双管级联型buck-boost变流器的控制方法技术

本发明专利技术涉及变流器的控制技术，旨在提供一种双管级联型buck-boost变流器的控制方法。该方法是采用电感电流临界断续控制方式，消除主电路中二极管反向恢复损耗；通过对输入、输出电压采样比较选择主电路工作模式：当输出电压高于输入电压时电路工作于boost模式，当输出电压低于输入电压时电路工作于buck-boost模式；通过控制buck-boost模式下的开关导通时间大于boost模式下的开关导通时间，使得输入电流在切换点处的相邻两个开关周期内平滑过渡。本发明专利技术实现了变流器宽范围输入、宽范围输出，用电感电流临界断续控制，消除了变流器主电路中二极管反向恢复损耗，通过控制电路在不同工作模式下的恒导通时间比例，实现输入电流的平滑过渡，提高功率因数。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及变流器的控制技术，旨在提供一种。该方法是采用电感电流临界断续控制方式，消除主电路中二极管反向恢复损耗；通过对输入、输出电压采样比较选择主电路工作模式：当输出电压高于输入电压时电路工作于boost模式，当输出电压低于输入电压时电路工作于buck-boost模式；通过控制buck-boost模式下的开关导通时间大于boost模式下的开关导通时间，使得输入电流在切换点处的相邻两个开关周期内平滑过渡。本专利技术实现了变流器宽范围输入、宽范围输出，用电感电流临界断续控制，消除了变流器主电路中二极管反向恢复损耗，通过控制电路在不同工作模式下的恒导通时间比例，实现输入电流的平滑过渡，提高功率因数。【专利说明】
本专利技术涉及一种，特别是应用于高效率、低输入电流谐波、宽范围输入、输出的功率因数校正场合。
技术介绍
由于目前大多数用电设备中的非线性元件和储能元件会使输入交流电流波形发生严重畸变，网侧输入功率因数很低，为满足国际标准IEC61000-3-2的谐波要求，必须在这些用电设备中加入功率因数校正(Power factor correction, PFC)电路。在大功率LED照明应用场合下由于LED模块电压各不相同，以及灯具应用在不同国家地区，因此具有宽范围输入、输出电压的PFC电路是很有必要的。传统的有源功率因数校正电路一般采用升压(Boost)拓扑，因为Boost具有控制容易、驱动简单以及在整个工频周期内都可以进行开关工作、输入电流的功率因数接近于I的优势，但是在宽范围输入段(90VaC-265VaC)BOOSt电路具有输入电压高的缺点。传统的具有宽范围输出电压范围的电路拓扑有buck-boost、flyback、SEPIC、Cuk电路，但是存在电压、电流应力高、输出电压反向的问题。级联型双管buck-boost电路输出电压与输入电压同向，且具有宽范围输出电压能力，以及器件上电压电流应力较小，因此适合于大功率宽范围输入、宽范围输出场合(图1)。在双管级联buck-boost电路的电感电流连续控制(CCM)方式下(Ghanem, M.C.;Al-Haddadj K.;Roy，G.，〃A new single phase buck-boost converter with unitypower factor，"Ind ustry Applications Society Annual Meeting, 1993., ConferenceRecord of thel993IEEE，vol.，n0.，pp.785，792vol.2，2_80ctl993)，当输出电压比输入电压的峰值低时，电路在半个工频周期内工作于Buck模式和boost模式(图2、3)。由于CCM的工作方式，主电路中的二极管存在严重反向恢复问题。且由于buck模式到boost模式切换点处输入电流不能平滑过渡，存在电流畸变。在电感电流临界断续控制(BCM)方式下(Ray-Lee Lin;Ru1-Che Wang, ^Non-1nverting buck-boostpower-factor-correctiοη converter with wide input-voltage-range applications, 〃IEC0N2010_36th AnnualConference on IEEE Industrial Electronics Society, vol., n0., pp.599, 604, 7-lONov.2010)，消除了主电路中二极管的反向恢复，但是由于两个开关管始终同时动作，使得电感电流峰值增大，导致电感尺寸变大，效率降低(图4)。