CN103427619B - 可灵活升压的pfc控制电路及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可灵活升压的PFC控制电路及其控制方法。该PFC控制电路包括：PFC升压功率电路模块；输出电压采样模块，与PFC升压功率电路模块的输出端相连接；输入电压采样模块，与PFC升压功率电路模块的输入端相连接；负载电流采样模块，用于对流过负载的电流进行采样；PFC控制模块，与输出电压采样模块、输入电压采样模块和负载电流采样模块分别相连接，用于根据输出电压采样模块、输入电压采样模块和负载电流采样模块的采样信号控制PFC升压功率电路模块。通过本发明，能够根据输入电压以及负载灵活调节PFC输出电压，以实现PFC跟随控制。
Description
技术领域
本发明涉及电路领域，具体而言，涉及一种可灵活升压的PFC控制电路及其控制方法。
背景技术
PFC（Power Factor Correction）也即功率因数校正，通常用于表征电力的被利用程度及对电网的污染程度，PFC电路主要用于改善谐波，降低负载对电网的污染。现有硬件式PFC输出电压只能固定，难于灵活根据电源输入电压、输出电压以及负载大小实现跟随升压等功能，限制其应用范围。
针对相关技术中PFC输出电压固定的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种可灵活升压的PFC控制电路及其控制方法，以解决PFC输出电压固定的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种可灵活升压的PFC控制电路。
根据本发明的PFC控制电路包括：PFC升压功率电路模块；输出电压采样模块，与PFC升压功率电路模块的输出端相连接；输入电压采样模块，与PFC升压功率电路模块的输入端相连接；负载电流采样模块，用于对流过负载的电流进行采样；PFC控制模块，与输出电压采样模块、输入电压采样模块和负载电流采样模块分别相连接，用于根据输出电压采样模块、输入电压采样模块和负载电流采样模块的采样信号控制PFC升压功率电路模块。
进一步地，PFC控制模块包括：处理器，与输出电压采样模块、输入电压采样模块和负载电流采样模块分别相连接，用于根据各采样模块的采样信号计算目标输出电压，并在目标输出电压大于实际输出电压时，输出第一控制信号，在目标输出电压小于实际输出电压时，输出第二控制信号，其中，第一控制信号用于控制PFC升压功率电路模块的输出电压升高，第二控制信号用于控制PFC升压功率电路模块的输出电压降低，实际输出电压为输出电压采样模块的采样电压；以及PFC控制芯片，与处理器相连接，用于根据处理器输出的控制信号控制PFC升压功率电路模块。
进一步地，处理器输出的控制信号为PWM信号，PFC控制模块还包括：第一电阻，第一端与处理器的控制信号输出端相连接，第二端与PFC控制芯片相连接；第二电阻，第一端连接于第一电阻与PFC控制芯片之间的节点，第二电阻的第二端接地；以及电容，第一端连接于第一电阻与PFC控制芯片之间的节点，电容的第二端接地。
进一步地，第一电阻与PFC控制芯片的基准参考电压端相连接，PFC控制芯片的输出电压反馈端与输出电压采样模块的输出端相连接。
进一步地，第一电阻与PFC控制芯片的输出电压反馈端相连接。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种可灵活升压的PFC控制方法。
根据本发明的PFC控制方法包括：采样电源的输出电压和输入电压；采样电源的负载电流；根据采样的输出电压、输入电压和负载电流，控制电源的输出电压。
进一步地，根据采样的输出电压、输入电压和负载电流，控制电源的输出电压包括：根据采样的输出电压、输入电压和负载电流计算电源的目标输出电压；比较目标输出电压与采样的输出电压；在目标输出电压大于采样的输出电压时，控制电源的输出电压升高；以及在目标输出电压小于采样的输出电压时，控制电源的输出电压降低。
进一步地，根据采样的输出电压、输入电压和负载电流计算电源的目标输出电压包括：在电源输入电压线性变化时，根据采样的输出电压、输入电压和负载电流，计算电源的目标输出电压，以使电源的目标输出电压跟随电源输入电压线性变化。
