CN109075697A - Pfc电路输出电压的纹波优化控制方法及相关电路 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种PFC电路输出电压的纹波优化控制方法及相关电路，上述纹波优化控制电路包括依次连接的PFC电路、能量补偿电路与电压电流采样电路；在所述PFC电路的输入电压大于目标阈值或者在PFC电路的输入电压的相位处于设定相位区间的情况下，所述能量补偿电路转换为降压电路；在所述PFC电路的输入电压低于所述目标阈值或者在所述PFC电路的输入电压的相位未处于所述设定相位区间的情况下，所述能量补偿电路转换为升压电路。通过该纹波优化控制电路可以有效减小PFC电路的输出电压纹波。

Description

PFC电路输出电压的纹波优化控制方法及相关电路

技术领域

本申请涉及电力电子控制领域，尤其涉及一种PFC电路输出电压的纹波优化控制方法及相关电路。

背景技术

由于直流电压一般是由交流电源经整流稳压等环节产生的，这就不可避免地在直流稳定量中多少带有一些交流成份，这种叠加在直流稳定量上的交流分量就称之为纹波。纹波的成分较为复杂，它的形态一般为频率高于工频的类似正弦波的谐波，另一种则是宽度很窄的脉冲波。对于不同的场合，对纹波的要求各不一样。由于产生的纹波会对直流侧的电能质量、系统的稳定性，以及直流侧设备的使用寿命等造成不利的影响，因此电源要有足够的滤波措施，以将纹波限制在一定的幅度以内。

因此，功率因数校正(Power Factor Correction，PFC)电路就得到非常广泛的应用，电子电源产品中引入PFC电路，可以提高对电能的利用效率。具体为了平滑电压纹波，通常在PFC电路的直流输出端配置一个或者多个电容用来滤除纹波，然而想要得到较好的滤波效果，需要增加电容容量，这样会导致整个整流电路的体积增大，系统的功率密度大大降低，然而电容容量过小，滤波效果不明显，PFC电路输出的直流电压的纹波幅度依然较高。

发明内容

本申请实施例提供一种PFC电路输出电压的纹波优化控制方法及相关电路，可以有效减小PFC电路的输出电压纹波。

本申请实施例第一方面提供一种纹波优化控制电路，包括依次连接的PFC电路、能量补偿电路与电压电流采样电路；

在所述PFC电路的输入电压大于目标阈值或者在所述PFC电路的输入电压的相位处于设定相位区间的情况下，所述能量补偿电路转换为降压电路，所述降压电路用于降低所述PFC电路的输出电压；在所述PFC电路的输入电压低于所述目标阈值或者在所述PFC电路的输入电压的相位未处于所述设定相位区间的情况下，所述能量补偿电路转换为升压电路，所述升压电路用于提升所述PFC电路的输出电压。

在一种可选的实现方式中，所述PFC电路的输入电压为交流电压，所述PFC电路的第一输出端和第二输出端分别与所述能量补偿电路的第一输入端和第二输入端连接，所述能量补偿电路的第一输出端和第二输出端分别与所述电压电流采样电路的第一输入端和第二输入端连接；

所述能量补偿电路包括：第一开关管、第二开关管、电感、电容以及控制器；

所述第一开关管的漏极连接所述PFC电路的第一输出端及所述电压电流采样电路的第一输入端，所述第一开关管的源极连接所述电感的第一端，所述电感的第二端连接所述电容的第一端，所述电容的第二端连接所述电压电流采样电路的第二输入端，所述第二开关管的漏极连接所述电感的第一端以及所述第一开关管的源极，所述第二开关管的源极连接所述PFC电路的第二输出端以及所述电压电流采样电路的第二输入端，所述控制器的控制端分别连接所述第一开关管的栅极以及所述第二开关管的栅极；

所述控制器，用于根据所述PFC电路的输入电压，或者根据所述PFC电路的输入电压相位，控制所述第一开关管与第二开关管的导通及关断，以控制所述能量补偿电路切换为升压电路或者降压电路。

在一种可选的实现方式中，所述PFC电路还包括检测模块，所述检测模块，用于检测所述PFC电路的输入电压的相位，并通过所述检测模块的输出端向所述控制器发送检测到的所述输入电压的相位；

