插频模式级联离线ＰＦＣ－ＰＷＭ开关电源转换器控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提供了插频模式级联离线ＰＦＣ－ＰＷＭ开关电源转换器控制系统及控制方法：ＰＦＣ模块进行交流电压到直流电压的转换，通过ＰＦＣ控制信号产生模块产生ＰＦＣ模块的第一开关组的控制信号，调整ＰＦＣ模块的输入电流，第一电容输出的直流电压稳定保持在设定值；ＰＷＭ模块将ＰＦＣ模块的输出电压转换到控制系统的输出电压，通过插频模式ＰＷＭ控制信号产生模块产生第二开关组的控制信号，使得控制系统的输出电压达到设定直流电压值，第一电容充电的过程中，第二电容间隔充电。本发明专利技术改善了ＤＣ－ＤＣ部分的频率特性，降低了电容的纹波电压和成本，提高了级联离线ＰＦＣ－ＰＷＭ开关电源转换器的功率因数调整系数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及离线开关电源转换器技术，尤其是级联离线PFC-P丽开关电源转换器 控制系统与方法。
技术介绍
目前，开关电源转换器控制系统，特别是大功率开关电源转换器控制系统，广泛采 用同步控制模式的级联PFC-P丽开关电源转换器控制系统，其控制环路简单、无须斜坡补 偿和频率补偿、所需外围元器件少、方便客户使用。 如图1所示的同步控制模式级联PFC-P丽开关电源转换器控制系统包括两级电 路，其中第一级为升压型功率因数调整电路，包括PFC模块(10)和PFC控制信号产生模块 (12)，所述的PFC模块(10)包括电感L1、开关SW1、开关SW2、反相器(138)以及电容C1，所 述的PFC控制信号产生模块(12)包括误差放大器(128)、振荡器(150)、比较器(130) 、D触 发器(132);第二级为DC-DC转换电路，包括P丽模块(11)和P丽控制信号产生模块(13)， 所述的P丽模块(11)包括电感L2、开关SW3、开关SW4、反相器140以及电容C2，所述的P丽 控制信号产生模块(13)包括占空比限制器(134)和D触发器(136)。 第一级升压型功率因数调整电路采用上升沿调制技术，当系统时钟(即PFC控制 信号产生模块的振荡器产生的时钟CLK)的上升沿来临时，开关SW1断开；当PFC控制信号 产生模块的振荡器三角波上升到大于PFC控制信号产生模块的误差放大器输出电压VEAO 时(如图2所示)，开关SW1导通。开关SW1、 SW2的控制信号的占空比是变化的，以使得 VOUT保持不变。 第二级DC-DC转换电路采用下降沿调整技术，即当系统时钟下降沿来临时，开关 SW3导通；当pfc控制信号产生模块的振荡器三角波上升到大于pfc控制信号产生模块的 误差放大器输出电压VEAO时，开关SW3断开。开关SW3、 SW4的占空比通常是恒定的，只有 当第二级的输入电压(即Cl上的电压)变化时才变化。 如图1所示的同步控制模式级联PFC-P丽开关电源转换器控制系统使用同一系统 时钟产生同步时序的控制信号控制开关SW1和SW3，如图3、4、5所示。 纹波电压可以用来衡量从交流电压窜入直流电压的量。对于附图1所示的同步控 制模式级联PFC-P丽开关电源转换器控制系统来说，PFC输出级的纹波电压可以分为两个 分量第一分量是由于电容Cl、 C2上的等效电阻ESR导致的，第二分量是电容Cl上电压的 变化导致的。当PFC级和P丽级都工作在连续电流模式时，Cl上的纹波电压大小为 ^W^/e = (/2max — /3 )x + 0.433 x )'，(等式1) 流经开关SW2的最大电流I2max为<formula>formula see original document page 4</formula>(等式2) 因为第一级转换器主要工作在电流模式，而电流频率受工频限制。所以第一级电 压控制回路被设计成缓慢响应，以便电流能够跟随电压变化。这样第二级转换器就需要更 快速和更精确的电压控制。 在系统启动时或负载瞬间变化时，系统需要一段时间才能到达它的最大负载能 力。