CN116015044A - 无桥功率因数校正电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无桥功率因数校正电路及其控制方法，所述无桥功率因数校正电路包括第一桥臂、第二桥臂和第一电感，所述第一桥臂的中间节点和所述第二桥臂的中间节点之间连接交流输入电源和所述第一电感，所述第一桥臂包括相连的上管和下管；获取第一时间，所述第一时间为第一电感电流从谷底电流上升到零电流的时间；当所述第一电感充电时间达到两倍的第一时间时，将补偿信号和斜坡信号进行比较，当所述斜坡信号上升到所述补偿信号时，通过控制所述上管和所述下管的开关状态来控制所述第一电感充电结束。本发明改善了电感的负向电流对电路的影响，降低了输入电流的THD，提高了系统的输出效率。

Description

无桥功率因数校正电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种无桥功率因数校正电路及其控制方法。

背景技术

传统有桥Boost PFC电路中由于有整流桥的存在，通态损耗较大，不适用于中大功率场合的应用，而图腾柱无桥Boost PFC电路可以减少通态损耗并提高效率。随着市场对高效率、高功率密度需求的增加，图腾柱无桥BoostPFC电路取代传统有桥BoostPFC电路已经成为了一种趋势。然而对于Boost电路，在BCM控制模式下，当电感电流过零，续流管关断后，主管的结电容、续流管的结电容和Boost电感会产生谐振，这种谐振的振幅取决于输入电压瞬时值Vin和输出电压Vo之间的大小关系。当Vin<Vo/2，主管的结电容完全放电，主管实现零电压(ZVS)导通；当Vin>Vo/2，主管结电容两端电压最低为2Vin-Vo，无法实现ZVS导通，在高输入电压条件、高频、大功率应用场合下会导致主管产生较大的开通损耗。

为解决上述问题，目前部分图腾柱无桥Boost PFC应用引入了一种新型的三角电流控制模式(TCM)，如图1所示。在该控制模式下，电感电流过零时续流管仍保持开通态，待电感电流降到一个负的阈值，续流管才完成关断。这个额外产生的负向电感电流在死区时间内使得主管结电容内存储的电荷完全泄放，主管结电容两端的电压降为0，主管在全输入电压范围内均能够实现ZVS开通。

但由于开关驱动延时等影响，从检测电感电流达到负向阈值到续流管真正关断，中间存在一定延时。这段延时包含驱动延时以及部分死区，这段延时在全工频周期内为定值。而相同的延时条件下，电感电流最终达到的负向阈值的绝对值随着输入电压的降低而增大，使输入电压较小时对应的输入电流值进一步降低，同样增加输入电流的总谐波失真(THD)，降低系统效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效的无桥功率因数校正电路及其控制方法，用以解决现有TCM负电流控制方案中存在的系统性延迟对电路的影响问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种无桥功率因数校正电路的控制方法，所述无桥功率因数校正电路包括第一桥臂、第二桥臂和第一电感，所述第一桥臂的中间节点和所述第二桥臂的中间节点之间连接交流输入电源和所述第一电感，所述第一桥臂包括相连的上管和下管，所述上管和所述下管的连接端与所述第一电感连接，其公共连接端为开关节点，

获取第一时间，所述第一时间为第一电感电流从谷底电流上升到零电流的时间；

当所述第一电感充电时间达到两倍的第一时间时，将补偿信号和斜坡信号进行比较，当所述斜坡信号上升到所述补偿信号时，通过控制所述上管和所述下管的开关状态来控制所述第一电感充电结束。

可选的，获取所述第一电感电流从零电流下降到谷底电流的第二时间，在第二时间段内，对所述第一电感两端电压进行伏秒积分获得第一积分信号；

在所述第一电感充电阶段，根据所述第一积分信号和所述第一电感两端的电压获得所述第一时间。

可选的，获取延时时间，所述第一电感电流下降到负向阈值并经所述延时时间后表征所述第一电感电流下降到谷底电流，得到所述第二时间。

可选的，设置第一开关管，所述第一开关管源极连接所述开关节点，所述第一开关管栅极接收驱动电压；

在交流输入电源不同的正、负半波周期中，当所述开关节点电压达到相应阈值时，检测到所述第一开关管导通，表征所述第一电感电流下降到谷底电流，得到所述第二时间。

可选的，设置第一电阻和第二电容，所述第二电容第一端连接所述开关节点，所述第二电容第二端连接所述第一电阻第一端，所述第一电阻第二端接地，获取所述第一电阻电压的绝对值得到所述开关节点电压的变化率，当所述变化率达到第一阈值时，表征第一电感电流下降到谷底电流，得到所述第二时间。

