CN103219901B - Ac/dc变换器控制电路以及应用其的ac/dc变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种AC/DC变换器控制电路，应用于一AC/DC变换器中，包括，补偿信号发生电路和控制信号发生电路；其中，所述补偿信号发生电路接收所述AC/DC变换器的输出电信号和期望输出电信号，基于所述AC/DC变换器的输入交流电源的周期，在每一半周期的第一时间区间内，所述补偿信号跟随所述功率级电路的输出电信号和期望输出电信号之间的误差；在每一半周期的剩余时间区间内，所述补偿信号维持为一恒定值；所述控制信号发生电路，用于根据接收到的所述补偿信号，产生相应的控制信号，来控制所述AC/DC变换器的输出电信号与所述期望输出电信号维持一致。本发明有效减少了交/直流变换电路中的总谐波失真，并且结构简易，稳定性高，制造成本低，有很高的实用性。

Description

AC/DC变换器控制电路以及应用其的AC/DC变换器
技术领域
本发明涉及电子电路中交/直流变换电路领域，具体地说，是涉及一种AC/DC变换器控制电路以及应用其的AC/DC变换器。
背景技术
THD（totalharmonicdistortion，总谐波失真），是指用信号源输入时，输出信号比输入信号多出的额外谐波成分，由于所在系统不是完全线性造成的，通常用百分数表示。
目前，常用的交/直流变换电路中具有PFC功能（PowerFactorCorrection，功率因数校正，以使输入电流能够跟随交流输入电压的波形，从而提高交/直流变换电路的功率因数，但仍不能有效减少总谐波失真。
现有技术中，交/直流变换电路通常包括功率级电路102，一个输出滤波装置（如输出电容COUT）和一开关控制电路103。功率级电路102可以为任何形式的拓扑结构，例如降压型，升压型或者反激式。功率级电路102至少包括一个功率开关。
外部输入的交流电压VAC通过整流桥101的整流，转换成直流输入电压VDC，作为后续功率级电路102的输入电源。所述功率开关用于将直流输入电压VDC交替地耦合和解耦到负载。所述输出滤波装置连接在直流输入电压和负载之间，用于对功率开关的输出进行滤波处理，进而提供一输出电压Vout或者输出电流Iout；开关控制电路103例如脉冲宽度调节器（PWM）、频率脉冲调节器等）用于根据交/直流变换电路的输出电信号来产生一定的控制信号来控制所述功率开关的开关动作，从而保证输出电压Vout或者输出电流Iout维持基本恒定。具体的，为了实现这种恒压或者恒流控制，通常采样当前的输出电压Vout或者输出电流Iout，然后将其与期望输出电压Vref或者期望输出电信号Iref通过误差运算放大器104计算两者之间的误差，得到一误差信号。所述误差信号通过由电阻RC和电容CC组成的补偿电路进行补偿后，生成一补偿信号Vcomp，输入至开关控制电路103。开关控制电路103根据补偿信号Vcomp生成相应的控制信号，所述控制信号的占空比由补偿信号Vcomp确定。通过这种反馈控制，维持输出电压Vout或者输出电流Iout与期望输出电压Vref或者期望输出电信号Iref一致。但是，采用这种实现方式，补偿信号Vcomp跟随直流输入电压VDC的变化，由于直流输入电压VDC成正弦半波形状，因此，补偿信号Vcomp的波动较大，使得交/直流变换电路的总谐波失真THD较大，影响了交/直流变换电路的功率因数校正性能，对电网造成污染。
因此，如何减少交/直流变换电路中的总谐波失真，便成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种AC/DC变换器控制电路，以解决交/直流变换电路中的总谐波失真问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种AC/DC变换器控制电路，应用于一AC/DC变换器中，包括，补偿信号发生电路和控制信号发生电路；其中，
所述补偿信号发生电路接收所述AC/DC变换器的输出电信号和期望输出电信号，基于所述AC/DC变换器的输入交流电源的周期，在每一半周期的第一时间区间内，所述补偿信号跟随所述功率级电路的输出电信号和期望输出电信号之间的误差；在每一半周期的剩余时间区间内，所述补偿信号维持为一恒定值；
所述控制信号发生电路，用于根据接收到的所述补偿信号，产生相应的控制信号，来控制所述AC/DC变换器的输出电信号与所述期望输出电信号维持一致。
进一步地，所述补偿信号发生电路包括误差运算电路，RC补偿电路和采样保持电路；其中，
