CN1592063A - 用于交错控制功率因数校正电路的均流方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于交错控制功率因数校正电路的均流方法及装置，分别取样两个并联单元的电感电流，采用平均电流控制法，由两片控制芯片分别控制两个功率开关且两个控制芯片共用同一个电流基准，确保每路的电感电流基本相等，实现均流的目的。

Description

用于交错控制功率因数校正电路的均流方法及装置
(1)技术领域
本发明是为一种用于交错控制功率因数校正电路的均流方法及装置，尤指应用于一种并联升压式功率因数校正电路均流的控制电路。
(2)背景技术
传统的升压(BOOST)型功率因数校正装置因它的简单，升压特性，高效率而得到广泛的应用。随着电源功率等级的不断提高，常常需要将几路这样的模块化装置串、并联使用，如在高电压应用场合，常采用三电位BOOST功率因数校正电路，使得开关元件的电压应力限制在输出电压的一半，而在大电流应用场合，则常采用多个BOOST型变换器并联使用，两并联功率因数校正装置如图1所示。
它由一桥式整流电路后接两个BOOST单元组成。和传统的BOOST型变换器相比较，两路并联交叉工作的BOOST型变换器具有以下优点：(1)每个单元的电流等级可减小一半，(2)交流线电流和输出电流的涟波可削弱。然而另一方面，这种线路架构又有它的问题：(1)线路比较复杂；(2)由于两组元件的离散性，使得两支路之间的电流不平衡，特别在整个装置操作在电感电流连续模式时，这种现象更为严重。正因如此，对这种线路需寻求一种简单有效的控制方法，既能实现两并联支路之间的均流，又可以对总电感电流进行控制，使其追踪桥式整流电路的整流输出电压。
习知解决技术如下：两路并联功率因数校正装置，既要保证总电感电流iL与整流电压保持一致，从而使交流线电流与交流输入电压保持同相位，又要保证两路模块之间的电流均衡(参见图1)。这种装置在控制实现上有一定的困难，首先是电流的取样上，若取总电感电流iL，则可方便控制总电感电流，但难以保证每一路之间的电流均衡。
另一方面，若取样每一支路的电感电流，虽然可实现均流控制，但若要保证总电感电流能与整流电压同相位，尚需采取另外的措施。传统的两路并联功率因数校正装置控制实现方法，如″多路并联升压式功率因数校正装置(中国专利号：00130365)″，它取样总电感电流，由功率因数控制电路UC3854加以控制，从而确保总电感电流与整流电压同相位。与此同时，将UC3854的输出控制信号两分频，得到相位差180°的两路驱动信号，分别控制两路主功率元件，使两路主功率元件分别交错导通。这种控制方法的特点是：总电感电流得到了控制，使得交流线电流与交流输入电压同相位，且控制电路简化。但这种控制显然没有真正实现均流，由于两支路元件间的离散性，(功率元件，BOOST电感，输出二极管，控制线路分立元件等)，会造成两支路电流不均衡，此控制方法并不能消除两者之间的电流差。最后导致流过电流大的功率元件过热，BOOST电感饱和，使系统效率下降，系统可靠性大大降低。
此外还有一种具有代表性的控制方法，(参见论文Laszlo Balogh and RichardRedl，″Power-Factor Correction With Interleaved Boost Converters inContinuous-Inductor-Current Mode″，Proceedings of APEC’93，pp.168-174)，用一块UC3854控制总电感电流，同时检测每一单元功率开关元件的电流，将两路电流信号进行差分放大，而差分放大器的输出会影响两路控制脉冲用的锯齿波的斜率，从而实现电流均衡。这种控制发方法既要采样总电感电流，又要检测每支路的电流，而且需要产生交叉控制信号的外围电路，使得整个控制线路因分立元件数目增多而变得复杂。
(3)发明内容
本发明的目的在于提供一种用于交错控制功率因数校正电路的均流方法及装置，分别取样两个并联单元的电感电流，采用平均电流控制法，由两片控制芯片分别控制两个功率开关且两个控制芯片共用同一个电流基准，确保每路的电感电流基本相等，以实现均流。