进一步地，根据采样的输出电压、输入电压和负载电流计算电源的目标输出电压包括：在电源输入电压线性变化时，判断采样的电源输入电压是否在预设区间值内；当采样的电源输入电压在预设区间值内时，根据采样的输出电压、输入电压和负载电流，计算电源的目标输出电压，以使电源的目标输出电压按固定值升压；以及当采样的电源输入电压在预设区间值之外时，根据采样的输出电压、输入电压和负载电流，计算电源的目标输出电压，以使电源的目标输出电压跟随电源输入电压线性变化。
通过本发明，采用包括以下部分的PFC控制电路：PFC升压功率电路模块；与PFC升压功率电路模块的输出端相连接的输出电压采样模块；与PFC升压功率电路模块的输入端相连接的输入电压采样模块；用于对负载电流进行采样的负载电流采样模块；用于根据各采样模块的采样信号控制PFC升压功率电路模块的PFC控制模块，解决了PFC输出电压固定的问题，进而达到了能够根据输入电压及负载灵活调节PFC输出电压的效果。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的PFC控制电路的原理框图；
图2是根据本发明第一实施例的PFC控制电路的接线示意图；
图3是根据本发明实施例的PFC升压功率电路模块示意图；
图4是根据本发明第二实施例的PFC控制电路的接线示意图；
图5是根据本发明实施例的PFC控制方法的流程图；以及
图6是根据本发明实施例的PFC控制效果示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是根据本发明实施例的可灵活升压的PFC控制电路的原理框图，如图1所示，该控制电路包括：PFC升压功率电路模块1、输出电压采样模块2、输入电压采样模块3、负载电流采样模块4和PFC控制模块5。
其中，PFC升压功率电路模块1用于将电源的输出电压升压至一定值；输出电压采样模块2与PFC升压功率电路模块1的输出端相连接，用于对PFC升压功率电路模块1的输出电压进行采样；输入电压采样模块3与PFC升压功率电路模块1的输入端相连接，用于对PFC升压功率电路模块1的输入电压进行采样；负载电流采样模块4，用于对流过电源负载的电流进行采样；PFC控制模块5与输出电压采样模块2、输入电压采样模块3和负载电流采样模块4分别相连接，用于根据各采样模块的采样信号控制PFC升压功率电路模块1，以实现PFC升压功率电路模块1输出的电压跟随电源输入电压变化以及跟随负载变化等功能。
采用该实施例提供的PFC控制电路，能够根据输入电压以及负载电流灵活调节PFC输出电压，解决了PFC输出电压固定的问题，为实现PFC的电压、负载跟随控制提供基础，同等应用条件下有效降低功耗及应用成本。
图2是根据本发明第一实施例的PFC控制电路的接线示意图，如图2所示，该控制电路包括：PFC升压功率电路模块、输出电压采样模块、输入电压采样模块、负载电流采样模块和PFC控制芯片、DSP/MCU、负载控制模块以及电阻和电容。
其中，DSP/MCU为处理器，与输出电压采样模块、输入电压采样模块、负载电流采样模块和负载控制模块分别相连接；PFC控制芯片与DSP/MCU相连接；第一电阻R1的第一端与DSP/MCU的控制信号输出端相连接，第一电阻R1的第二端与PFC控制芯片相连接；第二电阻R2的第一端连接于第一电阻R1与PFC控制芯片之间的节点，第二电阻R2的第二端接地；电容C1的第一端连接于第一电阻R1与PFC控制芯片之间的节点，电容C1的第二端接地；负载控制模块用于控制负载正常运转（如直流电机等）。
PFC控制芯片基本工作原理：芯片具有参考电压端和输出电压反馈端，其中，第一电阻R1的第二端与参考电压端相连接，以提供参考电压端的电压Vb，输出电压采样模块与输出电压反馈端相连接，以提供输出电压反馈端的电压Vf，当Vf＜Vb时，PFC控制芯片控制PFC升压功率电路模块工作，当Vf＞Vb时，PFC控制芯片控制PFC升压功率电路模块停止工作，从而使PFC输出电压Vo稳定在某一固定值范围内。