所述误差运算电路用于根据接收到的所述功率级电路的输出电信号和期望输出电信号之间的误差，生成一误差信号；
所述RC补偿电路用于对接收到的所述误差信号进行补偿运算，以获得一运算信号；
所述采样保持电路用于接收所述第一补偿信号，在所述第一时间区间内，所述补偿信号与所述运算信号维持一致，在所述剩余时间区间内，所述补偿信号维持为所述运算信号在所述第一时间区间末的数值。
进一步地，所述误差运算电路包括一运算放大器，其第一输入端接收所述输出电信号，第二输入端接收所述期望输出电信号，输出端的信号作为所述误差信号。
进一步地，所述RC补偿电路包括串联连接在所述误差运算电路的输出端和地电位之间的补偿电阻和补偿电容。
进一步地，所述采样保持电路包括连接与所述RC补偿电路连接的可控开关，以及与所述可控开关连接的充电电容，所述充电电容两端的电压作为所述补偿信号。
进一步地，所述采样保持电路还包括一开关控制电路，用于根据所述输入交流电源的周期产生一开关控制信号，以来控制所述可控开关的开关状态。
进一步地，所述开关控制电路包括第一比较电路，所述第一比较电路接收所述输出电信号和第一基准值，当所述输出电信号小于所述第一基准值时，所述开关控制信号控制所述可控开关闭合，当所述输出电信号大于所述第一基准值时，所述开关控制信号控制所述可控开关断开。
进一步地，所述开关控制电路包括第二比较电路，所述第二比较电路接收所述交流电流的绝对值和第二基准值，当所述交流电流的绝对值小于所述第二基准值时，所述开关控制信号控制所述可控开关闭合，当所述交流电流的绝对值大于所述第二基准值时，所述开关控制信号控制所述可控开关断开。
进一步地，所述AC/DC变换器控制电路，还包括，功率级电路，其中，
所述功率级电路用于接收一正弦半波输入电压，所述正弦半波输入电压由外部的输入交流电源通过一整流电路进行整流后获得；
进一步地，所述功率级电路为隔离型或者非隔离型拓扑结构。
与现有技术相比，本发明所述的一种AC/DC变换器控制电路以及应用其的AC/DC变换器，达到了如下效果：
1、本发明AC/DC变换器控制电路，通过对误差放大信号的采样控制，在保证输出恒流控制的前提下，有效减少了交/直流变换电路中的总谐波失真现象，获得了较高的功率因数。
2、本发明AC/DC变换器控制电路，结构简易，稳定性高，制造成本低，有很高的实用性。
附图说明
图1为现有技术中具有PFC功能的交/直流变换电路的原理框图；
图2所示为依据本发明一实施例的AC/DC变换器控制电路的原理框图；
图3所示为图2所示的依据本发明实施例的AC/DC变换器控制电路中补偿信号发生电路101的原理框图；
图4所示为依据本发明另一实施例的AC/DC变换器控制电路的原理框图；
图5所示为依据本发明一实施例的具有图2所示的AC/DC变换器控制电路的AC/DC变换器原理框图；
图6所示为图5所示的的AC/DC变换器的工作波形图。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用于限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
实施例一
如图2所示，依据本发明的AC/DC变换器控制电路10与功率级电路相连接以组成一AC/DC变换器。其中，AC/DC变换器控制电路10包括补偿信号发生电路101和控制信号发生电路102；其中，
所述补偿信号发生电路101分别与所述控制信号发生电路102和功率级电路相耦接，用于根据接收的所述功率级电路的输出电信号和期望输出电信号生成补偿信号，发送至所述控制信号发生电路102；基于所述AC/DC变换器的输入交流电源的周期，在每一半周期的第一时间区间内，所述补偿信号跟随所述功率级电路的输出电信号和期望输出电信号之间的误差；在每一半周期的剩余时间区间内，所述补偿信号维持为一恒定值。
所述控制信号发生电路102分别与所述补偿信号发生电路101和功率级电路相耦接，用于根据接收到的所述补偿信号产生相对应的控制信号，发送至所述功率级电路，以控制所述功率级电路的输出电信号与所述期望输出电信号维持一致。
具体地，如图3所示，所述补偿信号发生电路101进一步包括误差运算电路1011、RC补偿电路1012以及采样保持电路1013；其中，
所述误差运算电路1011，与所述功率级电路和RC补偿电路1012相耦接，用于根据接收到的所述功率级电路的输出电信号和期望输出电信号生成误差信号，并发送至所述RC补偿电路1012；
