[发明专利]适于宽输入和输出电压范围的高效开关电源的PFC母线调压控制电路及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及宽输入和输出电压范围的高效开关电源以及电池充电技术，具体涉及一种适于宽输入和输出电压范围的高效开关电源的PFC母线调压控制电路及控制方法。

背景技术

目前AC/DC变换器转换电路，基本由PFC电路+DC/DC变换电路组成，前级PFC(power factor correction功率因数校正)能提供一个稳定的DC/DC输入电压，并实现功率因数校正；后级DC/DC变换电路采用LLC谐振变换器。具体拓扑电路如图1所示。

PFC电路一般采用BOOST电路拓扑或其他硬开关电路，对于BOOST硬开关电路而言，在相同的工作条件下，当输出电压与输入电压之间的差值越小，开关管的导通时间Ton越短，其导通损耗越小。同时BOOST电感的纹波电流也越小，磁芯损耗也将减小。由于BOOST电路的纹波电流减小，其输出滤波电容的ESR等效电阻上的损耗将减小，输出滤波电容的使用寿命也将增加。所以在设计时，减小BOOST电路输出电压与输入电压之间的差值，能有效的提高整个PFC部分电路的效率。

LLC谐振变换电路工作在谐振频率fr点时，可实现全负载范围内的原边MOS管ZVS(零电压关断)，副边整流二极管也能自动实现ZCS(零电流关断)，反向恢复损耗大大减小；电源效率将达到最大。

当开关电源模块应用于宽输出电压范围时，若采用固定PFC电压、或者在特定的输出电压时调高或降低PFC电压，会使转换电路工作频率跟随输出电压的变化而偏离谐振频率工作点，无法实现最大输出电压范围工作在谐振点附近，从而减弱LLC变换器具备的优势。同时也将导致PFC电路输出电压和输入电压之间差值一直很大，导致PFC电路的效率降低。

发明内容

本发明将给出一种全新的PFC电压控制方法，最大限度实现全输出电压范围靠近谐振频率工作点，提升LLC转换电路效率；同时也缩小PFC电路输出电压和输入电压之间的差值，提升PFC电路效率，使整个电源模块的性能得到显著的提升。

本发明提供一种适用于宽输入和输出电压范围的高效开关电源的PFC母线调压控制电路，包括整流单元和滤波单元，该整流单元和滤波单元用于将市电交流输入整流成直流；该控制电路还包括：PFC功率校正单元，谐振变换单元、母线电容Cbus；其中整流单元与滤波单元连接，滤波单元与PFC功率校正单元连接，PFC功率校正单元与母线电容Cbus并联后，与谐振变换单元连接，输出负载输出电压Vout；该电路通过实时监控负载输出电压Vout和市电交流输入电压Vin的变化以调节母线电压Vpfc，使谐振变换单元最大限度的工作在谐振频率工作点。

本发明提供一种利用上述控制电路的PFC母线调压控制方法，包括：检测步骤、比较步骤，以及调节输出步骤，由此使负载输出电压Vout工作在不同区域。其中检测步骤包括检测负载输出电压Vout和交流输入电压Vin；比较步骤包括通过公式计算出电压增益等于1时的PFC母线电压Vpfc理论值，根据输入电压计算出母线电压允许最小电压Vpfc_min；通过母线电容的最大电压降额得出母线电压允许最大电压Vpfc_max，对比Vpfc与Vpfc_min、Vpfc_max之间的大小关系；调节输出步骤包括：当V pfc＜Vpfc_min时，母线电压实际值为Vpfc_min；当Vpfc_min≤Vpfc≤Vpfc_max时，母线电压实际值为Vpfc；当Vpfc＞Vpfc_max时，母线电压实际值为Vpfc_max。该方法大幅提高了宽输入和输出电压范围内的效率，同时不需要增加任何器件成本。

本发明通过采样负载输出电压Vout和输入电压Vin，计算对母线电压Vpfc的最优调节方案，从而最大限度的实现全输出电压范围靠近谐振频率工作点。

附图说明

图1是现有的AC/DC变换器基本拓扑图。

图2是根据本发明的PFC母线调压控制电路的拓扑图。

图3是根据本发明的PFC母线调压策略软件实现流程图。

图4是根据本发明的PFC母线调压方案。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。