可选的，获取表征所述开关节点电压的第一采样信号，并得到所述第一采样信号的变化量或者变化率；

在交流输入电源不同的正、负半波周期中，当所述第一采样信号、所述第一采样信号的变化量或者所述第一采样信号的变化率达到相应的阈值时，表征所述第一电感电流下降到谷底电流，得到所述第二时间。

可选的，设置辅助绕组，所述辅助绕组和所述第一电感耦合，获取所述辅助绕组上的电信号以获得所述第一采样信号。

可选的，获取所述第一电感电流下降到谷底电流的时刻并开始计时，当采样到所述第一电感电流上升到零电流时结束计时，以获得所述第一时间。

可选的，在无桥功率因数校正电路的母线低侧边设置采样电阻，所述采样电阻第一端连接对地端，其第二端连接输出低电位端；通过获取所述采样电阻上的电压来采样得到所述第一电感电流。

本发明还提供一种无桥功率因数校正电路，所述无桥功率因数校正电路包括第一桥臂、第二桥臂和第一电感，所述第一桥臂的中间节点和所述第二桥臂的中间节点之间连接交流输入电源和所述第一电感，所述第一桥臂包括相连的上管和下管，所述上管和所述下管的连接端与所述第一电感连接，其公共连接端为开关节点，还包括，

时间获得电路，获取两倍的第一时间，所述第一时间为第一电感电流从谷底电流上升到零电流的时间；

斜坡产生电路，当第一电感充电时间达到两倍的第一时间时，产生斜坡信号；

运算放大器，将输出反馈信号和参考信号进行误差放大，获得补偿信号；

第一比较器，将所述补偿信号和所述斜坡信号进行比较，当所述斜坡信号达到所述补偿信号时，通过控制所述上管和所述下管的开关状态控制所述第一电感充电结束。

可选的，所述时间获得电路包括第一电容、充电控制电路和放电控制电路，在所述第一电感放电阶段，从第一电感电流下降到零电流时刻开始，所述充电控制电路控制所述第一电容充电，所述第一电感电流下降到谷底电流时，所述充电控制电路控制所述第一电容充电截止，所述第一电容的充电电流表征所述第一电感两端电压；在所述第一电容充电截止时，所述放电控制电路控制所述第一电容放电，所述第一电容的放电电流表征第一电感两端电压的1/2倍，当所述第一电容电压达到零电压时，表征第一电感充电时间达到两倍的第一时间。

可选的，所述充电控制电路包括，

第一比较器，在第一电感放电阶段，所述第一比较器将第一电感电流与零电流进行比较，当所述第一电感电流下降到零电流时控制所述第一电容充电；

复位信号产生电路，在所述第一电感电流下降到谷底电流时，产生复位信号，控制所述第一电容充电截止。

可选的，所述复位信号产生电路包括，

第二比较器，将所述第一电感电流与负向阈值进行比较；

延时电路，当所述第一电感电流下降到所述负向阈值时，所述延时电路使能，并在延时时间后表征所述第一电感电流下降到谷底电流，产生所述复位信号。

可选的，所述复位信号产生电路包括第一开关管，所述第一开关管源极连接所述开关节点，所述第一开关管栅极接收驱动电压；交流输入电源在不同的正、负半波周期中，当所述开关节点电压达到相应阈值时，检测到所述第一开关管导通，表征所述第一电感电流下降到谷底电流，产生所述复位信号。

可选的，所述复位信号产生电路包括第一电阻和第二电容，所述第二电容第一端连接所述开关节点，所述第二电容第二端连接所述第一电阻第一端，所述第一电阻第二端接地，获取所述第二电容和所述第一电阻连接端的电压得到所述开关节点电压的变化率，当所述变化率达到相应的阈值时，表征第一电感电流下降到谷底电流，产生所述复位信号。

可选的，所述复位信号产生电路获取表征开关节点电压的第一采样信号，

在交流输入电源不同的正、负半波周期中，当所述第一采样信号、所述第一采样信号的变化量或者所述第一采样信号的变化率达到相应的阈值时表征第一电感电流下降到谷底电流，产生所述复位信号。