所述RC补偿电路1012，与所述误差运算电路1011和采样保持电路1013相耦接，用于对接收到的所述误差信号进行补偿运算生成运算信号，并发送至所述采样保持电路1013；
所述采样保持电路1013，用于接收所述RC补偿电路1012发送的运算信号，生成所述补偿信号发送至所述控制信号发生电路102；在所述第一时间区间内，所述补偿信号与所述运算信号维持一致，在所述剩余时间区间内，所述补偿信号维持为所述运算信号在所述第一时间区间末的数值。
实施例二
如图4所示，所述误差运算电路1011包括一运算放大器EA，其第一输入端接收功率级电路103的输出电信号（如可以是输出电信号Iout-fb或者输出电压Vout-fb），第二输入端接收期望输出电信号（与之对应的分别为期望输出电信号Iref或者期望输出电压Vref），输出端的信号作为所述误差信号Verror。
所述RC补偿电路1012包括串联连接在所述误差运算电路的输出端和地电位之间的补偿电阻Rc和补偿电容Cc，以对误差信号Verror进行补偿运算，从而在补偿电容Cc和误差运算电路的输出端的公共连接端处生成运算信号Vcomp1。
所述采样保持电路1013包括与所述RC补偿电路1012连接的可控开关Qs和与所述可控开关Qs连接的充电电容Csh，所述充电电容Csh两端的电压作为所述补偿信号Vcomp2。在图4中可见，所述采样保持电路1013还包括一与所述可控开关相连的开关控制电路401，用于根据所述输入交流电源的周期产生一开关控制信号Vs，以控制所述可控开关Qs的开关状态。
本实施例中的信号传输过程如下：
交流电源VAC经过一整流桥整流后输出正弦半波输入电压VDC，功率级电路103用于接收一正弦半波输入电压VDC，以在其输出端产生输出电压Vout或输出电信号Iout；
开关控制电路401用于用于根据交流电源VAC的周期产生一开关控制信号，以来控制可控开关Qs的开关状态。
基于交流电源VAC的周期，在每一半周期的第一时间区间内，可控开关Qs处于闭合状态，补偿信号Vcomp1与运算信号Vcomp1保持一致，同时运算信号Vcomp1对充电电容Csh进行充电。
在每一半周期的剩余时间区间内，可控开关Qs处于断开状态，由于充电电容Csh的保持作用，补偿信号Vcomp2维持为一恒定值，并且，所述恒定值为运算信号vcomp1在所述第一时间区间末的数值。
以下结合具体实施例，详细说明AC/DC变换器控制电路10在采用反激式拓扑结构的AC/DC变换器中的具体应用实施例。
如图5所示，AC/DC变换器的功率级电路103为隔离型的反激式拓扑结构，包括由原边绕组Wp和副边绕组Ws组成的变压器T、与原边绕组Wp串联连接的功率开关QT、与副边绕组Ws连接的输出二极管D0以及输出电容Cout。
补偿信号发生电路101中的所述误差运算电路1011、RC补偿电路1012以及采样保持电路1013的连接关系与实施例二中一致，在此不再描述；不同的是，所述采样保持电路1013中的开关控制电路包括第一比较电路。
所述第一比较电路501接收输出电信号Iout或者表征输出电信号Iout的输出电信号反馈信号Iout-fb和预置的第一基准值Ilow，输出端的输出信号作为开关控制信号Vs。
运算放大器EA的同相输入端接收表征期望输出电信号的电流基准Iref，反相输入端接收输出电信号反馈信号Iout-fb。通过误差运算后，得到一误差信号，该误差信号，经过由电阻RC和电容CC组成的所述RC补偿电路1012进行补偿后，生成一运算信号Vcomp1。
结合图6所示的图5所示的AC/DC变换器的工作波形图来详细说明其工作原理。
基于交流电源VAC的周期，在每一半周期（如时刻t1至时刻t3）的第一时间区间（如时刻t1至时刻t2）内，所述输出电信号反馈信号Iout-fb小于所述第一基准值Ilow时，此时开关控制信号Vs为高电平，可控开关Qs处于闭合状态，补偿信号Vcomp2与运算信号Vcomp1保持一致；而在剩余时间区间内（如时刻t2至时刻t3），所述输出电信号反馈信号Iout-fb大于所述第一基准值Ilow时，开关控制信号Vs变为低电平，可控开关Qs处于断开状态，补偿信号Vcomp2维持为运算信号Vcomp1在第一时间区间末（如时刻t2）的数值。
控制信号发生电路102根据补偿信号Vcomp2产生相应的控制信号VG以控制所述功率开关QT的导通和断开，从而控制输出电信号与期望输出电信号保持一致；同时由于补偿信号Vcomp2的波动很小，因此有效减小了交/直流变换电路的总谐波失真THD，提高了交/直流变换电路的功率因数校正性能。