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种宽范围输入、宽范围输出的级联型buck-boost变流器的控制方法。本专利技术中的电路工作在电感电流临界断续的boost和buck-boost双模式下,采用了不同的主电路工作模式对应不同导通时间的控制方案，消除二极管反向恢复损耗，保证输入电流Iin在不同模式切换时平稳过渡。使得整个输入电压范围内功率因数高、电流谐波满足IEC61000-3-2Class C的要求。为解决上述问题，本专利技术的解决方案是:提供一种,是采用电感电流临界断续控制方式，消除主电路中二极管反向恢复压降；通过对输入、输出电压采样比较选择主电路工作模式:当输出电压高于输入电压时电路工作于boost模式，当输出电压低于输入电压时电路工作于buck-boost模式；通过控制buck-boost模式下的开关导通时间大于boost模式下的开关导通时间，使得输入电流在切换点处的相邻两个开关周期内平滑过渡。作为本专利技术的级联型buck-boost变流器的控制方法的改进:本专利技术采用电感电流临界断续控制方式，将输入电压和一定比例分压后的输出电压Vtran进行比较选择主电路工作模式，使输入电压低于输出电压时就进行主电路工作模式切换，从而保证BCM控制下boost工作模式的工作频率不会过低从而出现噪声。本专利技术进一步提供了用于实现前述方法的双管级联型buck-boost变流器的控制电路，该控制电路通过两个驱动电路分别连接至buck-boost变流器主电路的两个门级；所述控制电路包括:输入电压采样单元、输出电压采样单元、误差放大电路、PWM发生电路、导通时间控制电路和电感电流过零检测电路；所述两个驱动电路包括第二驱动电路、与或门相连的自举驱动电路；输入电压采样单元和输出电压采样单元分别包括两个串联的电阻，其中点分别作为各自采样单元的输出；输入电压采样单元、输出电压采样单元的输出分别接第二比较器的负端与正端，第二比较器的输出接所述或门的输入端；第二比较器通过比较输入电压、输出电压的大小关系，确定电路工作在buck-boot模式或boost模式，同时控制不同工作模式下的恒导通时间。所述PWM发生电路包括第一比较器和R/S触发器，R/S触发器的正向输出端连接到所述或门的输入端和第二驱动电路的输入端；输出电压采样单元的输出经误差放大电路接至第一比较器的负端，第一比较器的输出端与R/S触发器的R端连接；R/S触发器的S端接至电感电流过零检测电路；所述导通时间控制电路包括两个恒定电流源电路、两个开关管、隔离二极管，非门以及充电电容；其中，第二开关管的一端接第二恒定电流源电路，另一端接地，其门级连接至R/S触发器的反向输出端；第一恒定电流源电路接隔离二极管的正端和第一开关管的一端，第一开关管的另一端接地；非门N的输入端连接第二比较器的输出端，非门N的输出端连接第一开关管Kl的门级；隔离二极管的负端连接充电电容一端和所述第一比较器的正端，充电电容另一端接地。输入电压与输出电压采样比较值通过非门控制第一开关管，使得第一恒定电流源电路短路或通过隔离二极管给充电电容充电；导通时间控制电路中通过对第二恒定电流源电路的控制实现在两种模式下的对应不同导通时间。通过使切换点处相邻两个开关周期的平均电流相同，可以确定两个模式下的导通时间比例，从而确定两个电流源的大小比例。本专利技术中，所述两个恒定电流源电路具有相同的电路结构，分别包括三个电阻和一个PNP三极管；其中，有两个电阻相互串联，其一端接电源本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双管级联型buck‑boost变流器的控制方法，其特征在于，是采用电感电流临界断续控制方式，消除主电路中二极管反向恢复损耗；通过对输入、输出电压采样比较选择主电路工作模式：当输出电压高于输入电压时电路工作于boost模式，当输出电压低于输入电压时电路工作于buck‑boost模式；通过控制buck‑boost模式下的开关导通时间大于boost模式下的开关导通时间，使得输入电流在切换点处的相邻两个开关周期内平滑过渡。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴新科，张元军，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33