CN102457175A - 一种提高pfc电路动态响应速度的电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高PFC电路动态响应速度的电路及方法，包括：高压检测模块，用于检测PFC母线输出电压的最大值大于预定上限值时，触发加速模块导通；低压检测模块，用于检测PFC母线输出电压的最小值小于预定下限值时；触发加速模块导通；加速模块包括串联的加速电容和加速电阻；加速模块连接在PFC母线输出电压的输出端和PFC控制电路中的电压环的反馈信号端之间，用于为电压环增加一个极点和一个零点。该电路可以在PFC母线输出电压过压或欠压时触发加速模块导通，作用于电压环，加快环路的响应速度。本发明在提升动态性能的同时，不会影响主电路稳态时的工作状态，设置动态调整点较为精准，离散性小。

Description

一种提高PFC电路动态响应速度的电路及方法
技术领域
本发明涉及功率因数校正(PFC，Power factor correction)电路技术领域，特别涉及一种提高PFC电路动态响应速度的电路及方法。
背景技术
通常PFC电路进行稳压控制时，为了实现高功率因数，电压环的带宽的截止频率一般小于交流电网频率(50Hz或60Hz)。
参见图1，该图为现有技术中的PFC主电路拓扑的控制框图。
图1所示的PFC主电路为Boost电路。PFC母线输出电压经过由电阻R1和R2组成的反馈电路作用于电压环101。电压环101的输出信号和输入电压Vdc相乘后，作为电流比较器102的参考信号。电流比较器102的输出信号和锯齿波比较后的输出信号经过RS触发器作为开关管S的控制信号。
图1中的电压环的带宽的截止频率一般设计在10Hz～20Hz。由于电压环101的带宽低，则导致PFC电路对负载和输入跳变等动态过程的响应速度慢，这样将造成输出电压过冲或跌落幅值较大，对PFC电路输出的后级负载造成不利影响，造成后级电路不能正常工作，甚至损坏。
现有技术中提供了一种解决图1中所示的PFC电路动态响应速度慢的问题。参见图2，该图为艾默生网络能源系统有限公司提供的功率因素校正器的电压动态调整电路(中国公开号CN101064432A)。
该电压动态调整电路的输入端Vpfc为PFC电路的母线电压，输出端Vfeed连接电压环的输入端。稳态时，Vfeed电压被电压环的运放稳定在基准电压Vref上保持不变。当PFC电压出现过冲或欠压时，V5会立刻被升高或降低，使得V5和Vfeed之间的压差超过D1的导通压降，D1导通。由V5经过由R5和R6并联组成的小阻抗电路(R6远小于R5)注入Vfeed的电流明显增大，这样将加快PFC电压的调整。
但是图2所示的电压动态调整电路存在以下缺点：该电压动态调整电路的动作电压由二极管的导通阈值和电压环的参考电压共同决定，而二极管的导通阈值受外界影响较大，例如温漂、通态电流的大小等因素最终将造成电压动态调整电路的动作时刻难以确定而造成较大的离散性。例如，PFC电路稳态工作时，该电压动态调整电路也可能动作；或者动态时，动作时间太慢。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种提高PFC电路动态响应速度的电路及方法，能够使PFC电压出现过冲或欠压时，快速地响应，将PFC电压拉回正常范围。
本发明提供一种提高PFC电路动态响应速度的电路，包括：高压检测模块、低压检测模块和加速模块；
所述高压检测模块，用于检测PFC母线输出电压的最大值大于预定上限值时，触发所述加速模块导通；
所述低压检测模块，用于检测PFC母线输出电压的最小值小于预定下限值时；触发所述加速模块导通；
所述加速模块包括串联的加速电容和加速电阻；所述加速模块连接在PFC母线输出电压的输出端和PFC控制电路中的电压环的反馈信号端之间，用于为电压环增加一个极点和一个零点。
优选地，所述低压检测模块包括第一稳压管，所述加速模块与第一稳压管串联后连接在PFC母线输出电压的输出端和PFC控制电路中的电压环的反馈信号端之间。
优选地，所述高压检测模块包括第二稳压管，所述加速模块与第二稳压管串联后连接在PFC母线输出电压的输出端和PFC控制电路中的电压环的反馈信号端之间。
优选地，所述第一稳压管和第二稳压管串联，所述加速模块通过串联的第一稳压管和第二稳压管连接在PFC母线输出电压的输出端和PFC控制电路中的电压环的反馈信号端之间。