所述控制器，具体用于根据所述检测模块检测到的所述PFC电路的输入电压或者所述PFC电路的输入电压相位，向所述第一开关管发送第一脉冲宽度调制信号以控制所述第一开关管的导通和关断，以及向所述第二开关管发送第二脉冲宽度调制信号以控制所述第二开关管的导通和关断；

所述第一脉冲宽度调制信号与所述第二脉冲宽度调制信号为一对互补驱动波形。

在一种可选的实现方式中，所述PFC电路为单相电压型脉冲宽度调制整流电路。

在一种可选的实现方式中，所述检测模块为锁相环，所述检测模块用于检测所述输入电压的相位，向所述控制器发送检测到的所述输入电压的相位。

在一种可选的实现方式中，所述第一开关管和所述第二开关管均为绝缘栅双极晶体管或者电力场效应管。

本申请实施例第二方面提供一种PFC电路输出电压的纹波优化控制方法，应用于纹波优化控制电路，所述纹波优化控制电路包括依次连接的PFC电路、能量补偿电路与电压电流采样电路，所述方法包括：

在所述PFC电路的输入电压大于目标阈值或者在所述PFC电路的输入电压的相位处于设定相位区间的情况下，所述能量补偿电路转换为降压电路，降低所述PFC电路的输出电压；在所述PFC电路的输入电压低于所述目标阈值或者在所述PFC电路的输入电压的相位未处于所述设定相位区间的情况下，所述能量补偿电路转换为升压电路，提升所述PFC电路的输出电压。

在一种可选的实现方式中，所述PFC电路的输入电压为交流电压，所述PFC电路的第一输出端和第二输出端分别与所述能量补偿电路的第一输入端和第二输入端连接，所述能量补偿电路的第一输出端和第二输出端分别与所述电压电流采样电路的第一输入端和第二输入端连接；

所述能量补偿电路包括：第一开关管、第二开关管、电感、电容以及控制器；

所述第一开关管的漏极连接所述PFC电路的第一输出端和所述电压电流采样电路的第一输入端，所述第一开关管的源极连接所述电感的第一端，所述电感的第二端连接所述电容的第一端，所述电容的第二端连接所述电压电流采样电路的第二输入端，所述第二开关管的漏极连接所述电感的第一端以及所述第一开关管的源极，所述第二开关管的源极连接PFC电路的第二输出端以及所述电压电流采样电路的第二输入端，所述控制器的控制端分别连接所述第一开关管的栅极以及所述第二开关管的栅极；

所述控制器根据所述PFC电路的输入电压，或者根据所述PFC电路的输入电压相位，控制所述第一开关管和第二开关管的导通及关断，以控制所述能量补偿电路切换为升压电路或者降压电路。

在一种可选的实现方式中，所述第一开关管和所述第二开关管均为绝缘栅双极晶体管或者电力场效应管。

在一种可选的实现方式中，所述PFC电路还包括检测模块，所述检测模块，用于检测所述PFC电路的输入电压的相位，并通过所述检测模块的输出端向所述控制器发送检测到的所述输入电压的相位；

所述控制器根据所述检测模块检测到的所述PFC电路的输入电压或者所述PFC电路的输入电压相位，向所述第一开关管发送第一脉冲宽度调制信号以控制所述第一开关管的导通和关断，以及向所述第二开关管发送第二脉冲宽度调制信号以控制所述第二开关管的导通和关断；

所述第一脉冲宽度调制信号和所述第二脉冲宽度调制信号为一对互补驱动波形。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例通过在所述PFC电路的输入电压大于目标阈值或者在所述PFC电路的输入电压的相位处于设定相位区间的情况下，即此时PFC电路的输出电压处于电压纹波高峰期的区间的情况下，所述能量补偿电路即切换为降压电路，降低所述输出电压；在所述PFC电路的输入电压低于所述目标阈值或者在所述PFC电路的输入电压的相位未处于所述设定相位区间的情况下，即此时PFC电路的输出电压处于电压纹波低谷期的区间的情况下，所述能量补偿电路即切换为升压电路，提高所述输出电压，可以有效减小输出电压纹波。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本申请实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。

