CN113141111B - 升压电路的控制方法及控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种升压电路的控制方法及控制电路，将表征升压电路输出电压的电压采样信号和第一参考电压进行误差放大，得到补偿电压；采样升压电路的电感电流得到电感电流采样信号，根据所述电感电流采样信号、所述补偿电压、第一斜坡信号以及所述升压电路的开关时间获得第一电压信号；所述第一电压信号和所述第一斜坡信号进行比较获得到开关控制信号以驱动所述升压电路的主功率管。本发明能够获得较好的功率因素补偿和谐波抑制的效果。

Description

升压电路的控制方法及控制电路
技术领域
本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种升压电路的控制方法及控制电路。
背景技术
一般选择Boost电路作为前级PFC电路拓扑，其转换效率高，母线电容也能抑制和吸收雷击能量。根据功率等级和应用设计需求不同，Boost电路功率因素校正控制，通常针对区分为CCM连续模式的PFC控制和CRM临界控制。两种控制方式和策略上有极大的差异，一般会分别开发控制芯片，给用户开发和调试带来麻烦。同时，随着能效等级要求的不断提高，改善PFC电路轻载工作效率成为典型要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效的升压电路的控制方法及控制电路，用于解决现有技术存在的功率因素补偿和谐波抑制效果不理想的问题。
基于上述目的，本发明还提供一种升压电路的控制方法，将表征升压电路输出电压的电压采样信号和第一参考电压进行误差放大，得到补偿电压；采样升压电路的电感电流得到电感电流采样信号，根据所述电感电流采样信号、所述补偿电压、第一斜坡信号以及所述升压电路的开关时间获得第一电压信号；
所述第一电压信号和所述第一斜坡信号进行比较获得到开关控制信号以驱动所述升压电路的主功率管。
可选的，根据所述电感电流采样信号、补偿电压和第二参考电压，得到第一控制信号；
根据升压电路的开关时间、所述第二参考电压和所述第一斜坡信号得到第二控制信号；
根据所述第一控制信号和所述第二控制信号的乘积得到所述第一电压信号。
可选的，所述电感电流采样信号和所述补偿电压的比值为第一信号，根据所述第二参考电压与所述第一信号的差值，得到所述第一控制信号。
可选的，将主功率管导通期间以及同步整流管导通期间的第一斜坡信号在整个开关周期内做均值化处理得到第一信号；所述第一信号与1/2倍第二参考电压的比值作为所述第二控制信号。
可选的，所述第一斜坡信号的斜率保持不变，所述第一斜坡信号的峰值与开关周期成正比。
本发明还提供一种升压电路的控制电路，包括误差放大器和电感电流采样电路，所述误差放大器第一输入端接收输出电压采样信号，其第二输入端接收第一参考电压，输出补偿电压；所述电感电流采样电路采样电感电流，得到电感电流采样信号，所述控制电路还包括：
第一电压信号产生电路，接收所述电感电流采样信号和第一斜坡信号，并根据升压电路的开关时间，输出第一电压信号；
比较器，将所述第一电压信号和所述第一斜坡信号进行比较，输出开关控制信号，以控制升压电路的主功率管。
可选的，所述第一电压信号产生电路还包括：
第一控制电路，接收所述补偿电压、所述电感电流采样信号和第二参考电压，输出第一控制信号；
第二控制电路，接收第二参考电压和所述第一斜坡信号，输出第二控制信号；
乘法器，将所述第一控制信号和所述第二控制信号做乘法，得到所述第一电压信号。
可选的，所述第一控制电路包括第一除法器和减法器，所述第一除法器将电感电流采样信号和所述补偿电压做除法，得到第一信号；所述减法器将第一信号和第二参考电压做减法得到所述第一控制信号。
可选的，所述第二控制电路包括低通滤波电路和第二除法器，所述低通滤波电路接收所述第一斜坡信号，所述低通滤波电路输出低通滤波信号；所述第二除法器将所述低通滤波信号与1/2倍第二参考电压的做除法得到所述第二控制信号。