优选地，所述PFC主电路为Boost电路、Buck电路或Flyback电路。
本发明还提供一种提高PFC电路动态响应速度的方法，包括以下步骤：
检测PFC母线输出电压的最大值大于预定上限值时，触发所述加速模块导通；
检测PFC母线输出电压的最小值小于预定下限值时；触发所述加速模块导通；
所述加速模块包括串联的加速电容和加速电阻；所述加速模块连接在PFC母线输出电压的输出端和PFC控制电路中的电压环的反馈信号端之间，用于为电压环增加一个极点和一个零点。
优选地，所述检测PFC母线输出电压的最大值大于预定上限值时，触发所述加速模块导通；具体为：
所述加速模块与第二稳压管串联后连接在所述PFC母线输出电压的输出端和PFC控制电路中的电压环的反馈信号端之间。
优选地，所述检测PFC母线输出电压的最小值小于预定下限值；触发所述加速模块导通；
所述加速模块与第一稳压管串联后连接在所述PFC母线输出电压的输出端和PFC控制电路中的电压环的反馈信号端之间。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的提高PFC电路动态响应速度的电路及方法，其中电路包括高压检测模块、低压检测模块和加速模块；高压检测模块，用于检测PFC母线输出电压的最大值大于预定上限值，触发所述加速模块导通；低压检测模块，用于检测PFC母线输出电压的最小值小于预定下限值；触发所述加速模块导通；所述加速模块包括串联的加速电容和加速电阻；所述加速模块连接在PFC母线输出电压的输出端和PFC控制电路中的电压环的反馈信号端之间，用于为电压环增加一个极点和一个零点。本发明提供的电路可以在PFC母线输出电压过压或欠压时触发加速模块导通，从而作用于电压环，加快环路的响应速度。本发明在提升动态性能的同时，不会影响主电路稳态时的工作状态，设置动态调整点较为精准，离散性小。
附图说明
图1是现有技术中的PFC主电路拓扑的控制框图；
图2是艾默生网络能源系统有限公司提供的功率因素校正器的电压动态调整电路图；
图3是本发明提供的提高PFC电路动态响应速度的电路的示意图；
图4是本发明提供的提高PFC电路动态响应速度的电路的电路图；
图5是本发明提供的PFC母线输出电压的波形图；
图6是提供的PFC电路动态响应速度的方法的实施例流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
参见图3，该图为本发明提供的提高PFC电路动态响应速度的电路的示意图。
本发明提供的提高PFC电路动态响应速度的电路，包括：高压检测模块301、低压检测模块302和加速模块303；
所述高压检测模块301，用于检测PFC母线输出电压的最大值大于预定上限值时，触发所述加速模块303导通；
需要说明的是，此处检测PFC母线输出电压的最大值可以通过检测与PFC母线输出电压成正比的电压，该被检测的电压可以直接反应PFC母线输出电压的大小。
所述低压检测模块302，用于检测PFC母线输出电压的最小值小于预定下限值时；触发所述加速模块303导通；
需要说明的是，此处检测PFC母线输出电压的最小值可以通过检测与PFC母线输出电压成正比的电压，该被检测的电压可以直接反应PFC母线输出电压的大小。
所述加速模块303包括串联的加速电容和加速电阻；所述加速模块303连接在PFC母线输出电压的输出端和PFC控制电路中的电压环的反馈信号端之间，用于为电压环增加一个极点和一个零点。
当加速模块303导通时，作用于电压环，加速电阻和加速电容组成的阻容网络为电压环增加了一个极点和一个零点；通过调整加速电阻和加速电容的参数使电压环带宽增大从而提高其动态相应速度。
本发明提供的提高PFC电路动态响应速度的电路，包括高压检测模块、低压检测模块和加速模块；高压检测模块，用于检测PFC母线输出电压的最大值大于预定上限值，触发所述加速模块导通；低压检测模块，用于检测PFC母线输出电压的最小值小于预定下限值，触发所述加速模块导通；所述加速模块包括串联的加速电容和加速电阻；所述加速模块连接在PFC母线输出电压的输出端和PFC控制电路中的电压环的反馈信号端之间，用于为电压环增加一个极点和一个零点。本发明提供的电路可以在PFC母线输出电压过压或欠压时触发加速模块导通，从而作用于电压环，加快环路的响应速度。
