采用分段变电感的单位功率因数高效率DCM升压变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种采用分段变电感的单位功率因数高效率DCM升压变换器，涉及电能变换装置的交流—直流变换器技术领域。控制电路包括主功率电路、数字控制器、隔离采样电路、电压控制电流源电路和隔离驱动电路，其中数字控制器包括模数转换模块、数模转换模块、开关周期利用率计算模块、电压环模块、电流环模块、开关周期利用率环路和EPWM生成模块。本发明专利技术通过分段改变电感值，克服了传统控制临界电感值固定的局限，增加自由度；实现变换器的单位功率因数，减小输出电压纹波；提高变换器的开关周期利用率，减小电感电流峰值和有效值，减小开关管的导通损耗，提高变换器效率；相对连续变电感控制减小电感变化范围，减小电感控制难度。减小电感控制难度。减小电感控制难度。

【技术实现步骤摘要】
采用分段变电感的单位功率因数高效率DCM升压变换器


[0001]本专利技术涉及电能变换装置的交流
‑
直流变换器
，尤其涉及一种采用 分段变电感的单位功率因数高效率DCM升压变换器。

技术介绍

[0002]功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)变换器可以减小输入电流谐波， 提高输入功率因数，提升电能质量。其中，DCM升压型PFC变换器因升压开关 管Q
b
零电流开通，升压二极管D
b
无反向恢复，被广泛应用于中小功率场合。传 统定占空比控制的DCM升压型PFC变换器开关频率恒定、控制简单，但是其开 关周期内的电感电流存在断续阶段，导致电感电流峰值高，输入功率因数低，变 换器效率低。姚凯在《A Novel Control Scheme of DCM Boost PFC Converter》变 占空比控制能够将变换器的PF值提高至接近于1，其方法是让控制电路采用变 化规律为的占空比的输出信号驱动信号Q
b
，可以有效地降低输入 电流的高次谐波，在整个90V～264V AC输入电压范围内将PF值提高至接近于1 的高功率因数DCM Boost PFC变换器，缺点是开关周期的电感电流仍然存在断 续阶段，电感电流峰值和有效值较大，效率较低。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
的缺陷，提出采用分段变电感的 单位功率因数高效率DCM升压变换器，实现了90VAC～264VAC宽范围输入电 压下输入电流单位功率因数和变换器效率显著提升，解决现有控制方案开关周期 利用率变化范围较大的，电感电流峰值较大的问题。
[0004]本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：
[0005]采用分段变电感的单位功率因数高效率DCM升压变换器，包括DCM升压 型PFC变换器主功率电路、数字控制器、隔离采样电路、电压控制电流源电路 和隔离驱动电路，其中数字控制器包括模数转换模块、数模转换模块、开关周期 利用率β
s
计算模块、电压环模块、电流环模块、开关周期利用率环路和EPWM 生成模块。
[0006]所述主功率电路包括输入电压源v
in
、整流桥RB、LC滤波器、可变升压电 感L
b
、升压开关管Q
b
、升压二极管D
b
、输出电容C
o
和负载R
o
。所述输入电压 源v
in
分别与输入电压隔离采样电路和整流桥RB的输入端口连接，整流桥RB的 输出正端口与LC滤波器的输入正端口连接，整流桥RB的输出负端口与LC滤 波器的输入负端口连接，LC滤波器的输出正端口与可变升压电感L
b
的一端连接， LC滤波器的输出负端口与升压开关管Q
b
的源极、输出电容C
o
的负端及负载R
o
的负端连接，LC滤波器的负端口为参考电位零点，可变升压电感L
b
的另一端与 升压二极管D
b
的正端及升压开关管Q
b
的漏极连接，可变升压电感L
b
的控制端 与电压控制电流源电路相连，升压开关管Q
b
的栅极与隔离驱动电路相连；升压 二极管D
b
的负端与输出电容C
o
的正端和负载R
Ld
的正端相连，负载R
o
两端的电 压为输出电压V
o
；负载R
o
的两端与输出电压采样电路相连。
[0007]所述数字控制器包括模数转换模块、数模转换模块、开关周期利用率β
s
计算 模块、电压环模块、电流环模块、开关周期利用率环路和EPWM生成模块。
[0008]所述模数转换模块包括3路ADC转换器，隔离采样电路包括输入电压隔离 采样电路、输出电压隔离采样电路和输入电流隔离采样电路，所述输入电压隔离 采样电路采集整流后的输入电压k1v
g
并通过第一路ADC1转换器接入数字乘法器 和开关周期利用率β
s
计算模块，输出电压隔离采样电路采集输出电压k2v
o
并通过 第二路ADC2转换器接入开关周期利用率β
s