图1是本申请实施例提供的一种常用整流电路的示意图；

图2是本申请实施例提供的单相交流电压在整流滤波前后的波形对比图；

图3是本申请实施例提供的输出电压纹波高峰期与低谷期相位设定区间示意图；

图4是本申请第二实施例提供的纹波优化控制电路的示意图；

图5是本申请第三实施例提供的纹波优化控制电路的示意图；

图6是本申请第四实施例提供的包含检测模块的纹波优化控制电路的示意图；

图7是本申请另一实施例提供的一种互补驱动波形示意图；

图8是本申请另一实施例提供的一种软件锁相原理示意图。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。

整流电路是一种将交流电能转变为直流电能的变换器。整流电路按输入电源的相数，可以分为单相、三相、六相等，通常单相整流应用于小功率场合，三相及多相整流用于大功率场合。整流电路按照类型分为半波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路。本申请实施例中的整流电路可以是单相桥式整流电路，也可以是三相桥式整流电路，还可以是其他类型的整流电路，本申请实施例不作限定。

功率因数校正(Power Factor Correction，PFC)中的功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。基本上功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电力利用率越高。功率因数是用来衡量用电设备用电效率的参数，低功率因数代表低电力效能。为了提高用电设备功率因数的技术就称为功率因数校正。PFC电路的原理可以理解为通过专用电路去调整电流的波形，对电流电压间的相位差进行补偿。在上述整流电路中，常用PFC电路的方式进行整流，从而输出直流电压。

图1为一种常用整流电路的示意图，如图1所示，该整流电路包含交流电源01、第一电感02、第二电感03、第一开关管041、第二开关管042、第三开关管043与第四开关管044，直流侧电路包括电容05、第三电感06，直流侧电路可以获得直流电压D，其中第一开关管041、第二开关管042、第三开关管043与第四开关管044，均可以在施加的脉冲宽度调制信号的作用下分别实现导通和关断。

图2为正弦交流电经图1所示的常用PFC电路后得到的脉动直流输出电压与正弦交流电压波形对比仿真图，图2中上半部分的波形为电网单相电压波形，下半部分的波形为经过PFC电路进行整流和储能电容(图1中电容05)的波形，从图2可以看出，经所述的储能电容充电或放电后，输出电压的纹波仍较大，即输出电压的波峰和波谷的差值较大，电压波形不平滑。

图3是输出电压纹波高峰期与低谷期相位设定区间示意图，由图3可以看出所述PFC电路的输入电压的纹波(图3上半部分)跟PFC电路的输出电压(图3下半部分)的对应关系，以电压波形中的一个周期(0～360°)为例，设定所述输入电压相位为50°～120°和230°～300°的时间段，所述输出电压的波形往上凸，为输出电压纹波高峰期；相对的，设定所述输入电压相位在0°～49°和121°～229°以及301°～360°的时间段，所述输出电压的波形往下凹，为电压纹波低谷期，所述输出电压的波形每一个周期内都存在相同的电压纹波高峰期与电压纹波低谷期。而为了降低电压纹波、平滑电压波形，需要解决电压纹波高峰期的存在问题，即在输出电压的波形上凸区间降低电压，在所述输出电压的波形下凹区间提升电压，达到“削峰填谷”的效果，可以获得更为平滑的直流电压波形，即达到减小电压纹波的目的。

图3中的白色箭头标出了设定在一个电压正弦波周期内纹波高峰期与纹波低谷期。从图3可以推出，直流输出电压的相位位于目标区间的情况下，直流输出电压的纹波的幅度大于所设定的值；在直流输出电压的相位不位于该目标区间的情况下，直流输出电压的纹波的幅度不大于所述设定值。本领域的技术人员可知，由于对整流电路体积的要求，不能无限制的增加直流母线的电容容量，而采用小容量的电容，这样导致不能较好地滤除直流电源的纹波。因此，需要研究在不增加整流电路的体积的情况下，减小输出电压的纹波的方法。

如图4所示，本申请实施例提供了一种纹波优化控制电路，上述纹波优化控制电路包括：依次连接的PFC电路100、能量补偿电路200与电压电流采样电路300；

具体地连接关系可以为，PFC电路100的第一输出端101和第二输出端102分别连接能量补偿电路200的第一输入端201和第二输入端202，能量补偿电路200的第一输出端203和第二输出端204分别连接电压电流采样电路300的第一输入端301和第二输入端302。