以上实施例中，根据所述输入交流电源的周期产生的开关控制信号是通过与输入交流电源的频率一致的运算信号来实现的。但是，本领域技术人员根据本发明的教导，也可以推导出其他的实现方式，例如，直接利用输入交流电源VAC或者利用直流输入电压VDC。通过一比较电路比较交流电流的绝对值和一基准值，当交流电流的绝对值小于所述基准值时，开关控制信号控制所述可控开关闭合，当所述交流电流的绝对值大于所述第二基准值时，所述开关控制信号控制所述可控开关断开。
另外，依据本发明的AC/DC变换器，其功率级电路的拓扑结构可以为隔离型或者非隔离型拓扑结构，例如，反激式，降压式，升压式或者升压-降压式等拓扑结构。
本发明所述的一种AC/DC变换器控制电路以及应用其的AC/DC变换器，达到了如下效果：
1、本发明AC/DC变换器控制电路，通过对误差放大信号的采样控制，在保证输出恒流控制的前提下，有效减少了交/直流变换电路中的总谐波失真现象，获得了较高的功率因数。
2、本发明AC/DC变换器控制电路，结构简易，稳定性高，制造成本低，有很高的实用性。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种AC/DC变换器的控制电路，应用于一AC/DC变换器中，其特征在于，包括，补偿信号发生电路和控制信号发生电路；其中，
所述补偿信号发生电路接收所述AC/DC变换器的输出电信号和期望输出电信号以生成补偿信号，基于所述AC/DC变换器的输入交流电源的周期，在每一半周期的第一时间区间内，所述补偿信号跟随所述AC/DC变换器的输出电信号和期望输出电信号之间的误差；在每一半周期的剩余时间区间内，所述补偿信号维持为一恒定值；
所述控制信号发生电路，用于根据接收到的所述补偿信号，产生相应的控制信号，来控制所述输出电信号与所述期望输出电信号维持一致；
所述补偿信号发生电路包括误差运算电路，RC补偿电路和采样保持电路；其中，
所述误差运算电路用于根据接收到的所述输出电信号和所述期望输出电信号之间的误差，生成一误差信号；
所述RC补偿电路用于对接收到的所述误差信号进行补偿运算，以获得一运算信号；
所述采样保持电路用于接收所述RC补偿电路发送的运算信号，在所述第一时间区间内，所述补偿信号与所述运算信号维持一致，在所述剩余时间区间内，所述补偿信号维持为所述运算信号在所述第一时间区间末的数值；
所述采样保持电路包括连接与所述RC补偿电路连接的可控开关，以及与所述可控开关连接的充电电容，所述充电电容两端的电压作为所述补偿信号；
所述采样保持电路还包括一开关控制电路，用于根据所述输入交流电源的周期产生一开关控制信号，以来控制所述可控开关的开关状态。
2.根据权利要求1所述的AC/DC变换器的控制电路，其特征在于，所述误差运算电路包括一运算放大器，其第一输入端接收所述输出电信号，第二输入端接收所述期望输出电信号，输出端的信号作为所述误差信号。
3.根据权利要求1所述的AC/DC变换器的控制电路，其特征在于，所述RC补偿电路包括串联连接在所述误差运算电路的输出端和地电位之间的补偿电阻和补偿电容。
4.根据权利要求1所述的AC/DC变换器的控制电路，其特征在于，所述开关控制电路包括第一比较电路，所述第一比较电路接收所述输出电信号和第一基准值，当所述输出电信号小于所述第一基准值时，所述开关控制信号控制所述可控开关闭合，当所述输出电信号大于所述第一基准值时，所述开关控制信号控制所述可控开关断开。
5.根据权利要求1所述的AC/DC变换器的控制电路，其特征在于，所述开关控制电路包括第二比较电路，所述第二比较电路接收所述交流电流的绝对值和第二基准值，当所述交流电流的绝对值小于所述第二基准值时，所述开关控制信号控制所述可控开关闭合，当所述交流电流的绝对值大于所述第二基准值时，所述开关控制信号控制所述可控开关断开。
6.一种具有减小的总谐波失真的AC/DC变换器，其特征在于，包括，权利要求1至8中所述的任一项AC/DC变换器的控制电路，还包括，功率级电路，其中，
所述AC/DC变换器的控制电路根据所述功率级电路的输出电信号和期望输出电信号之间的误差生成一控制信号；
所述功率级电路用于接收一正弦半波输入电压和所述控制信号，所述正弦半波输入电压由外部的输入交流电源通过一整流桥进行整流后获得，以保证所述输出电信号和所述期望输出电信号一致，并且，所述AC/DC变换器具有减小的总谐波失真。
7.根据权利要求6所述的AC/DC变换器，其特征在于，所述功率级电路为隔离型或者非隔离型拓扑结构。
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