可选的，所述低通滤波电路包括第一低通滤波器和第二低通滤波器，所述第一低通滤波器接收所述第一斜坡信号，输出第一滤波信号；在主功率管以及同步整流管导通阶段，所述第二滤波器接收所述第一滤波信号，在主功率管以及同步整流管均关断阶段，所述第二滤波器接收低电平信号，所述第二滤波器输出所述低通滤波信号。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明的升压电路控制策略，在不同的工作模式下，如连续导通模式、临界导通模式或者断续导通模式下，都能适用，都能够实现较好的功率因素补偿和谐波抑制效果。
附图说明
图1为本发明升压电路的控制电路原理图；
图2为本发明第一控制电路原理图；
图3为本发明第二控制电路原理图；
图4为本发明低通滤波电路原理图；
图5为本发明低通滤波电路波形图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明根据升压电路伏秒平衡关系，可得式1：Vin*D1＝(Vo-Vin)*D2，进一步可得式2：Re*<iL>＝Vin＝Vo*D2/(D1+D2)，赋值
Figure BDA0003032284560000051
进一步可得式3：
Figure BDA0003032284560000052
根据该公式设计升压电路的控制电路，以获得理想的功率因素补偿和谐波抑制效果。以上<iL>为电感电流平均值，Re为输入等效阻抗，这里的输入等效阻抗可在某一个范围内。
如图1所示，示意了本发明升压电路的控制电路原理图，设计一个控制电路得到与第一斜坡信号进行比较调制的第一电压信号Vdc，已知第一斜坡信号的峰值为Vs，则有式4：D1＝Ton/Ts＝Vdc/Vs。图1中包括误差放大器U00、第一控制电路U01、第二控制电路U02，乘法器U03和比较器U04。误差放大器U00接收输出电压采样信号Vo_cs和第一参考电压Vref1，输出补偿电压Vcomp；第一控制电路U01接收电感电流采样信号Vcs、补偿电压Vcomp和第二参考电压Vref2，输出第一控制信号Vc1；第二控制电路U02接收第一斜坡信号Vramp和第二参考电压Vref2，输出第二控制信号。所述乘法器U03将第一控制信号Vc1和第二控制信号Vc2相乘得到第一电压信号Vdc；比较器U04将第一电压信号Vdc和第一斜坡信号Vramp进行比较，输出开关控制信号Vcc以驱动主功率管M0。根据式3设计第一控制电路U01和第二控制电路U02，使得：
Figure BDA0003032284560000061
综上，设计得到的Vdc关系式与式4关系式一致，符合设计需求。其中，<iL>为电感电流平均值，Rcs为电流采样电阻，Vcs为电感电流采样信号，D1为功率管导通时间和开关周期的比值，D2为同步整流管D0导通时间和开关周期的比值，<Vramp>为第一斜坡信号的平均值，Vs为第一斜坡信号的峰值。根据以上分析设计第一控制电路原理图和第二电路原理图分别如图2和图3所示。
如图2所示，示意了本发明第一控制电路原理图，包括第一除法器U101和乘法器U102，第一除法器U101将电感电流采样信号Vcs和补偿电压做除法，得到第一信号V1＝Vcs/Vcomp；减法器U102将第一信号V1与第二参考电压Vref2做减法，得到第一控制信号Vc1＝Vref2-Vcs/Vcomp，即按照以上分析设计完成。
如图3所示，示意了本发明第二控制电路原理图，包括低通滤波电路U201和第二除法器U202，所述低通滤波电路U201接收第一斜坡信号Vramp并进行滤波得到第二信号V2，第二除法器U202将第二信号V2和第二参考电压的一半Vref2/2进行相除得到第二控制信号Vc2。在主功率管M0或者同步整流管D0导通时，所述低通滤波电路U201输入第一斜坡信号Vramp,在主功率管M0和同步整流管D0均关断时，所述低通滤波电路U201输入端接地，即相当于在整个开关周期内，对在主功率管M0或同步整流管D0导通期间的对第一斜坡信号Vramp做均值，即
V2＝<Vramp>*(Ton+Ton’)/Ts＝<Vramp>*(D1+D2)。