可选的，所述复位信号产生电路包括辅助绕组，所述辅助绕组与所述第一电感耦合，通过获取所述辅助绕组上的电信号获得所述第一采样信号。

可选的，所述复位信号产生电路包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻串联组成串联电路，所述串联电路第一端连接所述开关节点，其第二端接地，获取所述第一分压电阻和所述第二分压电阻两端的电压得到所述第一采样信号。

可选的，所述导通时刻获得电路获取所述第一电感电流下降到谷底电流的时刻并开始计时，当采样到所述第一电感电流上升到零电流时结束计时，获得所述第一时间。

可选的，还包括采样电阻，所述采样电阻设置在低侧母线上，所述采样电阻第一端连接对地端，其第二端连接输出低电位端；通过获取所述采样电阻上的电压来采样得到所述第一电感电流。

与现有技术相比，本发明之技术方案具有以下优点：本发明在所述第一电感充电时间达到两倍的第一时间时，将补偿信号和斜坡信号进行比较，当所述斜坡信号上升到所述补偿信号时，通过控制所述上管和所述下管的开关状态来控制所述第一电感充电结束；所述第一时间为第一电感电流从谷底电流上升到零电流的时间。本发明对采用TCM控制产生的负向电流进行了精确的补偿，降低了输入电流的THD，提高了系统的效率。

附图说明

图1为无桥PFC电路TCM控制的工作波形图；

图2为本发明无桥PFC电路原理图；

图3为本发明无桥PFC电路控制方法下的波形图；

图4为本发明开关控制模块电路原理图；

图5为本发明充电时间获得电路原理图；

图6为本发明复位信号产生电路实施例一原理图；

图7为本发明复位信号产生电路实施例二原理图；

图8为本发明复位信号产生电路实施例三原理图；

图9为本发明复位信号产生电路实施例四原理图；

图10为本发明复位信号产生电路实施例五原理图；

图11为本发明复位信号产生电路实施例六原理图；

图12为本发明复位信号产生电路实施例七原理图；

图13为本发明无桥PFC电路的工作波形图；

图14为本发明无桥PFC电路的输入电流波形图。

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，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图2所示，示意了一种图腾柱型无桥PFC校正电路，EMI滤波器、第一电感L1、第一桥臂、第二桥臂、输出电容C00和负载，EMI滤波器连接交流输入电源Vin两端，第一电感L1第一端连接EMI滤波器的第一输出端，第一电感L1第二端连接第一桥臂，第一电感L1和第一桥臂的连接节点为开关节点SW，EMI滤波器第二输出端连接第二桥臂，第一桥臂和第二桥臂并联连接，输出电容C00和负载并联在输出端；其中，第一桥臂包括高频开关管之第一下管M1和第一上管M2，第一下管M1和第一上管M2的连接节点为第一桥臂的中间节点也即开关节点，第二桥臂包括工频(50Hz)开关管之第二上管M3和第二下管M4，第二上管M3和第二下管M4的连接节点为第二桥臂的中间节点；该无桥PFC校正电路的工作模态如下：输入电压Vin为正时，第一下管M1和第二下管M4导通时，第一电感L1充电，电感电流上升，输入电源L端→第一电感L1→第一下管M1→第一下管M4→输入电源N端依次构成充电回路；第一上管M2和第二下管M4导通时，第一电感L1放电给负载，第一电感L1续流，电感电流下降，输入电源L端→第一电感L1→第一上管M2→负载→第二下管M4→输入电源N端依次构成续流回路；输入电压Vin为负时，第一上管M2和第二上管M3导通时，第一电感L1充电，电感电流上升，输入电源N端→第二上管M3→第一上管M2→第一电感L1→输入电源L端依次构成充电回路；第一下管M1和第二上管M3导通时，第一电感L1放电给负载，第一电感L1续流，电感电流下降，输入电源N端→第二上管M3→负载→第一下管M1→第一电感L1→输入电源L端依次构成续流回路；

根据上述的开关模态分析可知，输入电压Vin为正时，第二下管M4常通，第一下管M1为主开关管，第一上管M2为续流管，通过控制第一下管M1和第一上管M2的通断来控制第一电感L1的充放电；输入电压Vin为负时，第二上管M3常通，第一上管M2为主开关管，第一下管M1为续流管，通过控制第一下管M1和第一上管M2的通断来控制第一电感L1的充放电，并可知第一下管M1和第一上管M2为高频开关管，互补导通，第二上管M3和第二下管M4为频率50Hz的工频开关管；