具体地，在PFC电路100的输入电压大于目标阈值或者在PFC电路100的输入电压的相位处于设定相位区间的情况下，能量补偿电路200可以转换为降压电路，上述降压电路可以用于降低PFC电路100的输出电压。

在PFC电路100的输入电压低于所述目标阈值或者在PFC电路100的输入电压的相位未处于所述设定相位区间的情况下，能量补偿电路200可以转换为升压电路，上述升压电路可以用于提升PFC电路100的输出电压。

本申请实施例中提到的电压电流采样电路，可以理解为PFC电路的输出电压和输出电流的采样检测模块。可以通过电压电流采样模块采样电压以稳定输出电压，采样电流以用于增加电路的前馈控制。

本申请实施例中，上述能量补偿电路200可以理解为升降压转换电路，可以在电压纹波高峰期以BUCK降压电路工作，吸收电压纹波高峰期的能量，进而降低PFC电路的输出电压；也可以在电压纹波低谷期以BOOST升压电路工作，释放在电压纹波高峰期的能量吸收的能量，进而提高PFC电路的输出电压。

本申请实施例中，在图1所示的整流电路基础上增加能量补偿电路，该能量补偿电路占用的空间较少、成本低，依据所述PFC电路的输入电压与输出电压的对应关系，在所述PFC电路的输入电压大于目标阈值或者在所述PFC电路的输入电压的相位处于设定相位区间的情况下，即此时PFC电路的输出电压处于电压纹波高峰期的区间的情况下，所述能量补偿电路即切换为降压电路，降低所述输出电压；在所述PFC电路的输入电压低于所述目标阈值或者在所述PFC电路的输入电压的相位未处于所述设定相位区间的情况下，即此时PFC电路的输出电压处于电压纹波低谷期的区间的情况下，所述能量补偿电路即切换为升压电路，提高所述输出电压。与使用直流电容滤波的方式相比，该纹波优化控制电路可以有效减小PFC电路的输出电压纹波。

在一种可选的实现方式中，如图5所示的纹波优化控制电路，PFC电路100的输入电压为交流电压，PFC电路100的第一输出端101和第二输出端102分别与能量补偿电路200的第一输入端201和第二输入端202连接，能量补偿电路200的第一输出端203和第二输出端204分别与电压电流采样电路300的第一输入端301与第二输入端302连接。其中能量补偿电路200包括：

第一开关管10、第二开关管20、电感30、电容40以及控制器50；

第一开关管10的漏极11连接PFC电路100的第一输出端101及电压电流采样电路300的第一输入端301，第一开关管10的源极12连接电感30的第一端31，电感30的第二端32连接电容40的第一端41，电容40的第二端42连接电压电流采样电路300的第二输入端302，第二开关管20的漏极21连接电感30的第一端31以及第一开关管10的源极12，第二开关管20的源极22连接PFC电路100的第二输出端102以及电压电流采样电路300的第二输入端302，控制器50的控制端51与控制端52分别连接第一开关管10的栅极13以及第二开关管20的栅极23；

其中，控制器50可以用于根据PFC电路100的输入电压，或者根据PFC电路100的输入电压相位，控制第一开关管10与第二开关管20的导通及关断，以控制能量补偿电路200切换为升压电路或者降压电路。

具体地，控制器50可以在上述输入电压大于上述目标阈值的情况下，控制第一开关管10的导通和关断以及控制第二开关管20的导通和关断，以使能量补偿电路200转换为上述降压电路；控制器50可以在上述输入电压小于上述目标阈值的情况下，控制第一开关管10的导通和关断以及控制第二开关管20的导通和关断，以使能量补偿电路200转换为升压电路。

可选的，控制器50可以在上述输入电压的相位处于所述设定相位区间的情况下，控制第一开关管10的导通和关断以及控制第二开关管20的导通和关断，以使能量补偿电路200转换为上述降压电路；控制器50可以在上述输入电压的相位未处于上述设定相位区间的情况下，控制第一开关管10的导通和关断以及控制第二开关管20的导通和关断，以使能量补偿电路200转换为升压电路。

上述目标阈值和上述设定相位区间可以是预置的，也可以是用户根据需要进行设置。例如，上述设定相位区间可以是50°～120°和230°～300°。上述目标阈值可以是150V、200V、225V等。上述控制器可以控制上述纹波优化控制电路中的全控器件，也可以仅控制上述能量补偿电路中的全控器件。