计算模块和电压环模块，数字乘法器 的输出端接入电压环模块，电压环模块的输出端接入数字乘法器，数字乘法器的 输出端接入电流环模块，输入电流隔离采样电路采集整流后的输入电流i
sense
并通 过第三路ADC3转换器接入电流环模块，电流环模块的输出接入EPWM生成模 块，EPWM生成模块的输出接入开关周期利用率β
s
计算模块和隔离驱动电路， 开关周期利用率β
s
计算模块接入开关周期利用率环模块，开关周期利用率环模块 的输出端接与DAC1转换器，DAC1转换器的输出端接入电压控制电流源运算放 大器的正向输入端，电压控制电流源的d端与可变升压电感L
b
的控制端连接， 隔离驱动电路的输出端口与主功率电路的升压开关管Q
b
的栅极连接。
[0009]所述电压控制电流源电路包括放大器IC1、第一电阻R1、第二电阻R2、第 一电容C1和MOS管；所述第一运算放大器IC1的正向输入端与数字控制器的 DAC1端口连接，第一运算放大器IC1的反向输出端与第一MOS管的源极s端 和第一电容C1的一端连接，第一运算放大器IC1的反向输出端与第一电容C1的 另一端和第一电阻R1的一端连接；第一电阻R1的另一端与MOS管的栅极g端 连接；MOS管的漏极d端为电压控制电流源的输出端，MOS管的源极s端与第 二电阻R2的一端连接；第二电阻R2的另一端与参考数字电位零点连接；电压控 制电流源输出端漏极d端与主功率电路的可变升压电感L
b
相连。
[0010]所述隔离驱动电路可选用TLP250等型号的驱动芯片，数字控制器可使用 DSP28335或DSP28377等MCU芯片；隔离驱动电路与数字控制器的EPWM端 口相连。
[0011]所述第一运算放大器IC1中使用的放大器选用TL074、TL072、LM358或 LM324等型号的运算放大器。
[0012]所述采用分段变电感的DCM升压型PFC变换器的实现方法，包括以下步骤：
[0013]步骤1、模数转换电路设置3路ADC转换器，隔离采样电路设置输入电压 隔离采样电路、输出电压隔离采样电路、输入电流隔离采样电路，数模转换模块 设置1路DAC转换器；
[0014]步骤2、隔离采样电路中，输入电压隔离采样电路采集整流后的输入电压k1v
g
并通过第一路ADC1转换器接入数字乘法器和开关周期利用率β
s
计算模块，输出 电压隔离采样电路采集输出电压k2v
o
并通过第二路ADC2转换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.采用分段变电感的单位功率因数高效率DCM升压变换器，其特征在于：包括DCM升压型PFC变换器主功率电路、数字控制器、隔离采样电路、电压控制电流源电路和隔离驱动电路；所述数字控制器包括模数转换模块、数模转换模块、开关周期利用率β
s
计算模块、电压环模块、电流环模块、开关周期利用率环路和EPWM生成模块。2.根据权利要求1所述的采用分段变电感的单位功率因数高效率DCM升压变换器，其特征在于：主功率电路包括输入电压源v
in
、整流桥RB、LC滤波器、可变升压电感L
b
、升压开关管Q
b
、升压二极管D
b
、输出电容C
o
和负载R
o
。3.根据权利要求1所述的采用分段变电感的单位功率因数高效率DCM升压变换器，其特征在于：数字控制器包括模数转换模块、数模转换模块、开关周期利用率β
s
计算模块、电压环模块、电流环模块、开关周期利用率环路和EPWM生成模块。4.根据权利要求1或3所述的采用分段变电感的单位功率因数高效率DCM升压变换器，其特征在于：模数转换模块包括3路ADC转换器，隔离采样电路包括输入电压隔离采样电路、输出电压隔离采样电路和输入电流隔离采样电路。5.根据权利要求1所述的采用分段变电感的单位功率因数高效率DCM升压变换器，其特征在于：电压控制电流源电路包括放大器IC1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和MOS管。6.根据权利要求1所述的采用分段变电感的单位功率因数高效率DCM升压变换器，其特征在于：隔离驱动电路可选用TLP250等型号的驱动芯片，数字控制器可使用DSP28335或DSP28377等MCU芯片。7.根据权利要求1所述的采用分段变电感的单位功率因数高效率DCM升压变换器，其特征在于：第一运算放大器IC1中使用的放大器选用TL074、TL072、LM358或LM324等型号的运算放大器。8.采用分段变电感的单位功率因数高效率DCM升压变换器的实现方法，包括以下步骤：步骤1、模数转换电路设置3路ADC转换器，隔离采样电路设置输入电压隔离采样电路、输出电压隔离采样电路、输入电流隔离采样电路，数模转换模...

【专利技术属性】
技术研发人员：王胜，姚凯，杨润东，金志强，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：