功率因数校正转换器及其控制方法技术

本申请提供一种功率因数校正转换器及其控制方法，功率因数校正转换器包含第一桥臂、电感、第二桥臂及控制单元。第一桥臂包含相互串联连接的第一开关及第二开关，其中第一开关与第二开关之间具有第一节点。电感的两端分别耦接于第一节点及交流电源的第一端。第二桥臂包含相互串联连接的第三开关及第四开关，其中第三开关与第四开关之间具有第二节点，第二节点耦接于交流电源的第二端。控制单元控制第二节点上的高电平电位在每一工频周期内的占比小于一阈值，其中该阈值等于(250/Vbus)2，Vbus为功率因数校正转换器的输出电压。为功率因数校正转换器的输出电压。为功率因数校正转换器的输出电压。

【技术实现步骤摘要】
功率因数校正转换器及其控制方法


[0001]本申请涉及一种功率因数校正转换器及其控制方法，尤指一种图腾柱功率因数校正转换器及其控制方法。

技术介绍

[0002]对于现有Boost PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)变换器而言，由于其整流桥二极管损耗较大，故功率密度难以提高。相较之下，图腾柱PFC变换器不具有整流桥，故其效率较高，随着功率器件的发展，图腾柱PFC变换器受到越来越多关注。
[0003]然而，相较于Boost PFC变换器，图腾柱PFC的后级隔离变换器的原副边地工作电压较高。由于变换器的原副边间的间隔距离是由原副边地工作电压所决定，故较高的原副边地工作电压将导致图腾柱PFC变换器的后级变换器的原副边地须间隔更长的距离，进而使得原副边之间所需的隔离通信光耦体积较大，成本较高。
[0004]因此，如何发展一种可改善上述现有技术的功率因数校正转换器及其控制方法，实为目前迫切的需求。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种功率因数校正转换器及其控制方法，其是控制慢桥臂中点上的高电平电位在每一工频周期内的占比小于一阈值，从而降低功率因数校正转换器的后级变换器的原副边地的工作电压，并进而缩短后级变换器的原副边地之间的间隔距离。借此，可减少原副边之间的隔离通信光耦体积，并降低成本。
[0006]为达上述目的，本申请提供一种功率因数校正转换器，包含第一桥臂、电感、第二桥臂及控制单元。第一桥臂包含相互串联连接的第一开关及第二开关，其中第一开关与第二开关之间具有第一节点。电感的两端分别耦接于第一节点及交流电源的第一端。第二桥臂包含相互串联连接的第三开关及第四开关，其中第三开关与第四开关之间具有第二节点，第二节点耦接于交流电源的第二端。控制单元控制第二节点上的高电平电位在每一工频周期内的占比小于一阈值，其中该阈值等于(250/Vbus)2，Vbus为功率因数校正转换器的输出电压。
[0007]为达上述目的，本申请提供一种控制方法，适用于功率因数校正转换器，功率因数校正转换器包含第一桥臂、第二桥臂及电感，第一桥臂包含相互串联连接的第一开关及第二开关，第一开关与第二开关之间具有第一节点；电感的两端分别耦接于第一节点及交流电源的第一端；第二桥臂包含相互串联连接的第三开关及第四开关，第三开关与该第四开关之间具有第二节点，第二节点耦接于交流电源的第二端。该控制方法包含：控制第二节点上的高电平电位在每一工频开关周期内的占比小于一阈值，其中该阈值等于(250/Vbus)2，Vbus为功率因数校正转换器的输出电压。
附图说明
[0008]图1为功率因数校正转换器连接的后级隔离变换器的原副边地之间的工作电压测量示意图。
[0009]图2为图1中的后级隔离变换器的原副边地之间的工作电压的示意图。
[0010]图3为本申请优选实施例的功率因数校正转换器的电路结构示意图。
[0011]图4为本申请优选实施例的功率因数校正转换器的正常工作波形示意图。
[0012]图5、图6及图7分别为本申请的功率因数校正转换器在受本申请多种优选实施例的控制方法控制时的工作波形示意图。
[0013]图8示出本申请的功率因数校正转换器的电路结构变化例的示意图。
[0014]其中，附图标记说明如下：
[0015]1：功率因数校正转换器
[0016]2：后级隔离变换器
[0017]VPS：后级隔离变换器的原副边地之间的电压
[0018]Sec
‑
GND：副边地线
[0019]Pri
‑
GND：原边地线
[0020]11：第一桥臂
[0021]Q1：第一开关
[0022]Q2：第二开关
[0023]L1：电感
[0024]12：第二桥臂
[0025]Q3：第三开关
[0026]Q4：第四开关
[0027]HB：第二节点
[0028]13：控制单元
[0029]VAC：交流电源
[0030]Vbus：输出电压
[0031]Vin：输入电压
[0032]Iin：输入电流
[0033]V
Q3
：第三开关的驱动信号
[0034]V
Q4
：第四开关的驱动信号
[0035]V
HB
：第二节点上的电位
[0036]P1：第一过零点
[0037]T1：第一时间段