如果给予的时间小于这段时间，将导致第一级转换器关闭。因此，第一级转换器的输出 电压受dc ok比较器监测。当第一级功率因数调节级的输出电压低于380伏直流电压时， 第二级脉冲宽度调节级将被dc ok比较器关闭。 一旦第一级输出电压高于380伏直流电压 时，第二级脉冲宽度调节级将被开启。 上述同步控制模式的级联PFC-P丽开关电源转换器控制系统缺点为由于PFC、 P丽采用同步时钟，所以PFC、 P丽只能采用同一工作频率。由于第一级转换器工作频率受 工频限制，所以频率较低。当第二级转换器采用同步时钟时，也就意味着第二级转换器的工 作频率也受到了限制。第二级转换器在实现更快速和更精确的电压控制时，存在频率限制。 同时限制了电感L1、 L2和电容C1的取值，无法更进一步降低电容C1上的纹波和削减电感 的成本；限制了功率因数调整系数的提高。 为了改善P丽级的频率响应，可以将P丽时钟频率设为第一级转换器工作时钟频 率的两倍。但此时SCV1与SCV3同时导通的时间将下降到如图1所示的同步控制模式级联 PFC-P丽开关电源转换器控制系统的一半，将导致纹波变大。
技术实现思路
本专利技术要解决的是同步控制模式级联PFC-P丽开关电源转换器控制系统存在的 不足，提供插频模式级联离线PFC-P丽开关电源转换器控制系统，克服工频频率限制，降低 纹波电压以及降低系统成本。 本专利技术还提供了插频模式级联离线PFC-P丽开关电源转换器控制方法。 插频模式级联离线PFC-P丽开关电源转换器控制系统，包括PFC模块、P丽模块、PFC控制信号产生模块和插频模式P丽控制信号产生模块 所述PFC模块，进行交流电压到直流电压的转换，通过第一端口和第二端口接入 交流电压VIN，通过第一电容输出直流电压，即PFC模块的输出电压，第一开关组的控制信 号控制第一开关组调整输入电流，使输入电流的波形接近输入电压的波形，即使输入电压 变化，第一电容C1输出直流电压仍稳定保持在设定值。 所述P丽模块，将所述PFC模块的输出电压转换到控制系统的输出电压，使得所述 控制系统的输出电压达到设定直流电压值，P丽模块的输入端口连接所述第一电容的两端， 第二开关组的控制信号控制第二开关组，所述控制系统的输出电压通过第三端口和第四端 口输出，所述第四端口连接第二端口； 所述PFC控制信号产生模块产生第一开关组的控制信号； 所述插频模式P丽控制信号产生模块产生第而开关组的控制信号； 所述第一电容充电的过程中，第二电容间隔充电。 所述PFC模块包括第一电感、由第一开关、第二开关和第一反向器构成的所述第 一开关组以及所述第一电容，所述第一电感的一端接输入电压的第一端口，电感的另一端 接所述第一开关和第二开关，所述第一电容连接在第一开关的另一端和第二开关的另一端之间，第一开关和第一电容的连接端连接第二端口 ，第一开关的第一控制信号经过第一反 相器反相后产生第二开关的控制信号。 所述P丽模块包括第二电感、由第三开关、第四开关和第二反相器构成的所述第 二开关组以及所述的第二电容，第三开关一端串接第二开关，第三开关的另一端接第四开 关和第二电感，第二电容连接在的第四开关的另一端和第二电感的另一端，第四开关和第 二电容的连接端连接第二端口，第三开关的第二控制信号经过反相器反相后产生第四开关 的控制信号。 所述PFC控制信号产生模块包括误差放大器、振荡器、比较器、第一 D触发器，所述 控制系统的输出电压经过分压输入到所述误差放大器的正输入端，参考电压输入到误差放 大器的负输入端，误差放大器的输出端接比较器正输入端，振荡器产生的三角波信号输入 到比较器的负输入端，比较器的输出端接到第一 D触发器的数据输入端D，振荡器产生的时 钟输入到第一 D触发器的时钟输入端，D触发器的Q输出端产生所述的第一开关信号； 所述插频模式P丽控制信号产生模块包括P丽时钟发生器和D触发器，所述振荡 器的三角波输入到P丽时钟发生器的输入端，P丽时钟发生器的输出端连接到第二 D触发 器的时钟输入端，比较器的输出端接到第二 D触发器的数据输入端D本文档来自技高网...

