CN101594049A - 交错并联pfc控制电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于并联PFC电路控制的交错并联PFC控制电路，其中，采样模块采样交流输入电压、PFC母线电压和PFC母线电流，处理模块处理上述采样信号和基准参考电压信号以产生控制信号，比较模块将控制信号分别与第一、二载波信号比较而产生第一、二占空比信号，该第一、二载波信号为错开规定相角的相同波形，选择模块将第一、二占空比信号按其周期分别交替作为两并联PFC电路中一者与另一者的驱动控制信号输出。本发明同时公开了一种交错并联PFC控制方法。本发明能有效抑制以往交错并联电路的驱动信号不对称而产生的不均流问题，且实现起来简单、成本较低。

Description

交错并联PFC控制电路及控制方法

【技术领域】

本发明涉及功率因素校正(Power Factor Correction，以下简称PFC)电路，具体涉及一种交错并联PFC控制电路及控制方法。

【背景技术】

随着电力电子技术的发展，电子设备的小型化和高功率密度已经成为产品竞争力与技术水平的体现，其中，并联PFC技术得到了快速的发展。并联PFC技术能使变换器在各单元中进行合理的热损耗分配，提高单元的可靠性和功率密度，提高系统容错性和运行可靠性，并减少成本。但是，PFC电路的并联会使总电流的纹波比较大。解决这个问题的一种有效方法就是多个并联PFC单元采用交错运行模式。交错并联技术是并联技术的一种改进，是指将两路结构相同的PFC电路的输入及输出并联，各PFC单元的工作信号频率一致，其开关管控制相角互相错开一定角度如180度，即构成了交错并联PFC电路拓扑。交错并联PFC对减小产品体积和提高功率密度具有显著的效果。与传统PFC电路拓扑相比，交错并联PFC电路具有如下几个方面的优点：(1)两路PFC电路电感的体积仅为相同功率传统PFC电路的四分之一，总体积减小一半，而且两分立电感更有利于模块热设计；(2)减小输入输出高频纹波幅值，减小电感及输出电解电容的纹波电流应力和热损耗，降低变换器的电磁干扰；(3)减小开关管电流应力，可以选用较低额定电流的开关器件。

但是，交错并联运行时的均流问题成为电路设计的主要难题。如图1所示，当两个独立控制的PFC电路并联时，由于开关管控制相角错开一定角度如180度，两路驱动信号Ga和Gb不对称，其中第二路驱动信号Gb一直延时第一路驱动信号Ga 180度相角，因此，电流在两路PFC电路中分布不均，且该不均流的问题会始终累加。故而交错并联PFC电路需要采取一定的均流措施。

已知下面两种均流控制方案：

方案一：电路结构如图2所示，两路PFC电路的电流分别采样，各自产生独立的占空比控制信号(即功率开关管的驱动信号)Ga、Gb去控制开关管的通断，但两占空比控制信号Ga与Gb的载波相角相差180度。

方案二：电路结构如图3所示，对三路电流——总电流及两路PFC电路的电流全部采样，两路PFC电路的电流用来构成均流环。

然而，方案一和方案二用于电流检测的采样电路均较多，方案一中对两路电流采样，方案二中对三路电流采样，这在一定程度上使得控制系统变得复杂，成本较高。

如何简单有效地解决交错并联PFC电路的不均流问题显得至关重要。

【发明内容】

本发明的主要目的就是解决现有技术中的问题，提供一种交错并联PFC控制电路及控制方法，其可简单有效地抑制交错并联PFC电路的不均流，能够简化电路结构并降低产品成本。

为实现上述目的，本发明提供一种交错并联PFC控制电路，用于对开关电路中相并联的两路PFC电路进行控制，其特征在于包括：

采样模块，用于采样交流输入电压、PFC母线电压和PFC母线电流；

处理模块，用于对上述各电信号以及基准参考电压信号进行处理，产生控制信号；

比较模块，包括第一比较单元和第二比较单元，所述第一比较单元接收所述控制信号和第一载波信号并经比较而产生第一占空比信号，所述第二比较单元接收所述控制信号和第二载波信号并经比较而产生第二占空比信号，所述第二载波信号为由所述第一载波信号错开一规定相角而形成的信号；