[0038]T2：第二时间段
[0039]P2：第二过零点
[0040]T3：第三时间段
[0041]T4：第四时间段
[0042]R
D
：电阻
[0043]R
L
：负载
具体实施方式
[0044]体现本申请特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本申请能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本申请的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本申请。
[0045]图1为功率因数校正转换器连接后级隔离变换器的原副边地之间的工作电压测量拓扑示意图，如图1所示，功率因数校正转换器1通过母线电容C连接后级隔离变换器2。其中，后级隔离变换器2的原副边地之间的工作电压要求短路原边N线，PE线以及副边地线Sec
‑
GND进行测试(短路路径以箭头示意)。图2中给出了后级隔离变换器2的原副边地之间的电压的示意图，其中，原副边地之间的工作电压等于原副边地之间的电压VPS的有效值，即等于Vbus/(√2)，一般母线电容C上的Vbus为400V左右，因此可以计算得到原副边地之间的工作电压为283V左右。在医疗应用中，通常需要满足IEC
‑
60601安规，根据IEC 60601
‑
1爬电距离和空气距离要求，当原副边地之间的工作电压大于250V时，后级隔离变换器2的原副边地之间的通信光耦需要闪开12mm的爬电距离，而不能采用常规的8mm的光耦。这样导致后级隔离变换器2的原副边隔离器件体积较大，价格较贵。
[0046]经过分析，后级隔离变换器2的原副边地之间的电压与功率因数校正转换器1的慢桥臂中点电压之间具有对应关系。为了降低后级隔离变换器2的原副边地之间的工作电压，可以降低功率因数校正转换器1的慢桥臂中点电压的有效值。具体的，通过控制功率因数校正转换器1的慢桥臂中点上的高电平电位在每一工频周期内的占比小于一阈值，即可降低功率因数校正转换器1的慢桥臂中点电压的有效值，从而降低后级隔离变换器2的原副边地之间的工作电压，例如使得工作电压小于250V。
[0047]图3为本申请优选实施例的功率因数校正转换器的电路结构示意图。如图3所示，功率因数校正转换器1包含第一桥臂11、电感L1、第二桥臂12及控制单元13，且功率因数校正转换器1优选为图腾型功率因数校正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率因数校正转换器，其特征在于，包含：第一桥臂，包含相互串联连接的第一开关及第二开关，其中该第一开关与该第二开关之间具有第一节点；电感，其中该电感的两端分别耦接于该第一节点及交流电源的第一端；第二桥臂，包含相互串联连接的第三开关及第四开关，其中该第三开关与该第四开关之间具有第二节点，该第二节点耦接于该交流电源的第二端；以及控制单元，控制该第二节点上的高电平电位在每一工频周期内的占比小于一阈值，其中该阈值等于(250/Vbus)2，Vbus为该功率因数校正转换器的输出电压。2.如权利要求1所述的功率因数校正转换器，其特征在于，该功率因数校正转换器自该交流电源接收输入电压，该输入电压自负极性变为正极性时具有第一过零点，在分别于该第一过零点前后的第一时间段及第二时间段内，该功率因数校正转换器的输入电流为零。3.如权利要求2所述的功率因数校正转换器，其特征在于，该控制单元控制该第四开关在该第一时间段开始时导通预设时长，以降低该第二节点上的高电平电位的占比，其中该预设时长短于该第一时间段。4.如权利要求3所述的功率因数校正转换器，其特征在于，该控制单元控制该第四开关在该第二时间段内处于导通状态，以降低该第二节点上的高电平电位的占比。5.如权利要求2所述的功率因数校正转换器，其特征在于，该第一时间段及该第二时间段的范围为0.7
‑
1.8ms。6.如权利要求1所述的功率因数校正转换器，其特征在于，该功率因数校正转换器自该交流电源接收输入电压，该输入电压自正极性变为负极性时具有第二过零点，在分别于该第二过零点前后的第三时间段及第四时间段内，该功率因数校正转换器的输入电流为零。7.如权利要求6所述的功率因数校正转换器，其特征在于，该控制单元通过控制该第四时间段增加而降低该第二节点上的高电平电位的占比。8.如权利要求6所述的功率因数校正转换器，其特征在于，该第三时间段及该第四时间段的范围为0.7
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1.8ms。9.如权利要求1所述的功率因数校正转换器，其特征在于，还包含电阻，其中该电阻并联连接于该第四开关的两端，且该电阻架构于降低该第二节点上的高电平电位的占比。10.如权利要求1所述的功率因数校正...

【专利技术属性】
技术研发人员：任亮亮，王葆华，
申请(专利权)人：台达电子企业管理上海有限公司，
类型：发明
国别省市：