该无桥PFC校正电路还包括开关控制模块、采样电阻Rcs、分压电路R1和R2，采样电阻Rcs如图所示连接在低端母线上，其第一端连接系统地，另一端连接负载及电容，获取采样电阻Rcs上电压得到表征电感电流的采样信号Isns，分压电阻R1和R2串联后和负载并联，分压电阻R1和R2连接端的电压FB为表征输出电压的反馈电压；开关控制模块接收输入电压Vin、反馈电压FB和电感电流采样信号Isns，输出开关控制信号VG1、VG2、VG3和VG4依次控制开关管M1-M4的通断，本发明通过控制开关管的通断来控制第一电感L1的充放电，实现输入输出的转换；

具体的，以输入电压Vin在半周周期为例，在电感电流临界模式(BCM)下，有式(1)：Ipeak＝Vin*Ton/L，式(2)：Iin＝1/2*Ipeak＝Vin*Ton/2L，由上式可知，输入电流Iin和输入电压Vin成正比时输入电流Iin总谐波失真较小；对于三角电流模式(TCM)，参照图3所示，满足式(3)：Iin＝1/2*(Ipeak-A)，式(4)：Ipeak＝Vin*(t1+t3)/L，式(5)：A＝Vin*t1/L，由式(3)、(4)和(5)得到式(6)：

其中，A为谷底电流的绝对值，根据以上分析可知，在TCM控制模式下，要使得输入电流Iin与输入电压Vin仍成正比，时间t3为常数即可，因此设计t3为恒导通模式下的导通时间，即t3时间段采用恒导通控制，可实现TCM模式下的输入电流总谐波失真较小，具体的控制方法参见图3示意的波形图。

如图3所示，示意了本发明无桥PFC电路控制方法下的波形图，当第一电感L1放电时，获取从谷底电流上升到零电流的第一时间t1，当第一电感L1充电时间达到两倍的第一时间t1时，即电感电流上升到A时，产生斜坡信号Vramp，当斜坡信号Vramp上升到补偿信号Vcomp时，控制第一电感L1充电结束，电感电流上升到峰值电流Ipeak，其中补偿信号Vcomp根据输出反馈信号FB和参考信号误差放大得到；获取第一时间t1的一种优选方式为：先获取电感电流从零点流下降到谷底电流-A的第二时间t2，再根据伏秒平衡原理得到第一时间t1，具体的，第一电感L1充电时，第一电感L1两端的电压为Vin；第一电感L1放电时，第一电感L1两端的电压为Vo-Vin，

根据伏秒平衡关系式可得式(7)：A＝(Vo-Vin)*t2＝Vin*t1，在获取第二时间t2、输入电压Vin和输出电压Vo后可算出第一时间t1，输入电压Vin和输出电压Vo电压可通过采样得到，第二时间t2获取方法在下面会有详细说明；获取第一时间t2的另一种方式为，第一电感L1导通后，通过采样获得电感电流从谷底电流上升到零点流的第一时间t1。

如图4所示，示意了本发明开关控制模块电路原理图，包括时间获得电路U01、斜坡信号产生电路U02、误差放大器U03、比较器U04和逻辑控制电路U05，时间获得电路U01获取第一电感L1充电时间达到2倍的第一时间的时刻，在该时刻斜坡信号产生电路U02产生斜坡信号Vramp，误差放大器U03将参考信号Vref和输出反馈信号FB误差放大得到补偿信号Vcomp，比较器U04将补偿信号Vcomp和斜坡信号Vramp进行比较，当斜坡信号Vramp上升到补偿信号Vcomp时，控制第一电感L1充电结束，即在交流输入电源正半周时，控制开关管M1和M3关断，开关管M2和M4导通，在交流输入电源负半周时，开关管M2和M4关断，控制开关管M1和M3导通。