选择模块，用于将所述第一占空比信号与第二占空比信号按其周期分别交替作为所述两路PFC电路中一者与另一者的驱动控制信号输出；

所述驱动控制信号经驱动电路处理后得到相应PFC电路的驱动信号，并提供给对应的PFC电路。

所述选择模块包括信号选择器和选择信号发生器，所述选择信号发生器输出与所述第一、二占空比信号同步且与所述两路PFC电路交替相对应的选择信号，所述信号选择器接收所述第一、二占空比信号以及所述选择信号，并按照所述选择信号将所述第一、二占空比信号输出至对应的PFC电路。

所述规定的相角为180度。

所述第一、二载波信号为三角波信号。

所述处理模块包括：

第一信号处理单元，用于对所述PFC母线电压和所述基准参考电压信号进行比较处理；

第二信号处理单元，用于对所述第一信号处理单元的处理结果和所述交流输入电压进行合成处理，产生基准电流；

第三信号处理单元，用于对所述基准电流和所述PFC母线电流进行比较处理，产生所述控制信号。

本发明还提供一种交错并联PFC控制方法，用于对相并联的两路PFC电路进行控制，其特征在于包括如下步骤：

A1、采样交流输入电压、PFC母线电压和PFC母线电流并获取基准参考电压；

B1、根据上述各电信号以及基准参考电压信号产生控制信号；

C1、获取第一载波信号和第二载波信号，将第一载波信号与控制信号比较而产生第一占空比信号，将第二载波信号与控制信号比较而产生第二占空比信号，其中，第二载波信号为第一载波信号错开规定相角而形成的信号；

D1、将所述第一占空比信号和第二占空比信号按其周期分别交替作为所述两路PFC电路中一者与另一者的驱动控制信号；

E1、将驱动控制信号经驱动电路处理后得到相应PFC电路的驱动信号，并提供给相应PFC电路。

所述步骤D1包括如下步骤：

D11、接收第一、二占空比信号和与第一、二占空比信号同步且与所述两路PFC电路交替相对应的选择信号；

D12、根据当前周期的选择信号进行判断，确定第一、二占空比信号与PFC电路的输出对应关系；

D13、将第一、二占空比信号分别作为其对应的PFC电路的驱动控制信号。

所述规定的相角为180度。

所述第一、二载波信号为三角波信号。

所述步骤B1包括如下步骤：

B11、对所述PFC母线电压和所述基准参考电压信号进行比较处理；

B12、对步骤B11所得结果信号和所述交流输入电压进行合成处理，产生基准电流；

B13、对基准电流和PFC母线电流进行比较处理，产生所述控制信号。

本发明的有益效果是：

本发明的交错并联PFC控制方案中，采样模块采样交流输入电压、PFC母线电压和PFC母线电流，处理模块根据上述各电信号以及基准参考电压信号产生控制信号，比较模块根据控制信号和第一、二载波信号产生第一、二占空比信号，其中，第二载波信号与第一载波信号波形相同但错开一规定相角，而选择模块则将第一、二占空比信号按其周期分别交替作为两路PFC电路中一者与另一者的驱动控制信号输出，最后生成相应的PFC电路的两路驱动信号，这样以来，两路驱动信号分别在各开关周期相互延时一规定相角例如180度相角，使得每一开关周期内两PFC电路的不均流问题不会始终累加，由此可见，应用本发明控制电路及其控制方法实现交错并联PFC电路的控制时，所产生的两路驱动信号在总体上来说是对称的，有效解决了以往交错并联电路的驱动信号不对称而产生的不均流问题，同时，相对于现有的均流方案，本发明只需采样一路电流信号即PFC母线电流，因此，本发明的实现电路结构更为简单，降低了控制系统复杂度，有效控制了产品成本。

【附图说明】

图1为交错并联PFC不对称驱动方案下的两路驱动信号比较示意图；

图2为现有解决方案一的交错并联PFC控制电路结构图；

图3为现有解决方案二的交错并联PFC控制电路结构图；

图4为本发明交错并联PFC控制电路的结构框图；

图5为本发明一种实施例的交错并联PFC控制电路结构图；

图6为本发明控制方案下的两路驱动信号比较示意图。

【具体实施方式】

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

本实施例为本发明在一种升压(Boost)变换器中的具体应用，该升压变换器包括主电路和交错并联PFC控制电路，主电路部分又包括桥式整流电路和并联PFC模块，如图4所示，交错并联PFC控制电路又包括采样模块、处理模块、比较模块以及选择模块，采样模块与主电路相连，对其进行信号采样，选择模块输出驱动控制信号，对并联PFC模块的功率开关管进行通断控制。