根据本发明的一方面提供一种用于交错控制并联升压式功率因数校正电路均流的控制电路，该并联升压式功率因数校正电路包含一第一升压电路以及一第二升压电路，该控制电路包含：一第一控制电路以及一第二控制电路；该第一控制电路，是利用该并联升压式功率因数校正电路的一输出电压、一前馈电压与一输入参考电压产生一电流基准，将该电流基准送入该第一控制电路的电流控制回路输入端，以产生一第一脉宽调变信号驱动该第一升压电路；以及，该第二控制电路，其电流控制回路输入端接收该电流基准，以产生一第二脉宽调变信号驱动该第二升压电路，其中该第一控制电路与该第二控制电路错开一特定相位同步交错获得交错倍频，并使该并联升压式功率因数校正电路均流。
根据本发明，所述的控制电路，其中该第一升压电路包含一第一电感、一第一二极管与一第一电容串接所组成的该第一升压电路，且一第一开关元件的一端连接在该第一电感与该第一二极管之间，该第一开关元件的另一端连接在该第一电容。
根据上述的构想，其中该第二升压电路包含一第二电感、一第二二极管与一第二电容串接所组成的该第二升压电路，且一第二开关元件的一端连接在该第二电感与该第二二极管之间，该第二开关元件的另一端连接在该第二电容。
根据上述的构想，其中该特定相位是为180度。
根据上述的构想，其中该控制电路还包含一同步脉冲信号产生器提供该第一控制电路与该第二控制电路错开一180度的同步交错信号。
根据上述的构想，其中该同步脉冲信号产生器利用两同频振荡电压信号，并用两路相位错开180°的数字脉冲信号分别加到两同频振荡电压信号去同步，可得到相位错开180°的一第一锯齿波信号与一第二锯齿波信号分别作为该第一控制电路与该第二控制电路的周期信号。
根据上述的构想，其中该电流基准与该第一控制电路的电流控制回路的反馈电感电流比较产生的信号，再与该第一锯齿波信号比较产生该第一脉宽调变信号。
根据上述的构想，其中该电流基准与该第二控制电路的电流控制回路的反馈电感电流比较产生的信号，再与该第二锯齿波信号比较产生该第二脉宽调变信号。
根据本发明另一方面提供一种用于交错控制并联升压式功率因数校正电路均流的控制方法，该并联升压式功率因数校正电路包含一第一升压电路以及一第二升压电路，该控制方法包含：利用该并联升压式功率因数校正电路的一输出电压、一前馈电压与一输入参考电压产生一电流基准；将该电流基准送入一第一电流控制回路，以产生一第一脉宽调变信号驱动该第一升压电路；以及将该电流基准送入一第二电流控制回路，以产生一第二脉宽调变信号驱动该第二升压电路，其中该第一电流控制回路与该第二电流控制回路错开一特定相位同步交错获得交错倍频，并使该并联升压式功率因数校正电路均流。
根据上述的构想，其中该第一升压电路包含一第一电感、一第一二极管与一第一电容串接所组成的该第一升压电路，且一第一开关元件的一端连接在该第一电感与该第一二极管之间，该第一开关元件的另一端连接在该第一电容。
根据上述的构想，其中该第二升压电路包含一第二电感、一第二二极管与一第二电容串接所组成的该第二升压电路，且一第二开关元件的一端连接在该第二电感与该第二二极管之间，该第二开关元件的另一端连接在该第二电容。
根据上述的构想，其中该特定相位是为180度。
根据上述的构想，其中该控制方法还包含一同步脉冲信号产生方法提供该第一电流控制回路与该第二电流控制回路错开一180度的同步交错信号。
根据上述的构想，其中该同步脉冲信号产生方法利用两同频振荡电压信号，并用两相位错开180°的数字脉冲信号分别加到两同频振荡电压信号去同步，可得到相位错开180°的一第一锯齿波信号与一第二二锯齿波信号分别作为该第一电流控制回路与该第二电流控制回路的周期信号。
根据上述的构想，其中该电流基准与该第一电流控制回路的反馈电感电流比较产生的信号，再与该第一锯齿波信号比较产生该第一脉宽调变信号。
根据上述的构想，其中该电流基准与该第二电流控制回路的反馈电感电流比较产生的信号，再与该第二锯齿波信号比较产生该第二脉宽调变信号。
