滤波电容的值较大，因此体积较大，重量较重。也有人提出两级PFC变换器结构中由两个相互独立的变换器前级PFC级和后级DC/DC级分别实现输入电流整形和输出电压的快速调节。两级PFC方案具有优良的性能，如输入电流的总谐波失真度低，功率因数高；但是两级PFC方案因为具有至少两个开关管和两套控制电路，增加了成本和复杂度。

近年来提高功率因数的方法都需要在单级PFC电路的基础上加入外围电路予以实现，但是传统的控制策略包含以下几点不足：1)在电路运行的整个过程中，PID控制难以维持较高的动态特性；2)PWM和PFM控制器的调制复杂；3)PFC级和DC/DC级在运行过程中会相互影响，但两个相对独立的控制器之前没有建立连接，动态性能无法在短时间内得到改善。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种结构较为简单、动态性能好的功率因数校正装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种功率因数校正装置，包括功率因数校正主电路和滑模变结构控制器；

所述滑模变结构控制器包括信号采集模块、带宽调节模块和磁滞比较器；

所述带宽调节模块，接收所述功率因数校正主电路的输入电压和缓冲电容电压，输出带宽，输出的带宽随输入电压的变化而变化，以改变所述功率因数校正主电路的开关管频率；

所述信号采集模块，采集所述功率因数校正主电路输出信号的反馈电压；

所述磁滞比较器，根据所述信号采集模块采集的反馈电压与一给定的参考电压的比较结果产生滑模信号轨迹，将该滑模信号轨迹与带宽进行比较，产生周期控制信号，通过该控制信号调节所述功率因数校正主电路的占空比，以改变功率因数校正主电路的输出电压。

本发明所述的装置中，所述功率因数校正主电路为单级隔离型功率因数校正变换器。

本发明所述的装置中，所述功率因数校正主电路包括级联的PFC变换器和DC-DC变换器，两者之间通过变压器连接；其中PFC变换器为Boost变换器，DC-DC变换器为Buck变换器。

本发明所述的装置中，若滑模信号轨迹为S，带宽为k，则所述磁滞比较器产生的周期控制信号为：当S<-k时,驱动PFC变换器的开关管断开，所述DC-DC变换器的输出电压降低；当-k<S<k时，控制开关管保持前一时刻状态不变；当S>k带宽时，驱动PFC变换器的开关管闭合，所述DC-DC变换器的输出电压升高。

本发明所述的装置中，该装置还包括软启动模块，与所述PFC变换器的开关管的驱动电路以及磁滞比较模块连接。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：

提供一种功率因数校正方法，包括以下步骤：

根据功率因数校正主电路的输入电压和缓冲电容电压，输出带宽，输出的带宽随输入电压的变化而变化，以改变PFC变换器的开关管频率；

采集功率因数校正主电路输出信号的反馈电压；

根据采集的反馈电压与一给定的参考电压的比较结果产生滑模信号轨迹，将该滑模信号轨迹与带宽进行比较，产生周期控制信号；

通过该控制信号调节功率因数校正主电路的占空比，以改变功率因数校正主电路的输出电压。

本发明所述的方法中，若滑模信号轨迹为S，带宽为k，所述通过该控制信号调节所述PFC变换器的占空比具体为：

当S<-k时,驱动功率因数校正主电路的开关管断开，输出电压降低；