请参考图5，该并联PFC模块包括第一升压电路和第二升压电路，第一升压电路包括第一电感L1、第一二极管D1、第一开关管S1以及第一电容C₀，第一电感L1和第一二极管D1串接在第一电容C₀的一端，第一开关管S1的一端连接在第一电感L1和第一二极管D1之间，其另一端与第一电容C₀的另一端连接，第二升压电路包括第二电感L2、第二二极管D2、第二开关管S2以及第一电容C₀，第二电感L2和第二二极管D2串接在第一电容C₀的一端，第二开关管S2的一端连接在第二电感L2和第二二极管D2之间，其另一端与第一电容C₀的另一端连接。

采样模块即图5中的用于信号采样的线路部分，其采样输出电压即PFC母线电压Vout得到采样值Vs_out，采样交流输入电压Vin得到采样值Vs_in，以及采样PFC母线电流Is得到采样值I_s。

处理模块包括第一至三信号处理单元，第一信号处理单元接收PFC母线电压采样值Vs_out和基准参考电压Vref并对其进行比较处理，第二信号处理单元接收对第一信号处理单元的处理结果和交流输入电压的采样值Vs_in并对其进行合成处理，产生基准电流IREF，第三信号处理单元接收基准电流IREF和PFC母线电流的采样值I_s并对其进行比较处理，产生控制信号Ux。

载波信号发生器(图中未示出)提供了两路交错的三角波如锯齿波信号Usaw1、Usaw2，作为第一载波信号和第二载波信号，其中，信号Usaw2较信号Usaw1延时180度相角。

比较模块包括第一比较单元和第二比较单元，第一比较单元接收控制信号Ux和第一载波信号Usaw1并经比较而产生第一占空比信号Di，第二比较单元接收控制信号Ux和第二载波信号Usaw2并经比较而产生第二占空比信号Di∠180°，即本实施例中第二占空比信号较第一占空比信号延时180度相角。

选择模块包括信号选择器和选择信号发生器，选择信号发生器输出与第一占空比信号Di、第二占空比信号Di∠180°的信号周期同步且与两路升压PFC电路交替相对应的选择信号C，信号选择器接收第一、二占空比信号以及选择信号C，根据选择信号C确定当前周期第一、二占空比信号分别对应哪一路PFC电路，并将第一、二占空比信号作为相应的PFC电路的驱动控制信号输出。驱动控制信号经驱动电路(图中未示出)处理后得到开关管驱动信号，并提供给相应的PFC电路。

例如，可采用在选择信号C为高电平时，第一占空比信号Di相应用于生成于第一路驱动信号Ga来驱动第一开关管S1，而第二占空比信号Di∠180°相应用于生成于第二路驱动信号Gb来驱动第二开关管S2；而选择信号C为低电平时，第一占空比信号Di相应用于生成于第二路驱动信号Gb来驱动第二开关管S2，而第二占空比信号Di∠180°相应用于生成于第一路驱动信号Ga来驱动第一开关管S1。从而，两路驱动信号Ga与Gb在不同开关周期相互延时对方180度，总体上来说实现了驱动信号的对称。

本发明的控制方案实现均流的原理说明可参见图6，其中，在第一个周期，第一路驱动信号Ga对应于第一占空比信号D1，而第二路驱动信号Gb对应于第二占空比信号D1∠180°；在第二个周期，第一路驱动信号Ga对应于第二占空比信号D2∠180°，而第二路驱动信号Gb对应于第一占空比信号D2；在第三个周期，第一路驱动信号Ga对应于第一占空比信号D3，而第二路驱动信号Gb对应于第二占空比信号D3∠180°；在第四个周期，第一路驱动信号Ga对应于第二占空比信号D4∠180°，而第二路驱动信号Gb对应于第一占空比信号D4；依此类推，在第2i-1(i≥1)个周期，第一路驱动信号Ga对应于第一占空比信号D2i-1，第二路驱动信号Gb对应于第二占空比信号D2i-1∠180°；在第2i个周期，第一路驱动信号Ga对应于第二占空比信号D2i∠180°，而第二路驱动信号Gb对应于第一占空比信号D2i。

这样，两路驱动信号Ga和Gb在各个开关周期分别互相滞后对方180度，由此可见对称驱动方案的两路驱动信号总体上是对称的，使得每一开关周期内的不均流问题无法始终累加到其中一路PFC电路上，有效解决了以往交错并联电路的驱动信号不对称而产生的不均流问题。

本发明交错并联PFC控制电路中，处理模块和选择模块均可以采用已有的处理芯片，其中，信号选择器既可采用现有的集成电路，也可以使用与非门等分立元件来搭建，此外还可利用通用的可编程器件，通过编写一段选择程序，来实现电路的选择逻辑。因此，本发明电路结构的实现非常灵活、简单和方便。