下面结合附图详细介绍本发明提供的电路的具体实现方式。参见图4，该图为本发明提供的提高PFC电路动态响应速度的电路的电路图。
低压检测模块302包括第一稳压管VD1，所述加速模块303通过第一稳压管VD1连接PFC母线输出电压的输出端。
高压检测模块301包括第二稳压管VD2，所述加速模块303通过第二稳压管VD2连接PFC母线输出电压的输出端。
本实施例中优选所述第一稳压管VD1和第二稳压管VD2串联后与加速模块303串联，如图4所示，VD1、VD2、C2和R3的串联支路并联在第一分压电阻R1的两端。
需要说明的是，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2用于对PFC母线输出电压Vo进行分压，R2上的电压作为电压环的负输入端的信号。可以理解的是，由R1和R2组成的分压电路也可以包括多个分压电阻，不局限于两个。此处R1上的电压直接反映PFC母线输出电压Vo的大小，用作被检测的电压。
下面结合图5说明图4提供的电路的工作原理，参见图5，该图为PFC母线输出电压Vo的波形图。
需要说明的是，该PFC母线输出电压Vo为直流分量Vbus与纹波电压A的叠加，纹波电压A为正弦波电压，如图所示，存在波峰和波谷，这里定义PFC母线输出电压Vo的最大值Vh为直流分量Vbus与波峰电压的和，PFC母线输出电压Vo的最小值Vl为直流分量Vbus与波谷电压的差，如图5所示。
当PFC母线输出电压Vo的最大值Vh上升到大于预定上限值Vset_h时，VD2被反向击穿，VD1工作于普通二极管状态。因此，由VD1、VD2、C2和R3组成的加速支路导通，并联于R1的两端，从而作用于电压环。
当PFC母线输出电压Vo的最小值V1下降到小于预定下限值Vset_1时，即当电容C1上的电压与电阻R1上的电压之差大于VD1的稳压值时，VD1被反向击穿，VD2工作于普通二极管状态。因此，由VD1、VD2、C2和R3组成的加速支路导通，并联于R1的两端，从而作用于电压环。
当VD1、VD2、C2和R3组成的支路导通时，C2和R3构成的阻容网络作用于电压环，为电压环增加了一个极点和一个零点，可以通过适当调整C2和R3的参数值使电压环的带宽增大，从而提高电压环的动态响应速度。
其中：
零点为：
极点为：
Figure BDA0000030017610000062
当PFC母线输出电压Vo的最大值小于预定上限值Vset_h时，或当PFC母线输出电压Vo的最小值Vl大于预定上限值Vset_l时，VD1和VD2均不导通，因此，由VD1、VD2、C2和R3组成的支路不起作用。
图4中的PFC主电路可以为Boost电路、Buck电路或Flyback电路；图4中是以Buck电路为例进行介绍的。
如图4所示的PFC电路为Buck电路拓扑，采用边界控制方式。
PFC电路的输出电压Vo经过第一分压电阻R1和第二分压电阻R2分压后与参考电压Vref比较，经电压环C1调节后同输入电压Vdc的取样信号相乘后作为电流环C2的基准，开关管电流采样信号和电流基准经电流环C2调节后控制开光管Q的关断。电感电流IL的取样信号经过过零比较器C3后，输出信号控制开关管Q的导通。该控制方式实现电感电流的边界控制，可控制Buck电路实现功率因数校正功能。
置于PFC母线输出端和电压环信号反馈端的电路在因起机或负载跳变引起PFC母线输出电压过冲或跌落超过VD1或VD2的稳压值时，VD1或VD2反向击穿导通，并经过加速电容C2和加速电阻R3，迅速作用于电压环，从而提高电压环的响应速度。在稳态情况下，该加速支路不起作用，不会影响正常PFC控制电路的性能。
本发明以上实施例提供的电路，在负载发生跳变或系统启动时，造成PFC母线输出电压欠压或过冲，该加速支路将导通，作用于电压环，为电压环增加一个极点和一个零点，增大电压环的带宽，提高其动态响应性能，从而快速地将PFC母线输出电压拉回正常范围内。由于该电路可以提高环路的响应速度，因此，也可以保护PFC电路或后级电路，从而提高电路的可靠性。
基于以上实施例提供的一种提高PFC电路动态响应速度的电路，本发明实施例还提供一种提高PFC电路动态响应速度的方法，下面结合附图对该方法进行详细说明。
参见图6，本发明提供的PFC电路动态响应速度的方法的实施例流程图。