在上述第一开关管10闭合，上述第二开关管20断开的情况下，上述能量补偿电路200中的电感30和电容40可以吸收电压纹波高峰期的能量。如图6所示，PFC电路100的第一输出端101电压为正，第二输出端102电压为负，可以看出，当第一开关管10闭合，第二开关管20断开，图中的箭头a表示电流流向，此时可以理解为向电感30和电容40充电，电感30和电容40可以吸收电压纹波高峰期的能量，即能量补偿电路200为降压电路，此时可以降低PFC电路100的输出电压。

相对的，当上述第二开关管20闭合，第一开关管10断开的情况下，上述能量补偿电路200中的电感30和电容40可以释放在电压纹波高峰期吸收的能量。如图6所示，可以看出，当上述第二开关管20闭合，第一开关管10断开，图中的箭头b表示电流流向，电感30和电容40可以释放在电压纹波高峰期吸收的能量，即能量补偿电路为升压电路，此时可以提升PFC电路100的输出电压。

可以理解，能量补偿电路可以有两个工作状态，在电压纹波高峰期为BUCK降压电路，对储能电容充电，吸收能量；在电压纹波低谷期，为BOOST升压电路，把电容能量填谷到直流电压母线上，释放能量，从而起到“削峰填谷”的作用，直流电压输出端可以获得更加平滑的直流电压波形，即最终可以达到减小电压纹波的目的。

本申请实施例中，通过转换能量补偿电路的工作状态，可以有效减小纹波电压。

图6是一种纹波优化控制电路的示意图，图6是在图5所示的纹波优化控制电路的基础上得到的，可选的，上述PFC电路100包括检测模块60，该检测模块60用于检测所述PFC电路的输入电压的相位，该检测模块60的输出端61连接控制器50的输入端53；

检测模块60可以检测PFC电路100的输入电压的相位，并通过输出端61向控制器50发送检测到的输入电压的相位；

可选的，检测模块60可以检测PFC电路100的输入电压，并通过输出端61向控制器50发送检测到的输入电压；

控制器50，具体可以用于向第一开关管10发送第一脉冲宽度调制信号以控制第一开关管10的导通和关断，以及向第二开关管20发送第二脉冲宽度调制信号以控制第二开关管20的导通和关断；

上述第一开关管10的第一脉冲宽度调制信号和上述第二开关管20的第二脉冲宽度调制信号为一对互补驱动波形。所述互补驱动波形，指的是在一个周期内上述第一脉冲宽度调制信号与上述第二脉冲宽度调制信号的驱动波形的电压高低相反，例如，如图7所示，第一脉冲宽度调制信号的驱动波形A与上述第二脉冲宽度调制信号的驱动波形B均为矩形波，A、B波形互补可以理解为在同一时间，若第一脉冲宽度调制信号的驱动波形为高电压则第二脉冲宽度调制信号的驱动波形为低电压，若第一脉冲宽度调制信号的驱动波形为低电压则第二脉冲宽度调制信号的驱动波形为高电压。

上述控制器50控制上述第一开关管10和上述第二开关管20的导通与关断，具体可以参考图5所示的纹波优化控制电路的对应的实施例中的具体描述，此处不再赘述。

本申请实施例中，通过控制器向第一开关管与第二开关管发送脉冲宽度调制信号可以快速地实现升降压转换电路的工作状态的转换，实现简单。

在一种可选的实现方式中，上述PFC电路100为单相电压型脉冲宽度调制整流电路。脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。

在一种可选的实现方式中，上述检测模块60为锁相环，上述检测模块60用于检测上述输出电压的相位，向上述控制器50发送检测到的上述输出电压的相位。

锁相环(phase locked loop，PLL)是一种典型的反馈控制电路，可以利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率与相位，实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，前向通路一般由三部分构成，主要包括鉴相器、低通滤波器以及压控振荡器，其中鉴相器可以检出与电网的相位差；低通滤波器，可以检出反应相位差的直流分量；压控振荡器，可以根据检出反应相位差的直流分量改变振荡频率与相位，使得反应相位差的直流分量趋于零，完成锁相；同时可以由分频器组成频率相位的反馈通路。

锁相环有两种：硬件锁相环和软件锁相环(software phase-locked loop，SPLL)。硬件锁相环通过锁相环芯片对某相电压跟踪比较，输出与其频率相等相位差恒定的信号，实现锁相。该方法具有简单易行的优点，但在三相电压不平衡时，由一相电压获取三相相位信息将大大影响锁相精度。

可选的，上述检测模块60可以通过软件锁相环的方式确定上述输入电压的相位，软件锁相环具有在线修改控制算法，不必改动硬件电路的优点。软件锁相环的设计方法主要有：过零比较法、最小二乘法和瞬时无功理论法。过零比较锁相环与传统硬件锁相环的原理一致，不同的是比较后的方波信号经过数字采集计算得到频率和相位信息，因此电压不平衡时其锁相精度较低。最小二乘法动态响应速度快，能准确地锁定正序电压的相位，但对谐波的抑制较差。而基于瞬时无功理论的软件锁相环主要通过软件编程方法对三相电压进行综合处理，从而准确获取各种畸变电压的相位信息。

如图8所示，为软件锁相的原理示意图，可以采样交流电压到数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)，通过软件方法，将采样值放入对应数组中，再通过SPLL进行锁相，从而确定电压的相位。SPLL可以理解为根据三角波电压与正弦电压的对应关系进行数学运算得到电压的相位，例如图中的三角波电压表现为直线，直线上表示的最高点电压为6.28V，直线上的电压数值与正弦电压波形的电压相位是对应的，也可以说呈固定比例关系，可以通过采样电压得到电压数值，进而计算出电压对应的相位，举例来说，已知电压为zV(也是直线上某一点的电压数值)，则其对应的电压相位＝z/6.28*360°。具体地，可以通过在电压信号波的预设周期内循环采样电网电压信号，同时根据上述电网电压的频率与采样频率设定一个长度为L的数组；再通过设定第一变量S1与第二变量S2，其中，S2＝S1+1；根据上述第一变量S1生成第一信号波Ua，并根据上述第二变量S2生成第二信号波Ub；将上述第一信号波Ua与上述第二信号波Ub进行电压Park变换，来实现锁相，该锁相方法计算量小，可靠性高。

本申请实施例通过锁相环原理可以准确地确定所述输入电压的相位。

在一种可选的实现方式中，上述第一开关管与上述第二开关管均为绝缘栅双极晶体管或者电力场效应管。

绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)工作频率高、所需驱动功率小、开关损耗小以及开关速度快，可以使得直流升降压电路快速地实现降压与升压之间的转换。电力场效应管开关速度快、驱动电路简单、工作频率高。

本申请实施例中，第一开关管与第二开关管均采用绝缘栅双极晶体管或者电力场效应管，开关速度快，可以使得升降压转换电路快速地实现降压电路与升压电路之间的转换。

本申请实施例还提供了一种PFC电路输出电压的纹波优化控制方法，上述纹波优化控制电路包含依次连接的PFC电路、能量补偿电路与电压电流采样电路；该方法包括：

在上述PFC电路的输入电压大于目标阈值或者在上述PFC电路的输入电压的相位处于设定相位区间的情况下，上述能量补偿电路转换为降压电路，降低上述PFC电路的输出电压；在上述PFC电路的输入电压低于上述目标阈值或者在上述PFC电路的输入电压的相位未处于上述设定相位区间的情况下，上述能量补偿电路转换为升压电路，提升上述PFC电路的输出电压。

该方法可以应用于图4所示实施例中的纹波优化控制电路。

本申请实施例中，在PFC电路的基础上增加能量补偿电路，该能量补偿电路占用的空间较少、成本低，通过上述方法可以有效减小纹波电压。

在一种可选的实现方式中，上述PFC电路的输入电压为交流电压，上述PFC电路的第一输出端和第二输出端分别与上述能量补偿电路的第一输入端和第二输入端连接，能量补偿电路的第一输出端和第二输出端分别与上述电压电流采样电路的第一输入端和第二输入端连接；

上述能量补偿电路包括：第一开关管、第二开关管、电感、电容元件以及控制器；

上述第一开关管的漏极连接第一输出端与上述电压电流采样电路的第一输入端，上述第一开关管的源极连接上述电感的第一端，上述电感的第二端连接上述电容的第一端，上述电容的第二端连接上述电压电流采样电路的第二输入端，上述第二开关管的漏极连接上述电感的第一端以及上述第一开关管的源极，上述第二开关管的源极连接PFC电路的第二输出端以及上述电压电流采样电路的第二输入端，上述控制器的控制端分别连接上述第一开关管的栅极以及上述第二开关管的栅极；

上述控制器可以根据上述PFC电路的输入电压是否大于上述的目标阈值，或者根据上述PFC电路的输入电压相位是否处于上述设定相位区间的情况，控制上述第一开关管和第二开关管的导通及关断，以控制上述能量补偿电路切换为升压电路或者降压电路。

可选的，上述第一开关管和所述第二开关管可以均为绝缘栅双极晶体管或者电力场效应管。

该方法可应用于图5所示的纹波优化控制电路，具体可以参考图5所示的纹波优化控制电路对应的实施例的具体描述，此处不再赘述。

本申请实施例中，通过转换能量补偿电路的工作状态，可以有效减小纹波电压。

在一种可选的实现方式中，上述PFC电路为单相电压型PWM整流电路。一般由一条火线与一条零线组成的电路称为单相电路，例如我国的单相电压一般为220V。

在一种可选的实现方式中，上述PFC电路还包括检测模块，该检测模块用于检测所述PFC电路的输入电压的相位，并通过所述检测模块的输出端向所述控制器发送检测到的所述输入电压的相位；

可选的，检测模块可以检测上述PFC电路的输入电压，并向上述控制器发送检测到的输入电压；

上述控制器可以根据上述检测模块检测到的上述PFC电路的输入电压或者上述PFC电路的输入电压相位，向上述第一开关管发送脉冲宽度调制信号以控制上述第一开关管的导通和关断，以及向上述第二开关管发送脉冲宽度调制信号以控制上述第二开关管的导通和关断。

可选的，上述第一脉冲宽度调制信号和上述第二脉冲宽度调制信号可以为一对互补驱动波形。

可选的，上述检测模块为锁相环，上述检测模块可以检测上述输入电压的相位，向上述控制器发送检测到的上述输入电压的相位。可选的，上述检测模块也可以是通过软件方法实现锁相环原理，从而将检测到的上述输出电压的相位发送至上述控制器，上述方法可以参见图8对应的实施例中的具体描述，在此不再赘述。

本申请实施例通过锁相环可以准确地确定输入电压的相位。

在本申请所提供的几个实施例中，所揭露的电路和方法，还可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例是示意性的，例如，电路模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

Claims (10)

1.一种纹波优化控制电路，其特征在于，包括依次连接的PFC电路、能量补偿电路与电压电流采样电路；

在所述PFC电路的输入电压大于目标阈值或者在所述PFC电路的输入电压的相位处于设定相位区间的情况下，所述能量补偿电路转换为降压电路，所述降压电路用于降低所述PFC电路的输出电压；在所述PFC电路的输入电压低于所述目标阈值或者在所述PFC电路的输入电压的相位未处于所述设定相位区间的情况下，所述能量补偿电路转换为升压电路，所述升压电路用于提升所述PFC电路的输出电压。

2.根据权利要求1所述的纹波优化控制电路，其特征在于，所述PFC电路的输入电压为交流电压，所述PFC电路的第一输出端和第二输出端分别与所述能量补偿电路的第一输入端和第二输入端连接，所述能量补偿电路的第一输出端和第二输出端分别与所述电压电流采样电路的第一输入端和第二输入端连接；

所述能量补偿电路包括：第一开关管、第二开关管、电感、电容以及控制器；

所述第一开关管的漏极连接所述PFC电路的第一输出端及所述电压电流采样电路的第一输入端，所述第一开关管的源极连接所述电感的第一端，所述电感的第二端连接所述电容的第一端，所述电容的第二端连接所述电压电流采样电路的第二输入端，所述第二开关管的漏极连接所述电感的第一端以及所述第一开关管的源极，所述第二开关管的源极连接所述PFC电路的第二输出端以及所述电压电流采样电路的第二输入端，所述控制器的控制端分别连接所述第一开关管的栅极以及所述第二开关管的栅极；

所述控制器，用于根据所述PFC电路的输入电压，或者根据所述PFC电路的输入电压相位，控制所述第一开关管与第二开关管的导通及关断，以控制所述能量补偿电路切换为升压电路或者降压电路。

3.根据权利要求2所述的纹波优化控制电路，其特征在于，所述PFC电路还包括检测模块，所述检测模块，用于检测所述PFC电路的输入电压的相位，并通过所述检测模块的输出端向所述控制器发送检测到的所述输入电压的相位；

所述控制器，具体用于根据所述检测模块检测到的所述PFC电路的输入电压或者所述PFC电路的输入电压相位，向所述第一开关管发送第一脉冲宽度调制信号以控制所述第一开关管的导通和关断，以及向所述第二开关管发送第二脉冲宽度调制信号以控制所述第二开关管的导通和关断；

所述第一脉冲宽度调制信号与所述第二脉冲宽度调制信号为一对互补驱动波形。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的纹波优化控制电路，其特征在于，所述PFC电路为单相电压型脉冲宽度调制整流电路。

5.根据权利要求4所述的纹波优化控制电路，其特征在于，所述检测模块为锁相环，所述检测模块用于检测所述输入电压的相位，向所述控制器发送检测到的所述输入电压的相位。

6.根据权利要求5所述的纹波优化控制电路，其特征在于，所述第一开关管与所述第二开关管均为绝缘栅双极晶体管或者电力场效应管。

7.一种PFC电路输出电压的纹波优化控制方法，应用于纹波优化控制电路，所述纹波优化控制电路包括依次连接的PFC电路、能量补偿电路与电压电流采样电路，其特征在于，所述方法包括：

在所述PFC电路的输入电压大于目标阈值或者在所述PFC电路的输入电压的相位处于设定相位区间的情况下，所述能量补偿电路转换为降压电路，降低所述PFC电路的输出电压；在所述PFC电路的输入电压低于所述目标阈值或者在所述PFC电路的输入电压的相位未处于所述设定相位区间的情况下，所述能量补偿电路转换为升压电路，提升所述PFC电路的输出电压。

8.根据权利要求7所述的PFC电路输出电压的纹波优化控制方法，其特征在于，所述PFC电路的输入电压为交流电压，所述PFC电路的第一输出端和第二输出端分别与所述能量补偿电路的第一输入端和第二输入端连接，所述能量补偿电路的第一输出端和第二输出端分别与所述电压电流采样电路的第一输入端和第二输入端连接；

所述能量补偿电路包括：第一开关管、第二开关管、电感、电容以及控制器；

所述第一开关管的漏极连接所述PFC电路的第一输出端与所述电压电流采样电路的第一输入端，所述第一开关管的源极连接所述电感的第一端，所述电感的第二端连接所述电容的第一端，所述电容的第二端连接所述电压电流采样电路的第二输入端，所述第二开关管的漏极连接所述电感的第一端以及所述第一开关管的源极，所述第二开关管的源极连接PFC电路的第二输出端以及所述电压电流采样电路的第二输入端，所述控制器的控制端分别连接所述第一开关管的栅极以及所述第二开关管的栅极；

所述控制器根据所述PFC电路的输入电压，或者根据所述PFC电路的输入电压相位，控制所述第一开关管与第二开关管的导通及关断，以控制所述能量补偿电路切换为升压电路或者降压电路。

9.根据权利要求8所述的PFC电路输出电压的纹波优化控制方法，其特征在于，所述第一开关管与所述第二开关管均为绝缘栅双极晶体管或者电力场效应管。

10.根据权利要求7至9任意一项所述的PFC电路输出电压的纹波优化控制方法，其特征在于，所述PFC电路还包括检测模块，所述检测模块用于检测所述PFC电路的输入电压的相位，并通过所述检测模块的输出端向所述控制器发送检测到的所述输入电压的相位；

所述控制器根据所述检测模块检测到的所述PFC电路的输入电压或者所述PFC电路的输入电压相位，向所述第一开关管发送第一脉冲宽度调制信号以控制所述第一开关管的导通和关断，以及向所述第二开关管发送第二脉冲宽度调制信号以控制所述第二开关管的导通和关断；

所述第一脉冲宽度调制信号和所述第二脉冲宽度调制信号为一对互补驱动波形。