本发明得藉由以下列附图与详细说明，而可获得一更深入的了解。
(4)附图说明
图1是为一典型的两并联功率因数校正装置电路示意图；
图2是为本发明较佳实施例利用两个控制芯片共用同一个电流基准的电路示意图；
图3是为本发明较佳实施例同步脉冲信号产生示意图；
图4是为本发明较佳实施例的相位错开180°的锯齿波信号示意图；
图5是为本发明较佳实施例的电流控制回路示意图；以及
图6是为本发明较佳实施例的主电路和控制电路的并联交错功率因数校正电路示意图。
(5)具体实施方式
本发明采取的控制方案为：分别取样两个并联单元的电感电流，采用平均电流控制法，由两片控制芯片(如：UC3854)分别控制两个功率开关。与前述均流方法不同的是，这里的两个控制芯片共用同一个电流基准IMUL，如图2所示。
两控制芯片共用一个电流基准可确保每路的电感电流基本相等，实现均流的目的。采用常见的控制芯片UC3854控制以后，每路的电感电流可以很好地跟踪整流电压，且两路的电感电流平均值相同，所以总的电感电流也能很好地跟踪整流电压，以确保高的功率因数。与此同时，两片UC3854采用两路错开180°的交错信号去同步，使各自的输出控制脉冲相位错开180°以获得精确的交错倍频效果。
为得到两路错开180°的交叉信号，采用了模拟信号和数字脉冲相结合的方法。如图3所示，用一数字同步脉冲信号VSYNC加到控制芯片振荡器的电容电压波形VCT上，同步脉冲迅速将该电容电压提高至控制芯片内部PWM比较器的上限值之上，这将改变振荡电路的充放电状态，然后振荡器放电周期就与同步脉冲信号的周期相同。
基于上述原理，两同频的振荡电压信号VCT1，VCT2用两路相位错开180°的脉冲信号VSYSNC1，VSYSNC2去同步，就可得到相位错开180°的两路锯齿波信号COMBINED VCT1，COMBINED VCT2，如图4所示。用这两个信号作为两块控制芯片的周期信号，就可保证两块UC3854的输出脉冲错开180°。
通常控制芯片(如：UC3854)的电流基准由反馈电压，前馈电压，乘法器的输入电流(与输入电压瞬时值成正比)三者共同决定。在两路并联功率因数校正装置中，前馈电压，输入电压瞬时值，反馈电压(仅有一个输出电压)都是一致的。为避免两电流基准值由元件的离散性引起偏差，在本控制方案中，只使用一片控制芯片内的模拟乘法/除法器单元，而另一片控制芯片中的单元不用，如图5所示。这样，只有一片UC3854有电流基准(Imul)输出，而另一片UC3854没有电流基准信号输出，将Imul同时送到两片控制芯片的电流控制回路的同相输入端，作为共同的电流基准信号，就可实现两支路电感电流同时跟踪单一电流基准。
请参阅图6，图6所示的主电路和控制电路架构是该控制方案在两路并联交错工作功率因数校正电路中的应用，属于本发明的范畴。其中整流部分可以采用一个整流单元或采用两个整流单元分别作为两个单元的输入。其中：
(1)同步脉冲产生器(Sync pulse generator)可采用TLC494，MCU，DSP或其他分频器电路产生。
(2)多路(3路或更多的单元)并联交错工作的功率因数校正电路也属于本发明的实施例。
(3)本发明不排除三相交流电源输入的功率因数校正电路并联交错工作应用场合。
(4)本发明是针对并联交错工作方式的变换器的一种通用的均流方法，对于电流断续模式工作的变换器仍然有效。

Claims (12)

1.一种用于交错控制并联升压式功率因数校正电路均流的控制电路，该并联升压式功率因数校正电路包含一第一升压电路以及一第二升压电路，该控制电路包含：
一第一控制电路，利用该并联升压式功率因数校正电路的一输出电压、一前馈电压与一输入参考电压产生一电流基准，将该电流基准送入该第一控制电路的电流控制回路输入端，以产生一第一脉宽调变信号驱动该第一升压电路；以及
一第二控制电路，其电流控制回路输入端接收该电流基准，以产生一第二脉宽调变信号驱动该第二升压电路，其中该第一控制电路与该第二控制电路错开一特定相位同步交错获得交错倍频，并使该并联升压式功率因数校正电路均流。