如图5所示，示意了本发明时间获得电路的电路原理图，根据式(7)所示的伏秒平衡关系式设计得到，包括充电控制电路、第一电容Cs1、放电控制电路和比较器U107，充电控制电路以表征第一电感两端电压(Vo-Vin)的电流给第一电容Cs1的充电，充电时间为第一电感电流从零点流下降到谷值电流的第二时间t2，第一电容Cs1上电压Vc从零电压上升到峰值电压，第一电容电压Vc表征Vo-Vin在第二时间t2段内的积分；在第一电容Cs1充电结束后，放电控制电路以表征1/2倍第一电感两端电压(1/2Vin)的电流给第一电容Cs1放电，第一电容电压Vc放电到0时，满足(Vo-Vin)*t2＝(1/2Vin)t1’＝(1/2Vin)*2*t1，得到放电时间t1’＝2*t1；比较器U107将第一电容Cs1上电压Vc与零电压进行比较，当第一电容电压Vc从峰值电压放电到零电压时，表明第一电感L1充电时间达到2倍的第一时间t1；

具体的，充电控制电路包括比较器U101、与门U103、复位信号产生电路U102、反相器U104、与门U105、电流源I1和触发器U106，比较器U101将第一电感电流的采样信号Vcs与零电位进行比较，与门U013接收比较器U101的输出信号和表征第一电感续流阶段的信号V_{GS_SR}；与门U105接收与门U103的输出信号和复位信号产生电路U102输出信号Reset的反向信号；在第一电感电流没有下降到谷底电流时，复位信号产生电路U102输出低电平信号，并经反相器U104输入给与门U105，在第一电感电流下降到谷底电流时，产生高电平的复位信号Reset；触发器U106置为端接收与门U105的输出信号，复位端接收复位信号产生电路U102的输出信号，输出触发信号Q；当第一电感电流为负电流即采样信号Vcs小于零电位，且第一电感工作在续流阶段时，与门103输出高电平信号，当第一电感电流没有下降到谷底电流时，复位信号产生电路U102输出低电平信号并经反相器U104反向输出高电平信号给与门U105，与门U105输出高电平信号给触发器U106，触发器U106输出高电平信号控制开关S0导通，电流源I1给第一电容Cs1充电，电流源I1输出电流表征第一电感两端电压Vo-Vin的大小；

具体的，放电控制电路包括二极管D0和电流源I2，二极管D0反向并联在第一电容Cs1两端，在充电控制电路结束对第一电容Cs1的充电时，开关S1导通，电流源I2导通，第一电容Cs1以电流源I2的输出电流，电流源I2的输出电流表征的第一电感两端电压的1/2倍即1/2Vin，当第一电容电压Vc放电到零时，表征第一电感L1的充电时间达到两倍的第一时间2*t1。

如图6所示，示意了本发明复位信号产生电路实施例一原理图，设计原理为：在三角电流控制中，设置电感电流负向阈值，当电感电流下降到负向阈值时，控制第一电感L1续流结束，但是由于驱动延时的原因，第一电感L1不会马上续流结束，而是会延时一段时间后，第一电感电流才会下降到谷底电流。具体电路包括：比较器U201和延时电路U202，比较器U201将第一电感电流采样信号Vcs和阈值信号Vcs_ref进行比较，当采样信号Vcs下降到阈值信号Vcs_ref时，控制延时电路U202使能；延时电路U202延时一段时间后表征第一电感电流下降到谷底电流，输出高电平复位信号控制触发器U106复位。实际应用中，容易对驱动延时时间的大小设置的不准确，造成补偿不精准，所以通常采用其他方式获取电感电流的谷底时刻。

如图7所示，示意了本发明复位信号产生电路实施例二原理图，采用MOS管的源极S与开关节点SW连接，其栅极G接收驱动电压，当第一电感电流下降到谷底电流时，开关节点电压达到相应的电位，使得MOS管栅源端电压VGS达到MOS管导通条件驱使MOS管导通，产生复位信号。具体的，包括开关管M301、开关管M302、开关管M301栅源两端电压连接的钳位电路、开关管M301栅源两端电压连接的钳位电路、比较器U302、和比较器U303和同或门U303，在交流输入电压大于0时，开关k301导通，比较器U303输出高电平信号，当第一电感电流下降到谷底电流时，开关管M301栅源电压VGS达到开启阈值，开关管M301导通，钳位电路将栅源两端电压钳位，电阻R301上产生压降，开关管漏极电压V_B-S1减小到阈值电压V_B-REF，比较器U302输出低电平信号，同或门U303输出高电平复位信号控制触发器U106复位；在交流输入电压小于0时，开关k302导通，比较器U303输出低电平信号，当第一电感电流下降到谷底电流时，开关管M301栅源电压VGS达到开启阈值，开关管M301导通，钳位电路将栅源两端电压钳位，电阻R302上产生压降，开关管漏极电压V_B-S1增加到阈值电压V_B-REF，比较器U302输出高电平信号，同或门U303输出高电平复位信号控制触发器U106复位。开关管M301为输入电压大于零时的第一开关管，开关M302为输入电压小于零时的第一开关管，输入电压在不同的正负半波周期中，通过检测第一开关管导通来判断第一电感电流下降到谷底电流。