如图4所示，示意了低通滤波电路的原理图，包括两个RC滤波电路，第一RC滤波电路包括相串联的电阻R201和电容C201，第二个RC滤波电路包括相串联的电阻R202和电容C202，电阻R201和电容C201公共连接端通过开关k1和第二RC滤波电路的输入端连接。第一RC电路接收第一斜坡信号Vramp，在主功率管M0或者同步整流管D0导通期间即Ton和Ton’期间，开关k1导通；在主功率管M0和同步整流管D0均关断期间即Toff时间，第二RC滤波电路输入端接地，电阻R202和电容C202的公共连接端输出第二信号V2。对应的波形图如图5所示，图中Vramp为写第一斜坡信号的波形，V201为第一斜坡信号经RC滤波器滤波后的波形，V2为输出第二信号波形。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种升压电路的控制方法，将表征升压电路输出电压的电压采样信号和第一参考电压进行误差放大，得到补偿电压；采样升压电路的电感电流得到电感电流采样信号，其特征在于：
根据所述电感电流采样信号、所述补偿电压、第一斜坡信号以及所述升压电路的开关时间获得第一电压信号；
所述第一电压信号和所述第一斜坡信号进行比较获得到开关控制信号以驱动所述升压电路的主功率管；
根据所述电感电流采样信号、所述补偿电压和第二参考电压，得到第一控制信号；
根据升压电路的开关时间、所述第二参考电压和所述第一斜坡信号得到第二控制信号；
根据所述第一控制信号和所述第二控制信号的乘积得到所述第一电压信号。
2.根据权利要求1所述的升压电路的控制方法，其特征在于：所述电感电流采样信号和所述补偿电压的比值为第一信号，根据所述第二参考电压与所述第一信号的差值，得到所述第一控制信号。
3.根据权利要求1所述的升压电路的控制方法，其特征在于：将主功率管导通期间以及同步整流管导通期间的第一斜坡信号在整个开关周期内做均值化处理得到第一信号；所述第一信号与1/2倍第二参考电压的比值作为所述第二控制信号。
4.根据权利要求1所述的升压电路的控制方法，其特征在于：所述第一斜坡信号的斜率保持不变，所述第一斜坡信号的峰值与开关周期成正比。
5.一种升压电路的控制电路，包括误差放大器和电感电流采样电路，所述误差放大器第一输入端接收输出电压采样信号，其第二输入端接收第一参考电压，输出补偿电压；所述电感电流采样电路采样电感电流，得到电感电流采样信号，其特征在于，还包括：
第一电压信号产生电路，接收所述电感电流采样信号、所述补偿电压和第一斜坡信号，并根据升压电路的开关时间，输出第一电压信号；
比较器，将所述第一电压信号和所述第一斜坡信号进行比较，输出开关控制信号，以控制升压电路的主功率管；
所述第一电压信号产生电路还包括：
第一控制电路，接收所述补偿电压、所述电感电流采样信号和第二参考电压，输出第一控制信号；
第二控制电路，接收第二参考电压和所述第一斜坡信号，输出第二控制信号；
乘法器，将所述第一控制信号和所述第二控制信号做乘法，得到所述第一电压信号。
6.根据权利要求5所述的升压电路的控制电路，其特征在于：所述第一控制电路包括第一除法器和减法器，所述第一除法器将所述电感电流采样信号和所述补偿电压做除法，得到第一信号；所述减法器将第一信号和第二参考电压做减法得到所述第一控制信号。
7.根据权利要求5所述的升压电路的控制电路，其特征在于：所述第二控制电路包括低通滤波电路和第二除法器，所述低通滤波电路接收所述第一斜坡信号，所述低通滤波电路输出低通滤波信号；所述第二除法器将所述低通滤波信号与1/2倍第二参考电压的做除法得到所述第二控制信号。
8.根据权利要求7所述的升压电路的控制电路，其特征在于：所述低通滤波电路包括第一低通滤波器和第二低通滤波器，所述第一低通滤波器接收所述第一斜坡信号，输出第一滤波信号；在主功率管以及同步整流管导通阶段，所述第二滤波器接收所述第一滤波信号，在主功率管以及同步整流管均关断阶段，所述第二滤波器接收低电平信号，所述第二滤波器输出所述低通滤波信号。
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