2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于该第一升压电路包含一第一电感、一第一二极管与一第一电容串接所组成的该第一升压电路，且一第一开关元件的一端连接在该第一电感与该第一二极管之间，该第一开关元件的另一端连接在该第一电容。
3.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于该第二升压电路包含一第二电感、一第二二极管与一第二电容串接所组成的该第二升压电路，且一第二开关元件的一端连接在该第二电感与该第二二极管之间，该第二开关元件的另一端连接在该第二电容。
4.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于该特定相位是为180度。
5.如权利要求4所述的控制电路，其特征在于该控制电路还包含一同步脉冲信号产生器提供该第一控制电路与该第二控制电路错开一180度的同步交错信号，而该同步脉冲信号产生器利用两同频振荡电压信号，并用两路相位错开180°的数位脉冲信号分别加到两同频振荡电压信号去同步，以得到相位错开180°的一第一锯齿波信号与一第二锯齿波信号分别作为该第一控制电路与该第二控制电路的周期信号。
6.如权利要求5所述的控制电路，其特征在于：
该电流基准与该第一控制电路的电流控制回路的反馈电感电流比较产生的信号，再与该第一锯齿波信号比较产生该第一脉宽调变信号；及/或
该电流基准与该第二控制电路的电流控制回路的反馈电感电流比较产生的信号，再与该第二锯齿波信号比较产生该第二脉宽调变信号。
7.一种用于交错控制并联升压式功率因数校正电路均流的控制方法，该并联升压式功率因数校正电路包含一第一升压电路以及一第二升压电路，该控制方法包含：
利用该并联升压式功率因数校正电路的一输出电压、一前馈电压与一输入参考电压产生一电流基准；
将该电流基准送入一第一电流控制回路，以产生一第一脉宽调变信号驱动该第一升压电路；以及
将该电流基准送入一第二电流控制回路，以产生一第二脉宽调变信号驱动该第二升压电路，其中该第一电流控制回路与该第二电流控制回路错开一特定相位同步交错获得交错倍频，并使该并联升压式功率因数校正电路均流。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于该第一升压电路包含一第一电感、一第一二极管与一第一电容串接所组成的该第一升压电路，且一第一开关元件的一端连接在该第一电感与该第一二极管之间，该第一开关元件的另一端连接在该第一电容。
9.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于该第二升压电路包含一第二电感、一第二二极管与一第二电容串接所组成的该第二升压电路，且一第二开关元件的一端连接在该第二电感与该第二二极管之间，该第二开关元件的另一端连接在该第二电容。
10.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于该特定相位是为180度。
11.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于该控制方法还包含一同步脉冲信号产生方法提供该第一电流控制回路与该第二电流控制回路错开一180度的同步交错信号，而该同步脉冲信号产生方法利用两同频振荡电压信号，并用两相位错开180°的数字脉冲信号分别加到两同频振荡电压信号去同步，以得到相位错开180°的一第一锯齿波信号与一第二锯齿波信号分别作为该第一电流控制回路与该第二电流控制回路的周期信号。
12.如权利要求11所述的控制电路，其特征在于：
该电流基准与该第一电流控制回路的反馈电感电流比较产生的信号，再与该第一锯齿波信号比较产生该第一脉宽调变信号；及/或
该电流基准与该第二电流控制回路的反馈电感电流比较产生的信号，再与该第二锯齿波信号比较产生该第二脉宽调变信号。
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