该PFC控制电路的工作原理：先由DSP/MCU采样当前的PFC输入电压值Vin、PFC输出电压值Vo、负载电流值Io，按一定算法综合计算出当前目标PFC输出电压值，例如目标PFC输出电压Vt=Vin+ΔV+Vload，其中△V为某一固定电压值（如30V、40V等），Vload为与负载电流值Io相关的电压值（可线性相关，如Vload=k*Io；也可分段相关，如Io≤4A，Vload=5V；4A＜Io≤6A，Vload=10V；6A＜Io≤9A，Vload=15V；9A＜Io，Vload=20V等），当Vo>Vt时，DSP/MCU判断当前应降压，当Vo<Vt时，则判断当前应升压，然后DSP/MCU输出频率为f、相应占空比的PWM信号，其中，占空比减小可将PFC输出电压降压，占空比增大可将PFC输出电压升压，DSP/MCU输出的PWM信号至由限流电阻R1、放电电阻R2和储能电容C1组成的电路并转换成直流电平信号，此直流电平信号作为PFC基准参考电压Vb反馈给PFC控制芯片，最后PFC控制芯片根据Vb和Vf的大小关系，进而控制PFC升压功率模块输出对应PFC电压值。如图3所示，PFC升压功率模块工作时，可通过控制其中的开关管Q导通，此时PFC电感L储能，然后控制Q截止，此时PFC电感L放电并通过隔离二极管D给储能电容C充电，以达到升压目的。
图4是根据本发明第二实施例的PFC控制电路的接线示意图，如图4所示，该PFC控制电路与图2所示实施例的PFC控制电路的不同之处在于：PFC控制芯片的参考电压由芯片内部提供，该参考电压为固定值，第一电阻R1的第二端与PFC控制芯片的输出电压反馈端相连接，以提供输出电压反馈端的电压Vf。
采用图2或图4所示的实施例，硬件式PFC方案中的PFC输出电压值可完全由DSP/MCU来控制，可实现诸如固定升压，线性跟随升压、非线性跟随升压、部分跟随升压、负载跟随升压等应用功能，既能扩大硬件式PFC的应用范围，又能降低功耗及应用成本。
图5是根据本发明实施例的PFC控制方法的流程图，如图5所示，该方法包括如下的步骤S102和步骤S104。
步骤S102：采样电源的输出电压、输入电压和电源负载的电流。
步骤S104：根据采样的输出电压、输入电压和负载电流，控制电源的输出电压。
其中，根据控制需要设置一定的算法，使得电源输出电压随输入电压和负载电流呈一定规律变化，以满足控制需求。
采用该实施例提供的PFC控制方法，能够根据输入电压以及负载电流灵活调节PFC输出电压，解决了PFC输出电压固定的问题，为实现PFC的电压、负载跟随控制提供基础，同等应用条件下有效降低功耗及应用成本。
优选地，步骤S104包括：根据采样的输出电压、输入电压和负载电流计算电源的目标输出电压；比较目标输出电压与采样的输出电压；在目标输出电压大于采样的输出电压时，控制电源的输出电压升高；以及在目标输出电压小于采样的输出电压时，控制电源的输出电压降低。
采用该优选实施例，根据计算的目标输出电压控制电源输出电压，控制方法简单。
进一步优选地，根据采样的输出电压、输入电压和负载电流计算电源的目标输出电压包括：在电源输入电压线性变化时，根据采样的输出电压、输入电压和负载电流，计算电源的目标输出电压，以使电源的目标输出电压跟随电源输入电压线性变化，如图6所示，曲线②实现输出电压随电源输入电压同斜率上升；或者，在电源输入电压线性变化时，判断采样的电源输入电压是否在预设区间值内；当采样的电源输入电压在预设区间值内时，根据采样的输出电压、输入电压和负载电流，计算电源的目标输出电压，以使电源的目标输出电压按固定值升压；以及当采样的电源输入电压小于预设区间下限值时，根据采样的输出电压、输入电压和负载电流，计算电源的目标输出电压，以使电源的目标输出电压跟随电源输入电压线性变化；以及当采样的电源输入电压大于预设区间上限值时，根据采样的输出电压、输入电压和负载电流，计算电源的目标输出电压，以使电源的目标输出电压跟随电源输入电压线性变化，如图5所示，曲线③实现输出电压随电源输入电压部分跟随升压。
如图6所示，跟随升压方式②与固定升压方式①相比可有效降低PFC电感等功率器件的规格，扩大应用电源输入电压范围，间接降低应用成本；实现部分跟随升压③能够保证在某一额定输入电压范围内输出固定升压值，以保证负载额定功率，而在额定输出电压范围外则跟随升压，与固定升压方式①相比可有效降低PFC电感等功率器件的规格，扩大应用电源输入电压范围，间接降低应用成本等。
从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：能够根据输入电压以及负载电流灵活调节PFC输出电压，解决了PFC输出电压固定的问题，为实现PFC的电压、负载跟随控制提供基础，同等应用条件下有效降低功耗及应用成本。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种可灵活升压的PFC控制电路，其特征在于，包括：
PFC升压功率电路模块(1)；