如图8所示，示意了本发明复位信号产生电路实施例三原理图，采用分压采样得到开关节点SW的电压，在不同的正、负半波周期中，将开关节点电压分别与相应的阈值进行比较，当开关节点电压达到相应的阈值时，产生复位信号；电路原理图包括，分压电阻R401和R402，比较器U401和U402，同或门U403，分压电阻R401和R402串联后与开关节点SW连接，分压采样开关节点电压得到采样电压V401，比较器U401将采样电压V401和阈值电压Vref1进行比较，比较器U402将输入电压Vin和零电压进行比较器，同或门U403接收比较器U401和比较器U402的输出信号；当输入电源在正半周期时，比较器U402输出低电平信号，当开关节点电压下降到阈值电压Vref1时，表明第一电感电流下降到谷值电流，比较器U401输出低电平信号，同或门输出高电平复位信号控制触发器复位；输入电源在负半周时的工作原理类似，这里不做赘述，在不同的正、负半波周期中，阈值电压Vref1大小不同，根据输入电压Vin的正负分别设定。

如图9所示，示意了本发明复位信号产生电路实施例四原理图，包括电容C401、电阻R403、绝对值电路U404和比较器U405，电容C401第一端连接开关节点，其第二端连接电阻R401第一端，电阻R401第二端接地，电容C401和电阻R403连接端的电压经绝对值电路U404取绝对值得到电压V402，表征开关节点电压的变化率；比较器U405将电压V401与阈值电压Vref2进行比较，当电压V401达到阈值电压Vref2时，表征第一电感电流下降到谷底电流，产生复位信号控制触发器U106复位。输入电压Vin为正时，高频管M1为主开关管，开关节点电压为主开关管的漏源电压Vds；输入电压Vin为负时，高频管M1为续流管，开关节点电压为续流管的漏源电压Vds，不同的正、负半波周期送，开关节点电压变化率对应的阈值是相同的，其与第一电感电流IL波形的关系参见本发明说明书附图1。

如图10、11、12所示，分别示意了本发明复位信号产生电路的实施例五、六和七实施例原理图，采用辅助绕组AUX与第一电感L1耦合，通过辅助绕组上的电信号表征开关节点电压。图10、11、12分别采样得到辅助绕组电压Vaux、辅助绕组电压变化量和辅助绕组电压变化率，当辅助绕组电压或者辅助绕组电压变化率或者辅助绕组电压变化率达到相应阈值时，表征第一电感电流下降到谷值电流。图10包括分压电阻R501、R502、比较器U501、比较器U502和同或门U503，分压电阻采样辅助绕组电压得到采样电压Vaux，比较器U502将采样电压Vaux与阈值电压Vref3进行比较，比较器U501将输入电压Vin和零电压进行比较，同或门U503接收比较器U501和比较器U502的输出信号；当输入电源在正半周期时，比较器U501输出低电平信号，当采样电压Vaux下降到阈值电压Vref3时，比较器U501输出低电平信号，同或门输出高电平复位信号控制触发器复位；输入电源在负半周时的工作原理类似，这里不做赘述，在不同的正、负半波周期中，阈值电压Vref1大小不同，根据输入电压Vin的正负分别设定。图11包括变化量获取电路U601和比较器U602，变化量获取电路U601获取辅助绕组电压的变化量得到开关节点电压的变化量|ΔVaux|，比较器U602将该变化量|ΔVaux|和相应的阈值电压Vref4进行比较，当变化量|ΔVaux|达到相应的阈值电压Vref4时，表征第一电感电流下降到谷值电流，比较器U602产生高电平复位信号控制触发器U106复位。图12包括变化率获取电路U701和比较器U702，变化率获取电路U701获取辅助绕组电压的变化量得到开关节点电压的变化率|ΔVaux/Δt|，比较器U702将该变化率|ΔVaux/Δt|和相应的阈值信号Vref5进行比较，当变化率|ΔVaux/Δt|达到相应的阈值信号Vref5时，表征第一电感电流下降到谷值电流，比较器U702产生高电平复位信号控制触发器U106复位。

图13示意了本发明控制方法下的工作波形图，第一电感电流IL下降到零电流时，RS触发器U106置位，第一电容Cs1充电，第一电容电压V_Cs1上升，当第一电感电流下降到谷底电流时，第一电容电压V_Cs1上升到峰值电压，RS触发器复位，第一电容Cs1充电结束并开始放电，第一电容Cs1充电时间为第二时间t2；第一电感电流I_L从谷底电流上升时，第一电容Cs1放电，第一电容电压VCs1下降，当第一电容电压V_Cs1下降到零电压时，第一电感电流的充电时间达到2倍的第一时间t1，此时产生斜坡信号Vramp，当斜坡信号Vramp上升到补偿信号Vcomp时，第一电感电流充电结束，电感电流上升到峰值。

图14示意了本发明无桥PFC电路的输入电流波形图，图中实线为输入电流Iin波形，虚线为电感电流的包络线波形，如图所示，补偿前的波形为采取现有的常规控制技术下的波形，输入电流畸变大，THD较大；补偿后的波形为采取本发明控制方法下的波形，输入电流畸变小，THD小，补偿后的输入电流波形更接近正弦化，降低了负向电流的引入对系统的影响。

除此之外，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 (20)

1.一种无桥功率因数校正电路的控制方法，所述无桥功率因数校正电路包括第一桥臂、第二桥臂和第一电感，所述第一桥臂的中间节点和所述第二桥臂的中间节点之间连接交流输入电源和所述第一电感，所述第一桥臂包括相连的上管和下管，所述上管和所述下管的连接端与所述第一电感连接，其公共连接端为开关节点，其特征在于：

获取第一时间，所述第一时间为第一电感电流从谷底电流上升到零电流的时间；

当所述第一电感充电时间达到两倍的第一时间时，将补偿信号和斜坡信号进行比较，当所述斜坡信号上升到所述补偿信号时，通过控制所述上管和所述下管的开关状态来控制所述第一电感充电结束。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：获取所述第一电感电流从零电流下降到谷底电流的第二时间，在第二时间段内，对所述第一电感两端电压进行伏秒积分获得第一积分信号；

在所述第一电感充电阶段，根据所述第一积分信号和所述第一电感两端的电压获得所述第一时间。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：获取延时时间，所述第一电感电流下降到负向阈值并经所述延时时间后表征所述第一电感电流下降到谷底电流，得到所述第二时间。

4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：设置第一开关管，所述第一开关管源极连接所述开关节点，所述第一开关管栅极接收驱动电压；

在交流输入电源不同的正、负半波周期中，当所述开关节点电压达到相应阈值时，检测到所述第一开关管导通，表征所述第一电感电流下降到谷底电流，得到所述第二时间。

5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：设置第一电阻和第二电容，所述第二电容第一端连接所述开关节点，所述第二电容第二端连接所述第一电阻第一端，所述第一电阻第二端接地，获取所述第一电阻电压的绝对值得到所述开关节点电压的变化率，当所述变化率达到第一阈值时，表征第一电感电流下降到谷底电流，得到所述第二时间。

6.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：获取表征所述开关节点电压的第一采样信号，并得到所述第一采样信号的变化量或者变化率；

在交流输入电源不同的正、负半波周期中，当所述第一采样信号、所述第一采样信号的变化量或者所述第一采样信号的变化率达到相应的阈值时，表征所述第一电感电流下降到谷底电流，得到所述第二时间。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：设置辅助绕组，所述辅助绕组和所述第一电感耦合，获取所述辅助绕组上的电信号以获得所述第一采样信号。

8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：获取所述第一电感电流下降到谷底电流的时刻并开始计时，当采样到所述第一电感电流上升到零电流时结束计时，以获得所述第一时间。

9.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：在无桥功率因数校正电路的母线低侧边设置采样电阻，所述采样电阻第一端连接对地端，其第二端连接输出低电位端；通过获取所述采样电阻上的电压来采样得到所述第一电感电流。

10.一种无桥功率因数校正电路，所述无桥功率因数校正电路包括第一桥臂、第二桥臂和第一电感，所述第一桥臂的中间节点和所述第二桥臂的中间节点之间连接交流输入电源和所述第一电感，所述第一桥臂包括相连的上管和下管，所述上管和所述下管的连接端与所述第一电感连接，其公共连接端为开关节点，其特征在于：还包括，

时间获得电路，获取两倍的第一时间，所述第一时间为第一电感电流从谷底电流上升到零电流的时间；

斜坡产生电路，当第一电感充电时间达到两倍的第一时间时，产生斜坡信号；

运算放大器，将输出反馈信号和参考信号进行误差放大，获得补偿信号；

第一比较器，将所述补偿信号和所述斜坡信号进行比较，当所述斜坡信号达到所述补偿信号时，通过控制所述上管和所述下管的开关状态控制所述第一电感充电结束。

11.根据权利要求10所述的无桥功率因数校正电路，其特征在于：所述时间获得电路包括第一电容、充电控制电路和放电控制电路，在所述第一电感放电阶段，从第一电感电流下降到零电流时刻开始，所述充电控制电路控制所述第一电容充电，所述第一电感电流下降到谷底电流时，所述充电控制电路控制所述第一电容充电截止，所述第一电容的充电电流表征所述第一电感两端电压；在所述第一电容充电截止时，所述放电控制电路控制所述第一电容放电，所述第一电容的放电电流表征第一电感两端电压的1/2倍，当所述第一电容电压达到零电压时，表征第一电感充电时间达到两倍的第一时间。

12.根据权利要求11所述的无桥功率因数校正电路，其特征在于：所述充电控制电路包括，

第一比较器，在第一电感放电阶段，所述第一比较器将第一电感电流与零电流进行比较，当所述第一电感电流下降到零电流时控制所述第一电容充电；

复位信号产生电路，在所述第一电感电流下降到谷底电流时，产生复位信号，控制所述第一电容充电截止。

13.根据权利要求12所述的无桥功率因数校正电路，其特征在于：所述复位信号产生电路包括，

第二比较器，将所述第一电感电流与负向阈值进行比较；

延时电路，当所述第一电感电流下降到所述负向阈值时，所述延时电路使能，并在延时时间后表征所述第一电感电流下降到谷底电流，产生所述复位信号。

14.根据权利要求12所述的无桥功率因数校正电路，其特征在于：所述复位信号产生电路包括第一开关管，所述第一开关管源极连接所述开关节点，所述第一开关管栅极接收驱动电压；交流输入电源在不同的正、负半波周期中，当所述开关节点电压达到相应阈值时，检测到所述第一开关管导通，表征所述第一电感电流下降到谷底电流，产生所述复位信号。

15.根据权利要求12所述的无桥功率因数校正电路，其特征在于：所述复位信号产生电路包括第一电阻和第二电容，所述第二电容第一端连接所述开关节点，所述第二电容第二端连接所述第一电阻第一端，所述第一电阻第二端接地，获取所述第二电容和所述第一电阻连接端的电压得到所述开关节点电压的变化率，当所述变化率达到相应的阈值时，表征第一电感电流下降到谷底电流，产生所述复位信号。

16.根据权利要求12所述的无桥功率因数校正电路，其特征在于：所述复位信号产生电路获取表征开关节点电压的第一采样信号，

在交流输入电源不同的正、负半波周期中，当所述第一采样信号、所述第一采样信号的变化量或者所述第一采样信号的变化率达到相应的阈值时表征第一电感电流下降到谷底电流，产生所述复位信号。

17.根据权利要求16所述的无桥功率因数校正电路，其特征在于：所述复位信号产生电路包括辅助绕组，所述辅助绕组与所述第一电感耦合，通过获取所述辅助绕组上的电信号获得所述第一采样信号。

18.根据权利要求16所述的无桥功率因数校正电路，其特征在于：所述复位信号产生电路包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻串联组成串联电路，所述串联电路第一端连接所述开关节点，其第二端接地，获取所述第一分压电阻和所述第二分压电阻两端的电压得到所述第一采样信号。

19.根据权利要求10所述的无桥功率因数校正电路，其特征在于：所述导通时刻获得电路获取所述第一电感电流下降到谷底电流的时刻并开始计时，当采样到所述第一电感电流上升到零电流时结束计时，获得所述第一时间。

20.根据权利要求10所述的无桥功率因数校正电路，其特征在于：还包括采样电阻，所述采样电阻设置在低侧母线上，所述采样电阻第一端连接对地端，其第二端连接输出低电位端；通过获取所述采样电阻上的电压来采样得到所述第一电感电流。

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