【技术保护点】
插频模式级联离线ＰＦＣ－ＰＷＭ开关电源转换器控制系统，其特征在于包括ＰＦＣ模块、ＰＷＭ模块、ＰＦＣ控制信号产生模块和插频模式ＰＷＭ控制信号产生模块：所述ＰＦＣ模块，进行交流电压到直流电压的转换，通过第一端口和第二端口接入交流电压ＶＩＮ，通过第一电容输出直流电压，即ＰＦＣ模块的输出电压，第一开关组的控制信号控制第一开关组调整输入电流，使输入电流的波形接近输入电压的波形，即使输入电压变化，第一电容Ｃ１输出直流电压仍稳定保持在设定值。所述ＰＷＭ模块，将所述ＰＦＣ模块的输出电压转换到控制系统的输出电压，使得所述控制系统的输出电压达到设定直流电压值，ＰＷＭ模块的输入端口连接所述第一电容的两端，第二开关组的控制信号控制第二开关组，所述控制系统的输出电压通过第三端口和第四端口输出，所述第四端口连接第二端口；所述ＰＦＣ控制信号产生模块产生第一开关组的控制信号；所述插频模式ＰＷＭ控制信号产生模块产生第二开关组的控制信号；所述第一电容充电的过程中，第二电容间隔充电。

【技术特征摘要】
插频模式级联离线PFC-PWM开关电源转换器控制系统，其特征在于包括PFC模块、PWM模块、PFC控制信号产生模块和插频模式PWM控制信号产生模块所述PFC模块，进行交流电压到直流电压的转换，通过第一端口和第二端口接入交流电压VIN，通过第一电容输出直流电压，即PFC模块的输出电压，第一开关组的控制信号控制第一开关组调整输入电流，使输入电流的波形接近输入电压的波形，即使输入电压变化，第一电容C1输出直流电压仍稳定保持在设定值。所述PWM模块，将所述PFC模块的输出电压转换到控制系统的输出电压，使得所述控制系统的输出电压达到设定直流电压值，PWM模块的输入端口连接所述第一电容的两端，第二开关组的控制信号控制第二开关组，所述控制系统的输出电压通过第三端口和第四端口输出，所述第四端口连接第二端口；所述PFC控制信号产生模块产生第一开关组的控制信号；所述插频模式PWM控制信号产生模块产生第二开关组的控制信号；所述第一电容充电的过程中，第二电容间隔充电。2. 如权利要求l所述的插频模式级联离线PFC-P丽开关电源转换器控制系统，其特 征在于所述PFC模块包括第一电感、由第一开关、第二开关和第一反向器构成的所述第一 开关组以及所述第一电容，所述第一电感的一端接输入电压的第一端口，电感的另一端接 所述第一开关和第二开关，所述第一电容连接在第一开关的另一端和第二开关的另一端之 间，第一开关和第一 电容的连接端连接第二端口 ，第一开关的第一控制信号经过第一反相 器反相后产生第二开关的控制信号。3. 如权利要求1所述的插频模式级联离线PFC-P丽开关电源转换器控制系统，其特征 在于所述P丽模块包括第二电感、由第三开关、第四开关和第二反相器构成的所述第二开 关组以及所述的第二电容，第三开关一端串接第二开关，第三开关的另一端接第四开关和 第二电感，第二电容连接在的第四开关的另一端和第二电感的另一端，第四开关和第二电 容的连接端连接第二端口 ，第三开关的第二控制信号经过反相器反相后产生第四开关的控 制信号。4. 如权利要求1所述的插频模式级联离线PFC-P丽开关电源转换器控制系统，其特征 在于所述PFC控制信号产生模块包括误差放大器、振荡器、比较器、第一 D触发器，所述控制 系统的输出电压经过分压输入到所述误差放大器的正输入端，参考电压输入到误差放大器 的负输入端，误差放大器的输出端接比较器正输入端，振荡器产生的三角波信号输入到比 较器的负输入端，比较器的输出端接到第一 D触发器的数据输入端D，振荡器产生的时钟输 入到...

【专利技术属性】
技术研发人员：严先蔚，
申请(专利权)人：杭州士兰微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]