输出电压采样模块(2)，与所述PFC升压功率电路模块(1)的输出端相连接；
输入电压采样模块(3)，与所述PFC升压功率电路模块(1)的输入端相连接；
负载电流采样模块(4)，用于对流过负载的电流进行采样；
PFC控制模块(5)，与所述输出电压采样模块(2)、所述输入电压采样模块(3)和所述负载电流采样模块(4)分别相连接，用于根据所述输出电压采样模块(2)、所述输入电压采样模块(3)和所述负载电流采样模块(4)的采样信号控制所述PFC升压功率电路模块(1)；
处理器，与所述输出电压采样模块(2)、所述输入电压采样模块(3)和所述负载电流采样模块(4)分别相连接，用于根据所述输出电压采样模块(2)、所述输入电压采样模块(3)和所述负载电流采样模块(4)的采样信号计算目标输出电压。
2.根据权利要求1所述的PFC控制电路，其特征在于，所述PFC控制模块(5)包括：
所述处理器，还用于在所述目标输出电压大于实际输出电压时，输出第一控制信号，在所述目标输出电压小于所述实际输出电压时，输出第二控制信号，其中，所述第一控制信号用于控制所述PFC升压功率电路模块(1)的输出电压升高，所述第二控制信号用于控制所述PFC升压功率电路模块(1)的输出电压降低，所述实际输出电压为所述输出电压采样模块(2)的采样电压；以及
PFC控制芯片，与所述处理器相连接，用于根据所述处理器输出的控制信号控制所述PFC升压功率电路模块(1)。
3.根据权利要求2所述的PFC控制电路，其特征在于，所述处理器输出的控制信号为PWM信号，所述PFC控制模块(5)还包括：
第一电阻(R1)，第一端与所述处理器的控制信号输出端相连接，第二端与所述PFC控制芯片相连接；
第二电阻(R2)，第一端连接于所述第一电阻(R1)与所述PFC控制芯片之间的节点，所述第二电阻(R2)的第二端接地；以及
电容(C1)，第一端连接于所述第一电阻(R1)与所述PFC控制芯片之间的节点，所述电容(C1)的第二端接地。
4.根据权利要求3所述的PFC控制电路，其特征在于，所述第一电阻(R1)与所述PFC控制芯片的基准参考电压端相连接，所述PFC控制芯片的输出电压反馈端与所述输出电压采样模块(2)的输出端相连接。
5.根据权利要求3所述的PFC控制电路，其特征在于，所述第一电阻(R1)与所述PFC控制芯片的输出电压反馈端相连接。
6.一种可灵活升压的PFC控制方法，其特征在于，包括：
采样电源的输出电压和输入电压；
采样电源的负载电流；
根据采样的输出电压、输入电压和负载电流，控制所述电源的输出电压，
根据采样的输出电压、输入电压和负载电流，控制所述电源的输出电压包括：
根据所述采样的输出电压、输入电压和负载电流计算所述电源的目标输出电压。
7.根据权利要求6所述的PFC控制方法，其特征在于，根据采样的输出电压、输入电压和负载电流，控制所述电源的输出电压包括：
比较所述目标输出电压与所述采样的输出电压；
在所述目标输出电压大于所述采样的输出电压时，控制所述电源的输出电压升高；以及
在所述目标输出电压小于所述采样的输出电压时，控制所述电源的输出电压降低。
8.根据权利要求7所述的PFC控制方法，其特征在于，根据所述采样的输出电压、输入电压和负载电流计算所述电源的目标输出电压包括：
在所述电源输入电压线性变化时，根据所述采样的输出电压、输入电压和负载电流，计算所述电源的目标输出电压，以使所述电源的目标输出电压跟随所述电源输入电压线性变化。
9.根据权利要求7所述的PFC控制方法，其特征在于，根据所述采样的输出电压、输入电压和负载电流计算所述电源的目标输出电压包括：
在所述电源输入电压线性变化时，判断所述采样的电源输入电压是否在预设区间值内；
当所述采样的电源输入电压在预设区间值内时，根据所述采样的输出电压、输入电压和负载电流，计算所述电源的目标输出电压，以使所述电源的目标输出电压按固定值升压；以及
当所述采样的电源输入电压小于预设区间下限值时，根据所述采样的输出电压、输入电压和负载电流，计算所述电源的目标输出电压，以使所述电源的目标输出电压跟随所述电源输入电压线性变化；以及
当所述采样的电源输入电压大于预设区间上限值时，根据所述采样的输出电压、输入电压和负载电流，计算所述电源的目标输出电压，以使所述电源的目标输出电压跟随所述电源输入电压线性变化。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |