CN111464015A - 一种pfc变换器误差放大电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PFC变换器误差放大电路，本发明包括开关网络和放大电路；其中开关网络，接收PFC变换器输出反馈信号以及参考电压源给定的参考电压，输出离散化的反馈信号；放大电路，接收开关网络输出的离散化的反馈信号，对离散化的反馈信号与参考电压源给定的参考电压进行比较，并将二者差值进行放大，输出误差放大信号。本发明的误差放大电路，既可用电压型运放实现，又可用跨导型运放实现，可有效减小补偿电容，实现补偿电容的片内集成，并且不会影响系统的稳定性和动态性能。

Description

一种PFC变换器误差放大电路
技术领域
本发明专利涉及电力电子领域中的开关电源技术，特别是指一种PFC(功率因数校正)变换器的误差放大电路，适用于各类PFC变换器中。
背景技术
PFC技术是减小用电设备对电网造成谐波污染，提高用电效率的一项有力措施。用电设备的功率因数是衡量其性能的一项重要指标，而提高功率因数最主要的方法是采用有源功率因数校正技术。在设计PFC变换器时，控制环路设计的优劣直接关系到系统的稳定性，因此设计一个优良的控制电路是至关重要的。
PFC变换器控制的基本原理是当输入或者负载发生变化时，通过反馈电压或电流来调节功率开关的PWM(脉宽调制)控制信号，从而使输出电压或电流保持稳定，并保证稳态时输入电流不发生畸变。为了兼顾电压稳定性和输入电流不发生畸变，必须综合考虑系统闭环传递函数的带宽与相位裕度。
图1显示了一种现有技术的PFC变换器的简化控制环路示意图，被控对象101为主电路简化图，可认为是一个电压控制电流源1001与输出滤波电路Co及负载RL的组合，其中电压控制电流源1001代表的是主电路输入电压源、整流桥、开关管、以及二极管等部分的功能。控制电路包括误差放大电路100和PWM信号发生电路，误差放大电路100采用PI调节方式，接收PFC变换器输出反馈信号，输出误差放大信号。为了阻止输入电流发生畸变，电压控制环路的带宽应设置在10～30Hz之间，因此通常情况下，补偿电容Cc的取值一般在μF级别。由于PFC变换器的补偿电容Cc较大，一般通过外接来实现。这种方法虽然简单易用，但是需要额外的电容器和管脚，因此在芯片引脚有限的情况下并不适用。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供了一种适用于PFC变换器的误差放大电路，可以有效减小补偿电容，克服现有技术中由于补偿电容过大而难以集成的缺陷，减小芯片的体积，降低芯片的成本。
一种PFC变换器误差放大电路，其特征在于：包括开关网络和放大电路；
开关网络，接收PFC变换器输出反馈信号以及参考电压源给定的参考电压，输出离散化的反馈信号；
所述开关网络包括第一开关、第二开关、脉冲源和反相器，第一开关的一端接收PFC变换器输出反馈信号，第一开关的另一端接第二开关的一端作为开关网路的输出，第二开关的另一端接放大电路的参考电压源正端，脉冲源输出接第一开关的控制端和反相器的输入端，反相器的输出端接第二开关的控制端。所述脉冲源输出为高频脉冲信号，控制第一开关和第二开关交替导通，所述开关网络在第一开关导通时，离散化的反馈信号幅值等于PFC变换器输出反馈信号，第二开关导通时，离散化的反馈信号幅值等于参考电压值。
放大电路，接收开关网络输出的离散化的反馈信号，对离散化的反馈信号与参考电压源给定的参考电压进行比较，并将二者差值进行放大，输出误差放大信号。
作为优选，所述放大电路为电压型放大电路，包括输入电阻、电压型运放、参考电压源和补偿电容。输入电阻的一端接所述开关网络的输出，输入电阻的另一端接所述电压型运放的负输入端，参考电压源的正端接所述电压型运放的正输入端，参考电压源的负端接地，补偿电容的一端接所述电压型运放的负输入端，补偿电容的另一端接电压型运放的输出。
作为优选，所述放大电路为电流型放大电路，包括跨导型运放、参考电压源和补偿电容。跨导型运放的负输入端接所述开关网络的输出，参考电压源的正端接所述跨导型运放的正输入端，参考电压源的负端接地，补偿电容的一端接跨导型运放的输出端，补偿电容的另一端接地。
作为优选，还包括滤波器，所述滤波器串接于所述开关网络的输出与放大电路之间，对开关网络输出的离散化的反馈信号进行滤波之后送入放大电路；所述滤波器为电阻和电容构成的RC滤波器。
作为优选，所述PFC变换器输出反馈信号为PFC变换器的输出电压的采样信号。
作为优选，所述PFC变换器输出反馈信号为PFC变换器的输出电流的采样信号或者能反映输出电流的采样信号。
本发明的原理在于：
开关网络的第一开关和第二开关交替导通。当第一开关导通时，PFC变换器输出反馈信号经第一开关连通后和参考电压进行比较，二者之间的差值经补偿电容放大产生误差放大信号。当第二开关导通时，开关网络的输出经第二开关与参考电压源连通，因此开关网络输出与参考电压之间差值为零，补偿电容两端电压保持不变，即误差放大信号保持不变。由此，误差放大信号呈阶梯式上升或下降。因此，只要选取合适的脉冲源的脉宽，即可在较小的补偿电容值情况下获得与现有技术相同或相仿的系统带宽。
本发明相对现有技术的有益效果在于：本发明的误差放大电路，既可用电压型运放实现，又可用跨导型运放实现，可有效减小补偿电容，实现补偿电容的片内集成，并且不会影响系统的稳定性和动态性能。
附图说明
图1示出一种现有技术的PFC变换器的控制环路简化图；
图2示出本发明的误差放大电路第一示意图；
图3示出本发明的误差放大电路第二示意图；
图4示出本发明的误差放大电路工作时内部信号的示意图；
图5示出本发明的误差放大电路第三示意图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明做详细的描述。通过对本发明具体实施例的描述，可以更加易于理解本发明的特征和细节。本文没有详细描述公知的实施方式和操作手段，以免混淆本发明的各种技术实施方案，但是，对本领域的技术人员而言，缺乏一个或者多个具体的细节或者组件，不影响对本发明的理解以及实施。
本说明书所述的“实施例”或者“一个实施例”是指结合实施例描述的包含在本发明的至少一个实施例中的具体特征、结构、实施方式和特点。因此，在说明书不同地方提到“在一个实施例中”时，未必指的是同一个实施例。这些特征，结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或多个实施例中。
图2是本发明的误差放大电路第一示意图。所述误差放大电路400包括开关网络200和放大电路201。
所述开关网络200包括第一开关301、第二开关302、脉冲源303和反相器304，第一开关301的一端接收PFC变换器输出反馈信号300，第一开关301的另一端接第二开关302的一端作为开关网络200的输出端，第二开关302的另一端接放大电路201的参考电压源202的正端，脉冲源303的输出接第一开关301的控制端，脉冲源303经反相器304后的输出端接第二开关302的控制端。所述脉冲源303输出为高频脉冲信号，控制第一开关301和第二开关302交替导通，输出离散化的反馈信号。
所述放大电路201包括输入电阻204、电压型运放203、参考电压源202和补偿电容205。输入电阻204的一端接所述开关网络200的输出端，输入电阻204的另一端接电压型运放203的负输入端，参考电压源202的正端接电压型运放203的正输入端，参考电压源202的负端接地，补偿电容205的一端接电压型运放203的负输入端，补偿电容205的另一端接电压型运放203的输出。
开关网络200的第一开关301和第二开关302在脉冲源303和反相器304的控制下交替导通。当第一开关301导通时，PFC变换器输出反馈信号300经第一开关301连通后和参考电压源202进行比较，二者之间的差值加在输入电阻204上产生补偿电流对补偿电容203进行充电或放电，使得电压型运放203输出端产生的误差放大信号Vcomp上升或者下降。当第二开关302导通时，开关网络200的输出端与参考电压源202短接，输入电阻204两端电压为零，补偿电容205两端电压保持不变，即误差放大信号Vcomp保持不变。由此，误差放大信号Vcomp呈阶梯式上升或下降。因此，只要选取合适的脉冲源202的脉宽，即可在较小的补偿电容值情况下获得与现有技术相同或相仿的环路带宽。
图3是本发明的误差放大电路第二示意图。所述误差放大电路400包括开关网络200和放大电路201。
所述开关网络200包括第一开关301、第二开关302、脉冲源303和反相器304，第一开关301的一端接收PFC变换器输出反馈信号300，第一开关301的另一端接第二开关302的一端作为开关网络200的输出端，第二开关302的另一端接放大电路201的参考电压源202的正端，脉冲源303的输出接第一开关301的控制端，脉冲源303经反相器304后的输出端接第二开关302的控制端。所述脉冲源303输出为高频脉冲信号，控制第一开关301和第二开关302交替导通，输出离散化的反馈信号。
所述放大电路201包括跨导型运放206、参考电压源202和补偿电容205。跨导型运放206的负输入端接所述开关网络200的输出端，参考电压源202的正端接电压型运放203的正输入端，参考电压源202的负端接地，补偿电容205的一端接跨导型运放206的负输入端，补偿电容205的另一端接地。
开关网络200的第一开关301和第二开关302在脉冲源303和反相器304的控制下交替导通。当第一开关301导通时，PFC变换器输出反馈信号300经第一开关301连通后和参考电压源202进行比较，二者之间的差值通过跨导型运放206输出电流对补偿电容203进行充电或放电，使得跨导型运放206输出端的产生的误差放大信号Vcomp上升或者下降。当第二开关302导通时，开关网络200的输出端与参考电压源202短接，跨导型运放206输出电流为零，补偿电容205两端电压保持不变，即误差放大信号Vcomp保持不变。由此，误差放大信号Vcomp呈阶梯式上升或下降。因此，只要选取合适的脉冲源202的脉宽，即可在pF级的补偿电容值情况下获得与现有技术相同或相仿的环路带宽。
图4示意性说明本发明的误差放大电路400工作时内部信号的示意图，图中信号不一定按比例绘制。横坐标表示递增时间，纵坐标表示信号的值。标号601为脉冲源303输出的脉冲信号，标号602为PFC变换器输出反馈信号300，标号603为开关网络200输出的离散化的反馈信号，标号604为放大电路201输出的误差放大信号Vcomp，VDC为参考电压源的幅值。
如图5所示的本发明的误差放大电路第三示意图所示，本发明的误差放大电路400还可以在开关网络200的输出与放大电路201之间插入一滤波器。当PFC变换器输出反馈信号300的波动幅值较大时，所述滤波器可以降低离散化的反馈信号的变化幅值。优选的，所述低通滤波器500为电阻501和电容502构成的RC滤波器。
本发明的误差放大电路400可以用于PFC变换器的输出电压控制器以实现变换器输出恒压，或者用于PFC变换器的输出电流控制器以实现输出恒流，因此PFC变换器输出反馈信号300可以是PFC变换器输出电压的采样信号，也可以是PFC变换器输出电流的采样信号或者是能间接反映PFC变换器输出电流的采样信号，如电感电流采样信号等。
本发明实施例的上述详细说明并不是穷举的或者用于将本发明限制在上述明确的形式上。在上述以示意性目的说明本发明的特定实施例和实例的同时，本领域技术人员将认识到可以在本发明的范围内进行各种等同修改。
本发明这里所提供的启示并不是必须应用到上述系统中，还可以应用到其它系统中。可将上述各种实施例的元件和作用相结合以提供更多的实施例。
可以根据上述详细说明对本发明进行修改，在上述说明描述了本发明的特定实施例并且描述了预期最佳模式的同时，无论在上文中出现了如何详细的说明，也可以许多方式实施本发明。上述电路结构及其控制方式的细节在其执行细节中可以进行相当多的变化，然而其仍然包含在这里所公开的本发明中。
如上述一样应当注意，在说明本发明的某些特征或者方案时所使用的特殊术语不应当用于表示在这里重新定义该术语以限制与该术语相关的本发明的某些特定特点、特征或者方案。总之，不应当将在随附的权利要求书中使用的术语解释为将本发明限定在说明书中公开的特定实施例，除非上述详细说明部分明确地限定了这些术语。因此，本发明的实际范围不仅包括所公开的实施例，还包括在权利要求书之下实施或者执行本发明的所有等效方案。
在下面以某些特定权利要求的形式描述本发明的某些方案的同时，发明人仔细考虑了本发明各种方案的许多权利要求形式。因此，发明人保留在提交申请后增加附加权利要求的权利，从而以这些附加权利要求的形式追述本发明的其它方案。

Claims (7)

1.一种PFC变换器误差放大电路，其特征在于：包括开关网络和放大电路；
开关网络，接收PFC变换器输出反馈信号以及参考电压源给定的参考电压，输出离散化的反馈信号；
所述开关网络包括第一开关、第二开关、脉冲源和反相器，第一开关的一端接收PFC变换器输出反馈信号，第一开关的另一端接第二开关的一端作为开关网路的输出，第二开关的另一端接放大电路的参考电压源正端，脉冲源输出接第一开关的控制端和反相器的输入端，反相器的输出端接第二开关的控制端；所述脉冲源输出为高频脉冲信号，控制第一开关和第二开关交替导通，所述开关网络在第一开关导通时，离散化的反馈信号幅值等于PFC变换器输出反馈信号，第二开关导通时，离散化的反馈信号幅值等于参考电压值；
放大电路，接收开关网络输出的离散化的反馈信号，对离散化的反馈信号与参考电压源给定的参考电压进行比较，并将二者差值进行放大，输出误差放大信号。
2.根据权利要求1所述的一种PFC变换器误差放大电路，其特征在于：
所述放大电路为电压型放大电路，包括输入电阻、电压型运放、参考电压源和补偿电容；输入电阻的一端接所述开关网络的输出，输入电阻的另一端接所述电压型运放的负输入端，参考电压源的正端接所述电压型运放的正输入端，参考电压源的负端接地，补偿电容的一端接所述电压型运放的负输入端，补偿电容的另一端接电压型运放的输出。
3.根据权利要求1所述的一种PFC变换器误差放大电路，其特征在于：
所述放大电路为电流型放大电路，包括跨导型运放、参考电压源和补偿电容；跨导型运放的负输入端接所述开关网络的输出，参考电压源的正端接所述跨导型运放的正输入端，参考电压源的负端接地，补偿电容的一端接跨导型运放的输出端，补偿电容的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的一种PFC变换器误差放大电路，其特征在于：还包括滤波器，所述滤波器串接于所述开关网络的输出与放大电路之间，对开关网络输出的离散化的反馈信号进行滤波之后送入放大电路。
5.根据权利要求1所述的一种PFC变换器误差放大电路，其特征在于：所述PFC变换器输出反馈信号为PFC变换器的输出电压的采样信号。
6.根据权利要求1所述的一种PFC变换器误差放大电路，其特征在于：所述PFC变换器输出反馈信号为PFC变换器的输出电流的采样信号或者能反映输出电流的采样信号。
7.根据权利要求4所述的一种PFC变换器误差放大电路，其特征在于：所述滤波器为电阻和电容构成的RC滤波器。
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