本发明适用于含有交错并联PFC的各类开关电路中，其能够实现PFC电路各开关器件的驱动信号的对称，从而抑制PFC电路不均流问题。除两路PFC电路交错并联之外，本发明还可以进一步推广至n(n＝2，3，4…)路PFC电路交错并联，其实现为采用n路三角波作为载波，各三角波之间分别交错360/n度，并与控制信号Ux比较产生彼此交错360/n度的n路占空比信号，再通过选择电路分别交替地作为各路开关管的驱动控制信号输出。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种交错并联PFC控制电路，用于对开关电路中相并联的两路PFC电路进行控制，其特征在于包括：

采样模块，用于采样交流输入电压、PFC母线电压和PFC母线电流；

处理模块，用于对上述各电信号以及基准参考电压信号进行处理，产生控制信号；

比较模块，包括第一比较单元和第二比较单元，所述第一比较单元接收所述控制信号与第一载波信号并经比较而产生第一占空比信号，所述第二比较单元接收所述控制信号与第二载波信号并经比较而产生第二占空比信号，所述第二载波信号为由所述第一载波信号错开一规定相角而形成的信号；

选择模块，用于将所述第一占空比信号与第二占空比信号按其周期分别交替作为所述两路PFC电路中一者与另一者的驱动控制信号输出；

所述驱动控制信号经驱动电路处理后得到相应PFC电路的驱动信号，并提供给对应的PFC电路。

2.如权利要求1所述的交错并联PFC控制电路，其特征在于：所述选择模块包括信号选择器和选择信号发生器，所述选择信号发生器输出与所述第一、二占空比信号同步且与所述两路PFC电路交替相对应的选择信号，所述信号选择器接收所述第一、二占空比信号以及所述选择信号，并按照所述选择信号将所述第一、二占空比信号输出至对应的PFC电路。

3.如权利要求1或2所述的交错并联PFC控制电路，其特征在于：所述规定的相角为180度。

4.如权利要求1或2所述的交错并联PFC控制电路，其特征在于：所述第一、二载波信号为三角波信号。

5.如权利要求1或2所述的交错并联PFC控制电路，其特征在于：所述处理模块包括：

第一信号处理单元，用于对所述PFC母线电压和所述基准参考电压信号进行比较处理；

第二信号处理单元，用于对所述第一信号处理单元的处理结果和所述交流输入电压进行合成处理，产生基准电流；

第三信号处理单元，用于对所述基准电流和所述PFC母线电流进行比较处理，产生所述控制信号。

6.一种交错并联PFC控制方法，用于对并联的两路PFC电路进行控制，其特征在于包括如下步骤：

A1、采样交流输入电压、PFC母线电压和PFC母线电流并获取基准参考电压；

B1、根据上述各电信号以及基准参考电压信号产生控制信号；

C1、获取第一载波信号和第二载波信号，将第一载波信号与控制信号比较而产生第一占空比信号，将第二载波信号与控制信号比较而产生第二占空比信号，其中，第二载波信号为由第一载波信号错开规定相角而形成的信号；

D1、将所述第一占空比信号与第二占空比信号按其周期分别交替作为所述两路PFC电路中一者与另一者的驱动控制信号；

E1、将驱动控制信号经驱动电路处理后得到相应PFC电路的驱动信号，并提供给相应PFC电路。

7.如权利要求6所述的交错并联PFC控制方法，其特征在于：所述步骤D1包括如下步骤：

D11、接收第一、二占空比信号和与第一、二占空比信号同步且与所述两路PFC电路交替相对应的选择信号；

D12、根据当前周期的选择信号进行判断，确定第一、二占空比信号与PFC电路的输出对应关系；

D13、将第一、二占空比信号分别作为其对应的PFC电路的驱动控制信号输出。

8.如权利要求6或7所述的交错并联PFC控制方法，其特征在于：所述规定的相角为180度。

9.如权利要求6或7所述的交错并联PFC控制方法，其特征在于：所述第一、二载波信号为三角波信号。

10.如权利要求6或7所述的交错并联PFC控制方法，其特征在于：所述步骤B1包括如下步骤：

B11、对所述PFC母线电压和所述基准参考电压信号进行比较处理；

B12、对步骤B11所得结果信号和所述交流输入电压进行合成处理，产生基准电流；

B13、对基准电流和PFC母线电流进行比较处理，产生所述控制信号。

Images