本发明实施例提供的提高PFC电路动态响应速度的方法，包括以下步骤：
S601：检测PFC母线输出电压的最大值大于预定上限值时，触发所述加速模块导通；
S602：检测PFC母线输出电压的最小值小于预定下限值时；触发所述加速模块导通；
S603：所述加速模块包括串联的加速电容和加速电阻；所述加速模块连接在PFC母线输出电压的输出端和PFC控制电路中的电压环的反馈信号端之间，用于为电压环增加一个极点和一个零点。
其中，S601的具体实现可以通过以下方式：所述加速模块与第二稳压管串联后连接在所述PFC母线输出电压的输出端和PFC控制电路中的电压环的反馈信号端之间。
S602的具体实现可以通过以下方式：所述加速模块与第一稳压管串联后连接在所述PFC母线输出电压的输出端和PFC控制电路中的电压环的反馈信号端之间。
本发明方法实施例中涉及的具体电路可以参见图4，在此不再赘述。
本发明实施例提供的方法，在负载发生跳变或系统启动时，造成PFC母线输出电压欠压或过冲，该加速支路将导通，作用于电压环，为电压环增加一个极点和一个零点，增大电压环的带宽，提高其动态响应性能，从而快速地将PFC母线输出电压拉回正常范围内。由于该电路可以提高环路的响应速度，因此，也可以保护PFC电路或后级电路，从而提高电路的可靠性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种提高PFC电路动态响应速度的电路，其特征在于，包括：高压检测模块、低压检测模块和加速模块；
所述高压检测模块，用于检测PFC母线输出电压的最大值大于预定上限值时，触发所述加速模块导通；
所述低压检测模块，用于检测PFC母线输出电压的最小值小于预定下限值时；触发所述加速模块导通；
所述加速模块包括串联的加速电容和加速电阻；所述加速模块连接在PFC母线输出电压的输出端和PFC控制电路中的电压环的反馈信号端之间，用于为电压环增加一个极点和一个零点。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述低压检测模块包括第一稳压管，所述加速模块与第一稳压管串联后连接在PFC母线输出电压的输出端和PFC控制电路中的电压环的反馈信号端之间。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述高压检测模块包括第二稳压管，所述加速模块与第二稳压管串联后连接在PFC母线输出电压的输出端和PFC控制电路中的电压环的反馈信号端之间。
4.根据权利要求2-3任一项所述的电路，其特征在于，所述第一稳压管和第二稳压管串联，所述加速模块通过串联的第一稳压管和第二稳压管连接在PFC母线输出电压的输出端和PFC控制电路中的电压环的反馈信号端之间。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述PFC主电路为Boost电路、Buck电路或Flyback电路。
6.一种提高PFC电路动态响应速度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
检测PFC母线输出电压的最大值大于预定上限值时，触发所述加速模块导通；
检测PFC母线输出电压的最小值小于预定下限值时；触发所述加速模块导通；
所述加速模块包括串联的加速电容和加速电阻；所述加速模块连接在PFC母线输出电压的输出端和PFC控制电路中的电压环的反馈信号端之间，用于为电压环增加一个极点和一个零点。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述检测PFC母线输出电压的最大值大于预定上限值时，触发所述加速模块导通；具体为：
所述加速模块与第二稳压管串联后连接在所述PFC母线输出电压的输出端和PFC控制电路中的电压环的反馈信号端之间。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述检测PFC母线输出电压的最小值小于预定下限值；触发所述加速模块导通；
所述加速模块与第一稳压管串联后连接在所述PFC母线输出电压的输出端和PFC控制电路中的电压环的反馈信号端之间。
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